Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрические приборы и устройства » Цифровой микроскоп - устройство и принцип работы, разновидности микроскопов
Количество просмотров: 17741
Комментарии к статье: 8


Цифровой микроскоп - устройство и принцип работы, разновидности микроскопов


Цифровой микроскоп, как и обычный микроскоп, применяется для оптического увеличения мелких объектов, которые человеку невозможно разглядеть невооруженным глазом. Однако, в отличие от обычного микроскопа, цифровой микроскоп позволяет рассматривать увеличиваемые объекты прямо на мониторе компьютера или на собственном LCD-дисплее.

Цифровой микроскоп, будучи настольным или портативным прибором небольшого размера, отлично передает границы, цвет и форму исследуемого объекта, а также мельчайшие его элементы (в зависимости от характеристик конкретного прибора).

Цифровой микроскоп - устройство и принцип работы

Электронная микроскопия

Задача повышения предельного увеличения за ту границу, которая устанавливается в световых микроскопах свойствами самого света, возникла тотчас же после того, как была создана дифракционная теория оптических приборов. Следствием этой теории применительно к микроскопу явилось установление того факта, что в оптическом микроскопе полезное увеличение принципиально не может быть сделано большим примерно 1500 раз.

Потребность в дальнейшем повышении увеличения стала особенно настоятельной после того, как было установлено, что за пределами микроскопического мира, делаемого видимым световым микроскопом, лежит чрезвычайно интересный и важный "микро-микроскопический" мир, к которому принадлежат такие образования, как фильтрующиеся вирусы и крупные органические (белковые) молекулы.

Эта задача была в значительной мере разрешена в результате создания электронных микроскопов, первые работы по которым были начаты в начале 30-х годов прошлого столетия в связи с исследованиями по электронной оптике. Техническое оформление эти приборы получили в последние предвоенные годы и в годы второй мировой войны.

Старый электронный микроскоп в Институте клеточной биологии в Марбурге

Наибольшим распространением долгое время пользовались магнитные электронные микроскопы, т. е. такие, в которых фокусировка электронных пучков осуществляется магнитными линзами. Наряду с ними имелись и вполне удовлетворительные модели микроскопов с электростатическими линзами. Как те, так и другие микроскопы предназначены для исследования прозрачных для электронных пучков объектов.

Существуют микроскопы, в которых используются электронные лучи, отражаемые исследуемыми объектами (отражательные микроскопы), а также микроскопы для исследования "самосветящихся" предметов, т. е. поверхностей, испускающих электроны (эмиссионные микроскопы). Наряду с электронными возможно построение и ионных микроскопов.

Несмотря, однако, на полную оптическую аналогию между электронным и световым микроскопами, между ними существует глубокое принципиальное различие в отношении механизма образования изображения исследуемого объекта.

Основной частью электронного микроскопа является его "колонна", содержащая всю электродную оптику, в которой и получается изображение. Вспомогательными частями являются:

  • питающее устройство, снабжающее высоко-стабилизированными напряжениями соответственные электроды микроскопа и в случае магнитного микроскопа — токами его магнитные линзы, а также термоэлектронный катод электронной пушки;

  • вакуумная система, обеспечивающая поддержание вакуума в колонне не ниже 10-4 мм рт. ст.;

  • пульт управления микроскопом.

Несмотря на, казалось бы, второстепенное значение последней части, она играет очень существенную роль. Ее рациональное и удобное для обращения устройство и расположение в значительной мере обеспечивает успешную работу с микроскопом, представляющим собой в общем весьма сложный агрегат.

Конечное электронное изображение наблюдается на экране.

Другую категорию образуют микроскопы, которые обычно называют малогабаритными, но которые точнее было бы назвать простыми электронными микроскопами. Эти микроскопы действительно имеют меньшие размеры, дают меньшее конечное увеличение, благодаря своей неуниверсальности более просты в обращении и предназначаются для стандартных наблюдений.

Электронный микроскоп СССР «Аналит» 50x - 900x 70-х годов

Всякое изображение — световое или электронное (последнее обращается затем в световое с помощью экрана) — возникает в результате наличия контраста между более светлыми и менее светлыми местами наблюдаемого предмета, которые воспроизводятся на экране вследствие большей и соответственно меньшей плотности световой энергии (или большей и меньшей плотности электронного потока) в пучках, соответствующих светлым и темным местам предмета.

Образование контраста в электронном микроскопе происходит не вследствие поглощения света, как в световом микроскоопе (различное поглощение света разными частями объекта), но вследствие рассеяния электронного пучка, пронизывающего объект, т. е. вследствие изменения первоначального направления движения электронов при прохождении объекта, в результате взаимодействия их с атомами вещества.

Это взаимодействие носит характер соударений, причем могут иметь место как упругие соударения, когда электрон только изменяет направление своего движения, полностью сохраняя свою энергию, так и неупругие, когда одновременно с изменением направления движения часть энергии электрона передается атому, с которым он взаимодействует.

Электронная микроскопия являет нам весьма яркий пример того, как современная электроника выходит за свои первоначальные рамки — электротехники и радиотехники — и становится мощным средством в совершенно других областях науки и техники. 

Электронная микроскопия представляет собой уже настолько обширную область специфических конструкций и специфической техники, что в рамках настоящей данной статьи может быть дан лишь весьма беглый и неполный обзор ее. В частности, мы остановимся на описании современных цифровых микроскопов.


Цифровой микроскоп

Практически изображение интересующего мелкого объекта может быть получено в цифровой форме несколькими способами. Чаще всего это реализуется при помощи съемки на цифровую камеру. В самом лучшем (и дорогостоящем) случае устройство включает в себя микроскоп, оптический адаптер, цифровую камеру и специальное программное обеспечение.

Конечно, стоимость профессионального цифрового микроскопа сравнительно высока. Более же доступным по цене является оптический микроскоп со встроенным фотоэлектрическим сенсором, который устроен несколько иначе: фотоэлектрический сенсор встроен прямо в окуляр прибора, так же как это сделано в цифровых фотокамерах, то есть простейший цифровой микроскоп представляет собой модификацию цифровой камеры.

Программное обеспечение, поставляемое вместе с микроскопом, позволяет пользователю наблюдать объекты, анализировать получаемые на мониторе данные, различать мелкие детали например на монетах и ювелирных изделиях, производить манипуляции при пайке микросхем, осуществлять препарирование, в общем - выполнять самые разнообразные мелкие работы.

Кроме того можно сохранять промежуточные и конечные результаты лабораторного исследования в виде изображений на компьютере, а также сохранять их на носители, отправлять их через интернет и.т.д. И конечно, редактировать и анализировать полученные изображения.

Цифровой микроскоп для пайки

Обычно, чем лучше характеристики цифрового микроскопа — тем выше его стоимость. Ценовой диапазон для широко доступных на рынке сегодня цифровых микроскопов варьируется от 30 до 3000 долларов. Цена зависит от качества применяемой оптики, от разрешения и типа чувствительной матрицы, от максимальной кратности оптического увеличения (от 4х до 60х и более), от качества используемых материалов, от сложности программного обеспечения и т. д. Удобно если микроскоп оснащен собственным LCD или LED-дисплеем высокого разрешения.

Настольный цифровой микроскоп

Настольный цифровой микроскоп

Главная составная часть настольного цифрового микроскопа — это его головная часть с предметным столиком. Столик как правило оборудован парой источников света — верхнебоковым и сквозным нижним. Головная часть имеет вращающийся механизм обычно с тремя объективами разной степени увеличения (до 1000 и более крат), датчик изображения и панель с разъемами для вывода изображения в цифровой форме.

Порядок действий таков. Объект исследования помещают на предметное стекло, стекло, в свою очередь, кладется на предметный столик. После этого настраивают освещение: для прозрачных объектов используется сквозное нижнее освещение, для непрозрачных — верхнебоковое, иногда удобно использовать оба источника света. Сначала используют менее чувствительный объектив, затем, если нужно, переходят на более высокочувствительный.

Портативный цифровой микроскоп

Портативный цифровой микроскоп

Простейший портативный цифровой микроскоп является оптическим прибором в пластиковом корпусе со встроенной CCD-матрицей. Он имеет ручную фокусировку и простую систему светодиодной подсветки. Все данные передаются по USB-кабелю, по нему же осуществляется и питание микроскопа. Для удобства бывает полезна подставка, поставляемая в комплекте.

Заключение

Электронный микроскоп похож на световой микроскоп, в котором, однако, фотоны заменены электронами, а стеклянные линзы - электромагнитными линзами. Электромагнитная линза - это, по сути, катушка, которая генерирует магнитное поле подходящей формы. Одним из основных параметров всех микроскопов является их максимальное разрешение.

Поскольку максимальное разрешение пропорционально длине волны используемого излучения, а электроны имеют значительно меньшую длину волны, чем видимый свет, электронный микроскоп имеет гораздо более высокое разрешение и, таким образом, может достичь гораздо более высокого разрешения по сравнению с оптическим микроскопом.

Цфировой электронный микроскоп позволяет рассматривать объекты на монторе компьтера или на собственном дисплее. 

Без преувеличения можно сказать, что цифровые электронные микроскопы являются одними из самых универсальных и удобных устройств для изучения микромира. Они используются во многих областях, таких как исследования материалов или биологические приложения. Они могут предоставить исчерпывающую информацию о микроструктуре, химическом составе и многих других свойствах исследуемого образца.

Сканирующие электронные микроскопы используются для изображения и анализа поверхностей почти произвольно больших образцов (если камера достаточно велика для их размещения). Просвечивающие электронные микроскопы используются для наблюдения и анализа внутренней структуры образца и для изображения отдельных атомов.

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрические приборы и устройства

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Чем отличаются аналоговые и цифровые датчики
  • Как устроены и работают бесконтактные термометры
  • Основы цифровой электроники (Р. Токхейм)
  • Стрелочные и цифровые мультиметры - достоинства и недостатки
  • Что такое длина волны?
  • Электронный осциллограф - устройство, принцип работы
  • Цифровой и аналоговый сигнал: в чем сходство и различие, достоинства и недо ...
  • Эволюция производства оптоэлектронных материалов и компонентов
  • История транзисторов
  • Введение в умный свет с DALI: от основ до практического применения
  • Категория: Электрические приборы и устройства

    Цифровая электроника, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Дмитрий |

    Сатья подробная и хорошая, но хочу кое-что добавить. Необходимым условием использования просвечивающих электронных микроскопов является то, что образец должен быть достаточно тонким (10-500 нм) для прохождения электронного луча через него. Проще говоря, просвечивающий электронный микроскоп видит больше, чем растровый (сканирующий). Слово «растр» в названии происходит от того факта, что электронный луч движется по образцу в виде линейного растра, а результирующее изображение создается путем последовательного сканирования. Кстати, первый такой микрокоп был построен В. К. Зворыкиным и соавторстве с другими учеными в 1942 году. Простая подготовка образцов и легкая интерпретация изображений делают его очень популярным и широко распространенным.

      Комментарии:

    #2 написал: Саня |

    Для учёбы сайт хороший. Материалов много. Удобное использование.

      Комментарии:

    #3 написал: Kruso |

    Головная часть имеет вращающийся механизм обычно с тремя объективами разной степени увеличения (до 1000 и более крат), датчик изображения и панель с разъемами для вывода изображения в цифровой форме .

    Путаница из Инета. Обьектив до 1000 и более крат? А на фото примитив от Али (с цифровым увеличением, не оптическим!)

      Комментарии:

    #4 написал: Яков Кузнецов |

    Сегодня, будь то в отдельных отраслях промышленности или науке, без ультрасовременных микроскопов не обойтись. Они используются производителями стали при разработке новых более прочных материалов для производства автомобилей и химиками при исследовании свойств новых полимеров и композиционных материалов. 

      Комментарии:

    #5 написал: Даниил |

    Электронные микроскопы делятся на два типа: Просвечивающий электронный микроскоп - источником потока электронов является металлический катод, который после нагрева испускает электроны, ускоренные электрическим полем. Ток электронов проходит через электронную линзу, которая образуется электрическим полем специального конденсатора или магнитным полем катушки. Электронная линза концентрирует электроны на наблюдаемом образце, который должен быть очень тонким, примерно 1 мкм, чтобы не поглощать электроны. Затем поток электронов проходит через другую электронную линзу — объектив — и создает первое электронное изображение. Часть этого изображения с помощью электронного объектива — проектор — снова увеличивается, и полученное изображение проецируется либо на экран, покрытый слоем люминофора, либо фиксируется на фотопластинке или пленке. Сканирующий электронный микроскоп работает таким образом, что тонкий пучок электронов постепенно «касается» образца. Отраженный луч преобразуется в видимое изображение. Механическая диафрагма отбирает только часть электронов, попавших на образец. Проекционная линза заставляет сфокусированный пучок электронов падать на образец. Луч должен растеризоваться по поверхности образца синхронно с телевизором. Образец может иметь толщину 2-3 см и длину до 15 см и должен быть хорошо покрыт тонким слоем металла.

      Комментарии:

    #6 написал: Виктория Соболева |

    Какова разница между цифровым и стереомикроскопом?

      Комментарии:

    #7 написал: Андрей Повный |

    Дмитрий, Спасибо за ваш комментарий и дополнение к статье. Действительно, толщина образца является важным фактором при использовании просвечивающих электронных микроскопов, поскольку электроны должны пройти через образец, чтобы создать изображение. И это делает просвечивающий электронный микроскоп более мощным инструментом, чем растровый (сканирующий) микроскоп, который работает по принципу сканирования поверхности образца. 

    Цитата: Виктория Соболева
    Какова разница между цифровым и стереомикроскопом?

    Цифровой микроскоп и стереомикроскоп - это два разных типа микроскопов, которые имеют разные функции и применения. Цифровой микроскоп, как следует из названия, использует цифровую технологию для создания изображения образца. Он имеет встроенную камеру, которая захватывает изображение и передает его на экран монитора или на другое устройство для записи и обработки изображения. Цифровой микроскоп может быть полезен для тех, кто нуждается в получении цифровых изображений образцов для дальнейшего анализа и обработки, или для обучения и обмена информацией с другими исследователями. Стереомикроскоп, с другой стороны, используется для наблюдения образцов в трехмерном формате. Он обычно имеет два отдельных объектива, которые позволяют наблюдать образец с двух разных углов, что позволяет получать глубокие трехмерные изображения образца. Стереомикроскопы широко используются в медицине, биологии, геологии и других областях, где требуется детальное изучение структуры и формы образцов.  

     

     

     

     

     

     

     

      Комментарии:

    #8 написал: Ольга |

    В состав цифрового микроскопа входит тоже что и в обычный?

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.