2016年, 第37卷, 第3期　
刊出日期：2016-05-22

  

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几何量计量
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  基于石英音叉探针的原子力显微镜测头开发

  刘雷华,郭彤,李伟,王鹤群,高思田

  计量学报. 2016, 37(3): 225-229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.01

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  基于石英音叉探针开发了一种自感应原子力显微镜(AFM)测头。该测头通过自身输出电信号检测悬臂振幅变化,无需外部光学检测部件,易于集成。针对测头设计了微弱电流提取及寄生电容补偿电路。利用商业化锁相放大器实现了对测头幅度信号的获取。在此基础上对测头在调幅模式下的力-距离曲线和分辨力进行了测试。利用锁相放大器内置的PID模块实现了调幅模式下对样品表面形貌的测量。实验证明,该测头灵敏度为0.624 mV/nm,分辨力优于2 nm。
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  接触触发式探头结构参数优化设计

  向萌,李瑞君,李心愿,范光照

  计量学报. 2016, 37(3): 230-234. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.02

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  设计了一种适用于微纳米三坐标测量机的高灵敏度接触触发式探头。介绍了该探头的结构和原理,建立了探头的灵敏度模型和刚度模型,依据三维方向等灵敏度和等刚度的原则,利用最优化方法得出了探头结构参数的最优解。对探头的刚度进行了仿真验证;分别对探头的刚度、分辨率以及稳定性进行了实验测试。实验结果表明:该探头在三维方向上的刚度均小于1 mN/μm,且近似相等;分辨率高于50 nm;当环境温度的波动范围小于±0.025 ℃时,探头在1.3 h内的漂移量为20 nm。
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  基于爬山遗传算法的三坐标测量路径优化

  吴凤和,孙迎兵,王鑫

  计量学报. 2016, 37(3): 235-240. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.03

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  针对传统遗传算法(GA)进行三坐标测量路径优化时收敛速度慢且过早收敛的问题,提出基于爬山遗传算法（HCGA）的三坐标测量路径优化方法。根据三坐标测量路径优化的数学模型,构造适合于测量路径优化问题的遗传编码、初始种群、选择、交叉、变异等参数,通过增加爬山操作,加快GA的迭代收敛速度。仿真实验结果表明,基于HCGA的三坐标测量路径优化方法能有效提高局部寻优能力与收敛速度,可获得很好的最优解并提高了测量效率。
光学计量
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  结合表观、运动和边缘结构信息的遮挡边界检测方法

  张世辉,张红桥,韩德伟

  计量学报. 2016, 37(3): 241-245. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.04

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  为了准确检测视频序列中的遮挡边界,提出了一种利用随机森林分类器检测遮挡边界的方法。该方法首先分割视频序列某一帧的边缘检测结果得到超像素和超像素边缘,并将超像素边缘分解为多个短的直线段。然后结合表观、运动和边缘结构信息提取每个直线段的遮挡相关特征并组合成特征向量,将此特征向量输入遮挡边界分类器检测每个直线段是否为遮挡边界。最后可视化所有确定为遮挡边界的直线段得到该帧图像的遮挡边界检测结果。实验结果表明所提方法具有较高的准确性。
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  接触式亮度计校准方法与装置

  卢利根,张保洲,陈赤,刘建,曾珊珊,韩强盛

  计量学报. 2016, 37(3): 246-250. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.05

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  分析了接触式亮度计的结构、测量原理和应用特点,同时设计了一种适于接触式亮度计校准的均匀漫射面源,以此校准3台接触式亮度计并与中国计量科学研究院的接触式亮度计检定标准进行比对,结果表明该校准方法溯源准确,结果有效、可行。最后对几种常用漫射面源应用于接触式亮度计校准的可行性进行了简要讨论。
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  星敏感器外场观星标定及检验方法研究

  姜文英,陈元枝,俞晓磊,赵志敏,沈令斌

  计量学报. 2016, 37(3): 251-254. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.06

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  介绍了星敏感器的主要检验标定方法—外场实测观星标定方法,以及实验平台的组成和搭建。根据对双CCD探头星敏感器获取的实验数据进行处理、分析,给出了动、静态三轴姿态精度和数据更新率。实验结果表明,采用这种方法可对星敏感器的精度、更新率、敏感星等级、捕获时间等指标进行检验,可信度高。
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  基于图论萤火虫搜索算法的图像纹理特征提取研究

  熊娟,文桦

  计量学报. 2016, 37(3): 255-259. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.07

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  为了提高图像纹理特征提取的查准率，采用图论萤火虫搜索算法。首先基于图论分层结构确定萤火虫分布；接着通过差分操作更新萤火虫，依据轮盘法运动，欧式距离计算萤火虫的相互之间吸引度；然后对萤火虫搜索成功与失败分析，确定动态移动步长；最后建立图像纹理特征提取模型以及算法流程。实验仿真显示本文算法既能够提高查准率，又缩短处理时间。
热学计量
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  基于热成像的薄片材料热扩散率快速无损检测

  王晓娜,厉阳,侯德鑫,叶树亮

  计量学报. 2016, 37(3): 260-264. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.08

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  针对传统热扩散率测量方法对热激励、边界和试样尺寸有严格要求等苛刻条件,提出一种适用于薄片材料的热扩散率测量新方法。该方法采用热成像技术采集受激光激励引起的材料表面温度场变化数据,将其通过曲线拟合对导热微分方程中的微分项进行估测,求取微分方程解析解转化为对代数方程求解以确定热扩散率值,因而无需严格控制边界条件、初始条件和热激励。通过仿真分析验证了理论模型的合理性,并对H62黄铜和304不锈钢材料进行了实测,对比文献参考值表明测量偏差均在6.0%以内,测量重复性为4.3%,可满足快速无损的测量要求。
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  高精密测温电桥的标定与评估

  方信昀,孙建平,曾凡超,王伟,张俊峰

  计量学报. 2016, 37(3): 265-270. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.09

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  使用RTU和RBC两种精密仪器对中国计量科学研究院中温基准实验室的F900高精密测温电桥进行了标定和评估,分析了不同工作频率、不同输出电流在长杆标准铂电阻温度计测温范围内对测量精度的影响。结果表明:电桥在不同的工作频率下精度的差异比较明显。工作频率为25 Hz时,使用RTU和RBC进行标定的最大测量偏差分别约为0.01 mK和0.06 mK;工作频率为75 Hz时,使用RTU和RBC进行标定的最大测量偏差约为0.08 mK和0.2 mK,且相比出厂时有了较大的漂移。电桥在不同的输出电流下精度的差异非常小,在15 μK以内。采用RTU及RBC对F900测温电桥评价的结果之间相互印证,该结果对中温固定点基准复现过程的不确定度评定提供了数据支撑。
流量计量
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  一种修正的电阻层析成像Landweber迭代算法

  张立峰,王化祥

  计量学报. 2016, 37(3): 271-274. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.10

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  研究了灵敏度矩阵更新的Landweber迭代图像重建算法,以期提高重建图像精度。灵敏度矩阵更新时的初始图像由Landweber迭代法获得,对不同迭代次数的灵敏度矩阵更新间隔进行了比较,并且对灵敏度矩阵的更新次数进行了分析,仿真及实验结果表明,该方法能有效提高图像重建精度。
电离辐射、标准物质与生物计量
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  基于AdaBoost的多项式旋流器溢流粒度软测量模型

  李晓竹,解华

  计量学报. 2016, 37(3): 275-278. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.11

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  为了降低选矿的生产成本和维护成本,提出了基于AdaBoost的多项式旋流器溢流粒度软测量模型。该模型以均方误差最小化为目标函数建立多项式模型,采用AdaBoost加强性能较差的样本的训练提高模型的泛化性和精度。最后将多个模型按照不同的权重集成起来作为最终模型。模型仿真和工业现场的实际应用效果说明,该模型能够比较准确地预测旋流器溢流粒度,保证了水利旋流器溢流粒度的合格率,提高了选矿效率,具有一定的实用性。
力学计量
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  低温液位传感器校准装置几何误差辨识方法的研究

  王梅宝,李东升,胡佳成,杨洋,朱跃,张成林

  计量学报. 2016, 37(3): 279-283. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.12

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  针对低温液位传感器校准装置的夹具端空间姿态问题,提出了一种基于多边法原理的误差辨识方法。利用激光跟踪仪测距精度高的特点,采用多边法原理对校准装置夹具端的运动轨迹进行标定,以重力加速度方向为Z轴反方向建立虚拟坐标系,利用刚体中两点位置始终不变的特性,获得被测点6项误差的冗余数据,实现校准装置几何误差的辨识。仿真结果表明,所提出的方法具有一定的可行性,采用遗传算法与信赖域法、Guass-Newton法相结合的方法,在一定程度上避免因初值难以确定造成的数据不收敛问题。
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  基于LCD分解和形态学分形维数的滚动轴承故障诊断方法

  孟宗,李良良

  计量学报. 2016, 37(3): 284-288. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.13

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  提出了一种基于局部特征尺度分解与形态学分形维数的滚动轴承故障诊断方法。首先采用局部特征尺度分解方法将机械故障信号分解为若干个内禀尺度分量,然后利用形态学分形维数计算包含故障特征分量的分形维数,将得到的分形维数作为特征量判别信号故障的状态,实验结果表明基于局部特征尺度分解与形态学分形维数的故障诊断方法能够有效识别滚动轴承的内圈故障、外圈故障、滚动体故障和正常状态,实现滚动轴承故障诊断。
电磁学计量
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  NIM反射试验场电性能评估技术研究

  孟东林,洪力,刘潇,黄攀,谢鸣

  计量学报. 2016, 37(3): 289-293. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.14

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  评测中国计量科学研究院(NIM)新建反射试验场测试装置的准确性,需要足够准确的基准值。通过分析对比矩量法模型与实测模型,设计制作了一种小馈源偶极子天线,根据矩量法准确性与收发天线间距无关这一特性的近场法,分析了近场法在实测中的误差缩减效应,然后据此验证了基准值的准确性（在30 MHz~1 GHz频段24个典型频率点的场地插入损耗偏差小于0.22 dB,相当于天线系数误差小于0.11 dB）。在30 MHz～1 GHz频段 10 m距离条件下对NIM新建测试装置的评测结果为:在24个典型频点,水平极化时偏差小于 0.26 dB, 垂直极化时偏差小于0.34 dB;在频率间隔1 MHz的扫频范围内,垂直极化时偏差小于0.6 dB。
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  基于形态学和广义S变换的小电流接地故障选线方法

  陈毅强,王玉田,唐佰文,张淑清

  计量学报. 2016, 37(3): 294-299. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.15

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  提出基于数学形态学和广义S变换相结合的小电流单相接地故障选线新方法。数学形态学为一种新型的非线性滤波技术,考虑电力系统的信号特点,选取一种直线型结构元素,滤波时既能消除毛刺状噪声,又能很好地保持信号的形状;广义S变换克服了S变换中基本小波基固定的缺点,有更好的时频分辨率。首先对信号进行数学形态方法滤波预处理,利用对处理后的故障信号进行广义S变换分析得到模时频矩阵,最后对得到的模时频矩阵特征量进行能量分析,选择出故障线路。仿真结果表明,该方法可以在不同工况的情况下准确地进行配电网故障选线。
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  基于EEMD和关联维数的小电流接地故障选线

  张淑清,赵朋程,陈颖,刘子玥,张立国,严冰

  计量学报. 2016, 37(3): 300-305. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.16

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  提出一种基于总体平均经验模式分解(Ensemble Empirical Mode of Decomposition EEMD)和关联维数相结合的小电流接地故障选线新方法。EEMD对非线性、非平稳信号的处理，不仅能达到与(Empirical Mode Decomposition EMD)相同的分解效果，同时又能有效地抑制模式混叠，非常适用于对小电流接地故障信号的处理。关联维数是在故障诊断领域中应用最广泛的一种分形维数。关联维数作为反映系统状态的特征量，能定量分析故障状态，提高故障诊断能力。在计算关联维数前，需要进行相空间重构，采用极大联合熵算法求取最佳延迟时间，相比以往用互信息求取延迟时间的方法而言，该方法简化了算法，缩短了计算关联维数的时间。最后采用G-P算法计算零序电流相关分量的关联维数，通过比较关联维数，实现故障选线。实验结果表明上述方法能够快速准确地选出故障线路,为小电流接地故障选线提供了一种有效的新方法。
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  硬质合金磁饱和测量的高精度数据处理方法

  邬幸源,苏娟,王腾芳

  计量学报. 2016, 37(3): 306-309. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.17

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  设计并验证了硬质合金磁饱和测量的一种高精度的数据处理方法,包括数字滤波、数字积分、数据拟合、系统调零和补偿等。滤波采用基于窗函数设计的有限长脉冲响应数字滤波器,积分采用复化Newton-Cotes积分算法,数据拟合采用改进的最小二乘法,系统校准采用首次调零和负值补偿方法。与传统硬质合金磁饱和测量的数据处理方法相比,该方法具有处理结果精度高、数据重复性好等特点。
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  基于双耦合混沌振子变尺度微弱信号检测方法研究

  时培明.孙彦龙.韩东颖

  计量学报. 2016, 37(3): 310-313. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.18

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  以双耦合Duffing混沌振子为研究对象,提出了一种基于双耦合Duffing混沌振子与变尺度相结合的微弱信号检测新方法。分析了双耦合Duffing混沌振子检测微弱周期信号的原理。利用变尺度方法,克服了Duffing振子检测微弱周期信号受频率限制的缺陷。通过双耦合Duffing混沌振子系统与单Duffing混沌振子系统进行比较,表明双耦合Duffing混沌振子系统具有明显的优越性。该方法用于检测任意多频微弱信号具有明显优势。
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  11/2 维谱及其倒谱在故障诊断中的研究与应用

  吴文兵,陈章斌,叶福兰

  计量学报. 2016, 37(3): 314-317. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.19

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  为了提高故障诊断正确率,通过将倒谱和112维谱相结合定义了倒112维谱。112维谱能够消除高斯噪声,倒谱能够减少谱图中的虚假谱峰,但噪声对倒谱分析的结果具有较大的影响。倒112维谱则可以结合112维谱和倒谱的优点。通过将112维谱、倒谱和倒112维谱分别应用于溢流阀故障诊断实验,结果表明,倒112维谱可以取得较好的故障诊断效果。
无线电、时间频率计量
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  基于相空间重构与高斯过程的卫星钟差预报

  雷雨,蔡宏兵,赵丹宁

  计量学报. 2016, 37(3): 318-322. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.20

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  提出了一种基于相空间重构与高斯过程预报卫星钟差的新方法。首先根据星载原子钟的物理特性用多项式进行拟合以提取钟差趋势项,并对拟合后的残差进行经验模态分解,作降噪处理;然后以降噪后的残差时间序列的混沌特性为基础,对其进行相空间重构;最后以重构的相空间为基础,运用高斯过程对残差时间序列进行建模预报,再将预报结果加上趋势项,获得最终的钟差预报值。采用IGS提供的GPS超快速观测钟差建模进行短期预报实验,结果表明,该方法能实时有效地对卫星钟差进行预报,且精度优于超快速预报钟差。
电离辐射、标准物质与生物计量
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  ¹³⁷Cs γ射线空气比释动能基准石墨空腔电离室的研制

  李德红,王培玮,邬蒙蒙,成建波,郭彬

  计量学报. 2016, 37(3): 323-327. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.21

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  根据Bragg-Gray理论研制了圆柱形石墨空腔电离室,用于¹³⁷Cs空气比释动能基准的建立。通过理论计算灵敏体积内部电场分布,优化了电离室壁和收集极之间接地保护的结构设计,在此基础上,对研制的电离室的饱和曲线、本底电流以及稳定性等电学性能进行了测试,其结果表明完全达到设计要求。对电离室的各项修正因子进行了理论计算和实验测量,实现了¹³⁷Cs空气比释动能的量值复现,其合成标准不确定度为0.25％。
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  人血清白蛋白纯品含量的同位素稀释质谱方法研究

  李佳乐,武利庆,金有训,王晶,杨彬,杨屹

  计量学报. 2016, 37(3): 328-332. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.22

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  同时建立了人血清白蛋白（HSA）纯品含量质量平衡测定方法和同位素稀释质谱测定方法。质量平衡法首先采用高效液相色谱法测定了人血清白蛋白的纯度,然后分别采用卡尔费休法和灼烧残渣法测定其水分和灰分,计算得到HSA的含量为0.861 g/g。在同位素稀释质谱法中,HSA经酸水解后,采用液相色谱-同位素稀释质谱联用法测定了水解液中的Pro、Val和Phe3种氨基酸,进一步计算得出HSA纯品的含量。在最优条件下,HSA含量测定结果为0.853 g/g,相对标准偏差为0.8%,扩展不确定度为0.015 g/g（k=2）,检出限和定量限分别为1.37×10^-5 g/g和4.55×10^-5 g/g。与质量平衡法测定结果相比,同位素稀释质谱方法测定结果只有0.9%的相对偏差。
计量学总论、不确定度
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  流程工业在线计量仪表检定周期优化方法

  高智勇,闫兴浪,高建民,陈富民

  计量学报. 2016, 37(3): 333-336. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.03.23

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  计量技术规范推荐方法在流程工业在线计量仪表检定周期评定中存在不足,提出了一种针对这类仪表的检定周期优化方法。首先,利用Markov状态空间法得到仪表的可用性指标,然后将质量损失函数引入到检定周期寻优目标函数中,从而实现可用性和成本双约束条件下仪表最优检定周期的准确定量计算。最后,以某流程工业企业在线仪表检定周期优化应用为例,验证了该种方法的有效性。