2022年, 第43卷, 第11期　
刊出日期：2022-11-28

  

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几何量计量
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  基于模糊神经网络与主成分分析的磨削表面粗糙度在线预测

  迟玉伦,吴耀宇,江欢,杨磊

  计量学报. 2022, 43(11): 1389-1397. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.01

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  基于声发射和振动信号提出了一种模糊神经网络和主成分分析的表面粗糙度预测方法,以提高磨削过程中工件表面粗糙度识别的准确性。首先,采集磨削程中声发射与振动信号,提取相关时域特征、频域特征和小波包特征参数,利用主成分分析对特征量进行降维优化;然后,构建表面粗糙度模糊神经网络预测模型,将信号特征量与表面粗糙度作为模糊神经网络的输入和输出;最后,对模型进行训练,并对表面粗糙度预测精度进行验证。实验结果表明:通过主成分分析(PCA)方法对声发射和振动信号特征量进行降维得到5个主成分,以此建立的模糊神经网络表面粗糙度预测模型的效果精度可达到91%以上,与局部线性嵌入和多维标度法降维方法相比,PCA方法降维后的特征所含信息更优,预测准确度更高。
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  适用于针尖增强拉曼的银针尖物理制备方法研究

  祝敏豪,高思田,黄鹭,胡佳成,孙晓爽,刘林伟

  计量学报. 2022, 43(11): 1398-1403. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.02

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  提出两种可适用于针尖增强拉曼光谱(TERS)系统的拉曼针尖及其物理制备方法,制备针尖分别为银与镀银针尖。基于时域有限差分法(FDTD)仿真,对4种不同中间层材料、无中间层材料的不同膜厚镀银针尖及不同针尖曲率的银针尖进行仿真研究,并对入射光与针尖夹角,针尖与样品间距对电磁场增强的影响进行了探究。结果显示:以钛、铜为中间层膜厚为45nm的镀银针尖以及针尖曲率为55nm的银针尖具有最佳的电磁场增强效果。入射光与针尖夹角为39.27°,针尖与样品间距小于1nm时具有最佳的电磁场增强效果。基于仿真,采用磁控溅射成功制备以钛为中间层的镀银针尖,聚焦离子束(FIB)切割成功制备出银针尖。
光学计量
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  基于改进YOLOv4算法的轮毂表面缺陷检测

  吴凤和,崔健新,张宁,张志良,张会龙,郭保苏

  计量学报. 2022, 43(11): 1404-1411. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.03

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  汽车轮毂加工过程中产生的表面缺陷严重影响整车的美观性及服役性能,针对人工检测效率低、漏检率高的问题,提出一种基于改进YOLOv4算法的轮毂表面缺陷检测方法。构建了轮毂缺陷数据集,其包含6种表面缺陷,由2346张4928×3264pixel的图像组成;采用K-means方法进行先验框聚类,并针对YOLOv4算法在纤维、粘铝等小尺度缺陷上检测精度不足问题,在原网络Neck部分引入细化U型网络模块(TUM)和注意力机制,用于增强有效特征并抑制无效特征,强化多尺度特征提取与融合,改善特征处理过程中可能存在的小目标信息丢失问题;基于该数据集,训练并测试不同算法的缺陷检测性能并验证改进模块的有效性。结果表明,该方法大幅提升了粘铝等小尺寸缺陷的检测能力,缺陷检测平均精度达到85.8%,与多种算法相比较检测精度最高。
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  基于ResNet50与迁移学习的轮毂识别

  张典范,杨镇豪,程淑红

  计量学报. 2022, 43(11): 1412-1417. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.04

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  针对人工进行轮毂分拣存在的误识别问题,采用一种基于ResNet50与迁移学习的神经网络模型来识别汽车轮毂。把预训练模型参数迁移到ResNet50卷积神经网络中,修改原网络的输出层,构建基于ResNet50的迁移学习模型,通过进一步训练轮毂数据集来微调模型参数,提取轮毂的细粒度特征。通过对比AlexNet、VGG11、VGG16与ResNet50模型在未使用微调、使用微调和冻结不同数量卷积层参数时的训练效率、准确率,证明ResNet50迁移学模型在冻结前7个Bottleneck残差块参数时不仅能缩短训练时间,并能在相同迭代周期下取得更高的准确率。在该冻结策略下训练生成TL-ResNet50迁移学习模型,分别对8种轮毂进行预测,得出每种轮毂的平均准确率达到99%以上。
热学计量
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  高精度钾热管铝凝固点炉研制及性能测试

  刘颖,闫小克,张静,王宁,张雯

  计量学报. 2022, 43(11): 1418-1423. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.05

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  热管作为等温炉衬可提高固定点炉温场均匀性。为提高铝凝固点复现水平,研制了1套高精度钾热管铝凝固点炉。介绍了钾热管和固定点炉的研制流程,并测试了钾热管固定点炉性能。测试结果表明:采用分段升温的方式,炉子升温曲线平缓,整个升温过程中没有明显过冲现象,可有效保护铝凝固点容器的使用寿命;钾热管铝凝固点炉垂直温场均匀性为6.6mK;利用该钾热管铝凝定点炉可以实现铝凝固点温坪的复现,温坪重复性为0.02mK。
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  一种新型高温热电偶性能测试系统的研制

  陈清清,潘江,袁定琨

  计量学报. 2022, 43(11): 1424-1430. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.06

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  热电偶在高温使用时容易受到材料相容性、氧化等多种因素的影响,产生显著的不均匀性,需要对其进行性能测试,以进一步判断其测温准确度。研制了一种新结构的高温管式炉,控温热电偶布置方式有利于提高恒温段温度均匀性;在此基础上,搭建了一套高温热电偶测试系统,并对系统性能进行了理论模拟和实验研究。测试结果显示,在400~1000℃范围内,测试系统的温度稳定性优于±0.25℃;长度为150mm的恒温段的温度均匀性优于±0.35℃,表明测试系统的性能够满足热电偶性能测试的需求。
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  防护热板法导热仪的温度控制

  王明凯,王金库,王景辉,张金涛

  计量学报. 2022, 43(11): 1431-1437. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.07

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  导热仪的温度测量和控制水平不高是导致测量结果产生偏差的重要原因。防护热板导热仪具有较大的热惯性,需要被控制温度的单元多,彼此有热传递作用,形成非线性的相互干扰,如果控制参数的整定不合适,系统各个单元的温度就会随时间波动。在国产精密工业温度计、测温仪、直流电源,LabVIEW虚拟PID控制器构成的导热仪温控系统上,分段优化整定导热仪系统PID控制参数,并研究了导热仪各部件温度控制顺序对整体控温效果的影响。实验结果表明在常温至400℃的范围,导热仪各个单元的温度被长时间稳定控制在±0.01℃以内,此参数整定方法可满足高精度防护热板导热仪的技术要求。
流量计量
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  35MPa/70MPa加氢机用科氏质量流量计阻力特性数值模拟与实验研究

  赵月晶,何广利,许壮

  计量学报. 2022, 43(11): 1445-1449. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.09

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  针对科氏质量流量计对介质的阻力在35MPa/70MPa加氢机加注主管路流动总阻力中占比最大的问题,进行了科氏质量流量计在加氢机运营工况下的数值模拟与实验研究。建立了包括入口段、测量管和出口段3个流动区域的科氏质量流量计的数学模型,在加氢机质量流量1~9kg/min时进行了数值模拟分析研究,得到了科氏质量流量计的压力分布和流速分布,根据压力和流速计算得到了科氏质量流量计阻力系数。计算结果与实验结果的对比表明两者能够较好吻合,阻力系数相对误差小于5%。
力学计量
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  基于机器视觉的指针式压力表智能检定系统研究

  伍开宇,朱海清,沈晓东,沈伟,方明

  计量学报. 2022, 43(11): 1450-1455. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.10

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  针对传统的指针式压力表检定装置工作效率低、数据无法保存追溯等问题, 设计了一种基于机器视觉技术的指针式压力表智能化检定系统。首先介绍了系统的硬件架构与软件设计, 然后对其图像解析的技术原理与解决方案进行了阐述,同时提出了系统的智能控制流程与检定数据的追溯复核方法, 实现了2~10块相同检定点的压力表同时进行计量检定的技术方案。实测结果表明, 系统图像解析平均速度为467ms/帧, 检定效率较人工检定可提升2倍以上; 对于量程2.5MPa的0.4级精密压力表和1.6级一般压力表, 系统读数相对误差分别为0.08%、0.2%。
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  基于增量学习的数控机床故障诊断系统

  张煜莹,陆艺,赵静

  计量学报. 2022, 43(11): 1456-1463. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.11

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  针对数控机床中主轴轴承和刀具同时出现故障或机床主轴转速改变时的故障诊断问题,提出了基于增量学习的深度卷积诊断模型。首先,将常用转速下的主轴轴承和刀具振动数据集,输入结合了批量归一化算法的一维卷积神经网络,实现单一转速下故障诊断;然后,人工判断跨转速诊断时的未知故障类型,对其打标签后重新输入网络,通过增量学习实现知识迁移并使模型学习新数据特征;最后模型在跨转速故障诊断领域的准确率为76.49%~86.09%,且与Fine Tuning和Joint Training两种经典跨领域算法相比,基于增量学习的深度卷积诊断模型提高了准确率,缩短了训练用时。
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  基于融合RBF-PSO-AE算法的混凝土力学性能预测

  黄晨亮,郭力群,吕阳阳,刘畅

  计量学报. 2022, 43(11): 1464-1469. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.12

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  针对混凝土材料力学性能精准预测的问题, 提出了一种粒子群算法(PSO)优化的径向基函数(RBF)与自编码器(AE)融合预测模型(RBF-PSO-AE), 对混凝土断裂能、失稳韧度和起裂韧度等参数进行预测分析。首先运用RBF结合AE使用交叉熵损失函数对数据特征降维加速收敛, 其次利用PSO快速优化模型的网络最佳权值, 最后将该模型与多种单一预测模型进行实验比较。实验结果表明该算法模型预测精确度和泛化能力提升明显, 实现大于99.99%的预测精度, 均方根误差0.006%, 能有效减少混凝土力学性能预测的误差, 具有良好的鲁棒性。
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  非均质床垫硬度测试的方法及改进

  刘美,申黎明,卢涛,房娇娇

  计量学报. 2022, 43(11): 1470-1479. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.13

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  针对使用较广泛的EN 1957:2012 与QBT 1952.2-2011(LGA法)床垫硬度测试方法,提出了3种优化方法。首先,设置2个实验对比组:1组为8款弹簧床垫,另1组为8款海绵床垫,利用特制测试仪测得各床垫的加载挠度曲线,并假设这2组实验床垫因材料的不同其硬度有明显差异;其次,分别使用LGA测试方法及3种优化方法对2组实验床垫进行测算;最后,利用组间和组内t检验得出较好的测算方法。结果显示:LGA测试方法及优化方法2对床垫硬度的测试基于人为规定,测试结果不具有唯一性;优化方法2、3显示2组间的硬度有明显差异,与假设相符;优化方法3对床垫硬度值的测算具有唯一性,且不受测试设备的影响,是较为理想的优化方法。
声学计量
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  基于激光全息法的聚焦换能器近场声特性分析

  朱时雨,王月兵,赵鹏,李世平,高楚,张凯

  计量学报. 2022, 43(11): 1480-1485. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.14

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  研究了基于激光全息法的低频聚焦换能器近场测量方法,分析了利用激光全息法测量近声场特性时的基本原理,构建了一套实验测量系统。为验证该方法的可行性与准确性,利用激光测振仪对1个由25个压电小柱按5×5排布构成,频率为80kHz且表面带有自聚焦声透镜的聚焦换能器的声场进行实验测试和推算,获得了距离该换能器辐射凹面中心50mm处振动膜片上的声压幅度和相位分布,推算出此聚焦换能器声轴线上的声压分布与焦点处声压分布,同时使用COMSOL模型仿真与水听器测试,对比验证了激光全息近场测量后远场外推结果的高准确性。
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  基于小波降噪与ResNet分类网络的异常电子蜂鸣音识别系统设计

  温益凯,陈乐,富雅琼

  计量学报. 2022, 43(11): 1486-1491. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.15

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  设计一种蜂鸣音识别系统,以PC端声卡与收音麦克风采集蜂鸣音信号s1,利用小波包尺度系数比对法实现对采集的蜂鸣音信号降噪预处理得到信号s2,通过信号s2的小波变换得到信号时频特征图p,再利用ResNet18网络模型分析特征图p,得到蜂鸣音检测结果,识别准确率达97.5%。该系统采用PyQt5设计人机交互界面,主要包含信号特征显示、信号采集参数设置、识别对象选择、数据通讯、数据持久化等功能。实验证明了该系统操作简单、运行稳定、扩展性强等特点。
电磁学计量
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  基于放电过程信息的锂电池剩余寿命预测

  张翾,冯海林

  计量学报. 2022, 43(11): 1492-1500. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.16

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  容量或内阻是衡量锂离子电池健康状态的重要指标,但在锂电池实际运行中,其容量和内阻很难实时获取。为此,提出了基于放电过程信息获取新健康指标的方法,并对锂电池的剩余寿命进行预测。主要研究了锂电池放电过程中电压变化的规律,提出两种可在线测量的新健康指标,并通过Box-Cox变换修正了新健康指标的准确性。比较分析表明,所提取的健康指标与容量之间存在着强相关性,在某种程度上可以解决锂电池容量难以在线测量的问题。此外还基于新健康指标建立了锂电池退化过程模型,并利用相关向量机算法进行锂电池的剩余寿命预测。实验结果表明,在寿命预测性能上相关向量机算法优于其他算法,并且预测时间越晚,预测结果就越准确,所提取的健康指标也能够很好地描述锂电池的退化过程,并在剩余寿命预测结果上表现优越。
无线电、时间频率计量
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  电阻阵列加载单锥TEM室研究

  蒋廷勇,王晓嘉,周恒,张守龙

  计量学报. 2022, 43(11): 1501-1505. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.17

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  提出一种新型基于电阻阵列加载的低反射、宽频带单锥TEM室,其利用无感电阻阵列吸收了单锥末端低频反射,克服了传统单锥TEM室因有限长度导致的时间窗问题,使加载后单锥TEM室标准场产生装置工作频带下限拓展至DC附近。实验结果表明,加载后单锥TEM室在DC~1GHz频域范围内S11均小于-17dB,突破了原有1.5m单锥TEM室在时域校准应用中的时间窗限制。提出的加载技术不仅将现有标准装置应用范围拓展至脉宽20ns以上核电磁脉冲甚至更宽脉冲标准场领域,也可推广至频域用于常规天线带宽和增益等参数测试,从而拓宽了传统单锥TEM室在传感器校准领域的应用范围。
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  应用于相干布居囚禁原子钟的低相位噪声微波频率综合器

  姚明昊,段俊毅,王学影,韩琪娜,施杨,周琨荔,茹宁,刘小赤,屈继峰

  计量学报. 2022, 43(11): 1501-1505. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.18

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  相干布居囚禁(CPT)原子钟作为微波原子钟的一种类型,由于不需要微波谐振腔即可实现微波探询,可极大降低体积和功耗,从而实现芯片级、低功耗的原子钟。CPT原子钟性能指标的主要限制因素之一是微波综合器的相位噪声,为了提升CPT原子钟的性能,研制了一种应用于CPT原子钟的低相位噪声频率综合器。实验结果表明,频率综合器在200Hz处的绝对相位噪声为108dBc/Hz。微波综合器由于Dick效应对原子钟频率稳定度的限制为8.2×10^-14,可以完全满足CPT原子钟的性能指标要求。此频率综合器也可更广泛地用于其它高性能微波原子精密测量系统以及计量标准器。
电离辐射、标准物质与生物计量
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  ⁹⁰Sr/⁹⁰Y放射源及外推电离室蒙特卡罗模型建立与实验验证

  滕忠斌,宋明哲,王红玉,魏可新,刘蕴韬

  计量学报. 2022, 43(11): 1512-1517. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.19

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  针对β射线次级标准装置(BSS2)中的90Sr/90Y放射源以及PTW23392型外推电离室进行蒙特卡罗(MC)建模。使用BEAMnrc计算90Sr/90Y放射源在不同校准位置处产生的组织深度剂量曲线,并与实验结果进行比较。根据模拟结果与实验结果的差异,修正放射源MC模型。此外,对外推电离室的外推曲线、校准位置处的组织透射因子和组织吸收剂量率进行模拟计算。在距离放射源30cm和使用展平过滤的条件下,外推曲线的计算结果和实验结果基本吻合。组织透射因子和组织吸收剂量率的模拟结果与校准证书值相差分别在1.43%和2.11%之内。最终建立了较为准确的90Sr/90Y放射源和外推电离室的MC模型,研究结果可以为计算β参考辐射场中的注量谱、剂量转换系数和外推电离室相关的修正因子等提供参考。
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  6～70keV同步辐射X射线能量标定

  黄林茹,姚馨博,王继,陈灿,郭思明,郭晓炜,王凯,寿侠

  计量学报. 2022, 43(11): 1518-1523. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.20

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  为建立高注量率同步辐射X射线计量领域相关的国家标准,对同步辐射X射线能量标定方法进行研究。在北京同步辐射装置上选择6、10和20keV三个能量点进行实验,得到的传递探测器校准因子与辐射能量的关系曲线近似直线,变化趋势呈线性递减;在20keV能量点,不同直径光阑条件下进行的标定实验验证了传递探测器的校准因子与光源照射到基准电离室与传递探测器的光子通量有关。在上海光源上进行10～70keV能量标定实验,得到传递探测器的校准因子拟合曲线;10～20keV能量段的变化趋势与在北京同步辐射装置得到的校准因子变化趋势一致,30～70keV能量段的校准因子随着能量的增加而平稳缓慢增大。对各个能量点标定产生的A类不确定度进行评定,为后续建立国家计量标准同步辐射X射线空气比释动能量值传递体系提供了技术数据。
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  NA甲基化测量技术及准确性评估研究进展

  杨怡,杨佳怡,高运华,董莲华,杨靖亚

  计量学报. 2022, 43(11): 1524-1532. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.21

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  DNA甲基化是人们深入研究的最重要的表观遗传机制。基于测序的DNA甲基化分析为描绘比较完整的DNA CpG图谱奠定了基础。在过去的几十年里,大量DNA甲基化测量技术的涌现使基因组甲基化分析研究得到了极大的发展。但由于不同实验室设备及人员操作等方面存在很大差异,很难进行实验室间的测量结果的比较。同时由于缺乏评估基因组甲基化的标准分析流程和标准物质,尚不明确目前甲基化特异性是否如通常识别序列所暗示的那样精确。因此,对DNA甲基化测量技术的发展以及面临的问题展开了讨论,阐述了DNA甲基化测量准确性评估和标准物质的重要性。
流量计量
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  基于递归图的两相流流动特性分析与流型识别

  张立峰,王智

  计量学报. 2022, 43(11): 1438-1444. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.08

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  基于数字化电阻层析成像(ERT)系统采集的垂直管道气液两相流实验数据,通过计算不同时刻系统采集的数据均值,生成一维时间序列并进行相空间重构,绘制递归图。对绘制的递归图进行阈值分割,并分析了两相流流动特性。计算了不同流型对应无阈值递归图的图像信息熵范围:泡状流为0.570~0.660;泡状流到弹状流过渡流型为2.300~3.200;弹状流为3.650~4.100;段塞流为4.300~4.600;段塞流到混状流过渡流型为4.650~4.950。结果表明各流型递归图图像信息熵范围分隔明显,可有效识别这5种流型。