国家质量基础的共性技术研究与应用国家科技管理信息系统公共服务Word下载.docx

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研究基于普朗克常数、玻尔兹曼常数的质量千克单位、开尔文单位复现和传递技术及装置，研究微波电场强度溯源至普朗克常数的里德堡原子量子干涉精密测量技术；

研究基于新一代计算电容测定精细结构常数，结合普朗克常数确定基本常数基本电荷，复现以安培为基本单位的电磁计量单位。

考核指标：

【约束性指标】：

研制测量实验系统8套：

基准热力学温度计实验系统2套，测定玻尔兹曼常数的相对标准不确定度在3×

10—6范围内；

能量天平法测量普朗克常数试验装置1套，2017年测量不确定度达到5×

10—7（k=1），2020年测量不确定度争取进入10—8（k=1）量级；

非空气条件下精密天平1套，1kg砝码质量测量的标准不确定度优于13μg；

里德堡原子量子干涉法微波电场精密测量实验系统1套，测量的相对标准不确定度0.5%（k=1）；

高温基准热力学温度计实验系统2套，600K至1000K测量开尔文的相对标准不确定度优于5×

10—5，1000K至3000K绝对辐射温度计测量开尔文的相对标准不确定度达到（2～10）×

10—5；

新一代计算电容实验系统1套，精细结构常数测量的相对标准不确定度优于5×

10—8，交流阻抗参数量传水平达到10—9量级；

浓缩硅28摩尔质量测量的相对标准不确定度优于10—8。

发表被SCI检索的论文不少于30篇，申请发明专利不少于5项。

【预期性指标】：

研制实用化在线校准的高温热力学基准温度计，突破高温气冷堆温度计在线校准技术；

研制小型化、低扰动微波电场精密测量量子传感器。

实施年限：

2016～2020年。

1.2时间频率基准及其传递技术研究

研制高准确度锶原子光晶格钟，研究突破标准量子极限的新方法；

研究长距离时间频率光纤传递技术；

研究原子喷泉基准钟及其应用，研究喷泉钟紧驾驭氢钟的新技术；

研制原子干涉绝对重力基准装置，通过国际关键比对验证重力测量值的准确性；

研究综合守时技术，以国家原子时标基准为基础，产生统一的中国协调时UTC（CN），研究UTC/国家秒长基准原子钟驾驭时标的技术；

开展高稳定光纤光学频率梳及其应用研究，实现国家波长基准的量值溯源；

研究高精度GNSS导航接收机室内校准技术。

研制测量装置6套：

锶原子光晶格钟实验装置1套，评定不确定度进入10—18量级；

原子喷泉基准钟1台，不确定度优于8×

10—16，天稳定度优于2×

10—15，喷泉钟紧驾驭氢钟，输出频率7天稳定度优于8×

10—16；

冷原子干涉重力测量装置1套，系统不确定度优于10μGal；

UTC（CN）产生系统1套，UTC（CN）与UTC的时间偏差优于±

10ns，UTC（CN）时间稳定度优于1ns/5d；

光梳波长基准量值溯源装置1套，不确定度优于5×

10—13；

高精度GNSS导航接收机室内校准装置1套，位置不确定度1cm，授时不确定度20ns。

在SCI检索期刊上发表论文不少于20篇；

申请专利不少于6项。

掌握光钟的高精度比对技术；

实现喷泉钟紧驾驭氢钟的技术；

提高绝对重力测量的水平；

形成利用UTC/基准原子钟驾驭产生稳定可靠的中国原子时的算法；

通过光梳实现国家波长基准的量值溯源；

实现光学频率梳与超稳激光结合，产生超稳微波，为喷泉钟服务。

1.3光辐射计量基标准研究

研究超导转换边沿传感器的单光子辐射基准；

研制高可靠性、小型化的高准确度、高稳定度激光波长标准；

研究极端光辐射度与材料计量关键技术和研制相关测量装置，建立太赫兹辐射多参数以及极端量程光度和超黑材料光谱特性计量标准；

针对地球辐射平衡等辐射定标需求，研究紫外至中红外波段基于探测器和辐射源的光谱辐射度计量基准和扁平化量传体系；

研究光腔衰荡法气体成份量基准，建立基于光频梳的光谱测量装置，实现CO2/CO的成份量测量。

建立标准及测量装置11套：

光子数可分辨微弱光辐射计量标准装置，量子效率标准不确定度2.5%；

633nm光波长标准装置，波长的标准不确定度≤2×

10—11；

太赫兹功率测量装置，标准不确定度1.5%；

太赫兹频率测量装置标准不确定度5×

极端量程光亮度、光照度计量标准装置，照度测量上限为5×

104lx、下限为1×

10—11lx，不确定度2%～4%；

500～2000nm超黑材料漫反射比测量标准装置，测量范围达到0.01%；

基于高温固定点的光谱辐射度标准，最佳不确定度0.6%；

在中红外波段3μm～5μm建立光源的光谱辐射度测量装置，标准不确定度3%～6%；

基于可调谐激光器的光谱辐射度计量标准与量传体系，最佳不确定度0.2%；

荧光色度测量装置，不确定度为1.8%；

基于PDH锁频的稳腔长光腔衰荡光谱自动测量实验装置，3小时光腔温度变化不超过0.005℃；

1米长光腔长度变化不超过20nm，与称重法配制标气相比，测量结果相差不超过5%。

申请发明专利3项，论文30篇，申请制定计量检定规程和计量校准规范3项。

建立新一代高精度、扁平化的光谱辐射度计量定标平台，满足卫星与地面光谱辐射度尖端定标需求。

1.4电学量子与几何量计量基标准研制

研制量子电压相关基标准的核心大规模集成约瑟夫森结阵器件；

研制峰值10V、频率50Hz～400Hz的工频交流量子电压标准，研制便携免液氦型量子电压标准，研制量子功率基准；

研究纳米电路高频量子阻抗特性及测试系统；

研制X射线晶格比较仪标准装置，实现硅单晶晶格常数的定值及溯源，实现量值国际等效；

研究基于光频梳的新一代几何量计量基准，研制光频梳绝对测距装置。

研制量子基标准及测试系统所需芯片2种：

研制出集成规模大于1万个结的约瑟夫森结阵器件；

研制交流量子电压系统所需芯片。

研制基标准或测量装置6套：

①交流量子电压标准装置1套，峰值10V、频率50Hz～400Hz，不确定度5μV/V（k=1）；

②便携式免液氦维护型量子电压标准1套；

③400Hz有功量子功率基准装置1套，电压100V，电流5A，电压、电流及有功功率测量不确定度分别为：

0.001%（k=1）、0.001%（k=1）、0.002%（k=1）；

④量子阻抗零拍检波测试系统1套，频带范围GHz，可测量—110dBm微小信号；

⑤X射线晶格比较仪1套，测量不确定度：

5.0×

10—7（k=1）；

⑥基于光频梳的新一代几何量计量核心装置1套，测量不确定度10—7。

发表论文不少于20篇，申请专利/软件著作权不少于3项。

研制各种量子电压基标准所需的核心器件，系统化建设电学量子基标准体系，研究交流量子电压量值传递方法，研制便携式量子电压标准并推广其在工业、国防、军工、科研等领域的应用，实现对400Hz有功功率的精确测量。

建立X射线晶格比较仪国家计量标准装置，申请制定国家校准规范和国家标准，开展国际比对。

研制光频梳绝对测距大长度测量实验装置，提升大长度计量能力。

1.5气相分子化学反应精确操控与精密测量系统

研发量子态分辨的冷原子分子束源装置，研究冷分子离子的精确操控技术，精确测量极低温下的基元离子—分子反应速率；

研发高精度、高分辨的光谱和质谱技术，精确测量关键化合物和反应物的分子键能；

研制高精准定性定量能力的光谱质谱系统，实施靶向的气相离子/分子合成，精密测量功能分子结构及活性；

研制存储超大离子的离子阱、离子信号无损探测系统，研究离子阱内生物大分子精确操控、激光解离和结构精确鉴定技术。

极低温量子态选择的基元离子—分子化学反应实验装置1套，离子分子束源温度低于6K。

化学键能精密测量装置1套，实验获得5个以上重要分子的精确键能的测量数据，键能的精度超越化学精度（<

1kcal/mol）。

光谱质谱分析系统1套，质荷比测量范围10～2000amu。

基于紫外激光—质谱技术的生物大分子结构精确测量系统1套。

离子阱检测最大质荷比30000Th；

质量分辨率大于等于30000；

实现激光器对质量大于等于29KDa大分子的解离，序列覆盖率优于60%。

发表SCI论文30篇以上，申请发明专利20项以上。

形成气相分子化学反应精确操控与精密测量研究基地。

2新领域计量标准

2.1先进制造中关键参量的计量标准和溯源技术研究

研究以光学频率梳等前沿技术的面形测量方法和高精度面形轮廓标准装置；

研制混合式角度标准装置，研究宽带实时角度发生及同步比较技术、混合动态测角与溯源技术；

研究晶圆标准片计量技术，研制校准装置实现集成电路线上测量仪器直接校准；

研制针尖增强拉曼光谱仪，研究纳米材料微区拉曼准确测量与溯源技术；

实现相关参量的国内量值统一及溯源，参与国际比对，满足量值国际等效性。

研制装置4套：

非球面面形轮廓标准测量装置1套，面形轮廓测量标准不确定度：

0.2μm（球面或非球面）；

混合式角度计量标准装置1套，0°

/s～100°

/s范围内角度示值误差：

0.2″，100°

/s～200°

0.5″，200°

/s～300°

1.0″；

晶圆标准片校准装置1台，测量不确定度小于4nm（k=1）；

针尖增强拉曼光谱测量装置1台，拉曼空间分辨力80nm，拉曼光谱分辨力2cm—1。

发表文章10篇，申请发明专利3项。

2.2精密制造中的补偿和测量关键技术研究

研究干涉测量中的气体折射率高精度测量与误差补偿技术，研制气体折射率高精度测量仪器；

研究散斑数字比较全息测量技术，研制相关仪器装置，实现精密制造中表面形貌和形变的高精度无损动态、高效测量；

研究微纳三维动态位移（测头）校准装置，形成主轴及测头的动静态参数综合计量系统；

研究自支撑薄膜标准溯源技术，实现微膜非接触式高精度测量，建立国家微膜计量标准测量装置，满足微电子半导体、新能源及精密机械等先进制造的溯源和科研需求。

1.研制测量装置6套：

气体折射率测量仪1套，折射率测量相对不确定度2×

10—8（k=2）；

可用于双频激光干涉仪的新型波长跟踪器2套，长时间稳定性（24小时）优于10—7；

散斑数字比较全息测量装置和算法软件1套，工作波长532nm，测量不确定度0.1微米，视野范围10×

10厘米；

建立高速主轴动静态参数计量标准装置1台，实现额定转速下的动态参数测量不确定度（线值）优于80μm（k=2）；

结合三维动态位移（测头）校准装置，形成主轴及测头的动静态参数综合计量平台，全面评价整机质量；

自支撑薄膜厚度计量标准装置1台，测量范围：

（10～100）μm，测量不确定度：

（0.5+0.03H）μm。

发表论文12～20篇，申请专利/软件著作权4～8项。

申请制定计量检定规程和计量校准规范4项以上，研究成果在精密制造现场应用。

2.3航天空间关键计量标准及溯源技术研究

研究建立空间标准太阳电池计量标准装置、模拟空间太阳光源和测量装置及其溯源技术；

研究建立带电粒子水吸收剂量和光子硅吸收剂量标准装置和溯源技术，研究固体剂量计空间辐射累积剂量测量方法；

研究建立（0.5～300）keV单能X射线标准装置；

研究建立基于长寿命α核素和β核素的活度计量标准装置和量值溯源技术；

研究注量、水吸收剂量等导出量的复现新技术并建立计量基准。

研制基标准测量装置9套，标准器2套：

建立空间标准太阳电池量子效率和短路电流计量标准装置1套，短路电流不确定度优于1.2%（k=2）；

建立IV特性测量装置1套，模拟光源辐照不均匀度和不稳定度优于2.0%（k=2）；

建立固体核径迹探测测量装置、Co—60γ射线硅吸收剂量标准装置、质子水吸收剂量标准装置共3套，不确定度分别优于10%、5%和2%（k=1）；

建立（0.5～300）keV单能X射线标准装置1套，X射线光子数测量不确定度好于5%@10keV；

研制基于长寿命α核素和β核素的标准器2套，年稳定性好于3%；

研制活度测量装置2套，标准不确定度好于1.5%；

研制热中子注量基准装置1套，均匀性好于0.8%。

参加国际比对3项，发表论文26篇，申请发明专利5项。

申请制定计量检定规程和计量校准规范4项。

建立太空环境下太阳电池翼的计量平台。

发布航天相关电离辐射基本物理参数。

2.4海洋声探测关键计量标准及溯源技术研究

研究常压、高静水压下水声声压量值复现新方法并建立校准装置；

研究有限空间内校准频率拓展技术，减小不确定度水平；

研究水声换能器辐射声场与水声材料参数测量方法，研究船舶水下辐射噪声测量技术。

研究海水密度与声速测量，建立静力式离线、在线海水密度计计量标准，建立温度压力范围宽广的海水密度与声速测量装置，研究极端条件对海水密度与声速的影响。

研究以海流计、多波束声纳等为代表的声探测设备校准技术，建立水流速计量体系，解决多普勒海流计的溯源问题。

建立计量基标准装置7套：

建立常压下水听器校准装置，包括互易法与光学法装置各1套，覆盖频率范围20Hz～500kHz，不确定度优于0.7dB（k=2）；

建立高静水压下水听器校准装置，压力上限10MPa，频率范围10kHz～100kHz，不确定度优于1.0dB（k=2）；

建立水声材料参数测量装置，200Hz～2kHz频率范围内回声降低和插入损失的测量不确定度不大于1.5dB（k=2）；

建立在线与离线海水密度计量标准装置，标准不确定度分别为3×

10—6和0.3分度；

建立范围宽广的海水声速测量装置，温度273K至350K，压力高至30MPa，包括直接测量标准装置1套，标准不确定度优于0.01%，直接测量的海水声速仪校准装置1套，相对标准不确定度优于0.05%；

针对多普勒海流计，建立海流计校准装置，流速范围（0.01～3）m/s，不确定度优于（0.1%+2mm/s），进一步开展多普勒海流计的现场校准。

发表文章20篇，申报发明专利4项。

2.5医学与健康计量关键技术研究

研制呼吸、血氧、血透等人体关键生理参数计量校准基站，建设相关平台；

研究骨质疏松诊断设备计量溯源及中国人群骨密度数据库建立的质量保证和标准化；

研究动态、融合类图像质量计量溯源方法和MRI比吸收率计量方法；

研究前沿医用光学技术关键参数计量方法，优化改进医用光学/工程光学已研制计量装置；

研制高空间分辨共焦拉曼光谱仪样机、拉曼成像参数标准装置；

研究癫痫等神经系统脑疾病精确诊断和个性化治疗的关键技术及标准化流程；

研制标准水听器和耐高声强水听器，建立相应测量系统，研制基于热释电效应超声测温系统。

1.研制医疗设备质量检测的计量标准装置15台套，提升现有工作基准1套：

呼吸机测试仪校准基站：

静态压力（0～100）kPa，最大允差±

0.01kPa；

血透机检测仪校准基站，电导率（10～20）mS/cm，误差±

0.05mS/cm；

血氧饱和度模拟仪校准基站：

相对标准偏差1%～2%；

研制输液泵分析仪、婴儿培养箱分析仪、生命体征和电生理校准基站；

建立骨质疏松诊断设备计量标准装置，骨密度范围0.5g/cm3～2.0g/cm3，建立3万样本量中国人群骨密度数据平台；

研制PET—CT图像计量学评价标准装置：

低对比度分辨力≤0.5%；

研制多模态通用动态图像检测模体：

位移分辨力≤0.5mm；

研制MRI系统SAR值测量装置：

动态范围10μW/g～1000W/kg；

研制眼科OCT计量标准装置、综合验光仪在线检测装置、小顶焦度检测装置；

提升角膜曲率计工作基准；

研制拉曼光谱成像参数校准装置、氧气透过率标准膜。

2.研发基于306通道脑磁图、256通道脑电图的自动源定位系统，定位精度毫米级，并研制对神经系统脑病甄别、发作检测、术前评估系统；

建立误差≤3ms脑电—神经调控同步治疗平台。

3.研制高空间分辨共焦拉曼光谱仪样机，拉曼光谱分辨力0.5cm—1，空间分辨力0.7μm。

4.研制标准水听器和耐高声强水听器，建立相应测量系统：

频率0.5MHz～15MHz，声压1kPa～5MPa，温度系数0.2dB/℃；

研制基于热释电效应超声测温系统：

温度20℃～60℃，分辨率2℃。

5.发表被SCI检索论文14篇，EI检索论文18篇；

申请制定计量检定规程和计量校准规范7项；

申请发明专利5项；

培养博士6人，硕士16人。

3高准确度标准物质和量值传递扁平化技术

3.1重点领域急需化学成分量标准物质研究

针对大众健康、环境监测、绿色制造、安全生产等国家战略需求，开展食品、消费品、环境、矿产资源、安全防护等领域急需的典型有机污染物（真菌毒素类、全氟化合物、溴化阻燃剂等）、无机污染物（重金属、元素形态）、监测用气体等系列标准物质研制；

开展具有计量溯源性的高准确度标准物质定值技术、标准物质制备及分离技术研究，满足纯物质、溶液、复杂基质中化学成份量溯源需求；

并通过参加/组织国际计量比对，实现国际互认。

标准物质：

具有计量溯源性的国家级标准物质305种。

不确定度指标：

纯物质≤1%，溶液≤1%～5%，基体物质≤10%～20%；

混合气体≤1%～5%，零点气体≤10%～20%，包括：

①食品污染物、抗生素、元素形态等14种；

②食品真菌毒素15种；

③生产安全：

新型混合气体及零空气12种；

活性炭管及滤膜13种；

④环境及水质38种；

⑤塑料皮革等23种；

⑥农业领域50种；

⑦新型矿产71种；

⑧海洋监测69种。

高准确度定值关键技术及方法40种。

CMC核心测量能力：

17项。

参加/组织国际计量比对或能力验证8次。

发表科技论文40篇，其中SCI论文10篇。

申请发明专利3项。

有关说明：

每个项目下设任务（课题）数不超过6个，项目所含单位数不超过30个。

3.2大数据下新型电磁计量标准的研究

通过智能电能表在线电能计量大数据，研究电能表集群式在线电能计量标准，研究智能电表软件型式评价方法，建立计量溯源体系，解决在用智能电表计量准确性及可靠性评价需求；

研究典型复杂用电工况下的计量传感、校准方法以及计量装置；

研究电动汽车充换电模式下动态负荷电能计量标准和电能现场校准技术，实现交直流充电桩（机）整体现场检定；

建立超低频交流电压及阻抗标准，解决新型大容量在线储能电池及电动汽车动力电池关键性能参数溯源。

建立电磁计量标准或装置7套：

建立电能计量大数据计算数据库，形成电能表集群式在线电能计量检定系统，在用智能电表计量准确率（万台级）不低于95%；

建立35kV级配电线路单相高压谐波功率计量标准装置，1～20次谐波有功功率测量不确定度0.02%～0.2%（k=2），10kV配电网电量在线测量不确定度0.2%～1%（k=2）；

建立动态负荷电能计量标准装置，交流动态有功电能测量不确定度：

0.01%（k=2）；

建立交流充电桩现场检定装置，有功电能测量不确定度：

0.02%（k=2）；

建立直流充电机现场检定装置，直流电能测量不确定度：

建立100mHz超低频电压标准装置，测量不确定度达到5×

10—4（k=2）。

申请制定计量检定规程和计量校准规范8项。

发表SCI或EI检索论文20篇，申请专利/软件著作10项。

主导或参加国际比对2项。

建立在用智能电表可靠性评估体系，形成智能电能表软件型式评价系统。

建立复杂用电工况下电量的量值溯