Fjerde generations trådmikrometer, der konkurrerer bedst i verden

Forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har udviklet et dramatisk forbedret laserbaseret instrument, der måler diameteren på finmålede ledninger, fibre og andre genstande kun omkring tre gange tykkelsen af ​​et menneskehår. Kendt som en lasermikrometer, enhedens nøjagtighed svarer til dens state-of-the-art modparter, men er billigere, lettere at betjene og lettere at vedligeholde.

NIST -forskere John Stoup og Ted Doiron rapporterede deres fund i december 15, 2020 nummer af Metrologi .

Det nye mikrometer anvender et avanceret laserforskydningsinterferometer, som er afhængig af lys for at måle tykkelsen af ​​genstande, der holdes mellem to metalkontakter. Med det nye system, forskere kan måle diameteren på ethvert objekt mindre end 50 millimeter bredt, herunder fintrådede tråde og fibre med en usikkerhed på kun 2 nanometer. Det er bedre end det dobbelte af nøjagtigheden af ​​tidligere lasermikrometer udviklet ved NIST.

Stoup og Doiron fremstillede det nye mikrometer næsten udelukkende af Invar, en nikkel-jernlegering kendt for sin termiske stabilitet. Det betyder, at materialet ikke reagerer på små temperaturændringer, modstå ekspansion eller sammentrækning. Som resultat, måleenheden er mindre tilbøjelig til fejl end andre state-of-the-art instrumenter.

Faktisk, forbedringen "sætter det nye NIST -mikrometer på et niveau, der svarer til det bedste i verden, sagde Stoup. Desuden NIST -mikrometeret er billigere og enklere at betjene. For eksempel, fordi NIST-instrumentet ikke er så automatiseret som andre state-of-the-art instrumenter, det er billigere at bygge, enklere i design og lettere at holde under stram statistisk kontrol.

"Det er altid en udfordring at opnå bedst i verdens præstationer uden at bryde banken, "Sagde Stoup.

Producenter arbejder med fibre og ledninger meget tyndere end for ti år siden for optisk kommunikation og on-chip elektriske netværk. Dette har drevet behovet for et lasermikrometer, der kan måle bittesmå diametre med høj nøjagtighed og etablere "master" -fibre med standard diameter, der kan bruges som referencer til vurdering af andre fibres diameter. I den anden ende af skalaen, der er et stigende behov for at måle størrelsen på store, centimeter-diameter trykstempler og cylindermålere, som NIST -mikrometeret også kan udføre. Fordi det tryk et stempel udøver er proportionalt med dets areal, selv små fejl ved måling af stempelets diameter kan forårsage kritiske fejl ved beregning af tryk.

Måling af diameteren af ​​tynde fibre og ledninger er en delikat handling, fordi disse genstande kan deformeres, eller ændre deres form, relativt let. Hvis der ikke tages hensyn til disse deformationer, de kan føre til en betydelig fejl i målt størrelse. For at tage højde for deformationen, NIST -forskerne designede deres mikrometer, så de kunne variere den kraft, der påføres af kontakterne, der holder objektet på plads. Ved at måle variationerne i objektets diameter, når forskellige kontaktkræfter blev påført, forskerne var i stand til at ekstrapolere diameteren, når der ikke udøves kraft på objektet, den deformerede diameter.

Det nye design gør det muligt for forskere at betjene enheden eksternt, eliminerer muligheden for at indføre varme i systemet gennem menneskelig kontakt. Forskerne konstruerede også en mere stabil måde for hårdmetalkontakterne at holde det målte objekt på. Alle disse forbedringer øgede enhedens nøjagtighed.