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2014年度中国计量测试学会科学技术进步奖获奖项目简介

  • 发布时间:2015-05-20 09:39:14  来源:中国质量报  作者:佚名  责任编辑:罗伯特

  一等奖

  基础研究类

  掺Er光纤飞秒光学 频率梳的研究与应用

  近年来,作为新一代飞秒光梳技术的掺Er光纤飞秒光学频率梳,已成为飞秒光梳技术发展的主流方向并逐步突破时间频率领域,成为许多高端研究领域的基础性科学仪器。

  中国计量科学研究院首次在国内研制成功了基于掺Er光纤飞秒激光器的光学频率梳,具有填补了国内掺Er光纤光梳的技术空白,满足了国家波长基准量值溯源、时间频率领域和其他相关领域的研究需要;实现了40dB的高信噪比系统频移信号的输出和光纤光梳7天以上长时间连续锁定等多项创新点。

  掺Er光纤光学频率梳为我国光学绝对频率的测量、微波频率标准和光学频率标准的准确连接、光学频率标准的异地比对提供了可靠的手段。

  利用相关光子技术建立光电探测器 量子效率测量装置的研究

  用光子个数重新定义7个国际基本单位之一的光辐射量“坎德拉”,是光学计量界当前的研究重点和热点。

  中国计量科学研究院创新性地总结出一套“基于可见指引光束的快速相位匹配调整方法”,实现了高空间精度的相位匹配调整,将纠缠光子制备纯度提高到10-4量级;在单光子探测技术研究方面,创新性地提出了双通道门控符合计数新方法、积分式脉冲高度分布分析法,实现了高线性大电流分压器。项目成果达到了国际先进水平。

  该项装置直接为国内生化分析仪器、医疗器械、荧光材料、航天遥感等提供计量支撑,自主研制的国际领先的极弱光测量仪器,填补了国家空白。

  高温气流温度传感器 现场校准技术研究

  航空发动机是制约航空武器装备和民用飞机发展的瓶颈问题,气流总温的准确测量对发动机设计试验和性能评价具有重要意义。

  中航集团北京长城计量测试技术研究所采用理论分析、数值计算与试验相结合的手段,研制了高温气流温度传感器现场校准装置及数据采集处理系统,开展了干烧式气流温度传感器设计制作技术研究,研制了用于现场测温的瞬态超高温气流温度传感器,解决了导弹发动机等型号试验中瞬态超高温测量难题。

  该项目已为航空发动机研制等发动机重要性能的评价提供了有力的数据保障,技术成果已成功应用于固体冲压发动机和超燃液体冲压发动机的超高温气流温度测量。

  应用技术类

  基于谱色反演的辐射温度场 测量方法与技术研究

  辐射光学测温技术在航空航天、能源动力、安全工程、材料及电子等高新技术领域有着重要的应用需求。

  清华大学发明了基于非接触式测量理论、多光谱信息传递与诊断、先进传感器测量方案设计与优化等高温温度场动态测量技术。建立了基于辐射测温坐标系的辐射测温研究方法及应用模式。建立了基于紫外-可见-近红外多光谱、多点目标的动态辐射测温反演方法与测试技术及实验系统。发展了温度场可视化辐射测温技术及系列实验系统。

  该项成果已在我国航空航天、兵工火工、能源动力等重点科研领域单位推广应用,同时为国家某重大科技工程提供了重要的技术支撑和保障。

  空间质谱计及其校准技术研究

  空间质谱计是用于空间环境气体成分测量的仪器,广泛应用于卫星轨道气体成分检测、航天器诱导环境污染检测以及月球、火星、小行星等气体成分及土壤中可挥发性气体的探测。

  中航五院510研究所自主研制了体积小、质量轻、可靠性高的双通道空间小型磁偏转质谱计,实现了空间气体成分、带电离子成分,以及卫星放出气体成分的测量,整体技术达到国际先进水平。首次提出了质谱计离子源灯丝加电测量空间中性气体成分和不加电测量空间带电离子成分双工作模式,提高了质谱计的灵敏度。

  小型磁偏转质谱计在我国实现了首次空间应用,推动了我国空间质谱分析技术的发展,为我国空间探测作出了贡献。

  基于博里叶法材料中红外光谱 特性定标系统及传递标准的研究

  以石油化工、钢铁冶金为代表的诸多行业,已对红外材料光谱特性参数的测量精度提出了越来越高的要求。

  中国计量科学研究院独立研制并组建了材料红外光谱特性计量标准测量装置,实现了中红外波段规则透射比等多个光谱特性参数的高精度测量,并实现了透射比量值的绝对定标。使我国成为第3个解决了整个中红外波段透射比量值绝对定标问题的国家;建立首个中红外透射比社会公用计量标准装置,从法制计量角度解决了我国材料中红外光谱透射比的量值溯源问题。

  该项目已为我国多颗卫星的重要载荷光学器件、高分辨率对地观测系统等进行了高精度定标,在国家重大设备的测量精度和可靠运行中发挥了重要作用。

  基于光纤传感网络的飞行器 应变测试与校准技术研究

  结构武器监测是下一代武器装备的关键技术。美国曾发生多起F15空中解体事故。重大装备结构应力的长期可靠监控对于保障装备安全具有重大意义。

  中航集团北京长城计量测试技术研究所采用光纤传感网络对飞行器结构的应力和应力状态进行检测,在实验室条件下模拟动载环境,在机翼结构中采用FBG传感器对结构的应变进行实时监测,并对超限阈值进行报警,验证了采用FBG传感器进行结构应变监测的可行性,在国际上首次将应变量值直接溯源到激光波长。

  该项成果已在某型号复合材料机翼国产化验证、某三代机整机疲劳试验、无人机液压导管的脉动应力测量、卫星结构件热膨胀系数测定等领域得到应用。

  二等奖

  基础研究类

  糖类标准物质的研制及血糖测量 量值溯源体系的构建

  糖类具有多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物、无特征紫外吸收、同分异构体和多种形式的旋光异构难以分离等特性,无特异性检测器对其进行定值。

  中国计量科学研究院和北京航天总医院以木糖、葡萄糖等为主要研究对象,首次系统建立了糖类标准物质定量核磁和质量平衡定值技术;在国际上首次建立溶液平衡湿度制备和血糖标准物质稳定制备专利技术;建立了血清中葡萄糖的高准确度测量方法;建立完整的国家血清葡萄糖参考测量系统。

  项目填补了国内相关领域空白,解决了我国食品安全相关糖类以及水分准确定值的溯源性问题。

  塞曼减速器的研制

  冷原子在越来越多的基础研究以及应用领域均作为研究的载体,磁光阱(MOT)为经常使用的一个有力工具。

  中国计量科学研究院详细研究了塞曼减速器各种物理过程,结合锶原子能级的特点,采用自旋反转型塞曼减速器的磁场结构,既减小了功耗,又结合了传统的σ+与σ-型塞曼减速器的优点;采用Metcalf理论,确定理论磁场的分布,克服由于设计不完善或者随机加热等因素带来的原子丢失。

  塞曼减速器能够为新一代的时间频率标准—光钟的研究提供稳定的,高亮度的原子源,对建立和保持我国独立自主的时间频率源头起到重要作用。

  高压天然气流量标准及 量值传递方法研究

  为了解决天然气长输管道大流量、大口径、高压天然气流量计的实流检定问题,国家石油天然气大流量计量站南京分站和大庆油田建设设计院联合,研究建立了4套天然气流量标准,形成了我国高压天然气流量量值传递和溯源体系。

  项目具有建立mt法流量标准装置填补了我国高压天然气流量原级标准的空白;通过切换工艺流程,实现用次级标准对工作标准和移动标准在线校准。

  该项目已为中石油、中石化、中海油及省市燃气公司和流量计生产厂家检定流量计累计5000多台次,还完成了多条跨国天然气管道贸易流量计的检定工作。

  应用技术类

  基于三维非接触激光扫描原理的 特大型及异型金属容器容积计量方法 研究和装置建立

  如何精确测量容量一直是静态容积计量容器运行的核心部分,直接关系到我国企业成本核算和集约化经营。

  中国计量科学研究院采用非接触阵列式激光扫描测量方法进行超大型和非规则静态计量容器的精密计量,理论分析与试验相结合,将静态计量容器不作为理想几何体处理,建立激光三维空间扫描测量系统提取容器空间几何特征,使用点云数据建模技术生成大型静态计量容器的真实物理3D几何模型,实现超大型和非规则静态容积计量容器的精确标定。

  该项目实现了待标定工作标准器具在大空间范围内的毫米级精度建模,建模精度有了很大的提升。此外,该项目可在静态容积计量容器进行自动检测,自动化程度高。

  航空发动机高温及压力测试 校准技术研究

  在航空发动机研制中,高温和动态压力的准确测试非常关键,中航集团北京长城计量测试技术研究所以高温和动态压力两个关键量为突破口,提高测量数据的准确度,确保航空发动机研制中重要数据的质量。

  项目包括研制了国内首台四波段的高温测量装置,解决了有效波长的标定问题,提高测量结果的准确度;建立高温气流温度传感器现场校准装置,实现了上限为2000℃燃气温度测试;首次采用光学测量和补偿技术,研制出发动机进气压力畸变等微小脉动压力综合参数校准装置等多个创新点。

  该成果已成功应用于航空发动机涡轮叶片表面温度测试、高温燃气温度和动态压力测试校准等方面,为航空发动机研制提供了坚实的技术基础。

  经典绝对重力仪关键技术的研制

  绝对重力仪在近年来国内外开展的质量基准由实物基准向自然基准跨越的研究方法“功率天平法”和“能量天平法”中,均作为一个重要的物理量,在测力和扭矩等传感器及元件的校准等方面有着重要应用。

  中国计量科学研究院成功研制了NIM-3型绝对重力仪,项目组搭建了真空筒内小落体自由下落、精确定位的机械传动机构;利用光纤传输技术制作了小型激光干涉仪;构建了片上可编程系统,在可编程器件上利用“数字移相法”实现了干涉条纹计数和时间间隔测量;采用Java EE开发体系编写了软件系统。

  NIM-3型绝对重力仪为多家公司进行了绝对重力测试,满足了应用单位提出的绝对重力测量要求,取得了良好的经济效益。

  提升电力互感器运行状况下测量 准确性关键技术研究与应用

  电力互感器输出结果是发供电企业、各类用户之间进行电力交易不可或缺的基本依据。

  由江苏省电力科学研究院等6家单位联合,以提升电力互感器运行状况下的测量准确性为目标,研究传统互感器关键参数综合优化技术、直流偏磁影响评估抑制方法、电子式互感器现场运行误差实时比对和性能提升策略,研制了新型电子式互感器。项目实现了国内首创基于多绕组磁路耦合的二次负荷协调优化技术并将成果纳入国家检定规程,实现江苏省电压互感器平均误差绝对值由0.209%降至0.035%,电流互感器由0.042%降至0.012%的飞跃等。

  该项目实现了电力互感器运行状况下测量准确性整体提升,维护了公平公正的社会经济环境。

  铁路罐车和罐式集装箱容积三维 激光扫描测量技术和系统

  铁路罐车(箱)的检定结果是企业贸易结算和铁路运输部门制定安全装载量的依据。

  国家铁路罐车容积计量站利用三维激光扫描技术高效率高精度的独特优势,研究了其自动精密测量技术及复杂多工况现场应用技术,首次将其应用到不同于传统测绘行业的铁路罐车(箱)容积计量检定领域,实现了铁路罐车(箱)容积准确、快速、自动测量;提出了专用的点云容积计算方法,在保证准确度的前提下显著减少计算过程、缩短了计算时间,降低对测量条件的要求。

  该项成果已在国家级计量检定机构等单位进行推广,降低了石油化工产品贸易结算的误差,为铁路液体货物运输提供安全装载控制依据。

  三等奖

  基础研究类

  1-30MHz同轴热电转换器研制

  从我国已建立的电压基准的频率范围可以看到,在交流电压计量领域,所建立的基准并没有实现完全的频率覆盖,在被射频识别(RFID)等新兴信息产品所广泛使用的1~30MHz频率范围内,国家交流电压基准尚属空白。

  中国计量科学研究院研制了30kHz~30MHz频率范围内基于同轴热电转换器的直流—交流电压转换器,建立了该频段电压基准装置。理论分析与实验验证结果表明:该装置在30kHz~30MHz频率范围内,0.1~100V量程中,不确定度为0.01%~0.1%。填补了该频段范围内国家电压计量基准的空白,技术指标达到了国际先进行列,完善了国家电压量值传递体系,实现了1~30MHz频率范围电压基准能力与国际接轨,为RFID等新兴信息产业的计量需求提供了技术支撑。

  空间真空环境下温度测量与校准技术

  目前真空下温度测量存在“常压校,真空用”的特点,针对真空下的温度校准研究尚处于空白。

  北京东方计量测试研究所通过在真空环境下对TDLAS温度测量技术和温度传感器校准技术的研究,研建了一套基于TDLAS技术的真空环境下温度测量与校准系统;基于麦克斯韦-玻尔兹曼分布定律,将TDLAS测量的转动温度从理论上统一到热力学温标。

  该项目创新性地解决了真空下温度计量的溯源性问题,成果已帮助多家单位开展真空下温度传感器的校准,确保了真空下温度量值的准确可靠。

  残周期正弦波四参数拟合算法研究

  正弦波四参数拟合理论方法中,一直存在初始值估计及收敛区间和收敛性两个难点。

  北京长城计量测试技术研究所用三参数正弦波最小二乘拟合的收敛算法,解决了残周期时初始值估计难题,将四参数非线性迭代,转化成单参数线性搜索,彻底解决了残周期正弦拟合的收敛性问题。

  该方法不仅对正弦波形本身,对于以正弦模型为基础的波形参数,如AM、FM信号的调制信号,以及单峰、单谷类冲击波形,S状波形等多种曲线波形均可以使用残周期正弦模型进行处理获得波形参数信息。

  同轴波导S参数标准装置

  目前,毫米波网络分析仪、S参数测量系统等在日常工作中的应用越来越普遍。

  中国航天科工集团203所建立了国内首套高准确度的50MHz~50GHz频段S参数标准,满足了国内毫米波频段量值传递及量值统一的迫切需求;研制了具有自主知识产权的8mm频段波导校准箱、检验箱和单端口失配器,达到了国际同等产品水平;在同轴特性阻抗定标中首次分析了阶越电容、偏心和趋肤效应的影响,并建立了等效电路和相应模型,提高了定标的准确度。

  该项目已为神舟系列飞船、毫米波导引头、北航无人机所毫米波器件等解决了相关毫米波计量校准问题。

  优控污染物监测新技术与 质控产品研制

  我国优控污染物监测技术基础薄弱,微量和痕量优控污染物监测的标准物质主要依赖进口,自主研发能力亟待提高。

  中国科学院大连化学物理研究所针对多氯联苯、有机氯农药的监测需求,首选建立了生物样品中40多种有机氯农药(OCPs)和多氯联苯(PCBs)同步进行前处理和同时检测的同位素稀释高分辨色质联用新方法;研制底栖动物贻贝中有机氯农药和多氯联苯国家一级标准物质GBW10069,不仅填补了国内空白,在国际上也具有唯一性。

  该项目相关成果对于解决我国微量和痕量优近代污染物监测标准物质主要依赖进口的局面起到积极的作用。

  应用技术类

  多参量电测设备校准方法及 标准装置的研究

  多参量电测设备是电力监测和高新产业中大量使用的重要设备。对保证供电质量、用电安全以及电网的可靠、稳定、经济运行具有重要的意义。

  河南省计量科学研究院研究了多参量电测设备的校准方法和量传体系,制定了多参量电测设备的校准方法;提出了幅值补偿过零检验技术,提高了相位测量的准确度和低功率因数下功率的稳定度;研究了恒温区隔离技术、参考电压自校准技术;研制成低噪声、高共模抑制比的I/V变换器,解决了大电流测量的技术关键问题,拓宽了标准装置高端的输出/测量范围。

  基于项目成果的多参量电测设备标准装置已建立了两项省级最高计量标准,为各种多参量电测设备提供了量值溯源保证。

  微波辐射定标源技术研究

  微波辐射定标源技术是空间定标技术重要方向,其技术复杂、难度大、创新性强。

  航天科技集团第五研究院510研究所经过多年的技术攻关,突破了高微波辐射率黑体设计和制造技术,解决了高稳定性和高精度温度测量与控制等关键技术。总体技术达到国际先进水平。主要技术指标:(1)工作频率:6.6GHz-89GHz;(2)微波发射率:≥0.997;(3)温度稳定度:0.05K/16s;(4)温度均匀性:0.06K。

  研制成果在大气探测等空间微波遥感卫星系统的实时定标领域得到了广泛应用,已成功应用于风云三号微波温度计、风云三号微波成像仪、海洋二号微波辐射计3个载荷中。

  频率多参量现场校准装置

  航天科工集团二院203所研制的频率多参量现场校准装置,采用了时频测量一体化技术,集频率准确度、频率稳定度和相位噪声3种频率参数测量功能为一身,同时配备GPS频率标准、低相噪参考源、高稳定度频率源和嵌入式系统。在相位噪声校准方面,采用了目前灵敏度最佳的检相法测量;在频率稳定度和频率准确度方面采用差拍法和频差倍增法结合的方案进行测量;在原子频率标准的准确度校准方面,采用了基于GPS校频接收机的远程校准技术方案。

  该装置能够满足军工系统现场大量使用的测试设备、检测设备、等频率参量的现场校准需求。

  功率半导体器件直流参数 测试设备校准技术研究

  如何准确地对采用“脉冲测试法”的设备进行溯源、如何准确地对器件参数定值是长期以来没有解决的问题。

  工信部电子工业标准化研究院提出了一种采用分项参数法和标准样片法全面校准功率半导体器件直流参数的测试设备的方法。采用分项参数法,提出了一种应用脉冲大电流幅度校准装置进行脉冲电流幅度和脉冲宽度校准的方法,已获得两项专利授权;提出了采用标准样片法,对功率半导体器件直流参数测试设备整体性能进行评估。

  该项目成果目前已广泛应用在航天、军工领域、电子信息等领域的半导体元器件生产厂等领域。

  程控精密衰减器的研制及 在电声计量中的应用

  级线性是声级计、噪声统计分析仪检定校准的重要指标,但现有的商用精密衰减器均不提供程序控制接口,使得一些电声计量器具无法实现检定或校准过程的自动化。

  中国计量科学研究院研制了程控精密衰减器,填补了国内空白,使电声计量的全面自动化成为可能。将声级计等电声计量器具的校准方法首次应用于录音设备的客观评价;研制传声器走位机构,实现了消声室校准过程中传声器的精确定位。研发软件式“可移动理论声压衰减曲线及允差刻度尺”,实现了消声室自由场半径的快速验算。

  项目成果已在多家计量单位得到了较好应用,提高了检测效率,参加多项比对均取得了较好的结果。

  集约化、集成化电能计量器具 检定关键技术及应用

  电能计量器具准确性是保证电力贸易结算公平、公正的基础,也是政府质量监督的重要内容,更是广大电力客户的利益所在。

  江苏省电力科学研究院、江苏省计量科学研究院等单位联合研制了千万级规模电能表全自动集约化成套检定装备和关口电能计量器具集成校验装置。发明了AGV复杂路径规划、调度及跟踪控制方法;发明了一体化数字式计量校验技术和电子式互感器稳态误差校验技术;发明了误差检测与耐压试验、功耗测试一体化检定技术和多节拍错时并行检定控制优化技术;创新研制了检定装置异构驱动控制组件,实现了集决策分析、运行监控、自动检定、仓储优化等功能于一体的标准化、集约化检定。

  该成果已成功应用于江苏省电力公司,浙江华立仪表集团、广东电网公司等20余家单位,经济和社会效益显著。

  食品营养成分标准物质的研究(三期)

  为了满足人参、维生素等重要的食品营养及功效成分检测需求,中国计量科学研究院研制了人参皂苷Rg1等6种食品营养及功效成分标准物质,填补了国内空白,技术指标达到了国际先进水平。

  项目首次使用了多种二维核磁共振谱方法对中药功效成分标准物质进行了定性分析。首次采用高效毛细管电泳方法作为标准物质定值方法之一,完善了标准物质定值方法体系。

  该项标准物质的研制,确保了不同检测机构分析结果的可溯源性、可比性和可靠性,有利于食品、保健品的质量控制和监督,为食品和保健品的政府监管、科研和生产提供技术支撑。

  核电站在线活度测量装置技术研究

  核电站关键监测、计量设备按要求必须有可靠溯源,在此种背景下,研究活度在线检测技术,解决关键设备的溯源关键问题变得尤其重要。

  反应堆内产生大量的放射性核素,确定关键核素活度,国内通常采取少量取样离线分析,分析效率低,实时性差;国际上多采用在线全自动设备分析技术,但成本高昂,且探测效率校准很难。中国计量科学研究院经过仔细分析反应堆内核素覆盖的能量范围和活度范围,选取Pb-210、Am-241等10余种核素,检测标准源的能量覆盖范围达到46.5keV~1.836MeV,建立的在线检测标准器填补了国内空白。

  项目成果能为核电站反应堆安全在线监测、人员辐射防护和核与辐射安全监测等目的提供检测标准器和在线检测技术服务。

  材料屏蔽效能测量装置研制 及应用研究

  电磁屏蔽材料是用于电磁辐射的必不可少的材料,电磁屏蔽材料屏蔽效能的检测一直是防电磁辐射行业关注度最高的热点问题。

  上海市计量测试技术研究院是我国计量机构中首个开展电磁屏蔽材料屏蔽效能测量装置研制的科研项目。研发了一套平面型电磁屏蔽材料屏蔽效能检测装置,获得专利一项。开展平面型电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法的研究,提出了法兰同轴装置法和屏蔽室法两种测量方法,并写入了国家标准。建立了完整的《电磁屏蔽材料标准体系框架》,覆盖了15种电磁屏蔽材料的相关标准。已成为我国电磁屏蔽材料领域的生产、检测和国家标准、行业标准的制修订的规划性指导。

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