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　　 一．緒言

　　由于在電子顯微鏡鏡筒中飛翔的帶電粒子束極易受到外界干擾，從而使得到的圖像扭曲變形，所以無論透射電子顯微鏡還是掃描電子顯微鏡都對四周環(huán)境有較高的請求。

　　磁場、震動、噪聲以及電源等都可能會干擾帶電粒子束的正?；顒榆壽E,影響電子顯微鏡的試驗成果（但不會使電子顯微鏡本身受到破壞）。

　　另外，電子顯微鏡的信號處理系統(tǒng)也輕易受到干擾。固然在電子顯微鏡的設(shè)計和制作中已經(jīng)采用了相應(yīng)的穩(wěn)壓、濾波和屏蔽等辦法，但是干擾信號仍然可以高次諧波的情勢從電源端、以接地電壓的情勢從地線端對信號處理系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

　　所以，一般以為可能對電子顯微鏡產(chǎn)生干擾的起源有磁場、震動、噪聲、電源及地線這五個方面，通常要根據(jù)電子顯微鏡實際安裝現(xiàn)場的具體情況采取各種方式來改良。

　　不同廠家的電子顯微鏡對周圍環(huán)境的要求是不同的。即使是同一廠家，但不同型號的電子顯微鏡對周圍環(huán)境的要求也是不同的，沒有同一尺度。一般廠商都會在安裝電子顯微鏡之前，對將要安裝電子顯微鏡的場地進行專門檢測。假如周圍環(huán)境不能符合請求，則應(yīng)當(dāng)采用恰當(dāng)辦法解決或改良。

　　二．磁場（EMI）

　　電子顯微鏡對周圍磁場的要求一般是不大于數(shù)十到數(shù)百納特斯拉（峰-峰值）（注電子顯微鏡）。很多工廠環(huán)境、理工科試驗室環(huán)境及靠近電源線或電源變壓器的環(huán)境，50Hz的低頻電磁干擾都很大。當(dāng)周圍磁場強度超過標準時，可以用磁屏蔽或采用主動式消磁器來解決問題。

　　1． 磁屏蔽（EMI Shielding）

　　根據(jù)頻率的不同，我們一般把電磁場分為直流（0赫茲）電磁場、低頻（數(shù)十到數(shù)百赫茲）電磁場和中高頻電磁場。由于高于數(shù)百赫茲的中高頻電磁場場強很低（注光學(xué)顯微鏡），對電子顯微鏡的影響極小，直流電磁場不影響圖像質(zhì)量（水平方向的直流電磁場只會使圖像有極渺小的整幅偏移，毫伏級的垂直方向直流電磁干擾更是不會有任何干擾，見注電子顯微鏡），所以對于電子顯微鏡一般只考慮數(shù)十赫茲的低頻電磁干擾。

　　依據(jù)電磁波傳輸?shù)幕A(chǔ)原理，在頻率很低的時候，趨膚效應(yīng)、磁滯損耗以及反射損耗都很小，低頻電磁波的能量重要由磁場能量構(gòu)成。所以這時我們所要屏蔽的應(yīng)當(dāng)是電磁波的磁場分量。

　　屏蔽低頻電磁干擾的基礎(chǔ)原理是磁路并聯(lián)旁路分流。通過應(yīng)用導(dǎo)磁資料（如低碳鋼、硅鋼等）制造的屏蔽體來供給磁旁路，下降屏蔽體內(nèi)部的磁通密度。同時盡量增大渦流損耗，使一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能耗費掉。

　　屏蔽材料越厚則磁通面積越大、磁阻越小屏蔽效果越好。

　　渦流損耗越大，轉(zhuǎn)換為熱能而損耗的磁能越多，屏蔽效果越好。

　　導(dǎo)電率高而導(dǎo)磁率低的材料（如銅、鋁等）對電磁波的磁場分量沒有屏蔽作用。

　　實驗測試數(shù)據(jù)表明，導(dǎo)磁率高的材料（如硅鋼、玻莫合金等）在制造體積達數(shù)十立方米的電子顯微鏡磁屏蔽室時效果很差。冷軋硅鋼板的均勻?qū)Т怕始s為20000，普通低炭鋼板導(dǎo)磁率約為4000，表面看來似乎冷軋硅鋼板的低頻電磁屏蔽效果會遠好于普通低炭鋼板，但實際并非如此。在制造體積較大的磁屏蔽室時，由于硅鋼、玻莫合金等高導(dǎo)磁資料的可焊性很差，并且無法在焊接落后行熱處置，所以只能平展或搭接。這樣一來，全部磁屏蔽室的磁通路就被很多空氣隙（導(dǎo)磁率約為1）所隔絕，高導(dǎo)磁材料的精良性能不能充足應(yīng)用。而普通低炭鋼具有良好的可焊性，依照準確的施工工藝施工，在厚度雷同的條件下，普通低炭鋼板的屏蔽效果反而優(yōu)于硅鋼板或玻莫合金板。

　　注意：改良屏蔽體的導(dǎo)電性，如在屏蔽體上復(fù)合鋁（銅）板、門邊加裝梳狀導(dǎo)電條等，對于低頻電磁屏蔽是完整無效的。門邊加裝梳狀導(dǎo)電條反而會增大磁阻，下降屏蔽效果。

　　為達到所需要的屏蔽效果，低頻電磁屏蔽對屏蔽體的厚度有一定的要求（屏蔽電場分量的高頻電磁屏蔽屏蔽體厚度與屏蔽效果無關(guān)），屏蔽體厚度可依照下式盤算：

　　b=μ〔L×W(Ho-Hi)/ (W+L) 2Φs Hi 〕 （1）

　　在（1）式中

　　Ho： 外磁場強度

　　Hi： 屏蔽內(nèi)空間的磁場強度

　　Φs：屏蔽材料導(dǎo)磁率

　　Ro: 屏蔽內(nèi)空間的磁阻

　　Rs: 屏蔽材料的磁阻

　　μ： 修改系數(shù)（μ值在2.5～3.8之間選取。屏蔽體體積小、工藝水平高可取小值，反之取較大值）

　　L： 垂直于Ho的屏蔽體長度

　　W： 垂直于Ho的屏蔽體寬度

　　b： 屏蔽體厚度

　　被動式低頻電磁屏蔽的屏蔽后果較好，屏蔽體內(nèi)部場強均勻度好（注光學(xué)顯微鏡）。

　　2． 主動式消磁器(Active EMI Canceling)

　　自動式消磁器國外產(chǎn)品一般稱為MFCS（Magnetic Field Canceling System）或者Anti- EMI等。

　　各家廠商生產(chǎn)的主動式消磁器原理基礎(chǔ)相同，都是由三維探測器、三通道節(jié)制器和反相消磁線圈等幾部分組成。探測器檢測到磁場的三維立體場強及其變更，把持器根據(jù)得到的信號產(chǎn)生持續(xù)跟蹤的反相電流，反相消磁線圈產(chǎn)生波形和幅度雷同、相位相反的電磁場將本來的電磁干擾抵消。

　　需要注意的是，在主動式消磁器反相消磁線圈的有效作用范疇內(nèi)，其場強并不是均勻的。探測器所在的位置消磁效果Zui好，分開探測器所在的位置0.5米以上時，就會發(fā)明消磁效果開端顯明變差，這種不均勻性是主動式消磁器的固有弱點。有時采用雙探測器來改良這種不均勻性。

　　主動式消磁器安裝簡便機動，但因其工作原理所限，在時光上有必定的滯后，在空間上均勻度較差（注電子顯微鏡），一般只有在不能采取被動式磁屏蔽（如在超凈間內(nèi)）或有某些特別請求時才會選用。

　　目前自動式消磁器尚無國產(chǎn)產(chǎn)品，其安裝用度和應(yīng)用用度都比磁屏蔽稍微高一些。

　　三．震撼(Vibration)

　　1． 被動式減震(Vibration Isolation System)

　　被動式減震辦法重要是采取特制的混凝土減震臺。

　　電子顯微鏡的混凝土減震臺與一般的設(shè)備基本不同，不僅要有一個很大質(zhì)量（我國大部分地域的土質(zhì)情況需要大于20噸）的混凝土底座，而且混凝土底座的底面和四邊要與四周堅持“軟銜接”。

　　特殊需要注意的是，通常以為有效的空氣彈簧（汽缸）、鋼彈簧以及橡膠等，實際上對于低頻減震而言不但無用，反而有害。這是由于它們的諧振頻率較高（空氣彈簧大于15赫茲，橡膠大于25赫茲，鋼彈簧大于50赫茲），對于通常需要減震的3-15赫茲頻段，非但不能減少震動，反而由于諧振而將振動增添（注光學(xué)顯微鏡）。

　　2． 主動式減震器(Active Vibration Isolation)

　　主動式減震器主要由探測器、三通道節(jié)制器和履行機構(gòu)等組成。探測器檢測到振動干擾的三維場強及其變更，掌握器根據(jù)得到的信號產(chǎn)生相應(yīng)的電流，履行機構(gòu)產(chǎn)生波形和幅度相同、相位相反的振動將本來的振動干擾抵消。

　　目前已經(jīng)進進貿(mào)易利用范疇的自動式減震器的履行機構(gòu)有兩種類型（探測器和把持器都大同小異）：負載型壓電陶瓷式和反干擾型直線電機式。

　　負載型壓電陶瓷式是將需要減震的裝備或儀器安裝在減震器上，當(dāng)?shù)孛嬗姓駝觽鱽頃r，壓電陶瓷發(fā)生等幅反向的位移，使得安裝在其上的設(shè)備或儀器與地面振動隔離。它的長處是減震效果好，剛度好，位移小。毛病是粗笨體積大且價錢昂貴。

　　反干擾型直線電機式是將需要減震的設(shè)備或儀器安裝在一個平臺上，該平臺浮動于下方另一個彈性平臺之上。當(dāng)探測器通過下方彈性平臺檢測到地面有振動傳來時，直線電機在彈性平臺上方產(chǎn)生反向的振動力將其抵消。它的長處是探測器與直線電機組裝為一個個小單元，可以根據(jù)實際需要機動組合，體積小重量輕。毛病是剛度差，連續(xù)外力作用在彈性浮動平臺以上時位移度較大。

　　四．噪聲（Acoustics）

　　電子顯微鏡四周的噪聲，作用到電子顯微鏡的鏡筒及樣品室上后，會轉(zhuǎn)化為振動，干擾電子顯微鏡的正常工作，所以對噪聲也需要有必定的限制。

　　噪聲把持比擬簡略，一般對于強度在60dB以下的噪聲，在天花板及墻壁上加裝消聲吸音資料（如吸音氈、微孔板等）即可。對于強度在60dB以上的噪聲，須要的話還可以用同樣方式處置噪聲源。

　　五．電源（Power）

　　電源對電子顯微鏡的干擾是近年來逐漸認識到的。現(xiàn)代電子設(shè)備等非線性負荷的大量使用，引起電網(wǎng)產(chǎn)生大批高次諧波電流，污染電網(wǎng)環(huán)境。隨著高精度電子顯微鏡的逐步推廣利用，正弦波工頻電源中寄生的高次諧波所產(chǎn)生的影響已經(jīng)逐漸被引起器重。國度標準GB12668－90中規(guī)定，奇次諧波≤5%，偶次諧波≤2%。而我們已經(jīng)多次在電子顯微鏡的安裝使用現(xiàn)場測得奇次諧波超標（如長春某研討所9.2%，上海某工廠11%）。

　　諧波對電子顯微鏡的干擾現(xiàn)象與電磁干擾的現(xiàn)象相近（參見圖1），常見的解決辦法有1）裝設(shè)濾波器；2）裝設(shè)無功補償裝置；3）限制同一變壓器二次側(cè)接進的變流及交變調(diào)壓裝置的容量等。

　　六．地線（Earth Loop）

　　地線對電子顯微鏡的作用重要在兩個方面，一方面是通常意義上的安全作用，一旦系統(tǒng)產(chǎn)生漏電時供給一個泄放回路，確保操作職員或維修職員的人身安全；另一方面地線作為電子顯微鏡內(nèi)各個分系統(tǒng)（如探測器、信號處置放大、電子束節(jié)制等等）的共同“零電位”端，必需堅持電壓穩(wěn)定在“零”。

　　通常，我們認為地線是一個參照點，它的電壓為零。但是實際上，當(dāng)?shù)鼐€回路上存在電流時（這個電流通常稱為漏電流或接地電流），在這個地線回路上的任何一個接地端都有接地電壓存在（因為任何地線的接地電阻盡管很小但不可能為0），這個接地電壓很小以至于我們經(jīng)常疏忽它。但在電子顯微鏡系統(tǒng)里，這個接地電壓使得“零電位”真?zhèn)€電壓不能穩(wěn)定在“零”。當(dāng)接地電壓波動較大時，同樣會使得電子顯微鏡不能保持在Zui好的工作狀態(tài)下。

　　解決這個問題的方式很簡略，就是專門為電子顯微鏡設(shè)置一個單獨的接地回路，我們稱之為“獨立地線”。這樣就消除了同一供電回路中其它用電設(shè)備的漏電流對電子顯微鏡的干擾。注意，必需從接地體到接地線到接地端子都是獨立且不與任何導(dǎo)電體相銜接的，這樣才干保證該地線的完全獨立。必需防止以下兩種常見的過錯：1）沒有埋設(shè)完整獨立的接地體，只是單獨布放一根地線聯(lián)接到公共接地體；2）固然有單獨的接地體但是接地線或接地端子與公共地線相聯(lián)接。

　　七．電子顯微鏡安裝地點和地位的選擇

　　在實際工作中，細心選擇電子顯微鏡的安裝地點和地位，往往可以起到事半功倍的效果。從減少振動方面斟酌，盡量選擇沒有地下室的一樓或地下室，比其它樓層的振動會顯明要小些（從便于搬運的角度來說，一般也都是選擇一樓。在沒有電梯的情形下，人力搬運高低樓是極為艱苦的）。盡量遠離大型中心空調(diào)機組、鍋爐房、水泵站、大型透風(fēng)設(shè)備、機械加工廠房，盡量遠離忙碌交通途徑、地鐵線路等干擾源，這些在Zui初計劃電子顯微鏡的安裝位置時就應(yīng)當(dāng)有所斟酌。

　　從減少電磁干擾方面斟酌，盡量闊別輸電線路、闊別供電電纜、闊別各種大功率用（供）電裝備（如電爐、變壓器、穩(wěn)壓器、及其它電力電氣設(shè)施），盡量選擇供電支路的末端等等。

　　還有一點要闡明的是，低頻電磁干擾即便只分開一兩米，強度都有可能相差幾倍，這與低頻振動干擾不同，10赫茲以下的振動在地下傳布數(shù)百米之后，強度衰減仍然很少，這樣相差幾米或十幾米遠的振動測試成果就幾乎完整雷同。

　　注光學(xué)顯微鏡：電磁干擾強度的度量單位常用的有特斯拉（T這個單位太大，一般常用mT、μT和nT）、高斯（Gauss這個單位也很大，一般常用mGauss）以及伏特/米（常用mV/m，簡稱毫伏）。

　　它們之間的換算是1mGauss=10mV/m=100nT。

　　注電子顯微鏡：常見的50Hz工頻場強約為零點幾到數(shù)十mGauss，無線廣播及電視信號的場強是μV/m級的，移動電話的場強是μV/m級的。

　　直流和低頻電磁場往往用T來度量，中低頻電磁場往往用Gauss來度量，高頻超高頻電磁場用伏特/米來度量。

　　注光學(xué)顯微鏡：垂直方向的電磁干擾作用于帶電粒子的等效成果相當(dāng)于加速電壓不穩(wěn)定。我們知道，理論上加速電壓不穩(wěn)固直接影響帶電粒子的活動速度，從而使電子束的頻率不斷變更，以至產(chǎn)生難以打消的色差像散。但實際上穩(wěn)固的直流磁場的等效結(jié)果只是相當(dāng)于加速電壓增添或減少一點點（相對于動輒幾十千伏到幾百千伏的加速電壓來說，外部直流磁場合產(chǎn)生的加減速作用實在是微乎其微，甚至小于電子顯微鏡加速電壓的漂移），所以可以以為對圖像沒有任何影響。同樣，相對于極

　　注電子顯微鏡：有實測數(shù)據(jù)證實，被動式低頻電磁屏蔽的屏蔽后果可以到達97%以上（在環(huán)境場強7mGauss p-p條件下，屏蔽體內(nèi)僅為0.2mGauss p-p）, 屏蔽體內(nèi)各處場強不均勻度小于50%。

　　注光學(xué)顯微鏡：對多臺正在使用中的不同廠商、不同型號的主動式消磁器檢測后發(fā)明，一般屏蔽效果在50%～70%，個別能夠到達90%左右；屏蔽體內(nèi)各處場強不均勻度小于400%（即屏蔽體內(nèi)磁場Zui大處到達探測器鄰近的四倍左右）。

　　注MF大批的實際測試數(shù)據(jù)表明，空氣彈簧的諧振頻率（fs）大于10赫茲，橡膠大于20赫茲，鋼彈簧大于40赫茲。從下面附圖1中可以看出，對于頻率在ft（ft≌1.414fs）以上的震動，系統(tǒng)才有減震效果。對于通常需要減少振動的3-15赫茲頻段，這些日常使用的減震辦法非但不能減少低頻震動，反而因為諧振而將振動增大。

　　

　　

　　

　　某主動隔震體系的振動傳輸特征曲線

　　附圖1

　　高加速電壓而言渺小交換磁場合發(fā)生的色差像散也是很小的，這就是為什么往往垂直方向的電磁干擾尺度要寬于程度方向尺度的原

　　因。

　　光學(xué)顯微鏡室聚集解決計劃的供給:

　　低頻磁屏蔽

　　依據(jù)磁路并聯(lián)旁路分流屏蔽理論，由盤算式

　　b=μ〔L×W(Ho-Hi)/ (W+L) 2Φs Hi 〕

　　盤算而得鋼板厚度保證磁屏蔽效果；并可以保證必定的余量，以備將來磁場干擾進一步增強。

　　振動

　　理論及大批實驗數(shù)據(jù)證實:由于特定諧振頻率原因,空氣、彈簧、橡膠減震器對于15Hz以下的振動無效,在特定環(huán)境下甚至?xí)哟笳駝?混凝土地臺受土質(zhì)及地質(zhì)環(huán)境影響較大,無法保證效果,壓電式主動隔震系統(tǒng)又價錢昂揚;專利產(chǎn)品磁力隔振墊針對電子顯微鏡對低頻斷點振動要求,專向設(shè)計施工,在各家專業(yè)電鏡廠家電鏡安裝進程中起到不可替換的作用,獲得業(yè)界一致好評。

　　噪聲

　　經(jīng)典計劃：穿孔鋁板吸音頂面+高效隔音氈襯里+輕質(zhì)隔音墻體間隔軟包；

　　其他計劃：

　　低頻吸聲體、空間吸聲體、吸聲尖劈、布藝吸聲板、木絨裝潢吸聲板聲板、隔聲室、隔聲屏障等。

　　磁力減震器使用闡明書一．工作原理

　　磁力減震器是一種新型的寬帶被動式隔震體系，它的諧振頻率僅為2赫茲且諧振峰非常平緩，對高于2赫茲的震撼有良好的減隔后果。

　　而一般常見的被動式減震系統(tǒng)（如空氣減震體系、橡膠減震系統(tǒng)或彈簧減震系統(tǒng)等），因諧振頻率較高（約十幾赫茲到幾十赫茲）所以對低頻震動的隔震效果不佳。

　　在磁力減震器內(nèi)部，由強力釹鐵硼磁極對發(fā)生的磁力隔隙，能夠有效地減少和隔斷震動傳遞。這種作用是雙向的，既可以減少地面對儀器設(shè)備的振動干擾，也可以減少自身產(chǎn)生振動的裝備對地面和四周的震撼干擾。

　　二．用處

　　實用于各種需要減少外部震動干擾或隔離震動源對外部的影響。例如光學(xué)丈量裝置，精密MF，電子顯微鏡等各種精密測試剖析儀器；各種緊縮機，機械泵等機械設(shè)備的消震減震，有效減少水溫和垂直方向的振動干擾。本產(chǎn)品已向國度有關(guān)部分申請專利權(quán)，專利號：2007100234964。

　　三．特色

　　特別設(shè)計的磁力減震器內(nèi)沒有鋼或銅材料的零件，橡膠圈也只是起密封和堅持穩(wěn)固作用，而不是起減震作用，這樣就Zui大限度地下降了諧振頻率協(xié)調(diào)振峰。有效工作頻率范疇寬，特殊對于很低頻率振動的消震減震效果良好。

　　精心選擇的材料、細心設(shè)計的構(gòu)造、適當(dāng)?shù)淖枘嵯禂?shù)，使得磁力隔震墊能夠達到Zui好的性價比。不需要日常保護和調(diào)整，安裝調(diào)整簡略,漏磁極小。諧振頻率遠比一般的被動式減震器低，減震隔振性好，可以實用各種場所的不同需要。

　　四. 外觀

　　五．性能

　　1．振動傳輸特征(參見下圖)

　　2．一般性能

　　每個減震器工作載荷......................90kg～250kg

　　減震器數(shù)目...................................4個/套

　　Zui大有效載荷..................................1000kg

　　Zui大載荷.....................................2400kg

　　有效工作頻率帶寬............................2Hz以上

　　Zui大位移.................................9.5mm(垂直)

　　0.2mm(程度)

　　工作溫度.......................... 0～50℃(建議室溫)

　　漏磁.........................20cm處不大于0.9毫高斯

　　30cm處不大于0.4毫高斯

　　3．外觀物理參數(shù)：

　　物理尺寸(單只).......................Ф206mm110mm

　　每個減震重視量.................................15kg

　　色彩.......................淺灰(或依據(jù)用戶須要斷定)

　　包裝......................扁方形木制包裝箱，每箱一件

　　六．安裝使用

　　1．將減震器放置在預(yù)定的地位后，在無負載情況下，調(diào)劑隔震墊下部的三個水平調(diào)節(jié)螺栓(盡量少伸出為好)，通過察看隔震墊上面的水準器，使隔震墊處于水平狀況。

　　2．用隨機附帶的組合襯板將每兩只減震器銜接為一組(這兩只減震器的上表面盡量等高)。

　　3. 盡量使儀器設(shè)備的著力點落在磁力減震器的中心和組合襯板的中心線上。盡量使同一組的磁力隔震墊受力均勻一致。

　　4．為防止設(shè)備滑動，可將隨機附件中的防滑墊墊在設(shè)備與組合襯板之間。

　　5．在有負載情形下，察看減震器上面的水準器，確認減震器仍然處于程度狀況，否則可能須要重新調(diào)劑受力點。

　　6．在有負載情形下，察看磁力減震器下部側(cè)面的高度指導(dǎo)條(應(yīng)用隨機附帶的微型電筒和反光鏡), 確認減震器工作在額定的工作載荷區(qū)間(假如不能看到高度唆使條則表現(xiàn)過載)。

　　7．減震器底部中間的阻尼調(diào)節(jié)螺絲出廠時已經(jīng)調(diào)在Zui佳狀況，一般不要調(diào)劑。日常使用中不需要任何保護。