张承青系列约稿[2]：之二 电镜实验室的电磁环境改善

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本期将分享张承青老师为大家整理的关于电镜实验室环境对电镜的影响的系列约稿经验分享，以下为系列之二，以飨读者。（本文经授权发布,分享内容为作者个人观点, 仅供读者学习参考,不代表本网观点）

系列之二 电镜实验室的电磁环境改善

凡是有电源的地方、有用电设备的地方、几十米内有地下电缆的地方，距离地铁沿线几百米内的地方，甚至只有金属管道和金属梁架的地方，都可能有高达数十甚至数百毫高斯的AC和DC干扰。因为低频电磁干扰往往是多源复合的矢量，低频电磁干扰的强度变化一般无规律可循（也有例外，如单一主源情况），短时间内就会有大幅波动。

实际测试中，发现城市一般环境下（周边数十米范围无楼房和明显可见的输电线变压器等），AC也可达0.5～1.0毫高斯，郊区周围几百米内无人工设施环境AC可低于0.05毫高斯（看看人类干的好事）。

水平方向AC磁场干扰（对不同品牌和精度的电镜标准不同，并且与人的主观感觉也有直接关系，所以无法给出一个确切数值；一般可以认为3～20mG就是强干扰吧）轻则使图像垂直边缘产生毛刺，重则使图像分割成若干幅。

水平方向有强DC磁场干扰时,图像会漂移和扭曲。由于DC干扰频率低速度慢，低倍率和短时间实验时我们可能注意不到，或者误认为是其它原因。

垂直方向的AC和DC仅干扰电子束飞行速度，致使难以聚焦和消除象散，但不会产生毛刺和变形等图像瑕疵。

各电镜厂商对于自己不同型号的电镜，有不同的标准要求，如果初步选定的电镜实验室室环境超标，那就要采取措施改善至合格，否则电镜达不到规定的标准，厂商是不管的，呜呜。

因为DC的频率（0.001～1Hz）和AC的频率（基频50Hz）相差四个数量级以上， “量变引起质变”，面对不同性质的对手，应对方法显然应该不同，所以我们要把AC和DC分开讨论。

常见的AC干扰源有许多：附近（包括楼上和楼下）的供电用电设备，如变压器、配电柜（箱）、走廊里桥架上的供电电缆线、多余并盘成环形的电缆线、附近的电炉、深冷冰箱、风机、中央空调主机、深井泵、空压机、五米内的UPS（100kVA以下）、冷却水箱等等，都是常见的干扰源。复和叠加后我们经常可以测到3到6毫高斯，偶然也有高达18到22毫高斯的（不多，我一共只碰到没几次）。

有些电镜需要配备UPS和冷却水箱，它们的摆放也要注意。冷却水箱一般放在辅助设备间里，只要尽量原离镜筒即可。但是摆放UPS时需要注意，除尽量远离镜筒外，一般UPS主机产生的水平（X/Y）方向AC杂散磁场强度是不一样的（UPS技术标准中没有这一项，必须引起足够重视）。曾经实际检测到某品牌UPS主机产生的X方向磁场比Y方向大两三倍的情况，本人还有过将UPS主机水平转动一个角度就大大减少AC、扫描电镜分辨率立马提高一倍的实际经历。

另外有些看似毫不相关的东西竟然也会产生磁场。如消防水管（广州某部门实测）、工字钢底梁（北京某博物院实测）、有铁质护套管的普通日光灯照明电线（武汉某半导体长实测）、暖气片及暖气管道（哈尔滨某大学实测）、老式结构建筑的水管（长春某研究所实测）等，都在三米左右测到过1～3mG的AC磁场，并使用“梯度测试法”反复确认，可以明确锁定源头。

某些经常被怀疑、实际往往却“不是坏蛋”的有：电梯（最容易被怀疑到的无辜者，因为它的动力部件在很远的顶层，电梯轿厢完全不产生AC磁场）、小功率空压机和真空泵（可能蹦蹦蹦叫的挺响，实际一两米外就衰减到1mG以下）、小型挂式或柜式空调（耗电量大的主机一般在几米之外，室内部分基本不产生磁场）等，不必在它们身上浪费时间。

DC干扰源不多，大型UPS站、电解槽、直流电动机调速的轧钢机等都是可疑对象。不过最常见的还是来自地铁。

我国目前地铁供电有直流750V（京津）和1500V（沪）两种制式，地铁在启动出站时电流变化最大，那时的DC干扰也最强。上海地铁二号线在地面三百米远处DC变化可达15mG以上,750V供电的地铁线路DC干扰更大些（不要忘了磁场是电流产生的哦）。

顺便说一句，高铁和动车是交流供电，和地铁不一样，主要是AC， DC电磁干扰往往很小。

知道了原因，那么很多时候我们“惹不起躲得起”，考虑到“磁场强度和距离的平方成反比”，找到主源（有时也找不到）后，有时避开同一楼层供电支路的“上游”，搬开十几米或者换一个房间/换个楼层/换个楼就搞定，一分钱不花，哈哈。

这里报告一个坏消息，据本人十几年、两千多次的实践经验，在大多数情况下都是“无处可躲”，那就只好破费些银子，做个磁屏蔽或者买套消磁系统吧。

对于AC我们有两个解决方案：被动式磁屏蔽（又分为磁路分流和感生反相磁场两种，详见本系列之五《几种改善电磁环境方法比较》）和主动式消磁系统（详见本系列之四《主动式低频消磁系统》）。但对于DC，目前我们只有选用具有DC消磁功能的消磁系统这唯一的解决方案，因为无论从理论上还是从实践上，都可以证明两种被动式磁屏蔽都不能搞定DC。有兴趣的可以参考本人其它相关文章，这里不再进一步展开。

目前国家在低频低频电磁屏蔽方面还没有专业标准和规范，也没有技监部门来监督管理，各个工民建设计单位基本都没有配备专业检测仪器，所以，当前没有“有资质的设计部门”来做专业设计。

2020.10

张承青

作者简介

作者张承青，退休前在某电镜公司工作多年，曾经做过约两千个（次）电镜环境调查、测试，参与多个电镜实验室设计及改造设计规划，在低频电磁环境改善和低频振动改善等方面有些体会，迄今仍在这些方面继续探索。

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附2：张承青系列约稿发布回顾

附3：相关专家系列约稿

安徽大学林中清扫描电镜系列约稿