几何量测量概述

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第108页（2081字）

几何量计量表征有形物体的几何特征和质点的空间位置，有广泛的用途，几何量的主要量——长度，是物理学量纲的基本量之一，由它和其他基本量导出许多别的物理量，所以几何量计量又是计量学中的基本内容之一。此外，几何量是空间量，还具有多维性。

几何量计量的主要单位是长度单位“米”，在国际单位制中是基本单位之一。此外，还有二个辅助单位——平面角和立体角的单位“弧度”和“球面度”。在工程应用中，平面角计量用得较多，准确度也比较高。

按国际计量委员会所通过的定义，米是光在真空中，在1／299792458秒的时间间隔内运行路程的长度；弧度是一圆内两条半径之间的平面角，这两条半径在圆周上截取的弧长与半径相等。球面度因应用较少，可参阅有关标准。

现行的米定义是1983年第十七届国际计量大会通过的，这个定义的特点是：把真空中的光速值作为一个约定的不变的常值，光速不再是物理学中可测量的量；长度值可由光速通过时间和频率值导出。所以，复现长度单位“米”的方法有测时法和测频法两种：测时法是测定给定距离上光在真空中渡越的时间，然后按定义换算出“米”的长度；测频法是测定连续波激光辐射的频率，然后按式C=λ·v换算出激光波长λ₀式中C为真空中的光速，v为辐射频率。

复现平面角单位的方法有圆分度法和弦切法两种：圆分度法是均匀分割一个整圆，由于整圆始终等于2π弧度，也是一个无误差的常值，当整圆均匀分割成几等分时，每一分度的值恒等于2π／n；弦切法是用正弦或正切原理导出部份圆并推算出所对应的中心角。

现行的几何量主要单位的定义和复现原理已与实物无关，随着技术的改进，可以由更新的、更好的实物代替现行的实物作为复现长度或角度单位的基准。例如可以用稳定性和变现性更高的激光辐射来作为长度基准。由此，为新技术的开发和应用提供了方便，这是由于在确定新的米定义时考虑了科学技术的飞速发展和定义的普遍适用性，这一点在国际单位制和计量学的发展中有突出的意义。新的米定义由于可用测量时间和频率的方法导出长度值，而目前时间和频率的测量准确度是最高的，因而为不断提高长度计量的准确度提供了广阔的前景。

实际复现几何量单位时仍须依赖某种实物形式，在复现米定义的两种方法中，测时法使用的是脉冲测距仪，这种方法只有在测量很大距离时才能达到高的相对准确度，对实验室测量是不适用的。测频法首先要有连续和稳定的辐射源，目前用的都是激光。在复现平面角单位的方法中，圆分度法可以用多种实物形式。理论上也可以用环形激光器来作圆分度基准，但由于稳定性问题至今仍未很好解决，实用的平面角工作基准仍采用多面棱体、多齿分度台和圆光栅分度台这几种复现精度高的量具或装置，以此作为实现由均匀圆分度导出平面角度单位的实物。而弦切法只有在特定情况下才能获得高的准确度，所以一般不作为基准。

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