2021年, 第42卷, 第1期　
刊出日期：2021-01-28

  

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几何量计量
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  用于微位移测量的迈克尔逊激光干涉仪综述

  王冬,崔建军,张福民,闵帅博,陈恺

  计量学报. 2021, 42(1): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.01

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  迈克尔逊干涉术测量微位移可实现纳米甚至更高的分辨力,并且具备能直接溯源至激光波长等诸多优点,是目前微位移测量的重要技术手段。以限制迈克尔逊干涉仪品质提高的非线性误差为主要切入点,对目前各种基于迈克尔逊干涉原理的激光干涉技术进行了分类介绍,主要讨论了微位移测量中实现高精度和高分辨率的干涉测量技术,最后展望了激光干涉法测量微位移的近期发展趋势。
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  基于天牛须改进粒子群算法的平面度误差评定研究

  刘超,王宸,钟毓宁

  计量学报. 2021, 42(1): 9-15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.02

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  基于天牛须改进粒子群算法(BAS-PSO)对平面度误差进行了评定研究。首先,建立基于最小区域的平面度误差评定的数学模型,并将目标函数转化为非线性最优化问题;接着,在粒子群算法(PSO)的基础上,引入局部搜索能力较强的天牛须算法(BAS),加速全局搜索和局部搜索的并行计算,避免算法早熟收敛并陷入局部最优,提高平面度误差评定的精度和效率;最后,通过Rosenbrock和Schaffer测试函数,验证BAS-PSO的有效性,采用BAS-PSO对目标函数进行求解。实验结果表明该算法相对于BAS和PSO均取得较好的寻优效果。将该算法应用到平面度误差实例测量中,得出平面度公差值为0.00615mm;相比最小二乘法(LSM)、遗传算法(GA)、BAS和PSO算法,公差值分别减少了0.0023mm,0.00127mm,0.00058mm,0.00037mm;验证了该算法的可行性及优越性。
光学计量
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  逆反射系数测量标准装置的建立

  郑春弟,冯国进,梁凤臣,张巧香,吴厚平,刘子龙,甘海勇

  计量学报. 2021, 42(1): 16-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.03

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  中国计量科学研究院基于照度法建立了逆反射系数测量标准装置。介绍了该装置的构成和原理;分析了影响测量不确定度水平的主要因素,最终实现测量范围覆盖0.05~1999.00cd·lx^-1·m^-2,测量不确定度Urel为3.0%~8.2%, k=2。
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  融合残差及通道注意力机制的单幅图像去雨方法

  张世辉,闫晓蕊,桑榆

  计量学报. 2021, 42(1): 20-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.04

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  为了去除雨天图像上附着的雨滴并恢复图像的清晰度,提出一种基于深度学习思想结合图像增强技术融合残差及通道注意力机制来实现的单幅图像去雨方法。首先,利用导向滤波将有雨图像分解为平滑基本层和高频细节层;其次,提出自适应Gamma校正算法增强平滑基本层以提高对比度;然后,构建融合残差块和通道注意力机制的深度神经网络实现高频细节层去雨;最后,将去雨后的高频细节层与增强后的平滑基本层融合实现单幅图像去雨功能。实验结果表明:与具有代表性的单幅图像去雨方法相比,所提方法效果较好并可保留更多的图像细节信息。
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  融合批量再标准化和YOLOv3的手势识别研究

  程淑红,程彦龙

  计量学报. 2021, 42(1): 29-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.05

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  针对复杂场景下手势分割准确性低,手势细粒度特征描述不充分和手势识别实时性差的问题,提出融合批量再标准化和YOLOv3的手势识别算法。首先,在复杂背景及不同光照条件下采集20种手势,运用数据增广策略进行样本扩充并建立标准手势库;然后通过K均值维度聚类获取训练集手势锚点框,负责对不同尺度手势进行检测;最后利用迁移学习和微调方法训练得到手势识别模型。为解决YOLOv3网络在手势训练阶段和预测阶段进行规范化处理时数据间可能存在较大偏差问题,采用批量再标准化方法提高手势识别准确性。手势识别过程具有快速、准确、非接触的优势,实验表明在正常实验环境下,手势平均识别率为97.6%,对于复杂背景下干扰较大的手势平均识别率达到89.2%以上,单次手势识别速度为0.04s。
热学计量
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  发射率对半导体器件显微红外测温结果的影响

  韩伟,刘岩,杜蕾,郑世棋,翟玉卫,梁法国

  计量学报. 2021, 42(1): 35-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.06

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  为了确认半导体器件较低的发射率对显微红外测温结果的影响,采用研制的半导体材料和金属材料靶标进行了一系列验证实验,分析了发射率对显微红外热像仪测温准确度的影响。研制了带有铂电阻结构的GaAs材料靶标和Au材料靶标,用显微红外热像仪对黑体和研制的2种靶标进行了不同温度下的测试,在110℃条件下,黑体、GaAs、Au 3种材料的温度偏差为1.9,3.7,7.9℃。测试结果表明,材料发射率越低,测温误差越大,且误差会随着温度的升高而增大。利用显微红外热像仪进行半导体器件温度测量时,需要考虑发射率的影响。
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  光功率热分析仪的温度校准方法研究

  李硕,余志高,姚雅萱,任玲玲

  计量学报. 2021, 42(1): 41-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.07

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  薄膜材料相变温度的准确测量是相变材料的应用关键。光功率热分析仪是基于薄膜材料相变前后光反射率发生突变的原理测量相变温度的新型仪器,采用真空红外加热方式达到相变温度。为了测量得到准确可靠的相变温度,通过对光功率热分析仪测量相变温度方式、标准热电偶原位校准仪器测温热电偶方法的研究,实现将相变温度溯源至SI单位,并且对在测温区间100～1000℃内的温度进行了不确定度评定,得到校准拟合公式,相关系数为0.9997。
流量计量
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  3种瞬态电磁流量测量方法的温度影响分析

  熊伟,徐科军,吴建平,许伟,于新龙,闫小雪

  计量学报. 2021, 42(1): 46-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.08

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  从测量原理角度分析了环境温度变化对3种瞬态电磁流量测量方法的影响,发现电压电流比值、电压电流微分法受环境温度变化的影响较大,而微分干扰补偿方法本身对环境温度变化具有很好地抑制能力。针对微分干扰补偿方法在实用化的过程中可能会导致误差增大的情况,给出了微分干扰系数的最佳计算方法和励磁频率的最优选择方案。通过水流量标定实验证实,微分干扰补偿方法在环境温度变化不超过±20℃范围内,对环境温度变化具有较好的补偿作用,流量测量结果均能满足0.5级的精度要求。
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  基于频偏应答的ADCP流速现场校准方法研究

  郭世旭,杨枭杰,王月兵,叶晓同,赵鹏

  计量学报. 2021, 42(1): 53-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.09

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  针对声学多普勒流速剖面仪(ADCP)现场校准困难的问题,介绍了一种基于频偏应答的ADCP流速现场校准方法。通过声信号应答器,设置回发信号相对于发射信号的频偏实现速度矢量的模拟,并以频率为溯源量,对ADCP发射的信号及应答器回发频偏信号进行频率校准,进而实现ADCP流速参数的现场校准。研制了一套基于频偏应答的ADCP流速现场校准装置,在实验室消声水池条件下,以四波束300kHz ADCP为校准对象,开展了1～2m/s的流速校准实验,进行不确定度分析。结果表明,该装置对流速校准的不确定度达到1％模拟流速＋7mm/s,验证了该校准方法的可行性。
力学计量
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  非自动衡器测量不确定度评估及其在符合性判定中的应用

  蔡常青,王健,陈杭杭,钟瑞麟,李晓萌

  计量学报. 2021, 42(1): 59-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.10

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  以OIML R76国际建议中非自动衡器的称量试验为例,列举了2种容易对非自动衡器称量性能做出误判的情形。结合电子天平称量试验的3个案例,分析了修正误差与最大允许误差限较为接近时,直接采用“简单判定原则”作出符合性判定的误判风险,通过对线性载荷误差测量不确定度评估,分别对3个案例给出了95.45%、80.6%和18.1%的符合性概率。实验结果表明,在非自动衡器测量过程中,线性测量载荷误差满足最大允许误差限要求的非自动衡器,仍然可能存在不符合合格判定要求的风险,在法制计量中非自动衡器测量不确定度评估是降低产生误判结果的有效方法。
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  基于线结构光传感器的工业机器人运动学参数标定

  陆艺,沈添秀,罗哉,郭斌

  计量学报. 2021, 42(1): 66-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.11

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  针对工业机器人绝对定位精度较低问题,提出一种基于线结构光传感器的工业机器人运动学参数标定方法。首先,将线结构光传感器固定安装在机器人末端,建立传感器测量模型,然后建立机器人运动学模型,通过手眼关系将传感器模型与机器人模型连接组成完整的标定系统模型。其次,使线结构光传感器在不同位姿下对某一固定点进行测量,得到该点在机器人基座标下的坐标值。并建立该坐标值的理论值与实际值偏差的误差模型,从而建立标定方程组,利用最小二乘法辨识出运动学参数误差并修正参数。最后,通过将这些参数更新到理想运动学模型中,比较标定前后测量点之间的位置偏差。实验表明,平均误差和标准差分别减小了50%和42%以上。
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  储罐内液化天然气密度计算方法研究

  赵金睿,吴仲昆,张大伟,伍建良,王同吉

  计量学报. 2021, 42(1): 72-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.12

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  液位、温度、密度一体化变送器多点密度的平均值是否准确可通过定性或定量2种方式进行判断。定量判断是利用对储罐内液化天然气取样化验计算得到的密度值,对来船液化天然气密度进行温度修正后得到的密度值,分别与相应时间液位、温度、密度一体化变送器多点密度的平均值进行对比进行判断。然后,选用多项式拟合的方法对定性和定量这2种密度推导出多个拟合关联公式,并利用“库存量恒等式”对公式进行筛选,可得到最接近真实密度的修正公式。
无线电、时间频率计量
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  人工智能的计量校准

  梁志国,姜延欢

  计量学报. 2021, 42(1): 78-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.13

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  针对人工智能的计量校准,阐述了其紧迫性、必要性以及可行性。提出了2种不同的人工智能计量解决方案。其一为基础方式,从智能的7个维度出发,分别进行语言智能、数理逻辑智能、空间智能、肢体运动智能、音乐智能、人际关系智能、内省智能的计量校准研究,然后,针对同时含有两种以上智能的多元智能系统,进行面向具体任务目标的综合加权,给出面对具体任务目标的智能水平定量评价结果。其二为工程方式,从每一个具体而明确的人工智能系统入手,依据愿景目标确立评价指标体系,开展计量校准研究,最终以定量量化方式,评价系统的分项与综合智能水平。其主导思想是以定量量化方式,评价任意智能系统的智能水平。
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  双小波非凸稀疏正则化去噪算法研究

  马敏,王涛

  计量学报. 2021, 42(1): 85-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.14

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  针对航空发动机ECT滑油监测数据在采集传输过程中易受噪声干扰而影响数据有效特征提取的问题,提出了一种双小波去噪算法。在2个小波域下对数据进行分解,通过阈值函数进行滤波,利用小波系数的分布差异,迫使2个小波域下的去噪信号相同,反正切函数作为罚函数,得到更加稀疏的系数表达。实验结果表明:与传统的小波去噪方法相比,连续信号和阶跃信号的平均信噪比提高了约2.3dB和4.2dB,去噪效果得到优化。
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  基于改进遗传算法的DBN结构自适应学习算法

  孙美婷,刘彬

  计量学报. 2021, 42(1): 91-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.15

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  针对动态贝叶斯网络(dynamic bayesian network, DBN)是NP困难问题,提出基于改进遗传算法的DBN结构自适应学习算法。该算法计算最大互信息和时序互信息完成DBN结构搜索空间的初始化。在此基础上设计改进遗传算法,引入评分标准差构建交叉概率和变异概率的自适应调节函数,以降低结构学习过程陷入局部最优解的概率。仿真结果表明,该算法在无先验知识的情况下,相比其他优化算法,汉明距离和运行时长平均减少了30%, 37.3%,评分值平均增大了18.0%。
电离辐射、标准物质与生物计量
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  北京地区医用加速器高能光子水吸收剂量398、277报告的量值验证

  罗琛,范耀东,王坤,王焕宁,鲁向,赵贵坤

  计量学报. 2021, 42(1): 100-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.16

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  针对我国放疗水吸收剂量测量方法即将更新的现状,先后在北京多家医院放疗科的医用加速器下进行了200多次高能光子水吸收剂量量值验证实验。按照IAEA 277报告和IAEA 398报告的测量方法,测量高能光子最大剂量点处的水吸收剂量值并进行比较。统计2种方法测量结果的偏差,在NE2571电离室的实验结果中,398报告的测量结果比277报告的测量结果大0.23%;在PTW30013电离室的实验结果中,398报告的测量结果比277报告的测量结果测量结果大0.85%。实验表明,2种方法的测量结果在不确定度范围内一致,实验为398报告量值体系在我国的推行建立了实验基础。对结果的偏差做了分析,深入研究了相关因子的计算过程,从几个修正因子的角度探讨了偏差产生的原因。
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  复杂水质环境下基于PSO-ELM的BOD快速检测

  陈颖,崔行宁,肖春艳,张杰,张灿,杨惠,李少华

  计量学报. 2021, 42(1): 105-110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.17

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  针对检测生化需氧量(BOD)的传统五日培养法(BOD5)操作复杂、时效性差的不足,以及水质中复杂环境因素干扰检测过程等问题,提出了基于微生物膜法的快速检测系统,进而以粒子群算法(PSO)优化的极限学习机(ELM)算法来实现BOD检测。检测系统以溶解氧传感器和微生物膜反应器为核心,能够在35min内完成检测,其中微生物反应器使用功能化的螺旋玻璃管制成,但微生物膜易受水质复杂环境的影响。为此,运用PSO-ELM算法消除水质中浊度(SS)、pH值、氧化还原电位(ORP)对检测结果的干扰,与BP神经网络和ELM算法相比,运行时间分别缩短0.92s和0.24s,测试误差分别减小5.3%和4.0%。在实际海水水样的测试结果中,该方法与BOD5法相对误差保持在2.69%~3.86%内。
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  基于RBF神经网络的生物质电站高温气体CO₂浓度测量方法

  盛伟岸,张立权,黄帅,韩晓娟,张文彪

  计量学报. 2021, 42(1): 111-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.18

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  电站气体浓度测量对实现燃烧优化、提高燃烧效率和火焰品质、减少污染物排放具有重要意义。以CO₂气体为例进行研究,基于近红外波段可调谐激光吸收层析成像技术,提出了基于径向基(radial basis function, RBF)神经网络的高温气体CO₂浓度测量方法。通过实验获取不同浓度下的CO₂吸收可调谐激光光谱信号,计算CO₂吸收谱线和原始信号的差值,提取出描述该差异性的统计特征参数作为RBF神经网络的输入,CO₂浓度作为RBF神经网络的输出,建立了基于RBF神经网络的高温气体CO₂浓度测量仿真模型,通过仿真实例验证了该方法的有效性和正确性。与GRNN神经网络对比分析表明:RBF神经网络法可以有效提高CO₂浓度测量精度,为生物质发电高温气体计量提供理论依据。
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  基于可调谐半导体激光吸收光谱法测定天然气水露点技术研究

  裴全斌,闫文灿,沈超,姜琛

  计量学报. 2021, 42(1): 117-122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.19

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  天然气水露点是关系天然气管道输送安全的重要指标之一,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)设计开发了天然气水露点分析装置。根据天然气现场应用需求,搭建天然气在线分析计量装置并进行测试,进行了激光法天然气在线分析计量装置关键技术集成与装备试制。开展了仪器的离线标定及实验室稳定性测试,在天然气输气站现场开展了仪器的重复性测试及与冷却镜面法露点仪的比对实验。实验结果表明,在水含量0~300μL/L范围内,仪器测量误差小于±0.5%FS, 24h内仪器漂移量不超过±1% FS,实时在线测量速度不低于1次/s,与冷却镜面法露点仪比对结果在6℃以内。
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  二氧化碳中全氟异丁腈气体标准物质的研制

  王德发,张体强,韩桥,刘智勇,王彦武,颜湘莲

  计量学报. 2021, 42(1): 123-128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.01.20

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  介绍了气瓶装二氧化碳中全氟异丁腈(C4F7N)气体标准物质的研制过程。标准混合气是通过将全氟异丁腈和二氧化碳充装到铝合金气瓶中制备而成,采用称量法定值。对原料气体中杂质的进行了测量,综合采用经典稳定性评估和同步稳定性评估对该气体标准物质的长期稳定性进行了研究。结果显示该气体标准物质在6个月内的稳定性良好。该标准物质在(1%~30%)mol/mol的特性量值范围内,浓度的相对扩展不确定度为0.5％(k=2)。