計(jì)量量子化、數(shù)字化變革下的國(guó)內(nèi)外計(jì)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

杜曉爽胡毅飛馮英強(qiáng)諶 貝曾 吾費(fèi) 豐李 瑋屠治國(guó)楊曉偉翟玉衛(wèi)郝新友

（1.北京無線電計(jì)量測(cè)試研究所，北京 100039；2.航空工業(yè)北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所，北京 100095；3.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所，青島 266555；4.中國(guó)原子能科學(xué)研究院，北京 102413；5.北京東方計(jì)量測(cè)試研究所，北京 100086；6.北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所，北京 100076；7.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所，石家莊 050051；8.國(guó)防科技工業(yè)顆粒度一級(jí)計(jì)量站，新鄉(xiāng) 453019）

1 引言

計(jì)量是構(gòu)建一體化國(guó)家戰(zhàn)略體系和能力的重要支撐，是科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、國(guó)防建設(shè)、民生保障的重要基礎(chǔ)。軍工計(jì)量作為國(guó)防科技自主創(chuàng)新的重要力量，是軍工產(chǎn)品量值的源頭，也是國(guó)家計(jì)量體系的重要組成部分。目前，隨著國(guó)際計(jì)量的量子化、數(shù)字化變革，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具量子化、量傳方式數(shù)智化與計(jì)量保障技術(shù)實(shí)戰(zhàn)化發(fā)展趨勢(shì)凸顯。

2 世界計(jì)量加速向量子化演進(jìn)

計(jì)量量子化已進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代，量子化計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)可隨時(shí)隨地復(fù)現(xiàn)更加準(zhǔn)確、更加穩(wěn)定的量值。新的量子技術(shù)不斷涌現(xiàn)，核子鐘、單能伽馬射線產(chǎn)生、基于陷俘原子的微型透鏡、冷原子超高真空傳感器、量子功率、基于自旋電子學(xué)效應(yīng)的微型太赫茲源、基于分離振蕩場(chǎng)磁共振量子效應(yīng)的磁探測(cè)等量子技術(shù)獲得突破，將大幅度提高測(cè)量準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，不斷推動(dòng)新型量子傳感器在計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用。

2.1 基于輕元素的質(zhì)子俘獲產(chǎn)生單能伽瑪射線誘發(fā)正電子壽命譜技術(shù)取得新進(jìn)展

印度巴巴原子研究中心（BARC）與德國(guó)亥姆霍茲德累斯頓羅森多夫研究中心（HZDR）采用19F（1H，α）16O 質(zhì)子捕獲核反應(yīng)研究方案，在印度BARC 折疊串聯(lián)離子加速器上以4 MeV 的質(zhì)子束流轟擊聚四氟乙烯靶，產(chǎn)生（6～7）MeV 的單能伽瑪射線，射線束尺寸3.5 cm2×3.5 cm2，穿透深度達(dá)厘米級(jí)，靈敏度和重復(fù)性良好。以此在德國(guó)HZDR 的ELBE 直線加速器（LINAC）設(shè)施上，以厘米級(jí)尺寸金屬和聚合物為基礎(chǔ)材料，成功實(shí)現(xiàn)正電子湮沒壽命譜測(cè)量，獲得材料內(nèi)部原子級(jí)別缺陷尺寸、濃度和類型的分析數(shù)據(jù)，測(cè)量原理示意圖如圖1 所示［1］。該技術(shù)可有效提升正電子譜學(xué)在大尺寸材料中原子級(jí)別缺陷及殘余應(yīng)力的探測(cè)分析能力。

圖1 基于聚四氟乙烯靶的質(zhì)子俘獲產(chǎn)生單能伽馬射線誘發(fā)正電子壽命譜測(cè)量示意圖Fig.1 Schematic diagram of measurement of positron lifetime spectra induced by single-energy gamma rays generated by proton capture based on PTFE target

2.2 基于量子效應(yīng)的量熱技術(shù)在放射性活度測(cè)量方面取得新進(jìn)展

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）與Losalamos 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作，借助超導(dǎo)邊緣傳感器（TES）和磁性微量熱儀（MMC）等超冷傳感器對(duì)熱脈沖的極高靈敏度，實(shí)行True Bq 計(jì)劃，對(duì)放射性活度的關(guān)鍵參數(shù)實(shí)現(xiàn)量子化，并集成在芯片內(nèi)［2］，如圖2 和圖3 所示。放射性核素可以通過它們的衰變能譜（DES）特征進(jìn)行識(shí)別和量化，檢測(cè)效率高，預(yù)計(jì)α衰變可達(dá)到100%。法國(guó)亨利貝克勒爾實(shí)驗(yàn)室（LNHB）和德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB）聯(lián)合研制的金屬磁量熱計(jì)，該裝置采用兩級(jí)超導(dǎo)量子干涉設(shè)備（SQUID），減少測(cè)量回路的熱污染，可使探測(cè)器的溫度穩(wěn)定在7 mK，從而還原β 譜［3-7］。

圖2 美國(guó)NIST 的True Bq 計(jì)劃原理圖Fig.2 Measurement outline of True Bq project by NIST

圖3 MMC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of internal structure of MMC

2.3 實(shí)用化量子重力梯度儀面世

英國(guó)伯明翰大學(xué)研制基于量子傳感器的重力梯度儀，可對(duì)垂直間隔1 m 的兩個(gè)超冷銣原子云進(jìn)行差分測(cè)量，獲得當(dāng)原子云落下時(shí)引力場(chǎng)的細(xì)微變化，從而獲取高精度數(shù)據(jù)，其不確定度達(dá)到2E-8 s-2，同時(shí)使未來重力勘測(cè)速度提高10 倍［8］，如圖4 和圖5 所示。此款量子重力梯度儀是全球第一個(gè)能夠滿足現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景挑戰(zhàn)，并執(zhí)行高空間分辨力探測(cè)的儀器，極大提高了地質(zhì)地形圖的測(cè)繪工作效率。

圖4 量子重力梯度儀測(cè)量原理示意圖Fig.4 Schematic diagram of measurement principle of quantum gradiometer

圖5 量子重力梯度儀街區(qū)實(shí)地測(cè)試圖Fig.5 Photograph of quantum gradiometer street field test

2.4 美國(guó)NIST 制造出陷俘原子的微型透鏡

美國(guó)NIST 與美國(guó)天體物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（JILA）的研究人員，在《PRX Quantum》期刊上發(fā)表論文《超表面透鏡光鑷中的單原子捕獲》，首次證明單原子捕獲可以通過一種新的小型化“光鑷”系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，使用激光束來抓取原子。使用了一個(gè)長(zhǎng)約4 mm 的方形玻璃片，上面印有數(shù)百萬個(gè)高度只有幾百納米的“柱子”，它們共同充當(dāng)了微小的透鏡，可以聚焦激光，以捕獲、操縱和成像蒸氣中的單個(gè)原子［9］，其原理示意圖如圖6 所示。與普通光鑷不同，超鏡頭可以在被困原子云所在的真空中進(jìn)行操作，聚焦的光和單個(gè)原子之間的相互作用在多類型原子級(jí)實(shí)驗(yàn)中有應(yīng)用前景。

圖6 用光鑷誘捕的超表面透鏡原理示意圖Fig.6 Schematic diagram of metasurface lens using optical tweezer trapping

2.5 基于金剛石氮空位色心的量子儀器研制成為熱點(diǎn)

金剛石中的氮-空位（Nitrogen-Vacancy，NV）色心在室溫下顯示出優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)與量子相干性質(zhì)，可以用于測(cè)量磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)、微波場(chǎng)，是量子傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。NV 色心作為量子磁傳感器，其突出的技術(shù)特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)較高的靈敏度。中國(guó)科技大學(xué)最新研究中實(shí)現(xiàn)0.2 pT／Hz1／2的磁場(chǎng)測(cè)量靈敏度［10］。NV 色心可穩(wěn)定工作在低溫4 K 到高溫1 000 K 的環(huán)境中，并且其自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)在距離10 nm 處時(shí)僅為1 μT，因此對(duì)樣品的磁性特征幾乎無干擾。國(guó)儀量子（CIQTEK）、日本堀場(chǎng)集團(tuán)（HORIBA）、瑞士Qnami 公司等分別研制了基于金剛石氮空位色心技術(shù)的量子測(cè)量?jī)x器，包括量子鉆石原子力顯微鏡［11］、量子鉆石顯微鏡［12，13］等，其實(shí)物圖如圖7 和圖8 所示。其中國(guó)儀量子研制的量子鉆石原子力顯微鏡空間分辨率可達(dá)（10～30）nm，靈敏度小于2 μT／Hz1／2。

圖7 國(guó)儀量子研制的量子鉆石顯微鏡實(shí)物圖［12］Fig.7 Photograph of Quantum Diamond Microscope（QDM）by CIQTEK［12］

圖8 HORIBA 和Qnami 聯(lián)合研制的量子鉆石顯微鏡實(shí)物圖［13］Fig.8 Photograph of Quantum Diamond Microscope（QDM）by HORIBA and Qnami［13］

2.6 基于原子囚禁技術(shù)的小型化冷原子超高真空傳感器取得新進(jìn)展

美國(guó)NIST 于2022 年完成了小型便攜式冷原子真空標(biāo)準(zhǔn)傳感器研制及性能試驗(yàn)驗(yàn)證，其計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)圖如圖9 所示。該傳感器由堿金屬原子源布散器（AMD）和芯片級(jí)衍射光柵磁光阱（MOT）真空測(cè)量室兩部分組成，兩者之間由長(zhǎng)度2.67 cm、半徑1.5 mm 的差分抽氣管道相連，由均勻分布在測(cè)量室周圍的6 組永久釹鐵硼磁鐵（N52 NdFeB）陣列產(chǎn)生的球形磁場(chǎng)俘獲傳感7Li 原子，磁場(chǎng)梯度為4.59 mT／cm，2 s 時(shí)間內(nèi)MOT 能夠俘獲的原子數(shù)為1E5 個(gè)，關(guān)閉激光后四極磁阱中囚禁的原子個(gè)數(shù)為1E4 個(gè)。該傳感器尺寸為15 cm ×35 cm ×50 cm，真空系統(tǒng)的容積約1.3 L。目前，該傳感器能夠測(cè)量的真空度下限為4E-9 Pa，不確定度為2.6%［14］。

2.7 基于單電子隧道效應(yīng)的量子電流標(biāo)準(zhǔn)成為研究熱點(diǎn)

德國(guó)PTB 設(shè)計(jì)的量子電流源，最佳測(cè)量不確定度1E-6；法國(guó)量子電流輸出8 pA，不確定度4E-6。目前基于聲表面波搬運(yùn)單個(gè)電子原理，在300 mK 實(shí)現(xiàn)了千兆赫茲的工作頻率，產(chǎn)生了nA 量級(jí)的量子化電流。同時(shí)，采用低溫電流比較儀將小電流溯源至量子電流上的研究工作也在同步開展［15，16］，基于單電子隧道效應(yīng)的量子電流標(biāo)準(zhǔn)原理圖如圖10 所示。

圖10 基于單電子隧道效應(yīng)的量子電流標(biāo)準(zhǔn)原理圖Fig.10 Principle of quantum current standard based on single electron runnel effect

2.8 歐洲聯(lián)合開展的量子電功率計(jì)量技術(shù)向?qū)嵱没l(fā)展

德國(guó)、西班牙、意大利等國(guó)家計(jì)量院共同開展量子電功率計(jì)量技術(shù)研究，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)面向?qū)嵱没牧孔庸β蕵?biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，其原理如圖11 所示。該系統(tǒng)可以產(chǎn)生幅度和相位可調(diào)的電壓和電流信號(hào)，施加到被測(cè)試的功率表上，并且使用感應(yīng)分壓器進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，使用交流分流器把電流轉(zhuǎn)換為電壓。配備一個(gè)帶有多路復(fù)用器的采樣器，用于測(cè)量單次采樣運(yùn)行，通過對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行DFT 分析得到電壓幅值和相位。由交流電壓引入的不確定度優(yōu)于0.4 μV／V［17］。

圖11 德國(guó)PTB 量子電功率計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)原理圖［17］Fig.11 Principle of quantum power standard by PTB［17］

2.9 基于里德堡原子相干效應(yīng)的微波功率測(cè)量技術(shù)取得新進(jìn)展

美國(guó)NIST 開展了基于堿金屬里德堡原子的微波功率測(cè)量方法研究，其原理如圖12 所示。將玻璃泡囚禁的堿原子激勵(lì)到里德堡態(tài)，利用里德堡原子的電磁誘導(dǎo)透明及Autler-Townes 效應(yīng)（EIT -AT分裂）來進(jìn)行微波功率的測(cè)量。由于具有豐富的里德堡態(tài)能級(jí)結(jié)構(gòu)，通過激光調(diào)諧選擇不同的里德堡態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)覆蓋100 MHz～500 GHz 頻段范圍內(nèi)微波功率的精密測(cè)量［18，19］。該方法將微波功率量值溯源至原子能級(jí)躍遷相關(guān)的拉比頻率測(cè)量，具有測(cè)量頻段寬、靈敏度高、適用范圍廣等特點(diǎn)。

圖12 基于里德堡原子的微波功率測(cè)量原理圖Fig.12 Principle of radio-frequency measurement using Rydberg atoms

2.10 基于自旋電子學(xué)效應(yīng)的微型太赫茲源取得新進(jìn)展

德國(guó)哈勒大學(xué)和柏林自由大學(xué)研究人員提出了一種在片上實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)輻射太赫茲電磁場(chǎng)的新方法。其將高功率飛秒光脈沖入射至磁性納米結(jié)構(gòu)上，激發(fā)鐵磁材料內(nèi)部的電子產(chǎn)生較強(qiáng)的自旋電流脈沖，再利用逆自旋霍爾效應(yīng)將自旋電流轉(zhuǎn)換成太赫茲電流脈沖，其微觀結(jié)構(gòu)及電測(cè)量波形如圖13和圖14 所示。通過與金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，成功實(shí)現(xiàn)了帶寬范圍超過10 THz 的片上太赫茲源定點(diǎn)輻射［20］。該研究成果可推動(dòng)基于量子理論的太赫茲校準(zhǔn)裝置片上集成。

圖13 自旋電子學(xué)太赫茲輻射源芯片微觀結(jié)構(gòu)圖［20］Fig.13 Experimental geometry for on-chip waveguide-based THz-pulse generation using spintronic THz emitters［20］

圖14 時(shí)間分辨電測(cè)量波形圖［20］Fig.14 Waveform of time-resolved electrical measurements［20］

2.11 光鐘網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)超穩(wěn)定自由空間鏈路頻率傳遞

澳大利亞西澳大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)克服了自由空間大氣湍流帶來的相位噪聲及振幅噪聲的影響，構(gòu)建了2.4 km 超穩(wěn)定自由空間激光傳遞鏈路，并實(shí)現(xiàn)光鐘頻率傳遞，在300 s 積分時(shí)間內(nèi)，頻率穩(wěn)定度可達(dá)6.1E-21［21］。該研究可應(yīng)用于構(gòu)建自由空間光鐘網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。由于自由空間鏈路大氣湍流情況與地對(duì)空鏈路近似，因此該研究也為未來機(jī)載、星載芯片光鐘比對(duì)提供了技術(shù)參考。其鏈路示意圖如圖15 所示，藍(lán)色線代表參考信號(hào)，紅色線代表光學(xué)信號(hào)。

圖15 超穩(wěn)定自由空間激光傳遞鏈路示意圖［21］Fig.15 Simplified schematic of the phase stabilization system integrated with the optical terminal［21］

2.12 芯片級(jí)激光器研制技術(shù)獲得重大突破

哥倫比亞大學(xué)、上海交通大學(xué)以及塔夫茨大學(xué)的研究人員，共同設(shè)計(jì)出了一種全新片上集成芯片級(jí)激光器。該激光器真正實(shí)現(xiàn)了全模塊的微型集成，在極低空間占有率的同時(shí)，能夠大幅降低片上光源的設(shè)計(jì)成本。此外，該激光器也能夠在（404～785）nm 波段內(nèi)實(shí)現(xiàn)極快的調(diào)諧輸出，輸出功率為同類型研究的最佳水平［22-24］。激光器概念圖、激光器結(jié)構(gòu)示意圖、諧振腔性能表征圖、新型激光器的應(yīng)用領(lǐng)域如圖16 所示。

圖16 片上集成芯片級(jí)激光器原理結(jié)構(gòu)及預(yù)期用途圖Fig.16 Principle structure and intended uses of chip-scale laser

2.13 約翰遜噪聲測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)芯片研制成功

美國(guó)NIST 研制了一款基于鈮的約翰遜噪聲測(cè)溫（JNT）芯片，如圖17 所示，該芯片具有10 個(gè)約瑟夫森結(jié)，可以產(chǎn)生具有兆赫茲帶寬的偽隨機(jī)噪聲源，從中確定約翰遜噪聲的熱力學(xué)溫度。采用被校準(zhǔn)的電阻，通過測(cè)量約翰遜噪聲的方法，能夠用于研制精確的、適合在惡劣環(huán)境中應(yīng)用的溫度測(cè)量?jī)x器，可以實(shí)現(xiàn)（100～1 000）K 測(cè)溫范圍內(nèi)測(cè)量不確定度優(yōu)于5E-5 的指標(biāo)［25，26］。

圖17 美國(guó)NIST 研制的約翰遜噪聲測(cè)溫芯片實(shí)物圖Fig.17 Photograph of Johnson noise temperature measuring chip by NIST

2.14 基于分離振蕩場(chǎng)磁共振量子效應(yīng)的磁探測(cè)技術(shù)取得新進(jìn)展

分離振蕩場(chǎng)磁共振量子效應(yīng)現(xiàn)已成熟應(yīng)用于原子鐘，使原子鐘的秒穩(wěn)定度提高到1E-16。近年來，歐美國(guó)家開始將該技術(shù)用于10 fT 級(jí)中子電偶極矩的測(cè)量。隨著激光技術(shù)在光泵磁強(qiáng)計(jì)的應(yīng)用，促進(jìn)了基于分離振蕩場(chǎng)磁共振量子效應(yīng)磁探技術(shù)的發(fā)展。近年，由美國(guó)國(guó)防部和海軍研究辦公室資助，美國(guó)海軍航空系統(tǒng)司令部（Naval Air Systems Command）、麻省理工學(xué)院等單位開展了基于分離振蕩場(chǎng)磁共振量子效應(yīng)的磁探測(cè)技術(shù)研究，研制了原理樣機(jī)，并開展了環(huán)境磁場(chǎng)測(cè)量［27］，分離振蕩場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果如圖18 所示。

圖18 分離振蕩場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果圖Fig.18 Results of separated oscillatory field

3 量傳方式逐漸向數(shù)智化轉(zhuǎn)型

近年來，國(guó)際上計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域的數(shù)智化不斷取得新的進(jìn)展，美國(guó)NIST、德國(guó)PTB、法國(guó)LNE 等計(jì)量機(jī)構(gòu)在數(shù)字證書、標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)、人工智能評(píng)價(jià)、智能計(jì)量測(cè)試平臺(tái)等方面研究進(jìn)一步深入并已逐步投入實(shí)際應(yīng)用；國(guó)外先進(jìn)公司以具體的應(yīng)用為背景，發(fā)展了基于人工智能算法、無人裝備等的智能化測(cè)試技術(shù)，開發(fā)了一系列適用于不同工作模式的數(shù)智化產(chǎn)品，解決傳統(tǒng)測(cè)量存在的難題。

3.1 智能化機(jī)器人放射性巡檢儀及熱點(diǎn)成像技術(shù)取得新進(jìn)展

英國(guó)蘭卡斯特大學(xué)研制了核設(shè)施退役用智能化中子、γ、β 射線巡檢機(jī)器人Lyra，通過深度學(xué)習(xí)算法可自主規(guī)劃路徑并定位放射源和核材料，通過線性回歸預(yù)測(cè)算法可實(shí)現(xiàn)輻射場(chǎng)熱點(diǎn)分布預(yù)測(cè)，測(cè)繪范圍22 m×22 m，測(cè)繪時(shí)間約1.5 h，輻射分布地圖分辨率5 cm，如圖19 和圖20 所示［28］。該工作入選《時(shí)代周刊》雜志2022 年最佳發(fā)明。長(zhǎng)期以來，遺留核設(shè)施的退役一直是核工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。Lyra智能機(jī)器人解決了退役場(chǎng)所源項(xiàng)調(diào)查中高放環(huán)境下人工測(cè)量的難題，并且通過智能化算法，可以繪制輻射區(qū)域熱點(diǎn)分布圖，未來在核設(shè)施退役領(lǐng)域具有重要前景。

圖19 智能化中子、γ、β 射線巡檢機(jī)器人示意圖［28］Fig.19 Diagram of intelligent robot platform under neutron，γ and β ray［28］

圖20 JSI TRIGA Mark II 反應(yīng)堆空間分辨γ 輻射熱點(diǎn)分布圖［28］Fig.20 Spatially resolved γ radiation data overlaid on an occupancy generated through SLAM at JSI TRIGA Mark II reactor［28］

3.2 人工智能技術(shù)的計(jì)量測(cè)試體系不斷完善

美國(guó)NIST 發(fā)布“人工智能風(fēng)險(xiǎn)管理框架（AI RMF）”，將可信度納入人工智能產(chǎn)品、服務(wù)和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、使用和評(píng)估等環(huán)節(jié)［29］，如圖21 所示。德國(guó)PTB 聚焦人工智能可信性，并開展了重癥監(jiān)護(hù)人工智能系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量控制、生物醫(yī)學(xué)中機(jī)器學(xué)習(xí)模型解釋的理論與實(shí)踐、基于ML 的MRI 穩(wěn)健量化、基于人工智能和蒙特卡羅方法的劑量預(yù)測(cè)不確定性研究等項(xiàng)目。德國(guó)PTB、英國(guó)NPL 等計(jì)量機(jī)構(gòu)聚焦自動(dòng)駕駛，提出現(xiàn)有的針對(duì)傳感器的計(jì)量測(cè)試能力無法滿足智能系統(tǒng)快速發(fā)展的需求，需從系統(tǒng)層考慮，進(jìn)而為智能系統(tǒng)的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

圖21 美國(guó)NIST 人工智能風(fēng)險(xiǎn)管理框架圖Fig.21 Diagram of AI risk management framework（AI RMF）by NIST

3.3 法國(guó)LNE 針對(duì)智能系統(tǒng)開發(fā)通用基準(zhǔn)并推出針對(duì)人工智能的認(rèn)證服務(wù)

建立的人工智能評(píng)估平臺(tái)LEIA 可構(gòu)建沉浸式測(cè)量場(chǎng)景，通過大量測(cè)試評(píng)估智能系統(tǒng)在受控環(huán)境中的反應(yīng)，推出的“人工智能”認(rèn)證涵蓋所有人工智能系統(tǒng)，涉及系統(tǒng)整個(gè)生命周期中開發(fā)人員設(shè)置的所有流程，以確保經(jīng)過認(rèn)證的AI 系統(tǒng)都根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)規(guī)則進(jìn)行過評(píng)估［30］，其原理示意圖如圖22 所示。

圖22 法國(guó)LNE 的人工智能評(píng)估平臺(tái)LEIA 原理示意圖Fig.22 Schematic diagram of artificial intelligence evaluation platform LEIA by LNE

4 保障技術(shù)更加向?qū)崙?zhàn)化發(fā)展

國(guó)外軍事計(jì)量測(cè)試技術(shù)呈現(xiàn)出面向?qū)崙?zhàn)化的發(fā)展特點(diǎn)。例如針對(duì)隱身戰(zhàn)機(jī)、導(dǎo)彈的輻射特性參數(shù)、激光武器損傷特性參數(shù)、大型海軍艦船用兆牛米級(jí)超大扭矩標(biāo)準(zhǔn)、飛秒激光標(biāo)記示蹤測(cè)速技術(shù)完成高超音速流場(chǎng)中邊界層測(cè)量等方面涌現(xiàn)出新技術(shù)和新手段，為高超武器性能測(cè)試、隱形戰(zhàn)機(jī)隱形導(dǎo)彈的攻防、激光武器損傷性能測(cè)試等武器裝備發(fā)展發(fā)揮了重要支撐作用。

4.1 基于紅外輻射特性測(cè)試評(píng)估的軍事應(yīng)用近年來發(fā)展迅速

目前，世界局勢(shì)復(fù)雜，地區(qū)沖突頻發(fā)。戰(zhàn)爭(zhēng)中對(duì)于隱身飛機(jī)的偵察和打擊、導(dǎo)彈的預(yù)警和攔截，導(dǎo)彈的突防和隱身，都對(duì)其輻射特性的探測(cè)識(shí)別提出了迫切的需求。美國(guó)、俄羅斯、日本、加拿大等國(guó)家都建立了目標(biāo)特性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國(guó)外許多紅外儀器公司也研制了用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰輻射特性測(cè)試的紅外熱像儀［31-36］，具有代表性的公司有加拿大Telops 公司、德國(guó)InfraTec 公司、美國(guó)FLIR 公司等，部分產(chǎn)品實(shí)物圖如圖23 和圖24所示。

圖23 加拿大Telops 紅外熱像儀實(shí)物圖Fig.23 Photograph of infrared thermal imager by Telops

圖24 德國(guó)InfraTec 線性高溫計(jì)LP4 實(shí)物圖Fig.24 Photograph of linear pyrometer LP4 by InfraTec

4.2 激光損傷計(jì)量技術(shù)成功應(yīng)用于高能激光武器系統(tǒng)

在高能激光武器系統(tǒng)中要求光學(xué)表面的抗損傷閾值是一個(gè)非常重要的參數(shù)，決定了系統(tǒng)中元件材料的選用、鍍膜方法、輸出功率等。美國(guó)利夫莫爾實(shí)驗(yàn)室（LLNL）為美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置研制了終端損傷在線測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括望遠(yuǎn)成像儀、成像儀定位器、控制軟件和光學(xué)檢測(cè)分析軟件四個(gè)部分，用做高能系統(tǒng)打靶后光學(xué)元件的常規(guī)測(cè)量，其原理如圖25 所示［37-40］。

4.3 德國(guó)在超大扭矩計(jì)量技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位

德國(guó)PTB 已擁有最大量程的扭矩標(biāo)準(zhǔn)裝置為1.1 MN·m。目前，德國(guó)PTB 正在加緊研制5 MN·m扭矩標(biāo)準(zhǔn)裝置，裝置模型如圖26 所示，這是目前國(guó)際上量程最大的一臺(tái)超大扭矩標(biāo)準(zhǔn)裝置。主要為了滿足德國(guó)和歐共體等國(guó)家在大型渦輪渦扇裝置和大型能量發(fā)生裝置等的大功率動(dòng)力裝備的技術(shù)發(fā)展需求，解決超大扭矩的高準(zhǔn)確度量值傳遞難題［41，42］。

圖26 德國(guó)PTB 研制的5 MN·m 扭矩標(biāo)準(zhǔn)裝置模型圖Fig.26 Model graph of 5 MN·m torque standard machine by PTB

4.4 電子級(jí)超凈間粒徑譜儀校準(zhǔn)裝置研制成功

美國(guó)NIST 和日本國(guó)家工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院（AIST）已研制了氣含納米顆粒分析儀校準(zhǔn)裝置，如圖27 所示，并建立了量值溯源體系［43］。該裝置顆粒尺寸測(cè)量范圍（20～100）nm，顆粒數(shù)量濃度范圍（50～10 000）個(gè)／cm3（100 nm），能夠保證電子級(jí)超凈間空氣潔凈度監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠和有效溯源。

圖27 納米顆粒分析儀校準(zhǔn)裝置實(shí)物圖Fig.27 Photograph of nanoparticle size analyzer calibration device

5 結(jié)束語

通過搜集、整理國(guó)內(nèi)外計(jì)量技術(shù)大量文獻(xiàn)資料，基于金剛石氮空位色心的量子磁場(chǎng)測(cè)量、基于單電子隧道效應(yīng)的量子電流標(biāo)準(zhǔn)成為研究熱點(diǎn)，基于量子效應(yīng)的量熱技術(shù)在放射性活度測(cè)量、基于里德堡原子相干效應(yīng)的微波功率測(cè)量、基于分離振蕩場(chǎng)磁共振量子效應(yīng)的磁探測(cè)技術(shù)取得新進(jìn)展，小型化冷原子超高真空傳感器、芯片級(jí)激光器、約翰遜噪聲測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)芯片等研制成功，應(yīng)用于高能激光武器系統(tǒng)的激光損傷計(jì)量、軍事應(yīng)用的基于紅外輻射特性測(cè)試評(píng)估技術(shù)向?qū)嵱没l(fā)展，基于人工智能技術(shù)的計(jì)量測(cè)試體系不斷完善。歸納并分析出計(jì)量技術(shù)逐步向量子化、數(shù)智化和實(shí)戰(zhàn)化等方向的發(fā)展趨勢(shì)，可為計(jì)量測(cè)試技術(shù)發(fā)展提供借鑒。