CN106932811A - 一种便携式高精度束流计及应用其的计量分析仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种便携式高精度束流计及应用其的计量分析仪器，金属管的一端设置有中空的容纳空间，其另一端设置有连接装置，容纳空间内设置有法拉第杯，法拉第杯朝向金属管端部一侧设有电子收纳口，连接装置上设置有用于处理来自法拉第杯端信号的控制电路板，金属管和连接装置设置在真空转接法兰一侧的真空环境内，真空转接法兰上在空气环境一侧安装有信号输出装置和电源，本发明中法拉第杯测得的电流信号经过低电流放大电路放大，微弱的电流信号转换为电压信号并放大，将获得的模拟信号转为数字信号，再发送给终端设备。因此完成在真空内环境中测得电子束流值，可以避免环境磁场等对微弱电流信号的干扰，避免引入过多噪音，影响测量的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及一种便携式高精度束流计及应用其的计量分析仪器，属于计量技术领域。
背景技术
在电子显微镜使用过程中，电子从电子枪中出发，到达样品，然后通过相机观察电子打到样品上之后的成像，拍摄得到样品图像，即完成了电子显微镜中的电子成像。这个过程中，需要知道样品上和相机平面上的电子束流值，传统的做法是利用电子显微镜内置的束流计进行测量，但是这个测量过程不方便，而且所得到的值并不精确。在很多科研领域，特别是对打在样品上的电子剂量有严格要求的应用领域，比如冷冻电镜或高分子材料学等样品易受到电子辐照损伤的应用领域，精确测量电子束流是至关重要的。
束流计中所使用的法拉第杯，是一个传统的束流强度测量装置，它在加速器束流强度的归一化测量、探测器的标定等方面起到了不可替代的作用。由于法拉第杯是一个绝对测量装置，没有其它设备可以对其标定，反而通常是利用法拉第杯来标定其它实验用探测器，所以法拉第杯的设计和效率的计算变得至关重要，其计算精度直接影响探测器的探测效率的精度，并影响物理实验结果的可信度。
传统法拉第杯的具体工作原理是，通过捕获真空中经过法拉第杯的电子或者离子束流，聚焦使电(离)子束进入法拉第杯的光阑。光阑下方的空腔接收电(离)子。将法拉第杯置于电子束照射范围内，使用仪器配备的束流计(皮安表)即可测试或显示接收束流，经由对电子束流的计算而确定累加电子剂量。其中，束流计是置于外环境中，通过真空接头与真空中的法拉第杯相连接。
这种方法需要将真空内的微弱电流信号，经真空与外环境连接装置传输后，通过外环境中的束流计进行测量。在使用过程中，由于电流是只有皮安pA级的微弱的模拟信号，会受到环境中电磁场等干扰产生的噪音影响，出现各种噪音叠加，使得测量结果不准确。因此，发展一种能直接在真空内就可以完成的高精度束流计显得尤为重要。
另外，传统束流计，测量时得到的是电流值，而在实际的实验过程中，实验者需要知道的是电子剂量，电流值与电子剂量间需要经过计算及换算，当实验数据较多时，这个数据换算过程会耗费实验人员大量的时间，降低了工作效率。良好均匀性是最终得到高品质产品的基础，目前对于离子源引出束流均匀性的控制要求已成为产业发展的迫切需求，束流的准确测量是进行均匀性控制必备的基础。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为克服上述问题，提供一种精度高、性能稳定的便携式高精度束流计及应用其的计量分析仪器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种便携式高精度束流计，包括金属管，所述金属管的一端设置有中空的容纳空间，其另一端设置有连接装置，所述容纳空间内设置有法拉第杯，所述法拉第杯朝向金属管端部一侧设有电子收纳口，其朝向金属管内部一端为密封端，所述连接装置上设置有用于处理来自法拉第杯端信号的控制电路板，所述连接装置朝向外环境一端连接真空转接法兰，所述金属管和连接装置设置在所述真空转接法兰一侧的真空环境内，所述真空转接法兰的另一侧为空气环境，所述真空转接法兰上在空气环境一侧安装有信号输出装置和电源。
优选地，所述控制电路板包括设置在电路板上的控制电路，所述控制电路包括与所述法拉第杯连接的低电流放大电路和与所述放大电路连接的模数转换器及单片机，所述法拉第杯用于接收真空中的电子而形成电流信号，所述电流信号经过低电流放大电路转换为电压信号并放大，放大后的电压信号通过模数转换器转为数字信号，所述数字信号再通过信号输出设备发送给终端设备。
优选地，所述信号输出设备包括有线信号装置和无线信号装置
优选地，所述无线信号装置包括WIFI发射器或蓝牙发射器。
优选地，所述法拉第杯的电子收纳口上还可以设置有屏蔽电压板，所述屏蔽电压板上设置与所述电子收纳口对应的通孔。
优选地，所述金属管为高导电性的金属管。
优选地，所述终端设备可为手机、平板电脑、笔记本电脑或带显示屏的单片机。
一种计量分析仪器，采用以上所述的便携式高精度束流计。
本发明的有益效果是：本发明中法拉第杯测得的电流信号经过放大电路放大，微弱的电流信号转换为电压信号并放大(模拟信号)，同时通过单片机上的模数转化器，将获得的模拟信号转为数字信号，在通过有线或无线输出设备发送给便携式终端。此时，即已完成真空内环境中测得电子束流值或离子束流值，这样的优势在于，避免环境磁场等对微弱电流信号的干扰，避免引入过多噪音，影响测量的准确度，因此本发明测量精准、误差小。本发明可以配合便携式终端使用，显示结果更方便，使用更简单。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一个实施例的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的流程图。
图中标记：1-金属管，2-法拉第杯，3-控制电路板，4-连接装置，5-真空转接法兰，6-信号输出装置，7-电源，8-屏蔽电压板，9-通孔，11-容纳空间。
具体实施方式
下面将结合本发明中的说明书附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。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。
实施例1
如图1所示的本发明所述一种便携式高精度束流计，包括金属管1及其垂直方向的连接装置4，所述金属管1优选的采用导电性好的金属制成，金属管1的一端设置有中空的容纳空间11，所述容纳空间11内设置有法拉第杯2，所述法拉第杯2朝向金属管1端部一端设有电子收纳口，法拉第杯2用于检测从电子收纳口入射的电子束，得到电流信号，所述法拉第杯2其朝向金属管1内部一端为密封端，所述与金属管1垂直方向的连接装置4的一端连接金属管1，固定整个装置，安装设置用于处理来自法拉第杯2端信号的控制电路板3，所述控制电路板3将微弱的电流信号转换为放大的数字信号，所述连接装置4朝向外环境一端连接真空转接法兰5，所述真空转接法兰5上安装有信号输出装置6和电源7，所述信号输出装置6用于将最终信号发送到终端设备(手机、平板电脑、笔记本电脑等)，所述信号输出装置可采用有线、蓝牙、WiFi等方式，本发明不仅可以用来测量电子束流，还可以用来测量离子流值，具体根据需要进行选择。
所述控制电路板3包括设置在电路板上的控制电路，所述控制电路包括与所述法拉第杯2连接的放大电路和与所述低电流放大电路连接的单片机。本发明中法拉第杯2测得的电流信号经过放大电路放大，方法步骤如图2所示，微弱的电流信号转换为电压信号并放大(模拟信号)，同时通过单片机上的模数转化器，将获得的模拟信号转为数字信号，在通过有线或无线输出设备发送给终端。此时，即已完成真空内环境中测得电子束流值，这样的优势在于，避免环境磁场等对微弱电流信号的干扰，引入过多噪音，影响测量的准确度。
实施例2
在实施例1所述便携式高精度束流计的基础上，所述法拉第杯2的电子收纳口上还设置有屏蔽电压板8，所述屏蔽电压板8上设置与所述电子收纳口对应的通孔9，通过在屏蔽电压板8上加不同电压值，利用电势差，来抑制二次电子、电子散射等现象。
所述金属管1为不锈钢金属管1、铝管、或导电性能比较优异的金属管1，但不进行具体限定，可根据实际需要进行选择。
实施例3
一种计量分析仪器，采用以上所述的便携式高精度束流计，所述计量分析仪器在实际应用中可以为质谱仪。质谱仪工作原理是以电子轰击或其它的方式使被测物质离子化，形成各种质荷比(m/z)的离子。利用不同离子在磁场或电场的运动轨迹不同，把离子按照质荷比分开而得到质谱图，从而得到样品的分析结果。其中对于不同离子的检测，可以选择使用所述束流计，直接获得实验人员所需数据。
实施例4
一种计量分析仪器，采用以上所述的便携式高精度束流计，所述计量分析仪器在实际应用中可以为环境扫描电镜。环境扫描电镜在使用过程中，样品室中是一个复杂的动态电荷环境，电荷之间的相互作用影响着成像质量和观察效果，因此需要了解样品室中电子流和离子流所控制的电荷环境，进而优化成像条件，以获得高质量图像。其中对于电子流和离子流的测量，可以选用所述束流计。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种便携式高精度束流计，其特征在于，包括金属管，所述金属管的一端设置有中空的容纳空间，其另一端设置有连接装置，所述容纳空间内设置有法拉第杯，所述法拉第杯朝向金属管端部一侧设有电子收纳口，其朝向金属管内部一端为密封端，所述连接装置上设置有用于处理来自法拉第杯端信号的控制电路板，所述连接装置朝向外环境一端连接真空转接法兰，所述金属管和连接装置设置在所述真空转接法兰一侧的真空环境内，所述真空转接法兰的另一侧为空气环境，所述真空转接法兰上在空气环境一侧安装有信号输出装置和电源。
2.如权利要求1所述的便携式高精度束流计，其特征在于，所述控制电路板包括设置在电路板上的控制电路，所述控制电路包括与所述法拉第杯连接的低电流放大电路和与所述低电流放大电路连接的模数转换器及单片机，所述法拉第杯用于接收真空中的电子而形成电流信号，所述电流信号经过低电流放大电路转换为电压信号并放大，放大后的电压信号通过模数转换器转为数字信号，以上过程在真空环境内完成后，在空气环境下将所述数字信号再通过信号输出设备发送给终端设备。
3.如权利要求2所述的便携式高精度束流计，其特征在于，所述信号输出设备包括有线信号装置和无线信号装置。
4.如权利要求3所述的便携式高精度束流计，其特征在于，所述无线信号装置包括WIFI发射器或蓝牙发射器。
5.如权利要求1-4任一项所述的便携式高精度束流计，其特征在于，所述法拉第杯的电子收纳口上还可以设置有屏蔽电压板，所述屏蔽电压板上设置与所述电子收纳口对应的通孔。
6.如权利要求5所述的便携式高精度束流计，其特征在于，所述金属管为高导电性的金属管。
7.如权利要求6所述的便携式高精度束流计，其特征在于，所述终端设备可为手机、平板电脑、笔记本电脑或带显示屏的单片机。
8.一种计量分析仪器，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的便携式高精度束流计。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170707 |