近幾年來(lái)，薄膜應(yīng)用得到了飛速發(fā)展，涌現(xiàn)了一系列實(shí)用化的薄膜材料。這些材料在微小尺度下的力學(xué)性能對(duì)材料的可靠性設(shè)計(jì)非常重要，而在對(duì)薄膜的力 學(xué)性能測(cè)試中，離不開微小位移的測(cè)量。從測(cè)量原理出發(fā)，將微小位移測(cè)量方執(zhí)籩路治擋飭浚绱 測(cè)量和光學(xué)測(cè)量三類。
機(jī)械測(cè)量法
1 力學(xué)探針技術(shù)
探針?lè)?又稱表面形貌分析儀)是常用的機(jī)械測(cè)量法，其原理是用特制 的針尖在薄膜上移動(dòng)，然后通過(guò)機(jī)械、光學(xué)和電學(xué)等放大方法，就可知道微小 位移量。 這種測(cè)量方法具有穩(wěn)定性好，分辨率高，測(cè)量范圍大的優(yōu)點(diǎn)，但其應(yīng)用范 圍狹窄，只適用于靜態(tài)的微小位移量，如曲率的測(cè)量、粗糙度ú飭俊Ｇ矣幸韻碌牟蛔闃?(1)由于觸針的接觸面積小，壓強(qiáng)大，很容易穿傷如鋁膜等易受損傷的軟質(zhì) 薄膜，并在薄膜的表面劃出道溝，產(chǎn)生極大的誤差。 (2)對(duì)表面粗糙的薄膜，其測(cè)量誤差大。
2 引伸計(jì)
單軸拉伸實(shí)驗(yàn)是獲得薄膜力學(xué)特性直接的方法，主要用于研究與襯底分離的獨(dú)立薄膜構(gòu)建的力學(xué)行為。而在測(cè)量拉伸實(shí)驗(yàn)中微小位移常用的就是引伸計(jì)。引伸計(jì)主要通過(guò)刀刃直接與試樣表面接觸，感觸試樣變形，再將所感受的變形 加以放大，通過(guò)指示或記錄變形大小的裝置讀出微小位移量。
電磁測(cè)量法
1 電容式位移測(cè)量
釗菔轎灰撇飭渴墻徊馕灰譜晃縟萘緾 的變化，然后將C 接入一定的轉(zhuǎn) 換電路，位移變化便可變成電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。由于自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，基于上述原 理的傳感器已制成，即電容式位移傳感器.
電容位移傳感器測(cè)量微釵灰剖粲詵墻喲ゲ飭浚侍乇鶚屎嫌誆飭扛咂嫡穸 微小位移。但由于電容傳感器的電容量不一做的較大，一般僅為幾皮法至幾十皮法， 因此給測(cè)量帶來(lái)了許多困難，如易受外界電氣干擾，對(duì)電纜的長(zhǎng)度和狀態(tài)變化很敏感， 要求配套儀器的阻抗高等 。
2 電感式
電感式位移測(cè)量原理和電容式位移測(cè)量原理類似，只是將被測(cè)位移轉(zhuǎn)換為自感系 接入一定的轉(zhuǎn)換電路，位移變化便可轉(zhuǎn)化為電感的變化。基于上述原理的電感位移傳感器也已經(jīng)發(fā)展的非常成熟。
電感式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)用方便、自由行程較大等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著缺點(diǎn)，如 自感線圈流往負(fù)載的電流不可能等于0;銜鐵水遠(yuǎn)壞轎?線圈電阻受溫度影響， 有溫度誤差，不能反映被測(cè)量的變化方向;不宜測(cè)量快速變化的位移等.
3用霍爾元件測(cè)量微小位移
霍爾效應(yīng)實(shí)際應(yīng)用非常廣泛，如果所選磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍合適,磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁阻 的改變量(?B 和?RM )接近線性關(guān)系,即
這為物理量的轉(zhuǎn)換提供了方便。
光學(xué)測(cè)量法
在微小位移測(cè)量系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測(cè)量方法是采用接觸式的機(jī)械測(cè)量，但此種測(cè)量方法局限性很大。所以現(xiàn)在對(duì)這種檢測(cè)方式一般是采用非接觸式的測(cè)量，即光學(xué) 測(cè)量。其具有分辨率高，無(wú)損檢測(cè)，可以做動(dòng)態(tài)測(cè)試等優(yōu)勢(shì)，典型的光學(xué)測(cè)量方法 有激光掃描法、光干涉法、激光&斑計(jì)量法、數(shù)字全息計(jì)量技術(shù)。
1 激光掃描法
激光已成為光學(xué)測(cè)量方法中重要的光源，而我們這里所說(shuō)的激光法是指僅利用激光的反射性來(lái)測(cè)量位移。這種方法測(cè)&精度高，光路簡(jiǎn)單，尤其在受約束的空間的微小位移測(cè)量發(fā)揮其不可替代的作用。但這種方法的不足之處是對(duì)防振要求高和被測(cè)物體的表面光滑，但仍然不會(huì)影響其在微小位移測(cè)量中的作用。
2 光干涉法
光干涉法是常用的一種方法，許多其他的測(cè)量方法都基于對(duì)光干涉法的變換和改善。 測(cè)量原理:利用麥克爾遜干涉儀測(cè)量位移的測(cè)量系統(tǒng)如圖所示, S為光源，LI為擴(kuò)束鏡，BS為分束鏡，M1，M2為反射鏡，M1和待測(cè)物連在一起，隨待測(cè)物一起移動(dòng)。CCD攝像機(jī)將接收到的干涉條紋經(jīng)圖像卡送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
3 激光散斑計(jì)量法
激光散斑計(jì)量技術(shù)是在多學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代光學(xué)測(cè)量方法，它具有全場(chǎng)、非接觸、高精度、高靈敏度和實(shí)時(shí)快速等優(yōu)點(diǎn)。
激光散斑計(jì)量法的基本原理:根據(jù)全息術(shù)，利用CCD 相機(jī)拍攝被測(cè)物體的激光 散斑條紋圖，通過(guò)分析圖像，得到物體的位移。下圖是激光散斑計(jì)量技術(shù)中的電子散斑干涉法(ESPI)的測(cè)量原理圖.
激光散斑計(jì)量法由于可以對(duì)表面粗糙的物體進(jìn)行測(cè)量，因而比傳統(tǒng)的干涉測(cè)量法實(shí)用性強(qiáng)。但同時(shí)也存在圖像處理方法麻煩的缺點(diǎn)，因此尋找一個(gè)好的圖像處 理方法成為當(dāng)前的研究課題之一。
4 數(shù)字全息計(jì)量技術(shù)
數(shù)字全息計(jì)量技術(shù)就是利用數(shù)字全息術(shù)記錄包含振幅和相位信息的圖像。1994 年德國(guó)人Schnars 首先使用全息直接相位法測(cè)量了懸臂梁的局部變形。
數(shù)字全息計(jì)量法的測(cè)量原>是用雙曝光法測(cè)量物體由變形產(chǎn)生的離面位移，在物體的變形前狀態(tài)和變形后狀態(tài)各記錄一張全息圖，再通過(guò)前后兩個(gè)狀態(tài)的物像相位變化求得離面位移。天津大學(xué)的計(jì)欣華教授就曾利用數(shù)字全息計(jì)量術(shù)測(cè)量了兩端固定梁的微小離面位移，其測(cè)量精度達(dá)到0.01μ 量級(jí)。
該方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，光路簡(jiǎn)單，對(duì)防振要求低，只需要一套數(shù)字全息設(shè)備就能滿足實(shí)驗(yàn)條件，其在MEMS 等研究領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。
另外，其他的測(cè)量方法，如多光束應(yīng)力敏感技術(shù)、電光晶體補(bǔ)償位相法等。
光學(xué)測(cè)量法由于其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為微小位移的主要測(cè)量方法，但其有一共同的缺點(diǎn)--防振要求高，隨著光學(xué)測(cè)量法的不斷改善，防振措施必將改善。
（資料來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）
