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2020年 41卷 7期
刊出日期:2020-07-28

计量学总论
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
 
       几何量计量
769 毫米级纳米几何特征尺寸计量标准装置多自由度激光干涉计量系统
施玉书,张树,连笑怡,李伟,李琪,黄鹭,高思田
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.01
准确的纳米几何结构测量是提高集成电路、微纳机电系统和微纳技术产品的质量和性能的关键技术支撑,为了得到准确一致的测量结果,必须实现纳米尺度的量值溯源并建立量值的传递体系。为满足纳米几何结构计量从纳米尺度到毫米尺度的跨尺度计量需求,实验室研制了毫米级纳米几何特征尺寸计量标准装置,集成于该装置中的多自由度激光干涉计量系统,实现了测量结果向米定义SI单位的直接溯源。实验结果表明该系统能够在毫米级的测量范围内,实现纳米级的测量准确度,分辨力达到了亚纳米量级。
2020 Vol. 41 (7): 769-774 [摘要] ( 82 ) HTML (1 KB)  PDF (1460 KB)  ( 53 )
775 气膜孔视觉测量系统的设计与搭建
毕超,郝雪,刘孟晨,房建国
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.02
为了重建高压涡轮导向叶片气膜孔的三维形貌特征,基于机器视觉原理,设计并搭建了非接触式的气膜孔四轴视觉测量系统。该系统主要由三坐标测量机框架、高精度回转台、叶片专用夹具和图像采集装置构成,将视觉测量技术和三坐标测量技术结合起来以应对气膜孔的检测问题。为了获取气膜孔的三维形貌数据,提出了应用景深合成技术进行孔壁三维形貌重建的方法,并通过实验进行了重建方法的验证。在实验过程中,应用该测量系统对某个高压涡轮导向叶片上的气膜孔特征进行了测量实验,获取了孔深范围内的对焦图像序列,而后对其进行了景深合成与深度信息转化,最终实现了该气膜孔的孔壁形貌的三维重建与显示,并实现了向三维点云数据的转化,充分说明了所搭建的气膜孔视觉测量系统的有效性。
2020 Vol. 41 (7): 775-780 [摘要] ( 53 ) HTML (1 KB)  PDF (1671 KB)  ( 40 )
781 基于比值线性化的高适应性光栅细分方法研究
赵国博,叶国永,史永胜,尹磊,刘红忠
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.03
电子细分是光栅位移传感器实现纳米级分辨率测量的关键,细分误差由细分方法和光栅信号质量共同决定。针对信号实时修正方法在小步距测量和一些复杂工况环境下的局限性,从提高细分方法对非理想光栅信号的适应性的角度出发,提出了基于信号比值线性化的新型电子细分方法,构建了2种实时补偿信号以进一步提高信号的线性度;详细阐述了所提细分方法的细分原理,分析了其在非理想光栅信号输入情况下的细分误差;实现了最高为0.003μm的理论细分精度和0.08μm的实际细分精度。数值仿真和对比实验结果表明,所提细分方法对非理想光栅信号的适应性明显优于常用的反正切细分法和正余弦绝对值相减细分法。
2020 Vol. 41 (7): 781-788 [摘要] ( 38 ) HTML (1 KB)  PDF (2924 KB)  ( 38 )
789 AFM轻敲模式下扫描参数对成像质量影响的研究
陈建超,安小广,冯世绪,王加春
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.04
针对原子力显微镜(AFM)扫描参数对成像质量的影响规律,对现有的扫描参数影响成像质量的研究进行了分析。提出了以幅值误差作为评价AFM成像质量的指标,通过实验研究了扫描参数对AFM成像质量的耦合影响。发现了扫描频率fs、积分增益I和幅值设定点S这3个扫描参数间相互影响的现象,在S低较低情况下可设置更大的fs和I,在获取高质量成像的同时,提升了测量效率,对扫描参数的合理设置提供了可靠的操作准则。
2020 Vol. 41 (7): 789-795 [摘要] ( 65 ) HTML (1 KB)  PDF (1850 KB)  ( 22 )
       光学计量
796 基于混合暗通道算法的图像去雾研究
邵明省
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.05
基于混合暗通道算法对图像去雾进行了研究。首先通过阈值划分混合暗通道,混合暗通道为近景区域和远景区域之和,最大化相似度评价函数获得混合暗通道微调系数;接着通过像素点与区域中心点的暗通道光强差值实现近景区域去雾,远景区域去雾规则是通过像素的膨胀、腐蚀实现;最后给出了算法流程。实验仿真显示该算法去雾图像视觉比其它算法的效果好,定量分析指标较优。
2020 Vol. 41 (7): 796-800 [摘要] ( 61 ) HTML (1 KB)  PDF (1000 KB)  ( 41 )
       热学计量
801 密闭空间爆炸温度动态不确定度评估方法研究
张龙,张继军,赵建伟,张宝国,张东亮
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.06
融合了灰色模型GM(1,1)、Bootstrap方法以及不确定度评定理论,建立了密闭空间内爆炸温度动态测量不确定度的灰自助评估模型GBM(1,1),选取某次爆炸试验300s的温度数据作为分析数据,运用估计真值、估计区间和平均不确定度等参数表征其估计结果。实验结果表明,GBM(1,1)模型融合了灰色模型GM(1,1)和Bootstrap方法的优势,可以准确模拟动态测量数据的概率分布,并实时跟踪被测量瞬时值的变化趋势。相比于灰色模型GM(1,1)和Bootstrap方法,灰自助模型GBM(1,1)具有更高的真值估计准确度和区间估计可靠度,其估计误差分布区间为[-12.62, 13.58],标准差为8.69℃,最大相对误差为1.2%,区间估计可靠度高于90%,估计区间能够较完整地包络被测量的动态波动范围。由此证明GBM(1,1)模型能够对密闭空间内爆炸温度的动态测量不确定度做出准确评估。
2020 Vol. 41 (7): 801-807 [摘要] ( 61 ) HTML (1 KB)  PDF  (0 KB)  ( 11 )
       流量计量
808 面向批料流测量的科氏质量流量计正交解调方法实现
张伦,徐科军,徐浩然,乐静,刘文,刘陈慈,黄雅
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.07
为了提高科氏质量流量计在批料流工况下的测量精度,根据正交解调算法具有快速响应的特点,选取该算法作为批料流下的信号处理方法,并解决实现过程中的技术难点。利用正弦信号周期性的特点,实现解调信号单周期有限点数据循环调用;采用FIR陷波器和IIR低通滤波器级联完成对解调后信号的滤波,在保证滤波效果的同时降低了算法运算量;为了去除计算结果中的奇异点同时减小稳态波动,在相位差后期处理中加入两级平均;优化了算法实现过程中的资源分配。在此基础上,研制了科氏质量流量变送器,并进行了单相流和批料流标定实验,其测量误差小于0.1%,重复性小于0.05%。实验结果表明,正交解调算法在批料流下具有较好的测量精度,同时所研制的变送器具有较好的性能。
2020 Vol. 41 (7): 808-815 [摘要] ( 45 ) HTML (1 KB)  PDF (1001 KB)  ( 34 )
       力学计量
816 带滚珠调节的面—面接触形式负荷传感器球头副
梁伟,杨晓翔,姚进辉,许航
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.08
为降低传统负荷传感器球头的接触应力水平,提高传感器测量的准确度和长期可靠性,设计了一种带滚珠调节的面—面接触形式的负荷传感器球头副结构,同时通过对比实验进行了验证,实验结果显示采用该结构的球头副,一只20MN柱式力传感器可在倾斜0.2°的状态下,测量得到重复性小于0.005%、方位误差小于0.04%。研究表明,该带滚珠调节的面—面接触形式负荷传感器球头副相对未带滚珠调节的面—面接触形式传感器球头副,球头相对球碗转动时摩擦阻力更小,不仅能实现水平自调节,而且还能灵活调整由负荷传感器上、下承压面不平行带来的角度偏差,使传感器在不同测量方位测得的载荷输出值更一致,方位误差更小。此外,由于采用了面—面接触形式,该结构球头副接触应力较小,具有较大的承载能力,保证在大载荷作用下具有足够的强度。
2020 Vol. 41 (7): 816-822 [摘要] ( 49 ) HTML (1 KB)  PDF (572 KB)  ( 19 )
823 球压痕硬度基准装置研制
刘吉萍,王敬涛,崔园园,曾利民
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.09
依据球压痕硬度量值定义,推导出了球压痕硬度基准装置中各量值的精度要求,并根据精度要求研制了球压痕硬度基准装置。介绍了装置的结构及控制系统的设计。实验结果表明:该装置具有量值溯源方便、计量性能稳定的特点,基准装置的扩展不确定度Urel=1.0%(k=2),优于JJG2019-1995《塑料球压痕计量器具》的规定要求,可在8.45~467.2HB范围开展量值传递工作。
2020 Vol. 41 (7): 823-829 [摘要] ( 45 ) HTML (1 KB)  PDF (1885 KB)  ( 31 )
830 绝对重力仪中落体光心与质心间距的精确测量
余烨,胡翔,王启宇,吴书清,冯金扬
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.10
为了减少用光学干涉法测量绝对重力过程中落体旋转对测量结果的影响,设计了基于扭摆法调校落体光心与质心间距的方法。采用标准模态分析落体的本征频率,推导光心与质心沿铅锤线方向偏移的测量方程。并分析了角锥棱镜折射率与气体阻尼分别对测量结果的影响。结果表明:入射角在0~0.1°之间,品质因子Q=1000时,调校落体使光心与质心重合,旋转导致的重力加速度干扰最佳可控制在1.4μGal。
2020 Vol. 41 (7): 830-834 [摘要] ( 47 ) HTML (1 KB)  PDF (570 KB)  ( 21 )
835 基于商空间和支持向量机的滚动轴承故障智能诊断
张金凤,李雪,杨蕊,李继猛
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.11
针对滚动轴承故障诊断中存在的故障类型多样且有效特征难以选取等问题,提出了一种基于商空间和支持向量机的智能诊断模型。该模型利用商空间的粒化分层思想将输入样本按照不同等价关系进行粒化分层,并对每一粒度层的时域和频域特征进行约简,然后将每一层约简后的特征向量输入到支持向量机进行状态识别,最后对各粒度层状态识别结果加权融合得到最终结果。利用轴承全寿命试验数据对该模型进行验证,识别精度达到96.92%。
2020 Vol. 41 (7): 835-841 [摘要] ( 37 ) HTML (1 KB)  PDF (592 KB)  ( 40 )
842 基于吸振器控制的轧机辊系时滞反馈研究
刘彬,王营辉,姜佳磊,刘爽
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.12
考虑四辊轧机液压缸非线性弹簧力约束的因素,建立带有吸振器的两自由度轧机辊系模型。引入时滞反馈控制函数,设计带吸振器的轧机辊系振动位移、振动速度时滞反馈控制方程。通过分析轧机辊系振动极限环幅值和幅频特性的稳定性,得到不同反馈增益参数和时滞量参数对轧机辊系主系统的影响规律。适当地增大反馈增益系数g1和g2,减小时滞量系数τ1和τ2,可以改善系统的稳定性和收敛性。
2020 Vol. 41 (7): 842-847 [摘要] ( 45 ) HTML (1 KB)  PDF (735 KB)  ( 23 )
       声学计量
848 基于频域相位信息的声表面波谐振器回波频率估计
李亚飞,陈智军,朱卫俊,黄鸿伟,熊志强
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.13
提出一种基于频域相位信息的频率估计算法,利用正弦信号傅里叶变换相位谱中相位与频率的关系实现对声表面波谐振器回波频率的估计,并采用自相关运算消除回波信号初相位对估计结果的影响。通过无线测试系统和仿真回波信号对该算法进行了验证,表明算法的频率估计精度不受激励信号频率变化的影响,并且在整个声表面波谐振器的谐振频率变化范围内都具有较高的精度和稳定性。
2020 Vol. 41 (7): 848-851 [摘要] ( 63 ) HTML (1 KB)  PDF (1292 KB)  ( 36 )
       电磁学计量
852 1000V多盘感应分压器标准建立
王维,刘夏,张欣
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.14
中国计量科学研究院研制了一台1000V多盘感应分压器标准装置,用作工频1000V电压比例标准。该装置使用了一种基于互感器注入的误差补偿技术,可准确提供从1×10-8到1的宽范围比例出。感应分压器的误差校验使用了包含三同轴屏蔽技术的改进型参考电势增量法,并设计了多比例参考互感器以便对感应分压器进行整体校验。所研制的感应分压器准确度优于1×10-7,校准结果不确定度小于2×10-8
2020 Vol. 41 (7): 852-856 [摘要] ( 39 ) HTML (1 KB)  PDF (1929 KB)  ( 20 )
857 电磁辅助压电致动器设计开发与性能测试研究
魏小华,郑凌晨
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.15
传统的压电致动器,受限于压电致动的小行程,通常只能测量较小的范围。研发了一种电磁辅助压电致动器,同时具备电磁式致动器长行程与压电式致动器高分辨率的特点,该致动器包含可动件、导引槽、挠性件、电磁铁、压电元件以及控制电路。首先调整挠性可调预压装置并设定电磁铁电流,使得电磁致动力处于最大静摩擦力与动摩擦力之间;再利用压电组件所产生的微震动,控制可动件与导引槽之间的接触情况在静摩擦与动摩擦之间切换,从而完成长行程(10mm)且高分辨率(1.5μm)的往复运动。实验结果表明该致动器具备出色的定位能力。
2020 Vol. 41 (7): 857-863 [摘要] ( 39 ) HTML (1 KB)  PDF (1978 KB)  ( 22 )
864 EVM测试中匹配滤波器的选择方法研究
沈小青,余清华,杨洋,邱斌,夏伟
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.16
针对部分被测设备数字调制输出时滤波器未知或者采用非常规滤波器的情况,在深入分析匹配滤波器与误码率、EVM之间关系的基础上,提出在测量仪器上使用“遍历法”寻找使得EVM测量准确度最高的测量滤波器的工程近似方法。实验表明该方法实用有效,当测量仪器中存在匹配滤波器,寻找到匹配滤波器的概率为100%,当测量仪器中不存在匹配滤波器,遍历法能够找出在有限条件下使测量结果最佳的测量滤波器。
2020 Vol. 41 (7): 864-867 [摘要] ( 41 ) HTML (1 KB)  PDF (608 KB)  ( 20 )
       无线电、时间频率计量
868 基于时延反馈多稳随机共振的微弱信号检测方法
时培明,袁丹真,张文跃,李梦迪,韩东颖
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.17
为了检测噪声背景下的微弱信号,提出了一种基于一次项时延的新型多稳态随机共振模型。分析了各参数对该模型的影响,并与时延反馈随机共振模型进行对比。提出的基于一次项时延的多稳态随机共振模型可以集中增强微弱信号特征频率处的幅值,提高输出信号的信噪比和谱功率放大系数。通过实例验证表明提出的方法可以有效检测出早期微弱信号的特征。
2020 Vol. 41 (7): 868-872 [摘要] ( 39 ) HTML (1 KB)  PDF (2234 KB)  ( 17 )
       电离辐射、标准物质与生物计量
873 胶片剂量仪与半导体探测器在小野剂量数据测量中的比较分析
高翔,余燕娟,石丽婉
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.18
小照射野的建模数据对于调强放射治疗和立体放射治疗十分重要。在加速器使用6MV光子束条件下,采用胶片与0.01cm3的半导体探头,在IBA Blue Phantom 2水箱与固体水中,测量0.6cm×0.6cm至10.0cm×10.0cm照射野的百分深度剂量(PDD)曲线、profile、点剂量等数据,并计算射野总散射因子Scp。测试结果表明:对于PDD曲线,不同的照射野情况下,半导体探头与胶片在建成区测得数据基本吻合,在水深2~10cm测量结果存在微小偏差,当水深超过10cm以后差距明显(达7%);对于profile曲线,不同照射野下,胶片与半导体探头测量数据无明显差异,但胶片具有更好的空间分辨率,体现在半影区剂量跌落更明显;半导体探头、胶片剂量仪测得的点剂量与计划系统计算相同深度的点剂量比较,差异明显(最大误差分别为-2.7%、12%)。分析得出:不同的测量探头,对小野物理数据测量的准确性可能存在很大差异;胶片剂量仪具有优越的空间分辨率,但是胶片的吸收剂量范围有限,具有能量和方向依赖性。
2020 Vol. 41 (7): 873-878 [摘要] ( 45 ) HTML (1 KB)  PDF (1214 KB)  ( 24 )
879 基于改进最优觅食算法的锅炉NOx排放预测研究
牛培峰,彭鹏
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.19
提出了一种改进的最优觅食算法(POFA),在最优觅食算法中引入自适应惯性权值与全局最优解来改进算法的更新公式,同时加入相空间搜索的机制。利用改进的最优觅食算法优化极端学习机(ELM)构建一个改进的极端学习机模型(POFA-ELM),并用该模型对锅炉NOx的排放特性进行建模。将该模型与ELM、差分进化算法、粒子群算法、人工蜂群算法以及基本的最优觅食算法优化的ELM模型进行比较。结果表明:该模型的预测精度更好,泛化能力更强,可以更加准确地预测NOx的排放质量浓度。
2020 Vol. 41 (7): 879-885 [摘要] ( 38 ) HTML (1 KB)  PDF (1486 KB)  ( 25 )
886 微晶蜡含油量不确定性评估
贾未鸣,高旭锋,凌凤香,张会成,郭士刚
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.20
分析了微晶蜡含油量测定过程中影响检测结果的不确定度因素并进行了评估。通过计算重复性、残油质量、样品质量、溶剂体积、蒸发溶剂体积等因素带来的不确定度,得到了微晶蜡含油量测定结果的合成不确定度。实验结果表明,微晶蜡含油量测定不确定度主要影响因素为重复性,其次是溶剂体积和残油质量带来的不确定度。通过对不确定度进行评估,有利于提高检测结果可靠性,可以为准确测定微晶蜡含油量提供理论依据。
2020 Vol. 41 (7): 886-890 [摘要] ( 41 ) HTML (1 KB)  PDF (443 KB)  ( 19 )
       计量学总论
891 抽样引起的测量不确定度评定
陈凌峰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.07.21
若测量值定义为抽样目标中的分析物浓度,那么与抽样相关的不确定性必然导致最终测量结果的不确定度。抽样不确定度主要来源于抽样目标的不均匀性、抽样方案不明确、抽样和样品制备过程中引入的交叉污染、分析物损失等。以欧洲分析化学会的指南为基础,介绍了抽样不确定度评定的经验方法,该方法将测量不确定度来源区分为抽样过程和分析过程中的随机效应与系统效应。通过实例说明了如何通过重复实验和方差分析来量化抽样和分析过程中的随机效应,从而评估抽样和样品制备所引入的不确定度。
2020 Vol. 41 (7): 891-896 [摘要] ( 102 ) HTML (1 KB)  PDF (1033 KB)  ( 38 )
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