绝缘油介质损耗与体积电阻率测试仪空杯电容值的计算

绝缘油介质损耗与体积电阻率测试仪的试验油杯是仪器的重要组成部分,以空气为介质的油杯电容值影响仪器的测量准确度和校准结果。为了得到准确的油杯电容值,依据油杯几何结构,采用圆锥体电容与圆柱体电容并联分布的物理模型,推导获得理论计算公式,并进行建模仿真比较。结果表明,所述理论计算方法有较高准确度,可用于指导测试仪的设计和校准工作。     

基于液体静力称量法的纯水密度测量

分析了液体静力称量法测量密度的原理和体积测量中纯水密度的特性公式,推导了由己知密度的固体标准来测量液体密度的计算公式。利用固体密度基准量传装置,通过静力称量法为固体密度标准硅球赋值,其相对测量不确定度3×10^-6(k=2)。在20℃时利用高精度液体密度测量装置,通过静力称量法将固体标准(硅球)密度传递至纯水密度,与Tanaka模型比对,E_n值为0.059,比对结果等效。实验结果不仅验证了高精度液体密度测量装置,还验证了20℃纯水密度模型的理论值。     

肺功能仪用定标筒容量校准方法

提出一种以静力称重法为基础并结合负压原理的肺功能仪用定标筒(以下称为定标筒)容量校准方法,设计了定标筒容量校准装置。校准时,定标筒活塞杆拉出,定标筒内形成负压,在压力作用下介质(纯水)进入称量筒;采集环境大气压力、介质质量和温度等数据;计算出20℃时定标筒的容量。根据定标筒容量测量原理,建立其容量测量模型。实测某个定标筒,其容量为3.001 96 L的定标筒,测量结果的不确定度为9.6×10^-4(k=2)。分析表明,该装置具有可靠性,可实现快速校准并满足定标筒容量校准要求。     

基于FPGA的多通道动态光散射自相关器的研制

为提高多角度动态光散射(MDLS)实验的测试效率与测量精度,开发了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的多通道动态光散射自相关器。该自相关器利用FPGA同时采集4个散射角度的光子脉冲信号,实现高频脉冲计数和自相关计算;设计双计数器模块保证高频无丢失计数,结合片内环形寄存区与片外DDR3芯片实现动态存储数据;提出multi-tau相关器结构设计自相关器的相关计算模块,通过USB通信模块传输自相关计算结果。该自相关器利用有限的FPGA内部硬件资源,实现了多通道自相关运算,解决了大量计数数据的存储问题,提高了MDLS实验的测试效率。利用自相关器对50～200 nm的聚苯乙烯颗粒进行MDLS实验,实验结果与样品的标称粒径表现出良好的一致性,表明该设计能有效地表征颗粒粒径信息。     

基于半稀疏矩阵的聚乙烯管超声阵列全聚焦成像实验分析

高密度聚乙烯管广泛用于燃气输送等领域,其热熔接头的焊接质量直接影响管道系统的安全。采用全聚焦成像方法对高密度聚乙烯试块的横通孔缺陷进行成像实验,通过对检测信号进行信号预处理,提高全聚焦成像的效果,并提出一种基于半稀疏矩阵采集的超声阵列全聚焦成像方式,将该方式与基于全矩阵、半矩阵和稀疏矩阵采集方式的全聚焦成像结果进行比较。实验结果显示,基于半稀疏矩阵采集的全聚焦成像方法可有效降低计算量,提高实时检测效率,同样能够用于高密度聚乙烯材料中横通孔缺陷的重构且成像信噪比无明显降低。     

基于溢流环换能器液腔的水听器校准系统

针对溢流环换能器液腔振动表现出的优秀低频特性,提出利用溢流环换能器液腔内部声场进行低频校准的校准方法。首先分析了溢流环换能器液腔特性,并在现有刚性罐体的基础上,构造出了一套无须激振台,以溢流环换能器为低频声源,溢流环换能器液腔为两端开口振动液柱的低频比较法校准系统。通过实验测量确定了液柱高度为15 cm处的圆心位置为最佳的比较法测量点,实验测试该点在100~1400 Hz频段的径向声压变化不超过5%。对Ф20 mm球型水听器进行比较法测量,在100~1000 Hz频段的测量结果与标准校准结果最大偏差为0.8 dB,测量不确定度为1 dB。结果表明,以溢流环液腔为基础构造的低频校准系统是可行的。     

基于超声相控技术的船舶吃水测量方法

为了解决内河船舶因超吃水引起的通航阻塞以及船舶安全问题,提出一种基于超声相控技术的船舶吃水测量方法。以超声相控技术为理论基础,通过控制一维线型超声相控阵列换能器发射聚焦声波,实现对目标船舶的相控扫描,获取各扫描点的回波信号;利用匹配滤波算法对回波信号进行滤波,改善信噪比;利用阈值法提取回波信号的时延;利用渡越时间法,计算出扫描点到各发射振元中心的距离,利用双曲交汇法计算出扫描点的空间坐标;分析回波信号幅值和扫描点位置坐标即可得到船舶吃水深度。为验证方法的可靠性,搭建了小比尺船模吃水测量实验系统,分析了110~140 mm不同吃水深度下的实验结果,计算了实际吃水与测量吃水间的相对误差。实验结果表明,使用匹配滤波法处理后的回波信号信噪比从15.26 dB提高至36.39 dB,实验时,最大相对误差出现在船舶实际吃水130 mm时,绝对误差为2.3 mm,相对误差为1.7%。     

针尖增强拉曼系统高数值孔径物镜对焦方法研究

为提高针尖增强拉曼系统对焦准确性和效率,提出通过分析CCD相机拍摄的光斑图像的像素值实现自动对焦的方法。首先快速粗调焦缩小调焦范围,然后再慢速细调焦提高调焦精度。实验表明:与Tenengrad评价函数相比,方差评价函数更适用于针尖增强拉曼光谱测量系统自动对焦,聚焦到样品表面时对焦结果的无偏估计标准差<0.25μm,具有较高的重复性和鲁棒性;快速粗调焦可提高调焦效率,避免陷入局部最优解;慢速细调焦评价函数曲线在焦点附近呈现“M”形,可通过二次拟合提高调焦精度。     

基于机器学习算法的超声流量计使用中检验

为保证使用中超声流量计的准确度,基于随机森林算法,建立了超声流量计使用中检验预测分析模型。研究了超声流量计使用中检验程序。首先,获取超声流量计的信号质量数据、流态指标数据、以及计量性能数据;其次,采用随机森林算法对使用中超声流量计的流量偏差进行预测,预测值与真实值的偏差在0.76%以内,分析了影响使用中超声流量计测量准确度的各数据对超声流量计性能的影响程度;最后,对预测模型的不确定度进行分析,其扩展不确定度U=0.92%~0.22%(k=2)。     

基于光学锁相环的高稳定度激光稳频方法研究

报道了一种基于光学锁相环的高稳定度激光稳频方法,用于提高可调谐外腔半导体激光器(TECDL)的频率稳定度和准确度。自行研制的光学锁相环电路采用数字鉴相与差分运算相结合的方式获得高灵敏度的鉴频鉴相误差信号,并通过高速模拟PID实现整个系统的闭环锁定。利用该光学锁相环系统进行了TECDL偏频锁定至光学频率梳(OFC)的实验,实验结果表明环路锁定后拍频频率波动在±0.3Hz范围内,偏置频率为50MHz时,光学锁相环系统在1s和1000s积分时间的相对阿伦方差分别为1.5×10^-9和8.5×10^-13。系统锁定后,拍频线宽由500kHz压缩至2kHz。该研究表明采用基于光学锁相环的激光稳频方法可以实现亚Hz级的激光频差控制,通过将TECDL偏频锁定至高稳定度的参考激光源可显著提高其频率稳定度,使其能够满足超精密测量、冷原子/离子干涉测量等领域对激光频率稳定度和准确度的要求。