SU1078300A1 - Способ выделени сигналов в спектрометре электронного парамагнитного резонанса и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ выделени  сигналов в спектрометре электронного парамагнитного резонанса, включающий помещение резонатора с парамагнитным образцом в пол ризующее магнитное поле , создание низкочастотной периодической развертки и высокочастотной модул ции магнитного пол , детектирование сигнала электронного парамагнитного резонанса детектором СВЧ, усиление избирательным усилителем , детектирование высокочастотным синхронным детектором, преобразование в цифровой код и синхронное суммирование многоканальным накопителем , отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности и снижени  трудоемкости настройки спектрометра, из каждой последующей реализации сигнала, опО ) редел емой соответствующим периодом низкочастотной развертки, вычитаетс  среднее значение всех предыдущих его реализаций.

Description

2. Устройство дл  выделени  сигналов в спектрометре электронного парамагнитного резонанса, содержащее источник питани  с устройством низкочастотной развертки и высокочастотный модул тор магнитного, по ч электромагнита, между попюснъал  на конечниками которого помещен измерительный резонатор, соединенный с блоком СВЧ, выход которого подключен к последовательно соединенным избирательному усилителю, синхронному детектору, аналого-цифровому преобразователю и накопителю, управ л квдий выход которого осуществл ет развертку магнитного пол , о т л ичающеес   тем, что, с целью повышени  чувствительности и снижени  трудоемкости настройки спектрометров , в него дополнительно введены делитель частоты, реверсивный

счетчик, буферный регистр, цифроаналоговый преобразователь, причем вход делител  частоты соединен с первым выходом аналого-цифрового преобразовател , выход делител  частоты соединен с первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с вторым выходом аналогоцифрового преобразовател , первый и второй выходы реверсивного счетчика соединены с первым и вторым входом буферного регистра, третий (установочный ) вход которого соединен с выходом накопител  и входом источника питани  с устройством низкочастотной развертки, первый и второй выходы буферного регистра соединены с первым и вторым входом цифроаналогового преобразовател , выход которого соединен с вторым входом синхронного детектора.

Изобретение относитс  к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использовано в приборостроительной промышленности при изготовлении спектрометров ЭПР.

Известен способ детектировани  сигналов в спектрометре ЭПР, при котором в резонаторе с парамагнитным образцом, помещенном в пол ризующее магнитное поле, создают высокочастотное магнитное поле и осуществл ю низкочастотную модул цию магнитного пол , а сигнал, обусловленный ЭПР, детектируют детектором СВЧ, усиливают избирательным усилителем, детектируют высокочастотным синхронным детектором и подают на регистрирующее устройство l.

Однако этот способ имеет р д недостатков , обусловленных тем, что синхронный детектор осуществл ет выделение не только полезного сигнала , но и синхронных помех на частоте модул ции. Нестационарный характер этих помех приводит к увеличению шумов и, следовательно, к снижению чувствительности спектрометра Кроме того, возникают сложности в процессе настройки спектрометра и поиска спектров, св занные с тем, что изменение условий регистрации {мощности СВЧ, амплитуды модул ции, коэффициента усилени ) неизбежно приводит к значительным изменени м уровн  нулевой линии.

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  способ вьшелени  сигналов в спектрометре электронного парамагнитного резонанса, включающий помещение резонатора с парамагнитным образцом в пол ризующее магнитное поле, создание низкочастотной периодической развертки и высокочастотной модул ции магнитного пол , детектирование сигнала ЭПР детектором СВЧ, усиление избирательным усилителем, де0 тектирование высокочастотным синхронным детектором, преобразование в цифровой код и синхронное суммирование многоканальным накопителем. Устройство дл  реализации способа

5 содержит источник питани  с устройством низкочастотной развертки и высокочастотный модул тор магнитного пол  электромагнита, между полюсными наконечниками которого помещен измерительный резонатор, соединенный с блоков СВЧ, выход которого подключен к последовательно соединенным избирательному усилителю, синхронному детектору, аналого-цифровому преобразователю и накопителю.

управл ющий вход которого осуществл ет развертку магнитного пол  2.

Известный способ позвол ет повысить чувствительность спектрометра за счет устранени  вли ни  низкочастотных составл ющих синхронных по- мех, однако не освобождает от затруднений , возникающих в процессе настройки спектрометра, св занных с изменени ми уровн  нулевой линии. 5 Кроме того, хот  низкочастотные составл ющие синхронных помех и усредн ютс  в процессе накоплени , однако при длительных временах регистрации происходит смещение предварительно установленной нулевой линии что приводит к неравномерной загруке запоминающего устройства и, в конечном итоге, к неполному использованию ресурсов повышени  чувствительности методом синхронного суммировани .

Цель изобретени  - повышение чувствительности и снижение трудоемкости настройки спектрометра.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу вьщелени сигналов в спектрометре ЭПР, включающему помещение резонатора с пармагнитным образцом в пол ризующее магнитное поле, создание низкочастотной периодической развертки и высокочастотной модул ции магнитного пол , детектирование сигнала ЭП детектором СВЧ, усиление избирателным усилителем, детектирование высокочастотным синхронным детектором , преобразование в цифровой код и синхронное суммирование многоканальным накопителем, из каждой последующей реализации сигнала, определ емой соответствунвдим периодом низкочастотной развертки, вычитаетс  среднее значение всех предыдущих его реализаций.

В устройство дл  реализации способа , со ержащее источник питани  с устройством низкочастотной развертки и высокочастотный модул тор магнитного пол  электромагнита, между полюснЕами наконечниками которого помещен измерительный резонатор, соединенней с блоком СВЧ, выход которого подключен к последовательно соединенным избирательному усилителю , синхронному детектору, аналогоцифровому преобразователю и накопителю , управл ющий вход которого осуществл ет развертку магнитного пол , дополнительно введены делитель частоты, реверсивный счетчик, буферный регистр, цифроаналоговый преобразователь, причем вход делител  частоты соединен с первым выходом аналого-цифрового преобразовател , выход делител  частоты соединен с первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с вторым выходом аналого-цифрового преобразовател , первый и второй выходы реверсивного счетчика соединены с первым и вторым входом буферного регистра, третий (установочный ) вход которого соединен с выходом накопител  и входом источника питани  с устройством низкочастотной развертки, первый и второй выходы буферного регистра соединены с первым и вторым входом цифроаналогового преобразовател , выход которого соединен с вторым входом синхронного детектора.

На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ выделени  сигналов в спектрометре ЭПР.

В предлагаемом способе положительный эффект выделени  сигналов ЭПР достигаетс  за счет того, что при регистрации спектра на i-й развертке магнитного пол , т.е. в интервале времени от t; до t; , начальный уровень на выходе синхронного детектора смещаетс  на величину среднего значени  суммы сигнала и помехи за интервал времени от t до t- и т.д.

Возможность сужени  динамического диапазона последетекторной регистрации позвол ет более эффективно использовать объем пам ти накопител , и, следовательно, повысить чувствительность спектрометра.

Достоинства предложенного способа особенно нагл дно про вл ютс  при настройке спектрометра и поиске спектральных линий. В этом случае необходимые изменени  условий регистрации неизбежно привод т к изменени м уровн  синхронной помехи (смещению нулевой линии), который при использовании предложенного способа автоматически компенсируетс существенно снижа  трудоемкость настройки спектрометра.

Устройство, осуществл к дее предложенный способ, содержит электромагнит 1, источник питани  2 с устройством низкочастотной развертки, высокочастотный модул тор 3, резонатор 4, блок 5 СВЧ, избирательный усилитель 6, синхронный детектор 7, аналого-цифровой преобразователь 8, цифровой накопитель 9, а также делитель 10 частоты, реверсивный счетчик 11, буферный регистр 12 и цифроаналоговый преобразователь 13.

Устройство работает следующим образом .

Электромагнит создает пол ризующее магнитное поле,низкочастотна  развертка которого осуществл етс  источником 2 питани  с устройством низкочастотной развертки, а высокочастотна  модул ци  магнитного пол  осуществл етс  модул тором 3. Резонатор 4, помещенный между полюсными наконечниками электромагнита 1 св зан с блоком 5 СВЧ, в котором сигнал, обусловленный ЭПР, детектируетс  детектором СВЧ, с выхода которого снимаетс  сигнал ЭПР на частоте модул ции. Этот сигнал усиливаетс  избирательным усилителем 6 и детектируетс  синхронным детектором 7. На второй вход синхронного детектора поступает напр жение управлени , осуществл ющее, пропорциональное смещение начального уровн  на выходе синхронного детектора.

Далее низкочастотный сигнал ЭПР преобразуетс  в цифровой код аналогоцифровым преобразователем 8, который синхронно суммируетс  цифpoвьвs1 на копителем 9, Синхронность накоплени  спектров достигаетс  за счет того, что управление разверткой магнитного пол  осуществл етс  пилообразным напр жением с выхода накопител  ,

Аналого-цифровой преобразователь 8 имеет два выхода. С выхода 14 снимаетс  последовательность импульсов, число которых соответствует среднему; , напр жению на входе преобразовател  8 в временном канале. С выхода 15 поступают импульсы, вреMejiHpe положение которых соответствует моменту окончани  преобразовани  в каждом временном канале. Таким образом, за врем  одной развертки магнитного пол  число импульсов , поступающих с выхода 14 преобразовател  8, равно среднему значению сигнала на входе преобразовател  за врем  этой развертки, умноженному на число каналов преобразовани , а число импульсов на выходе 15 за врем  каждой развертки равно числу каналов преобразовани . Числоимпульсна  последовательность с выхода 14 преобразовател  8 поступает через делитель 10 частоты на суммирующий вход реверсивного счетчика 11, а импульсы с выхода 15 на вычитающий вход реверсивного счетчика 11. Коэффициент делени  делител  10 частоты выбран равным половине разр дности аналого-цифрового преобразовател  8.

Таким образом, если среднее значение сигнала на выходе синхронного детектора за врем  одной развертки магнитного пол  соответствует середине динамического диапазона аналого-цифрового преобразовател , то на оба входа реверсивного счетчика 11 за врем  этой развертки поступит одинаковое количество импульсов , равное числу каналов преобразовани . В случае смещени  среднего значени  сигнала за период развертки вверх или вниз, содержимое счетчика 11 соответственно увеличиваетс  или уменьшаетс . Содержимое реверсивного счетчика 11 переписываетс  в буферный регистр 12 в моме окончани  каждой развертки магнитного пол  импульсом обратного хода с выхода накопител . Цифровой код, записанный в регистре 12, преобразуетс  цифроаналоговым преобразователем 13 в напр жение, которое подаетс  на управл ющий вход синхронного детектора, смеща  его начальный выходной уровень к середине динамического диапазона аналогоцифрового преобразовател . Таким образом , в момент начала каждой развертки начальное смещение выходного напр жени  синхронного детектора скачкообразно смещаетс  к середине динамического диапазона аналогоцифрового преобразовател . Причем величина этого смещени  равна среднему значению напр жени  на выходе синхронного детектора за все предыдущие его развертки.

Предлагаемые способ и устройство были испытаны совместно с малогабаритным унифицированным радиоспектрометром электронного парамагнитного резонанса Минск-РЭМ-10. Предложенное устройство реализовано в виде печатной платы, расположенной в субблоке цифрового накопител . Ка показали проведенные испытани , использование изобретени  позвол ет практически полностью устранить вли ние низкочастотных синхронных помех, а врем  настройки спектрометра и поиска спектральных линий сократилось в среднем на 20-30%.

Claims (2)

1. Способ выделения сигналов в спектрометре электронного парамаг- нитного резонанса, включающий помещение резонатора с парамагнитным образцом в поляризующее магнитное поле, создание низкочастотной периодической развертки и высокочастотной модуляции магнитного поля, детектирование сигнала электронного парамагнитного резонанса детектором СВЧ, усиление избирательным усилителем, детектирование высокочастотным синхронным детектором, преобразование в цифровой код и синхронное суммирование многоканальным накопителем, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и снижения трудоемкости настройки спектрометра, из каждой g последующей реализации сигнала, определяемой соответствующим периодом низкочастотной развертки, вычитается среднее значение всех предвду, щих его реализаций.

2. Устройство для выделения сигналов в спектрометре электронного парамагнитного резонанса, содержащее источник питания с устройством низкочастотной развертки и высокочастотный модулятор магнитного, поля электромагнита, между полюсными наконечниками которого помещен измерительный резонатор, соединенный с блоком СВЧ, выход которого подключен к последовательно соединенным избирательному усилителю, синхронному детектору, аналого-цифровому преобразователю и накопителю, управ ляющий выход которого осуществляет развертку магнитного поля, о т л ичающеес я тем, что, с целью повышения чувствительности и снижения трудоемкости настройки спектрометров, в него дополнительно введены делитель частоты, реверсивный счетчик, буферный регистр, цифроаналоговый преобразователь, причем вход делителя частоты соединен с пер вым выходом аналого-цифрового преобразователя, выход делителя частоты соединен с первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с вторым выходом аналогоцифрового преобразователя, первый и второй выходы реверсивного счетчика соединены с первым и вторым входом буферного регистра, третий (установочный) вход которого соединен с выходом накопителя и входом источника питания с устройством низкочастотной развертки, первый и второй выходы буферного регистра соединены с первым и вторым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с вторым входом синхронного детектора.