用于微波光谱仪信号采集的多脉冲自由衰减方法技术

本发明专利技术公开了一种用于微波光谱仪信号采集的多脉冲自由衰减方法，由于被喷入真空腔的待测气体分子束的寿命在毫秒量级上，对比单次微波激发与自由感应衰减信号的采样过程，本发明专利技术对样品气体多次激发并采样，可以在信号采样效率上有近一个数量级的提高；同时还能降低样品消耗，节约实验成本；如果将喷嘴开关延迟，本发明专利技术还能同时消除背景噪音。

【技术实现步骤摘要】
用于微波光谱仪信号采集的多脉冲自由衰减方法
本专利技术涉及光谱分析技术，特别是一种用于微波光谱仪信号采集的多脉冲自由衰减方法。
技术介绍
窄带微波光谱仪主要由微波源系统、法-布腔、真空系统、超声喷嘴系统、计算机控制系统组成。微波光谱仪的高端技术指标是能模拟合成星际环境中极端不稳定的分子、自由基或离子并将其检测出来。这对仪器的灵敏度提出了很高的要求。由于微波波长在厘米量级上，对比其它波段的光谱仪，其法-布腔偏大。大铝镜对法-布腔调频时所需的精确机械传动以及维持大真空腔的高真空度极具挑战，因而操作效率低下。美国国家标准局在可携式微波光谱仪的搭建上有过探索，由于法-布腔过小，尽管容易操作，但检测灵敏度略偏低。此外，由于被喷入真空腔的待测气体分子束的寿命非常短，如果按照一般过程的单次激发并采样，不但效率低还会造成极大的浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于微波光谱仪信号采集的多脉冲自由衰减方法，提高光谱仪的检测灵敏度。实现本专利技术目的的技术方案为：一种用于微波光谱仪信号采集的多脉冲自由衰减方法，采用窄带傅里叶微波光谱仪，窄带傅里叶微波光谱仪包括微波波源系统、法-布腔、低噪音放大器、混频器、低频放大器、真空系统、超声喷嘴系统和计算机控制系统，微波波源系统包括微波生成器、功率分配器和针式开关，所述衰减方法包括以下步骤：(1)通过射频探测器将法-布腔调到微波基模共振频率；(2)喷嘴以脉冲形式喷出样品气体，经延迟后到达法-布腔中央；(3)计算机控制系统控制微波生成器每隔200微秒发出的一次1微秒的微波，之后被功率分配器分成两路，一路先通过衰减器、移相器对微波线路的功率与相位进行调节，之后通过微波单刀双掷开关产生微波脉冲打入法-布腔内来激发刚到达法-布腔中央的气体分子；(4)被激发的气体分子的发射信号从法-布腔出来后被低噪音放大器放大，接着在混频器处与另一路原始微波混频至低频信号，通过低频放大器后被计算机的内置示波器检测；当一系列脉冲完成后，结束采样。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：由于被喷入真空腔的待测气体分子束的寿命在毫秒量级上，对比单次微波激发与自由感应衰减信号的采样过程，本专利技术对样品气体多次激发并采样，可以在信号采样效率上有近一个数量级的提高；同时还能降低样品消耗，节约实验成本；如果将喷嘴开关延迟，我们还能同时消除背景噪音。附图说明图1是基于homodyne技术的经济型窄带傅里叶变换微波光谱仪的电路设计图。图2是本专利技术多脉冲自由感应衰减技术示例图。具体实施方式一种用于微波光谱仪信号采集的多脉冲自由衰减方法，采用窄带傅里叶微波光谱仪，如图1所示，窄带傅里叶微波光谱仪包括微波波源系统、法-布腔、低噪音放大器、混频器、低频放大器、真空系统、超声喷嘴系统和计算机控制系统，微波波源系统包括微波生成器、功率分配器和针式开关，所述衰减方法包括以下步骤：(1)通过射频探测器将法-布腔调到微波基模共振频率；(2)喷嘴以脉冲形式喷出样品气体，经延迟后到达法-布腔中央；(3)计算机控制系统控制微波生成器每隔200微秒发出的一次1微秒的微波，之后被功率分配器分成两路，一路先通过衰减器、移相器对微波线路的功率与相位进行调节，之后通过微波单刀双掷开关产生微波脉冲打入法-布腔内来激发刚到达法-布腔中央的气体分子；(4)被激发的气体分子的发射信号从法-布腔出来后被低噪音放大器放大，接着在混频器处与另一路原始微波混频至低频信号，通过低频放大器后被计算机的内置示波器检测；当一系列脉冲完成后，结束采样。进一步的，喷嘴以脉冲形式喷出样品气体，经过1-1.5ms的延迟后气体到达法-布腔中央；进一步的，如果将喷嘴喷出气体的时间比微波发出的时间滞后1000微秒，能够消除背景噪音。如图2所示：(a)：16个1微秒的短脉冲用来控制图1中的开关的一路激发微波；(b)：16个25微秒的短脉冲用于激发时保护单刀双掷开关的另一路下游的微波器件；(c)：1毫秒以后打开喷嘴的TTL；(d)：示波器单次检测到纯背景噪音purebackground与自由感应衰减信号FIDs；(e)：对(d)中的信号切割、平均，得到消除背景噪音后的自由感应衰减信号。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于微波光谱仪信号采集的多脉冲自由衰减方法，采用窄带傅里叶微波光谱仪，窄带傅里叶微波光谱仪包括微波波源系统、法‑布腔、低噪音放大器、混频器、低频放大器、真空系统、超声喷嘴系统和计算机控制系统，微波波源系统包括微波生成器、功率分配器和针式开关，其特征在于，所述衰减方法包括以下步骤：(1)通过射频探测器将法‑布腔调到微波基模共振频率；(2)喷嘴以脉冲形式喷出样品气体，经延迟后到达法‑布腔中央；(3)计算机控制系统控制微波生成器每隔200微秒发出的一次1微秒的微波，之后被功率分配器分成两路，一路先通过衰减器、移相器对微波线路的功率与相位进行调节，之后通过微波单刀双掷开关产生微波脉冲打入法‑布腔内来激发刚到达法‑布腔中央的气体分子；(4)被激发的气体分子的发射信号从法‑布腔出来后被低噪音放大器放大，接着在混频器处与另一路原始微波混频至低频信号，通过低频放大器后被计算机的内置示波器检测；当一系列脉冲完成后，结束采样。

【技术特征摘要】
1.一种用于微波光谱仪信号采集的多脉冲自由衰减方法，采用窄带傅里叶微波光谱仪，窄带傅里叶微波光谱仪包括微波波源系统、法-布腔、低噪音放大器、混频器、低频放大器、真空系统、超声喷嘴系统和计算机控制系统，微波波源系统包括微波生成器、功率分配器和针式开关，其特征在于，所述衰减方法包括以下步骤：(1)通过射频探测器将法-布腔调到微波基模共振频率；(2)喷嘴以脉冲形式喷出样品气体，经延迟后到达法-布腔中央；(3)计算机控制系统控制微波生成器每隔200微秒发出的一次1微秒的微波，之后被功率分配器分成两路，一路先通过衰减器、移相器对微波线路的功率与相位进行调节，之后通...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙铭，许孜，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32