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2023年 44卷 1期
刊出日期：2023-01-28
几何量计量
光学计量
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
力学计量
1
基于液体静力称量法的纯水密度测量
徐浩铭,王金涛,刘翔,张竟月,罗志勇,顾英姿,王思贤,孙斌
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.01
分析了液体静力称量法测量密度的原理和体积测量中纯水密度的特性公式,推导了由己知密度的固体标准来测量液体密度的计算公式。利用固体密度基准量传装置,通过静力称量法为固体密度标准硅球赋值,其相对测量不确定度3×10-6(k=2)。在20℃时利用高精度液体密度测量装置,通过静力称量法将固体标准(硅球)密度传递至纯水密度,与Tanaka模型比对,En值为0.059,比对结果等效。实验结果不仅验证了高精度液体密度测量装置,还验证了20℃纯水密度模型的理论值。
2023 Vol. 44 (1): 1-5 [
摘要
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6
绝对重力仪落体光心与质心空间距离测量
吕康,余烨,黄安贻,田钰,冯金扬,王若琳,叶子薇
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.02
为了准确测量重力仪落体光心与质心距离,减少落体光心与质心不重合引起的旋转对重力加速度测量的影响,设计了落体光心与质心空间距离测量装置。提出了1种光心与质心间距的计算方法,并仿真验证了计算方法的可行性。使用设计的测量装置对落体进行测试,结果表明:激光干涉仪在信号频率为0.3~0.5Hz时的测量精度为0.1nm,提出的计算方法可以使测量系统的A类不确定度优于10μm,最大调校测量误差为1μm。
2023 Vol. 44 (1): 6-11 [
摘要
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12
基于时频增强的滚动轴承少样本故障诊断方法
胡向东,梁川,杨希
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.03
针对滚动轴承故障样本稀缺、振动特征提取困难导致故障诊断准确率低的难题,提出一种基于时频增强的滚动轴承少样本故障诊断方法。首先,对滚动轴承一维振动信号进行重叠采样,利用连续小波变换对采样信号段进行时频域特征映射,构造二维时频矩阵;其次,通过深度卷积生成对抗网络对真实时频样本进行训练后,将生成时频样本加入到训练集中;然后,采用时序卷积网络融合深层次的时频域特征;最后,构建Softmax分类器输出与故障类别对应的状态。仿真实验结果表明,在仅有10个训练样本的条件下,该方法在凯斯西储大学滚动轴承数据集中的诊断准确率均值达91.00%,相较未经时频增强的方法提高了7.56%,并利用实测数据验证了时频增强方法能够显著提升少样本情形下的故障诊断准确率。
2023 Vol. 44 (1): 12-20 [
摘要
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21
肺功能仪用定标筒容量校准方法
任立太,郭立功,包福兵,王金涛,暴雪松
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.04
提出一种以静力称重法为基础并结合负压原理的肺功能仪用定标筒(以下称为定标筒)容量校准方法,设计了定标筒容量校准装置。校准时,定标筒活塞杆拉出,定标筒内形成负压,在压力作用下介质(纯水)进入称量筒;采集环境大气压力、介质质量和温度等数据;计算出20℃时定标筒的容量。根据定标筒容量测量原理,建立其容量测量模型。实测某个定标筒,其容量为3.00196L的定标筒,测量结果的不确定度为9.6×10
-4
(k=2)。分析表明,该装置具有可靠性,可实现快速校准并满足定标筒容量校准要求
2023 Vol. 44 (1): 21-25 [
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几何量计量
26
动态环境下基于自适应步长Informed-RRT*和人工势场法的机器人混合路径规划
郑维,王昊,王洪斌
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.05
为解决移动机器人在动态环境下的路径规划问题,将Informed-RRT*和人工势场法相融合,提出全局与局部规划算法相融合的路径规划方法。首先,针对Informed-RRT*算法采样效率低,以及得到路径不满足机器人运动学约束的问题,采用目标偏置法与自适应步长法,减少冗余搜索与不必要树的生长;同时,引入走廊优化与时间重分配法,优化路径节点,使路径更加平滑。其次,针对人工势场法易陷入局部极小值和目标点附近不可达的问题,采用平滑窗格策略,增设全局路径子目标点,使机器人能够逃离局部极小值,完成规划任务。仿真结果表明,静态环境中自适应步长Informed-RRT*算法相比于Informed-RRT*算法求解时间缩短了71.98%;动态环境中,混合算法相比于人工势场法,搜索时间缩短了15.4%,路径长度缩短了11.1%。
2023 Vol. 44 (1): 26-34 [
摘要
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35
基于音叉式AFM测量的软件控制研究
刘林伟,高思田,黄鹭,王学影,祝敏豪,孙晓爽
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.06
基于音叉式原子力显微镜(AFM)的基本原理,设计了一个幅度调制模式下的测量控制系统,该控制系统的主要实现功能为针尖接近、针尖工作点位置保持和样品的表面形貌测量。实验得到针尖在不同激励电压下的接近曲线,针尖分别在100mV、200mV、500mV、1V激励下,工作区间大小为4.7nm、8.5nm、12.1nm、15.7nm,灵敏度分别为0.0423V/nm、0.0564V/nm、0.0861V/nm、0.0831V/nm。实验得到针尖工作点位置保持过程中的纳米位移台位置变化曲线,针尖工作点的正向偏移值为2.3nm,负向偏移值为1.3nm。表面形貌测量采用X轴双向扫描模式,即在纳米位移台于X轴方向上的往返过程中分别测量1次表面形貌数据,对正向扫描和反向扫描的数据进行计算处理;正向扫描的间距误差为5.2nm,高度误差为0.3nm,反向扫描的间距误差为6.4nm,高度误差为0.5nm。
2023 Vol. 44 (1): 35-40 [
摘要
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41
基于FPGA的多通道动态光散射自相关器的研制
方钰琪,黄鹭,孙淼,高思田,蔡晋辉
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.07
为提高多角度动态光散射(MDLS)实验的测试效率与测量精度,开发了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的多通道动态光散射自相关器。该自相关器利用FPGA同时采集4个散射角度的光子脉冲信号,实现高频脉冲计数和自相关计算;设计双计数器模块保证高频无丢失计数,结合片内环形寄存区与片外DDR3芯片实现动态存储数据;提出multi-tau相关器结构设计自相关器的相关计算模块,通过USB通信模块传输自相关计算结果。该自相关器利用有限的FPGA内部硬件资源,实现了多通道自相关运算,解决了大量计数数据的存储问题,提高了MDLS实验的测试效率。利用自相关器对50～200nm的聚苯乙烯颗粒进行MDLS实验,实验结果与样品的标称粒径表现出良好的一致性,表明该设计能有效地表征颗粒粒径信息。
2023 Vol. 44 (1): 41-48 [
摘要
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49
基于快速搜索球心的球度评定方法
盛东良,郝娟,盛庆元,詹剑良
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.08
提出一种基于快速搜索球心的球度评定方法。通过建立的数学模型和搜索流程,快速搜索并找到两个同心球和球心。首先,采用最小二乘法拟合球面轮廓的近似球心,并获得距离该球心的最远点和最近点,确定球心移动方向;然后,结合设置的步长值搜索下一个球心;最后多次迭代计算直至球度符合最小区域评定准则。实验结果表明:该方法与区域搜索法相比,球度计算误差<1μm,计算效率提高7倍,能够快速实现球度误差的精确评定,符合工程应用需求。
2023 Vol. 44 (1): 49-53 [
摘要
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光学计量
54
基于改进Faster R-CNN的水母检测与识别算法
高美静,李时雨,刘泽昊,张博智,白洋,关宁,王萍,常秋悦
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.09
提出一种基于改进Faster R-CNN水母检测与识别算法。首先,建立了包含7种水母的数据集;然后,针对ResNeXt(C=32)用于目标检测时出现计算量较大的问题,在保证精确度的前提下,将分支数C设置为8以降低计算量;最后,为解决水母检测时出现的检测精度低和小个体无法检测的问题,在残差网络中引入膨胀卷积。实验结果表明:该算法较VGG16、ResNet101、ResNeXt(C=32)和ResNeXt(C=8)方法,mAP值分别提高了3.15%、2.09%、3.01%和2.36%;F1-score分别提高了2.53%、1.99%、2.01%和2.31%;loss损失函数收敛值更优,收敛精度趋近于0。P-R曲线、可视化效果分析和水母视频检测的结果证明:该算法的水母检测准确率和水母检测数量明显优于其他算法,检测精度较高,基本可以达到实时监测的要求。
2023 Vol. 44 (1): 54-61 [
摘要
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62
1.5μm光纤通信波段乙炔稳频激光技术研究进展
杨华朋,王建波,张宝武,殷聪,张明宇,欧阳烨峰,邹金澎
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.10
1.5μm乙炔饱和吸收谱线是国际计量委员会(CIPM)正式推荐的光纤通信波段复现‘米’定义的频率参考标准。乙炔稳频激光依据稳频方法可分为线性吸收和饱和吸收两大类,饱和吸收相比线性吸收,能够消除乙炔分子的多普勒效应,获得线宽更窄、频率稳定度和复现性更高的稳频激光,1s频率稳定度能够达到10
-13
量级,波长漂移为10
-12
量级。利用13C2H2(ν1+ν3)P(16)谱线,研发的微型气室有望实现稳频激光的全光纤链路传播,为高度集成化、抗干扰能力强的稳频激光源提供了新的发展方向。高性能的1.5μm近红外稳频激光直接为密集波分复用系统、精密光纤传感等多个领域提供波长参考源,结合飞秒激光频率梳技术可进一步完善光纤通信中激光波长量值传递溯源体系,提升激近红外波段光波长的测量能力,为光纤波段的精密测量提供量值保障。
2023 Vol. 44 (1): 62-72 [
摘要
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流量计量
73
基于多元经验模态分解与卷积神经网络的气液两相流流型识别
张立峰,王智
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.11
提出了一种基于多元经验模态分解(MEMD)与卷积神经网络(CNN)的垂直管道气液两相流流型识别方法。该方法基于数字化电阻层析成像(ERT)系统采集的测量数据,预处理后进行MEMD分析,通过求取各分量与原始信号的皮尔逊相关系数选取本征模函数(IMFs)并求解Hilbert边际谱,提取Hilbert边际谱的标准差与均值作为卷积神经网络(CNN)输入以识别流型。结果表明,该方法能够有效识别泡状流、弹状流、段塞流,平均识别准确率可达96.43%。
2023 Vol. 44 (1): 73-79 [
摘要
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80
基于局部管网的天然气能量计量赋值算法
吕海舟,杨敬东,刘婉莹,葛贤福
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.12
现阶段我国天然气贸易交接过程中,计量方式较多采用体积计量,这种计量方式不仅不能满足天然气按质论价、优质优价的商品交易原则,而且需要依靠价格昂贵的色谱仪分析来实现。天然气能量计量能够避免体积计量所带来的缺陷,同时计量方式又具有较高准确性,越来越成为世界上各个国家天然气贸易结算的方式。基于局部天然气管网建立的天然气能量计量的赋值算法,对1周内天然气能量进行了预测,并将预测值与测量值进行了对比,预测值与测量值的相对误差控制在1.8440%左右,表明所建立的赋值算法能够较好地预测在一定时间内的天然气热值。
2023 Vol. 44 (1): 80-87 [
摘要
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88
基于多源信息的多参数电磁层析成像方法研究
张文彪,郑晓媛
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.13
电磁层析成像(EMT)是电学层析成像技术中的研究热点,但现有EMT方法主要通过单一检测信号对电导率或磁导率分布单独成像。提出了一种基于多源信息的多参数EMT方法。仿真实验结果表明,基于磁感应强度和互感信息的EMT可以分别实现电导率和磁导率分布成像。通过计算重建图像的均方根误差和相关系数,发现线圈和磁阻传感器个数从8个增加到12个时,重建图像的质量有所提高。利用阈值分割和RGB模型,实现电导率和磁导率分布的融合成像。利用融合图像的互补特性,可以改善重建图像质量,并实现了气-液-固三相流型分布的可视化,证明了基于多源信息的多参数EMT方法的可行性。
2023 Vol. 44 (1): 88-94 [
摘要
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150
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95
基于改进SR3模型算法的ECT图像重建研究
马敏,郭鑫
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.14
针对电容层析成像技术应用于气固两相流检测时,图像重建过程中存在的不适定性问题,提出一种稀疏松弛正则化回归模型(SR3)应用于ECT图像重建。采用软阈值迭代法和梯度下降法为SR3模型求解器,向SR3模型中加入L1、L2惩戒项,并设计滤值环节优化解向量。实验结果表明,改进SR3模型算法相比Tikhonov正则化算法、L1正则化算法及原SR3模型算法,重建图像精度明显提高,图像相对误差显著降低,有较好的成像效果。
2023 Vol. 44 (1): 95-102 [
摘要
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176
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声学计量
103
建筑构件隔声量智能实验室测量系统的应用研究
邵建文,张志凯,吴德林,李娜,吴键,桑帅军,裘剑敏
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.15
针对传统建筑构件隔声量实验室测量方法,研制了基于物联网技术的隔声量智能实验室测量系统。通过引入无线测量方案,减少测量设备的使用,开发智能移动终端测量控制软件,满足建筑构件隔声量自动精准测量的要求,使得隔声测量更加智能和便利。实验测量结果表明:测量设备和测量系统满足JJF 1789—2020《隔声测量室校准规范》和GB/T 19889.3—2005《声学 建筑和建筑构件隔声测量 第3部分》的要求,可以实现建筑构件隔声量的精准快速测量,提高测量效率约1倍,通过不确定度分析得出隔声量的最佳不确定度为1.0dB。
2023 Vol. 44 (1): 103-108 [
摘要
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144
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电磁学计量
109
基于改进蝠鲼优化算法的光伏组件参数辨识模型
简献忠,王鹏,王如志
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.16
为了解决当前光伏组件模型中存在的参数辨识精度低和稳定性差的问题,提出了一种基于折射学习机制的蝠鲼觅食优化算法的三二极管光伏组件参数辨识模型(RLMRFO-TDM)。该模型将差分进化机制融入到MRFO算法的种群更新环节,提高了MRFO算法的局部探索能力,并加快了MRFO算法收敛速度;引入折射学习机制改善了MRFO算法的随机性,提高了种群在搜索区域中的离散性和MRFO算法的全局搜索能力。利用基准测试函数,验证了RLMRFO算法的有效性;采用STP6-120/36和STM6-40/36两种光伏组件的数据集对RLMRFO-TDM模型的参数辨识进行性能测试,与其他模型相比,RLMRFO-TDM模型的辨识精度、稳定性以及收敛速度表现最优。
2023 Vol. 44 (1): 109-119 [
摘要
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175
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无线电、时间频率计量
120
改进遗传-狼群对节点序寻优的贝叶斯网络结构算法
刘浩然,苏昭玉,张力悦,王念太,范瑞星
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.17
贝叶斯网络是数据挖掘领域的一种重要方法。针对贝叶斯网络结构学习算法寻优效率低和易陷入局部最优的问题,提出一种基于改进的混合遗传-狼群对节点序寻优的贝叶斯网络结构学习算法。该算法首先利用深度优先搜索对最大支撑树的节点进行拓扑排序;然后利用动态变异及最优交叉算子构建适用于节点序寻优的改进捕食行为,引入动态参数因子来增强算法局部寻优能力;最后与K2算法结合得到最优的贝叶斯网络结构。用3种不同大小的标准网络数据集中进行实验,结果表明,该算法收敛到较优值,寻优效率高于其它同类优化算法。
2023 Vol. 44 (1): 120-126 [
摘要
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193
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电离辐射、标准物质与生物计量
127
医用诊断半值层测量仪校准影响因素的研究
魏鹏,王家伟,李德红,马伯轩,郭彬
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.18
在各种诊断X射线辐射源检定规程或校准规范中都对半值层测量提出了要求,半值层测量仪也得到广泛应用,但半值层测量仪的校准方法一直未明确。探讨在校准半值层测量仪过程中的主要影响因素,结果表明探测器角度对测量结果影响最大,因此校准时要将被校半值层测量仪置于测试平面中心位置,角度偏差不应超过±1°。
2023 Vol. 44 (1): 127-131 [
摘要
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193
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132
基于群论方法的苯分子振动模式研究
林俊,马若梦,马路遥,林鸿
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.19
苯(C6H6)作为大气和室内环境中的主要污染物,具有强烈致癌性,是大气环境主要监测的内容之一。基于群论方法分析建立一种苯分子的泛频跃迁谱线计算方法,利用苯分子简正振动模式与光谱活性,获得30个振动模式的振动频率及其不可约表示。基于D6点群乘法规则,给出苯分子泛频跃迁的振动模式、光谱活性与谱线位置,为后续精确测量近红外区域苯分子未知谱线跃迁提供了数据与理论支撑。
2023 Vol. 44 (1): 132-137 [
摘要
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138
铁磁材料阿留麦尔居里温度测试研究
周瑾艳,张桂军,张英源,花秀兵,林铿,黄彦捷,陈玲
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.20
铁磁材料阿留麦尔合金具有稳定的居里温度,常作为热分析温度校准的标准物质。介绍了阿留麦尔合金原料的选择、成分测试以及成分差异对居里温度的影响、居里温度的测量方法。采用可溯源的温度有证标准物质对仪器进行温度校正后,选取铟熔点标准物质作为外标物质,实现溯源至SI单位。测试了铁磁材料阿留麦尔居里点国家有证标准物质GBW(E)130668(居里温度为161.6 ℃,U=2.1℃,k=2),测试值为161.8℃,测试结果在认定值的不确定度范围内。
2023 Vol. 44 (1): 138-143 [
摘要
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186
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144
痕量一氧化氮标准物质的研制
胡树国,张体强,杨柳青,杜秋芳,王德发
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.21
采用重量法研制了0.100μmol/mol的痕量氮中一氧化氮气体标准物质,其扩展不确定度为10%。在稀释气纯度分析时,采用标准添加法对纯化后的高纯氮中一氧化氮进行了准确定值,解决了痕量气体标准物质定值的难题。在长期稳定性考察时发现,气瓶中痕量一氧化氮量值随时间逐渐降低,1年内量值变化范围在4%~8%之间,并根据此结果进行了因素分析。
2023 Vol. 44 (1): 144-148 [
摘要
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222
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149
单细胞测序技术的发展
张永卓 傅博强 牛春艳 高运华 王晶
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.01.22
单细胞测序是指在单个细胞的水平上,对其相关组学进行测序分析的一项新技术。单细胞测序不仅能够分析单个细胞蕴含的遗传信息,还能综合评价多细胞异质性的问题,具有广阔的应用前景。在过去的十几年间,单细胞的研究从开始的单个细胞分离、扩增测序,发展到现今的高通量单细胞测序,陆续出现了众多新型、高效率的方法以及平台。综述了单细胞测序的发展进程,讨论了不同方法以及商用平台的优缺点及其适用性,并展望了单细胞测序对生物计量的影响。
2023 Vol. 44 (1): 149-156 [
摘要
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《计量学报》“生物计量”专刊征稿通知
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出 版：
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主 编：
崔丽红
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