Спектрометр ЭПР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Спектрометр ЭПР, содержащий блок сверхвысоких частот, включающий генератор СВЧ со входами управления частотой, блок автоподстройки частоты генератора СВЧ, включающий орган частотной модуляции, первый орган подстройки частоты генератора СВЧ и интегратор сигнала автоподстройки, блок магнитного поля, включающий орган управления полем, а также содержащий блок регистрации сигнала ЭПР, отличающийся тем, что блок автоподстройки частоты генератора СВЧ дополнительно содержит второй орган подстройки частоты генератора СВЧ и коммутатор аналоговых сигналов, причем выход интегратора соединен со входом аналоговых сигналов коммутатора, выход органа управления полем соединен со входом управления коммутатора, а выходы коммутатора соединены со входами органов подстройки частоты генератора СВЧ.(56) 1.Техническое описание и инструкция по эксплуатации электронного парамагнитного радиоспектрометра типа РЭ 1301, 1975. 2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации электронного парамагнитного радиоспектрометра типа / 2543, , 1983 (прототип). Изобретение относится к технике радиоспектрометрии и может использоваться в приборостроительной промышленности при изготовлении спектрометров и анализаторов электронного парамагнитного резонанса(ЭПР). Известен спектрометр ЭПР, содержащий блок сверхвысоких частот (СВЧ), блок автоподстройки частоты(АПЧ), блок магнитного поля и блок регистрации сигнала ЭПР 1. Недостатком спектрометра является использование в нм проходной схемы с неоптимальным режимом работы детектора СВЧ, что приводит к уменьшению чувствительности прибора и усложняет процесс настройки. Известен спектрометр ЭПР 2, содержащий блок сверхвысоких частот, в который входит генератор СВЧ со входами управления частотой, измерительный резонатор и детектор СВЧ блок автоподстройки частоты генератора СВЧ, содержащий усилитель сигнала АПЧ, синхродетектор АПЧ, орган частотной модуляции генератора СВЧ, интегратор сигнала АПЧ и органы подстройки частоты генератора СВЧ блок магнитного поля, включающий орган управления полем, стабилизатор магнитного поля и электромагнит блок регистрации сигнала ЭПР. Недостатком известного спектрометра является то, что режим автоматической подстройки частоты обеспечивается только на ограниченное время регистрации, поскольку режим АПЧ в прототипе осуществляется с помощью узкодиапазонного корректирующего элемента (отражателя клистрона). В результате при эксплуатации оператору необходимо выполнять сложные операции настройки блоков СВЧ, предваряющих операцию измерения сигнала ЭПР, а также проведения постоянного контроля за сохранением режима стабилизации частоты не только во время смены исследуемых объектов, но и во время проведения измерений. Для этого спектрометр должен снабжаться соответствующими органами настройки и индикации режима стабилизации частоты, что усложняет конструкцию прибора. В результате этого известное устройство не может выполнять функцию экспресс-анализатора спектров ЭПР. Предлагаемое изобретение решает задачу разработки нового технического решения принципиального блока спектрометра ЭПР - блока СВЧ, которое обеспечивало бы работоспособность спектрометра в целом после его включения в режиме регистрации сигнала и при смене объектов измерения. Это достигается тем, что в спектрометре ЭПР, содержащем блок сверхвысоких частот, включающий генератор СВЧ со входами управления частотой, блок автоподстройки частоты генератора СВЧ, включающий орган частотной модуляции, первый орган подстройки частоты генератора СВЧ и интегратор сигнала автоподстройки, блок магнитного поля, включающий орган управления полем, а также содержащем блок регистрации сигнала ЭПР, в блок автоподстройки частоты генератора СВЧ дополнительно введен второй орган подстройки частоты генератора СВЧ и коммутатор аналоговых сигналов, причм выход интегратора соединн со входом аналоговых сигналов коммутатора, выход органа управления полем соединн со входом управления коммутатора, а выходы коммутатора соединены со входами органов подстройки частоты генератора СВЧ. На фиг. 1 показана блок-схема варианта предлагаемого спектрометра ЭПР. Блок СВЧ состоит из генератора 1, например, на основе полупроводникового диода Ганна со стабилизирующим резонатором, измерительного резонатора 2 и детектора СВЧ 3. Генератор 1 имеет вход 4 широкодиапазонной подстройки частоты, например, за счт изменения частоты стабилизирующего резонатора, а также вход 5 узкодиапазонной подстройки частоты, например, за счт изменения напряжения питания диода Ганна. Блок автоподстройки частоты генератора СВЧ состоит из элементов усилителя сигнала автоподстройки 6, синхродетектора 7, органа частотной модуляции 8 генератора СВЧ 1, интегратора сигнала автоподстройки 9, первого органа подстройки частоты 10 генератора 1, например, на основе источника питания диода Ганна. Кроме того, в блок автоподстройки дополнительно введн второй орган подстройки частоты 11 генератора СВЧ 1, например, на основе серводвигателя, связанного со входом широкодиапазонной подстройки частоты 4 генератора 1. Блок также содержит дополнительно коммутатор аналоговых сигналов 12 (его функциональная схема и вариант принципиальной схемы показаны на фиг. 2). Коммутатор 12 имеет вход аналоговых сигналов 13, вход управления 14 для автоматической коммутации аналоговых сигналов, вход 15 для возможного управления коммутацией оператором, а также выходы 16 и 17 аналоговых сигналов, подвергнутых коммутации. Блок магнитного поля содержит орган управления полем 18, например, на основе известных решений генератора периодической развртки, органов установки диапазона развртки и резонансного значения поля. 3199 1 Кроме того, в состав блока входят стабилизатор магнитного поля 19 и электромагнит 20. В состав спектрометра входит также блок регистрации сигнала ЭПР 21. Кроме дополнительных элементов 11, 12, в отличие от известного устройства, выход интегратора сигнала автоподстройки 9 соединн со входом аналоговых сигналов 13 коммутатора 12, выход органа управления полем 18, например выход тактового сигнала генератора периодической развртки поля, соединн со входом управления 14 коммутатора 12. Кроме того, выход 16 коммутатора соединн со входом первого органа подстройки частоты 10 генератора 1, а выход 17 - со вторым органом подстройки частоты 11 генератора 1. На фиг. 3 представлена иллюстрация зависимости сигнала АПЧна выходе интегратора 9 от частотыгенератора СВЧ 1. Приняты следующие обозначенияи- границы частотного интервала, обеспечиваемого за счт широкодиапазонной перестройки генератора 1 по входу 4 (например, по входу перестройки резонатора клистрона или стабилизирующего резонатора диода Ганна) 0 - значение резонансной частоты измерительного резонатора 2 1 и 2 - границы частотного интервала, обеспечиваемого за счт узкодиапазонной подстройки частоты генератора 1 по входу 5 (например, по отражателю клистрона или по напряжению питания полупроводникового генератора Ганна). Из фиг. 3 видно, что практически на всм интервале-(за исключением интервала 1 - 2) сигнал АПЧ не изменяется по величине, изменяя лишь полярность. В интервале 12 сигнал АПЧ изменяет не только полярность, но и величину. Напряжения 1 и 2 соответствуют режиму насыщения интегратора 9. Фиг. 4 иллюстрирует изменения во времени Т сигналов АПЧ на выходах 16 и 17 коммутатора 12 под воздействием сигнала коммутации 14, поступающего на вход управления 14 коммутатора 12 от органа управления полем 18. Из фиг. 2 и фиг. 4 видно, что сигнал управления 14 на входе управления 14 коммутатора 12 обеспечивает коммутацию сигнала АПЧ со входа аналоговых сигналов 13 на выход 16 на время Тизм, соответствующее времени регистрации сигнала ЭПР блоком 21 благодаря программе, задаваемой органом управления полем 18. В свою очередь, сигнал АПЧ со входа аналоговых сигналов 13 коммутатора 12 поступает на его выход 17 в течение времени Тп, когда регистрация сигнала ЭПР не производится. С помощью зависимости 16 на фиг. 4 иллюстрируется вариант изменения сигнала управления 17, который поступает от коммутатора на второй орган подстройки частоты 11 (например, на серводвигатель перестройки резонатора генератора 1). Так, в течение времени п 1 на второй орган подстройки частоты 11 поступает сигнал управления положительной полярности, обеспечивающий изменение частотыдо значения в пределах интервала 1 - 2. Если частота генератора 1 находится в пределах интервала 1 - 2 во время Тп 2, то на выходе 17 сигнал АПЧ отсутствует и второй орган подстройки частоты 11 не функционирует. Если же частота генераторавыше резонансной частоты 0, то на выходе 17 появляется сигнал 17 отрицательной полярности, обеспечивающий возврат частоты в интервал 1 - 2 благодаря соответствующей реакции второго органа подстройки частоты 11 в течение Тп 3. Таким образом, с помощью предлагаемого технического решения осуществляется автоматическая широкодиапазонная перестройка частоты генератора 1 до попадания е в ограниченный интервал частот 1 - 2, причм эта операция осуществляется в течение времени Тп, когда регистрация сигнала ЭПР не производится. На фиг. 4 зависимость 16 иллюстрирует режим функционирования блока АПЧ во время Тизм регистрации сигнала ЭПР. Из кривой 16 (Т) (фиг. 4) и схем коммутатора (фиг. 2) видно, что в периоды Тп на первый орган подстройки частоты 10 сигнал АПЧ не поступает и эта цепь АПЧ не функционирует. В частности,напряжение на управляющем входе 5 генератора 1 соответствует оптимальному среднему значению источника питания. В период же Тизм сигнал АПЧ 16 от интегратора 9 поступает на первый орган подстройки частоты 10 и, соответственно, оказывает влияние на частотугенератора 1. Однако существенным здесь является то, что перед этим ввод частоты генератора в интервал 1 - 2 уже был произведен по цепи элементов 9-12-11-1 так, что цепь 9-12-10-1 узкодиапазонной коррекции частоты теперь функционирует в оптимальном режиме (фиг. 3 - интервал 1 - 2, фиг. 4 - периоды Тизм 1, Тизм 2, Тизм 3). Таким образом, предложенное решение обеспечивает полную автоматизацию измерений сигнала ЭПР,причм в периоды регистрации сигнала Тизм блок АПЧ в целом функционирует в оптимальном режиме без вмешательства оператора. При этом появляется возможность упрощения системы управления спектрометра,поскольку отпадает необходимость введения в спектрометр соответствующих органов настройки и индикации режимов. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4