计量学报

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程真英,梅寒冰,刘欣,雷英俊,李瑞君

计量学报. 2021, 42(11): 1409-1417. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.01

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线性导轨广泛应用于精密机床和仪器,其运动精度直接影响所在设备的空间定位精度。针对团队前期研制的可以测量导轨直线度、俯仰角和偏摆角的收发分体式四自由度激光测量系统,其直线度与角度测量结果间存在的耦合干扰问题,提出了一种误差建模与补偿方法。根据激光测量系统的原理和结构,分析并确定了耦合误差的主要来源,利用矩阵光学及齐次坐标变换的方法建立了耦合误差的补偿模型。以雷尼绍XL-80型激光干涉仪为基准,对所建立的误差补偿模型进行了实验验证,结果表明:利用所建模型补偿后的直线度和角度测量误差均降低了75%以上。所提出的误差建模与补偿方法不但有助于提高四自由度激光测量系统的精度,同时也有助于降低其成本。

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嫦娥一号激光高度计在轨月球高程数据测量不确定度研究

王东霞,宋爱国,温秀兰

计量学报. 2021, 42(11): 1418-1424. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.02

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对嫦娥一号激光高度计月球表面在轨高程探测数据进行了误差分析处理和不确定度评定研究。首先,选择了月海平坦地形区域的激光高度计高程数据;然后分析了主要的探测不确定度来源,建立了相应数学模型;最后采用了蒙特卡洛方法(MCM)进行了不确定度评定研究,给出了某些月海区域高程探测不确定度评定结果,并与测量不确定度表示指南方法(GUM)进行对比。研究结果表明:MCM评定方法与GUM方法结果基本一致;处理结果也能和其他月球探测结果进行对比研究,希冀对月球及空间环境有更多、更新的发现。

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室内200m虚拟基线测量方法的研究

刘红光,蔡青梅,李青,王喆,李红亮,赵美蓉,郑叶龙

计量学报. 2021, 42(11): 1425-1429. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.03

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为了解决手持式激光测距仪50m以上检测基准建立的问题,在50m高精度导轨上利用3个平面反射镜进行光路折叠,实现4倍光程倍增,搭建了室内200m基线。并将Leica TS15型全站仪视为检定基准,对基线长度进行标定。最后对Leica DISTOTM D510型手持式激光测距仪开展了50~200m测段的示值误差检定实验。实验结果表明: 室内基线系统的测量范围可拓宽至200m,示值误差检定结果的扩展不确定度为2.2mm(k=2),满足检定规程要求,有利于将长基线压缩至室内有限空间完成。

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应用一种多核稀疏表示模型实现掌纹分类

尚丽,周燕,孙战里

计量学报. 2021, 42(11): 1430-1435. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.04

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与稀疏表示(SR)模型相比,基于单个核函数的SR(KSR)模型可以有效减少数据维数、降低学习模型的计算复杂度并提高特征分类精度;但这种模型对核函数及其参数的选择通常不能包含恰当的、完整的分类信息。为了满足更高的特征分类精度需求,提出了一种基于多个核函数的SR(M-KSR)模型及其快速稀疏优化方法,并将其应用于掌纹图像的分类。测试结果证明了基于M-KSR模型的掌纹分类方法的有效性和实用性。

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基于多尺度融合方法的无人机对地车辆目标检测算法研究

张立国,蒋轶轩,田广军

计量学报. 2021, 42(11): 1436-1442. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.05

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由于飞行高度等原因,无人机图像在实际使用中目标尺寸普遍较小、特征信息不明显,使用现有的算法对其进行目标检测存在困难。因此,提出了基于多尺度融合的图像多目标检测方法,使用Faster R-CNN为基础框架,将不同层次的特征信息进行融合,再结合上下文信息,实现了对无人机图像小目标检测。使用VisDrone2019数据集对地面车辆进行目标检查,实验证明:无人机对地面车辆目标的检测达到了较好的结果,所使用算法的精度达到88%,与其它算法相比提升了3.8%以上。

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基于连续激光加热法测量金属材料的比热容

周逸,林鸿,冯晓娟,邱萍,刘薇,张金涛

计量学报. 2021, 42(11): 1443-1453. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.06

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提出了一种基于连续激光加热测量金属材料比热容的方法。建立有限尺寸试样在连续加热条件下的传热和准稳态测量模型,使用COMSOL Multiphysics仿真软件进行数值模拟验证。考虑实际测量过程中金属试样存热损失,对模型进行了热损失修正,仿真验证了在试样表面综合传热系数小于80W/(m2·K)的情况下,修正后的测量模型偏差小于±0.81%。使用532nm连续激光器作为加热源,加工了TC4钛合金、316L不锈钢、45钢、7075铝合金和T2紫铜等金属试样并在试样上打微孔,对受热面喷涂石墨,使用极细K型热电偶对试样内部温升进行测量,并使用T2紫铜的参考值对系统参数进行标定。实验结果表明,在常温下实验装置的测量重复性优于0.91%,各金属试样测量结果平均值与数据手册参考值的相对偏差均小于±3.1%。测量结果相对扩展不确定度为U=3.66%(k=2)。

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开口镓熔点装置的复现及气压修正

毛菊林,孙建平,卢小丰

计量学报. 2021, 42(11): 1454-1458. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.07

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中国计量科学研究院自行研制的开口镓熔点装置实现了对镓熔点冻制及复现的自动化,建立了开口镓熔点配置标准铂电阻温度计组成的基准装置。实验结果显示:镓熔点熔化温坪长达50h,镓熔点的复现性为0.1mK,闭口结构与开口结构镓熔点量值差异经过气压修正后由0.13mK减小至0.06mK,镓熔点温度-气压线性拟合曲线所得数值与90温标中给出的镓熔点气压修正系数一致。

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基于遗传算法的低频标准振动台簧片式回复结构优化

张旭飞,张锋阳,李凯,权龙

计量学报. 2021, 42(11): 1459-1465. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.08

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为有效提高低频标准振动台簧片式回复结构的柔性导向性能及高频工作稳定性,分析了簧片式电磁振动台工作原理及其机电耦合简化模型,并通过Ansys模态和谐响应分析,得到不同尺寸组合回复簧片结构对振动台模态频率及输出特性的影响规律,结果表明:水平及侧簧片的宽度及厚度尺寸为主要影响因素。基于多目标遗传算法,迭代分析得到满足振动台输出特性要求的水平及侧簧片尺寸最优解,将回复簧片的第2阶扭曲模态频率提升到442.05Hz,相比最低值提高近一倍,有效扩展了振动台的稳定工作频率范围。

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基于FSDPC_Otsu算法的滚动轴承故障研究

邢婷婷,关阳,孙登云,孟宗,樊凤杰

计量学报. 2021, 42(11): 1466-1471. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.09

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针对振动源数未知且观测信号小于振动源数量的欠定盲源问题,提出一种改进快速寻找密度峰值聚类(FSDPC)的方法。首先将混合信号投影到多维空间上并计算每点的密度值,在此基础上利用最大类间方差法(Otsu)对点密度进行阈值分割,去除干扰点对聚类准确率的影响;然后根据数据的密度峰值确定聚类中心,估计混合矩阵;最后通过L1范数最小化对混合信号进行分离并进行包络谱分析,实现轴承故障诊断。FSDPC_Otsu方法可在源数和聚类中心初值未知的条件下估计混合矩阵,且保证混合矩阵精度。实验结果表明,应用FSDPC_Otsu方法的稀疏成分分析能够对轴承多故障信号进行欠定盲分离,进而实现故障识别与诊断。

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FBG应变挠度法标定及过程仿真

侯俊凯,刘冰,崔建军,魏晋和,陈恺,张鹏,李学峰

计量学报. 2021, 42(11): 1472-1481. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.10

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介绍了一种基于挠度分析的等强度悬臂梁FBG传感器应变标定测试方法和装置,研究了FBG传感器应变传递过程中的相关参量的仿真分析方法,精确测量了应变传递过程中的相关参量,并且针对不同载荷下的等强度悬臂梁的表面应变和挠度进行了理论分析和仿真。同时解析了挠度与梁表面应变、FBG传感器应变的关系,给出了标定后FBG传感器的应变灵敏度,并对挠度法测量FBG传感器的标定结果进行了不确定度评定。当包含因子k=2时,FBG传感器应变灵敏度的相对扩展不确定度＜0.5％,能够满足高精度的应变测试要求,为高精度FBG传感器的应变标定提供了技术支持。

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复合式罩极电机扭转振动检测与分析

周丰,赵浩

计量学报. 2021, 42(11): 1482-1487. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.11

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设计了一种复合式罩极电机,为双定子双转子结构,电机运行时定子绕组施加励磁,产生的旋转磁场带动转子旋转。分析了电机气隙磁场的特性,推导了电磁转矩公式,表明电机运行时存在扭转振动。研制了复合式罩极电机样机,利用传感器对电机在不同励磁状态下的转矩输出进行了检测,表明电机运行时存在扭转振动,且扭振幅值随两相励磁电压的相位差而变化,最后对变化规律进行了理论分析,结果表明:扭转振动波的相位差为两相励磁电压相位差的2倍。

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一种基于DDS的三频点标准超声功率源的设计

陈沈理,郭广建,李敏毅

计量学报. 2021, 42(11): 1488-1493. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.12

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结合理论方法研究和具体硬件的设计,提出一种基于铌酸锂单晶基片的三频点标准超声换能器,由单片机控制DDS芯片产生3种频率的正弦信号,经过高频运算放大器电路,对标准超声换能器激励输出标准超声功率,从而形成三频点标准超声功率源,可作为一种超声功率传递标准。三频点标准超声功率源实现了18.9MHz高频超声波的输出。和英国NPL测量比对的结果显示,3个频率点上的超声功率值误差均不大于±5%,验证了三频点标准超声功率源输出数据的有效性。

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基于矢量误差修正的实时负载牵引测量模型方法

王一帮,栾鹏,霍晔,吴爱华,梁法国,杜静

计量学报. 2021, 42(11): 1494-1498. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.13

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提出了一种新型基于矢量误差修正的负载牵引测量模型方法。相比于传统负载牵引测量系统,该方法从8-term矢量误差模型入手,建立接收机与被测件端口处电压波的函数关系,通过对矢量网络分析仪进行矢量校准和对内部接收机进行一次绝对功率校准,可实时测量被测件的输入/负载反射系数,输入/输出功率及功率增益、效率等。按照模型方法搭建了相应的硬件系统,与商用Focus的类似系统进行了比较验证,实验结果表明具有良好的效果,证明了所提方法的准确性。

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利用矢量网络分析仪单端口校准误差项提取二端口网络的S参数

孙静,刘晨,梁法国,霍晔,栾鹏,吴爱华

计量学报. 2021, 42(11): 1499-1503. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.14

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提出了一种利用矢量网络分析仪单端口校准误差项提取互易二端口网络S参数的方法。该方法要求在不同的参考平面上分别进行两次单端口校准,然后利用两次单端口校准的误差项求解二端口网络的S参数,通过实验验证该方法的正确性。该方法可应用于负载牵引和噪声参数测量过程中阻抗调配网络的S参数提取。

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光纤远程溯源系统的设计与实现

袁媛,孙霞,杨嘉明,张然,王超

计量学报. 2021, 42(11): 1504-1510. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.15

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为了满足高精度远程溯源需求,设计和实现了一种基于光纤的远程溯源系统,根据光纤双向时间传递的高精度、高稳定的优点,将本地时间源的时间向远端高基准时间源进行溯源,系统还采用了主备路双路备份机制,保证了系统的可靠性。通过实验验证,基于光纤的远程溯源系统能够达到时差保持在2ns以内,日频率稳定度在7×10^-15内的溯源效果,同时采用本系统的主备路时间同步技术,能够实现主备路时差控制在0.5ns以内。

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宽能平面型HPGe探测器能量刻度及MC模拟

严永强,孙圣涛,吴金杰,金尚忠,赵瑞

计量学报. 2021, 42(11): 1511-1516. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.16

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为更好服务于环境辐射监测,通过标准放射点源241Am、133Ba、60Co、137Cs、152Eu对平面型HPGe探测器进行标定,分别获得不同特征能量下的探测效率、半高宽、道址等数据。数据处理后得到能量-道址函数、FWHM能量刻度函数、能量与探测效率关系,同时求得能量分辨率为1.58keV(60Co,1.33MeV)。通过对比发现,利用CT技术建立的MC模型更加可靠、高效。通过修正上、下死层厚度依次分段对模型探测效率进行校正,得到整体探测效率相对误差在5%以内,与实验结果符合较好。

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不同方法评定标准溶液稀释不确定度对仪器校准结果的影响及分析

孙喜荣,黄金梅

计量学报. 2021, 42(11): 1517-1521. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.17

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化学分析仪器的校准经常需要用到稀释后的标准溶液,其稀释结果的不确定度是仪器校准结果不确定度的主要分量,直接影响最终的评定结果。以红外测油仪校准用10mg/L和50mg/L标准溶液为例,分别用数学方法和经验方法对标准溶液稀释进行不确定度评定,分析其对最终校准结果不确定度的影响。希望能为化学计量工作者提供一定的参考。分析结果表明2种方法的评定结果不尽相同,但差别不大。在评定仪器的校准不确定度时,应根据不同的准确性要求,选择不同的方法。

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基于数字PCR的质粒核酸标准物质合作定值研究

牛春艳,张永卓,杨佳怡,董莲华,傅博强,王晶

计量学报. 2021, 42(11): 1522-1527. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.18

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为研制猪繁殖与呼吸综合症病毒(PRRSV)质粒核酸标准物质,建立数字PCR方法,并联合多家实验室利用数字PCR方法对标准物质进行合作定值,探讨了合作定值过程中影响质粒定值准确性的因素,并评定了标准物质不确定度。研制的两种质粒核酸标准物质已获得国家二级标准物质证书(编号GBW(E)091038及GBW(E)091039),可为检测方法提供定量标准,用于方法评价、产品质量控制等诸多方面。

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基于脑功能网络的脑疲劳状态检测研究

付荣荣,米瑞甫,王涵,于宝,王琳

计量学报. 2021, 42(11): 1528-1533. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.19

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为了对驾驶员的疲劳状态进行有效识别,进行了真实高速公路驾驶实验。通过无线脑电采集设备采集驾驶员在不同时刻的多导脑电数据。基于相位滞后指数对不同时刻的脑电数据分别建立邻接矩阵、二值矩阵,并构建脑功能网络,绘制脑网络地形图。利用复杂网络理论计算和分析脑功能网络节点特征参数——度,并对不同时刻的节点度进行对比。根据各个节点度的变化趋势以及驾驶员的主观判断,发现随着驾驶实验的继续,驾驶疲劳程度加深,大脑的信息处理能力降低,相位滞后指数值与节点度下降趋势明显。表明脑功能网络特征参数——度,能够作为表征大脑疲劳的客观指标。通过与其他检测方法的对比得到采用节点度作为脑疲劳状态评价指标可靠性更强。

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普朗克常数精密测量的历史和现状

李玉芬,和穗荣,韦联福

计量学报. 2021, 42(11): 1534-1542. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.20

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普朗克常数是量子世界和可观测量子效应的基本标志。作为物理学中基本物理常数之一,它的精确测定对于质量计量的物理基准建立、量子效应精密测量及早期宇宙大爆炸物理特性研究等都有重要意义。经过一百多年来各种间接和直接方法测量,普朗克常数的精确值2019年才被定义。系统地回顾了这一历史进程,并展望普朗克常数精密测量领域的未来发展。

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电磁计量学研究进展评述

贺青,邵海明,梁成斌

计量学报. 2021, 42(11): 1543-1552. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.11.21

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2019年5月20日,国际单位制(SI)实现了7个基本单位均以基本物理常数为基准,计量体系迎来“计量单位量子化”和“量值传递扁平化”重大变革。电磁计量在计量学领域中占据极为重要的地位,开展电磁计量研究对保持我国量值传递先进性、促进计量学新发展具有重要意义。介绍了电磁计量的基本特性,综述了其在量子标准及芯片、能量天平、交流电量计量、交流阻抗及比率计量、高压计量、磁参量计量等方面的国内外发展现状,对电磁计量科学技术的发展趋势进行了展望。

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2021年, 第42卷, 第11期　
刊出日期：2021-11-28

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