2023年, 第44卷, 第5期　
刊出日期：2023-05-28

  

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几何量计量
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  基于Cr原子光刻技术的nm光栅间距比对测量定值方法研究

  陈凯晴,管钰晴,邹文哲,邓晓,孔明,陈雅晴,熊英凡,傅云霞,雷李华

  计量学报. 2023, 44(5): 671-678. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.01

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  建立了一种基于Cr原子光刻技术的nm光栅间距比对测量定值方法。以国家自溯源光栅标准物质来建立标准样板校准溯源体系的可行性为基础,保障测量仪器(如原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)等)更高精度、可溯源性;设计并制备了节距长度有序递增的多周期电子束直写光栅样板,满足可适配于不同分辨率的nm测量仪器的需求,名义节距值分别为200、400、600、800、1000nm。经国家自溯源光栅标准物质比对后的AFM完成对nm栅格标准样板的测量与表征,实验表明:电子束直写制备的光栅标准样板均匀性水平1nm,相对不确定度低于2%,光栅均具有良好的均匀性、准确性以及稳定性,验证了研制的光栅标准样板能作为一种理想的实物标准运用于nm几何量量值溯源体系。
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  基于ABiGRU的铣刀磨损监测方法研究

  刘超,王宸,张秀峰,鲁旭祥

  计量学报. 2023, 44(5): 679-686. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.02

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  为了准确监测铣削加工过程中刀具磨损程度,提出了一种基于双向门控循环神经网络融合注意力机制(ABiGRU)的刀具磨损监测模型。在该监测模型中,通过对振动、力和声发射传感器采集到的时序数据进行时域、频域和时频域分析,使用spearman相关系数提取与后刀面平均磨损量强相关的20维特征。引入ELU激活函数来优化BiGRU网络,解决梯度消失问题;利用内部注意力机制提升模型对于重要特征信息的捕捉能力,快速实现从特征到刀具磨损值的映射。通过与RNN、LSTM、GRU、BiLSTM和BiGRU进行的对比分析,结果表明:该模型能够准确地表征刀具磨损程度,并使模型的精度和效率得到了较大的提高。
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  基于外包络点的最小外接圆误差快速评定方法

  干江红,汪洁,许美红

  计量学报. 2023, 44(5): 687-693. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.03

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  对大尺寸轴类零件的高精密圆度测量时会生成大样本测量点集,而基于大样本点集的快速最小外接圆(MCC)误差评估已成为急需解决的工程问题。圆度测量产生的点集一般为有序评估点集,其最小外接圆可由该点集的外包络点确定。为提高最小外接圆计算效率,先利用包络向量搜寻外包络点,再进一步将外包络点压缩至常数范围,进而基于压缩后的外包络点快速求取最小外接圆及误差。分别利用文献数据、仿真数据和实测数据验证基于外包络点的最小外接圆误差快速评定方法的通用性、高效性和实用性。基于外包络点的最小外接圆误差快速评定方法具有实现简单、评定速度快的特点,可用于改进现有圆度仪的最小外接圆计算方法。
光学计量
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  基于改进Census变换的鲁棒立体匹配算法

  乔景慧,韩玉明,张啸涵

  计量学报. 2023, 44(5): 694-700. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.04

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  针对局部立体匹配算法对噪声与光照变化敏感及在弱纹理区域匹配效果不佳的情况,提出一种基于改进Census变换与自适应参数引导滤波的立体匹配算法。该算法融合HSV通道值计算代价,对噪声与光照变化有较好的鲁棒性;在支持窗口内分别使用欧式距离加权与颜色加权获得Census变换参考值;集成AD与Census代价提高了单像素匹配代价的稳定性,降低了原Census变换对中心像素的依赖程度。在代价聚合过程中使用峰度系数对正则化参数进行自适应处理,通过视差计算获得视差图。在VS2017平台上对Middlebury数据库提供的图像对进行匹配实验,该算法在标准图像、加噪声图像及光照变化图像的各区域平均误匹配率分别是7.80%、10.72%和9.89%。结果表明:该算法可以降低误匹配率,同时能更好地适应噪声与光照变化。
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  手机曲面玻璃缺陷检测方法研究

  陈宁,郭钢祥,郭斌,张跃,王超,孔明,陈挺,王瑛辉,赵健铭,吴键

  计量学报. 2023, 44(5): 701-706. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.05

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  由于手机曲面玻璃在生产过程中会产生一些外观缺陷,针对曲面玻璃上缺陷成像难、提取难等问题,提出了一种手机曲面玻璃缺陷检测方法。首先,对曲面玻璃平面部分图像进行形状匹配,并对匹配后的图像进行差分和形态学处理,提取缺陷特征;其次,对曲面玻璃曲边部分图像,使用基于连通域分析和面积阈值分割的缺陷提取算法;再次,对曲面玻璃R角部分图像,采用图像频域增强和对数变换的缺陷提取算法;最后,提取各部分缺陷后,计算得到各类缺陷的特征,通过特征进行缺陷分类,并将得到的缺陷数据与影像测量仪得到的数据进行对比实验。结果表明,该算法能准确提取手机曲面玻璃表面常见的划痕、污点、擦伤和气泡缺陷,并且缺陷尺寸精度测量能达到20μm。
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  金刚石氮-空位色心连续式温度测量灵敏度分析

  邢力,冯晓娟,张金涛

  计量学报. 2023, 44(5): 707-713. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.06

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  金刚石氮-空位(nitrogen-vacancy,NV-)色心系综在温度测量原理上具有超高灵敏、微纳米级空间分辨率的特点,该方法利用色心最外层2个未成对电子自旋相互作用产生的零场分裂能实现温度测量,通常采用灵敏度分析方法来衡量其温度敏感信号的信噪比。为有效提高灵敏度,推导了无外加磁场时连续式温度测量灵敏度的理论模型,分析了影响信噪比的主要因素;优化了微波天线直径、激光和微波功率对光探测磁共振(optically detected magnetic resonance,ODMR)谱线线宽和荧光对比度的影响。在303～318K范围内标定了零场分裂能D与温度T的关系,得到系统所用高浓度色心样品的dD/dT为-73.42kHz/K,标定结果的相对标准偏差为5.3%。最终对不同温度的灵敏度进行测量,低频段平均灵敏度达到0.50K/Hz1/2(＜10Hz)的水平。
热学计量
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  基于微波谐振腔的管内流体温度测量方法研究

  李勤勤,王天琦,于昊言,边闯,李真

  计量学报. 2023, 44(5): 714-721. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.07

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  提出一种新的管内流体温度测量方法,该方法以微波谐振腔测量液体复介电常数为基础,结合Debye和Cole-Cole方程,反演得出被测液体温度值。首先简要介绍常用管内流体温度测量方法存在的不足,其次,详细介绍测量系统工作原理,以两种工作模式TM010和TM011为例,测量纯水展开实验。通过对比两种工作模式下的测量结果,证实了所提出方法在准确测量被测材料复介电常数的同时,可以实现快速准确的温度测量。测量结果表明,TM010模式时Cole-Cole方程的虚部计算方式误差最小。所提方法可解决目前管内流体温度测量中开口测量安全隐患大及方案复杂等问题。
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  双红外激光测温定标源样品温度场对测量结果的影响

  顾青桃,王鑫宇,安保林,翟慧星,董伟,王瑞祥

  计量学报. 2023, 44(5): 722-728. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.08

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  双波长红外激光测温技术可实现免发射率的温度测量,仪器常数是此技术的核心参数。目前,仪器常数的确定依赖于定标样品表面的中心点温度,当对定标样品表面的探测位置偏离其中心点时,仪器常数的结果会产生影响。对定标样品进行数值建模,分析不同样品温度场的分布及其对测量结果的影响规律。结果表明:样品的前表面呈现近似中心对称的温度分布,中心温度低,边缘温度高, 温度由中心向边缘上升的趋势随着半径方向先迅速上升,后缓慢上升;在温度1173K下进行定标,定标位置偏移±5mm时,高温合金、低发射率涂层样品和SiC所标定的仪器常数产生的影响分别为1.87%、1.06%和0.79%;在873~1073K测温范围内,高温合金、低发射率涂层样品和SiC由于仪器常数偏移导致的测温平均相对偏差分别为:0.34%、0.20%和0.14%。
流量计量
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  超声波峰谷拟合方法及平面叶栅通道二维流速测量

  却依飞,俞天阳,张世玮,马良,苏明旭

  计量学报. 2023, 44(5): 729-734. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.09

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  为准确获取复杂二维流场中超声传播的时差信息,研究了超声波峰和波谷幅值多项式拟合确定回波特征点的信号处理方法,应用于一维和二维流速测量。研制了多通道超声测速装置,在0~40m/s流速范围内采集一维流动超声信号,使用峰谷拟合法获得流速,其与毕托管流速测量结果的最大相对误差较波峰拟合法减小了0.72%。提出了以对角换能器时差计算二维流速的方法,开展了平面叶栅流道内二维流速测量实验。在多工况下测量的流速与三孔探针的实验结果相对误差均小于3.16%,较好地反映不同进口流速条件下由流道截面变化和叶片弯曲引起的测点处流速大小和方向变化趋势。
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  基于多层加权复杂网络的气液两相流流型分析

  张立峰,王智,张启亮

  计量学报. 2023, 44(5): 735-742. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.10

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  提出一种基于多层加权复杂网络的流型分析方法。首先利用电阻层析成像系统获取垂直上升管道气液两相流流动信息,并将测量数据压缩处理以简化数据分析,然后使用多元经验模态分解算法对其进行多尺度分解,进而将流动系统映射到多层加权网络中,通过计算平均加权聚集系数与谱半径定量描述网络结构。研究结果表明,该网络模型可有效揭示泡状流到段塞流的演化过程,从气泡的聚合发展到气塞的逐渐破碎,从伪周期性的出现到衰退都可被网络参数的变化所反映。
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  2~4MPa燃气流量标准装置不确定度评估及验证

  张翰,王亮,黄冬虹,董新利,李春辉,李勇,董向民,赵柳,张倩

  计量学报. 2023, 44(5): 743-749. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.11

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  为了满足燃气流量仪表的溯源需求,基于标准表法建立一套燃气流量标准装置。该装置采用4台涡轮流量计作为标准表,可达到燃气压力2~4MPa时,流量范围60~8600m3/h的测量能力。针对标准装置存在的标准表非定点使用和低温介质的问题,对其进行不确定度的评估及控制研究。基于NIM-2015模型非线性拟合技术控制标准表非定点使用的不确定度,该标准装置可提供标准流量的不确定度为0.26%(k=2)。在此基础上,建立天然气管道流动传热模型,发现增加预流动时间动态置换管容可实现装置温度动态平衡,提高测量重复性,装置可校准流量计的最优不确定度为0.32%(k=2)。
电磁学计量
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  零线断接对三相四线电能表计量影响机理分析

  刁瑞朋,王强,卢志俊

  计量学报. 2023, 44(5): 750-757. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.12

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  针对三相四线线性电源电能表在断接零线的情况下,存在相电压计量值偏高导致计量误差的问题,从三相电路的工作过程出发,探究了电能表零线端子电位漂移的变化规律。从理论上分析了三相四线电能表在零线断接情况下计量电压偏高的原因,并通过仿真和实验验证了理论分析的准确性,提出了一种监测零线电流的方法来识别零线断接,为识别零线断接、提高计量准确性提供了充分的理论支撑。
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  基于边缘计算的电动汽车换电电池冗余度建模分析

  谢虎,陈志伟,郭文鑫,赵瑞锋,刘洋

  计量学报. 2023, 44(5): 758-764. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.13

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  针对电动汽车换电站电池冗余度和充电成本过高的问题,研究基于边缘计算的电动汽车换电电池冗余度建模分析。结合边缘计算与云计算技术,建立电动汽车换电电池冗余度分析的边缘计算平台,利用边缘节点A采集电动汽车用电信息,将采集数据上传至云平台,云平台利用电动汽车换电电池充电优化控制模型分析边缘节点B关联电动汽车换电电池冗余度,利用自适应遗传算法求解模型,实现电动汽车换电电池充电优化。实验结果表明,该模型可有效分析电动汽车换电电池冗余度,将该模型应用于电动汽车换电站,换电站月充电费用降低幅度可大于13%。
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  Nb/Al-AlOx/Nb约瑟夫森结薄膜沉积研究

  高鹤,王仕建,徐达,李劲劲,王雪深,钟青

  计量学报. 2023, 44(5): 765-770. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.14

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  Nb/Al-AlOx/Nb约瑟夫森结构成的低温超导器件有着广泛应用,高质量的S-I-S约瑟夫森结制备的关键之一在于制备高质量的三层膜。三层膜的质量可由许多属性参数影响,比如剩余电阻比R.R.R、超导转变温度Tc、表面粗糙度、应力、铝膜厚度等等。通过对薄膜的溅射沉积条件与上述参数进行分析研究,确定最佳的生长条件。调节不同的氧化工艺条件,可以获得约瑟夫森结的不同临界电流密度。
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  关于表计输入阻抗在直流高压分压器检定校准中的影响分析

  刘方明,肖凯,王海燕,刘浩,匡义

  计量学报. 2023, 44(5): 771-776. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.15

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  目前直流高压分压器通常采用电压比法或差值法进行检定校准,认为低压侧表计输入阻抗会对测量结果有一定的影响,但缺乏定量分析以及理论依据。开展了表计输入阻抗对分压比测量结果影响的试验,通过建立数学模型给出表计输入阻抗对测量结果偏差的计算公式,并提出一种通过影响因子对测量结果进行修正的方法。试验表明通过影响因子修正后的结果与真实测量结果偏差不超过0.01%。
无线电、时间频率计量
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  矢量网络分析仪的眼图交叉点估计方法

  高强,马世敏,刘杰

  计量学报. 2023, 44(5): 777-782. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.16

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  眼图交叉点估计是眼图参数计算的重要步骤,直接影响到眼宽、峰峰值抖动等参数的计算精度。传统方法基于数据的统计特性,需要大量数据才能得到较精确的结果,由于矢量网络分析仪生成眼图较其他仪器更复杂,当数据量较大时需要采集数据的时间较长,影响仪器的使用效率。为了解决这一问题,提出了一种基于局部插值的眼图交叉点估计算法,在数据量较小时仍能估计出较精确的结果。实验表明,这种方法在估计精度为1.2×10-13s时所需的数据量仅为传统算法的1/4。
电离辐射、标准物质与生物计量
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  西门子大孔径CT模拟定位机CT值影响因素及其长期稳定性研究

  胡金有,邹炼,谢朝,骆科林,殷云鹏,张薇莎

  计量学报. 2023, 44(5): 783-789. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.17

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  通过改变西门子CT模拟机电流时间乘积、电压,重建卷积核,研究扫描参数对CIRS-062M模体CT值的影响。回顾分析CIRS-062M模体年质控数据、CTP504模体月质控数据, 研究CT值的长期稳定性。结果表明电流时间乘积对CT值几乎无影响,最大变化4.6HU;电压对CT值影响较大,最大变化达585.3HU;除Head H31s及Child Head H21s两种卷积核外,其余卷积核对CT值影响轻微;近几年内2种模体的CT值均保持较好的一致性,变化最大为CIRS-062M致密骨插件,最大变化63.3HU,平均变化(-8.68±17.82)HU。
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  钼靶X射线空气比释动能的国际关键比对

  王继,吴金杰, 郭思明,刘莹,王培玮

  计量学报. 2023, 44(5): 790-795. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.18

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  为支撑国内乳腺诊断X射线空气比释动能的量值溯源体系,中国计量科学研究院完成了钼靶X射线空气比释动能率的量值复现,其量值复现不确定度为0.3%,并于2018年与国际计量局完成了BIPM.RI(I)-K7关键比对工作,两机构对相同2个传递电离室的校准因子偏差小于0.04%,比对结果合成不确定度为0.28%,比对结果进入国际计量局关键比对数据库(KCDB),实现了国际互认。
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  基于TRS-483报告的小野输出因子测量与验证研究

  张曦,王志鹏,王坤,黄骥,齐雅平,刘福斌,金孙均

  计量学报. 2023, 44(5): 796-802. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.19

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  为测量小野输出因子,采用国际原子能机构(IAEA)出版的TRS-483报告方法,测量了Elekta Synergy直线加速器标称6MV、10MV辐射场的组织模体比(TPR20,10(10)),6MV、10MV能量TPR20,10(10)分别为0.683和0.735。通过计算电离室适用的最小半高宽验证了多种电离室可测射野范围,选用的电离室可测最小半高宽在3～4cm 之间。对探测器灵敏体积、测量剂量和剂量率线性、漏电流、重复性和稳定性进行比较,选择了18种不同型号共21支探测器,在加速器TPR20,10(10)为0.683和0.735的辐射场,源皮距(SSD)分别为90cm和100cm的条件下计算1cm×1cm,2cm×2cm,3cm×3cm,4cm×4cm,5cm×5cm和8cm×8cm方野与10cm×10cm方野的探测器电荷比值得到未修正的射野输出因子,乘以TRS-483报告的修正系数后得到修正射野输出因子,修正后的射野输出因子与平均值最大差异小于2.5%。结果表明:使用TRS-483报告的修正因子可提高不同探测器测量小野剂量的一致性。
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  基于WOA-LSSVM模型的近临界区CO2物性预测

  贺三,唐凯,张茂超,薛雅文,薛世奇

  计量学报. 2023, 44(5): 803-809. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.20

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  针对CO2状态方程难以准确预测CO2在近临界区的物性参数的问题,采用以鲸鱼优化算法(WOA)优化最小二乘支持向量机(LSSVM)的组合模型(WOA-LSSVM),对近临界区CO2物性进行预测。预测结果表明:同REFPROP软件与PSO-LSSVM模型相比,WOA-LSSVM模型预测近临界区CO2物性具有更高的精度。相比REFPROP软件,WOA-LSSVM模型将密度与粘度预测结果的均方根误差由133.67、9.33降至35.61、1.58,平均相对误差由31.8%、30.25%降至6.88%、3.88%,决定系数由0.59、0.62提高至0.86、0.83。此外,相对误差在10%以下占比均由0%分别提高到69.23%、92.31%。
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  SO2和NO混合标准气体在生态环境监测实验室比对中的应用

  吴晓凤,王德发,吴海,吕怡兵

  计量学报. 2023, 44(5): 810-817. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.21

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  参考标准物质研制技术,采用称量法制备了一批瓶装氮中SO2和NO混合标准气体,对混合气体的适用性进行了验证,并通过实验室比对考察了混合气体在生态环境监测领域的应用情况。结果表明,研制的SO2和NO混合标准气体具有较好的适用性,可以使用混合气体开展实验室比对,并在实际生态环境监测领域实验室比对中取得了良好的应用效果。实验室比对结果显示,SO2和NO评价结果为满意的实验室比例分别为79.4%和81.4%,表明目前我国气体SO2和NO整体检测能力和技术水平良好。
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  RNA内参在转录组测序质量控制中的应用

  张瑜,王霞,张永卓,杨佳怡,牛春艳,赵洋,董莲华

  计量学报. 2023, 44(5): 818-825. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.22

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  真核生物转录组多样且复杂,通过转录组测序可以获得基因表达的整体信息,发现与疾病相关的标志物,为复杂疾病的诊疗提供支持。转录组测序包括样品制备、建库、测序和数据分析等步骤,每个步骤中存在的误差都会影响转录组测序结果的准确性。利用RNA内参(RNA spike-in)对转录组测序进行质控,可以发现并减少这些误差,提升测序数据结果的可靠性。因此,对RNA spike-in进行介绍,并对其在转录组数据标准化、基因表达量的校正、转录本多样性的识别及量化中的应用进行了重点综述,可为有效利用RNA spike-in提升转录组测序的质量提供参考。
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  新型冠状病毒B.1.1.7变异株特异性数字PCR定量方法研究

  王霞,郭若晖,董莲华

  计量学报. 2023, 44(5): 826-832. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.23

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  由于世界卫生组织(WHO)将B.1.1.7(Alpha)列为“关切的变异株”,因此对其建立特异性的高灵敏数字PCR方法尤为重要。该方法需首先根据该变异株刺突蛋白的H69/V70缺失、P681H和A570D 3个特异突变位点设计引物探针,确定3个方法的线性范围和定量限;随后再用其他4个“关切的变异株”验证该方法的特异性,并用不同数字PCR平台和不同方法进行定量准确性的比较;最终,结果表明建立的数字PCR方法准确可靠,可用于B.1.1.7变异株的定量检测。
计量学总论
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  国际单位制(SI)词头发展简史

  翻译:任思源,于连超校对:张爱敏

  计量学报. 2023, 44(5): 833-836. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.05.24；10.1088/1681-7575/ac6afd

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  梳理了自1964年以来国际单位制(SI)词头的发展简史,特别关注了2022年第27届国际计量大会(CGPM)通过的关于扩展SI词头的决议,并对未来进行了简要展望。