《计测技术》2022年第6期目录

计量测控
2025-07-16 11:35:00

2022年12月第42卷第6期

综合评述

硅基微腔光子学测温技术研究进展

潘奕捷¹，王瑾¹，张诚^1，2，屈继峰¹，段宇宁¹

（1. 中国计量科学研究院，北京 100029；2. 北京理工大学光电学院，北京 100081）

摘要：硅基微腔光子学测温包括基于热折变效应的协议温度测量以及基于光机谐振原理的热力学温度测量，国际温度咨询委员会（CCT）在 2018-2027 战略规划中，将硅基微腔光子学测温确定为接触测温新兴技术的主要发展方向。本文简要介绍上述两种测温理论机理，综述近年来美国国家标准与技术研究院（NIST）、欧洲计量合作组织（EURAMET）等发达国家计量院与计量组织在上述领域的研究进展，以及来自于学术界的探索性研究内容；最后介绍中国计量科学研究院在毫开尔文（mK）级微腔光子温度计制备与测试、基于法诺共振的亚mK 级分辨力提升方法、基于氮化硅微腔的亚 mK 级自热温升抑制等研究进展。

关键词：温度计量；光学微腔；光子学测温；热折变效应；光机械

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http://www.jicejishu.net/jcjs/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20220601&flag=1

GHz重复频率飞秒激光器发展趋势

张志刚

（北京大学电子学院，北京 100871）

摘要：随着飞秒光梳光谱、飞秒测距等飞秒激光器相关应用领域的发展，对于更高重复频率的飞秒激光器也产生了越来越迫切的需求。本文叙述了固体激光器和光纤激光器在产生 GHz 重复频率的飞秒脉冲输出上所使用的主要技术和技术进展，总结了 GHz 激光器的最新发展趋势。为之后进行GHz 重复频率飞秒激光器研究的相关人员提供了一定的参考。

关键词：飞秒激光器；吉赫兹重复频率；非线性放大环形镜；克尔透镜锁模；非线性偏振旋转；SESAM

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http://www.jicejishu.net/jcjs/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20220602&flag=1

基于非机械调制光的激光测振仪校准技术进展

王听言，张大治，梁志国

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘要：随着激光测振仪使用场景和测量范围的不断扩大，其校准也愈发重要。但依据目前测振仪校准标准，无法实现高频高速环境下的整机校准，因此迫切需求完善此方面的校准方法。近几年，研究人员将非机械调制光用于测振仪校准测试中，构建了理论模型并取得了校准试验数据。本文对这些理论模型和试验数据进行了分析，根据光调制产生位置和核心调制器件的不同对相关方法进行了分类，同时对其工作原理、系统结构组成和主要参数等进行介绍，再对比分析不同方法的校准功能与适用范围，最后展望了相关方法的发展潜力和研究方向，为测振仪校准技术进一步研究提供了借鉴。

关键词：激光测振；校准；声光调制；电光调制；调制光

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理论与方法

融合几何特征的ICP改进算法在数字化测量评价中的应用

蔡项宇，何小妹*

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘要：针对ICP 算法对初值依赖程度高、在配准过程中可能陷入局部最优解的问题，提出了一种融合几何特征的ICP 改进算法。利用零件具有丰富几何参数的特点，首先对实测点云进行基于曲率的体素采样，尽可能保留几何特征，再将点云的曲率差值和法向量夹角差值引入算法的目标误差函数中进行迭代计算，当目标误差函数达到设定阈值时迭代结束，得到最终配准结果。利用复杂曲面标准件进行了点云配准实验验证，结果表明：相较 ICP 算法，融合几何特征的ICP 改进算法的收敛速度更快、误差更低；相较快速全局配准加 ICP 配准算法，融合几何特征的 ICP 改进算法在保证配准准确性的同时，减弱了对初值的需求，简化了点云配准过程。融合几何特征的 ICP 改进算法为促进零件的准确数字化测量评价提供了有力支撑，具有技术借鉴价值。

关键词：数字化测量评价；点云配准；ICP；几何特征

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FFT幅相联合的快速高精度频率估计方法

马罗文¹，刘宁^2*，胡心语³，倪丽花³

（1. 中国人民解放军 95865 部队，北京 102200；2. 中国人民解放军 32802 部队，北京 100082；3. 电子科技大学，四川成都 611731）

摘要：快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）常用于信号频率估计，采用填零的方法可降低幅度谱频率搜索间隔的量化误差，但是会使频率估计的计算量成倍增加。本文提出了一种 FFT 幅相联合的快速高精度频率估计算法，首先利用信号采样的频谱序列和尾首样本差确定幅度谱及峰值位置，然后由频谱序列在幅度谱峰值位置和信号采样的尾首样本差来确定频率搜索间隔的量化误差校正值。因此，所提方法同时利用了幅度谱峰值的位置信息与相位信息。分析结果表明，与仅基于幅度谱搜索的 FFT 算法相比，所提方法的计算复杂度更低，且定位精度更高。

关键词：快速傅里叶变换；频率估计；量化误差校正；快速频率估计

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声速法温度场重建接收信号幅值影响分析

陈鑫虎，赵俭*

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘要：为研究声速法接收信号幅值的变化对温度场重建的影响，基于声学测温法开展了热校准风洞模拟试验，成功模拟了航空发动机燃烧室出口的温度场重建。首先从接收到的信号数据中提取特征，建立特征矩阵，用以反馈信号幅值的变化；然后，基于采集到的信号数据，通过最小二乘法进行温度场重建；最后，通过比对不同特征矩阵下温度场重建的实际效果，分析声速法采集的信号幅值的变化对温度场重建的影响。通过试验验证可知：接收信号幅值越大，重建温度场的均方根误差越大，当幅值大于理论值 40% 时，均方根误差大于理论值14. 38%；接收信号幅值越小，重建温度场的最大相对误差越大，当幅值小于理论值40%时，最大相对误差大于理论值 44. 3762 K。本文的研究对推动声学测温技术在航空发动机燃烧室出口温度场测试领域的发展起到促进作用，具有重要技术借鉴价值。

关键词：声学测温；温度场重建；峰值；影响分析

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新技术新仪器

基于快速散斑结构光三维重建的在线测量系统

郭继平，李名兆*，周迎春，李阿蒙，张俊杰

（深圳市计量质量检测研究院，广东深圳 508055）

摘要：在流水生产线中实现工件表面三维信息的快速获取及尺寸的快速测量是当前辊压成形等制造业智能化升级过程中的迫切需求。基于散斑投影的三维重建方法仅需利用单幅物体散斑图像即可重建出物体表面的三维数据，在流水线工件快速测量中具有一定优势。本文对散斑三维重建中较为耗时的对应点搜索算法进行了优化，并在此基础上研制出适用于辊压成形制造生产线的工件快速三维测量系统。实验结果显示，该系统具有较快的三维数据重建速度，测量误差在 0. 035 mm 范围内，能够满足辊压成形工件三维结构尺寸的快速在线测量需求。

关键词：在线检测；光学三维成像；散斑测量；运动物体测量

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高温热端部件表面温度测量的系统设计

胡玮宸，张学聪，董磊，蔡静*

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘要：随着燃气涡轮机的不断改进，其叶片温度越来越接近材料的耐温极限，但目前市面上的测温仪器并不能较精确地反映叶片温度和分布，为解决此问题，设计扫描式辐射测温系统，该系统工作时探针安装在发动机外壳上，对准叶片表面，叶片散发的红外辐射经由探针前端的反光镜反射进入探针中，通过探针尾部的光纤传入控制器中，对其光信号进行处理，转化为温度值。通过对扫描探针进行流场与温度场耦合仿真，结果表明：在以 0. 1 kg/s 的流量通入 25 ℃冷却气，且探针探测时间不超过 15 s 的情况下，整个探针内部可在发动机内被有效的保护；探针端部流体压强约 17. 0 MPa，大大高于燃气的压强1. 4 MPa，故表明此区域可以将高温燃气隔绝在外，使其不进入探针内部接触反光镜。在实验室开展实验对该系统进行验证，结果表明：探针在各个温度点的重复性和稳定性均不超过 7. 5 ℃，该测温系统可以满足涡轮叶片表面温度测温的使用需求。

关键词：扫描式辐射测温系统；扫描探针；仿真

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基于点特征的直角坐标系空间直线度偏差评价

杜红枫¹，陈晓航²，王治忠¹，张乃方²

（1. 西安交通大学科学与教育发展研究院，陕西西安 710049；2. 西安航天发动机有限公司，陕西西安 710061）

摘要：目前直角坐标系下空间直线度偏差评价尚未形成统一的方法，针对此问题，提出了基于

点特征的直角坐标系空间直线度偏差评价方法。利用空间直线度偏差测量模型与点特征间的关系，以直角坐标系下空间直线度测量方法为基础，建立空间直线度偏差评价数学模型。在截面测量法的基础上，建立空间直线度偏差测量模型。基于空间任意对称二次曲线数学方程，构建最小二乘测量截面轮廓曲线，解决被测截面轮廓中心获取的问题。根据模型点特征关系，最终实现对空间直线度偏差的准确评价。通过实际测试验证了所提出方法的合理性与准确性，为推动空间直线度精密测量技术发展提供了有力支撑。

关键词：空间直线度偏差；测量与评价；直角坐标系；几何量测量；最小区域偏差模型

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车台用角位移传感器自动分度校准系统设计

贾方文，曹阳

（中国航发动力股份有限公司，陕西西安 710021）

摘要：为实现高精度 SJJF 型数显手动分度头的数控化改造应用，满足某航空发动机整机性能测试中车台用角位移传感器自动校准检测的实用性需求，解决手工角度分度耗时费力的难题，提出了角度量自动分度控制系统设计方案，运用逻辑可编程器件（Programmable Logic Controller，PLC）配合专用梯形图编程指令，实现角度光栅信号自动数字化采集、角度值换算、比例微分积分闭环控制（Proportion Integration Differentiation Controller，PID）定位及光栅对零，能够有效满足车台用角位移传感器线性度、灵敏度等校准精度要求，且节约了 70% 的时间，提高角度分度效率的同时也降低了劳动强度。

关键词：分度头；光栅叠加计数；闭环定位控制；逻辑可编程器件；角位移传感器校准

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计量测试与校准

试飞测试系统压力参数在线校准方法与装置

李绍阔¹，冯仁剑^1*，李卢丹²，张玉琴²

（1. 精密光机电一体化技术教育部重点实验室（北京航空航天大学），北京 100191；2. 中国飞行试验研究院，陕西西安 710089）

摘要：当前试飞测试系统压力参数的校准主要采取拆卸后在实验室校准的方式，存在校准时间长，多次拆装容易造成接口损坏的问题。为了解决这个问题，研究一种压力参数的在线校准方法，实现了真实工况下的原位比对校准。通过实验获得了标准压力传感器在温度复合情况下的量值特性规律，构建了温度补偿模型，实现了标准压力值的准确获取。研制了由三个不同量程标准压力传感器、环境温湿度和大气压传感器以及在线校准软件等组成的校准装置，通过初步实验验证了校准方法和装置的合理性。该方法可以作为实验室校准的有效补充，降低校准的人力和时间成本，提高飞行试验的效率。

关键词：试飞测试；压力在线校准；温度补偿；校准装置；校准软件

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基于激光多普勒原理的超高冲击加速度校准系统

刘格格，吕东锴，刘科，廖舒琅，王聪，何斌

（中国工程物理研究院计量测试中心，四川绵阳 621900）

摘要：超高冲击加速度传感器在武器研制、航空航天等高过载测量中发挥了重要的作用，为解决超高冲击加速度的校准问题，基于激光绝对法，建立了超高冲击加速度校准系统。本文介绍了系统的组成和优化方案，设计了合适的解调程序和滤波算法，对原始多普勒信号进行解调，实现了冲击加速度峰值1 × 10⁴ g ~ 2. 5 × 10⁵ g，脉宽20 ~ 50 μs 范围内半正弦冲击波形的绝对复现。最后对影响测量结果的不确定分量进行评定，超高冲击加速度测量不确定度为 8%，对2 × 10⁵ g 以上冲击加速度校准具有重要意义。

关键词：高冲击；激光绝对法校准；多普勒信号解调；不确定度

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指针式压力表自动计量校准系统

马超超，王建军，马响，孙永雷

（南京晨光集团有限责任公司，江苏南京 210006）

摘要：目前，指针式压力表常采用影像法进行计量校准，但在计量过程中存在压力表指针难分割、背景难分离和识别准确率低等问题，为解决上述问题，结合不同规格压力表表盘的外观尺寸，对压力表自动计量校准系统进行研究。首先，根据工业相机视野范围内压力表表盘外形尺寸，自动判断相机与压力表之间最佳工作距离；其次，利用图像边缘梯度值评价图像清晰度，自动完成相机对焦；最后，采用极坐标转换方法实现刻度线定位、指针提取、实时读数等功能。测试结果表明，该系统适用于外壳直径为 40，60，100，150，200，250 mm 的指针式压力表计量校准。

关键词：指针式压力表；自动对焦；图像处理；指针识别

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计量信息化与管理

鸿蒙操作系统在智能测量仪器中的应用

王晶星，李新良*，李维

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘要：嵌入式操作系统在仪器智能化过程中起着至关重要的作用。通过分析鸿蒙系统的技术架构和分布式及微内核特性，并与现有的国内外嵌入式操作系统进行对比，结合测量仪器数据采集的实际应用案例，得出了鸿蒙系统在自主可控、实时性和连接流畅方面具有优越性，满足测量仪器对操作系统的需求。

关键词：计算机控制；嵌入式操作系统；智能仪器；鸿蒙系统；微内核

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对新时期军工计量能力创新发展的思考

赵彬¹，潘超²

（1. 中国航空研究院，北京 100029；2. 航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘要：通过对目前军工计量能力现状的分析研判，针对军工计量在特色计量能力、前沿探索能力和数字化基础能力方面的不足，结合新时期军工计量面临的新形势和新要求，对军工计量能力的创新发展方向进行思考。提出了加强前沿技术研究能力、夯实军工特色计量能力、发展数字化基础能力相关发展建议，为军工计量能力的下一步发展路径提供参考。

关键词：军工计量；计量能力；创新发展；科技创新

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