CN113342094A - 一种扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统及方法 - Google Patents

一种扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统及方法，系统包括：热电子采集装置、嵌入式系统、电位平衡模块和加热器模块；嵌入式系统和电位平衡模块均设置在扫描电镜真空腔室外；热电子采集装置、加热器模块均设置在扫描电镜真空腔室内；热电子采集装置分别与嵌入式系统和加热器模块连接；电位平衡模块与嵌入式系统连接；电位平衡模块还与加热器模块连接；嵌入式系统用于根据热电子电压输出不同部位的热电子屏蔽电压指令至电位平衡模块；电位平衡模块用于输出热电子屏蔽电压至加热器模块。本发明能够提高扫描电镜在高温环境中的成像质量。

Description

一种扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统及方法
技术领域
本发明涉及扫描电镜高温成像领域，特别是涉及一种扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统及方法。
背景技术
飞机发动机的金属材料工作在几百甚至上千摄氏度，为了研究该类材料的各种性能，需要在扫描电镜真空腔室内对其加热，观察其微观组织结构的变化。现有的扫描电镜真空腔内加热实验只能达到700摄氏度，超过700摄氏度以后就会受热电子的影响，导致扫描电镜成像不清晰，产生条纹状的亮条。因此，需要一种方法能够实现在1000设摄氏度以上，依然能够清晰成像。
发明内容
本发明的目的是提供一种扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统及方法，以提高扫描电镜在高温环境中的成像质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统，包括：热电子采集装置、嵌入式系统、电位平衡模块和加热器模块；
所述嵌入式系统和所述电位平衡模块均设置在扫描电镜真空腔室外；所述热电子采集装置、所述加热器模块均设置在所述扫描电镜真空腔室内；
所述热电子采集装置分别与所述嵌入式系统和所述加热器模块连接；所述热电子采集装置用于采集所述加热器模块不同部位释放的热电子电压并将所述热电子电压传输至所述嵌入式系统；所述电位平衡模块与所述嵌入式系统连接；所述电位平衡模块还与所述加热器模块连接；所述嵌入式系统用于根据所述热电子电压输出不同部位的热电子屏蔽电压指令至所述电位平衡模块；所述电位平衡模块用于输出热电子屏蔽电压至所述加热器模块。
可选的，所述加热器模块包括屏蔽层、加热器外壳和加热丝；
所述屏蔽层设置在所述加热器外壳外；所述加热丝设置在所述加热器外壳内；
所述热电子采集装置用于分别采集所述屏蔽层、所述加热器外壳和所述加热丝释放的热电子电压；
所述电位平衡模块用于分别输出热电子屏蔽电压至所述屏蔽层、所述加热器外壳和所述加热丝。
可选的，所述热电子采集装置为AD模数转换模块。
可选的，所述电位平衡模块为DA数字转模拟芯片。
可选的，所述加热器多点电位平衡系统还包括运算放大器；所述运算放大器设置在所述扫描电镜真空腔室外；所述运算放大器用于分别对所述热电子电压和所述热电子屏蔽电压进行放大处理。
可选的，所述加热器多点电位平衡系统还包括加热器供电模块；所述加热器供电模块与所述加热器模块连接。
一种扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡方法，包括：
获取热电子采集装置采集的加热器模块不同部位的热电子电压；
根据所述热电子电压确定不同部位的热电子屏蔽电压指令；
将所述热电子屏蔽电压指令发送至电位平衡模块以抑制所述加热器模块热电子的释放。
可选的，所述获取热电子采集装置采集的加热器模块不同部位的热电子电压之后还包括：
控制运算放大器对所述热电子电压进行放大处理。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统及方法，通过根据加热器模块不同部位释放的热电子电压确定不同部位的热电子屏蔽电压，实现电位差的动态平衡，从而抑制加热器在加热过程中产生的热电子，使扫描电镜的成像更加清晰实现提高扫描电镜在高温环境中的成像质量。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统示意图；
图2为本发明扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡方法流程图。
符号说明：
1-热电子采集装置，2-嵌入式系统，3-屏蔽层，4-加热器外壳，5-加热丝，6-运算放大器，7-加热器供电模块。
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。
本发明的目的是提供一种扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统及方法，以提高扫描电镜在高温环境中的成像质量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统，包括：热电子采集装置1、嵌入式系统2、电位平衡模块和加热器模块。
所述嵌入式系统2和所述电位平衡模块均设置在扫描电镜真空腔室外；所述热电子采集装置1、所述加热器模块均设置在所述扫描电镜真空腔室内。
所述热电子采集装置1分别与所述嵌入式系统2和所述加热器模块连接；所述热电子采集装置1用于采集所述加热器模块不同部位释放的热电子电压并将所述热电子电压传输至所述嵌入式系统2；所述电位平衡模块与所述嵌入式系统2连接；所述电位平衡模块还与所述加热器模块连接；所述嵌入式系统2用于根据所述热电子电压输出不同部位的热电子屏蔽电压指令至所述电位平衡模块；所述电位平衡模块用于输出热电子屏蔽电压至所述加热器模块。
在实际应用中，所述加热器模块包括屏蔽层3、加热器外壳4和加热丝5；所述屏蔽层3设置在所述加热器外壳4外；所述加热丝5设置在所述加热器外壳4内；所述热电子采集装置1用于分别采集所述屏蔽层3、所述加热器外壳4和所述加热丝5释放的热电子电压；所述电位平衡模块用于分别输出热电子屏蔽电压至所述屏蔽层3、所述加热器外壳4和所述加热丝5。
在实际应用中，所述热电子采集装置1为AD模数转换模块。
在实际应用中，所述电位平衡模块为DA数字转模拟芯片。
在实际应用中，所述加热器多点电位平衡系统还包括运算放大器6；所述运算放大器6设置在所述扫描电镜真空腔室外；所述运算放大器6用于分别对所述热电子电压和所述热电子屏蔽电压进行放大处理。
在实际应用中，所述加热器多点电位平衡系统还包括加热器供电模块7；所述加热器供电模块7与所述加热器模块连接。
用AD模数转换模块对释放的热电子进行采集，嵌入式系统2对采集到信号进行处理。利用DA数字转模拟芯片然后分别对屏蔽层3、加热器外壳4、加热丝5这三点进行自动电位平衡。从而抑制热电子的激发。从根本上提高扫描电镜的成像质量。
如图2所示，本发明提供的一种扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡方法，包括：
步骤201：获取热电子采集装置采集的加热器模块不同部位的热电子电压。
步骤202：根据所述热电子电压确定不同部位的热电子屏蔽电压指令。
步骤203：将所述热电子屏蔽电压指令发送至电位平衡模块以抑制所述加热器模块热电子的释放。
其中，步骤201之后还包括：控制运算放大器对所述热电子电压进行放大处理。
本发明还提供了一种扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡方法在实际应用中的工作方式，具体如下：
步骤1：在扫描电镜真空腔室内做高温加热实验时，将样品以及加热器的设定温度值逐步调整，直至加热到几百摄氏度(如600摄氏度以后)，加热器尤其是在加热丝5部位会产生大量的热电子，当加热器上的热电子积累到一定的程度时，就会向外部释放，热电子的释放会影响扫描电镜的成像质量。
步骤2：利用AD模块analog/digital对加热器外部的热电子电压进行采集。将采集到热电子电压值按照加热器释放部位的不同来进行分类处理、储存。并且将采集到的电压值传送给嵌入式系统2。其中，释放部位分别为加热丝5、屏蔽层3和加热器外壳4。
步骤3：嵌入式系统2将采集到的信息进行处理，即分别采集加热丝5、屏蔽层3以及加热器外壳4释放的热电子电压，对一段时间多次采集到的电压值进行数值拟合处理(能够抑制干扰信号使电压值更加平顺)，将结果存储在嵌入式系统2中。之后利用DA模块digital/analog产生相对应的电压信号，DA模块产生的电压经过运算放大器6的处理以后，依据热电子的电压值得到加热器的不同部位的热电子屏蔽电压，根据多次实验测得热电子电压数值和屏蔽电压的对应关系，见表1，表1为热电子电压数值和屏蔽电压的对应关系表。分别输入到加热器外壳4、加热丝5以及屏蔽层3即对加热器、加热丝5和屏蔽层3分别输入不同的屏蔽电压(屏蔽电压加载在上面)，根据热电子采集装置1采集到的热电子的电压的变化实时对各个部位的屏蔽电压进行调整。利用DA模块和运算放大器6对屏蔽电压进行调整。其中，运算放大器6的处理包括将DA模块输出的电压乘以相应的放大系数(将DA输出的电压信号经过运算放大器6将电压信号功率放大)。
表1为热电子电压数值和屏蔽电压的对应关系表
Figure BDA0003137082010000051
步骤4：经过多点电位自动平衡后加热器所激发的热电子会大幅度减少，扫描电镜在高温实验中成像质量差的问题从根本上得到解决。多点电位自动平衡，是指热电子采集装置1将采集的加热丝5、屏蔽层3和加热器外壳4所释放的热电子电压信号后，经运算放大器6将收集到的热电子电压信号功率进行放大，输入到嵌入式系统2，进行电压的数值拟合(能够抑制干扰信号使电压值更加平顺)，嵌入式系统2将采集的信号进行处理后，输出至DA模块产生相对应的电压信号，经过运算放大器6进行电压信号功率的放大，将电压信号加载到加热器外壳4、加热丝5和屏蔽层3(多点位)，抑制这三个部位的热电子的发射，从而达到在扫描电子显微镜中高温清晰成像目的。这一过程叫多点位自动平衡。简单而言就是在扫描电镜高温成像的过程，利用热电子采集装置1进行热电子电压实时采集，经过系统信号处理，实时的输出给不同部位(多点电位)抑制电压，从而达到高温清晰成像的目的这个过程叫做多点电位自动平衡。
在扫描电镜真空腔室内做加热实验时，当加热到几百摄氏度时，加热器会产生热电子，当加热器上热电子积累到一定的程度后会向外部释放，热电子向外部释放的过程中会影响到扫描电镜的成像质量。在加热器、加热器外壳4、和最外层屏蔽层3这三点设计成电位可调点。通过温度和热电子溢出多少对电位差进行动态平衡，便可以抑制加热器在加热的过程中产生的热电子，使扫描电镜的成像更加清晰。其中，扫描电子显微镜在图中未画出(显微学领域通用名词)，真空腔室是组成电子显微镜的重要部件，热电子采集装置1、屏蔽层3、加热器(包括外壳)、加热丝5放置在真空腔室里面。加热器的供电装置、运算放大器6、AD模块、DA模块，嵌入式系统2都没有布置在真空腔室里面，是布置在扫描电子显微镜的真空腔室外面。
本发明采用多点电位自动平衡的方法能够从根本上抑制热电子的激发，1000设摄氏度以上，依然能够清晰成像。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个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 (8)

1.一种扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统，其特征在于，包括：热电子采集装置、嵌入式系统、电位平衡模块和加热器模块；
所述嵌入式系统和所述电位平衡模块均设置在扫描电镜真空腔室外；所述热电子采集装置、所述加热器模块均设置在所述扫描电镜真空腔室内；
所述热电子采集装置分别与所述嵌入式系统和所述加热器模块连接；所述热电子采集装置用于采集所述加热器模块不同部位释放的热电子电压并将所述热电子电压传输至所述嵌入式系统；所述电位平衡模块与所述嵌入式系统连接；所述电位平衡模块还与所述加热器模块连接；所述嵌入式系统用于根据所述热电子电压输出不同部位的热电子屏蔽电压指令至所述电位平衡模块；所述电位平衡模块用于输出热电子屏蔽电压至所述加热器模块。
2.根据权利要求1所述的扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统，其特征在于，所述加热器模块包括屏蔽层、加热器外壳和加热丝；
所述屏蔽层设置在所述加热器外壳外；所述加热丝设置在所述加热器外壳内；
所述热电子采集装置用于分别采集所述屏蔽层、所述加热器外壳和所述加热丝释放的热电子电压；
所述电位平衡模块用于分别输出热电子屏蔽电压至所述屏蔽层、所述加热器外壳和所述加热丝。
3.根据权利要求1所述的扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统，其特征在于，所述热电子采集装置为AD模数转换模块。
4.根据权利要求1所述的扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统，其特征在于，所述电位平衡模块为DA数字转模拟芯片。
5.根据权利要求1所述的扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统，其特征在于，所述加热器多点电位平衡系统还包括运算放大器；所述运算放大器设置在所述扫描电镜真空腔室外；所述运算放大器用于分别对所述热电子电压和所述热电子屏蔽电压进行放大处理。
6.根据权利要求1所述的扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡系统，其特征在于，所述加热器多点电位平衡系统还包括加热器供电模块；所述加热器供电模块与所述加热器模块连接。
7.一种扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡方法，其特征在于，包括：
获取热电子采集装置采集的加热器模块不同部位的热电子电压；
根据所述热电子电压确定不同部位的热电子屏蔽电压指令；
将所述热电子屏蔽电压指令发送至电位平衡模块以抑制所述加热器模块热电子的释放。
8.根据权利要求7所述的扫描电镜高温成像的加热器多点电位平衡方法，其特征在于，所述获取热电子采集装置采集的加热器模块不同部位的热电子电压之后还包括：
控制运算放大器对所述热电子电压进行放大处理。
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