CN215067239U - 一种台式连续波顺磁共振谱仪探头 - Google Patents
一种台式连续波顺磁共振谱仪探头 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种台式连续波顺磁共振谱仪探头，包括谐振腔和设置于所述谐振腔上的微波耦合结构和高频调制磁场耦合结构，所述谐振腔采用扁形结构且立向设置的矩形腔，所述微波耦合结构为设置于所述矩形腔波导接入侧的第一小孔；所述矩形腔与第一小孔相对侧设有用于接入外部信号源的第二小孔，所述高频调制磁场耦合结构包括竖直贯穿所述矩形腔并相对设置的两根铜棒，所述铜棒外接调制场驱动电路。两根铜棒组成亥姆赫兹线圈，外接调制场驱动电路，通过大电流驱动调制场，实现高效率的高频调制磁场耦合，以及较好地分布调制场；采用铜棒作为亥姆赫兹线圈，无需线圈绕制，更利于大批量生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子顺磁共振技术领域，具体是一种台式连续波顺磁共振谱仪探头。
背景技术
电子顺磁共振(electron paramagnetic resonance，EPR)是由不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术，可用于从定性和定量方面检测物质原子或分子中所含的不配对电子，并探索其周围环境的结构特性。电子顺磁共振谱仪主要分脉冲式和连续波式两种类型。连续波顺磁共振谱仪通过将待测样品放入恒定频率的微波场，通过改变外磁场频率得到连续波EPR谱线。
在电子顺磁共振实验中，谐振腔有着重要的作用。根据不同的实验需求，发展出了不同形式的谐振腔。常用的有矩形腔、圆柱腔、介质腔、裂隙腔等。在连续波电子顺磁共振实验中，谐振腔的设计要求是：1、保证磁场B1方向垂直于外加静磁场方向；2、保证样品放置区域磁场B1尽可能大；3、具有高频调制场耦合能力，以满足连续波顺磁共振谱仪高频调制场号检测方式的需求；4、具有标准样品对比测量功能，以便于精确测量g因子和待测样品自旋数。
市面上现有的连续波顺磁共振谱仪体积较大，为满足市场对轻巧便携的连续波顺磁共振谱仪的需求，小型化的台式连续波顺磁共振谱仪成为连续波顺磁共振谱仪的开发方向，而探头占用空间的缩小也起到至关重要的作用。
实用新型内容
基于连续波顺磁共振谱仪对谐振腔的设计要求，结合台式小型化的开发方向，本实用新型提出一种台式连续波顺磁共振谱仪探头。
一种台式连续波顺磁共振谱仪探头，包括谐振腔和设置于所述谐振腔上的微波耦合结构和高频调制磁场耦合结构，所述谐振腔采用扁形结构且立向设置的矩形腔，所述微波耦合结构为设置于所述矩形腔波导接入侧的第一小孔；所述矩形腔与第一小孔相对侧设有用于接入外部信号源的第二小孔，所述高频调制磁场耦合结构包括竖直贯穿所述矩形腔并相对设置的两根铜棒，所述铜棒外接调制场驱动电路。
进一步的，所述第一小孔为平行于所述铜棒设置的腰孔，所述矩形腔第一小孔侧设有调谐单元，所述调谐单元由调谐电机、在所述调谐电机驱动下来回活动的调谐螺杆、以及固定于所述调谐螺杆顶部的调谐块组成，所述调谐螺杆来回活动过程中，所述调谐块相对所述第一小孔运动。
进一步的，所述矩形腔中部竖直贯穿设置有待测样品管；所述铜棒相对于所述待测样品管对称设置；所述待测样品管旁侧设有标准样品管。
进一步的，所述矩形腔第一小孔侧可拆卸连接有波导接入单元，第二小孔侧可拆卸连接有外部信号源接入单元；所述调谐单元的安置槽、所述待测样品管与所述矩形腔一体成型构成探头主体结构。
进一步的，所述铜棒一侧焊接于驱动转接板上，通过所述驱动转接板外接调制场驱动电路，另一侧通过铜棒底座固定于所述探头主体结构上；所述驱动转接板可拆卸固定于所述探头主体结构一侧。
本实用新型的有益效果：1、两根铜棒组成亥姆赫兹线圈，外接调制场驱动电路，通过大电流驱动调制场，实现高效率的高频调制磁场耦合，以及较好地分布调制场；2、采用铜棒作为亥姆赫兹线圈，无需线圈绕制，更利于大批量生产；3、采用立向设置的扁形结构的矩形腔和贯穿式待测样品管，在缩小探头厚度的同时，保证了样品区域足够的空间；4、探头宽度仅14mm，满足台式连续波顺磁共振谱仪磁体间隙15mm的空间限制；5、增设标准样品管，便于检测样品过程中进行实时对比，可以较精确地测试g因子和自旋数。
附图说明
图1为探头主体结构一侧角度立体图；
图2为探头主体结构另一侧角度立体图；
图3为台式连续波顺磁共振谱仪探头侧视图；
图4为图3中的A-A面剖视图；
图5为台式连续波顺磁共振谱仪探头结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
实施例1
一种台式连续波顺磁共振谱仪探头，如图1-4所示，包括谐振腔1和设置于所述谐振腔上的微波耦合结构和高频调制磁场耦合结构。微波信号通过微波耦合结构耦合进谐振腔内，外界高频调制磁场通过高频调制磁场耦合结构耦合进谐振腔内。
为适应台式连续波顺磁共振谱仪的空间限制问题，所述谐振腔采用扁形结构且立向设置的矩形腔。此处的立向设置指的是，以矩形腔两个最窄的相对面分别连接微波输入侧和外部信号源输入侧(参照图4)，从而缩小整个探头的厚度。
所述微波耦合结构为设置于所述矩形腔波导接入侧的第一小孔2，所述矩形腔与第一小孔相对侧设有用于接入外部信号源的第二小孔3，所述高频调制磁场耦合结构包括竖直贯穿所述矩形腔并相对设置的两根铜棒4。两根铜棒组成亥姆赫兹线圈，外接调制场驱动电路，通过大电流驱动调制场，实现高效率的高频调制磁场耦合，以及较好地分布调制场；另一方面，采用铜棒，无需线圈绕制，更利于大批量生产。
为节约空间，所述第一小孔2为平行于所述铜棒设置的腰孔，所述矩形腔第一小孔侧设有调谐单元，所述调谐单元由调谐电机5、在所述调谐电机驱动下来回活动的调谐螺杆6、以及固定于所述调谐螺杆顶部的调谐块7组成，所述调谐螺杆6来回活动过程中，所述调谐块7相对所述第一小孔2运动，从而调谐矩形腔的耦合状态。本实施例中，调谐块为直径5mm、厚度1mm的铜镀银金属头。
所述矩形腔中部竖直贯穿设置有待测样品管8，从图2中可以看出，在铜棒等其他结构旁置的情况下，待测样品管几乎能够做到与矩形腔同等厚度，极大地扩展了样品检测区域的空间，使其能够兼容变温系统、转角结构以及光照系统。待测样品管贯穿设置，是因为样品在检测过程中，需要低温系统为其提供低温环境。
所述铜棒4相对于所述待测样品管8对称设置；所述待测样品管8旁侧设有标准样品管9，便于检测样品过程中进行实时对比，可以较精确地测试g因子和自旋数。
所述矩形腔第一小孔侧可拆卸连接有波导接入单元10，第二小孔侧可拆卸连接有外部信号源接入单元11，如图5所示。本实施例中，微波应用范围在X波段内，波导接入单元通过同轴接口与系统连接，采用标准SMA接口。
所述调谐单元的安置槽、所述待测样品管与所述矩形腔一体成型构成探头主体结构12。一体成型的探头主体结构，及其与波导接入单元、外部信号源接入单元可拆卸连接结构，能够在保证探头结构稳定性的前提下，实现便捷拆装。
所述铜棒4一侧焊接于驱动转接板13上，通过所述驱动转接板13外接调制场驱动电路，另一侧通过铜棒底座14固定于所述探头主体结构12上；所述驱动转接板13可拆卸固定于所述探头主体结构12一侧。大电流通过驱动转接板分别施加至两根铜棒一侧，两根铜棒另一侧通过铜棒底座连接，形成回路。驱动转接板与探头主体结构固定连接，保证了其与铜棒之间连接的稳定性。
本实用新型公开的台式连续波顺磁共振谱仪探头，宽度仅为14mm，满足台式连续波顺磁共振谱仪的空间限制要求；空腔谐振频率9.82GHz，S11位-30dB以下，临界耦合时Q值大于3800。
显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。
Claims (8)
1.一种台式连续波顺磁共振谱仪探头，包括谐振腔和设置于所述谐振腔上的微波耦合结构和高频调制磁场耦合结构，其特征在于，所述谐振腔采用扁形结构且立向设置的矩形腔，所述微波耦合结构为设置于所述矩形腔波导接入侧的第一小孔；所述矩形腔与第一小孔相对侧设有用于接入外部信号源的第二小孔，所述高频调制磁场耦合结构包括竖直贯穿所述矩形腔并相对设置的两根铜棒，所述铜棒外接调制场驱动电路。
2.根据权利要求1所述的台式连续波顺磁共振谱仪探头，其特征在于，所述第一小孔为平行于所述铜棒设置的腰孔，所述矩形腔第一小孔侧设有调谐单元，所述调谐单元由调谐电机、在所述调谐电机驱动下来回活动的调谐螺杆、以及固定于所述调谐螺杆顶部的调谐块组成，所述调谐螺杆来回活动过程中，所述调谐块相对所述第一小孔运动。
3.根据权利要求2所述的台式连续波顺磁共振谱仪探头，其特征在于，所述矩形腔中部竖直贯穿设置有待测样品管。
4.根据权利要求3所述的台式连续波顺磁共振谱仪探头，其特征在于，所述铜棒相对于所述待测样品管对称设置。
5.根据权利要求3所述的台式连续波顺磁共振谱仪探头，其特征在于，所述待测样品管旁侧设有标准样品管。
6.根据权利要求3-5任意一项所述的台式连续波顺磁共振谱仪探头，其特征在于，所述矩形腔第一小孔侧可拆卸连接有波导接入单元，第二小孔侧可拆卸连接有外部信号源接入单元；所述调谐单元的安置槽、所述待测样品管与所述矩形腔一体成型构成探头主体结构。
7.根据权利要求6所述的台式连续波顺磁共振谱仪探头，其特征在于，所述铜棒一侧焊接于驱动转接板上，通过所述驱动转接板外接调制场驱动电路，另一侧通过铜棒底座固定于所述探头主体结构上。
8.根据权利要求7所述的台式连续波顺磁共振谱仪探头，其特征在于，所述驱动转接板可拆卸固定于所述探头主体结构一侧。
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