2016年, 第37卷, 第5期　
刊出日期：2016-09-22

  

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几何量计量
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  计量型扫描电子显微镜测控系统研究

  张瑞军,高思田,李伟,陈本永,施玉书,李琪

  计量学报. 2016, 37(5): 457-461. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.01

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  为了解决扫描电子显微镜（SEM）在100 nm以下的微纳几何结构尺寸精确测量方面的不足,实现SEM测量值的量值传递与溯源,研制了一套计量型SEM测控系统。该系统主要由位移台运动控制模块、激光干涉位移测量模块和图像采集与处理模块组成,基于LabVIEW图形编程语言开发了测控系统上位机软件。对1 μm×1 μm二维栅格样品进行尺寸测量实验,结果表明,该计量型SEM测控系统运行稳定可靠,且在10 μm测量范围内的测量值示值误差优于10 nm。
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  CMM尺寸测量的不确定度评定模型研究

  程银宝,陈晓怀,王汉斌,吴军,李红莉,徐磊

  计量学报. 2016, 37(5): 462-466. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.02

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  研究了坐标测量机（CMM）尺寸测量的不确定度评定方法。建立了符合ISO国际标准的测量不确定度评定黑箱模型。利用测量系统分析的方法,对6项量值特性指标引入的不确定度分量进行量化分析或实验标定,依据产品几何技术规范给出了各不确定度分量的评定模型。最后,通过工件直径测量的不确定度评定实例验证该方法的可行性。实验结果表明CMM尺寸测量的不确定度主要来源是偏倚和线性,不确定度分量为1.88 μm,是所有其他分量合成的2倍以上,而温度补偿引入的不确定度分量仅为0.04 μm,在实际测量中可忽略不计。
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  基于EMD算法的光栅莫尔条纹信号去噪方法研究

  杨华晖,刘福,冯伟利

  计量学报. 2016, 37(5): 467-471. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.03

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  针对计量光栅莫尔条纹信号的质量问题,提出了基于经验模态分解（EMD）算法对非平稳光栅莫尔条纹信号模型的去噪方法。建立非平稳的光栅时变信号模型,利用EMD算法不需要定义滤波器参数的自适应性优点,对添加不同噪声的多组光栅信号模型进行了滤波分析的仿真实验,其信噪比和均方根误差两项指标优于均值滤波、小波阈值去噪方法。对两路正余弦理想信号添加高次谐波分量,通过对比EMD算法抑制高次谐波前后的李萨如图形,验证了该方法在去噪过程中对光栅莫尔条纹信号正弦性误差补偿的良好效果。
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  一种两步相移任意步距相位轮廓测量技术研究

  徐建亮,周明安,方晓汾

  计量学报. 2016, 37(5): 472-475. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.04

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  对传统相移轮廓测量技术进行研究,提出基于Gram-Schmidt 正交化法的两步相移任意步距相位轮廓测量技术并应用到三维轮廓测量中。由CCD采集两幅投影光栅图,且两幅图像之间的相移值不需要事先给定,可以随机取任意值;在保证精度的前提下,该技术只需两幅变形光栅图,同时无需对相移器的相移精度作要求。实验表明:与现有的几种相移轮廓术比较,提出的两步相移任意步距相位轮廓测量技术可以快速地恢复待测相位,且获取待测物体的三维数据精度较高,具有较强的适用性。
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  混凝土钢筋位置测定仪的量值溯源

  刘璐,刘静,任铮钺,黄河

  计量学报. 2016, 37(5): 476-479. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.05

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  为了解决交通运输行业内混凝土钢筋位置测定仪的量值溯源问题,分析了混凝土钢筋位置测定仪的使用和计量现状,确定了计量参数 ,研制了标准器组和标准装置,并开展重复性实验验证。通过建立的“混凝土钢筋位置测定仪—混凝土钢筋位置测定仪标准器组—混凝土钢筋位置测定仪计量标准装置—国家长度基准”溯源链,能够满足混凝土钢筋位置测定仪检定/校准的需要。
光学计量
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  无源光网络中突发光功率计校准方法的研究

  孙小强,傅栋博,李然,周峰,张颖艳

  计量学报. 2016, 37(5): 480-483. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.06

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  介绍了一种利用连续光功率计和示波器进行突发光功率计校准的方法,设计制作了稳定度为±0.01dB/15min的脉冲光源,通过将脉冲功率的直接测量转换为平均功率的间接测量,实现了突发光功率量值的有效溯源。给出了不确定度评定方法,在0.1dB分辨力条件下测量不确定度达到0.2dB（k=2）。该方法和装置被广泛用于无源光网络突发光功率计的校准,保证了实际工程中突发光功率测量的准确性。
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  平面光学元件平面度动态干涉拼接测量

  张小强,武欣,王伟荣,于瀛洁

  计量学报. 2016, 37(5): 484-488. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.07

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  开展了基于动态干涉仪的平面光学元件平面度干涉拼接测量,并研究了影响测量和拼接的主要误差。用二级减振的方法来抑制环境中振动的影响;根据允许的变化条纹数来控制二维移动平台导轨精度。建立了以ZYGO公司的DynaFiz干涉仪为子口径采集仪器的干涉拼接系统,开展了单口径平面度测量及拼接实验,完成了200mm×300mm 平面光学元件的平面度测试,并与大口径干涉仪所测试的全口径测量数据进行比对,拼接结果的10次实验均方差为0.001λ(λ=632.8nm)。
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  贴X射线成像系统调制传递特性联合检测方法

  母一宁,王贺,李野,李平,朱泠西

  计量学报. 2016, 37(5): 489-493. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.08

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  利用光学调制传递函数评价原理,在建立了各个成像子系统信号传递关系的基础上,提出了一种近贴式X射线成像光学调制传递特性检测方法。从像增强器约束、射线源约束和噪声约束这3个角度对近贴式X射线成像系统光学调制传递函数进行理论定标。将近贴式X射线成像系统后端的CCD望远系统换成CCD显微系统并对不同空间分辨率的铅栅进行成像与对比度拟合。实验结果表明:时域均衡可以有效提高拟合精度。其拟合结果表明空间分辨率为10线对/mm时其调制传递函数仍有10%,与理论定标结果基本一致。故传统近贴式X射线成像系统的望远光学镜头分辨率才是真正的成像瓶颈。
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  彩色伪随机编码图像特征点神经网络匹配

  廖素引,吴博,卫敏,赵燕,李桂华,张梅

  计量学报. 2016, 37(5): 494-498. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.09

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  为研究基于单幅二维图像不标定欧氏重构三维场景的理论,采用一种有效的采用伪随机编码结构光照明主动视觉技术。利用伪随机序列的窗口特性,使被编码结构光照明的场景表面每一个特征点都具有唯一的代码,可以唯一地被辨识。利用神经网络进行图像识别,使该编码结构光主动视觉系统可比较容易地解决被动视觉系统中难以解决的特征点匹配问题,实验效果令人满意。
力学计量
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  基于Gabor变换和盲源分离的旋转机械故障诊断方法

  孟宗,王晓燕,周明军,殷娜

  计量学报. 2016, 37(5): 499-504. https://doi.org/doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.10

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  传统的盲源分离方法要求源信号相互统计独立,但是实际机械设备很难满足这个条件。为此,提出了一种基于Gabor变换和盲源分离相结合的旋转机械故障诊断方法。首先通过不同混合信号的Gabor变换系数之间的相互关系,得到源信号间的公共频率成分,然后对观测信号进行滤波处理,得到新的观测信号,最后利用矩阵联合对角化方法进行分离,实现相关源信号盲分离。该方法突破了传统盲源分离方法中要求源信号相互统计独立且最多只能有一个高斯信号的限制,仿真和实验结果验证了该方法的有效性和可行性。
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  基于改进果蝇算法与最小二乘支持向量机的轧制力预测算法研究

  杨景明,郭秋辰,孙浩,马明明,车海军,赵新秋

  计量学报. 2016, 37(5): 505-508. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.11

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  铝合金板材精轧过程中,轧制力是影响板材质量的重要因素。为了满足轧制现场的轧制力预报精度要求,采用改进果蝇算法（FOA）与最小二乘支持向量机(LSSVM)相结合进行轧制力预测。改进了果蝇算法的味道浓度判定函数和步长设定方法,采用了分组并行搜索的策略,进而提出一种基于改进FOA-LSSVM的轧制力智能预报方法。将该方法用于铝热连轧现场数据的仿真实验,结果表明样本预测误差在10%以内,其中84%的样本误差在5%以内,精度优于传统模型。
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  优化HHT端点效应的新方法

  赵军,李林峰,郭天太,王道档,孔明

  计量学报. 2016, 37(5): 509-514. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.12

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  在旋转机械的故障诊断中,希尔伯特-黄变换（HHT）方法常用于提取故障特征信号以及分解结果的时频分析,然而,在HHT中会出现端点效应问题,且导致模态混叠和虚假本征模态函数（IMF）等一系列问题。针对这一问题,提出了利用广义回归神经网络（GRNN）和边界局部特征尺度延拓（BLCC）相结合的方法先对信号延拓,再进行经验模式分解（EMD）。通过仿真与故障实验,在时域、频域和希尔伯特-黄谱的相关参数的情况下,对比镜像延拓优化的HHT分解结果,验证了所提方法的有效性。实验结果表明:所述方法能够有效地抑制HHT中的端点效应,且减轻了模态混叠和虚假IMF分量,同时能准确地表现信号的真实结构成分。
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  小波包能熵谱和证据融合推理的电梯急停诊断

  张斌,沈国阳,金英连,王斌锐

  计量学报. 2016, 37(5): 515-519. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.13

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  采用加速度时域信号的峭度系数和小波包变换后的频域信号能熵谱定义特征向量,获得证据融合法推理证据;利用测试样本统计得到特征值区间数;基于待测样本特征值与区间数之间的距离设计相似度,并归一化得到证据的基本概率分配函数;而后对证据进行时空融合得到证据融合合成规则,并采用可信度分配函数进行证据融合推理诊断;最后开展电梯实测实验,利用3层sym8小波包变换和9个证据对急停进行诊断。实验表明,该方法电梯急停故障诊断的准确率大于98%。
声学计量
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  基于近场测量法的水声换能器声场重建方法研究

  王成,郑慧峰,王月兵,殷敬伟

  计量学报. 2016, 37(5): 520-524. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.14

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  为了提高对水声换能器声场分析的效率,开展了基于近场测量法的水声换能器的声场重建方法研究,首先将水声换能器的全息测量面近似为等效声源面,通过积分得到声场重建模型,然后利用自主研发的水下声场测量系统获得发射换能器全息测量面的复声压,实现对其声场的重建,最后比较不同全息测量面的重建结果和实测数据,并分析全息测量面的位置对重建结果的误差影响,得到了重建方法的有效测量区间。该声场重建方法可快速得到水声换能器的声场分布,并且准确可靠。
电磁学计量
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  5种新混沌弱信号检测系统设计

  刘剑鸣,杨霞,宋菲菲,刘福才

  计量学报. 2016, 37(5): 525-530. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.15

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  为了进一步改进混沌弱信号检测系统的性能,设计了5种新的高灵敏度复合混沌弱信号检测系统,并选择其中一种与目前广泛使用的Duffing混沌弱信号检测系统进行了对比分析,结果显示新复合混沌系统可以克服Duffing混沌弱信号检测系统出现的3个难题:被检测信号消失后混沌状态无法快速自动回复、大周期状态不稳定以及混沌状态和大周期状态难以区分。通过使用Jacobian矩阵和特征方程的分析,显示了新复合混沌系统比Duffing混沌系统更为有效。与传统弱信号检测方法相比,新复合混沌系统电路简单、具有更低的信噪比和检测信号门限。理论分析和实验显示了新复合混沌系统的特性。
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  注入电流探头校准夹具的设计

  周雁然,景莘慧,周忠元

  计量学报. 2016, 37(5): 531-534. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.16

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  介绍了注入电流探头校准夹具的设计方法。根据已有探头尺寸,提出夹具结构设计方案及关键尺寸的确立方法,设计了频段为10 kHz～400 MHz的校准夹具。通过数值仿真分析了探头和夹具的间隙对传输性能的影响,并优化设计了夹具的关键尺寸。实验验证了优化设计方法的可行性。
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  双/单通道传导电磁干扰噪声盲源分离研究

  赵波,赵敏,马宇明,沈飞

  计量学报. 2016, 37(5): 535-539. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.17

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  传导电磁干扰差共模噪声分离中,硬件分离网络结构复杂、成本较高,传统软件分离受环境噪声影响明显,测量同步性差。针对上述局限,提出一种基于盲源分离理论的传导电磁干扰噪声差共模分离策略。首先,利用快速独立分量分析对L线、N线噪声实施双通道盲源分离,实验证明其比射频电流叠加法信噪比范围更宽,适用性更强;其次,单通道盲源分离采用连续小波变换实施虚拟通道扩展以克服同步测量误差,同时改进快速独立分量分析目标函数以提升收敛性能。实验证明,其分离性能取决于小波函数的选取而非扩展通道数量,性能相比双通道盲源分离有一定降低,但节省经济成本,具有较好应用前景。
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  噪声传递中失配误差的再讨论及解决方案

  高申翔,霍莹,崔豹,孙朝斌

  计量学报. 2016, 37(5): 540-543. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.18

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  针对我国实验室噪声传递不确定度较大的问题,以中频衰减法为例,给出噪声传递中失配误差的数学模型。基于无相位信息的复变量不确定度估计的研究成果,给出了失配引入不确定度的最佳估算方法。基于失配不确定度的准确估计,论证了隔离衰减器在噪声测量中的效用及使用策略。最后给出噪声测量中失配误差的最佳解决方案。
电离辐射、标准物质与生物计量
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  圆饼电离室空气比释动能物理参量的蒙特卡洛模拟

  王坤,李涛,金孙均,杨小元,樊铁栓

  计量学报. 2016, 37(5): 544-547. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.19

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  为建立基于圆饼电离室系统的₆₀Coγ射线空气比释动能基准装置,对辐射场及场中电离室的相关物理参量进行了蒙特卡洛模拟研究。通过BEAMnrc程序建立辐照器模型计算测量点处能谱和注量分布,使用EGSnrc计算圆饼电离室在辐射场中各物理参量。⁶⁰Coγ射线空气比释动能绝对测量装置通过蒙特卡洛模拟得到的相关物理参数合成不确定度为0.20%,该结果与澳大利亚计量院同结构电离室的结果在不确定度范围内一致,与国家基准球-圆柱形电离室及球形电离室相比在不确定范围内符合。
计量学总论、不确定度
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  基于ISOMAP-ELM的软测量建模及化工应用

  李荣雨,王立明

  计量学报. 2016, 37(5): 548-552. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.05.20

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  针对化工生产反应过程复杂,难以直接建立对应的机理模型,提出了一种基于ISOMAP-ELM的软测量模型。将等距离映射与极限学习机结合,通过等距离映射对输入数据进行降维,消除输入数据的共线性,在低维空间提取更具代表性的特征分量,最后对特征分量采用极限学习机训练,以此建立软测量模型。验证结果表明,所提出算法与传统的基于ELM以及基于欧式距离降维的MDS-ELM模型相比,具有更高的预测精度,模型的均方误差仅为0.28,软测量模型的命中率达到94%,对化工生产具有一定的指导意义。