Микроволновый спектрометр

 

Использование: техника радиоизмерений для молекулярной спектроскопии при молекулярном и изотопном анализе веществ в газовой и паровой фазе. Сущность изобретения: микроволновый спектрометр содержит источник микроволнового излучения , состоящий из перестраиваемого генератора , управляемого блока питания, подвижного элемента резонансной системы и элемента для его перемещения, делитель излучения, ячейки с исследуемым газом и газом с известными спектральными характеристиками, два микрофона, детектор микроволнового излучения, интерферометр Майкельсона, источник когерентного оптического излучения, фотоприемник, усилители , синхронные детекторы, регистратор , генератор модулирующего излучения. Подвижный элемент резонансной системы, предназначенный для отражения назад части излучения генератора, выполнен в виде делительной пластины из материала, прозрачного для излучения генератора миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн или диафрагмы - для сантиметрового диапазона излучения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. in С

СО)03 СОВЕТСКИХ сОЦиАлистИческих

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 N 22/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4873215/09 (22) 15.10.90 (46) 15.11.92. Бюл. 1Ф 42 (71) Томский государственный университет им. В.В.Куйбышева (72) О.Н,Улеников и Г,С.Хмельницкий (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1231446, кл. G 01 N 22/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 1320723, кл. G 01 N 22/00, 1985. (54) МИКРОВОЛНОВЫЙ СПЕКТРОМЕТР (57) Использование: техника радиоизмерений для молекулярной спектроскопии при молекулярном и изотопном анализе веществ в газовой и паровой фазе. Сущность изобретения: микроволновый спектрометр содержит источник микроволнового излучения, состоящий из перестраиваемого генератора, управляемого блока питания, Изобретение относится к технике радиоизмерений и.молекулярной спектроскопии и может быть использовано при молекулярном и изотопном анализе веществ в газовой и паровой фазе, D

Известна конструкция микроволнового спектрометра, содержащая источник когерентного микроволнового излучения, ячейку для исследуемого газа, синтезатор частоты, первый и второй усилители промежуточной частоты, смеситель, регистратор, первый и второй частотные детекторы, сумматор, блок вычитания, блок управления, частотный детектор.

Недостатком данной конструкции является черезвычайная сложность блока перестройки и стабилизации частоты

<19> !Ыао 1775653 А1 подвижного элемента резонансной системы и элемента для его перемещения. делитель излучения, ячейки с исследуемым газом и газом с известными спектральными характеристиками, два микрофона, детектор микроволнового излучения, интерферометр Майкельсона, источник когерентного оптического излучения, фотоприемник, усилители, синхронные детекторы, регистратор, генератор модулирующего излучения, Подвижный элемент резонансной системы, предназначенный для отражения назад части излучения генератора, выполнен в виде делительной пластины из материала, прозрачного для излучения генератора миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн или диафрагмы — для сантиметрового диапазона излучения, 2 з,п. ф-лы, 1 ил. микроволнового излучения, что ограничивает диапазон работы спектрометра, Наиболее близким по технической сущности является микроволновый спектрометр, содержащий перестраиваемый генератор микроволнового излучения с управляемым блоком питания, делитель излучения, первую и вторую ячейки с исследуемым газом и газом с известными спектральными характеристиками, соответственно, первый и второй микрофоны, перестраиваемый резонатор Фабри-Перо, детектор микроволнового излучения, интерферометр Майкельсона, источник когерентного оптического излучения, фотоприемник, усилители, первый, второй и третий синхронные детекторы, регистратор, генератор модулирующего напряжения и элемент для перемещения

1775653 подвижного зеркала интерфераметра Фзбри-Перо, Основными недостатками известного микроволнового спектрометра являются; невысокая чувствительность, обусловленная малой мощностью выходного излучения источника микроволнового излучения; ограниченный диапазон работы спектрометра миллиметровым и субмиллиметровым диапазонами длин волн; невысокая точность измерения частот спектральных линий.

Целью изобретения является повышение чувствительности, расширение спектрального диапазона спектраметра и увеличение точности измерений спектральных линий.

Указанная цель дастигаетсл введением в конструкцию микроволнового спектраметра дополнительно подвижного элемента, образующего резанансну а систему с генератором микровалновога излучения, при этом, подвижный элемент резонансной системы выполнен в виде: делительной пластины из материала, прозрачного для излучения генератора субмиллиметроваго и миллиметрового диапазонов., например из слюды, кварца, фторапласта и т.д, диафрагмы — для сантиметрового диапазона излучения, например: в виде металлического стержня, металлического экрана с отверстием, металлической сетки.

На чертеже представлена структурная схема микроволнового спектраметра, Микроволновый спектрометр содержит генератор модулирующега напряжения 1, первый

2, второй 14 и третий 20 синхронные детекторы, первый 5, второй 13 и третий 19 усилители, перестраиваемый генератор микроволнового излучения 4, управляемый блок питания 3, подвижный элемент 7, алак перемещения подви>кного элемента 6, источник «огерентного оптического излучения

8, интерферометр Майкельсонз 9, фатаприемник ",0, детектор микроволнового излучения 12, делитель излученил 11, первую ячейку длл исследуемого газа 15 и вторую ячейку длл газа с известными спектральными характеристиками 17, снабженные первым 16 и вторым 18 микрофонами, соответственно, регистратор сигналов 2*, Подвижный элемент установлен на расстоянии от генератора микроволнового излучения, определяемом формулой:

L=mc/2 v где с -- скорость света; и — частота излучения генератора, m — число палувалн, укладывающихся между отра>кающим элементом и концом резонатора или замедляющей системы генератора микроволнового излучения.

При изменении L будет меняться и резонансная частота системы генератор-отражающий элемент, что при наличии системы автоподстрайки частоты генератора на максимум резонансной кривой резонансной системы позволяет осуществлять плавную и поочередну>о перестройку длины волны излучения микроволнового генератора, Микроволновый спектрометр работает

15 следу ащим образом.

Частота излучения перестраиваемого генератора микраволнавога излучения 4 автоматически настраивается нз собственную частоту резонансной системы, образован20 ной подвих<ным элементом и генератором микроволнового излученил 7 и 4, соответственно, при перемещении элемента 7 с помощью блока 6 осуществляется изменение частоты излучения по рабочему диапазону

25 генератора 4. При совпадении частоты излучения с частотой линии поглощения газов в ячейках 15 и 1 7 возникают сигналы, которые улавливаются микрофонами 16 и 18 и через усилители 13 и 19 и синхронные детекторы

30 14 и 20 поступают на регистратор 21.

Излучение генератора 4 частотно промадулиравано путем подачи опорного напряжения с генератора 1 на блок питания 3.

Это дает возможность выработать сигнал

35 ошибки в системе автоподстройки частоты генератора микроволнового излучения и синхронное детектирование сигналов с микрофонов 16 и 18.

Автоматическая настройка на собствен40 ную частоту резонатора осуществллется следующим образом: при отклонении часто,ты излучения микроволнового генератора от собственной частоты резонансной системы на первом синхронном детекторе 2 вы 15 рабатывается сигнал ошибки, который поступает на блок питания 3 и изменяет напря>кение тзк, чтобы это отклонение частоты генератора 4 устранить, Таким обрэзом, частота излучения гене50 ратора 4 постепенно настраиваетсл íà roGственнао частоту резонансной системы.

При плавном перемещении элемента 7 вдоль аси луча происходит перестройка резонансной системы и соответственно, пере55 стройка частоты излучения микроволнавога ге. ге рата р а;

Одновременно с записью спектров на регистратор 21 поступает интерферограмма с фотоприемника 10, образаваннэл интерфсрометром Майкельсона 9, и служащая для

1775653

Составитель Г.Хмельницкий

Техред M,Моргентал Корректор T.Ïàëèé

Редактор

Заказ 4031 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, уп.Гагарина, 101 регистрации перемещения элемента 7.

Вследствие этого, периоды интерферограммы связаны с частотой излучения микроволнового генератора и являются метками точного масштаба для измерения частоты.

Формула изобретения

1. Микроволновый спектрометр, содержащий последовательно соединенные генератор модулирующего напряжения, первый синхронный детектор, управляемый GfioK питания и перестраиваемый генератор микроволновог0 излучения, оптически связанные источник когерентного оптического излучения, интерферометр Майкельсона и фотоприемник, выход которого соединен с первым входом регистратора, детектор излучения, выход которого через усилитель подключен к второму входу первого синхронного детектора, делитель луча, один выход которого оптически связан с ячейкой для исследуемого газа, выход которой через последовательно соединенные первый микрофон, второй усилитель и второй синхронный детектор подключен к второму входу регистратора, ячейку для газа с известными спектральными характеристиками, установленную последовательно с ячейкой для исследуемого газа, выход которой через последовательно соединенные в арой микрофон, третий усилитель, третий синхронный детектор подключен к третьему входу регистратора, при этом вторые входы второ5 го и третьего синхронных детекторов l1 управляемого блока питания соединены с выходом генератора модулирующего напряжения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений и увеличе10 ния чувствительности, введен подвижный элемент, образующий общую резонансную систему с элементами перестраиваемого генератора микроволнового излучения, при этом вход и второй выход делителя луча

15 оптически связаны соответственно с выходом подвижного элемента и входом детектора излучения, 2. Спектрометр по и, 1, о т л и ч а юшийся тем, что подвижный элемент

20 выполнен в виде делительной пластины из материала, прозрачного для излучения субмиллиметрового и миллиметрового диапазонов волн, 3. Спектрометр по и. 1. о т л и ч а ю25 шийся тем, что, с целью расширенияя диапазона измеряемыхспектров, подвижный элемент выполнен в виде диафрагмы сантиметрового диапазона длин волн.