激光干涉仪的计量保证方案研究

　　1　引　言

　　激光干涉仪是一种大型、高精度的多参数综合测量设备,可以测量包括面形、曲率半径、角度误差等10多个参数,在各行各业都有着广泛的应用。目前实验室拥有一台由美国ZYGO公司生产的GPI-XP-Ⅳ型激光数字波面移相干涉仪(波长λ=632.8nm),除满足科研任务外,对外亦承担了大量的委托测试任务。但在日常的测试过程中,经常发现测量结果与其他同类干涉仪的测量结果存在差异。究其原因除仪器本身存在的系统误差外,环境和操作的因素也很重要。由于该型干涉仪精度高达λ/100,因而对环境条件要求很高。据文献报道:对普通K9玻璃材料,在干涉测量中如果参考和测试面之间存在有0.001℃的温度变化,将导致干涉条纹发生1/100的变化。另一方面,该型干涉仪的自动化程度也很高,在作必要的夹持和装调后,全部剩余操作由仪器的测试软件(MetroPro)完成,软件处理在简化了测试操作的同时,对测试人员也提出了更高的要求。MetroPro界面的人机对话比较复杂,尤其有众多的测量设置,要求测试人员对试样的测试要求和仪器测试操作均有深入而准确的理解。

　　综合考虑众多因素的影响,为了切实保证该干涉测量的准确一致,展开了对干涉仪计量保证方案的研究。

　　2　基本过程

　　计量保证方案简称MAP,它最早起源于70年代的美国标准计量局(NBS)。MAP综合考核参加试验室的标准(仪器)、人员、方法、环境和测试能力,它由一个主持实验室和若干个参加实验室组成,具体实施程序如图1所示[1,2]。

　　2.1　“统计过程控制”

　　参加实验室定期使用参考标准测量核查标准,建立起测量过程控制参数。这样使得参加实验室以后的测量过程能处于连续的统计控制之中,保证了测量总不确定度的有效性。

　　2.2　实现“闭环量传”

　　参加实验室使用自己的参考标准测量传递标准,实现量值向上溯源。这一步可以完成对参加实验室的测量系统(包括标准、方法、人员、环境、设备等)进行全面考核。传递标准在周转回主持实验室后需要重新测量,只有传递标准的参数飘移在允许范围内时,此次量传才有效。

　　可以看出,“统计过程控制”是MAP方案的核心,用“核查标准”测量积累的大量数据能够直接表示参加实验室测量过程的特征,它比标准本身更可贵,能客观评价一个实验室对某一物理量的测量能力,因而,MAP是最理想的考核实验室的方法。

　　与传统的量传(溯源)方法相比较,有效实施计量保证方案可以实现对参加实验室测量全过程的质量控制,并可以定量评估参加实验室测量结果相对于国家基准的测量不确定度。