连续波电子顺磁共振谱仪中自动频率控制装置的设计与使用

摘要

电子顺磁共振是一种光谱技术，用于检测含有未成对电子的物质。在连续波电子顺磁共振实验中需要波源频率与谱仪内谐振腔谐振频率保持一致以防止谱线变形和提高信噪比，因此自动频率控制装置被引入连续波电子顺磁共振谱仪。现有设计中存在锁定功能不稳定、噪声过大以及操作不便等缺点，研制新一代自动频率控制装置具有重要的现实意义。 本课题基于对耿氏振荡器波源进行频率调制，并利用谐振腔的反射特性设计了一套应用于连续波电子顺磁共振谱仪的自动频率控制装置。通过在Mathe-matica环境中进行系统函数仿真，验证本设计自动频率控制功能的可行性和稳定性。在此基础上考虑实物设计中旧版本的不足重新设计供电方案、降噪方案、解调电路以及数控开关电路等。最后本自动频率控制装置与连续波电子顺磁共振谱仪的联调测试显示该装置能够稳定实现波源频率与谐振腔谐振频率的自动锁定，在高入腔功率下减少EPR谱线的变形。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景

1．2电子顺磁共振

1．3电子顺磁共振谱仪

1．3．1．微波源

1．3．2．磁铁模块

1．3．3．谐振腔

1．3．4．调制场模块

1．3．5．检波模块

1．4自动频率控制

第2章自动频率控制工作原理与仿真分析

2．1 自动频率控制工作原理

2．2系统仿真及分析

2．2．1．反馈环路框图

2．2．2自动频率控制系统函数

2．2．3．结果与分析

第3章装置设计方案

3．1各版本设计内容

3．2供电方案

3．3降噪方案

3．3．1．电调节端口

3．3．2．供电端口

3．3．3．其它降噪措施

3．4移相器的必要性分析

3．4．1．微波桥对调频信号的相位影响

3．4．2．微波桥对调幅信号的相位影响

3．4．3．谐振腔对77kHz信号的相位影响

3．4．4．关于移相器的总结

3．5其它改动

3．5．1．正弦波发生器

3．5．2．解调器前置放大器

3．5．3．开关电路

3．5．4．电阻电容类型选择

第4章自动频率控制装置测试与分析

4．1 AFC电路板测试

4．1．1．电源部分

4．1．2．正弦波发生器部分

4．1．3．解调器及外围电路部分

4．2联调测试

4．2．1．自动频率控制装置与EPR谱仪微波桥连接方式

4．2．2．使用不同类型波源对比测试

4．2．3．验证AFC锁定功能

4．2．4． 自动频率控制装置对EPR谱线的影响

4．2．5．联调测试中遇到的其它问题

第5章总结与展望

参考文献

附录

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果