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2024年 45卷 1期
刊出日期:2024-01-28

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、化学计量与生物计量
 
       热学计量
1 基于激光热成像的薄膜面向导热系数测试方法
陈明鑫,侯德鑫,叶树亮
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.01
提出一种基于激光热成像的薄膜面向导热系数测试方法。仿真论证了激光加热相较于常规电加热方案的热损失差异;分析了激光加热功率、表面换热系数、测温模型增益系数等关键参数标定问题,并设计了相应的方案。基于15个不同材料或厚度的薄膜和薄片样品进行了实验,测试结果和参考值相对偏差均<6%,其中导热系数 <3W/(m·K) 的样品测试误差显著优于常规方法,这表明该方法可有效改善热流环路积分法对低导热薄膜的测试精度。
2024 Vol. 45 (1): 1-8 [摘要] ( 74 ) HTML (1 KB)  PDF (590 KB)  ( 51 )
9 油浸式变压器的全域热网络模型
鲁非,苏翔,李化,林福昌,卢仰泽
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.02
热点温度是衡量变压器绝缘性能和安全裕度的重要指标,对其进行快速准确计算具有重要的意义。对油浸式变压器内部的产热和传热机理进行了分析,得到自然对流边界层中速度和温度分布与流体普朗特数Pr的关系,考虑到局部自然对流换热系数的沿程变化以及不同区域传热特性的差异,对油浸式变压器进行了分区分层处理。基于热电类比法定义了多种热阻类型,构建了油浸式变压器的全域热网络模型;通过有限元仿真对比了热网络模型的计算结果。二者所得绕组温度变化趋势相同,热点温度相差约1.9%,热点位置相差约7.7%。相比于有限元仿真,热网络模型在求解时间和效率上更有优势,能够实现油浸式变压器运行状态的在线监测、实时分析和动态评估。
2024 Vol. 45 (1): 9-17 [摘要] ( 39 ) HTML (1 KB)  PDF (717 KB)  ( 30 )
       几何量计量
18 基于多传感器融合的轨检车构架位姿测量方法
张欣,韩志,陈春雷,罗哉,江文松
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.03
针对轨道检查车构架运动会影响轨道几何检测系统测量精度的问题,提出一种基于多传感器融合的构架位姿测量方法。该方法利用加速度传感器和双轴倾角传感器采集构架位姿原始信号,通过构架中心位姿解算方法将多个传感器采集的原始信号进行融合解算,获取构架几何中心位姿。为了验证其准确性和适应性,利用该方法分别在实验室和国家铁道试验中心标定试验线上进行了验证试验和在轨试验,结果表明,以第95%分位数作为评估标准,该方法测量的构架中心横向、垂向位移、侧滚角和摇头角与标准值的误差分别小于0.88mm、0.44mm、0.07°、0.04°,该方法与轨检系统测得数据的差异分别小于0.99mm、0.73mm、0.08°。构架位姿测量方法可以准确测量轨检车构架位姿,运用于运营车辆,可辅助判别轨道病害,提高轨道检测效率。
2024 Vol. 45 (1): 18-23 [摘要] ( 76 ) HTML (1 KB)  PDF (615 KB)  ( 55 )
       光学计量
24 圆锥面拟合的太赫兹发散角精密测量研究
黎雅恬,方波,邬佳璐,方灿,蔡晋辉
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.04
针对太赫兹(THz)光束发散角精密测量问题,以单频连续波太赫兹源为研究对象,搭建了基于圆锥面拟合的太赫兹发散角测量装置。通过研究太赫兹光束的传播模式,分析其在空间上的光强分布特性,提出将太赫兹输出光束在远场范围内视作圆锥曲面,利用太赫兹探测器采集光斑图像,根据图像的边缘点坐标构建圆锥曲面,借助间接平差对边缘点数据做预处理并进行参数迭代与圆锥面拟合计算出光束发散角数值。结果表明,被测100GHz的太赫兹源发散角为2.73°,相对扩展不确定度为3.8%(k=2)。
2024 Vol. 45 (1): 24-29 [摘要] ( 42 ) HTML (1 KB)  PDF (507 KB)  ( 40 )
30 改进YOLOX在近岸船舶检测中的应用
张立国,赵嘉士,金梅,曾欣,沈明浩
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.05
为了解决近岸船舶检测时目标尺度变化大,环境干扰严重等问题,提出了一种改进YOLOX的无锚框检测算法。首先,在主干网络中引入CoT模块,通过动态利用上下文信息来增强表达能力,降低环境干扰的影响;其次,将SimAM注意力嵌在特征金字塔和检测头之间,丰富语义信息,提升小目标检测精度。再利用CIOU来取代原有损失函数,以提高收敛速度;最后,使用深度可分离卷积替换特征金字塔中普通卷积,减少参数量,提升检测速度。实验结果表明:在SeaShips数据集上,改进后模型在减少参数量的同时,精度提高了6.73%,均值平均精度(mAP)达到了96.63%,检测速度达到了48.6帧/s,能够实时、高精度地检测近岸船舶。
2024 Vol. 45 (1): 30-37 [摘要] ( 63 ) HTML (1 KB)  PDF (878 KB)  ( 125 )
       流量计量
38 一种组合电极电容层析成像重建图像融合方法
张立峰,赵建海,华回春
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.11.06
提出一种基于电容层析成像(ECT)组合电极重建图像及层次聚类的ECT图像融合方法。首先,构建组合8电极及12电极ECT阵列传感器,研究2种组合传感器激励测量方案;其次,采用层次聚类法对两种组合电极ECT重建图像进行聚类,从而消除重建过程中产生的伪影;最后,将聚类后的2种图像再进行小波融合重建。实验结果表明,相较于原始重建图像,所提方法重建图像平均相对误差最小,最大降幅达到23.4%,平均相关系数最大,最大增幅达到10.56%。
2024 Vol. 45 (1): 38-43 [摘要] ( 36 ) HTML (1 KB)  PDF (550 KB)  ( 29 )
       力学计量
44 一种基于扭秤的重力梯度动态测量方法
叶子薇,王飞,包福,黄安贻,余烨,胡红波,王若琳
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.07
针对传统的扭秤式重力梯度仪测量准确度高,但稳定性差且测量效率低的问题进行了研究。引入动态调制方法,并将Z型扭秤结构应用于动态测量模式,实现重力水平梯度和重力曲率值的同时测量。在信号处理过程中使用旋转滤波和遗传算法,可有效消除扭摆自由振荡对目标峰值的影响并提取目标频率的幅值和相位。仿真实验结果表明,遗传算法从动态测量模式信号中提取目标重力梯度值引入的不确定度分量不超过0.0077E(1E=10-9/s2)。使用遗传算法进行数据后处理时,系统的测量不确定度评定为0.0582E。
2024 Vol. 45 (1): 44-51 [摘要] ( 50 ) HTML (1 KB)  PDF (528 KB)  ( 30 )
52 压电加速度传感器电激励自校准方法研究
陈乐
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.08
为解决加速度计难以实现定期校准、校准成本高、难以满足长期工作需求等问题,对带有驱动端口的压电加速度传感器的自校准方法进行了研究。利用振动台校准方法以及基于驱动压电元件的逆压电效应,通过对传感器驱动端口电激励可实现驱动压电元件的转换灵敏度测试,并实现加速度计的现场原位校准。将校准结果与振动台校准方法的校准结果进行对比,实验结果表明,在频率范围5~10000Hz,自校准灵敏度结果与振动台灵敏度校准结果一致,误差在±2%以内,验证了该方法的有效性。
2024 Vol. 45 (1): 52-56 [摘要] ( 39 ) HTML (1 KB)  PDF (380 KB)  ( 62 )
57 冲击加速度国际关键比对与参考值确定
胡红波,白杰,孙桥
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.09
介绍了中国计量科学研究院主导的冲击加速度国际关键比对(CCAUV.V-K4)。分析了比对样品冲击测量链各部分动态特性,并与实验室实际校准的冲击加速度激励信号相结合,说明了作为测量结果的冲击灵敏度与冲击激励的关系。针对比对参考值及其相应不确定度计算的问题,详细说明了3种方法的计算过程,包括国际比对推荐的计算方法和2种基于贝叶斯推断的计算方法。特别对基于贝叶斯统计的方法,结合实际校准过程的信息,采用了不同的统计模型和先验分布,利用马尔科夫链-蒙特卡洛(MCMC)数值计算方法得到了比对参考值的后验分布。对3种方法计算结果的进行了比较,并说明了3种方法的统一性及优缺点。
2024 Vol. 45 (1): 57-63 [摘要] ( 45 ) HTML (1 KB)  PDF (634 KB)  ( 17 )
       声学计量
64 多源声发射信号混合重叠组稀疏分类研究
邓韬,刘哲潮,汪华章,何磊
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.10
针对高速列车车体裂纹声发射检测的多源、波模式重叠及噪声干扰问题,提出一种基于本征模态的混合重叠组稀疏(MOGS)分类方法用于声发射源识别。MOGS是一种兼顾组间和组内稀疏,同时允许类间特征重叠的结构稀疏模型。设计了一种新的噪声预分解矩阵以降低本征模态分解计算量,选取目标特征频带模态为分类样本来提高类间差异。通过K-SVD层次稀疏组套索罚训练MOGS类别字典,并给出一种罚函数块坐标可分离的近似光滑处理过程以实现MOGS套索求解。实验表明,该方法对几类多源含噪信号分类准确率均高于80%,在识别率和波形重构效果上优于对比方法。
2024 Vol. 45 (1): 64-72 [摘要] ( 39 ) HTML (1 KB)  PDF (804 KB)  ( 29 )
       电磁学计量
73 基于Stacking融合模型的PHEV复合储能系统实时能量分配策略
吴忠强,马博岩
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.11
为了解决插电式混合动力汽车单一电池低比功率、无法响应暂态功率需求的问题,设计了电池和超级电容并联式复合储能系统。同时针对采用动态规划法优化负载电流分配时缺乏实时性的问题,利用不同驱动工况下动态规划优化的结果构成训练集进行训练,并综合GRU网络以及XGBoost算法,提出了一种Stacking集成学习框架下多模型融合的能量分配策略。仿真结果表明,与仅使用单一电池的储能系统相比,基于Stacking融合模型的实时能量分配系统在UDDS和US06两种循环工况下,电池峰值电流分别降低了48.7%和50.8%,有效削弱了电池的峰值电流,提升了电池的整体性能。
2024 Vol. 45 (1): 73-81 [摘要] ( 43 ) HTML (1 KB)  PDF (865 KB)  ( 31 )
82 交流小电流校准装置研究
谭向宇,邵海明,李灵至,李妍,丁志文
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.12
在交流电流测试领域,交流小电流的校准溯源一直是该领域的难点。归纳分析了目前研究和生产领域常用的测试方法,并分析了各自的优劣势,提出了一种基于交流电流比较仪的新方法,将交流小电流溯源到mA级较大交流电流,并设计了校准装置,将交流电流测量能力扩展到1μA(10Hz~10kHz),准确度达到0.05%。
2024 Vol. 45 (1): 82-88 [摘要] ( 50 ) HTML (1 KB)  PDF (785 KB)  ( 33 )
89 1200kV雷电冲击电压标准测量系统
王凯雨,赵伟,李传生,蔡晋辉,张煌辉
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.13
目前,冲击电压测量系统溯源所需的国家计量标准系统额定电压只有700kV,无法满足3500kV及以上的特高压电器的溯源需求。对研制的1200kV电阻分压器进行结构分析,并对建立的1200kV冲击电压测量系统进行性能测试及改进,在700kV电压范围内与已有的700kV冲击电压国家标准测量系统进行比对校准,在700kV至1200kV电压范围进行线性度实验。对1200kV标准冲击电压测量系统进行了不确定度评定,评定结果表明研制的1200kV雷电冲击电压标准测量系统的试验电压、波前时间、半峰值时间的测量误差均在国际标准IEC 60060及国家标准GB/T 16927允许范围内,将我国的冲击电压国家标准测量系统额定电压等级提高至1200kV。
2024 Vol. 45 (1): 89-96 [摘要] ( 58 ) HTML (1 KB)  PDF (546 KB)  ( 23 )
       无线电、时间频率计量
97 基于铷里德堡原子的频率可调谐微波电场测量
阮伟民,张映昀,冯志刚,周亚东,宋振飞,屈继峰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.14
基于里德堡原子的能级调控特性实现了微波电场连续调谐测量。用铷原子气室作为微波电场传感器同时去感知待测微波场和调谐微波场,利用强调谐场对里德堡原子能级精细调节实现了待测场共振频率的同步改变,从而拓展了现有单频点微波测量的频率响应范围。在与68P3/2→66D5/2跃迁共振的调谐场作用下,利用测量的AT分裂光谱的幅值差来确定待测场共振频点的调谐变化,最终使共振的6.916GHz待测场的共振频率的调谐范围从原有的30MHz极限拓宽至150MHz,为微波电场的量子计量及拓展应用奠定技术基础。
2024 Vol. 45 (1): 97-102 [摘要] ( 50 ) HTML (1 KB)  PDF (474 KB)  ( 105 )
       电离辐射、化学计量与生物计量
103 面向油品参数快速计量的高精度傅里叶近红外光谱仪
方旭,刘欣,李琪,舒慧,张正东,程真英,李瑞君
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.15
针对油品现场检测中实时性和准确度的需要,研制了一种面向油品参数快速计量的高精度傅里叶近红外光谱仪。该光谱仪采用相干长度扩增方法,可快速定位有效信号;通过驱动采集控制系统对傅里叶近红外检测光路进行100nm等间隔的干涉调制,最终由傅里叶逆变换解析出的吸收光谱分辨力可达3.25cm-1。用该光谱仪对汽油样品进行质量检测的结果表明:该光谱仪可在短时间内对汽油中5种物质含量进行快速计量,其最大体积误差不超过0.7%,可以满足油品参数现场计量的需求,对市场中成品油质量的监管具有重要意义。
2024 Vol. 45 (1): 103-111 [摘要] ( 44 ) HTML (1 KB)  PDF (746 KB)  ( 31 )
112 基于FMCW雷达的多目标生命体征信号检测
潘良,刘康,张远辉
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.16
应用雷达在复杂场景下检测生命体征时,为了解决现有的多人体目标检测和干扰滤除以及心跳信号干扰滤除的问题,提出了一种应用调频连续波(FMCW)雷达检测多目标生命体征信号的方法。首先,介绍了雷达检测原理与信号模型,阐述了整个雷达信号的处理流程,即多目标距离单元检测、相位提取、生命体征信号提取。其中在多目标距离检测过程中,提出1种改进的单元平均恒虚警率(CA-CFAR)算法,该方法具有自适应检测门限特点的同时,解决了传统CA-CFAR算法目标附近距离门重复检测的问题,实现多目标检测;在生命体征信号提取过程中,运用自动多尺度峰值检测(AMPD)算法估计呼吸率与心率,过滤无效的波峰干扰,提高对心跳检测的鲁棒性。最后,通过多组测试,相较于常用的频谱分析估算方法,呼吸速率和心率检测的平均误差率分别降低了3.67%和3.31%,验证了所提方法的可行性和准确性。
2024 Vol. 45 (1): 112-120 [摘要] ( 68 ) HTML (1 KB)  PDF (6740 KB)  ( 169 )
121 基于GA-BLS方法的手势识别研究
杜义浩,曹添福,范强,王孝冉
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.17
为进一步提升人机交互领域中手势识别的精度和速度,探究肌肉疲劳对手势识别的影响规律,提出了改进的GA-BLS方法,利用遗传算法(genetic algorithms, GA)优化宽度学习(broad learning system, BLS)模型参数,并使用弹性网络回归改进传统的BLS模型。利用所提模型对8种手势下的A型超声信号和肌电信号进行手势识别分析,并与SVM、KNN、RF、LDA等方法进行对比,以验证所研究方法的有效性;将长时间段下的A型超声信号和肌电信号切分成4个数据段,发现随着肌肉疲劳程度的增加,手势识别的准确率均呈现出明显下降的趋势,而且A型超声信号相较于肌电信号具有更好的抗疲劳特性。
2024 Vol. 45 (1): 121-127 [摘要] ( 49 ) HTML (1 KB)  PDF (731 KB)  ( 60 )
128 高通量测序标准物质的研究进展
刘杨,苏照中,曾凡俊,袁惠君,张永卓
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.18
高通量测序技术的出现使基因序列得到了广泛研究。由于遗传物质的复杂性以及在样品准备、测序和分析过程中引入的技术错误和不同测序平台之间的系统偏差,导致高通量测序结果在准确性和各平台一致性方面受到影响。而在测序流程中使用标准物质可以很好地解决这些问题。高通量测序标准物质通常是具有良好特征的遗传物质或合成的添加对照物和模拟的电子数据集,高通量测序标准物质的应用将有助于校准高通量测序的测量结果和评估仪器性能,对确保测序结果的准确性、一致性至关重要。
2024 Vol. 45 (1): 128-134 [摘要] ( 45 ) HTML (1 KB)  PDF (444 KB)  ( 44 )
135 基于脑电图的帕金森轻度认知障碍功能网络特征分析
李昕,张晴,张莹,谢平,尹立勇
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.01.19
帕金森氏轻度认知障碍(PDMCI)是帕金森氏症患者痴呆的先兆,这对使用神经评分量表和医生经验等传统方法进行准确诊断提出了挑战。 利用26名PDMCI患者和23名正常人的脑电信号,基于定向传递函数构建了Delta、Theta、Alpha、Beta和Gamma频段的脑功能网络。 引入了一种新颖的图论特征——效率密度来捕获网络密度和传输效率。 研究结果揭示了独特的连接模式,Delta 和 Theta 波段的连接更紧密,而 Alpha、Beta 和 Gamma 波段的连接更稀疏。 帕金森病(PD) 患者与对照组之间的 Theta、Alpha、Beta 和 Gamma 频带存在显著差异(p<0.05)。 因此,脑功能网络可以有效反映PD脑功能异常状态,效率密度特征可以反映PD脑功能异常活动的特征量。
2024 Vol. 45 (1): 135-144 [摘要] ( 48 ) HTML (1 KB)  PDF (1140 KB)  ( 88 )
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