2024年, 第45卷, 第7期　
刊出日期：2024-07-28

  

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电磁学计量
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  柔性超导电路制备工艺技术研究

  朱承峰,李万,陈建,孙潇莹,曾九孙,蔡晋辉,王振宇,李劲劲,王雪深

  计量学报. 2024, 45(7): 929-934. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.01

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  超导转变边沿探测器是坎德拉单位量子化复现和单能X射线量子计量的核心器件。大规模超导转变边沿探测器阵列探头的信号读出需利用柔性超导电路将信号传输至探头侧面的超导量子干涉器件。柔性超导电路是将超导信号线制备在柔性聚酰亚胺衬底上以实现信号低热导率、无阻传输。以硅片作为临时支撑,电子束蒸发100nm Cr膜作为剥离牺牲层。非光敏聚酰胺酸旋涂在Cr膜上固化后,通过紫外曝光、溅射薄膜沉积和剥离等工艺制备Nb/Al薄膜传输线结构,利用Cr膜高应力特性将聚酰亚胺薄膜从硅片上剥离,湿法腐蚀Cr膜完成柔性超导电路的制备。测试的40根Nb/Al传输线的超导转变温度Tc为8.91~9.02K,剩余电阻比rRR为5.83~6.96。温度为8K时,38根传输线临界电流Ic超过1mA;温度为4.2K时,所有样品Ic均超过1mA,其中有25根传输线Ic超过10mA,满足超导转变边沿探测器阵列测试需求。
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  在等电位工作状态下校准多元感应分流器

  杨迪,林君,张江涛,石照民,潘仙林

  计量学报. 2024, 45(7): 935-940. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.02

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  提出了在等电位工作状态下校准多元感应分流器(multiple inductive current divider,MICD)的1种方法。在校准装置中加入由跟随器和电阻组成的I/V变换器,以使MICD各支路间的电流比例与其工作状态保持一致;用参考电流互感器(CT)提供独立的参考电流,以避免影响支路电流的比例关系。在20、55、400Hz及1kHz下对11支路MICD校准所得10:1电流比例的比值差合成标准不确定度优于0.2μA/A,相位差合成标准不确定度优于1.5μrad。
几何量计量
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  基于模糊熵加权融合的单轨运输机器人动态倾角辨识研究

  刘泽朝,李敬兆,郑昌陆,王国锋

  计量学报. 2024, 45(7): 941-951. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.03

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  针对现有传感器检测单轨运输机器人动态倾角时存在辨识精度低的问题,提出了一种基于模糊熵加权融合的单轨运输机器人动态倾角精准辨识方法。首先,基于构建的轨道曲率与倾角变化双模型,通过改进的遗忘递归最小二乘(IFFRLS)算法分别计算出轨道曲率值和倾角动态变化率;其次,再以轨道曲率值和倾角动态变化率作为输入值,通过无迹卡尔曼滤波(UKF)和扩展卡尔曼滤波(EKF)算法不断迭代更新分别计算出倾角动态角度;最终,采用全局模糊熵加权融合(GFEWF)将各角度值深度融合,提高动态倾角的检测精度。实验表明,基于双模型的全局模糊熵加权融合(GFEWF)与基于单一模型的UKF或EKF算法相比,其辨识的动态倾角精度在轨道段1和轨道段2分别提升了10.38%和25.60%。
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  基于改进注意力机制和曲面微分几何的两阶段点云重建

  王凯,陈辉,陈廉明,黄和平,陈晓琳

  计量学报. 2024, 45(7): 952-963. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.04

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  针对单个阶段直接预测点云的直通式结构会导致生成的点云相对稀疏、细节描述不清晰、结果分布不均匀等问题,提出一种基于改进注意力机制和局部曲面微分几何的2阶段密集点云重建网络,实现分阶段预测不同分辨率、分布均匀的密集点云。首先通过嵌入改进坐标注意力机制,提高网络对输入图像中目标的方向感知和坐标信息的捕获能力;然后预测出目标的稀疏点云,并提取稀疏点云的密集连接特征获得描述稀疏点云的结构感知信息;最后采用局部曲面微分几何完成点云扩展进而生成分布均匀的密集点云。实验结果表明,与3D-FEGNet相比,所提密集点云重建网络在CD和EMD上分别降低25.4%和25.1%,采用真实物体进行实验,所获得点云三维尺寸误差均＜1.5mm。
光学计量
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  基于分段三次曲线和数据更新的色谱信号基线校正

  陈金林,吴一全,苑玉彬

  计量学报. 2024, 45(7): 964-973. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.05

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  在利用多项式曲线分段拟合实测信号基线过程中,常存在分段点影响拟合精度、运算速度的问题。为了解决这些问题提出了基于分段三次曲线和数据更新的色谱信号基线校正算法。构造了一种基于5点的分段三次曲线对实测信号进行拟合,这种曲线具有低阶光滑的优点,能够有效地克服分段点影响拟合精度的缺陷;为了减少基线校正算法的迭代次数,提高运算速度,提出了改进的数据更新方法,在每次迭代运算中,将基线以上原实测信号的波峰按比例反转的结果更新基线,改进前后的算法运算时间比约为71;将新算法的实验结果与现有的4种相关算法进行比较,结果表明:基于分段三次曲线和数据更新的基线校正算法对基线的近似度高,速度快。新基线校正算法已在液相色谱仪中得到实际应用,证明了该算法能有效地从原色谱信号中去除基线。
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  一种改进的YOLOv5s航拍车辆检测算法

  张立国,沈明浩,金梅,任婷婷,赵嘉士

  计量学报. 2024, 45(7): 974-981. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.06

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  为了解决航拍图像中车辆小目标检测困难的问题,提出一种改进的YOLOv5s航拍车辆检测算法。首先,将未利用的浅层特征信息与其他深层特征信息进一步融合,组成用于小目标检测的新检测层,提高小目标的检测能力;其次,结合SPD模块重新设计CSP模块构成SPD-CSP模块,代替原有网络的下采样操作,减少特征提取时小目标有效信息的损失;最后,将通道注意力机制ECA模块引入到Backbone部分中,通过自适应地调整不同特征通道的权重系数,使得网络更加关注特征图中的关键信息,减少无关信息的干扰。实验结果表明:提出的算法在VisDrone数据集上,与YOLOv5s网络相比,均值平均精度PmAP 0.5提高了6.4%,检测速度FPS达到65帧/s,能实时、精确地对航拍车辆进行检测。
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  基于坐标注意力脉冲神经网络的注视估计方法

  王红霞,赵志国

  计量学报. 2024, 45(7): 982-988. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.07

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  针对传统相机在拍摄人眼运动时易产生动态模糊、时间分辨率低等问题,采用事件相机近眼拍摄构建Spiking-Eye数据集,并提出一种坐标注意力的脉冲神经网络模型(CA-SpikingRepVGG)。模型读取编码后的事件数据,经过带坐标注意力的主干网络进行特征提取,最后馈入检测头进行检测。实验结果显示:CA-SpikingRepVGG的平均检测精确率RP达到了70.8%,与SpikingVGG-16比较,该模型的RP提高了15.9%,召回率Rr提高了14.2%;仅需SpikingDensenet模型1/3的训练时间,比其RP提高1.8%、Rr提高0.9%。结果表明:该模型在针对眼球运动这一场景下对人眼的检测追踪能力更强,可以很好地完成注视估计任务。
热学计量
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  基于微流道冷却的水卡式量热计结构优化与试验分析

  文鹏,陈连忠,陈丁,陈智铭

  计量学报. 2024, 45(7): 989-996. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.08

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  高声速飞行器再入过程中面临严峻的气动加热环境,最高气流温度可达上万摄氏度,常用量热计在如此高的气流温度下,缺乏良好的热流测试性能和热负荷生存能力。为解决地面试验中高超声速飞行器模型表面高热流的连续、精准测量难题,研发了一种基于微流道冷却的新型水卡式量热计,其内部微型流道结构采用3D打印技术构建。通过数值仿真,确定了新型水卡式量热计的微流道尺寸与布局,与同一冷壁热流的传统水卡式量热计相比,其核心区域温升降低近50%,验证了微流道水卡式量热计在极端热环境下的测试能力和生存能力。电弧加热射流试验结果表明:微流道水卡式量热计可以同步测量压力、温度、热流数据,实现了高温流场参数的集成化辨识,并具有良好动态响应特性;最大热流测量值超过18MW/m²,测量绝对偏差和平均偏差分别控制在3.44%与±1.72%以内。
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  基于多视角热像图序列的物体表面温度场重建

  毕淳锴,张远辉,付铎

  计量学报. 2024, 45(7): 997-1006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.09

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  表面温度场模型能够有效反映物体表面的温度分布情况。由于单一视角采集的图像信息无法覆盖整个物体表面,难以实现整个物体表面温度场的重建,此外温度场模型中非目标物体的存在,对温度模型分析存在干扰。提出了一种基于多视角热像图序列的物体表面温度场重建方法。首先使用语义分割算法对可见光图像提取目标物体轮廓,然后结合深度数据与热像图温度信息实现目标物体单视角温度点云的融合;随后采用多视角图像数据和多视角温度点云拼接的方法,借助各视角相机的位姿对温度点云进行初始拼接,应用多视角的LM-ICP算法对全局温度点云进行配准优化。实验结果表明,该方法有效重建了物体表面温度场模型,并且具有较小的尺寸误差(2.61mm)和温度误差(0.56℃)。
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  一种利用自适应发射率模型补偿搅拌摩擦焊温度场的方法

  张玉存,徐子奇,李群

  计量学报. 2024, 45(7): 1007-1014. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.10

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  针对目前搅拌摩擦焊温度场研究大多忽略热辐射作用或者采用固定发射率模型导致误差较大的问题,提出一种考虑粗糙表面的铝合金氧化膜生长过程的自适应发射率模型,对焊接温度场进行补偿研究。首先,考虑到搅拌摩擦焊过程中铝合金表面形貌的动态变化,采用二次曲面响应法确定焊接表面粗糙度及其与平均线单位长度平均值的交点数;随后,基于提出的自适应发射率,建立6061铝合金搅拌摩擦焊过程的完全耦合有限元模型进行数值模拟,并对模拟结果进行分析。结果表明:不同焊接条件下,基于自适应发射率模型所得结果与实验结果之间的最大绝对误差仅为11 K,表明采用自适应发射率的数值模型能够较好地再现焊接过程中的温度场,可为提高搅拌摩擦焊焊接质量提供支持。
流量计量
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  基于实验数据分析的科氏质量流量计最佳振幅研究

  黄雅,徐科军,刘陈慈

  计量学报. 2024, 45(7): 1015-1023. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.11

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  针对科氏质量流量计难以确定最佳振幅,无法达到最佳测量效果的问题,采用研制的变送器匹配性能优良的一次仪表进行试验,采集不同振幅下的信号,从振幅稳定度、波形畸变、信号功率谱、信噪比和系统驱动效率等角度分析振幅对科氏质量流量计性能的影响;再进行不同振幅下的水流量标定实验,根据示值误差和重复性确定最佳振幅。结果表明,随着振幅的增大,波形畸变愈加严重、高次谐波分量也随之增大、噪声信号功率也呈现增大趋势,从而影响信噪比,使驱动效率降低;但是,振幅过小会加剧传感器放大信号幅值波动,影响测量结果。因此,针对该款流量计的最佳振幅约为439mV。
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  基于多尺度熵分析的CO₂气液两相流流型识别

  张文彪,王港华,邵丁,章杰

  计量学报. 2024, 45(7): 1024-1030. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.12

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  利用四电极对壁式电容传感器中对流型变化最敏感的一组极板对,获取CO2气液两相流不同流型的电容时间序列,并采用多尺度熵算法进行分析。依据多尺度熵曲线的3个特征:前端多尺度熵率、中段多尺度熵率和末端多尺度熵截距,对不同气液两相流工况进行流型识别,并将识别结果与高速摄像机获得的两相流照片判断的流型进行对比。研究表明,通过电容时间序列多尺度熵曲线能够充分展示两相流动的动力学特征,使用多尺度熵曲线的3个特征进行流型识别,能够较为准确地识别分层流、段塞流、泡状流和混状流4种流型,识别准确率优于99%。
力学计量
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  考虑接触热导的电动扭矩扳子校准装置热特性分析

  高建卓,汪宁溪,陈龙,骆昕

  计量学报. 2024, 45(7): 1031-1037. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.13

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  为了提升动态扭矩参数的测量准确度,基于分形理论,引入接触热导参数,建立结合面接触热导模型,并进行数值仿真。同时针对典型的电动扭矩扳子校准装置,利用接触热导模型对其轴承结合部进行温度仿真并与试验结果进行对比分析。结果表明:接触热导参数分别与接触载荷和材料特性参数呈现正相关增长趋势,而与尺度参数呈现负相关增加趋势;当2.1≤D≤2.7时,接触热导参数随分形维数D的增大而增大;当2.7≤D≤2.9时,接触热导参数反而随着分形维数D的增大而减小。考虑接触热导的上、下轴承结合部最高温度均比不考虑时高出4～6℃,且与试验结果接近,相对误差分别为2.7%和3.3%。
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  基于一维残差卷积注意力的高速列车抗蛇行减振器故障诊断

  陈广,孙泽明,马闻达, 张菀

  计量学报. 2024, 45(7): 1038-1045. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.14

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  针对高速列车减振器故障特征手工提取困难导致故障识别困难的难题,提出了基于一维残差卷积注意力(1DRCA)的故障诊断算法,对高速列车中抗蛇行减振器4种状态进行识别。首先,构建卷积层进行特征提取,利用卷积块注意力模块在通道和空间维度上进行自适应特征优化;然后,建立残差神经网络模型,利用残差信息调整权值参数;最后,通过试验证明了该方法对于抗蛇行减振器的4种状态的故障识别是可行的,可以准确地识别正常、启动不良、对称速率故障和锯齿波故障,所提出的方法的平均准确率达到99%左右。为了进一步证明所提出模型的泛化性,采用滚动轴承的故障数据来验证了所提出模型的有效性和准确性,结果表明所提的模型较好地实现滚动轴承不同故障状态的诊断。
声学计量
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  建筑声学用橡胶球恢复系数的测量方法研究

  李玉斌,闫建伟,罗浩,于灵

  计量学报. 2024, 45(7): 1046-1054. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.15

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  橡胶球是一种用于建筑声学测量活动的空心球体,用于模拟人类活动时产生的声音和振动。恢复系数是衡量橡胶球计量特性的重要指标之一。为简易、快速、准确地测量恢复系数,介绍了关于橡胶球恢复系数的测量方法及其系统构建。测量系统由多通道信号分析仪、加速度传感器、PC电脑及软件、测试工装组成。通过实时采集橡胶球的时域信号,并进行处理计算,得出测量值。考虑使用环境对测量带来的误差,给出了两种恢复系数的测量方法作为参考对比(基于初始高度和任意高度下落)。实验结果表明:在3个不同预设高度下(0.8m,1 m,1.2m),两种方法得到的恢复系数均在实际目标允许误差(0.8±0.1)范围内,证明了两种方法的可行性。提出的两种橡胶球恢复系数测量方法具有结构简单、测量精准和高效的特点,特别是利用弹跳碰撞时间差计算橡胶球恢复系数的方法简便易行,具有良好的工程实用性。
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  ADCP水池校准方法研究

  罗辉,焦君圣,陶然,史占红,方卫华,刘建遥

  计量学报. 2024, 45(7): 1055-1063. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.16

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  提出一种在实验室消声水池环境下对声学多普勒流速剖面仪(ADCP)进行校准的方法。通过发射仿真回波信号,利用频率和延时时间实现量值溯源,进而实现对流速和深度的校准。研制了一套ADCP水池校准系统,以2波束614.4kHz ADCP为校准对象,设计不同的流速分布实现对水层流速校准,探究底跟踪信号非限幅下的校准,设计多波束和单波束对比实验。对底跟踪速度进行不确定度评定,结果表明,在0~2.5m/s速度下,不确定度最大为2.30mm/s,验证了该校准方法的可行性。
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  基于FPGA的宽带ADCP流速校准系统

  陈奕基,郭世旭,王萧博,焦君圣,赵鹏

  计量学报. 2024, 45(7): 1064-1072. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.17

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  声学多普勒流速剖面仪(ADCP)可采用声学应答并发射模拟回波的方式开展流速校准,但其校准精度和校准流速下限受系统时钟精度影响,目前基于该方式的ADCP流速校准系统难以针对1m/s以下小流速进行校准。提供了一种低成本、水池环境可实施的宽带ADCP流速校准系统方案,即基于FPGA设计一套宽带ADCP流速校准系统,采集ADCP发射声波信号并进行处理,再向ADCP发射携带水体流速信息的模拟回波信号,通过模拟流速值与实际输出值的比较,实现ADCP的流速校准。校准系统通过直接数字频率合成和锁相频率合成(DDS+PLL)的技术合成高精度时钟信号,时钟信号驱动信号采集与回放产生高精度模拟回波信号。最后,在小型消声水池内针对中心频率为300kHz的宽带ADCP开展(0.2~1)m/s小流速校准实验,结果表明,该校准系统的测量不确定度达到(0.5%模拟流速值+0.005)m/s,验证了校准系统的可靠性。
电离辐射、化学计量与生物计量
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  过渡金属催化剂CoxNi1-xTiO3活化过硫酸盐去除水中污染物的综合实验设计

  成媛媛,臧猛,戚洪彬

  计量学报. 2024, 45(7): 1073-1080. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.18

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  基于过一硫酸盐(PMS)的高级氧化技术具有高效、环境友好等特点,因此该技术在水处理领域具有非常好的应用前景。通过利用过渡金属之间协同活化PMS的优势,采用乙二醇沉淀-煅烧法,制备了一系列不同Co/Ni比例的非均相催化剂CoxNi1-xTiO3。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了催化剂的物相和微观结构。同时考察了催化剂用量、PMS浓度、pH值以及催化剂的循环使用情况对降解污染物环丙沙星(CIP)的影响,最优条件为0.20g/L Co0.7Ni0.3TiO3、0.5mmol/L的PMS和pH=6时,60min内降解CIP的效率达90.01%。通过自由基猝灭实验,证实了SO·-4是高级氧化降解过程中的主要活性物种。
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  基于UPLC-DAD-CAD双检测器串联的DON纯度测量方法对比研究

  王松山,雷达,贾睿晖,李丽,周明慧,王松雪

  计量学报. 2024, 45(7): 1081-1088. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2024.07.19

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  通过串联二极管阵列检测器(DAD)和电雾式检测器(CAD),建立了脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)纯度分析的液相色谱方法,优化的色谱条件为6%甲醇等度洗脱20min。2种检测器测得的杂质种类和含量存在明显不同,其中DAD识别到杂质17个,以杂质15含量最高(0.847%),杂质17次之(0.0812%),其次为杂质2、5和8(大于0.01%);CAD识别到杂质9个,以杂质17含量最高(0.4060%),杂质15次之(0.3499%),其次为杂质10、11和12(大于0.1%)。DAD方法测得纯度为98.92%,显著高于CAD方法的结果(98.61,p<0.001);且相对标准偏差(0.00670%)也较CAD方法低(0.0461%)。DAD方法的纯度不确定度为0.463%,主要由杂质响应差异引入;CAD方法为0.0503%,主要由测量重复性引入。研究结果或可为DON纯度分析提供技术支撑。