专利名称：一种电场和温场可变的电声信号探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电场和温场可变的电声信号探测器，属于功能材料和器件领域。
扫描电声显微镜(SEAM)是把现代电子光学技术、电声技术、压电传感技术、弱信号检测技术、图像处理技术以及计算机技术等多项现代技术融为一体的仪器，它具有微区性能研究、内部缺陷检测和微结构分析的多功能综合功能，在材料科学和功能器件研究和开发中已显示了日益重要的作用。而多功能电声信号探测器是扫描电声显微镜系统中的核心部件，它不仅在电声成像过程中可将声能转变成电能，更重要的可用它来检测强度受调制的电子束与试样互作用的而产生的有用信息。
然而，无论从基础研究角度和实用的角度，人们更感兴趣的这些互作用的信息在外界条件，如温度、电场改变时的动态行为。亦就是说，不仅要求电声信号探测器具有高灵敏度(因为含有试样微结构、微区性能和缺陷信息的信号幅度都是非常微弱的)、宽频带、低燥声、抗干扰，而且还要在不影响真空系统政党工作的前提下，同时能改变温场和电场。
因为电声信号探测器是在高真空电子枪内工作的，因此其结构必须紧凑，温度和电压的施加均必须方便可靠，且不干扰与之相贴近的前置放大器的功能，在技术上有相当的难度。经国际联机检索，至今尚未查到有关可变电场和温场的多功能电声信号探测器方面的专利和文献报导，反映了这方面工作的复杂性。同时也说明本发明创造的实质性特点和显著的进步。
本实用新型的目的在于提供一种电场和温场可变的多功能电声信号探测器。亦即带有可变的电场和温场电声信号探测器是被结构紧凑地安放在高真空电子枪内，且电场和温场的施加不会影响探测器的工作状态及扫描电声显微镜的正常工作。
以下结合附图，对电场和温场可变的多功能电声信号探测器作详细描述。
根据多功能电声信号探测器的工作要求，主要由三部份构成。一是电声信号传感器及前置放大器；二是可变电场控制装置；三是小型温场可变的加热炉及温度控制装置。
图1为电场和温场可变的多功能电声信号探测器的结构示意图。
图2为图1探测器中的电声信号传感器的结构示意图。
图3为图1探测器中温场可变的加热炉结构示意图。
图中1．被测试样，2．电声信号传感元件，3．电声信号传感器壳体，4．加热炉壳体，5．前置放大器，6．温度控制装置，7．可变电场控制装置，31．电声信号传感器盖，32．电极片，33．输出电缆，34．绝缘室，35．连接接口，41．加热炉上隔板，42．加热炉盖，43．加热炉下隔板，44．加热炉芯，45．电热丝，46．加热炉下隔板，47．测温元件。
现将示意图1中各构件的作用的和结构上的相互关联阐述如下。被测试样1的形状可以是体材料、薄片或薄膜，其材质可以为金属、非金属以及半导体等，它放在电声信号传感元件上方，直接与传感元件面接触；电声信号传感元件2是选用高机电耦合系数材料，D33＞2000，Kp≈0．94，元件尺寸的确定取决于选择的振动模式(谐振)；选用高居里温度材料适用于高温下工作，具有高能量转换系数；电声信号传感器壳体3具有二个作用一是将被测试样1与传感元件2合为一体，组成电声信号传感器单元结构，二是可屏蔽电磁场引起的杂散信号；加热炉壳体4的内部放置加热炉，采用螺纹连接上下二部分，能方便调换样品，同时又可固定下隔板46；
前置放大器5结构上采用内置式，即前置放大器紧连电声传感元件，可装于电声显微镜镜筒内，缩短信号引线，降低噪声。电路上选取用新型半导体器件，达到了高增益、低噪声且易与传感元件相匹配；温度控制装置6用于对加热炉提供加热电源，控制被测试样的温度。为避免加热电源对电声显微镜电子光学系统产生干扰，选用波纹因素小的可变直流电源；为扩大温度可变的调节范围，采用特殊电路设计，实现从接近零的起始电压调节；电场可变控制装置7，用于提供被测试样的可变电场，它的特点之一是采用顶针接触式将电场施加于被测样品上，特点之二根据不同的实验要求采用横向和纵向二种方式控制，实时观察被测试样动态性能。
电声信号传感器是由电声信号传感器盖31和屏蔽壳体3组成，探测器盖的作用一是固定传感元件2，消除外加因素产生位移而影响传感元件因电声效应产生的振动，二是将传感元件表面接地，防止系统的杂散信号渗入到被测信号中；电极片32与电声传感元件2采用焊接式结构，解决信号耦合输出，它可选用不同厚度电极片或通过电极片数量的增减，调节测试样品安装高度，扩大试样应用范围，降低试样制备难度；选用耐高温的屏蔽电缆作为输出电缆33，既可输出信号并能屏蔽杂散信号；为防止传感元件输出信号短路，特设计隔离室34，输出电缆33与前置放大器5之间通过特殊连接接口，它耐高温而又采用机械锁紧方法连接。
由图3可见，电声信号传感器壳体3放在加热炉壳体4中的加热炉内，加热炉由上隔板41、下隔板46、加热炉盖42、隔热体43以及加热炉芯44和电热丝45构成。其中加热炉上隔板41，系加热炉的部件之一，起隔热作用。目的是不影响扫描电声显微镜系统正常工作，结构上开有喇叭形观察窗，便于电子枪发射电子到被测试样上；加热炉盖42和隔热体43是由耐高温而又隔热性能良好的材料制成，如Si3N4、Al2O3、ZrO2等，阻隔热源与外界接触；电热丝45穿过特殊设计加热炉芯44采用纵向贴壁内绕方式，既提高热效率而又可简化炉体隔热结构，且发热体放置需不影响电子束正常路径；加热炉下隔板46阻止热量向下传递到样品上影响电镜工作；同时又是炉芯的安装基板，炉芯放置在下隔板46上面，加热炉的炉温是通过测温元件47测定的。
从图1-图3可见，本实用新型提供的电场和温场可变的电声信号探测器，具有结构紧凑特点，既使施加于被测样品上的电场、温场可变，而又考虑了电场和温度的施加不对电声显微镜系统的影响，真正实现了在温场、电场改变时试样的动态行为的观察。
权利要求1．一种电场和温场可变的电声信号探测器，包括电声信号传感器、前置放大器，其特征在于(1)它由电声信号传感元件、电声信号传感器壳体、加热炉壳体、前置放大器、温度控制装置和电场可变装置构成。(2)电声传感器壳体将被测试样与传感元件合为一体，组成电声信号传感器单元结构；(3)加热炉壳体内部放置加热炉，采用螺纹连接上下二部分，发热体放置需不影响电子束正常路径；电声信号传感器壳体放在加热炉内；(4)结构上采用内置式的前置放大器，紧连电声信号传感元件；可装于电声显微镜筒内；(5)温度控制装置选用波纹因素小的可变直流电源；(6)电场可变控制装置采用顶针接触式将电场施加于被测样品上并采用纵向和横向二种方式控制。
2．按权利要求1所述的探测器，其特征在于所述的电声信号传感器是由电声传感器盖和屏蔽壳体组成。
3．按权利要求1所述的探测器，其特征在于所述的电声传感元件与电极片间采用焊接式结构，选用耐高温屏蔽电缆作为输出电缆，输出电缆与前置放大器通过耐高温机械锁紧方式连接。
4．按权利要求1、2所述的探测器，其特征在于所述的电极片，可选用不同厚度电极片或通过电极片数量增减。
5．按权利要求1所述的探测器，其特征在于所述的加热炉是由上、下隔板，加热炉盖，隔热体以及加热炉芯和发热体构成。
6．按权利要求1所述的探测器，其特征在于在上隔板上开有喇叭形观察窗，下隔板又是炉芯的安装基板。
7．按权利要求1所述的探测器，其特征在于电热丝穿过加热炉芯，采用纵向贴壁内绕方式。
8．按权利要求1所述的探测器，其特征在于加热炉盖是由耐高温材料，如Si3N4、ZrO2、Al2O3制成的。
9．按权利要求1所述的探测器，其特征在于所述的加热炉炉温是通过测温元件测定的。
专利摘要本实用新型涉及一种电场和温场可变的电声信号探测器,属于功能材料和器件领域,本实用新型提供的电声信号探测器是由电声信号传感器及前置放大器,可变电场控制装置以及小型温场可变的加热炉及温度控制装置构成。本探测器具有结构紧凑特点,可在高真空电子枪内工作,电场、温场的可变,对电声显微镜系统不产生影响,达到了动态观察试样的目的。
文档编号G01N29/06GK2413284SQ00216648
公开日2001年1月3日 申请日期2000年3月1日 优先权日2000年3月1日
发明者殷庆瑞, 惠森兴 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所