逻辑分析在电子显微镜故障分析中的应用

　　电子显微镜已广泛应用于机械、电子、材料、生物、医学等各个领域。我国自七十年代起逐步引进的各种形式的电子显微镜使用至今已有二十多年,这些大型精密设备在使用中会出现各种故障,特别是早期引进的电镜由于使用已久,故障率会不断地增加。虽然这些设备已使用了好多年,但这些大型仪器价格昂贵,根据我国情况,要更新有一定的困难;若要请生产厂商来修理,不仅停机时间长,而且修理费用也相当高。特别是使用年头较久的电镜,随着设备的老化程度增加,修理费用更高。为适应我国的实际情况,充分发挥这些大型设备的作用,可采取使用单位自己修理,这样只要投入少量的维修费(仅原材料费),就可保证这些大型仪器设备经常处于完好状态,大大延长其使用寿命,节省了大量的经费。

　　但是这些大型设备是综合了几个现代学科的高新技术设备,因此要分析和排除这些设备的故障是有相当难度的。同一种故障现象可能是多种原因造成的,因此要有正确的故障分析方法,才能快速而准确地判断出故障产生的原因,否则由于故障判断的错误或者方法使用不当,不仅不能使设备恢复正常,有时还会加重故障,甚至损坏设备。根据我们多年的故障分析经验,认为应该采用逻辑分析方法,首先从设备的整体组成框图中,根据故障现象来测试分析,从而判断出故障产生于某一区域。然后再从该区域通过测试分析来判断故障产生于某一部分,最后再从某一部分中找出具体故障原因。这样从整体到部分再到具体故障原因的逻辑分析方法,就很容易地将故障找到。但必须注意,在整个分析测试过程中尽量不要先去拆动设备内部的零部件,应该尽量在部件与部件之间的电气连接器处进行测试,以免由于测试不当而进一步损坏设备。下面通过对JXA-733电子探针的一个具有代表性的故障分析[1]来说明这种故障分析方法。

　　故障现象　有一台已使用十多年的JXA-733电子探针,按正常开机程序,到达规定的高真空状态后,接通高压加上灯丝电压,此时在显示屏上背散射电子像正常,但观察不到二次电子像。

　　故障分析　由JXA-733电子探针所提供的文献资料[2]分析,电子探针的二次电子成像及背散射电子成像的原理框图可简化为图1所示。

　　由图1可知被测样品在电子光学高真空系统中(即镜筒中)经能量足够高的一束细聚焦电子束轰击样品表面,产生出背散射电子和二次电子。它们在电子光学系统中,通过各自的探测器接收,经分别放大和成像后,送入图像选择器。两个图像信号经图像选择器选择后,在显示器上可显示出背散射电子像或二次电子像。根据上述成像原理,结合故障的现象来分析,由于背散射电子能在显示器上正常显示图像,而二次电子像不能在显示器显示图像,说明电子光学系统中的真空度达到高真空状态,背散射电子成像回路正常。所以故障只可能发生在电子光学系统、二次电子探测器、前置放大器、二次电子成像器和图像选择器这五部分组成的二次电子成像及选择回路中(参见图1)。这样,把故障产生的范围从整体压缩到某一区域。