电子自旋共振信号捕获技术的研究

摘要

电子自旋共振（ESR）是探索顺磁微观物质结构的有力工具，它研究的对象是具有未偶电子的物质，如具有奇数个电子的原子、分子以及内电子壳层未被充满的离子，受辐射作用产生的自由基及半导体、金属等。通过共振谱线的研究，可以获得有关分子、原子及离子中未偶电子的状态及其周围环境方面的信息，从而得到有关物质结构何化学键的信息，故电子自旋共振是一种重要的近代物理实验技术，在物理、化学、生物、医学等领域有广泛的应用。
　　 射频段电子自旋共振实验仪是重要的经典物理实验仪器，目前，各高等院校所开设的电子自旋共振实验大多采用传统的自旋共振仪，通过扫描磁场来捕获共振信号，并将共振信号送入示波器中观察。本课题的研究主要是对传统电子自旋共振仪做了进一步的改进，在射频电子自旋共振仪的扫场方法上做了创新。射频段电子自旋共振仪的传统扫场法是由50Hz正弦交流市电通入扫场线圈（经过变压器）产生一个交变的磁场与恒定磁场迭加，形成在一定范围变化的“扫描磁场”，从而可以观测到共振信号。其最大的弊端是容易受到工频的干扰，因而测量的精度不够高。本文通过改变扫场信号的途径来解决这个问题，研究了不同信号的产生方法，选择单片机控制输出100Hz到300Hz频率可变的三角波形的电流进行扫场，这样就避开了工频干扰，提高了检测灵敏度，并且使得到的共振谱线有更好的分辨率。
　　 本课题采用硬件和软件相结合的方法设计，根据所学的微控制器原理，并结合实验所用CHMM-1型电子自旋共振仪的基本结构，设计了单片机控制输出三角波电信号，经过功率放大去驱动扫场线圈进行扫场，成功观察到被测物的共振信号，完成了本选题的研究目的和要求。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 电子自旋共振技术国内外研究现状

1.2 论文选题的意义

1.3 电子自旋共振现象基本原理

1.3.1 电子的自旋磁矩

1.3.2 外磁场中电子的自旋能级

第二章 CHMM_1型电子自旋共振仪

2.1 仪器的组成

2.2 仪器主机的总体结构

2.3 PC机软件界面

2.4 仪器的改进方案

第三章 基于三角波扫场的设计改进

3.1 三角波发生器的方案比较

3.2 三角波扫场电路硬件设计

3.3 主芯片AT89C51的结构和性能

3.3.1 主要性能参数

3.3.2 功能特性概述

3.3.3 引脚功能

3.3.4 时钟振荡器

3.4 数模转换器AD7533

3.4.1 数据转换器概述

3.4.2 数据转换器AD7533简介

3.4.3 AD7533的应用

3.5 正负5V直流稳压电源的设计

3.5.1 电源变压器的选择

3.5.2 桥式整流电路

3.5.3 滤波电路

3.5.4 稳压器

3.5.5 电源电路总体设计

3.6 电压与功率放大电路

3.6.1 前级集成运算放大电路

3.6.2 放大电路中的负反馈

第四章 系统的软件设计

4.1 三角波扫场信号软件设计

4.3 三角波数据表的制作方法

第五章 测试结果

5.1 三角波波形测试结果

5.2 自旋共振信号观测结果

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 电子自旋共振技术发展趋势

6.3 心得体会

参考文献

致谢