简介

传统阿贝比长仪测量原理(阿贝比长仪光路 测微目镜结构 测量原理和精度 传统阿贝比长仪的不足)

改进型比长仪(结构的改进 改进型比长仪的优点)

简介

【中文词条】阿贝比长仪

【外文词条】Abbe comparator

一种精密测量直线距离的仪器﹐简称比长仪。在天文工作中﹐用于测量底片上谱线间的距离。比长仪的量程200毫米﹐测量精度可达±1.5微米。仪器分三部分﹕精密导轨。置片台﹐是一块可沿导轨移动的钢板﹐它的一侧装著一条透明毫米尺﹐另一侧放待测底片。两架固定联结的显微镜﹕一架用来对物体﹐称为对准显微镜﹔另一架用来对准毫米尺上的刻线和读数﹐称为读数显微镜。移动置片台﹐当对准显微镜从对准一条谱线到另一条谱线时﹐读数显微镜对准的毫米尺上的二次读数之差﹐即为谱线间的距离。根据阿贝提出的原理﹐只要待测对象和毫米尺精确地位于同一高度﹐置片台的滑动误差就不会影响测量精度。为了消除对准误差﹐可将底片转180°再测量一遍。熟练的测量者用这种仪器测量不对称的谱线﹐精度往往比自动测量仪器还高。用比长仪测量底片上待测谱线和比较谱线的位置﹐根据经验公式就可以计算出待测谱线的波长。

传统阿贝比长仪测量原理

阿贝比长仪光路

被测物体通过反射镜9 照明(图1) ,由3 倍物镜组2 成像在目镜1 的分划板上,用目镜1 进行对线。二者组成对?线显微镜,其放大率为30 倍。同时,由反射镜8 照明安装在仪器工作台上的标尺5 ,经物镜4 放大5 倍后成像在带有阿基米德双螺线的分划板7 上,从目镜6 中进行读数。目镜6 、分划板7 组成测微目镜,测微目镜、物镜组4 组成读数显微镜,其放大率为60倍。

测微目镜结构

测微目镜的结构见图2 ,在固定分划板4 上均匀刻有总长度为5 mm 的10 个分度,转动齿轮手柄2 ,通过齿轮传动,带动旋转分划板7 围绕作为轴的小钢珠5 转动,在旋转分划板上刻有10 圈阿基米德双螺线,其螺距为0. 5 mm ,在双螺线内侧刻划有100 等分圆周刻度,在读数显微镜目镜中看到的分划板如图3 所示。

测量原理和精度

仪器设计要求读数显微镜物镜的放大率必须为5 倍,这样,石英标尺上相距为1 mm 的两条刻划线,经物镜成?像在?分划板上后,其像的间距为5 mm ,刚好与固定分划板上10 个分度的总长度相等,这样,固定分划板上的一个刻度格的长度,对应于石英标尺上的实际距离为0. 1 mm。因此二圈螺旋线之分度值为l/ 10 mm。圆刻尺一个分度值为1/ 1 000 mm。因此转动手柄2，分别读出转动前和转动后的读数便可以得出移动的长度。

传统阿贝比长仪的不足

(1) 由于读数显微镜物镜放大倍数不准带来的误差。

(2) 偏心差引起的误差。主要由阿基米德螺线细分结构引起。

(3) 判读误差。在用测微目镜进行测量时,是通过使被测刻划线的像位于阿基米德双螺线的中心位置来进行判读的。在不同判读条件下人眼瞄准的判读误差是不同的。

改进型比长仪

结构的改进

针对误差产生的原因，对原阿贝比长仪的一种改进。

（1）用容栅千分尺代替阿基米德螺线细分结构。

容栅千分尺读数可分辨到0. 1μm ,如果通过合理的设计安排,利用容栅千分尺来代替阿贝比长仪,测微目镜中的光学放大加阿基米德螺线细分结构,就可以有效消除在前面关于比长仪主要仪器误差来源中提出的,由于物镜放大倍数不准及旋转分划板上阿基米德螺线偏心所引起的误差。

（2）对仪器分划板的改造

通过前面的改造,虽然完全消除了读数显微镜物镜放大倍数不准及阿基米德螺线偏心带来的误差,但判读方法并不理想,为了能更好地进行判读。参照原测微目镜固定分划板的尺寸,设计、改装了如图所示的分划板。

改进型比长仪的优点

比长仪可以完全去掉结构复杂的测微目镜,故可大幅度降低仪器的制造成本。如果用一个放大倍率更大的目镜则可提高测量的判读精度(原仪器将读数显微镜目镜的倍率设计为5 倍,是为了有2 mm 的视场,改造后则无此要求) 。通过容栅千分尺自带的串行通讯口,还可实现用计算机实时采集数据。