2021年, 第42卷, 第6期　
刊出日期：2021-06-28

  

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光学计量
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  宣布式纠缠单光子源及量子化光辐射量值溯源体系研究

  俞兵,金伟其,袁林光,杨鸿儒,吴磊,马世帮,尤越,陈娟

  计量学报. 2021, 42(6): 689-693. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.01

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  针对fJ(飞焦)至单光子极弱能量测量及溯源需求,提出一种纠缠单光子源。通过基于冷原子团的自发四波混频效应产生波长795nm的宣布式纠缠光子对,采用背景辐射抑制与实时补偿、高精度激光稳频、时序脉冲精密同步获得窄线宽、高质量的单光子源。在此基础上,研究了纠缠光子源参数校准方法,进一步建立以量子基准为基础的全新光辐射量值溯源体系,减小了极弱光辐射参数的测量不确定度。
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  区域渐近增强与感受野结合的多核近似学习网

  刘彬,刘静,吴超,李雅倩,张亚茹,杨有恒

  计量学报. 2021, 42(6): 694-703. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.02

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  为充分提取图像中可辨识信息、提高分类正确率,提出多核近似学习网,该网络主要由2部分构成。在特征提取部分,利用二维高斯分布对原始图像进行区域渐进增强,局部感受野和全局感受野被用于充分提取原始图像和区域渐进增强图像中的局部和全局特征,并将其串联以组成代表图像的特征向量。在分类部分,提出多核近似算法,将近似核映射编码出的低秩特征矩阵作为网络的隐藏层,以求解网络的输出权重。为验证该网络的有效性,利用USPS、MNIST和NORB数据集进行实验,实验证明所提出的多核近似学习网能够在局部感受野极端学习机的基础上进一步提取出特征信息,有效提高了分类正确率。
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  基于多视角区域生长的复杂点云模型分割

  孔德明,张娜,王书涛,史慧超

  计量学报. 2021, 42(6): 704-709. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.03

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  为提高三维点云模型在特征模糊区域的分割精度,提出了一种借助多视角区域生长的分割方法。基于网格法向量方向相异性原则,初次将模型划分为不同类别的子区域,在相应区域建立点云与多视角距离图像的一一映射关系。利用Canny算子对灰度的敏锐性获取独立连通域并计算其重心坐标,根据对应关系在三维点云中提取对应点作为种子点,然后引入网格法向量的偏移角度分离邻接面,同时对剩余彼此独立的分割面按照迭代搜索最近点的原则进行提取,并利用KNN算法去除离群点实现分割优化。在选取的模型数据集上进行实验,结果表明该方法能够实现复杂点云模型的合理划分,分割精度不低于80%。
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  基于形态重建和反向跟踪的粗集料级配视觉检测

  陈泽琦,范伟军,郭斌,江文松

  计量学报. 2021, 42(6): 710-717. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.04

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  利用图像处理方法对下料过程中的粗集料图像进行了级配检测研究。采用基于掩膜的ROI提取方法,结合形态重建手段,剔除了图像上下边界处的不完整集料颗粒;针对连续图像中集料颗粒重复出现的问题,对图像进行间隔采样,并提出反向跟踪算法,对集料颗粒进行跟踪识别,避免同一集料颗粒在连续图像中被重复统计;采用等效椭圆Feret短径作为等效粒径进行集料粒径分析,并对像素尺寸和实际尺寸的转换关系进行优化,得到集料级配结果。实验结果表明,反向跟踪算法对集料颗粒的识别率为98.08%,集料级配结果的准确率为95.59%。
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  基于YOLOv3和DeepSort的车流量检测

  陈佳倩,金晅宏,王文远,陆莹洁

  计量学报. 2021, 42(6): 718-723. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.05

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  针对传统多目标跟踪算法的检测跟踪精度低、鲁棒性差的缺点,基于经典的Tracking-By-Detection模式,提出一种基于YOLOv3和DeepSort的车流量检测方法,实现了车辆视频监控端到端的车流量视频的实时监测与跟踪计数。采用深度学习YOLOv3算法检测视频车辆目标,然后利用深度学习DeepSort算法对检测到的车辆进行实时跟踪计数。实验结果表明该方法应对快速移动的车辆和环境光照的影响时,对车流量的检测效果良好,平均精度达到94.7%,端到端的算法可行且有效,适用于对车辆视频的批处理。
几何量计量
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  实际边缘轮廓下的螺栓综合尺寸质量检测

  孔明, 徐志玲, 徐勇, 王琨, 刘子豪

  计量学报. 2021, 42(6): 724-730. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.06

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  为了检测螺栓的尺寸质量,提出一种基于实际边缘轮廓的螺栓综合尺寸质量检测算法。该算法首先根据螺栓图纸公差要求,设计螺栓综合尺寸公差带图作为模板图;然后对螺栓图像进行预处理,包括三段线性灰度增强、中值滤波和最大类间方差法等;进一步将螺栓图像旋转为水平位姿并进行canny边缘检测,将螺栓图像和模板图裁剪,得到具有相同位姿、尺寸大小和白色边缘轮廓的二值图像;最后将处理好的螺栓图像和模板图做图像加法运算,比较模板图与经过运算后图像的白色像素点个数,判别螺栓的综合尺寸是否合格。进一步地提出了一种离散序列图检测方法,实现了螺栓全周的综合尺寸质量检测。
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  白光干涉测量系统的测量不确定度评定

  蔡潇雨, 魏佳斯, 孙恺欣, 刘娜, 张学典, 庄松林

  计量学报. 2021, 42(6): 731-737. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.07

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  白光干涉测量系统(white-light interference system, WLIS)广泛用于微纳米表面形貌的精密测量,其测量不确定度评定是研究白光干涉测量系统计量特性的一项重要工作。基于微纳米线间隔和台阶,建立了WLIS测量表面形貌时的测量模型,明确了测量不确定度来源;以5000nm的线间隔和180nm的台阶高度为例,利用WLIS进行了测量,并分析WLIS的测量重复性、光学组件特性、传感器特性、运动模块性能、测试方法及环境等因素产生的不确定度分量,最终评定该WLIS测量线间隔和台阶高度的合成测量不确定度分别为21nm和0.4nm。对WLIS的不确定度评定确保了其测量结果的准确性、溯源性,并提出了提高系统整体计量特性的途径。
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  超声纵波换能器用于平测时的测距修正方法研究

  杨予, 包挺, 王毅, 徐浩

  计量学报. 2021, 42(6): 738-744. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.08

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  研究了超声纵波换能器用于平测时的测距修正方法。首先,根据弹性波理论分析了利用平测布置代替对测布置测量波速时的实际物理意义;然后,分析了两种换能器布置方式的真实传播距离并通过设计混凝土试件切割-测量实验进行了两种布置方式的声时对比;最后,根据实验数据在对测回归直线方程的基础上提出了计算换能器平测布置修正测距的最小二乘法。实验结果表明:按平测声时和修正测距求出的波速与对测波速误差小于2%。结论是平测布置可在一定条件下替代对测布置测量波速,但应通过实验来确定换能器之间的测距修正值,且应在实际应用中保持实验中的测量参数以保证所求修正测距的有效性。
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  基于多分支BP神经网络的气动肌肉迟滞建模方法

  谢胜龙,张文欣,张为民,任国营,鲁玉军,鲁庆

  计量学报. 2021, 42(6): 745-752. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.09

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  提出了一种基于多分支BP神经网络建立气动肌肉位移/气压迟滞模型的新方法。首先,搭建气动肌肉位移/气压迟滞特性测试系统,得到气动肌肉位移/气压迟滞曲线;然后分别采用传统BP神经网络、多分支BP神经网络和Prandtl-Ishlinskii模型对气动肌肉的位移/气压迟滞开展建模研究;最后通过比较分析发现,采用多分支BP神经网络方法能有效避免传统BP神经网络训练过程中的过拟合现象,且建模精度明显优于传统的Prandtl-Ishlinskii模型;多分支BP神经网络的平均误差、均方差与最大误差相较于Prandtl-Ishlinskii模型减小了87.45%,86.68%与74.73%。
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  基于光谱共焦的在线集成表面粗糙度测量方法

  周勇,李建军,赵天明,王震宏,唐胜江

  计量学报. 2021, 42(6): 753-758. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.10

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  为了提高加工检测效率,实现尺寸形位公差与微观轮廓的同平台测量,提出一种基于光谱共焦位移传感器在现场坐标测量平台上集成表面粗糙度测量的方法。搭建实验测量系统且在LabVIEW平台上开发系统的硬件通讯控制模块,并配套了高斯轮廓滤波处理及表面粗糙度的评价环境,建立了非接触的表面粗糙度测量能力。对标准台阶、表面粗糙度标准样块和曲面轮廓样品进行了测量,实验结果表明:该测量系统具有较高的测量精度和重复性,粗糙度参数Ra的测量重复性为0.0026μm,在优化零件检测流程和提高整体检测效率等方面具有一定的应用前景。
热学计量
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  新制标准铂电阻温度计退火特性理论模型及验证

  于帆,孙建平,李婷,朱天梦,王成科

  计量学报. 2021, 42(6): 759-764. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.11

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  根据再结晶动力学理论,对新制标准铂电阻温度计(SPRT)首次退火过程中水三相点电阻值随时间的变化规律建立了理论模型,得出无量纲电阻值变化具备指数函数特征及双对数无量纲电阻值变化函数的线性特性。基于15支SPRT在660℃退火的实验数据获得了退火参数和退火指数变化范围及平均值。理论模型计算结果表明,1000h后的SPRT稳定性可以达到约1mK。SPRT退火平均值稳定性曲线在一定程度上可以反映出温度计退火稳定性的变化规律,可为合理制定退火工艺时间提供理论预测和参考。
力学计量
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  测力刀柄系统标定技术研究

  吴凤和,张宁,李元祥,郭保苏

  计量学报. 2021, 42(6): 765-773. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.12

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  测力刀柄系统可实时监测切削过程的轴向力和扭矩的变化,为测试自主设计的测力刀柄系统的使用性能,设计并研制了一套标定辅助工装,搭建了标定实验平台,完成了静、动态标定实验。采用逐级加、卸载法,确定了测力刀柄系统的线性度、重复性和滞后性等静态特性指标;通过脉冲激励法获得了测力刀柄系统的固有频率、阻尼比和最大工作频率等动态特性指标。最后,针对测力刀柄系统进行了钻、铣削对比切削实验,结果表明,该系统与Kistler测力仪相比,在轴向和扭矩方向上的测量偏差均小于2%,能够准确反映动态切削过程中轴向力和扭矩的变化。
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  基于IITD模糊熵与随机森林的滚动轴承故障诊断方法

  陈剑,蔡坤奇,陶善勇,杨斌,刘圆圆,刘幸福,黄凯旋

  计量学报. 2021, 42(6): 774-779. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.13

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  针对滚动轴承故障微弱振动信号特征提取后难以识别的问题,提出基于改进的固有时间尺度分解(IITD)和模糊熵(FE)输入随机森林(RF)模式识别的滚动轴承故障诊断方法。首先,利用轴承试验台采集正常、滚动体故障、内圈故障、外圈故障等4种状态下轴承的振动信号;通过IITD分解将采集到的振动信号分解成一组固有旋转分量(PRC),然后选取表征故障主要信息的有效分量计算其模糊熵值并构建特征向量,输入到随机森林分类器模型进行识别分类。实验数据分析结果表明,该方法可以有效地实现滚动轴承故障类别的诊断。
声学计量
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  基于近场声全息的聚焦换能器声场测量方法研究

  刘海楠, 赵 鹏, 叶晓同, 王月兵

  计量学报. 2021, 42(6): 780-784. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.14

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  高强度聚焦超声(HIFU)被广泛应用于医疗领域,但聚焦换能器焦点处的声强比较大,直接测量容易造成水听器损坏。为了间接获得焦点处声压,将全息测量面近似等效为声源面,结合空间傅里叶变换算法,提出了一种高测量效率的聚焦换能器声场测量方法。以球面自聚焦换能器为对象,进行声场测量方法的仿真研究和实验验证。结果表明,该方法比积分法推算效率提高了1倍,测量误差保持在有效范围内,该方法可以有效用于聚焦换能器声场测量。
电磁学计量
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  闭环光纤电流传感器高阶动态模型及仿真

  李奇,李传生,赵叶铭,邵海明,蔡晋辉

  计量学报. 2021, 42(6): 785-792. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.15

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  为研究光纤电流传感器脉冲电流测量能力,建立了传感器离散域高阶动态模型,并基于Simulink对传感器阶跃响应及频率响应特性进行仿真分析。结果表明:增大前向增益可提高传感器的响应速度和带宽,但过大的前向增益将会使系统超调振荡;滑动平均滤波器对超调振荡有明显的抑制作用,但同时也会降低系统的响应速度和测量带宽。搭建了频率响应测试平台,在不同的前向增益及滤波器阶数条件下,测试了传感器频率响应特性;基于传感器的相位调制原理引入非互易阶跃相位差,实现了传感器阶跃响应的等效测试。频响特性及阶跃响应特性测试结果与仿真结果具有较好的一致性,证明了模型的准确性。
无线电、时间频率计量
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  外推法天线增益测量的核心算法及实验研究

  陈军,宋振飞,万发雨

  计量学报. 2021, 42(6): 793-798. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.16

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  基于外推法测量原理研究了外推法天线增益测量核心算法,重点在于天线互耦的滤波抑制、功率级数展开式的拟合和任意距离下的天线增益求解。此外,还基于以上核心算法设计了一款外推法天线增益测量界面,为外推法天线增益的精密测量提供便利。最后,开展了W波段标准天线的增益校准实验,增益测量结果与NPL的测量偏差小于0.04 dB,实现了较好的等效一致性。
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  基于相对波动的自适应信号融合算法

  潘作舟, 孟宗, 张光雅, 石颖, 樊凤杰

  计量学报. 2021, 42(6): 799-805. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.17

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  针对传统随机加权算法在目标信号为变量时,总均方误差远大于信号为常量时的情况,提出了一种改进的自适应随机加权算法。该算法利用所采信号的相对波动值自适应地调整当前采集信号与历史采集信号间的比例关系,得到更加接近真值的估计值。由于相对波动值可以根据信号变化情况自主调整,因此可以和传统的随机加权算法进行良好的结合。数值模拟证明了所提融合方法的有效性。
电离辐射、标准物质与生物计量
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  硅光电二极管探测器在低能X射线辐射场上的标定

  黄林茹,姚馨博,王继,陈灿,孙坚,郭思明,郭晓炜,张小改,徐红伟

  计量学报. 2021, 42(6): 806-810. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.18

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  在同步辐射X射线能量标定前,需要对作为传递探测器的硅光电二极管进行标定。利用低能X射线10~50kV空气比释动能基准装置,研究硅光电二极管的辐射响应并用它测量辐射场的均匀野大小。将硅光电二级管AXUV-100G置于低能X射线基准辐射场中,测得AXUV-100G作为传递探测器在10～40keV能量范围的能量响应较高,在各个辐射质条件下复现空气比释动能的不确定度均为0.57%。AXUV-100G在距离光机焦斑1m处测量得到均匀性优于99%的辐射野直径约为61mm,优于95%时约为96mm,满足次级传递标准量值复现与传递的要求。
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  热释光剂量计测量X射线半值层法初步探讨

  郝艳梅,吕雅竹,李德红,刘欢,李涛

  计量学报. 2021, 42(6): 811-814. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.19

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  随着国内X光机数量的迅速增多,简易有效的X光机半值层(HVL)质量检测方法也越来越重要。使用Penelope软件模拟N80(65keV)、N100(83 keV)、N150(118keV)、N200(164keV)重过滤窄谱辐照场中氟化锂热释光(LiF(Mg,Cu,P))剂量计在不同铜过滤片厚度下的能量沉积,分析计算得到X光机HVL; 通过实验测量LiF在N100(83keV)3m处窄谱标准辐照场的X光机HVL,对模拟程序进行了验证。对模拟结果与标准实验室电离室测量结果进行比较表明:对于低能N80(65keV)、N100(83keV)辐照场,LiF剂量计测量X射线半值层的方法具有可行性;N150(118keV)、N200(164keV)辐照场中模拟结果与实验室给出电离法测量得到的半值层值相对误差较大,不建议直接使用LiF测量半值层。
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  一种燃料热沉标准物质候选物的纯度定值及不确定度分析

  王志轩,徐强,杜咏梅,李春迎,孙道安,李娇毅,张皋,吕剑

  计量学报. 2021, 42(6): 815-821. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.20

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  一种多环烃化合物作为超声速飞行器用燃料热沉标准物质候选物,对于燃料的热沉准确计量具有十分重要的意义。通过采用质量平衡和核磁定量两种不同测量原理的方法,对这种热沉标准物质候选物的纯度进行了定值,并进行了不确定度分析和评定。在此过程中,采用气相色谱法(GC-FID)对候选物的分装样品进行了均匀性检验和稳定性考察。研究结果表明,标准物质候选物纯度均匀性良好,且在１年常规储存条件下(20 ℃,101.325kPa)具有良好的稳定性。标准物质候选物定值结果的标准值为99.42%, 扩展不确定度为0.84%(k=2)。
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  ICP-AES法测定原油中镍含量及不确定度评定

  王鹏,赵荣林,凌凤香,王少军

  计量学报. 2021, 42(6): 822-827. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.21

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  采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)定量分析原油中金属镍元素的含量,建立了测定镍含量不确定度的分析方法。从4个方面评定了不确定度分量的贡献,分别计算其相对标准不确定度,最终得到合成标准不确定度和扩展不确定度。通过分析计算表明,当原油中镍元素含量为19.64mg/kg时,其扩展不确定度为0.20mg/kg(k=2)。其中标准曲线拟合及标准物质自身引入的不确定度为主要影响因素,其次是溶液配制,而试样称量和测量重复性的贡献较小。
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  基于福尔马肼溶液的CRP快速分析仪检测方法

  张宜文,赵旭,王骏,隗永豪,马康,吴红,赵海波

  计量学报. 2021, 42(6): 828-832. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.06.22

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  C-反应蛋白(C-reactive protein,CRP)快速分析仪是基层医疗机构常用的快速检验仪器之一,目前尚未有相应的规程和规范对此类型仪器的量值溯源和可靠性做为依据。通过分析福尔马肼溶液和C-反应蛋白溶液分子尺寸和分子量分布,依据散射原理并参照JJG 880—2006浊度计的方法项目对该仪器进行测试,并对方法的合理性进行评估。实验选用常见的Orion厂商的Quikread101(速率散射法)CRP快速分析仪,表明在浊度范围为(675～1000)NTU的福尔马肼溶液系列溶液测试时,测定线性及重复性良好。通过对系列福尔马肼溶液与C反应蛋白系列溶液进行对比,找到对应的福尔马肼溶液的浊度值,为该类仪器量值溯源提供了一种参考方法。