浅谈长度测量技术及其发展与展望

摘要：随着科技不断发展，传统长度测量方法不能满足当今工业生产需求。本文首先简要介绍了长度测量技术，简述了其发展史以及在生产生活中的应用以及未来长度测量技术的发展状况。

关键字：长度测量；发展；应用

长度测量技术是研究长度测量，使测量值与量化标准值单位统一的技术。长度计量也成为几何测量，包括距离、角度、表面粗糙度、圆度和直线度等以“米”为基本单位的几何量的测量。长度测量是将被测长度与已知长度比较，以确定被测长度量值的过程。机械制造中进行长度计量是为了保证工件的互换性和产品质量，一般以毫米和微米作为测量单位。长度计量的主要内容是研究和建立长度计量基准，实现长度计量的量值传递，研究孔径测量、角度测量、直线度测量、平面度测量、表面粗糙度测量、圆度测量、圆柱度测量、螺纹测量、齿轮测量、自动测量等方法和测量误差，以及测量结果的数据处理等。

一、长度测量发展简介

最初是以人的手、足等作为长度单位，对所要标记的物体进行长度测量，但由于手、足大小不一，不可避免在测量中遇到麻烦，于是便出现了以物体作为测量单位。在古代，人类为了测量田地等就已经开始了长度测量。商朝时候就出现了测量长度的象牙尺，以后出现了新莽铜卡尺等。长度测量发展迅速，1496 年和1760 年英国先后采用端面和线纹的码基准尺作为长度基准。1789 年法国提出建立米制，1799 年制成阿希夫米尺。

随后，在机械制造业出现了以机械原理的测长技术。1631 年发明游标细分原理，18 世纪中叶，出现用螺纹放大原理进行长度测量。光学原理的测长技术也慢慢走入人类生活，19 世纪末出现立式测长仪，20 世纪20 年代前后已应用自准直、望远镜、显微镜和光波干涉等原理测长，使工业测量进入不接触测量领域，解决了一些小型复杂形状工件。气动原理的测长技术是在20 世纪20 年代后期发展起来的。它的测量效率高，对环境条件要求不高，适宜在车间使用，但其示值范围小，阻碍了它的发展；应用电学原理测长是在20 世纪30 年代初期发展起来的。首先出现的是应用电感原理的测微仪。后来由于电子技术的发展，电学原理的测长技术发展很快。它可以把微小误差放大到100 万倍，也就是说0.01 μm 的误差值可以用10 μm 的刻度间隔表示出来，并能实现各种演算和自动测量。20 世纪60 年代中期以后，在工业测量中逐步应用电子计算机技术。电子计算机具有自动修正误差、自动控制和高速数据处理的功能，为高精度、自动化和高效率测量开辟了新的途径，因而在长度测量中应用得越来越广泛。如今，现代测量技术已经发展成为精密机械、光、电和电子计算机等技术相结合的综合性技术。

二、现代长度测量技术应用

长度测量技术对于人们从事各领域的研究和促进科学进步有着非常重要的意义。随着科学技术的发展，大到天文尺度，小到纳米尺度的长度测量技术都有了飞速的发展。

最初人们是采用三角视差法测量地球到月亮距离的，现在采用激光测距法。根据信号和返回信号之间的时间间隔推断测量目标的距离。自上个世纪70年代阿波罗号宇航员在月球上放置了激光反射器以后，测量精度不断提高。对于河外星系的距离测量主要采用哈勃红移法，根据哈勃定律，河外星系的光谱线都向红端移动，并且红移的大小与星系的距离成正比，可以对星系的光谱线进行分析，通过红移计算出河外星系的视向退行速度，进而得出天体距离。但是这种方法所要用到的哈勃常数并不容易准确取值。

超声波测距是靠超声在介质中传播，遇到障碍物时反射，然后由声波在介质中的传播速度和传播时间来确定距离。声波在介质中有固定的传播速度，从发射波到接收到反射波的时间可以确定，进而算出距离。超声在空气中传播速度受空气温度、湿度及压强等因素的影响，而受温度影响最大，在长度测量应用中受到限制。激光反射法测距跟超声波测距原理类似，但是激光传播速度受空气影响较小，在精度要求不高时可以忽略影响。现在激光测距能达到很高的测量精度，测量地月距离时达到的精度为±1 cm。

目前，微观尺度的长度量测量可分为电学测量技术、光学测量技术和显微镜测量技术等。电学测量技术有电涡流传感器测量、电容传感器测量等。光学测量法是伴随着激光全息等技术的发展而产生的方法，它具有非接触、材料适应范围广、测量精度高等特点。近二十年来随着电子技术和计算机技术的飞速发展，光学测量技术研究也取得了很多成果并应用到了工业生产领域。按使用的光学原理不同，光学测量技术可分为激光干涉法、光杠杆法、光栅尺测量技术等。

三、长度测量技术发展展望

随着科学的发展，天体距离的测量精度将会更高，将来能够得到更加准确，用哈勃红移法得到的距离精度也会越来越高。微观长度测量领域，随着制造加工技术的发展和激光源质量提高，势必给微位移测量带来新的发展。显微镜测量仪器会趋于微型化，这种高精度的纳米级位移测量技术不久就会走出实验室真正应用到生产中去。

参考文献：

[1] 刘爽， 王勇， 李郝鹏. 长度计量技术的发展[J]. 计量天地， 2012.

[2] 张彩红. 浅谈长度测量技术[J]. 计量技术， 2012.

[3] 赵曦， 贾曦， 黄荐渠. 现代长度测量方法综述[J]. 自动化仪表， 2007.