【無(wú)損檢測(cè)白皮書】使用全聚焦方式改進(jìn)相控陣超聲成像全聚焦方式

全聚焦方式（TFM）

隨著可進(jìn)行全聚焦方式（TFM）檢測(cè)的設(shè)備陸續(xù)進(jìn)入市場(chǎng)，無(wú)損檢測(cè)（NDT）行業(yè)也在經(jīng)歷著一個(gè)技術(shù)進(jìn)步突飛猛進(jìn)的重要時(shí)期。全聚焦方式（TFM）的出現(xiàn)標(biāo)志著相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）技術(shù)又向前邁出了重要的一步。然而，一些相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）的從業(yè)人員可能仍然對(duì)全聚焦方式（TFM）及其與全矩陣捕獲（FMC）的關(guān)系，以及傳統(tǒng)相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）和全聚焦方式/全矩陣捕獲（TFM/FMC）處理之間的差異，感到困惑。這則應(yīng)用注釋可使那些熟悉相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）成像的檢測(cè)人員對(duì)全聚焦方式（TFM）成像有個(gè)基本的了解。為了使說(shuō)明簡(jiǎn)潔清晰，本文對(duì)超聲傳播模式方面的知識(shí)不予說(shuō)明。

傳統(tǒng)相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）成像

超聲相控陣技術(shù)的標(biāo)志是在被測(cè)工件中所需關(guān)注的位置聚焦和偏轉(zhuǎn)聲束的能力。相控陣聚焦方法為相控陣探頭的發(fā)射晶片和接收晶片使用延遲，以使短脈沖波形的渡越時(shí)間在所需關(guān)注的位置處實(shí)現(xiàn)同步。在樣件的聚焦區(qū)域，所生成聲束的寬度變窄，且相應(yīng)的探測(cè)分辨率顯著提高。

物理聲束形成
傳統(tǒng)相控陣在發(fā)射聲束的過(guò)程中使基本聲波以物理方式疊加在一起，生成一個(gè)在被測(cè)樣件內(nèi)特定深度上聚焦的聲束。發(fā)射晶片組形成一個(gè)孔徑，從這個(gè)孔徑產(chǎn)生一個(gè)相干聲脈沖。傳統(tǒng)相控陣發(fā)射脈沖的行為被稱為“物理”聲束形成。例如，在S掃描中，物理聲束形成的采集過(guò)程會(huì)為用戶指定的每個(gè)角度進(jìn)行。

合成聲束形成
在發(fā)射器、散射體和接收器之間的聲學(xué)回路的末端，組成接收孔徑的晶片會(huì)將來(lái)自被測(cè)樣件的所有回波作為A掃描記錄下來(lái)。A掃描數(shù)據(jù)包含回波波幅和傳播時(shí)間。為了增強(qiáng)樣件中某個(gè)特定區(qū)域的接收靈敏度，A掃描被延遲并總和，好像聚焦是通過(guò)物理聲束形成而實(shí)現(xiàn)的。不過(guò)，這一次，所有的延遲和總和都發(fā)生在采集設(shè)備的軟件中。這種接收聲束形成被稱為“合成”聲束形成。合成聲束形成所需的所有計(jì)算都在專用的前端電子設(shè)備中進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)了快速、實(shí)時(shí)成像。

傳統(tǒng)相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）的局限性
相控陣聚焦的好處是明顯提高了聚焦區(qū)域的靈敏度，從而可在局部區(qū)域提高探測(cè)性能。不過(guò)，這種提高的靈敏度僅 限于被測(cè)工件中某個(gè)可控且固定的深度。位于聚焦區(qū)域之外的反射體會(huì)顯得模糊不清，而且會(huì)比位于聚焦區(qū)域內(nèi)的同等大小的反射體看起來(lái)更大些。

FMC（全矩陣捕獲）：一種采集策略

TFM（全聚焦方式）：圖像的重建

全聚焦方式（TFM）：高分辨率圖像的構(gòu)建

全聚焦方式（TFM）是相控陣基本聚焦原理在被測(cè)樣件的所限定關(guān)注區(qū)域（ROI）中的系統(tǒng)性應(yīng)用。關(guān)注區(qū)域（ROI）被分割成一個(gè)由位置或者“像素”組成的網(wǎng)格，而且網(wǎng)格中的每個(gè)像素會(huì)通過(guò)相控陣聲束形成的方法得到聚焦。到目前為止，全聚焦方式（TFM）是生成這種可在各個(gè)位置和深度上聚焦的關(guān)注區(qū)域圖像的最有效方法。

然而，如果將通過(guò)物理聲束形成采集而實(shí)現(xiàn)的相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）采集策略應(yīng)用于全聚焦方式，則生成單個(gè)全聚焦方式（TFM）圖像所用的時(shí)間會(huì)使人們對(duì)大多數(shù)無(wú)損檢測(cè)（NDT）應(yīng)用的部署望而卻步。例如，生成一個(gè)全聚焦方式（TFM）圖像所需的像素?cái)?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于生成一個(gè)可覆蓋相同關(guān)注區(qū)域的S掃描所需的不同角度的數(shù)量。通過(guò)物理聲束形成方式以100個(gè)不同角度進(jìn)行掃查而獲得的一個(gè)S掃描需要100次采集，而由100 × 100像素構(gòu)建的全聚焦方式（TFM）圖像則需要10000次物理聲束形成采集。

為了避免這個(gè)采集數(shù)量過(guò)多的問題，可以采用另一種采集策略：通過(guò)為發(fā)射相位和接收相位應(yīng)用合成聲束形成的方法，計(jì)算網(wǎng)格中的波幅值。這種采集策略需要對(duì)應(yīng)于關(guān)注區(qū)域（ROI）網(wǎng)格的每個(gè)像素位置的一組聚焦法則，以及一組原始基礎(chǔ)波形，即基本A掃描。獲取這組基本A掃描的有效方法是全矩陣捕獲（FMC）數(shù)據(jù)采集。

FMC（全矩陣捕獲）：一種用于實(shí)現(xiàn)全聚焦方式（TFM）的采集策略
全矩陣捕獲（FMC）是一個(gè)采集過(guò)程，可以獲得所有成對(duì)的發(fā)射晶片和接收晶片生成的所有A掃描（波幅時(shí)間序列）。這些基本A掃描存儲(chǔ)在全矩陣捕獲（FMC）數(shù)據(jù)集中。為了獲得較好聚焦效果，應(yīng)該使用構(gòu)成探頭整個(gè)孔徑的所有晶片，通過(guò)合成聲束形成方式，生成全矩陣捕獲（FMC）數(shù)據(jù)集。在這種情況下，建立全矩陣捕獲（FMC）數(shù)據(jù)集所需的采集次數(shù)等同于探頭晶片的數(shù)量。全矩陣捕獲（FMC）數(shù)據(jù)集提供有關(guān)探頭每個(gè)晶片之間聲束傳播的所有信息，包括不同介質(zhì)交界處的反射以及由缺陷引起的散射等信息。任何類型的相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）圖像都可以通過(guò)使用適當(dāng)選擇的延遲基于全矩陣捕獲（FMC）數(shù)據(jù)集重建，其中包括：扇形掃描、平面波成像（PWI）、動(dòng)態(tài)深度聚焦（DDF）、全聚焦方式（TFM）等。

雖然通過(guò)全矩陣捕獲（FMC）采集過(guò)程生成圖像所需的采集數(shù)量與相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）可能大致相同，但是要處理單個(gè)全矩陣捕獲（FMC）數(shù)據(jù)集，卻需要很大的存儲(chǔ)容量、很寬的傳輸帶寬，以及很強(qiáng)的計(jì)算能力。取決于所用設(shè)備的電子器件，獲得全聚焦方式/全矩陣捕獲（TFM/FMC）結(jié)果的速度可能會(huì)比傳統(tǒng)相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）更慢。

以實(shí)驗(yàn)案例說(shuō)明相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）和全聚焦方式（TFM）圖像的差異
為了說(shuō)明相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）和全聚焦方式（TFM）成像之間的差別，我們?cè)诖私榻B一個(gè)使用線性相控陣（PA）探頭對(duì)鋼塊中垂直分布的幾個(gè)相同的橫通孔（SDH）進(jìn)行掃查的設(shè)置。

這里的相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）S掃描（圖a）和全聚焦方式（TFM）圖像（圖b）使用相同的檢測(cè)配置、OmniScan X3探傷儀、5L64-A2探頭、SA2-N55S-IHC楔塊，及32晶片孔徑獲得。

在相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）S掃描（圖a）中，每個(gè)A掃描都使用唯 一的22毫米聚焦深度獲得。處于聚焦區(qū)域內(nèi)的幾個(gè)橫通孔（SDH）以相似的波幅和大小出現(xiàn)在圖像中。位于聚焦深度以外較遠(yuǎn)的橫通孔的圖像會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象，且波幅較低。因此要使被測(cè)樣件中的所有橫通孔獲得更為一致的定量效果，需要使用不同的聚焦深度生成多個(gè)圖像。

在全聚焦方式（TFM）圖像（圖b）中，超聲聲束在每個(gè)像素上聚焦。可以看出，每一個(gè)橫通孔（SDH）的分辨率都非常好。雖然如此，我們還是可以觀察到，位于關(guān)注區(qū)域邊限處的橫通孔有些失真的現(xiàn)象。在相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）和全聚焦方式（TFM）檢測(cè)的常見聲束形成過(guò)程中，這些失真現(xiàn)象是固有的。

全聚焦方式（TFM）與相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）的討論綜述
全聚焦方式（TFM）的主要優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)圖像都以聚焦的分辨率顯示，而相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）圖像僅在聲束的聚焦區(qū)域中具有較高的分辨率。

僅在傳統(tǒng)相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）的接收階段進(jìn)行的合成聲束形成，也會(huì)在全聚焦方式（TFM）檢測(cè)的發(fā)射階段進(jìn)行，以使采集速率適用于無(wú)損檢測(cè)（NDT）應(yīng)用。合成聲束形成需要對(duì)通過(guò)全矩陣捕獲（FMC）獲得的基本A掃描應(yīng)用特定的延遲。注意，全矩陣捕獲（FMC）數(shù)據(jù)集可以為任何檢測(cè)的合成聲束形成提供基本數(shù)據(jù)，包括相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）和全聚焦方式（TFM）檢測(cè)。

由于需要處理大量的全矩陣捕獲（FMC）數(shù)據(jù)才能生成全聚焦方式（TFM）圖像，因此在使用相同孔徑的情況下，全聚焦方式（TFM）的檢測(cè)效率可能會(huì)低于相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）。

雖然全聚焦方式（TFM）圖像在整個(gè)關(guān)注區(qū)域內(nèi)高度聚焦，但是它仍然會(huì)受到阻礙相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）的相同的聲學(xué)局限性的影響。雖然在相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）和全聚焦方式（TFM）中都會(huì)觀察到波幅的波動(dòng)和圖像失真現(xiàn)象，但是在全聚焦方式（TFM）檢測(cè)中，被測(cè)樣件中一組大小相同的散射體在圖像中會(huì)表現(xiàn)得更為一致。
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　   顯微鏡自動(dòng)聚焦包括高光譜成像系統(tǒng)和自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)；高光譜成像系統(tǒng)包括物鏡和沿光路依次設(shè)置在物鏡后方的狹縫、光譜儀系統(tǒng)、探測(cè)器；顯微鏡自動(dòng)聚焦系統(tǒng)包括反射平板、對(duì)焦成像透鏡組、自動(dòng)對(duì)焦探測(cè)器、液晶顯示系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理驅(qū)動(dòng)模塊和驅(qū)動(dòng)裝置；所述反射平板位置可調(diào)，反射平板設(shè)置在物鏡與狹縫之間的光路下方，對(duì)焦成像透鏡組設(shè)置在成像光線經(jīng)反射平板反射后的光路上，對(duì)焦成像透鏡組的像面上安裝自動(dòng)對(duì)焦探測(cè)器，自動(dòng)對(duì)焦探測(cè)器分別與液晶顯示系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理驅(qū)動(dòng)模塊連接，數(shù)據(jù)處理驅(qū)動(dòng)模塊控制驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)物鏡前后調(diào)焦移動(dòng)。顯微鏡自動(dòng)聚焦系統(tǒng)還包括調(diào)整裝置，所述調(diào)整裝置包括調(diào)整電機(jī)和蝸輪蝸桿，調(diào)整電機(jī)由數(shù)據(jù)處理驅(qū)動(dòng)模塊控制，調(diào)整電機(jī)與蝸桿連接，蝸輪與反射平板的一端連接，調(diào)整電機(jī)通過(guò)蝸輪蝸桿帶動(dòng)反射平板旋轉(zhuǎn)。顯微鏡自動(dòng)聚焦的光譜儀系統(tǒng)為平面光柵光譜儀系統(tǒng)、凸面光柵光譜儀系統(tǒng)、凹面光柵光譜儀系統(tǒng)、棱鏡色散光譜儀系統(tǒng)或棱柵色散光譜儀系統(tǒng)中的一種。
　　顯微鏡自動(dòng)聚焦使用人員可通過(guò)液晶顯示系統(tǒng)觀察對(duì)焦情況和調(diào)焦效果。完成望遠(yuǎn)物鏡對(duì)焦后，反射平板轉(zhuǎn)回初始位置，光譜儀可以開始正常工作，望遠(yuǎn)物鏡收集的成像光線經(jīng)狹縫調(diào)制后，經(jīng)光譜儀系統(tǒng)后進(jìn)入探測(cè)器，完成高光譜成像儀的圖譜探測(cè)功能。
　　顯微鏡自動(dòng)聚焦模塊的聚焦方式有以下幾種：
　　1、一鍵式自動(dòng)聚集：開關(guān)量脈沖信號(hào)。
　　2、變倍信號(hào)（外部電壓信號(hào)，非485協(xié)議信號(hào)。從“手動(dòng)控制”的4針插座處接入外部電壓信號(hào)）結(jié)束后觸發(fā)自動(dòng)聚焦。
　　3、變倍信號(hào)（485協(xié)議信號(hào)）結(jié)束后觸發(fā)自動(dòng)聚焦。
　　4、云臺(tái)控制聚焦，按上、下、左、右四個(gè)按鍵（通過(guò)PC機(jī)軟件或者是鍵盤），按鍵抬起后，觸發(fā)自動(dòng)聚焦模塊（通過(guò)485協(xié)議信號(hào)）。
　　客戶可以自由選擇以上的自動(dòng)聚焦模塊聚焦方式中的某一種或者某幾種。
　　這款自動(dòng)聚焦模塊手動(dòng)輸入觸發(fā)控制端是帶COM端的。
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　　根據(jù)鏡頭的實(shí)際情況，設(shè)置“步數(shù)”“步距”“回差”
　　1、通過(guò)485或422碼轉(zhuǎn)連接PC機(jī)和自動(dòng)聚焦模塊（注：如果使用485碼轉(zhuǎn)，必須使用雙向碼轉(zhuǎn)，即能夠收發(fā)數(shù)據(jù)的半雙工碼轉(zhuǎn)）。
　　2、打開軟件，通過(guò)“獲取”按鈕可以獲得當(dāng)前自動(dòng)聚焦模塊的波特率和地址。
　　3、獲取波特率和地址后，可根據(jù)工程需要自行配置地址（1~254）波特率。
　　4、根據(jù)鏡頭的實(shí)際情況，設(shè)置“步數(shù)”“步距”“回差”；
　　其中鏡頭的總行程是‘步數(shù)*步距’；步距越小，模塊輸出的脈沖時(shí)間越短，微調(diào)效果越好。但過(guò)小的步距可能會(huì)使某些負(fù)載重的鏡頭驅(qū)動(dòng)困難，造成不能正常自動(dòng)聚焦。過(guò)大的步距可能造成調(diào)整鏡頭聚焦時(shí)不夠精細(xì)；
　　步距固定下來(lái)以后，調(diào)整步數(shù)。如果步數(shù)過(guò)小，可能造成鏡頭不能驅(qū)動(dòng)至兩端的極限位置。因?yàn)槟承╃R頭設(shè)計(jì)和安裝上的誤差，有可能會(huì)在自動(dòng)聚焦模塊出現(xiàn)很大的松散結(jié)構(gòu)。如電機(jī)向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)后，接著給一個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作，此時(shí)電機(jī)動(dòng)作了，但因?yàn)閷?shí)際有齒間縫隙，鏡片沒有動(dòng)作。這個(gè)時(shí)候就要調(diào)整回差值。齒間縫隙越大，回差值越大（根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，安裝比較緊密的鏡頭，回差可設(shè)置0或者1。某些間隙比較大的鏡頭設(shè)置為2）；
　　注：如果調(diào)整參數(shù)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)步距已經(jīng)設(shè)置的很小，但驅(qū)動(dòng)還是不夠精細(xì)，可在聚焦輸出上串接電阻，阻值根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。

（來(lái)源：上海西努光學(xué)科技有限公司）

顯微鏡自動(dòng)聚焦包括高光譜成像系統(tǒng)和自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)；高光譜成像系統(tǒng)包括物鏡和沿光路依次設(shè)置在物鏡后方的狹縫、光譜儀系統(tǒng)、探測(cè)器；顯微鏡自動(dòng)聚焦焦系統(tǒng)包括反射平板、對(duì)焦成像透鏡組、自動(dòng)對(duì)焦探測(cè)器、液晶顯示系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理驅(qū)動(dòng)模塊和驅(qū)動(dòng)裝置；所述反射平板位置可調(diào)，反射平板設(shè)置在物鏡與狹縫之間的光路下方，對(duì)焦成像透鏡組設(shè)置在成像光線經(jīng)反射平板反射后的光路上，對(duì)焦成像透鏡組的像面上安裝自動(dòng)對(duì)焦探測(cè)器，自動(dòng)對(duì)焦探測(cè)器分別與液晶顯示系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理驅(qū)動(dòng)模塊連接，數(shù)據(jù)處理驅(qū)動(dòng)模塊控制驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)物鏡前后調(diào)焦移動(dòng)。顯微鏡自動(dòng)聚焦系統(tǒng)還包括調(diào)整裝置，所述調(diào)整裝置包括調(diào)整電機(jī)和蝸輪蝸桿，調(diào)整電機(jī)由數(shù)據(jù)處理驅(qū)動(dòng)模塊控制，調(diào)整電機(jī)與蝸桿連接，蝸輪與反射平板的一端連接，調(diào)整電機(jī)通過(guò)蝸輪蝸桿帶動(dòng)反射平板旋轉(zhuǎn)。顯微鏡自動(dòng)聚焦的光譜儀系統(tǒng)為平面光柵光譜儀系統(tǒng)、凸面光柵光譜儀系統(tǒng)、凹面光柵光譜儀系統(tǒng)、棱鏡色散光譜儀系統(tǒng)或棱柵色散光譜儀系統(tǒng)中的一種。
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顯微鏡自動(dòng)聚焦模塊的聚焦方式有以下幾種：
1、一鍵式自動(dòng)聚集：開關(guān)量脈沖信號(hào)。
2、變倍信號(hào)（外部電壓信號(hào)，非485協(xié)議信號(hào)。從“手動(dòng)控制”的4針插座處接入外部電壓信號(hào)）結(jié)束后觸發(fā)自動(dòng)聚焦。
3、變倍信號(hào)（485協(xié)議信號(hào)）結(jié)束后觸發(fā)自動(dòng)聚焦。
4、云臺(tái)控制聚焦，按上、下、左、右四個(gè)按鍵（通過(guò)PC機(jī)軟件或者是鍵盤），按鍵抬起后，觸發(fā)自動(dòng)聚焦模塊（通過(guò)485協(xié)議信號(hào)）。
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步距固定下來(lái)以后，調(diào)整步數(shù)。如果步數(shù)過(guò)小，可能造成鏡頭不能驅(qū)動(dòng)至兩端的極限位置。因?yàn)槟承╃R頭設(shè)計(jì)和安裝上的誤差，有可能會(huì)在自動(dòng)聚焦模塊出現(xiàn)很大的松散結(jié)構(gòu)。如電機(jī)向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)后，接著給一個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作，此時(shí)電機(jī)動(dòng)作了，但因?yàn)閷?shí)際有齒間縫隙，鏡片沒有動(dòng)作。這個(gè)時(shí)候就要調(diào)整回差值。齒間縫隙越大，回差值越大（根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，安裝比較緊密的鏡頭，回差可設(shè)置0或者1。某些間隙比較大的鏡頭設(shè)置為2）；
注：如果調(diào)整參數(shù)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)步距已經(jīng)設(shè)置的很小，但驅(qū)動(dòng)還是不夠精細(xì)，可在聚焦輸出上串接電阻，阻值根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。

掃描電鏡怎么聚焦

掃描電鏡（SEM，Scanning Electron Microscope）作為一種強(qiáng)大的分析工具，廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生物學(xué)、半導(dǎo)體等領(lǐng)域。其核心功能之一就是通過(guò)的聚焦技術(shù)，確保掃描電子束能夠高效且清晰地探測(cè)樣品表面特征，從而提供高分辨率的圖像和數(shù)據(jù)。要獲得高質(zhì)量的掃描圖像，正確的聚焦至關(guān)重要。在這篇文章中，我們將詳細(xì)探討掃描電鏡的聚焦原理、聚焦過(guò)程中常見的問題以及如何通過(guò)合理調(diào)整參數(shù)確保佳成像效果。

掃描電鏡的聚焦原理

掃描電鏡的基本原理是利用電子束掃描樣品表面，并通過(guò)探測(cè)二次電子、背散射電子等信號(hào)來(lái)形成圖像。電鏡中的電子束必須聚焦在樣品的表面，以獲得清晰的圖像。聚焦過(guò)程通過(guò)調(diào)節(jié)電子束的大小、形狀和射向樣品的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)，這需要精確的控制電子鏡頭系統(tǒng)。在SEM中，電子鏡頭通常由多個(gè)磁透鏡構(gòu)成，每個(gè)透鏡通過(guò)調(diào)整電流來(lái)影響電子束的聚焦度。

如何聚焦掃描電鏡

1. 調(diào)節(jié)光圈：光圈控制電子束的大小，它直接影響到束流的強(qiáng)度和成像的深度。當(dāng)光圈調(diào)整不當(dāng)時(shí)，電子束可能會(huì)擴(kuò)散或聚焦不清，導(dǎo)致圖像模糊。通常，使用較小的光圈會(huì)提供更高的分辨率，但也會(huì)減小視場(chǎng)。

2. 調(diào)整物鏡透鏡：掃描電鏡通過(guò)物鏡透鏡進(jìn)行精確聚焦。物鏡透鏡的調(diào)節(jié)主要是通過(guò)改變電流強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)樣品距離透鏡不合適時(shí)，圖像會(huì)顯得不清晰，因此調(diào)整物鏡透鏡的位置是確保清晰成像的關(guān)鍵。

3. 對(duì)焦的細(xì)節(jié)調(diào)節(jié)：在實(shí)際操作中，電鏡通常配備精細(xì)的對(duì)焦系統(tǒng)，允許用戶在微米甚至納米級(jí)別精確調(diào)節(jié)焦點(diǎn)。通過(guò)在圖像屏幕上觀察樣品表面，可以實(shí)時(shí)調(diào)整焦距，直到圖像清晰為止。

常見的聚焦問題及其解決方法

1. 圖像模糊：這通常是由于對(duì)焦不準(zhǔn)或電子束未能有效聚焦所致。解決方法是通過(guò)調(diào)整物鏡透鏡和光圈來(lái)重新聚焦，或者檢查電鏡的電子源是否穩(wěn)定。

2. 樣品表面損傷：當(dāng)聚焦過(guò)于集中時(shí)，電子束的能量過(guò)高可能會(huì)對(duì)樣品表面造成損害。為避免這種情況，應(yīng)適當(dāng)減小束流并適當(dāng)調(diào)節(jié)對(duì)焦。

3. 焦點(diǎn)漂移：由于樣品或電鏡系統(tǒng)的溫度變化，焦點(diǎn)可能會(huì)發(fā)生漂移。為了克服這個(gè)問題，使用精細(xì)的對(duì)焦調(diào)節(jié)系統(tǒng)是非常重要的。

如何確保佳聚焦效果

在掃描電鏡的操作中，確保佳聚焦效果的關(guān)鍵是細(xì)致的調(diào)節(jié)和耐心的操作。除了基礎(chǔ)的物鏡調(diào)節(jié)和光圈控制外，操作員應(yīng)當(dāng)熟悉樣品的特性和掃描參數(shù)的影響，并能夠根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整聚焦參數(shù)。保持電鏡系統(tǒng)的穩(wěn)定性，定期校準(zhǔn)設(shè)備，也能大大提高聚焦效果和圖像質(zhì)量。

掃描電鏡的聚焦是一個(gè)精細(xì)而復(fù)雜的過(guò)程，只有通過(guò)對(duì)電子束的準(zhǔn)確控制與合理調(diào)節(jié)，才能確保獲得高質(zhì)量的掃描圖像。掌握這一過(guò)程的技巧，能夠極大提升掃描電鏡在科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用中的精度和可靠性。

雙聚焦磁質(zhì)譜儀圖片：技術(shù)原理與應(yīng)用

雙聚焦磁質(zhì)譜儀（Dual-Focusing Mass Spectrometer）是一種高精度、高分辨率的儀器，廣泛應(yīng)用于化學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物研究等多個(gè)領(lǐng)域。本文將詳細(xì)介紹雙聚焦磁質(zhì)譜儀的工作原理、技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及其在科學(xué)研究中的重要應(yīng)用，同時(shí)提供相關(guān)的儀器圖片，幫助讀者更好地理解這一先進(jìn)設(shè)備的構(gòu)造和功能。

雙聚焦磁質(zhì)譜儀的工作原理

雙聚焦磁質(zhì)譜儀通過(guò)對(duì)離子的質(zhì)量-電荷比（m/z）進(jìn)行高精度測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜樣本中微量物質(zhì)的定性和定量分析。其核心原理是利用兩個(gè)磁場(chǎng)對(duì)離子進(jìn)行聚焦，從而提高分析的分辨率和準(zhǔn)確性。

在典型的質(zhì)譜分析中，離子源首先將樣品轉(zhuǎn)化為帶電粒子，經(jīng)過(guò)加速后，這些帶電離子進(jìn)入一個(gè)磁場(chǎng)。在個(gè)聚焦階段，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)離子按質(zhì)量進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，不同質(zhì)量的離子會(huì)偏離不同的軌跡。然后，這些離子進(jìn)入第二個(gè)聚焦系統(tǒng)，通過(guò)進(jìn)一步的聚焦和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)離子群體的高效分離和檢測(cè)。，質(zhì)譜儀通過(guò)檢測(cè)器記錄離子的信號(hào)強(qiáng)度，從而獲得質(zhì)譜圖。

雙聚焦磁質(zhì)譜儀通過(guò)優(yōu)化兩個(gè)磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)，不僅提高了分辨率，還降低了離子信號(hào)的背景噪聲，使得對(duì)復(fù)雜樣本的分析更加。

雙聚焦磁質(zhì)譜儀的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1. 高分辨率 雙聚焦磁質(zhì)譜儀的大優(yōu)勢(shì)之一就是其的分辨率。相比傳統(tǒng)的單聚焦磁質(zhì)譜儀，雙聚焦技術(shù)能夠更好地分離質(zhì)量相近的離子，使得分析結(jié)果更加精確。這對(duì)于復(fù)雜的化學(xué)混合物或低濃度樣品的分析尤為重要。

2. 更強(qiáng)的靈敏度 雙聚焦磁質(zhì)譜儀具有較低的背景噪聲，可以在更低的信號(hào)強(qiáng)度下進(jìn)行精確檢測(cè)。這使得它在微量成分分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)及藥物檢測(cè)中具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

3. 廣泛的應(yīng)用范圍 由于其優(yōu)異的性能，雙聚焦磁質(zhì)譜儀在生命科學(xué)、藥物分析、食品安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。例如，在臨床診斷中，它可以用來(lái)檢測(cè)血液樣本中的微量毒素或藥物成分；在環(huán)境科學(xué)中，它可以幫助科學(xué)家監(jiān)測(cè)水質(zhì)、空氣質(zhì)量中的有害物質(zhì)。

   

雙聚焦磁質(zhì)譜儀的典型應(yīng)用

1. 生物醫(yī)學(xué)研究 在生物醫(yī)學(xué)研究中，雙聚焦磁質(zhì)譜儀用于蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)以及藥物代謝的研究。通過(guò)高精度測(cè)量生物大分子和小分子藥物的質(zhì)量信息，研究人員可以了解藥物在體內(nèi)的代謝過(guò)程，進(jìn)而改進(jìn)藥物的治果和安全性。

2. 食品安全檢測(cè) 雙聚焦磁質(zhì)譜儀在食品安全檢測(cè)中發(fā)揮著重要作用。它能夠有效檢測(cè)食品中的添加劑、污染物以及微量的有害物質(zhì)，從而確保食品的質(zhì)量和安全。

3. 環(huán)境污染監(jiān)測(cè) 雙聚焦磁質(zhì)譜儀可用于檢測(cè)空氣、水體和土壤中的污染物，尤其是微量重金屬和有機(jī)污染物的分析。這為環(huán)境保護(hù)提供了有力的技術(shù)支持，能夠幫助相關(guān)部門監(jiān)測(cè)和治理環(huán)境污染。

結(jié)語(yǔ)

雙聚焦磁質(zhì)譜儀憑借其的技術(shù)性能，已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)研究中不可或缺的分析工具。其高分辨率和高靈敏度使其在多個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，無(wú)論是在基礎(chǔ)科研，還是在工業(yè)應(yīng)用中，都展現(xiàn)出了極大的價(jià)值。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)雙聚焦磁質(zhì)譜儀將在更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮更大作用，為科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步提供強(qiáng)有力的支持。

掃描電子顯微鏡怎么聚焦：深入了解聚焦技術(shù)的關(guān)鍵

掃描電子顯微鏡（SEM）是現(xiàn)代科學(xué)研究中不可或缺的工具，廣泛應(yīng)用于材料學(xué)、生物學(xué)、納米技術(shù)等領(lǐng)域。其高分辨率和成像能力使得研究人員能夠觀察到微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。SEM的高效使用離不開精確的聚焦操作，這直接關(guān)系到成像質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文將詳細(xì)探討掃描電子顯微鏡的聚焦原理、操作步驟及常見問題，幫助用戶更好地掌握SEM聚焦技巧。

1. 掃描電子顯微鏡的基本工作原理

掃描電子顯微鏡通過(guò)電子束掃描樣品表面，利用樣品與電子束相互作用產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)形成圖像。與光學(xué)顯微鏡不同，電子顯微鏡使用電子代替光線，因此可以在更高的放大倍率下觀察樣品。聚焦則是確保電子束準(zhǔn)確聚集到樣品表面特定位置，產(chǎn)生清晰圖像的關(guān)鍵過(guò)程。

2. 聚焦的關(guān)鍵步驟與技巧

聚焦掃描電子顯微鏡需要精確調(diào)節(jié)電子束的焦距和掃描參數(shù)。具體步驟包括：

• 調(diào)整電子槍：首先，通過(guò)調(diào)整電子槍電流和加速電壓來(lái)確保電子束穩(wěn)定。如果電子束過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱，都會(huì)影響成像質(zhì)量。
• 粗聚焦與精細(xì)聚焦：通過(guò)調(diào)節(jié)物鏡（或聚焦透鏡）的電壓，粗略地將電子束聚焦到樣品上。之后，使用精細(xì)聚焦調(diào)節(jié)器，細(xì)致地調(diào)整焦距，確保圖像清晰。
• 掃描范圍調(diào)節(jié)：確保掃描區(qū)域與樣品的實(shí)際大小相匹配。過(guò)大的掃描區(qū)域可能導(dǎo)致圖像模糊，過(guò)小則可能錯(cuò)過(guò)關(guān)鍵信息。

3. 聚焦時(shí)常見問題及解決方法

在使用SEM時(shí)，聚焦不準(zhǔn)是常見的問題之一。常見問題及其解決方法如下：

• 圖像模糊：可能是因?yàn)殡娮邮凑_聚焦，需再次調(diào)整焦距或電子槍參數(shù)。
• 焦點(diǎn)漂移：長(zhǎng)期使用可能導(dǎo)致電子束位置漂移。此時(shí)需要重新校準(zhǔn)儀器，檢查電壓和電流設(shè)置。
• 樣品表面不平整：表面粗糙或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的樣品容易造成聚焦困難。應(yīng)選用適當(dāng)?shù)姆糯蟊堵剩⒆⒁鈽悠返奶幚砗蜏?zhǔn)備工作。

4. 聚焦技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

隨著電子顯微鏡技術(shù)的不斷進(jìn)步，聚焦技術(shù)也在不斷發(fā)展。例如，自動(dòng)化聚焦系統(tǒng)的出現(xiàn)大大提高了操作的度和效率，同時(shí)降低了操作人員的技能要求。未來(lái)，結(jié)合人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的自動(dòng)聚焦技術(shù)有望進(jìn)一步提升掃描電子顯微鏡的性能，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)流程。

結(jié)論

掃描電子顯微鏡的聚焦技術(shù)是確保高質(zhì)量成像的核心。在實(shí)際操作中，了解聚焦的基本原理，掌握聚焦技巧，并及時(shí)解決常見的聚焦問題，能夠大幅提高實(shí)驗(yàn)的精確度與效率。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)SEM的聚焦過(guò)程將變得更加自動(dòng)化和智能化，為科學(xué)研究提供更為強(qiáng)大的支持。

透射電子顯微鏡怎么聚焦：深入解析聚焦原理與操作技巧

透射電子顯微鏡（TEM）作為一種高分辨率的科學(xué)研究工具，廣泛應(yīng)用于材料學(xué)、生命科學(xué)及納米技術(shù)等領(lǐng)域。其關(guān)鍵技術(shù)之一就是聚焦，決定了顯微鏡成像的清晰度與準(zhǔn)確性。在本文中，我們將深入探討透射電子顯微鏡的聚焦原理、常見的聚焦方法及操作技巧，幫助用戶更好地掌握這一精密設(shè)備，提升顯微鏡的使用效果和圖像質(zhì)量。

透射電子顯微鏡聚焦的原理

透射電子顯微鏡的工作原理依賴于電子束與樣品相互作用，進(jìn)而產(chǎn)生放大圖像。聚焦的核心目標(biāo)是通過(guò)電子透鏡系統(tǒng)將電子束精確地集中到樣品的特定區(qū)域，從而獲得清晰的圖像。顯微鏡中電子束的聚焦過(guò)程與光學(xué)顯微鏡有所不同，因?yàn)殡娮拥牟ㄩL(zhǎng)比可見光波長(zhǎng)短，能夠提供更高的分辨率。

透射電子顯微鏡的聚焦方法

1. 粗聚焦與精細(xì)聚焦

在使用透射電子顯微鏡時(shí)，首先進(jìn)行粗聚焦。這是通過(guò)調(diào)整顯微鏡中的粗調(diào)焦輪來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通常用于將樣品大致放置在視野內(nèi)。之后，通過(guò)精細(xì)調(diào)焦調(diào)整電子束，使圖像更加清晰，精確控制焦距，以獲取佳的圖像細(xì)節(jié)。

2. 電子束調(diào)整

為了確保聚焦效果，操作人員需要根據(jù)樣品的厚度和類型適時(shí)調(diào)整電子束的強(qiáng)度和聚焦位置。過(guò)強(qiáng)的電子束可能導(dǎo)致樣品損傷或圖像失真，而過(guò)弱的電子束則可能影響圖像質(zhì)量。

3. 離焦與焦距調(diào)節(jié)

通過(guò)對(duì)透射電子顯微鏡的離焦控制，可以優(yōu)化圖像的清晰度。離焦是指電子束未能準(zhǔn)確聚焦到樣品表面，通常表現(xiàn)為圖像模糊。通過(guò)調(diào)節(jié)焦距并適當(dāng)調(diào)整顯微鏡的透鏡系統(tǒng)，可以有效避免這一問題，確保成像清晰。

4. 自動(dòng)聚焦技術(shù)

許多現(xiàn)代透射電子顯微鏡配備了自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)整焦距，以確保成像的穩(wěn)定性。雖然自動(dòng)聚焦系統(tǒng)提高了操作的便捷性，但仍需在復(fù)雜樣品或高分辨率成像時(shí)手動(dòng)微調(diào)，以獲得理想的效果。

影響聚焦效果的因素

1. 樣品的厚度與形態(tài)

樣品的厚度直接影響電子束的穿透深度，從而影響焦點(diǎn)的準(zhǔn)確性。較厚的樣品需要較強(qiáng)的聚焦，而薄樣品則相對(duì)容易聚焦。樣品的形態(tài)和材質(zhì)特性也會(huì)對(duì)聚焦效果產(chǎn)生影響，需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整聚焦策略。

2. 顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)

顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)，包括電子槍、透鏡以及其他組件，都會(huì)影響聚焦效果。老化的組件或損壞的鏡頭可能導(dǎo)致聚焦困難，影響圖像質(zhì)量。因此，定期的顯微鏡維護(hù)和校準(zhǔn)是確保其正常工作的關(guān)鍵。

3. 操作技巧與經(jīng)驗(yàn)

透射電子顯微鏡的操作不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的物理調(diào)整過(guò)程，操作人員的經(jīng)驗(yàn)和技巧同樣至關(guān)重要。熟練的操作員可以更好地掌握不同類型樣品的聚焦要求，避免因操作不當(dāng)導(dǎo)致的圖像失真。

結(jié)語(yǔ)

透射電子顯微鏡的聚焦技術(shù)是顯微鏡成像的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到圖像質(zhì)量與分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。從粗聚焦到精細(xì)調(diào)焦，再到自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的應(yīng)用，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要操作人員細(xì)致入微的調(diào)整和操作。了解并掌握這些聚焦技巧，對(duì)于提升研究質(zhì)量、減少誤差具有重要意義。對(duì)于任何進(jìn)行透射電子顯微鏡研究的專業(yè)人員而言，熟練掌握這些操作無(wú)疑是科研成功的關(guān)鍵。