精密测量及纳米技术

DRNI磁盘表面粗糙度非接触测量仪
Magnetic Hard Disk Surface Roughness NonContacting Measurement Instrument
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基本结构：外差干涉式光针测量系统；自动调焦系统； 光电转换处理系统；精密工作台及其驱动系统；底座、 立柱、电器控制柜及隔震机座；微机系统及功能齐全 软件。 主要技术指标：垂直分辨率 1nm 。 基本原理：光外差干涉测量。 主要创新：光针调焦外差干涉，平行双光束测量实现 误差补偿。
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表面计量学: 现代计量学重要分支。 发展方向：2维 3维 面积特征评定； 微米 纳米。
三维表面粗糙度自动测量仪
SRAT-1 Tester for 3D Surface Roughness
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基本原理：接触测量，电感式位移传感器，双 向精密工作台。 主要技术指标： Z向测量范围100m；Z向分辨率5nm； 触针半径2 m；测量力0.0007N； X—Y工作台移动范围30mm*30mm； 步距1.25 m； 创新：电子精密机械测量控制及评定分析软件 的综合功能达到国际先进，实现了商品化生产。
发明—测量方法、测量仪器，举例 ；
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发明分光仪和对光速的测定 发明位相差显微镜 发明核磁测定方法 发明扫描隧道显微镜STM
诺贝尔化学奖
发明—测量方法、测量仪器，举例：
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发明有机物质的微量分析法 放射性碳年代测定法的开创 将X射线技术用于电子显微术，研究病 毒及细胞内蛋白质构成机制
先进制造工程学
精密测量及纳米技术
Precision Measurement and NanoTechnologies
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精密测量的意义及其发展 表面测试计量仪器 虚拟仪器 纳米计量和纳米技术 遥感遥控测量——微小卫星 仿生测量
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没有测量就没有科学 （门捷列也夫） Leabharlann Baidu要测得出，就一定可以做得 出（工人对测量与制造关系的精 辟论断） 测量是“顶天立地”的科技 （李柱）
典型工程曲面
典型工程曲面
表面测试计量仪器
英国RTH公司所用传感器
表面测试计量仪器
HUST柱面全息衍射光栅传感器
垂直方向分辨率 1nm；量程 6mm； 正弦相位型光栅，1200条/mm，R=50mm 。
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“顶天”--测量是尖端 科学和高科技的基础
举世公认最高科学桂冠 — 诺贝尔自然科学奖：物理学、化学、生 理医学 发现—通过测量
发明—测量方法，测量仪器
诺贝尔物理学奖
发现—通过测量，举例：
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发现X射线 发现天然放射性现象 发现黑色物体的热辐射 发现膨胀系数低的镍钢合金与镍铁合金 发现电子的波动性
光电探测器。取消基准参考镜，用距离很近的二平行 双光束直接投射被测磁盘表面，大光斑直径2mm反映 基准信号，小光斑直径1m反映测量信号
“平行双光束”光学补偿外差干涉法原理
DRNI
柱面光栅干涉轮廓仪
Cylindrical Grating Interference Profilometer
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基本原理：用光栅干涉传感器进行接触测量。 主要技术指标：垂直动态范围6mm；垂直分 辨率1nm。 主要创新：新型大量程高分辨率柱面全息光 栅干涉传感器（正弦相位型光栅，1200条 /mm）。
SRAT
中国科学院科仪器厂生产
HUST转让，研究生尤政及教师
表面测试计量仪器
电感测量原理
表面3D测量仪
单向工作台
表面3D测量仪
X-Y双向工作台
表面测试计量仪器
测 量 单 刻 线 样 板 和 多 刻 线 样 板
三维形貌测量结果
磁盘驱动器
磁盘（硬盘）表面测量要求： Ra小于 0.01 m
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发现中子 发现正电子 发现宇宙射线 晶体中的电子的衍射现 发现 J 粒子 发现宇宙的微波背景辐射
诺贝尔化学奖
发现—通过测量, 举例：
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发现氦、氖、氙、氪 发现镭Ra和镤Pa 发现重氢（氚） 发现核裂变 发现结晶酶
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发现血清蛋白的多种性质 发现钚Pu及其他元素 高分子化学上的多种发现 发现胰岛素分子结构
磁盘表面粗糙度非接触测量仪
HUST研究生尤政、陈涛等与教师
DRNI
当两列在同一方向上转播、振动方向相同而频率相差很小的单色光，在空间 叠加时，在空间某一点的合成波的振幅不是恒定的，而是随时间变化的，即产生 光拍（beat）现象。其合成振幅为一个频率为调制频率的正弦波，其变化相对于 合成振动的基频的变化十分缓慢，易于用光电探测器测量某一位臵光强随时间的 变化。
诺贝尔生理医学奖
发现—通过测量，举例：
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发现白喉抗毒血清 发现结核菌及结核菌苗和免疫 性有关的发现 胰岛素的发现 发现致癌寄生虫 发现人的四种血型
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发现维生素K 发现青霉素 发现杀虫剂D.D.T. 发现肿瘤病毒 发现大脑半球职能分工和视系统的信息 加工
诺贝尔物理学奖
作用：“顶天立地”。 ● 发展趋势：“顶天立地”的作用将有更 快更显著的发展。
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精密测量技术的发展
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纳米计量学 高精度和高效率测量 新型传感器 三维测量 虚拟测量 仿生测量
表面形貌测量评定
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工程表面的作用：
摩擦、磨损、润滑特性；密封性、防
腐蚀性；强度、刚度；运动精度、灵敏性； 信息存储特性等。
诺贝尔生理医学奖
发明—测量方法、测量仪器，举例：
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高速化学反应测定技术的开创 心电图的发明 创制新的诊断装臵“X射线体层照相技术”
“立地”--测量涉及国民经济 各部门和人民生活诸方面。 国民经济：工、农、商、学、兵。 人民生活：衣、食、住、行。
精密测量技术的发展
NSFC《面向21世纪计量测试理论与仪器》 研讨会— 对“计量测试与仪器科学”的评论：
光外差干涉原理示意图
BS1, BS2, BS3--分光镜；AO1, AO2--声光调制器（其调 制频率略有差别），M1, M2--反射镜; M3--基准参考镜; D1, D2--光电探测器
外差干涉法测量表面粗糙度
DRNI
BS1~6 --分光镜；AO1~2--声光调制器，其调制频率分别 为100MHz 和100.1MHz,相差100kHz；M--反射镜; D1~2--