JPH0527832B2 - - Google Patents
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- JPH0527832B2 JPH0527832B2 JP59263982A JP26398284A JPH0527832B2 JP H0527832 B2 JPH0527832 B2 JP H0527832B2 JP 59263982 A JP59263982 A JP 59263982A JP 26398284 A JP26398284 A JP 26398284A JP H0527832 B2 JPH0527832 B2 JP H0527832B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- microwave
- frequency
- oscillator
- cavity resonator
- signal
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/60—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using electron paramagnetic resonance
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は電子スピン共鳴装置に関し、特に共鳴
信号をアナログ信号としてではなくデジタル信号
として取出すことのできる電子スピン共鳴装置に
関する。
信号をアナログ信号としてではなくデジタル信号
として取出すことのできる電子スピン共鳴装置に
関する。
［従来技術］
従来の電子スピン共鳴装置においては、静磁場
内に空胴共振器を配置し、該空胴共振器に収容さ
れた試料の電子スピン共鳴によりマイクロ波が吸
収され、共振器のバランスがくずれることによつ
て発生する反射マイクロ波を検出器で検出し、電
子スピン共鳴信号を得ている。
内に空胴共振器を配置し、該空胴共振器に収容さ
れた試料の電子スピン共鳴によりマイクロ波が吸
収され、共振器のバランスがくずれることによつ
て発生する反射マイクロ波を検出器で検出し、電
子スピン共鳴信号を得ている。
このような構成を等価回路で表わすと第６図の
ようになる。第６図において１はマイクロ波発振
器、２は空胴共振器、３は空胴共振器２に収容さ
れた試料、４はマイクロ波検出器、５は発振器１
からのマイクロ波を空胴共振器２へ供給すると共
に、空胴共振器２からの反射マイクロ波を検出器
４へ送るためのマイクロ波ブリツジである。
ようになる。第６図において１はマイクロ波発振
器、２は空胴共振器、３は空胴共振器２に収容さ
れた試料、４はマイクロ波検出器、５は発振器１
からのマイクロ波を空胴共振器２へ供給すると共
に、空胴共振器２からの反射マイクロ波を検出器
４へ送るためのマイクロ波ブリツジである。
空胴共振器は等価回路ではＬ，Ｃ，Rcの直列
回路として表わされ、試料が電子スピン共鳴して
いない時の空胴共振器のインピーダンスZoは下
式で表わされる。
回路として表わされ、試料が電子スピン共鳴して
いない時の空胴共振器のインピーダンスZoは下
式で表わされる。
Zo＝Rc＋ｊ（ωL−１／ωC） ……(1)
一方、試料が電子スピン共鳴すると、Ｌが試料
の磁化率χの分増加しＬ（１＋χ）となるので、
共鳴時の空胴共振器のインピーダンスZrは下式
で表わされる値となる。
の磁化率χの分増加しＬ（１＋χ）となるので、
共鳴時の空胴共振器のインピーダンスZrは下式
で表わされる値となる。
Zr＝Rc＋ｊ［ωL（１＋χ）−１／ωC］ ……(2)
χを複素数でχ＝χ′−jχ″と表わせば(2)式は下
式へと変形され、 Zr＝（Rc＋ωLχ″） ＋ｊ［ωL（１＋χ′）−１／ωC］ ……(3) 従来の電子スピン共鳴装置は、共鳴に伴つてイ
ンピーダンスが上述の如くZoからZrへと変化す
ることに基づく空胴共振器のＱの低下によつて外
部に反射されるマイクロ波強度を検出しており、
先にも述べた通り得られる共鳴信号は本質的にア
ナログ信号である。
式へと変形され、 Zr＝（Rc＋ωLχ″） ＋ｊ［ωL（１＋χ′）−１／ωC］ ……(3) 従来の電子スピン共鳴装置は、共鳴に伴つてイ
ンピーダンスが上述の如くZoからZrへと変化す
ることに基づく空胴共振器のＱの低下によつて外
部に反射されるマイクロ波強度を検出しており、
先にも述べた通り得られる共鳴信号は本質的にア
ナログ信号である。
［発明が解決しようとする問題点］
このように出力信号がアナログ信号である場
合、共鳴信号が出力されない（即ち電子スピン共
鳴が起きていない）時の出力の安定性が要求され
る。そのため、従来の電子スピン共鳴装置では、
静磁場Hoを例えば100KHz程度の周波数で変調
し、共鳴が起きた時のみ出力側に変調成分が現わ
れることを利用し、ロツクイン増幅器を用いて共
鳴信号を取出す必要があつた。
合、共鳴信号が出力されない（即ち電子スピン共
鳴が起きていない）時の出力の安定性が要求され
る。そのため、従来の電子スピン共鳴装置では、
静磁場Hoを例えば100KHz程度の周波数で変調
し、共鳴が起きた時のみ出力側に変調成分が現わ
れることを利用し、ロツクイン増幅器を用いて共
鳴信号を取出す必要があつた。
そのため、構成が複雑になるし、SN比を十分
考慮して回路を設計しなければならなかつた。
考慮して回路を設計しなければならなかつた。
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、
電子スピン共鳴信号をデジタル情報として得るこ
とができ、構成が簡単で高いSN比の得られる電
子スピン共鳴装置を提供することを目的としてい
る。
電子スピン共鳴信号をデジタル情報として得るこ
とができ、構成が簡単で高いSN比の得られる電
子スピン共鳴装置を提供することを目的としてい
る。
［問題点を解決するための手段］
この目的を達成するため、本発明の電子スピン
共鳴装置は、静磁場を発生する手段と、該静磁場
の強度を掃引する手段と、該静磁場内に配置され
る空胴共振器と、マイクロ波発振器と、該発振器
からのマイクロ波を前記空胴共振器へ供給すると
共に該空胴共振器からの反射マイクロ波を取出す
マイクロ波ブリツジと、取出されたマイクロ波を
検出するマイクロ波検出器と、該検出器の出力信
号に基づき反射マイクロ波が減少するように前記
マイクロ波発振器の発振周波数を制御する自動周
波数制御手段と、前記マイクロ波発振器の発振周
波数の変化を検出する周波数検出手段と、該周波
数検出手段によつて検出された周波数の変化を前
記静磁場の掃引に関連して記録する手段とを備え
たことを特徴としている。
共鳴装置は、静磁場を発生する手段と、該静磁場
の強度を掃引する手段と、該静磁場内に配置され
る空胴共振器と、マイクロ波発振器と、該発振器
からのマイクロ波を前記空胴共振器へ供給すると
共に該空胴共振器からの反射マイクロ波を取出す
マイクロ波ブリツジと、取出されたマイクロ波を
検出するマイクロ波検出器と、該検出器の出力信
号に基づき反射マイクロ波が減少するように前記
マイクロ波発振器の発振周波数を制御する自動周
波数制御手段と、前記マイクロ波発振器の発振周
波数の変化を検出する周波数検出手段と、該周波
数検出手段によつて検出された周波数の変化を前
記静磁場の掃引に関連して記録する手段とを備え
たことを特徴としている。
［作用］
試料が電子スピン共鳴していない時の空胴共振
器の共振周波数oは下式で表わされ、 o＝１／2π√ ……(4) 共鳴時の共振周波数rは下式で表わされる。
器の共振周波数oは下式で表わされ、 o＝１／2π√ ……(4) 共鳴時の共振周波数rは下式で表わされる。
r＝１／2π√（１＋′） ……(5)
本発明においては、この共鳴に伴う空胴共振器
の共振周波数の変化に着目し、自動周波数制御手
段によりマイクロ波発振器を制御して空胴共振器
が常に共振状態にあるようにし、静磁場の掃引に
関連してマイクロ波発振器の発振周波数の変化を
記録することにより、電子スピン共鳴信号を周波
数の変化としてとらえるようにしている。
の共振周波数の変化に着目し、自動周波数制御手
段によりマイクロ波発振器を制御して空胴共振器
が常に共振状態にあるようにし、静磁場の掃引に
関連してマイクロ波発振器の発振周波数の変化を
記録することにより、電子スピン共鳴信号を周波
数の変化としてとらえるようにしている。
ところで、電子スピン共鳴により空胴共振器の
インピーダンスが(1)式から(3)式へと変化するこ
と、及び、本発明ではこの様なインピーダンス変
化に伴う空胴共振器の共振周波数が(4)式で表わさ
れる値から(5)式で表わされる値に変化することに
着目して共鳴信号を求めることを既に説明した。
これは、従来(3)式の実数項の共鳴による変化をＱ
の変化として捉えていたものを、(3)式の虚数項の
変化に注目して共鳴を捉えることに相当する。本
発明のように、マイクロ波発振器の発振周波数
を、共鳴点への接近に伴う空胴共振器の共振周波
数の変化に対応させて変化させても、共鳴に伴う
(3)式の実数項の変化によるＱの変化は発生してお
り、共鳴は継続するので、本発明によつて空胴共
振器の共振周波数の変化を捉えれば、共鳴信号が
得られる。
インピーダンスが(1)式から(3)式へと変化するこ
と、及び、本発明ではこの様なインピーダンス変
化に伴う空胴共振器の共振周波数が(4)式で表わさ
れる値から(5)式で表わされる値に変化することに
着目して共鳴信号を求めることを既に説明した。
これは、従来(3)式の実数項の共鳴による変化をＱ
の変化として捉えていたものを、(3)式の虚数項の
変化に注目して共鳴を捉えることに相当する。本
発明のように、マイクロ波発振器の発振周波数
を、共鳴点への接近に伴う空胴共振器の共振周波
数の変化に対応させて変化させても、共鳴に伴う
(3)式の実数項の変化によるＱの変化は発生してお
り、共鳴は継続するので、本発明によつて空胴共
振器の共振周波数の変化を捉えれば、共鳴信号が
得られる。
［実施例］
以下、図面を用いて本発明の一実施例を詳説す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例の構成を示し、図中
１は磁石２によつて生成される静磁場内に配置さ
れた空胴共振器である。空胴共振器１には発振周
波数可変のマイクロ波発振器３からのマイクロ波
がアツテネータ４、マイクロ波ブリツジ例えばサ
ーキユレータ５を介して供給される。空胴共振器
１で反射したマイクロ波は、サーキユレータ５を
介してマイクロ波検出器６へ送られて検出され
る。前記発振器３とアツテネータ４の間及びサー
キユレータ５と検出器６の間のマイクロ波線路に
は方向性結合器７，８が設けられ、方向性結合器
７から取出された参照マイクロ波は方向性結合器
８を介してサーキユレータ５から検出器６へ送ら
れるマイクロ波に加え合わされる。９はその参照
マイクロ波線路に挿入された移相器である。
１は磁石２によつて生成される静磁場内に配置さ
れた空胴共振器である。空胴共振器１には発振周
波数可変のマイクロ波発振器３からのマイクロ波
がアツテネータ４、マイクロ波ブリツジ例えばサ
ーキユレータ５を介して供給される。空胴共振器
１で反射したマイクロ波は、サーキユレータ５を
介してマイクロ波検出器６へ送られて検出され
る。前記発振器３とアツテネータ４の間及びサー
キユレータ５と検出器６の間のマイクロ波線路に
は方向性結合器７，８が設けられ、方向性結合器
７から取出された参照マイクロ波は方向性結合器
８を介してサーキユレータ５から検出器６へ送ら
れるマイクロ波に加え合わされる。９はその参照
マイクロ波線路に挿入された移相器である。
上記検出器６から得られる検出信号は、周波数
制御用帰還回路１０を介して前記発振器３へ送ら
れ、それにより発振器３の発振周波数が制御され
る。１１はその発振周波数をカウントするための
マイクロ波周波数カウンタで、そのカウント出力
は記録装置１２に記録される。１３は発振器３か
らのマイクロ波を取出して上記カウンタへ送るた
めの方向性結合器、１４は静磁場を掃引するため
の電源である。
制御用帰還回路１０を介して前記発振器３へ送ら
れ、それにより発振器３の発振周波数が制御され
る。１１はその発振周波数をカウントするための
マイクロ波周波数カウンタで、そのカウント出力
は記録装置１２に記録される。１３は発振器３か
らのマイクロ波を取出して上記カウンタへ送るた
めの方向性結合器、１４は静磁場を掃引するため
の電源である。
上述の如き構成において、共振器１の共振周波
数が電子スピン共鳴により変化した時、それを検
出して発振器３の発振周波数がそれに追従するよ
うに自動制御するためには、帰還回路１０へ送ら
れる信号が周波数に対して第２図ａ又はｂのよ
うな特性を持たなければならない。
数が電子スピン共鳴により変化した時、それを検
出して発振器３の発振周波数がそれに追従するよ
うに自動制御するためには、帰還回路１０へ送ら
れる信号が周波数に対して第２図ａ又はｂのよ
うな特性を持たなければならない。
参照マイクロ波線路はそのために設けられたも
のであり、方向性結合器８において参照マイクロ
波をサーキユレータ５から検出器６へ送られるマ
イクロ波に加え合わす際、両者の位相差が90°に
なるように移相器９を調整することにより、第２
図ａ又はｂのような特性が得られるようにしてい
る。
のであり、方向性結合器８において参照マイクロ
波をサーキユレータ５から検出器６へ送られるマ
イクロ波に加え合わす際、両者の位相差が90°に
なるように移相器９を調整することにより、第２
図ａ又はｂのような特性が得られるようにしてい
る。
そのため、静磁場の掃引に伴つて空胴共振器１
内の試料が電子スピン共鳴し、空胴共振器の共振
周波数がoからずれると、そのずれた量及び方
向を示す検出信号△が検出器６から得られる。
帰還回路１０はこの検出信号を適宜増幅して発振
器３へフイードバツクするため、発振器３の発振
周波数は共鳴による共振周波数のずれに追随して
変化することになり、空胴共振器１は常に共振状
態に保持される。第３図は静磁場の掃引に伴う発
振器３の発振周波数の変化をモニタしたカウンタ
１１の出力信号を示す。この出力信号が(5)式の共
振周波数rに対応するものであり、分散波形の電
子スピン共鳴信号が得られる。
内の試料が電子スピン共鳴し、空胴共振器の共振
周波数がoからずれると、そのずれた量及び方
向を示す検出信号△が検出器６から得られる。
帰還回路１０はこの検出信号を適宜増幅して発振
器３へフイードバツクするため、発振器３の発振
周波数は共鳴による共振周波数のずれに追随して
変化することになり、空胴共振器１は常に共振状
態に保持される。第３図は静磁場の掃引に伴う発
振器３の発振周波数の変化をモニタしたカウンタ
１１の出力信号を示す。この出力信号が(5)式の共
振周波数rに対応するものであり、分散波形の電
子スピン共鳴信号が得られる。
この共鳴信号は、カウンタ１１の出力信号とし
てデジタル情報で得られる。従つて、マイクロ波
発振器３とカウンタ１１の基準ゲート発振器の発
振周波数の安定度を十分高めれば十分安定度の良
い共鳴信号を得ることができ、従来のようにアナ
ログ増幅器の雑音指数等を考慮した慎重な回路設
計を行う必要は無く、磁場変調機構及びロツクイ
ン増幅器等の構成も不要となる。
てデジタル情報で得られる。従つて、マイクロ波
発振器３とカウンタ１１の基準ゲート発振器の発
振周波数の安定度を十分高めれば十分安定度の良
い共鳴信号を得ることができ、従来のようにアナ
ログ増幅器の雑音指数等を考慮した慎重な回路設
計を行う必要は無く、磁場変調機構及びロツクイ
ン増幅器等の構成も不要となる。
尚、従来装置においても参照マイクロ波線路を
設けたものは存在する。ただし、その目的は発振
器から空胴共振器へ供給するマイクロ波電力の大
小にかかわらず検出器の動作レベルを一定に保つ
ことであり、そのため、検出器直前の方向性結合
器において参照マイクロ波をサーキユレータから
検出器へ送られるマイクロ波に加え合わす際、両
者の位相差が0°又は180°になるように移相器が調
整されている。従つて、このような従来装置を用
いる場合は、位相差が90°になるように移相器を
調整し直す必要がある。
設けたものは存在する。ただし、その目的は発振
器から空胴共振器へ供給するマイクロ波電力の大
小にかかわらず検出器の動作レベルを一定に保つ
ことであり、そのため、検出器直前の方向性結合
器において参照マイクロ波をサーキユレータから
検出器へ送られるマイクロ波に加え合わす際、両
者の位相差が0°又は180°になるように移相器が調
整されている。従つて、このような従来装置を用
いる場合は、位相差が90°になるように移相器を
調整し直す必要がある。
第４図は本発明の他の実施例の構造を示し、第
１図の実施例と同一の構成要素には同一番号が付
されている。第４図において１５は数ＫHz乃至数
10KHz程度の変調信号mを発生する発振器で、
マイクロ波発振器３はこの変調信号によつて変調
されたマイクロ波を発生する。１６は検出器６か
ら得られる検出信号を前記変調信号に基づいて位
相検波するための位相検波器である。
１図の実施例と同一の構成要素には同一番号が付
されている。第４図において１５は数ＫHz乃至数
10KHz程度の変調信号mを発生する発振器で、
マイクロ波発振器３はこの変調信号によつて変調
されたマイクロ波を発生する。１６は検出器６か
ら得られる検出信号を前記変調信号に基づいて位
相検波するための位相検波器である。
本実施例においては、移相器９は先に述べた従
来例と同様位相差が0°又は180°になるように設定
されている。そのため、検出器６から得られる信
号は周波数に対して第２図ａ，ｂのような特性
ではなく第５図ａ又はｂのような特性を示す。こ
の時、マイクロ波には変調信号mによる変調が
かけられているため、出力信号にもその変調信号
が現われるが、その信号の位相は共振器１の共振
周波数が高くなる側にずれた場合と低くなる側へ
ずれた場合とで位相が異なる（第５図ａ参照）。
そこで、位相検波器１６を用いて変調信号mに
基づいて位相検波を行えば、検波器１６の出力に
は先の実施例における△と全く等価な信号が得
られる。従つて、この信号を帰還回路１０を介し
て発振器３へフイードバツクすれば、第１図の実
施例と全く同様に空胴共振器１が常に共振状態に
なるように発振器３の発振周波数が制御され、電
子スピン共鳴信号が得られることになる。
来例と同様位相差が0°又は180°になるように設定
されている。そのため、検出器６から得られる信
号は周波数に対して第２図ａ，ｂのような特性
ではなく第５図ａ又はｂのような特性を示す。こ
の時、マイクロ波には変調信号mによる変調が
かけられているため、出力信号にもその変調信号
が現われるが、その信号の位相は共振器１の共振
周波数が高くなる側にずれた場合と低くなる側へ
ずれた場合とで位相が異なる（第５図ａ参照）。
そこで、位相検波器１６を用いて変調信号mに
基づいて位相検波を行えば、検波器１６の出力に
は先の実施例における△と全く等価な信号が得
られる。従つて、この信号を帰還回路１０を介し
て発振器３へフイードバツクすれば、第１図の実
施例と全く同様に空胴共振器１が常に共振状態に
なるように発振器３の発振周波数が制御され、電
子スピン共鳴信号が得られることになる。
［発明の効果］
以上詳述した如く、本発明によれば、電子スピ
ン共鳴信号をデジタル情報として得ることがで
き、構成が簡単で高いSN比の得られる電子スピ
ン共鳴装置が実現される。
ン共鳴信号をデジタル情報として得ることがで
き、構成が簡単で高いSN比の得られる電子スピ
ン共鳴装置が実現される。
第１図及び第４図は夫々本発明の一実施例を示
す図、第２図及び第５図は夫々検出器６から得ら
れる信号の周波数に対する特性を示す図、第３図
は静磁場の掃引に伴う発振器３の発振周波数の変
化をモニタしたカウンタ１１の出力信号を示す
図、第６図は従来の電子スピン共鳴装置の構成を
等価回路で表わした図である。 １……空胴共振器、２……磁石、３……マイク
ロ波発振器、５……サーキユレータ、６……マイ
クロ波検出器、７，８，１３……方向性結合器、
９……移相器、１０……周波数制御用帰還回路、
１１……マイクロ波周波数カウンタ、１２……記
録装置、１４……電源。
す図、第２図及び第５図は夫々検出器６から得ら
れる信号の周波数に対する特性を示す図、第３図
は静磁場の掃引に伴う発振器３の発振周波数の変
化をモニタしたカウンタ１１の出力信号を示す
図、第６図は従来の電子スピン共鳴装置の構成を
等価回路で表わした図である。 １……空胴共振器、２……磁石、３……マイク
ロ波発振器、５……サーキユレータ、６……マイ
クロ波検出器、７，８，１３……方向性結合器、
９……移相器、１０……周波数制御用帰還回路、
１１……マイクロ波周波数カウンタ、１２……記
録装置、１４……電源。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 静磁場を発生する手段と、該静磁場の強度を
掃引する手段と、該静磁場内に配置される空胴共
振器と、マイクロ波発振器と、該発振器からのマ
イクロ波を前記空胴共振器へ供給すると共に該空
胴共振器からの反射マイクロ波を取出すマイクロ
波ブリツジと、取出されたマイクロ波を検出する
マイクロ波検出器と、該検出器の出力信号に基づ
き反射マイクロ波が減少するように前記マイクロ
波発振器の発振周波数を制御する自動周波数制御
手段と、前記マイクロ波発振器の発振周波数の変
化を検出する周波数検出手段と、該周波数検出手
段によつて検出された周波数の変化を前記静磁場
の掃引に関連して記録する手段とを備えたことを
特徴とする電子スピン共鳴装置。 ２ 前記周波数検出手段は、周波数カウンタであ
る特許請求の範囲第１項記載の電子スピン共鳴装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59263982A JPS61140847A (ja) | 1984-12-14 | 1984-12-14 | 電子スピン共鳴装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59263982A JPS61140847A (ja) | 1984-12-14 | 1984-12-14 | 電子スピン共鳴装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61140847A JPS61140847A (ja) | 1986-06-27 |
| JPH0527832B2 true JPH0527832B2 (ja) | 1993-04-22 |
Family
ID=17396901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59263982A Granted JPS61140847A (ja) | 1984-12-14 | 1984-12-14 | 電子スピン共鳴装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61140847A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3281007B2 (ja) * | 1991-12-06 | 2002-05-13 | 住友特殊金属株式会社 | 電子スピン共鳴装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5718139A (en) * | 1980-07-07 | 1982-01-29 | Mitsubishi Electric Corp | In-band signal detecting device |
-
1984
- 1984-12-14 JP JP59263982A patent/JPS61140847A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61140847A (ja) | 1986-06-27 |
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