本發(fā)明涉及一種便攜式高精度束流計及應(yīng)用其的計量分析儀器，屬于計量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在電子顯微鏡使用過程中，電子從電子槍中出發(fā)，到達樣品，然后通過相機觀察電子打到樣品上之后的成像，拍攝得到樣品圖像，即完成了電子顯微鏡中的電子成像。這個過程中，需要知道樣品上和相機平面上的電子束流值，傳統(tǒng)的做法是利用電子顯微鏡內(nèi)置的束流計進行測量，但是這個測量過程不方便，而且所得到的值并不精確。在很多科研領(lǐng)域，特別是對打在樣品上的電子劑量有嚴格要求的應(yīng)用領(lǐng)域，比如冷凍電鏡或高分子材料學(xué)等樣品易受到電子輻照損傷的應(yīng)用領(lǐng)域，精確測量電子束流是至關(guān)重要的。

束流計中所使用的法拉第杯，是一個傳統(tǒng)的束流強度測量裝置，它在加速器束流強度的歸一化測量、探測器的標定等方面起到了不可替代的作用。由于法拉第杯是一個絕對測量裝置，沒有其它設(shè)備可以對其標定，反而通常是利用法拉第杯來標定其它實驗用探測器，所以法拉第杯的設(shè)計和效率的計算變得至關(guān)重要，其計算精度直接影響探測器的探測效率的精度，并影響物理實驗結(jié)果的可信度。

傳統(tǒng)法拉第杯的具體工作原理是，通過捕獲真空中經(jīng)過法拉第杯的電子或者離子束流，聚焦使電(離)子束進入法拉第杯的光闌。光闌下方的空腔接收電(離)子。將法拉第杯置于電子束照射范圍內(nèi)，使用儀器配備的束流計(皮安表)即可測試或顯示接收束流，經(jīng)由對電子束流的計算而確定累加電子劑量。其中，束流計是置于外環(huán)境中，通過真空接頭與真空中的法拉第杯相連接。

這種方法需要將真空內(nèi)的微弱電流信號，經(jīng)真空與外環(huán)境連接裝置傳輸后，通過外環(huán)境中的束流計進行測量。在使用過程中，由于電流是只有皮安pa級的微弱的模擬信號，會受到環(huán)境中電磁場等干擾產(chǎn)生的噪音影響，出現(xiàn)各種噪音疊加，使得測量結(jié)果不準確。因此，發(fā)展一種能直接在真空內(nèi)就可以完成的高精度束流計顯得尤為重要。

另外，傳統(tǒng)束流計，測量時得到的是電流值，而在實際的實驗過程中，實驗者需要知道的是電子劑量，電流值與電子劑量間需要經(jīng)過計算及換算，當實驗數(shù)據(jù)較多時，這個數(shù)據(jù)換算過程會耗費實驗人員大量的時間，降低了工作效率。良好均勻性是最終得到高品質(zhì)產(chǎn)品的基礎(chǔ)，目前對于離子源引出束流均勻性的控制要求已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求，束流的準確測量是進行均勻性控制必備的基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為克服上述問題，提供一種精度高、性能穩(wěn)定的便攜式高精度束流計及應(yīng)用其的計量分析儀器。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種便攜式高精度束流計，包括金屬管，所述金屬管的一端設(shè)置有中空的容納空間，其另一端設(shè)置有連接裝置，所述容納空間內(nèi)設(shè)置有法拉第杯，所述法拉第杯朝向金屬管端部一側(cè)設(shè)有電子收納口，其朝向金屬管內(nèi)部一端為密封端，所述連接裝置上設(shè)置有用于處理來自法拉第杯端信號的控制電路板，所述連接裝置朝向外環(huán)境一端連接真空轉(zhuǎn)接法蘭，所述金屬管和連接裝置設(shè)置在所述真空轉(zhuǎn)接法蘭一側(cè)的真空環(huán)境內(nèi)，所述真空轉(zhuǎn)接法蘭的另一側(cè)為空氣環(huán)境，所述真空轉(zhuǎn)接法蘭上在空氣環(huán)境一側(cè)安裝有信號輸出裝置和電源。

優(yōu)選地，所述控制電路板包括設(shè)置在電路板上的控制電路，所述控制電路包括與所述法拉第杯連接的低電流放大電路和與所述放大電路連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器及單片機，所述法拉第杯用于接收真空中的電子而形成電流信號，所述電流信號經(jīng)過低電流放大電路轉(zhuǎn)換為電壓信號并放大，放大后的電壓信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，所述數(shù)字信號再通過信號輸出設(shè)備發(fā)送給終端設(shè)備。

優(yōu)選地，所述信號輸出設(shè)備包括有線信號裝置和無線信號裝置

優(yōu)選地，所述無線信號裝置包括wifi發(fā)射器或藍牙發(fā)射器。

優(yōu)選地，所述法拉第杯的電子收納口上還可以設(shè)置有屏蔽電壓板，所述屏蔽電壓板上設(shè)置與所述電子收納口對應(yīng)的通孔。

優(yōu)選地，所述金屬管為高導(dǎo)電性的金屬管。

優(yōu)選地，所述終端設(shè)備可為手機、平板電腦、筆記本電腦或帶顯示屏的單片機。

一種計量分析儀器，采用以上所述的便攜式高精度束流計。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中法拉第杯測得的電流信號經(jīng)過放大電路放大，微弱的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并放大(模擬信號)，同時通過單片機上的模數(shù)轉(zhuǎn)化器，將獲得的模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，在通過有線或無線輸出設(shè)備發(fā)送給便攜式終端。此時，即已完成真空內(nèi)環(huán)境中測得電子束流值或離子束流值，這樣的優(yōu)勢在于，避免環(huán)境磁場等對微弱電流信號的干擾，避免引入過多噪音，影響測量的準確度，因此本發(fā)明測量精準、誤差小。本發(fā)明可以配合便攜式終端使用，顯示結(jié)果更方便，使用更簡單。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一個實施例的流程圖。

圖中標記：1-金屬管，2-法拉第杯，3-控制電路板，4-連接裝置，5-真空轉(zhuǎn)接法蘭，6-信號輸出裝置，7-電源，8-屏蔽電壓板，9-通孔，11-容納空間。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明中的說明書附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1

如圖1所示的本發(fā)明所述一種便攜式高精度束流計，包括金屬管1及其垂直方向的連接裝置4，所述金屬管1優(yōu)選的采用導(dǎo)電性好的金屬制成，金屬管1的一端設(shè)置有中空的容納空間11，所述容納空間11內(nèi)設(shè)置有法拉第杯2，所述法拉第杯2朝向金屬管1端部一端設(shè)有電子收納口，法拉第杯2用于檢測從電子收納口入射的電子束，得到電流信號，所述法拉第杯2其朝向金屬管1內(nèi)部一端為密封端，所述與金屬管1垂直方向的連接裝置4的一端連接金屬管1，固定整個裝置，安裝設(shè)置用于處理來自法拉第杯2端信號的控制電路板3，所述控制電路板3將微弱的電流信號轉(zhuǎn)換為放大的數(shù)字信號，所述連接裝置4朝向外環(huán)境一端連接真空轉(zhuǎn)接法蘭5，所述真空轉(zhuǎn)接法蘭5上安裝有信號輸出裝置6和電源7，所述信號輸出裝置6用于將最終信號發(fā)送到終端設(shè)備(手機、平板電腦、筆記本電腦等)，所述信號輸出裝置可采用有線、藍牙、wifi等方式，本發(fā)明不僅可以用來測量電子束流，還可以用來測量離子流值，具體根據(jù)需要進行選擇。

所述控制電路板3包括設(shè)置在電路板上的控制電路，所述控制電路包括與所述法拉第杯2連接的放大電路和與所述低電流放大電路連接的單片機。本發(fā)明中法拉第杯2測得的電流信號經(jīng)過放大電路放大，方法步驟如圖2所示，微弱的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并放大(模擬信號)，同時通過單片機上的模數(shù)轉(zhuǎn)化器，將獲得的模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，在通過有線或無線輸出設(shè)備發(fā)送給終端。此時，即已完成真空內(nèi)環(huán)境中測得電子束流值，這樣的優(yōu)勢在于，避免環(huán)境磁場等對微弱電流信號的干擾，引入過多噪音，影響測量的準確度。

實施例2

在實施例1所述便攜式高精度束流計的基礎(chǔ)上，所述法拉第杯2的電子收納口上還設(shè)置有屏蔽電壓板8，所述屏蔽電壓板8上設(shè)置與所述電子收納口對應(yīng)的通孔9，通過在屏蔽電壓板8上加不同電壓值，利用電勢差，來抑制二次電子、電子散射等現(xiàn)象。

所述金屬管1為不銹鋼金屬管1、鋁管、或?qū)щ娦阅鼙容^優(yōu)異的金屬管1，但不進行具體限定，可根據(jù)實際需要進行選擇。

實施例3

一種計量分析儀器，采用以上所述的便攜式高精度束流計，所述計量分析儀器在實際應(yīng)用中可以為質(zhì)譜儀。質(zhì)譜儀工作原理是以電子轟擊或其它的方式使被測物質(zhì)離子化，形成各種質(zhì)荷比(m/z)的離子。利用不同離子在磁場或電場的運動軌跡不同，把離子按照質(zhì)荷比分開而得到質(zhì)譜圖，從而得到樣品的分析結(jié)果。其中對于不同離子的檢測，可以選擇使用所述束流計，直接獲得實驗人員所需數(shù)據(jù)。

實施例4

一種計量分析儀器，采用以上所述的便攜式高精度束流計，所述計量分析儀器在實際應(yīng)用中可以為環(huán)境掃描電鏡。環(huán)境掃描電鏡在使用過程中，樣品室中是一個復(fù)雜的動態(tài)電荷環(huán)境，電荷之間的相互作用影響著成像質(zhì)量和觀察效果，因此需要了解樣品室中電子流和離子流所控制的電荷環(huán)境，進而優(yōu)化成像條件，以獲得高質(zhì)量圖像。其中對于電子流和離子流的測量，可以選用所述束流計。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。