【摘要】角度測量是幾何測量中的重要組成部分，它不僅在機械加工和機械制造等行業(yè)中有重要的意義和作用，也在低鈉取個錢的角度測量中有廣泛的應(yīng)用。顯微光杠桿技術(shù)就是其中使用的一種較為成熟的技術(shù)。光學(xué)測量技術(shù)是一種非接觸式的高準(zhǔn)確度和靈敏度的測量方法，隨著其發(fā)展，受到了人們的關(guān)注和重視。為此本文針對角度測量中，顯微光杠桿技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析研究。

【關(guān)鍵詞】角度測量；顯微光杠桿技術(shù)；四象限光電二極管

引言

測量技術(shù)是當(dāng)前各個工作中需要測量時應(yīng)用的一種技術(shù)，尤其是在機械加工等需要精度和準(zhǔn)確度的行業(yè)中，測量技術(shù)的應(yīng)用非常的廣泛。角度測量是經(jīng)常使用的一種測量，而在角度測量中，顯微光杠桿技術(shù)的應(yīng)用，可以提高角度測量的精確度和準(zhǔn)確度[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，在角度測量中，各種先進(jìn)的測量技術(shù)逐漸的得到應(yīng)用，微型結(jié)構(gòu)的測量技術(shù)也得到了提升，顯微光杠桿技術(shù)在角度測量中的應(yīng)用，提高角度測量的精確度和準(zhǔn)確度。

1、顯微光杠桿技術(shù)分析

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，顯微技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，在顯微技術(shù)發(fā)展的過程中，顯微光杠桿技術(shù)產(chǎn)生，并在測量中得到廣泛的應(yīng)用。顯微光杠桿技術(shù)在角度測量光路如下圖。顯微光杠桿技術(shù)的測量原理與光杠桿位移測量的原理類似，其通過對檢測探測器上的光斑的位移變化，對被測量結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行測量。

顯微光杠桿技術(shù)的光路測量，其采用的是無線共軛顯微光路，以及光杠桿光路共路設(shè)計方式，在角度測量中，樣品放在物鏡焦點上，反射光通過物鏡后轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄猓缓笤偻ㄟ^分束器，進(jìn)入到管鏡匯聚于焦面處的CCD相機上形成圖像。

在顯微光杠桿技術(shù)進(jìn)行角度測量中，光斑的位移就是被測樣品偏轉(zhuǎn)角度的變化，而光斑的位移，會受到各種因素的影響，例如測定環(huán)境的影響等。顯微光杠桿測量系統(tǒng)中的物鏡聚焦光斑的直徑，影響著測量樣品的微結(jié)構(gòu)的尺寸，當(dāng)被測微結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)為物鏡軸線垂直方向的初始傾角時，可以通過激光器的平移，形成一定的偏心量平行于物鏡主軸入射，進(jìn)而保證聚焦的光束與被測樣品結(jié)構(gòu)的反射面呈現(xiàn)垂直，而此時物鏡上的光斑是最小的[2]。

而為了保證顯微光杠桿技術(shù)可以在角度等測量中廣泛的應(yīng)用，需要加強顯微光杠桿測量光路中各個元器件的選擇，有效的提高光路測量系統(tǒng)的性能，保證測量的準(zhǔn)確度和精確度。例如光源的選擇、光電探測器的選擇等。在角度測量中，顯微光杠桿光路系統(tǒng)的光源選擇，需要從光源的穩(wěn)定性、光譜的特性等方面進(jìn)行充分的考慮，保證輸出的光線具有較高的穩(wěn)定性。在光電探測器的選擇中，則需要從靈敏度、響應(yīng)時間、探測的準(zhǔn)確度等因素進(jìn)行綜合考慮，保證角度測量的準(zhǔn)確度和精確度，常用的光電探測器有位置敏感器件、四象限探測器等。在顯微光杠桿技術(shù)的應(yīng)用中，形成的顯微光杠桿光路測定系統(tǒng)，其它元件的選擇，也需要從多個因素上進(jìn)行綜合考慮，保證顯微光杠桿技術(shù)的性能。

綜合進(jìn)行分析，顯微光杠桿技術(shù)，在角度測量中的應(yīng)用，需要充分的結(jié)合，顯微光杠桿光路系統(tǒng)的各項要求，將相關(guān)的因素消除，進(jìn)而準(zhǔn)確的進(jìn)行顯微光杠桿光路的測量。

2、顯微光杠桿技術(shù)在角度測量中的應(yīng)用

從以上的內(nèi)容中我們知道，顯微光杠桿技術(shù)在測量工作中的應(yīng)用有諸多的要求和影響因素，隨著顯微光杠桿技術(shù)性能的提升，其在測量工作中的應(yīng)用，會逐漸的加強。微量更好的對顯微光杠桿技術(shù)的性能和應(yīng)用進(jìn)行分析，本文針對顯微光杠桿技術(shù)在角度測量中的應(yīng)用進(jìn)行分析研究。

顯微光杠桿光路系統(tǒng)的光源取激光二極管，其產(chǎn)生的激光波長為532nm，且呈現(xiàn)的光斑為的圓形光斑，在顯微光杠桿管路測定中，因而四象限光電二極管的響應(yīng)速度非常的快，可以連續(xù)的測量出目標(biāo)位置的變化，因此受到光斑形狀的影響，四象限光電二極管的輸出信號與光斑的位移在一定程度上呈現(xiàn)的是非線性關(guān)系[3]。

四象限光電二極管，其輸出的信號的處理，可以采用電壓模式，或者是電流模式。其中電壓模式的電路，其先將四象限光電二極管輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓值，然后再進(jìn)行數(shù)值的運算，電路模式的電路，則是直接的對四象限光電二極管輸出的電流信號，進(jìn)行運算處理，得到相應(yīng)的電流值之后，將是轉(zhuǎn)換成電壓信號。顯微光杠桿光路系統(tǒng)的信號處理電路的總原理圖如下：

圖中T1～T8形成的電流鏡A、B、C、D完成對四路輸入電流的復(fù)制，并用于后面的計算。在顯微光杠桿光路系統(tǒng)中，四象限光電二極管的信號處理電路寬帶，是該顯微光杠桿光路系統(tǒng)測量速度的關(guān)鍵，所以在實際的測量中，為了滿足測量需求，需要滿足四象限光電二極管的電路寬帶需求。針對顯微光杠桿技術(shù)在實際的角度測量中的應(yīng)用進(jìn)行分析，首先需要對其各項靈敏度元器件的性能進(jìn)行測量，例如對四象限光電二極管的靈敏度等。完成對各個元器件精確度、靈敏度等的測量之后，進(jìn)行角度的測量。我們以微懸臂梁偏轉(zhuǎn)角的測量為例進(jìn)行研究。本次研究中的微懸臂梁長度為100μm，寬度為35μm，厚度為2μm，材質(zhì)為硅（Si），其反光面鍍金（Au）。對微懸臂梁進(jìn)行針尖施加載荷使其產(chǎn)生位移時，整個懸臂梁發(fā)生了彎曲。在對其進(jìn)行顯微光杠桿光路測定時，首先對其微懸臂梁的視場位置進(jìn)行調(diào)整，使得顯微光杠桿光路的光斑在針尖附近，如圖3。

顯微光杠桿技術(shù)的角度測量為：

第一，將微懸臂梁固定的位移臺上，驅(qū)動位移臺，使得微懸臂梁靠近，直到光斑聚焦在微懸臂梁上為止。第二，對微懸臂梁的水平位置進(jìn)行調(diào)整，使光斑位于圖3中測試點處。第三，驅(qū)動另一臺位移臺，進(jìn)行納米定位，使得微懸臂梁與藍(lán)寶石恰接觸針尖時停止，并開始對數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存和記錄。第四，驅(qū)動納米定位的位移臺，以100nm為步距，200s為間隔，進(jìn)行梯度測定，并計算相應(yīng)的角度值。測定結(jié)果如下表：

從表1中的數(shù)據(jù)可以得出，顯微光杠桿光路系統(tǒng)測定的角度值與角度參考值非常的接近，由此說明顯微光杠桿技術(shù)在角度測量中，有較高的可靠性。

總結(jié)

隨著信息技術(shù)、顯微鏡技術(shù)等的發(fā)展，在測量領(lǐng)域中，顯微鏡技術(shù)得到應(yīng)用。顯微光杠桿技術(shù)是當(dāng)前備受關(guān)注的一種測量技術(shù)，其是一種非接觸的高靈敏度的測量技術(shù)。在角度測量中，顯微光杠桿技術(shù)通過很小的光斑，對角度進(jìn)行測量，且電路帶寬較大，測定的角度值與參考值非常的接近，由此說明顯微光杠桿技術(shù)在角度測量中的應(yīng)用，有較高的可靠性和測定準(zhǔn)確度。通過本次顯微光杠桿技術(shù)在角度測量中的應(yīng)用研究，可以得出顯微光杠桿技術(shù)有較高的靈敏度、準(zhǔn)確度和可靠性，在今后的發(fā)展，可以進(jìn)一步的進(jìn)行性能的優(yōu)化，將其測量的精度、準(zhǔn)確度等提升。

參考文獻(xiàn)

[1]劉璐.基于顯微光杠桿技術(shù)的微梁結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)[D].天津大學(xué)，2014.

[2]劉璐，李艷寧，吳森，胡曉東.基于顯微光杠桿技術(shù)的微結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)[J].光學(xué)技術(shù)，2014，（03）：219-224.

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[4]唐建波.基于光束掃描的共焦顯微三維測量技術(shù)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.

作者簡介

梁文斌，男，1969年9月，漢族，籍貫湖北仙桃，單位：寧波永新光學(xué)股份有限公司，大學(xué)本科，工程師，研究方向：顯微鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計.