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Efectos del blindaje electromagnético en el entorno del laboratorio de microscopía electrónica (Parte 6): temperatura, humedad, flujo de aire y ruido
Efectos del blindaje electromagnético en el entorno del laboratorio de microscopía electrónica (Parte 6): temperatura, humedad, flujo de aire y ruido
Temperatura Los requisitos de temperatura para los microscopios Eelectron M no son particularmente altos. Normalmente, temperaturas de alrededor de 26 grados centígrados en verano y 20 grados centígrados en invierno son aceptables para el confort y la eficiencia energética. Sin embargo, la tasa de cambio de temperatura es importante; los requisitos comunes son ≤0,5 °C/3 minutos o ≤0,5 °C/5 minutos. Los sistemas de aire acondicionado central de buena calidad generalmente pueden cumplir con estos requisitos. Por ejemplo, una marca conocida de aire acondicionado split tiene un ciclo de cuatro minutos con fluctuaciones de temperatura de alrededor de 1 grado centígrado. El uso de sistemas de aire acondicionado de precisión generalmente no ofrece beneficios significativos en términos de precio, costos de mantenimiento y aplicabilidad. En la práctica, los microscopios Hde alta precisión Eelectrónicos M tienden a ser voluminosos y a tener mayores capacidades caloríficas. Mientras la variación de temperatura dentro de la habitación no sea significativa, es poco probable que pequeñas fluctuaciones dentro de un período corto tengan un impacto perceptible. Es importante evitar temperaturas excesivamente bajas en la sala del microscopio electrónico para evitar la condensación y el goteo de agua en las tuberías de agua de refrigeración, tuberías de nitrógeno líquido y matraces Dewar. Por ejemplo, hubo un caso en el que una placa de circuito espectroscópica antigua colocada incorrectamente debajo de un matraz Dewar de nitrógeno líquido se dañó debido al goteo de condensación. Con respecto a las salas de equipos auxiliares, como las que albergan tanques de agua de refrigeración por circulación, compresores de aire, unidades de suministro de energía ininterrumpida (UPS) y bombas de vacío, es necesario calcular la capacidad requerida del sistema de aire acondicionado en función de la disipación de calor proporcionada. en las especificaciones del equipo. Si la temperatura en la sala de equipos auxiliares es demasiado alta, puede reducir la eficiencia de enfriamiento del tanque de agua de refrigeración de circulación y aumentar la deriva térmica de las lentes. Por lo tanto, se recomienda mantener la temperatura en la sala de equipos auxiliares por debajo de 35 grados Celsius durante todo el año. Hhumedad Las muestras congeladas tienen requisitos de humedad elevados y algunos usuarios prefieren una humedad relativa inferior al 25 %. Sin embargo, una humedad extremadamente baja puede provocar descargas electrostáticas. Para solucionar este problema, la máquina de preparación de fracturas por congelación se puede acercar al Microscopio electrónico para minimizar el tiempo de exposición de las muestras congeladas, reduciendo así los requisitos de humedad. Por lo general, una humedad relativa inferior al 65% es suficiente para la sala del microscopio electrónico, lo cual es un requisito relativamente bajo que la mayoría de los sistemas de aire acondicionado pueden cumpli...
Efectos del blindaje electromagnético en el entorno del laboratorio de microscopía electrónica (Parte 5): la conexión a tierra de los microscopios electrónicos
Efectos del blindaje electromagnético en el entorno del laboratorio de microscopía electrónica (Parte 5): la conexión a tierra de los microscopios electrónicos
Como es bien sabido, los equipos eléctricos requieren conexión a tierra para su protección. La carcasa exterior o las partes metálicas expuestas de varios dispositivos deben conectarse directamente a tierra para garantizar que, en caso de cortocircuito o fuga, el voltaje en la carcasa o las piezas metálicas expuestas permanezca dentro de un rango seguro para el contacto humano (el La norma de seguridad actual especifica un voltaje que no excede los 24 V), garantizando así la seguridad personal. Los Mmicroscopios electrónicos no son una excepción y también requieren conexión a tierra por motivos de seguridad. En caso de una fuga en el sistema, se proporciona una ruta de descarga para garantizar la seguridad de los operadores o del personal de mantenimiento. Sin embargo, existe un requisito especial para los microscopios Eelectrones M. El cable de conexión a tierra del microscopio electrónico sirve como punto de referencia común de "potencial cero" para varios subsistemas dentro del microscopio electrónico (como detectores, amplificadores de procesamiento de señales, control del haz de electrones, etc.), y el voltaje debe ser estable a potencial cero. En teoría, el cable de tierra es un punto de referencia con voltaje cero. Sin embargo, en la práctica, cuando hay una corriente en el circuito de puesta a tierra (esta corriente generalmente se denomina corriente de fuga o corriente de tierra, que es la suma vectorial de las corrientes de fuga generadas por varios equipos eléctricos), cualquier terminal de puesta a tierra en el circuito de puesta a tierra El circuito tendrá un voltaje de tierra (debido a que la resistencia a tierra de cualquier cable de tierra, aunque pequeña, no puede ser cero, de acuerdo con la ley de Ohm V = IR, el voltaje de tierra V no será cero cuando la corriente de fuga I sea distinta de cero). Aunque este voltaje de tierra suele ser insignificante, para Eelectrones Mmicroscopios que a menudo necesitan ampliar imágenes entre decenas de miles y millones de veces, el El impacto resultante suele ser significativo y no puede ignorarse. La fluctuación del voltaje de tierra causa directamente artefactos similares a campos magnéticos e interferencias de vibración en los bordes verticales de la imagen escaneada y, en casos severos, puede causar vibración en la imagen. La solución a este problema es simple y consiste en configurar un circuito de conexión a tierra dedicado específicamente para el microscopio electrónico, lo que se conoce como "bucle de tierra único". Esto elimina la interferencia de las corrientes de fuga de otros dispositivos eléctricos en el mismo circuito de alimentación al Eelectrón Mmicroscopio. Tenga en cuenta que el cuerpo de tierra, el cable de tierra y el terminal de tierra deben ser independientes y no estar conectados a ningún cuerpo conductor para garantizar la total independencia del cable de tierra. Se deben evitar los siguientes errores comunes: 1) No instalar un cuerpo de tierra completamente independien...
Efectos del blindaje electromagnético en el entorno del laboratorio de microscopía electrónica (Parte 4): mejora del entorno de vibración de baja frecuencia
Efectos del blindaje electromagnético en el entorno del laboratorio de microscopía electrónica (Parte 4): mejora del entorno de vibración de baja frecuencia
Primero, analicemos las causas de las vibraciones de baja frecuencia. Pruebas repetidas han demostrado que las vibraciones de baja frecuencia son causadas principalmente por las resonancias del edificio. Las especificaciones de construcción para edificios industriales y civiles son generalmente similares en términos de altura de piso, canto, luz, secciones de vigas y columnas, paredes, vigas de piso, losas de balsa, etc. Aunque puede haber algunas diferencias, particularmente en lo que respecta a las resonancias de baja frecuencia, Se pueden identificar características comunes. A continuación se muestran algunos patrones observados en las vibraciones de los edificios: 1. Los edificios con plantas lineales o puntiformes tienden a exhibir resonancias de baja frecuencia más grandes, mientras que aquellos con otras formas como T, H, L, S o U tienen resonancias más pequeñas. 2. En edificios con plantas lineales, las vibraciones a lo largo del eje largo suelen ser más pronunciadas que las del eje corto. 3. En un mismo edificio, el primer piso sin sótano suele ser el que sufre las vibraciones más pequeñas. A medida que aumenta la altura del suelo, las vibraciones empeoran. Las vibraciones en el primer piso de un edificio con sótano son similares a las del segundo piso, y las vibraciones más bajas generalmente se observan en el nivel más bajo del sótano. 4. Las vibraciones verticales son generalmente mayores que las vibraciones horizontales y son independientes del nivel del suelo. 5. Las losas de piso más gruesas dan como resultado menores diferencias entre las vibraciones verticales y horizontales. En la mayoría de los casos, las vibraciones verticales son mayores que las vibraciones horizontales. 6. A menos que exista una fuente de vibración importante, las vibraciones dentro del mismo piso de un edificio son generalmente consistentes. Esto se aplica a ubicaciones en el medio de una habitación, así como a aquellas cercanas a paredes, columnas o vigas elevadas. Sin embargo, incluso si las mediciones se toman en el mismo lugar sin ningún movimiento y con un intervalo de unos pocos minutos, es probable que los valores difieran. Ahora que conocemos las fuentes y las características de las vibraciones de baja frecuencia, podemos tomar medidas de mejora específicas y realizar evaluaciones avanzadas de las condiciones de vibración en determinados entornos. Mejorar las vibraciones de baja frecuencia puede resultar costoso y, en ocasiones, no es factible debido a limitaciones ambientales. Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, suele ser ventajoso elegir o reubicarse en un mejor sitio para operar un laboratorio de microscopio electrónico. A continuación, analicemos el impacto de las vibraciones de baja frecuencia y las posibles soluciones. Las vibraciones por debajo de 20 Hz tienen un efecto perturbador significativo en los microscopios electrónicos, como se muestra en las siguientes figuras. Imagen 1 Imagen 2 La imagen 1 y la imagen 2 fueron tomadas por el m...
Efectos del blindaje electromagnético en el entorno del laboratorio de microscopía electrónica (Parte 3): comparación de varios métodos para mejorar el entorno electromagnético
Efectos del blindaje electromagnético en el entorno del laboratorio de microscopía electrónica (Parte 3): comparación de varios métodos para mejorar el entorno electromagnético
El entorno de un laboratorio de microscopía electrónica no afecta directamente al microscopio electrónico en sí, sino que afecta la calidad de las imágenes y el rendimiento general del microscopio. Durante el funcionamiento de un microscopio electrónico, el fino haz de electrones debe viajar en un ambiente de alto vacío, cubriendo una distancia de 0,7 metros (para Scanning Eelectrón Microscope) a más de 2 metros (para Ttransmisión Eelectrón Microscope). A lo largo del camino, factores externos como campos magnéticos, vibraciones del suelo, ruido en el aire y flujos de aire pueden hacer que el haz de electrones se desvíe de su camino previsto, lo que provoca una degradación en la calidad de la imagen. Por lo tanto, es necesario cumplir requisitos específicos para el entorno circundante. El blindaje electromagnético pasivo de baja frecuencia implica principalmente dos métodos, que difieren en el material de blindaje utilizado: un método utiliza materiales de alta permeabilidad (como acero, acero al silicio y aleaciones de mu-metal), y el otro método utiliza materiales de alta conductividad(como cobre y aluminio). Aunque los principios de funcionamiento de estos dos métodos son diferentes, ambos logran una reducción efectiva de los campos magnéticos ambientales. A. El método del material de alta permeabilidad, también conocido como método de desvío del circuito magnético, funciona encerrando un espacio finito (Región A) con materiales de alta permeabilidad. Cuando la intensidad del campo magnético ambiental es Ho, la reluctancia magnética del material de alta permeabilidad es mucho menor que la del aire (el acero Q195 común tiene una permeabilidad de 4000, el acero al silicio varía de 8000 a 12000, las aleaciones de mu-metal tienen una permeabilidad de 24000, mientras que el aire tiene un valor aproximado de 1). Aplicando la ley de Ohm, cuando Rs es mucho menor que Ro, la intensidad del campo magnético dentro del espacio cerrado (Región A) disminuye a Hi, logrando la desmagnetización (ver Figura 1 y Figura 2, donde Ri representa la reluctancia del aire dentro del espacio A, y Rs representa la renuencia del material de blindaje). Dentro del material de protección, los dominios magnéticos sufren vibraciones y disipan energía magnética en forma de calor bajo la acción del campo magnético. Dado que el acero al silicio y las aleaciones de mu-metal exhiben anisotropía en la permeabilidad y no se pueden martillar, doblar ni soldar durante la construcción (aunque en teoría, el tratamiento térmico puede mejorar estas propiedades, no es práctico para productos fijos grandes), su rendimiento efectivo es significativamente reducido. Sin embargo, aún se pueden utilizar con fines complementarios o de refuerzo en determinadas áreas especiales sin martillar, doblar ni soldar. Los materiales de alta permeabilidad son costosos, por lo que generalmente no se usan ampliamente en el blindaje de microscopios electrónicos y solo se ven en unas pocas áreas específicas (com...
Efectos del blindaje electromagnético en el entorno del laboratorio de microscopio electrónico (Parte 2): sistema activo de desmagnetización de baja frecuencia
Efectos del blindaje electromagnético en el entorno del laboratorio de microscopio electrónico (Parte 2): sistema activo de desmagnetización de baja frecuencia
El entorno de un laboratorio de microscopía electrónica no afecta directamente al microscopio electrónico en sí, sino que afecta la calidad de las imágenes y el rendimiento general. Durante el funcionamiento de un microscopio electrónico, el fino haz de electrones debe viajar en un ambiente de alto vacío, cubriendo una distancia de 0,7 metros (para Scanning Eelectrón Microscope) a más de 2 metros (para Ttransmisión Eelectrón Microscope). A lo largo del camino, factores externos como campos magnéticos, vibraciones del suelo, ruido en el aire y flujos de aire pueden hacer que el haz de electrones se desvíe de su camino previsto, lo que provoca una degradación en la calidad de la imagen. Por lo tanto, es necesario cumplir requisitos específicos para el entorno circundante. El Asistema Lde magnetización Dactivo S, compuesto principalmente por un detector, un controlador, y bobina de desmagnetización, es un dispositivo especializado que se utiliza para mitigar campos electromagnéticos de baja frecuencia de 0,001 Hz a 300 Hz, denominado Demagnetizador. Desmagnetizadores Se pueden clasificar en tipos de CA y CC según sus rangos de trabajo, y algunos modelos combinan ambos tipos para satisfacer diferentes entornos de trabajo. Las ventajas de los desmagnetizadores de baja frecuencia incluyen su tamaño pequeño, su diseño liviano, que ahorra espacio y la capacidad de instalarse después de la construcción. Son particularmente adecuados para entornos donde es difícil construir blindaje magnético, como salas blancas. Independientemente de la marca, los principios básicos de funcionamiento de los desmagnetizadores son los mismos. Utilizan un detector de tres ejes para detectar señales de interferencia electromagnética, controlan dinámicamente y emiten corrientes antifase a través de un controlador PID y generan campos magnéticos antifase con bobinas de desmagnetización tridimensionales (normalmente tres juegos de seis bobinas rectangulares cuasi-Helmholtz). ), neutralizando y cancelando efectivamente el campo magnético en un área específica, reduciéndolo a un nivel de intensidad menor. La precisión teórica de la desmagnetización de los desmagnetizadores puede alcanzar 0,1 m Gauss p-p, o 10 nT, y algunos modelos afirman tener una precisión aún mayor, pero esto solo se puede lograr en el centro del detector y no se puede medir directamente con otros instrumentos debido a la interferencia mutua en las proximidades. distancias o el fenómeno de "Superficie equipotencial" a distancias mayores. Los desmagnetizadores ajustan automáticamente la corriente de desmagnetización en función de los cambios en el entorno. A veces, la corriente puede ser significativa. Es importante prestar atención a la disposición del cableado cuando hay otros instrumentos sensibles cerca para evitar interferencias con su funcionamiento normal. Por ejemplo, los dispositivos de exposición a haces de electrones se han visto afectados por detectores de campos magnéticos en funcionamiento cercanos...
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