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2022年 43卷 7期
刊出日期：2022-07-28
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
837
长导轨直线度分段测量拼接方法研究
李婷,缪东晶,李连福,李建双,钟文
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.01
激光干涉仪测量超长导轨直线度时,因导轨长度超出干涉仪直线度测量范围,需分段测量后拼接,测量数据易受噪声和激光漂移等因素影响,导致拼接可能引入较大误差。通过分析拼接过程中的影响因素,结合长导轨结构特性,提出了一种将拼接公共点分布在相邻两节子导轨上,利用相邻两节子导轨夹角的稳定特性来实现长导轨直线度拼接的方法。通过仿真与实验,对比了30m范围内的直接测量法与坐标变换拼接法的测量结果,2种方法的直线度结果相差＜10μm,表明所提出的方法能有效减小拼接误差。将此方法应用于72m导轨的直线度测量,并与电子水平仪测量方法比较,2种方法结果相差10μm,表明所提出的方法可实现高精度的直线度拼接。
2022 Vol. 43 (7): 837-843 [
摘要
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844
表面粗糙度国际比对自动测量系统关键技术研究
卜祥鹏,张树,皮磊,施玉书
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.02
基于中国计量科学研究院的表面粗糙度基准计量装置,开展了视觉定位系统、自动操作系统和多自由度位移系统的研究,从而实现依据国际比对协议规定流程的自动化测量。实验验证表明:该系统可有效实现表面粗糙度的自动化测量,满足国际比对的要求。在对国际比对规定的表面粗糙度标准器的测量实验中,该系统的自动定位测量的重复性为4.2nm,相比于手动定位测量提高了2.6倍,有效地减少了测量过程中引入的人为误差。
2022 Vol. 43 (7): 844-850 [
摘要
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光学计量
851
反射式灰阶测试卡测量装置及方法研究
高红波,吴伟钢,曾智,周彦,曹雪颖
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.03
为解决评价摄影图像质量用反射式灰阶测试卡的量值溯源问题,利用实验室现有测试仪器搭建了光学测试平台,并提出了一种简单、可行的测试方案。在卤素灯光路侧加装平行光管作为光源,采用双轴步进电机和基于PCI接口的微机内置式PCI试验卡,实现45°/0°转角系统自动控制。选用光谱分光辐射度计作为接收单元,用已知标准值的标准白板做标准,采用相对测量法,实现反射式光密度无接触测量。实验数据分析表明:用该装置测量TE-108型反射式灰阶测试卡的测量结果与出厂值之间的光密度值最大示值误差仅为0.02,装置的可靠性和测量方法的可行性均较高,同时证明了被测反射式灰阶测试卡的印刷质量较好,可为后续的研究工作提供有价值的参考。
2022 Vol. 43 (7): 851-855 [
摘要
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856
多通道融合下的手势识别算法研究及船舶虚拟交互平台设计
程淑红,杨镇豪,王唱
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.04
为促进船舶虚拟交互平台的人机交互方式向智能化转变,提出了一种多通道融合下的手势识别算法。在不同视角下采集手势图像并建立手势数据集;搭建基于YOLOv4目标检测算法的手势识别框架,分别对多视角手势图像进行识别,将多个识别结果通过一种多数据融合算法决策出最终手势识别结果。同时,设计了基于Unity3D的船舶航行虚拟场景,通过手势识别输出的指令实现对虚拟船舶稳定度平台的操作。实验测试了手势在复杂环境下该手势识别算法的鲁棒性,与基于YOLOv4的单视角手势识别方法的准确率进行了对比。实验结果显示:该手势识别算法能通过多数据融合剔除错误候选结果并保留最大置信度,在复杂环境下对手势的平均识别准确率达到95.06%。
2022 Vol. 43 (7): 856-862 [
摘要
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863
基于改进模板匹配算法的物料计数方法研究
韩硕,陈晓荣,张彩霞,郭蓉蓉,王晓龙
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.05
针对生产过程中物料计数方法存在的缺陷,研究了一种改进的模板匹配算法进行物料数量检测。通过基于双模板搜索方式和位置约束系数r改进传统模板匹配算法(template matching algorithm,TMA),优化寻找最佳匹配图像的过程获得最优解,并以此进行图像拼接,完成物料计数。与传统模板匹配算法(TMA)和高斯金字塔优化的模板匹配算法(Gaussian pyramid transformation,GPT)进行实验对比,证明所提算法较其他2种算法在处理每一张样本图片的时间上分别由0.013s、0.011s缩短到0.008s,在计数准确度上分别由77.32%、84.94%提高到97.36%以上,并且在拼接精度上也优于其他2种算法,实验结果验证了所提算法的有效性。
2022 Vol. 43 (7): 863-868 [
摘要
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热学计量
869
PPRTs偏差方程外推至-189.3442~156.5985℃温区的研究
王博阳,曾凡超,黄安贻,孙建平,傅承玉
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.06
由于ITS-90定义固定点数量少且温度间隔大,基于偏差方程的外推是解决超出温区范围的温度计标定问题的有效方法。实验对16支精密铂电阻温度计在超出温区范围标定,验证了固定点法和比较法偏差方程从窄温区范围外推至-189.3442~156.5985℃温区的可行性。实验结果表明:-38.8344~0.01℃温区新偏差方程外推至 -189.3442℃ 的平均最大差值为5.2mK;0~29.7646℃温区偏差方程外推至156.5985℃的平均最大差值为 2.0mK;基于比较法的偏差方程在-189.3442~156.5985℃温区的平均差值小于3.3mK。3种方程均提高了精密铂电阻温度计在超出温区范围的外推精度,为星载黑体辐射源的量值溯源提供了数据支撑。
2022 Vol. 43 (7): 869-876 [
摘要
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877
基于电磁热多场耦合的直埋电缆导体温度与载流量计算
王彦楠,李铮,杨鹏飞,刘伟
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.07
为研究地下电缆导体温度和载流量以及设计合理的电缆敷设方式,结合传热学理论、利用有限元分析法,建立了埋在地下电力电缆的电磁热耦合计算模型,基于该模型载流量的计算结果与基于IEC 60287标准的计算结果进行对比验证。探讨了电缆敷设深度、相间距离、热回填及相序的变化对电力电缆导体温度和载流量的影响,通过多元线性回归分析了不同因素对电缆导体温度及载流量影响的强弱程度。研究结果表明,电缆的敷设方式较大地影响着电缆导体温度及载流量:敷设深度越大,相间距离越小,热回填导热系数越小,电缆导体温度越高,载流量越低;其中,热回填导热系数对电缆导体温度及载流量的影响最为显著,相序影响最小。因此在直埋电缆敷设工程中,应配合高导热系数的热回填,增强电缆散热效果,从而保障电缆安全经济运行。
2022 Vol. 43 (7): 877-884 [
摘要
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流量计量
885
基于校准与测量能力分布探析我国流量计量研究方向
李梦娜, 李春辉
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.08
基于国际计量委员会流体流量工作组流量领域关键比对的分类体系, 统计了流量领域校准与测量能力（CMC）总数排名前十经济体的校准与测量能力,对各经济体的流量计量基准、标准装置的测量原理、测量范围、标准相对不确定度等进行对比分析,得到各经济体流量领域的校准与测量能力分布和发展现状。针对我国流量领域的CMC现状,提出未来研究方向,为我国流量领域的校准与测量能力复评审提供支撑。
2022 Vol. 43 (7): 885-891 [
摘要
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力学计量
892
直升机旋翼气动试验测力天平原位校准技术
汤斌, 王文健
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.09
研究了直升机旋翼气动试验测力天平原位校准技术。针对安装于直升机全尺寸旋翼试验塔顶部的机械式多分量气动力测量天平的测量原理和结构特点,确定了基于力叠加原理的组合加载原位校准方法。依其原理研制了原位校准装置,介绍了装置的关键机械结构设计,及基于自适应协同算法的控制系统;研制了高精度微小形变测量系统并评估校准误差;通过旋翼试验塔现场的原位校准试验对校准装置性能进行了验证。结果表明:各力素的原位相对校准不确定度均优于0.1%(k=2),被校系统各分力的相对线性度均优于1%。通过原位校准可获得新的天平工作公式。
2022 Vol. 43 (7): 892-899 [
摘要
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900
非接触式眼压计压平角膜过程的数值模型研究
林正皓,王灿,张忠立,秦亭亭,刘贝贝,冯齐斌,洪扁
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.10
通过采用双向流固耦合的数值仿真技术,建立了一个非接触式眼压计压平角膜过程的三维瞬态数值模型,研究了非接触式眼压计工作时角膜外流场的流动状态以及不同眼压角膜的动态变化过程,结果表明:非接触式眼压计的空气脉冲其流动基本满足射流理论,存在射流核心区、内外边界等特征;空气脉冲外边界角度为8.4°,不随时间变化,内边界角度从4.9°降至4.6°,随时间收窄;角膜压平时间随眼压增大而增大,而其压平直径基本不变,且压平直径为3.2~3.6mm时结果与有关文献中的非接触式眼压计压平直径数据一致。采用研制的模拟人眼配套的溯源装置对不同压平直径的情况进行实验,获得了压平直径过小将导致测量眼压偏大665Pa以上的结论,侧面验证了仿真结果的合理性。
2022 Vol. 43 (7): 900-906 [
摘要
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907
基于直方图均衡化和卷积神经网络的轴承故障诊断方法
陈剑,孙太华,黄凯旋,阚东,曹昆明,张磊,程明
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.11
针对传统的滚动轴承故障诊断方法依赖人工特征提取和专家经验,难以自适应提取强噪声信号微弱故障特征的问题,提出一种直方图均衡化和卷积神经网络(CNN)相结合的智能诊断方法。首先,将传感器采集到的一维振动信号通过横向插值法转换为便于模型识别的二维振动图像,利用直方图均衡化技术拉伸像素之间灰度值差别的动态范围,突出纹理细节和对比度,以增强周期性故障特征;然后构建深层CNN模型,采用优化技术降低模型参数量,逐层学习监测数据与故障状态之间的复杂映射关系。实验结果表明该方法具有高达99%以上的准确率,对不同负载下的故障信号仍具有较高的识别精度和泛化能力。
2022 Vol. 43 (7): 907-912 [
摘要
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913
基于贝叶斯优化与改进LeNet-5的滚动轴承故障诊断
汤亮,凡焱峰,徐适斐,蔡凯翼
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.12
考虑到卷积神经网络在滚动轴承故障诊断中存在网络结构难以确定、训练次数过多、时间过长等问题,设计了一种贝叶斯优化改进LeNet-5算法,以及采用该算法构建的轴承故障诊断模型。采用贝叶斯优化训练过程中学习率等超参数,多种故障轴承的振动信号直接作为改进LeNet-5网络的输入,对池化输出采用批归一化处理和改进池化层激活函数防止过拟合,利用全局平均池化层替代全连接层提高改进LeNet-5网络的泛化能力,用Softmax分类器实现滚动轴承故障的分类。通过轴承数据库开展实验,实验表明,该算法构建的轴承故障诊断模型在训练集上准确率为99.94%,验证集上的准确率为99.89%,测试集准确率也达到99.65%,与一维卷积神经网络和二维卷积神经网络对比分析,基于贝叶斯优化改进LeNet-5算法构建的轴承故障诊断模型在滚动轴承的故障诊断模型具有更高的准确率,更少的训练次数和训练时间。
2022 Vol. 43 (7): 913-919 [
摘要
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920
一种改进HVD信号特征提取方法及应用研究
时培明,范雅斐,韩东颖
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.13
希尔伯特振动分解(HVD)广泛应用于风电机组、齿轮箱等旋转机械的故障诊断,然而,它有2个亟待解决的问题:一是算法的参数需要经验设置或人工试定;二是如何避免模态混叠选择敏感的本征模态函数分量。针对上述2个问题,提出一种优化的HVD改进算法,有效解决了希尔伯特振动分解的参数设置和模态混叠问题。首先用粒子群优化算法(PSO)对HVD算法的2个参数进行优化。其次,提出了一种新的评估指标—最大包络峰度均值作为PSO优化算法的目标函数,并提出采用最大包络峰度自适应地选择敏感的IMF分量。最后,对选定的重构信号进行平方包络谱分析并提取故障特征频率,以识别风电机组设备故障类型。通过模拟信号、实验信号和风电机组应用实例分析,验证了所提改进HVD方法的有效性。
2022 Vol. 43 (7): 920-926 [
摘要
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声学计量
927
干涉角度显微测量提高光子相关法空气声声压测量精度研究
杨荣岩,赵洁,王大勇,朱卫民
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.14
在光子相关法测量自由场空气声声压中,光束夹角的准确测量影响着测量声压结果。提出了采用显微放大成像方法,利用CCD测量干涉区条纹间距,从而得到更为精确的光束夹角。首先,通过仿真分析高斯光束干涉条纹间距均匀性对光束夹角测量的影响,优化了声场测量的光路结构;然后,使用标准分辨率板对CCD显微成像的放大倍率进行标定并实现了干涉角度测量;最后,构建了光子相关法自由场空气声声压测量的实验系统。实验结果表明,相比于测量光的空间传播距离等传统三角方法获得的光束夹角,该方法得到的光束夹角提高了空气声声压测量的精度。
2022 Vol. 43 (7): 927-933 [
摘要
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电磁学计量
934
微小电容测量仪500fF/1MHz溯源方法研究
乔玉娥,刘霞美,金攀,丁晨,任宇龙,吴爱华,徐燕军
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.15
fF量级高频微小电容测量在军工电子产品领域有着重要作用,针对微小电容测量仪500fF/1MHz点无法溯源的现状,研制了惰性气体封装的500fF高频标准电容器作为传递标准。建立高频小电容测量模型,基于“反算法”估算出500fF高频标准电容器分布参数,称作“理论推导”溯源方案,不确定度优于0.15%;利用3台同等量级的高频微小电容测量传递标准,称作“计量比对”溯源方案,不确定度优于0.07%。利用以上2种方案对同1台仪器开展溯源,实验数据结果基本一致,能够满足用户使用要求,为更低容值、更高频率的微小电容的溯源提供了可参考的路径。
2022 Vol. 43 (7): 934-939 [
摘要
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940
交流电压源毫伏级量值准确测量的技术研究
丁香,黄艳,张磊,潘仙林,石照民,张江涛,王嵘瑜
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.16
基于电压比例和交直流转换技术,提出了一种对交流电压源的毫伏级量值进行准确测量的方法。采用自行研制的二进制级联结构电压比例装置和792A交直流转换标准,将被测交流电压源的毫伏级量值溯源至交流电压国家基准。实验采用替代测量法,通过选用不同电压比例和不同792A量程的组合,在55Hz~5kHz频率范围内,对1台5720A多功能校准源10~200mV范围的交流电压进行准确测量。结果表明,各毫伏级交流电压示值相对误差的绝对值均不超过±40μV/V,测量结果扩展不确定度优于80μV/V,满足交流电压源毫伏级量值溯源需求。
2022 Vol. 43 (7): 940-943 [
摘要
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944
永磁无刷直流电动机低脉动转矩研究
鲁俊,赵浩,朱高林,冯浩
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.17
针对永磁无刷直流电动机在运行过程中存在明显脉动转矩的问题,研究了一种新结构低脉动转矩永磁无刷直流电动机。首先对普通永磁无刷直流电动机在电流换相、极弧系数小于1和电枢反应等3种因素下的脉动转矩进行了物理解析;然后以脉动转矩的变化规律为切入点,提出一种通过电机本体产生2个幅值相同、频率相同、相位互差180°电角度的脉动转矩,实现脉动转矩峰谷互补的抑制策略,并通过理论分析找到了脉动转矩峰谷互补的实现方法;最后研制了低脉动永磁无刷直流电动机及控制器,通过实验验证了脉动转矩抑制的有效性,与普通永磁无刷直流电动机相比,实验结果表明可以减少约70%的脉动转矩。
2022 Vol. 43 (7): 944-951 [
摘要
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110
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无线电、时间频率计量
952
基于ANSYS的铷灯寿命预估与选型数值模拟分析
姚力,汪舟,王晓丽,葛久志,谭理成,朱希,陶海征
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.18
铷灯内金属铷的消耗是决定铷原子钟工作寿命的主要因素。为了预估铷灯的工作寿命,基于瞬态热传导方程和非稳态质量扩散方程在数学形式具有相似性这一特点,通过有限元软件ANSYS建立能够预测Schott 8436玻璃铷光谱灯工作寿命的铷扩散模型,并通过对比有限元模型预测结果与中国科学院武汉物理与数学研究所7年铷量测试数据,验证了模型的准确性。通过验证后的有限元模型,探讨了相同扩散面积下,Schott 8436玻璃铷灯泡体积、外轮廓线曲率对铷量消耗的影响,相关结果为玻璃铷灯泡的选型提供了理论支持。
2022 Vol. 43 (7): 952-959 [
摘要
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电离辐射、标准物质与生物计量
960
X射线铅当量测量辐射质的建立和能谱模拟
赵瑞,文玉琴,吴金杰,韩露,郭彬
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.19
医用诊断X射线防护器具的防护性能通常用铅当量表示,根据IEC 61331-1,防护材料衰减性能的测定主要是在40～150kV X射线范围内,研究纯铅、含铅和无铅材料在窄束、宽束以及逆向宽束条件下铅当量的大小。为进一步研究不同测量方法下防护材料的屏蔽性能,需要建立符合标准要求的X射线参考辐射质,并对其能谱进行模拟或测量。依托工业X射线光机,通过添加铝附加过滤和不同厚度铝吸收片,建立了40～150kV范围内8个X射线参考辐射质,测量半值层最大相对偏差为2.8%。利用EGSnrc蒙卡模拟程序,模拟了不同辐射质的X射线能谱,其平均能量与IEC推荐值的最大相对偏差不超过0.4%,满足防护材料X射线铅当量辐射质的要求。
2022 Vol. 43 (7): 960-964 [
摘要
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965
气相色谱法测定蔬菜中农药残留量的测量不确定度评定
张丽芳,张亮,杜瑞焕,郑百芹,刘洋
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.07.20
依据行业标准NY/T 761—2008,采用气相色谱法,对蔬菜中六六六、腐霉利、联苯菊酯、高效氯氟氰菊酯、氯菊酯、氯氰菊酯的残留量进行测量不确定分析,在标准品、标准溶液配制、样品称量、前处理过程、标准溶液峰面积、样品溶液峰面积和回收率7个方面进行测量不确定度的评定。结果显示:在0.08mg/kg添加水平下,α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、腐霉利、联苯菊酯、高效氯氟氰菊酯、氯菊酯、氯氰菊酯合成的不确定度分别为:2.63%、3.01%、2.45%、2.69%、2.33%、1.83%、2.41%、3.34%、2.84%,影响测量不确定度的主要来源为回收率、样品溶液峰面积、标准溶液峰面积。标准溶液的配制、前处理过程对合成不确定度较小的目标物亦不能忽视。
2022 Vol. 43 (7): 965-972 [
摘要
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