用于电子能量损失光谱仪的谐波线路噪声校正制造技术

描述了一种电子能量损失光谱仪，其包括用于基础和三次谐波线路噪声的校正电路。还描述了用于生成校正信号的各种电路。还描述了一种校正基础和三次谐波线路噪声的方法。

Harmonic Line Noise Correction for Electronic Energy Loss Spectrometer

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电子能量损失光谱仪的谐波线路噪声校正相关申请的交叉引用本PCT申请要求根据35U.S.C.§119(e)享有2017年2月3日提交的题为“HARMONICLINENOISECORRECTIONFORELECTRONENERGYLOSSSPECTROMETER”的美国专利申请序列号No.62/454,263的权益，在此通过引用将其公开并入本文。
技术介绍
透射电子显微镜(TEM)中的电子能量损失光谱(EELS)光谱采集利用遍历(即，穿过)薄标本的电子光谱对传感器曝光。典型地在透射电子显微镜(TEM)上在200-300kV操作电压下和1eV左右的能量分辨率附近实践EELS。最近，已经有驱动力朝向低得多的操作电压(例如，15kV)和更高的能量分辨率(例如，5meV)努力。电子能量损失光谱从0延伸到很多keV的能量损失。能量损失光谱的强度随着能量损失而迅速下降，EELS研究典型地被限于大约3keV能量损失。这个范围预期将来会随着探测器技术的改善而增大。参考图1，在典型的现有技术电子能量损失光谱仪中，电子束5从透射电子显微镜1发出并通过孔10进入光谱仪。弯折磁体13使电子束弯折一个角度，典型弯折90度，以引入能量分散。所得的能量损失光谱被电子光学放大，被特别设计的电子探测器21上的透镜15、16、17聚焦和投射。在色散方向上聚焦是重要的，光谱未必被聚焦在非色散方向上。探测器记录能量损失光谱上什么是有效窗口。这一窗口具有开始和结束能量损失。开始能量损失典型通过调节TEM高压、弯折磁体的磁场或通过弯折磁体的隔离漂移管14上的电压而被设置。调节这些中的任何项都相对于探测器移动整个能量损失光谱，以观看光谱的不同感兴趣区。EELS分辨率受到各种噪声和场源的限制。常见问题是电力线频率下的周期性噪声。这种噪声可以来自电磁场、地电流、未完全滤波的电源或更可能是所有这些来源的组合。在现有技术设计中，少量线路频率被作为校正信号混合到弯折磁体13上的DC场电流中。通过调节校正信号相对于电力线信号的相位，并且还调节校正信号幅度，在高于线路频率的频率下的EELS稳定性和低于线路频率的频率下的分辨率得到改善。在现有技术的实施方式中，源波形是从电力线经由变压器或电阻分压器导出的，或者从感测电磁场的感测线圈导出。在高分辨率EELS系统中，在校正线路频率之后，另一个噪声问题是三次谐波。在电力系统基于60Hz的国家中，包括美国，线路频率的三次谐波是180Hz，而在电力系统基于50Hz的国家中，线路频率的三次谐波是150Hz。三次谐波，像线路频率，可能来自若干来源，包括场、杂散地电流和电源上的残余波纹。可以使用线圈作为传感器方法来校正场引入的噪声，而可以使用线路电压作为参考来校正线路频率噪声。
技术实现思路
本专利技术的一方面是一种电子能量损失光谱仪(EELS)，所述电子能量损失光谱仪利用具有AC电力线基础频率的交流(AC)电力线电压工作。所述EELS包括：用于产生电子能量电平的光谱的弯折磁体；直流弯折磁场激励源；以及电力线噪声校正电路，所述电力线噪声校正电路被配置为产生处于所述基础AC电力线频率的第一校正信号以及处于所述基础AC电力线频率的谐波的第二校正信号。在本专利技术的另一方面中，所述电力线噪声校正电路包括用于对所述AC电力线电压进行采样的采样电路。在本专利技术的另一方面中，所述电力线噪声校正电路包括用于间接感测所述EELS附近的AC电力线噪声的电磁场感测采样电路。在本专利技术的另一方面中，处于所述基础AC电力线频率的所述谐波的所述第二校正信号是独立于所述AC电力线电压产生的。在本专利技术的另一方面中，处于所述基础AC电力线频率的所述谐波的所述第二校正信号是通过对所述AC电力线信号或处于所述AC电力线频率与所感测电磁场成比例的信号进行波成形和滤波而产生的。在本专利技术的另一方面中，所述第一和第二校正信号中的每一个都可以在相位和幅度方面独立调节。在本专利技术的另一方面中，所述第一和第二校正信号中的每一个被通过电气方式添加到所述DC弯折磁场激励源。在本专利技术的另一方面中，所述第一和第二校正信号中的每一个利用变压器被耦合到弯折磁场激励源。在本专利技术的另一方面中，该EELS包括漂移管，并且其中所述第一校正信号和所述第二校正信号的幅度和相位调节版本被施加到为所述漂移管供电的DC电压。在本专利技术的另一方面中，该电力线噪声校正电路包括：模数信号转换器；微控制器；以及数模信号转换器，其中微控制器控制模数信号转换器以：对AC电力线电压采样，并在缓冲器中存储样本并且将样本从缓冲器输出至数模信号转换器，从而基于AC电力线电压的样本产生基础频率输出信号和基础输出信号的谐波。在本专利技术的另一方面中，所述谐波校正信号是所述基础AC电力线频率的三次谐波。本专利技术的另一方面是一种用于产生校正信号的交流(AC)电力线噪声校正电路，所述校正信号包括基础AC电力线频率信号和所述基础AC电力线频率信号的谐波。该校正电路包括：配置为产生线路电压信号的线路电压传感器；模数(A/D)信号转换器；具有程序存储器和读/写缓冲存储器的微控制器；以及数模(D/A)信号转换器。该微控制器被配置为：在一采样速率下对线路电压信号进行采样，在读/写缓冲存储器中存储线路电压信号的样本，从读/写缓冲存储器读出线路电压信号的样本以生成处于AC电力线频率的第一读出以及处于AC电力线频率的谐波的第二读出，该微控制器还组合第一和第二读出以产生组合输出值，并向D/A转换器输出组合输出值，以产生组合校正信号。在校正电路的另一方面中，该微控制器还被配置为对线路电压信号的第一和第二读出之一或两者进行相移。在校正电路的另一方面中，该微控制器还被配置为对来自线路电压信号的第一和第二读出之一或两者提供单独的幅度调节。在校正电路的另一方面中，所述谐波校正信号是所述线路电压频率的三次谐波。在校正电路的另一方面中，线路电压传感器是变压器。在校正电路的另一方面中，线路电压传感器是电磁场传感器。在本专利技术的另一方面中，将校正电路用于受到与AC电源相关联的噪声的电子能量损失光谱仪(EELS)，EELS具有：由弯折磁体激励电流供电的弯折磁体，并将组合校正信号施加到弯折磁体激励电流以校正与AC电源相关联的噪声。本专利技术的另一方面是一种校正电子能量损失光谱仪(EELS)中的AC电源噪声的方法，该方法包括如下步骤：对AC电力线电压进行采样，调节AC电力线电压的幅度和相位以生成基础频率校正信号，生成处于AC电力线电压的谐波的信号，调节处于AC电力线电压的谐波的信号的幅度和相位以生成谐波校正信号，并向EELS中的弯折磁体施加基础和谐波校正信号。在该方法的另一方面中，包括以下步骤：基于来自所述EELS检测的光谱的反馈，自动调节所述基础和所述谐波校正信号之一或两者的所述幅度和相位之一或两者附图说明被并入本说明书中并构成本说明书一部分的附图例示了本文描述的一个或多个实施例，并与说明书一起解释实施例。在附图中：图1是具有电子能量损失光谱仪的现有透射电子显微镜的图示。图2是具有结合了三次谐波信号较高电路的电子能量损失光谱仪的示范性透射电子显微镜的图示。图3是用于产生基础和谐波校正信号的示范性系统的框图。图4是用于图3的系统的微控制器的流程图。图5是示范性系统的框图。图6是用于校正EELS中的电力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子能量损失光谱仪(EELS)，所述电子能量损失光谱仪利用具有AC电力线基础频率的交流(AC)电力线电压工作，其包括：用于产生电子能量电平的光谱的弯折磁体；直流弯折磁场激励源；以及电力线噪声校正电路，所述电力线噪声校正电路被配置为产生处于所述基础AC电力线频率的第一校正信号以及处于所述基础AC电力线频率的谐波的第二校正信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.03 US 62/454,2631.一种电子能量损失光谱仪(EELS)，所述电子能量损失光谱仪利用具有AC电力线基础频率的交流(AC)电力线电压工作，其包括：用于产生电子能量电平的光谱的弯折磁体；直流弯折磁场激励源；以及电力线噪声校正电路，所述电力线噪声校正电路被配置为产生处于所述基础AC电力线频率的第一校正信号以及处于所述基础AC电力线频率的谐波的第二校正信号。2.根据权利要求1所述的EELS，其中所述电力线噪声校正电路包括用于对所述AC电力线电压进行采样的采样电路。3.根据权利要求1所述的EELS，其中所述电力线噪声校正电路包括用于间接感测所述EELS附近的AC电力线噪声的电磁场感测采样电路。4.根据权利要求1所述的EELS，其中处于所述基础AC电力线频率的所述谐波的所述第二校正信号是独立于所述AC电力线电压生成的。5.根据权利要求1所述的EELS，其中处于所述基础AC电力线频率的所述谐波的所述第二校正信号是通过对AC电力线信号或处于所述AC电力线频率的与所感测电磁场成比例的信号进行波成形和滤波而产生的。6.根据权利要求1所述的EELS，其中所述第一校正信号和所述第二校正信号中的每一个在相位和幅度方面是能够独立调节的。7.根据权利要求1所述的EELS，其中所述第一校正信号和所述第二校正信号中的每一个被通过电气方式添加到所述DC弯折磁场激励源。8.根据权利要求1所述的EELS，其中所述第一校正信号和所述第二校正信号中的每一个利用变压器耦合到所述弯折磁场激励源。9.根据权利要求1所述的EELS，还包括漂移管，并且其中所述第一校正信号和所述第二校正信号的幅度和相位调节版本被施加到为所述漂移管供电的DC电压。10.根据权利要求1所述的EELS，其中所述电力线噪声校正电路包括：模数信号转换器；微控制器；以及数模信号转换器；其中所述微控制器控制所述模数信号转换器以：对所述AC电力线电压采样，并且在缓冲器中存储所述样本并且从所述缓冲器向所述数模信号转换器输出所述样本，使得基于所述AC电力线电压的所述样本产生基础频率输出信号和所述基础频率输出信号的谐波。11.根据权利要求10所述的EELS，其中所述谐波是所述基础AC电力线频率的三次谐波。12.一种用于产生校正信号的交流(AC)电...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·特雷弗，
申请(专利权)人：加坦公司，
类型：发明
国别省市：美国,US