2015年, 第36卷, 第5期　
刊出日期：2015-09-22

  

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  可变温的固体材料弹性参数测量系统研究

  鲍静,冯晓娟,林鸿,张金涛,齐晓风,李小亭

  计量学报. 2015, 36(5): 449-454. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.01

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  基于超声共振频谱法原理,研制了可在变温条件下工作的超声共振频谱法测量系统,包括超声传感器、声学发射和接收系统、恒温系统以及数据采集和分析系统。在常温下分别测量了3种不同能量品质因数（Q值）的固体材料的弹性参数,分析了影响测量准确性的因素,测量的共振峰匹配误差（RMS）可小于0.04%,与国外先进商业仪的测量结果有良好的一致性。在此基础上,测量了轴承钢（9Cr18）从293 K至353 K的弹性参数,获得了轴承钢材料的等温压缩系数随温度变化的关系。该系统具备扩展测量温度范围的能力,所采用的超声共振测量元件,使得系统不做任何改动,在防氧化的保护气氛下,可将测量温度上限扩展至500 K;对超声信号激励和接收方式做相应改变,可扩展至更高测量温度。
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  微纳米三坐标测量机的高精度恒温箱研制

  冯建,李瑞君,何亚雄,范光照

  计量学报. 2015, 36(5): 455-459. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.02

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  针对恒温室控制精度低和分离式恒温箱因振动而无法满足微纳米三坐标测量机需要的问题,研制了一套自然对流式高精度恒温箱。用定制尺寸的中空亚克力板和轻便型超低导热系数真空绝热板制成绝热箱体。以仪器测量点温度作为温度控制反馈值,均匀位于恒温箱顶部的9个半导体制冷片对其周围空气进行制冷,箱内冷空气均匀向下流动,与向上流动的热空气进行热交换。采用LabVIEW与MATLAB混合编写高精度温控程序。实验结果表明:设定值为20 ℃时的稳态误差为0.003 2 ℃,稳态时温度波动小于0.03 ℃,优于一级恒温室。新型恒温箱具有成本低、能耗小和无振动干扰等优点。
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  柱面面形干涉测量

  于瀛洁,许海峰,彭军政

  计量学报. 2015, 36(5): 460-463. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.03

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  介绍了一种柱面面形干涉测量方法。该方法选用计算全息片作为柱面波转换器,能够将平面干涉仪出射的平面波转换成理想柱面波前,依此为基础,建立了柱面干涉测量系统,能够实现柱面的干涉测量。为了获得柱面的真实面形误差,分析了调整误差引起的失调像差,并给出了失调像差的分离方法。最后,以玻璃圆柱体为被测样本,对单孔径面形的重复性进行验证,20次测量结果峰谷值（PV）标准差为20.2 nm,为PV平均值的0.55％。
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  基于量子搜索算法的篮球图像分割研究

  杨杨,刘佳

  计量学报. 2015, 36(5): 464-468. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.04

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  为提高篮球图像分割效果,提出了量子搜索算法(QSA)。首先建立篮球分割模型,包括基于3级尺度级的篮球球心、半径建模,基于灰度概率分布的篮球目标分割建模;然后进行量子相位Grover变换,构建加权因子与篮球目标关系,确定最大量子搜素成功概率与量子旋转相位的角度;最后给出了算法流程。实验仿真表明:该算法能有效完成篮球对象的分割,同时分割成功率较高。
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  基于误差分解定权的工业测量空间线面拟合算法

  潘国荣,郭巍,周跃寅

  计量学报. 2015, 36(5): 469-472. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.05

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  针对工业工件拟合中测量数据由于测量仪器特性导致的不同方向误差分量差异问题进行了研究,提出了基于误差分解定权的工业测量拟合算法。该算法考虑了工件姿态以及测量仪器和测点的空间关系,分析了纵向误差和横向误差分量对空间直线和空间平面拟合的影响,然后通过影响量对测量数据进行定权,从而削弱仪器测量误差对拟合结果的影响,提高工件拟合精度。实验结果表明,该算法相比等权拟合精度可提高约16%。
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  纳米黏弹性测量中谐振抑制方法研究

  杜义浩,谢平,张磊,邹清泽

  计量学报. 2015, 36(5): 473-476. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.06

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  针对压痕测量软材料中悬臂梁谐振导致测量数据存在较大误差的问题,提出一种在宽带纳米黏弹性测量中抑制悬臂梁谐振的方法。基于z轴动态特性设计一种陷波器类型的前置滤波器,并对输入驱动电压进行滤波;设计基于最小均方误差准则(LMS)的自适应滤波器,参考赫兹接触模型对软材料的复蠕变量进行滤波,进而在输入环节和测量环节消除谐振影响。通过二甲基硅氧烷(PDMS)样本的黏弹性测量实验,验证悬臂梁谐振抑制方法的有效性。
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  基于MUSIC算法的近场空速估计

  虞飞,陶建武,曾宾,钱立林

  计量学报. 2015, 36(5): 477-481. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.07

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  研究了基于声矢量传感器阵列的近场空速估计问题。首先,在声矢量传感器近场阵列输出模型的基础上,考虑声波在连续、均匀稳定气流中的传播原理,构建了稳定气流作用下近场质点振速测量模型,模型导向矢量中包含了待估计的空速信息。在此基础上,提出了一种近场空速估计的MUSIC算法,为评价算法估计性能,推导了空速估计的克拉美-罗界表达式。仿真实验验证了算法的有效性。
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  基于微分经验模式分解和隐马尔科夫模型的滚动轴承故障诊断方法

  孟宗,闫晓丽

  计量学报. 2015, 36(5): 482-486. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.08

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  提出基于微分经验模式分解（DEMD）和隐马尔科夫模型(HMM）的旋转机械故障诊断方法,并应用到滚动轴承故障诊断中。首先,对故障信号进行基于微分的经验模式分解,提取瞬时能量作为故障特征向量;然后将故障特征向量输入HMM分类器进行模式识别,输出各状态似然概率值;以最大似然概率所对应的故障状态作为诊断结果,最终实现滚动轴承故障诊断。滚动轴承点蚀故障的诊断实验证明了该方法的有效性。与基于EMD-HMM的故障诊断方法相比,基于DEMD-HMM的故障诊断方法更适用于滚动轴承故障诊断。
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  基于数字地面模型的立式金属罐底量测量方法研究

  王龙龙,侯松梁,黄朝晖,刘子勇,佟林,暴雪松

  计量学报. 2015, 36(5): 487-490. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.09

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  针对如何准确测量出发生不规则变形的立式金属罐底量,提出一种基于数字地面模型的测量方法,该方法通过解算由罐底三维坐标点构建的不规则三角网所对应体积而求出罐底量。所构建不规则三角网能够以等高线形式完整表达罐底的起伏特征,为后期罐底变形研究提供参考。实验中以容量比较法为标准,对几何测量法和数字地面模型测量法进行对比实验研究,结果表明该方法适用于立式金属罐的底量测量,相对误差较几何测量法平均降低了2.5%。
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  基于时变可靠度和疲劳效应的井架钢结构剩余寿命分析

  韩东颖, 王志磊,朱进礼

  计量学报. 2015, 36(5): 491-495. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.10

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  为准确预测在役井架钢结构剩余服役年限的长短,建立了基于时变可靠度和疲劳效应的剩余寿命预测理论。推导了杆件等效截面积与损伤缺陷随时间变化的函数关系,建立了井架钢结构抗力时变模型;编制了井架钢结构的疲劳载荷谱,并应用S-N曲线法及雨流计数原理等相关理论,建立了基于疲劳效应的寿命预测理论。对JJ220/42-K型井架钢结构进行了剩余寿命预测,结果表明,综合考虑腐蚀与初弯曲影响时的寿命明显低于仅考虑腐蚀时的寿命,说明局部损伤对寿命影响较大;结构的可靠度寿命明显低于疲劳寿命。
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  基于符号序列熵的自适应随机共振的微弱信号检测

  潘峥嵘,谯自健,张宁

  计量学报. 2015, 36(5): 496-500. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.11

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  针对现有随机共振以信噪比为测度,难以进行量化和在实际工程中应用,提出一种符号序列改进型香农熵结合随机共振的微弱信号检测方法。介绍了随机共振和符号序列化的基本原理,以输出信号的符号序列熵作为判断是否达到最佳随机共振的测度,自适应的调节系统参数a和b,使系统达到最佳共振并进行频谱分析。结果表明输出信号的符号序列熵可有效反映共振状况,能调节系统达到最佳信噪比输出,而且易于工程实现,证实了该方法的有效性,进而为衡量随机共振提供一种新方法。
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  基于EEMD模糊熵和GK聚类的信号特征提取方法及应用

  金梅,李盼,张立国,金菊,张淑清

  计量学报. 2015, 36(5): 501-505. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.12

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  提出了一种基于集合经验模态分解模糊熵和GK聚类相结合的方法,应用于滚动轴承的故障诊断中。首先,利用EEMD方法将故障信号分解成多个本征模态分量来消除模态混叠影响;其次,通过相关性对IMF分量进行筛选,并求取其模糊熵作为特征向量进行GK聚类分析进行模式识别。在实验分析中,通过模糊熵、样本熵、近似熵3种特征参数的对比,和GK聚类与FCM聚类的对比,证明了该方法的有效性和优越性。
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  导波式雷达物位计测量误差分析与软件修正

  刘铮,魏萌,徐科军

  计量学报. 2015, 36(5): 506-512. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.13

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  分析了导波雷达物位计测量误差产生的原因,提出软件修正方法。在硬件方面分析了发射脉冲宽度和等效时间采样间隔的影响;在软件方面分析了信号处理过程产生的粗大误差、随机误差和系统误差。基于现有的硬件平台,提出一整套处理方法以减小测量误差,包括结合回波特征参数去判断物位回波,9点移动平均滤波预处理,选取最小斜率点作为回波定位点,对计算值进行中位值平均滤波。水位测量实验结果表明,在理论误差为2～4 cm情况下,实际测量误差小于1 cm,这验证了软件修正方法的有效性。
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  基于数字图像处理的高精度海洋潮位计量检测技术

  贾伟广,吉建华,马志刚,司建文,李希玲,刘晓峰

  计量学报. 2015, 36(5): 513-516. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.14

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  将数字图像处理和数字信号处理技术应用于海洋潮位测量领域。采用DM642作为核心处理器,设计视频获取、编解码、外部存储器模块等硬件电路,通过JTAG仿真接口进行硬仿真;选择二阶识别算子,设计系统软件,确保DM642可实时处理CCD获取得到的潮位视频。该系统可满足潮位检测的高精度、实时性和自动化要求,可检测的潮位变化量程为0～8m、最大示值误差为1.2mm、测量最大标准偏差为 0.42mm。
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  基于万有引力算法的铝热连轧规程优化设计

  赵新秋,赵利娟,杨景明,王春鹏

  计量学报. 2015, 36(5): 517-520. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.15

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  提出了以预防打滑和平衡4个机架功率为目的的多目标函数,建立了一种基于支持向量回归机的轧制力模型来取代传统数学模型,有效地提高了轧制力预报的精度。同时采用万有引力算法对轧制规程进行优化,该算法不仅能够防止陷入局部极值点而且避免了盲目搜索,大大提高了进化速度。该规程应用在河南某厂“1+4”铝热连轧改造现场的精轧部分,轧制规程效果理想。
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  轨道衡剪力传感器过盈装配对测量区的影响研究

  徐劲力,陈智磊,罗文欣

  计量学报. 2015, 36(5): 521-525. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.16

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  针对动态轨道衡塞入式剪力传感器称重原理进行分析,确定了传感器弹性体应变片的位置及贴片区域和应变片测量栅丝的排布方向;采用有限元仿真分析得出传感器过盈装配对应变测量区影响的平面剪应力分布云图,确定了弹性体应变区的贴片范围。通过分析不同过盈量及接触区时弹性体的变形,研究了预紧力大小对传感器性能的影响。
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  基于流速面积法的明渠流量测量不确定度评定

  赵伟国,王成李,朱炜,戴连超

  计量学报. 2015, 36(5): 526-529. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.17

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  针对ISO 748进行明渠流量测量不确定度评定,需在测量断面上设置充足的垂线数和测点,且没有考虑底层、表层和两边壁盲区流速插补引入的不确定度问题,提出了一种新型明渠流量测量不确定度评定方法。通过Fluent数值模拟,得出明渠断面垂线流速分布模型和横向平均流速分布模型。在实验测量中,根据两者流速模型分别计算出断面垂线测点不足和垂线数不足引入的不确定度,对明渠流量测量的不确定度进行了评定。结果表明,该方法提高了明渠流量测量不确定度评定的准确性。
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  数字微差补偿器及其在电流比较仪电桥中的应用

  王云静,王玉田,曲正伟

  计量学报. 2015, 36(5): 530-534. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.18

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  设计一种能够在四象限内对输出信号进行调节的数字微差补偿器,核心器件为16 位串行输入乘法型数模转换器,以正弦电压信号作为参考,可根据接收的数字编码分别调节输出补偿信号的同相分量和正交分量。提出一款计算机控制的电流比较仪电桥线路,应用数字微差补偿器和牛顿迭代算法实现电流比较仪磁势的自动平衡。利用研制的电桥对双螺线型计算电阻进行测量,结果表明,该电桥在1592 Hz频率范围内的标准测量不确定度为2×10^-7,能够满足交流电阻量值传递要求。
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  基于盲源分离的运动想象脑电信号特征提取方法的研究

  张立国,张玉曼,金梅,于国辉

  计量学报. 2015, 36(5): 535-539. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.19

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  运动想象脑电信号被广泛应用于脑机接口系统中。针对如何准确有效地提取运动想象脑电信号特征的问题,通过分析运动想象脑电信号时域、频域和头皮空间域的特征,提出了以小波变换为预处理,并利用二阶盲辨识算法和信息论特征提取算法相结合获取的空间滤波器,从时域、频域和头皮空间域对运动想象脑电信号进行特征提取的方法。实验结果表明,采用时域、频域和空间域提取特征的方法性能有明显提高,并且将二阶盲辨识算法和信息论特征提取算法相结合获取的空间滤波器能够反映更真实的大脑源活动。
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  一种圆鞍形磁屏蔽线圈的设计与性能研究

  赵伟霞,董全林,孙茂多,丁莹,杨娅姣,党玉杰

  计量学报. 2015, 36(5): 540-545. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.20

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  以毕奥-萨伐尔定律为基础,推导了一种圆鞍形线圈在空间任意点处的磁场分布表达式,优化了一种线圈结构,证明了圆鞍形线圈可以产生一定区域的稳恒磁场,并定量地给出了线圈内部磁场的空间分布情况。所设计线圈产生的磁场中,1%均匀度的磁场均匀区占轴上区域的28%,0.1%均匀度的磁场均匀区占轴上区域的10%;在1 mA的电流下,单圈线圈最大磁场补偿值为15 nT,相对偏差量不超过0.14 nT,验证了所推导表达式的正确性,为多维磁场补偿系统设计与研究提供了理论依据和参考。
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  基于二阶盲辨识的双跨转子故障信号分离研究

  苗锋,赵荣珍

  计量学报. 2015, 36(5): 546-549. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.21

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  将盲分离理论应用于消噪处理,其关键是分离噪声,因此在分离噪声时不损失有效信号,为消噪处理提供了一种新方法。提出了一种基于二阶盲辨识的去除干扰的自提取方法,在原有的自提取算法中引入了梯度变化率的概念,有效降低了噪声。通过仿真和对实际转子振动数据的处理表明,这种算法有效地遏制了噪声,提高采样数据的准确性。
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  介入法测量工业X射线光机管电压的研究

  吴金杰,郭彬,李兵,蒋伟,陈法君,段盛麟

  计量学报. 2015, 36(5): 550-554. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.22

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  建立了基于分压箱介入法测量工业X射线光机管电压的方法,测量了工业X射线光机MG165的管电压。结果显示管电压纹波小于4%,其中35 kV以上,纹波小于1%;7.5～150 kV范围内平均管电压与标称值偏差小于1.8%,多次测量管电压重复性好于0.01%,测试重新出束和开机条件下的管电压重复性,结果好于0.02%,达到了低能X射线空气比释动能国家基准量值复现、量值传递和国际比对的要求。
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  紫脲酸铵分光光度法测定复盐法水氯镁石脱水产品中氧化镁

  胡湖生,杨明德,吴玉龙

  计量学报. 2015, 36(5): 555-560. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2015.05.23

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  对于水氯镁石的复盐(C6H5NH2·HCl·MgCl2·6H2O)法脱水产品中微量MgO含量的测定,采用了直接测定样品水溶残渣中镁含量而得MgO含量的方法代替传统的间接法,获得了更准确的结果。用紫脲酸铵分光光度法测定了水溶残渣用稀H2SO4溶解后溶液中微量镁,研究了金属镁离子与显色剂的络合比、溶液酸度、显色时间对显色的影响,以及盐酸苯胺阳离子、Fe3+、Zn2+、Ba2+、Ca2+、Ni2+、Co2+等离子对显色的干扰及其消除。并采用修正法消除了显色后残余显色剂对测定镁的影响。结果表明,在镁离子浓度0~2mmol/L范围内,修正吸光度与镁离子浓度呈线性关系,摩尔吸光系数为2.45×102 L/(mol·cm)。加标镁离子的测定结果证明该法具有较高的精密度和准确度（加标回收率近100%）,适合于水氯镁石脱水产品中总MgO含量的准确测定。