国家重点研发计划课题绩效评价信息化研究——以中国计量科学研究院为例

国家重点研发计划项目下设课题实施期满后,面临着任务完成情况和经费管理使用情况两方面的绩效评价。项目牵头单位作为责任主体,落实责任、规范流程、细化要求,科学高效地组织做好课题绩效评价工作,是一项重要而紧迫的任务。以中国计量科学研究院为例,介绍其在规范国家重点研发计划项目(课题)绩效评价管理、加强课题绩效评价信息化建设等方面的实践经验和工作成效,对今后更好地推动绩效评价工作开展提出建议。

能量天平及千克单位重新定义研究进展

质量单位千克是国际单位制7个基本单位中惟一一个仍以实物定义和复现的基本单位.作为一种实物,其量值必然会因为环境因素及使用时的磨损而发生变化.但由于缺少更高一级的参考标准对其进行考察,国际千克原器的真实变化情况无从得知.国际计量委员会建议采用普朗克常数对千克重新定义,号召各个国家开展普朗克常数的精密测量研究工作,并要求至少有三种独立方案提供有效测量数据.自20世纪70年代起,英、美等国采用功率天平方案进行研究,国际阿伏伽德罗常数合作组织则采用了X射线单晶硅密度的方案.为了应对国际单位制的重大变革,2006年中国计量科学研究院提出了用能量天平法测量普朗克常数的新方案,其特点是可避免国外方案中困难的动态测量.2013年原型实验装置研制成功,证实了能量天平方案原理可行.此后,中国计量科学研究院开始了新一代能量天平装置的研制.2017年5月,中国计量科学研究院提交了普朗克常数的测量结果,不确定度为2.4×10^(-7)(k=1),该数据被国际科学数据委员会收入参考数据库.但由于数据的不确定度尚未进入10^(-8)量级,未被用于普朗克常数的定值.目前中国计量科学研究院正对几项主要的不确定度来源进行研究,预计在未来的两年内达可到10-8量级的不确定度.

金属氧化物避雷器监测装置现场校准技术研究

针对金属氧化物避雷器在线监测装置难以在不停电状态下开展现场校准的问题,提出了一种对泄漏电流置空后再注入标准信号的现场校准方法。对相关校准的特征量值展开分析,并通过电路仿真及频率波动对相位影响的研究,研制了氧化锌避雷器在线监测装置现场计量标准。试验结果表明文中提出的方法及计量标准可对准确度为1%及以上金属氧化物避雷器在线监测装置展开现场校准试验。

高压开关动作特性溯源计量标准装置的研制

笔者设计了一种新型的高压开关动作特性测试仪计量标准装置,能够对高压开关动作特性测试仪进行高效的检定、校准工作。该标准装置基于ARM9和FPGA嵌入式技术,使用COPLEY直线电机模组TBX-2504作为速度产生装置,采用高速功率管作为断口,能够产生高速可控的速度信号以及标准的时间信号。该标准装置的软件操作便捷,人机界面友好。经过国家法定计量机构的校准,该标准装置达到设计要求。

一种用于高压损耗计量的精密相位测量装置

为解决高压损耗计量标准中低功率因数相位差测量问题,研究了一种基于双通道数字采样的精密相位测量装置,该装置主要由数字化仪、自动通道切换装置和基于傅立叶变换的幅值相位测量软件实现相位测量功能,通过分压器和分流器扩展量程范围,装置通过自动切换装置自动校准,可修正采样装置的系统误差,并且可在低功率因数下验证测量误差指标,在50 Hz工频相位测量不确定度优于0.0005°.

基于PJVS的交流量子电压比例研究

可编程约瑟夫森量子电压基准(PJVS)在电学计量中的应用,完成了电压单位伏特由实物基准到自然基准的过渡,具有高准确性、高稳定性的特点。基于双路量子电压信号,可构建具有量子精度的交流比例,实现任意交流比例高精度的量子复现,从而替代传统交流比例技术。通过驱动SNS型双路约瑟夫森结阵,能够同时合成两路幅值精确且相位可调的量子电压。采用双通道差分采样技术减小了台阶间过渡过程对量子电压幅值恢复的影响,结合通道换臂技术实现量子电压比例的高精度测量,交流量子电压比例测量标准不确定度为0.09μV/V,交流量子电压比例输出精度优于0.05μV/V。通过与传统感应分压器(IVD)比较测量,验证了交流量子电压比例的准确性。最后讨论了交流量子电压比例技术在功率计量以及交流阻抗电桥两个电磁计量领域中的应用。

基于约瑟夫森量子电压的谐波电压测量方法研究

约瑟夫森量子电压目前大多应用于正弦信号的测量,极少有针对谐波信号的研究。对可编程约瑟夫森电压基准应用于谐波检测的可行性进行了研究,实现谐波电压向量子电压过渡。在使用阶梯波交流量子电压进行谐波电压测量时,由于过渡过程和吉布斯现象的存在,部分数据出现较大波动;若将该部分处于过渡过程的数据纳入傅里叶变换,会导致恢复得到的信号幅值和相位失真。针对这一问题,提出了一种新的谐波电压计算方法:加权傅里叶变换。该方法通过将处于过渡过程的数据权重置零的方式,实现了谐波电压的准确测量。实验结果表明,谐波电压幅值和相位测量结果较理想,幅值测量标准差均小于1μV,相位测量标准差均小于15μrad。

基于可编程SNS型约瑟夫森结阵的驱动系统研究

文章基于可编程SNS型约瑟夫森结阵,研究了一种交流量子电压驱动方法。该方法根据结阵的I-V特性,通过控制各段结阵的偏置状态及组合方式,实现交流量子电压的合成。采用电压源驱动方式,将节点电流分析法应用在偏置电路参数计算中,设计了偏置模块,搭建了交流约瑟夫森量子电压驱动系统。实验结果表明,该系统偏置电流的建立时间为1.27μs,稳定性优于6 n A/min,输出电流分辨率可达0.01 m A,可以合成频率为50 Hz、每周期40个采样点、有效值为1 V的交流约瑟夫森量子电压信号。

基于SNS型双路约瑟夫森结阵驱动方法研究

根据SNS型双路约瑟夫森结阵的驱动原理以及结阵分段特点,提出了平衡三进制驱动算法,实现了双路约瑟夫森结阵偏置状态的快速计算。根据约瑟夫森结阵的偏置状态以及组合方式,采用节点电压法,准确合成了双路阶梯波交流量子电压的台阶电压值,最终实现了最小分辨率为2个结,有效位为15位的交流量子电压输出。双路交流量子电压互测实验结果表明,合成交流量子电压的最大误差为0.06μV,双路信号同步性测试实验中,两个通道的相位差为-0.01μrad,证明了合成双路交流量子电压具有较高的幅值准确度和相位同步性。

输电线路微风振动在线监测装置计量标准器的研制

为了提高输电线路微风振动在线监测装置测量数据的准确性和可靠性,文中设计了一种输电线路微风振动在线监测装置的计量标准器。首先研制了振动源,可以输出一个标准的振动激励（频率输出范围为0-200 Hz,振幅输出范围为0-1.5 mm）;然后设计了一个标准接口,使输电线路微风振动在线监测装置可以有效测量到振动源输出的激励。经过振动标准装置的测试,计量标准器达到设计要求,可以实现对输电线路微风振动在线监测装置的整体校准。

电磁式电流互感器谐波特性

针对目前利用电磁式电流互感器测量谐波电流特性的研究较少,可能会对电网谐波电流治理、电能计量产生不利影响的现状,利用T型等效电路推导了CT用于测量交流电流的理论误差,并采用两种试验方法实测了交流电流及谐波电流误差.分析了CT误差与频率的关系及基波电流与谐波电流对彼此误差的影响.结果表明,20%以下的谐波含量对基波误差影响较小;采用低值阻性负载,普通CT变换各次谐波电流的准确度优于1%.

国际电学计量发展新动态

本文根据本人所参加的三次国际精密电磁测量会议（ＣＰＭ９２、ＣＰＥＭ９４、ＣＰＥＭ９６）、第１９、２０、２１次电学咨询委员会会议（９２、９５和９７年）和紧接着这几次会议之后召开的国际科技数据委员会基本物理常数任务组的四次会议所了解到的情况，予以简单的综合和介绍。因篇幅有限，本文中只着重介绍国际上电学计量的发展情况，当前各国在电磁计量方面的工作重点是：继续提高电单位复现及绝对测量的准确度，将量限及频率范围尽量向两端扩展，以满足经济及高科技发展的需要，同时还加大了对工业测量及现场检测的重视程度。本文主要分三个方面进行介绍：量子电学基准的发展和电单位的绝对测量；交直流阻抗、电量测量和交直流变换的发展动向；在国际上建立国家计量基准等的计量等效性框架和体系。

基于混沌思想的粒子群优化算法及其应用

提出一种基于混沌思想的粒子群优化(CPSO)算法,它利用粒子群优化算法收敛速度快和混沌运动遍历性、随机性等特点,对原粒子群优化算法进行了改进.在算法的初始化阶段,对粒子的位置混沌初始化;在算法运行过程中,根据群体适应度方差来自适应地对粒子的位置进行混沌更新.对几种典型函数的测试结果表明:CPSO算法提高了对多维空间全局搜索能力,并有效避免早熟收敛现象.应用在作为高频段电容标准的四端对电容器计量中,仿真结果与实测值基本一致,也证明了该算法的有效性和实用性.

1000V多盘感应分压器标准建立

中国计量科学研究院研制了一台1000 V多盘感应分压器标准装置,用作工频1000 V电压比例标准。该装置使用了一种基于互感器注入的误差补偿技术,可准确提供从1×10^-8到1的宽范围比例输出。感应分压器的误差校验使用了包含三同轴屏蔽技术的改进型参考电势增量法,并设计了多比例参考互感器以便对感应分压器进行整体校验。所研制的感应分压器准确度优于1×10^-7,校准结果不确定度小于2×10^-8。

基于D/A参考电压调幅的信号发生器设计与实现

信号发生器以FPGA为核心器件，采用直接数字频率合成（DDS）技术，其信号幅度由D／A芯片THS5661控制，通过控制D／A芯片的参考电压来控制信号幅度的输出。该方案可实现多种信号波形的幅值调节，调节范围为0～±5V，分辨率为0．1V，并且可以实现信号频率和相位的调节。

波形对人体感知电流阈值影响分析

为研究波形对人体感知电流效应阈值的影响,建立了基于脑电监测的人体感知电流效应阈值试验测试系统,以期客观地测量人体感知电流效应阈值。针对10位年轻的健康男性,分别使频率为50 Hz!1 KHz、波形为正弦、三角波、方波的电流手到手流过人体,并测量3种典型波形下的人体感知电流效应阈值。试验表明:对于同种波形而言,感知电流阈值基本上随频率的升高而线性增大;而不同波形电流信号的等效直流量是造成不同感知电流效应阈值的关键因素,电流的真有效值越大,人体的感知电流效应阈值也越大。

漏电开关测试仪校准装置研制

研制的漏电开关测试仪校准装置能对漏电开关测试仪进行合理、高效的校准工作。本文详细介绍了研制的校准装置各个主要模块的工作原理和核心技术。本校准装置针对漏电开关测试仪工作原理进行设计,包括漏电电流测量和跳闸时间测量功能。经法定计量机构校准,本校准装置各项参数达到设计要求,性能国内领先。

磁通门探头磁心的测试

采用昂贵的磁性材料测试仪难以测量的磁通门传感器磁心等细微磁性材料的磁特性，而采用数字存储示波器的测量方法可以简便、实时地画出其磁滞回线，并且曲线参数的读取、存储、记录也很方便。此测量系统测量材料磁感应强度的不确定度小于８％，其测量磁场强度的不确定度小于１２％。

不同端口电容器转换技术

以扩展频段100 kHz-13 MHz电容标准作为量值传递标准,提出一种用四端对电容器标定单端口电容器相应频段频响的方法．首先,基于四端对阻抗的测量原理,分析了四端对阻抗测量中误差的产生原因;然后,借助于研制的精密四端对-单端口转换器,用四端对阻抗测量仪测量单端口电容器容量值;最后,对测量结果进行基于 RBF神经网络的阻抗测量仪非线性修正和四端对阻抗测量原理的误差修正,确定单端口电容器的频率特性．经验证,该方法提高了标定结果的准确度,既实现了电容容量量值的统一,也为标定其他不同端口电容器奠定了基础．