2021年, 第42卷, 第8期　
刊出日期：2021-08-28

  

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几何量计量
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  高线性度的二维无耦合纳米压电位移系统设计

  罗四维,乐燕芬,彭洋,吴俊杰,雷李华,张波,金涛

  计量学报. 2021, 42(8): 977-985. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.01

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  设计了一套具有高线性度的二维无耦合纳米压电位移系统。提出了一种多个压电陶瓷同步线性操作的电荷控制方案,设计采用基于非线性反馈控制和相似控制相结合的具有接地配置功能的压电控制器。控制器中引入了T型电阻网络,使电容较小的压电致动器能够进行低频线性操作。并对压电陶瓷驱动的位移平台进行了机械结构设计,平台采用嵌套式串联结构来避免耦合位移。通过解析法和ANSYS Workbench有限元仿真两方面对位移平台进行了刚度及位移分析。搭建了一套干涉位移测量系统,对压电位移台的位移、耦合误差及线性度进行了验证测试。实验结果表明:系统满行程内二维位移台的耦合误差最大仅为0.098%,可以将迟滞不对称引起的剩余轨迹偏差减小到0.79%,两个压电陶瓷间的最大轨迹偏差仅为行程范围的0.23%,理论分析和实验验证了所设计多压电电荷控制器的可行性,且系统可有效抑制耦合位移并使定位精度得到明显提高。
光学计量
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  HSV空间下改进的直觉模糊C均值聚类猪肉图像检测

  王迪,董素芬,程芳,赵艳,李今

  计量学报. 2021, 42(8): 986-992. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.02

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  利用计算机视觉技术对畜肉分级的方法种类繁多,但由于光照因素使前期图像预处理分割目标和背景的工作难度增大。针对传统的最大类间方差法分割图像效果不佳、噪声适应能力不强的问题,以及核磁共振、高光谱成像等无损检测方法大多存在检测仪器体积大、不便于携带、成本高等问题,提出利用色调、饱和度、明度(Hue,Saturation,Value,HSV)色彩空间结合聚类方法对图像像素点进行聚类分割。在对取自自然光照环境中的猪肉图像进行分割时,所提方法相对于传统聚类分割方法分割正确率平均提高1.46%;在对人工加入了0.1椒盐噪声和0.2椒盐噪声的图像进行分割时,该方法相对于传统方法表现出了更好的抗噪声能力,传统分割方法平均错误率分别升高了16.15%和38.28%,该方法平均错误率仅升高了1.57%和1.49%。该方法具有良好的分割准确率和噪声鲁棒性,提高了目标区域的检测精度,减少了图像预处理阶段的信息丢失,提高了畜肉分级方法的质量。
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  基于误差反馈的LED阵列近场光强检测

  侯启真,马秉正

  计量学报. 2021, 42(8): 993-999. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.03

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  发光二极管(LED)在机场、铁路等领域作为信号光源,通常采用多个LED组成阵列的方式。传统方法为拆卸后送入实验室中进行检测,此时无法获得光源在工作现场的状态且使得整个检测周期较长,针对上述问题提出一种基于照度误差的方法。在现场的近场区域内移动照度探头采集照度数据;再对各LED预设光强分布,计算此光强分布下在各测量点形成的照度与利用照度探头实际测量得到的照度的误差并根据此误差来更新设置的光强值,多次迭代至误差足够小;最后将此时计算得到的每个LED的近似光强分布进行叠加用于计算整个LED阵列的光强分布。通过该方法可以在现场快速准确检测灯具光强分布的同时,保障整个检测系统的设计能够便携。通过实验验证,所提方法在不同情况下能够完成光强检测,匹配度达到93%以上。
热学计量
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  0.9μm光电高温计应用单固定点延伸和多固定点内插的分度方法比较

  刘晓英,刘巨芬,王景辉,卢小丰

  计量学报. 2021, 42(8): 1000-1005. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.04

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  单固定点延伸和多固定点内插是光电高温计的两种常用分度方法。针对新研制的0.9μm光电高温计进行了这两种分度方法的比较研究。在500~1800℃测温范围内,利用高温黑体炉作比较源,在整百度点与标准光电高温计进行量值验证,结果表明这两种分度方法的温度示值一致性优于0.2℃,与标准值的误差最大不超过0.6℃。两种分度方法的不确定度分别评估为0.2~1.3℃和0.2~0.8℃,k=2。相对于必须测量高温计光谱响应度及其响应度非线性的单固定点延伸方法,多固定点内插法简单并易操作,且不确定度可保持较优水平。该方法无论作为光电高温计的出厂分度还是周期示值校准,均可为大多数温度校准实验室提供参考。
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  热电材料塞贝克系数的不确定度评定

  李硕,郭涛,姚雅萱,任玲玲

  计量学报. 2021, 42(8): 1006-1011. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.05

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  热电材料是一类可以将热能和电能直接相互转化的新型功能材料。塞贝克系数作为评价热电材料性能的重要参数,其准确测量尤为关键。基于准确测量方法,建立了塞贝克系数的溯源路径,研究了塞贝克系数测量仪器的溯源性,验证了测量方法的准确性,以P型碲化铋Bi2Te3块体热电材料作为测量对象进行了测量不确定度评定,其相对扩展不确定度为0.46%～2.52%(k=2)。
流量计量
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  pVTt法气体流量标准装置开关阀时间系统差补偿方法

  李宁,向德华,周艳,朱宁,陈炜骄,徐旷宇

  计量学报. 2021, 42(8): 1012-1017. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.06

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  针对pVTt法气体流量标准装置中开关阀影响喷嘴流出系数的测量结果的问题,分析了pVTt法气体流量标准装置中高真空蝶阀和高真空球阀的流通面积与开度的关系,分别推导了2种阀门的质量流量随时间变化的计算公式, 并计算了2种阀门最佳的计时位置。 设计了一套实验装置对2种阀门最佳的计时位置进行了验证, 结果表明:所用蝶阀和球阀的最佳计时点分别位于阀门打开4.5°和2.5°的位置。
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  面向阀门内漏声发射检测的支持向量机分类建模

  吴文凯,徐科军,叶国阳

  计量学报. 2021, 42(8): 1018-1025. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.07

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  针对阀门泄漏声发射检测的研究中存在回归建模不准确的问题,综合考虑实际应用需要,开展了阀门液体泄漏的分类建模研究。分析了阀门泄漏声发射的机理和基本特征,建立了阀门泄漏声发射信号特征量与泄漏等级的支持向量机分类模型。在工业生产现场进行阀门泄漏声发射信号采集实验,对采集到的信号进行预处理和特征提取。采用网格搜索法寻找最优训练参数,建立最优的支持向量机分类模型,模型预测结果表明:阀门泄漏预测模型识别准确率在93%以上。
力学计量
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  重载并联六维力传感器及静态标定

  蔡大军,姚建涛,李颖康,易旺民,许允斗,赵永生

  计量学报. 2021, 42(8): 1026-1033. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.08

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  针对传感器重载小尺寸需求,提出一种具有混合分支的重载并联六维力传感器,分析了其结构特点和测量原理。搭建了重载并联六维力传感器标定系统,为改善维间耦合及制造误差等对测量精度产生的影响,从标定算法及模型优化方面对其进行了研究。分别利用最小二乘法和BP神经网络算法对加载实验数据进行了处理,分析结果表明BP神经网络算法要明显优于最小二乘法,并通过数据随机分组测试验证了结果的正确性。基于BP神经网络,提出了一种基于人工鱼群算法的BP神经网络算法,并采用优化后的BP神经网络标定算法对实验数据进行了计算分析,结果表明优化后的BP神经网络计算结果较好且稳定,不易陷入局部极值。
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  基于卷积门控循环神经网络的刀具磨损状态监测

  吴凤和,钟浩,章钦,郭保苏,孙迎兵

  计量学报. 2021, 42(8): 1034-1040. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.09

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  针对刀具磨损状态在线监测需求,提出一种基于卷积门控循环神经网络的刀具磨损状态在线监测方法。综合卷积神经网络和门控循环神经网络的优点,构建了卷积门控循环神经网络;以切削力为输入信号,通过小波变换滤除噪声;利用卷积神经网络提取表征刀具磨损状态关键信息的高维特征;通过门控循环神经单元使模型在时间尺度上的累积效应得到充分表达,体现磨损的时序特性。实验表明,在有限的刀具磨损数据样本条件下,通过卷积门控循环神经网络进行刀具磨损状态监测具有较好的效果,其准确率达到97%。
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  含多重累加函数的典型爆轰驱动模型不确定度分析方法

  沈飞,王辉,张皋

  计量学报. 2021, 42(8): 1041-1046. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.10

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  为了建立适用于含多重累加函数的爆轰驱动模型不确定度分析方法,选择了较为典型的圆筒试验模型进行了分析。针对原始数据获取、位移曲线拟合、膨胀速度及比动能计算等过程,讨论了影响各物理量测量不确定度的主要因素,并对多重累加函数拟合参数的不确定度评定模型进行了修正。同时,基于TNT和JO-159两种典型炸药的25mm圆筒试验结果,获得了比动能测量不确定度的变化规律,并详细分析了几类因素的影响程度。结果表明:圆筒比动能测量不确定度的最大影响因素是图像放大比的相对不确定度;随着圆筒比动能的增大,其标准不确定度近似呈线性增长,而相对不确定度在膨胀中后期则逐渐减小;对于大多数高能炸药的25mm圆筒试验,其圆筒比动能的相对扩展不确定度(k=2)不超过2%,且随着炸药作功能力的增强而下降。
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  不同分辨率下增量式光栅编码器测量误差研究

  肖猛,赵浩,冯浩,李洪武

  计量学报. 2021, 42(8): 1047-1052. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.11

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  为了研究增量式光栅编码器在不同分辨率下的测量误差,构建了一套基于旋转角加速度测量的编码器误差检测系统。首先介绍了永磁式角加速度传感器的工作原理,以及增量式光栅编码器的角加速度测量原理;然后采用角加速度传感器和增量式光栅编码器,对同一正弦振动源实际轴上的旋转角加速度进行检测,根据实验结果剖析了光栅编码器在不同分辨率下的误差产生原因;最后讨论了在进行角参数测量时,选择增量式光栅编码器分辨率的参考依据。
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  0.005级压力式水深测量仪器检定装置的测量不确定度评定

  王朋朋,程杰,张艳昆,赵士伟,孟庆军

  计量学报. 2021, 42(8): 1053-1060. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.12

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  通过GUM法和自适应蒙特卡洛法分别对0.005级压力式水深测量仪器检定装置进行测量不确定度评定,并对GUM法进行了验证。结果表明,压力测量模型比较复杂,2种方法均适合用来评定其测量不确定度,并且在标准不确定度有效位数取1位时,GUM法在各个检测点均通过了验证。同时,合理的数值容差取值非常重要,实际测试中,测量结果位数的选取应考虑仪器的测量精度和使用要求,还要考虑标准仪器的标准不确定度的有效位数。
无线电、时间频率计量
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  TEM室法环天线校准系统建立及测量结果不确定度评定

  刘潇,吴艳丽,秦瑶,孟东林,黄攀

  计量学报. 2021, 42(8): 1061-1067. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.13

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  横电磁波室法是9kHz~30MHz频段环天线校准中广泛采用的一种方法。环天线分为有源环天线和无源环天线两类,这两种天线的磁场天线系数在量值范围上差别大,对系统动态范围要求不同。根据这一特点,对两类环天线分别建立横电磁波室作为标准场的环天线校准系统,基于网络分析仪开展扫频测量。针对电磁兼容领域中常用的直径60cm以下有源和无源环天线分别开展校准方法研究,给出磁场天线系数测量结果和测量结果的不确定度评定。该环天线校准系统可以扫频完成常用环天线在9kHz~30MHz频段内的校准,解决大动态范围问题,环天线校准效率也得到提高。
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  基于拐点和区域划分的高维多目标进化算法

  杨景明,郝佳佳,孙浩,魏之慧,李霞霞

  计量学报. 2021, 42(8): 1068-1075. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.14

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  针对高维多目标优化问题中收敛性和分布性难以同时保持的问题,提出一种基于拐点和区域划分的高维多目标进化算法KnSP。算法选取拐点作为第1次区域划分的中心点,自适应生成邻域;然后采用角度分层法进行二次区域划分,将点到超平面的距离作为个体选择的准则;最后通过候选解与其余个体的角度来增加或删除个体以保证种群规模。实验结果表明,算法在多个测试函数中性能表现较其它比较算法更优。
电离辐射、标准物质与生物计量
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  紫外吸收光谱法在线测量SO₃的实验研究

  郑海明,朱小朋,王金袖,贾桂红

  计量学报. 2021, 42(8): 1076-1080. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.15

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  基于紫外吸收光谱法对SO₃的在线测量进行了实验研究,搭建了SO3气体发生系统。为提高检测精度,探究了去除测量过程中的各种干扰因素。SO₃与SO₂的特征吸收波段重叠严重,通过合理选择特征吸收波段和光谱反演策略最大程度地去除SO₂对SO₃测量的影响。研究中采用标准曲线法结合单波长法、双波长法和积分光谱法建立了标准曲线。结果表明:积分光谱法的测量误差最小,可优先应用于SO3排放的在线光谱计量分析。
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  基于离散频谱校正的差分吸收光谱数据处理方法研究

  贾桂红,张建军,郑海明

  计量学报. 2021, 42(8): 1081-1086. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.16

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  差分吸收光谱法(DOAS)常利用傅里叶变换滤波法来滤除光谱数据中的噪声, 但因其频率分辨率的限制,致其幅值误差较大,从而影响气体的测量精度。提出了一种离散频谱校正的差分吸收光谱数据处理方法,利用离散频谱主瓣内的谱线重心求出峰值的坐标,对幅值误差进行补偿,提高气体的测量精度。对不同浓度的SO2气体进行了浓度反演实验,结果表明:频谱校正法的反演误差小于5%,相对于传统的最小二乘法和傅里叶变换滤波法误差分别减少0.36%和0.88%;在谱线漂移两个采样间隔为0.28nm时,传统最小二乘法的平均误差为31.8%,频谱校正法的最大误差则为3.8%,效果明显优于前者。
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  低成本光散射颗粒物传感器性能影响因素综述

  吴丹,张国城,赵晓宁

  计量学报. 2021, 42(8): 1087-1093. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.17

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  低成本光散射颗粒物传感器由于体积小、电力驱动要求低、能实时监测的性能,极大地降低了环境空气网格化监测的成本,具有巨大的应用前景。但该类颗粒物传感器在实际使用中,输出结果受到多方因素的影响。研究人员已对不同环境条件下、长期使用过程中以及在时空分布状态下监测数据的可靠性等方面进行了探索和研究。由于目前国内没有相关标准,因而检测参数、检测方法都缺乏统一性和可比性。针对低成本光散射颗粒物传感器性能特征影响因素研究进行综述,为该类传感器性能的提升以及计量评价体系的建立提供合理化建议。
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  化妆品中新补骨脂异黄酮、补骨脂二氢黄酮、补骨脂素和异补骨脂素含量的测量不确定度评定

  范菲,黄炯力,安庆,崔颖,朱清

  计量学报. 2021, 42(8): 1094-1100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.18

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  用高效液相色谱法测定化妆品中新补骨脂异黄酮、补骨脂二氢黄酮、补骨脂素和异补骨脂素含量,建立数学模型,分析检测过程中不确定度的来源,给出量化结果,得到标准不确定度和扩展不确定度。结果表明,当取95%置信概率,包含因子k为2,被测样品中新补骨脂异黄酮、补骨脂二氢黄酮、补骨脂素和异补骨脂素的含量分别为42.61μg/g、44.04μg/g 、42.94μg/g和41.90μg/g时,相应的扩展不确定度为1.65μg/g、1.82μg/g、1.66μg/g和1.61μg/g。分析了测量不确定度的主要来源,并提出了改进建议。
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  UPLC-MS/MS法测定化妆品中丙烯酰胺的不确定度评定

  曹海荣,薛晓康,李晓宇

  计量学报. 2021, 42(8): 1101-1109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.19

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  采用超高效液相色谱-串联质谱法(UPLC-MS/MS)测定了化妆品中丙烯酰胺含量,并对其进行了不确定度评定。根据 JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》 建立测定化妆品中丙烯酰胺含量的计量学数学模型,分析和量化各不确定度分量。采用该方法检测的化妆品中丙烯酰胺的合成不确定度为0.033mg/kg,扩展不确定度为0.066mg/kg。实验测定的化妆品中丙烯酰胺含量结果为(0.502±0.066)mg/kg(k=2,置信概率P=95%)。评定结果表明,实验的不确定度主要由标准溶液配制和标准曲线拟合引入。
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  一种臭氧老化试验箱内臭氧气体浓度校准方法的研究

  张爱亮,刘悦,陈启悦

  计量学报. 2021, 42(8): 1110-1114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.20

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  提出了一种臭氧老化试验箱臭氧气体浓度的校准方法,并对臭氧浓度示值误差进行了不确定度评定。通过实验验证了被校臭氧老化箱内臭氧浓度示值误差小于±10%,臭氧浓度位置偏差小于20%,臭氧浓度波动度小于±10%。有效解决了臭氧老化试验箱内臭氧浓度的量值溯源问题,提高了该设备试验的准确性。
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  红外光谱法测定柴油中脂肪酸甲酯的检出限及不确定度评定

  郭士刚,凌凤香,高旭锋

  计量学报. 2021, 42(8): 1115-1120. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.08.21

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  柴油中脂肪酸甲酯含量的测定广泛采用红外光谱法,针对此方法的检测能力和准确性进行了研究。试验测定红外光谱法检测柴油中脂肪酸甲酯的检出限和定量限分别为0.0066g/L和0.0220g/L,加标回收率为99.2%~101.3%,结果表明试验方法具备良好的准确性,能够准确灵敏地检测柴油中脂肪酸甲酯。测定的合成相对标准不确定度为0.0123(置信概率取95%,包含因子k=2),脂肪酸甲酯含量为(3.960±0.097)g/L。分析结果表明标准溶液配制和待测样品配制为引入不确定度的主要因素。