CN105742144A - 一种监控透射电子显微镜的预警系统 - Google Patents

一种监控透射电子显微镜的预警系统 Download PDF

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王义林
张大梁
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/261—Details
    • H01J37/265—Controlling the tube; circuit arrangements adapted to a particular application not otherwise provided, e.g. bright-field-dark-field illumination

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Abstract

本发明公开了一种监控透射电子显微镜的预警系统，属于电子显微镜的技术领域。系统包括：监控计算机以及向监控计算机发送检测数据的压力传感器组、电流传感器组、光栅编码器、步进电机编码器，监控计算机在电子显微镜关键参数以及主要附件参数中至少一项数据超出该数据自身阈值范围时向电镜计算机发送超出阈值范围的数据并向报警器发送启动指令，报警器发出声光报警，大大提高设备利用率，能够及时发现、及时解决电子显微镜设备出现的问题，避免因为问题的延误发现造成对设备本身的更大程度上的损害或者是对科研实验结果的误导，同时降低设备成本核算。

Description

一种监控透射电子显微镜的预警系统
技术领域
本发明公开了一种监控透射电子显微镜的预警系统，属于电子显微镜的技术领域。
背景技术
电子显微镜是材料微观研究的基本技术手段之一，也是纳米材料最为主要的检测设备。上个世纪六十年代中期以来，扫描电子显微镜(SEM)的出现，使人类观察微小物质的能力有了质的飞跃，由于扫描电子显微镜具有高分辨率、良好的景深且操作简易，它迅速成为一种不可缺少的工具而广泛应用于科学研究和工程实践中。电子显微技术在普通光学显微技术基础上进一步拓宽了人们的观测视野，在各个领域发挥了重要的作用，被广泛应用于科学领域，在生物学研究领域，电子显微技术推进了组织学，细胞生物学，分子生物学等学科的发展，因而具有不可替代的崇高地位。
一般而言电子显微镜主要由电子源、电磁透镜系统、样品台以及成像系统等部分组成，透射电子显微镜中入射电子从电子源出发经过电磁透镜系统聚焦后穿过样品台上的试样，与试样内部原子发生相互作用后在成像系统中的荧光屏或感光部件上成像实现数据采集。电子显微镜已不仅只是单独用于形态分析，而且它还是结合了各种电子衍射分析、元素分析的多功能仪器；采用电子束作为光源从而得到极高的细节分辨能力，使其成为可以直观的检测到晶体材料的原子结构信息的重要工具；因此通过电子显微镜不仅可以获得带有晶体结构信息的高分辨照片，同时也可以给出纳米尺寸选区的电子衍射。
随着电子显微镜越来越成为科研和生产的必备设备，同时电子显微镜的购置价格又十分昂贵，用户对设备管理要求与设备使用效率要求也越来越高。目前电子显微镜这一领域设备的提高方面主要是针对电子显微镜本身硬件开发与优化，对于电子显微镜设备本身的自动化维护与预警方面已经落后且不能满足用户对于电子显微镜管理的需求。实验室管理软件在国外已广泛使用，但在国内的应用还刚刚起步，目前还没有任何广泛应用的商业软件，同时针对于电子显微镜设备本身的自动化维护和预警系统不论是在国内还是国外，这一设计研发都是基本为零的局面。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种监控透射电子显微镜的预警系统，通过实时检测电镜真空系统、高压系统、灯丝系统关键参数，在关键参数超出阈值范围时上传超标数据并启动声光报警，解决了目前实验室缺乏电子显微镜预警系统的技术问题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
一种监控透射电子显微镜的预警系统，包括：监控计算机以及向监控计算机发送检测数据的压力传感器组、电流传感器组、光栅编码器、步进电机编码器，所述压力传感器组包括：检测电子枪真空压强的第一压力传感器、检测镜筒真空压强的第二压力传感器、检测投影室真空压强的第三压力传感器，所述电流传感器组包括：检测电镜高压系统暗电流的第一电流传感器、检测灯丝系统发射电流的第二电流传感器，光栅编码器测量样品台在X轴和Y轴上的移动距离，步进电机编码器测量样品台在Z轴上的移动距离，所述监控计算机在电子枪真空压强、镜筒真空压强、投影室真空压强、电镜高压系统暗电流、灯丝系统发射电流、样品台在X轴上的移动距离，样品台在Y轴上的移动距离、样品台在Z轴上的移动距离中至少一项数据超出该数据自身阈值范围时向电镜计算机发送超出阈值范围的数据并向报警器发送启动指令，报警器发出声光报警。
作为所述一种监控透射电子显微镜的预警系统的进一步优化方案，预警系统还包括向监控计算机发送地面湿度数据的漏水传感器、向监控计算机发送冷却水温度的水温传感器，压力传感器组还包括检测空压机压强的第四压力传感器，监控计算机在地面湿度、冷却水温度、空压机压强中至少一项数据超出该数据自身阈值范围时向电镜计算机发送超出阈值范围的数据并向报警器发送启动指令，报警器发出声光报警。
进一步的，所述一种监控透射电子显微镜的预警系统中，电子枪真空压强的阈值范围为小于1.33×10-6Pa，镜筒真空压强的阈值范围为小于2.7×10-5Pa，投影室真空压强的阈值范围为小于1×10-4Pa。
再进一步的，所述一种监控透射电子显微镜的预警系统中，电镜高压系统暗电流的阈值范围为小于20μA，灯丝系统发射电流的阈值范围为小于200μA。
更进一步的，所述一种监控透射电子显微镜的预警系统中，样品台在X轴上移动距离的阈值范围为：-2000nm≤X≤+2000nm，样品台在Y轴上移动距离的阈值范围为：-2000nm≤X≤+2000nm，样品台在Z轴上移动距离的阈值范围：-375nm≤X≤+375nm。
作为所述一种监控透射电子显微镜的预警系统的再进一步优化方案，地面湿度的阈值范围为小于1%，冷却水温度的阈值范围为：18℃≤冷却水温度≤23℃，空气机压强的阈值范围为：0.4Mpa≤空气机压强≤0.6Mpa。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：本发明涉及的预警系统实时检测包括电子枪真空压强、镜筒真空压强、投影室真空压强的真空系统参数以及高压系统暗电流、灯丝系统发射电流，在检测数据超出阈值范围时上传超标数据至电镜计算机并启动声光报警，大大提高设备利用率，能够及时发现、及时解决电子显微镜设备出现问题，避免因为问题的延误发现造成对设备本身的更大程度上的损害或者是对科研实验结果的误导，同时降低设备成本核算。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为监控透射电子显微镜预警系统的框图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
本发明涉及的监控透射电子显微镜预警系统如图1所示，包括：监控计算机以及向监控计算机发送检测数据的压力传感器组、电流传感器组、光栅编码器、步进电机编码器，所述压力传感器组包括：检测电子枪真空压强的第一压力传感器、检测镜筒真空压强的第二压力传感器、检测投影室真空压强的第三压力传感器，所述电流传感器组包括：检测电镜高压系统暗电流的第一电流传感器、检测灯丝系统发射电流的第二电流传感器。光栅编码器以及步进电机编码器用于测量样品台在三维坐标上的位移，Z轴与XOY平面正交，光栅编码器测量样品台在X轴和Y轴上的移动距离，步进电机编码器通过计量步进马达旋转圈数来测量样品台在Z轴上的移动距离。监控计算机在电子枪真空压强、镜筒真空压强、投影室真空压强、电镜高压系统暗电流、灯丝系统发射电流、样品台在X轴上的移动距离，样品台在Y轴上的移动距离、样品台在Z轴上的移动距离中至少一项数据超出该数据自身阈值范围时向电镜计算机发送超出阈值范围的数据并向报警器发送启动指令，报警器发出声光报警。压力传感器（真空测量规）选用德国谱发公司的ActivePenningNW25。电流传感器选用美国吉时利公司6482型双通道皮安电流传感器。光栅编码器选用MercuryM3500光电光栅测量系统。电子枪真空压强的阈值范围为小于1.33×10-6Pa，镜筒真空压强的阈值范围为小于2.7×10-5Pa，投影室真空压强的阈值范围为小于1×10-4Pa，电镜高压系统暗电流的阈值范围为小于20μA，灯丝系统发射电流的阈值范围为小于200μA，样品台在X轴上移动距离的阈值范围为：-2000nm≤X≤+2000nm，样品台在Y轴上移动距离的阈值范围为：-2000nm≤X≤+2000nm，样品台在Z轴上移动距离的阈值范围：-375nm≤X≤+375nm。
该系统在电子显微镜关键参数（真空系统压强、高压系统暗电流、灯丝系统发射电流、样品台移动量）超标时发出警报，能够及时发现设备问题。
为进一步监测电子显微镜主要附件的工作情况，本申请在预警系统中引入了向监控计算机发送地面湿度数据的漏水传感器、向监控计算机发送冷却水温度的水温传感器，压力传感器组还包括检测空压机压强的第四压力传感器，监控计算机在地面湿度、冷却水温度、空压机压强中至少一项数据超出该数据自身阈值范围时向电镜计算机发送超出阈值范围的数据并向报警器发送启动指令，报警器发出声光报警。地面湿度的阈值范围为小于1%，冷却水温度的阈值范围为：18℃≤冷却水温度≤23℃，空气机压强的阈值范围为：0.4Mpa≤空气机压强≤0.6Mpa。
本发明针对电子显微镜设备本身的自动化维护和预警系统，提出一种监控透射电子显微镜预警系统，大大提高设备利用率，能够及时发现、及时解决电子显微镜设备出现问题，避免因为问题的延误发现造成对设备本身的更大程度上的损害或者是对科研实验结果的误导，同时降低设备成本核算。因此在电子显微镜领域首创针对于电子显微镜设备本身的自动化维护和预警系统的突破将对于电子显微镜物质结构的测定有着跨时代的意义，也更能满足整个市场上对于更高品质电子显微领域高端设备的需求，同时也将会有更为广阔的市场前景。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案实质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机、服务器，或者网络设备等）执行本发明的实施例或实施例的某些部分所述的方法。

Claims (6)

1.一种监控透射电子显微镜的预警系统，其特征在于，包括：监控计算机以及向监控计算机发送检测数据的压力传感器组、电流传感器组、光栅编码器、步进电机编码器，所述压力传感器组包括：检测电子枪真空压强的第一压力传感器、检测镜筒真空压强的第二压力传感器、检测投影室真空压强的第三压力传感器，所述电流传感器组包括：检测电镜高压系统暗电流的第一电流传感器、检测灯丝系统发射电流的第二电流传感器，光栅编码器测量样品台在X轴和Y轴上的移动距离，步进电机编码器测量样品台在Z轴上的移动距离，所述监控计算机在电子枪真空压强、镜筒真空压强、投影室真空压强、电镜高压系统暗电流、灯丝系统发射电流、样品台在X轴上的移动距离，样品台在Y轴上的移动距离、样品台在Z轴上的移动距离中至少一项数据超出该数据自身阈值范围时向电镜计算机发送超出阈值范围的数据并向报警器发送启动指令，报警器发出声光报警。
2.根据权利要求1所述一种监控透射电子显微镜的预警系统，其特征在于，所述预警系统还包括向监控计算机发送地面湿度数据的漏水传感器、向监控计算机发送冷却水温度的水温传感器，压力传感器组还包括检测空压机压强的第四压力传感器，监控计算机在地面湿度、冷却水温度、空压机压强中至少一项数据超出该数据自身阈值范围时向电镜计算机发送超出阈值范围的数据并向报警器发送启动指令，报警器发出声光报警。
3.根据权利要求1所述一种监控透射电子显微镜的预警系统，其特征在于，所述电子枪真空压强的阈值范围为小于1.33×10-6Pa，镜筒真空压强的阈值范围为小于2.7×10-5Pa，投影室真空压强的阈值范围为小于1×10-4Pa。
4.根据权利要求3所述一种监控透射电子显微镜的预警系统，其特征在于，所述电镜高压系统暗电流的阈值范围为小于20μA，灯丝系统发射电流的阈值范围为小于200μA。
5.根据权利要求4所述一种监控透射电子显微镜的预警系统，其特征在于，所述样品台在X轴上移动距离的阈值范围为：-2000nm≤X≤+2000nm，样品台在Y轴上移动距离的阈值范围为：-2000nm≤X≤+2000nm，样品台在Z轴上移动距离的阈值范围：-375nm≤X≤+375nm。
6.根据权利要求2所述一种监控透射电子显微镜的预警系统，其特征在于，所述地面湿度的阈值范围为小于1%，冷却水温度的阈值范围为：18℃≤冷却水温度≤23℃，空气机压强的阈值范围为：0.4Mpa≤空气机压强≤0.6Mpa。
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