/ .無錫市計量測試院；.宜興市計量檢定測試所

0 引言

激光線長測量儀是用在工業(yè)生產(chǎn)線上的板材、紙張、布匹等材料在生產(chǎn)過程中實時非接觸檢測其長度的一種測量儀器，測量準確度達到0.05%。目前，激光線長測量儀的生產(chǎn)廠商主要是美國BETA Laser-Mike、德國elovis、英國Polytec等，而國內(nèi)沒有廠商生產(chǎn)，對其示值溯源沒有相應的校準依據(jù)可執(zhí)行。本文對該測量儀器的示值誤差溯源設計出一種校準裝置，并進行了校準結果的不確定度分析，供大家參考。

1 激光線長測量儀工作原理

激光線長測量儀，采用雙光線的激光多普勒干涉測量技術，實現(xiàn)非接觸式長度測量。激光源發(fā)射出的激光通過光束分離器產(chǎn)生兩束光在被測物體表面產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋，光檢測器通過回收激光檢測到干涉條紋的變化，輸出相應的電信號，如圖1所示。被測物體移動，光檢測器獲得信號，測出被測物體的速度，并精確計算出通過測量區(qū)域的該物體的長度。

圖1 激光多普勒干涉原理

被測物體的速度

式中：d—— 明暗條紋的間距，見圖2；

λ—— 激光波長；

κ—— 入射角

圖2 激光多普勒干涉條紋

2 激光線長測量儀校準裝置

激光線長測量儀校準裝置具有較強的綜合檢測與校準能力，操作簡單、方便、可靠，能快速完成校準，很好地解決激光線長測量儀校準問題。

本裝置采用了直徑為300 mm的標準圓盤為主要標準器，周長是固定的。通過軟件精確控制伺服電機帶動標準圓盤轉動，通過角編碼器計算出標準圓盤的轉動周長。該周長與激光線長測量儀讀數(shù)裝置顯示的示值相比較，得出激光線長測量儀的示值誤差。當伺服電機帶動標準圓盤轉動時，在軟件上可以通過預先設置的周長值在任意長度上對激光線長測量儀進行校準。該裝置主體部分結構如圖3所示。

圖3 激光線長測量儀校準裝置結構

3 校準過程及不確定度分析

3.1 校準過程

如圖3所示，將作者單位一臺型號為BATE Laser-Mike LS9000，編號為CH862013，精度為0.05%的激光線長測量儀放置在工作臺上，通過調(diào)節(jié)激光線長測量儀在線性導軌上位置，控制其景深距離(300 mm±30 mm)。當兩束光斑重合為一束打在標準圓盤的中心線上，設置標準圓盤的線速度，啟動伺服電機帶動標準圓盤旋轉，同時開起激光線長測量儀并按下零點鍵，根據(jù)預先設置的校準點，對激光線長測量儀示值進行校準。校準數(shù)據(jù)見表1。

3.2 不確定度分析

該型號的激光線長測量儀示值誤差在±0.05%范圍內(nèi)，為了驗證校準的準確性，作如下測量不確定度分析：

3.2.1 校準的重復測量引入的不確定度分量u1

將儀器測量頭對準標準圓盤轉動裝置的中心，設定標準長度值100 m，然后連續(xù)10次重復測量：100.00、100.00、100.00、100.00、100.00、100.00、100.00、100.00、100.01、100.00，則實驗標準差為0.003 m。

則u1= 0.003 m

表1 不同線速度下的示值誤差（儀器分辨力：0.01 m）

3.2.2 標準裝置允許誤差引入的標準不確定度分量u2

校準裝置的允許示值相對誤差為0.005%。假設為均勻分布，則

3.2.3 儀器測量頭對校準裝置的圓中心引入的標準不確定度分量u3

儀器測量頭中心對校準裝置的圓中心的誤差不超出2 mm。由試驗數(shù)據(jù)得出，對中誤差引入的不確定度分量為0.005%。假設為均勻分布，故

3.2.4 合成標準不確定度

3.2.5 擴展不確定度

取k= 2，可得擴展不確定度為

U=k·uc= 0.011 m

則Urel= 0.011%

通過分析得出，相對擴展不確定度小于出廠說明書規(guī)定的線性示值誤差0.05%的三分之一，說明此校準裝置具有非常好的可行性。

4 結語

目前，由我院起草的江蘇省《激光線長測量儀校準規(guī)范》地方計量技術規(guī)范已經(jīng)發(fā)布實施。我院研制的激光線長測量儀校準裝置能很好地解決激光線長測量儀校準溯源的要求，保證激光線長測量儀的測量準確度，可以確保其對產(chǎn)品長度計量的準確，尤其在電線電纜行業(yè)，能有效減少因長度偏差帶來的貿(mào)易糾紛，為企業(yè)控制生產(chǎn)成本，獲得更高的經(jīng)濟效益。

[1]江蘇省幾何量計量專業(yè)技術委員會.JJF（蘇）195-2017激光線長測量儀校準規(guī)范[S].南京：2017.

[2]劉亞俊．線纜計米器非接觸式在線校準[J].上海計量測試，2014（3）：48+50.

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[4]全國法制計量管理計量技術委員會．測量不確定度評定與表示指南[S].北京：中國計量出版社，2000.

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