2017年, 第38卷, 第5期　
刊出日期：2017-09-22

  

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电离辐射、标准物质与生物计量
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  基于化学发光溶液示踪的射流浓度场测试分析系统

  丁涛,张瑞芬,石明娟,何默为,应承希,宋青青

  计量学报. 2017, 38(5): 521-526. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.01

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  基于化学发光具有灵敏度高、不受外界光源干扰的优势,研究将化学发光溶液作为射流示踪剂的可行性,并开发了一套用于射流浓度场扩散规律研究的实验装置和测试分析系统。开展了化学发光体系的选择与优化、射流扩散实验装置的设计与开发（水槽实验装置、射流实验装置、图像采集与图像处理）、动水条件下射流浓度场扩散实验3方面的研究工作。构建的实验系统的特点在于以化学发光溶液作为射流浓度场的示踪剂,利用图像采集装置和图像处理程序来捕捉、分析射流浓度场时空动态变化的扩散过程。研究结果表明,过氧草酸酯类化学发光体系可以作为射流示踪剂来定量描述和分析射流浓度场的扩散特性,设计开发的实验装置和分析系统可以完成测定和分析动水条件下射流浓度场的任务。
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  阴沟肠杆菌定量标准物质的研制

  陈敏璠,傅博强,林婧,张玲,隋志伟,王晶

  计量学报. 2017, 38(5): 527-531. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.02

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  采用真空冷冻干燥法和滤膜法定值技术,研制了球状的阴沟肠杆菌定量标准物质。经保护剂配方及冻干程序参数优化后,阴沟肠杆菌的平均存活率达51%,形状均匀一致、外观光滑无塌陷,能完全复水速溶。通过结晶紫中性胆盐琼脂培养基平板计数法考察均匀性和稳定性,证明该标准物质均匀性良好,-80 ℃至少可稳定保存6个月。该标准物质由6家实验室采用滤膜法联合定值,经不确定度评定,标称值为（2.0±0.1）log10 (cfu/瓶),相对扩展不确定度为10%(k=2)。标准物质中阴沟肠杆菌活菌数含量水平为10² cfu/瓶,可以直接溶解使用,无需稀释,使用方便,同时减少了测量不确定度来源。
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  气相色谱仪数据处理方法研究和软件研制

  叶国阳,徐科军

  计量学报. 2017, 38(5): 532-537. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.03

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  为了优化气相色谱仪的数据处理方法,提高其分析精度,研究了中位值滤波与小波滤波相结合的两级滤波方法,对色谱信号进行有效的预处理;采用两种基线校正方法对基线进行校正;针对重叠峰,提出了交点垂线法和比例分配法,极大地提高了分峰精度。基于MATLAB语言,编制了离线和在线分析软件,实现上述功能,具有良好的用户界面,并取得实际应用效果。
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  一种基于静态配气法甲醛气体分析仪检定装置的研制

  孙喜荣,张文娟,关卫军,于得水

  计量学报. 2017, 38(5): 538-542. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.04

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  根据甲醛气体分析仪检定装置的应用需求和研究现状,研制了一种基于静态配气法的甲醛气体分析仪检定装置,该装置所配甲醛标准气体浓度重复性和稳定性良好,不确定度＜3％（k＝２）,可实现对甲醛、甲醇、乙醇、乙醚、苯等一系列低沸点有机气体检测仪、检漏仪或分析仪的检定,解决了一大类气体检测仪的量值传递与溯源问题。
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  氮气吸附静态容量法测定固体材料比表面积不确定度评定

  闫晓英,高原,郭延军

  计量学报. 2017, 38(5): 543-547. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.05

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  氮气吸附静态容量法是测定固态材料比表面积最常用的方法,以吸附质和吸附剂发生多层物理吸附为基础,使用商用比表面积分析仪,依据标准GB/T 19587—2004《气体吸附BET法测定固态物质比表面积》测量了α-氧化铝的比表面积;详细分析了仪器测试过程中各个环节带来的不确定度分量,得出:不确定度主要来源于仪器校准、质量称量的重复性以及线性最小二乘法拟合数据,最后计算得到测量结果为(79.3±3.4)m2/g(k=2)。
几何量计量
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  纳米尺度HfO₂薄膜的光谱椭偏模型建立

  张寅辉,任玲玲,高慧芳,贾亚斌,Fu Weien, 刘小萍,Kim Changsoo,Yasushi Azuma

  计量学报. 2017, 38(5): 548-552. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.06

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  为了建立厚度为1 nm左右HfO₂超薄膜的光谱椭偏测量方法,采用掠入射X射线反射技术进行国家/地区实验室间比对认证,其膜厚准确量值作为参比值,建立了HfO₂ 超薄膜的光谱椭偏结构拟合模型。研究了HfO₂超薄膜的光谱椭偏色散模型和拟合参数,最后确定了拟合色散模型为Tauc-Lorentz 3,拟合光谱范围为3.45~4.35 eV,表面污染层孔隙比例为60:40。
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  基于摄影测量的基准尺长度测量系统的调节与误差分析

  谭泽祥,董明利,燕必希,孙鹏,王君

  计量学报. 2017, 38(5): 553-558. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.07

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  基准尺作为摄影测量长度基准,其精度直接影响测量结果的准确性,为了保证基准尺长度的测量精度,设计了由气体静压导轨、激光干涉仪、CCD成像系统组成的测量系统。分析了影响测量精度的因素,并对组成基准尺的标志圆成像位置、CCD相机光轴、激光干涉仪、基准尺和CCD成像系统绕自身光轴旋转的调节误差进行了计算分析,用于指导CCD成像系统、激光干涉仪和基准尺的调节。最后应用该系统对基准尺进行多次测量,结果表明基准尺长度测量的标准差可达到1 μm,满足工业摄影测量的要求。
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  测量不确定度引起的批量产品检验误判风险评估

  王宏涛,王汉斌,陈晓怀,程银宝,姜瑞

  计量学报. 2017, 38(5): 559-562. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.08

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  为在产品检验前合理预估测量不确定度对批量产品检验结果的影响,分别面向全数检验和抽样检验方法,以误判率为指标,量化表示产品供求双方风险;基于绝对概率和条件概率,建立全数检验误判风险模型,在此基础上,推导抽样检验误判率计算公式。实例分析结果表明,提出模型可综合反映测量不确定度引起的误判风险;基于绝对概率模型的误判率计算结果,可作为产品检验测量方案选择的依据;基于条件概率模型的误判率计算结果,可更直观地反映产品供求双方风险,促使检验人员更为慎重地进行合格性判定。
光学计量
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  飞秒脉冲光谱测量对时域波形重建的影响

  邓玉强,孙青,吕亮,吴志峰,代彩红

  计量学报. 2017, 38(5): 563-566. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.09

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  利用光谱相位还原直接电场重建法对飞秒脉冲激光时域波形进行重建,分析了光谱测量波长示值误差和光谱辐照度示值误差对于飞秒脉冲光谱测量的影响。使用低压汞灯对光谱仪波长校准,根据校准结果,对测量光谱蓝移和红移,通过数值模拟研究波长示值误差对重建脉冲波形的影响;利用光谱辐射照度标准装置对光谱仪光谱辐照度校准,通过增加白噪声模拟分析和各种常用反射片实验测量研究光谱辐照度示值误差对重建脉冲波形的影响。结果表明,光谱测量波长示值误差和光谱辐照度示值误差对于飞秒脉冲光谱测量的相对标准差在1%之内。
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  太阳电池光电性能参数校准方法研究

  孟海凤,熊利民,张俊超,赫英威,张碧丰,蔡川,叶冯俊

  计量学报. 2017, 38(5): 567-570. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.10

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  针对地面用太阳电池的光电性能(I-V特性)参数,建立了基于太阳模拟器法的校准装置,提出了准确的I-V特性参数校准方法。分析了光源辐照度、光源光谱失配、标准与被测太阳电池光谱响应度失配、温度等因素对关键性能参数校准结果的影响,并对其不确定度进行了评定。结果表明:建立的校准装置可实现短路电流(I_sc)、开路电压(V_oc)、最大输出功率(P_m)的相对扩展不确定度分别为1.2%(k=2),0.9%(k=2),1.5%(k=2)。
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  基于图像匹配的移动机器人导航研究

  朱奇光,王梓巍,陈颖

  计量学报. 2017, 38(5): 571-575. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.11

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  针对移动机器人导航过程中基于尺度不变特征变换(SIFT)算法图像匹配速度较慢,提出了基于减法聚类和特征描述符二值化的改进SIFT算法。通过减法聚类消除大量特征点中的冗余特征点,在不影响原SIFT算法稳定性的前提下有效降低了特征点数量,然后将生成的特征描述符进行二值化,依据Hash函数生成索引,以汉明距离作为度量准则。实验结果表明:与原SIFT算法相比,改进的SIFT算法中特征点数量下降30%~40%;匹配对数基本维持不变;匹配率上升6%~12%;匹配时间下降60%~70%。与基于颜色矩的改进SIFT分级图像匹配算法相比,改进的SIFT算法中特征点数量下降15%~25%;匹配对数基本维持不变;匹配率上升5%~10%;匹配时间下降45%~55%。
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  基于核竞争学习算法的图像特征提取

  陈杰,尚丽

  计量学报. 2017, 38(5): 576-579. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.12

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  利用核函数学习可有效解决图像特征线性不可分的特性,结合稀疏表示算法的优势,提出了一种新的图像特征提取方法。采用基于竞争学习规则的独立分量分析法对图像进行稀疏表示,该算法可提取数据的高维特征,且不需要优化高阶的非线性函数和进行稀疏密度估计,因而有较快的收敛速度。与仅使用基于竞争学习的独立分量分析法相比,在PolyU数据库上的实验结果表明,采用基于核函数学习和稀疏表示相结合的方法所提取的数据特征有利于提高特征分类精度。
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  直接亮度法测量逆反射亮度系数的研究

  赵飞虎,乔卫东,赵敏,李奕,张建

  计量学报. 2017, 38(5): 580-583. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.13

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  采用直接亮度法针对逆反射亮度系数测量展开研究。搭建了测试系统,以逆反射标志为测试对象进行了实验测试,并将直接亮度法与直接发光强度法进行了对比。实验结果表明,直接亮度法在暗室杂散光要求、测试对象、测试距离以及结果的准确度等方面均比直接发光强度法有明显优势,而且测试过程简单,结果不确定度为3.27%(k=1.96)。
热学计量
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  应用高温固定点校准精密光电高温计

  卢小丰,原遵东,董伟,王铁军,栾海峰,肖小庭

  计量学报. 2017, 38(5): 584-588. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.14

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  通过复现温度间隔相近的3个高温固定点黑体,可以实现0.65 μm高温计在900～2 500 ℃、0.9 μm 高温计在600～2 000 ℃范围内的内插,不确定度最好水平分别达到0.3～1.2 ℃和0.3～0.6 ℃(k=2)。通过其他非分度固定点黑体和高温变温黑体的验证,2种波长高温计与高温基准温标的一致性优于0.1 ℃。应用高温固定点可以满足精密光电高温计接近国际最高水平的校准,提升高温校准的不确定度水平。
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  低温标准黑体辐射源的性能研究

  赵亿坤,王景辉,原遵东,薛文艳

  计量学报. 2017, 38(5): 589-592. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.15

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  利用半导体制冷技术与热管技术,研制了低温达-30 ℃的新型低温黑体辐射源。通过实验得到其温度稳定性优于0.02 ℃/20min,均温区腔壁的轴向温度均匀性优于0.3 ℃,热管空腔有效发射率计算值大于0.999 2。利用基于光线跟踪技术的Monte Carlo方法,计算得出该热管空腔发射率从中心到边缘位置的变化规律为逐渐减小的趋势,发射率的平均变化率仅为0.06‰,说明轴向温场均匀性对法向平均有效发射率的影响较小。
力学计量
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  极浅压入下纳米压痕仪针尖面积函数校准方法的研究

  王新伟,陶兴付,李旭,贺志勇,任玲玲

  计量学报. 2017, 38(5): 593-597. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.16

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  采用原子力显微镜直接扫描纳米压痕仪针尖法、球面拟合法和熔融石英标准样块的间接测量法对极浅压入下纳米压痕仪的针尖面积函数进行比较分析。实验表明,在极浅压入下,原子力显微镜直接法由于真实地反映了针尖尖端的几何形貌因而获得的面积函数更为准确可靠。建立了相应的数学模型,对于直接法测量中主要的误差,即由于原子力显微镜针尖曲率半径带来的误差进行了分析,结果表明在极小压入深度下压入深度越小,原子力显微镜针尖曲率半径带来的压痕仪针尖面积函数相对误差越大。
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  基于均值包络ITD和谱峭度的特征频率提取方法

  张淑清,董玉兰,张立国,严冰,黄文静,徐剑涛,贺朋

  计量学报. 2017, 38(5): 598-601. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.17

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  提出基于均值包络本征时间尺度分解(ITD)和谱峭度的特征频率提取方法。用于轴承故障诊断中,振动信号经均值包络ITD分解和重构,通过谱峭度选取故障共振频率带,最后比较包络谱与特征频率做出故障诊断。对美国凯斯西储大学滚动轴承数据的处理结果证明,该方法得到的谱线更加明显,诊断更加准确。
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  基于自适应随机共振的齿轮微弱冲击故障信号增强提取方法研究

  李继猛,张云刚,张金凤,谢平

  计量学报. 2017, 38(5): 602-606. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.18

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  针对强背景噪声下冲击信号难以检测的问题,提出一种基于自适应随机共振的齿轮微弱冲击故障信号增强提取方法。首先,利用峭度指标和互相关系数构造修正峭度指标作为随机共振检测冲击信号的测度函数;其次,利用滑动窗将多冲击分量信号分割成多个单冲击分量信号作为随机共振的系统输入,并借助遗传算法实现系统参数的自适应选取;最后,将提出的方法应用于电力机车走行部齿轮箱故障诊断,结果显示该方法可有效实现微弱冲击特征的增强提取。
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  单相串励电动机扭转振动检测与特性分析

  赵浩

  计量学报. 2017, 38(5): 607-610. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.19

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  阐述了单相串励电动机的工作原理,建立了对应的数学模型,推导了电磁转矩表达式。对单相串激电动机在多种工况运行下的扭转振动进行了检测,得到了电动机的负载-扭转振动特性,以及电压-扭转振动特性。对相关特性的产生机理进行了分析,根据单相串励电动机的转矩表达式和转矩平衡方程得到了相应的结论,为单相串励电动机扭转振动的抑制提供了技术支撑。
流量计量
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  基于l_2,p-范数的ECT图像重建算法

  马敏,郭琪,闫超奇,薛倩

  计量学报. 2017, 38(5): 611-615. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.20

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  针对电容层析成像系统图像重建过程中Tiknonov 正则化解过度光滑引起的重建图像细节信息丢失问题,引入l_2,p(0<p≤1) 的光滑性和分数范数l_p(0<p≤1) 具有更好的联合稀疏性,对噪声的抗干扰性也更强,进而针对l_2,p矩阵范数的非凸、非Lipschitz连续问题提出一种新的电容层析成像图像重建模型。实验结果表明,基于矩阵混合范数l_2,p极小化优化模型的正则化算法相比牛顿迭代、奇异值分解、共轭梯度算法具有更强的适应性,更高的图像分辨率及更好的成像质量。
声学计量
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  基于经验模态分解的聚焦超声非线性声场检测

  郑慧峰,曹文旭,王月兵,于群,方漂漂

  计量学报. 2017, 38(5): 616-620. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.21

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  为精确检测聚焦超声声场中的谐波成分并得到谐波分布规律,开展了对聚焦超声非线性声场检测的研究,提出基于经验模态分解的聚焦超声谐波检测方法。首先对声场信号进行经验模态分解;然后利用噪声判断准则判断出固有模态函数（IMF）中的噪声分量,滤除噪声分量后将剩余的IMF分量予以重新组合;最后对新信号进行傅里叶变换,得到各次谐波的幅值。结果表明:它能较好地抑制噪声,相比于传统的检测方法可获得更平滑的谐波分布;该方法对开展谐波成像、医学超声检测具有重要意义。
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  互易法与表面脉冲法校准声发射传感器的一致性探讨

  王玉莹,何龙标,祝海江,杨平

  计量学报. 2017, 38(5): 621-625. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.22

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  声发射传感器的校准是声发射定量检测技术的前提,互易法和表面脉冲法是目前通常采用的两种校准方法,为探讨其一致性,从互易常数入手,比较表面波互易常数和表面脉冲法中的等效互易常数。通过加载力的等效处理、利用激光测振仪测量质点振速,获得法向速度和所加力脉冲的时域和频域分量,计算得到等效互易常数。同时,建立互易法和表面脉冲法校准系统,对实验结果进行对比分析。互易常数与等效互易常数的计算结果和基于校准系统的实验结果表明,互易法和表面脉冲法之间具有较好的一致性,电信号激励声发射换能器所引起的径向谐振产生的影响,对于互易校准而言可以忽略。
电磁学计量
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  基于样本熵的风力发电机早期故障检测

  谢平,王一凡,江国乾,黄梦君,何群

  计量学报. 2017, 38(5): 626-630. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.23

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  针对发电机定子匝间短路和转子断条等早期故障特征具有幅值小、非稳态、易受工况影响等特点,引入样本熵算法实现风力发电机定子电流和电磁转矩信号特征提取,并模拟不同负载条件下故障信号,实现定量参数分析。分析结果表明,样本熵算法适用于在变工况及噪声干扰条件下,对短数据参量进行分析并实现故障特征定量描述,可用于风力发电机早期故障检测和实时在线监测。
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  基于改进布谷鸟搜索算法的永磁同步电机参数辨识

  吴忠强,杜春奇,张伟,李峰

  计量学报. 2017, 38(5): 631-636. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.24

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  提出一种基于改进布谷鸟搜索算法的永磁同步电机参数辨识方法。针对布谷鸟搜索算法的不足,采用基于云隶属度的模糊推理调整巢主鸟发现外来鸟蛋的概率;采用自适应变步长的方法调整Lévy飞行步长。改进后的算法通过增加种群之间的多样性以加快收敛速度,提高了局部和全局寻优能力。永磁同步电机多参数辨识结果表明,改进布谷鸟搜索算法能有效地辨识电机各参数,与未改进算法相比,验证了改进算法的有效性和优越性能。
无线电、时间频率计量
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  非线性分数阶双稳系统逻辑随机共振的研究

  郑永军,祝增献,朱善安

  计量学报. 2017, 38(5): 637-640. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.25

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  在整数阶逻辑随机共振的郎之万方程基础上构建了分数阶情况下的郎之万方程。对该方程描述的非线性分数阶双稳系统进行了仿真验证,分析分数阶阶次和系统参数的改变对逻辑随机共振现象的影响。结果表明当分数阶阶次小于临界值时,即使没有外加高斯白噪声或微弱周期信号也能观察到逻辑随机共振现象;当分数阶阶次大于临界值时,需要外加高斯白噪声或微弱周期信号才能实现逻辑随机共振,选择合适的噪声强度、微弱周期信号振幅、频率等可以提高逻辑输出的成功率。
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  频域信道测量中VNA测量不确定度传播规律

  周鑫,冯志刚,钟章队,卞昕,艾渤,刘科,郭晓涛,赵兴

  计量学报. 2017, 38(5): 641-644. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.26

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  针对频域信道测量中测量仪器引入的不确定度进行了深入分析。矢量网络分析仪是频域信道测量中最重要的测量仪器,测量前必须进行自校准。深入分析不同校准方法所引入的测量不确定度是合理选择自校方法的量化依据。测量不确定度分析基于蒙特卡洛法。由于在频域信道测量中需要对多个频点进行测量,而各频点间的测量结果存在较强的相关性,因此在应用蒙特卡洛法的基础上引入了基于协方差矩阵的分析方法,从而考虑了相关性的影响,给出了更为准确合理的不确定度分析,最终有效地指导了自校方法的合理选择。实验表明,是否考虑相关性,对信道参数的测量不确定度有较大影响。基于对测量不确定度的定量分析,可以得出直通校准是更适合于信道测量的矢网自校准方法的结论。
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  MIMO信道仿真器相对路径衰减校准方法的研究

  侯立新,赵海宁,田飞,赵兴,杨丽

  计量学报. 2017, 38(5): 645-649. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.27

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  通过信道估计技术实现对多输入多输出(MIMO)信道仿真器的功率延时分布的测量,完成MIMO信道仿真器相对路径衰减的校准,并利用两路径标准延时衰减微波器件网络,解决该参数的量值溯源问题。实验结果表明:相对路径衰减的校准可从0 dB到-25 dB,在500 MHz频率点和300 ns的相对路径延时点上,相对路径衰减校准结果的扩展不确定度为0.35 dB（k=2）。
计量学总论、不确定度
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  基于CSSE-OSELM算法的软测量建模及其工业应用

  李荣雨,戚桂洪

  计量学报. 2017, 38(5): 650-655. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.28

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  针对软测量建模样本的特性,提出一种基于布谷鸟选择性集成学习的在线贯序极限学习机(CSSE-OSELML)软测量建模方法。首先,以多个OSELM组合成集成学习的框架,并给每个OSELM赋予权重并设定阈值,借助于布谷鸟算法(CS)从中选择出满足阈值条件的OSELM个体,重新组合成集成学习的子集。最终以该子集建立软测量模型,进行集成学习并做加权处理。以UCI标准数据集进行测试,同时对加氢裂化反应分馏塔航煤干点进行验证,仿真结果表明,该算法优于传统的方法,具有更高的预测精度和稳定性能。
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  GUM与基于观测方程的测量不确定度评估

  胡红波,孙桥,杜磊,范哲,白杰

  计量学报. 2017, 38(5): 656-660. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2017.05.29

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  比较了GUM系列文件与贝叶斯方法评估不确定度的过程,说明GUM是以测量方程为基础的前向分析方法,而贝叶斯分析是以观测方程为基础、以数据分析为主的一种后向不确定度评估方法。运用概率模型的描述方法对上述两种分析过程进行了分析与比较,说明了两种方法在线性测量模型的条件下,不考虑被测量先验分布时两种结果基本一致,对于非线性的测量模型,GUM S1得到的结果与一定先验分布条件下的贝叶斯分析的结果也基本一致。最后通过实例说明了该结论。