2018年, 第39卷, 第4期　
刊出日期：2018-07-22

  

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几何量计量
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  轴线测量与迭代补偿的机器人几何参数标定

  温秀兰,崔俊宇,芮平,张腾飞,康传帅

  计量学报. 2018, 39(4): 449-454. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.01

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  为了提高串联工业机器人的绝对定位精度,提出了采用轴线测量与迭代补偿相结合的工业机器人几何参数标定方法。首先利用激光跟踪仪测量机器人单轴运动的轨迹,将所测轨迹点通过空间投影计算各轴线的位置;然后根据机器人模型参数的几何定义提取机器人模型的实际参数,并采用基于距离误差的迭代补偿方法进行参数标定效果验证。对埃夫特ER10L-C10工业机器人进行标定实验研究,结果表明:机器人绝对定位误差的最大值、平均值和标准差分别从补偿前的4.215、1.932和1.437 mm减小到补偿后的2.979、1.015和1.031 mm,该方法能够简单快速标定出机器人模型的实际几何参数,有效提高了机器人的绝对定位精度。
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  基于传感器阵列的野外基线环境参数自动测量系统研制

  陈杨,李建双,缪东晶,徐志玲,李连福,邓向瑞

  计量学报. 2018, 39(4): 455-460. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.02

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  为了保证野外测距精度,研制了一套环境参数自动测量系统,该系统通过在野外基线沿线布置密集的气温、气压与湿度传感器阵列,精确测量光路气温、气压及湿度等环境参数,进行空气折射率修正。采用μ-base测距仪在不同气候条件下进行验证实验,测量距离为144 m。实验结果表明,采用该系统测量环境参数,进行空气折射率修正,其修正误差引入的距离测量不确定度优于3.0×10^-7(k=2)。
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  双侧公差限产品的合格概率计算方法

  黄富贵,刘志森,赵保生

  计量学报. 2018, 39(4): 461-464. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.03

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  为了定量分析产品的合格性,在正态分布假设前提下,考虑参数测量结果测量不确定度的影响,建立了双侧公差限产品的合格概率计算模型,为批量产品和单件产品合格概率的定量计算提供了理论依据,同时给出了测量分析计算实例。结果表明:产品合格概率的定量计算结果,对于分析产品质量问题成因和提高产品质量具有重要的指导意义,给出的方法对单侧公差限设计要求的产品合格概率的计算同样具有参考价值。
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  纳米光栅动静态校准工作台

  张海波,匡也,唐杨超

  计量学报. 2018, 39(4): 465-470. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.04

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  为了改善纳米光栅校准装置校准精度、校准量程及动态频响难以兼顾的问题,采用宏微运动控制方法驱动校准装置作快速、精密、大范围运动。宏动平台由静压气浮导轨和直线电机组合而成,微动平台由柔性铰链和压电陶瓷构成。对宏动平台和微动平台进行动力学建模,并获得宏微运动平台的传递函数。设计微动跟随宏动和宏动跟随微动两种控制策略,并进行建模和仿真分析,利用搭建的实验平台进行了校准装置的性能测试。实验结果表明:宏动跟随微动控制策略具有较高的动态频响性能,校准装置在全行程20 mm内分辨力达到5 nm;在幅值为0.05 mm的正弦频率响应实验中,动态频响达到100 Hz,可满足纳米光栅的动静态校准要求。
光学计量
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  基于太赫兹图像的航天复合材料粘接缺陷检测方法研究

  潘钊,温银堂,郑晓康,崔耀耀

  计量学报. 2018, 39(4): 471-475. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.05

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  采用频率范围为0.23~0.32THz的反射式连续太赫兹波检测系统,对航天复合材料与基板的粘接缺陷进行了无损检测。采用环氧树脂作为粘接剂,制作了隔热复合材料与基板的粘接样件。使太赫兹波聚焦在粘接层处,获得层析图像,根据焦平面附近的图像,可直观判断出粘接面有无缺陷。结合中值滤波,采用模糊c均值(FCM)聚类算法对缺陷图像进行分割得到含有目标缺陷信息的二值图像,计算像素点得到缺陷面积。通过与已知缺陷面积样件对比,对粘接缺陷面积的预测误差在±9%以内。
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  基于频域互相关的LED晶粒阵列快速视觉检测

  李鹤喜,韩新乐,杨铁牛

  计量学报. 2018, 39(4): 476-480. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.06

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  为了满足LED晶粒视觉检测的实时性要求,提出了一种频域互相关的快速模板匹配方法。首先通过一种递推求和算法将LED晶粒阵列图像的灰度在空间域进行归一化处理,然后利用快速傅里叶变换到频率域进行模板与LED晶粒阵列图像的互相关运算,快速定位所有LED晶粒的像素坐标。对于清晰的二值晶粒图像,可以省去归一化处理,检测效率更高。实验结果表明:对于复杂结构的LED晶粒,检测效率远高于传统的NCC模板匹配,比常用的序贯相似检测（SSDA）算法效率提高1倍以上。该方法能够用于各种LED分选或固晶系统中的晶粒检测。
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  纹影仪光源的结构设计

  陈海滨,唐瑛,张雄星,王伟

  计量学报. 2018, 39(4): 481-484. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.07

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  基于纹影仪的基本原理,分析造成纹影仪成像质量不佳的原因,提出了在光源部分加装自聚焦透镜的解决方法。深入分析并计算了加装自聚焦透镜后汇聚光斑的大小,同时,为装调方便设计了同轴夹装调整架。通过实验验证,加装了自聚焦透镜后,在加热平台处于60℃和90℃两种温度下,纹影仪的成像质量均有明显的提升,所见空气扰动更为清晰明显。
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  一种双目立体视觉系统的校准方法

  李抵非,陈赫,冯志刚,赵科佳,刘争,高鸿营

  计量学报. 2018, 39(4): 485-489. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.08

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  基于双目立体视觉系统的图像分析以及人工神经网络的三维空间建模算法,设计了一种针对双目立体视觉相机的校准方法,并可应用于运动目标点的轨迹追踪。将均匀分布目标点的校准平面放置在有效视野内的不同位置,通过双目立体视觉系统来捕获处于不同位置的校准平面图像。在图像处理之后,使用校准点中心的二维坐标作为人工神经网络训练的输入样本集,通过建立人工神经网络模型结构,实现目标点二维平面坐标到三维空间坐标的映射关系。采用这种具有通用性的方法,可以有效修正系统中存在的失真因子,获得目标三维位置信息,而无需进行复杂的相机校准操作。实验表明,提出的方案具有良好的可行性和鲁棒性。
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  光谱失配对太阳电池短路电流测量准确性影响分析

  蔡川,张俊超,熊利民,周桃庚,赫英威,孟海凤,张可佳,张碧丰

  计量学报. 2018, 39(4): 490-492. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.09

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  讨论了基于太阳模拟器和标准太阳电池校准被测太阳电池的方法中,光谱失配对其结果准确性的影响。分析了2块标准太阳电池在2台不同太阳模拟器下的短路电流测试结果,根据待测电池、标准电池的相对光谱响应度以及太阳模拟器光谱和标准光谱辐照度,计算其光谱失配因子,并对比了光谱失配修正前后所得测试结果的偏差。计算方法和实验数据,为太阳电池的校准和测试提供了相关依据。
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  基于FPGA的高动态范围红外图像细节增强算法

  刘斌,赵建章,孔祥欣,巫肇彬,孟宗,胡春海

  计量学报. 2018, 39(4): 493-497. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.10

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  以非锐化掩膜算法为技术框架,提出了一种基于引导滤波器、γ变换的图像细节增强算法;使用VHDL语言设计出一种新型的引导滤波器架构,并且在以CYCLONE Ⅲ为核心控制器的硬件平台上对算法进行了工程实现。核心处理器的逻辑和内存资源占用量分别为15%和40%;在100MHz主时钟时,处理延时小于300μs;使用低端的处理器,即可满足工程需求。通过多幅不同场景红外图像测试对比,结果表明算法处理效果明显,可有效地实现细节增强。
力学计量
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  无转速同步叶尖定时预处理方法及误差分析

  张济龙,段发阶,牛广越

  计量学报. 2018, 39(4): 498-503. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.11

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  提出了一种无转速同步叶尖定时信号预处理方法,通过同一叶片到达不同叶尖定时传感器的振动位移差进行振动参数辨识和转速测量。误差分析表明,该方法可以降低转速测量误差以及转速误差对振动位移测量的影响。分析了振动位移差的测量误差,并与采用转速同步的方法进行了比较。实验结果表明,该方法能够有效地实现叶尖定时测量并具有良好的测量精度。
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  基于激光和机器视觉的微量液体容量计量方法

  张竟月,孙斌,谢玄达,赵玉晓,佟林,张珑,周璐

  计量学报. 2018, 39(4): 504-509. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.12

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  针对玻璃量器的液体容量计量,提出一种基于激光和机器视觉技术的液位测量方法。建立了标准玻璃量器液位高度和容量对应关系的容积表,通过测量得到液位高度就能得到对应的液体体积值;采用数字图像处理等技术,使用高精度摄像头和图像处理软件,提取特征元素,实现玻璃量器中液体体积的高精度测量。设计了和静力衡量法的比对试验进行方法验证,对于100mL的玻璃量器,测量装置引用误差优于0.2%,拟合算法的扩展不确定度为0.137%(k=2),测量重复性为0.08%。
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  称重传感器蠕变误差的神经网络补偿方法

  王有贵,吴双双,陈红江

  计量学报. 2018, 39(4): 510-514. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.13

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  针对电阻应变式称重传感器存在严重的蠕变误差直接影响称重结果准确度的问题,提出了一种基于神经网络的称重传感器蠕变误差自动补偿模型,并给出了模型的训练算法。对量程为50 kg,C3等级的电阻应变式称重传感器进行了实验,实验结果表明,使用神经网络蠕变误差补偿方法补偿后,称重传感器加载标准砝码30 min内的蠕变误差最大变化量为0.0108 kg,小于国家标准GB/T 7551-200《称重传感器》规定的允许值。
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  基于VMD和变尺度多稳随机共振的微弱故障信号特征提取方法

  时培明,苏晓,袁丹真,苏冠华,马晓杰

  计量学报. 2018, 39(4): 515-520. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.14

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  针对强噪声背景下旋转机械早期故障诊断的难题,提出一种基于变分模态分解与变尺度多稳随机共振的微弱故障信号特征提取方法。首先应用参数优化的变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)算法对微弱故障信号进行分解, 得到若干本征模态分量(intrinsic mode function, IMF);然后通过峭度准则筛选出其中峭度最大的IMF分量;最后对该IMF分量进行变尺度多稳随机共振, 实现微弱故障信号的增强。实例表明:在强噪声背景下,利用参数优化VMD分解与变尺度多稳随机共振相结合的方法,可以有效提取出微弱信号特征频率,实现旋转机械故障状态的准确判断。
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  基于霍尔效应的感应式瞬时旋转角速度传感器

  赵浩

  计量学报. 2018, 39(4): 521-524. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.15

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  设计了一种基于霍尔效应的感应式瞬时旋转角速度传感器,主要包括定子铁心及绕组、霍尔元件和永磁转子3大部分,且永磁转子的磁通在空间气隙中呈正弦规律分布。传感器工作时,永磁转子与被测旋转设备同轴连接,永磁转子的磁场与定子绕组匝链耦合,绕组中产生与瞬时旋转角速度呈对应关系的感应电动势。由于定子绕组与霍尔元件的控制端直接连接,则霍尔元件中存在电流,在永磁转子磁场的作用下,霍尔元件产生与瞬时旋转角速度成正比的直流霍尔电势。推导了传感器的输出特性,并对传感器进行了特性测定实验,结果表明其灵敏度系数约为203 mV/(rad·s^-1),线性误差约为0.5%。
流量计量
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  基于PWM控制的电磁流量计脉冲励磁系统分析与研制

  许伟,徐科军,梁利平,杨双龙

  计量学报. 2018, 39(4): 525-530. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.16

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  为了提高励磁频率和减少发热,使电磁流量计能够更好地用于浆液流量测量和灌装流量测量,并长期稳定、可靠地工作,研究了基于PWM控制的脉冲励磁方案,分析其工作原理,计算各种参数,研制实际系统,进行测试和实验。结果表明,该系统能实现更高的励磁频率,产生稳定的励磁电流,极大地减小了励磁系统的功耗,能去除微分干扰对流量信号测量的影响,水流量检定准确度优于0.5级。
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  同面阵列电容成像传感空/满场设定方法研究

  张玉燕,孙东涛,张振达,温银堂

  计量学报. 2018, 39(4): 531-535. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.17

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  同面阵列电极电容成像技术应用于工件缺陷无损检测时,因电极布置在同一平面内,若采用常规的单一介质作为空场或满场时,往往导致测量精度不高等问题。提出了一种空场/满场的相对设定方法,同时采用空气和被测材料两种介质作为空场和满场设定条件,通过分别改变两种介质的空间位置和大小,实现空场/满场可调节且不唯一;阐述了同面阵列电容传感器的工作原理,并以隔热材料和环氧树脂作为测量物场,通过有限元仿真获取了灵敏度矩阵。针对空场和满场的设定方法进行了电容成像实验研究,结果表明该方法可改善成像效果,能够反映出被测物体中缺陷的平面位置信息,验证了该方法的有效性。
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  基于小波变换的CT/ECT图像融合方法

  马平,司志宁

  计量学报. 2018, 39(4): 536-540.

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  在基于工业CT及ECT的多相流参数测量中,CT所得重建图像分辨率较高,但由于其投影角度较少,重建图像边缘出现失真;对于ECT 系统,由于其敏感场软场特性,其重建图像分辨率较低,但图像边缘保真度高。基于二者的互补特性,研究了CT/ECT图像融和方法,提出了改进的逻辑滤波器算法应用于小波变换的低频系数融合规则,结果表明该方法可提高融合后的重建图像质量。
声学计量
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  基于ADS半物理平台的声表面波标签测试

  陈智军,陈涛,徐海林,姚敏,贾浩

  计量学报. 2018, 39(4): 541-544. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.19

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  提出了一种基于ADS半物理平台的声表面波标签测试方法。采用矢量网络分析仪实际测试声表面波标签实物的S参数,在ADS软件中构建标签的物理抽象模型,并虚拟构建标签激励信号,利用ADS瞬态仿真功能获得标签回波信号,再采用MATLAB对回波进行数字正交解调,从而客观准确地测量标签各反射栅的时延、相位。最后通过搭建的半物理平台对声表面波标签进行了测试,表明了ADS半物理平台的有效性。
电磁学计量
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  10GΩ在片高值电阻溯源实验

  刘岩,乔玉娥,丁晨,梁法国

  计量学报. 2018, 39(4): 545-548. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.20

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  为解决在片高值电阻参数的溯源问题,组建了一套可溯源的在片高值电阻测量系统,并提出针对该系统的量值溯源方案,实现了在片高值电阻到常规同轴形式标准高值电阻的溯源。组件的测量系统通过额外的探针和线缆将同轴形式的标准电阻器接口延伸至探针末端,使用在片直通对接线将对应探针短接,形成同轴-在片-同轴形式的测量回路,从而将在片测量值与同轴端测量值联系起来,同时给出了保守的不确定度评估方法。使用组建的测量系统进行在片高值电阻溯源实验,实验数据显示在10GΩ点的相对扩展不确定度为0.3%(k=2)。
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  气隙对电流比较仪磁屏蔽屏蔽效能影响的研究

  王雪,郑天宇,项琼,李冬,陈德智,刘朋远

  计量学报. 2018, 39(4): 549-553. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.21

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  电流比较仪的磁屏蔽是减小磁性误差,提高测量精度的重要组成部分,但实际中磁屏蔽往往存在气隙导致屏蔽效能下降,影响比较仪的测量精度。通过建立有限元模型,研究磁屏蔽上引线穿出气隙对屏蔽效能的影响,得到了屏蔽效能随气隙高度变化的规律。对于该模型,气隙高度小于10 mm时,屏蔽效能下降不大;当气隙高度大于10 mm后,屏蔽效能下降明显。最后,搭建实验平台验证气隙对屏蔽效能的影响,实验结果与有限元计算结果相吻合,小气隙对屏蔽效能的影响不大,当气隙超过一定高度后对屏蔽效能影响很大,实际设计中应予以避免。
无线电、时间频率计量
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  基于KFCM-LMC-LSSVM算法的WLAN室内定位方法

  王昱洁,王媛,张勇

  计量学报. 2018, 39(4): 554-558. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.22

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  针对WLAN室内定位采集指纹点工作量大且定位精度不高的问题,提出一种基于核模糊C均值聚类(kernelized fuzzy C-means,KFCM)、低秩矩阵填充(low-rank matrix completion,LMC)及最小二乘支持向量机(least squares support vector machine,LSSVM)的室内定位算法。首先将指纹点利用KFCM算法进行聚类,使待测点定位到一个区域内。在该区域里运用LMC理论,重构出具有高密度指纹点的指纹库。最后利用LSSVM定位出待测点的物理位置。实验结果表明,采用KFCM-LMC-LSSVM算法不仅减少了构建指纹库的工作量,而且提高了定位精度。
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  一种基于平面几何概念的电场探头各向同性计算方法

  熊宇飞,周峰,刘健哲

  计量学报. 2018, 39(4): 559-561. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.23

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  提出了一种基于平面几何概念的用于电场探头各向同性计算方法,并经由理论推导和实验验证证明了其普遍性与合理性。实验表明:该方法与IEEE-1309标准中的方法所计算的结果相差0.01～0.08 dB。所提出方法与IEEE-1309标准方法相比较,可以合理评估探头各向同性指标的同时,也会对电场探头各向同性指标的提升产生积极影响。
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  基于梯形区间软约束的多目标优化预测控制算法研究

  刘彬,顾昕峰,孙超,张春燃,刘浩然

  计量学报. 2018, 39(4): 562-567. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.24

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  针对多变量控制系统在受到干扰时,自由度低、鲁棒性差的缺点,在三角区间软约束控制算法的基础上,提出一种基于梯形区间软约束的多目标预测控制算法。首先在容忍区间外设置梯形区间,使控制过程分为两个部分,以减小控制初期瞬态偏差对系统造成的影响;为了缓解工业过程中各控制目标相互耦合的问题,构建两个目标函数,并用迭代算法对ε-约束法进行改进,优化目标函数,以减小目标函数的求解误差,实现对多入多出系统的协调控制。通过对壳牌公司的重油分馏塔模型仿真实验,将三角区间软约束控制算法与该算法进行对比,结果表明该算法具有较好的鲁棒性和快速性。
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  基于多路双混频时差测量仪的新频率测量系统

  张越,王玉琢,张爱敏,董堃,王伟波

  计量学报. 2018, 39(4): 568-571. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.25

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  阐述了中国计量科学研究院提升频率标准计量能力的研究,介绍了双混频时差法技术原理、NIM新频率测量系统的基本构成以及与原标准频率系统的比对结果。新频率测量系统采用双混频时差法测量,系统测量不确定度优于3×10-13（采样时间1s）,实现了频率标准长、短期稳定度计量,是一套高效率的频率标准综合测试系统。
电离辐射、标准物质与生物计量
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  基于鱼群运动特征和XGBoost的异常水质监测

  程淑红,张仕军,李雷华,张典范

  计量学报. 2018, 39(4): 572-577. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.26

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  使用鱼群运动行为特征与XGBoost分类器相结合的方法实现水质监测。根据水质变化对鱼群运动行为的影响,引入从鱼群的运动行为中提取出来的一些具有代表性的特征参数,如中心距指数、离散度、分布面积 3个特征参数;其次分别提取正常和异常水质中鱼群游动距离、速度、加速度、曲率、邻近特征5个特征参数,建立水质异常评价因子数据库;最后将不同评价因子输入到XGBoost分类器中进行分类识别。实验结果表明:中心距指数、离散度、分布面积 3个特征参数能够高效、准确地反映水质状况。
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  一种高温合金高速精加工中新表层氧、氮、氢元素检测方法

  孙涛,梁晋,李登万,魏斌,钟铃

  计量学报. 2018, 39(4): 578-582. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.27

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  基于红外-热导联合法,提出一种通过检测高速精铣产生的切屑的氧、氮、氢元素含量来间接检测材料新表层的氧、氮、氢元素含量的方法,并利用均匀设计法设计了高速精密铣削试验方案。用最优回归子集法建立了高温合金表层氧、氮、氢元素含量的多元二次回归模型,回归效果显著。
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  基于CFR辛烷值测量系统的不确定度评定

  王家兴,张会成,高波,凌凤香

  计量学报. 2018, 39(4): 583-587. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.28

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  为了测量汽油样品的辛烷值,建立了一套CFR辛烷值测量系统,分析了该系统中影响辛烷值测量的各不确定度分量因素,主要包括辛烷值自动配样机、辛烷值的重复性试验、辛烷值机自身等。计算了这些分量因素的不确定度。经过不确定度的合成,表明在置信水平95%时,构建的CFR辛烷值台架试验测量系统,其研究法辛烷值的扩展不确定度为0.7,满足了汽油燃料的测量不确定度要求。
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  粘质沙雷氏菌测量方法研究

  隋志伟,刘晓夏,王晶,傅博强,薛蕾,刘思章,郝林

  计量学报. 2018, 39(4): 588-592. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2018.04.29

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  粘质沙雷氏菌是生物防护评价的指示菌。对粘质沙雷氏菌营养琼脂平板涂布法进行了方法验证和协同实验验证以及不确定度分析。结果显示,该方法重复性和复现性均较好,室内重复性相对标准偏差为8.93%,室间相对标准偏差为14.95%。经统计分析,营养琼脂平板涂布法相对扩展不确定度为12.60%（k=2）,适用于粘质沙雷氏菌定量测量。