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2020年 41卷 11期
刊出日期：2020-11-28
几何量计量
光学计量
热学计量
力学计量
流量计量
电磁学计量
电离辐射、标准物质与生物计量
几何量计量
1313
面向机器人标定的单激光跟踪仪顺序多站式测量系统建模与分析
乔贵方,孙大林,温秀兰,宋光明,张颖,宋爱国
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.01
为实现大型串联工业机器人的高精度标定,搭建了一种单激光跟踪仪的顺序多站式测量系统。该系统仅需单台激光跟踪仪,先后在不同的基站位置对工业机器人的末端位置进行独立测量,并基于多边测量方法计算机器人的末端位置。计算过程中仅需激光跟踪仪的距离信息,有效地优化了末端位置的测量不确定度。首先,建立了该测量系统的仿真模型,深入地分析了测量点的数量与分布形状、测量距离以及工业机器人定位精度等因素对系统测量精度的影响;然后,依据分析结果确定单激光跟踪仪顺序多站式测量系统的搭建方案。实验结果表明:该系统在2.5m距离上的测量误差仅为0.023mm,优于激光跟踪仪的测量精度,满足大型串联工业机器人参数标定的测量精度要求。
2020 Vol. 41 (11): 1313-1320 [
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1321
用于双探针原子力显微镜的定位平台的设计及实验验证
林之东,高思田,黄鹭,李琪
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.02
针对双探针原子力显微镜的需求,设计了一种提供精确位移的大行程定位平台。采用柔性铰链和压电陶瓷致动器分别作为定位平台的导向机构和驱动机构。在 X、Y和Z轴运动方向通过并联机构实现独立位移。对定位平台进行数学建模,分析和计算定位平台的工作刚度和固有频率,并进行了有限元仿真分析。以电容传感器作为位移测量单元构建了定位平台实验装置,并进行了实验验证。实验结果表明:定位平台在X与Y轴方向上拥有 110μm 的行程,分辨率为5nm,在Z轴方向上拥有45μm的行程,分辨率为5nm。
2020 Vol. 41 (11): 1321-1326 [
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1327
一种基于波段比值法的海面厚油膜评估方法
崔永强,孔德明,孔令富,张晓丹,孔德瀚,袁丽,李超
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.03
激光诱导荧光(LIF)技术是目前较为有效的海面溢油探测技术之一,然而基于该技术的油膜厚度反演算法目前仅适用于薄油膜(≤20μm)。鉴于此,建立了一种基于LIF技术利用油膜荧光信号评估较厚油膜厚度的双波段比值模型,利用油膜荧光光谱的波形特性反演油膜厚度并论证了该算法的适用范围。实验数据得出,当油膜较薄时反演结果误差较大,随着油膜厚度增加误差逐渐降低,当油膜荧光信号趋于饱和时,误差较大且随油膜厚度的增加而快速变大。实验结果表明,该算法可以有效评估200~1400μm范围内的海面溢油油膜的厚度,并可以利用油膜荧光信号的测量相对误差评估该算法的适用范围。
2020 Vol. 41 (11): 1327-1331 [
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光学计量
1332
高精度空气折射率测量系统设计与实现
闵帅博,严利平,崔建军,王冬,束红林,陈恺
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.04
针对商用空气折射率测量装置受到传感器采集性能和解算公式准确度的影响使得实际测量精度较低的问题,基于便携式多环境参数采集装置,设计了一套空气折射率测量系统,采集环境中的温湿度、大气压强状态信息,对3种折射率间接测量公式进行误差分析,并和商用环境补偿器进行性能对比。实验结果表明:在压强为100.17~100.21kPa,温度为21.1~21.9℃,湿度为45.9~58.0% RH的实验条件下,该测量系统的测量偏差比商用环境补偿器低2.69×10
-7
。
2020 Vol. 41 (11): 1332-1338 [
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1339
人眼角膜参数计量校准与量值溯源方法研究
张吉焱,刘文丽,高明亮,定翔,孙劼
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.05
角膜曲率半径、屈光度和散光轴位是评价人眼角膜形态的关键参数。为解决人眼角膜参数准确测量和量值有效溯源,基于角膜反射成像原理,采用球面和环曲面设计形式,首次研制出人眼角膜参数系列标准。曲率半径测量范围为(5.5~10.0)mm,不确定度U=0.002mm(k=2);轴位测量范围为 0°~180°,不确定度U=1°(k=2)。建立了角膜曲率计工作基准装置国家计量标准,形成了人眼角膜参数量值传递与溯源体系。实验结果表明,该计量标准可以满足人眼角膜参数测量仪器的校准和量值溯源,保证人眼角膜参数的测量准确。
2020 Vol. 41 (11): 1339-1343 [
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力学计量
1344
基于深度学习利用特征图加权融合的目标检测方法
张世辉,王红蕾,陈宇翔,刘新焕,张健,何欢,任卫东
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.06
为了提高目标检测的准确性,提出了一种基于深度学习利用特征图加权融合实现目标检测的方法。首先,提出将卷积神经网络中的浅层特征图采样后与最深层特征图进行加权融合的思想;其次,根据所提的特征图加权融合思想以及卷积神经网络的具体结构,制定相应的特征图加权融合方案,并由该方案得到新特征图;然后,提出改进的RPN网络,并将新特征图输入到改进的RPN网络得到区域建议;最后,将新特征图和区域建议输入到后续网络层完成目标检测。实验结果表明所提方法取得了更高的目标检测精度以及更好的目标检测效果。
2020 Vol. 41 (11): 1344-1351 [
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热学计量
1352
铂丝位错特性对标准铂电阻温度计稳定性影响的研究
高凯,蒋庆,孙建平,李旭,叶萌,曾佳旭,高智涵
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.07
铂丝的位错是影响标准铂电阻温度计性能稳定性的重要因素之一。从微观角度出发,借助X射线衍射(XRD)分析方法,开展了退火时间对铂丝位错密度影响的研究,并利用标准铂电阻温度计退火实验数据进行了验证。结果表明:实际用于标准铂电阻温度计直径为0.07mm的新制铂丝(纯度99.999%)平均位错密度随着退火时间呈指数减小,经过100h退火后位错密度从1012cm
-2
下降到1011cm
-2
,300h后其位错密度基本保持稳定;新制标准铂电阻温度计在退火前300h其水三相点电阻值明显减小,退火300h后水三相点值变化量小于3mK并趋于平稳,此结果从热处理时间上与铂丝位错实验结果基本吻合。研究结果为标准铂电阻温度计制作工艺的提升及计量检定规程的修订提供技术支撑
2020 Vol. 41 (11): 1352-1357 [
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流量计量
1358
基于奇异值分解的水流量标准装置状态监测方法研究
史慧超,康希锐,孟涛
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.08
提出了基于奇异值分解的流量计输出信号分离方法,对流量信号、流量波动信号和噪声进行分离,准确获得装置管路中不同频率的流量波动信号及流量波动相对幅度,实现装置状态监测。通过仿真实验准确分离出了不同频率的流量波动信号,而且即使噪声方差为1时的最大幅值误差也只有0.0681m
3
/h。最后通过实验分离得到:幅度分别为0.73%和0.25%的流量波动信号与管路中的水泵失稳和阀门摆动引起的流量波动频率一致。仿真与实验结果验证了所提方法的可行性。
2020 Vol. 41 (11): 1358-1363 [
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1364
烟道截面面积校准装置模型研究及不确定度评定
杨阳,张亮,张洪军,王池,孔海燕,朱泽军
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.09
为了保证基于速度面积法烟道流量测量的准确性,需要准确测量出烟道截面面积。研发了一套烟道截面面积在线校准装置,能准确测量烟道内部几何尺寸,进而计算截面面积。讨论了基于随机抽样一致性截面面积拟合算法以及基于最小二乘法截面面积算法拟合计算的拟合特性,对比并优化后的拟合模型测量平均值的最大偏差为0.02%,装置测量重复性为0.013%。同时对装置的测量不确定进行评定,校准装置相对扩展不确定度为0.17%(k=2)。
2020 Vol. 41 (11): 1364-1369 [
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1370
科氏质量流量计中全数字驱动技术
徐浩然,徐科军,刘文,张伦,乐静,黄雅,刘陈慈
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.10
针对全数字驱动技术流量管难以启振的问题,综述了模拟转数字启振、随机波启振、正弦波启振、扫频方波启振、正负阶跃交替启振等5种启振方法;针对驱动信号幅值、频率、相位难以调节的问题,提出了解决方法;针对全数字驱动技术的实现平台,综述了2种解决方案:基于DSP的单核全数字驱动和基于DSP+FPGA的双核全数字驱动。其中,基于DSP的单核全数字驱动成本低,易于推广;基于DSP+FPGA的双核全数字驱动精度更高。
2020 Vol. 41 (11): 1370-1379 [
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力学计量
1380
电阻应变数据采集系统传递函数的评价
梁志国,孙浩琳,尹肖,王雅婷,吴娅辉
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.11
提出了电阻应变数据采集系统传递函数的一种辨识方法,给出了详细技术过程,包括:电阻应变阶跃激励源的构建与赋值,电阻应变阶跃信号波形的获取,应变放大器恒定时间延迟的测量估计,用等效采样方式获取电阻应变数据采集系统的阶跃响应序列,激励序列和响应序列的时序统一与合成,用一种特殊白化滤波器的最小二乘法进行电阻应变数据采集系统传递函数辨识等。在一组实验中的传递函数辨识应用,证明了该方法的有效性及可行性。该方法可用于电阻应变数据采集系统动态特性的计量校准,及其传递函数辨识。
2020 Vol. 41 (11): 1380-1385 [
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1386
全国非接触式汽车速度计比对的研究
孙桥,杜磊,白杰,曹进,王丽芳,苏阳
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.12
由中国计量科学研究院作为主导实验室的全国非接触式汽车速度计比对于2018年完成。作为机动车测速计量领域的首个固定地点的现场比对,参比实验室29家,其中27家为已建标的省级计量技术机构,全部比对结果为满意。介绍了比对的基本情况、技术方案,研究了比对方法和不确定度来源,提出了测速计量现场比对的特殊性,分析了比对结果。
2020 Vol. 41 (11): 1386-1390 [
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1391
轧机主传动系统扭振减振器参数设计及特性分析
刘彬,王营辉,姜佳磊,时培明
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.13
针对咬钢时突加负载时轧机主传动系统轴系的扭振现象,引入扭振减振器控制装置,建立电动机与扭振减振器的扭振抑制模型;通过对扭振减振器特性参数的设计,得出扭振减振器的惯量比、定调比、阻尼比;同时运用定点理论,得到最佳定调比和阻尼比;通过对比加入扭振减振器前后的时域特性曲线,得出扭振减振器能降低振动幅值;通过调节惯量比、扭转刚度、阻尼系数的大小,得出不同参数变化对轧机主传动系统幅频特性曲线的影响规律,适当的增大惯量比μ可以减小振动幅值,增大扭转刚度K
d
可以缩小系统的不稳定区域,增大阻尼系数C
d
可以有效降低系统扭转振动幅值,因此选取恰当的参数数值能有效提高轧机系统的稳定性。
2020 Vol. 41 (11): 1391-1397 [
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1398
基于蚁群算法优化BP神经网络的港口吞吐量预测
李长安,卢雪琴,吴忠强,张立杰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.14
利用蚁群算法优化反向传播神经网络的初始权值、阈值,建立预测模型,对港口货物吞吐量进行预测。蚁群算法具有全局搜索能力,分布式计算和鲁棒性强等特点,有利于加快反向传播神经网络的收敛速度,避免易陷入局部极值的问题,提高建模精度。在港口吞吐量预测中的应用表明:蚁群算法优化BP神经网络模型、模糊神经网络预测模型、RBF预测模型及BP预测模型的平均绝对百分比误差分别为2.826%、3.734%、4.990%和6.566%;同时,蚁群算法优化BP神经网络模型收敛速度最快。与传统BP神经网络、RBF网络及模糊神经网络相比,蚁群算法优化BP神经网络模型、模糊神经网络预测模型、RBF预测模型及BP预测模型的平均绝对百分比误差分别为2.826%、3.734%、4.990%和6.566%。
2020 Vol. 41 (11): 1398-1403 [
摘要
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1404
基于变分模态分解和奇异值分解的频率相近信号分离方法
邢婷婷,关阳,刘子涵,樊凤杰,孟宗
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.15
频率相近信号分离是故障诊断的难点问题。变分模态分解(VMD)作为一种新的信号时频分析方法,对频率相近信号具有较高的分辨率,能够实现频率相近信号的分离。VMD分解时先指定分解层数,层数选取的优劣将直接影响分解效果,过分解时容易产生虚假频率成分,反之,欠分解则容易丢失有用频率成分。基于此,提出一种基于变分模态分解和奇异值分解相结合的相近频率信号分离方法。首先选择适当的分解层数对信号进行VMD过分解,然后对分解得到的分量进行奇异值分解,通过奇异值分解检测并剔除虚假信号成分,从而实现频率相近信号的有效分离。利用仿真信号和滚动轴承故障信号证明了该方法的有效性和可行性。
2020 Vol. 41 (11): 1404-1409 [
摘要
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电磁学计量
1410
三角波激励ECT测量电路
马敏,吴轲,胡亚峰,崔自强,王化祥
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.16
电容层析成像系统测量电路须有极高灵敏度及动态测量范围。提出一种采用三角波代替传统正弦波作为激励信号的方法,利用C/V转换电路的微分特性,使其输出为方波信号且幅值与被测电容值呈线性关系。瞬态仿真表明,电路的稳定时间缩短为0.65μs;此外,因其不需要相敏解调的环节,电容测量速率大幅提高,将其用于12电极ECT测量,可使测量速度提高到3124帧/s。实测结果表明,该电路的测量灵敏度峰峰值达0.8 V/pF,动态测量范围可达到69 dB。
2020 Vol. 41 (11): 1410-1415 [
摘要
] (
281
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1416
基于改进飞蛾火焰算法的单相逆变器参数辨识
吴忠强,申丹丹,尚梦瑶,戚松崎
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.17
提出一种基于改进飞蛾火焰优化算法的逆变器电路参数辨识方法。针对飞蛾火焰算法的不足,改进了飞蛾火焰优化算法。前期使飞蛾向最优个体位置直线移动,加快了算法收敛速度;后期利用Levy飞行增强种群多样性,提高了算法全局搜索能力。参数辨识结果表明,改进飞蛾火焰算法辨识得到的参数值与实际值非常接近,误差很小。改进飞蛾火焰算法能够有效实现逆变器电路参数的精确辨识,进而可应用于参数型故障诊断、运行状态监测和预知维护。
2020 Vol. 41 (11): 1416-1424 [
摘要
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电离辐射、标准物质与生物计量
1425
4πβ(PC)-γ符合法测量60Co核素活度及不确定度评定
唐豪,范富有,梁珺成,钟科,朱宝吉,姚顺和,王仁波
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.18
4Πβ(PC)-γ符合方法主要用于实现β-γ级联衰变放射性核素活度的绝对测量,该方法一般测量VYNS(聚氯乙烯-醋酸乙烯共聚物)薄膜源样品,但其制备过程复杂。对制源工艺进行了优化,用4pβ(PC)-γ数字符合系统,对改进工艺制成的薄膜源进行了测量。用效率外推法获得的测量结果显示,新制60Co源的β表观效率达到93%,10个样品源的比活度测量结果在0.1%范围内一致。通过在数字符合软件上改变符合分辨时间、死时间与延迟时间,研究了符合参数选择对于测量结果的影响,评估了60Co核素活度测量的不确定度。
2020 Vol. 41 (11): 1425-1430 [
摘要
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1431
一种基于射线照相的X射线衰减系数获得方法
喻拓夏,奚清,杨丹
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.19
提出了一种通过射线照相法计算X射线在物质中衰减系数的方法,通过简单实验以及计算快速获取不同能量X射线在物质中的衰减系数。设计实验找出了底片黑度与工件厚度的关系曲线,推导出表达式,并得出表达式的可信区间。用射线照相法实测了管电压为140、130、120kV时钢质台阶试块的X射线衰减系数与理论值对比,其标准误差＜3%,证明了该方法的可靠性。射线照相法求物质衰减系数计算简单、操作便捷、误差小,有望推广应用于材料中X射线衰减系数的估算。
2020 Vol. 41 (11): 1431-1435 [
摘要
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284
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1436
核酸标准物质定值的实验体系研究
李达,王军,杨忠,王会如
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.20
分子体外诊断技术的高速发展,市场对不同种类具有溯源性的核酸标准物质的需求越来越迫切。然而,核酸种类的多样性给标准物质的研制带来了不小的困难。但核酸物理化学特性相近,定值过程有诸多共同点。从核酸取样量、核酸的稀释、定值方法的选择和数据结果分析4个方面详细地阐述了核酸标准物质在定值实验过程中涉及到的关键因素。通过分析得出,核酸定值的关键在于样品取样量、上样浓度和最佳定量范围的确定,从而建立正确的实验体系,减小核酸定值过程中产生的实验误差,避免错误的结果。
2020 Vol. 41 (11): 1436-1442 [
摘要
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285
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1443
飞机座舱空气质量检测气压补偿方法
何永勃,田吉磊,黄吕霖,李明伟
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2020.11.21
飞机座舱气压变化范围较大,对气体传感器产生较大影响,导致空气质量检测结果不准确,提出采用RBF神经网络进行气压补偿。首先设计试验系统;然后对HCHO、CO、CO2和NO2共4种典型的座舱空气质量检测气体传感器进行正负压试验,采集试验数据并绘制各气体的特征变化曲线;最后建立了以12个气压点和测量值为输入、期望值为输出的3层RBF神经网络模型,并对试验数据进行了误差修正补偿。结果表明:采用该RBF神经网络补偿算法,HCHO、CO、CO2、NO2气体传感器的最大相对误差分别由32.85%、28.42%、52.87%、87.18%降低到2.001%、3.668%、2.392%、12.68%,达到较好的补偿效果。
2020 Vol. 41 (11): 1443-1448 [
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