SU1073651A1

SU1073651A1 - Electron spin echo spectrometer

Info

Publication number: SU1073651A1
Application number: SU823498607A
Authority: SU
Inventors: Иван Зенонович Рутковский; Александр Дмитриевич Тарасевич; Григорий Григорьевич Федорук; Александр Степанович Якубов
Original assignee: Научно-Исследовательский Институт Прикладных Физических Проблем Им.Акад.А.Н.Севченко
Priority date: 1982-10-12
Filing date: 1982-10-12
Publication date: 1984-02-15

Abstract

СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО СПИНОВОГО ЭХА, содержащий СВЧ тракт с СВЧ генератором и измерительным резонатором, вынесенным в зазор пол ризующего магнита, генератор моду лирующих импульсов с катушками модул ции , расположенными в зазоре пол ризующего магнита, генератор программ , включенный на генератор модулирующих импульсов, генератор стробимпульсов , управл емый от генератора программ, когерентный СВЧ детектор, установленный на выходе СВЧ тракта, широкополосный усилитель, расположенный после когерентного -СБЧ детектора , устройство выборки-хранени , аналого-цифровой преобразователь и многоканальный накопитель, включенные последовательно за широкополосным усилителем, отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерени огибак цей сигналов спинового эха, в спектрометр после широкополосного усилител параллельно с основным устройством выборки-хранени дополнительно введены четыре ему идентичных устройства выборки-хранени , выходы всех п ти устройств через дополнительно введенный коммутатор, а затем через § аналого-цифровой преобразователь подп ключены к п тиканальному цифровому {/Л регистратору со схемой сравнени чисел, выход -цифрового регистратораj передающий только наибольшее из | сравниваемых чисел, соединен с вхо- S дом многоканального накопител / п ть, параллельных входов устройств выборки-хранени через генератор, стробимпульсов , коммутатор, аналого-цифро 1 вой преобразователь и п тиканальный 00 цифровой регистратор непосредственно подключены к генератору программ. ф О1SPECTROMETER OF THE ELECTRON SPIN ECHA containing a microwave path with a microwave generator and a measuring resonator brought into the gap of a polarizing magnet, a generator of modulating pulses with modulation coils located in the gap of a polarizing magnet, a generator of programs connected to the generator of modulating pulses, a generator of pulses, pulses controlled by a program generator, a coherent microwave detector mounted at the output of the microwave path, a broadband amplifier located after the coherent -BRCh detector, a device in a sample-store, an analog-digital converter and a multichannel drive connected in series behind a broadband amplifier, characterized in that, in order to improve the accuracy of measurement of the bending of the spin-echo signals, four are added to the spectrometer after the wide-band amplifier in parallel with the main sample-storage device identical sampling-storage devices, the outputs of all five devices through the additionally introduced switch, and then an analog-to-digital converter under Keys to the five channel digital {/ A recorder with a scheme comparing numbers, yield -DIGITAL registratoraj transmitting only the largest of | compared numbers, connected to the input of a multichannel storage device / five, parallel inputs of sampling-storage devices through a generator, strobe pulses, a switch, analog-digital 1 converter and five-channel 00 digital recorder directly connected to the program generator. f O1

Description

Изобретение относитс к спектроскопии электронного парамагнитного резонанса и г 1ожет быть использовано при изучении парамагнитных свойств вещества, Известны спектрометры электронно го спинового эха, состо щие из СВЧ (тракта с.источником возбуждающих СВЧ ШУ1пульсоБ, некогерентного СВЧ детектора, пол ризующего магнита -и устройства обработки и индикации сигнала Cl . Основным недостатком этих спектр метров вл етс наличие мертвого времени, в течение которого детектор перегружен и не может воспринимать полезный сигнал. Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс спектрометр спинового эха, содержащий СВЧ тракт с СЗЧ генератором и измерительным резонатором., вынесенн в зазор пол ризующего магнита, гене ратор модулирующих импульсов с катушками модул ции, расположеннь ми в зазоре пол ризующего магнита, генератор программ, включенный на генератор модулирующих импульсов, генератор строб-импульсов, управл емы от генератора nporpaMiM, когерентный СВЧ детектор, установленный на выхо де СВЧ тракта, широкополосный усили тель, расположенный после когерентко:го СВЧ детектора, устройство выбо ки-хранени , аналого-цифровой преобразователь и многорсанальгый накопитель , включен.ные последовательно за широкополосным усилителем и измерительным .вынесенным в зазор по л ризующез о магпчта- резон.JTopoM, де.:ектор; пол ризующий магнит, широ кополосный усилитель, генератор импульсов , подключенный к модул цисжн катушкам и обеспечишающий импульсно изменение пол ризующего магнитного поле в месте расположени образца, строб-преобразовательf состо щий из генератора строб-импульсозз и устрой ства выборх.и-хранени (УВХ) , аналого-цифроьой преобразователь; мног канг1. какопитель и генератор пpoгpa -Iv1 1,2 ;, Данный спектромэтр обеспечизает когерентнс.а детектирование сигнала , ке и.меет мертво1о времени, что позвол ет улучшить временно-э разреш ки€;.. при увеличении временно го разрещенк; возрастают требовани к точности npffB.43KH стробируюидах и . возбу кцающи.х импульсов „ Кромэ того, максимум сигнала .спинового гха нади нает зависеть от параметров возбуж .о,аки.И.х импульсов и не всегда находи cfi на расстонни ; оавном рассто нию ме дау возбуждаюш.ими импульсами При регистрации огибающей сигнс;лоз- эха это приводит к искэ.лсени мо Цель изобретени - повышение точности измерени огибающей сигналов спинового эха. Указанна цель достигаетс тем, что в спектрометр электронного спинового эха, содержащий СВЧ тракт с СВЧ генератором и измерительным .резонатором , вынесенным в зазор пол ризующего магнита; генератор модулирующих импульсов с катушками модул ции , расположенными в зазоре пол ризующего магнита; генератор программ, включенный на генератор модулирующих импульсов; генератор отроб-импульсов , управл емый от генератора программ , когерентный СВЧ детектор, установленный на выходе СВЧ тракта; широкополосный усилитель, расположенный после когерентного СВЧ детектора; устройство выборки-хранени , аналого-цифровой преобразователь и много1санальный накопитель, включенные последовательно за широкополосным усилителем, дополнительно ввод т после широкополосного усилител параллельно с основным устройством выборки-хранени еще четыре ему идентичных устройства выборки-хранени , выходы всех п ти устройств выборкихранени через дополнительно введенный коммутатор, а затем через аналого-цифровой преобразователь подключены к п тиканальному цифровому регистратору со схемой сравнени чисел, выход цифрового регистратора, передающий только наибольшее из сравниваемых чисе.л, сзоединен с входом многоканального накопител ; п ть парал .лельных входов устройств выборкихранени через генератор строб-импульсов , ко1 №1утатор, аналого-цифровой преобразователь и п тиканальный цифровой регистратор непосредственно подкл.ючены к генератору программ. .t.{a чертеже представлена блок-схема спектрометра.. Спектрометр электронного спинового эха содержит волноводньзй СВЧ тракт . с СВЧ генератором, работаюnn-if-i 3 непрерывном режиме генерации, и измерительный резонатор 2 с иссле ,цуемы: 1 образцом, пол ризующий магнит 3, в зазор которого вынесен измерительный резонатор; генератор модулирующих импульсов 4 с катушками модул ции 5, расположенными в зазоре пол ризующего магнита в области измерительного резонатора, генератор программ 6, управл ющий генератором модулирующих импульсов, и генератор строб-импульсов 7, управл емый от генератора програх м; когерентный СВЧ детектор ti, установленный на выходе йолноводного СВЧ тракта, широкополосный усилитель 9, расположенный после когерентного СВЧ детектора, п ть идентичныхмежду собой устройств выборки-хранени 10 - 14, включенных параллельно на выходе широкополосного усилител и программируемых , генератором строб-импульсов,коммутатор 15, установленный на выходе п ти устройств выборки-хранени и управл емый генератором программ, аналого-цифровой преобразователь 1-6, включенный на выходе коммутатора и также управл емый генератором программ , п тиканадьный цифровой регистратор со схемой сравнени чисел 17, управл емый генератором программ и соедин ющий выход аналого-цифрового преобразовател со входом многоканального накопител 18.The invention relates to spectroscopy of electron paramagnetic resonance and can be used in the study of the paramagnetic properties of a substance. Electron spin echo spectrometers are known, consisting of a microwave (path from a source of exciting microwave SHUpulsoB, an incoherent microwave detector, polarizing magnet, and a device of polarizing device, an incoherent microwave detector, polarizing magnet, and a device of polarizing radiation, an incoherent microwave detector, a polarizing magnet, and a device of a polarizing device, an incoherent microwave detector, a polarizing magnet, and a device of a polarizing device; Cl signal indications. The main disadvantage of these spectrum meters is the presence of dead time, during which the detector is overloaded and cannot perceive the useful signal. The invention in its technical essence is a spin echo spectrometer containing a microwave path with an SZCH generator and a measuring resonator. The polarizer magnet is introduced into the gap, the modulating pulse generator with modulation coils located in the polarizer gap, the program generator, connected to the generator of modulating pulses, generator of strobe pulses, controlled from the nporpaMiM generator, coherent microwave detector installed at the output of the microwave path, broadband amplifier located after coherently : a microwave detector, a sampling device, an analog-digital converter and a multi-channel storage device, included in series with a broadband amplifier and a measuring device brought to the gap by a magnetic resonator — resonator. JTopoM, de.: vector; a polarizing magnet, a wideband amplifier, a pulse generator connected to a coil module and providing a pulse change of a polarizing magnetic field at the sample location, a gate converter consisting of a gate pulse generator and a storage device (UHF) ; analog-to-digital converter; many kang As a driver and a generator -Iv1 1,2; This spectrometer provides coherent detection of the signal, ke and is deadly in time, which allows to improve the temporal resolution of €; .. with increasing temporal resolution; The accuracy requirements for the npffB.43KH gating and. the excitation of crome pulses of “Crome, the maximum of the signal of the spin gha is dependent on the parameters of the excitation of a, ak i.I of pulses and do not always find cfi on a distance; A similar distance between the excitation pulses when registering the signal envelope; the echo loop results in an error. The purpose of the invention is to improve the accuracy of the measurement of the envelope of the spin echo signals. This goal is achieved by the fact that an electron spin echo spectrometer contains a microwave path with a microwave generator and a measuring resonator introduced into the gap of a polarizing magnet; modulating pulse generator with modulation coils located in the gap of a polarizing magnet; a program generator connected to the modulating pulse generator; a pulse generator controlled by a program generator, a coherent microwave detector mounted at the output of the microwave path; a broadband amplifier located after a coherent microwave detector; a sample-storage device, an analog-to-digital converter and a multichannel drive connected in series behind a broadband amplifier are additionally inserted after the broadband amplifier in parallel with the main sample-storage device four more identical sample-storage devices, the outputs of all five sampling devices through the additionally entered a switch, and then through an analog-to-digital converter connected to a five-channel digital recorder with a number comparison circuit, the output is digital the level recorder, which transmits only the largest of the compared numbers, is connected to the input of the multichannel storage device; Five parallel inputs of sampling devices through a strobe pulse generator, Ko1 No.1, analog-digital converter and a five-channel digital recorder are directly connected to the program generator. .t. {a drawing shows a block diagram of a spectrometer. The electron spin echo spectrometer contains a waveguide microwave path. With a microwave generator, I work nn-if-i 3 with a continuous generation mode, and a measuring resonator 2 with research, are: 1 sample, a polarizing magnet 3, into the gap of which the measuring resonator is placed; modulating pulse generator 4 with modulation coils 5 located in the gap of the polarizing magnet in the measuring resonator area, program generator 6 controlling the modulating pulse generator, and strobe pulse generator 7 controlled by the program generator; coherent microwave detector ti, installed at the output of the wet-water microwave path, broadband amplifier 9, located after the coherent microwave detector, five identical to each other, 10–14, connected in parallel at the output of the broadband amplifier and programmed, by a strobe pulse generator, switch 15 installed at the output of five sampling-storage devices and controlled by a program generator, an analog-to-digital converter 1-6 switched on at the switch output and also controlled by a program generator m, n tikanadny Digital Recorder with the circuit 17 comparing the numbers controlled by the generator and programs connecting the output of the analog-digital converter to the input of a multichannel accumulator 18.

Спектрометр работает следующим образом.The spectrometer works as follows.

Непрерывное СВЧ излучение из СВЧ тракта 1 подвод т к исследуемому образцу , помещенному в измерительный резонатор 2 и в посто нное магнитное поле пол ризующего магнита.3.Continuous microwave radiation from the microwave path 1 is supplied to the sample under test, placed in the measuring resonator 2 and in the constant magnetic field of the polarizing magnet.

С генератора модулирующих импульсов 4 на катушки модул ции 5 поступают импульсы тока, привод щие к изменению величины пол ризующего магнитного тока в месте расположени исследуемого образца. Величину посто нного пол ризующего магнитного пол и амплитуды импульсов выбирают такими, чтобы резонансные услови дл парамагнитного образца выполн лись только во врем действи импульсов .From the generator of modulating pulses 4, current pulses arrive at the modulation coils 5, leading to a change in the magnitude of the polarizing magnetic current at the location of the sample under study. The magnitude of the constant polarizing magnetic field and the amplitudes of the pulses are chosen such that the resonance conditions for the paramagnetic sample are fulfilled only during the action of the pulses.

Генератор программ 6 задает длительность импульсов, временной интервал между ними, их количество, а также врем включени генератора строб-импульсов 7 и интервалы между строб-импульсами.The program generator 6 sets the pulse duration, the time interval between them, their number, as well as the turn-on time of the strobe pulse generator 7 and the intervals between the strobe pulses.

Сигнал эха после СБЧ детектора 8 усиливаетс широкополосным усилителем 9. Затем сигнал поступает на входы устройств выборки-хранени 10-14. По команде генераторапрогра 6 .генератор строб-импульсов 7 выдаеThe echo signal after SBS detector 8 is amplified by a wideband amplifier 9. The signal is then fed to the inputs of sample-hold devices 10-14. At the command of the generatorprogram 6. The strobe pulse generator 7 is issued

последовательную серию из п ти строимпульсов , которые включают УФХ 1014 . УВХ запоминают мгновенные значени сигнала эха в области его максимального значени . Выходы УВХ через коммутатор 15 по командам генератора программ 6 последовательно подключаютс ко входу аналого-цифрового преобразовател 16. Оцифрованные сигналы поступают в п тиканальный цифровой регистратор со схемой сравнени чисел 17 и запоминаютс . Генератор програьш задает количество усреднений, необходимых дл получени требуемого отношени сигнал шум. Далее полученные числа поступают на схему сравнени , где из них выбираетс наибольшее. Данное значение заноситс в пам ть многоканального -накопител 18.a consecutive series of five strokes that include the UHF 1014. The VHR store instantaneous values of the echo signal in the region of its maximum value. The outputs of the WCX through the switch 15 are connected in series to the input of the analog-digital converter 16 by the commands of the program generator 6. The digitized signals are fed to a five-channel digital recorder with a number 17 comparison circuit and stored. The software generator sets the number of averages required to obtain the desired signal-to-noise ratio. Further, the obtained numbers arrive at the comparison scheme, where the largest is chosen from them. This value is stored in the memory of the multichannel memory 18.

После этого автоматически измен етс интервал между возбуждающими импульсами, а также врем включени генератора строб-импульсов. Процесс регистрации амплитуды сигнала эха повтор етс . Полученное максимально значение заноситс в следующую чейку пам ти многоканального накопител 18. Таким образом, в пам ть многоканального накопител 18 заноситс зависимость максимума амплитуды сигнала эха от временного интервала между возбуждающими импульсами, С выхода многоканального накопител огибающа сигнала эха подаетс на отображающее устройство или в ЭВМ дл дальнейшей обработки.After that, the interval between the excitation pulses and the turn-on time of the strobe pulse generator automatically change. The process of recording the amplitude of the echo signal is repeated. The maximum value obtained is entered into the next memory cell of the multichannel accumulator 18. Thus, the memory of the multichannel accumulator 18 records the dependence of the maximum amplitude of the echo signal on the time interval between the exciting pulses. From the output of the multichannel accumulator, the envelope of the echo signal is fed to the display device or to the computer for further processing.

Применение предложенного спектрометра электронного спинового эха позвол ет уменьшить искажени при регистрации огибающей сигналов эха и с большей точностью проводить изучение динамических и структурных характеристик спинов.ых систем, в особенности при использовании модулционных эффектов спинового эха.The use of the proposed electron spin echo spectrometer allows one to reduce the distortion during the registration of the envelope of the echo signals and to study the dynamic and structural characteristics of the spin systems with greater accuracy, especially when using modulation effects of spin echo.

Claims

ELECTRONIC SPIN ECHO SPECTROMETER containing a microwave path with a microwave generator and a measuring resonator placed in the gap of the polarizing magnet, a modulating pulse generator with modulation coils located in the gap of the polarizing magnet, a program generator included in the modulating pulse generator, a strobe pulse generator controlled from the program generator , a coherent microwave detector installed at the output of the microwave path, a broadband amplifier located after the coherent 'microwave detector, the selector four storage channels, an analog-to-digital converter and a multi-channel drive connected in series behind a broadband amplifier, characterized in that, in order to increase the accuracy of measuring the envelope of the spin echo signals, four identical identical ones are additionally introduced into the spectrometer after the broadband amplifier in parallel with the main sampling-storage device sampling-storage devices, the outputs of all five devices through an additionally entered switch, and then through an analog-to-digital converter are connected to five cial DVR with a comparison circuit numbers, the output -Digital registrar transmits only the largest ds | the numbers to be compared, connected to the input of a multi-channel drive, * five ** parallel inputs of the devices; select ki-storage through a generator, strobe pulses, a switch, an analog-to-digital converter and a five-channel digital recorder directly connected to the program generator>