Способ стабилизации резонансных условий в спектрометре электронного парамагнитного резонанса

Союз Сфввтскии Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ВТЙЛЬСТВУ оо 894508(51)м, кл,з О 01 И 24/10 Госудврственяыя комитет СССР яо делан нзобретений я ощрытияДата опубликования описания 361 281 Л.ГОранский, В,И.Курочкин, А.И.Небощик, Н.Н.Кабдин, Я.С.Лебедев и О.Я.Гринберг(72) Авторы изобретения Специальное конструкторско-технологическое бюродонецкого Физико-технического института АН Украинской ССРи Институт химической Физики АН СССР(54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ РЕЗОНАНСНЫХ УСЛОВИЙВ СПЕКТРОИЕТРЕ ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАИАГНИТНОГОРЕЗОНАНСА Изобретение относится к технике радиоэлектроскопии электронного па,рамагнитного резонанса (ЭПР), конкретно моает быть использовано для стабилизации резонансных условий в спектрометрах ЭПР.Известен способ стабилизации резонансных условий в стектрометре ЭПР, при котором стабилизацию магнитного поля осуществляют путем стабилизации резонансных условий ЭПР, Для этого поляризуюйее магнитное поле иодулнруют низкочастотным напряаением треугольной Формы. Амплитуду модуляции выбирают больше полуширины линии поглощения. Изменение магнитного поля приводит к изменению среднего значения поглощаемой СВЧ- мощности. Это изменение детектируют, усиливают н через выпрямитель и ВС-цепь пОдают на вход стабилизатора тока магнитной системы 1).Недостатком данного способа является низкая точность стабилизации так как изменение величины поглощаемой СВЧ-мощности вследствие нестабильности мощности СВЧ генератора, изменения температуры образца и т.п, приводит к изменению магнитного поля. Кроме того, данный способ не позволяет наблюдать весь сигнал,ЭПР,поскольку развертку поляризующегомагнитного поля осуществляют не симметрично относительно центра линии. Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому эФФекту является способ 1 стабилизации резонансных условий, эаключакваийся в осуществлении отрицательной обратной связи по сигналу отклонения от резонансных условий и развертки поляризуквяего магнитного поля. В этом способе осуществляют отрицательную обратную связь по сигналу отклонения от условий резонанса эталонного образца, помещенного в дополннтельицй датчик.Сигнал ЭПР от эталонного образца 20 усиливают, и, после обработки, подают в стабилизатор тока магнитной системы спектрометра, обеспечивая отрицательную обратную связьРазвертку магнитного поля осуществляют с помощью вспомогательной магнитной системы или обмотки, действущей только на эталонный образец. При этом, сигнал развертки подают одновременно на стабилизатор тока вспо могательной магнитной системы и, 89450815 20 25 ЗО 50 60 через преобразователь, на стабилизатор основной магнитной системы.КоэФФициент передачи преобраэователя при этом подбирают так, что суммарное изменение магнитного поля наэталонном образце при включеннойразвертке близко к нулю. Поэтомупри кратковременном разрыве цепиобратной связи из-за помех работаустройства не нарушается. Тем не менее, при отклонении магнитного поля на эталонном образце более, чем на половину ширины линииЭПР, работа системы стабилизациинарушается 2 г.Недостатками данного способа являются отсутствие воэможности стабилизации резонансных условий с одновременным визуальным наблюдением сигнала ЭПР и наличие дополнительного полезного объема магнитной системы для размещения второго датчика.Цель изобретения - расширение Функциональных возможностей способа путем стабилизации резонансных условий с одновременным визуальным наблюдением сигнала ЭПР.Поставленная цель достигается за счет того, что в способе стабилизации резонансных условий в спектро метре ЭПР, заключающемся в отсутст" вии отрицательной обратной связи посигналу отклонения от резонансных;условий и развертки поляризующего магнитного поля, развертку полярвзующего магнитного поля осуществляют периодическими пилообразными импульсами с амплитудой, превышающей ширину линии поглощения, регистрируют отклонения от резонансных условий по изменению положения линни поглоцения относительно заданного мгновенного значения и стабилизируют резонансные условия путем замыкания цепи отрицательной обратной связи.На Фиг.1 представлен эФФект ЭПР и периодическая развертка поляризующего магнитного поля при осуществлении стабилизации по исследуемомуобразцуг на Фиг.2 - то же, при стабилизации резонансных условий поэталонному образцуг на фиг.3 - вариант блок-схемы устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.4 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства. Способ стабилизации резонансных условий заключается в следующем.Величину поляризуюцего магнитного поля устанавливают примерно равной резонансному значению. Затем осуществляют периодическую пилообразную развертку поляризующего магнитного поля, в которое помещен СВЧ-резонатор с исследуемым парамагнитным образцом. Резонансное поглощение СВЧ-мощности исследуемым образцом от СВЧ-генератора детектируют СВЧ-детектором,усиливают, преобразовывают, и полученный сигнал ЭПР подают на усредняюцее устройство. Причем, усреднение периодически повторяющегосясигнала ЭПР производят так, что впервую часть периода развертки (1 уна фиг.1) сигнал подают непосредственно на вход усредняющего устроства, а во вторую (С) - через инвертор. Таким образом, на выходе усредняюцего устройства получают сигналоб отклонении от резонансных условий,который отрабатывается посредствомосуществления отрицательной обратной связи. Если отклонение от резонансных условий равно нулю, то и выходной сигнал усредняюцего устройства равен нулю. При малом отклоненииот резонансных условий выходной сигнал усредняющего устройства увеличи"вается пропорционально отклонениюот резонансных условий, При большихотклонениях, существенно превышающих ширину линии исследуемого образца, выходной сигнал усредняющегоустройства максимален и не зависитот величины отклонения от резонансных условий. Поскольку исчезновениесигнала на выходе усредняющего устройства возможно только в том случае, если отклонение от резонансныхусловий превысит амплитуду развертки, то предлагаемый способ обеспечивает существенное увеличение надежности работы системы стабилизации резонансных условий вследствиерасширения полосы захвата системыстабилизации. Осуществление периодиначеской пилообразной развертки позволяет не только стабилизироватьрезонансные условия, но и осуществлять наблюдение сигнала ЭПР на экране осциллограФа и накопления егов накопителе. В качестве примера осуцествления способа на Фиг.3 представлена блоксхема одного иэ вариантов устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство включает СВЧ-генератор 1, резонатор 2, помещенный в магнитную систему, например сверхпроводяций соленоид 3 с источником 4 питания, соленоид 5 развертки со стабилизированным источником б питания, на вход которого подается сигнал периодической пилообразной развертки от генератора 7 развертки, ко входу генератора 7 подключен один из выходов Формирователя 8 опорных напряжений, приемник 9 сигнала ЭПР, выход которого одновременно соединен со входами, накопителя 10, осциллограФа 11, коимутирующего устройства 12 и иннертора 13, выход которого подключен ко второму входу коммутирующего устройства 12, выход10 20 формула изобретения бО ра низких частот (ФНЧ 14, который через цель 15 обратной связи подключен ко входу источника 4 питания сверхпроводящего соленоида 3.Устройство работает следуюцим образом.На параиагнитный образец, расположенный в резонаторе 2, накладывается поляризуюцве магнитное поле соленоида 3, а также СВЧ-электромагнитное поле, поступаюцее в резонатор от СВЧ-генератора 1. Величину магнитного поля выбирают вблизи его резонансного значения, Затем осуществляют периодическую пилообразную развертку магнитного поля (Фиг.4 а) с помощью соленоида 5 развертки.Амплитуда пилообразных импульсов выбирается значительно больше ширины линии поглощения сигнала ЭПР.Сигнал ЭПР поступает на вход приемника 9, преобразуется, усиливается и, на выходе приемника, представляет собой серию периодическиповторяющихся сигналов поглоцения(фиг,46). С выхода приемника сигнал поступает на усредняюцее устройство Я 14. Причем часть периода развертки сигнал подается непосредственно на усредняюцее устройство, а в оставшуюся часть периода через инвертор 13. Такая прерывистая подача сигна" ЗО ла осуцествляется с помощью коммутирующего устройства 12 котороеуправляется иипульсаии (Фиг.4 в и 4 г), поступающими с формирователя 8 опорных напряжений, Сигнал навходе усредняюцего устройства (найример, фильтра низких частот) показан на Фиг.4 д.Сигнал ошибки с выхода усредняющего устройства через цепь 15 обратной связи подается на вход источни О ка 4 питания сверхпроводящего соленоида 3, в такой полярности, что обеспечивается отрицательная обратная связь по отклонению от условий резонанса. При этом обеспечивается 45 стабилизация сигнала ЭПР относительно заданного мгновенного значения пилообразной периодической развертки магнитного поля. Формирователь опорных напряжений синхронизирует у) работу генератора 7 пилообразной развертки. Сигнал с выхода приемника (фиг.46) поступает на вход осциллографа, предназначенного для наблюдения линии поглощения сигналаЭПР, а также на вход накопителя,который накапливает сигнал поглощения ЭПР, отфильтровывая его от шумоВ,При практическом использовании данного метода может оказаться, чтосигнал ЭПР исследуемого веществана выходе приемника 9 настолько мал,что не наблюдается на фоне шумов.В этом случае в резонатор 2 нарядус исследуемым парамагнитным веществом вводят эталонный парамагнитный образец. При этои стабилизация резонансных условий осуществляется по сигналу отклонения от резонансных условий эталонного образца. Для стабилизации, резонансных условий и регистрации сигнала ЭПР исследуемого образца в этои случае также может быть использована блок-схема (Фиг.3). Однако отличием схемы устройства является то, что для стабилизации резонансных условий используется не весь период развертки, а лишь та его часть, при которой наблюдается сигнал ЭПР от эталонного образца, и в этой части времени выбирается мгновенное значение периода развертки магнитного поля и относи- тельно его ведется стабилизация резонансных условий.Таким образом применение предлагаемого способа в спектрометре ЭПР 2 миллиметрового диапазона позволяет осуцествлять стабилизацию резонансных условий по исследуемому образцу одновременно с. наблюдением сигнала ЭПР от этого образца на экране осциллографа и его накоплением, автоматическую установку сигнала ЭПР относительно центра развертки, а также стабилизацию резонансных условий по эталонному образцу, расположенному в том же датчике ЭПР, что и исследуемый.Кроме того, предлагаемый способ обесйечивает более высокую точность стабилизации резонансных условий, по сравнению с известным, так как стабилизацию осуществляют по образцу, который исследуютлибо по эталонному образцу, находящему- ся в том же резонаторе, что и исследуемый.Предлагаемый способ используется в спектроиетре ЭПР 2 миллиметрового диапазона со сверхпроводяцим соленоидои, разработанным и изготовленным в 1979-1980 гг. Способ стабилизации резонансных условий в спектроиетре электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), заключаюцийся в осуществлении отрицательной обратной связи по сигналу отклонения от резонансных условий и развертки поляризуюцего магнитного поля, о т л и ч а ю ц и й с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей путем стабилизации резонансных условий с одновре,менным визуальным наблюдением сигнала ЭПР, развертку поляриэуюцего магнитного поля осуцествляют периодическими пилообразными импульсами с амплитудой, превышающей ширину линии поглоцения, регистрируют отклонения от резонансных условий по изменению положения линии поглоце В 945 О 8ния относительно заданного мгновен- ного значения и стабилизируют резонасные условия путем замыкания цепи Ьтрицателъной обратной связи.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1,Алексеев В.ф. и Соботковский В.Е,Стабилнэатор. магнитного поля наоснове парамагнитного резонанса.894508 Ф Составитель В,Покатиловедактор Н.Гриюанова Техред И. Гергель Корректор Г. Решетни ШШ филиал ППП Патент, г. Уогород, ул. Проектная, 4 акаэ 11472/68 Тира ВНИИПИ Государств по делам иэобре 113035, Москва, Ж"35910 Подписноенного комитета СССРений и открытийРаушская наб д. 4/5