Nieuwsbank

Schrijft, screent en verspreidt persberichten voor journalistiek, search en social media. Hét startpunt om uw nieuws wereldkundig te maken. Ook voor follow-ups, pitches en korte videoproducties.

Meten van lengte nauwkeuriger dan op de miljoenste millimeter

Datum nieuwsfeit: 25-11-1999
Vindplaats van dit bericht
Bron: Razende Robot Reporter
Zoek soortgelijke berichten
Technologie Stichting STW

November 1999

Meten van lengte nu nauwkeuriger dan op de miljoenste millimeter

Nanotechnologen zijn er in een onderzoeksproject van de Technologiestichting STW aan de Technische Universiteit Eindhoven in geslaagd om lengtemetingen met sensoren te verrichten met een maximale onnauwkeurigheid van één miljoenste millimeter (1 nano- meter). Door gebrek aan kalibratiemethoden was de uitkomst van precisiemetingen met sensoren steeds onzeker. Met de nu gebouwde meetopstelling kunnen sensoren over een bereik van 0,3 mm worden gekalibreerd. Dat bereik is erg groot als het om het meten van nanometers gaat. De nieuwe opstelling, die dit jaar nog wordt overgedragen aan het Nederlands Meetinstituut in Delft, maakt nauwkeuriger sensoren in de precisietechnologie mogelijk doordat ze beter gekalibreerd kunnen worden.

De nauwkeurigheid van de meting komt tot stand doordat de onderzoekers de meting van lengte omvormden tot het meten van de frequentie van laserlicht. De daartoe ontwikkelde opstelling bestaat uit een verstelbare spiegel die samen met een vaste spiegel een optische resonator (een interferometer) vormt (zie figuur). Daartussen kaatst het laserlicht (één frequentie) heen en weer. Bij verplaatsing van de beweegbare spiegel wordt de frequentie van de regelbare laser zodanig aangepast aan de lengte van de resonator dat er in de resonator een staande golf ontstaat. Deze aangepaste frequentie wordt vervolgens vergeleken met de bekende frequentie van een jodium-gestabiliseerde helium-neonlaser. Met deze internationaal gestandaardiseerde laser is de lengte van een meter met een nauwkeurigheid van 10 -10 (een tienmiljardste deel) vastgelegd. De verplaatsing van de beweegbare spiegel is evenredig met de verandering van de resonantiefrequentie.

Op deze wijze komt een verplaatsing van de beweegbare spiegel met 0,3 micrometer (0,3 duizendste millimeter) overeen met een frequentie- verandering van 1 GHz van de regelbare laser. Of, stel dat het gemeten verschil voor en na aanpassing van de frequenties binnen de resonator 3 MHz is, dan bedraagt de verplaatsing van de beweegbare spiegel één nanometer. Ook kan met de methode een groot bereik van afstanden met sensoren worden gemeten. Het bereik van 0,3 mm kan in dit verband worden vergeleken met het meten van de aardomtrek met een meetlat met de lengte van een voetbalveld. Om de nauwkeurigheid te kunnen waarborgen zijn de eisen aan de stabiliteit van de optische resonator extreem hoog. Binnen een kwartier tijd mag de positie van de kalibratiespiegel niet meer dan een nanometer veranderen. Een stabiele temperatuur wordt bereikt via een precisie- constructie waarin de glaskeramiek Zerodur is toegepast. Deze heeft een uitzettingscoëfficiënt van vrijwel nul. De parallelle beweging van de spiegel wordt gegarandeerd met een parallelle geleiding van elastische elementen. De eerste kalibraties met de nieuwe methode hebben reeds enkele opmerkelijke afwijkingen in sensoren aan het licht gebracht die niet of nauwelijks met andere methoden zijn vast te stellen. Zo bleken capacitieve sensoren, bijvoorbeeld om de vloeistofdruk in een tank te meten, duidelijk niet-lineair te zijn. Bij een ander type sensoren, de inductieve sensoren (beweegbare spoeltjes in een magnetisch veld), stelden de onderzoekers hysteresis vast. Hierbij is de meting afhankelijk de vorige stand van de meter, waarbij de uitkomst ervan afhangt of je vanaf een hogere waarde het meetpunt bereikt of vanaf een lagere waarde. Ook konden van een laser-interferometersysteem periodieke afwijkingen worden gemeten die theoretisch reeds waren voorspeld, maar die nauwelijks nog experimenteel waren gemeten. Een laserinter-ferometer meet verplaatsingen met golflengte- nauwkeurigheid, bijvoorbeeld voor het kalibreren van bewerkingsmachines. In het STW-project, dat deels ook door het Nederlands Meetinstituut werd gefinancierd, is een tweede opstelling gebouwd die aan de Technische Universiteit in Eindhoven blijft. Hiermee zal de kalibratietechniek verder worden verfijnd en worden gebruikt voor het aantonen van nieuwe meetmogelijkheden. Uit de testfase van het onderzoek bleek namelijk dat de apparatuur zeer gevoelig is voor variaties in de brekingsindex van lucht. De onderzoekers denken nu aan een nieuwe techniek voor het bepalen van de brekingsindex van lucht met een extreem hoge nauwkeurigheid van ca. 10 -10. Zo'n hoge resolutie is nuttig in zogeheten wafer steppers. Zulke apparatuur wordt gebruikt in de chipindustrie.

Nadere informatie bij prof.dr.ir. P.H.J. Schellekens (TUE), tel. 040 2473624 of 2472620, fax, 040 2465330, e-mail (p.h.j.schellekens@wtb.tue.nl), of bij dr. H. Haitjema, tel. 040 2473715, e-mail (h.haitjema@tue.nl), pe.wtb.tue.nl.

Meetopstelling voor het kalibreren van sensoren die minimale afstanden meten

De te meten afstand tussen de sensor en de beweegbare spiegel wordt omgevormd tot het vergelijken van de frequenties van laserlicht. De frequentie van de regelbare laser wordt precies zodanig aangepast dat er een staande golf ontstaat in de resonator. De frequentie hiervan wordt vergeleken met de standaard laserfrequentie. De afwijking is een maat voor de gemeten afstand door de sensor. Een frequentieverandering van 1 GHz komt overeen met een verandering van de gemeten afstand van 0,3 micrometer.


STW TOP © STW, 1997 Laatste wijziging: 23-11-1999 Reakties naar: webmaster

reageer via disqus

Nieuwsbank op Twitter

Gratis persberichten ontvangen?

Registreer nu

Profiteer van het gratis Nieuwsbank persberichtenfilter

advertentie