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柴钰, 陈德樟, 李德志, 吕铠杭, 李昊鹏, 党超群, 居冰峰, 杨琛
2026,46(1):1-18 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.01.01
Abstract:
介绍了扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope， STM）的基本工作原理，阐述了STM如何全面满足原子级制造中“看得到”“测得精”“造得出”三大核心需求，并分析了其在揭示量子现象与构筑人工原子结构方面的关键作用。指出STM的强环境适应性、超高空间分辨率、超高时间分辨率等特点，为揭示原子级制造中的新机制与新效应提供了关键实验依据；STM基于特有的量子隧穿效应可对制备结构的电学、磁学等物性参数进行精确测量，建立制造参数与器件性能之间的定量构效关系，从而为工艺优化与质量评估提供依据；将STM的原子级精准操纵能力与自动化、高通量技术模块深度融合是突破其效率瓶颈、迈向产业应用的核心路径，这一技术融合将推动原子制造从单一结构的精确制备，迈向复杂功能器件的高效、可控制造。提出未来需要进一步研究能够同时实现飞秒级时间分辨率与亚埃级空间分辨率的STM原位测量技术，并拓展复杂多物理场耦合下STM系统的综合物性表征能力，为下一代量子材料与信息器件的发展提供技术支撑。
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李志健, 刘浩, 万超, 郝浩, 赵清源, 米庆改, 张磊, 李聪, 孙博, 毛立涛, 王华兵, 武腾飞
2026,46(1):19-32 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.01.02
Abstract:
为解决四象限超导纳米线单光子探测器在高计数率条件下光子计数值失真及低信噪比条件下定位困难的问题，本文引入计数值非线性校正机制，推导校正后的高斯光斑定位解析解，提出非整数次幂运算和差定位的原创方法，通过指数
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2026,46(1):33-54 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.01.03
Abstract:
介绍了光梳的基本原理与分类，阐述了电光频率梳的产生机制及典型结构，系统梳理了基于薄膜铌酸锂、氮化硅等材料平台的电光频率梳实现方式与性能特点，涵盖马赫-曾德尔调制器、相位调制器以及微环谐振腔等方案。论述了电光频率梳的谱段扩展方法，总结了电光频率梳在光谱学、精密测距、光通信等领域的应用情况。展望未来电光频率梳技术的发展方向，指出可通过跨学科的技术融合与协同设计，进一步降低电光频率梳系统的控制复杂度、噪声敏感性、热漂移，提升系统的精度、抗环境干扰能力、稳频性能，推动电光频率梳在精密测距与相干通信等领域向实用化方向发展。
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2026,46(1):55-62 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.01.04
Abstract:
在超长跨距光纤频率传递过程中，功率衰减、有源器件带附加噪声等因素导致接收端频率信号微弱，限制了信号检测分辨率和灵敏度。针对该问题，本研究团队提出基于本振光增强的双混频时差微弱频率信号检测方法，通过相干激光器增强微弱载波信号功率，采用双混频时差检测结构以提升接收灵敏度，同时结合平衡探测技术实现高信噪比信号提取。实验结果表明：与传统的强度调制 / 直接探测方式相比，基于本振光增强的双混频时差微弱频率信号检测方法可有效提升接收端灵敏度约10 dB，在相同的入光功率条件下射频功率提升了25 dB；该方法实现了优异的频率稳定度，阿伦方差为2 × 10-13@1 s及2.1 × 10-15@10 000 s，在差频为10 kHz的条件下稳定度为3 × 10-17@1 s和3 × 10-19@10 000 s，验证了其在高精度光纤频率传递中的可行性与显著优势。
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2026,46(1):63-82 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.01.05
Abstract:
介绍了结构光照明三维测量技术非接触、高精度和高灵活性等特点，论述了基于条纹结构光照明的复杂场景三维形貌测量技术的原理和研究进展，重点阐述了本课题组为提升该技术的精度、效率而开展的一系列工作。分析了基于条纹结构光照明的三维测量技术在大尺寸化石断层平面、高动态范围工件、高速运动变化过程以及大口径光滑光学元件测量领域的应用案例，探讨了结构光照明三维形貌测量技术面临的挑战，指出未来可通过多学科深度交叉融合等方式进一步提升基于条纹结构光照明的三维形貌测量技术的精度和效率，突破技术瓶颈，实现多类型极端复杂环境下的高可靠性三维数字化测量。
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2026,46(1):83-104 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.01.06
Abstract:
概述了光学频率梳的原理和特点，介绍了基于光学频率梳的激光测距技术精度高、速度快、探测范围大的优势，分析了基于光学频率梳的飞行时间法、色散干涉法、调频连续波法、随机调制连续波法等激光测距方法的研究进展。展望基于光学频率梳的激光测距技术未来的发展前景，指出可通过探索频梳测距的新物理机制，进一步拓展测量范围、提高更新速率、降低系统复杂度；可通过发展频梳稳定化和参数灵活化的新技术方案抑制噪声，进一步提升测量精度；可通过完善跨时标的漂移监测与自动校准机制、配置多参量环境感知与在线折射率补偿链路等方式，提升基于光学频率梳的激光测距技术的实用化水平。
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2026,46(1):105-128 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.01.07
Abstract:
介绍了兼具非接触、高精度、适应性强等优势的白光干涉术，分析了实际测量中干涉信号受光源不稳定、扫描器件非线性与环境扰动等多重因素影响导致信号相位噪声显著增加的问题。阐述了目前白光干涉信号相位噪声分析与抑制方法的研究进展，重点展示了本课题组在该领域开展的一系列研究工作，包括构建涵盖随机扰动、色散误差与振动等影响因素的多源噪声分析框架，以及有针对性地提出的噪声抑制策略。指出未来应进一步深入研究白光干涉中相位噪声的形成机制、相位响应特性以及与系统参数的耦合关系等，提出可将多源噪声建模、自适应优化与深度学习等技术应用于白光干涉信号相位噪声分析与抑制领域，推动精密测量技术的发展。
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崔航, 邓忠文, 张恒康, 王树震, 孙海峰, 孟夏薇, 张树威, 龚俊宇, 李小平
2026,46(1):129-139 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.01.08
Abstract:
传统激光调频连续波测距技术多基于可调谐激光器或双光源架构实现，系统复杂、工程化难度高，且动态场景下存在误差放大现象。针对上述不足，本研究团队提出一种基于电光双边带调制的激光调频连续波测距方法，利用稳频激光器与电光调制器生成2路反向扫频信号，降低系统体积并减小动态误差；设计全相位快速傅里叶变换算法，实现高动态、高噪声条件下稳定可靠的相位解算；引入卡尔曼滤波优化动态状态估计，提高测距稳定性。实验结果表明：在接入20 m光纤的条件下，该方法的绝对距离测量误差不超过± 20 μm；在振幅 ≤ 500 nm、频率 ≤ 200 Hz的条件下，正弦振动目标相对位移测量误差不超过± 25 nm，验证了该方法的高可靠性，为推动激光调频连续波测距技术的工程化应用提供了有力支撑。
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2026,46(1):140-146 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.01.09
Abstract:
现有的全场谱域干涉技术依赖于波长或振镜扫描，制约了其单次探测全场信息的能力。针对该问题，本文提出了基于数字微镜设备的全场谱域干涉技术，通过数字微镜设备对空间光场分布进行编码，采集顺序加载掩膜对应的时变谱域信息，进一步解码得到空间各像素处的幅值响应，结合测量算法实现全场信息获取。实验结果表明：该技术能够有效实现高精度光谱干涉距离测量和光谱椭偏膜厚测量，且显著提升了全场测量效率。基于数字微镜设备的全场谱域干涉技术适用于稀疏表面的三维结构快速恢复和重建，为抛光晶圆、硅绝缘片及键合界面的厚度与形貌高效表征提供了有力支撑。
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2026,46(1):147-159 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.01.10
Abstract:
国内外现行的结构光三维测量系统校准规范中，未对被测物表面为多类非漫反射表面情况下的校准方法进行规定，不能完全满足实际校准需求。针对此问题，本研究团队分析结构光三维测量系统实际校准场景，从光学特性角度定义半透明表面、高反光表面以及高动态范围反射率表面，设计不同表面适用的标准器，根据实际需求具体给出校准方法，实现了对结构光三维测量系统多类非漫反射表面几何参数测量能力的校准。本研究团队提出的多类非漫反射表面结构光三维测量系统校准方法是对现行结构光三维测量系统校准方法的补充及完善，为推动结构光三维测量技术向精密化、标准化方向发展起到了重要作用。
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2026,46(1):160-168 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.01.11
Abstract:
目前缺乏具备通用性且便于集成的微纳米三坐标测量机Z轴六自由度误差在线测量与补偿方案，为解决此问题，本研究团队提出基于激光干涉和自准直原理的Z轴直线和角度误差同步测量方法，基于阿贝原则与布莱恩原则建立Z轴六自由度误差补偿模型，研制相应的高精度紧凑型在线六自由度误差测量系统，并将该系统应用于微纳米三坐标测量机中。对标称厚度为8 mm的0级量块进行测量，结果显示：误差补偿后，量块厚度测量结果的标准差与示值误差分别降低了54.6%与54.3%。研究成果为提高三坐标测量机测量准确性提供了有力支撑。
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2026,46(1):169-180 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.01.12
Abstract:
旋转激光扫描测角系统接收器姿态变化导致的光束入射角变化会引入系统性测角误差，影响系统精度与鲁棒性。为解决该问题，基于光束传播几何关系与接收器结构特性，建立局部投影模型和高斯光条分布模型，分析不同入射角条件下的光电响应差异，结合惯性测量单元提供的姿态信息，构建接收器坐标系下的有效接收面模型，提出考虑接收器结构特性的误差补偿方法。仿真结果表明：随着入射角增加，接收器的光电响应波形呈现出明显的非对称性，测角误差可达数十角秒；本文提出的补偿方法能够有效修正该误差，使均方根降低约90%。精密转台实验结果表明：补偿后接收器轨迹的圆度误差由0.81 mm减小至0.17 mm，验证了补偿模型的有效性。研究成果丰富了旋转激光扫描系统的误差建模理论，为提升接收器姿态变化条件下的测量精度和稳定性提供了有效途径。
2026年第46卷第1期
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Abstract:
针对飞机装配过程中部件曲面的自动化定位扫描要求,利用激光跟踪仪ATS600进行了相关研究。在基于SpatialAnalyzer(SA)的基础上,运用Measure Plan与SASDK进行二次开发,提出了一种激光跟踪仪自动定位与扫描技术研究方法。首先连接测量设备并导入曲面数模与理论定位点信息,然后进行定位特征及曲面的测量,之后将曲面实测信息与理论信息进行数模对齐与关系匹配,并将匹配的结果自动生成报告。最后,搭建了一套面向曲面测量的自动定位与扫描系统,并以大型曲面标准装置作为实验对象进行测量,结果表明：该程序运行稳定,有效解决了SA的固有不足,并大幅度提升了曲面扫描的效率与自动化程度。
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Abstract:
准确获取飞行时间（Time of Flight，TOF）对于高精度超声测厚至关重要。针对传统超声信号时延估计中固定步长最小均方（Least Mean Square，LMS）算法在收敛速度与稳态误差之间存在固有矛盾，以及现有变步长算法依赖瞬时误差和固定函数模型导致在非平稳回波信号下适应性差的问题，提出一种基于模糊变步长LMS的超声测厚信号时延估计方法。分析超声回波信号的时变特性，摒弃单一误差反馈机制，提取输出信号与期望信号的局部相关系数误差及其变化量作为模糊控制器的双输入特征。设计零阶Sugeno模糊推理系统，建立输入特征与步长因子之间的非线性映射规则，实现步长因子的自适应动态调节。利用模拟回波信号进行不同信噪比下的仿真测试，结果表明：相较定步长LMS算法、双曲正切函数变步长LMS算法以及基于瞬时误差的模糊变步长LMS算法，所提方法的综合性能更优，在保证快速收敛的同时显著降低了稳态失调误差，具有更高的测量精度和抗噪性能。搭建超声测厚实验平台，以标准量块为对象进行测厚实验，结果表明：所提方法对不同厚度量块的测量相对误差均小于其他三种LMS算法，最大相对误差为0.71 %。模糊变步长LMS时延估计方法可为高精度超声TOF计算提供可行方案选择和技术支撑，有利于促进超声无损检测技术发展，具有一定的工程应用价值。
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Abstract:
硬度作为衡量材料力学性能的重要指标之一，其检测结果是否准确、可靠直接关系到航空航天、高端装备、精密仪器、汽车制造等先进制造领域关键产品的服役性能、安全寿命和整体质量。针对传统的实验室硬度检测方法存在抽样随机性、结果滞后性和数据孤立等固有局限，本文提出并实现了一种面向航空发动机叶片等复杂构件的布氏硬度数字化在线检测方法，本方法突破了异形工件在动态工况下的精准定位、表面自适应恒力打磨及工业现场低质量压痕图像高精度识别等关键技术难题，建设了硬度数据100%检测、结果实时判断可溯源的硬度数字化在线检测产线。实验验证结果表明，所构建的检测系统测量效率提升4倍，测量系统分析（MSA）GRR%为17.42%。经过数万件工件的长期运行验证，证明了该方法在实现原位实时、全自动化、可追溯的硬度质量控制方面的有效性与先进性，为智能制造背景下的“计量检测一体化”提供了可行的技术路径。
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米若鑫, 米庆改, 崔林, 王梓凝, 李昊锦, 周嘉祥, 王瑞, 谈宜东, 王一帆, 武腾飞
Abstract:
激光雷达点云与可见光图像融合技术，通过融合三维点云与二维纹理色彩信息，可以为环境感知提供更丰富、更精确的数据基础；单光子激光雷达相比于传统激光雷达，具有光子级灵敏度和皮秒级精度的优势，可实现远距离、低可观测场景下的高精度三维点云成像，与可见光图像的融合技术为解决复杂场景下的目标识别与定位问题提供了新路径。本文介绍了传统/单光子激光雷达系统、图像融合技术的基本原理，分析了传统/单光子激光雷达与可见光图像的特征差异及图像配准问题，阐述了传统/单光子激光雷达与可见光图像融合技术的研究及应用现状，最后对现阶段的传统/单光子激光雷达与可见光图像融合技术做出总结与展望。
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Abstract:
应用高精度球坐标扫描测量系统可显著提升飞机机翼机身、火箭舱体、风力发电叶片等具有复杂曲面特征的零部件轮廓测量效率。然而，现有计量标准多局限于简单几何特征评价，难以满足复杂曲面全场扫描精度的溯源需求；同时，大型曲面标准装置在制造与环境适应性方面存在精度保持难的瓶颈。针对以上难题，本文提出了一种基于大型实物曲面的校准方案及相关要求，围绕标准装置的结构设计、结构力学仿真与面板装调等环节开展了理论与实验研究，并完成了系统校准验证实验。实验结果表明，该方法可将装配误差容限控制在0.05mm以内，RMS误差小于0.01mm，有效支撑了测量系统精度溯源能力的构建。
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Abstract:
硅基压阻式压力传感器在复杂环境下存在输出漂移、灵敏度下降等因素导致的可靠性不足与计量寿命缩短问题，因此本研究旨在系统揭示其稳定性退化的物理机制，并构建高精度寿命预测模型。本研究运用失效物理分析理论，采用变幅循环载荷与加速疲劳试验方法，通过施加不同幅值的交变压力，对传感器进行加速测试；利用微观观察与性能监测完成对传感器失效退化数据集的建立，突破了膜片开裂、压敏电阻蠕变及封装应力失效等多机制耦合作用的分析难点，最终构建了单一压力载荷下的寿命预测模型。经过加速寿命实验证明，在施加140%量程的压力载荷条件下，约220万次循环后传感器线性度参数增长超过50%，判定为失效。本研究构建的模型预测寿命与实测数据误差小于15%，实现了有效的传感器失效周期预估。本研究所进行的疲劳实验和构建的寿命预测模型能够有效满足压力传感器可靠性评估与寿命延长的工程需求，具有重要的理论和工程应用价值，为推动高可靠性硅基压力传感器在设计优化与寿命预测领域的发展提供重要支撑。
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Abstract:
在原子钟中，C场线圈产生的静磁场均匀性直接影响原子能级跃迁频率的测量精度与钟的稳定性。针对直螺线管在有限尺寸约束下均匀性不足的问题，本文基于COMSOL Multiphysics仿真软件，对置于磁屏蔽筒内的多段式C场线圈结构进行了参数化建模与优化研究。研究结果表明，通过采用多段式线圈结构并优化其分段数量、匝数密度等绕制参数，相较于直螺线管可显著提升中心轴线上目标区域的磁场均匀性。其中，五段式线圈在最优参数下可在40 mm范围内将磁场非均匀度降至0.078%，七段式线圈则可进一步在40 mm范围内将磁场非均匀度优化至0.033%。本研究为铷原子光钟实现在有限空间内的高均匀性C场，优化设计了一种紧凑型多段线圈结构，并提供了高效的参数确定方法。
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Abstract:
冷镜式精密露点仪是测量气体露点温度的设备，在湿度测量体系中占据重要地位。但是用于测量露点的重要参数—光电信号对于冷镜式精密露点仪镜面温度的变化不敏感，导致难以确定不同露点温度下最佳的电压变化值，使得最终测得的露点温度准确度低。为了确定不同露点温度下的最佳电压变化值，解决光电信号对镜面温度变化不敏感的问题，寻找到最接近露点时刻的镜面状态，设计了基于镜面凝结物生长规律的镜面图像特征分析试验，该试验对光电信号的电压变化值和不同露点温度之间的关系进行研究，分析不同露点温度下的规律。同时，使用电子显微镜，对不同电压变化值时的镜面图像进行分析，通过计算凝结物个数和密度值的方法提取图像特征，总结出了相同露点温度，不同电压变化值时镜面凝结物的生长规律，明确了不同露点温度最佳电压变化值的选取区间区间，解决了冷镜式精密露点仪光电信号对镜面温度变化不敏感的问题，提高了冷镜式精密露点仪露点测量的准确度。
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Abstract:
针对氨气(NH3)精准检测的需求,本文提出一种基于飞秒激光光丝引导放电的NH3浓度测量技术。通过飞秒激光在空气中形成的长的光丝引导放电,结合光谱采集系统,获取NH3在不同条件下的等离子体发射光谱。利用发射光谱中的特征谱线峰面积比值和数据标定方法,获得了NH3浓度的标定曲线。并分析了该技术谱线强度的一维空间分布。实验结果表明,特征谱线峰面积比值和NH3浓度具有优异的线性响应,同时特征谱线强度的一维空间分布具有良好的一维稳定性。飞秒激光光丝引导放电的NH3浓度测量技术可以实现NH3的实时定量测量，同时具有一维测量能力。该技术为NH3的实时原位检测提供了新的技术方法。
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Abstract:
航空结构件的疲劳试验是验证结构疲劳强度和耐久性的关键环节之一，如何准确的对具有周期性与大数据量等数据特征的试验数据进行峰值检测与修正直接关系到航空结构寿命预测和损伤评估的有效性。本文使用光纤光栅应变传感器对某型航空结构件进行健康监测，以疲劳试验过程中的数据为基础，首先解决了因光谱畸变导致的数据错误问题，随后提出了一种周期性疲劳试验数据峰值检测与修正方法，实现了对试验数据峰值、谷值的快速检测与修正。此方法在效率、精度和鲁棒性方面优于传统方法，适用于飞机结构健康监测、疲劳寿命评估等关键场景。
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Abstract:
总结了线角复合振动测量的主要技术方法并进行了分类，介绍了基于振动传感器的接触式测量手段，以及激光多普勒测振法（Laser Doppler Vibrometry，LDV）与机器视觉法非接触式测量技术的实现方法。阐述了各类方法在线振动与角振动同步检测中的典型应用，在测量精度、频率响应、抗干扰能力等多个方面，分析了各技术方法的适用条件与技术局限性。展望了线角复合振动测量技术的未来发展方向，指出未来技术将基于光学设计创新和硬件与智能算法融合两个方面优化发展；研究和发展以激光干涉法绝对校准技术为核心的线角复合振动校准体系，构建溯源链条；推动接触式与非接触式两类技术向系统集成化与场景定制化方向演进，以更好地适应复杂工况与现场应用需求。
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Abstract:
面对航空发动机及工业管道中复杂畸变流场的测量挑战，超声测速技术凭借其非侵入、无压损的独特优势成为研究热点。文章介绍了主流超声测速方法，分别阐述了时差法、多普勒法的基本原理、计算公式，并聚焦于超声速度场重建中的病态性逆问题，深入剖析了最小二乘法、Tikhonov正则化、截断奇异值分解等经典反演算法的机理、优势及其病态性问题。文章重点总结了应对高声束漂移与低信噪比的物理-信号联合处理策略，并前瞻性提出带有物理先验的算法融合、多物理场耦合及系统集成是推动该技术向高精度、自适应、微型化发展的核心方向，为该技术的进一步突破与工程化应用提供参考。
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Abstract:
系统综述了气流总温测量与校准技术的研究进展,梳理气流总温测量误差机理,聚焦发动机等场景的总温测量与校准技术挑战,总结了高准确度、高温、高频气流总温测量、基于校准风洞的温度传感器稳态与动态校准方法等最新研究成果,探讨了多场耦合、极端工况下气流总温测量与校准的发展趋势,为提升复杂极端环境下总温测量准确度、支撑航空航天与动力系统高质量发展提供参考与思路。
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Abstract:
超冷原子体系的制备效率与势阱间转移保真度是制约其在量子精密测量中实用化的关键因素。本文针对蒸发冷却过程中光阱功率稳定性不足，以及磁阱转移中马约拉纳跃迁导致退相干这两个核心问题，提出了一套集成化的解决方案。在制备阶段，设计并实现了基于双光电探测器的光功率反馈稳定系统，解决了蒸发冷却全过程（特别是毫瓦量级低功率阶段）的功率控制难题，将关键阶段功率波动抑制在0.11%以内，实现了高效率的蒸发冷却。在转移阶段，通过精确调控四极磁阱的偏置磁场，主动控制磁场零点位置，使超冷原子团与零点保持安全距离，有效抑制了马约拉纳跃迁引起的原子损失与退相干。实验结果表明，经过6.8 s蒸发冷却，成功制备了原子数约3×10?、温度30 nK的??Rb超冷原子，并将其相干的转移至四极磁阱中稳定悬浮。本工作建立的高效制备与转移方法，为构建面向原子干涉、量子重力测量等高精度计量应用的可靠超冷原子源提供了关键技术支撑。
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Abstract:
航空发动机热端部件长期处于高温、高压、高转速的极端工况下，动应变的精确测量对于精确评估其应力分布和疲劳寿命，提前识别危险点至关重要。本文系统开展了基于光纤传感技术的高温动应变测量方法研究。将采用飞秒激光刻写的耐高温光栅敏感结构，通过等离子热喷涂技术，实现传感器在基底材料表面的安装与制作；通过模拟热端部件工况的高温静应变校准装置和动应变校准装置完成了传感器的性能测试与评价；最后开展了两个发动机试验器试验验证：用于传感器高温工作耐受能力和应变测量精度考核验证的轮盘试验器试验结果表明，传感器可耐受650℃高温环境，并且传感器离心应变实测值与设计仿真值误差小于5%；用于叶片振动载荷下动应变测量能力考核验证的高低周疲劳试验器试验，试验结果表明传感器测得的共振频率测量值与理论值偏差约为1.3%，动应变幅值与设计预估量级相近。
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Abstract:
随着航空制造业向数字化、智能化转型升级，传统依赖人工、纸质记录的检测模式已难以满足现代飞机研制对高效率、高质量、高可靠性的严苛要求。本文系统研究了飞机研制检测数字化体系的内涵、架构及要素关联关系。在分析必要性、给出总体思路的基础上，构建了包含三层（基础、支撑、活动）及八要素（组织、技术、流程等）的体系架构，重点研究了核心要素构建与关联，并提出了工程验证实施方案与实施策略。研究表明，建立全流程、全要素、全数字化的飞机检测体系，能够为检测融入飞机数字化研制主流程提供活动范式，解决制约敏捷高效生产发展面临的检测能力不匹配问题，并为推动检测专业机构的数字化转型提供思路。
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Abstract:
为解决国内往复式活塞流量计在宽量程、高准确度与运转平稳性协同设计方面的技术难题，通过建立基于曲柄滑块机构的四活塞联动运动学模型，系统分析了活塞运动规律与动态特性；利用间隙优化控制技术，研究运动副间隙对活塞阻力及泄漏量的影响机理，突破了高准确度工况下间隙匹配与动态密封的关键技术难点，最终实现了四活塞联动式活塞流量计的结构优化设计。试验测试证明，研制样机的流量测量范围达到（5～10000） mL/min，200:1量程内准确度可达±0.54%，能够有效满足工业现场对宽量程、高准确度流量测量的技术要求，具备良好的工程适用性，在推动我国高端流量计量仪表领域的自主创新与国产化替代进程中起到技术支撑作用。
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Abstract:
角分辨散射作为典型的光学散射测量技术，凭借非破坏性、高灵敏度、高效率、结构紧凑等优点，已被用于集成电路（IC）制造中纳米薄膜膜厚、纳米结构形貌参数、套刻误差的精确在线测量。本研究研制了一种超微光斑偏振照明与分振幅检偏相结合的频域空域角分辨偏振散射仪，其依靠单发测量能够同时获取微区复杂纳米结构的实空间像和正交偏振频域像。鉴于仪器所采用偏振器、波片以及偏振分束器等器件的偏振特性严重制约测量精度，本研究提出了一种系统参数的原位分步校准方法：借鉴消光椭偏测量原理依次对起偏器方位角、波片延迟量与方位角、偏振分束器反射与透射椭偏参数、物镜正交偏振光透过率等参数进行了精确校准，保障了仪器的测量精度。通过对标准SiO2薄膜与矩形光栅样件开展测量实验研究，验证了所提出仪器校准方法的有效性。测量实验结果表明，原位校准后的仪器其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，为先进IC制造工艺监测提供了纳米薄膜与纳米结构的在线精确测量方法。
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张硕, 顾元豪, 袁金龙, 杜宇涵, 夏海云, 陈朝勇, 魏瑗瑗, 武腾飞
Abstract:
为解决传统速度-方位处理（Velocity-Azimuth Processing，VAP）算法在二维风场反演中存在的风速失真问题，引入相对总变分模型对其进行改进。基于风速失真与径向风速的相关性，构建阈值判据识别失真区域，并对该区域进行修正；采用相对总变分模型消除修正过程中引入的不规则纹理，提取二维风场的全局结构分量；进一步结合真实径向风速的纹理信息，恢复二维风场局部纹理特征。研究结果表明：改进后的算法能够有效地修正VAP算法存在的风速失真问题，与VAP算法初步反演结果相比，结合相对总变分模型的VAP算法的风速反演结果均方根误差降低了0.42 m / s，风向反演结果均方根误差降低了4.85°，有效提高了风场反演结果的准确性。
计量所所庆65周年投稿绿色通道
理论与方法
计量所所庆65周年投稿绿色通道
计量、测试与校准
“超快光学测量技术”专栏
计量所所庆65周年投稿绿色通道
新技术新仪器
精密测量专栏
理论与方法
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高温环境长导线应变计误差修正方法研究
Abstract:
针对长导线应变计在高温应变测量中存在导线电阻干扰、测试结果失真等问题,本文提出一种基于应变仪测试数据与应变计、导线电阻实测值的高温应变修正方法。通过对采集的测试应变与电阻参数进行修正计算,得到应变计在高温环境下的真实应变值,进而确定不同温度点的热输出曲线与灵敏度系数。最后结合实际工程应用案例,对该修正方法的准确性与可靠性进行试验验证。结果表明,该方法可有效消除长导线与高温带来的测量误差,提高高温应变测量精度,为高温环境下的结构应变测试提供理论依据与技术支撑。
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基于光学啁啾链的快速分布式布里渊传感技术研究进展
Abstract:
分布式布里渊光纤传感技术通过提取布里渊频移实现沿光纤温度与应变的连续测量，在电力电缆、油气管道、桥梁隧道以及极端环境监测等领域具有重要应用价值。传统布里渊光时域分析（BOTDA）与布里渊光时域反射（BOTDR）技术通常依赖逐点频率扫描重构布里渊谱，测量时间受扫描点数和平均次数共同限制，难以兼顾长距离与快速动态测量。近年来，光学啁啾链（OCC）通过建立时频映射关系，为快速分布式布里渊传感提供了新思路。本文围绕OCC-BOTDA与OCC-BOTDR两条技术路线，综述了OCC的基本概念、实现原理及其在超快测量、长距离与高性能实现、谱形畸变抑制、矢量测量与偏振增强以及单端在线解调等方面的研究进展，并讨论了参数优化、快速解调和多参量感知等问题及未来发展方向。
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一种融合CNN-LSTM与分层物理约束的环形温度场重建方法
Abstract:
航空发动机核心机等高温部件的环形温度场重建精度直接关系到燃烧效率评估与设备安全运维。针对环形温度场径向梯度异质、环向周期性波动以及局部温度反转等复杂特征,以及传统重建方法在环形结构适配性与物理合规性方面的不足,本文提出一种融合自适应径向基函数(RBF)插值、CNN-LSTM混合网络与分层物理约束的环形温度场重建方法。该方法首先通过随径向距离动态调整核参数的混合核RBF插值生成初始温度场,继而利用CNN-LSTM网络提取空间局部特征对初始场进行残差修正,最后依据热传导规律及温度场中出现的不均匀情况分区域施加分层物理约束,确保重建结果的物理可信度。通过典型工况下的试验数据计算误差,在空间分辨力2mm条件下有效提高重建精度,设计消融实验进一步验证了各模块具体作用特征。
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涡轮叶片表面温度场测量数据处理方法研究
Abstract:
在航空发动机热防护设计、发动机叶片等热端部件设计过程中，表面温度场的准确测量具有非常重要的意义。国内主流多光谱算法实现了复杂热环境测温，避免了发动机内部背景辐射对测温的影响。然而，传统多光谱算法计算复杂度高，需要对光谱数据进行SVD分解才能进行温度场数据计算。另外，涡轮叶片定位信号精度取决模拟转速信号，会导致温度数据存在位置偏差，不进行转速偏移修正，计算后的温度数据不能精准反映燃烧温度不均匀性、叶盘及叶片设计缺陷。本文创新性提出两大核心优化策略，一是“多光谱+单色温度辅助修正”策略，相较于现有传统多光谱优化算法，计算效率提升30%以上且测温精度无损耗；二是自适应转速偏移修正算法，实现滤波器参数动态自适应调整，相较现有自适应修正算法偏移修正精度提升15%，可适配多转速复杂工况，弥补了现有测温算法的工程化应用短板。
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大型复杂结构装配多系统协同精密测量技术与平台
Abstract:
面向新一代飞机大型复杂结构高精度、批量化装配的迫切需求，针对传统数字化测量中存在的测量场构建效率低、多设备协同性差、协同测量平台缺失等瓶颈问题，开展了多系统协同精密测量技术研究。建立了大尺度测量场不确定度解析模型与自适应规划方法，研制了多模式基准转换标准器，显著提升了协同测量场构建精度。提出了基于轻量化模型与任务-设备协同的测量规划技术，支持多站位、多任务的自动化序列生成与仿真优化。开发了集多设备控制、测量规划、数据管理与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，实现了装配测量过程“模型-规划-测量-分析”的闭环控制，显著提升了测量精度与效率。
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用于加速器准直的球形准直器扫频激光干涉测距技术研究
Abstract:
扫频激光干涉测距方法可以实现大尺度范围内的高精度绝对距离测量,在对测量精度、稳定性及环境适应性均有严苛要求的加速器准直领域,具有很高的研究与应用价值。研究搭建了包含光开关的基于气体吸收池(H13C14N, HCN)的扫频激光测距系统,实现多路激光测距功能。因为粒子加速器准直过程中广泛使用激光跟踪仪进行设备标定和安装,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。为验证系统性能,在模拟加速器准直的实验环境中开展了测距精度测试,实验结果表明：所设计的系统满足加速器准直需求,在30 m测量范围内,测距误差不超过30 μm。该系统为加速器准直提供了高精度、高适应性的测量解决方案,具有重要的工程实用意义。
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