由此可见 科学计量既可法制计量提供技术保障 者说法制计量是以科学计量为其行政执法的技术基础 为工程计量和新技术发展提供测量基础
或 还
正如俄国科学家门捷列夫说过的 “没有测量 就没有 科学 ”另一方面 科学计量本身又必须用最新的科技成果 来发展自己 使之始终集持在先行位置 因此 计量事业 理所当然地属于国家的基础设施事业之一
人们从不同的角度 对计量学进行过不同的分类 把涉及计量单位换算 计量器具基本特性 性问题的 称为通用计量学 把涉及长度 学 测量数据处理等共 称为应用计量
温度 硬度等特定量具体应用的
把涉及自动测量 在线测量 的 称为技术计量学
动态测量等测量技术和义和单位的实现 复现等测量理论的 计量学
主要内容 计量与测试概述 长度基准及复现 光干涉测试技术 莫尔条纹技术 光扫描技术 激光多普勒技术 光纤传感技术 图像检测技术 纳米测试技术 光电测试技术领域新进展 科学仪器
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第一章 概述
第一节 计量学概述 一 计量 metrology 计量实现单位统一 量值准确可靠的活动 上述定义的活动 包括科学技术上的 政管理上的活动 法律法规上的和行
计量不同于一般的测量 测量 measurement 是以确定量值为目的的一组操作
测量一般不具备 也不必具备计量的4个特点 所以 计量属 于测量而又严于一般的测量 在这个意义上可以狭义地认为 计量是与测量结果置信度有关的 与不确定度联系在一起的 规范化的测量
二
计量学 metrology
关于测量的科学 1 计量学涵盖有关测量的理论与实践的各个方面 而不论 测量的不确定度如何 也不论测量是在科学技术的哪个领域中 进行的 2 计量学有时简称计量 3 计量学曾称度量衡学和权度学
溯源性是指任何一个测量结果或计量标准的值 都能通过一 条具有规定不确定度的连续比较链 与计量基准联系起来 这 种特性使所有的同种量值 都可按这条比较链通过校准向测量 的源头追溯 也就是溯源到同一个计量基准 国家基准或国际 基准 从而使准确性和一致性得到技术保证 否则 量值出 于多源或多头 必然会在技术上和管理上造成混乱 所谓“量 值溯源” 是指自下而上通过不间断的校准而构成溯源体系 而“量值传递” 则是自上而下通过逐级检定而构成检定系统 法制性来自于计量的社会性 因为量值的准确可靠不仅依 赖于科学技术手段 还要有相应的法律 法规和行政管理 特 别是对国计民生有明显影响 涉及公众利益和可持续发展或需 要特殊信任的领域 必须由政府主导建立起法制保障 否则 量值的准确性 一致性及溯源性就不可能实现 计量的作用也 难以发挥
在相当长的历史时期内 计量的对象主要是物理量 后 来随着科技进步和社会发展而扩展到工程量 化学量 生理 量 甚至心理量 当前普遍开展和比较成熟或传统的几何量 温度 力学 电磁 无线电 时间频率 光学 电离辐射 声学和化学等 即所谓十大计量 同时 在一些高新技术领域如生物 医学 环保 信息 航天和软件等方面的专业计量测试 也正在逐渐形成和不断 加强
精密计量与测试
课号 70130093 李 岩 副教授 Tel 62783993 O 62781271 H 授课教师 联系方式
Email: liyan@ liyan@ 工作实验室 开课单位 精仪系馆1112房间 1204房间
计量的内容也在不断地扩展和充实 通常可概括为6个方面 1 计量单位与单位制
2 计量器具 或测量仪器 包括实现或复现计量单位的 计量基准 标准与工作计量器具 3 量值传递与量值溯源 包括检定 检测 4 5 6 物理常量 不确定度 计量管理 校准 测试 检验与
材料与物质特性的测定 数据处理与测量理论及其方法 包括计量保证与计量监督等
计量的特点取决于计量所从事的工作 即为实现单位统一 量值准确可靠而进行的科技 法制和管理活动 概括地说 可归纳为 1 2 3 4 准确性 一致性 溯源性 法制性
准确性是指测量结果与被测量真值的一致程度 由于实 际上不存在完全准确无误的测量 因此在给出量值的同时 必须给出适应于应用目的或实际需要的不确定度或误差范围 否则 所进行的测量的质量 品质 就无从判断 量值也就 不具备充分的实用价值 所谓量值的准确 即是在一定的不 确定度 误差极限或允许误差范围内的准确 一致性是指在统一计量单位的基础上 无论在何时 何 地 采用何种方法 使用何种计量器具 以及由何人测量 只要符合有关的要求 其测量结果就应在给定的区间内一致 也就是说 测量结果应是可重复 可再现 复现 可比较 的 换言之 量值是确实可靠的 计量的核心实质是对测量 结果及其有效性 可靠性的确认 否则 计量就失去其社会 意义 计量的一致性不仅限于国内 也适用于国际 便如 国际关键比对和辅助比对结果应在等效区间或协议区间内一 致
这些活动 大体上包括进行科学研究 发展测量技术 以 及制定计量法律 法规 条例 形展计量行政管理 才能保证 经济而有效地为社会提供计量服务 “量是现象 物体或物质可定性区别与定量确定的一种属性” 因此 要认识大千世界和造福人类社会 就必须对各种“量”进 行分析和确认 既要区分量的性质 又要确定其量值 计量正 是达到这种目的的重要手段之一 在这个意义上可以广义地认为 计量是对“量”的定性分析 和定量确认的过程 实际上 人类在科学研究 经济活动和社 会发展中 每时每刻都离不开计量 通过计量所获得的测量结 果是人类活动最重要的信息源之一
法制计量是与法定计量机构工作有关的计量 涉及对计 量单位 计量器具 测量方法及测量实验室的法定要求 法 制计量由政府或授权机构根据法制 技术和行政的需要进行 强制管理 其目的是用法规或合同方式来规定并保证与贸易 结算 安全防护 医疗卫生 环境监测 资源控制 社会管 理等有关的测量工作的公正性和可靠性 因为它们涉及到公 众利益和国家可持续发展战略 法制计量的特征除了政府起主导作用 即由政府或代表 政府的机构管理外 还有一个明显的特征 直接传递到公众 一端 即直接与最终用户的计量器具及其测量结果有关 它 涉及的不仅是有利益冲突而需要保护 以及测量结果需要公 共机构予以特别关注或特殊信任的领域 还包括测量结果违 背公众利益的领域 即保护与违背两者常常是并存的
工程计量也称工业计量 是指各种工程 工业 企业中 的实用计量 例如有关能源或材料的消耗 工艺流程的监控 以及产品质量与性能的测试等 工程计量涉及面甚广 随着 产品技术含量提高和复杂性的增大 为保证经济贸易全球化 所必需的一致性和互换性 它已成为生产过程控制不可缺少 的环节 工程计量测试能力 实际上是一个国家工业竞争力的重 要组成部分 在以高技术为基础的经济构架中显得尤为重要
四
检验
inspection
泛指产品质量的评估技术与方法
五 测试 measuring and testing 通常是指具有实验性质 的测量 也可以理解为检验 试验和测量的全过程
第二节 近代光学测试技术 光学测试技术 利用光学原理进行精密测量的技术 上世纪70年代开始激光技术 光波导技术 数字技术 计算机技术以及傅立叶光学的出现 使光学发展为近代 光学 以激光为代表的近代光学促使测试技术出现更多 的新方法 新技术 从而形成近代光学测试技术 主要研究领域
特点 非接触性 高灵敏度 高精度 三维性 快速性 实时性
把涉及计量工作中法律 法规和规章要求与法制管理的 法制计量学 把涉及计量在国民经济中作用和效益评估的 或效益计量学等等
称为经济计量学
当前 国际上趋向于把计量学分为科学计量 工程计量 和法制计量3类 分别代表计量的基础 应用和政府起主导 作用的社会事业3个方面 这时 计量学通常简称为计量 科学计量是指基础性 探索性 先行性的计量科学研究 通常用最新的科技成果来精确地定义与实现计量单位 并为 最新的科技发展提供可靠的测量基础 科学计量是国家计量 研究机构的主要任务 包括计量单位与单位制的研究 计量 基准与标准的研制 物理常量与精密测量技术的研究 量值 溯源与量值传递系统的研究 量值比对方法与测量不确定度 的研究等
清华大学精仪系光电工程研究所 精密测试技术与仪器国家重点实验室
课程学时
48学时
主要参考书目 1 2 3 金国藩 李景振主编 激光测量学 科学出版社 天津大学出版社 浙江大学出版社 1999 1997
殷纯永主编 现代干涉测量技术 杨国光主编 近代光学测试技术
4 北京理工大学光电工程系编 光电技术在工程领域中的应 用 讲义
三
计量的发展阶段 大体上可分为以下3个阶段
计量的发展 1
古典计量阶段 没有或者没有充分
特点 是以权力和经验为主的初级阶段 的科学依据 2 经典计量阶段
1875年“米制公约”的签订 可认为是经典计量阶段的开始 特点 计量基准都属于宏观器具 3 现代计量阶段 由宏
现代计量阶段的基本标志是由经典理论转向量子理论 观实物基准转向微观量子基准
确定被测量的量值是测量的目的 最终是为了社会需求 因此 要求在不同的时间 地点由不同的操作者用不同仪器所 确定的同一个被测量的量值 应当具有可比性 只有当选择测 量单位遵循统一的准则 并使所获得的量值具有必要的准确度 和可靠性时 才能保证这种可比性 显然 对测量的这种要求 不会自发地得到满足 必须由社会上的有关机构 团体包括政 府进行有组织的活动才能达到