АНАЛИЗАТОР МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ
MULTI-PURPOSE ANALYSER

Анализатор многофункциональный предназначен для проведения измерения объектов, при постоянном контроле внешних условий, а также после воздействия на объект. Он может быть также использован для предварительного анализа и подготовки объектов и определения оптимальных условий финишных измерений. Финишные измерения объектов могут проводиться, например, с использованием сканирующих зондовых микроскопов.
Известен анализатор, содержащий установочную платформу, сопряженную с держателем объекта средствами соединения и включающую активный модуль, представляющий собой микротвердомер [1].
Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.
Недостаток этого устройства заключается в том, что у него низкие функциональные возможности, связанные с измерением одного параметра.
Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в анализаторе многофункциональном, содержащем установочную платформу, сопряженную с держателем объекта средствами соединения и включающую активный модуль, с первым активным элементом, в активный модуль введен второй активный элемент.
Существует вариант, в котором в качестве первого активного элемента используют сканирующий зондовый микроскоп.
Существуют варианты, в которых в качестве второго активного элемента используют датчик крена, или датчик измерения уровня вибрации, или датчик измерения уровня радиации, или датчик определения состава атмосферы, или датчик измерения уровня и состава излучений, или микротвердомер, или блок механического воздействия на объект.
Существует также вариант, в котором в качестве блока механического воздействия на объект используют микротом.
Существует также вариант, в котором в активный модуль введен третий активный элемент, при этом в качестве первого активного элемента используют сканирующий зондовый микроскоп, в качестве второго активного элемента - микротом, в качестве третьего активного элемента - микротвердомер.
Существует также вариант, в котором в активный модуль введен четвертый активный элемент, в качестве которого используют источник плазмы.
На фиг.1 изображен анализатор многофункциональный.
На фиг.2 изображен анализатор многофункциональный со сканирующим зондовым микроскопом в качестве первого активного элемента.
На фиг.3 изображен вариант выполнения анализатора многофункционального, в котором активный модуль содержит три активных элемента.
На фиг.4 изображен вариант выполнения анализатора многофункционального, в котором активный модуль содержит четыре активных элемента.
Анализатор многофункциональный содержит установочную платформу 1 (фиг.1) со средствами соединения 2 и с активным модулем 3. В активном модуле 3, например, в посадочных местах 4 установлены первый активный элемент 5 и второй активный элемент 6. В качестве средств соединения 2 может быть использована магнитная система, в простейшем случае состоящая из кольцевого магнита, соединенного с установочной платформой 1 клеем или винтами (не показано). Также магнитная система может состоять из набора постоянных магнитов или электромагнита (не показаны). Средства соединения 2 обеспечивают установку платформы 1 на держатель объекта 7, на котором закреплен первый объект 8, имеющий возможность одновременного взаимодействия с первым 5 и вторым 6 активными элементами. В качестве первого активного элемента 5 может использоваться основной измерительный модуль. В качестве второго активного элемента 6 может использоваться модуль контроля 6.
Существуют варианты, в которых в качестве модуля контроля 6 используют датчик крена, или датчик измерения уровня вибрации, или датчик измерения уровня радиации, или датчик определения состава атмосферы, или датчик измерения уровня и состава излучений, или микротвердомер. Под датчиками измерения уровня и состава излучений далее будем понимать датчики для измерения в первую очередь электромагнитных излучений. Под датчиками радиации будем понимать датчики гамма и рентгеновского излучений.
В качестве датчика крена могут быть использованы устройства, описанные в [5, 6]. В качестве датчика измерения уровня вибрации можно использовать датчики, описанные в [7, 8]. В качестве датчиков измерения уровня радиации можно использовать датчики, описанные в [9, 10]. В качестве датчиков определения состава атмосферы можно использовать датчики, описанные в [11, 12]. В качестве датчика измерения уровня и состава электромагнитных излучений можно использовать, например, спектрометр [13, 14, 15], а также датчики, описанные в [16, 17]. В качестве микротвердомера можно использовать устройство, описанное в [1, 18].
В одном из вариантов в платформе 1 (фиг.2), в активном модуле 3 посредством первого переходного устройства 9 в качестве первого активного элемента 5 (основного измерительного модуля) установлен сканирующий зондовый микроскоп (СЗМ) 10 с пьезосканером 11 и зондом 12. СЗМ 10 соединен с модулем грубого сближения 13. В частном случае модуль грубого сближения 13 может входить в состав СЗМ 10. Подробно сканирующие зондовые микроскопы, пьезосканеры, зонды и модули грубого сближения и средства соединения описаны в [2, 3, 4]. Первое переходное устройство 9 в частном случае может быть выполнено в виде цилиндрической втулки, если модуль грубого сближения 13 тоже цилиндрический. Если он имеет другую форму, то, соответственно, и устройство 9 будет иметь другое исполнение. Его назначение соединить активный модуль 3 с модулем грубого сближения 13, или СЗМ 10, если модуль 13 входит в его состав. Под активным модулем 3 можно понимать как корпусную деталь, изображенную на фиг.1, фиг.2, связывающую активные элементы 5 и 6 в единый блок, так и более сложную конструкцию, которая будет включать элементы электроники, предусилители, разъемы и т.п. (не показаны). Зонд 12 расположен с возможностью взаимодействия со вторым объектом 14. В активном модуле 3 во втором переходном устройстве 15 в качестве второго активного элемента 6 можно использовать вспомогательный модуль 16. Второе переходное устройство 15 выполняет ту же соединительную функцию, что и первое переходное устройство 9. Второй объект 14 может иметь меньшие размеры, чем первый объект 8 и быть сопряженным только с СЗМ 10, а именно с его зондом 12. При необходимости его сопряжения со вторым активным элементом 6 (вспомогательным модулем) анализатор многофункциональный может быть снабжен устройством подвижки 17, находящимся во взаимодействии с элементом 6. Устройство подвижки 17 в простейшем случае может содержать винт шагового двигателя, сопряженный с гайкой, установленной в платформе 1 (либо в средствах соединения 2). Платформа 1 при этом может быть размещена на линейных направляющих (не показаны) и иметь возможность перемещения относительно держателя объекта 7.
Существует также вариант, в котором в качестве второго активного элемента 6 вспомогательного модуля используют блок механического воздействия 16 на объект. Блок механического воздействия 16 может содержать двигатель вращения, на шкиву которого закрепляют абразивный круг с вертикальной подачей (не показано).
Кроме этого в качестве блока механического воздействия 16 на объект можно использовать микротом 16. В этом случае устройство подвижки 17 должно обеспечивать попеременное сопряжение с объектом 14 сначала микротома 16, а потом СЗМ 10. Детально попеременное сопряжение микротома 16 и СЗМ 10 с объектом 14, а также подробное исполнение микротома см. в [19, 20].
В другом варианте активный модуль 3 (фиг.3) снабжен тремя посадочными местами 20. Этот активный модуль отличается от активного модуля, изображенного на фиг.1 и фиг.2, количеством посадочных мест, но условно для упрощения чертежей имеет ту же позицию. В этих посадочных местах посредством первого переходного устройства 9, например, с отверстием 22 может быть установлен сканирующий зондовый микроскоп 10; посредством второго переходного устройства 15, например, с отверстием 23 может быть установлен блок механического воздействия 16 (микротом); посредством третьего переходного устройства 24, например, с отверстием 25 может быть установлен третий активный элемент 27, в качестве которого можно использовать, например, датчик крена, или датчик измерения уровня вибрации, или датчик измерения уровня радиации, или датчик определения состава атмосферы и влажности, или датчик измерения уровня и состава излучений, или микротвердомер.
В другом варианте активный модуль 3 (фиг.4) снабжен четырьмя посадочными местами 20. Этот активный модуль отличается от активного модуля, изображенного на фиг.1, фиг.2 и фиг.3, количеством посадочных мест, но условно для упрощения чертежей имеет ту же позицию. В этих посадочных местах может быть установлен сканирующий зондовый микроскоп 10, блок механического воздействия 16 (микротом), микротвердомер 20, а также посредством четвертого переходного устройства 29, например, с отверстием 30 может быть установлен четвертый активный элемент 31, в качестве которого можно использовать источник плазмы (см., например, [21]).
Анализатор многофункциональный работает следующим образом.
Установочную платформу 1 закрепляют на держателе объекта 7 (фиг.1). В отверстия 4 вставляют первый активный элемент 5 и второй активный элемент 6. После получения информации от второго активного элемента 6 об объекте 8 или о состоянии окружающей среды подбирают оптимальную методику при его дальнейшем исследовании первым активным элементом 5. В одном из вариантов в качестве первого активного элемента 5 используют сканирующий зондовый микроскоп 10 (фиг.2), а в качестве блока механического воздействия 16 - микротом. При воздействии микротома 16 на объект 14 устройство подвижки 17 обеспечивает расположение объекта 14 напротив микротома 16. После среза поверхности объекта 14 микротомом 16 устройство подвижки 17 возвращает СЗМ 10 в зону измерения объекта 14.
При использовании в качестве первого активного элемента 5 сканирующего зондового микроскопа 10 (фиг.3), в качестве второго активного элемента 6 микротома, и в качестве третьего активного элемента 27 микротвердомера можно сначала измерить твердость объекта 28. Согласно результатам этих измерений можно выбрать предпочтительные параметры микротома 16 для получения срезов наилучшего качества, такие как материал ножа, используемого в составе микротома. Например, можно использовать стеклянный нож при твердости по Шору D объекта 28 меньше 50 и алмазный нож при твердости по Шору D объекта 28 больше 50. После этого можно осуществить срез объекта 28 микротомом 16, а потом провести измерение поверхности среза на объекте 28 посредством СЗМ 10. Подробнее работу микротома и СЗМ см. в [2, 3, 4, 19, 20].
При дополнительном использовании источника плазмы 31 после измерения твердости, либо после среза можно проводить плазменное травление, а потом осуществлять анализ среза на объекте 28 посредством СЗМ 10.
То, что активный модуль выполнен с двумя посадочными местами для двух активных элементов расширяет функциональные возможности устройства за счет того, что в эти посадочные места можно устанавливать различные измерительные модули и получать комплексную информацию об измеряемом объекте, что расширяет функциональные возможности устройства.
То, что в качестве первого активного элемента используют сканирующий зондовый микроскоп, расширяет функциональные возможности устройства.
То, что в качестве второго активного элемента используют датчик крена, позволяет точно определить угловое положение измеряемого объекта, что дает дополнительную информацию о положении объекта с целью оптимизации возможных дальнейших ее исследований с помощью сканирующего зондового микроскопа или другого измерительного оборудования.
То, что в качестве второго активного элемента используют датчик измерения уровня вибрации, позволяет измерить реальный уровень вибрации измеряемого объекта. При последующих измерениях методом сканирующей зондовой микроскопии согласно существующему уровню вибраций, можно заранее предположить разрешение СЗМ, а также выбрать наиболее оптимальную его модификацию. Например, при повышенных уровнях вибрации можно использовать пьезосканер с большей резонансной частотой (см. также [2, 3, 4]).
То, что в качестве второго активного элемента используют датчик измерения уровня радиации, позволит принять необходимые защитные меры для персонала и (первого активного элемента) дополнительного измерительного оборудования, а также для защиты этого оборудования. При выявлении повышенных уровней радиации необходимо защищать оборудование экранами и, например, использовать электронные блоки управления СЗМ, изготовленные на специальной элементной базе, предназначенной для эксплуатации в этих условиях. Эта элементная база может быть на основе арсенида галлия.
То, что в качестве второго активного элемента используют датчик определения состава атмосферы, позволит принять необходимые защитные меры для персонала и дополнительного измерительного оборудования (первого активного элемента), а также для защиты этого оборудования. Защиту, например, сканирующего зондового микроскопа можно осуществлять благодаря использованию специальных колпаков, сопряженных со средствами поддержания состава атмосферы и влажности [22].
То, что в качестве второго активного элемента используют датчик измерения уровня и состава излучений, позволит принять необходимые защитные меры для персонала и дополнительного измерительного оборудования (первого активного элемента), а также для защиты этого оборудования. Защиту, например, сканирующего зондового микроскопа можно осуществлять благодаря использованию заземленных экранирующих кожухов.
То, что в качестве второго активного элемента используют микротвердомер, позволит получить дополнительную информацию об объекте и оптимизировать исследования, например, с использованием СЗМ. Подобное выполнение расширяет функциональные возможности предложенного устройства.
То, что в качестве второго активного элемента используют блок механического воздействия на объект, позволит получить дополнительную информацию об объекте, особенно, если в качестве такового используют микротом, а в качестве первого активного элемента - СЗМ.
То, что в активном модуле устанавливают третий активный элемент, в качестве первого активного элемента используют сканирующий зондовый микроскоп, в качестве второго активного элемента - микротом, в качестве третьего активного элемента - микротвердомер расширяет функциональный возможности устройства за счет увеличения информации об измеряемом объекте.
То, что в активный модуль введен четвертый активный элемент, в качестве которого используют источник плазмы, расширяет функциональный возможности устройства за счет увеличения информации об измеряемом объекте. По количеству и глубине канавок травления на поверхности объекта можно судить о степени неоднородности измеряемого объекта.
Использование последних одиннадцати признаков помимо расширения функциональных возможностей, повышает достоверность финишных измерений.
Литература
1. Патент RU2231041, 2001.
2. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. М.: Техносфера. 2009.
3. Соколов Д.Ю. Патентование изобретений в области высоких и нанотехнологий. М.: Техносфера. 2010.
4. Патент RU 2199171, 2003.
5. Датчик крена МКРН. 402113.001. www.oaoskbra.ru/
6. Датчик крена ДК1. www.mslab.ru/
7. www.vibrtest.ru.
8. www.sensoren.ru.
9. Патент US6452184, 2002.
10. www.rf.atnn.ru.
11. Колешко В.М. Металлооксидные микроэлектронные газовые сенсоры // Нано- и микросистемная техника. 2007. №2.
12. Васильев А. А. Газочувствительные приборы на микромашиной мембране: комбинация кремниевой технологии и технологии толстых пленок // Сенсор. 2001. №1.
13. http://www.prior.com/productinfo_illumination_lumaspec.html
14. http://www.everfine.net/productinfo.php?pid=73&fid=7
15. Патент US 7978324, 2011.
16. www.unitechs.ru/
17. www.emi.ucoz.com/
18. Патент RU2079127, 1997.
19. Патент RU2233490, 2004.
20. Патент RU2389032, 2010.
21. Патент RU2206882, 2003.
22. Патент RU2401983, 2010.