如何验证光谱共焦传感器的精度丨科普篇

01

精度

注：专业验证位移传感器精度的方式是一端用干涉仪，一端用位移传感器，中间放测量目标物（一般是平面平晶或者全放射平面镜），通过测量比对干涉仪和位移传感器的测量值，评价位移传感器的线性精度。这种方式只能是在有高精度干涉仪和高精度运动台的第三方机构才可以实现。而用户一般都是将传感器加载到设备上，此种精度验证方式不方便在使用现场实现。

我们推荐一种更简单的方式，就是采用标准台阶验证光谱共焦传感器的测量精度。这种方式简单，容易在使用现场实现，但是其中有一个最最关键的问题是需要有具备这种理想条件的台阶。我们称这种理想的高精度台阶为“阶规”。

“阶规”需要具备的性能：

1. 平面度，每个台阶面必须具备超高的平面度，否则选取不同位置测量时就会有差异变化，无从评估传感器的精度（THINKFOCUS阶规平面度≤10nm）；

2. 平行度，两个台阶面必须具备超高的平行度，否则选取不同位置测量时就会有差异变化，无从评估传感器的精度（THINKFOCUS阶规平行度≤10nm）；

3. 精度，保证平面度和平行度的前提下还要有绝对精度的保证，比如10um标准台阶，不能做出来个13um台阶（THINKFOCUS阶规高度精度≤10nm）。

注：有些用户可能会使用两块量块叠加到一起做精度验证测量，这个是完全不可行的一个办法。量块自身平面度不佳，尤其是两块量块手工摆到一起的平行度完全无从谈起，量块一般厚度精度标称也就是1um（而且整个面内的厚度并非完全一致），所以无法评估测量精度远远高于1um的光谱共焦传感器。

型号：CDS-500/OP5-Fe

中国计量科学研究院精度验证数据。

型号：CDS-500/OP4-Fe

上海交通大学精度验证数据。

02

分辨率

分辨率是指传感器在量程范围内能够检测出的被测量对象最小变化量。分辨率也是评价光谱共焦传感器最基础、最简单的一个部分。因为用户经常会直接看整套设备测量的整体重复性，所以把分辨率有一定忽略。

评价光谱共焦传感器分辨率最简单的办法就是看传感器及被测物均静止不动时，传感器的示值波动。

请注意！以日系厂家为代表，很多厂家在分辨率上都有严重作弊。在看传感器参数表时候一定注意看其下面的小字标注。很多厂家分辨率的参数是在2048次甚至16384次平均的前提下给出的，实际使用中根本无法接受如此高的平均计算后输出结果数据（例如用1khz采样频率计算，16384次平均就是1.6384s中的测量数据平均，然后才可以输出一次测量值）。自动化测量都是在高速运动中测量，过高的移动平均会将被测样品实际形貌完全过滤掉。THINKFOCUS光谱共焦传感器在出厂标定和绝大多数使用场合均是采用无平均化处理。

03

重复性

重复性是业内经常会去评价的一个指标，这里不做赘述，一般都是放置实际测量样品，运行设备和软件，10次-30次看测量结果的重复性。