Därför är det viktigt att kalibrera sin laserinterferometer
Ett flertal olika mätningar kan göras med en laserinterferometer. Vanligast är avståndsmätning, men det går till exempel även att mäta vinkeländring, rakhet, parallellitet och vinkelräthet. Gemensamt för alla dessa mätningar är att laserns ljusvåglängd används som referens och måste kalibreras.
Laserns våglängd i luft bör vanligtvis korrigeras för variationerna i luftens täthet (brytningsindex), som i sin tur i första hand beror på lufttemperatur, lufttryck och luftfuktighet. Till de flesta laserinterferometrar finns det därför tillhörande givare som mäter dessa parametrar, vilket gör att laserns elektronikenhet kan räkna fram korrektionen vid de aktuella förhållandena.
Ofta finns dessutom materialtemperaturgivare med vilka man mäter temperaturen på mätobjektet, för att sedan kunna kompensera för dess temperaturutvidgning. Det ger ytterligare givare som bör kalibreras.
Då lasern åldras förändras våglängden långsamt. Temperatur- och tryckgivare kan ändras avsevärt med tiden. Det är därför lämpligt att upprepa kalibreringen av lasersystemet med regelbundna intervall.
Så här går en kalibrering till
En laserkalibrering går till så att vi mäter laserljusets frekvens vid två mätsekvenser. En mätning utförs över 15 timmar med lasern i varmt tillstånd, vilket ger oss ett värde på laserns absoluta frekvens och en uppfattning av laserns frekvensstabilitet under de bästa förhållandena. Vi gör också en mätning av laserns uppvärmningsförlopp för att se hur lång tid lasern behöver för att nå denna bästa stabilitet. Därefter görs en kontroll att laserljuset får samma frekvens varje gång lasern slås på, och slutligen görs en systemkontroll där kundens laserinterferometer jämförs med en av SP:s lasrar över en sträcka på tre meter.
Den erhållna relativa mätosäkerheten i kalibreringen av vakuumvåglängden blir ±3•10-9, vilket vid längdmätning motsvarar ±3 nm/m.
Lasersystemets temperatur- och tryckgivare kalibreras i en klimatkammare. Avvikelsen hos mätobjektets givare mäts vid olika temperaturer och olika tryck. Temperaturen i klimatkammaren kan varieras mellan 15 °C och 25 °C, medan trycket kan varieras mellan 920 hPa och 1050 hPa.
Den mätosäkerhet som kan uppnås är för materialtemperaturgivare är ±0,01 °C, för lufttemperaturgivare ±0,10 °C och för lufttrycksgivare ±0,5 hPa.
Luftfuktighetsgivare kalibreras vid den för tillfället aktuella luftfuktigheten i laboratoriet (omkring 50 % relativ luftfuktighet).
Vi erbjuder även specialanpassade kalibreringar med exempelvis fler mätpunkter för givarna.
Vi rekommenderar vanligtvis att våglängden kalibreras en gång per år och givarna vart annat år, men detta beror givetvis också på hur lasersystemet används.
Resultaten redovisas i ett kalibreringsbevis. Där anges resultaten både i tabeller och diagram.
Därför görs en systemkontroll
Funktionsprincipen för en laserinterferometer är att den räknar det antal ljusvåglängder reflektorn förflyttas under mätningen. Systemkontrollen görs för att kontrollera att elektroniken räknar antalet våglängder och kompenserar för brytningsindex på ett riktigt sätt.
Detta är viktigt att tänka på vid användandet av en laserinterferometer
Vid användandet av en mätlaser gäller det att ha stabila luftförhållanden (undvik drag och luftturbulens). Förändringar i luftens brytningsindex tolkas av mätlasern som positionsförändringar av reflektorn.
Man måste också tänka på att lasern kan kräva en viss uppvärmningstid för att uppnå sina bästa prestanda. Efter att lasern meddelat att dess frekvens är stabil, kan detta ta ytterligare några timmar.
Vid mätningen är det mycket viktigt att man riktar upp lasern noggrant. Dessutom måste i regel mätobjektets temperatur mätas.
Exempel på vad olika fel ger upphov till i mätosäkerhet
För att ge en uppfattning om de fel som uppstår i mätresultatet vid längdmätning på grund av avvikelser hos våglängd och givare samt fel i användandet av lasern följer här ett exempel.
Fel i den inprogrammerade vakuumvåglängden ger upphov till ett mätfel som är direkt proportionellt mot mätsträckan. Detta fel är vanligtvis i storlkeksordningen 0,01 µm/m (1•10-8) till 0,1 µm/m (1•10-7), men det förekommer lasrar som har fel större än 5 µm/m (5•10-6)
Fel i beräkningen av luftens brytningsindex ger också ett mätfel proportionellt mot mätsträckan. Ett relativt fel i luftens brytningsindex på 1•10-6 (motsvarar 1 µm/m) erhålls från ett mätfel i lufttemperatur av ungefär 1 °C och i lufttryck av ungefär 4 hPa, vilket inte är sällsynt.
Fel vid mätningen av materialtemperatur ger ett fel i kompenseringen som beror av mätobjektets temperaturutvidgningskoefficient. Antar vi att vi mäter på ett föremål av stål har vi en koefficient som är 11,8 µm/(m•°C). Det betyder att om vi mäter materialtemperaturen med ett mätfel på 1 °C erhålls ett fel i kompenseringen på 11,8 µm per meter.
Ett fel i uppriktningen av lasern ger ett mätfel proportionellt mot cosinus för vinkelfelet vid uppriktningen. Om man tänker sig att man kan rikta laserstrålen parallellt med mätsträckan inom 1 mm per meter får man ett mätfel på ungefär 0,5 µm per meter.