計量儀器的遠程量值傳遞與溯源技術探討

方立德,徐瀟瀟,馬鑫月,王 松,李小亭,韋子輝

(1. 河北大學質(zhì)量技術監(jiān)督學院，河北 保定 071000; 2. 計量儀器與系統(tǒng)國家地方聯(lián)合工程研究中心，河北 保定 071000;3. 河北省能源計量與安全檢測技術重點實驗室，河北 保定 071000)

0 引 言

計量儀器的量值傳遞與溯源是通過計量檢定及校準實現(xiàn)的，從技術角度講，檢定和校準都是比較法。理論上要在一個規(guī)定的測量環(huán)境下將計量標準和被檢計量器具進行比較。大都需要離線方式進行，檢定或校準時把工作用計量器具定期拆下來，送到相應技術機構，在規(guī)定的實驗環(huán)境下進行靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)測試過程，其缺點是耗時較長，且離線方式把計量器具定期拆下來還會耽誤工作造成利益損失。

此外，這種方式只能得到計量儀器的基本誤差，而現(xiàn)場應用中的附加誤差則不可獲知。在計量測試過程中任何測量都存在誤差，而測量誤差可以分為兩部分，一部分是基本誤差，另一部分是附加誤差。儀器儀表的基本誤差指的是儀器儀表在規(guī)定的參比工作條件下（檢定或校準實驗室）的最大誤差，一般儀器儀表的基本誤差也就是該儀器儀表的允許誤差。附加誤差指的是儀器儀表在非規(guī)定的參比工作條件下（非檢定或校準實驗室）使用時產(chǎn)生的另外的誤差，例如儀器儀表在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下產(chǎn)生的測量誤差等。我們可以在規(guī)定的測量條件下通過嚴格的計量檢定或校準方法得到儀器儀表的基本誤差。但是，由于現(xiàn)場工作條件的多樣性和多變性附加誤差目前還無法得到。

而物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展使人們看到了解決上述問題的希望，如果能夠利用物聯(lián)網(wǎng)技術建立起計量儀器的遠程量值傳遞與溯源系統(tǒng)，則可得出儀表的附加誤差，從根本上保證計量數(shù)據(jù)的準確可靠。從而為管理方法的應用提供技術基礎，能真正發(fā)揮管理手段的作用，從根本上提升產(chǎn)品質(zhì)量。

國內(nèi)外在基于互聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)遠程計量檢定及校準方面開展了相關研究。

目前，國際上已有若干個校準實驗室在開展與遠程校準有關的研究[1-3]，總結如表1所示。此外，法國Guyot等人分析了統(tǒng)計分析與動態(tài)物理分析相比在校準性能評估中的局限性，并提出了一些已改進的校準建議[4]。Albu等人闡述了使用移動技術、多代理技術進行遠程校準的相關理論[5]。Boboc等人探索了一種新型噴氣實時遠紅外偏振計的校準方法[6]。Yoshida研制了一種用于高真空計現(xiàn)場校準的標準電導元件[7]。Pe?aloza等人搭建了基于DSP的互聯(lián)網(wǎng)連接系統(tǒng)遠程控制實時平臺[8]。Roccotelli等人研究了基于物聯(lián)網(wǎng)技術的動態(tài)稱重系統(tǒng)[9]。Nasucha等人研究了超聲波遙感裝置距離測量的計算校準[10]。

表1 一些國際實驗室對遠程計量校準的研究

國內(nèi)也開展了相關研究，關于儀器遠程計量校準的網(wǎng)絡技術方面：張軍探討了基于互聯(lián)網(wǎng)的遠程校準方法并進行了網(wǎng)絡仿真[11]。何繪宇設計構建了易于擴展、適用性強的構件式遠程校準系統(tǒng)[12]。周志強等人研究降低了GPS基現(xiàn)場測量的GPS接收機的系統(tǒng)誤差[13]。余浪等人分析了基于ActiveX技術的遠程總線校準系統(tǒng)[14]。郭景濤等人設計了基于互聯(lián)網(wǎng)的通用遠程校準平臺[15]。張鵬等人闡述了利用云服務的遠程計量系統(tǒng)的研究與開發(fā)[16]。

關于儀器遠程計量校準的理論研究與實踐方面：徐思飛提出利用傳感器實現(xiàn)的環(huán)境試驗箱遠程計量校準[17]。何繪宇對遠程校準系統(tǒng)通用環(huán)境進行了分析與設計[18]，同時又提出一種遠程校準系統(tǒng)的靈活擴展設計[19]。梁志國提出了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠程校準構想[20]。郭雷提出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場視頻監(jiān)控的標準儀器校準的網(wǎng)絡測控系統(tǒng)[21]。王曉川提出了遠程校準技術與機器視覺技術相結合的數(shù)顯式溫度指示儀表遠程自動校準系統(tǒng)的設計方案[22]。雖然各個方案都有可實現(xiàn)性，但是均未實現(xiàn)全息全影地還原測量現(xiàn)場。

已經(jīng)有部分領域的研究人員設計出了比較完善的遠程量值傳遞與溯源方案。其中，最為成功的是時間頻率的遠程傳遞與溯源。王莉萍探討了基于GNSS共視法的時間頻率的遠程校準方法[23]。徐亮等人，研究了關于時間頻率基于GPS共視法的原子頻標遠程校準技術[24]。和濤等人提出了通過時間頻率連續(xù)比對法研制了時間頻率遠程校準系統(tǒng)[25]。王翔為提高系統(tǒng)遠程時間校準精度進行了遠程時間校準系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中心的研制與分析[26]。此外其他領域還有，邵一軼設計了工業(yè)熱電阻遠程校準系統(tǒng)[27]。劉子偉設計了顆粒計數(shù)器的遠程計量校準系統(tǒng)[28]。韓鴻勝設計了回聲測深儀遠程計量校準系統(tǒng)[29]。吳春紅設計了一種遠程抄表的智能水表裝置，可省去大量人力[30]。余世明等人設計了一種隔膜計量泵，可實現(xiàn)遠程流量計量和控制，方案節(jié)約人力物力，行之有效[31]。張旭東等人提出了基于無線射頻技術的遠程值守計量的改進方式，適用于港口[32]。朱佳奇等人在溫度計量領域，提出一種遠程校準方式[33]。沙躍兵設計了一種將自動控制技術與3G網(wǎng)絡技術應用于水污染源在線監(jiān)測儀的遠程計量[34]。蔣建東等人實現(xiàn)了茶葉加工生產(chǎn)線遠程設備運行參數(shù)監(jiān)測監(jiān)控與茶葉品質(zhì)溯源[35]。各個領域的儀器遠程量值傳遞與溯源都還有很大發(fā)展空間，仍需要科研人員潛心研究，攻克難題。

遠程量值傳遞與溯源是未來計量工作的重點，也引發(fā)了很多科研人員的思考[36-38]。提高計量領域在遠程計量校準方面的水平是刻不容緩的，同時健全相關的法律法規(guī)也是不容忽視的。

本文調(diào)研了國內(nèi)外計量儀器領域遠程量值傳遞與溯源技術的研究現(xiàn)狀，歸納了計量領域遠程量值傳遞的3種實現(xiàn)途徑，比較了這3種實現(xiàn)途徑的難易程度，最后提出了實現(xiàn)理想方式的計量儀器遠程量值傳遞與溯源技術尚需要研究的領域及具體研究內(nèi)容。

1 遠程量值傳遞與溯源的實現(xiàn)方法

第一種方法——采用傳遞標準表的方式進行現(xiàn)場檢定校準。這種方式的可行性較高，在已經(jīng)具備校準能力的設備基礎上，利用網(wǎng)絡通信技術完成現(xiàn)場校準的輔助工作。將標準表傳遞到校準現(xiàn)場的整個校準系統(tǒng)中，最為重要的步驟是標準表的溯源，確保標準表的更高準確度等級。另外，應該形成一個準確性高、可信度高的遠程量值校準方案。在檢測校準被檢表時，將更高等級的標準表轉(zhuǎn)移至被檢表現(xiàn)場。然后將被檢表與標準表進行現(xiàn)場校準。在現(xiàn)場校準過程中，收集實驗數(shù)據(jù)，經(jīng)由網(wǎng)絡傳回校準實驗室，經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)分析處理，將得到被檢表的檢測校準結果。完成計量儀器遠程量值傳遞與溯源后，將標準儀器送還校準實驗室，過程如圖1所示。但是，該方法也存在問題，無法確保標準表在傳遞至校準現(xiàn)場前后的準確性等級不變，會給傳遞標準表的方式進行現(xiàn)場檢定校準帶來誤差。

圖1 傳遞標準表遠程校準原理圖

第二種途徑——將標準表安于現(xiàn)場。這種模式是把標準表安裝于工作現(xiàn)場，相對于第一種模式不用再傳遞標準表，只需要標準表定期到中心實驗室檢定，將現(xiàn)場與中心實驗室進行數(shù)據(jù)傳遞就可以完成計量校準，其原理圖如圖2所示。該系統(tǒng)現(xiàn)場需校準時，登錄已經(jīng)設計好的校準網(wǎng)頁進行申請校準，校準申請會及時傳遞到實驗室，之后實驗室先對實施校準的標準元件進行校準，確定其測量參數(shù)后傳遞到校準現(xiàn)場，然后由現(xiàn)場人員將待校準元件與標準元件共同置于一個環(huán)境場內(nèi)，校準開始，實驗室與校準現(xiàn)場進行實時通信。校準實驗由校準實驗室實時監(jiān)控，通過網(wǎng)絡控制現(xiàn)場儀器和人員執(zhí)行校準操作，校準現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)及現(xiàn)場的溫、濕度參數(shù)通過網(wǎng)絡實時傳輸?shù)叫蕦嶒炇遥什僮魍瓿珊螅瑢ΜF(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行分析并出具校準報告，校準完畢。標準元件要定期返回實驗室進行校準，保證其測量參數(shù)滿足規(guī)定要求。對性能良好的標準元件可向多個現(xiàn)場傳遞，也可根據(jù)網(wǎng)絡化校準方案發(fā)送多個標準元件，同時對多個現(xiàn)場校準。

圖2 標準表安于現(xiàn)場遠程校準原理圖

第三種途徑——計量標準器在實驗室，通過網(wǎng)絡對現(xiàn)場儀表遠程校準，基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程量值傳遞與溯源。系統(tǒng)原理圖如圖3所示，可包括多個客戶測量終端，只需要一個主站測量終端和分析中心。對遠程用戶所申請校準進行連續(xù)監(jiān)測。當一個觀測周期開始時，將上一個觀測周期的數(shù)據(jù)收集并處理，這樣可以得到時差數(shù)據(jù)，傳回校準中心。校準中心處理得到測量結果并生成鑒定報告發(fā)送給遠程客戶。這種途徑是較為理想的方式，目前能夠達到該水平的有時間校準。通過計算遠程待校準儀器處的時間參考與系統(tǒng)的時間參考的時差，并連續(xù)測量，將計算結果發(fā)送到各個測量終端，得到校準后的值。

圖3 計量標準器在實驗室遠程校準系統(tǒng)

將3種遠程量值傳遞與溯源的優(yōu)缺點歸納總結，如表2所示。通過上面的分析，前兩種實現(xiàn)途徑的方法并非真正意義上的遠程量值傳遞與溯源，第三種實現(xiàn)途徑才是最理想的方法。

表2 3種遠程方法的比較

2 實現(xiàn)理想的遠程量值傳遞與溯源亟待研究的領域

2.1 計量新理論研究

我國對計量的定義，在JJF 1001—2011《通用量術語及定義技術規(guī)范》中，為“實現(xiàn)單位統(tǒng)一，量值準確可靠的活動”，這一定義具有較強的行政意味，缺乏技術性。在我國法定計量技術機構中的大多數(shù)計量工作者都認為，計量就是執(zhí)行國家計量檢定系統(tǒng)表、檢定規(guī)程及校準規(guī)范，實施計量檢定及校準。

按照國際計量聯(lián)合會JCGM 200:2012《國際計量學詞匯——基礎通用的概念和相關術語》，計量是測量及其應用的科學，測量是通過實驗獲得并可合理賦予某量一個或多個量值的過程。由此可見，計量實質(zhì)上包括測量的全部內(nèi)涵，具體應該包括測量原理與測量方法的研究，測量單位的定義及其復現(xiàn)，測量儀器原理與設計，測量在各領域的應用，同時還包括測量儀器的檢定及校準等，通常認為的檢定及校準只是計量諸多研究內(nèi)容當中的一部分，而很多人認為它就是計量的全部。

因此，應該從計量的完整內(nèi)涵出發(fā)，深入研究測量原理、測量新方法、新型傳感器材料、新型傳感器、測量單位的定義及其復現(xiàn)、測量儀器原理與設計、測量在各領域的應用，同時還包括測量儀器的檢定及校準等內(nèi)容，從多角度尋求構建遠程量值傳遞與溯源的途徑與方法。

首先在材料應用方面。比如，交聯(lián)型聚苯乙烯、聚苯乙烯等材料可以用于醫(yī)療、航天等液體顆粒物計量的溯源與檢定。金屬有機骨架（MOFs）由于其結構可調(diào)、比表面積大等特點，制成熒光傳感器，可以應用到流體力學中量的傳遞與溯源。根據(jù)功能納米材料可制造均相電化學生物傳感器，可以應用于生物醫(yī)學中量的傳遞與溯源。其次，基于各有特色的材料，可以設計智能新型傳感器。比如，利用網(wǎng)絡傳感器通過互聯(lián)網(wǎng)的傳輸作用實現(xiàn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集與校準實驗室計算機的通信。利用能將模糊經(jīng)驗數(shù)字化的模糊傳感器，有望在自動連續(xù)監(jiān)測方面取得成果；利用MESE技術等，均可將遠程量值傳遞與溯源應用于更廣泛的領域。再次，在檢測系統(tǒng)方面。針對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)維護、評估評定、傳遞溯源的各自特征研發(fā)高效的測量系統(tǒng)。比如，利用不同特性的傳感器，或者不同物理化學性質(zhì)的材料，設計更加智能方便的遠程量值傳遞與溯源檢測系統(tǒng)。設計研發(fā)高性能的嵌入式系統(tǒng)，實現(xiàn)個體的標識及其遠程量值的傳遞與溯源。利用物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)設計出更加智能便捷的檢測系統(tǒng)。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)計量儀器的通用模塊及通用系統(tǒng)的研究

在物聯(lián)網(wǎng)計量儀器通用模塊方面，深入研究測量對象特性并探討新型的智能傳感器（新型原理或結構），研究新的物聯(lián)網(wǎng)計量儀器及通用模塊，將傳統(tǒng)儀表改造為物聯(lián)網(wǎng)的通用模塊。

下面介紹一種基于UWB技術的定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包含7個模塊：1）多模式輸入模塊；2）定位模塊；3）控制編碼模塊；4）通信模塊；5）電源模塊；6）顯示模塊；7）云平臺傳輸模塊。在通信模式上，多利用多總線模式轉(zhuǎn)換功能、計量儀器編碼功能、定位功能、遠程校準功能。定位基站原理圖如圖4所示，此系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方式將采用網(wǎng)絡云平臺技術，利用網(wǎng)絡云平臺對接收數(shù)據(jù)信息的實時顯示以及向NB發(fā)送命令。實驗的環(huán)境圖如圖5所示。

圖4 定位基站原理圖

圖5 實驗環(huán)境圖

再介紹一種關于電信號輸出型儀表的物聯(lián)網(wǎng)計量儀器通用系統(tǒng)。如圖6所示，系統(tǒng)由電源模塊、顯示模塊、攝像模塊、NB模塊、控制器計量編碼模塊、定位模塊和多參數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組成。

圖6 一種物聯(lián)網(wǎng)計量儀器的通用系統(tǒng)設計圖

該系統(tǒng)的特點是可以直接安裝在儀器儀表上，具有視覺識別、儀表定位、遠程數(shù)據(jù)上傳、儀表狀態(tài)檢測等功能。在儀表工作時讀取其輸出的數(shù)字量或模擬量，通過計量編碼并轉(zhuǎn)化為標準數(shù)據(jù)包。由攝像模塊進行表號識別，保障表號與計量碼一致，不發(fā)生錯碼亂碼的現(xiàn)象，完善計量編碼功能。這樣的物聯(lián)網(wǎng)計量儀器通用系統(tǒng)實現(xiàn)了一定程度上的智能化設計。

2.3 計量與生產(chǎn)工藝耦合方式研究

國際上第四次工業(yè)革命強調(diào)3個方面：首先，是在工廠的生產(chǎn)儀器和生產(chǎn)系統(tǒng)等方面的智能化；其次，是在企業(yè)的生產(chǎn)方式和人機互動等方面的智能化；最后，是網(wǎng)絡化管理在物流運輸方面的智能化。在第四次工業(yè)革命這個大的背景之下，計量人員可以注重研究生產(chǎn)工藝，提供整體計量方案，完成生產(chǎn)的同時完成測量，充分發(fā)揮計量在保證產(chǎn)品質(zhì)量方面的核心作用。

不同產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)工藝也各有不同，但大致可分為幾部分：材料準備、制作生產(chǎn)、成品檢測。每一個環(huán)節(jié)都可成為計量的切入點。對于原料配比、原料溫濕度等要求較高的產(chǎn)業(yè)，可在原料準備環(huán)節(jié)加入測量校準。對于生產(chǎn)過程步驟繁雜的產(chǎn)業(yè)，可以在關鍵的或不穩(wěn)定的生產(chǎn)步驟處加入測量校準。對于生產(chǎn)量大且過程簡單的產(chǎn)業(yè)，可以在生產(chǎn)線的最后加入針對產(chǎn)品必備屬性適合的測量校準。如果可以在生產(chǎn)的過程中，找到符合產(chǎn)業(yè)特性的計量切入點，那么可以提升產(chǎn)品質(zhì)量甚至有的生產(chǎn)過程可以消除不合格品的出現(xiàn)，將極大地提高生產(chǎn)質(zhì)量。

2.4 基于數(shù)字孿生技術與虛擬現(xiàn)實技術的測量現(xiàn)場環(huán)境模擬

提高模擬測量現(xiàn)場的真實性。想要通過上文所說的第三種遠程量值傳遞方法，實現(xiàn)較理想的儀器遠程量值傳遞與溯源，那么有效地模擬測量現(xiàn)場的真實環(huán)境是十分重要的。數(shù)字孿生技術是集成產(chǎn)品設計、研發(fā)布局、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)保存、分析處理的一種信息鏡像模型。極大利用了物理模型、傳感器的優(yōu)點，在信息虛擬世界刻畫物理世界、仿真物理世界、優(yōu)化物理世界、可視化物理世界，能夠構建一個較真實的測量現(xiàn)場。虛擬現(xiàn)實技術蓬勃發(fā)展并逐步成為一個新的待研究的科學技術領域，也得到了越來越多人的認可。虛擬的環(huán)境與真實的環(huán)境真?zhèn)坞y分，包括聽覺等五官的感受也十分逼真。不論是數(shù)字孿生技術，還是虛擬現(xiàn)實技術，都可以通過采集現(xiàn)實物理環(huán)境數(shù)據(jù)，構建一整套虛擬的物理世界。

提高模擬測量現(xiàn)場的穩(wěn)定性。為了實現(xiàn)后續(xù)的實時檢測與測量，不僅需要構建一個較真實的測量現(xiàn)場，還應該要求穩(wěn)定性和即時性。數(shù)字孿生技術可實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)維護、過程檢測控制、設備故障預警等功能。有利于設備控制、產(chǎn)品品質(zhì)的溯源。虛擬現(xiàn)實技術就是充分的利用現(xiàn)實生活中的各種數(shù)據(jù)，之后通過計算機技術產(chǎn)生電子信號，將這些電子信號與各種輸出設備相結合，從而使其轉(zhuǎn)化為能夠讓人們感受到的各種現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可以是現(xiàn)實中的物體，也可以是我們?nèi)搜鬯床坏降奈镔|(zhì)，都可以通過三維模型表現(xiàn)出來。所以，數(shù)字孿生技術和虛擬現(xiàn)實技術都可以還原測量現(xiàn)場且保證一定的穩(wěn)定性、即時性和全息性。

提高實驗室預測現(xiàn)場環(huán)境的準確性。當我們將現(xiàn)場的物理系統(tǒng)與實驗室的實時虛擬系統(tǒng)相關聯(lián)時，需要保障還原測量現(xiàn)場的準確性，需要傳感器在現(xiàn)場的物理系統(tǒng)與實驗室的模擬系統(tǒng)之間不斷傳遞信息，這樣就對傳感器的應用有較高要求。如果能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場的物理系統(tǒng)與實驗室的實時虛擬系統(tǒng)信息的實時傳遞，那么將直接捕捉附加誤差，對于進一步預測計量儀器的工作狀態(tài)和實時在線的儀器量值傳遞與溯源，將起到很重要的作用。

2.5 計量儀器動態(tài)特性研究

各類儀器儀表是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最基本的部分，是測量數(shù)據(jù)最核心的元件，為了提高儀器儀表的測量精度，需要對儀器儀表的特性進行深入研究，而儀器儀表的動態(tài)特性對其測量精度有重要的影響。

計量儀器的動態(tài)標準裝置研究。目前，在檢定規(guī)程中并沒有對儀器儀表動態(tài)特性的要求，為了確保儀器儀表在現(xiàn)場所測數(shù)據(jù)的準確性，需要在實驗室檢定或校準的基礎上，增加動態(tài)特性測試，以及對環(huán)境參數(shù)影響方面的測試，需要建立動態(tài)的標準裝置。建立壓力、溫度、流量等量的標準校準器，通過智能傳感器的設計，使得整個標準校準器，不再依賴于更嚴格的環(huán)境和更專業(yè)的人員。

計量儀器的動態(tài)特性研究。由于儀器設備在計量校準狀態(tài)和現(xiàn)場使用狀態(tài)有不同，導致在儀器使用過程中會產(chǎn)生附加誤差，在一定程度上影響儀器的準確性。如果增加對計量儀器的動態(tài)特性研究，那么就能夠得到附加誤差的數(shù)值范圍。在計量儀器的校準和使用過程中，將附加誤差考慮在內(nèi)，將進一步提高計量儀器遠程量值傳遞與溯源的可靠性。

計量儀器的動態(tài)模型研究。儀器儀表動態(tài)特性研究的基礎是建立準確的儀器儀表動態(tài)模型，目的是通過補償提高其動態(tài)性能，從非線性出發(fā)對儀器儀表的動態(tài)特性進行了一系列理論以及實驗研究，包括儀器儀表動態(tài)非線性分析、建模及其校正等。通過研究儀器儀表的動態(tài)特性，掌握其在現(xiàn)場應用中的規(guī)律，可以對現(xiàn)場附加誤差進行補償及修正，從而獲得更加準確可靠的測量結果。

2.6 動態(tài)測量不確定度研究

在一次正規(guī)且嚴格的測量過程中，是要有最后的測量數(shù)據(jù)及其不確定度評定的。其次，對于動態(tài)測試來說同樣要得到最后的數(shù)據(jù)結果及其不確定度評定。動態(tài)測試主要是為了測得瞬時值，也就是說測量實際上是時間的函數(shù)。得到儀器儀表的動態(tài)特性，需要動態(tài)標準對其進行校準比對。校準過程即已知系統(tǒng)的輸入和輸出，求系統(tǒng)的響應特性。稱這樣的設備為動態(tài)標準，若通過相應的動態(tài)校準得到了儀器的數(shù)學模型，這臺儀器就可以用于動態(tài)測量中。

與靜態(tài)測量相同，動態(tài)測量會受環(huán)境或其他影響量的作用而影響其測量結果的準確性。另外，如果系統(tǒng)偏差修正得不完善，其未知的部分仍會對測量結果的不確定度有所貢獻。而現(xiàn)實生活中，通過動態(tài)校準得到儀器的數(shù)學模型往往不可能是完善的，所以動態(tài)修正也不是完善的。而儀器數(shù)學模型的不完善主要有兩方面因素：1）模型的結構并不是真正的真實模型，往往是根據(jù)真實模型的特征構建的，為了兼顧準確性和簡潔性便損失了一定的真實特點；2）假設模型的結構無誤，但由于動態(tài)校準過程本身具有一定的動態(tài)不確定度，最后所得到的模型參數(shù)也只是真實參數(shù)的近似和估計。總的來說，在進行動態(tài)修正之后，動態(tài)測量不確定度可分為：測量噪聲所生成的分量及模型偏差導致的分量。第一項分量會使測量值取值區(qū)間的半寬度增加，而第二項分量對測量值取值區(qū)間的半寬度的影響較小。所以我們更加需要加強流量計量儀器動態(tài)特性研究，動態(tài)測量不確定度研究，為遠程量值傳遞與溯源中的測量不確定度評定奠定基礎。

圖7表示的是合成動態(tài)測量不確定度的流程圖，合成步驟如下。

圖7 動態(tài)測量不確定度流程圖

1）利用原始測得值減去確定性成分得到殘差：

式中：x(i)——原始測得值；

xc(i)——確定性成分。

2）求單位權標準差：

3）求i點確定性成分的不確定度：

其中

4）對隨機成分建模，采用AR(自回歸)模型，其中p為階次,ωpi為估計參數(shù),ε (i)為誤差項。

5）隨機性不確定度為：

6）動態(tài)不確定度為：

將動態(tài)不確定度的思想引入到聲發(fā)射信號噪聲分析中，如圖8和圖9所示，在去除噪聲時主要應用到了信噪比和平滑度，去除雜音信號，提高了數(shù)據(jù)的準確性。

圖8 聲發(fā)射信號去噪數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)對比圖

圖9 小波指數(shù)窗平滑去噪與小波軟閾值去噪對比圖

2.7 基于計量單位量子化的新型儀器研究

2019年的世界計量日主題是“國際單位制——根本性飛躍”。本次計量日的主要內(nèi)容圍繞“千克”等國際計量單位展開，預示著計量事業(yè)將改頭換面，改進不利于社會快速發(fā)展的計量方法。

基于計量單位量子化的芯片型儀器研發(fā)。最初美國提出計量單位量子化的芯片型儀器研發(fā)構想，一旦實現(xiàn)，將可以達成工作用計量儀器直接與國家基準甚至國際基準的量值傳遞與溯源。研究基于計量單位新定義的新型計量儀器，可以用時間頻率等基本單位定義其他的物理量，測量的工具小型化、儀器化、芯片化，已經(jīng)成為研究重點。

基于計量單位量子化的綜合型儀器研發(fā)。實現(xiàn)國際單位量子化并探究新型高效的測量方法，將是未來發(fā)展方向。理想化的儀器應是能夠?qū)崿F(xiàn)標定不同基本量，可以從某一個恒定且獨立的常量出發(fā)，如普朗克常量、真空中的光速、哈勃常數(shù)、阿伏伽德羅常數(shù)等。在標定七大基本量綱之后，設計成計量單位量子化的綜合型儀器。

目前，我國的計量基礎不夠扎實，配套設施不夠完備。超高精密儀器及裝備是我國欠缺的核心關鍵技術之一。沒有先進的儀器就沒有高端的裝備制造和高水平的科學研究。計量水平的提高是解決這一問題的關鍵技術基礎之一。需要不斷地深入研究，考慮計量單位量子化定義的實現(xiàn)途徑，研究基于計量單位新定義的計量儀器，全面促進計量校準的發(fā)展。

3 結束語

本文主要列述了近些年計量儀器遠程量值傳遞與溯源的發(fā)展現(xiàn)狀，及3種主流的遠程量值傳遞與溯源實現(xiàn)方法。同時，闡述了未來遠程量值傳遞與溯源的研究方向，并給出了一些具體物聯(lián)網(wǎng)通用模塊和通用系統(tǒng)的設計思路。后續(xù)工作可以仔細研學遠程計量理論基礎，參考文中給出的物聯(lián)網(wǎng)計量儀器的通用模塊及通用系統(tǒng)的設計思路，結合模擬測量現(xiàn)場環(huán)境的數(shù)字孿生技術與虛擬現(xiàn)實技術，設計更加智能高效的量值傳遞與溯源計量系統(tǒng)。

計量工作的核心工具就是計量儀器，更高準確性的儀器儀表將是科學技術進步與發(fā)展，最強有力的武器。然而蝕刻設備、超高精度機床等都是我國科技發(fā)展的關鍵難題。提升計量的準確度和可靠性，是解決這些問題的關鍵。所以說，提高計量領域在遠程計量校準方面的水平是刻不容緩的。