高分辨率连续可调的直流电流比例变换装置

基于测差原理的直流电流比例量值溯源通常是满足测量不确定度要求的有效途径。然而,电流比例可调分辨率的短板限制了实际溯源的应用范围。提出“等效分数匝”的概念,建立比例深度调节的数学模型,突破现有理论下比例最小步进值的束缚,实现多盘联动、分辨率达到1×10^-9、误差优于±2×10^-7的直流电流比例变换装置。级联两台电流比例标准器,调节组合后的比例与被校比例名义值一致,解决量程内全步进值溯源的难题。针对该变换装置,提出一种基于参考绕组的自校准方法,逐盘测量一次绕组与参考绕组和二次绕组的差值,关联各盘间误差,得到任意盘任意置位下的比例实际值,具备不依赖上一级标准器、实时复现量值的特点。     

基于不同共视周期的标准时间远程复现分析

传统卫星共视法的共视周期为16 min,其存在间断及数据处理滞后的特性。采用改进的卫星共视法,解决了传统卫星共视法存在间断,且不能灵活设置共视周期及实时输出比对结果的问题。基于标准时间远程复现原理,以国家标准时间UTC(NTSC)作为基准,基于UTC(NTSC)远程复现系统,能在用户所在地复现出与标准时间同步的时间频率信号,用户以高稳晶振作为复现终端的信号源,分析了不同共视周期下的远程复现结果,根据高稳晶振的特性,试验分别采取1、5及10 min作为共视周期进行标准时间远程复现,3种不同共视周期复现比对结果显示,复现信号与标准时间UTC(NTSC)的偏差均小于10 ns。共视周期为1 min时,高稳晶振的复现信号同步效果最佳,其所复现的信号与标准时间同步偏差小于5 ns,当取样间隔为10 000 s时,频率稳定度为2.72×10-13,10万秒时的频率稳定度为1.40×10-14,远优于高稳晶振自由运行的状态。     

力值溯源与评估

介绍了力值计量的溯源、校准及不确定度评估.溯源部分包括从材料试验机到力基/标准机(FSM)的溯源方法.还简介了力基/标准机的直接校准方法与间接校准方法.根据这两种校准方法,作者首次提出合成不确定度评估的两种方法:直接法与间接法.文章还给出了中国与其它国家/地区的力标准一致性.     

精密伏秒发生器的研制

随着更高精度磁通计的发展,现有磁通计校准方法的局限性日趋突出,针对现有互感法和标准线圈法的不足,设计研制了一种基于伏秒法的磁通计校准装置。该装置采用低噪声的电路构架,利用FPGA控制高速DAC输出标准磁通量,通过对伏秒发生器的电压、脉冲宽度和电平变化暂态过程进行测试分析,其产生的1 mWb～10 Wb标准磁通量的相对扩展不确定度优于0.01%。装置在伏秒乘积相同的情况下,输出电压脉冲幅度越大、脉冲宽度越小时,输出标准磁通的相对扩展不确度越小,但校准过程中还应根据被校磁通计的积分响应特性合理选择伏秒输出组合。通过与传统的互感法、标准线圈法对同一台磁通计进行校准对比,结果表明,伏秒法的准确度优于传统的标准线圈法,伏秒法的校准范围优于传统互感法,校准范围达到了1 mWb～10 Wb,能够满足0.1级及以下磁通计的校准需求。     

DC标准电压源校准系统

直流标准电压源是一种高准确度的计量标准仪器。本文介绍了一种μP可程控标准源的工作原理、内外校准技术及其特性。     

基于改进的卫星共视法的远程时间比对研究

为了解决标准卫星共视法中存在的两个局限性:一是其完整的观测周期为16 min,只有13 min有观测数据,存在3 min观测间隙;二是数据事后交换处理模式,导致比对结果生成严重滞后,不满足实时性的要求。本文提出了一种改进的卫星共视法,改进的卫星共视法不使用国际权度局规定的共视跟踪表,而是采用时间频率连续比对的方法,以10 min(或其整数倍)作为一个观测周期,并同时对观测数据进行处理,当一个周期结束时,立即进入下一个观测周期,去除了标准卫星共视法中每个观测周期内的观测死区时间,增加了观测数据量,实现了时间频率的连续比对。最后,文中利用改进的卫星共视法研制了一套高精度远程时间频率校准系统,并与标准卫星共视法比对结果进行了对比分析,得出零基线情况下,改进的卫星共视法授时精度达到0.295 ns,与相同条件下标准卫星共视法比对结果 0.554 ns相比有了提高。另外,在长基线条件下,改进卫星共视法的授时精度达到3.12 ns,频率稳定度天稳达到8.24 e-14。     

电压互感器现场校验仪校准技术探讨

为解决电压互感器现场校验仪的校准问题,在介绍间接比对法、特殊变比校准法等传统校准方法的基础上,提出了一种整体校准电压互感器现场校验仪的新方法,并基于该方法对校准结果进行不确定度分析。分析结果表明,所提出的校准方法和构建的系统可用于开展电压互感器现场校验仪的校准工作。     

基于 Lissajous 输出拟合的非平衡 M-Z 干涉仪相位解调

搭建基于3×3耦合器的非平衡马赫-曾德尔(M-Z)干涉系统,将3×3耦合器解调与相位载波结合,通过引入载波调节M-Z干涉仪的输出相位进行动态解调。载波信号为频率2 kHz,电压为0、2、6、10、16 V的余弦信号,通过Throlabs光学能量计测量干涉仪输出功率随时间变化曲线,针对3×3耦合器分光比不均等为1∶1∶1,即相位差不为120°,将输出干涉光采用经验模态分解并构建带通滤波器进行去噪,将处理后的信号用最小二乘法进行李萨如曲线拟合,求得椭圆具体参数,利用反正切函数求解相位差。得出电压相移系数以及电压波长偏移系数分别为0.757 7(°/V)、0.725 8×10^-3(nm/V),在MATLAB中拟合一阶线性曲线,拟合优度R²在0.98以上。最后将此解调系统应用于光纤光栅串(FBG)的应力负载试验并与微光光学解调仪(MOI)相对比,结果表明本系统准确度高,对1 560 nm的FBG解调效果较MOI更佳。     

移动校准系统雨量量值结果比对分析

为验证地市级移动校准系统中雨量项目测量量值的一致程度和计量标准的可靠程度，甘肃省气象计量检定站组织甘肃省地市级移动校准系统开展了雨量要素的量值比对工作。首先确定雨量对比方式、比对样品，选择雨量和降水强度作为校准点，分析此次比对中雨量传感器的稳定性、判别比对结果异常数据、评定测量不确定度，最后计算归一化偏差进行评定，得出评定结果。比对工作较为客观地反映了各市州移动校准系统的校准能力、校准人员水平以及标准设备的现状，有效地识别了各参比单位存在的问题，为进一步提升现场校准能力提供可靠依据。     

程控标准直流毫伏信号源

文章探讨一种适合于热电偶校准用的可程控直流标准毫伏源的设计方法,该毫伏源具有0.1 mV、1 mV、10 mV、100 mV和1 V五个量程,量程间可任意切换,最高分辨率可达1μA。     

自校准型光谱辐亮度标准光源

针对高精度空间光学定量遥感的需求,研制了一种采用数字微镜器件的自校准型光谱辐亮度标准光源。该光源具有两种工作模式:在窄带工作模式下,由Gershun管辐射计和CAS光谱辐射计自校准;在宽带工作模式下,作为光谱辐亮度标准光源用于地面或空间遥感仪器的光谱辐亮度响应度定标。以光谱辐照度标准光源和Spectralon标准漫反射板组成光谱辐亮度标准光源为CAS光谱辐射计定标,测得自校准光源的光谱辐亮度。又以标准探测器定标的Gershun管辐射计测量自校准光源,采用迭代法得到自校准光源的光谱辐亮度。窄带模式下两种不同定标方法对自校准光源的光谱辐亮度测量结果在测量不确定度允许范围内一致。不确定度分析显示:基于标准光源和基于标准探测器的自校准光源光谱辐亮度测量不确定度分别为1.41%~2.09%和1.28%~1.61%。实验及不确定度分析结果表明,该光源可以满足高精度空间光学定量遥感的使用要求。     

Traceability of DC high voltage measurements using the Josephson voltage standard

This paper introduces a new methodology for obtaining high voltage DC measurements traceability to the International System of Units (SI) at the Egyptian National Institute for Standards (NIS). The traceability has been achieved via the NIS automated 10 V DC Josephson Voltage Standard (JVS). A 100 kV DC voltage divider with a nominal voltage ratio of 10,000:1 is being used with its display in parallel with a high sensitive digital voltmeter. The traceability has been realized by calibrating this digital voltmeter via the JVS system and then it has been used to calibrate the divider display readings. Moreover, the divider ratio has been accurately calibrated using a traceable calibrator source on its high voltage side and the calibrated digital voltmeter on its low voltage side. Accurate and traceable high voltage values have been obtained associated with their expanded uncertainties. Highly improved uncertainties have been achieved using this new calibration technique.     

AC-DC全自动测量系统中自动开关的研制

采用了三个双刀单掷簧片继电器研制了一个快速自动A-DC转换开关. 依据A-DC转化标准, 所研制的开关首次用于埃及国家标准化所的AD-DC全自动测量系统中. 对自动AC-DC转换开关的电路及保护电路进行了介绍, 并使用该转换开关实现了从AC电压源到DC电压源转换的标定, 标定的DC电压源量程为2、 6、 20和 60 V. 最后, 对校准值的不确定性进行了估算.     

基于人工神经网络的红外焦平面阵列定标方法

用标准黑体定标数据分别采用基于神经网络和基于线性模型的定标方法对非制冷红外焦平面阵列上单个单元进行了定标,并对二者定标结果进行了分析和讨论。基于线性模型的定标方法采用最小二乘法拟合定标系数,数据处理简单,但精度较低。人工神经网络定标方法是在未知的情况下通过设计合适的网络就可以逼近输入与输出之间的映射关系,提高了定标精度。     

基于成像光线空间追踪的摄像机标定方法研究

摄像机测量模型和标定方法是视觉测量的关键,直接影响视觉测量系统的测量精度。针对这个问题,借鉴非成像模型的摄像机校准的思想,提出了基于成像光线追踪的摄像机标定方法。分析测量点经摄像机镜头成像的规律,通过空间直线确定摄像机图像坐标与测量空间的映射关系。使用像平面和两个空间平面的映射关系,建立空间直线表达方式,完成基于成像追踪方法的摄像机测量参数标定。通过噪声分析和精度测量实验对基于成像追踪的摄像机标定方法进行精度验证,实验结果表明该方法可以有效抑制标定数据噪声对测量结果的影响,提高摄像机标定精度。     

基于交流场指纹法的金属管道缝隙腐蚀监测方法

场指纹法(FSM)是一种基于电位阵列的金属管道在线腐蚀监测方法。传统的直流FSM(DCFSM)是在管道中通直流电流激励,通过监测电极间的电压变化推算出管道内部腐蚀。DCFSM在缝隙腐蚀监测方面,侧重于监测缝隙的起始及扩展方向。而在深度检测方面,由于DCFSM每个电极对间仅有一个电压值用于求解腐蚀,因而只能使用经验公式,检测精度低。交流场指纹法(ACFSM)核心是将现有的DCFSM的电流激励换为交流,通过变频获得电极对间多个频率点的电压值;利用多个电压值求解缝隙腐蚀深度,提高缝隙腐蚀深度检测精度。ACFSM依据交流电流在管道内分布满足趋肤效应,不同频率的电流在金属中的渗透深度不同,测量电极间的电压也不同。本文在介绍ACFSM原理基础上,创新地提出了一种依据多频电压值求解FC值随频率的变化曲线,利用曲线导数值来计算管道内缝隙腐蚀深度的方法。理论分析和实验表明,本文提出的方法可以精确地检测缝隙腐蚀的深度,弥补了DCFSM在缝隙腐蚀监测精度上的不足。     

可在轨溯源的太阳反射波段光学遥感仪器辐射定标基准传递链路

分析了现行光学遥感仪器辐射定标方法的局限性,以满足定量化遥感的精度及多数据融合比对研究的需求。设计了以空间低温辐射计为初级辐射基准,以太阳为光源,包括太阳单色仪、太阳光谱仪、传递辐射计、太阳漫反射板等组件在内的可在轨溯源的光学遥感仪器辐射定标基准传递链路。首先以低温辐射计和太阳光源建立的光谱辐射基准定标传递辐射计和太阳光谱仪;然后利用传递辐射计定标太阳漫反射板,建立对地光谱辐亮度基准;继而将基准传递至地球光谱成像仪作为对地观测标准,从而实现对其它卫星光学遥感器的交叉定标。对光学遥感仪器辐射定标基准传递链路各个环节的分析显示,辐射定标基准传递链路的测量相对不确定度为0.75%。结果表明,以此辐射基准传递链路构建覆盖我国空天一体的遥感定标网络可为建立平行于地面基准体系的空间数据质量保障体系奠定技术基础。     

基于最优位姿集的机器人标定及不确定度评定

为解决因标定位姿点随机选择导致机器人标定结果不稳定、可靠性低问题,研究了基于雅克比矩阵奇异值计算可观测 指标的最优位姿点数目及最优位姿集选择算法,建立了机器人 MDH 模型,采用 LM 算法对几何参数进行辨识,使用 LeicaAT960 激光跟踪仪分别在最优位姿集和随机位姿集下对 Staubli TX60 机器人末端位姿大量实测;在分析研究机器人标定不确定度来 源基础上,采用测量不确定指南(GUM)计算几何参数标定的不确定度及蒙特卡洛模拟法对机器人末端位置不确定度进行评 估,结果表明,经最优位姿集标定后的机器人不仅在测试点精度有大幅提升,而且几何参数及末端位置平均不确定度约为随机 位姿集标定的 0. 11 倍,标定结果稳定可靠,泛化能力强,适于在高精度、大范围作业场合推广应用。     

面向对象的大尺寸测量不确定度分析

测量结果必须说明不确定度。常规尺寸的解析法和标准比对法难以适用于评价大尺寸测量不确定度,尤其是特定拟合任务结果的不确定度。针对大尺寸测量的特殊性,研究基于蒙特卡罗的评价方法评价大尺寸特定测量对象的不确定度,并用计算机可视化直观表示离散点云。利用离线仿真评价测量不确定度,用于设计最优采样策略。以激光跟踪仪测量大型圆形截面工件分析为例,给出测点对称、均匀分布和半径约束等优化测量思想。最后应用于激光跟踪仪测量隧道构件的实例当中。仿真和实际实验表明,蒙特卡罗评价和离散点云表示法可准确、直观评价大尺寸测量特定测量对象的不确定度,制定的最优采样策略可提高测量精度。     

利用积分球光源定标空间紫外遥感光谱辐射计

基于内部照明积分球的辐亮度定标方法,获得了接近理想的大面积辐亮度光源(~2%),标定了在研的空间紫外遥感光谱辐射计的亮度响应度。在假设标准灯为均匀亮度的点光源情况下,对照明因子进行了修正。同时利用两种漫反射板对此修正进行了实验研究,得到了采用两种漫反射板标定的光谱辐射计亮度响应度有很好的一致性(1%)的结论。初步的定标数据分析显示,石英卤钨灯光谱辐照度测量的相对不确定度和距离测量的不确定度是积分球定标最主要的不确定度来源,可用于紫外波段光谱辐射计的高精度辐射定标,并可以极大地降低定标不确定度。