2017年, 第38卷, 第2期　
刊出日期：2017-03-22

  

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热学计量
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  H500型红外遥感定标高精度真空黑体辐射源的研制

  龚律宇,郝小鹏,孙建平,宋健,原遵东,丁雷,顾明剑

  计量学报. 2017, 38(2): 129-134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.01

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  对中国计量科学研究院研制的温度范围覆盖-93～220 ℃的H500型红外遥感定标高精度真空黑体辐射源进行了介绍。采用圆柱圆锥黑体腔和双层4段PID控温,在真空低背景（液氮冷却）环境下对该黑体进行了性能测试,在大气室温环境下,利用控制环境辐射反射比发射率测量方法测量了黑体空腔发射率和利用红外标准辐射温度计测量空腔底部温度均匀性等指标。实验结果表明,该黑体辐射源升温速率为1 ℃/min下,控制到温度点的稳定时间优于50 min,并且10 min内的温度稳定性在0.01 ℃以内;黑体温度设置在20 ℃、30 ℃和50 ℃下空腔发射率的测量结果分别为0.996 5、0.996 6和0.996 3;其黑体底部温度均匀性优于0.03 ℃;在整个温度区域内扩展不确定度优于0.1 ℃（k=2）。
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  黑体辐射源的多波长有效亮度温度校准和不同溯源方式特点分析

  原遵东,郝小鹏,王景辉,王铁军,邢波,柏成玉,杨雪

  计量学报. 2017, 38(2): 135-140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.02

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  介绍了中国计量科学研究院建立的标准变温黑体辐射源和有效亮度温度比较装置;阐述了黑体辐射源多波长有效亮度温度校准的2种方法,给出典型校准结果并分析了辐射源特性。比较分析了3种溯源方式的性能特点及其应用的影响因素。提出控温复现性的概念,它是以往未被重视的辐射源关键性能参数。多波长有效亮度温度校准是可减小或消除有效发射率和接触测温测点温差影响的溯源方案,与传统溯源方式特性互补,可用于评价辐射源的有效发射率和测点温差,对控温复现性好的辐射源效果最优。
几何量计量
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  Mirau干涉型微纳台阶高度测量系统的研究

  郭鑫,施玉书,皮磊,张树,李适,李东升,高思田

  计量学报. 2017, 38(2): 141-144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.03

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  为了实现纳米量级到微米量级的微观三维台阶样板高度的快速测量,在普通光学显微镜的基础上改造完成了一台微纳台阶高度测量装置,设计了整体硬件结构,编写了测量控制软件和数据处理软件,并结合Hilbert变换和小波变换实现三维表面形貌测量。使用不同高度的台阶样品进行测试,测试结果表明:系统测量准确度较高,测量重复性较好,垂直测量范围大于50 μm。
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  采用HRTEM对石墨烯材料单层厚度测量的研究

  王琛英,景蔚萱,蒋庄德,林启敬,韩枫,李磊

  计量学报. 2017, 38(2): 145-148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.04

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  将石墨烯材料薄膜制成可以通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM) 观察的横截面样,在室温20 ℃,变换放大倍数,通过HRTEM自带的测量软件得到的单次测量值为0.411 nm,同时可以看到石墨烯材料形貌较清晰,其剖面结构并不是理想的笔直直线。通过局部剪切图和增大间隙图,提取石墨烯材料单层的边缘数据。通过直方图法获得其单层厚度的测量值,厚度均值为0.390 nm,厚度重复性测量不确定度为0.042 nm。在置信水平为95%的条件下,计算得到石墨烯材料的单层厚度为(0.390±0.086) nm。相对石墨烯厚度的公称值,石墨烯材料的单层厚度偏大,分析认为石墨烯材料层与层之间紧密连接度不够,造成单层厚度与石墨烯厚度存在差异。
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  弹体导带槽宽度两次视觉精确测量方法研究

  林娣,曾志强,王俊元,李旭,汤恒

  计量学报. 2017, 38(2): 149-152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.05

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  针对弹体导带槽宽的工业检测速度和精度要求,采用工业相机、镜头、计算机及专业图像处理软件等搭建了一套机器视觉系统,并依据图像处理算法设计了一个针对弹体导带浅槽宽度测量装置。通过采用标准件对测量系统进行标定,计算出成像系统的标定值,采用两次视觉测量方法分别测量16个弹体导带槽的上下槽宽,进行相应计算得出槽宽值,对这16个工件的实际测量值与三坐标测量结果进行对比试验,其结果表明,该系统的测量精度能够达到微米级,可以满足弹体导带槽宽的测量精度要求,且测量结果不受主观因素的影响。
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  基于北斗多星信号融合解析的浮标现场校准技术研究

  贾伟广,常双,胡波,朱丽萍,于惠莉,李丹

  计量学报. 2017, 38(2): 153-158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.06

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  采用高精度载波相位差分（RTK）技术,通过融合解析多星（中国北斗、美国GPS和俄罗斯GLONASS）定位信号,实现全天候、高精度和全参数（波高、波周期和波向）现场实时校准技术。通过反复多次测试,单星、双星和多星系统测量精度分别可达到0.05 m、0.03 m和0.02 m;波向最大示值误差为3.52°。较大幅度提升了我国波浪仪器校准技术水平。
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  基于平衡原理的液滴接触角估计方法

  关晓东,邸久生

  计量学报. 2017, 38(2): 159-163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.07

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  基于液滴表面力的平衡原理推导了一种新的液滴表面曲线方程,通过提取图像上的样本点,以牛顿-拉夫逊法拟合曲线方程为基础来获取接触角的估计值,从而得到了一种基于平衡原理的液滴接触角估计方法。通过JGW-360A接触角测定仪采集实测图像,针对水滴与不同材料的接触场景进行了实验,采用Canny法获取液滴边缘曲线并提取采样点,计算出液滴表面接触角。将该算法与传统的影像分析法进行了比较,在大角度下与传统影像类方法相比估计值差别约为0.2°~0.3°,实验结果验证了算法的有效性。
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  融合生产信息的产品检验不确定度评定

  王汉斌,陈晓怀,程真英,钟伟红,李红莉

  计量学报. 2017, 38(2): 164-167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.08

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  为合理减小测量不确定度对产品合格判定的影响,研究融合生产信息的产品检验不确定度评定。建立融合加工信息和测量信息的贝叶斯信息融合模型,基于被测参数后验分布对测量结果及其不确定度进行重新估计,依据信息融合后的结果进行产品合格判定;提出利用质量控制信息计算贝叶斯先验参数的方法。仿真实验和实例分析结果表明,在产品检验不确定度评定中融入生产信息,可有效扩大产品检验合格区,合理减小合格判定的工作量。
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  基于测量不确定度的平面度误差搜索范围研究

  王傲胜

  计量学报. 2017, 38(2): 168-170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.09

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  为了避免评定平面度误差时的过度迭代或迭代不足问题,提出以0.467倍测量不确定度与步长比值作为平面度误差评定的终止条件。逼近搜索范围小于0.467倍测量不确定度与步长比值时,继续逼近则无意义。该结束条件比用时间条件和迭代次数、适应度限等作为算法评定平面度误差结束条件更为科学、合理。
光学计量
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  标准太阳电池标定值计量方法研究

  张俊超,熊利民,孟海凤,赫英威,张碧丰

  计量学报. 2017, 38(2): 171-174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.10

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  基于差分光谱响应度法搭建了标准太阳电池标定值校准装置,分析了标准太阳电池绝对光谱响应度随电池温度和偏置光辐照度的变化关系,通过数值拟合得到太阳电池短路电流与偏置电流的关系,实现太阳电池标定值测量不确定度1.2%(k=2)。搭建了标准太阳电池标定值户外计量装置,实现测量不确定度2.38%(k=2)。差分光谱响应度法与户外总辐射法测量结果比对的比率值为0.95,表明2种方法测量结果在不确定范围内量值等效。
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  基于视觉感知的鱼群运动行为特征参数提取

  程淑红,李雷华,刘洁,钱磊

  计量学报. 2017, 38(2): 175-178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.11

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  针对如何利用生物监测技术提高异常水质识别率的问题,对生物水质评价因子进行了研究,提出了改进的鱼群重心算法。在此算法的基础上引入新的鱼群运动行为特征参数即鱼群离散度、曲率、邻近特征,并对这些特征参数进行预处理,建立水质异常评价因子数据集,最后将评价因子输入支持向量机(SVM)进行水质异常识别。实验结果表明,引入的特征参数用于水质异常评价中,识别效果明显优于其它方法,识别率达到92%以上。
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  骨料粒度在线检测系统的实验研究与开发

  罗曼,杨建红,陈思嘉,房怀英

  计量学报. 2017, 38(2): 179-183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.12

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  利用图像法对骨料粒度的在线检测系统进行研究,对骨料的平躺和掉落2种运动形态,以及正面光源和背光源这2种光源安装方式进行了拍摄效果研究,得出了一种比较好的光源安装方式。拍摄下落骨料时,传送带的速度、角度,骨料的厚度以及拍摄时相机安装的高度对骨料的拍摄效果会有不同程度的影响,通过使用EDEM仿真软件研究这些因素对骨料分散性的影响,得到骨料比较分散的各种参数指数从而优化拍摄方式。实验对比3种拍摄方式的图像处理效果和统计结果,得到较为实用的相机拍摄方式。
力学计量
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  基于窄脉冲冲击激励的压电加速度计动态校准

  胡红波,孙桥,白杰

  计量学报. 2017, 38(2): 184-188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.13

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  论述了目前加速度计校准的方法以及主要不足之处,并以压电加速度计为例,采用冲击激励法对其进行了动态校准,详细说明了校准所使用的装置和校准过程,采用单自由度的质量弹簧系统来描述加速度计的数学模型,利用系统辨识的方式得到了数学模型的参数,分析了加速度计动态校准的结果并且与绝对法振动校准进行了比较与分析。
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  基于奇异值分解和灰靶决策的车刀磨损状态判别

  朱坚民,赵全龙,何丹丹

  计量学报. 2017, 38(2): 189-192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.14

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  针对随机噪声干扰车刀磨损振动信号时域特征提取,车刀磨损判别精度不高的问题,提出一种通过小波包变换和相关系数法提取车刀振动信号的磨损时域特征,采用奇异值分解对磨损时域特征进行去噪处理,去噪处理后获取磨损时域特征。选取与车刀磨损最相关的磨损特征作为参考特征序列,计算参考特征序列与其余磨损特征序列之间的相似关联度,对相似关联度归一化处理得到各磨损时域特征的权值,使用灰靶决策计算各磨损时域特征的综合测度,确定车刀磨损状态。实验结果表明:该方法可以有效地滤除随机噪声干扰。
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  亚太计量规划组织低g值冲击加速度研究性国际比对

  孙桥,胡红波,白杰

  计量学报. 2017, 38(2): 193-196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.15

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  2013年8月至2014年12月,中国计量科学研究院作为主导实验室,组织4个实验室参加了亚太计量规划组织低g值冲击加速度研究性比对。这次比对参比的测量装置包括2种基本类型的低g值冲击激励方式的激光绝对法测量系统。第一类基于半正弦冲击加速度波形比对的加速度范围为500m/s2至5000m/s²,冲击脉宽为0.5ms至5ms;第二类基于正弦冲击加速度波形比对的加速度为1000m/s²,冲击脉宽为0.03ms至0.2ms。比对结果表明,各参比实验室测量结果与比对参考值的偏差小于相应的等效不确定度。
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  基于静力称重法的玻璃浮计校准方法研究

  陈超云,王金涛,李之昊,孙斌

  计量学报. 2017, 38(2): 197-199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.16

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  采用单晶硅环作为参考标准固体密度,以密度稳定、表面张力低的正十三烷为标准工作液体,选用CCD图像测量系统进行玻璃浮计刻度和液面位置的对准,设计了玻璃浮计校准系统。根据空气中和液体中两次玻璃浮计称重测量值可以计算出当前刻度对应的修正值。对密度测量范围为770~790kg/m³,最小分度为0.2kg/m³的玻璃浮计进行了测量,并与德国国家物理技术研究院进行了双边比对,验证了玻璃浮计校准系统的有效性。
流量计量
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  基于FPGA和DSP的气体超声流量计驱动和数字信号处理系统

  方敏,徐科军,汪伟,朱文姣,沈子文

  计量学报. 2017, 38(2): 200-204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.17

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  采用FPGA+DSP双核芯结构,研制气体超声流量计驱动和数字信号处理系统。利用FPGA很高的工作频率和丰富的内部资源,实现高速DAC和ADC的驱动控制和数据存储;利用DSP的高速运算能力,实现数字信号的实时处理。针对利用正弦波驱动产生的超声波回波信号,基于实验数据统计,提出跟踪回波信号峰值的可变阈值法,准确地提取特征波,有效地克服了噪声的影响,扩展了量程比。气体标定实验结果验证了方法和系统的有效性。
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  基于神经网络的超声波轻质燃油质量流量测量方法研究

  张晓钟,孟凡芹,宋生奎

  计量学报. 2017, 38(2): 205-208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.18

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  在对不同油品进行实验的基础上，分析了轻质燃油超声波传播速度、温度和密度之间的关系，建立了不同油品密度与温度和超声波传播速度之间人工神经网络模型，给出了测量电路原理。利用该模型，通过超声波速和温度测量，实现超声波流量计的直接质量计量，而不考虑油品批次和标准密度不同而造成的影响。其密度测量误差小于0.23%，原理样机质量流量测量的重复性误差可达到小于0.35%。
电磁学计量
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  基于PSO算法的MFF模型的参数辨识与优化

  滕峰成,郝宇,林晓乐

  计量学报. 2017, 38(2): 209-214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.19

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  基于磁链理论和Monte-Carlo法,建立了磁流体薄膜(MFF)传感模型和MFF透射模型,分析了磁流体透射特性。采用粒子群算法对MFF透射模型进行了参数辨识,分析了群体数目、迭代次数、惯性权重、加速度因子等参数选值对算法运行结果的影响,并选取了最佳参数组合。搭建了MFF电流传感器实验平台,运用MFF透射模型对MFF电流传感器进行了仿真预测,分析了MFF厚度和粒子浓度对MFF透射性的影响,实验及仿真结果表明该模型预测误差在2.3%以内,该MFF电流传感器的测量灵敏度达到12 μW/A。
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  基于细菌觅食算法的异步电动机现场效率估算

  孙冠群, 张黎锁

  计量学报. 2017, 38(2): 215-219. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.20

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  提出了一种使用优化的细菌觅食算法估算电机的现场效率。该方法虽然有赖于测量定子电流、定子电压、定子电阻、输入功率和电机速度,从而基于电机的等效电路估算电机效率,但无需进行空载和堵转试验。对1台5.5 kW的异步电动机进行了试验,测试结果与粒子群优化算法、遗传算法以及实测的转矩测量法进行了比较,结果表明该方法能较准确地估计电机效率,并且简单、经济。
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  基于屏蔽技术的经验模式分解改进方法

  张淑清,师荣艳,马春丽,董国新,董玉兰,李莎莎,姜万录

  计量学报. 2017, 38(2): 220-224. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.21

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  经验模态分解(EMD）具有优越的自适应性,对非平稳、非线性信号的不同时间尺度可进行正确的局部化处理,然而,当信号组合分量的频率相近时会出现模态混叠现象。针对该问题,提出引入信号屏蔽技术对其改进,通过向原始信号添加一定频率的屏蔽信号,将低频成分屏蔽在高频成分所在的本征模态函数(IMF)之外,而屏蔽信号自身通过加减二次分解取平均值消除对IMF分量的影响。仿真及实际应用验证了改进方法可有效克服模态混叠现象,为EMD改进提供一种新的途径。
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  基于Multi-TRL算法的传输线特征阻抗定标

  王一帮,栾鹏,吴爱华,梁法国,孙静

  计量学报. 2017, 38(2): 225-229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.22

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  在片散射参数的精确测量离不开传输线特征阻抗的精确定义。介绍了基于Multi-TRL算法的共面波导型传输线特征阻抗的定标方法,具体包括对Multi-TRL校准算法进行推导和优化得到传播常数,再利用传播常数计算得到传输线特征阻抗。在此基础上,开发了传输线特征阻抗提取软件wyb,并对特征阻抗测试结果进行了验证。测量片上参考标准RM8130上的校准标准,分别作为wyb软件和Wincal软件的输入量来提取特征阻抗。数据表明:在5～10 GHz频段内,特征阻抗幅值相差小于±0.6％,相位相差小于±0.55°;在10～40 GHz频段内,特征阻抗幅值相差小于±0.2％,相位相差小于±0.40°。
无线电、时间频率计量
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  数字通信基带设备误码率的估计方法

  余清华,沈小青,陈思,夏伟,邱斌

  计量学报. 2017, 38(2): 230-233. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.23

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  针对航天测控系统中数字基带设备误码率（BER）闭环自测无法溯源的问题,提出了采用误差矢量幅度（EVM）和相位噪声作为间接评价方法。分析了在加性高斯白噪声下的EVM和BER之间的关系,并给出了使用EVM预测BER的经验公式;分析了相位噪声对BER的影响方式,为相位噪声突变情况下的BER预测提供了依据;以单台基带设备为测试对象,在建立EVM与BER预测关系式后,将后续3个月内预测和测试的结果进行对比,对比结果最大相对偏差不大于12.5%。实验表明,在加性白噪声的情况下,使用EVM和相位噪声替代BER作为评价指标是可行的,且EVM更直观、更能直接体现过程影响量、有利于基带设备的溯源。
电离辐射、标准物质与生物计量
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  氡室建标中几个技术问题的解决办法

  张洋,徐明,孙高峰,尹国辉,胡茂中,邹荣虎,王引东,成智威,冯天成

  计量学报. 2017, 38(2): 234-237. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.24

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  标准氡室在氡浓度量值溯源和传递中起着重要作用。为了保证测氡仪量值统一、准确可靠,建立了测氡仪检定装置。针对在建立标准过程中出现的流气式氡源泄漏、氡室实验累积氡浓度值与理论值不一致和液体镭源结晶等问题,重点研究多重密封、改造洗气管路、优化洗气模式及多重过滤等技术方法,并建立氡室累积氡浓度经验曲线和质量管理措施等。按照新建立的实验方法和实验流程,氡室实验调节氡浓度和理论累积氡浓度相对偏差在±3.8%以内,液体镭源长期稳定性在0.7%以内,符合氡室建标的计量性能要求。
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  发光菌法测定医疗机构废水生物毒性

  李永亮,李健,李桂莲,于亭亭

  计量学报. 2017, 38(2): 238-241. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.25

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  利用费舍尔弧菌为菌种,结合粪大肠菌群的测定,对医疗机构排放的废水进行综合测试。监测结果均符合相应的标准限值要求,但具有一定的生物毒性,对发光菌具有一定的生物抑制率。传染病和结核病医疗机构的废水生物抑制率最高,达44.7%和49.8%;中医医疗机构废水的抑制率最低,为8.1%。实验结果表明,发光菌法可应用于医疗机构废水生物毒性的测定。
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  基于小波变换和盲源分离的P300识别算法研究

  胡春海,信思旭,刘斌,刘永红

  计量学报. 2017, 38(2): 242-246. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.26

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  提出一种P300脑电信号识别的新方法,克服了多导联、多特征造成的操作繁琐、数据冗杂等问题。首先,针对P300小波变换中小波基如何优选缺乏必要的理论依据,提出结合电极分布特性,依据SNR和RMSE量化指标选择最优小波基,并结合SPWD时频分析对相干平均后的原始信号进行去噪处理,利用JADE盲源分离算法对得到的观测信号进行分离;其次,针对P300盲源分离后如何自动优选有效分量避免过度分解,提出结合G1法构建时空分析模型,最优化自动提取P300分量并映射回头皮电极处;最后,为改善BCI系统的在线应用,将EA和SFFS法相结合优选特征,构建具有6维特征向量的训练模型,利用C-SVM进行识别。实验结果表明,相对于传统的数据处理方法,P300成分的提取效果、系统分类精度和速度均有显著提高。
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  数字PCR方法准确测量质粒DNA拷贝浓度

  董莲华,隋志伟,王晶,傅博强

  计量学报. 2017, 38(2): 247-251. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.27

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  中国计量科学研究院（NIM）利用数字PCR技术针对国际比对样品质粒DNA,通过设计2对特异性的引物和探针、优化PCR扩增体系、排除PCR mastermix中的DNA污染,成功建立了定量该质粒DNA的数字PCR方法。比较了采用单重PCR和双重PCR方法定量结果之间的差异,最终实现了对比对样品的定量和不确定度评定。对线性质粒样品的测量结果及其扩展不确定度（k=2）为(8.06±0.55)×10³ copies/mg,该结果在比对参考值不确定度范围内,且与参考值非常接近。
计量学总论、不确定度
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  基于证据理论的测量不确定度评定与分析

  余学锋,于杰,王柯,张开维

  计量学报. 2017, 38(2): 252-256. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.02.28

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  针对GUM推荐的基于概率统计理论的不确定度表达方法存在的局限性,提出了一种更为通用的基于证据理论的随机模糊变量（RFV）方法,实现对测量结果及其不确定度的评定。根据有效测量信息构建了RFV隶属函数以及相应的数学理论框架,通过简单的例子给出了如何运用RFV进行不确定度评定的流程。实验结果表明,该方法既可以提供测量结果的置信区间也可以给出不确定度分量的贡献程度。通过与GUM方法的比较,当存在不可忽略的非随机分量影响时,该方法比概率统计方法能更客观地描述测量结果离散程度。