(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210476653.1 (22)申请日 2022.04.30 (71)申请人 文天精策仪 器科技 （苏州） 有限公司 地址 215000 江苏省苏州市吴江区江陵街 道云创路227号生物医药启动区4号楼 406-1 申请人 华东理工大 学 (72)发明人 赵天彪　张显程　汪明炉　谈建平　 谢煜　 (74)专利代理 机构 北京盛凡佳华专利代理事务 所(普通合伙) 11947 专利代理师 王小燕 (51)Int.Cl. G01N 23/2251(2018.01) G01N 3/02(2006.01)G01N 3/18(2006.01) G01N 3/38(2006.01) H02K 11/01(2016.01) H02K 11/02(2016.01) H01B 7/17(2006.01) (54)发明名称 一种基于扫描电镜的高低温原位力学测试 系统 (57)摘要 本发明一种基于扫描电镜的高低温力学测 试系统， 应用在扫描电镜的真空测试腔内， 包括 驱动机构、 传动机构、 夹具、 高低温原位力学测试 装置载荷加载系统及高低温控制系统、 电磁消除 系统、 真空光栅尺， 所述载荷加载系统控制驱动 机构和传动机构以实现对试样的夹持， 以及力的 测试， 所述高低温控制系统调节控制所述高低温 试验台的实验温度， 实现样品在高低温环境下的 力学测试， 通过低温液体在银质块体中的气化及 传热， 使得银质块体达到 ‑196℃～室温之间的某 一低温值， 并通过高低温载物台利用热传导将试 样温度降低至实验目标值， 电磁屏蔽涂层减少电 磁辐射对电镜的影 响， 该真空测试腔具有专用电 镜接口， 利于保持真空状态， 提高实验精度。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114813809 A 2022.07.29 CN 114813809 A 1.一种基于扫描电镜的高低温力学测试系统， 应用在扫描电镜的真空测试腔内， 其特 征在于： 所述高低温原 位力学测试装置包括底座， 具有安装槽以及一传动箱； 驱动机构和传 动机构， 所述驱动机构是指具有在真空环境下工作的电机， 连接于所述传动机构， 所述传动 机构置于所述传动箱中， 所述传动机构至少部分位于所述 安装槽中； 夹具， 安装在所述 安装槽中的丝杠传动机构上； 高低温试验台， 设置在所述 安装槽内， 且位于 两个所述夹具之间； 所述低温试验台包括高低温载物台以及与高低温载物台连接的高低温控制系统， 所述 高低温载物台内部具有相通的制冷液通道， 所述制冷液通道具有一进液 口和一出液口， 所 述低温控制系统通过进液管与进液 口连通， 液氮管路通过真空法兰与外部高低 温控制器、 液氮罐连通， 电磁消除系统， 所述的电磁消除系统包括消磁线圈， 缠绕于驱动机构伺服电机外部， 通 过导线与电镜真空腔体外 部的信号采集器和信号发生器相连接； 真空光栅尺， 所述的真空光栅尺与传动机构通过相对位移 的滑块连接， 当滑块位移时 将位移信号 转换成光电信号传输 至外部位移控制器。 2.根据权利要求1所述的基于扫描电镜的高低温力学测试系统， 其特征在于： 所述驱动 机构包括一伺服电机， 所述伺服电机具有一驱动轴， 所述传动机构包括至少一根丝杆， 还包 括第一同步齿轮、 第二同步齿轮以及蜗轮蜗杆， 所述驱动轴连接有一光电编 码器， 所述驱动 轴与第一同步齿轮连接， 所述第一同步齿轮和第二同步齿轮啮合， 所述第二同步齿轮与蜗 轮蜗杆啮合， 所述蜗轮蜗杆由高速蜗轮蜗杆和低速蜗轮蜗杆组成两级蜗轮蜗杆， 进行减速 增距， 用于改变动力 传递方向， 所述丝杆为滚珠丝杆， 滚珠丝杆输出的动力沿滚珠丝杆的轴 线方向， 所述伺服电机外部具有电磁线圈与电磁信号检测传感器， 通过导线与电镜真空腔 体外部的信号采集器和信号发生器相连接， 电磁信号检测传感器采集到电磁强度和和相 位， 反馈给信号发生器， 信号发生器换将电磁信号算成电磁线圈产生相同强度且相位相 差 180°的电流， 电流通过导线激发伺服电机上电磁线圈产生电磁场， 消除伺服电机所产生的 电磁场。 3.根据权利要求1所述的基于扫描电镜的高低温力学测试系统， 其特征在于： 所述安装 槽包括第一安装槽和第二安装槽， 第一安装槽内设置有伺服电机以及驱动轴， 所述驱动轴 与丝杆平行， 所述夹具包括至少两个横梁， 每一横梁中部均设有一夹具， 所述丝杆具有两 根， 两根丝杆同时与蜗 轮蜗杆连接， 两根丝杆通过轴承座与 底座连接， 两根丝杆螺纹旋向相 反， 丝杆运动时， 同步带动横梁相互靠近或者远离， 横梁中间设置左右两个夹具， 左右夹具 上设置有防滑凹槽， 并对称开有四个螺纹孔， 相应的上盖板通过螺丝与左右夹具结合， 在夹 具一侧设置有力传感器， 力传感器与夹具刚性连接， 实现对试样的夹持及载荷的传递。 4.根据权利要3所述的基于扫描电镜的高低温力学测试系统， 其特征在于： 在夹具连接 的滑块上连接水冷板， 水冷板为铜制或不锈钢等导热性良好的金属， 水冷板内有 水冷回路， 扫描电镜外部 设置水冷循环系统， 通过硅胶柔性管路穿过扫描电镜 真空腔体的真空密封法 兰与水冷板的进液 口连接， 经过水冷板内的回路后与硅胶软管连接， 硅胶软管穿过扫描电 镜真空腔体的真空密封法兰回到水冷循环系统， 保持夹具后端的力传感器处于 ‑20℃到80 ℃， 保证力传感器的处于正常的工作温度。 5.根据权利要1所述的基于扫描电镜的高低温力学测试系统， 其特征在于： 所述高低温权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114813809 A 2载物台内部开有螺旋式流道， 所述流道一开口与进 液口相通， 另一开口与出液口相通， 形成 贯通的制冷回路， 所述高低 温载物台内部面粘连有一金属 导温层， 该金属 导温层与高低温 载物台之间设有加热装置， 所述金属导温层采用银 材质或铜材质中的一种。 6.根据权利要5所述的基于扫描电镜的高低温力学测试系统， 其特征在于： 所述高低温 载物台采用金属制成， 所述载物台呈矩形、 梯形、 圆形或椭圆形的一种， 所述高低 温载物台 采用导热性好的银材质、 铜材质中的一种， 所述高低温载物台内部 设有温度传感器， 所述温 度传感器与PID温度控制器电性连接， 所述温度传感器外部涂覆有电磁屏蔽涂层， 其信号传 输线采用电磁信号屏蔽线。 7.根据权利要5所述的基于扫描电镜的高低温力学测试系统， 其特征在于： 所述出液口 密封连接一出液管， 所述进液管和出液管采用真空金属管， 所述进液管和出液管与高低温 载物台上的进液口、 出 液口焊接连接， 形成回路。 8.根据权利要1所述的基于扫描电镜的高低温力学测试系统， 其特征在于： 所述真空测 试腔具有电镜接口， 所述电镜接口用于进液管和出液管穿过， 所述进液管和出液管通过电 镜接口导出后与低温控制系统连接， 低温控制系统通过低温泵精准调节液氮进入量， 以实 现对高低温载物台的精准温度控制， 所述低温泵将低温液体由低温软管输送入低温控制单 元的银质块体中， 并通过另一 导管将银质块体中的气体及多余低温液体排出。 9.根据权利要8所述的基于扫描电镜的高低温力学测试系统， 其特征在于： 所述低温控 制系统还包括PID温度控制器， 所述PID温度控制器包括温度检测模块、 主处理器和控制 模 块， 所述温度检测模块用于检测温度并生成检测信号； 所述主处理器用于对检测信号进行 处理后生 成误差信号， 并执行PID算法对误差信号进 行处理从而生成温度控制 信号， 所述主 处理器中设置有模糊PID控制程序， 模糊决策表存放在所述主处理器的闪烁存储器中， 所述 高低温控制系统与加热装置连接， 所述加热装置为电加热片， 所述电加热片与PID温度控制 器电性连接， 所述电加热片用于调节高低 温载物台的温度， 所述电加热片为棒状或片状或 具有网络线路的板状结构， 所述电加热片表面涂覆有耐高温、 耐腐蚀纳米层。 10.根据权利要1 ‑9任一项所述的基于扫描电镜的高低温力学测试系统， 其特征在于： 还包括载荷加载系统， 所述载荷加载系统通过电磁屏蔽信号线采集伺服电机、 光电编 码器、 载荷传感器、 红外限位传感器的信号， 通过控制软件实现高低温原位力学测试装置的加载， 包括拉伸、 疲劳测试的实验， 所述伺服电机、 温度传感器、 红外限位传感器、 载荷传感器均与 电镜接口连接， 外 部与载荷加载系统连接， 实现扫描电镜的真空测试腔的密封环境。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114813809 A 3