隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對計量技術(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，要求計量向納米技術(shù)發(fā)展，納米計量和技術(shù)成為目前各學(xué)科必須解決的問題。因此國內(nèi)外儀器計量部門都在研究和生產(chǎn)各種納米級準(zhǔn)確度的計量儀器，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。