具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，一种扫描电镜教学模型装置，包括仿真外壳1、电子光路模拟系统2和电镜模拟操作系统3；其中电子光路模拟系统2包括光路显示部分21，人机交互液晶显示器22和控制系统23等；所述光路显示部分21安装在仿真外壳1之内；所述人机交互液晶显示器22和控制系统23集成安装在一起，布置在仿真外壳1之外并与光路显示部分21通过导线链接；所述电镜模拟操作系统3在仿真外壳1之外，通过数据线与电子光路模拟系统2相对应；电镜模拟操作系统可以显示学生实验课程涉及的所有标准样品的电镜图片。

仿真外壳1为3D打印的1:1比例扫描电镜模型，所用材料为树脂材料，仿真外壳1的镜筒部分是剖开的，便于显示光路成像过程；仿真外壳1的样品仓门是透明材质的，便于观察样品移动过程以及样品二次电子成像、背散射电子成像过程。

如图2所示，电子光路模拟系统2采用LED光发光管来模拟电子显微镜电子束行进路径与运行时的形态，在教学中方便教师讲解，学生可以更容易理解电子显微镜的工作过程与原理，对学生更好掌握电子显微镜使用打下良好的基础。

所述光路显示部分21是用灯珠布置在电子束扫描的路径，由PCB板与发光二极管阵列和数字逻辑控制部分组成。显示用全彩LED管是由红、绿、蓝三种颜色集成管，这样可以显示7种颜色，方便教师按颜色区别电子工作强度状态。全彩LDE管受控后可从上到下分步显示，配合教师的讲解进度。也可以整体从上到下流水方式动态显示，给学生一个直观的电子束行进状态感知。PCB板及制板所用软件境均为国产，自主可控。全彩LDE控制方式灵活，方便后续升级显示方式。

如图1所示，所述灯珠按照电子束路径固定安装在所述仿真外壳1内部。

如图2所示，所述光路显示部分21可以演示扫描电镜电子束第一次聚焦过程211、第二次聚焦过程212、聚焦后过程213、干涉部分214和反射部分215的成像过程。

如图3所示，所述人机交互液晶显示器22包括亮度按键221、颜色按键222、光路显示部分按键223、二次电子像和背散射电子像选择按键224和物镜光阑选择按键225。

所述光路显示部分按键223可以选择光路显示第一次聚焦过程211、第二次聚焦过程212、聚焦后过程213、干涉部分214或者反射部分215的阶段过程。

所述物镜光阑选择按键225可以通过LED灯带的宽窄来表示扫描电镜物镜光阑的大小；所述亮度按键221和颜色按键222可以配合使用，演示扫描电镜电子束的能量强度。

所述电子光路模拟系统2和所述电镜模拟操作系统3可以配合使用，显示不同材料，选择不同成像模式、电压、电流等参数对扫描电镜图像成像质量的影响。

所述电子光路模拟系统2可使用PLC进行程序控制或通过按钮进行控制；所述电镜模拟操作系统3可以与电脑或投影进行连接使用。

电子光路模拟系统2的控制系统23它与电源部分、人机交互显示屏22集成在一个机箱中。控制系统23由工业级PIC单片机做为中心控制元件，该元件嵌入控制系统软件，实现丰富的功能同时，有着高可靠性，不联接网络不会受到攻击，该元件风险可控，获得容易(国内生产)，极端情况下可以国产STC单片机替代。

电子光路模拟系统2可以演示扫描电镜的成像过程，具体包括：扫描电镜阴极辐射出的电子束经过第一个电子透镜聚焦、演示电子束经过第二个电子透镜聚焦、演示聚焦后变成一根极细的电子束，能量集中且提高分辨率、演示经过干涉部分，调整电子束的直径、演示从目标靶材上反射出来的电子束，用来被成像系统吸收。具体演示过程如下：

1.上电时自动检测，所有LED全部点亮一次，无致命故障后可以进入用户控制模式(有故障时液晶屏上有提示)。

2.教师可以用亮度控制按键221，按需要调节LED发光亮度，以适应教学环境的需要，上电时为4级亮度，共有7级亮度可选用，循环调用模式。

3.教师按教学进度需要可以按光路显示部分按键223选择LED显示方式，自检后为全灭状态，每按一次显示方式控制键改变一次显示图形，顺序如下：

4.教师在讲到干涉部分时可直接按专用干涉按键214，此时干涉部分214的LED点亮3条光带变宽，再按一次恢复原状。

5.教师在讲到反射部分215时可直接按专用反射按键215，此时向后吸收的光带点亮.

6.教师按讲课需要可以按颜色按键222任意该变显示颜色，配合亮度按键221使用可能演示电子束此时的能量强度。

7.学生可能在教师的指导下完成这个演示过程，学生有参与，学习效果好，记忆深刻，因为互动学习过程会很趣。

电镜模拟操作系统3可以根据《材料分析方法》实验课程需要设置不同样品，进行真实样品的测试过程演示，例如实验样品选用TC4合金(镶嵌)样品，对固体样品的成像过程进行演示，包括扫描电镜参数(如电压、电流、光阑等参数)对观察效果的影响。具体演示过程如下：

1.将试样固定在仿真外壳1的样品仓试样盘上，开启电子光路模拟系统2，演示电子束在样品表面扫描，与样品发生各种不同的相互作用，产生不同信号，获得的相应的不同显微像，同时开启电镜模拟操作系统3。光路灯光从上到下依次亮起，总过程持续3-5s，灯光全部亮起后，显示采集的参数编号及图像结果。每组参数对应不同的编号及图像数据，须加载进系统，每次自动调取。灯光全部亮以后，可以随时更改任一参数，同时灯光跟着整体变化，1s后自动调取此组参数编号及采集图像数据结果。

2.针对TC4合金样品，按物镜光阑选择按键225，选择不同光阑孔，电镜模拟操作系统3显示的最终组织图片不同，这些图片都是在真实扫描电镜中采集并植入其中的，一般光阑孔径越小，景深越大，分辨率也越高，但电子束流会减小。

3.按二次电子像和背散射电子像选择按键224选择二次电子成像或背散射电子像，电子光路模拟系统2显示的光路不同，电镜模拟操作系统3显示的最终图像也不同。

4.按亮度按键221，选择不同的亮度等级，电镜模拟操作系统3显示的最终图像也不同，因为，聚光镜电流与像质量有很大关系，聚光镜电流越大，放大倍数越高。同时，聚光镜电流越大，电子束斑越小，相应的分辨率也会越高。

5.扫描电镜的分辨率随加速电压增大而提高，但其衬度随电压增大反而降低，并且加速电压过高污染严重，所以一般在20kV下进行初步观察，而后根据不同的目的选择不同的电压值。

6.亮度与对比度的选择：二次电子像的对比度受试样表面形貌凸凹不平而引起二次电子发射数量不同的影响。在人机交互液晶显示器22上选择不同的按键，电镜模拟操作系统3将显示不同的最终图像。

通过不同参数和探测器的设置，让学生加深对分辨率和景深的理解，明白二次电子表面形貌像和背散射电子原子序数像。各个步骤中均设置智能启发式的指导功能，启发学生思考，引导学生按照正确的步骤进行操作演练。通过现场操作练习，针对不同样品进行分析，学生能够对扫描电镜操作形成理性的认识，让学生在实践中提高分析能力，理解所涉及的课堂教学内容。用实例加深对不同图像特点的理解，尤其是二次电子像和背散射电子像，加强对分辨率和景深的理解。在样品测试过程中，像散的调节是一步重要但繁琐的操作，指导学生能够自己判断像散的存在以及消除方法，同时讲解要点及强调注意事项,加深学生对扫描电镜仪器的认识及理解。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。