计量学报

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杨胜良,冯晓娟,林鸿,张金涛,任成

计量学报. 2020, 41(6): 633-639. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.01

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对高温气冷堆堆芯温度的可靠测量是目前的技术难题之一。传统温度计依靠实验室标定的材料特性与温度的关系进行测温,然而,长期暴露在高温、高辐照环境中,其测温材料的性质会发生改变且得不到及时校准,温度传感器易发生漂移甚至失效。气体声学温度计通过测量单原子气体的声速可以直接获得热力学温度;由于气冷堆内氦气介质相对稳定,利用氦气声速获得温度具有较高的可靠性。针对实用氦气声学温度计开展了初步研究,基于圆柱声学共鸣法设计了实用声学温度计测试系统,采用声波导管声学传感器测量了488K至806K圆柱共鸣腔内氦气的声学共振频率,修正了热边界层和粘性边界层的影响;基于量子力学从头算得到的氦气声学维里状态方程,获得了热力学温度。对氦气共振频率的测量相对标准偏差小于0.07%,温度测量的信噪比可满足需求,声学温度计与热电偶测温结果差异小于1%。研究结果为未来持续开展极端环境下气体声学温度计的应用研究提供了支持。

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基于烟花算法与长短时记忆网络的模温预测方法研究

张典范,栗子豪,程淑红

计量学报. 2020, 41(6): 640-645. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.02

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针对传统神经网络模型预测模具温度准确度低,网络超参数选取困难等问题,提出一种基于烟花算法优化长短时记忆网络的模温预测模型,为铸造成型模温自动控制提供基础。首先根据铸造过程生产工艺选取影响铸造系统的主要变量,利用灰关联分析得出各变量灰色关联度并去除关联度小的变量,建立模具温度影响因子变量的数据集;其次采用烟花算法对长短时记忆网络进行优化,建立模具温度预测模型;最后与BP神经网络和长短时记忆网络预测效果进行对比。实验结果表明基于烟花算法优化的长短时记忆网络的模温预测方法绝对误差小于2.4℃,平均绝对百分比误差小于0.12。

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基于分段线性法的红外辐射计响应度标定研究

何映锋,邓乐武,吴杰,魏平,王睿

计量学报. 2020, 41(6): 646-649. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.03

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基于溯源至国家高温基准的黑体辐射源对SR 5000N型辐射计光谱响应度进行标定。建立了系统响应度标定模型,在373～773K温区进行了响应度标定实验。实验结果表明:在此温区内黑体理论光谱辐射亮度与基于校准的光谱响应度得到的黑体光谱辐射亮度在8～14μm频谱内的相对平均偏差优于1%,具有较好的一致性。

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校准短型廉金属热电偶相关问题的研究

王喆,余松林,沈文杰,李强光,田昀,蒋静

计量学报. 2020, 41(6): 650-655. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.04

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短型廉金属热电偶是一类电极长度较短的可拆卸式廉金属热电偶和廉金属铠装偶的统称。传统的测量设备和测量方法在高温温区往往无法准确测量其示值偏差。通过实验找到其测不准的原因,设计研发接线端恒温器解决这一问题,降低了短型偶示值偏差的扩展不确定度。

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基于C#编程实现高斯牛顿法求解激光跟踪干涉仪基站空间坐标

唐文秀,林虎,薛梓,秦海濛,铁咪咪

计量学报. 2020, 41(6): 656-661. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.05

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为了实现利用C#语言编程求解激光跟踪干涉仪基站空间坐标,对基站空间坐标的标定原理进行了研究,指出本质上基站空间坐标求解问题可转化为非线性最小二乘问题,为此分析了高斯牛顿法求解原理。进一步采用C#与MATLAB混合编程、仅依靠C#语言编程两种方式实现高斯牛顿法求解。对两种编程的关键技术进行了介绍,指出了混合编程存在的不足之处。通过坐标测量机及激光跟踪干涉仪组成实验系统,在3个不同的基站站位下开展了标定实验,实验结果表明C#编程计算结果与C#调用MATLAB的计算结果相比,差值在10^-7数量级,并且效率更高,验证了C#实现高斯牛顿法求解激光跟踪干涉仪基站空间坐标的准确性,为后续激光跟踪干涉仪数据采集及处理软件的开发打下了基础。

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利用离散平稳小波变换改进NURBS二次曲面拟合方法

田小强,孔令富,孔德明,崔永强

计量学报. 2020, 41(6): 662-668. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.06

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为了提高二次曲面的拟合精度,提出了一种基于离散平稳小波变换的NURBS二次曲面的拟合方法。首先利用格网化方法得到二次曲面模型点云数据的高程图像及其高程序列,其次对此高程序列进行离散平稳小波变换提取出二次曲面模型表面的特征点,最后利用提取的特征点实现高精度NURBS二次曲面拟合。实验结果表明,该方法与NURBS拟合方法相比,球面和圆锥面拟合结果的均方根误差分别降低了55.79%和50.47%,具有较高的拟合精度。

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基于改进Sierra 抖动算法的微离焦投影三维轮廓测量技术研究

魏小华,徐文俊,徐雪雅

计量学报. 2020, 41(6): 669-675. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.07

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通过分析传统频率调制的相位轮廓测量技术,提出基于蛇形扫描改进Sierra抖动算法,结合微离焦投影,可减小正弦光栅二值化的量化误差,同时抑制非对称纹理,能较大地改善离焦后光栅的正弦性。将该抖动算法生成的离焦光栅用于三维轮廓测量技术,与Bayer有序抖动算法、Sierra抖动算法和Floyd-steinberg误差扩散抖动算法进行了比较,实验结果表明:改进Sierra抖动算法具备更好的适应性,能够较大程度地降低相位误差,运算速度快,生成光栅准确度较高,改善了相位质量,适用于高精度三维轮廓测量。

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一种单频激光干涉仪非线性误差修正方法研究

金涛,唐一揆,乐燕芬,刘芳芳,雷李华

计量学报. 2020, 41(6): 676-681.

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针对单频激光干涉仪在位移测量中存在的非线性误差问题,研究了一种基于几何距离最小化的Heydemann修正算法,使用Jamin干涉仪和纳米位移台搭建了验证性实验。Jamin干涉仪是一种基于平面镜的差分结构单频干涉仪,当被测物体移动时,干涉仪输出两路相位差为90°的正交信号,这两路信号既用于Jamin干涉仪解算位移也用于验证论文的修正算法。实验结果表明,修正后的位移的拟合优度与Jamin干涉仪解算结果接近,决定系数约为1。相比Jamin干涉仪,在压电陶瓷同等驱动条件下,修正位移与电容传感器的位移的残差均较小,修正精度均高于Jamin干涉仪解算结果。

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基于色差聚类的原木图像端面检测与统计

唐浩,王克俭,李晓烨,剪文灏,谷建才

计量学报. 2020, 41(6): 682-688. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.09

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针对自然环境下外界因素对原木截面检测的干扰,使用图像处理技术,以自然环境中原木堆放存储时图像为处理对象,设计了一种原木截面识别方法。通过色差值聚类将原木图像分割为原木截面、孔隙及背景,去除背景干扰提取原木端面;采用逐级开运算与改进分水岭算法,对端面进行分割计数。实验结果表明:在自然环境下的正检率91.88%,错检率5.08%,漏检率8.12%,满足了原木截面识别计数的需求。

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基于显微光学成像的微细纤维测量识别系统光源优化研究

郑之远,俞晓磊,刘振鲁,赵志敏

计量学报. 2020, 41(6): 689-695. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.10

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显微光学成像的纤维识别系统的照明光源,对成像质量有很大影响。由于单个LED光源发光功率有限,且在照射面的光分布不均,导致系统采集到的微纳米级纤维(单丝平均直径15～40μm)图像模糊,影响测量与识别结果的准确性。根据LED的光学特性,对系统的照明光源进行优化设计,设计了3种不同的LED平面光源阵列,并根据LED阵列光源在照射面上的照度表达式,仿真模拟给出LED阵列的照度分布,并以实验进行验证,对系统实际检测的图像进行图像识别处理和图像参数峰值信噪比评价,给出优化结果。研究结果表明,优化后的LED平面光源阵列有效地解决了照度不均导致的微细纤维图像模糊识别不清的问题,优化后得到的纤维样品图像边缘清晰,有效提高了系统检测纤维样品的图像质量,为微细纤维测量识别与研究提供了新的途径。

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利用微米划痕研究TiN涂层的失效机理

刘明,李烁,高诚辉

计量学报. 2020, 41(6): 696-703. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.11

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利用微米划痕仪和扫描电子显微镜,研究了TiN涂层的失效过程,分析了摩擦系数波动的机理,并评估了涂层的断裂韧性。结果表明:低载荷阶段,TiN涂层发生剪切滑移,划痕轨迹边缘出现了由反向V形裂纹到平行裂纹,再到正向V形裂纹的裂纹形式转变;随着法向载荷的增大,TiN涂层发生阶梯式剥落。摩擦系数的波动主要由于表面形貌和涂层失效的影响,不同的加载方式,摩擦系数有一定差别。采用微米划痕可以较准确地测试TiN涂层的断裂韧性,与压痕断裂法和有限元模拟法的测试结果相吻合。

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基于组合辛普森积分的振动测试时域积分方法

许晓红,倪春锋,颜晓青

计量学报. 2020, 41(6): 704-709. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.12

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针对振动测试的时域积分问题,研究了一种组合辛普森积分方法。该方法将振动测试数据序列分成奇数序列和偶数序列,结合牛顿-莱布尼兹公式和辛普森公式,得出了每个点的积分计算递推公式。奇偶积分序列组合,就可得到整体的积分波形。通过Matlab提供的地震波测试数据,进行了验证实验,证明了算法的有效性;并且该算法具有极高的计算精度,它的截断误差达到了采样步长的4阶无穷小,适于振动测试时域积分应用。

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基于改进的自适应无参经验小波变换的滚动轴承故障诊断

李继猛,王慧,李铭,姚希峰

计量学报. 2020, 41(6): 710-716. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.13

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为实现滚动轴承故障周期冲击特征的有效提取,解决经验小波变换Fourier谱分割存在的问题,提出了一种改进的自适应无参经验小波变换方法。首先,利用自适应无参经验小波变换对信号Fourier谱进行自适应分割;然后,利用峭度指标对谱边界进行合并,并重构滤波器组对信号进行分解;最后,选取峭度值最大的分量进行包络解调提取故障特征。仿真和工程应用验证了所提方法的有效性,分析结果表明该方法的性能优于集合经验模态分解和经典经验小波变换。

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基于改进变分模态分解的滚动轴承故障诊断方法

孟宗,吕蒙,殷娜,李晶

计量学报. 2020, 41(6): 717-723. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.14

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提出一种改进变分模态分解的轴承故障信号诊断方法。使用改进的奇异值分解降噪方法对信号进行降噪,然后对信号进行变分模态分解;利用分量信号的能量之和占原信号能量的比值,判断变分模态分解的分解效果,从而找出最佳分解层数;根据分量信号间的相关系数,判断中心频率相邻的分量信号是否来自信号中的同一调制部分;最后通过主要分量的包络谱找出故障特征频率,判断故障类型。通过对仿真信号和实际轴承故障信号进行处理,成功提取微弱频率特征信息,验证了该方法的有效性。

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基于图像处理的带式输送机煤体积计量

王桂梅,逯圣辉,刘杰辉,杨立洁

计量学报. 2020, 41(6): 724-728. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.15

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对基于激光斜射法三角测距原理的带式输送机上煤流体积实时计量进行了研究。首先对工业相机采集到的激光线进行图像处理以获取煤流截面,根据煤流表面激光线特点提出了一种能够大幅度降低搜索区域的激光线细化算法,并采用线性插值对断线进行连接,通过合成上下轮廓线形成完整煤截面;然后建立了动态煤体积计量模型,通过积分得到煤流体积。最后进行了实验,单帧图像的采集处理时间平均约为0.152s,且算法稳定性较好,能够满足实际工况要求。

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横板型稳压罐气液两相流场数值模拟及流量稳定性研究

于陆军,曹久莹,马宇明,候松粱,郑海富

计量学报. 2020, 41(6): 729-734. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.16

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依据湍流模式理论中的标准k-ε湍流模型及流体体积函数多相流模型,实现了水流量标准装置中横板型稳压罐多相湍流流场的数值研究,采用PISO方法求解离散控制方程,并使用UDF编写入口速度脉动信号。获得稳压罐压力场、速度场、流线等关键信息,分析了入口脉动频率、气液比、竖隔板位置因素对流量稳定性的影响,并通过实验验证了计算结果的有效性。结果表明:低频脉动对稳定性影响较大,当泵出口脉动5Hz时,气液比1:3,竖板位于罐体D/3处,稳定性最好,流量波动系数为0.058%。

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基于GA-ELM的锂离子电池RUL间接预测方法

陈则王,李福胜,林娅,杨柯,王友仁

计量学报. 2020, 41(6): 735-742. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.17

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针对锂离子电池在线剩余寿命预测时容量难以直接测量及预测精度不高等问题,提出一种间接预测方法。首先,分析电池寿命状态特征参数,选取等压降放电时间作为锂电池间接健康因子;其次,引入遗传算法优化极限学习机模型参数,建立锂电池剩余使用寿命间接预测模型;最后,基于NASA锂电池实验数据和自主实验数据验证该预测方法的正确性和有效性。实验结果表明,相较高斯过程回归方法和极限学习机方法,该方法准确有效、测试速度快,并且预测结果输出稳定,精度较高。

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基于JJG(闽)1086-2018放射治疗CT模拟定位机X射线辐射源的质控分析

高翔,石丽婉,傅丽蓉,陈思佳,刘俊,何逸鹏,陈思嘉

计量学报. 2020, 41(6): 743-747. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.18

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整个精确放疗流程最关键、最基础的一个环节就是定位CT扫描精确程度,做好定位CT的质控关乎整个放疗流程的成败。介绍了JJG(闽)1086-2018放射治疗CT模拟定位机X射线辐射源在检定和质控中的流程和方法,从剂量性能要求、图像成像质量和机器机械精度方面对CT模拟定位机的质量控制做了定量的要求。连续8个月的测试结果表明:CT测量值误差在30HU以内,图像均匀性≤5.0HU,空间分辨力7Lp/cm,低对比度分辨力在对比度为1.0%,0.5%,0.3%时分别≤3.0mm,≤5.0mm,≤6.0mm,达到了规程的要求。CT模拟定位机的图像质量和机械精确程度得到了很好的保障,定位CT的剂量准确,影像参数和位置精确度有规可循。

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基于幂指数法预测柴油十六烷值

王家兴,张会成,凌凤香

计量学报. 2020, 41(6): 748-751. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.19

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为了实现十六烷值的快速检测,减少标准燃料的使用量,采用幂指数方法建立了预测柴油十六烷值的数学模型,将幂指数法计算的十六烷值与实测十六烷值进行比较。针对不同组成的柴油进行预测,得到不同种类柴油的最大预测误差,找到了与预测模型匹配程度高的柴油种类,进行有针对性的十六烷值预测。同时,对提出的数学模型的预测结果进行了校正,通过校正可进一步提高幂指数拟合法的精度,并给出十六烷值水平在45时的校正系数k为0.991。幂指数法可减少标准燃料样品的使用量,减少台架试验成本。

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基于小波优化EEMD的二氧化硫检测

王志芳,王书涛,王贵川,车先阁

计量学报. 2020, 41(6): 752-758. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.20

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为解决检测SO₂时系统接收到的荧光信号微弱、易被噪声淹没的问题,提出了小波优化总体经验模态分解(EEMD)的方法对SO₂荧光信号进行去噪。搭建了SO₂紫外荧光检测系统对SO₂浓度进行检测,检测的平均相对误差为0.0011, SO2浓度与荧光强度的线性相关系数为0.9787。利用小波优化EEMD去噪方法对SO₂荧光信号去噪,得到的信噪比为224.7958,均方误差为1.01×10^-7,波形相似系数为0.9973,SO2浓度与荧光强度的线性相关系数为0.9936。相比于EEMD和小波去噪方法,小波优化的EEMD去噪方法对SO2荧光信号的去噪效果更好,能够达到理想的去噪效果。

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差分吸收光谱测量臭氧浓度信号去噪的实验研究

郑海明,刘佳

计量学报. 2020, 41(6): 759-764. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.21

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对差分吸收光谱测量臭氧浓度信号去噪进行了实验研究。首先利用常用的小波变换、Savitzky-Golay滤波和傅里叶变换滤波这3种方法对臭氧的吸收光谱分别进行去噪处理,得到各自去噪后的吸收光谱,发现小波变换与Savitzky-Golay滤波可以很好地拟合特征吸收,傅里叶变换滤波稍差;然后,利用信噪比与均方根误差对所得光谱进行分析评价。实验结果表明:Savitzky-Golay滤波对信号去噪的效果最好,可优先应用于臭氧的光谱计量分析。

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一种气溶胶光度计质量浓度的校准方法

张爱亮,刘悦,陈启悦,王婷婷,施禅臻,张子通

计量学报. 2020, 41(6): 765-768. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2020.06.22

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介绍了气溶胶光度计的内部机构和工作原理,提出了一种基于滤膜采样法的气溶胶光度计质量浓度校准装置和校准方法;通过实验验证了气溶胶发雾混匀装置发雾浓度稳定性小于5%,气溶胶光度计质量浓度示值误差小于±10%。解决了气溶胶光度计质量浓度的量值溯源,能够有效提高该设备测量准确度。

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2020年, 第41卷, 第6期　
刊出日期：2020-06-28

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