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2023年 44卷 9期
刊出日期:2023-09-28

几何量计量
光学计量
力学计量
流量计量
电磁学计量
无线电、时间频率计量
电离辐射、化学计量与生物计量
 
       电磁学计量
1317 可编程交流电压比率标准的研究
张书哲,李瑞霖,陆青,迟宗涛,杨雁
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.01
提出了1种基于双级感应分压器和乘法型数模转换器(mDAC)组合分压的宽频可编程交流电压比率标准,实现工作频率范围内的高精度任意交流电压比率的输出。比率标准采用自锁型继电器开关实现双级感应分压器的可编程控制,使用注入电压法实现mDAC分压模块与双级感应分压器输出电压的组合分压。提出了mDAC宽频比率误差修正方法,将比率标准分压精度优化了1个数量级。提出1种交流电压精密比较测量系统,对比率标准的性能进行了测试。可编程交流电压比率标准输出分辨率优于1μV/V,在工作频率50Hz~10kHz范围内比差优于0.2μV/V,在1kHz频率下角差优于1μrad。
2023 Vol. 44 (9): 1317-1324 [摘要] ( 153 ) HTML (1 KB)  PDF (641 KB)  ( 92 )
1325 基于混合变异RAO算法的永磁同步电机参数辨识
李弘基,简献忠,汪祖俭
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.02
针对永磁同步电机参数辨识容易陷入局部最优导致精度不高、辨识速度慢的问题,提出了一种混合变异RAO算法(GCRAO),应用于永磁同步电机参数辨识。根据高斯与柯西函数分布特性,引入3运行阶段实时地自主选择最优个体变异策略对RAO-1算法改进,在dq轴坐标下利用Matlab/Simulink搭建了基于矢量控制的永磁同步电机模型,进行了标准测试函数测试和仿真实验。测试结果表明:GCRAO算法的局部开采能力、全局探索能力均得到提高,验证了对RAO-1算法改进的有效性;仿真实验表明:与RAO-1、PSO算法相比,GCRAO算法能较快地辨识电磁参数并具有更好的收敛精度。
2023 Vol. 44 (9): 1325-1332 [摘要] ( 124 ) HTML (1 KB)  PDF (610 KB)  ( 185 )
1333 远程靶基距Nb/Al-AlOx/Nb约瑟夫森结薄膜溅射制备技术研究
王振宇,曾九孙,高鹤,王仕建,徐达,钟青,李劲劲,王雪深
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.03
高质量Nb/Al-AlOx/Nb三层膜制备是基于超导-绝缘-超导型(SIS)约瑟夫森结的量子电压标准芯片和超导量子干涉器件的关键工艺。针对远程靶基距直流磁控溅射工艺条件,研究溅射气氛和溅射功率对Nb、Nb/Al薄膜结构、形貌和电学性质的影响。Ar气流量20 mL/min,0.53Pa,600W制备的Nb膜的应力接近零压力,粗糙度仅为1.05nm,超导转变温度9.2K,剩余电阻比达到5.33。0.53Pa,450W制备的150nm Nb上10nm Al膜粗糙度仅为1.51nm,完全覆盖底层Nb膜。以此条件制备的Nb/Al-AlOx/Nb SIS结能隙电压达到2.6mV,表明远程溅射可以实现SIS结工艺所需高质量三层膜。
2023 Vol. 44 (9): 1333-1338 [摘要] ( 174 ) HTML (1 KB)  PDF (605 KB)  ( 462 )
1339 基于振动信号MTF变换的并联电容器故障诊断
郜志,杨海运,宫艳朝,穆永保
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.04
针对并联电容器运行过程中常出现内部缺陷、接触缺陷、重叠缺陷、油质缺陷等4类典型缺陷,提出了一种基于振动信号马尔可夫转移场变换的并联电容器故障诊断方法。首先,根据现场工况制作了4种典型缺陷样品,测试了不同缺陷下试样的机械振动信号并搭建振动数据集;然后,基于马尔可夫转移场变换将一维振动信号转变为二维图像以提高信号可视能力;最后,通过卷积神经网络对马尔可夫密度图进行特征自提取和分类,讨论了不同分位数下信号的可视化能力,并与常见的诊断方法进行了比较。结果表明:将振动信号进行马尔可夫转移场变换提高了信号的可视化能力,使深度学习算法能够更全面的提取信号特征,文中方法的平均识别准确率达到了98%左右,能较好地实现并联电容器的故障诊断,并优于其他常见方法。
2023 Vol. 44 (9): 1339-1346 [摘要] ( 101 ) HTML (1 KB)  PDF (886 KB)  ( 189 )
1347 基于磁控溅射的弱电加热结构的设计及测量研究
闫晓燕,梁时硕,刘雨奇,郭琦
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.05
在高精度原子磁力仪中,原子气室的温度直接影响着碱金属电子自旋的极化率,从而影响磁力仪的灵敏度,因此精确地控制原子气室的温度是实现高精度原子磁力仪应用的关键。基于电加热和回折磁抵消原理,由毕奥-萨伐尔定律推导与简化模型仿真,设计完成了单层和双层结构的微型弱磁电加热结构。通过分别测量单、双层结构表面不同距离、不同电流条件下的磁通密度模,验证了回折单双层线圈结构对电流产生磁场的抑制作用。其中双层回折加热结构比回折结构的电加热剩磁抑制特性提高约6.9倍,在距电加热结构5mm处的磁场变化率仅为72.2nT/A,通过对比相同时间、相同工作电流的加热效应,可以发现双层具有更快的温度响应。研究表明双层回折设计可以实现原子气室弱剩磁高精度的加热方式,为原子极化提供一种简单、快速的电加热方案。
2023 Vol. 44 (9): 1347-1351 [摘要] ( 149 ) HTML (1 KB)  PDF (536 KB)  ( 360 )
1352 免液氦量子电压标准低温系统设计与研究
王曾敏,李红晖,廖福剑,贾正森,徐晴,田正其,段梅梅,王磊
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.06
提出一种免液氦量子电压标准低温系统,给出了设计和结构,详细分析了10K左右NMIJ结阵的结构和超导特性。实验结果表明,设计和研制的免液氦量子电压标准低温系统,能够较好地为NMIJ约瑟夫森结阵提供10K左右低温环境,测得的临界电流和超导量子电压台阶宽度满足结阵超导特性使用要求,为下一步直流量子电压的准确输出奠定了基础。
2023 Vol. 44 (9): 1352-1359 [摘要] ( 144 ) HTML (1 KB)  PDF (662 KB)  ( 513 )
       几何量计量
1360 基于改进麻雀搜索算法的平面度误差评定方法
姜春英,张熙然,王印超,陶广宏,叶长龙
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.07
针对在平面度误差最小区域评定过程中易出现陷入局部最优、收敛速度慢和精度低的问题,提出了一种基于改进麻雀搜索算法(ISSA)的平面度误差评定方法。首先,采用具有更好遍历性的Kent混沌映射代替传统的Logistic混沌映射生成初始化种群,以增强算法的全局搜索能力;然后,应用一种基于光学透镜成像原理的反向学习策略以避免算法无法跳出局部最优;选用经典测试函数验证了ISSA算法的有效性,相对于SSA能够取得更好的寻优效果;最后,应用该方法对平面度误差进行评定,并与引用的其它方法进行比较。实验结果表明:基于ISSA算法的平面度误差评估方法用时0.4884s能够解得最小包容平面,与应用SSA算法相比减少了0.3705s,其计算精度与应用最小二乘法、遗传算法和粒子群算法的平面度误差评定方法相比分别减小了18.0325μm、2.3325μm、6.1325μm。基于ISSA算法的平面度误差评估方法在优化效率、求解质量、计算精度和稳定性上均有优势,可应用于三坐标测量机等形位误差测量仪器。
2023 Vol. 44 (9): 1360-1368 [摘要] ( 134 ) HTML (1 KB)  PDF (599 KB)  ( 87 )
1369 全站仪加常数和乘常数测量不确定度研究
张子达,杨维芳,姬晓晓,李文辉
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.08
ISO/IEC 17025要求“开展检测的实验室应评定测量不确定度”,但现行使用的全站仪加常数、乘常数检定流程和检定结果没有不确定度分析和评价,所得检定测量结果缺乏量化参数的描述。以TS06power-2″型号全站仪为例,使用不确定度传递法和蒙特卡罗法对加常数、乘常数测量进行了不确定度评价。研究结果表明,2种评定方法加常数、乘常数的评定结果差值分别为0.04mm和0.09mm,且2种评定方法的评定结果都满足检定限差要求,说明2种评定方法均有效且可行。
2023 Vol. 44 (9): 1369-1374 [摘要] ( 127 ) HTML (1 KB)  PDF (439 KB)  ( 69 )
       光学计量
1375 基于YOLOv3-spp的汽车轮毂表面缺陷检测算法研究与分析
张震宇,刘阳,刘福才
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.09
针对传统人工检测方法效率低且准确率不高等问题,提出一种基于YOLOv3-spp网络的自动缺陷检测方法。首先通过图像切片提取缺陷区域,然后将提取的缺陷图片经过数据增强后组成数据集并以此训练YOLOv3-spp网络,接着对比分析了不同深度学习网络及数据集筛选方法对轮毂表面缺陷的检测效果。实验结果表明:在工业现场采集的数据集上,训练好的YOLOv3-spp神经网络可以准确地定位,并识别出点状、线性、油泥油漆、针孔4类缺陷,其平均准确率分别为84.5%、93.4%、95.4%和89.5%,检测速度达到35ms/幅,满足检测的实时性要求,且检测准确率优于Faster R-CNN和SSD两种常用神经网络。
2023 Vol. 44 (9): 1375-1382 [摘要] ( 171 ) HTML (1 KB)  PDF (725 KB)  ( 240 )
1383 基于归一化注意力机制的特征自适应融合目标跟踪算法
张立国,章玉鹏,金梅,张升,耿星硕
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.10
针对快速运动目标跟踪时图像的形变和低分辨率等问题,基于当前的孪生网络,提出一种基于归一化注意力机制的特征自适应融合目标跟踪算法。首先,通过轻量级的注意力机制抑制不太明显的权重,对注意力模块施加权重稀疏惩罚,并对主干网络最后4个特征层进行路径增强;其次,为捕捉在线跟踪过程中目标的外观变化,提升算法鲁棒性,提出了一种插件式的模板在线更新方法;最后,利用回归增强分类的方法完成对目标的跟踪。实验结果表明:该算法在OTB100,UAV123两个挑战性数据集上分别取得了63.3%和59.5%的较高成功率;同时,在外界光照变化、图像背景复杂、目标平面内旋转时,算法具有较强的鲁棒性。
2023 Vol. 44 (9): 1383-1389 [摘要] ( 129 ) HTML (1 KB)  PDF (659 KB)  ( 548 )
1390 角膜曲率计检定能力国家计量比对
张吉焱,杨磊,刘文丽,高明亮,曹远航
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.11
为考察各实验室对角膜曲率计测量量值和出具测量结果的准确一致的程度,2020年至2021年,中国计量科学研究院作为主导实验室,组织实施了角膜曲率计曲率半径检定能力国家A类计量比对项目,共计有33家实验室参加比对,地域覆盖全国15个省、直辖市,具有较强代表性。比对结果采用归一化偏差En值进行评价,经数据处理和统计分析,33家参比实验室En绝对值在0~0.85之间,均小于1,各参比实验室的测量结果与参考值之差均在合理的预期范围内。结果表明:各参比实验室角膜曲率计曲率半径检定能力均符合计量标准技术要求,有效保证测量量值的准确、一致、可靠。
2023 Vol. 44 (9): 1390-1394 [摘要] ( 129 ) HTML (1 KB)  PDF (552 KB)  ( 76 )
1395 自校准红外光谱仪的辐射定标与外场应用
凌玲,郝小鹏,谢臣瑜,孙彦东,宋健,司马瑞衡,周晶晶
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.12
为精确获取目标场地的光谱发射率和场地地表温度,研制了具有自校准能力的傅里叶变换红外光谱仪,用于外场地表光谱辐亮度和大气下行辐亮度的测量。开展实验室定标工作,将面源黑体作为标准辐射源,选取观测地面目标热辐射最理想的8~14μm波段,对仪器进行两点法和线性多点法的辐射定标,确定两点法可满足仪器自定标需求。分析光谱仪测量过程中的不确定来源,得到合成不确定度优于0.22K。开展外场实验,结合光谱迭代平滑温度和发射率分离算法(ISSTES)实现了地表温度和光谱发射率的分离,将获取的光谱发射率与多通道红外辐射计在同一场地下测得的光谱发射率进行比较,进一步验证了自校准红外光谱仪在外场应用时的测量精度和稳定性。
2023 Vol. 44 (9): 1395-1401 [摘要] ( 131 ) HTML (1 KB)  PDF (472 KB)  ( 438 )
       流量计量
1402 基于改进ResNet-18网络的电容层析成像图像重建
张立峰, 常恩健
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.13
为求解电容层析成像(ECT)中的非线性病态反问题,提出了一种基于改进ResNet-18网络的ECT图像重建方法。该网络由多个残差块组成,每个残差块被分组,然后通过组内残差连接,以融合更多的特征尺度。通过MATLAB仿真实验平台构建了流型数据集,利用深度残差网络的非线性映射能力,完成训练集的学习与训练,并利用测试集进行训练效果评价。在此基础上进行了静态实验。仿真与静态实验结果均表明:与LBP、Landweber迭代算法及未改进ResNet-18算法相比,该方法的图像重建质量明显提高,并具有良好的泛化能力。
2023 Vol. 44 (9): 1402-1408 [摘要] ( 156 ) HTML (1 KB)  PDF (688 KB)  ( 446 )
       力学计量
1409 基于LSTM-JITRVM的冷轧轧制力建模方法研究
孙浩,赵明达,李静,魏立新,呼子宇
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.14
在带钢冷连轧生产过程中,轧制力预测准确度直接影响产品质量。为提高轧制力预测准确度,提出了基于LSTM-JITRVM(long short term memory- just in time relevance vector machine)的轧制力模型。首先,使用循环自编码网络对输入数据进行深层次特征提取,然后使用局部离群因子算法判断测试样本与其邻域点是否属于同一分布,针对不同的分布使用不同的自学习回归模型进行拟合。仿真结果表明,该模型预测准确度可控制在3%以内,能够实现轧制力的高准确度在线预测。
2023 Vol. 44 (9): 1409-1416 [摘要] ( 122 ) HTML (1 KB)  PDF (593 KB)  ( 309 )
1417 气体脉冲压力的激光干涉法测量
李博,王霞,黄澄玉,张鹤宇,左睿奇
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.15
对气体动态压力的非接触测量和溯源方法进行了研究。研制了基于激光干涉法测量气体脉冲压力的实验装置,通过光程与压力关系计算分析出气体脉冲压力的幅值和脉宽。建立了动态压力测量模型,并对测量不确定度进行了分析。开展了气体脉冲压力激光干涉测量实验,使用动态压力传感器和激光器进行同步测量,激光干涉法测量结果偏差较小,验证了装置测量的准确性。结果表明:本装置产生的脉冲压力信号稳定可靠,光学测量信号准确度高,具有实时性、非接触、可溯源等优点,可实现气体脉冲压力的测量,装置测量结果的相对标准偏差小于0.8%,测量结果的不确定度小于2%(k=2)。
2023 Vol. 44 (9): 1417-1422 [摘要] ( 113 ) HTML (1 KB)  PDF (522 KB)  ( 165 )
1423 基于改进1DCNN-GRU的滚动轴承故障诊断
金海龙,马吴旭,孟宗,孙登云,曹伟,樊凤杰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.16
针对传统滚动轴承故障诊断模型无法充分利用信号的空间及时间特征,需要大量专业知识等问题,提出一种改进一维卷积神经网络(1DCNN)与门控递归神经网络(GRU)结合的故障诊断方法。首先,利用具有不同卷积核的卷积层最大化提取信号的空间特征信息;其次,提出改进的线性修正单元(IReLU)增强网络的特征提取能力;然后,引入堆叠GRU模块进一步提取1DCNN模块输出数据的时间特征,完成空间及时间特征融合;最后,对融合后的特征进行识别。实验表明所提方法故障识别率高达99.96%,对不同负载下的数据均具有较高的识别率及较强的泛化性能。
2023 Vol. 44 (9): 1423-1428 [摘要] ( 128 ) HTML (1 KB)  PDF (525 KB)  ( 380 )
       无线电、时间频率计量
1429 最小二乘拟合正弦参数误差阶梯式分布规律的实验研究
梁志国
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.17
针对波形拟合法估计正弦参数时,测量条件对拟合参数带来的误差,进行了误差界的搜索研究。选取的条件变量分别是A/D位数、序列所含波形的周波数、序列长度。以仿真条件变化方式进行误差界变化规律搜索,获得了幅度、频率、相位、直流偏移、A/D有效位数等拟合参数的误差界随不同条件变化而变化的曲线规律。并对A/D位数、序列所含波形的周波数、以及序列长度带来的影响进行了深入研究,获得了拟合参数的误差界随序列长度变化呈现量子化阶梯特征的显著规律,给出了量子化阶梯宽度及高度的变化规律。当周波数不变时,各个拟合参数误差随量子化阶梯序号m的变化呈1/m2规律变化;当量子化误差阶梯号m相同时,拟合频率误差和拟合相位误差均随序列周波数N的变化呈1/N2规律变化,而拟合幅度、拟合直流偏移、有效位数三个参数的误差均随序列周波数N的增大呈缓慢线性规律降低。该结果可用于拟合正弦参数的误差评价和不确定度估计,也可用于在设定拟合误差和不确定度情况下,选择测量条件。
2023 Vol. 44 (9): 1429-1437 [摘要] ( 117 ) HTML (1 KB)  PDF (676 KB)  ( 75 )
1438 基于里德堡原子的微波相移测量
张映昀,阮伟民,冯志刚,屈继峰,宋振飞
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.18
基于里德堡原子的微波量子精密测量技术由于其高灵敏度、高分辨、宽带宽且可直接溯源至基本物理常数等优势,已在微波量子计量、通信、成像等领域展现出广阔的应用前景。通过提出一种基于里德堡原子的微波相移测量方法,利用热里德堡原子光谱实现对本振(LO) 微波场与待测(SIG)微波场的外差探测,得到了相移与待测微波场相移相同的中频(IF) 探测信号;然后利用锁相放大算法对探测信号进行处理,得到探测信号相对同频参考信号的相位差;最后,利用位移台在待测微波信号中引入相移,比较位移前后的相位差测量结果,实现了6.92GHz微波信号相移的测量。对相移测量结果进行线性拟合,得到该频率的微波传播常数,与理论计算结果的相对误差约为0.2%,验证了这种全光学微波相移测量方法的可行性,并为微波量子精密测量技术在通信雷达等领域的应用奠定了基础。
2023 Vol. 44 (9): 1438-1443 [摘要] ( 176 ) HTML (1 KB)  PDF (455 KB)  ( 341 )
       电离辐射、化学计量与生物计量
1444 基于β放射源的组织吸收剂量的量值复现
黄建微,张璇,李德红,杨扬,成建波,张晓乐,曹蕾
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.19
为实现β射线组织吸收剂量的量值复现,通过实验和模拟计算得到了基于90Sr/90Y和85Kr源的辐射场和外推电离室参数,以及外推电离室相关修正因子,实现了展平过滤条件下组织吸收剂量率的量值复现。为后续参加β射线剂量相关的国际比对,进行β射线个人剂量当量Hp(0.07)的量值传递提供基础。
2023 Vol. 44 (9): 1444-1450 [摘要] ( 105 ) HTML (1 KB)  PDF (427 KB)  ( 62 )
1451 正比计数器探测效率的蒙卡模拟及测量研究
汤显强,吴金杰,朱伟峰,熊涛,赵瑞,马向壮,李梦宇,鲁平周
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.20
正比计数器是一款广泛应用于低能光子测量领域的气体探测器。为进一步研究正比计数器的辐射探测特性,利用Geant4程序模拟了正比计数器在2~90keV能量段低能光子的探测效率,并利用正比计数器对标准放射源129I、152Eu和241Am进行能谱测量,得到能量刻度曲线和探测效率。探测效率的实验测量结果与模拟结果最大偏差为2.29%,符合较好,验证了模拟能量段29.67~59.54keV探测效率的准确性。结果表明利用Geant4建立的正比计数器模型与实际情况相吻合,为后续使用Geant4研究正比计数器辐射特性提供了依据。
2023 Vol. 44 (9): 1451-1457 [摘要] ( 157 ) HTML (1 KB)  PDF (609 KB)  ( 225 )
1458 基于ARIMA-OSELM的火电厂SCR入口NOx浓度预测建模研究
金秀章,陈佳政,李阳峰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.21
针对火力发电厂燃烧系统运行工况复杂、迟延较大,导致选择性催化还原烟气脱硝系统(SCR)中入口NOx质量浓度难以准确测量的问题,提出了一种基于ARIMA-OSELM神经网络组合模型的火电厂SCR入口NOx浓度预测方法,分别从最优权重和残差优化2个组合角度进行对比研究。将该方法应用于某火力发电厂SCR入口浓度预测中,结果表明:基于ARIMA-OSELM残差优化的组合模型预测精度最高,其效果优于ARIMA-OSELM最优权重的组合预测模型以及单一ARIMA和OSELM神经网络预测模型,评价指标FMAPE、MRMSE和R2分别为0.190、1.364和0.978。
2023 Vol. 44 (9): 1458-1466 [摘要] ( 128 ) HTML (1 KB)  PDF (705 KB)  ( 301 )
1467 不同类型颗粒物切割器采样流量与切割粒径关系研究
田莹,张国城,刘佳琪,沈上圯,吴丹,潘一廷,荆文杰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.22
利用静态箱法可探索美国BGI公司生产的多种旋风式切割器和国产撞击式切割器的采样流量(Q)对50%切割粒径(D50)的影响,结果表明任意一种类型的旋风式切割器,采样流量变化均会导致采集效率曲线平移,流量越大,D50越小。在同一个旋风式切割器中,通过改变流量可实现PM1.0、PM2.5和PM4.0等模式的切换,且采样流量与D50近似成反比,而对于撞击式切割器,D50的平方根与采样流量近似成反比。该研究可作为一种快速评估方法,根据实际流量快速估算其对应的D50,具有一定的应用价值。
2023 Vol. 44 (9): 1467-1472 [摘要] ( 140 ) HTML (1 KB)  PDF (564 KB)  ( 63 )
1473 气腹机计量检测装置
吴思圻,洪宝玉,胡志雄,马雪然,卞昕,刘文丽
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.09.23
基于气腹机工作原理及相关计量技术规范开展气腹机校准方法的研究,建立模拟腹腔系统,搭建气腹机计量检测装置。重点论述气腹机计量检测装置的软硬件功能架构,采用自动化测量程序实现了气腹机的智能化计量校准。针对一款典型的气腹机,开展计量校准检测并进行不确定度评定,气压设置值误差扩展不确定度为77.02Pa(k=2),流量显示值误差扩展不确定度为5.98%(k=2),结果表明研制的气腹机计量检测装置能够应用于气腹机性能检测。
2023 Vol. 44 (9): 1473-1478 [摘要] ( 141 ) HTML (1 KB)  PDF (485 KB)  ( 88 )
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主办单位:中国计量测试学会
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编  辑:计量学报编辑委员会
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