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亥姆霍茲線圈閉環(huán)控制系統(tǒng)是一套自動控制磁場產(chǎn)生系統(tǒng)。系統(tǒng)通過磁通門計、亥姆霍茲線圈、線圈電源、計算機整體連接，形成一套閉環(huán)控制系統(tǒng)。
當今的高性能電子束相關的設備對變化的環(huán)境磁場非常敏感，比如激光與離子束3D打印設備、電子顯微鏡、等離子切割機。當環(huán)境磁場發(fā)生變化時，電鏡中的電子束會偏轉(zhuǎn)，從而導致打印歪曲偏離、電子顯微鏡分辨率下降和圖像失真。MCS6x系列磁場消除系統(tǒng)通過動態(tài)創(chuàng)建幾乎相等且方向相反的磁場來穩(wěn)定電子束相關的設備周圍的環(huán)境磁場，改善各種電子束、離子束設備周圍惡劣的磁場環(huán)境，保障設備使用環(huán)境要求。
MCS6x系列磁場消除系統(tǒng)由磁傳感器感知單元、磁場發(fā)生單元、磁場控制單元、顯控單元等構(gòu)成。運用了閉環(huán)反饋控制原理，采用純模擬的方式實現(xiàn)了高速變化磁場下的自動跟蹤補償，達到穩(wěn)定工作區(qū)磁場的目的。
根據(jù)具體用途，MCS6x系列磁場消除系統(tǒng)具有三種不同型號：MCS62、MCS64和MCS66。
其中MCS62磁場消除系統(tǒng)用于消除所有類型電子顯微鏡的交流磁場(≤5kHz)。該系統(tǒng)是動態(tài)的，可在100 µs內(nèi)自動響應磁場變化。交流電源線磁場（50/60 Hz）的消除效果高達50倍。
MCS64磁場消除系統(tǒng)消除所有類型電子顯微鏡的交流磁場(≤5kHz)和直流磁場。該系統(tǒng)是動態(tài)的，可在100µs內(nèi)自動響應磁場變化。交流電源線磁場（50/60 Hz）的消除效果高達100倍。
MCS66磁場消除系統(tǒng)消除半導體潔凈室中CDSEM工具的交流磁場(≤9kHz)和直流磁場。該系統(tǒng)是動態(tài)的，可在10µs內(nèi)自動響應磁場變化。交流電源線磁場（50/60 Hz）的消除效果高達200倍。
●離子束清洗刻蝕設備、掃描式電子顯微鏡（SEM）、穿透式電子顯微鏡（TEM）成像質(zhì)量、電子探針顯微分析儀（EY-MA）、離子探針分析儀（IPA）等電子束、離子束設備周圍惡劣的磁場環(huán)境，保障設備使用環(huán)境要求。
● 磁屏蔽室，構(gòu)建極低磁場噪聲的空間，用于醫(yī)學科研領域腦磁、心磁等生物磁性研究和古地磁研究。
● 磁傳感器測試、校準的場合，用于各類直流、交流、動態(tài)磁場產(chǎn)生系統(tǒng)，提高復現(xiàn)磁場的穩(wěn)定性和準確性。
● 構(gòu)建磁場定向裝置周圍穩(wěn)定均勻的地磁環(huán)境。
● 電子束3D打印工作間、等離子加工車間、半導體潔凈室。
型號 | MCS62 | MCS64 | MCS66 |
用途 | 消除所有類型電子顯微鏡的交流磁場 | 消除所有類型電子顯微鏡的交流和直流磁場 | 消除半導體潔凈室中CDSEM工具的9kHz磁場。也可以消除這些工具的交流和直流磁場 |
消磁線圈 | 干擾磁場消除繞組 系統(tǒng)自檢繞組 | 固有地磁場消除繞組 干擾磁場消除繞組 系統(tǒng)自檢繞組 | 固有地磁場消除繞組 干擾磁場消除繞組 系統(tǒng)自檢繞組 |
待消除磁場 | X, Y, Z磁場 | X, Y, Z磁場 | X, Y, Z磁場 |
磁場測量類型 | AC RMS and pk-pk | Real time field AC RMS and pk-pk DC incremental | Real time field AC RMS and pk-pk DC incremental |
測量精度 | ±1.0% Reading ± 100pT | ±1.0% Reading ± 1 nT | ±1.0% Reading ± 1 nT |
磁場動態(tài)范圍 | ≤60 mG（6.0 µT） | ≤4.8 μT pk-pk | 5 μT pk-pk |
頻率帶寬 | 2.5 Hz至5 kHz | DC至5 kHz | DC至9 kHz |
消除噪聲限值 | 0.7nT RMS total | ≤0.7 nT RMS total | ≤0.6 nT RMS total |
直流漂移 | N/A | < 2 nT/ 24 hours | < 2 nT/ 24 hours |
直流磁場限值 | N/A | ± 200 μT max | ± 200 μT max |
系統(tǒng)響應時間 | 100 µs內(nèi) | 100 µs內(nèi) | 10 µs內(nèi) |
消除效果 | 50 X at 50/60 Hz | > 100 X at 50/60 Hz > 400 X at DC (增量) | 20 x typ. at 9 kHz 200 x typ. at 60 Hz & DC |
磁場控制單元 | |||
功能 | 智能用戶界面，自動設置 | 觸摸屏智能用戶界面，具有自動設置和直流復位功能 | 觸摸屏智能用戶界面，具有自動設置和直流復位功能 |
顯示單位 | 特斯拉(T)和高斯(G) | 特斯拉(T)和高斯(G) | 特斯拉(T)和高斯(G) |
監(jiān)控端口 | RS232 | RS232 | RS232 |
AC和DC同時顯示功能 | N/A | OK | OK |
1、系統(tǒng)組成
磁場消除系統(tǒng)主要由磁傳感器感知單元、磁場發(fā)生單元、磁場控制單元、顯控單元等構(gòu)成等幾部分組成。
2、工作原理
通過三分量磁通門傳感器實現(xiàn)雜散磁場的感知，并將感知到的信號送入智能磁場控制單元；智能磁場控制單元實時產(chǎn)生一個電流信號，該電流通過磁場產(chǎn)生單元產(chǎn)生與雜散磁場方向相反、大小相等的磁場，在工作區(qū)實現(xiàn)了磁場的疊加從而得到穩(wěn)定的磁場環(huán)境。
3、磁場產(chǎn)生單元
磁場產(chǎn)生單元實際上就是三軸磁場線圈，該線圈用以產(chǎn)生與雜散磁場方向相反、大小相等的磁場。
磁場產(chǎn)生單元結(jié)構(gòu)根據(jù)場地的需要可以多樣化安裝。一般需要預埋在墻體內(nèi)，將其穿入不導磁的圓管后埋入墻體。由于磁場是矢量，通常需要在X、Y、Z三個方向產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場。
4、磁傳感器感知單元
綜合考慮磁場抵消后磁場的噪聲、穩(wěn)定性和抵消磁場帶寬的要求，選擇合適的三分量磁通門傳感器實現(xiàn)磁場感知功能?！疽杂脩魧嶋H要求或者勘測場地后測試數(shù)據(jù)為準】
以球差校正透射電鏡為例，通?？刹捎酶呔热S磁通門傳感器F901。
軸數(shù) | 3 (XYZ右手坐標系) | |||||
量程 | X, Y, Z | ±70μT | ±100μT | ±200μT | ±500μT | ±1000μT |
矢量R | 121μT | 173μT | 346μT | 866μT | 1732μT | |
電壓輸出誤差 | <±0.5% | |||||
噪聲等級 | 10 to 20pT rms/√Hz at 1Hz | |||||
啟動時間 | 150ms | |||||
預熱時間 | 15mins | |||||
模擬輸出 | ±10V (單端輸出) | |||||
靈敏度 | 143mV/μT | 100mV/μT | 50mV/μT | 20mV/μT | 10mV/μT | |
溫度系數(shù) | <±100ppm/℃ | |||||
正交性誤差 | < 1° | |||||
線性誤差 | <0.01%(最小二乘法擬合) | |||||
頻率響應(-3dB) | DC- 9kHz | |||||
磁滯 | <2nT (暴露于高達兩倍量程的磁場環(huán)境) | |||||
5、磁場控制單元(Magnetic Control UNIT)
磁場控制單元是磁場消除系統(tǒng)的核心，主要通過高精度傳感器感知的磁場信號，進而通過快速跟蹤算法實時消除磁場的擾動，保證工作空間磁場基本處于穩(wěn)定無波動狀態(tài)。
磁場控制單元采用220V交流供電，非常容易在實驗室內(nèi)應用。
6、顯控軟件
顯控軟件主要有三大功能；
(1) 數(shù)據(jù)實時顯示功能
實時顯示磁場的曲線數(shù)據(jù)，便于評估磁場環(huán)境的質(zhì)量。
(2) 超限報警功能
根據(jù)預設的磁場限制，進行報警。
(3) 頻譜分析功能
可以對磁場環(huán)境進行分析，評估各頻段的定量干擾。
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