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2015年 36卷 1期
刊出日期：2015-01-22
1
双探针原子力显微镜针尖对准方法研究
张华坤, 高思田, 李伟, 施玉书, 王鹤群
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.01
双探针对顶测量可以有效地消除传统原子力显微镜（AFM）的探针形状对关键尺寸（CD）测量的影响。测量前需要将两个探针针尖（A和B）接触到一起作为测量零点，为实现双探针纳米级对准，提出一种渐进式平面扫描方法。首先，通过视觉图像引导两个探针对准到1μm以内。然后，两个探针继续接近，同时探针A在
YOZ
平面内对探针B扫描成像，并逐步缩小扫描范围和扫描步进，得到其针尖的纳米级坐标（
Y
B
，
Z
B
）。最后，将探针A在Y和Z方向分别移动至
Y
B
和
Z
B
，在
X
方向继续接近探针B直至两探针接触。实验证明，该方法可有效地实现双探针对准，且对准精度为10 nm。
2015 Vol. 36 (1): 1-5 [
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6
248 nm紫外显微镜微纳线宽校准方法的研究
李琪,李伟,施玉书,高思田,李适,王鹤群,尹传祥
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.02
248 nm波长照明的紫外显微镜能够获得高达80 nm的光学分辨率,可以实现对掩模板的线宽和一维/二维栅格参数的测量。作为测量仪器的248 nm紫外显微镜需要对其进行校准。该显微镜测量范围在nm量级,校准使用400 nm一维栅格标准物质,通过对仪器不确定度和标准物质自身不确定度的评估,得到采集图像每个像素的扩展不确定度为0.178 nm,并给出了实际测量时的不确定度评价公式。
2015 Vol. 36 (1): 6-9 [
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10
基于高斯光脉冲延迟技术的光纤长度精确测量方法
张颖艳,孙小强,傅栋博,岳蕾,刘丽,李然,杨琨
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.03
提出了一种基于高斯光脉冲延迟技术的无盲区、高精度光纤长度测量方法。借助光纤延迟环的作用,在高速示波器上可以观察两路具有相对时延的高斯脉冲序列。通过调节脉冲频率可使两路高斯脉冲完全重合,依据此时脉冲频率可计算出光纤长度。脉冲未完全重合则会引入频率测量的误差,而利用脉冲时延与幅度的转换关系,通过脉冲幅度极大值的测量可以精确判断脉冲是否重合。脉冲频率的分辨力达到0.1 Hz,从而提高光纤长度测量的精确度。实验中当光源波长为1296 nm时,该方法测量2284.34 m G.652单模光纤长度的不确定度为0.04 m,测量12726.57 m的不确定度为0.24 m。
2015 Vol. 36 (1): 10-13 [
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14
高精度电容式位移传感器校准方法的研究
郑志月,施玉书,高思田,李东升,李伟,李适,李庆贤
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.04
介绍一种使用激光干涉仪结合单轴精密位移台对电容式位移传感器进行校准的方法。建立了一套高精度电容式位移传感器校准装置,利用单轴精密位移台位移与电压之间的关系产生纳米级的微小位移,同时使用激光干涉仪和待校准电容式位移传感器测量单轴精密位移台的微小位移。该装置可实现电容式位移传感器线性度、测量重复性以及测量分辨率的校准。实验验证了此校准方法的准确性和实用性,对影响校准的主要因素进行了分析,其综合不确定度为2.2 nm。
2015 Vol. 36 (1): 14-18 [
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19
室内虚拟直线基线的研究
潘嘉声,黄稣,张勇
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.05
研究了一种室内虚拟直线基线,提出了虚拟直线基线装置建立的原理及采用全站仪进行标定的溯源方法,分析了基线装置的不确定度来源,虚拟直线基线为100 m的距离,估算扩展不确定度
U
=1.4 mm（
k
=2）。通过采用该基线装置实际检测手持式激光测距仪,验证了虚拟直线基线的可靠性。
2015 Vol. 36 (1): 19-21 [
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22
采样间隔对分布光度计测量LED总光通量的影响
赵伟强,刘慧,刘建,杨臣铸
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.06
利用计算机仿真LED单管球面空间各点照度值的方法,模拟了分布光度计标定4种典型LED单管总光通量值的过程,利用计算结果分析了分布光度计测量所采用的不同采样间隔对标定结果的系统误差。这4种LED单管的光强分布曲线分别为准朗伯、长茄形、双翼形和窄光束,涉及轴对称或非轴对称光强分布。计算结果显示,对于常见的LED单管光源,利用分布光度计采用2°等间隔法,在球带份数m值大于12的情况下,采样间隔选择所带来的系统偏差可控制在0.3%以内。
2015 Vol. 36 (1): 22-25 [
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26
退火对标准铂电阻温度计性能影响的研究
邓小龙,孙建平,乐恺,李杰,武鑫财
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.07
退火是消除铂电阻温度计内部由于机械振动等因素带来应力的最有效手段,同时也可能改变铂电阻温度计内部铂丝的氧化状态。选用不同国家生产的4支标准铂电阻温度计,分别在600 ℃、500 ℃、450 ℃、420 ℃、350 ℃进行退火,研究铂电阻温度计退火后在室温下随时间的变化规律。结果表明,不同的退火温度对铂电阻温度计阻值产生不同影响,对应温度变化量可达1 mK,退火后在室温下0~6 h内变化显著,保持同一个热状态可有效提高铂电阻温度计的测量水平。
2015 Vol. 36 (1): 26-30 [
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31
传热管道设备的内壁状态监测方法
张玉存,周珊,魏斌,付献斌
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.08
在特定边界条件下对热传导方程进行求解,优化所得温度分布方程的系数,并利用分段积分法对系数进行化简,建立了传热管道设备表面温度、材料特性与内壁状态3者间的关联模型,并将其应用在传热管道设备的内壁状态监测上。结合导热反问题,利用所建立的关联模型分析传热管道设备外表面的温度数据,得到内壁几何形状。通过仿真实验验证了该方法的可行性,从而为传热管道设备内壁状态的实时监测提供依据。
2015 Vol. 36 (1): 31-36 [
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37
基于噪声模板与互相关计算的涡街流量计抗强振动方法
徐科军,王沁,方敏,邵春莉
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.09
根据涡街流量计在工作现场受强振动噪声干扰的情况,搭建振动实验平台,进行振动实验。对采集的数据进行功率谱分析和带宽特征分析,建立噪声模板,并量化描述噪声的带宽特性。进行噪声模板与传感器输出信号功率谱的互相关计算,提出利用噪声和涡街信号归一化互相关系数曲线进行噪声判别的抗强振动干扰的方法。对振动实验中采集的传感器数据进行处理,验证了该方法的有效性。
2015 Vol. 36 (1): 37-42 [
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43
基于粗糙集与最小二乘支持向量回归的汽轮机主蒸汽流量预测
张维平,赵文蕾,李国强,牛培峰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.10
针对传统主蒸汽流量计算方法的不足,提出了一种新的主蒸汽流量预测方法,该方法综合了粗糙集理论与最小二乘支持向量回归算法的优点,利用ROSETTA V1.4.41研究实验平台中的遗传约简算法对输入变量的属性进行约简,再利用最小二乘支持向量回归算法建立主蒸汽流量的预测模型。实验表明,与未经粗糙集理论处理过的BP神经网络、支持向量回归算法和最小二乘支持向量回归算法所建模型相比,该方法具有更好的预测精度和泛化能力,且建模速度显著提高。
2015 Vol. 36 (1): 43-47 [
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48
基于自适应步长双参数正则化算法的超声波过程层析成像图像重建
张琳,邵富群,周明
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.11
提出了一种新的自适应步长双参数正则化算法,对超声波层析成像系统检测浆体浓度分布进行图像重建。该算法利用转换矩阵将超定解作为先验信息,嵌入到正则化泛函中,避免重建图像被过度平滑,不仅成像速度较快且重建图像具有较高分辨率。仿真实验结果表明,相比于Tikhonov正则化算法以及Landweber算法,自适应步长双参数正则化算法重建图像的相关系数有明显提高并且边界信息更加可靠。
2015 Vol. 36 (1): 48-53 [
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54
基于机器视觉技术的水表新型检定方法
汤思孟,赵杰煜,陆晓峰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.12
将机器视觉技术应用到水表检定系统中,通过固定在被检水表上方的高速高分辨率摄像机,动态获取运行中的水表图像,用颜色特征和背景高斯拟合建模结合的算法实现水表指针的准确定位,将图像实时转换成数字读数,并解决水珠、气泡等对读数干扰的问题,实现水表高效率全自动检定。
2015 Vol. 36 (1): 54-57 [
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58
多电极电磁流量计权重函数的仿真研究
孔令富,杜胜雪,李英伟
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.13
采用有限元方法,针对三对电极电磁流量计电极在不同位置时权重函数分布情况进行数值仿真。提出2个描述权重函数分布均匀度的指标:最大偏差和整体均匀度,并在电极数目和位置不同情况下对权重函数的分布情况进行分析比较。结果表明,电磁流量计权重函数分布不仅与电极数目有关,还与电极所在的位置有关。通过合理设计电极位置,三对电极电磁流量计在权重函数分布均匀度和平均强度两方面都优于单电极对电磁流量计。
2015 Vol. 36 (1): 58-62 [
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63
石英晶体微天平质量检测量研究
陈艳,黄显核
DOI: doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.14
基于石英晶体微天平质量检测原理，通过分析石英谐振器表面的振动位移，得出决定其电极表面每一点处质量灵敏度的物理量为该点处的振动加速度。在此基础上,基于石英谐振器的巴特沃斯-范·戴克等效电路模型提出一种计算石英晶体谐振器表面振荡幅度的方法，最终得到石英晶体微天平在整个检测过程中能检测到的平均质量。用10MHz的石英晶体微天平进行了数值验证，计算值与其理论上能达到的pg级检测限基本相吻合。
2015 Vol. 36 (1): 63-66 [
摘要
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67
基于独立分量分析的六维力传感器标定矩阵的校正
刘宝华,迟鹤翔,李硕果
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.15
为了提高六维力传感器的测量精度,提出了一种基于独立分量分析(ICA)的静态标定方法。作用在上平台的各维力经过六维力传感器后形成混合信号,该方法先对混合信号进行ICA分解,即将其分离成独立的分量,再结合理想源信号恢复出各维真实作用力的排序和幅值,最后得出校正后的标定矩阵。仿真结果表明,校正后的标定矩阵更接近标准的标定矩阵,从而提高了六维力传感器的测量精度。
2015 Vol. 36 (1): 67-71 [
摘要
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72
移动式机动车现场标准测速仪溯源技术的研究
白银,孙桥,杜磊,于梅,白杰,曹进
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.16
介绍了当前广泛使用的两种基于光电和GPS原理的非接触移动式机动车现场标准测速仪的溯源技术,对光电式机动车速度仪和高精度机动车GPS测速仪进行了实验室模拟测速误差的检测和机动车道路速度实测值的对比试验。在10～180km/h范围内特定速度点,采用同步齿形带式台架校准装置对光电式机动车速度仪进行校准;采用机动车GPS信号模拟器对高精度机动车GPS测速仪在相同速度点进行模拟测速误差检测。使用机动车道路速度实测方法对两类测速仪器在20～150km/h速度范围内的测速性能进行对比,结果表明,两类测速仪器在速度波动较小时,不同速度点的测速偏差在±0.3%范围内;速度变化较快时,高精度机动车GPS测速仪的速度测量值响应速度较快,而光电式机动车速度仪的速度响应与之相比有一定的延时滞后,两者的最大测速偏差在±8%范围内。因此,在能够搜到6颗以上卫星信号时,使用高精度机动车GPS测速仪具有更好的测速性能。
2015 Vol. 36 (1): 72-76 [
摘要
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77
基于LMD和局域时频熵的旋转机械故障诊断方法
孟宗,李姗姗,王亚超
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.17
提出了一种基于局部均值分解和局域时频熵的旋转机械故障诊断方法。以旋转机械作为研究对象,利用LMD方法分解旋转机械振动信号,对分解得到的各乘积函数进行Hilbert变换,得到振动信号的时频分布。为了定量描述振动信号能量的时频分布情况,提出了局域时频熵的概念,根据旋转机械故障的频谱特征,将整个时频平面划分为若干时频段,计算时频段的局域时频熵,以局域时频熵作为旋转机械故障特征,实现旋转机械故障特征提取。基于局域时频熵进行故障特征提取可以细致地反映各时频区域能量分布的差别,同时可以减小计算量,提高运算速度。仿真与实验结果表明,该方法能有效地应用于旋转机械故障诊断中。
2015 Vol. 36 (1): 77-81 [
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82
浮力变化的量热法与辐射力天平法测量超声功率比较研究
韩冥生,杨平,祝海江
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.18
辐射力天平法测量超声功率，一般只适合测量较小功率的平面波超声功率。根据介质吸收热量发生体积变化、浮力变化的原理，设计并实现了蓖麻油吸收靶，建立了采用天平的量热法超声功率测量装置，解决了传统量热法需精确测量温度场分布的问题。经与辐射力天平法装置的比较，验证了所建立超声功率测量装置的有效性，并将进一步推广至大功率、非平面波超声功率的测量。
2015 Vol. 36 (1): 82-86 [
摘要
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87
基于多目标进化算法的异步电动机现场效率测算
孙冠群,牛志钧,蔡慧,王斌锐
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.19
介绍了一种基于多目标进化算法（MOEAs）的异步电动机现场实时效率测定方法。通过对多目标算法进行优化、比较,提出使用非支配排序遗传算法Ⅱ（NSGA-II）和强度帕累托进化算法2（SPEA2）的低侵入式方法用于异步电动机效率估算,仅需电动机运行时通过传感器检测其实时转子速度和定子电阻,而无需拆下电动机或单独做一些实验项目来获取所需参数。通过5.5kW电动机的实践表明,该方法在估算异步电动机效率方面是有效的,尤其在常规的负载范围内,用该方法的估算值与实际试验值的误差小于3%;相互比较后发现,NSGA-Ⅱ方法的估计结果略优于SPEA2方法的结果。
2015 Vol. 36 (1): 87-91 [
摘要
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92
失配误差的蒙特卡洛分析
余清华,邱斌,高申翔,夏伟,丁风海,王琳娜
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.20
针对极限相位法评定失配误差引入的测量不确定度普遍偏大的问题,提出了采用蒙特卡洛法对其评定的新方法。以交替比较法校准功率座为实例,研究了蒙特卡洛法评定失配误差引入的测量不确定度的具体实现方法,并将其得到的结果与极限相位法进行比较。结果表明,蒙特卡洛法更适合用于失配误差引入的测量不确定度进行评定。
2015 Vol. 36 (1): 92-96 [
摘要
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97
基于函数连接神经网络的传感器Hammerstein模型辨识研究
刘滔,韩华亭,马婧,雷超
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.21
针对非线性动态传感器模型辨识问题,提出利用函数连接神经网络算法对非线性系统的Hammerstein模型进行一步辨识的方法。以多项式逼近传感器中的静态非线性环节,同时结合动态线性环节的差分方程,建立关于直接输入输出的离散数据表达式,利用改进FLANN训练求解Hammerstein模型参数。采用变学习因子的方法对FLANN算法进行改进,提高了收敛速率和稳定性。实验结果表明,该辨识方法简单有效且具有更快的收敛速度。
2015 Vol. 36 (1): 97-101 [
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102
高效液相色谱法测定葡萄酒中苋菜红的不确定度评定
马康,李小佳,崔萌萌,马联弟
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.22
通过对高效液相色谱法测定葡萄酒中合成色素苋菜红质量浓度的全过程分析,确定了测定结果不确定度的来源。采用计量学不确定度传递模型,对引入的不确定度分量进行评定,确定了葡萄酒中苋菜红质量浓度标准不确定度由标准物质、标准溶液配制、标准曲线拟合、样品制备、测量重复性和回收率等6部分不确定度合成得到。2个不同质量浓度样品测定结果不确定度被评定,其相对扩展不确定度分别为2.6%和2.2%（
k
=2）,由不确定度评价结果分析得到,样品重复性测定和标准溶液配制是测定结果不确定度的主要来源。
2015 Vol. 36 (1): 102-106 [
摘要
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107
基于多项式混沌理论的不确定度评定与分析
余学锋,于杰,王亚梅,赵婉丽
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2015.01.23
针对基于ISO GUM提供的测量不确定度评估方法所存在的局限,提出了采用多项式混沌方法进行测量结果不确定度评估的新方法。分析了GUM测量不确定度评估方法所隐含的假设条件,给出了多项式混沌方法的测量不确定度评估原理。通过GUM与多项式混沌方法扩展不确定度包含因子估计误差的数值计算表明,当随机变量的PDF不满足高斯分布时,多项式混沌估计方法所获得的扩展不确定度更能反映实际情况。
2015 Vol. 36 (1): 107-112 [
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主管单位：
国家市场监督管理
总局
主办单位：
中国计量测试学会
出 版：
计量学报编辑部
周 期：
月刊
编 辑：
计量学报编辑委员会
主 编：
崔丽红
邮发代号：
2-798
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