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2026,46(4):1-16 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.04.01
Abstract:
介绍了原子气室在热原子精密测量体系中的作用，阐述了原子自旋弛豫的主要物理机制及其对极化寿命、相干时间、系统噪声和长期漂移的影响；对比了传统玻璃加工与MEMS微加工气室的工艺特点、适用场景和发展趋势，分析了材料选择、结构设计、壁面处理、缓冲气体计量及热-磁环境管理等因素对气室性能的调控作用。展望原子气室加工与制造领域未来的发展方向，指出需要基于原子数密度、自旋极化度、弛豫时间等本征参数和典型应用系统指标，建立面向工程应用的气室表征与评价框架；可将关键误差源控制前移至气室设计、制造与评价阶段，通过建立制造参数与器件性能之间的物理关联，推动原子气室向性能可复现、寿命可预估、适于规模化生产的标准化器件方向发展。
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2026,46(4):17-45 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.04.02
Abstract:
为了进一步推动国内激光跟踪仪的发展与应用，本文系统介绍了激光跟踪仪技术及中国科学院微电子研究所团队激光跟踪仪的自主研制进展情况。阐述了激光跟踪仪基本原理及结构组成，深入分析了激光测距、脱靶量探测、精密测角、伺服跟踪、误差补偿及校准等关键技术。介绍了激光跟踪仪领域国内外现行检测规范与技术标准，探讨了激光跟踪仪性能评估方法，从理论与应用两个方面分析了提升激光跟踪仪性能的手段。介绍了激光跟踪仪在原位智能制造、机器人实时动态校准和大尺寸组网测量等典型场景的应用情况，重点论述了中国科学院微电子研究所团队取得的一系列研究成果，包括六自由度激光跟踪仪的研发、激光跟踪仪扩展功能模块设计、激光跟踪仪产业化体系建设等。展望了激光跟踪仪技术的发展方向，指出基于激光跟踪仪衍生的多种新型跟踪测量方法及设备将在高端装备测量、先进制造等领域发挥重要作用。
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2026,46(4):46-53 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.04.03
Abstract:
目前加速器准直领域应用的多路激光测距技术存在设备成本高昂、系统搭建复杂度高的不足之处，针对此问题，提出球形准直器扫频激光干涉测距技术。搭建集成HCN（即H13C1?N的缩写）气体吸收池、光开关与球形准直器的扫频激光干涉测距系统，实现大尺度范围内的高精度绝对距离测量；设计可以和激光跟踪仪角隅反射镜共用靶标座的球形准直器，在保证测量准确性符合要求的前提下降低设备成本。在模拟加速器准直的实验环境中开展系统性能测试，结果表明：在30 m测量范围内，球形准直器扫频激光干涉测距系统的测距误差不超过30 μm，满足加速器准直需求。该系统为加速器准直提供了高精度、高适应性的解决方案，具有重要工程实用意义。
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2026,46(4):54-66 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.04.04
Abstract:
现有的超微光斑角分辨偏振散射仪校准方法需基于旋转偏振器或液晶延迟器实现整体仪器系统参数的校准，存在操作复杂、难以一次性解耦多个校准参数、引入额外误差源等不足。针对此问题，提出一种超微光斑角分辨偏振散射仪系统参数原位分步校准方法。借鉴消光椭偏测量原理，依次对起偏器方位角、分束器透射与反射椭偏参数、波片延迟量与方位角、偏振分束器透射与反射椭偏参数、物镜正交偏振光透过率等参数进行精确校准。采用该方法对自主研发的超微光斑角分辨偏振散射仪进行校准，并利用校准后的仪器对标准SiO2薄膜与矩形光栅样件进行测量，结果表明：原位校准后仪器的膜厚测量重复性可达0.1 nm，光栅形貌参数与标准值高度一致，验证了所提出的超微光斑角分辨偏振散射仪原位校准方法的有效性。
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2026,46(4):67-92 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.04.05
Abstract:
传统数字化测量方法存在测量场构建效率低、多设备协同性差等不足，难以满足新一代飞机大型复杂结构高精度、批量化的测量与装配需求。针对上述问题，开展多系统协同精密测量技术研究，建立大尺度测量场不确定度解析模型并提出自适应规划方法。研制多模式基准转换标准器，提升协同测量场构建精度，同时提出基于轻量化模型与任务-设备协同的测量规划技术，实现多站位、多任务的自动化序列生成与仿真优化。在此基础上，开发集多设备控制、测量规划、数据管理分析于一体的大型复杂结构装配多系统协同精密测量平台，实现装配测量过程“模型-规划-测量-分析”的闭环控制。开展试验对该平台的性能进行测试，结果显示：该平台显著提升了测量精度与效率，为推动航空领域大型复杂结构精准测量与装配技术发展提供了有力支撑。
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2026,46(4):93-108 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.04.06
Abstract:
介绍了光学啁啾链（Optical Chirp Chain， OCC）的基本概念、波形构造方式和时频映射机理，阐明其提升布里渊谱获取效率的基本原理。论述了光学啁啾链布里渊光时域分析（OCC-Brillouin Optical Time Domain Analysis， OCC-BOTDA）和光学啁啾链布里渊光时域反射（OCC-Brillouin Optical Time-Domain Reflectometry， OCC-BOTDR）的原理，梳理了OCC-BOTDA在单次超快测量、长距离与高性能实现、瞬态效应与谱形畸变抑制、矢量测量、偏振分集、去噪增强等方面的研究进展，归纳了OCC-BOTDR在单端在线解调、应用性能提升等方面的研究进展，对比了不同方法在测量距离、空间分辨率、测量时间等参数上的差异。展望了基于OCC的快速分布式布里渊传感技术的发展方向，指出未来需要进一步提升高质量OCC生成、相干探测和数字信号处理能力；可将基于OCC的快速分布式布里渊传感技术与其他技术相结合，实现多物理量的长距离协同感知，同时提升测量系统的工程适用性与可靠性，以满足复杂工程应用场景下的多参量监测需求。
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2026,46(4):109-115 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.04.07
Abstract:
目前监测任务领域应用的传感器网络异构节点部署方案存在运行效率较低的不足，针对此问题，本文提出单汇聚节点异构无线传感器网络异构节点部署（Optimal Deployment of Heterogeneous Node Positions in a Single Sink Network， ODHNSS）算法，结合网络覆盖率、通信距离与通信半径之比、休眠节点占比等关键指标，制定异构节点位置的选择依据，实现基于能量感知的传感器网络异构节点优化部署。利用MATLAB软件进行仿真，对比ODHNSS、三层扩展能效优化层次结构（Three-Tier Extended Energy Efficient Clustering Hierarchy， TEEECH）和异构节点优化部署（Optimal Deployment of Heterogeneous Nodes， ODHN）算法的应用效果，结果表明：相较另外两种算法，ODHNSS能够使数据传输效率明显提升并降低网络运行能耗，为推动无线传感器监测网络技术发展提供有力支撑。
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苗碧琪, 唐兆轩, 卓亮辉, 李振亚, 何巍, 云浩, 赵凯峰, 晏志鹏
2026,46(4):116-128 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.04.08
Abstract:
针对核电等高温场景远距离应变测试中耐高温长导线电阻及其温度变化引发的测量误差问题，本文提出一种结合应变计测试数据、应变计电阻及导线电阻实测值的应变修正方法。分析长导线传输条件下应变测量误差的形成机理，引入应变计与导线电阻参数，建立测试应变统一修正模型，对高温下测得的应变值进行修正，并据此确定热输出曲线及灵敏系数。开展350 ℃高温应变测试，验证该方法的应用效果，并与传统三线制、半桥补偿方法进行对比，结果表明：该方法可同时考虑导线电阻及其温度变化的耦合影响，有效减小测量误差，提升测试结果的准确性与稳定性，为提高核电领域高温长导线应变测量精度提供重要技术支撑。
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2026,46(4):129-137 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.04.09
Abstract:
为评估某型国产大涵道比航空发动机整机试车台的气动性能与流场品质，开展流场特性计算流体力学（Computational Fluid Dynamics， CFD）仿真与测量分析。基于三维建模软件构建包含进气塔、消音装置、整流网、航空发动机、引射筒及排气塔的试车台模型，完成精细化网格划分，采用标准k-
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2026,46(4):138-147 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.04.10
Abstract:
针对航空发动机润滑系统回油管路内油气两相参数测量难题，研发基于电容层析成像的航空发动机油气两相流测试系统。采用电容层析成像技术实现截面相含率测量，通过整流器实现流型规整，提高测量精度，利用文丘里技术进行总流量测量，最终实现气液两相流量测量。基于现场试验台架搭建油气两相流标定校准装置，对基于电容层析成像的航空发动机油气两相流测试系统进行性能验证，结果表明：6种实验工况下，液相流量最大测量误差为7.26 %FS，气相流量最大测量误差为6.56 %FS。该系统能够有效满足现场测试要求，为航空发动机润滑系统设计优化提供重要技术支撑。
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2026,46(4):148-155 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.04.11
Abstract:
为准确测试毫米波频段液体及粉末材料的介电常数，提出基于波纹传输线的测试方法，利用聚四氟乙烯材质的特制容器搭建测试系统，结合矢量网络分析技术开展测试。首先通过时域门控-反射-传输线（Gated-Reflect-Line， GRL）方法进行校准，降低容器与待测材料间多次信号反射、散射产生的误差影响，之后放入待测液体或粉末材料，采用矢量网络分析仪获取反射参数S，进而计算得出介电常数。以固体聚四氟乙烯为标准样品进行测试，验证了该系统的应用可行性；对石英粉末及二甲基合成硅油进行测试，在75 ～ 110 GHz频段内，测试结果偏离平均值的最大误差仅为5%，说明该测试方法具有较高准确性，为食品加工、生物医学等领域中毫米波频段液体及粉末材料的介电常数测量提供了重要技术借鉴。
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2026,46(4):156-166 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.04.12
Abstract:
为推动我国航空产业标准必要专利布局、提升高端装备制造领域专利与标准融合水平，以航空产业链企业为研究视角，基于专利数据库和行业标准库开展专利检索与统计分析。研究表明：航空产业链体系内专利与国际标准融合不足、产业适配性不强，在数量、赛道、机制、运维和协同方面均存在提升空间。基于以上分析结果及国内政策环境，提出标准必要专利申请策略及布局路径建议，指出应聚焦互联互通属性强的细分赛道精准发力，并构建多方协同的全链条工作机制。本研究可为推动航空产业专利与标准深度融合，及高端装备制造产业集团开展国内相关业务提供参考。
2026年第46卷第4期
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Abstract:
飞行器作为高度复杂的集成系统，其结构完整性是航空航天领域的重要追求目标。载荷谱作为连接运行任务、载荷传递、结构响应与损伤演化之间的关键因素，其准确性与代表性直接决定了结构完整性评估的可靠性。本文梳理了国内外在飞行器载荷谱研究领域的技术进展，重点围绕其在结构完整性体系中的重要作用、实测技术的革新、多源数据融合与智能处理方法的前沿发展及其工程应用等方面展开综述，旨在在载荷谱数据获取方面为未来飞行器结构完整性设计与评估、服役寿命管理及结构完整性大纲的有效贯彻提供理论支撑与技术参考。
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Abstract:
冷原子干涉绝对重力测量以冷原子团作为测试质量，通过光脉冲原子干涉相位反演重力加速度，具有绝对测量、低漂移、无机械磨损和适于连续观测等特点。本文介绍了冷原子干涉绝对重力测量的基本原理和技术特点，梳理了国内外在重力计量与量值溯源、地面静态测量、可搬运与野外流动测量、船载和机载动态测量等方向的研究进展，分析了不同应用场景下的系统构型、误差修正、动态补偿、数据处理和性能评价方法。结合航空工业北京长城计量测试技术研究所（航空304所）相关研究，概述了国产量子绝对重力仪在计量溯源、静态应用验证、船载动态测量和机载动态测量中的工程化进展。冷原子干涉绝对重力测量技术已由实验室高精度测量逐步拓展至计量化、产品化和多平台工程应用阶段，但在核心器件国产化、长期可靠运行、复杂环境适应、动态补偿精度、数据融合处理和评价体系建设等方面仍需完善。后续应围绕静态台站、野外流动、车载、船载、机载、水下和星载等应用需求，推进核心器件、整机系统、平台适配、数据处理和计量评价协同发展，为重力基准维护、地球物理探测、海洋与航空重力测量等领域提供技术支撑。
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Abstract:
为满足工业排放监测对烟道流场中CO?浓度与气流速度同步实时检测的需求,本文基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术,选用中心波长为2004 nm的分布式反馈(DFB)激光器作为测量光源,设计并搭建了一套浓度-流速同步测量装置。该装置利用CO?分子在红外波段的特征吸收谱线实现浓度反演,并采用双光路补偿算法获取气流速度,从而实现对流场关键参数的协同感知。在环形风洞实验平台上,开展了不同流速工况下的CO?浓度与流速同步测量实验,并对测量结果进行了比对验证。试验结果表明：在不同流速条件下,速度测量偏差在0.11～1.04 m/s范围内,测量方差最大值为1.27 m/s；两条独立测量光路的CO?浓度偏差介于0.06%～0.09%之间,测量方差最大为0.06%。系统在测试期间运行稳定,测量重复性良好,浓度与速度数据相关性符合理论预期。该装置能够在不干扰流场的前提下实现烟道关键参数的同步在线监测,为燃烧过程诊断和排放量化控制提供了一种可靠的技术手段。
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Abstract:
为了提高轴承故障特征表征能力和诊断性能，提出一种融合时频分析、深度特征提取、特征选择与集成学习的轴承故障诊断方法。采用连续小波变换对轴承信号进行时频分析，构建表征故障特征的时频图像；利用预训练模型自动提取时频图像的深层特征，提高轴承故障信息表征能力；引入基于近邻的特征选择算法（ReliefF feature selection，ReliefF）、最大相关最小冗余和最小绝对收缩与选择算子特征选择方法，对深层特征优化筛选，保留具有较高判别能力的关键特征；分别建立随机森林、极端梯度提升和轻量梯度提升机（Light Gradient Boosting Machine，LightGBM）故障诊断模型，对不同特征选择方法与诊断模型的组合性能进行对比分析。实验结果表明，ReliefF与LightGBM组合模型实现最佳诊断性能，准确率达到95.72%。该研究成果为旋转机械故障诊断、状态监测与健康管理提供了可靠的技术支撑，对推动智能故障诊断技术的发展具有重要意义。
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Abstract:
介绍了面向纳米尺度测量的新型纳米探针技术的研究背景与发展现状，阐述了传统表征手段在空间分辨率、环境适应性及多维信息获取方面的局限性，并分析了纳米探针作为核心功能单元在突破上述瓶颈中的关键作用；围绕空间分辨率提升和信号灵敏度与信噪比增强两个核心目标，分别综述了等离激元纳米聚焦探针、超尖锐探针、动态反馈调控技术以及表面等离激元共振增强、探针结构优化与噪声抑制、信号放大与转换策略等代表性研究进展，探讨了各类探针的设计原理、技术特点及应用场景；指出当前纳米探针技术在可重复性、环境稳定性及多模态信号干扰等方面仍面临显著挑战，提出未来应着力发展标准化性能评价体系、多模态信号解耦算法及智能自适应探针技术，并通过推进探针制备工艺的精准化与功能集成的高效化，进一步提升其在单分子检测、原位表征及复杂环境测量等领域的综合性能与应用潜力。
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Abstract:
针对具有参数不确定的串联弹性驱动器系统,提出一种基于浸入与不变理论的预设时间自适应控制方法。设计新的时间尺度变换函数克服了传统时间尺度变换在预设时刻附近奇异性问题。然后, 引入浸入与不变方法的参数估计形式,设计预设时间收敛自适应律,使得参数估计误差预设时间收敛。进一步设计预设时间滑模面,保证了系统跟踪误差在预设时间内收敛到给定小邻域。此外通过Lyapunov方法验证系统稳定性。仿真验证了所提出方法的有效性。
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Abstract:
外差激光干涉仪是超精密位移测量的核心装备，其测量精度提升的主要瓶颈，源于光学系统非理想特性引入的非线性误差（NCE），典型表现为信号不等幅、直流偏置与相位非正交三大特征。本文在严格推导外差干涉非线性误差级数模型的基础上，对比分析了传统解析补偿法与椭圆拟合法的内在局限，指出二者本质上属于被动数学拟合，难以消除动态位移下的残余谐波波动。为此，提出一种基于改进偏振片旋转法的主动反馈补偿策略：通过 1/4 波片与可控旋转偏振片构建闭环调控结构，利用自变量物理冻结机制，将随位移剧烈变化的动态非线性误差等效转化为静态常数偏置；结合静态预扫描剥离与快速傅里叶变换（FFT），实现系统初始相位偏置 ?? 的高精度标定与起点对齐。仿真结果初步验证了该方法在理想条件下的理论可行性，可将纳米量级一阶非线性误差有效抑制至0.1 nm以下，李萨如图形恢复为标准单位圆，测量精度逼近克拉美-罗下界（CRLB）噪声极限。本文工作现阶段以理论建模与仿真分析为主，从硬件闭环层面为消除非线性误差提供了新思路。后续将搭建实验平台进行硬件验证，可望为实现超精密、高线性度位移测量提供理论与技术支撑。
综合评述
“量子增强检测技术前沿与应用”专题 客座主编：肖连团
计量、测试与校准
理论与方法
"精密测量"专栏
理论与方法
"精密测量"专栏
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用于微型核磁共振陀螺的内边长1mm立方体原子气室制作与评估
汪之国, 李新坤, 熊志强, 李佳佳, 肖希林, 赵洪常, 罗晖, 王风娇
Abstract:
核磁共振陀螺兼有小体积和高精度的潜力，是下一代微型陀螺的关键技术路径之一。为了支撑微型核磁共振陀螺的研制，本文开发了光胶工艺的全玻璃Rb-Xe原子气室，其内部尺寸只有1 mm×1 mm×1 mm。搭建了实验系统，全面系统测量了Xe原子核系综的关键参量。在130 ℃时，129Xe原子核系综的纵向弛豫时间、横向弛豫时间和极化场强度分别为7.832 s，3.316 s 和11.382 nT；对于131Xe，这 3 个量分别为15.381 s，9.029 s 和 20.344 nT。进一步测量了这些量在115 ℃-140 ℃的变化规律。根据这些参数估计了将其用于核磁共振陀螺时可以达到的角随机游走为0.17 °/√h。为了进一步提升精度，关键在于进一步提高弛豫时间。该微型原子气室的研制为推进微型核磁共振陀螺技术进步奠定了良好基础。
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基于多姿态模型和PLSCF的工业机器人模态分析方法
Abstract:
工业机器人的动态特性对作业精度、运行稳定性和系统可靠性具有重要影响，其中低阶模态通常表现出明显的姿态相关性和多关节耦合性。为有效表征工业机器人的动力学特性，本文提出了一种基于多姿态模型和多参考最小二乘复频域法（PLSCF）的模态分析方法。针对某型号六自由度工业机器人，根据其典型工作姿态建立多姿态模型，并采用锤击法和激振器法开展模态试验。针对采集的频率响应函数，利用PLSCF方法进行模态参数识别，提取了前三阶固有频率和阻尼比。其中，第二阶和第三阶固有频率的变化范围为20%。在此基础上绘制了相应振型，基于此分析了模态参数的演变机理。同时，引入模态置信准则，验证了振型相关性，并评估了姿态变化对于机器人局部模态耦合现象的影响程度。结果表明，该方法能有效表征工业机器人的动力学特性，为动力学建模与分析提供了可靠依据，并为结构设计优化、轨迹精度保证以及智能运维等应用奠定了基础。
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扫描几何约束下的机器人-变位器协同扫描规划方法
Abstract:
针对机器人辅助三维测量过程中，机器人与变位器协同运动规划困难的问题，提出一种基于四关键点几何关系的机器人—变位器协同扫描运动规划方法。以转台中心A、扫描仪中心B、机器人基座C、变位器基座D四点构造固定主平面与动态测头平面，利用侧向位置关系和平面偏离角对候选变位器角度进行几何预筛。遵循“机器人优先、变位器辅助”原则，优先保持变位器零位，在几何预筛或可达性验证不满足时启动角度搜索仅在测头偏离主平面时触发修正；对连续扫描轨迹统一选择变位器角度以减少转台切换。通过对典型复杂曲面工件的仿真验证，结果表明该方法能够表现出良好的可行性，在12个扫描视点实验中，规划轨迹的逆运动学成功率和碰撞检测通过率均达到100%，扫描覆盖率达到82.13%；在保证扫描覆盖率和轨迹可执行性的前提下，实现变位器角度的高效规划与连续轨迹的平稳过渡。
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基于机器视觉与激光扫描的橡胶O型密封圈表面缺陷检测技术研究
杨英, 郑晓娟, 周可平, 韦芬, 罗成, 罗婷, 刘维军, 魏翔
Abstract:
橡胶O型密封圈（以下简称O型圈）广泛应用于航空航天、石油能源等高要求工业领域，其表面缺陷直接影响系统密封性能。针对人工目检效率低、微小缺陷易漏检以及缺陷深度难以量化的问题，提出一种融合机器视觉与激光线扫描的O型圈表面缺陷检测方法。对于毛边缺陷，采用扇形ROI分段边缘拟合与异常轮廓判别；对于凹坑、缺胶和粘连缺陷，采用多光源时序差分、高斯-高通复合滤波和Sauvola自适应阈值分割；对于凹坑深度，采用最大相似度模板匹配和最小二乘曲线重构进行定量评估。分别以75件含毛边缺陷样本和106件含凹坑、缺胶或粘连缺陷样本进行验证。结果表明：明显毛边缺陷检出率为100.00%，凹坑、缺胶和粘连缺陷的总体检出率为97.24%；四类缺陷面积测量相对误差均小于10%；同一凹坑10次重复测量的平均绝对偏差为13.94 μm，标准差为1.21 μm；完成5件样品双面检测约需2 min。该方法能够兼顾微小缺陷识别、面积测量与深度评估，可为O型圈质量分级提供定量依据。
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