计量科学研究50年PDF电子书下载

上篇 1

第一章　长度计量 1

1　概述 1

1.1 长度计量的单位 1

1.1.1 长度单位——米的定义与基本复现方法 1

1.1.2 角度单位 2

1.2 长度计量的特点 3

1.2.1　先进制造技术中的长度计量 3

1.2.2　工程中的长度计量 5

1.2.3　纳米技术中的长度计量 5

2　长度计量的发展历程与成果 6

2.1 长度计量的发展历程 6

2.1.1 初创时期 6

2.1.2　全面开展建立基标准的研究 6

2.1.3　激光干涉技术的广泛应用 7

2.1.4　为其他各专业建标服务 8

2.1.5　积极开发横向课题 9

2.2 长度计量基准的构成 9

2.2.1　SI基本单位的复现 10

2.2.2　复现长度单位的实物基准 10

2.2.3　复杂参量的工程基准 10

2.3 重要计量基准与测量装置的结构与工作原理 11

2.3.1 波长系列基准装置 11

2.3.2　线纹基准装置 13

2.3.3　端度基准装置 15

2.3.4　大长度基准装置 18

2.3.5 角度基准装置和旋光度国家标准装置 21

2.3.6　齿轮基准装置 24

2.3.7　石油螺纹参量基准 26

2.3.8　平面度基准装置 27

2.3.9　锥度基准装置 27

2.3.10　表面粗糙度基准 28

2.3.11　现有国家基标准 28

2.4　国际比对交流 28

2.5　近年获奖项目简况 31

3　长度计量发展展望 31

3.1 长度计量基准的优化 31

3.1.1　基本原则 31

3.1.2　近期需要建立和完善的长度计量基准 32

3.1.3　随技术发展逐步完成的长度计量基准优化项目 34

3.2 国内外长度计量研究的动向和长度基标准的完善 34

3.2.1 线纹计量 34

3.2.2　端度计量 36

3.2.3　线胀系数计量 38

3.2.4　大长度计量 38

3.2.5 角度计量 40

3.2.6　形位计量 41

3.2.7　齿轮计量 43

3.2.8　空间坐标计量 44

3.2.9　纳米计量 45

3.3 未来发展方向的展望 48

3.3.1 多波长激光干涉测长技术的研究 48

3.3.2 用于超精密工程的光干涉测量技术 48

3.3.3　纳米计量的中长期工作计划 49

3.3.4　激光跟踪空间坐标动态定位测量系统及溯源 50

3.3.5　X射线干涉仪 51

第二章　热工计量 52

1　概述 52

1.1　主要任务和专业设置 52

1.2 主要量值的定义与复现 53

1.2.1 温度 53

1.2.2　压力 77

1.2.3　流量 84

2　发展历程与现状 88

2.1 各实验室介绍 88

2.1.1 高温实验室 88

2.1.2 中低温实验室 90

2.1.3　热电偶实验室 92

2.1.4　压力真空实验室 95

2.1.5　流量实验室 97

2.2　获奖成果介绍 101

2.3 国际比对情况 101

2.3.1 CCT KC3 102

2.3.2 CCT KC4 103

2.3.3 CCT KC5 104

2.3.4　CCM.p-K6 105

3　未来发展方向 105

3.1 热学部分 105

3.1.1　温度计量研究方向 105

3.1.2　热物性计量研究方向 108

3.2 力学部分 111

3.2.1 压力真空计量研究方向 111

3.2.2　流量计量研究方向 113

第三章　力学计量 117

1　概述 117

1.1　主要任务和专业设置 118

1.2 主要领域 119

1.2.1　质量计量 119

1.2.2　密度计量 120

1.2.3　容量计量 121

1.2.4　力值计量 122

1.2.5　扭矩计量 123

1.2.6　硬度计量 124

1.2.7　振动计量与冲击计量 124

1.2.8　转速计量 125

1.2.9　声学计量 126

1.3 主要基准装置的结构及工作原理 127

1.3.1　质量国家基准 127

1.3.2　液体密度基准装置 128

1.3.3 （0.5～4000）mL容量基准装置 129

1.3.4　20MN基准测力机 130

1.3.5　1kNm基准扭矩机 133

1.3.6　6kN副基准测力机 134

1.3.7　布氏硬度基准装置 134

1.3.8　维氏硬度基准装置 135

1.3.9　显微硬度基准装置 135

1.3.10　洛氏硬度副基准装置 136

1.3.11　耦合腔互易法声压基准装置 137

1.3.12　瓦级超声功率副基准装置 139

1.3.13　低频垂直向和水平向振动副基准装置 140

1.3.14 中频振动基准装置 143

1.3.15 高频振动基准装置 143

1.3.16 （2.5×104～1×105）m/s2冲击加速度基准装置 144

1.3.17 （4×102～2.5×104）m/s2冲击加速度基准装置 144

1.4　现有的计量基标准 145

2　力学计量发展历程与现状 145

2.1 发展历程 145

2.1.1　质量计量发展历程 146

2.1.2　容量计量发展历程 147

2.1.3　密度计量发展历程 148

2.1.4　力值、扭矩计量发展历程 149

2.1.5　硬度计量发展历程 150

2.1.6　振动、冲击计量发展历程 152

2.1.7　转速计量发展历程 153

2.1.8　声学计量发展历程 153

2.2 现状 154

2.2.1　质量计量现状 154

2.2.2　容量计量现状 155

2.2.3　密度计量现状 156

2.2.4　力值、扭矩计量现状 157

2.2.5　硬度计量现状 158

2.2.6　振动、冲击计量现状 159

2.2.7　声学计量现状 161

2.3　获奖成果介绍 162

2.4　国际关键比对 162

3　力学计量未来发展的展望 167

3.1 力学计量基准优化方案 167

3.1.1　质量 167

3.1.2　密度 169

3.1.3　容量 170

3.1.4　力值 170

3.1.5　扭矩 170

3.1.6　硬度 171

3.1.7　振动、冲击与转速 171

3.1.8 声学 172

3.2 学科发展方向 172

3.2.1　质量计量展望 172

3.2.2　容量计量展望 178

3.2.3　密度计量展望 181

3.2.4　力值、扭矩计量展望 183

3.2.5　硬度计量展望 185

3.2.6　振动、冲击与转速计量展望 186

3.2.7　声学计量展望 186

第四章　电磁计量 189

1　概述 189

1.1 电磁学SI单位体系 189

1.2　主要任务和专业设置 191

1.3　实验室介绍 192

1.3.1 电阻基准及直流仪器标准实验室 192

1.3.2　数字仪表标准实验室 192

1.3.3 交流阻抗标准实验室 193

1.3.4 交流电量标准实验室 193

1.3.5　磁参量标准实验室 194

1.3.6　磁记录材料标准实验室 194

2　建立了比较完备的基标准 194

2.1 国家计量基准 194

2.1.1　电容基准 195

2.1.2　电感基准 195

2.1.3　交流电流基准 196

2.1.4　交流电压基准 196

2.1.5　交流功率基准 197

2.1.6　磁感应强度基准 197

2.1.7　电容器损耗因数基准 198

2.1.8　单相工频电能基准 198

2.1.9　直流电动势副基准 199

2.1.10　直流电阻副基准 200

2.2　国家计量标准 200

2.3　通用关键技术 201

3　不断进取　提高基标准水平 201

3.1 近年来用世行贷款进行的技术改造及其取得的成果 201

3.1.1　世行贷款项目 202

3.1.2　其他技术改造课题 207

3.2 近年来完成的科学研究课题 208

3.2.1 国家三相电能标准 208

3.2.2　建立国家电气安全检测标准 209

3.3　正在进行的科学研究课题 210

3.4　获奖成果介绍 214

4　做国际电磁领域的积极成员 214

4.1 国际比对 215

4.2 实验室认可及国际同行评审 223

4.2.1　参加国际互认 223

4.2.2　实验室认可 224

5　积极争取更大发展 224

5.1 发展方向的初步考虑 224

5.1.1 继续跟踪国际电磁领域内的新进展 224

5.1.2　进行传统领域内电磁基标准的完善和改造 226

5.1.3　重视磁领域基准的改造和发展 227

5.1.4　开展电磁计量应用研究 227

5.1.5　开展测量方法的研究 228

5.2　为国际电磁计量领域做出更多贡献 229

5.3　选拔和培养高水平的电磁计量研究人员 229

第五章　时间频率计量 230

1　概述 230

1.1　内容和任务 231

1.2 秒定义的变迁 231

1.2.1 平太阳秒 231

1.2.2　历书秒 233

1.2.3　原子秒 233

1.3 原子秒的物理复现 236

1.3.1 经典的时间频率基准 237

1.3.2　新型的铯原子喷泉钟 238

1.4 时间计量的内容 239

1.4.1 时刻计量 239

1.4.2 时间间隔计量 242

1.5 频率计量的内容 242

1.5.1　频率准确度 243

1.5.2　频率漂移（老化） 244

1.5.3　频率稳定度 245

1.5.4　相位噪声 248

1.5.5　频率重现性 249

1.5.6　频率的环境特性 249

1.5.7　频标的开机特性及频率日波动 250

2　时间频率计量的发展历程与成果 250

2.1　国家基准的研制 250

2.2　国家标准时间的建立 251

2.3 国际比对和传递系统 252

2.3.1 国际比对 252

2.3.2　传递系统 253

2.4　主要成果及获奖情况 261

3　时间频率计量技术的优化与展望 262

3.1 现有技术的改进和完善 262

3.1.1　原子时标的算法 262

3.1.2　时标钟组的完善 262

3.1.3　时钟比对系统 262

3.2 未来的发展方向 262

3.2.1 GPS系统的应用 263

3.2.2　卫星双向法 263

3.3　发展战略 264

第六章　光学计量 265

1　概述 265

1.1　辐射度计量 265

1.2　光度计量 266

1.3　激光辐射度计量 267

1.4　材料光学参数计量 268

1.5　色度计量 269

1.6　光纤参数计量 269

1.7　光辐射探测器参数计量 270

2　光学计量的发展历程与研究成果 271

2.1 光度计量 271

2.1.1　发展历程 271

2.1.2　研究成果及应用 273

2.1.3　光度计量基准 278

2.2 辐射计量 279

2.2.1　发展历程 279

2.2.2　研究成果及应用 281

2.2.3　辐射计量基准 289

2.3 激光辐射计量 289

2.3.1　发展历程 289

2.3.2　研究成果及应用 295

2.3.3　激光辐射计量基准 302

2.4 材料光学参数计量 302

2.4.1　发展历程 302

2.4.2　研究成果及应用 305

2.4.3　材料光学参数计量基准 307

2.5 色度计量 308

2.5.1　发展历程 309

2.5.2　研究成果及应用 310

2.5.3　色度计量基准 315

2.6 光纤参数计量 316

2.6.1　发展历程 316

2.6.2　研究成果 316

2.7 光辐射探测器参数计量 317

2.7.1　发展历程 317

2.7.2　研究成果 317

3　国际比对与交流 318

3.1 国际比对 318

3.2　国际学术交流 324

4　光学计量技术的发展 324

4.1　光度计量 325

4.2　辐射计量 326

4.3　激光辐射度计量 327

4.4　材料光学参数计量 328

4.5　色度计量 330

4.6　光通信参数计量 330

4.7　光探测器参数计量 332

4.8　光学计量基准的改进与发展 332

5　光学计量相关领域的发展展望 334

5.1　光通信领域 334

5.2　医疗研究和应用领域 334

5.3　生物学领域 335

5.4　新能源领域 335

5.5　先进的制造技术领域 335

5.6　新型材料的研究应用领域 336

5.7　国防应用领域 336

5.8　基础科学研究领域 337

第七章　无线电计量 339

1　概述 339

1.1 无线电计量的内容 339

1.1.1 频率范围 339

1.1.2　参量及分类 339

1.2 无线电计量的特点 341

1.2.1 参量种类繁多，量程和频段极为宽广 341

1.2.2　传输线和接头型式多样 341

1.2.3　量值传递链较短 342

1.2.4　计量标准投资大，仪器设备更新快 342

1.3 无线电计量常用测量技术 342

1.3.1 变换测量技术 343

1.3.2　误差对消及修正技术 343

1.4 无线电计量的量值溯源 344

1.4.1 无线电参量与SI单位的关系 344

1.4.2　无线电参量之间的关系 344

1.5 无线电主要参量的计量 346

1.5.1 电压计量 346

1.5.2　高频和微波功率计量 347

1.5.3　高频和微波衰减计量 350

1.5.4　高频和微波噪声计量 352

1.5.5 高频和微波阻抗计量 354

1.5.6　相位计量 355

1.5.7　脉冲计量 358

1.5.8　场强计量 359

2　无线电计量发展现状 362

2.1 发展历程 362

2.1.1　起步艰难　道路曲折 362

2.1.2　努力奋斗　发展壮大 363

2.1.3　与时俱进　开拓创新 363

2.2 基标准的建立与科研水平 363

2.2.1　科研成果与技术水平 363

2.2.2　基标准建立与国内地位 364

2.3 加强国际交流　参加国际比对 373

2.3.1 国际交流和技术合作 373

2.3.2 国际比对和比对结果 373

2.4　及时调整方向　适应发展需求 380

3　无线电计量展望 380

3.1 发展动向 380

3.1.1　现代通信的计量测试 381

3.1.2　EMC的计量测试 381

3.1.3　毫米波计量测试 383

3.1.4　广播电视设备的计量测试 384

3.1.5 医用电子设备的计量测试 385

3.1.6　时域特性和脉冲波形计量测试 385

3.1.7 高速微电子芯片的计量测试 387

3.1.8　材料特性的计量测试 387

3.2 无线电计量的方向任务 388

3.2.1　发展方向 388

3.2.2　主要任务 389

第八章 电离辐射与医学 396

1　概述 396

1.1　我国及其他国家电离辐射计量学的发展 396

1.2　电离辐射和辐射源 398

1.3　电离辐射计量的任务 399

2　电离辐射的量和单位 400

2.1　放射性活度计量 402

2.2　辐射吸收剂量 402

2.3　中子剂量 402

2.4 电离辐射计量的量值溯源体系 402

2.4.1 电离辐射计量基准溯源体系 402

2.4.2 电离辐射计量标准传递量值系统 403

2.4.3 电离辐射量的国际比对 403

2.4.4 电离辐射计量基准优化方案框图 406

3 电离辐射计量基准及工作原理 406

3.1　放射性活度基准中常用的探测器 406

3.2 放射性活度基准 407

3.2.1　4πβ（PC）活度基准装置 408

3.2.2　4πβ（PC）-γ和4πX（PPC）-γ符合活度基准装置 408

3.2.3　4πβ（LS）活度基准装置 412

3.2.4　低本底4πα、4πβ活度基准 414

3.2.5　2πα、2πβ粒子发射率基准装置 415

3.3 辐射剂量基准及测量原理 416

3.3.1 照射量单位的实际复现方法 416

3.3.2　γ射线照射量基准 417

3.3.3　中能X射线照射量基准 418

3.3.4　石墨量热计吸收剂量基准 419

3.3.5　水量热计吸收剂量基准 422

3.3.6　硫酸亚铁剂量计吸收剂量基准 423

3.4 中子剂量基准及测量技术 426

3.4.1 中子源强度基准 426

3.4.2　中子注量率基准 427

3.4.3 中子吸收剂量基准 428

4　电离辐射计量标准以及相关工作 430

4.1　辐射加工剂量测量 430

4.2　4πγ电离室活度测量标准 431

4.3　锗γ谱仪活度测量标准 433

4.4　大亚湾核电站环境放射性本底调查工作的质量保证 435

4.5　放射性氡标准 436

4.6 放射性标准参考物质 437

4.6.1　放射性标准溶液 437

4.6.2　放射性标准溶液的制备 437

4.6.3　河泥沉积物环境放射性标准物质 439

4.6.4　TG-1型152Euγ体标准源 439

5　现代技术发展对电离辐射计量学的挑战 439

5.1　应用领域提出的新课题 439

5.2　电离辐射计量学的探索 440

5.3 医学计量的发展 440

5.3.1　计量将成为新世纪医学装备质量保证的重要技术基础 440

5.3.2　新世纪医学计量发展前景分析 441

第九章　工程光学计量 443

1　眼科光学计量 443

1.1 概述 443

1.2 具有中国特色的眼科光学计量体系 444

1.2.1　具有独创性 444

1.2.2　计量建标与量值传递的新模式 444

1.2.3　计量基标准与科研成果转化 445

1.3　主要基标准研发过程 445

1.4　以优势技术引领ISO标准的制定 448

1.5 眼科光学计量的现状 448

1.5.1　顶焦度计量基准 449

1.5.2　现有工作基准及标准的构成及量值传递方法 450

1.5.3　现有工作基准及标准的测量原理简介 452

1.5.4　与计量基标准配套的各项技术法规 470

1.6 眼科光学计量的发展展望 471

1.6.1 国际发展动态 472

1.6.2　应该关注的焦点 472

1.6.3　不断满足社会需要 476

1.6.4　眼科光学计量基标准量值溯源系统 477

2　成像光学与几何光学计量 478

2.1　成像光学计量 478

2.1.1　光学传递函数概述 479

2.1.2　光学传递函数像质评价工作基准 481

2.1.3 光学传递函数测量装置的检定与校准 485

2.1.4　光学传递函数测量中的主要误差来源 486

2.1.5 成像光学计量的量值溯源系统 486

2.2 几何光学计量 487

2.2.1 光学材料折射率概述 487

2.2.2　光学玻璃材料折射率标准 490

2.2.3　预期建立的光学元件和医疗器械参数的量值溯源系统 494

第十章　建立以量子物理为基础的新一代计量基准 495

1　从实物基准到以量子物理为基础的自然基准 495

2　计量院量子计量 496

3　量子计量基标准的研究现状和近期展望 497

3.1 从米到秒 497

3.1.1 米定义和利用激光波长标准实际实现米定义 497

3.1.2　复现时间频率单位秒铯冷原子喷泉钟 499

3.1.3　飞秒光学频率梳 500

3.1.4　光钟 502

3.1.5　对频率计量基准的讨论 503

3.2　量子电学基准 504

3.3　精细结构常数的测量 507

4　其他计量标准和测量方法的研究 508

4.1　超导强磁场标准测量装置 508

4.2　超导量子干涉器探测微弱磁场 508

4.3　绝对重力干涉仪 508

4.4　光纤光电子计量 509

4.5　基于光学衍射的纳米光栅标准测量装置 510

5　结束语 511

下篇 524

论文 524

中国计量科学研究院的量子化霍尔电阻标准&张钟华　贺青　李正坤 524

NIM新一代时间频率基准：激光冷却-铯原子喷泉钟&李天初　李明寿 林平卫　黄秉英 537

我国的1V及10V约瑟夫森量子电压基准&李红晖　高原 560

新一代长度国家基准——633nm He-Ne激光稳频装置&钱进　刘忠有　石春英 刘秀英　张小平　王捍平 575

碘稳定固体激光频标&臧二军 589

光学频率测量与自溯源的飞秒激光频率梳&方占军 602

超导量子干涉器及应用&钟青　乔蔚川 622

SPM与纳米计量&高思田　叶孝佑　邵宏伟 637

坐标测量技术的领域划分&王为农 652

新型精密光电高温计&原遵东　赵琪　段宇宁　王铁军　常富元　吴继彧 668

辐射测温学研究综述&段宇宁 677

液氮冻制冰套法对水三相点温度的影响&闫小克 703

铂-钯热电偶的研究&陈伟昕　向明东　郑玮 710

高精密自动绝热量热计&张金涛　原遵东　邱萍　段宇宁　孙建平 724

正弦逼近法振动测量的理论研究和技术实现&于梅　孙桥 734

我国电阻基准（装置）的现状及新研制的高阻标准&邵海明　梁波　林飞鹏 743

交直流转换近年来的进展及其主要技术问题&张江涛 761

标准电池测量自动化研究&王磊　刘瑞珉 768

GPS共视法时间频率传递技术&高小珣　张越　高源 宁大愚　王伟波 775

电视标准时间频率发播多普勒频移修正&高小珣　高源　宁大愚　王伟波 789

频率测量及短期频率稳定度表征&张爱敏 800

Internet网络时间服务&高小珣　高源 812

电话时间服务&林平卫　王平　李明寿 王伟波　高小珣　赵晓惠 827

低温辐射计关键测量技术的创新&吕正　姚和军　林延东　刘国文 834

低温辐射计技术及其计量学应用&林延东 839

d/0条件色度国家基准的研究与建立&马煜　林弋戈　陈遐举 846

空间遥感器辐射定标系统的研究&李平　王煜　熊利民　李大欣　郑春弟 854

同步辐射在计量学中的应用研究&熊利民　刘金元　李平　薛凤仪 杨永刚　李大欣　陈赤 863

新的国家衰减标准装置&高秋来　李勇　徐晖 877

同轴传输线阻抗和网络参数溯源系统&刘欣萌 886

功率吸收钳校准的不确定度分析&谢鸣　吴钒　王维龙 892

4πγ高压电离室活度测量国家标准&马国华 899

正电子发射核素的电离室校准方法&马国华 906

4πX-γ符合测量Yb-169核素活度&杨元第　李芬 914

NIM与CIAE“60Co-γ射线空气中照射量率的比较测量”&胡家成　李景云 杨元第　郭文　杨小元　侯金兵　孙作利 924

89Sr放射性核素的活度测量&杨元第　丁一琪　赵清　王载勇 929

γ刀剂量场的测量与研究&胡家成　周汝信　杨元第　王湘南　彭继伟 934

验光机用客观式模拟眼的研制及国际比对&王莉茹　马振亚 942

角膜曲率计计量标准的研究&张吉焱　王莉茹　陈燕 950

焦度计测量角膜接触镜后顶焦度的校准误差&王莉茹　张吉焱　马振亚 958