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2023年 44卷 10期
刊出日期：2023-10-28
几何量计量
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、化学计量与生物计量
几何量计量
1479
特征点提取与坐标变换圆柱度最小区域评定
王强,汪伟
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.01
基于最小区域法评定方法中,存在对零件进行数据提取时其摆放位置会影响优化结果和多采样点求解繁琐局部收敛等问题,研究了最小区域圆柱度误差评定新方法。首先,建立了最小区域评定数学模型;然后,进行空间坐标变换投影,将圆柱体任意位置数据点转化为固定位置,将空间多采样点问题转换为平面进行特征点提取;最后,建立内外扫描区域和进行坐标轴线的更替,并对优化结果进行复核,实现有效防止出现局部最优解。实例检验结果表明:对数据样本最多的数据集,计算效率提高了1.5倍,可有效处理多采样点和任意位置采样点的圆柱度误差,且随着数据集样本点的增加计算效率提升越显著,具有较高的求解稳定性。
2023 Vol. 44 (10): 1479-1486 [
摘要
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热学计量
1487
低温恒温器绝热性能对平衡氢三相点复现的影响研究
叶西慧,于滢,邢力,冯晓娟,张金涛,邱萍,孙坚
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.02
平衡氢三相点(13.8033K)是ITS-90规定的最低温度固定点,常用于标准套管铂电阻温度计的检定或校准。改进后的国家温度基准使用基于闭循环制冷机的低温恒温器提供准绝热环境,采用量热法进行密封式平衡氢三相点的复现实验。由平衡氢转化催化剂引起的三相点容器的预熔化现象以及实验组装的差异均会导致组件热容或系统热阻的变化,从而影响复现水平。建立了系统的传热模型,通过2次绝热条件不同的复现实验,测量了低温恒温器三相点组件的热容、绝热屏与三相点组件的热阻等参数,分析了低温恒温器绝热性能对平衡氢三相点复现的影响规律。结果显示,在复现开始前通过测量热阻并确认系统绝热性能良好,复现4个平衡氢三相点温坪的标准偏差优于0.1mK。
2023 Vol. 44 (10): 1487-1493 [
摘要
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1494
多通道自校准热红外辐射计实验室定标及比对验证
孙彦东,郝小鹏,谢臣瑜,周晶晶,曾兵,宋健,凌玲
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.03
热红外辐射计在获取野外地物信息和验证遥感卫星观测数据方面起着至关重要的作用,其定标精度直接影响到遥感数据分析的精度和应用的水平。探讨多通道自校准热红外辐射计的设计思想,进行了实验室定标实验和重复性实验,验证了长时间运行状态下仪器测量数据的水平,得到仪器辐射亮温的不确定度为0.27K。与主流辐射计进行了实验室测试分析,对比二者所得定标结果的准确性,多通道自校准热红外辐射计最大偏差值为0.26℃,整体偏差在0.3℃以内,通过户外草地测试实验验证了仪器的测量水平。结果表明多通道自校准热红外辐射计具有较高的精度水平,能够满足外场长时间、多通道、高精度的工作要求,为外场定标提供了有力的数据支撑。
2023 Vol. 44 (10): 1494-1502 [
摘要
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150
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1503
-180～-60 ℃超低温可调恒温器的研制
常稼强,杨红艳,张翔宇,邱萍,祝天宇
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.04
研制了一种具有温度连续可调功能的超低温可调恒温器装置,阐述了该装置的设计原理、具体结构、测试过程及实验结果。为了验证该装置的性能,进行了装置温度波动度实验、孔间温差(均匀度)实验、升温速率测试,结果表明:温度波动度优于2mK/10min,孔间温差优于2mK,升温速率优于1.5℃/min;同时完成了温度控制器的设计,可实现多段控温和单段控温切换。所研制的超低温可调恒温器装置的温度范围为-180～-60℃,控温分辨力为0.001 K。
2023 Vol. 44 (10): 1503-1508 [
摘要
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流量计量
1509
基于多域特征提取的气液两相流流型识别
张立峰,王智
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.05
针对气液两相流的准确识别问题提出了一种多域特征处理方案。利用电阻层析成像(ERT)系统获取垂直上升管道流动数据,从测量数据与截面电导率分布图像两方面分析,对高维测量数据降维处理后提取时域特征,同时提取线性反投影(LBP)算法重建图像空域特征,进一步对图像进行Walsh-Hadamard变换后提取列率域特征。使用统一流形逼近与投影(UMAP)算法对量化的多域特征降维处理,最后搭建支持向量机(SVM)实现流型识别。结果表明,该流型分类框架对泡状流、泡状-段塞过渡流型、段塞流及严重段塞流的分类准确率分别为98.1%、96.3%、95.2%、94.8%。
2023 Vol. 44 (10): 1509-1516 [
摘要
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力学计量
1517
多方向振动加速度整流误差中非整周期采样的影响
董雪明,王敏林,杜美林
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.06
为了评价非整周期采样对加速度计整流误差的影响,在以整周期采样对振动加速度整流误差分析方法的基础上,建立了非整周期采样对单方向振动加速度引起整流误差的数学模型,通过计算各个方向振动信号的平均值,推导了非整周期采样下多方向振动加速度引起整流误差的数学模型,并对该模型进行分析,给出了减小非整周期采样对整流误差影响的方法。在仿真中,引入整流误差的相对测量误差进行验证,证明了非整周期采样下单方向振动加速度和多方向振动加速度整流误差模型的有效性。
2023 Vol. 44 (10): 1517-1525 [
摘要
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125
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1526
基于机电类比的线-角振动激振器参数辨识
杨建根,唐波,陈伟,俞金辉
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.07
针对电磁式线-角振动激振器动力学参数难以直接获取的问题,提出一种基于机电类比原理的动力学参数辨识方法,可获取该激振器单轴和耦合振动的动力学参数。首先,介绍了电磁式线-角振动激振器的结构组成及工作原理,并建立激振器单轴振动以及耦合振动的运动微分方程;其次,基于导纳型机电类比原理建立含力学参数的单轴振动以及耦合振动机电类比模型;最后,根据机电类比模型建立含动力学参数的阻抗公式,结合附加质量法得到激振器动力学参数辨识模型,进一步通过数值仿真验证模型有效性,仿真结果表明:该方法具备较高的辨识精度以及抗噪声能力,各参数的辨识相对误差均在5%以内。
2023 Vol. 44 (10): 1526-1533 [
摘要
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182
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1534
基于GADF-TL-ResNeXt的滚动轴承故障诊断方法
侯东晓,周子安,程荣财,阎爽
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.08
针对传统诊断方法难以有效提取故障特征的问题,提出了一种基于格拉姆角场(GAF)与TL-ResNeXt相结合的故障诊断方法。首先利用GAF对原始振动信号编码为时间序列相关的二维特征图;再将这些特征图输入到层级更深的分组残差网络ResNeXt中进行自动的识别、分类;模型训练的同时,在网络的最后一层结合了迁移学习(TL)模块以加快模型特征提取能力、快速的进行学习。为了验证该方法的有效性,利用凯斯西储大学轴承数据对比了其他方法,结果表明该方法表现最优。且在轧机模拟实验平台上收集的轴承故障数据表明,该方法在改变工况时同样具有好的泛化性与识别能力。
2023 Vol. 44 (10): 1534-1542 [
摘要
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138
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声学计量
1543
基于激光测振法的高强度超声声场测量
高楚,高申平,姚磊,郑慧峰,吴德林,王萧博,张亨达
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.09
基于激光测振法对高强度聚焦超声换能器的辐射声场进行测量,与标准水听器测得的结果对比焦点处基波信号、二次谐波、三次谐波测得值基本一致,基波声压误差在10%以内,焦平面的声压分布基本一致。同时,基于多层介质阻抗传递法解决激光测振法中薄膜对声场测量的影响,计算不同频率下薄膜的声压透射系数。设计实验验证不同频率(1、5、10MHz)下,激光测振法与标准水听器测量法得到的结果,结果表明通过声压透射系数对激光测振法测量结果进行修正可有效减小测量误差。
2023 Vol. 44 (10): 1543-1549 [
摘要
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电磁学计量
1550
结合平滑时窗-最小二乘法的光泵磁力仪快速高精度频率测量方法
谭超,辛亮,翟晶晶,杨隆,孙其浩
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.10
为了提高光泵磁力仪频率测量的精度和速度,提出了一种结合平滑时窗-最小二乘法的光泵磁力仪快速高精度频率测量方法。首先,根据光泵磁力仪频率信号的特点,分析了该方法的测量原理和实现方法。然后,推导了频率测量的公式,分析了影响频率测量精度的因素。最后,设计频率测量实验和室外磁场测量实验对提出的方法进行验证。实验结果证明,该方法明显优于多周期同步测频法,在80~350kHz频率段内均方差均小于2.2×10
-3
Hz,在磁场测量实验中,采样频率为200Hz时,噪声功率谱密度为0.001nTHz@1Hz。
2023 Vol. 44 (10): 1550-1556 [
摘要
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1557
径向磁化电磁传感器设计和实验研究
唐波,郭必奔,陈伟,谭龙
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.11
针对曳引钢带缺陷原位无损检测提出了一种径向磁化电磁传感器,实现曳引钢带缺陷的精准检测。基于电磁耦合原理和高导磁材料的聚磁特性,采用有限元分析方法建立径向磁化电磁传感器的等效模型,重点分析了聚磁铁芯宽度和线圈安匝数2个参数以及不同缺陷情况对径向磁化电磁传感器测量处磁感应强度大小的影响规律。最后,在数值模拟基础上研制出径向磁化电磁传感器,对其进行性能测试,进一步将其应用于曳引钢带缺陷检测中,结果表明:该系统能实现分辨力为0.5mm的断股缺陷检测和断丝缺陷的定性检测,为曳引钢带缺陷检测提供一种可行方案。
2023 Vol. 44 (10): 1557-1563 [
摘要
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1564
中国计量科学研究院量子电压基准研究与发展综述
李红晖,王曾敏,徐晴,田正其,段梅梅,王磊
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.12
对中国计量科学研究院(NIM)研究建立的约瑟夫森量子电压基标准及相关应用研究情况进行了综述。NIM自1993年研究建立了国家量子电压基准,之后进行了与国际计量局的1V和10V的两次现场比对,比对一致性的相对不确定度均小于1.1×10
-10
。重点描述了NIM建立可编程量子电压基准(PJVS)的研究工作,以及以此为基础合成交流量子电压和交流标准源量值传递的进展情况,并介绍了对PJVS进行的一些创新和应用拓展的工作。
2023 Vol. 44 (10): 1564-1573 [
摘要
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191
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无线电、时间频率计量
1574
基于改进PP-YOLOv2的IC引脚焊接缺陷检测算法研究
李娜,王学影,胡晓峰,郭斌,罗哉
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.13
针对IC引脚焊接缺陷因目标尺寸小、引脚密集导致检测精度低等问题,提出一种基于改进PP-YOLOv2的IC引脚焊接缺陷检测算法。通过在骨干网络后引入SE注意力机制,区分特征图中不同通道的重要性,强化目标区域的关键特征,提升网络的特征提取能力。使用k-means++聚类算法产生9个聚类中心,以降低因初始聚类中心随机选择不当对检测结果所造成的误差影响。实验结果表明:改进算法对IC引脚焊接短路、缺脚、翘脚、少锡缺陷检测的平均精度分别为97.9%, 96.1%, 96.7%, 95.8%; 在阈值为0.5的情况下,平均精度均值达到了96.6%,与YOLOv3、PP-YOLOv2相比,分别提高了14.9%, 5.1%。改进算法对单幅图片的检测时间为0.151s,满足IC质检的速度要求,为IC引脚焊接缺陷检测提供了参考价值。
2023 Vol. 44 (10): 1574-1581 [
摘要
] (
134
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电离辐射、化学计量与生物计量
1582
纳米颗粒增强表面等离子共振传感器模式分析
姜竟宏,辛子怡,段俊毅,周亚东
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.14
利用2种纳米颗粒阵列结构分析了其耦合的表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)传感器的共振模式和灵敏度。该传感器多采用Kretschmann结构,由五层材料组成,分别为棱镜、金薄膜、SiO2介质体、纳米颗粒阵列和空气。实验中选取了金球状颗粒(AuNps)和Au-SiO2核壳结构颗粒(CSNps)组成阵列层,并采用Maxwell-Garnett进行建模,计算出了相应的有效介电常数,进而结合广义反射系数分析了它们的传播特性。结果显示,AuNps阵列不同层厚和阵列几何构型对反射率和模态场分布的影响是不同的。其次,CSNps阵列结构表明,在TM极化下可以激发多种共振模式,且内核半径和壳体厚度会影响SPR传感器的灵敏度,其中内核半径对灵敏度的影响更大。纳米颗粒的间距和尺寸会影响阵列层中CSNps的浓度,从而影响灵敏度。
2023 Vol. 44 (10): 1582-1589 [
摘要
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133
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1590
基于变量选择的电站燃煤锅炉NOx排放浓度预估
王珑宪,赵文杰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.15
针对电站燃煤锅炉NOx排放浓度存在测量迟延的情况,提出了基于互信息和长短期记忆神经网络相结合的电站燃煤锅炉NOx排放浓度预测模型。首先,利用互信息计算出候选输入变量与输出变量NOx浓度之间的延迟时间,并引入最大相关最小冗余算法,筛选出最优特征子集,将最优特征子集作为LSTM模型的输入,建立了锅炉NOx排放浓度预测模型。仿真结果表明,所建模型的测试集均方根误差为4.626mg/m
3
,平均绝对误差为3.836mg/m
3
,与未经变量选择和未考虑时延的LSTM模型相比,预测精度显著提高。
2023 Vol. 44 (10): 1590-1596 [
摘要
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119
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1597
运动意图诱发脑电预备响应信号的特征识别
付荣荣,梁海峰,米瑞甫
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.16
针对预备响应脑电信号(EEG)所包含的运动意图进行提取与识别,对于真实运动前准备电位进行解码。利用共空间模式(CSP)和极限学习机(ELM) 解决大脑运动准备诱发特征识别。实验结果表明:该方法能够高效区分左右手真实运动前的准备电位,对脑机接口 (BCI) 大赛运动执行前的准备诱发脑电数据平均识别正确率可达85.7%。在解码问题上,预备电位与运动想象(MI)脑电信号相比,节省了意识产生到动作执行这一段时间,提高操作任务执行的响应效率,为实现基于运动意图的高效脑机交互提供理论依据和技术支持。
2023 Vol. 44 (10): 1597-1601 [
摘要
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149
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1602
基于脑电信号维度变换的轻度认知障碍诊断方案
李昕,李梓澎,刘毅,谢平,王玉琳
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.17
提出一种匹配卷积神经网络(CNN)的谱熵维度变换方法,以26名遗忘型轻度认知障碍患者和20名健康对照者的脑电图为数据样本,比较分析了短时傅里叶变换、小波变换和谱熵3种维度变换的性能;采用谱熵结合CNN构建了一种较为新颖的轻度认知障碍诊断方案。随后,通过前馈神经网络、k-近邻、支持向量机、决策树、朴素贝叶斯、逻辑回归等模型的对比实验,从准确性和稳定性2个角度验证了该方案可以有效完成阿尔茨海默症临床前阶段患者脑电图的模式识别。实验表明,该诊断方案可以实现(92.662±1.216)%的准确率,对存在噪声干扰的脑电信号仍具有较高的识别精度和泛化能力。
2023 Vol. 44 (10): 1602-1611 [
摘要
] (
117
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1612
基于Hela细胞的失巢凋亡现象时序评价模型的建立及测量验证方法研究
薛志超,曾嘉明,龚晓云,薛倩,戴新华,赵洋
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.18
失巢凋亡作为一种特殊的程序化细胞死亡形式,在机体发育、组织自身平衡、疾病发生和肿瘤转移中起重要作用。利用贴壁增殖表皮细胞系海拉(Hela)细胞作为模型,通过对比贴壁细胞悬浮后悬浮时间对细胞活性的影响,深入探讨了细胞失巢凋亡现象。研究考察了悬浮5min、30min、1h,2h,4h和8h后的活细胞数量,以及重新贴壁培养后对细胞活性(即贴壁24h后活细胞增殖数量)的影响。结果表明:悬浮时间可导致海拉细胞数量减少及活性降低,在细胞实验过程中应当严格控制悬浮细胞接种时长。
2023 Vol. 44 (10): 1612-1616 [
摘要
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150
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1617
生物气溶胶采样器采样效率计量评价方法研究进展
刘文成,傅博强,刘乃毓,李曼莉,牛春艳,王晶,伍义行,李茹,程环
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.19
对生物气溶胶中微生物的采集、种类鉴别与浓度监测是评估生物气溶胶风险性的关键步骤。生物气溶胶采样器对气溶胶中活性微生物粒子的有效采集,是进行气溶胶危险因子分析的前提。有关生物气溶胶采样器采样效率计量评价方法的研究越来越受到计量工作者的重视。因此,通过对生物气溶胶采样器性能、采样物理效率和采样生物效率的不同计量评价方法进行分析和综述,以期为评价方法的规范一致和标准化提供参考。
2023 Vol. 44 (10): 1617-1625 [
摘要
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192
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1626
麻醉气体的红外吸收光谱等效模拟方法
定翔,马雪然,张杨,李文华,周凤
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.20
校准麻醉气体检测仪时需要使用标准麻醉气体,但标准麻醉气体制备成本高昂,配气过程费时费力。针对这一问题提出了一种麻醉气体等效模拟方法,采用红外滤光片模拟不同浓度麻醉气体对红外光的吸收,从而替代标准麻醉气体。建立了麻醉气体检测系统,制备了体积分数0.23%~8.50%的七氟醚气体和透过率为36%~95%的红外滤光片进行实验验证。结果表明:红外滤光片等效七氟醚气体浓度的重复性误差小于0.02%,温度效应引入的等效浓度最大变化量不大于0.02%+1.5%·c(c为被测气体体积分数),可实现对标准麻醉气体的等效模拟。
2023 Vol. 44 (10): 1626-1630 [
摘要
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1631
生物标志物胍基乙酸与肌酸的研究进展
刘若祎,谢洁,乔晓婷,江游,黄泽建,戴新华,方向,叶子弘
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2023.10.21
胍基乙酸(guanidineacetic acid, GAA)和肌酸(creatine, CRE)作为人体内源性物质,其自身及相关代谢物担负着重要的生理功能,含量和组成均对人体的组织和器官产生影响。GAA是CRE的前体,而CRE可以在肌酸激酶的作用下与腺嘌呤核苷三磷酸结合形成磷酸肌酸,磷酸肌酸是人体内能量储存与利用的物质基础。此外,GAA和CRE也与诸多遗传代谢疾病的发生与发展相关,对其进行快速检测在这类疾病的早期发现与治疗中至关重要。系统综述了目前已知的与GAA和CRE相关的疾病及其治疗方法,也对生物样本中GAA与CRE的现代检测方法加以总结与评述,并展望其未来的可能发展趋势。
2023 Vol. 44 (10): 1631-1638 [
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出 版：
计量学报编辑部
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