CN105405733A - 背散射电子接收传感器以及电子束加工过程的观察系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种背散射电子接收传感器以及电子束加工过程的观察系统，所述的背散射电子接收传感器包括传感器组件，所述的传感器组件包括电子接收极板、限流电阻、晶体管、驱动电阻以及采样电阻，其中，所述的电子接收极板与所述的限流电阻的一端联接；所述的晶体管的集电极与所述的限流电阻的另一端联接；所述的晶体管的发射极接地；所述的采样电阻并联在所述晶体管的集电极与发射极之间；所述的晶体管的基极通过所述的驱动电阻联接外部的束流反馈调节电路。本发明将电子束流反馈信号作为控制信号调节背散射电子接收传感器输出的最大电压幅值，提高了真空电子束加工装置加工过程中操作的灵活性和自动化程度。

Description

背散射电子接收传感器以及电子束加工过程的观察系统

技术领域

本发明关于电子加工技术领域，特别是关于电子束的观察装置，具体的讲是一种背散射电子接收传感器以及电子束加工过程的观察系统。

背景技术

电子束加工技术已经广泛应用于国民经济生产的各个领域，其中以真空电子束加工技术的应用最为广泛，为了获得良好的电子束加工质量，普通光学观察装置、工业CCD先后被引入到真空电子束加工装置中。

普通光学观察装置要获得清晰观察效果，需要在电子枪制造过程中，考虑光路设计。通常由背光源发出光，通过一块与背光源光线成一定角度的反光镜1，将背光源光线反射到工件表面，工件表面再将光线反射到反光镜1背面的反光镜2表面，反光镜2再将光线经过一定光路系统反射到观察者的眼中，将工件表面的状况信息传递给观察者。工业CCD观察装置是利用类似的普通光学观察的光路系统，在原观察者肉眼观察的位置安装工业CCD，工业CCD将观察到的工件形貌显示到屏幕上，更有利于设备使用者操作，提高加工质量。

普通光学观察装置和工业CCD装置均需要严格的光路系统，并且需要金属蒸气防护装置，防止金属蒸气污染反光镜。通常蒸气防护装置的使用次数有限，大束流工作状态下的使用次数则更少，并且需要定期清理防护装置，操作过程比较繁琐。

与传统的光学观察装置和工业CCD技术相比，二次电子、背散射电子成像比普通光学观察效果要清晰的多，此类技术已经在扫描电镜领域得到广泛应用。

在电子束加工过程中，工件反射出的电子有二次电子、背散射电子等，二次电子是由材料表面逸出的电子。基于二次电子的电子光学观察系统需要二次电子接收传感器、+10kV高压的闪烁体、光导管、光电倍增管等，将二次电子转化成电信号，再经过视频放大器放大后调制显示亮度，从而得到二次电子像。该项技术的不足之处在于大束流工作过程中，二次电子接收传感器容易被金属蒸气污染，从而影响观察精度。

近年来，德国、乌克兰等电子束加工设备研制企业已经将背散射电子成像技术应用到真空电子束加工过程中，背散射电子成像系统包括偏转线圈、电子接收传感器、信号放大器、偏转控制系统、显示器等。背散射电子成像系统最大的优越性在于电子接收传感器对金属蒸气不敏感，成像清晰度比普通光学观察装置要高一个数量级。

上述德国的基于背散射电子成像技术的观察系统仅能工作于数mA小束流工作场合，在大束流工作场合如大厚度电子束焊接或电子束熔丝快速制造场合，会出现传感器电信号饱和、图像失真现象。而乌克兰研制的基于背散射电子成像技术的观察系统存在小束流工作场合几乎看不到图像，大束流工作场合清晰度不高的弊端。现有基于背散射电子束成像技术的观察装置很难适应所有束流工作范围，使得在真空电子束加工装置中需要采用多种观察手段，才能保证加工质量。

因此，如何研究和开发出一种新的基于背散射电子束成像技术的观察装置，使其能够适应所有束流工作范围，保证加工质量是本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

为了克服现有技术中基于背散射电子束成像技术的观察装置很难适应所有束流工作范围，使得在真空电子束加工装置中需要采用多种观察手段，才能保证加工质量的技术问题，本发明提供了一种背散射电子接收传感器以及电子束加工过程的观察系统，通过在背散射电子接收传感器中设置由电子接收极板、限流电阻、晶体管以及采样电阻组成的传感器组件，结合工控机、束流反馈调节电路、电子隔离电路以及工件，将电子束流反馈信号作为控制信号调节背散射电子接收传感器输出的最大电压幅值，提高了真空电子束加工装置加工过程中操作的灵活性和自动化程度。

本发明的目的之一是，提供一种背散射电子接收传感器，所述的背散射电子接收传感器包括传感器组件，所述的传感器组件包括电子接收极板、限流电阻、晶体管、驱动电阻以及采样电阻，其中，所述的电子接收极板与所述的限流电阻的一端联接；所述的晶体管的集电极与所述的限流电阻的另一端联接；所述的晶体管的发射极接地；所述的采样电阻并联在所述晶体管的集电极与发射极之间；所述的晶体管的基极通过所述的驱动电阻联接外部的束流反馈调节电路。

在本发明的优选实施方式中，所述的背散射电子接收传感器包括四个所述的传感器组件。

在本发明的优选实施方式中，所述的晶体管为NPN型三极管。

本发明的目的之一是，提供了一种电子束加工过程的观察系统，所述的系统包括工控机、束流反馈调节电路、电子隔离电路、工件以及背散射电子接收传感器，其中，所述的工控机与所述的电子隔离电路相连接；所述的背散射电子接收传感器分别与所述的电子隔离电路、束流反馈调节电路相连接；所述的束流反馈调节电路与所述的工件相连接；所述的工件，用于接收电子束流的第一电子，并反射第二电子；所述的束流反馈调节电路，用于对所述工件接收的第一电子进行采样，调节束流反馈调节信号的幅值，并输出调节后的束流反馈调节信号；所述的背散射电子接收传感器，用于根据所述的束流反馈调节信号输出第一背散射电子信号；所述的电子隔离电路，用于滤除所述第一背散射电子信号的噪声；所述的工控机，用于根据滤除噪声后的第一背散射电子信号输出熔池形貌及图像。

在本发明的优选实施方式中，所述的工控机包括：数据采集卡，用于采集滤除噪声后的第一背散射电子信号；处理器，用于对所述第一背散射电子信号进行处理，输出熔池形貌及图像。

在本发明的优选实施方式中，所述的系统还包括：与所述的工控机相连接的显示器，用于显示所述的熔池形貌及图像。

在本发明的优选实施方式中，所述的系统还包括：通过电缆与所述的工控机相连接的信号放大器；通过传输电缆与所述的信号放大器相连接的线圈；所述的工控机还包括波形发生卡，用于在小束流工作状态时输出扫描波形；所述的信号放大器，用于将所述的扫描波形进行放大，并将放大后的扫描波形通过传输电缆发送至所述的线圈；所述的背散射电子接收传感器，用于采集并输出电子束扫描所述工件表面后形成的第二背散射电子信号；所述的电子隔离电路，用于滤除所述第二背散射电子信号的噪声；所述的工控机，用于根据滤除噪声后的第二背散射电子信号输出所述电子束扫描所述工件表面形成的图像。

在本发明的优选实施方式中，所述的显示器，还用于显示所述电子束扫描所述工件表面形成的图像。

在本发明的优选实施方式中，所述的线圈包括X-线圈以及Y-线圈。

在本发明的优选实施方式中，所述的X-线圈通过的波形为周期性的锯齿波，所述锯齿波的最大幅值由所述信号放大器输出的最大电压值确定，所述锯齿波的频率的输出范围由所述波形发生卡确定。

在本发明的优选实施方式中，所述的Y-线圈通过的波形为周期是通过X-线圈的锯齿波的周期的n倍的锯齿波，所述Y-线圈通过的波形的周期由所述波形发生卡确定，所述锯齿波的最大幅值由所述信号放大器输出的最大电压值确定，n为正整数。

本发明的有益效果在于，提供了一种背散射电子接收传感器以及电子束加工过程的观察系统，通过在背散射电子接收传感器中设置由电子接收极板、限流电阻、晶体管以及采样电阻组成的传感器组件，结合工控机、束流反馈调节电路、电子隔离电路以及工件，将电子束流反馈信号作为控制信号调节背散射电子接收传感器输出的最大电压幅值，提高了真空电子束加工装置加工过程中操作的灵活度和自动化程度，并且对金属蒸气不敏感，适用于长期工作，降低劳动强度。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种背散射电子接收传感器中传感器组件的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种背散射电子接收传感器的结构示意图；

图3为本发明提供的具体实施例中的一种背散射电子接收传感器的结构图；

图4为传统的背散射电子接收传感器示意图；

图5为本发明实施例提供的一种电子束加工过程的观察系统的实施方式一的结构框图；

图6为本发明实施例提供的一种电子束加工过程的观察系统的实施方式二的结构框图；

图7为本发明实施例提供的一种电子束加工过程的观察系统中工控机的实施方式一的结构框图；

图8为本发明实施例提供的一种电子束加工过程的观察系统的实施方式三的结构框图；

图9为本发明实施例提供的一种电子束加工过程的观察系统中工控机的实施方式二的结构框图；

图10为本发明提供的具体实施例中X-线圈通过的电流波形示意图；

图11为本发明提供的具体实施例中Y-线圈通过的电流波形示意图；

图12为本发明提供的具体实施例中的一种电子束加工过程的观察系统的结构图。

附图标号：

10-工控机

11-数据采集卡

12-处理器

13-波形发生卡

110-X向扫描波形输出电缆

111-Y向扫描波形输出电缆

20-显示器

30-信号放大器

311-X向线圈联接电缆

312-Y向线圈联接电缆

40-电子隔离电路

50-X-线圈

60-Y-线圈

70-电子束

80-背散射电子接收传感器

90-束流反馈调节电路

11-工件

801-传感器组件

802-电子接收极板

803-限流电阻

804-晶体管

805-采样电阻

806-驱动电阻

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明针对当前真空电子束观察技术难以适应所有束流工作范围的特点，为提高电子束加工质量、操作灵活性、便捷性及其自动化程度，采用一种新颖的设计思路，发明了一种能够适应所有束流工作范围的基于背散射电子成像技术的观察系统。具体地说，是一种可以在真空电子束加工过程中，采用背散射电子成像技术反映工件形貌的观察装置，尤其涉及一种可以在电子束焊接、电子束熔丝成形等领域的任何电子束流范围内进行观察的系统。

图1为本发明实施例提供的一种背散射电子接收传感器中传感器组件的结构示意图，由图1可知，所述的背散射电子接收传感器包括传感器组件801，所述的传感器组件801包括电子接收极板802、限流电阻803、晶体管804、采样电阻805以及驱动电阻806。

其中，所述的电子接收极板802与所述的限流电阻803的一端联接；

所述的晶体管804的集电极与所述的限流电阻803的另外一端联接；

所述的晶体管804的发射极接地；

所述的采样电阻805并联在所述晶体管804的集电极与发射极之间；

所述的晶体管804的基极通过所述的驱动电阻联接外部的束流反馈调节电路。

图2为本发明实施例提供的一种背散射电子接收传感器的结构示意图，由图2可知，在该实施例中，所述的背散射电子接收传感器800包括四个所述的传感器组件801。

图4为传统的背散射电子接收传感器示意图，由图4可知，传统的背散射电子接收传感器中，四块电子接收极板分别接收不同角度反射的背散射电子，每块电子接收极板分别通过一个采样电阻与地相联，通过采集采样电阻上的电压信号及其后续分析获得工件形貌。电子接收极板收集电子多少通常和工件与接收极板之间距离D、电子接收极板面积S、束流大小B有关。电子接收极板面积S在传感器设计完成后即成为一个固定参数，而电子接收极板与电极之间距离D在背散射电子接收传感器安装完成后，也变成一个固定参数，对于传统背散射电子接收传感器，采样电阻R一旦设定好以后，很难调整，也变成一个固定参数；如果为小束流工作状态设计的背散射电子接收传感器，在通过试验确定了D、S、R，在小束流工作状态比较好，但是如果工作在大束流状态，在D、S、R都不改变时，R接收电子急剧增大，采样电压增大，使得信号放大器达到饱和，不能为后续信号处理提供可分辨信号；甚至采样电压超过信号放大器最高耐压值，导致信号放大器损坏。如果为大束流工作状态设计的背散射电子接收传感器，在通过试验确定了D、S、R，在大束流工作状态比较好，但是如果工作在小束流状态，在D、S、R都不改变时，R接收电子急剧减小，使得为后续信号处理提供信号极其微弱，使得图像分辨率大幅降低，甚至不能输出图像。

图3为本发明提供的具体实施例中的一种背散射电子接收传感器的结构图，由图3可知，在该实施例中，传感器组件中的晶体管为NPN型三极管。本发明提供的背散射电子接收传感器，四块电子接收极板分别接收不同角度反射的电子，每块电子接收极板分别通过一个限流电阻与NPN晶体管的集电极联接，NPN晶体管的发射极与地相联，采样电阻分别联接NPN晶体管的集电极和发射极，晶体管的基极通过一个驱动电阻联接束流反馈调节电路，束流反馈调节电路可根据束流大小，调正NPN晶体管的放大状态，使得并联在晶体管集电极和发射极之间的采样电阻采样电压信号变成可调。因此，无论是大束流还是小束流工作状态，只需要调整束流反馈调节电路的参数，都可使采样电压保持在有效范围内，为后续信号处理提供精确信号，使得无论是大、小束流工作状态，都可获得清晰工作状态图像。

图5为本发明实施例提供的一种电子束加工过程的观察系统的实施方式一的结构框图，由图5可知，该实施方式中，所述的系统包括工控机10、束流反馈调节电路90、电子隔离电路40、工件11以及背散射电子接收传感器80。

其中，所述的工控机10与所述的电子隔离电路40相连接；

所述的背散射电子接收传感器80分别与所述的电子隔离电路40、束流反馈调节电路90相连接；

所述的束流反馈调节电路90与所述的工件11相连接；

所述的工件11，用于接收电子束流的第一电子，并反射第二电子，其中，所述的第一电子是指电子束流的大部分电子，所述的第二电子是指束流电子的极少电子。

所述的束流反馈调节电路90，用于对所述工件接收的第一电子进行采样，调节束流反馈调节信号的幅值，并输出调节后的束流反馈调节信号。在本发明的具体实施方式中，束流反馈调节电路90包含束流采样电阻以及束流调节电路。

所述的背散射电子接收传感器80，用于根据所述的束流反馈调节信号输出第一背散射电子信号；

所述的电子隔离电路40，用于滤除所述第一背散射电子信号的噪声；

所述的工控机10，用于根据滤除噪声后的第一背散射电子信号输出熔池形貌及图像

在大束流工作状态，电子束一般不扫描，由于束流大，形成的熔池较大，背散射电子发散角度不同，通过背散射电子接收传感器收集背散射电子，再经过隔离电路及其后续工控机分析后，能够获得实时反映熔池及周边工件形貌的图像。

图6为本发明实施例提供的一种电子束加工过程的观察系统的实施方式二的结构框图，由图6可知，在该实施方式中，所述的系统还包括与所述的工控机相连接的显示器20，用于显示所述的熔池形貌及图像。

图7为本发明实施例提供的一种电子束加工过程的观察系统中工控机10的实施方式一的结构框图，由图7可知，在实施方式一中，所述的工控机包括：

数据采集卡11，用于采集滤除噪声后的第一背散射电子信号；

处理器12，用于对所述第一背散射电子信号进行处理，输出熔池形貌及图像。

图8为本发明实施例提供的一种电子束加工过程的观察系统的实施方式三的结构框图，图9为本发明实施例提供的一种电子束加工过程的观察系统中工控机的实施方式二的结构框图，由图8可知，在实施方式三中，该系统还包括：

通过电缆与所述的工控机相连接的信号放大器30；

通过传输电缆与所述的信号放大器相连接的线圈；

由图9可知，所述的工控机10还包括波形发生卡13，用于在小束流工作状态时输出扫描波形；

所述的信号放大器30，用于将所述的扫描波形进行放大，并将放大后的扫描波形通过传输电缆发送至所述的线圈；

所述的背散射电子接收传感器80，用于采集并输出电子束扫描所述工件表面后形成的第二背散射电子信号；

所述的电子隔离电路40，用于滤除所述第二背散射电子信号的噪声；

所述的工控机10，用于根据滤除噪声后的第二背散射电子信号输出所述电子束扫描所述工件表面形成的图像。

也即，在小束流工作状态，工控机的波形发生卡给出线圈的扫描波形，经过扫描信号功率放大器后送入线圈，使得聚焦的电子束在工件表面做光栅状扫描，由此诱发的背散射电子会因为工件表面形貌的变化而变化，在电子束扫描过程中，通过传感器收集背散射电子，再经过隔离电路，经过工控机分析后送入显示器，在扫描频率大于20Hz时，便可清晰观察到工件形状。

所述的显示器20，还用于显示所述电子束扫描所述工件表面形成的图像。

下面结合具体的实施例，详细介绍本发明的技术方案。图3为本发明提供的具体实施例中的一种背散射电子接收传感器的结构图，图12为本发明提供的具体实施例中的一种电子束加工过程的观察系统的结构图。在该具体实施例中，所述基于背散射电子成像技术的电子束加工过程观察系统主要包括工控机、显示器、数据采集卡、波形发生卡、信号放大器、扫描信号放大器、X-线圈、Y-线圈、背散射电子接收传感器、束流反馈调节电路。

在该实施例中，金属材料被划分为对等的四份，分别作为背散射电子接收极板S01、S02、S03、S04。背散射电子接收极板S01与限流电阻R101联接后，联接到晶体管Q1的集电极，晶体管Q1的发射极接地，采样电阻R11并联在晶体管Q1的集电极和发射极之间，

晶体管Q1的基极通过采样电阻R18联接束流反馈调节电路，接收束流反馈调节信号I_bf，在采样电阻R11与晶体管Q1的集电极联接端取出背散射电子信号+Y₀；背散射电子接收极板S02与限流电阻R104联接后，联接到晶体管Q4的集电极，晶体管Q4的发射极接地，采样电阻R14并联在晶体管Q4的集电极和发射极之间，晶体管Q4的基极通过采样电阻R21联接束流反馈调节电路，接收束流反馈调节信号I_bf，在采样电阻R14与晶体管Q4的集电极联接端取出背散射电子信号-Y₀；背散射电子接收极板S03与限流电阻R103联接后，联接到晶体管Q3的集电极，晶体管Q3的发射极接地，采样电阻R13并联在晶体管Q3的集电极和发射极之间，晶体管Q3的基极通过采样电阻R20联接束流反馈调节电路，接收束流反馈调节信号I_bf，在采样电阻R13与晶体管Q3的集电极联接端取出背散射电子信号+X₀；背散射电子接收极板S04与限流电阻R102联接后，联接到晶体管Q2的集电极，晶体管Q2的发射极接地，采样电阻R12并联在晶体管Q2的集电极和发射极之间，晶体管Q2的基极通过采样电阻R19联接束流反馈调节电路，接收束流反馈调节信号I_bf，在采样电阻R12与晶体管Q2的集电极联接端取出背散射电子信号-X₀。

在该具体实施例中，所述的线圈包括X-线圈50以及Y-线圈60，所述的X-线圈通过的波形为周期性锯齿波，所述的Y-线圈通过的波形为电压随时间线性升高至一预定时间后瞬间降为0的锯齿波。图10为本发明提供的具体实施例中X-线圈通过的电流波形示意图，由图10可知，所述的X-线圈通过的波形为周期性的锯齿波，所述锯齿波的最大幅值由所述信号放大器输出的最大电压值确定，所述锯齿波的频率的输出范围由所述波形发生卡确定。图11为本发明提供的具体实施例中Y-线圈通过的电流波形示意图，由图11可知，所述的Y-线圈通过的波形的周期是通过X-线圈的锯齿波周期的n倍的锯齿波；所述周期由所述波形发生卡确定，所述Y-线圈通过的锯齿波的最大幅值由所述信号放大器输出的最大电压值确定，n为正整数。

在小束流工作状态，工控机10控制波形发生卡13输出X向扫描波形和Y向扫描波形，X向扫描波形通过X向扫描波形输出电缆110传输给扫描信号放大器30，同时Y向扫描波形通过Y向扫描波形输出电缆111传输给扫描信号放大器30，扫描信号放大器30分别将X向扫描波形、Y向扫描波形放大后，放大后的X向扫描波形经过传输电缆311输入给X-线圈，放大后的Y向扫描波形经过传输电缆312输入给Y-线圈，则电子束运动轨迹就会根据X-线圈、Y-线圈通过电流波形变化而变化。当X-线圈通过如图10所示波形、Y-线圈分别通过如图11所示波形时，则电子束70就在工件11表面的一定区域内扫描，不同电子束扫描点的位置所处工件表面形状的差异会导致背散射电子散射角度、数量有所差异，最终使得背散射电子接收传感器80的四个区域内接收的电压信号不同。在0-10mA小束流工作范围内，晶体管Q1、Q2、Q3、Q4不导通，背散射电子接收极板S01收集的电子通过R101、R11导入地，+Y₀信号从R11不接地端获得；背散射电子接收极板S04收集的电子通过R104、R14导入地，-Y₀信号从R14不接地端获得；背散射电子接收极板S03收集的电子通过R103、R13导入地，+X₀信号从R13不接地端获得；背散射电子接收极板S02收集的电子通过R102、R12导入地，-X₀信号从R12不接地端获得；背散射电子接收传感器80将各个背散射电子接收极板采样的信号经过背散射电子隔离电路40后输入给工控机10中的数据采集卡11，工控机的处理器12采样得到的信号，经过图像识别，还原出图像，在显示器20上显示出来电子束70扫描区域的工件形貌的清晰图像。

在大束流工作状态，工控机10控制波形发生卡13不输出，则电子束70不扫描。因为大束流工作状态下常规频率扫描极易损坏工件，高频扫描由于束斑直径较大，很难实现较高分辨率。在大束流状态下，由于金属蒸气对电子束传输通道的遮挡作用，电子束熔池及其附近区域在不同时刻的状态会有所不同，最终使得同一个电子束能量输入位置不同时刻熔池及其附近区域形貌会有所差异，从而使背散射电子的发射角度、数量在不同时刻有所差异，通过背散射电子接收传感器80采集电压，背散射电子隔离电路40滤除噪声，数据采集卡11采集，工控机10的处理后，最终在显示器20上得到熔池形貌及其附近区域的图像。

在10mA～1000mA束流范围内，晶体管Q1、Q2、Q3、Q4将工作于放大区，晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的放大状态和束流反馈信号密切相关；工件100将90％以上的电子直接传输到束流反馈调节电路90中，束流反馈调节电路90对束流信号进行采样调节处理后，分别输入到晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的基极；在束流逐渐增大时，输入到晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的基极的电压信号逐渐增大，流过晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的集电极电流增大，使得采样电阻R11、R12、R13、R14分流电流降低，最终导致即使在大束流工作状态下，采样电阻R11、R12、R13、R14的电压信号也不会出现饱和。在大束流工作状态下，背散射电子接收极板S01收集的电子通过R101后，再经过并联在晶体管Q1的基极和发射极两端的R11、晶体管Q1的基极和发射极导入地，+Y₀信号从R11不接地端获得；背散射电子接收极板S04收集的电子通过R104后，再经过并联在晶体管Q4的基极和发射极两端的R14、晶体管Q4的基极和发射极导入地，-Y₀信号从R14不接地端获得；背散射电子接收极板S03收集的电子通过R103后，再经过并联在晶体管Q3的基极和发射极两端的R13、晶体管Q3的基极和发射极导入地，+X₀信号从R13不接地端获得；背散射电子接收极板S02收集的电子通过R102后，再经过并联在晶体管Q2的基极和发射极两端的R12、晶体管Q2的基极和发射极导入地，-X₀信号从R12不接地端获得；背散射电子接收传感器80将各个背散射电子接收极板采样的信号经过背散射电子隔离电路40后输入给工控机10中的数据采集卡11，工控机处理采样得到的信号，经过图像识别软件，还原出图像，在显示器20上显示出来。

综上所述，本发明提供了一种背散射电子接收传感器以及电子束加工过程的观察系统，通过在背散射电子接收传感器中设置由电子接收极板、限流电阻、晶体管以及采样电阻组成的传感器组件，结合工控机、束流反馈调节电路、电子隔离电路以及工件，将电子束流反馈信号作为控制信号调节背散射电子接收传感器输出的最大电压幅值，可以使得本发明基于的背散射电子成像技术的电子束加工过程观察装置既可适用于小束流工作场合，又可以适用于大束流工作场合，提高了真空电子束加工装置加工过程中的操作灵活性和自动化程度；并且该项观察装置对金属蒸气不敏感，适用于长期工作，降低劳动强度。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一般计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种背散射电子接收传感器，其特征是，所述的背散射电子接收传感器包括传感器组件，所述的传感器组件包括电子接收极板、限流电阻、晶体管、驱动电阻以及采样电阻，

其中，所述的电子接收极板与所述的限流电阻的一端联接；

所述的晶体管的集电极与所述的限流电阻的另外一端联接；

所述的晶体管的发射极接地；

所述的采样电阻并联在所述晶体管的集电极与发射极之间；

所述的晶体管的基极通过所述的驱动电阻联接外部的束流反馈调节电路。

2.根据权利要求1所述的背散射电子接收传感器，其特征是，所述的背散射电子接收传感器包括四个所述的传感器组件。

3.根据权利要求1所述的背散射电子接收传感器，其特征是，所述的晶体管为NPN型三极管。

4.一种电子束加工过程的观察系统，其特征是，所述的系统包括工控机、束流反馈调节电路、电子隔离电路、工件以及如权利要求1至3任意一样所述的背散射电子接收传感器，

其中，所述的工控机与所述的电子隔离电路相连接；

所述的背散射电子接收传感器分别与所述的电子隔离电路、束流反馈调节电路相连接；

所述的束流反馈调节电路与所述的工件相连接；

所述的工件，用于接收电子束流的第一电子，并反射第二电子；

所述的束流反馈调节电路，用于对所述工件接收的第一电子进行采样，调节束流反馈调节信号的幅值，并输出调节后的束流反馈调节信号；

所述的背散射电子接收传感器，用于根据所述的束流反馈调节信号输出第一背散射电子信号；

所述的电子隔离电路，用于滤除所述第一背散射电子信号的噪声；

所述的工控机，用于根据滤除噪声后的第一背散射电子信号输出熔池形貌及图像。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征是，所述的工控机包括：

数据采集卡，用于采集滤除噪声后的第一背散射电子信号；

处理器，用于对所述第一背散射电子信号进行处理，输出熔池形貌及图像。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的系统还包括：

与所述的工控机相连接的显示器，用于显示所述的熔池形貌及图像。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征是，所述的系统还包括：

通过电缆与所述的工控机相连接的信号放大器；

通过传输电缆与所述的信号放大器相连接的线圈；

所述的工控机还包括波形发生卡，用于在小束流工作状态时输出扫描波形；

所述的信号放大器，用于将所述的扫描波形进行放大，并将放大后的扫描波形通过传输电缆发送至所述的线圈；

所述的背散射电子接收传感器，用于采集并输出电子束扫描所述工件表面后形成的第二背散射电子信号；

所述的电子隔离电路，用于滤除所述第二背散射电子信号的噪声；

所述的工控机，用于根据滤除噪声后的第二背散射电子信号输出所述电子束扫描所述工件表面形成的图像。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征是：

所述的显示器，还用于显示所述电子束扫描所述工件表面形成的图像。

9.根据权利要求6或8所述的系统，其特征是，所述的线圈包括X-线圈以及Y-线圈。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征是，所述的X-线圈通过的波形为周期性的锯齿波，所述锯齿波的最大幅值由所述信号放大器输出的最大电压值确定，所述锯齿波的频率的输出范围由所述波形发生卡确定。

11.根据权利要求9所述的系统，其特征是，所述的Y-线圈通过的波形为周期是通过X-线圈的锯齿波的周期的n倍的锯齿波，所述Y-线圈通过的波形的周期由所述波形发生卡确定，所述锯齿波的最大幅值由所述信号放大器输出的最大电压值确定，n为正整数。