2016年, 第37卷, 第4期　
刊出日期：2016-07-22

  

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光学计量
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  微结构金属膜环带片电磁聚焦优化设计方法

  刘涛,杨树明,蒋庄德

  计量学报. 2016, 37(4): 337-341. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.01

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  微结构金属膜环带片是一类新颖的微纳光子学元件,应用于超分辨光学聚焦、纳米显微成像、精密工程测量等。阐述了微结构金属膜环带片的通用、快速矢量优化设计方法,适用于线偏振光、圆偏振光、径向偏振光等典型矢量光束,可调制产生远场超分辨聚焦光斑和超细光针场。基于三维时域有限差分法进行了微结构金属膜环带片的严格电磁理论验证,能够精确模拟光场在微结构金属膜环带沟槽内部的散射传播过程。在深紫外至可见光波段,给出了λ/10～λ/6厚金属铝膜制备微结构环带片的经验选取方法。
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  高双折射光纤光栅扭转特性分析与应用

  蔡璐璐,万玉良,吴飞

  计量学报. 2016, 37(4): 342-346. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.02

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  通过对高双折射光纤光栅的特性进行分析,提出了一种新型的可埋入工程材料的扭转传感器结构。基于光纤光栅的模耦合理论和高双折射光纤的扭转特性,建立了扭转高双折射光纤光栅传输光波的数学模型,并分析其光谱特性,仿真结果表明扭转高双折射光纤光栅的反射谱不具备方向性,只与扭转角度大小有关。当扭转角度从0变化到360°时,高双折射光纤光栅的2个主峰波长都随之产生漂移,x方向的光向短波长方向移动,y方向的光向长波长方向移动,并且反射谱峰值逐渐减小,通过前向耦合模理论与反向耦合模理论结合分析并仿真,得出x和y方向上波峰值变化量,以及相应的中心波长的变化量,最后通过实验数据对高双折射光纤光栅的变化参数与扭转角度的关系作出验证。
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  NIM和VNIIOFI光谱辐射照度双边比对

  代彩红,吴志峰,王彦飞,林延东,Boris Khlevnoy

  计量学报. 2016, 37(4): 347-351. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.03

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  2014年12月至2015年1月,中国计量科学研究院(NIM)采用新研制的光谱辐射照度国家基准装置,与全俄光物理测量研究院(VNIIOFI)进行了光谱辐射照度双边比对。比对的波长范围为250～2500nm, NIM和VNIIOFI的光谱辐射照度测量均基于高温黑体辐射源BB3500M,采用高温计测量黑体的温度,溯源至Pt-C和Re-C固定点黑体,并采用WC-C固定点黑体进行了验证,双方在3021K的温度一致性优于70mK。光谱辐射照度双边比对结果表明: 44个比对波长点的光谱辐射照度的平均相对偏差为0.45%。除2000nm波长点的相对偏差为1.1%外,在全波段范围内量值的一致性优于0.90%,均在声称的不确定度范围内。
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  基于量子比特平面编码算法的图像重建研究

  田丽芳,孙利

  计量学报. 2016, 37(4): 352-355. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.04

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  为了提高图像重建质量,提出量子比特平面编码算法。首先进行图像像素灰度段编码,获得中间段灰度级滤波矩阵;然后量子比特经过Walsh-Hadamard变换,将输入图像像素分解出低频部分和高频部分;接着分别对正系数矩阵和负系数矩阵扫描,在正负系数比特平面码流之间插入一个比特标志;最后给出了图像重建过程。实验仿真显示本文算法的重建效果清晰,指标分析图像信噪比最大,均方根误差较接近于0。
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  基于像素同龄组的航拍图像去噪方法

  杨成顺,黄颖,黄淮,黄宵宁

  计量学报. 2016, 37(4): 356-359. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.05

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  由于受到光照、机身震动等拍摄环境的影响,航拍图像中常常混有高斯噪声和脉冲噪声。针对这一现象,提出一种结合改进的中值滤波和维纳滤波的像素同龄组去噪算法。首先将图像根据像素值的不同,分为若干像素同龄组;然后根据每个同龄组的特点,有针对性地进行中值滤波或维纳滤波;最后,借助航拍绝缘子图像,完成仿真实验,并与单独中值滤波、维纳滤波的去噪效果进行对比。实验结果表明,该方法在处理混有高斯噪声和脉冲噪声的航拍图像方面,具有良好的去噪效果。
几何量计量
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  超大尺寸激光测距大型测控网络研制

  唐七星,余晓芬,王标

  计量学报. 2016, 37(4): 360-365. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.06

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  为了解决超大尺寸激光测距过程中所面临的测量任务大、测量点数多、数据庞大和巨型数据处理困难等问题,设计了超大尺寸激光测距大型测控网络的研制方案。提出将云计算平台与大型测控网络相结合,使得若干台具有串口通信功能的仪器协同工作,获得更强大的测量能力,实现了多种无线网络融合,并解决海量数据的存储及数据处理问题。实验结果表明:系统内存设定为2G,虚拟机硬盘设定为500G,当数据存储量超过500G时不会出现不能继续存储的问题,测量数据可以准确地被存储到云平台;一次性处理数据量超过2G时不会出现内存不足的问题,能够实现巨型数据的处理问题;Matlab和虚拟机结合能够很好的完成复杂运算任务,快速准确地确定被测关键点坐标。
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  磁性液体倾角传感器研究

  苏树强,李德才

  计量学报. 2016, 37(4): 366-370. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.07

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  利用永磁体在磁性液体中悬浮的特性,提出了一种新型一维倾角传感器,给出了该传感器的工作原理,设计了传感器样机。采用实验方法测试两个永磁体间磁斥力曲线,并据此确定传感器主要结构参数和特性参数,得到其倾角检测灵敏度表达式。设计了传感器中运动部件的位移的检测电路及转换电路。实验结果表明,当倾角在-18°～18°之间时,输出电压与倾角间成线性关系,其分辨率为0.04°;当倾角在18°～90°（-18°～-90°）之间时,输出电压与倾斜角的关系为非线性关系,且分辨率逐渐降低。该传感器结构简单,无磨损部件,为倾角测量提供了新的途径。
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  基于高斯积分曲线拟合的亚像素边缘提取算法

  段振云,王宁,赵文辉,赵文珍

  计量学报. 2016, 37(4): 371-374. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.08

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  针对传统边缘提取算法定位精度低、对噪声敏感等缺点,提出一种基于高斯积分曲线拟合的亚像素边缘提取算法。通过曲面插值求取像素级边缘法截线上各离散点的灰度值,再进行高斯积分曲线拟合,寻找高斯积分曲线的均值点坐标,实现亚像素边缘的精定位。用量块直线边缘进行实验,并与现有亚像素边缘提取算法比较,实验证明基于高斯积分曲线拟合的亚像素边缘提取算法定位精度较高,可以达到1 μm,且算法可靠性高、计算速度快,能够用于高精度测量。
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  测量金属薄板表面波纹度参数的滤波器的研究

  蒋光锐,张浩,刘李斌,李春光

  计量学报. 2016, 37(4): 375-379. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.09

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  分析了用于测量金属板表面波纹度的3种滤波器（JIS B 0610采用的2RC滤波器、SEP 1941采用的指数滤波器和ASME B46.1采用的高斯滤波器）的传输特性,比较了原始轮廓与不同滤波器得到的波纹度轮廓的频谱特性,并指出了不同滤波器得到的波纹度参数的差异。结果表明,3种滤波器的幅值没有振荡现象,但是幅值衰减速度有显著差异。在截止波长位置,高斯滤波器和指数滤波器的幅值衰减了50%,而2RC滤波器的幅值只衰减了25%。从相位特性看,高斯滤波器和指数滤波器均属于无相位移动滤波器,而2RC滤波器属于有相位移动的滤波器,在截止波长位置的相位移动约为1.05。对比发现,在相同的截止波长下,指数滤波器与高斯滤波器的传输特性完全一致。采用2RC滤波器得到的波纹度参数Wa比采用高斯滤波器得到的Wa约大0.1 μm。3种滤波器都无法同时完全抑制截止波长范围以外的成分而完全保留截止波长范围之内的成分。
热学计量
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  驻点防热材料线烧蚀量实时投影测量

  张智,欧东斌,高贺,陈连忠

  计量学报. 2016, 37(4): 380-383. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.10

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  为测量高超声速飞行器驻点区防热材料线烧蚀量,提出了一种烧蚀位置投影测量的光学方法。通过标定相机与模型间的比例系数、采集模型的烧蚀视频以及图像处理等手段获取烧蚀后退量。在2种试验状态下,进行了4类材料的烧蚀测量,实现了频率为25Hz的实时测量,且测量误差小于0.16mm,测量结果可应用于烧蚀分析。
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  中温固体比热容测量基准的研究进展

  李佳,王灿,王海峰,孙国华

  计量学报. 2016, 37(4): 384-389. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.11

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  中温固体比热容测量基准装置是保证比热容、相变温度、相变焓等量值溯源的核心。装置主要采用绝热量热方法,实现量值结果溯源至SI单位。介绍了比热容装置的研究意义与测量原理,分析了其在该领域的研究状况,在此基础上提出了我国中温固体比热容测量基准装置的新方案和总体设计。
力学计量
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  基于变幅放大的机械振动精密测量仪设计

  杨继森,张天恒,蒋洪庆,张兴红

  计量学报. 2016, 37(4): 390-393. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.12

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  为了实现对微弱振动的频率检测,提出一种基于变幅放大的机械振动测量方案,并设计了机械振动精密测量仪。测量时由变幅放大装置将微弱振动的幅值放大,然后经压电敏感元件转换为电信号,并通过高速A/D转换器和FPGA硬件电路完成对信号的采样过程,再利用软件插补细分算法实现0.061ns级的时间测量,从而实现高精度的频率测量。
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  一种自补偿差动式扭矩传感器的研究

  赵浩

  计量学报. 2016, 37(4): 394-397. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.13

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  设计了一种带补偿绕组的差动式扭矩传感器,将负载扭矩转化成传感器激磁绕组和输出绕组的角位移,励磁绕组建立脉振磁通,输出绕组采用差动方式连接,经过电磁耦合输出绕组会产生相应的感生电动势。根据磁路定理和安培环路定理推导了传感器的输出特性,并针对负载电阻对传感器输出特性造成畸变的原因进行了分析,且提出了相应的解决措施。最后采用扭转试验机对传感器进行了标定,实验结果表明传感器的灵敏度约为4.07mV/(N·m),重复性误差约为3.17％,非线性误差约为2.34％,迟滞误差约为0.55％。
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  基于经验模态分解和奇异值分解的振动声调制信号分析方法研究

  郑慧峰,喻桑桑,王月兵,方漂漂,王成,唐廷浩

  计量学报. 2016, 37(4): 398-401. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.14

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  针对振动声调制特征信号被强噪声淹没无法有效提取的问题,提出一种基于经验模态分解与奇异值分解相结合的振动声调制信号分析方法。先对振动声调制信号进行经验模态分解,选取imf分量,然后将imf分量进行奇异值分解降噪,得到非线性特征信号,最后对特征信号进行Kolmogorov熵计算。将该算法应用于实际碳纤维复合材料的检测,利用Kolmogorov熵进行损伤评估。该方法成功提取了特征信号,实现了损伤诊断和定量评估,而且具有较强的自适应能力。
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  基于解析模型的气制动系统泄漏故障诊断研究

  陆艺,朱蔷,夏文杰,郭斌

  计量学报. 2016, 37(4): 402-405. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.15

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  针对客车气压制动系统中存在的泄漏故障的问题,提出了一种基于解析模型的客车气压制动系统泄漏故障诊断的方法。通过对气制动系统中的关键部件制动总阀及制动气室的工作状态进行分析,建立了正常状态下的客车气制动系统制动气室压力特性的理论模型,该模型能够预测制动过程中制动气室中的瞬时气压值。搭建了整车气压制动系统模拟试验台,该试验台可针对整车制动系统进行制动性能模拟试验。在模拟制动过程中对制动气室中气压变化量进行测量,将归一化后的试验值与理论值进行比较,对气制动系统有无泄漏故障的存在进行了诊断。试验结果表明,该方法能很好地对气制动系统泄漏进行故障诊断。
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  基于改进奇异值分解和经验模式分解的滚动轴承早期微弱故障特征提取

  孟宗,谷伟明,胡猛,熊景鸣

  计量学报. 2016, 37(4): 406-410. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.16

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  针对滚动轴承早期微弱故障特征难以提取的问题,提出了改进奇异值分解(SVD)和经验模式分解(EMD)的滚动轴承早期微弱故障特征提取方法。首先用多分辨奇异值分解将信号分成具有不同分辨率的近似和细节信号,然后对近似信号用奇异值差分谱进行消噪,对消噪后的信号进行经验模态分解,将得到的各本征模函数分量进行希尔伯特包络解调,从而获得滚动轴承故障特征信息,最后通过对滚动轴承早期内圈故障的诊断实验证明了该方法的有效性
声学计量
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  混响室法测量吸声系数的不确定度评价

  钱中昌,傅云霞,余培英,邓峥,陈文王

  计量学报. 2016, 37(4): 411-414. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.17

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  通过对材料吸声系数混响室法测量分析,确定了该类方法测量结果不确定度的来源。对不确定度构成分量进一步分析,结果表明吸声系数的测量不确定度主要由混响时间测量的不确定度所决定,混响室体积、试件尺寸和声速测量的不确定度对吸声系数测量结果的不确定度贡献很小。混响时间测量结果的不确定度主要取决于混响室声场扩散程度,而测量装置本身引入的不确定度贡献较小。
电磁学计量
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  风扇能效测试系统研究及测量不确定度评定

  程银宝,陈晓怀,张孝军,李红莉,王汉斌

  计量学报. 2016, 37(4): 415-418. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.18

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  为了能够获得准确可靠的风扇能效值的计量数据,对风扇能效计量检测的原理进行了研究,并对风量计量进行了探讨。测试系统的上位机通过RS232通信端口与可编程逻辑控制器连接,实现对系统运行的控制,保证了数据采集、传输和存储的准确可靠。给出了风量和能效值的计量方法,并对测量结果的不确定度进行了评定。
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  一种基于残周期正弦波拟合的相位差测量方法

  梁志国

  计量学报. 2016, 37(4): 419-422. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.19

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  针对不足一个波形周期的相位差测量,提出使用残周期正弦波拟合算法实现的技术方法,给出了原理和实现过程。针对该条件下相位差的测量不确定度,给出了使用波形局域失真和噪声信号比方式,以实际估计参数条件下的仿真计算进行评估的模式。最后,使用激光测振仪校准中的三个相位之间的相位差进行了实验验证,结果表明,在约0.5个周期条件下获得的相位差与多周期条件下的相位差仅仅相差1°左右,证明了该方法的有效性和可行性,为正弦相位差测量提供了一种新的实现方式。
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  无线传感器网络中一种改进的目标定位算法

  薛波,张玲华,沈琳,俞洋

  计量学报. 2016, 37(4): 423-427. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.20

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  将定位区域网格化,把目标定位问题转化为稀疏搜索问题,建立基于压缩感知的定位模型。为满足压缩感知理论对测量矩阵的约束等距性要求,采用LU分解的方法对测量矩阵进行正交化预处理。同时提出一种改进的正交匹配追踪算法恢复目标位置,并利用加权质心算法进一步提高了定位精度。实验结果表明,该方案平均定位误差小于其它算法。
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  一种新型的基于LQI的加权质心定位算法

  廖文喆,郑德忠,马雷雷

  计量学报. 2016, 37(4): 428-432. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.21

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  提出一种基于链路质量指示(LQI)的测距技术与加权质心定位算法相结合的新型定位算法。经过数据分析比较,验证了LQI要比接收信号强度指示(RSSI)更稳定、抗干扰能力更强。采用高斯滤波模型对实验测量值进行处理,增加了数据的准确性。建立基于RSSI和LQI的对数拟合测距公式,利用质心定位算法进行仿真实验,结果表明:采用基于LQI测距的加权质心算法定位,其定位精度有了较大提高,达到了较为理想的定位效果。
无线电、时间频率计量
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  铷原子钟光谱灯铷量测量和寿命评估

  何胜国,王芳,赵峰,吴汉华,梅刚华

  计量学报. 2016, 37(4): 433-436. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.22

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  铷光谱灯灯泡的使用寿命是影响星载铷钟寿命的关键因素。为了评估铷灯泡寿命,利用一种新的灯泡赶铷方法,显著提高了差分扫描量热计测量灯泡铷量的精度。通过对长达7年铷量测试数据的理论拟合,得到了迄今为止精度最高的铷量消耗公式,进而评估了灯泡的使用寿命。结果分析表明,对于材料为Schott 8436玻璃的灯泡,充铷量超过130 μg,使用寿命即可达到50年。
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  基于开槽管腔的高信噪比铷原子钟物理系统

  许风,郝强王鹏飞,明刚,梅刚华

  计量学报. 2016, 37(4): 437-440. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.23

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  物理系统提供的原子鉴频信号信噪比是决定铷原子钟频率稳定度的关键因素。借助高频结构仿真软件,设计了一款内径为20 mm的开槽管微波腔。分析和测试表明,该微波腔内微波场磁力线沿腔轴方向均匀密集分布,可激励高强度铷原子微波跃迁。基于这种微波腔,设计出分离滤光物理系统。借助F-P干涉仪光谱测量,优化了滤光效果。测试表明,这种物理系统具备高信噪比,可用于制造频率稳定度为5.0×10^-13t^-1/2的铷原子钟。
电离辐射、标准物质与生物计量
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  ⁶⁰Co γ辐射的空气比释动能及水吸收剂量的NIM-IAEA双边比对

  金孙均,王志鹏,王坤,杨小元,黄锦锋,范耀东,苌雪,张健

  计量学报. 2016, 37(4): 441-443. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.24

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  在中国计量科学研究院(NIM)⁶⁰Coγ基准实验室,将⁶⁰Coγ辐射的空气比释动能及水吸收剂量基准值传递到国际原子能机构（IAEA）的FC65-G-2869电离室,给出了此电离室的60Coγ辐射的空气比释动能和水吸收剂量的校准因子,并且比较了这2个物理量的校准因子与IAEA提供的相关结果的差异。实验结果表明,NIM给出的FC65-G-2869电离室的⁶⁰Coγ辐射的空气比释动能和水吸收剂量的校准因子相对IAEA提供的结果分别偏差0.5%和0.1%,比对结果达到了相关要求。为NIM参与国际计量局（BIPM）组织的正在进行中的一轮60Coγ辐射的空气比释动能及水吸收剂量的关键比对作了前期准备。
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  γ射线空气比释动能测量不确定度分析

  李德红,成建波,王培玮,李兴东,郭彬

  计量学报. 2016, 37(4): 444-447. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.25

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  基于空气比释动能测量的Bragg-Gray 空腔理论,通过采用石墨空腔电离室对γ射线空气比释动能率进行测量,建立了测量数学模型,考虑到空气比释动能测量过程中的各影响量及其修正,采用实验测量或蒙卡模拟计算的方法得到各修正因子并分析不确定度, 得到γ射线空气比释动能测量的扩展不确定度约为0.5%,其中主要是由壁效应修正和平均电离功的不确定度贡献,因此有必要开展相应的研究,以提高空气比释动能的测量水平。
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  激光粒子计数器校准中气溶胶稀释方法的研究

  黄志煌,刘俊杰,国凯

  计量学报. 2016, 37(4): 448-451. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.26

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  为了解决无法通过直接比较法实现激光粒子计数器对凝结核粒子计数器的溯源问题,根据伯努利气体流动原理和气溶胶稀释比例的计算方法,分析了气溶胶在稀释过程中,存在随着补充气体流量的增加,稀释器腔体内压力不恒定的问题,提出了一种新的气溶胶稀释方法,可满足激光粒子计数的溯源问题。实验结果表明,该方法解决了补充气体对气溶胶出气口流量的干扰问题,同时能够对高浓度气溶胶中不同粒径的0～90倍范围内稀释比例保持较好的一致性,测量数据与理论计算值的最大相对误差不超过4.4%。
计量学总论、不确定度
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  基于自适应蒙特卡罗方法的测量不确定度评定

  方兴华,宋明顺,顾龙芳,陈意华

  计量学报. 2016, 37(4): 452-456. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.04.27

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  在GUM Sup.1提出基于分布传播的不确定度评定基础上,系统地介绍了自适应蒙特卡罗方法进行不确定度评定的原理和步骤,并以此对线性测量模型和非线性测量模型进行了仿真,得出自适应蒙特卡罗方法对两类测量模型不确定度都有较好的评定效果,同时指出自适应蒙特卡罗方法中仿真次数M和数值容差δ的合理选择都需要进一步研究。