儀器設(shè)計(jì)中信號(hào)轉(zhuǎn)換原理的選擇很重要，幾乎任何一種新發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象和新技術(shù)的出現(xiàn)都會(huì)給計(jì)量技術(shù)增添新的手段。儀器設(shè)計(jì)的新穎性常常和信號(hào)轉(zhuǎn)換原理有關(guān)。設(shè)計(jì)者的愿望總是設(shè)法限度地提取測(cè)量對(duì)象所提供的信息并進(jìn)行正確的分析，因此對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換方法的廣泛了解有利于開(kāi)闊思路，巧妙地解決設(shè)計(jì)問(wèn)題。

　　在計(jì)量?jī)x器中主要采用的有機(jī)械、光學(xué)、電磁和氣動(dòng)四類能量或信號(hào)的轉(zhuǎn)換形式。

　?。?）機(jī)械式的儀表和量具

　　這類儀表和量具示值誤差為0.01～0.001 mm，對(duì)環(huán)境要求較低，簡(jiǎn)單耐用，適合于工廠車間使用，一般價(jià)格便宜。

　　（2）光學(xué)成像原理

　　這類儀表和量具示值誤差為0.5～1μm，性能穩(wěn)定，耐用，如工具顯微鏡，測(cè)長(zhǎng)機(jī)等。為了提高瞄準(zhǔn)讀數(shù)有時(shí)采用光電瞄準(zhǔn)可把瞄準(zhǔn)提高到0.01μm。一個(gè)新的發(fā)展是引入電視測(cè)量技術(shù)，把重復(fù)性提高到0.01～0.03μm，為0.1～0.3μm。

　　（3）衍射原理的應(yīng)用

　　應(yīng)用衍射原理的測(cè)量方法很多，如小孔細(xì)絲的測(cè)量，邊緣瞄準(zhǔn)就是采用了衍射原理。常用的例子是計(jì)量光柵，其測(cè)量誤差可表示為：±（0.2 gm＋2×10-6L），其中L為被測(cè)長(zhǎng)度。測(cè)角光柵可達(dá)1″或更好的。光柵應(yīng)用的條件是要求清潔的環(huán)境，因此多適用于實(shí)驗(yàn)室，但由于目前密封方法的改善，以及電子線路的改進(jìn)，使光柵已經(jīng)廣泛用于金屬切削機(jī)床。衍射方法還被用來(lái)產(chǎn)生激光準(zhǔn)直的基線，波帶片和相位板是其代表。超聲衍射，可被用來(lái)對(duì)光頻進(jìn)行調(diào)制。

　　（4）干涉原理的應(yīng)用

　　這是目前計(jì)量領(lǐng)域中應(yīng)用廣、的方法。在測(cè)長(zhǎng)距離的情況下可以在50m以內(nèi)實(shí)現(xiàn)以下誤差公式：±（0.1 gm＋10-6L），在測(cè)量微小位移時(shí)可以得到優(yōu)于0.1 nm的分辨率。在測(cè)角中的應(yīng)用可以得到0.1＇或更高的。干涉原理廣泛地用于表面粗糙度測(cè)量、平面度測(cè)量以及變形測(cè)量等場(chǎng)合。

　?。?）偏振原理的應(yīng)用

　　用偏振光的分析來(lái)得到有關(guān)被測(cè)對(duì)象的信息是一種非常有效的方法。用橢偏儀測(cè)量薄膜，可以使分辨率達(dá)到0.1 nm數(shù)量級(jí)，而且可以同時(shí)得出膜的厚度和折射率的數(shù)值。在干涉條紋細(xì)分技術(shù)中，目前的方法是用偏振光分析來(lái)實(shí)現(xiàn)的。用偏振原理測(cè)量1/4波片和2/2波片等延遲片，對(duì)應(yīng)的厚度誤差在1 nm左右，這是用直接測(cè)量厚度的方法難于實(shí)現(xiàn)的。還可利用磁光偏振原理作成磁光調(diào)制器，也可用偏振光法測(cè)量。

　?。?）散射原理

　　在流體中的懸浮粒子的散射光相對(duì)于入射光的頻率產(chǎn)生頻移叫做多普勒頻移，這個(gè)現(xiàn)象被用來(lái)測(cè)量流體的速度。又因?yàn)樯⑸湫盘?hào)的可見(jiàn)度和粒子直徑有一定關(guān)系，所以這種方法還可用來(lái)測(cè)量粒子直徑。散斑現(xiàn)象被用來(lái)測(cè)量變形。

　　（7）波導(dǎo)和光纖特性的應(yīng)用

　　薄膜波導(dǎo)的原理被用來(lái)測(cè)量薄膜的厚度和折射率。在產(chǎn)生導(dǎo)模的條件下，在反射光斑上可以看到暗線，測(cè)量出兩個(gè)導(dǎo)模對(duì)應(yīng)的角度就可以解出n和d，如圖1所示。

　　圖1  波導(dǎo)的應(yīng)用

　　對(duì)于光纖來(lái)說(shuō)，除了它的傳光作用外，外界的物理變化會(huì)導(dǎo)致光纖的長(zhǎng)度、芯徑、折射率、損耗、雙折射率等一系列變化。日前光纖已成為研制傳感器的重要手段。因?yàn)樗?xì)小，在許多方面顯示出優(yōu)越性。

　?。?）電磁現(xiàn)象的應(yīng)用

　?、俅艝?。在鋼帶上磁化出等距信號(hào)（S、N極的相間等距排列），即為磁柵。讀出時(shí)再細(xì)分每個(gè)柵距信號(hào)c尺子的長(zhǎng)度可以拉伸以調(diào)整系統(tǒng)偏差。它用于測(cè)量大的位移。在線值測(cè)量時(shí)誤差為±（2 gm＋5×lO%），作角值測(cè)量時(shí)誤差為5＇左右。使用磁柵時(shí)對(duì)磁屏蔽要求較高。

　?、诟袘?yīng)同步器。它相當(dāng)于把電動(dòng)機(jī)的繞組展開(kāi)在一塊鋼的基片上。通常每根尺子的長(zhǎng)度為250 mm，但是可以任意接長(zhǎng)，而且在接長(zhǎng)時(shí)可用激光干涉儀校準(zhǔn)，消除誤差。因此它的誤差不積累，其累積誤差和激光干涉儀的測(cè)量誤差相同。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接長(zhǎng)方便。

　　線值誤差為±2.5 gm/250 mm，角值誤差為±1″。

　　③電容傳感器。一般的電容測(cè)微儀示值誤差為±0.01～0.1 pm，測(cè)量范圍可達(dá)I ma△。近年來(lái)發(fā)展的容柵式數(shù)字游標(biāo)卡尺己經(jīng)占領(lǐng)了國(guó)際市場(chǎng)。它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)環(huán)境要求不高，可在車間使用，容柵受到保護(hù)層的保護(hù)不會(huì)被損壞。容柵式數(shù)字游標(biāo)卡尺的尺寸和舊式機(jī)械式卡尺相同，容柵薄膜代替了原來(lái)的機(jī)械刻線。數(shù)字顯示到0.01 mm，其并不高，但使用方便。這種技術(shù)處于光學(xué)工藝和集成電路技術(shù)的綜合領(lǐng)域，不能認(rèn)為和光學(xué)無(wú)關(guān)。這種原理的缺點(diǎn)是濕度不能太大，否則不顯示。

　?、茈姼袀鞲衅鳌７秶蛇_(dá)1 mm，示值誤差為±（0.04～±0.5）gm。

　?、轀u流原理。在1 mm范圍內(nèi)，位移測(cè)量和問(wèn)隙無(wú)關(guān)，示值誤差在±1 gm左右。

　　（9）氣動(dòng)量?jī)x

　　測(cè)量范圍為0.02～0.25 mm，示值誤差為±（0.2～1）gm。

　　（lO）激光應(yīng)用

　　除作為前述方法的光源而外，還利用其方向性來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)直測(cè)量。

　　上面介紹的每種方法和原理的目前水平總不是停滯的。而且，這些數(shù)據(jù)會(huì)因具體條件而有很大的差別。為了得到針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象的確切結(jié)果，常常要作實(shí)驗(yàn)研究工作，或者借鑒類似工作的研究成果。

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