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这是因为,用光波波长作基准比较测量是靠光的干涉,而氪86光波的干涉长度不到800毫米。
这样,就不能用光的干涉方法来直接测量1米以上的长度。
而且,氪86光源强度低,观察和记录干涉条纹既费时又费力,因此,这种方法的应用受到了限制。
激光技术的发展,使以光波作为基准的比较测量获得了新生。
激光的单色性好,方向性好,相干性好,光强度大,因此,激光是精密测量的理想光源。
例如,从氦氖激光器发射出来的激光,相干长度理论上可达300公里,在大气中200米距离内能清楚地看到稳定的干涉条纹,再现性比氪86高1000倍。
因此,激光干涉仪使直接精确测量大尺寸能够实现,为精密计量技术提供了最有效的方法。
这样,激光光波作为基准和普遍应用激光干涉测量长度的时代已经到来。
1983年10月20日,在法国巴黎举行的第17届国际计量大会上,正式通过了米的新定义:1米的长度等于光在真空中在1299 792 458秒的时间间隔内运行的距离。
国际计量大会在通过米的新定义的同时,推荐了5种稳频激光器作为执行新的米定义的参考标准,其中有一种稳频激光器是我国计量科技工作者研制的。
米的新定义的特点是,把真空中的光速值作为一个固定不变的基本物理量。
早在20世纪60年代末,科学家们用触须二极管成功地测量了甲烷稳频3.39微米氦氖激光器输出频率的绝对值和波长的绝对值,经过国际间平均与核对,得到真空中的光速值为299 792 458米秒。
光速值不再是物理学中一个可测量的量,而是一个换算用的常数,长度测量可通过时间或频率测量得出,因而使长度单位和时间单位结合起来。
我国设计制造的高精度激光光波自动比长仪,用来检定米标准,一按电钮,几分钟就测定完毕,数字由电子计算机进行计算,并且自动打印出来,达到了国际先进水平。
它的测量精度很高,1米误差只有一万分之二毫米,这就是说,只有一根头发丝直径的三百五十分之一!
40多年来,激光在计量科学和检测技术中得到了卓有成效的应用。
除了上面讲的导致了计量基准的新定义之外,还开发了一大批新型计量测试仪器。
拿长度计量来说吧。
在工业生产和科学研究中,常常要精确测定较短的长度,例如测定几个厘米的长度,而且对测量精度要求十分高,通常是借助于一种长方体的金属量块来完成的。
这种量块是长度精密测量的重要基准量具,被誉为“量具之王”
。
可是,这个“王”
也得有个“王法”
,要以“米基准”
为最高基准,因而必须进行检定。
过去,国内外检定最高精度量块,大多采用20世纪30年代德国的柯氏干涉仪或在此基础上经过改进的仪器,依靠目视测量,检定效率低,劳动强度大,不适应现代工业生产和科学研究的需要。
20世纪70年代末,我国自行设计研制成功了第一台激光量块干涉仪,成功地将激光应用于精密计量,采用一系列先进技术和光学元件,并配备专用电子计算机,比采用柯氏干涉仪检定效率高10多倍,测量精度极高,误差只相当于一根头发丝直径的二千分之一!
目前,激光已广泛和成功地应用于长度、角度、线径、振动、重力、转速、速度、硬度及其他物理量和工程计量测试领域。
激光计量和检测,除了测量精度高以外,还有其他许多优点。
比如,它是以光波获取信息,不接触、不影响被测量对象和现场;它是以光速传播,测量速度极快;它可以作远距离遥测,能够用在人不适宜接近的高温、危险的场所,以及人造卫星测距;它可以同时进行多维测量,没有干扰,也不存在电磁干扰。
这些特点,使激光不仅推动着作为现代科技基础的计量测试技术的飞跃,而且在高科技领域里也发挥着特殊的作用。
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