CN115097364B - 频率可变的调制场系统及其控制方法以及epr谱仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种频率可变的调制场系统、控制方法和具有该频率可变的调制场系统的EPR谱仪，所述频率可变的调制场系统包括：驱动器，用于提供目标频率的交流信号；谐振电路，与所述驱动器连接，所述谐振电路包括调制场线圈，所述调制场线圈用于为EPR探头提供调制磁场；电流监测装置，与所述谐振电路连接，用于监测所述谐振电路中的电流；控制器，与所述谐振电路和所述电流监测装置分别连接，用于根据所述电流调节所述谐振电路的谐振参数，以使所述谐振电路处于谐振状态。该系统可实现调制场频率的可调节。

Description

频率可变的调制场系统及其控制方法以及EPR谱仪
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种频率可变的调制场系统及其控制方法以及EPR谱仪。
背景技术
目前，针对EPR（Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy，电子顺磁共振波谱）调制场，常通过相敏检波技术，提高EPR谱线的信噪比。具体是通过沿着静磁场的轴线在空腔的两侧缠绕亥姆霍兹线圈，实现频率为100kHz的调制磁场，但是对于弛豫时间为10us（100kHz相当于10us）或更长的谱图，调制场频率必须小于100kHz，否则可能测不到样品准确的谱线。此外，调制场叠加在微波频率上会引起展宽，100kHz的调制场相当于35mG展宽，会在EPR谱图中产生边带。在几百mG宽的谱线中，这点边带观察不到。但是对于谱线线宽很窄或者超精细耦合常数很小的样品，调制边带会使线形发生畸变，此时也需要降低调制频率。
但是，上述的相敏检波技术仅能够鉴别调制信号的相位和进行频率的选择，无法对调制场的频率进行调节。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种频率可变的调制场系统，该系统可实现调制场频率的可调节。
本发明的第二个目的在于提出一种EPR谱仪。
本发明的第三个目的在于提出一种频率可变的调制场系统的控制方法。
为达到上述目的，本发明实施例第一方面提出一种频率可变的调制场系统，所述系统包括：驱动器，用于提供目标频率的交流信号；谐振电路，与所述驱动器连接，所述谐振电路包括调制场线圈，所述调制场线圈用于为EPR探头提供调制磁场；电流监测装置，与所述谐振电路连接，用于监测所述谐振电路中的电流；控制器，与所述谐振电路和所述电流监测装置分别连接，用于根据所述电流调节所述谐振电路的谐振参数，以使所述谐振电路处于谐振状态。
为达到上述目的，本发明实施例第二方面提出EPR谱仪，所述EPR谱仪包括：EPR探头、本发明第一方面实施例所述的频率可变的调制场系统。
为达到上述目的，本发明实施例第三方面提出一种频率可变的调制场系统的控制方法，所述频率可变的调制场系统包括驱动器和谐振电路，所述驱动器用于提供目标频率的交流信号，所述谐振电路与所述驱动器连接，所述谐振电路包括调制场线圈，所述调制场线圈用于为EPR探头提供调制磁场，所述方法包括：获取所述谐振电路中的电流；根据所述电流调节所述谐振电路的谐振参数，以使所述谐振电路处于谐振状态。
根据本发明实施例的频率可变的调制场系统及其控制方法以及EPR谱仪，在频率可变的调制场系统中，通过驱动器向谐振电路提供目标频率的交流信号，利用电流监测装置监测谐振电路中的电流，同时控制器通过与谐振电路和电路监测装置的分别连接，可根据谐振电路中的电流调节谐振电路的谐振参数，使得谐振电路处于谐振状态，使谐振电路中的调制场线圈可以正常工作，向EPR探头提供目标频率的调制磁场，使频率固定的调制场实现频率可调节。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明一个实施例的频率可变的调制场系统的结构示意图；
图2是本发明一个具体实施例的频率可变的调制场系统的结构示意图；
图3是本发明一个示例的频率可变的调制场系统的结构示意图；
图4是本发明一个实施例的电容组件的电容值的调节过程流程图；
图5是本发明一个实施例的根据可调电容值范围及其对应的电流得到最终电容值的流程图；
图6是本发明一个实施例的EPR谱仪的结构示意图；
图7是本发明一个实施例的频率可变的调制场系统的控制方法流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图1-7以及具体的实施方式描述本发明实施例的频率可变的调制场系统及其控制方法以及EPR谱仪。
图1是本发明一个实施例的频率可变的调制场系统的结构示意图。
如图1所示，频率可变的调制场系统1包括：驱动器101，用于提供目标频率的交流信号；谐振电路102，与驱动器101连接，谐振电路102包括调制场线圈201，调制场线圈201用于为EPR探头3提供调制磁场；电流监测装置103，与谐振电路102连接，用于监测谐振电路102中的电流；控制器104，与谐振电路102和电流监测装置103分别连接，用于根据电流调节谐振电路102的谐振参数，以使谐振电路102处于谐振状态。
具体而言，驱动器101将目标频率的交流信号提供至谐振电路102，使得谐振电路102中有电流流过，由于电流监测装置103与谐振电路102连接，便可实时监测谐振电路102中的电流。同时由于控制器104与电流监测装置103和谐振电路102分别连接，因此控制器104可根据获取到的谐振电路102中的电流对谐振电路102的谐振参数进行调节，使得谐振电路102可处于谐振状态，保证谐振电路102中的调制场线圈201可以向EPR探头3提供目标频率的调制磁场。
进一步地，在一些实施例中，控制器104可具体用于：在目标频率改变，或者，EPR探头3的电感改变时，根据电流调节谐振电路102的谐振参数，以使谐振电路102处于谐振状态。
具体而言，当调制场频率需要进行调节，即目标频率改变时，或者当由于更换或其他因素使得EPR探头3的电感发生改变时，即使当前时刻调制场频率未改变，仍需要根据谐振电路102中的电流调节谐振电路102中的参数，以使谐振电路102处于谐振状态，保证谐振电路102中的调制场线圈201可以正常工作，为EPR探头3提供目标频率的调制磁场，以使EPR探头3中的样品处在调制场线圈201工作产生的调制磁场中。
在一些实施例中，上述谐振参数可包括电容值，对应的谐振电路102还可包括电容组件202。如图2所示，电容组件202的第一端与驱动器101连接，电容组件202的第二端与调制场线圈201连接。其中，电流监测装置103连接在电容组件202和调制场线圈201之间，控制器104与电容组件202的控制端连接，用于根据电流调节电容组件202的电容值，以使谐振电路102处于谐振状态。
示例性地，在一些实施例中，当调制场频率需要进行调节的时候，可首先通过改变驱动器101提供的交流信号的频率，使之符合需要的调制场目标频率，然后通过调节电容组件202的电容值，以使谐振电路102在调频后的交变电流中可以处于谐振状态。在另一些实施例中，当由于更换或其他因素使EPR探头3的电感发生改变的时候，即使调制场目标频率不变，也可通过调节电容组件202的电容值，以使谐振电路102保持谐振状态，保证调制场线圈201可以正常工作，从而向EPR探头3提供目标频率的调制磁场。
作为一个示例，如图3所示，频率可变的调制场系统1还可包括：放大器105，放大器105连接在驱动器101与谐振电路102之间，用于对交流信号进行放大处理。
作为一种可能的实现方式，如图4所示，控制器104在根据电流调节电容组件202的电容值，以使谐振电路102处于谐振状态时，对于电容组件202的电容值的调节可具体包括以下步骤：
S101，确定调节规则，并按照调节规则调节电容组件的电容值。
示例性地，调节规则可包括按照电容组件202的电容值从大到小调节（逐渐减小式调节），或者电容值从小到大调节（逐渐增大式调节），可根据实际情况进行选择。
S102，针对调节后的当前电容值，获取对应的当前电流峰峰值，并判断当前电流峰峰值是否大于上一个电容值对应的上一个电流峰峰值。
S103，若是，则按照调节规则继续调节电容组件的电容值，否则确定电容组件的可调电容值范围为当前电容值与上上个电容值组成的范围。
具体而言，在当前电容值对应的当前电流峰峰值大于上一个电容值对应的上一个电流峰峰值时，按照调节规则继续对电容组件202的电容值进行调节即可。在当前电容值对应的当前电流峰峰值小于或者等于上一个电容值对应的上一个电流峰峰值时，便需要在当前电容值与上上个电容值组成的电容组件202的可调电容值范围中，对电容组件202展开精细调节。
S104，判断可调电容值范围是否满足预设精度条件。
具体而言，在通过S103确定了电容组件202的可调电容值范围后，便需判断该范围的精细度是否达到预设要求，即可调电容值范围是否满足预设精度条件，可选地，在判断结果不同时，后续对于电容组件202的调节过程也不同。
其中，预设精度条件可根据实际情况确定。
S105，若是，则根据可调电容值范围及其对应的电流得到最终电容值，否则根据可调电容值范围更新调节规则，并返回至按照调节规则调节电容组件202的电容值的步骤。
具体而言，在可调电容值范围已经满足预设精度条件时，便可根据步骤S103中确定的可调电容值范围及该范围所对应的谐振电流，得到最终电容值，但在可调电容值范围不满足预设精度条件时，便需要根据可调电容值范围更新上述调节规则，继续进行调节，直至调节精细度达到预设条件，即可调电容值范围满足预设精度条件。
作为一种示例，在一些实施例中，对电容组件202的电容值开始调节之前，可预先设定一个阈值，将电容组件202的可调电容值范围中的最小值与这一预设阈值进行比较，根据比较结果选择最佳的调节方式。举例而言，如果电容组件202的可调电容值范围中的最小值小于或等于预设阈值，调节方式可选择为步进逐渐增大式调节，如0.01，0.05，0.2，1，5……（近似等比数列）；如果电容组件202的可调电容值范围中的最小值大于预设阈值，则调节的方式可选择为平均步进式调节，如800，900，1000，1100……（等差数列）。
在本实现方式中，为方便后续描述，记当前电容值为Cm，上一个电容值为Cm-1，上上个电容值为Cm-2，对应的电流峰峰值分别记为Im、Im-1、Im-2。作为一种可行的实施方式，如图5所示，根据可调电容值范围及其对应的电流得到最终电容值，可包括：
S201，计算Im与Im-2之间的差值。
S202，若差值小于等于预设阈值，则确定最终电容值为Cm-1。
S203，若差值大于预设阈值，且Im＞Im-2，则确定最终电容值取Cm和Cm-1之间的值。
S204，若差值大于预设阈值，且Im＜Im-2，则确定最终电容值取Cm-1和Cm-2之间的值。
作为一种示例，在Cm＞Cm-1＞Cm-2（即，预设规则为逐渐增大式调节）时，若Im＞Im-2，则确定最终电容值为
Figure 37207DEST_PATH_IMAGE001
;
若Im＜Im-2，则确定最终电容值为
Figure 358467DEST_PATH_IMAGE002
。
作为另一种示例，在Cm＜Cm-1＜Cm-2（即，预设规则为逐渐减小式调节）时，若Im＞Im-2，则确定最终电容值为
Figure 440693DEST_PATH_IMAGE003
;
若Im＜Im-2，则确定最终电容值为
Figure 7066DEST_PATH_IMAGE004
。
需要说明的是，上述最终电容值的确定结果仅为示例性的，不作为对本发明实施例的限制。
本发明实施例的频率可变的调制场系统1，在调制场的频率需要调节时，或者当EPR探头3的电感改变时，根据谐振电路102中的电流对谐振参数（如，电容组件202的电容值）进行调节，使得谐振电路102可处于谐振状态，保证谐振电路102中的调制场线圈201可以向EPR探头3提供目标频率的调制磁场，实现频率固定的调制场频率的可调节。
进一步地，本发明实施例提出一种EPR谱仪，如图6所示，EPR谱仪2包括：EPR探头3、频率可变的调制场系统1。
区别于相关技术，本发明实施例提出的EPR谱仪，能够使频率固定的调制场实现频率可调节，从而使检测样品的范围进一步拓展，实际应用中可以针对不同谱线线宽的样品选择有针对性的调制场频率，检测结果的准确性高。
另外，需要说明的是，本发明实施例的EPR谱仪的其他构成及作用对本领域的技术人员来说是已知的，为减少冗余，此处不做赘述。
为了实现上述实施例，本发明实施例还提出了一种频率可变的调制场系统的控制方法。其中，频率可变的调制场系统包括驱动器和谐振电路，驱动器用于提供目标频率的交流信号，谐振电路与驱动器连接，谐振电路包括调制场线圈，调制场线圈用于为EPR探头提供调制磁场。
在一些实施例中，如图7所示，频率可变的调制场系统的控制方法可包括：
S301，获取谐振电路中的电流。
S302，根据电流调节谐振电路的谐振参数，以使谐振电路处于谐振状态。
需要说明的是，本发明实施例的频率可变的调制场系统的控制方法的其他具体实施方式可参见本发明上述实施例的频率可变的调制场系统的具体实施方式。
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种频率可变的调制场系统，其特征在于，所述系统包括：
驱动器，用于提供目标频率的交流信号；
谐振电路，与所述驱动器连接，所述谐振电路包括调制场线圈，所述调制场线圈用于为EPR探头提供调制磁场；
电流监测装置，与所述谐振电路连接，用于监测所述谐振电路中的电流；
控制器，与所述谐振电路和所述电流监测装置分别连接，用于根据所述电流调节所述谐振电路的谐振参数，以使所述谐振电路处于谐振状态，所述谐振参数包括电容值，所述谐振电路还包括电容组件；
所述控制器具体用于：
确定调节规则，并按照所述调节规则调节所述电容组件的电容值；
针对调节后的当前电容值，获取对应的当前电流峰峰值，并判断所述当前电流峰峰值是否大于上一个电容值对应的上一个电流峰峰值；
若是，则按照所述调节规则继续调节所述电容组件的电容值，否则确定所述电容组件的可调电容值范围为所述当前电容值与上上个电容值组成的范围；
判断所述可调电容值范围是否满足预设精度条件；
若是，则根据所述可调电容值范围及其对应的电流得到最终电容值，否则根据所述可调电容值范围更新所述调节规则，并返回至所述按照所述调节规则调节所述电容组件的电容值的步骤；
记当前电容值为Cm，上一个电容值为Cm-1，上上个电容值为Cm-2，对应的电流峰峰值分别记为Im、Im-1、Im-2，所述根据所述可调电容值范围及其对应的电流得到最终电容值，包括：
计算Im与Im-2之间的差值；
若所述差值小于等于预设阈值，则确定所述最终电容值为Cm-1；
若所述差值大于所述预设阈值，且Im＞Im-2，则确定所述最终电容值取Cm和Cm-1之间的值；
若所述差值大于所述预设阈值，且Im＜Im-2，则确定所述最终电容值取Cm-1和Cm-2之间的值；
在Cm＞Cm-1＞Cm-2时，
若Im＞Im-2，则确定所述最终电容值为
Figure 276699DEST_PATH_IMAGE001
；
若Im＜Im-2，则确定所述最终电容值为
Figure 408515DEST_PATH_IMAGE002
。
2.根据权利要求1所述的频率可变的调制场系统，其特征在于，所述控制器具体用于，在所述目标频率改变，或者，所述EPR探头的电感改变时，根据所述电流调节所述谐振电路的谐振参数，以使所述谐振电路处于谐振状态。
3.根据权利要求1或2所述的频率可变的调制场系统，其特征在于，所述电容组件的第一端与所述驱动器连接，所述电容组件的第二端与所述调制场线圈连接；
其中，电流监测装置连接在所述电容组件和所述调制场线圈之间，所述控制器与所述电容组件的控制端连接，用于根据所述电流调节所述电容组件的电容值，以使所述谐振电路处于谐振状态。
4.根据权利要求1所述的频率可变的调制场系统，其特征在于，所述系统还包括：
放大器，所述放大器连接在所述驱动器与所述谐振电路之间，用于对所述交流信号进行放大处理。
5.根据权利要求1所述的频率可变的调制场系统，其特征在于，Cm＜Cm-1＜Cm-2时，
若Im＞Im-2，则确定所述最终电容值为
Figure 230978DEST_PATH_IMAGE003
；
若Im＜Im-2，则确定所述最终电容值为
Figure 498011DEST_PATH_IMAGE004
。
6.一种EPR谱仪，其特征在于，所述EPR谱仪包括：EPR探头、如权利要求1-5中任一项所述的频率可变的调制场系统。
7.一种频率可变的调制场系统的控制方法，其特征在于，所述频率可变的调制场系统包括驱动器和谐振电路，所述驱动器用于提供目标频率的交流信号，所述谐振电路与所述驱动器连接，所述谐振电路包括调制场线圈，所述调制场线圈用于为EPR探头提供调制磁场，所述方法包括：
获取所述谐振电路中的电流；
根据所述电流调节所述谐振电路的谐振参数，以使所述谐振电路处于谐振状态，所述谐振参数包括电容值，所述谐振电路还包括电容组件；
所述根据所述电流调节所述谐振电路的谐振参数，包括：
确定调节规则，并按照所述调节规则调节所述电容组件的电容值；
针对调节后的当前电容值，获取对应的当前电流峰峰值，并判断所述当前电流峰峰值是否大于上一个电容值对应的上一个电流峰峰值；
若是，则按照所述调节规则继续调节所述电容组件的电容值，否则确定所述电容组件的可调电容值范围为所述当前电容值与上上个电容值组成的范围；
判断所述可调电容值范围是否满足预设精度条件；
若是，则根据所述可调电容值范围及其对应的电流得到最终电容值，否则根据所述可调电容值范围更新所述调节规则，并返回至所述按照所述调节规则调节所述电容组件的电容值的步骤；
记当前电容值为Cm，上一个电容值为Cm-1，上上个电容值为Cm-2，对应的电流峰峰值分别记为Im、Im-1、Im-2，所述根据所述可调电容值范围及其对应的电流得到最终电容值，包括：
计算Im与Im-2之间的差值；
若所述差值小于等于预设阈值，则确定所述最终电容值为Cm-1；
若所述差值大于所述预设阈值，且Im＞Im-2，则确定所述最终电容值取Cm和Cm-1之间的值；
若所述差值大于所述预设阈值，且Im＜Im-2，则确定所述最终电容值取Cm-1和Cm-2之间的值；
在Cm＞Cm-1＞Cm-2时，
若Im＞Im-2，则确定所述最终电容值为
Figure 759228DEST_PATH_IMAGE005
；
若Im＜Im-2，则确定所述最终电容值为
Figure 428107DEST_PATH_IMAGE006
。
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