2021年, 第42卷, 第2期　
刊出日期：2021-02-28

  

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热学计量
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  中温区真空标准黑体辐射源研制

  杨延龙,郝小鹏,宋健,刘洋,扈又华,谢臣瑜,刘延,谢琳琳

  计量学报. 2021, 42(2): 129-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.01

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  介绍了中国计量科学研究院研制的中温区真空标准黑体辐射源的结构设计,工作原理,测试结果和不确定度评定。黑体辐射源工作温度范围为320～500K,黑体空腔开口直径为50mm,空腔深度为260mm,表面喷涂了耐高温漆,空腔发射率优于0.999。真空环境下测试了黑体在335～500K温度范围内的轴向温度均匀性,温度稳定性及黑体辐射源亮度温度等性能指标,结果显示黑体温度均匀性优于0.15K,40min内温度稳定性优于0.03K。分析了黑体辐射源的不确定度来源,黑体辐射源的合成标准不确定度优于0.04K。
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  主动式双波长红外激光测温标定实验研究

  曲岩,宦克为,安保林,董伟,赵云龙,宋旭尧,原遵东

  计量学报. 2021, 42(2): 137-143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.02

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  基于主动式双波长红外激光的测温方法,可实现对未知发射率表面真实温度的测量。高精度的标定源是保证双波长红外测温系统测温精确性的重要基础,但目前双波长测温领域的研究工作缺乏关于标定实验结果的公开报道。因此,设计搭建了主动式红外激光测温标定源,研究该标定源的稳定性和均匀性,并对双波长激光测温系统进行标定。结果表明:所搭建主动式双波长红外激光测温标定源稳定性良好,1173K时20min内温度最大偏差为0.22K;表面温度均匀性良好,1173K时表面温度标准偏差为0.34K;标定源表面真温在923K以上时,采集信号相对标准偏差小于0.7%。标定实验结果证明所搭建标定源可靠性良好,能够对主动式双波长红外激光测温系统进行精确标定。
几何量计量
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  基于单稳频激光的端面距离微尺寸测量方法

  刘育彰,高宏堂,程银宝,王中宇

  计量学报. 2021, 42(2): 144-149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.03

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  搭建了一种用于端面距离微尺寸测量的干涉光路,分别以频率高度稳定的532nm波长激光和波长不确定度水平相对较差的633nm波长激光作为光源进行照射以获取干涉图样。使用电荷耦合器件(CCD)传感器获取干涉图样,采用数字图像处理手段清晰化干涉图样,并利用条纹的像素距离计算干涉条纹级次差的小数部分,用多波长的小数重合法计算端面间距。通过系统的软件部分,利用数字图像处理的手段对干涉图像的质量进行优化,在较为简单的实验条件下实现精度较高的端面距离微尺寸测量。
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  基于机器视觉的丝网印刷样板尺寸测量方法

  刘斌,董正天,胡春海,李沛航,高明坤

  计量学报. 2021, 42(2): 150-156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.04

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  丝网印刷样板种类和样式多,每片样板上待测目标也较多,不宜采用一致的梯度阈值参数定位边缘实施测量;此外,传统视觉检测采用定位矩形框建立测量坐标系的方式会引入测量误差,因此,提出一种基于机器视觉的丝网印刷样板的尺寸测量方法。采用一种由粗到细的测量策略,借助每一类待测目标的模板进行信息统计,针对性地设置阈值参数,改善测量精度。在测量阶段,利用基于图像金字塔和归一化互相关函数相结合的分层匹配算法实现多个待测目标的粗糙定位,再使用由模板信息统计获取的阈值参数进行边缘精细定位,建立局部坐标系,完成测量。实验结果表明:在同等实验条件下,此方法能够有效提高测量精度,算法改进后测量结果的平均相对误差由原来的4.02%降到1.47%,并且无需用户介入调整测量参数,适用于不同种类丝网印刷样板的灵活测量。
光学计量
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  基于YOLOv3检测和特征点匹配的多目标跟踪算法

  谭芳,穆平安,马忠雪

  计量学报. 2021, 42(2): 157-162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.05

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  针对传统多目标跟踪算法中行人检测速度慢、易受光照变化、行人快速移动及部分遮挡因素的影响造成行人目标跟踪性能差等问题, 提出一种根据经典的Tracking-by-Detection 模式,采用深度学习YOLOv3算法检测行人目标,然后利用FAST角点检测算法与BRISK特征点描述算法对相邻帧间的行人目标进行特征点匹配,实现多目标行人跟踪的算法。实验结果表明行人目标在背光、快速移动、部分遮挡等复杂环境下均获得了良好的连续跟踪效果,平均精度达到87.7%,速度达到35帧/s。
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  基于智能手机APP的图像法检测混凝土表面裂缝研究

  倪彤元,周若虚,杨杨,杨学成,张武毅,林楚轩

  计量学报. 2021, 42(2): 163-170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.06

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  提出了一种基于Android APP的混凝土表面裂缝无损检测方法。利用智能手机摄像头模组采集裂缝区域图像,通过灰度化、滤波降噪、泛洪填充等图像处理算法提取裂缝目标,根据裂缝像素点坐标间的几何关系以及裂缝所包含的像素点个数,并结合拍摄手机的单位像素点尺寸来计量裂缝特征值,实现裂缝无损检测。新开发的APP裂缝检测技术能计量检测任意点宽度、裂缝总长度、裂缝面积、裂缝最大宽度。实验结果表明:利用智能手机光学变焦,放大目标裂缝可以有效地提高APP计量检测混凝土表面裂缝精度;与裂缝测宽仪比较,APP计量检测精度误差小于5%,满足工程应用要求。
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  遮挡和光照变化下的单鱼目标跟踪

  程淑红,王迎

  计量学报. 2021, 42(2): 171-177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.07

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  鱼类跟踪是对鱼类行为分析的基础,在对水中的鱼类跟踪时,目标鱼会由于姿势的变化、受到周围鱼或者物体的遮挡或者光照的影响变得难以追踪。针对这种情况,提出一种利用MobileNet-SSD(SSD,single shot multibox detector)与Dlib关联跟踪器相结合对鱼体进行跟踪的方法,通过SSD算法精准地检测到视频中的鱼体,再将信息输入到Dlib关联跟踪器中,使跟踪对象定位更加准确,提高了鱼体在水中运动发生遮挡和光照变化时跟踪的鲁棒性。实验结果表明,该方法在鱼体跟踪视频中的表现明显优于其它算法,在不同环境下的跟踪成功率达到90%以上。
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  一种基于人体轮廓特征的教室人数统计算法

  杨璐

  计量学报. 2021, 42(2): 178-183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.08

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  针对教室人数自动统计的应用场景,研究了基于人体轮廓特征和运动检测的图像处理算法。通过对教室视频图像进行差分、阈值处理、边缘提取、形态学运算、敏感区域标识、人体轮廓特征提取等处理步骤,可得到教室人数计数结果;同时,结合不同教室的布局给出了摄像机的布局计算办法,便于取得更有效的算法。实验结果表明,基于人体轮廓特征的教室人数统计算法在40人规模的教室里通过合理布局摄像机位置,统计出正确人数的精确度达到了95.4%,可以有效地辅助自习室资源调配。
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  TES用超导薄膜制备及特性研究

  刘贤文,徐骁龙,李劲劲,王雪深,钟青,曹文会,白剑楠,张硕,刘想靓,司坤宇,周哲海,甘海勇

  计量学报. 2021, 42(2): 184-188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.09

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  超导转变边沿传感器(TES)是光强单位坎［德拉］量子化所需的单光子探测器,金属超导薄膜物理特性的研究是TES研究的基础。采用不同电源功率磁控溅射制备高纯Al、Ti超导纳米薄膜,分析其薄膜生长速率随气压和功率的变化。利用表面应力仪及电学测量仪,分析薄膜表面应力及电学特征。最后将薄膜放入商用稀释制冷机中,进行超低温测试,获得其超导特性。研究发现超导转变温度Tc以及转变沿宽度ΔT是影响TES能量分辨率以及时间常数的重要参数。实验结果将为TES器件的制备奠定基础。
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  基于特性图分析的科氏质量流量计模拟驱动研究

  黄雅,徐科军,刘陈慈,刘文,乐静,徐浩然,张伦

  计量学报. 2021, 42(2): 189-198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.10

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  针对模拟驱动流量管易停振、启振慢等问题,利用特性图法,分析了经典模拟驱动的驱动特性,并对两种典型的模拟驱动改进方法进行了研究,提出一种改进的差分驱动。研制4种模拟驱动的实现电路,进行了气液两相流驱动实验和启振实验。实验结果表明,新型模拟驱动的驱动信号幅值更稳定,启振更快;差分驱动显著提高了驱动能量;与经典模拟驱动相比,改进的差分驱动的驱动信号和传感器信号幅值分别提高了4.2倍、3.8倍,驱动信号幅值的标准差仅为0.08,启振时间减少至2.3s。
力学计量
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  双活塞式高精度深海压力模拟方法

  王淮阳,胡珊珊,刘正士,王勇

  计量学报. 2021, 42(2): 199-203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.11

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  为研制高精度深海压力环境模拟实验平台,基于液体的可压缩性提出了一种双活塞式高精度水深模拟方法。介绍了该方法的工作原理和压力模拟系统的组成;分析了主、辅加压系统对系统量程和调整精度的影响,进一步地建立了压力系统的物理模型并进行了仿真,表明系统具有良好的压力跟随性能。搭建了样机实验平台,进行阶跃、“下潜—保持—上升”压力实验。结果表明该系统可以实现静态精度0.02bar,动态精度0.1bar,验证了该测量方法的可行性和有效性。
声学计量
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  基于反射探针的聚焦超声测量传感器设计和方法研究

  徐遨璇,曹永刚,郑慧峰,王月兵

  计量学报. 2021, 42(2): 204-212. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.12

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  基于钨钢探针和PVDF压电薄膜材料,设计研制了一种用于聚焦超声测量的新型传感器。同时,通过理论分析和有限元分析软件建立了传感器物理模型,并对传感器的内部声场及反射状况进行了模拟仿真,获得传感器输出信号的波形和幅值。最后,利用研制的传感器对聚焦换能器焦域声压和声强进行检测,并将检测结果与理论仿真结果对比,在10W的声功率范围内,证明了新型传感器及其测量理论和方法在聚焦超声测量中的可行性与可靠性。该新型反射探针传感器将为高强度聚焦超声声场的测量提供一种新的方法。
电磁学计量
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  100kA快响应精密冲击分流器研制及特性分析

  龙兆芝,李文婷,范佳威,谢施君,刘少波,余也凤

  计量学报. 2021, 42(2): 213-220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.13

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  冲击电流为暂态电流波形,持续时间短且波形不可重复,测量误差影响因素众多难以评估。研制快响应精密冲击分流器,采用同轴管式结构,分析分流器的测量原理及尺寸设计。研究分流器的瞬态响应过程,将输出信号焊接至电阻体外侧,消除趋肤效应的影响。分流器的稳态电阻测量值为0.9697mΩ,杂散电感为32nH,测量额定电流时,电阻温升小于36℃。研制方波电流源测量分流器的动态特性,阶跃响应时间小于4ns,并利用卷积积分的方法计算动态特性引起的峰值和时间参数测量误差。冲击电流波形8/20μs下,进行分流器线性度、稳定性等特性试验。研究冲击电流测量装置的不确定度评定方法,分析不确定度影响因素,峰值参数测量不确定度为0.4%(k=2),时间参数测量不确定度0.8%(k=2)。说明该测量装置可作为标准测量装置用于电流传感器的校准。
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  基于IHHO算法的光伏电池工程模型的参数辨识

  吴忠强,刘重阳

  计量学报. 2021, 42(2): 221-227. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.14

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  针对HHO算法存在搜索过程调整不够灵活,不能针对性地进行阶段性搜索,有时会陷入局部最优使算法搜索精度相对较差等问题,提出了一种基于改进哈里斯鹰优化(IHHO)算法的参数辨识方法。对HHO算法进行了两项改进:引入柔性递减策略,在迭代初期扩大全局搜索范围,在迭代后期延长局部搜索时间,从而加强了初期的全局搜索能力和后期的局部搜索能力;引入黄金正弦法,不但增加了种群的多样性,减少算法陷入局部最优的可能性,并且缩小了搜索空间,提高了寻优效率。应用于光伏电池工程模型的参数辨识中,IHHO算法比其他算法得到的辨识结果更为精确,辨识结果与实测数据拟合度更高,IHHO算法能够在不同环境下对光伏电池的工程模型进行准确的参数辨识。
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  烧结钕铁硼磁体磁通不可逆损失的检测

  曹玉杰,吴玉程,刘友好,徐光青,张鹏杰,刘家琴,陈静武,衣晓飞

  计量学报. 2021, 42(2): 228-231. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.15

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  磁通不可逆损失是永磁电机用烧结钕铁硼磁体的一个重要性能指标,其测量结果的准确性直接影响着电机的设计和磁体性能的选择。对比研究了不同测试条件下磁体的磁通不可逆损失。结果表明:磁通不可逆损失的测量结果主要受托盘性质(材质/规格)、磁体摆放间距和烘烤温度等因素的影响,为了获得准确的磁通不可逆损失测量结果,测量过程中应对这些因素进行有效控制。
无线电、时间频率计量
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  基于CNN-MSLSTM的航空发动机滑油监测方法研究

  马敏,王涛

  计量学报. 2021, 42(2): 232-238. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.16

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  针对传统的数据特征提取方法难以提取ECT滑油监测数据有效特征的缺陷,提出了一种基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和多尺度长短期记忆(multi-scales long short-term memory,MSLSTM)神经网络的双通道网络模型CNN-MSLSTM。将多尺度学习融入LSTM中,CNN和MSLSTM作为两个通道,并行学习数据在空间维度和时间维度的特征,通过注意力机制融合,利用softmax分类器输出发动机的磨损状态。实验结果表明:3尺度的CNN-MSLSTM对ECT数据样本的分类准确率达到98%,F1评分达到98.62%,单组数据的测量时间仅为0.2036ms,总体性能优于单一的CNN和LSTM网络。
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  一种基于星载氢钟误差信号提取的实现方法

  赵广东,陈鹏飞,刘杰,黄奕,李思衡

  计量学报. 2021, 42(2): 239-244. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.17

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  针对中国新一代卫星导航系统的高精度定位要求,星载氢原子钟以极其优异的长期稳定性、漂移率以及温度特性,作为频率基准大规模应用于该系统。双频方案的被动型星载氢原子钟由物理部分及电路部分两大部分组成,微波激励信号对物理部分微波腔激励后产生了腔频误差信号及高稳晶振误差信号。对于如何提取并处理这两种误差信号,提出了一种对调幅信号包络检波并以误差信号与探测信号时序同步的分离方案,同时对晶振误差信号采样保持实现氢钟锁定遥测参数下传。
电离辐射、标准物质与生物计量
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  MC模拟高纯锗探测器准直器对X射线能谱测量的影响

  文玉琴,赵瑞,吴金杰,赖万昌,王二彦

  计量学报. 2021, 42(2): 245-249. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.18

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  为了研究不同限束光阑准直器对测量结果的影响,使用MCNP5蒙卡模拟软件建立带准直器的高纯锗探测器模型。通过模拟分析准直器各项参数对高纯锗探测器测量X射线能谱的影响,确立了准直器的最佳尺寸,为实验室使用高纯锗探测器测量X射线能谱提供一定的参考依据。计算了透射等效孔径(TEA)准直器指标,分析了高纯锗探测器测量X射线得到的探测效率。结果表明:对于能量小于80keV的低能量段X射线能谱测量,选择孔径小、屏蔽厚的准直器;对于80keV以上中高能量段的X射线应选择较大孔径的准直器,以避免由于从铅准直器中产生小角散射线和铅的特征线而影响X射线能谱的质量。
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  基于流式分析技术的奶粉中金黄色葡萄球菌活菌快速定量检测方法研究

  王斌,隋志伟,刘思渊,王晶,傅博强,王义

  计量学报. 2021, 42(2): 250-258. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.19

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  建立了一种奶粉中金黄色葡萄球菌活菌快速定量检测新方法。以异硫氰酸荧光素偶联的金黄色葡萄球菌多克隆抗体特异性标记金黄色葡萄球菌,再通过碘化丙啶来区分死活菌,建立流式分析法,并应用于奶粉样品中金黄色葡萄球菌活菌定量检测。结果表明,该流式分析法特异性好;当人工污染奶粉样品中金黄色葡萄球菌浓度在2.72×10³~2.80×10⁸CFU/mL之间时,流式检测方法与平板计数方法检测结果一致;该方法的检测限为2.72×10³CFU/mL,检测时间为35min。该方法具有快速和高效的优点,在食源性致病菌的快速检测和预警中具有良好的应用前景。
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  SARS-CoV-2基因组RNA标准物质的研制

  王迪,王志栋,吴枭,牛春艳,董莲华,戴新华,高运华

  计量学报. 2021, 42(2): 259-264. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.02.20

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  以灭活的人源新冠病毒基因组RNA为候选材料,采用数字PCR方法对新冠病毒E基因、ORF1ab基因和N基因拷贝数浓度进行确定,研制了高、低两种浓度的SARS-CoV-2基因组RNA标准物质(GBW(E)091098和GBW(E)091099)。高、低浓度标准物质E、ORF1ab和N基因的拷贝数浓度标准值及扩展不确定度(k=2)分别为:(1.06±0.11)×10³copy/μL,(8.96±0.61)×10²copy/μL,(1.73±0.13)×10³copy/μL;(1.29±0.26)×10²copy/μL,(9.5±1.8)×10¹copy/μL,(2.05±0.31)×10²copy/μL。该标准物质涵盖了新冠病毒所有特征基因的全部序列,目前已在新型冠状病毒核酸检测方法开发、检测试剂盒以及检测实验室的质量控制等方面得到了广泛的应用。