隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對計(jì)量技術(shù)的要求越來越高，尤其是當(dāng)代宇航和天文等技術(shù)的發(fā)展，要求計(jì)量向納米技術(shù)發(fā)展，納米計(jì)量和技術(shù)成為目前各學(xué)科必須解決的問題。因此國內(nèi)外儀器計(jì)量部門都在研究和生產(chǎn)各種納米級準(zhǔn)確度的計(jì)量儀器，并探討其和校正，以科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要。近幾年來，各國相繼研制*了各種納米量級的測微儀，它們包括激光干涉儀、電容測微儀和電感測微儀，這些測微儀雖然已經(jīng)在許多學(xué)科及部門了廣泛應(yīng)用，有的測微儀的準(zhǔn)確度到底如何?就目前的是無法進(jìn)行測定的。另外，還有一些微位移進(jìn)給器件，例如壓電陶瓷等，雖然應(yīng)用范圍很廣，但其非線性和位移準(zhǔn)確度如何?有時也沒有可靠的檢測手段。

一、基于有基準(zhǔn)的儀器校正技術(shù)

有基準(zhǔn)是的對比儀器校正，此在儀器計(jì)量部門對各種新設(shè)備的、舊設(shè)備的校正以及各個學(xué)科的實(shí)際工程技術(shù)測量中都了廣泛的應(yīng)用。

有基準(zhǔn)儀器校的基本原理是：對于任何被測量新的或在用中的檢測設(shè)備，為了確定其測量結(jié)果的可靠性，通常采用比被測量準(zhǔn)確度更高等級的檢測設(shè)備，準(zhǔn)確地其在測量范圍內(nèi)的測量準(zhǔn)確度、分辨力、性等性能指標(biāo)。從該的原理看出，對于長度計(jì)量的位移傳感器的儀器校正技術(shù)，必須解決兩個關(guān)鍵性問題：一是具有更高等級準(zhǔn)確度、更高分辨力的測微；二是能夠提供足夠小的達(dá)到測微分辨力的微位移機(jī)構(gòu)。只有了上述兩個條件，才能真正對測微的分辨力、準(zhǔn)確度、性等性能指標(biāo)給予的評價。對于具有有效測量面積位移傳感器的測微，采用這種原理進(jìn)行的主要有以下幾種：

1、小角度檢查儀(正弦尺)

用小角度檢查儀和量塊對精密電容測微儀的是80年代末期，儀器計(jì)量部門針對具有有效測量面積的電容和電感測微儀而制定的一種，其具體的工作原理如圖1-1所示。

在小角度檢查儀左、右兩端的指示計(jì)安裝架中，分別裝上式光干涉儀，并將事先經(jīng)過或加工的孔距為50±0.02mm的夾具，裝在式干涉儀上。在夾具左端的孔中裝上被測微儀的傳感器，經(jīng)，使傳感器測頭軸心線端點(diǎn)與式干涉儀測頭頂點(diǎn)在同一條直線上，且和橋形工作臺縱向?qū)ΨQ中線相重合，安裝結(jié)果如圖1-1所示。小角度檢查儀經(jīng)過上述，構(gòu)成了50：500即1:10的杠桿機(jī)構(gòu)，借助框式水準(zhǔn)器，橋形工作臺使其臺面基本水平。根據(jù)被測微儀的實(shí)際情況確定受檢點(diǎn)的數(shù)值，以此為依據(jù)選用相應(yīng)尺寸和等級的量塊，如量程為±10mm的精密電容式測微儀時，則選用1，1.005和1.010mm的量塊。為使式干涉儀定位可靠，再選用一塊不低于5等的1mm量塊。

分別將兩塊lm量塊，椎入式干涉儀測頭下面對零，將作為電容傳感器測量極板的量塊推入被傳感器測頭的下面，上下傳感器測頭好初始間隙，將電容式測微儀的輸出顯示到零。然后在小角度儀的右端推入1.005mm量塊，換掉其式干涉儀下面l哪的量塊，同時用右端的升降機(jī)構(gòu)橋形工作臺，使式干涉儀重新指示為零，這時讀取電容測微儀的顯示值。用同樣，推入1.010mm的量塊更換掉干涉儀下面1.005mm的量塊，以10mm的受檢點(diǎn)。這樣我們對精密電容測微儀的正量程就完成了。這時用1．010mm的量塊對電容測微儀進(jìn)行調(diào)零，采用1.005mm和1m的量塊分別電容測微儀-5mm和-10mm的受檢點(diǎn)。通過上述兩個步驟可對被檢測微儀完成一次。當(dāng)然對于被的測微的準(zhǔn)確度和測量范圍的不同，其受檢的點(diǎn)數(shù)和受檢的范圍也各不相同，但其的完全一樣。各受檢點(diǎn)的測得值與受檢點(diǎn)的標(biāo)稱值之大差值，即測量范圍內(nèi)的示值誤差，其誤差不得過測微的允許值。采用此也可以對同等準(zhǔn)確度的激光干涉儀或同等準(zhǔn)確度的其它計(jì)量進(jìn)行。

從上面的論述可以看出，采用這種裝置和對被檢測微的，其的準(zhǔn)確度不僅取決于量塊的精度等級，而且與小角度檢查儀兩端的干涉儀的準(zhǔn)確度、小角度檢查儀右端的升降機(jī)構(gòu)的精度都密切相關(guān)。用這種的測微的精度高可達(dá)0.02um，完全可以許多測微的要求，但對精密測微采用此進(jìn)行，其精度很難測微精度的需要。

2、杠桿式比例斜面位移放大機(jī)構(gòu)

隨著精密測微研制和其在計(jì)量生產(chǎn)各部門的廣泛應(yīng)用，對這些測微的問題顯得愈來愈尖銳。因此儀器計(jì)量部門對其也進(jìn)行了研究，在九十年代初期推出了杠桿式斜塊測微儀器，其具體的工作原理如圖1—2所示。首先將精密測微的傳感器，根據(jù)其測量范圍和分辨力裝入器的支架孔中，按照杠桿原理以一定的比例縮小被檢測微的位移量，以便的準(zhǔn)確度。被檢傳感器的安裝位置，使精密測微儀的示值在測量范圍的下限，待測微儀示值后即可記下測微儀的讀數(shù)，作為被檢測微儀的受檢起始點(diǎn)。根據(jù)被檢精密測微的測量范圍和分辨力確定其受檢點(diǎn)數(shù)和受檢數(shù)值，以此為依據(jù)單向微動器上的微位移微分筒，并觀察微分筒鼓輪上的讀數(shù)到達(dá)第二個受檢點(diǎn)位置，待測微儀示值后記錄其示值；依此類推，對其它受檢進(jìn)行檢測實(shí)現(xiàn)對測微儀的全量程。各受檢點(diǎn)的測得值與受檢點(diǎn)標(biāo)稱值的比例縮小值之間的大差值，即為測微在測量范圍內(nèi)的示值誤差，其誤差不得過其的允許值。

另外，在杠桿式斜塊測微儀器上還可以測微儀的分辨力。根據(jù)測微儀的分辨力指標(biāo)將傳感器安裝到器的支架孔中，傳感器位置使其示值在測量范圍中間位置，單向微動器的微分筒，待受檢測微儀的示值后，在器的微分筒鼓輪上讀數(shù)。繼續(xù)單向微動器微分筒，同時觀察測微儀的示值變化。當(dāng)剛使測微儀的示值發(fā)生變化時，再次在器微分筒鼓輪上讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差，即為精密測微的分辨力。

從杠桿式斜塊測微儀器的工作原理可以看出，其的準(zhǔn)確度，不但與器上微位移微分筒的度有關(guān)，而且杠桿位移縮小的比例、杠桿剛度、杠桿支點(diǎn)的剛度等因素將直接影響其的準(zhǔn)確度。

3、納米激光偏振干涉儀

在八十年代末九十年代初，由于高精度軸系和精密微位移測量的要求已越來越高，國內(nèi)對分辨力達(dá)0.01um的各類微位移測量儀的應(yīng)用己日趨普遍。

為了解決這類測微儀的需要，北京部計(jì)量研究所和上海機(jī)床廠磨床研究所，相繼研制出納米級激光偏振干涉儀和0.001微米位移比對儀，其高分辨力達(dá)到0.1納米、準(zhǔn)確度達(dá)到3納米。并在此基礎(chǔ)上研制了相應(yīng)的裝置，其工作原理如圖1—3所示。

由圖可知，該裝置由干涉儀主體部件、角度測量部件、微位移部件三個主要部分組成，具體工作原理如下：

1)干涉是干涉儀的主體組成部件，在中產(chǎn)生干涉條紋。其具體工作原理是：當(dāng)可動鏡6(如圖1—3)位移入/2時，偏振光的偏振面1800的轉(zhuǎn)角，此時干涉條紋的明暗變化一個周期，利用此關(guān)系可對干涉條紋進(jìn)行細(xì)分。很高的分辨率。

2)角度測量部件(由圖1—3中的9、10、11、12組成)的工作原理如圖1-4所示，是細(xì)分干涉條紋的機(jī)構(gòu)，其中1、3、4、5、7、8組成測角，2、6、9組成尋找偏振面。當(dāng)可動鏡位移時。干涉條紋發(fā)生明暗變化，可用檢偏器2隨光柵盤后的位置，從而測出偏振面角所轉(zhuǎn)過的角度，由可逆記數(shù)器輸出位移量。

3)微位移部件是裝置不可缺少的組成部分，其工作原理如圖1-5所示。它是可動鏡產(chǎn)生位移的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，可動鏡1(圖1-3中的6)安裝在片簧導(dǎo)軌2上，鏡框后面安裝了被檢傳感器5(圖1-3中的7)和電致伸縮器4，當(dāng)用連續(xù)可調(diào)直流電源給其施加電壓時，即可使可動鏡產(chǎn)生位移，同時在干涉儀和被檢傳感器上可把位移量顯示出來，實(shí)現(xiàn)的目的。

用該儀器進(jìn)行檢測時，首先將儀器到正常工作狀態(tài)，將被檢傳感器安裝在被中(如圖1-3中7的位置)，連續(xù)可調(diào)直流電源給電致伸縮器施加電壓，可動鏡產(chǎn)生位移，通過主機(jī)上檢偏器的位置，尋找偏振面的角度，由可逆記數(shù)器(如圖1—3中8)顯示可動鏡的位移量，與此同時被檢傳感器也檢測出了可動鏡的位移量，兩者之間的大差值即為的示值誤差。

上述分析可以看出，采用這種對精密測微儀進(jìn)行時，具有許多優(yōu)點(diǎn)：①直接采用激光(6328埃)光波作基準(zhǔn)與被測量進(jìn)行比較，了傳動鏈長、剛性差等傳遞誤差，大大了的準(zhǔn)確度；②基準(zhǔn)測微儀利用偏振光干涉法，因而可以利用測角儀測量偏振面的角干涉條紋的小數(shù)，使其分辨力大大；⑧利用該裝置還可以對同等準(zhǔn)確度的其它傳感器以及壓電陶瓷微位移驅(qū)動器的非線性等進(jìn)行，如果對工作臺和導(dǎo)軌稍加改進(jìn)，還可以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，充分發(fā)揮其作用。