一种扫描电镜教学模型装置及其使用方法制造方法及图纸

一种扫描电镜教学模型装置及其使用方法，属于扫描电镜教学技术领域。教学模型装置包括仿真外壳、电子光路模拟系统和电镜模拟操作系统；电子光路模拟系统包括光路显示部分，人机交互液晶显示器和控制系统等；电镜模拟操作系统可显示学生实验课程涉及的所有标准样品的电镜图片；仿真外壳为3D打印的1:1扫描电镜模型，仿真外壳的镜筒部分是剖开的。光路显示部分是用灯珠布置在电子束扫描的路径，有红、绿、蓝三色LED灯珠来描述电子束，3种颜色可任意单显或组合，出现7种不同的颜色；本发明专利技术搭建模拟电镜内部电子束工作原理的光路图和电路板系统、让学生能够直观了解电镜的工作原理，让学生有上机实践的体验，提高授课效率；适于所有开设扫描电镜相关课程的高校使用。开设扫描电镜相关课程的高校使用。开设扫描电镜相关课程的高校使用。

【技术实现步骤摘要】
一种扫描电镜教学模型装置及其使用方法


[0001]本专利技术涉及扫描电镜教学
，具体涉及一种扫描电镜教学模型装置及其使用方法。

技术介绍

[0002]扫描电镜是材料类专业一种重要的分析与表征工具，能够获取材料表面形貌、成分和结构信息，是研究和检测材料的重要手段，与理论教学相辅相成，扫描电镜实验教学是整个教学活动的重要环节，在提高学生分析问题、解决问题能力中占据举足轻重的地位。但扫描电镜属于大型贵重设备，扫描电镜使用率高、维护成本高，导致扫描电镜配套的实验教学主要以教师讲解、演示操作为主，很难激发学生学习的积极性和创造性，教学效果差，严重影响大学生综合素质的培养和技能锻炼。
[0003]现在高校大部分的扫描电镜实验课都是由管理电镜的实验人员简单地讲解电镜的原理，带领学生参观演示。由于仪器结构复杂，原理抽象难懂，又因扫描电镜结构封闭，学生难以观察到内部，也没有办法观察电子束与样品的作用，单凭口头讲授学生很难理解。加之仪器操作步骤复杂，包括制样、喷金、粘样、上样、操作、观察、取样等步骤，每一步都有需要特别注意的地方，仅靠一次实验并不能学会，更不用说熟练操作，而且即使微小的不当操作都可能会对设备造成致命损坏。设备台数和实验室空间有限，扫描电镜的电子枪、极靴等重要部件和各种探头都在设备厚厚的外壳下，有高压真空状态的保护，不可能将电镜拆开讲解，所以诸如二次电子、背散射电子成像等学生都很难理解和接受，学生在课堂上参与感少，亲临感差，学生对扫描电镜的理解仅仅停留在感性认识层面上，因此，需要开发一种扫描电镜教学模型用于演示扫描电镜的光路以及实验原理。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种扫描电镜教学模型的装置，能够演示扫描电镜的成像原理，可以辅助对扫描电镜的结构、二次电子成像、背散射电子成像、微区成分分析及电子背散射衍射等功能进行讲解，解决扫描电镜原理教学过程中内容抽象、学生难以理解的问题。
[0005]一种扫描电镜教学模型装置，包括仿真外壳、电子光路模拟系统和电镜模拟操作系统；所述电子光路模拟系统包括光路显示部分，人机交互液晶显示器和控制系统；所述光路显示部分安装在仿真外壳之内；所述人机交互液晶显示器和控制系统集成安装在一起，布置在仿真外壳之外并与光路显示部分通过导线链接；所述电镜模拟操作系统在仿真外壳之外，通过数据线与电子光路模拟系统相对应；所述电镜模拟操作系统可以显示学生实验课程涉及的所有标准样品的电镜图片。
[0006]进一步地，所述的仿真外壳为3D打印的1:1比例扫描电镜模型，所用材料为树脂材料；所述仿真外壳的镜筒部分是剖开的，便于显示光路成像过程；所述仿真外壳的样品仓门是透明材质的，便于观察样品移动过程以及样品二次电子成像、背散射电子成像过程。
[0007]进一步地，所述光路显示部分是用灯珠布置在电子束扫描的路径，有红、绿、蓝三
色LED灯珠来描述电子束，3种颜色可以任意单显或组合，出现7种不同的颜色。
[0008]进一步地，所述灯珠按照电子束路径固定安装在所述仿真外壳内部。
[0009]进一步地，所述光路显示部分可以演示扫描电镜电子束第一次聚焦过程、第二次聚焦过程、聚焦后过程、干涉部分和反射部分的成像过程。
[0010]进一步地，所述人机交互液晶显示器包括亮度按键、颜色按键、光路显示部分按键、二次电子像和背散射电子像选择按键和物镜光阑选择按键。
[0011]进一步地，所述光路显示部分按键可以选择光路显示第一次聚焦过程、第二次聚焦过程、聚焦后过程、干涉部分或者反射部分的阶段过程。
[0012]进一步地，所述物镜光阑选择按键可以通过LED灯带的宽窄来表示扫描电镜物镜光阑的大小；所述亮度按键和颜色按键可以配合使用，演示扫描电镜电子束的能量强度。
[0013]进一步地，所述电子光路模拟系统和所述电镜模拟操作系统可以配合使用，显示不同材料，选择不同成像模式、电压、电流参数对扫描电镜图像成像质量的影响。
[0014]进一步地，所述电子光路模拟系统可使用PLC进行程序控制或通过按钮进行控制；所述电镜模拟操作系统(3)可以与电脑或投影进行连接使用。
[0015]如上所述的一种扫描电镜教学模型装置的使用方法，其特征在于：电子光路模拟系统可以演示扫描电镜的成像过程，具体包括：扫描电镜阴极辐射出的电子束经过第一个电子透镜聚焦、演示电子束经过第二个电子透镜聚焦、演示聚焦后变成一根极细的电子束，能量集中且提高分辨率、演示经过干涉部分，调整电子束的直径、演示从目标靶材上反射出来的电子束，用来被成像系统吸收；具体演示过程如下：
[0016]1).上电时自动检测，所有LED全部点亮一次，无致命故障后可以进入用户控制模式，有故障时液晶屏上有提示；
[0017]2).教师可以用亮度控制按键，按需要调节LED发光亮度，以适应教学环境的需要，上电时为4级亮度，共有7级亮度可选用，循环调用模式；
[0018]3).教师按教学进度需要可以按光路显示部分按键(223)选择LED显示方式，自检后为全灭状态，每按一次显示方式控制键改变一次显示图形，顺序如下：
[0019]第1次按键点亮一次聚焦211 第2次按键点亮二次聚焦212 第3次按键点亮聚焦后部分213 第4次按键点亮干涉214 第5次按键点亮反射部分215 第6次按键从上到下流动点亮 第7次按键全部关闭发光再按一次重新开始这个循环
[0020]4).教师在讲到干涉部分时可直接按专用干涉按键(214)，此时干涉部分(214)的LED点亮3条光带变宽，再按一次恢复原状；
[0021]5).教师在讲到反射部分(215)时可直接按专用反射按键(215)，此时向后吸收的光带点亮；
[0022]6).教师按讲课需要可以按颜色按键(222)任意该变显示颜色，配合亮度按键(221)使用可能演示电子束此时的能量强度；
[0023]7).学生可能在教师的指导下完成这个演示过程，学生有参与，学习效果好，记忆
深刻，因为互动学习过程会很趣。
[0024]如上所述的一种扫描电镜教学模型装置的使用方法，其特征在于：电镜模拟操作系统可以根据《材料分析方法》实验课程需要设置不同样品，进行真实样品的测试过程演示，通过扫描电镜参数对观察效果的影响，扫描电镜参数包括电压、电流、光阑参数；具体演示过程如下：
[0025]1).将试样固定在仿真外壳的样品仓试样盘上，开启电子光路模拟系统，演示电子束在样品表面扫描，与样品发生各种不同的相互作用，产生不同信号，获得的相应的不同显微像，同时开启电镜模拟操作系统；光路灯光从上到下依次亮起，总过程持续3
‑
5s，灯光全部亮起后，显示采集的参数编号及图像结果；每组参数对应不同的编号及图像数据，须加载进系统，每次自动调取；灯光全部亮以后，可以随时更改任一参数，同时灯光跟着整体变化，1s后自动调取此组参数编号及采集图像数据结果；
[0026]2).针对不同样品，按物镜光阑选择按键，选择不同光阑孔，电镜模拟操本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扫描电镜教学模型装置，其特征在于：包括仿真外壳(1)、电子光路模拟系统(2)和电镜模拟操作系统(3)；所述电子光路模拟系统(2)包括光路显示部分(21)，人机交互液晶显示器(22)和控制系统(23)；所述光路显示部分(21)安装在仿真外壳(1)之内；所述人机交互液晶显示器(22)和控制系统(23)集成安装在一起，布置在仿真外壳(1)之外并与光路显示部分(21)通过导线链接；所述电镜模拟操作系统(3)在仿真外壳(1)之外，通过数据线与电子光路模拟系统(2)相对应；所述电镜模拟操作系统可以显示学生实验课程涉及的所有标准样品的电镜图片。2.如权利要求1所述的一种扫描电镜教学模型装置，其特征在于：所述的仿真外壳(1)为3D打印的1:1比例扫描电镜模型，所用材料为树脂材料；所述仿真外壳(1)的镜筒部分是剖开的，便于显示光路成像过程；所述仿真外壳(1)的样品仓门是透明材质的，便于观察样品移动过程以及样品二次电子成像、背散射电子成像过程。3.如权利要求1所述的一种扫描电镜教学模型装置，其特征在于：所述光路显示部分(21)是用灯珠布置在电子束扫描的路径，有红、绿、蓝三色LED灯珠来描述电子束，3种颜色可以任意单显或组合，出现7种不同的颜色。4.如权利要求3所述的一种扫描电镜教学模型装置，其特征在于：所述灯珠按照电子束路径固定安装在所述仿真外壳(1)内部。5.如权利要求1所述的一种扫描电镜教学模型装置，其特征在于：所述光路显示部分(21)可以演示扫描电镜电子束第一次聚焦过程(211)、第二次聚焦过程(212)、聚焦后过程(213)、干涉部分(214)和反射部分(215)的成像过程。6.如权利要求1所述的一种扫描电镜教学模型装置，其特征在于：所述人机交互液晶显示器(22)包括亮度按键(221)、颜色按键(222)、光路显示部分按键(223)、二次电子像和背散射电子像选择按键(224)和物镜光阑选择按键(225)。7.如权利要求6所述的一种扫描电镜教学模型装置，其特征在于：所述光路显示部分按键(223)可以选择光路显示第一次聚焦过程(211)、第二次聚焦过程(212)、聚焦后过程(213)、干涉部分(214)或者反射部分(215)的阶段过程。8.如权利要求6所述的一种扫描电镜教学模型装置，其特征在于：所述物镜光阑选择按键(225)可以通过LED灯带的宽窄来表示扫描电镜物镜光阑的大小；所述亮度按键(221)和颜色按键(222)可以配合使用，演示扫描电镜电子束的能量强度。9.如权利要求1所述的一种扫描电镜教学模型装置，其特征在于：所述电子光路模拟系统(2)和所述电镜模拟操作系统(3)可以配合使用，显示不同材料，选择不同成像模式、电压、电流参数对扫描电镜图像成像质量的影响。10.如权利要求1所述的一种扫描电镜教学模型装置，其特征在于：所述电子光路模拟系统(2)可使用PLC进行程序控制或通过按钮进行控制；所述电镜模拟操作系统(3)可以与电脑或投影进行连接使用。11.一种如权利要求1所述的一种扫描电镜教学模型装置的使用方法，其特征在于：电子光路模拟系统(2)可以演示扫描电镜的成像过程，具体包括：扫描电镜阴极辐射出的电子束经过第一个电子透镜聚焦、演示电子束经过第二个电子透镜聚焦、演示聚焦后变成一根极细的电子束，能量集中且提高分辨率、演示经过干涉部分，调整电子束的直径、演示从目标靶材上反射出来的电子束，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛润东，王鲁宁，曹文斌，马春梅，朱熠，何洋，崔凤娥，李杏娥，王晶，于耕达，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：