Спектрометр электронного парамагнитного резонанса

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА(71) Заявитель Белорусский государственный университет(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использовано при изготовлении спектрометров ЭПР. Устройство содержит генератор СВЧ, циркулятор, регулятор коэффициента связи, измерительный резонатор, усилитель блока СВЧ, запоминающее устройство, генератор развертки магнитного поля, детектор блока СВЧ, компаратор, источник опорного напряжения. В устройстве обеспечивается автоматическая регулировка коэффициента связи измерительного резонатора с СВЧ трактом не во время регистрации сигнала, а в течение нерабочих промежутков времени генератора развертки магнитного поля. Достоинством устройства является работоспособность в широком диапазоне мощностей сигнала СВЧ. Ил. 2. Фиг. 1 Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использовано в приборостроительной промышленности при изготовлении спектрометров ЭПР. Известны спектрометры ЭПР 1, 2, включающие генератор СВЧ, регулятор коэффициента связи, измерительный резонатор, детектор блока СВЧ, блок получения магнитного поля, блок регистрации сигнала ЭПР. 4444 1 Основным недостатком таких спектрометров является невысокая разрешающая способность для спектральных линий ЭПР с малой энергией насыщения, связанная с относительно высоким значением мощности генератора СВЧ. Наиболее близким техническим решением к изобретению является спектрометр ЭПР 3, содержащий генератор СВЧ, регулятор коэффициента связи, измерительный резонатор, усилитель блока СВЧ, блок регистрации с детектором СВЧ, генератор развертки магнитного поля. Достоинством такого устройства по сравнению с аналогами является низкий уровень мощности генератора СВЧ, что повышает разрешающую способность спектрометра для спектральных линий ЭПР с малой энергией насыщения. В то же время недостатком такого устройства является сложность работы при больших уровнях мощности сигнала СВЧ, связанная с наличием дестабилизирующих факторов (температурных, механических и др.),которые приводят к недопустимому изменению уровня выходного сигнала детектора СВЧ, а также могут вызвать насыщение усилителя СВЧ. Это приводит к необходимости ручной подстройки коэффициента связи с резонатором, что в реальных рабочих условиях является не только неудобным, но иногда и невозможным (при высокой скорости изменения дестабилизирующего фактора). Следствием является сужение рабочего диапазона мощностей сигнала СВЧ. Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение работоспособности спектрометра ЭПР в широком диапазоне мощностей сигнала СВЧ. Поставленная задача решается тем, что в спектрометр ЭПР, содержащем генератор развертки магнитного поля, взаимосвязанные через циркулятор генератор СВЧ, измерительный резонатор с регулятором коэффициента связи, усилитель блока СВЧ, соединенный с блоком регистрации с детектором СВЧ, дополнительно введены запоминающее устройство, компаратор, источник опорного напряжения, причем первый вход компаратора подключен к детектору СВЧ, второй его вход подключен к источнику опорного напряжения, а выход подключен к первому входу запоминающего устройства, второй вход которого в свою очередь подключен к генератору развертки магнитного поля, а его выход подключен к управляющему входу регулятора коэффициента связи. На фиг. 1 представлена структурная схема спектрометра ЭПР, на фиг. 2 - временная диаграмма работы запоминающего устройства. Спектрометр содержит генератор СВЧ 1, циркулятор 2, регулятор коэффициента связи 3, измерительный резонатор 4, усилитель блока СВЧ 5, запоминающее устройство 6, генератор развертки магнитного поля 7,детектор блока СВЧ 8, компаратор 9, источник опорного напряжения 10. Мощность генератора СВЧ 1 подается через циркулятор 2 и регулятор коэффициента связи 3 в измерительный резонатор 4, в который помещен исследуемый образец. Отраженная от резонатора мощность, несущая информацию о поглощении через регулятор коэффициента связи и циркулятор подается на вход усилителя блока СВЧ 5, с выхода которого сигнал СВЧ поступает на вход детектора блока СВЧ 8. С выхода детектора блока СВЧ сигнал подается на первый вход компаратора 9, на второй вход которого поступает опорный сигнал от источника опорного напряжения 10. С выхода компаратора разностный сигнал подается на вход запоминающего устройства 6, на управляющий вход которого поступает управляющий сигнал 12 (фиг. 2),формируемый генератором развертки магнитного поля по правилулог.0 при 0 В,лог.1 при 0 В, где- напряжение 11 (фиг. 2), формируемое генератором развертки магнитного поля. С выхода запоминающего устройства сигнал 13 (фиг. 2) подается на управляющий вход регулятора коэффициента связи. Запоминающее устройство формирует на выходе входной сигнал прилог.0 прилог.1 запоминающее устройство формирует на выходе постоянный сигнал, равный входному сигналу в момент перехода сигнала управления из состояния лог.0 в состояние лог.1. Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается автоматическая регулировка коэффициента связи измерительного резонатора с СВЧ трактом. В прототипе при подаче большой мощности сигнала от генератора СВЧ оператору приходится с помощью регулятора оптимизировать коэффициент связи с резонатором. Но из-за воздействия неконтролируемых быстроменяющихся дестабилизирующих факторов уровень мощности СВЧ, поступающей на вход усилителя блока СВЧ, резко повышается,что переводит усилитель в режим насыщения, причем оперативная ручная подстройка коэффициента связи невозможна. В результате прототип оказывается неработоспособным при больших мощностях СВЧ. В предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, при отклонении уровня мощности генератора СВЧ от установленного номинального значения формируется сигнал ошибки, который подается на управляющий вход регулятора коэффициента связи, изменяя величину коэффициента связи измерительного резонатора с СВЧ трактом. Тем самым данное отклонение мощности компенсируется без вмешательства оператора, что обеспечивает работоспособность спектрометра ЭПР при больших мощностях сигнала генератора СВЧ и повышает эргономические характеристики устройства в целом. При малых и средних уровнях мощности предлагаемое решение позволяет повысить отношение сигнал/шум на выходе блока СВЧ по сравнению с прототипом за счет компенсации температурных и механиче 4444 1 ских флуктуаций выходного сигнала детектора СВЧ и обеспечения устойчивой работы системы автоматической подстройки частоты генератора СВЧ. Существенно, что благодаря указанному включению запоминающего устройства, компаратора и источника опорного напряжения регулировка коэффициента связи осуществляется не во время регистрации сигнала, а в течение нерабочих промежутков времени генератора развертки магнитного поля. Это позволяет избежать нежелательного влияния переходных процессов на точность регистрации сигнала спектрометром ЭПР. Изменением опорного напряжения, подаваемого от источника 10 на компаратор, устанавливается заданный уровень мощности генератора СВЧ, который будет отслеживаться с помощью автоматической регулировки коэффициента связи. Предложенное техническое решение актуально для современных спектрометров ЭПР, в которых применяются новые элементы СВЧ-техники и методы цифровой обработки сигналов. В частности, оно использовано в специализированном малогабаритном анализаторе ЭПР, обеспечивающем экспресс-диагностику качества новых углеродных материалов типа Минск-ЭПР 26. Источники информации 1. Приборы и техника эксперимента.1974. -5. - С. 114-117. 2. Способ настройки учебного спектрометра ЭПР и устройство для его осуществления А.с. 1485098 СССР, МКИ 01 24/10 / Баранов М.А., Домбровский Г.Г., Саланович Н.А., Стельмах В.Ф., Трофимов В.Г. заявл. 14.01.87, опубл. 07.06.89. 3. Спектрометр электронного парамагнитного резонанса А.с. 748227 СССР, МКИ 01 27/78 / Жидович В.А., Рутковский И.З., Стельмах В.Ф., Цвирко Л.В. заявл. 06.04.78, опубл. 15.07.80. Спектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий генератор развертки магнитного поля, взаимосвязанные через циркулятор генератор СВЧ, измерительный резонатор с регулятором коэффициента связи, усилитель блока СВЧ, соединенный с блоком регистрации с детектором СВЧ, отличающийся тем,что включает запоминающее устройство, компаратор, источник опорного напряжения, причем первый вход компаратора подключен к детектору СВЧ, второй его вход подключен к источнику опорного напряжения, а выход подключен к первому входу запоминающего устройства, второй вход которого, в свою очередь, подключен к генератору развертки магнитного поля, а его выход подключен к управляющему входу регулятора коэффициента связи. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.