计量科学与技术

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激光干涉技术在水声测量中的应用与发展

王敏, 杨平, 何龙标, 邢广振, 冯秀娟, 王珂

2022, 66(4): 2-12. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0625

摘要(940)

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PDF(169)

摘要:
激光干涉技术为水声测量提供了一种不同于传统水听器的新途径。对激光干涉技术在水声测量中的应用与发展进行了概述，从水听器灵敏度校准、声场分布测量、换能器表面振速测量三个方面，总结分析了国内外的研究进展及当前的技术水平。对上述三种技术的测量原理进行了介绍，并给出一些具有代表性的测量结果，分析了各技术的制约因素和有待解决的关键问题，对未来的研究发展方向进行了预测，虽然目前激光干涉测量还无法完全替代传统的水声测量方式，但经过持续研究与发展，有望更好地发挥激光干涉技术的优势，提高水声测量水平。

基于硅晶格常数的纳米线宽计量技术

王芳, 施玉书, 张树, 李伟

2022, 66(4): 13-18, 47. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0587

摘要(590)

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PDF(102)

摘要:
随着集成电路中关键尺寸的不断减小，测量精度要求达到原子级才能保证器件的有效性，这给纳米线宽的精确测量带来了新的挑战。2018年第26届国际计量大会提出使用硅{220}晶面间距作为米定义的复现方式，这为原子尺度纳米线宽计量技术提供了新的思路与方法。目前，我国已掌握基于硅晶格常数的纳米线宽计量技术的原理，研制了系列小量值纳米线宽标准器，建立了纳米线宽的智能化定值方法，为初步建立我国自己的原子尺度纳米线宽计量溯源体系奠定了基础。此外，介绍了我国纳米线宽计量技术下一阶段的研究目标，并对我国纳米线宽计量技术未来在国际的影响力，以及在我国自主知识产权大规模集成电路发展中的支撑作用作出了展望。

高灵敏度矢量原子磁力仪研究进展概述

陈文, 高颖, 蒋志远, 屈继峰

2022, 66(4): 19-25, 39. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0651

摘要(1438)

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PDF(326)

摘要:
磁场作为一个矢量场，具有大小和方向信息，如何在现有标量原子磁力仪中实现磁场矢量的高精度测量，已经成为了原子磁力仪研究的一个重要方向。在单一原子磁力仪中同时实现磁场大小和方向的探测，一方面可以获得更多的磁场信息，更全面与准确的表征磁源，另一方面可以减小移动平台中磁测装置体积。将矢量原子磁力仪分为配置外加磁场与全光探测两条技术路线，介绍了高灵敏度矢量原子磁力仪的基本原理、国内外研究现状以及未来的研究方向。对几种主要的矢量磁力仪技术路线进行了介绍和归纳，包括外加磁场补偿法、偏置磁场调制法、射频场佛克托效应（Voigt Effect）法、电磁感应透明（EIT）探测法以及Bell-Bloom全光测量法等，并对高灵敏度矢量原子磁力仪在未来的发展方向和应用前景进行了展望。

眼科光学相干断层扫描计量研究进展

马祥, 洪宝玉, 刘文丽, 段亮成, 李修宇, 赵峻邦, 胡志雄

2022, 66(4): 26-33. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0657

摘要(1191)

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PDF(122)

摘要:
从眼科OCT设备的原理、技术分类、商业发展、计量参数和标准器制作方面，讨论了眼科OCT的性能评价以及计量技术的发展。详细总结了眼科OCT设备的计量标准器、系统分辨率、信噪比/对比度、图像质量等计量评价手段方面的国内外研究进展，为眼科OCT技术标准化的进一步完善理清思路。

能量天平激光干涉测量系统闲区长度测量方法研究

白洋, 鲁云峰, 廖福剑, 王越, 李正坤

2022, 66(4): 34-39. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0586

摘要(1103)

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PDF(95)

摘要:
闲区误差是激光干涉测量系统中一项重要的误差来源，但闲区长度难以准确测量。能量天平是我国溯源至普朗克常数的质量测量装置，在该装置中激光干涉测量系统用于对悬挂线圈和激励磁体的相对位移进行测量，但较长的光学闲区影响了能量天平装置在空气环境工作时的位移测量准确性。针对上述问题，本文提出了基于真空空气光程差测量的光学闲区长度测量方法，该方法利用真空系统改变测量光路所在的气压，测量由空气折射率变化引入的光程差，进而计算激励干涉光路与悬挂线圈干涉光路之间光学闲区的长度。该方法可以将光学闲区长度测量不确定度由毫米量级缩小至微米量级。另外，本文利用光学闲区长度表征的绝对距离，对能量天平激励磁体和悬挂线圈的竖直方向初始相对位置进行了测量，以确定二者竖直方向的相对零位。

激光陀螺测角仪的校准与计量方法

邹伟, 黄垚, 梁可, 朱进, 薛梓

2022, 66(4): 40-47. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0598

摘要(962)

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PDF(91)

摘要:
激光陀螺由于零位漂移、溯源等问题导致其无法成为计量标准器，为充分发挥其优越的高精度测角性能，详细介绍了其在计量领域应用，重新定义了更能直观表征激光陀螺测角仪的性能参数，给出了与激光陀螺中“标度因数”、“零漂”相对应的“刻度系数”和“偏置”的定义，通过实验测试了激光陀螺测角仪的刻度系数非线性度、稳定性以及刻度系数温度灵敏度、偏置重复性和偏置温度灵敏度等性能参数，给出了适用于激光陀螺测角仪的校准方法。最后提出了一种去除线性误差的方法，解决激光陀螺测角仪在线计量的溯源问题，通过实验验证因直线拟合误差引入的测角误差小于0.05″，激光陀螺测角仪零起分度误差为±0.5″，可以满足大部分待测仪器的角度校准要求，为测试角位置误差提供了一种有效的在线计量方法。

GC-MS和LC-MS/MS法测定毛发中的6种苯丙胺类药物

韦棋, 苏福海

2022, 66(4): 48-54. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0611

摘要(468)

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PDF(222)

摘要:
建立毛发样本中6种苯丙胺类药物的GC-MS和LC-MS/MS分析检测方法。选择合适的人体毛发，浸泡在药物-二甲基亚砜溶液中制备含6种苯丙胺类药物的毛发样本，采用单因素变量法优化样品前处理过程，利用GC-MS和LC-MS/MS法对制备的毛发样本进行定量分析。以甲基苯丙胺-D5为内标，采用工作曲线法进行定量分析。实验结果显示，制备的毛发样本中6种苯丙胺类药物的最佳前处理方法为：提取溶剂0.01 mol·L⁻¹ HCl，液料比100:1（mL·g⁻¹），提取温度40 ℃，提取时间50 min。GC-MS中，6种苯丙胺类药物在0.5～5.0 ng·mg⁻¹浓度范围内线性关系良好，r²>0.999，检测限为0.04～0.08 ng·mg⁻¹，回收率≥85.46%，RSDs≤ 3.6%（n=9）；LC-MS/MS中，6种苯丙胺类药物在0.06～0.50 ng·mg⁻¹浓度范围内线性关系良好，r²>0.999，检测限低至0.05～5.0 pg·mg⁻¹，回收率在86.50%～111.9%范围内，RSDs≤ 4.2%（n=9）。这两种方法应用于毛发中苯丙胺类药物的检测，灵敏度高、准确度好、专属性强，可作为毛发中苯丙胺类药物基体标准物质的定值方法，用于标准物质的研制，应用于法医滥用药物检测和实验室质量控制领域。

DNA甲基化检测方法及结果准确性分析

王迪, 牛春艳, 王志栋, 杨佳怡, 董莲华, 高运华

2022, 66(4): 55-62. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0609

摘要(2605)

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PDF(341)

摘要:
DNA甲基化是一种真核生物中常见的表观遗传学修饰方式，在多种生理及疾病演变过程中发挥了重要作用。甲基化DNA已成为重要的生物标记物，精确定量DNA甲基化水平对临床管理和基础科研都具有重要的价值。但目前基于不同平台和不同方法的检测结果往往有较显著的差异，这种不确定性给它的应用带来了很大的隐患。本文对一些典型的特定位点的甲基化检测方法进行了总结，尤其强调了高灵敏度、高准确性的数字PCR方法在甲基化检测方面的应用，并分析了影响甲基化检测结果准确性的关键因素，最后对建立甲基化定量测量的标准评估体系进行了展望。

WD-XRF测试牛肝粉中无机元素

王茜, 冯流星, 王军, 刘亚轩

2022, 66(4): 63-66, 33. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0662

摘要(378)

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PDF(29)

摘要:
以牛肝粉样品为载体，评估了样品的粒径和样品取样量对使用波长色散-X射线荧光光谱（WD-XRF）测量牛肝粉样品中元素含量结果的影响。在此基础上，通过比较三种不同的样品制备添加方式，建立了一种可行的、准确的、可计量溯源的WD-XRF测定生物基质样品中无机元素的方法。此外，对NIST标准物质SRM1577c（牛肝粉）中的K、Na、Ca、Mg、Cu和Zn元素进行方法验证，所测元素均具有良好的线性，测试结果均在不确定度范围内，证明该方法准确、可靠，可以在无基体匹配标准物质的情况下，采用WD-XRF测定生物样品中无机元素含量。

新一代齿轮螺旋线基准装置的研制

林虎, 黄垚, 杨国梁, 杨禹, 顾雨铃, 邹伟, 薛梓

2022, 66(4): 67-73. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0642

摘要(619)

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PDF(53)

摘要:
围绕建立国家齿轮螺旋线基准这一核心目标，立足自主研发，成功研制了我国首台复合式齿轮螺旋线基准装置，装置将复杂的空间三维曲线测量转化为激光干涉测长和回转角度自校准的同步测量，独创性实现了长度和角度的最短溯源链条。经国际比对验证，装置校准及测量能力达到国际先进水平。基准装置的研发成果已在国内各校准机构、大学、齿轮制造企业得到广泛的应用，对保障我国齿轮产业发展提供了强有力的技术支撑。

紫外LED计量标准装置的建立

王彦飞, 代彩红, 许超群, 李玲, 吴志峰, 程秋桐, 贺书芳, 刘金元, 谢一航

2022, 66(4): 74-79. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0610

摘要(606)

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PDF(74)

摘要:
针对紫外LED辐射度的计量需求，建立了紫外LED辐射度计量标准装置。利用该装置可对紫外LED、紫外标准灯等紫外辐射源的各辐射参数（包括光谱辐射照度、曝辐射量、光谱辐射通量、平均辐射强度等）进行测量，并进一步推导出峰值波长、中心波长、带宽、相对光谱分布、光子通量、光子通量密度、外量子效率、紫外危害等参数的值。紫外LED计量标准装置采用基准级光谱辐射计，以及自主设计研制的测量系统与控制系统。200～450 nm光谱辐射照度的合成标准不确定度为3.3%～0.6%；200～450 nm光谱辐射通量的合成标准不确定度为3.4%～0.8%。此计量标准装置的建立，填补了紫外光谱辐射通量这一计量参数的空白，大幅提升了紫外辐射照度的测量不确定度水平，为紫外固化、紫外消毒杀菌等应用领域提供可靠的计量溯源。

多通道自校准热红外辐射计的研制和外场应用

谢臣瑜, 刘延, 谢琳琳, 宋健, 孙彦东, 崔焱, 吕彪, 郝小鹏

2022, 66(4): 80-88. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0671

摘要(518)

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PDF(63)

摘要:
为更好的满足热红外波段卫星遥感器的外场定标需求，提高外场定标的定标频次、时效性和测量精度，研制了具有自动化观测能力的多通道自校准热红外辐射计，用于测量外场大气下行辐射亮度和地表辐射亮度。介绍了多通道自校准热红外辐射计的结构设计、工作原理和实验室定标，并在此基础上开展了外场实验。以青海省格尔木定标场的观测数据为例，结合场地多通道数据中的温度与发射率分离算法，得到定标场地的真实温度和通道发射率结果，对不确定度进行了评估。数据结果表明，多通道自校准热红外辐射计四个光谱通道获取的通道发射率相对标准偏差最大为0.012，场地温度偏差在0.11 K以内，研制的多通道自校准热红外辐射计能够满足热红外波段外场定标的应用需求，为开展热红外波段遥感器的场地自动化辐射定标的研究奠定了基础。

微波暗室静区性能评测及不确定度分析

刘潇, 赵兴, 洪力, 李昱瑶, 班浩

2022, 66(4): 89-94. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0589

摘要(2225)

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PDF(291)

摘要:
微波暗室广泛用于天线、目标散射特性测量、雷达成像等领域，是微波频段最重要的测试场地之一。微波暗室建设投入较高，其静区性能取决于其内壁铺设的吸波材料特性及其布置，静区指标直接影响使用该暗室测试的设备测量结果准确度。因此如何测量得到准确的微波暗室静区指标是微波暗室验收中必不可少的环节，也是微波暗室环境对测量结果贡献评估的基础。针对微波暗室静区的关键指标——静区反射率电平的测量方法进行研究，针对中大型微波暗室，建立最大行程4 m的基于三维扫描架的静区测量系统，覆盖频率范围1～40 GHz。利用其开展微波暗室静区的测量，给出静区反射率电平的测量结果，并进行了测量系统影响量的全面分析和测量结果不确定度评定。结果表明，以1.1 GHz为例，该系统静区反射率电平在−33 dB的情况下，测量不确定度为1.72 dB（k=2）。

人体甲状腺中¹³¹I活度测量的计量标准器研制

杨志杰, 周倩倩, 梁珺成, 范梓浩, 李则书, 范富有, 刘皓然, 拓飞, 张健, 孙全富

2022, 66(4): 95-100. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0655

摘要(896)

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PDF(53)

摘要:
为解决防护至诊疗量级人体甲状腺中¹³¹I活度的直接测量问题，以及人体甲状腺中¹³¹I活度测量相关仪器的量值溯源问题，研制了便携式现场计量标准器。结合IAEA/ANSI 颈部模体开展了标准器的探测效率校准和活度定值方法研究，通过实验测量和模拟计算确定了不同探测距离下的效率曲线，建立了人体甲状腺中¹³¹I活度的量值溯源方法。标准器在贴近颈部直接测量时长为600s时，最小可探测活度达到4.67 Bq；对用于开展人体甲状腺中¹³¹I活度测量的便携式γ能谱仪进行了校准，典型的相对扩展不确定度为5.5%（k=2）。该标准器的研制为职业健康监测、核应急以及甲状腺诊疗中¹³¹I的准确测量和量值保障建立了关键设备基础。

低频标准振动台的可计量性设计研究

吕琦, 王俊博, 张颖, 刘志华, 夏岩, 蔡晨光

2022, 66(4): 101-107, 88. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0675

摘要(1407)

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PDF(105)

摘要:
低频标准振动台是低频振动标准装置的主要组成部分，其计量性能直接影响低频振动校准的测量不确定度，通过开展低频标准振动台的可计量性设计研究，可以提升低频标准振动台计量保障的能力。以低频标准振动台的功能分析为基础，分析定型试验、常规使用和定期计量三个低频标准振动台的典型计量场景，梳理提取横向振动比、加速度谐波失真度、频率示值误差三个关键计量参数，以其相关要求作为可计量性需求，进而开展可计量性设计和验证。针对低频振动传感器在低频校准时失真度较大的问题，提出基于光栅的计量方法，采用可计量性设计方法设计了光栅的计量接口，有效提高失真度计量的便利性和准确性，可为其他检定校准装置的可计量性设计提供借鉴。

二苯并噻吩硫元素含量标准物质的研制

王海峰, 李佳, 孙国华, 苗雨

2022, 66(4): 108-113. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0622

摘要(384)

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PDF(46)

摘要:
固体和液体燃料的硫元素含量测定，缺乏量值准确可靠的有机纯物质硫元素含量标准物质，不能满足量值溯源的需求。研制了二苯并噻吩硫元素含量标准物质（GBW 06204），采用国际上先进的有机纯物质元素含量定值方法，即根据各组分含量及其分子中待测元素含量，计算得到标准物质的元素含量认定值。其中，有机杂质含量采用了气相色谱-质谱法和差示扫描量热法两种方法联合定值；水分采用卡尔·费休库仑法定值；无机杂质采用灼烧残渣称重法定值。标准物质的特性量值溯源至纯物质质量和温度等SI单位以及原子量上，标准物质的硫元素含量的认定值17.403%，不确定度（U）为0.005%，达到了国际先进水平。该标准物质适用于杜马斯法等有机元素分析仪的校准，可用于油品硫含量标准物质的配制，有利于保障燃料硫元素含量的量值准确可靠。

钟组守时性能分析

曾德灵, 陈静, 郭芮君, 王玉琢

2022, 66(4): 114-119, 62. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0659

摘要(779)

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PDF(84)

摘要:
针对原子钟的技术指标，对比分析了不同钟组配置的时标性能。根据典型原子钟的技术指标和实际运行情况对氢钟和铯钟钟差数据进行仿真，应用ALGOS算法计算了铯钟组、氢钟组、氢铯联合钟组的原子时标，从时间偏差、时间稳定度、频率偏差、频率稳定度四个方面考察了钟组时标性能。结果表明，180台仿真铯钟的守时天频率稳定度相当于1台氢钟的守时天频率稳定度；由于铯钟频率稳定度与氢钟相差较大，原子时计算过程中，铯钟权重远低于氢钟，对原子时的贡献有限；氢钟占比高的钟组，时标稳定性较好，溯源状态下时间偏差和频率偏差也较小。时标稳定性好的钟组在守时状态下的时间保持能力也更好。

基于云服务的高压直流分压器远程校准系统

唐海涛, 王晓飞, 王家福, 邵海明

2022, 66(4): 120-124, 73. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0607

摘要(459)

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PDF(59)

摘要:
传统的高压直流分压器校准方法是将仪器送到上级检定机构，或者检定人员到现场进行检定，时间成本巨大并且被检器在运输过程中有损伤的风险，而远程校准可以完美解决这些问题。基于QT开发控制端、现场端软件，通过套接字实现控制端、现场端软件与云平台的通信，再利用云平台转发消息实现控制端与现场端的通信。使用萤石云实现现场画面实时监控及语音通话，以此保证校准的合法性。验证结果表明，基于云平台的高压直流分压器远程校准系统可以实现远程校准的目的。

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