1、ZTZTG 中华人民共和国国家计量检定规程JJG 331-1994 激光干涉比长仪Laser Interference Comparator 1994一07-12发布1995一01-01实施国家技术监督局发布JJG 331- 1994 激光干涉比长仪检定规程Verification Regulation of Laser Interference Comparator 9 JJG 331-1994 2 ;代替JJG331-1983;本检定规程经国家技术监督局于1994年07月12日批准，并自1995年01月01日起施行。归口单位:中国计量科学研究院起草单位:中国计量科学研究院本规程技术条文由起
2、草单位负责解释JJG 331-1994 本规程主要起草人:蒋顷(中国计量科学研究院)参加起草人:王黎菁(中国计量科学研究院)汪德宝(中国计量科学研究院)JJG 331-1994 目录概述(1 ) 一检定项目和检定条件(1 ) 一检定要求和检定方法(2 ) 四检定结果的处理(6 ) 附录1激光器、测温装置及折射率测量装置的检定要求(7 ) 附录2测量环境下脉冲当量Qn的计算实例 ( 8 ) 附录3各种温度的饱和蒸气压表(9 ) JJG 331-1994 激光干涉比长仪检定规程本规程适用于新制造的、使用中和修理后的激光干涉比长仪的检定。一概述激光干涉比长仪(以下简称比长仪)是用激光波长直接检定线纹
3、尺的工作基准类仪器。它主要用于检定长度至1000 mm的一、二等标准金属线纹尺;一、二等标准玻璃线纹尺，以及不确定度优于一等标准金属尺的基准尺。检定长度小于1000 mm的激光干涉比长仪其被检项目与要求可参照本规程进行。比长仪的准确度可按线纹尺检定结果的总不确定度(置信水平0.99)分为两类:(A) U = (0.06+0.1L)m (B) U = (0.1+0.1L)m 式中:L一一被测长度，m。比长仪主要由He-Ne激光器、干涉仪、机械主体、光电显微镜、温度测量装置与数据处理装置(计算机)等七个部分组成。二检定项目和检定条件1 比长仪的检定项目和主要检定条件如表1所示。表1序检定类别枪定项
4、目主要检定条件非J主新制的修理的使用中l 外观目测+ + 2 激光平行光束的均匀性纸屏+ + + 3 干涉条纹的对比度及输出信号的质量纸屏、二踪示波器+ + + 4 工作台运动直线度0.2自准直仪+ + 5 测量光束与运动方向的一致性专用检具+ + 6 工作台运动速度均匀性频率计+ 十7 光电显微镜平面镜、自准直仪、金+ + 属尺、玻璃尺、町水泡8 测量重复性金属尺、玻璃尺+ + + 比长仪的准确度殷钢尺、石英尺、9 + + + 玻璃尺注:表中+表示检定，一表示可不检定。JJG 331-1994 2 检定比长仪时的环境温度应为20c左右，具体要求见12.2.1项中的表3。三检定要求和检定方法3
5、 外观3.1 要求:新制造的、修理后或使用中的比长仪其导轨均不能有锈蚀与碰伤;应用气浮导轨的比长仪其气源过滤应正常。3 .2 检定方法:手感和目力观察。4 激光平行光束的均匀性4.1 要求:光斑的亮度要均匀。4.2 检定方法:用白色纸屏观察。5 干涉条纹的对比度及输出信号的质量5.1 干涉条纹的对比度5. 1. 1 要求:干涉条纹要亮暗分明。5.1.2 检定方法:用白色纸屏观察。5.2 输出信号的质量5.2.1 要求:干涉条纹经光电转换后的信噪比、1m行程内的幅值变化和位相差的变化，均必须满足比长仪能正常工作的要求。5.2.2 检定方法:二踪示波器实时动态监测。6 工作台运动的直线度6.1 要
6、求:新制的与修理后的比长仪，在1m行程内垂直与水平方向的直线度应小于2/，扭曲小于4气使用中的比长仪上述两项指标分别为矿和5。6.2 检定方法:用0.2自准直仪在工作台的行程内测量，其扭曲用1水平仪测量。7 测量光束与工作台运动方向的一致性7.1 要求:在1m行程内小于5。7.2 检定方法:用一专用检具，它是一个长度近似于工作台行程的圆柱棒，其一端装一平面反射镜，其反射面与圆柱棒的母线相垂直。平面反射镜的对面放置一自准直仪，圆柱棒放置于工作台上的V形块内，用千分表在垂直与水平面内将其母线调整到与导轨运动方向一致，用自准直仪观察平面反射镜上反射回来的十字线像。调整自准直仪使十字线像处于视场中央。
7、然后调整激光束的方向，使激光光点落在自准直仪视场中央，也可用其它相应的方法。调整的不确定度应优于2。8 工作台运动速度的均匀性8.1 要求:工作台运动速度的相对变化不得超过5%。8.2 检定方法:用与干涉仪阻抗匹配的频率计或其它检测仪器。9 光电显微镜2 JJG 331-1994 9.1 外观及相互位置9. 1.1 要求:成像要清晰，视场亮度要均匀，且不能有霉点、脏点、水泡等各种附着物，显微镜升降要灵活，不能有影响调焦的空回。9. 1.2 检定方法:目测和手感。9.2 双狭缝9.2.1 要求:每个狭缝均能根据刻线宽度调整，边缘平直并相互平行。两狭缝在视场内应能清晰看到。9.2.2 检定方法:通
8、过目镜观察狭缝边缘是否平直，合拢时要平行，不应有目力觉察出的缝隙和倾斜现象。9.3 双狭缝与工作台运动方向应垂直9.3.1 要求:在显微镜视场内，观察双狭缝与调整好的线纹尺刻线应平行。9.3.2 检定方法:将一等标准金属线纹尺(或一等标准玻璃线纹尺)按检定要求调整好焦距和方位，通过显微镜观察线纹尺的刻线应与狭缝平行。9 .4 显微镜升降导轨的直线度9.4.1 要求:在显微镜升降范围内不得大于l。9.4.2 检定方法:用准确度不低于10的水泡放置于显微镜上，升降显微镜，待固定后观察水泡的变化。9.5 调整光电显微镜的物像光轴9.5.1 要求:与工作台运动方向垂直不得大于2。9.5.2 检定方法:
9、在安装顶端狭缝前，在狭缝的位置上放置一块十字分划板，绕光电显微镜机械轴旋转，调整十字分划板中心与机械轴重合，用光学显微镜观察。然后，在光电显微镜物方用光学显微镜观察十字分划板的像，同样绕机械轴旋转光电显微镜，修切物镜的修切圆直至十字分划板的中心不晃动为止。9.6 调整光电显微镜的照明光轴9.6.1 要求:照明光轴应与线纹尺尺面垂直。9.6.2 检定方法:安装一支金属线纹尺(或玻璃线纹尺)，按检定要求调整好焦距和方位。升降光电显微镜，当刻线稍有离焦时，刻线像不得有左右晃动。9.7 显微镜的机械轴9.7.1 要求:显微镜升降时，不得有绕机械轴的回转。9.7.2 检定方法:在显微镜的某一侧面部位贴附
10、一个反射镜，用自准直仪观察十字线反射像，在升降显微镜或绕机械轴轻微旋转显微镜时，其十字线像不得有晃动。10 比长仪的测量重复性10.1 要求:单次测量的不确定度(置信水平为0.99)U二0.1m10.2 检定方法:取一支刻线质量好的标准金属线纹尺或标准玻璃线纹尺，任取一端的10个毫米间隔，重复测量14次，记录格式如表2所示。3 JJG 331-1994 表2次数间隔/mmIp ( vv 1 2 3 . . . 12 13 14 0-1 11.1 11.2 11.3 . . . . 11. 12 11. 13 11. 14 l pl (VV)1 2- 3 l 2.1 l2.2 l2.3 . .
11、. 2.12 12 . 13 2.14 l p2 (VV )2 . . . . . . 16 - 17 19. 1 9.2 19.3 . . . 19. 12 19. 13 9.14 lp9 (VV )9 18 - 19 110.1 110.2 10.3 . . . 110. 12 10.13 10.14 lp10 (VV) lO Ipl lp2 lp3 , IpIO-一一第1间隔至第10间隔各自测量14次的平均值;(VV)I (VV Jz, . VV)IO一一第1间隔至第10间隔各自残差的平方和。按下列公式算出其测量结果的总不确定度(置信水平0.99):U=3 式中:K一一测量的间隔数，取K
12、=10;n一一每间隔的测量次数，取n= 14; ( VV)i一一)1. ()2. ()10。11 激光器、测温装置及折射率测量装置11.1 要求:参阅附录1。12 比长仪检定线纹尺的总不确定度12.1 要求:见本规程的概述。12.2 检定方法(1) 12.2.1 用殷钢基准尺或一等标准玻璃线纹尺装于工作台上，其检定条件如表3所示。12.2.2 测量基准尺的温度ts并按基准尺的温度线膨胀系数计算其对长度的修正量lt =(20 - ts) L 式中:L一一被测长度。12.2.3 测量空气的折射率4 a.用折射率干涉仪测量，根据其使用说明书操作。b.用爱特伦(Edlen)公式计算:(2) JJG 3
13、31-1994 (1)测出在工作台行程范围内的二端测温传感器的温度值，并算出空气的平均温度t。(2)根据不同类型的气压计，按其说明书读出气压计的值。对水银气压计尚需修正到规定状态(温度。、纬度为45c的海平面)的气压值。(3)用通风式湿度计测量湿度。分别读出干、湿温度计值t1与tI。根据附录3，查得饱和蒸气压e，则湿度f按下式计算:133.3 1 = e一一言一(tl-t)(4)用下列公式算出对长度的修正量:b.ln = (92.9(t - 20)- 0.268(p - 101325) + 0.042(1 - 1333)Jx l-8L 式中:L一一被测长度。12.2.4 测量环境下脉冲当量Qn
14、的计算a.按公式(2)与(4)算出脉冲当量的改变量b.QI b.l.+b.L b. O = I 10 . L ，. (3) (4) (5) 式中:Qo一一正常状态下的脉冲当量(Qo=J2Nno，N为波长的电子细分数;no为正常状态下的空气折射率;v为激光的真空波长)。b.计算Qn( b. lt + b. ln) Qn = Qo + b. Q = Qo + , -Vt L _vnQo (6) C.测量环境下脉冲当量Qn的计算实例参阅附录2。12.2.5 检定必须做两种方式，即线纹尺的零刻线处在左方为一种方式;零刻线处在右方为另一方式。每种方式分别作两次检定，取四次检定结果的平均值，并取下列问隔的
15、测得值为最后结果，即:(0 -10)mm中的每毫米间隔;(0 -100)mm中的每厘米间隔;(0 -1000)mm中的每分米间隔。12.2.6将最后结果与殷钢基准尺检定证书上的对应数值做比较，其差值的绝对值I b.L I应在下式的范围内:Ib.Ld1.; (A + BLi)2十(0.06+0.1L;)2 1 (7) 或I b.L;11.; (A + BL;? + (0. 1 + O. 1 L;) 21 (8) 式中:A , B一一为误差表达式中的常数项，在殷钢基准尺证书中给出;L;一一为不同的长度值，m。5 JJG 331- 1994 表3序用一等标准检定条件用殷钢基准尺号玻璃线纹尺1 尺两端
16、允许温差0.02 t 0.02 t 2 尺温对20t允许差优于土0.3t 优于:t0.1t 3 一次测量中尺温度变化优于土0.02t 优于:tO.Olt 4 一次测量中空气温度变化优于:t0 .02 t 优于:t0 .02 t 5 一次测量中气压变化优于士13.33Pa 优于:t13.33 Pa 6 尺的线膨胀系数误差优于士0.05x 1O-6t-t 12.2.7 必要时可重复12.2.5项的内容，另做一组结果作为验证。一种方式两次测得值的差值应小于0.2m。12.2.8 对只能检定玻璃线纹尺的比长仪，可参照12条中各款进行，仅对12.2.5项改为:用20个间隔的测得值为最后检定结果:(0 -
17、 10)mm , (0 - 20)mm , (0 -200)mm。四检定结果的处理13 使用中的比长仪周期检定时，可以只检查比长仪检定线纹尺的总不确定度和重复性两项。14 经检定符合本规程要求的比长仪，发给检定证书。使用中的比长仪3年进行一次周期检定。6 JJG 331-1994 附录1激光器、测温装置及折射率测量装置的检定要求序号检定项目检定要求激光器的波长值总不确定度U2x10 8 1 激光器的频率稳定度运二3x 10 8 激光器的波长漂移7XIO8 2 测温装置总不确定度U0.02c 3 折射率测量装置总不确定度U运lXlO77 JJG 331-1994 附录2测量环境下脉冲当量Qn的计
18、算实例设:正常状态下的脉冲当量为Qo = 0.079 1024725m (1)测出标准尺的温度t5=20.145 C t1lt = 11.5 x 10-6(20 20. 145) X 106 = - 1. 67m (2)空气温度t = 20.085 c 8 (3)气压值= 99 858.7 Pa (4)干温度值t，= 19.9C ;湿温度值t= 13.4 c (5)从附录3中，根据t查得eF二11.5x133.3 Pa (6)湿度133.3 f = e一-7一(t，-t)二11.5x 133.3一66.6(19.9- 13 .4) = 1100.05 Pa (7)按正文中公式(4)计算得6.l
19、 n = 92.9 (20.085 - 20) - 0.268 (99 858.7 - 101 325) + 0.042(1 100.05 - 1 333) JX 10-8 x 106二3.91m(8)按正文中公式(5)计算得A1. + 6. L 6. Q = -, L - . Qo = (- 1.67 + 3.91)x 0.079102 472 5 x 10-6 =0.1772 X 10-6m (9)按正文中公式(6)计算，得出测量环境下的脉冲当量Qn = Qo + 6. Q =0.079 1024725m + 0.000 000 1772m = 0.079 102 649 7m JJG 3
20、31-1994 附录3各种温度的饱和蒸气压表 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 8 8.0 8.1 8.2 8.2 8.3 8.3 8.4 8.4 8.5 8.6 9 8.6 8.7 8.7 8.8 8.8 8.9 9.0 9.0 9.1 9.1 10 9.2 9.3 9.3 9 .4 9.5 9.5 9.6 9.6 9.7 9.8 11 9.8 9.9 10.0 10.0 10.1 10.2 10.2 10.3 10.4 10.4 12 10.5 10.6 10.7 10.7 10.8 10.9 10.9 11.0 11.1 11.2 13 11
21、. 2 11.3 11.4 11. 5 11.5 11. 6 11.7 11. 8 11.8 11. 9 14 12.0 12.1 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.5 12.6 12.7 15 12.8 12.9 13.0 13.0 13.1 13.2 13.3 t3.4 13.5 13.5 16 13.6 13.7 13.8 13.9 14.0 14.1 14.2 14.3 14.4 14.4 17 14.5 14.6 14.7 14.8 14.9 15.0 15.1 15.2 15.3 15 .4 18 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 16.0 1
22、6.1 16.2 16.3 16.4 19 16.5 16.6 16.7 16.8 16.9 17.0 17.1 17.2 17.3 17.4 20 17.5 17.6 17.8 17.9 18.0 18.1 18.2 18.3 18.4 18.5 21 18.7 18.8 18.9 19.0 19.1 19.2 19.3 19.5 19.6 19.7 22 19.8 19.9 20.1 20.2 20.3 20.4 20.6 20.7 20.8 20.9 23 21. 1 21.2 21.3 21. 5 21.6 21. 7 21. 8 22.0 22.1 22.2 24 22.4 22.5
23、 22.6 22 .8 22.9 23.1 23.2 23.3 23.5 23.6 25 23.8 23.9 24.0 24.2 24.3 24.5 24.6 24.8 24.9 25.1 26 25.2 25.4 25.5 25.7 25.8 26.0 26.1 26.3 26.4 26.6 27 26.7 26.9 27.1 27 .2 27.4 27.5 27.7 27.9 28.0 28.2 28 28.3 28.5 28.7 28.8 29.0 29.2 29 .4 29.5 29.7 29.9 29 30.1 30.2 30.4 30.6 30.7 30.9 31. 1 31. 3
24、 31. 5 31.6 30 31. 8 32.0 32.2 32.4 32.6 32.7 32.9 33.1 33.3 33.5 注:表中各种温度的饱和蒸气压值，单位是mmHg，使用时应乘以133.3Pao 9 中华人民共和国国家计量检定规程激光干涉比长仪JJG 331- 1994 国家技术监督局发布 中国计量出版社出版北京和平盟西街甲2号邮政编码100013 电话(010)64275360北京市池鑫印刷厂印刷新华书店北京发行所发行版权所有不得翻印铃880 mm X 1230 mm 16开本印张1字数13千字1994年口月第1版2001年10月第2次印刷印数1001-2500统一书号155026- 1459 定价:14.00元
