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2019年 40卷 1期
刊出日期：2019-01-22
几何量计量
光学计量
热学计量
力学计量
流量计量
声学计量
电磁学计量
无线电、时间频率计量
电离辐射、标准物质与生物计量
热学计量
1
气体声学温度计中声波导管的优化设计研究
陈厚桦,冯晓娟,林鸿,张金涛,任成,王克俭
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.01
声波导管的设计是影响声学信号信噪比的关键因素,导管内径越大、长度越短,越利于声波传输,但同时对声学共鸣腔产生更大的扰动。提出了采用变径声波导管降低声波的能量损耗和扰动方法,建立了变径声波导管的衰减和扰动模型,对比分析声学信号在不同尺寸声波导管内的能量衰减和导管对圆柱轴向非缔合声学共振频率和半宽的扰动,获得了优化的导管尺寸,在声波传输能量损失较小的情况下对内长为80 mm圆柱腔体首个轴向非缔合声学共振频率产生的相对扰动在3×10
-5
以内,该声波导管的优化设计可为高温气体声学温度计的深入研究提供理论支持。
2019 Vol. 40 (1): 1-7 [
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8
Co-C共晶点研制及评价
孟苏,蔡静,董磊
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.02
根据国际温度咨询委员会辐射测温工作组(CCT-WG5)对世界各国计量机构开展Co-C共晶点研制工作的相关要求,设计并搭建了Co-C共晶点灌注系统,采用直接共晶法成功灌注了满足复现实验要求的Co-C共晶点坩埚。针对直接共晶灌注法效率低、坩埚破裂风险大的缺陷,提出了对灌注方法的改进方案,并依据该方案成功灌注了2个Co-C共晶点坩埚。对灌注的Co-C-2#共晶点进行了复现试验,结果显示:拐点温度的不确定度为5.3 mK,满足小于10 mK的CCT要求;短期重复性为9.6 mK,满足小于20 mK的CCT要求。
2019 Vol. 40 (1): 8-12 [
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13
100~400 K真空红外亮温标准黑体辐射源研制
舒心,郝小鹏,宋健,原遵东,薛生虎,胡朝云
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.03
介绍了中国计量科学研究院研制的100~400K真空红外亮温标准黑体辐射源的工作原理、结构、性能测试方法及测试结果。黑体辐射源通过液氮制冷与3温区控制实现了100~400K范围内的温度控制。在真空环境下,测试了其在温度范围100~400K轴向温度均匀性、底部温度稳定性等技术指标,结果表明均匀性优于0.120K,控温稳定性优于0.020K/20min;在室温大气环境下,利用基于控制环境辐射的发射率测量方法测量了黑体空腔发射率,空腔法向发射率为0.9998。采用基于蒙特卡罗黑体发射率仿真计算方法分析轴向温度均匀性对空腔发射率的影响,分析了标准黑体辐射源的不确定度来源,在8~16 μm波长亮度温度的合成标准不确定度优于0.030K。
2019 Vol. 40 (1): 13-19 [
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20
红外辐射温度计专用数字表的研制及评价
盛山菊,卢小丰,唐小洁,宦克为,王雪莲
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.04
日本CHINO公司生产的IR-RST系列标准辐射温度计由于没有设计温度显示装置,无法实时显示温度,针对此类型温度计设计了一款专用的电压测量和温度显示,同时可提供24V直流电压的电测显示仪表。利用高等级的电压源和数字电压表,修正了本专用数字表的误差系数,并考核了稳定性,得到其最大相对误差不超过0.03%。与一款名义波长为0.65 μm的IR-RST辐射温度计配合使用,通过TG HT-9500型高温炉对其组合进行内插分度,实验结果证实分度后校准准确度优于0.03%,1 300 ℃时系统测量结果的扩展不确定度为0.62 ℃。
2019 Vol. 40 (1): 20-24 [
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25
Contourlet变换和遗传算法相结合的沥青红外图像增强方法
朱丹丹,王斌,杨奕,李永勃
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.05
沥青施工过程中,采集的红外图像容易受到周围环境噪声的影响,使图像变得模糊、信噪比低,从而导致后续图像处理分析的准确度降低。针对该噪声特性,提出了一种Contourlet变换和遗传算法相结合的红外图像增强方法。首先对原始红外图像进行Contourlet变换,得到带有多尺度、多方向信息的带通子带,然后对其进行模糊增强,并通过自适应遗传算法优化模糊增强参数,最后对增强后的带通子带进行Contourlet逆变换,得到效果增强的红外图像。实验结果表明,与其它几种常用的红外图像增强方法相比,此方法能更有效地抑制噪声,提高清晰度,取得了较好的增强效果。
2019 Vol. 40 (1): 25-30 [
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电磁学计量
31
片段采样与阶梯波测量——阶梯波研究之二
陆祖良,杨雁,黄璐,王磊
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.06
阶梯波是连接交流和直流的桥梁,也是连接动态和静态过程的潜在桥梁。提出了片段采样的概念,分析了这种采样下阶梯波的性质。通过实验着重讨论了阶梯波的测量方法,以克服过渡过程和吉布斯现象的影响。以1种带抗混迭滤波器的典型模数转换器为例,说明为达到准确测量目的,应该如何选择片段采样的参数。实验结果表明片段采样大幅降低了数据波动对测量结果的影响。
2019 Vol. 40 (1): 31-39 [
摘要
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40
基于改进无迹卡尔曼滤波的锂电池SOC在线估计
陈则王,杨丽文,赵晓兵,王友仁
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.07
针对无迹卡尔曼滤波算法对电池模型敏感并且容易受到不确定噪声干扰的问题，提出了改进的无迹卡尔曼滤波算法（improved unscented Kalman filter，IUKF），提高电池荷电状态（State of charge，SOC）估计精度和鲁棒性能。首先，对锂离子电池进行建模并完成参数离线辨识。紧接着，对模型参数进行敏感性分析，研究不同参数对SOC估计效果的影响程度，为模型参数自适应对象的选取提供依据。随后，研究了包含模型自适应算法和噪声自适应算法在内的IUKF算法实现过程。最后，通过物理实验对比分析了IUKF与其它算法的实际估计效果，实验结果表明，该方法估计误差小于1.79%，鲁棒性能良好。
2019 Vol. 40 (1): 40-48 [
摘要
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49
基于CEEMD和GG聚类的电能质量扰动识别
张淑清,乔永静,姜安琦,张立国,金梅,姚家琛,穆勇
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.08
提出一种基于完备总体经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition,CEEMD)和GG(gath-geva)聚类的电能质量扰动识别方法。CEEMD是一种对EEMD(ensemble empirical mode decomposition)的改进算法,其特点是向原始信号中以正负成对的形式加入白噪声,有利于减少重构信号中残余的辅助噪声;且在分解的每一个阶段都加入特殊噪声,计算一个唯一残差以得到每个IMF,因此分解的结果是完整的,优于EEMD。CEEMD不仅有效解决了EEMD的模态混叠的问题,同时也保留了EEMD处理非平稳信号的优势,再将CEEMD 分解的IMF分量的互近似熵值作为特征向量输入到GG模糊分类器中进行电能扰动的分类识别。为了验证该方法的有效性,进行了仿真和实测实验,结果表明,该方法有较好的频谱分离效果,且仅需要较少的迭代次数,减轻了计算成本。
2019 Vol. 40 (1): 49-57 [
摘要
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58
永磁无刷直流电动机换相脉动转矩及抑制方法
肖遥剑,冯浩,仰韩英,赵浩
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.09
通过分析永磁无刷直流电动机的换相过程,得到了电动机绕组电流换相产生的脉动转矩表达式。为了验证理论分析的正确性,首先对电流换相产生的脉动转矩及相关特性进行了仿真,然后采用永磁旋转角加速度传感器对电动机轴上的脉动转矩进行了实际测量,验证了电机输出转矩中的脉动转矩分量的客观存在性及相关特性。针对脉动转矩,提出了一种基于峰谷互补的抑制方法,并建立了对应的实验平台开展了实验研究,理论分析和实验测量取得了一致的结果,从而证明了该抑制方法的正确性。
2019 Vol. 40 (1): 58-63 [
摘要
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几何量计量
64
采用标准长度的激光多边法坐标测量系统自标定算法
郑继辉,缪东晶,李建双,徐志玲,赫明钊,李连福
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.10
基于多路激光跟踪干涉仪测长的坐标测量系统在大尺寸测量领域具有显著的优越性,准确标定系统参数是实现高精度坐标测量的关键。为了克服传统自标定方法的缺点,提出了一种采用标准长度的改进自标定算法。该算法首先在稳定的基座上设置固定点,在X、Y、Z方向分别产生用激光干涉法精确测得的标准长度,然后将标准长度用于构造自标定的优化函数。通过提高相应优化函数的权重,进一步提高坐标测量精度。通过仿真实验证明了该算法的可行性。采用独立的激光干涉仪验证系统在大尺寸范围内的测量精度,当测量点分布在距系统坐标系原点［7.0 m,8.3 m］区间内,两组实验误差均分布在［-9.5 μm,4.6 μm］区间内,结果表明所提出自标定算法可显著提高大尺寸空间坐标测量精度。
2019 Vol. 40 (1): 64-70 [
摘要
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71
关节臂式坐标测量机热变形误差建模及补偿
罗哉,刘晖,崔学伟,李冬,田焜
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.11
建立了关节臂式坐标测量机(AACMM)结构参数热变形误差的运动学方程,研究了在实验温度约为20 ℃时关节臂式坐标测量机主要结构参数的温度变化规律和测量误差的变化趋势,建立了基于多元线性回归方法的热变形误差补偿模型并进行验证。实验结果表明:AACMM工作温度上升值最大可达3℃,测量误差随温度上升呈增大趋势,最大长度测量误差可达0.115 mm。实现了AACMM热变形误差补偿,平均测量误差从0.071 5 mm降到0.033 5 mm,在一定程度上提高了AACMM的测量精度。
2019 Vol. 40 (1): 71-77 [
摘要
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光学计量
78
超导Nb膜表面减反膜技术研究
钟青,刘文德,马晓欢,王君,郑春弟,王雪深,李劲劲
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.12
针对单光子探测芯片中超导Nb膜减反的问题,研究了磁控溅射Nb膜折射率光谱特性随Nb膜厚度变化的规律,同时研究了化学气相沉积法制备的SiO
2
和SiN
x
介质膜的折射率光谱特性。为降低超导Nb膜对633 nm光的反射比,在Nb膜表面设计和制备了SiO
2
和SiN
x
减反膜。测试结果表明:SiO
2
和SiN
x
使反射比明显减小,计算结果验证了这一趋势。
2019 Vol. 40 (1): 78-81 [
摘要
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82
一种基于MSER和SWT的新型车牌检测识别方法研究
王艳,谢广苏,沈晓宇
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.13
为了降低拍摄距离、光照等对车牌识别的影响,提高复杂背景下车牌识别准确率,提出了一种基于最大极值稳定区域(maximally stable extremal regions, MSER)和笔画宽度变换(stroke width transform, SWT)的新型车牌检测识别方法。该方法首先进行MSER提取和Canny边缘检测,并根据车牌字符特征对二者相与运算后的MSER筛选;然后在筛选后的区域内做基于形态学处理的SWT和SW筛选,聚合筛选后区域,结合车牌几何特征完成车牌精定位;最后校正分割定位成功区域内连通域,提取骨架并归一化,与细化和归一化后的模板匹配。利用HU不变矩和网格特征识别首字符汉字,采用扫描跳跃点统计编码识别数字和字母。实验结果表明:该方法定位准确率高达94.86%,识别准确率达96.14%。该方法对远距离、变光照获取的复杂背景下,车牌检测识别具有较高的准确率和鲁棒性。
2019 Vol. 40 (1): 82-90 [
摘要
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91
基于反馈式多光谱成像的纱线颜色测量研究
孔祥伟
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.14
基于反馈式多光谱成像方法对纱线颜色测量进行了研究。首先建立8通道多光谱成像系统,窄带滤光片由8种不同波长的干涉滤光片组成;然后选择阈值对纱线和背景进行分割,纱线目标信息所占的比例增大可获得最优的分割阈值;最后反馈式非线性求解光谱反射比。实验仿真结果表明:该方法在CIEDE2000色差、均方根误差评价指标方面均优于其他方法。
2019 Vol. 40 (1): 91-96 [
摘要
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97
光辐射老化试验箱校准系统中光谱辐射计的温度修正
李向召,黄志凡,代彩红,王彦飞,陈斌华,吴志峰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.15
针对光辐射老化试验箱校准系统温度对光谱辐射计响应度的影响,提出了一种多阶泰勒多项式拟合温度修正方法;对校准系统光谱辐射计的温度效应进行修正后,可使光谱辐射计在0~55 ℃的不同温度下光谱响应误差小于2%。
2019 Vol. 40 (1): 97-99 [
摘要
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力学计量
100
基于关联维数和线段聚类的滚动轴承故障诊断
孟宗,邢婷婷,张圆圆,周明军,殷娜
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.16
提出一种基于关联维数的滚动轴承故障特征提取方法。线性标度区域的识别是影响关联维数准确度的重要因素,针对关联维数线性标度区对应的二阶导数在零上下波动这一特征,将二阶导数数据点转化为线段,再利用线段的聚类方法进行两次聚类分析,并应用统计学准则排除粗大误差,最后对数据拟合得到特征值。对经典的Lorenz混沌系统进行仿真分析,具有良好的效果,并对滚动轴承4种状态信号进行特征分析,实验表明该方法能更加准确地识别出轴承故障信号。
2019 Vol. 40 (1): 100-105 [
摘要
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106
旋转弹转速测量系统设计
杨文卿,李杰,李文豪
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.17
针对常规旋转弹转速测量中传统的微机电系统(MEMS)陀螺仪在量程和精度上不能同时满足测试要求的问题,提出了一种新的转速测量方法,通过增加一个无刷直流伺服电机控制的稳定平台来隔离弹体的高速旋转;介绍了系统测量原理与结构组成,并完成了系统的软硬件设计;通过高精度飞行仿真转台对弹体转速测量系统进行了有效性验证,试验结果表明,该测量系统可以准确地测量弹体的转速,其误差在1°/s左右,实现了通过高精度小量程陀螺仪测量高转速的目的。
2019 Vol. 40 (1): 106-110 [
摘要
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111
基于改进OS-ELM的冷连轧在线轧制力预报
魏立新,张宇,孙浩,魏新宇
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.18
冷轧轧制力预报结果直接影响板(带)材轧制精度和产品质量。冷轧工艺复杂,参数耦合性强,模型不易建立且与实际偏差较大,针对这些问题,提出一种改进在线序列极限学习机。在初始训练阶段使用量子粒子群算法优化权值和阈值;在线训练阶段根据当前训练数据中隐含层对网络输出的贡献度调节网络的拓扑结构,实现了结构和参数的自组织,并结合极限学习机变形抗力子模型在线预报轧制力。实验结果表明,该自组织在线序列极限学习机在训练速度和精度方面较之人工蜂群优化的反向传播神经网络和基于增强型增量极限学习机有较大的提高。
2019 Vol. 40 (1): 111-116 [
摘要
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382
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117
光压的测量方法现状及发展趋势
宋乐,王玉瑾,郑叶龙
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.19
介绍了光压的概念及应用,按照测量介质由宏观至微观、系统刚度由高到低的次序,选取了具有代表性的扭秤、晶体、薄膜、电容和液体这5种感测介质,分别介绍了这5种感测介质的测量原理及发展现状,分析了每种方法的特色,并提出了目前光压测量面临的问题,结合国际计量发展新动态,分析了光压测量方法的发展趋势。
2019 Vol. 40 (1): 117-123 [
摘要
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546
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流量计量
124
动量式气体流量计内部流场特性与测量性能研究
刘正刚,杜广生,刘丽萍
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.20
采用数值模拟与实验验证相结合的方法,得到了动量式气体流量计内部的流场,分析了流量变化时受力元件阻力系数的变化规律,研究了受力元件的形状、安装误差对测量性能的影响。研究结果表明,动量式流量计的阻力系数在量程范围内有较大变化,必须对阻力系数随雷诺数的关系式予以拟合;长方形受力元件阻力系数的拟合公式计算误差最小,拟合结果与实验数据的最大误差为0.32%,应优先选用;安装误差引起的阻力系数误差不大于0.32%,对测量精度影响较小,动量式流量计适合在线安装。
2019 Vol. 40 (1): 124-129 [
摘要
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387
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130
三维电容层析成像组合电极激励测量模式
张立峰,朱炎峰,宋亚杰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.21
针对3层电容阵列电极传感器,基于三维仿真,研究了两种组合电极激励测量模式,并与传统的单电极激励单电极测量模式进行了比较,包括电容测量值大小及其动态范围、敏感场分布均匀性以及重建图像质量。基于COMSOL软件及Matlab软件进行了仿真实验,结果表明:相较于传统的单电极激励单电极测量模式,组合电极激励测量模式所得图像重建效果更好,测量电容值较大且动态范围较小,敏感场分布更加均匀,对中心物体的成像质量明显提高。
2019 Vol. 40 (1): 130-133 [
摘要
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379
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声学计量
134
基于模糊控制的小波包多阈值语音减噪新算法
陈召全,朱明星,章小兵,张涛
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.22
在分析小波包传统阈值去噪算法的基础上,提出了一种基于模糊控制的小波包多阈值语音减噪新算法。该算法采用改进的多阈值选取方式来代替传统的阈值选择;应用一种新阈值函数对经小波包变换后的最底层频率系数进行量化处理以确保噪声尽可能地被滤除;模糊控制器可用于对信号中的幅值跳变以及边缘粗糙等问题进行优化与修正。综合以上3种方法即可自适应地进行语音增强处理。经实验结果验证,与传统阈值算法相比,该算法能够最大程度地还原纯语音信息,有效提高了语音去噪的准确度与信噪比。
2019 Vol. 40 (1): 134-139 [
摘要
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369
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无线电、时间频率计量
140
一种适用于现场原位校准的双输入激励方法
梁志国,吕国义,尹肖,孙浩琳,张大治
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.23
针对现场校准中各种非电物理量激励源实现困难的问题,提出一种双输入激励法,以电信号标准源激励校准传感器后面的数据采集系统。借助于现场物理量值提供单值激励,以现场测量标准校准包含传感器的被校测量系统,并判定传感器的工作正常性。在其工作正常情况下,以传感器稳定的传递特性模型的平移,表述其现实特性,模型参数来源于以往实验室校准结果,从而以双输入激励法完成全测量系统的现场校准。从铂电阻温度计长达6年的校准结果漂移特性,可以看出该方法具有正确性和可行性。
2019 Vol. 40 (1): 140-145 [
摘要
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388
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146
时延系统中T-LSSVR动态软测量建模方法研究
赵彦涛,单泽宇,龙海峰,刘贺朋,郝晓辰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.24
针对工业过程中由于系统存在延时导致软测量模型难以建立、模型精度偏低等问题,提出将系统延时(T)与最小二乘支持向量回归机(LSSVR)相结合,构建一种基于T-LSSVR的动态软测量建模方法;该方法在建模过程中利用互相关函数与一阶广义差分算法辨识得到“静态响应延时”和“动态响应延时”,通过软测量手段对变量进行预测以实现辅助变量对主导变量的最佳估计。对某化工企业具有此类双延时性质的系统进行实验,实验结果表明该建模方法在动态和稳态数据预测方面都有良好的预测效果。
2019 Vol. 40 (1): 146-152 [
摘要
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397
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电离辐射、标准物质与生物计量
153
多丝正比计数器工作气体压强变化对α、β表面粒子发射率测量的影响
李语奇,王仁生,张明,张俊伟,杨志杰,梁珺成
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.25
为了研究工作气体气压变化对α和β源表面发射率绝对测量的影响,在α、β表面粒子发射率基准装置上,通过改变多丝正比计数器工作气体压强,对大面积α平面源241Am、β平面源204Tl和90Sr/90Y的表面粒子发射率进行了绝对测量,并通过阈值外推方法对低能信号引起的漏计数率进行修正。结果表明,当工作气体压强在50～180kPa气压范围内变化时,不同气压条件下的α、β表面粒子发射率测量结果在实验不确定度范围内相一致。基于Geant4程序包对探测器结构进行建模,Monte Carlo方法给出的模拟结果得出的结论与实验结果相符。
2019 Vol. 40 (1): 153-158 [
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159
PM2.5监测仪检测用国家一级标准物质的研制
张文阁,刘巍,许潇,陈仲辉,刘俊杰,池顺鑫,胡向军
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.26
介绍了细颗粒物PM2.5监测仪检测用国家一级标准物质(标物号:GBW13642～GBW13649)的研制方法。用球形度好的单分散交联聚苯乙烯微球作为标准物质候选物,采用可溯源至国家长度基准的测量方法(扫描电子显微镜和图像分析法)及密度测量等方法为标准物质定值;利用经典气溶胶动力学当量直径计算方法,对其空气动力学直径进行建模分析。实验验证:该标准物质适用于PM2.5监测仪切割特性的检测校准以及作为尘源用于PM2.5监测仪量值的检测与校准。
2019 Vol. 40 (1): 159-163 [
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164
采用蒙特卡洛法评定转基因水稻样品中NOS终止子的测量不确定度
宋君,常丽娟,张富丽,王东,李洁
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.27
采用蒙特卡洛方法(MCM)实施“概率分布传播”来评定转基因水稻样品中NOS终止子的测量不确定度,解析转基因成分测量不确定度的概率分布。评定结果表明:NOS终止子的相对含量为2.95%,非常接近理论含量(3%),而且其标准不确定度为2.13×10
-4
,远小于1.00×10
-2
。在95%的包含概率下,NOS终止子的相对含量分布在2.91%～3.00%非常窄的包含区间内,充分说明测量质量好,测量结果可靠;NOS终止子相对含量的概率分布呈标准正态分布,揭示转基因成分测量条件满足GUM法的假设,MCM和GUM法都可以应用于转基因成分测量不确定度评定。
2019 Vol. 40 (1): 164-171 [
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计量学总论、不确定度
172
基于最大熵区间分析的测量不确定度评定
姚成乾
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2019.01.28
为了提高测量不确定度评定的精度,采用最大熵区间分析方法。首先通过贝叶斯模型结合最大熵算法建立模型;接着对输入量样本信息下限和上限区间的不对称性进行分析,引入Jaynes熵以及引入拉格朗日量得出最短区间;考虑了输入量的不确定度随概率分布的传递过程,最后对输入量样本信息通过划分区间比值来确定被测量的不确定度评定。实验仿真显示该算法计算测量不确定度的区间较小,评定结果更为精确。
2019 Vol. 40 (1): 172-176 [
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