计量学报

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• 入射角偏差对消光椭偏法膜厚测量影响的研究

  杜陈伙, 张树, 胡佳成, 皮磊, 施玉书

  使用消光椭偏法测量膜厚时，入射角作为改变入射光波和反射光波偏振态的重要过程参量，角度量值的准确性极大地影响了膜厚测量值的准确性。采用波长为632.8 nm的氦氖激光，建立了在不同入射角情况下，入射角偏差与测量膜厚偏差之间的数学模型，并且通过搭建消光椭偏装置对硅上二氧化硅样品进行了验证。对于被测样品102.55 nm的膜厚值而言，理论上计算可得入射角每变化0.01°，会对膜厚测量值最大引入0.008 7 nm的误差；装置测量结果表明，入射角偏差对结果引入的实际误差符合模型预期，进一步验证了消光椭偏装置的可靠性；优化了消光椭偏法中入射角偏差引入的不确定度分量的分析方法，装置入射角引入的不确定度分量为0.004 nm。

• 六自由度运动原位测量机构的降维任务空间插值精度补偿方法

  张思琪, 刘志华, 任子啸, 高磊, 凃程旭, 包福兵, 蔡晨光

  为了将六自由度（6-DOF）运动测量结果溯源至高精度一维激光干涉测量，提出一种基于非运动学校准的降维任务空间插值精度补偿方法。利用高精度一维激光干涉仪测量各自由度的线性与角度误差，获取任务空间内多个离散点的位姿残差数据，构建模糊推理系统（FIS）对任务空间中任意位姿残差进行预测与补偿。实验结果表明：所提方法能够将六自由度位置和姿态测量均方根误差e RMS分别降至1 μm和10 μrad，测量精度分别提升了77.98%和86.34%。

• 基于多级策略的供水管道泄漏定位方法

  苑朝, 段佳鹏, 张学伟, 张世松, 李腾霖, 宋振寰, 姚万业, 牛杭

  提出一种基于多级策略的供水管道泄漏定位方法。将泄漏定位划分为泄漏判断与精确定位2级，基于时变滤波经验模态分解（TVFEMD）的两级自适应去噪方法提高了泄漏定位精度。在第1级检测阶段，采用动态内在主元分析对无泄漏状态下的信号进行建模，提取其时域与频域特征的压缩表示，并构建动态与静态故障检测指标及其控制限，用于泄漏判断；在第2级定位阶段，利用TVFEMD方法对泄漏信号进行分解，得到一系列本征模态函数（IMF）。通过计算各IMF与2个参考信号之间的互相关函数，并结合峰值显著率筛选准则对IMF进行2级去噪，从而有效去除固定噪声与随机噪声干扰。最后，采用信号到达时间差法实现泄漏点的精确定位。实验结果表明：该集成方法在复杂噪声环境下表现出较强的鲁棒性与较高的检测准确性。对于2个泄漏点的检测，准确率 P R达到98.5%；相比原始信号，去噪后平均定位误差降低了20.3%，相比其他方法，平均定位误差进一步降低2.3%。

• 滚动工况点接触边界润滑油膜厚度的接触电阻法测量技术研究

  杨家慧, 黄鹭, 孙淼, 赵平坦, 贾鑫, 蔡晋辉, 叶放

  基于球盘式摩擦磨损试验机，开发了一种精密滚动测试模块，用于接触电阻法测量边界润滑条件下的油膜厚度。基于电接触和摩擦学理论，推导了点接触条件下接触电阻与油膜厚度的理论关系，并通过实验验证了其在动态滚动条件下的适用性。在对干式滚动条件下的接触电阻进行校准以消除系统误差后，在不同载荷和速度下进行了滚动润滑试验，以获得动态接触电阻。在边界润滑和混合润滑状态下，测得的接触电阻低于10 kΩ，重复性为84 Ω。同时，采用光学干涉法测量油膜厚度，分辨率为0.8 nm。通过关联相同工况下的接触电阻和油膜厚度，建立了中等载荷下点接触滚动的动态接触电阻-油膜厚度模型，拟合优度达到0.96。结果表明，将接触电阻法应用于实际点接触滚动润滑条件是可行的。

• 0.1~100 mW激光功率基准与副基准比对

  李超辰, 陈潇潇, 王梦珂, 韩伟, 张云鹏, 马冲, 邓玉强

  为保障激光功率量值准确统一，开展0.1~100 mW激光功率基准与副基准量值直接比对，比对在宽光谱均匀辐射场和激光束辐射两种条件进行。均匀辐射场条件下，测量结果相对偏差为-0.08%，比对E n值为-0.08，比对结果具有良好的等效一致性。激光束条件下，复现功率初始具有-1.64%的相对偏差，对基准器与副基准器的面响应均匀性进行测量研究，发现副基准器在激光束条件下响应度表现出一定的不均匀性。对副基准器响应均匀性进行修正后，复现功率量值相对偏差降低至-0.26%，比对E n值为-0.25，实现了0.1~100 mW激光功率副基准与基准复现量值的准确统一。

• 脉动流条件下文丘里管流量测量特性实验研究

  张学榕, 罗皓天, 刘莉, 顾汉洋

  在旋转设备、往复式设备和调节阀等许多工业设备的运行过程中，常常会引起脉动流的产生，流体的不稳定流动对流量测量的准确性有很大影响。通过搭建脉动流测量实验回路，利用文丘里管和差压传感器对不同工况下的流量和压差进行测量，研究了文丘里管在脉动流下的测量特性，探讨了脉动流量、引压管长度和脉动频率对压差测量精度的影响，并对比分析了高频压力传感器测量脉动压差的可行性。研究结果表明，脉动流量的增加会引起脉动压差的幅值增大；引压管长度和脉动频率对脉动压差的测量结果有显著影响，较短的引压管和较低的脉动频率有助于提高脉动压差的测量精度；高频压力传感器在脉动流条件下的测量具有可靠性，能够有效消除引压管带来的误差。研究结果为脉动流条件下的流体测量优化提供了参考。

• 绝对重力仪落体加速分离段运动特性分析

  刘征, 冯金扬, 王启宇, 李春剑, 要佳敏, 彭宝营, 吴书清

  分析了激光干涉式绝对重力仪托车与落体加速分离阶段的运动特性，利用激光测振仪得到托车垂向运动参数，确定托车与落体分离时间点，推算落体分离后垂向运动模型，同时利用激光干涉仪测得落体的实际运动曲线对进行验证。实验表明：FG5-X型绝对重力仪托车与落体分离时间为9.77±0.02 ms。通过激光干涉仪测得落体位移曲线对落体运动模型进行验证，结果显示实测落体位移与落体运动模型位移差值较小，差值分布在±2×10-6 mm之间，差值残差标准差为5.57×10-7 mm，具有良好的一致性。

• 轨检车体加速度系统服役状态动态校准方法

  韩志, 贺雨, 曹亦庆, 徐春柳, 陈春雷, 孙浩琳

  轨道检测车体加速度系统受车辆振动、传感器灵敏度漂移、安装位置机械结构微变等多重因素的复合影响会产生测量误差。为了在系统服役状态下判别系统状态，修正测试结果，提出了轨检车体加速度系统服役状态动态校准方法。首先，基于系统辨识及预测方法构建了数学模型，以小型化传递装置测量数据为标准，对轨检车体加速度系统数据进行预测修正；然后，利用在线核验方法分别对修正前、后数据进行了评估分析，验证数据修正的可行性。实验表明，轨检车体加速度数据经过系统辨识修正后，输出结果与原数据相比相关系数提升幅度最高达6.9%，均方根误差参数改善幅度最高达34.1%，平均绝对误差参数优化幅度最高达27.3%，第95百分位数提升幅度最高达45.2%，该方法对提高轨道检测车体加速度系统测量数据的准确性和可靠性效果明显。

• 基于激光共聚焦显微镜的洛氏硬度金刚石圆锥压头三维形貌校准方法

  侯晓东, 金珂羽, 崔园园

  提出一种基于激光共聚焦显微镜的洛氏硬度金刚石圆锥压头三维形貌校准方法。通过对来自4家供应商的工作压头及1个标准压头进行高分辨率扫描，采集顶端球面区域的三维高度数据，并采用最小二乘法拟合球面半径，系统分析不同测量窗口尺寸对拟合结果的影响。结果表明：该方法不仅能够获取压头顶端的完整三维形貌，还可实现对局部几何偏差的量化评估。在模拟不同压入深度条件下，压头顶端局部半径出现显著变化，且不同厂家压头呈现出不同的变化趋势，反映出制造工艺对压头性能的一致性影响。建立了压头三维形貌校准的技术流程，涵盖扫描参数设置、数据拟合、误差评估等环节，为硬度与划痕试验中压头质量控制、标准改进及测量结果溯源提供了有效手段与数据支撑。

• 时间延迟谱法在水听器相位检中的应用

  蔡越, 王月兵, 杨平, 赵鹏, 王敏, 郭世旭

  水听器相位响应的精确测量对水下声学探测、通信及计量十分重要，然而开放水域中多径反射和环境噪声易导致传统方法失效。因此，提出基于时间延迟谱法（TDS）的高鲁棒性相位检测方法。该方法通过发射宽频线性调频信号，利用其时频线性耦合特性构建时延-频域关联模型，结合可控时间窗技术实现直达声与边界反射声的有效隔离，显著抑制多路径干扰影响。在实验室消声水池环境中，比较3种不同水听器相位差测量结果显示相位测量误差<±1.3°。为验证现场适用性，在千岛湖开展实地测试，用时间延迟谱法成功克服了水面波动、悬浮物散射及湖底反射影响，提取的相位偏差结果在测量的全频段均<±2°，证实了方法的抗干扰能力。分析表明：通过TDS时域门控（窗宽10 ms）可很好地抑制环境噪声，且无需依赖先验声速模型即可完成相位解耦。