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　　 一．绪言

　　由于在电子显微镜镜筒中飞翔的带电粒子束极易受到外界干扰，从而使得到的图像扭曲变形，所以无论透射电子显微镜还是扫描电子显微镜都对四周环境有较高的请求。

　　磁场、震动、噪声以及电源等都可能会干扰带电粒子束的正常活动轨迹,影响电子显微镜的试验成果（但不会使电子显微镜本身受到破坏）。

　　另外，电子显微镜的信号处理系统也轻易受到干扰。固然在电子显微镜的设计和制作中已经采用了相应的稳压、滤波和屏蔽等办法，但是干扰信号仍然可以高次谐波的情势从电源端、以接地电压的情势从地线端对信号处理系统产生干扰。

　　所以，一般以为可能对电子显微镜产生干扰的起源有磁场、震动、噪声、电源及地线这五个方面，通常要根据电子显微镜实际安装现场的具体情况采取各种方式来改良。

　　不同厂家的电子显微镜对周围环境的要求是不同的。即使是同一厂家，但不同型号的电子显微镜对周围环境的要求也是不同的，没有同一尺度。一般厂商都会在安装电子显微镜之前，对将要安装电子显微镜的场地进行专门检测。假如周围环境不能符合请求，则应当采用恰当办法解决或改良。

　　二．磁场（EMI）

　　电子显微镜对周围磁场的要求一般是不大于数十到数百纳特斯拉（峰-峰值）（注电子显微镜）。很多工厂环境、理工科试验室环境及靠近电源线或电源变压器的环境，50Hz的低频电磁干扰都很大。当周围磁场强度超过标准时，可以用磁屏蔽或采用主动式消磁器来解决问题。

　　1． 磁屏蔽（EMI Shielding）

　　根据频率的不同，我们一般把电磁场分为直流（0赫兹）电磁场、低频（数十到数百赫兹）电磁场和中高频电磁场。由于高于数百赫兹的中高频电磁场场强很低（注光学显微镜），对电子显微镜的影响极小，直流电磁场不影响图像质量（水平方向的直流电磁场只会使图像有极渺小的整幅偏移，毫伏级的垂直方向直流电磁干扰更是不会有任何干扰，见注电子显微镜），所以对于电子显微镜一般只考虑数十赫兹的低频电磁干扰。

　　依据电磁波传输的基础原理，在频率很低的时候，趋肤效应、磁滞损耗以及反射损耗都很小，低频电磁波的能量重要由磁场能量构成。所以这时我们所要屏蔽的应当是电磁波的磁场分量。

　　屏蔽低频电磁干扰的基础原理是磁路并联旁路分流。通过应用导磁资料（如低碳钢、硅钢等）制造的屏蔽体来供给磁旁路，下降屏蔽体内部的磁通密度。同时尽量增大涡流损耗，使一部分能量转化为热能耗费掉。

　　屏蔽材料越厚则磁通面积越大、磁阻越小屏蔽效果越好。

　　涡流损耗越大，转换为热能而损耗的磁能越多，屏蔽效果越好。

　　导电率高而导磁率低的材料（如铜、铝等）对电磁波的磁场分量没有屏蔽作用。

　　实验测试数据表明，导磁率高的材料（如硅钢、玻莫合金等）在制造体积达数十立方米的电子显微镜磁屏蔽室时效果很差。冷轧硅钢板的均匀导磁率约为20000，普通低炭钢板导磁率约为4000，表面看来似乎冷轧硅钢板的低频电磁屏蔽效果会远好于普通低炭钢板，但实际并非如此。在制造体积较大的磁屏蔽室时，由于硅钢、玻莫合金等高导磁资料的可焊性很差，并且无法在焊接落后行热处置，所以只能平展或搭接。这样一来，全部磁屏蔽室的磁通路就被很多空气隙（导磁率约为1）所隔绝，高导磁材料的精良性能不能充足应用。而普通低炭钢具有良好的可焊性，依照准确的施工工艺施工，在厚度雷同的条件下，普通低炭钢板的屏蔽效果反而优于硅钢板或玻莫合金板。

　　注意：改良屏蔽体的导电性，如在屏蔽体上复合铝（铜）板、门边加装梳状导电条等，对于低频电磁屏蔽是完整无效的。门边加装梳状导电条反而会增大磁阻，下降屏蔽效果。

　　为达到所需要的屏蔽效果，低频电磁屏蔽对屏蔽体的厚度有一定的要求（屏蔽电场分量的高频电磁屏蔽屏蔽体厚度与屏蔽效果无关），屏蔽体厚度可依照下式盘算：

　　b=μ〔L×W(Ho-Hi)/ (W+L) 2Φs Hi 〕 （1）

　　在（1）式中

　　Ho： 外磁场强度

　　Hi： 屏蔽内空间的磁场强度

　　Φs：屏蔽材料导磁率

　　Ro: 屏蔽内空间的磁阻

　　Rs: 屏蔽材料的磁阻

　　μ： 修改系数（μ值在2.5～3.8之间选取。屏蔽体体积小、工艺水平高可取小值，反之取较大值）

　　L： 垂直于Ho的屏蔽体长度

　　W： 垂直于Ho的屏蔽体宽度

　　b： 屏蔽体厚度

　　被动式低频电磁屏蔽的屏蔽后果较好，屏蔽体内部场强均匀度好（注光学显微镜）。

　　2． 主动式消磁器(Active EMI Canceling)

　　自动式消磁器国外产品一般称为MFCS（Magnetic Field Canceling System）或者Anti- EMI等。

　　各家厂商生产的主动式消磁器原理基础相同，都是由三维探测器、三通道节制器和反相消磁线圈等几部分组成。探测器检测到磁场的三维立体场强及其变更，把持器根据得到的信号产生持续跟踪的反相电流，反相消磁线圈产生波形和幅度雷同、相位相反的电磁场将本来的电磁干扰抵消。

　　需要注意的是，在主动式消磁器反相消磁线圈的有效作用范畴内，其场强并不是均匀的。探测器所在的位置消磁效果Zui好，分开探测器所在的位置0.5米以上时，就会发明消磁效果开端显明变差，这种不均匀性是主动式消磁器的固有弱点。有时采用双探测器来改良这种不均匀性。

　　主动式消磁器安装简便机动，但因其工作原理所限，在时光上有必定的滞后，在空间上均匀度较差（注电子显微镜），一般只有在不能采取被动式磁屏蔽（如在超净间内）或有某些特别请求时才会选用。

　　目前自动式消磁器尚无国产产品，其安装用度和应用用度都比磁屏蔽稍微高一些。

　　三．震撼(Vibration)

　　1． 被动式减震(Vibration Isolation System)

　　被动式减震办法重要是采取特制的混凝土减震台。

　　电子显微镜的混凝土减震台与一般的设备基本不同，不仅要有一个很大质量（我国大部分地域的土质情况需要大于20吨）的混凝土底座，而且混凝土底座的底面和四边要与四周坚持“软衔接”。

　　特殊需要注意的是，通常以为有效的空气弹簧（汽缸）、钢弹簧以及橡胶等，实际上对于低频减震而言不但无用，反而有害。这是由于它们的谐振频率较高（空气弹簧大于15赫兹，橡胶大于25赫兹，钢弹簧大于50赫兹），对于通常需要减震的3-15赫兹频段，非但不能减少震动，反而由于谐振而将振动增添（注光学显微镜）。

　　2． 主动式减震器(Active Vibration Isolation)

　　主动式减震器主要由探测器、三通道节制器和履行机构等组成。探测器检测到振动干扰的三维场强及其变更，掌握器根据得到的信号产生相应的电流，履行机构产生波形和幅度相同、相位相反的振动将本来的振动干扰抵消。

　　目前已经进进贸易利用范畴的自动式减震器的履行机构有两种类型（探测器和把持器都大同小异）：负载型压电陶瓷式和反干扰型直线电机式。

　　负载型压电陶瓷式是将需要减震的装备或仪器安装在减震器上，当地面有振动传来时，压电陶瓷发生等幅反向的位移，使得安装在其上的设备或仪器与地面振动隔离。它的长处是减震效果好，刚度好，位移小。毛病是粗笨体积大且价钱昂贵。

　　反干扰型直线电机式是将需要减震的设备或仪器安装在一个平台上，该平台浮动于下方另一个弹性平台之上。当探测器通过下方弹性平台检测到地面有振动传来时，直线电机在弹性平台上方产生反向的振动力将其抵消。它的长处是探测器与直线电机组装为一个个小单元，可以根据实际需要机动组合，体积小重量轻。毛病是刚度差，连续外力作用在弹性浮动平台以上时位移度较大。

　　四．噪声（Acoustics）

　　电子显微镜四周的噪声，作用到电子显微镜的镜筒及样品室上后，会转化为振动，干扰电子显微镜的正常工作，所以对噪声也需要有必定的限制。

　　噪声把持比拟简略，一般对于强度在60dB以下的噪声，在天花板及墙壁上加装消声吸音资料（如吸音毡、微孔板等）即可。对于强度在60dB以上的噪声，须要的话还可以用同样方式处置噪声源。

　　五．电源（Power）

　　电源对电子显微镜的干扰是近年来逐渐认识到的。现代电子设备等非线性负荷的大量使用，引起电网产生大批高次谐波电流，污染电网环境。随着高精度电子显微镜的逐步推广利用，正弦波工频电源中寄生的高次谐波所产生的影响已经逐渐被引起器重。国度标准GB12668－90中规定，奇次谐波≤5%，偶次谐波≤2%。而我们已经多次在电子显微镜的安装使用现场测得奇次谐波超标（如长春某研讨所9.2%，上海某工厂11%）。

　　谐波对电子显微镜的干扰现象与电磁干扰的现象相近（参见图1），常见的解决办法有1）装设滤波器；2）装设无功补偿装置；3）限制同一变压器二次侧接进的变流及交变调压装置的容量等。

　　六．地线（Earth Loop）

　　地线对电子显微镜的作用重要在两个方面，一方面是通常意义上的安全作用，一旦系统产生漏电时供给一个泄放回路，确保操作职员或维修职员的人身安全；另一方面地线作为电子显微镜内各个分系统（如探测器、信号处置放大、电子束节制等等）的共同“零电位”端，必需坚持电压稳定在“零”。

　　通常，我们认为地线是一个参照点，它的电压为零。但是实际上，当地线回路上存在电流时（这个电流通常称为漏电流或接地电流），在这个地线回路上的任何一个接地端都有接地电压存在（因为任何地线的接地电阻尽管很小但不可能为0），这个接地电压很小以至于我们经常疏忽它。但在电子显微镜系统里，这个接地电压使得“零电位”真个电压不能稳定在“零”。当接地电压波动较大时，同样会使得电子显微镜不能保持在Zui好的工作状态下。

　　解决这个问题的方式很简略，就是专门为电子显微镜设置一个单独的接地回路，我们称之为“独立地线”。这样就消除了同一供电回路中其它用电设备的漏电流对电子显微镜的干扰。注意，必需从接地体到接地线到接地端子都是独立且不与任何导电体相衔接的，这样才干保证该地线的完全独立。必需防止以下两种常见的过错：1）没有埋设完整独立的接地体，只是单独布放一根地线联接到公共接地体；2）固然有单独的接地体但是接地线或接地端子与公共地线相联接。

　　七．电子显微镜安装地点和地位的选择

　　在实际工作中，细心选择电子显微镜的安装地点和地位，往往可以起到事半功倍的效果。从减少振动方面斟酌，尽量选择没有地下室的一楼或地下室，比其它楼层的振动会显明要小些（从便于搬运的角度来说，一般也都是选择一楼。在没有电梯的情形下，人力搬运高低楼是极为艰苦的）。尽量远离大型中心空调机组、锅炉房、水泵站、大型透风设备、机械加工厂房，尽量远离忙碌交通途径、地铁线路等干扰源，这些在Zui初计划电子显微镜的安装位置时就应当有所斟酌。

　　从减少电磁干扰方面斟酌，尽量阔别输电线路、阔别供电电缆、阔别各种大功率用（供）电装备（如电炉、变压器、稳压器、及其它电力电气设施），尽量选择供电支路的末端等等。

　　还有一点要阐明的是，低频电磁干扰即便只分开一两米，强度都有可能相差几倍，这与低频振动干扰不同，10赫兹以下的振动在地下传布数百米之后，强度衰减仍然很少，这样相差几米或十几米远的振动测试成果就几乎完整雷同。

　　注光学显微镜：电磁干扰强度的度量单位常用的有特斯拉（T这个单位太大，一般常用mT、μT和nT）、高斯（Gauss这个单位也很大，一般常用mGauss）以及伏特/米（常用mV/m，简称毫伏）。

　　它们之间的换算是1mGauss=10mV/m=100nT。

　　注电子显微镜：常见的50Hz工频场强约为零点几到数十mGauss，无线广播及电视信号的场强是μV/m级的，移动电话的场强是μV/m级的。

　　直流和低频电磁场往往用T来度量，中低频电磁场往往用Gauss来度量，高频超高频电磁场用伏特/米来度量。

　　注光学显微镜：垂直方向的电磁干扰作用于带电粒子的等效成果相当于加速电压不稳定。我们知道，理论上加速电压不稳固直接影响带电粒子的活动速度，从而使电子束的频率不断变更，以至产生难以打消的色差像散。但实际上稳固的直流磁场的等效结果只是相当于加速电压增添或减少一点点（相对于动辄几十千伏到几百千伏的加速电压来说，外部直流磁场合产生的加减速作用实在是微乎其微，甚至小于电子显微镜加速电压的漂移），所以可以以为对图像没有任何影响。同样，相对于极

　　注电子显微镜：有实测数据证实，被动式低频电磁屏蔽的屏蔽后果可以到达97%以上（在环境场强7mGauss p-p条件下，屏蔽体内仅为0.2mGauss p-p）, 屏蔽体内各处场强不均匀度小于50%。

　　注光学显微镜：对多台正在使用中的不同厂商、不同型号的主动式消磁器检测后发明，一般屏蔽效果在50%～70%，个别能够到达90%左右；屏蔽体内各处场强不均匀度小于400%（即屏蔽体内磁场Zui大处到达探测器邻近的四倍左右）。

　　注MF大批的实际测试数据表明，空气弹簧的谐振频率（fs）大于10赫兹，橡胶大于20赫兹，钢弹簧大于40赫兹。从下面附图1中可以看出，对于频率在ft（ft≌1.414fs）以上的震动，系统才有减震效果。对于通常需要减少振动的3-15赫兹频段，这些日常使用的减震办法非但不能减少低频震动，反而因为谐振而将振动增大。

　　

　　

　　

　　某主动隔震体系的振动传输特征曲线

　　附图1

　　高加速电压而言渺小交换磁场合发生的色差像散也是很小的，这就是为什么往往垂直方向的电磁干扰尺度要宽于程度方向尺度的原

　　因。

　　光学显微镜室聚集解决计划的供给:

　　低频磁屏蔽

　　依据磁路并联旁路分流屏蔽理论，由盘算式

　　b=μ〔L×W(Ho-Hi)/ (W+L) 2Φs Hi 〕

　　盘算而得钢板厚度保证磁屏蔽效果；并可以保证必定的余量，以备将来磁场干扰进一步增强。

　　振动

　　理论及大批实验数据证实:由于特定谐振频率原因,空气、弹簧、橡胶减震器对于15Hz以下的振动无效,在特定环境下甚至会加大振动;混凝土地台受土质及地质环境影响较大,无法保证效果,压电式主动隔震系统又价钱昂扬;专利产品磁力隔振垫针对电子显微镜对低频断点振动要求,专向设计施工,在各家专业电镜厂家电镜安装进程中起到不可替换的作用,获得业界一致好评。

　　噪声

　　经典计划：穿孔铝板吸音顶面+高效隔音毡衬里+轻质隔音墙体间隔软包；

　　其他计划：

　　低频吸声体、空间吸声体、吸声尖劈、布艺吸声板、木绒装潢吸声板声板、隔声室、隔声屏障等。

　　磁力减震器使用阐明书一．工作原理

　　磁力减震器是一种新型的宽带被动式隔震体系，它的谐振频率仅为2赫兹且谐振峰非常平缓，对高于2赫兹的震撼有良好的减隔后果。

　　而一般常见的被动式减震系统（如空气减震体系、橡胶减震系统或弹簧减震系统等），因谐振频率较高（约十几赫兹到几十赫兹）所以对低频震动的隔震效果不佳。

　　在磁力减震器内部，由强力钕铁硼磁极对发生的磁力隔隙，能够有效地减少和隔断震动传递。这种作用是双向的，既可以减少地面对仪器设备的振动干扰，也可以减少自身产生振动的装备对地面和四周的震撼干扰。

　　二．用处

　　实用于各种需要减少外部震动干扰或隔离震动源对外部的影响。例如光学丈量装置，精密MF，电子显微镜等各种精密测试剖析仪器；各种紧缩机，机械泵等机械设备的消震减震，有效减少水温和垂直方向的振动干扰。本产品已向国度有关部分申请专利权，专利号：2007100234964。

　　三．特色

　　特别设计的磁力减震器内没有钢或铜材料的零件，橡胶圈也只是起密封和坚持稳固作用，而不是起减震作用，这样就Zui大限度地下降了谐振频率协调振峰。有效工作频率范畴宽，特殊对于很低频率振动的消震减震效果良好。

　　精心选择的材料、细心设计的构造、适当的阻尼系数，使得磁力隔震垫能够达到Zui好的性价比。不需要日常保护和调整，安装调整简略,漏磁极小。谐振频率远比一般的被动式减震器低，减震隔振性好，可以实用各种场所的不同需要。

　　四. 外观

　　五．性能

　　1．振动传输特征(参见下图)

　　2．一般性能

　　每个减震器工作载荷......................90kg～250kg

　　减震器数目...................................4个/套

　　Zui大有效载荷..................................1000kg

　　Zui大载荷.....................................2400kg

　　有效工作频率带宽............................2Hz以上

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

　　0.2mm(程度)

　　工作温度.......................... 0～50℃(建议室温)

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

　　30cm处不大于0.4毫高斯

　　3．外观物理参数：

　　物理尺寸(单只).......................Ф206mm110mm

　　每个减震重视量.................................15kg

　　色彩.......................浅灰(或依据用户须要断定)

　　包装......................扁方形木制包装箱，每箱一件

　　六．安装使用

　　1．将减震器放置在预定的地位后，在无负载情况下，调剂隔震垫下部的三个水平调节螺栓(尽量少伸出为好)，通过察看隔震垫上面的水准器，使隔震垫处于水平状况。

　　2．用随机附带的组合衬板将每两只减震器衔接为一组(这两只减震器的上表面尽量等高)。

　　3. 尽量使仪器设备的着力点落在磁力减震器的中心和组合衬板的中心线上。尽量使同一组的磁力隔震垫受力均匀一致。

　　4．为防止设备滑动，可将随机附件中的防滑垫垫在设备与组合衬板之间。

　　5．在有负载情形下，察看减震器上面的水准器，确认减震器仍然处于程度状况，否则可能须要重新调剂受力点。

　　6．在有负载情形下，察看磁力减震器下部侧面的高度指导条(应用随机附带的微型电筒和反光镜), 确认减震器工作在额定的工作载荷区间(假如不能看到高度唆使条则表现过载)。

　　7．减震器底部中间的阻尼调节螺丝出厂时已经调在Zui佳状况，一般不要调剂。日常使用中不需要任何保护。