L’unità – metro, m (mita)
L’unità di lunghezza SI, il metro (m), prende il nome dai nomi greci e francesi per “misura”.
Il metro, insieme al chilogrammo, fu una delle prime unità del sistema metrico. Fu originariamente definito (nel 1793, al tempo della Rivoluzione francese) come un dieci milionesimo della distanza sulla terra della linea meridiana che va dal polo nord, attraverso Parigi, all’equatore. Per l’uso pratico, sono state fuse una serie di barre di platino-iridio.
L’attuale definizione del metro risale al 1983 e fissa il metro in termini di secondo e velocità della luce. In pratica, il misuratore viene realizzato misurando la frequenza o la lunghezza d’onda del vuoto di specifici tipi di laser.
“Il metro è la lunghezza del percorso percorso dalla luce nel vuoto durante un intervallo di tempo di 1/299 792 458 di secondo.”
Ne consegue che la velocità della luce nel vuoto (c0) è esattamente 299 792 458 metri al secondo (m / s).
La definizione del 1983 definisce il metro in termini di una costante fondamentale, la velocità della luce nel vuoto. Dopo la ridefinizione del SI, che dovrebbe entrare in vigore il 20 maggio 2019, questo link sarà più esplicito. Tutte e sette le unità saranno definite dando valori numerici esatti alle costanti fisiche.
La definizione del metro implica che la lunghezza può essere misurata misurando il tempo impiegato da un fascio di luce per attraversare una distanza. Questo può essere praticamente realizzato in due modi:
- Tempo di volo, dove un impulso di luce viene inviato sulla lunghezza che deve essere misurata.
- Interferometria, dove una lunghezza può essere misurata in termini di lunghezza d’onda del vuoto (λ) di una sorgente luminosa di frequenza nota (f), tramite la relazione.
λ =c0/f
La frequenza di una sorgente luminosa (radiazione) utilizzata nell’interferometria deve essere determinata in termini del secondo o della frequenza di radiazione dell’atomo di cesio. Ciò comporta il confronto della frequenza della radiazione utilizzata per l’interferometria di lunghezza (solitamente visibile al vicino infrarosso da 430 nm a 900 nm, da 330 THz a 700 THz) con un clock al cesio con una frequenza di 9,1 GHz. Prima dell’invenzione dei pettini a frequenza ottica, questo era tecnicamente molto impegnativo, ma ora è realizzabile in un solo passaggio.
Per diffondere ulteriormente la realizzazione del metro, i Comitati tecnici del Comitato Internazionale per i pesi e le misure (CIPM) per la lunghezza e il tempo e la frequenza mantengono un elenco combinato di “Valori raccomandati delle frequenze standard per applicazioni compresa la realizzazione pratica del metro e rappresentazioni secondarie del secondo”(link esterno). Questo elenco include laser e altre sorgenti e la frequenza che genereranno se azionati in conformità con i parametri specificati.
Le fonti visibili raccomandate includono laser ad alta precisione, come i laser Elio-neon bloccati a una componente iperfina dello spettro di assorbimento dello iodio. Se azionato correttamente, la frequenza di questi laser può essere di due parti in 10-11. L’elenco comprende anche sorgenti luminose a bassa precisione, come un laser elio-neon non stabilizzato a 633 nm. Nonostante la loro minore precisione (1,5 x 10-6), i laser non stabilizzati possono essere utili in alcune misurazioni. Poiché qualsiasi radiazione nei valori raccomandati è una realizzazione primaria del metro, tale laser non richiede la calibrazione quando l’incertezza associata è adatta allo scopo.
Capacità tecnica
In MSL, operiamo un laser commerciale stabilizzato allo iodio elio-neon a 633 nm per realizzare il metro. Usiamo questo per calibrare la frequenza degli interferometri che poi usiamo per la misurazione della lunghezza di manufatti (ad esempio, blocchi di calibro, righelli e nastri), o per calibrare strumenti come apparecchiature di rilevamento elettronico.
Ciò consente a MSL di fornire misurazioni tracciabili in una gamma di capacità dimensionali, da blocchi di gauge, barre di lunghezza, standard finali e calibri ad anello e a spina, fino alle apparecchiature di rilevamento (misuratori di distanza elettronici (EDM) e personale di rilevamento con codice a barre).
Abbiamo anche la competenza per eseguire una vasta gamma di misure dimensionali non di routine, ad esempio, determinare la rotondità delle superfici curve tramite macchine di misura a coordinate (CMM), o la planarità delle facce di misura tramite paralleli ottici.
La nostra ricerca
La nostra ricerca copre una vasta gamma di argomenti, ma attualmente stiamo esplorando tre aree principali:
- Mappatura degli errori e incertezza nelle macchine di misura a coordinate (CMM).
- Microscopia a forza atomica (AFM) per la misurazione delle caratteristiche superficiali e delle nanoparticelle.
- Contributi di incertezza alle misurazioni a lunga distanza effettuate con misuratori di distanza elettronici (EDM).
Guarda qui un breve video sul metro(link esterno).
