红外遥感定标与计量技术联合实验室简介

红外遥感定标与计量技术联合实验室简介

在气候变化监测对“基准卫星”和气象预报对”风云气象卫星”红外遥感载荷高定量化的重大需求牵引下，中科院上海技物所与中国计量科学研究院就红外遥感定标与计量技术开展了大量的合作研究，取得了重要研究成果。依托上海技物所在红外遥感载荷技术和人才培养，以及计量院在计量技术和国际合作等优势，双方建立了“战略合作伙伴关系”和成立了“红外遥感定标与计量技术联合实验室”（简称“联合实验室”）。

联合实验室主要围绕红外物理与计量基础前沿科学、红外探测元器件技术、红外遥感计量技术和标准制定、新型红外遥感载荷定标技术等相关领域，以科技部重点研发计划项目“红外发射谱段基准载荷技术研究”为切入点，针对红外遥感载荷定标等领域的重大基础性、共性科学问题和关键技术，开展创新性研究和国际合作。其目标是取得重要原创性成果，进一步提升我国在红外物理和遥感技术方面的研发水平，为国家安全、经济社会持续协调发展提供科技支撑。

联合实验室已经与2018年9月5日在中国科学院和市场监管总局部门领导的见证下挂牌成立。联合实验室的各项工作在有条不紊的推进，于2019年5月份召开联合实验室学术委员会第一次学术会议。

微波频率标准（喷泉钟）实验室

“时间”是目前准确度最高、应用最广的物理量，时间单位“秒”是国际单位制7个基本单位中最准确和最基础的，同时在卫星导航、通信、金融贸易中有着重要的应用。目前，秒是定义在铯原子基态能级跃迁频率上，铯原子喷泉钟是复现秒定义的实验装置。微波频率标准实验室的主要职责是研制、维护和运行铯原子喷泉钟复现秒长。目前的NIM5喷泉钟是国家秒长计量基准，B类不确定度达到0.9E-15，自2014年起开始向国际计量局报数，参与驾驭产生国际原子时，并于2016年获国家科技进步一等奖。NIM6铯喷泉钟初步评定B类不确定度达到0.6E-15，且有望进一步提高并达到世界领先水平。本实验室还从事时频新技术的研究,包括超稳微波源，提升喷泉钟的稳定度，以及光纤高精度微波频率传递，通过光纤链路为科研、*和经济发展提供仪器校准时间频率溯源支持。

热力学温度测量实验室

温度的准确测量事关科学研究、*安全、能源环境和民生健康等领域。传统温度测量的基本标尺依赖实物性质，制约了前沿科技的发展。采用玻尔兹曼常数重新定义温度单位，是温度计量史上最重大的变革之一。

圆柱声学法玻尔兹曼常数测量系统

实验室自2007年以来，提出了定程圆柱声学原级测温方法，通过系列关键技术创新，玻尔兹曼常数测定不确定度达到了2.0×10-6，为国际科技数据委员会（CODATA）玻尔兹曼常数的最终定值贡献权重。“温度单位重大变革关键技术研究”项目荣获2018年度国家科技进步一等奖。

“温度单位重大变革关键技术研究”项目荣获国家科技进步一等奖

当前，实验室以实施新的开尔文为背景，主要开展250 K-1358 K圆柱气体声学温度计基础研究，自主研制高温声学、微波传感技术，开展宽广温区的热力学温度测量研究，为国家重大工程第四代核反应堆堆芯温度的直接测量提供了解决方案，为*和航空航天等领域提供了温度溯源支持。

守时实验室

守时实验室的主要任务是建立和保持中国原子时标计量基准UTC(NIM)，参与国际原子时合作，开展时间频率测量传递技术研究。协调世界时（UTC）是由国际计量局主导的国际原子时合作产生的。全球共有八十多个守时实验室参与该项合作。近年来，中国计量科学研究院不断加强时间频率计量研究和基地建设，守时钟组逐渐扩充。目前，由13台氢原子钟和7台铯原子钟向国际计量局报数，已成为对协调世界时（UTC）贡献最大的几家机构之一。UTC(NIM)和UTC的偏差优于±5ns，处于国际先进水平。

光学频率标准实验室

锶原子光晶格钟是目前世界上最精准的原子钟之一，其系统频移的不确定度指标已经高出现行秒定义所采用的铯原子喷泉钟2个数量级，被认为是未来秒定义最有潜力的候选之一。

光学频率标准实验室从2007年开始研究锶原子光晶格钟，在2015年，锶光钟作为我国唯一的光钟，为国际计量局（BIPM）“二级秒定义”列表的数据定值提供源数据。2017年，实验室对原有锶光钟系统核心部件进行了优化改进，研制了秒稳定度达到3E-16的超稳激光系统，锶光钟分时自比对频率测量稳定度进入E-18量级，为新一代光频基准钟的研制提供了重要的技术基础，更为物理学基础前沿理论的发现和验证提供了新的可能。

重力基准实验室

重力基准实验室负责研究和建立国家重力计量基准，以绝对重力仪国际关键比对点为依托，以自主研制的光学干涉式和原子干涉式绝对重力仪为载体，建立国家自主可控的重力计量基标准体系，其测量不确定度优于1微伽（1×10-8米/秒2），达到国际领先水平。2015年，中国计量科学研究院重力基准实验室经过与欧洲先进国家计量院的激烈竞争，赢得了2017年第十届全球绝对重力仪国际比对（ICAG）的主办权。通过主办此次国际比对，使中国计量院的重力比对点和基准重力仪成功上升为全球重力基准点原点，不仅取得国际规则和标准的主导权，更将成为我国极其宝贵的战略资源。同时，实验室还积极开展技术服务和科技成果转化，成功服务“中国大陆科学钻探工程”和“中国大陆环境构造监测网络工程”等国家重大工程，满足*军事、资源勘探、大地测量、防震减灾和等领域的迫切需求。

芯片级量子计量标准与量子传感实验室

实验室成立于2018年，主要应对国际单位制量子化变革，聚焦芯片尺度量子计量标准和量子传感系统研制，开展量值传递扁平化关键技术研究。实验室致力于研究基于微型原子气室及硅基光子学器件的芯片计量标准、基于原子分子物理的量子传感技术以及相关微纳技术及工艺。未来将按照“关键技术攻关-核心部件微型化-系统集成”的科学发展路线，研制芯片原子钟等一系列芯片尺度、低功耗、可嵌入式计量标准和量子传感系统，为我国仪器仪表、高端制造、*安全、基础研究等领域提供直接溯源至国际单位制的校准和测量能力。

PM2.5检测校准实验室

PM2.5监测校准实验室围绕PM2.5/PM10开展计量标准和量值溯源技术研究。建立了我国PM2.5量值溯源体系的源头-----PM2.5质量浓度测量仪社会公用计量标准（U=6%，k=2）。首创研制出校准PM2.5/PM10监测仪用系列国家标准物质（U≤2.5%，k=2），解决了国际上切割器切割效率测量方法的溯源性问题，达到国际先进水平。负责起草了多项国家标准和计量技术法规，构建了我国环境空气颗粒物量值传递与溯源体系。实验室先后与中国环境监测总站和国家环境保护机动车污染控制与模拟重点实验室签订了战略合作协议，为环境空气颗粒物监测和移动源排放监测提供计量支撑。近年来，研究领域由传统的颗粒物质量浓度扩展到化学成分量，并针对监测仪器在线、现场校准的迫切需求开展研究，健全了国家环境监测量值溯源体系。

二维线纹工作基准实验室

实验室负责研究和建立国家二维线纹量值计量标准。建立了可直接溯源至米定义的国家二维线纹工作基准和二维光学标准器（掩膜板）量值溯源体系，测量范围达到300mm×300mm，测量不确定度最高可达100纳米（1×10-7米），达到国际先进水平。该工作基准的建立，成功解决了我国集成电路、液晶显示制造中的超精密掩膜测量难题，改变了我国作为全球最大的集成电路市场、量值溯源至国外并受制于人的现状。实验室积极开展技术服务和科技成果转化，为国内制造超大液晶屏掩膜板的最大厂家深圳清溢有限公司解决量值溯源；为航天制造企业研制卫星用的标准件专用测试设备，保障了*工业对精密测量的需求。

80m长度标准实验室

实验室致力于研究、建立维护我国大长度计量校准，进行大长度量值传递。实验室建立了“室内80m长度标准装置”。该装置为国内最长、精度最高的大长度标准装置，实现了测量范围80m，测量不确定度0.07um+0.07×10-6L (k=2)，达到国际先进水平。该装置主要用于我国标准钢卷尺、测距仪、工业全站仪、激光干涉仪、激光跟踪仪工业现场测量仪器的检定校准工作，并且支撑大尺寸测量新兴技术研究和新型测量仪器的精度验证。实验室的研究成果为是为火箭大型部件结构参数测量、卫星天线面型参数的高准确度测量、交会对接姿态测量、国产大客机装配测量、核电站核燃料筒测量等领域的量值准确可靠起到关键保障作用。

低温光辐射实验室

实验室致力于研究、建立与保存我国最高精度的光辐射功率溯源源头-低温辐射计基准，实现了350nm2350nm波段范围内激光/连续谱的高精度光辐射功率测量，最佳测量不确定度达到Urel=0.02%（k=2）。实验室在探测器量子效率模型与功率标准探测器研制方面也已取得多项科技成果，并已参与研究我国空间辐射基准的地面定标问题。实验室在为地球观测、卫星遥感、环境变化、工业监测等多个领域的高精度光辐射溯源需求问题提供有力支撑。

光学特性测量与分析实验室

光学特性测量与分析实验室于2018完成一期建设，是中国计量科学研究院最新建立的一批科研重点实验室之一。实验室基于国际上目前最先进的宽光谱连续可调谐激光系统（波长范围190~4000nm）开展：光学特性测量分析研究（面向海洋开发、环境、半导体以及光电子材料等）；光学遥感辐射定标关键技术研究（面向空间成像载荷辐射校正、辐射定标装备等）；三维目标空间光谱反射分布特性研究（建立目标形貌、光谱特征识别测量装置和技术等）；智能识别关键技术研究（面向人工智能前端目标探测与识别装备性能的校准、量传、测试技术等）；太阳电池差分光谱响应度。

量子器件实验室

计量院量子器件室的职责是研制具有自主知识产权的计量用核心芯片，实现独立自主的基标准体系源头，从而支撑现代计量基标准，提升我国在计量领域的核心竞争力。截至目前，我室已在量子电阻、量子电压、毫米波功率基标准所需核心芯片的研制工作上取得突破。成功研制 1V 量子电压所需集成约瑟夫森结阵芯片，实现 40 万约瑟夫森结集成，使我国成为继美、日、德后第四个具有此能力的国家。成功研制可用于量子化霍尔电阻国家基准及低磁场量子电阻自然基准的单个量子化霍尔芯片。成功研制 1 kΩ 和 10 kΩ 量子化霍尔阵列芯片。在国际上首次实现 WR-6 毫米波功率基准用原创芯片，用于基准装置及出口美国NIST基准系统。目前及未来研究工作包括：用于单光子及X射线能谱计量基标准的超导边沿探测器（TES）芯片、TES读出电路芯片、RF波段交流量子电压器件、计量用传感器件等。

计算电容实验室

电容是电磁计量中重要的物理量，电容单位法拉（F）是国际单位制（SI）中重要导出单位。计算电容是交流阻抗量值溯源的源头，是目前电磁计量领域中除量子电压、量子电阻之外具有最高准确度水平的基准装置。计算电容实验室负责建立并维护电磁计量领域中的电容基准，2017年建立了以电补偿为标志的新一代立式可动屏蔽型计算电容装置，其复现电容单位法拉的测量标准不确定度为1.0×10-8，超越了国际同类装置，达到国际领先水平。本实验室采用新一代计算电容装置参加了国际电磁咨询委员会（CCEM）组织的电容关键比对（CCEM.K4-2017）。2018年12月国际计量局公布的国际关键比对数据表明，在由国际计量局主导，中、美、英、德、瑞、俄、澳7国国家计量院参加的电容关键比对中，中国计量院基于新一代计算电容复现电容量值不确定度水平、与参考值接近程度全面领先，，并取得国际互认。

能量天平实验室

2018年11月，国际计量大会通过决议，对千克等四个基本单位进行重新定义。其中，最后一个以实物为基准的基本单位-千克将采用普朗克常数进行重新定义。能量天平实验室的主要职责是研究、建立和维护我国的千克单位复现装置-能量天平试验装置。目前我国的NIM-2能量天平装置的A类不确定度已经达到5×10-8（k=1），为最终建成我国独立复现千克单位的基准装置打下了坚实的基础。2019年9月-2020年4月，国际计量局将组织千克单位复现方法的关键比对，以考察各个国家的千克单位复现装置的一致性，NIM-2能量天平装置将代表我国参加此次比对。能量天平项目的研究依托于电学量子基准实验室，电学量子室还承担着约瑟夫森量子电压基准和量子化霍尔电阻基准两项国家基准的研制、运行维护和量传工作。这两项基准也为能量天平项目的研究提供了重要的技术支撑。

纳米计量实验室

纳米计量实验室的主要职责是在微纳尺度研制我国的计量基标准装置，并建立纳米计量量值溯源与传递体系，统一全国微纳量值，实现量值的国际等效互认。实验室共建立有1项国家基准和10项社会公用计量标准，成功研制的大范围计量型纳米测量机、计量型原子力显微镜与计量型扫描电子显微镜等计量标准装置，从无到有的建立了我国纳米几何量值的量值源头。通过合作，成功研制并获批了多种纳米台阶与纳米栅格国家一级标准物质，填补了我国纳米几何结构标准物质的空白。为满足以集成电路产业为代表的先进制造业的需求，实验室形成了基于深紫外光学、电子束扫描与探针扫描的线宽计量能力，并正在开展晶圆标准片校准方法、薄膜材料微观结构测量技术与纳米材料微区成分和结构的拉曼测量和计量技术研究。随着SI单位的重新定义，新一代基于硅晶格常数的纳米量值传递体系正在建立。

微波参数实验室

微波毫米波计量实验室主要从事微波毫米波频段功率，衰减、散射参数、噪声及材料参数等计量基标准研制及计量技术研究。实验室建成有完善的微波毫米波计量基标准和量值溯源体系，技术指标均达到国际先进水平。研究成果不仅为国内无线电工业提供基础技术支撑，还广泛服务于*、通信电子等产业领域，还分别为美国和新加坡国家计量院建立了微波功率基准。此外，实验室基于片上计量技术和近场微波显微技术，分别开展了电子芯片计量及材料微纳尺度特性计量等前沿领域研究。

电磁兼容（EMC）实验室

电磁兼容（EMC）实验室2009年建成并投入使用，实验室包含一间10米法半电波暗室和一间3米法全电波暗室，以及配套的各种设备，能够提供一个完整的无电磁波反射的测试环境，可以对计量器具、电子产品、汽车整车等开展各种电磁兼容测试。建成以来为我院电磁兼容、无线通信、天线等课题的研究提供了完备的测试环境和先进的测试设备。现在正在支持5G阵列天线空口测试，复杂信道模拟等前沿5G通信课题的研究。

声学实验室

声学实验室负责研究建立声学与仪器领域的计量基标准装置，依据声传播介质分为水声消声实验室和空气声消声实验室。水声消声实验室可实现基于激光干涉法的水听器绝对校准，将水声声压通过激光波长溯源至SI单位，用于声压量值的扁平化传递。目前，在(25 ~ 500) kHz频率范围内，水听器声压灵敏度校准的不确定度优于0.6 dB (k=2)，达到国际先进水平。空气声消声实验室净尺寸14.0m×11.4m×8.8m，低频截止频率40 Hz，背景噪声低至-2.4 dBA，可提供目前国内最大的自由声场空间。每年开展多项校准测试任务，如：传声器自由场校准、小型声学设备的辐射功率及声谱分析、多目标噪声源定位校准、助听器降噪、中国民族乐器录音等，有效支撑了我国声学计量测试技术的发展与应用。

眼科光学实验室

眼科光学实验室负责研究建立眼科光学与仪器领域的计量基标准装置，涉及眼镜镜片、隐形眼镜、人工晶体、眼科诊疗设备、个人眼部防护用品等多个研究方向。秉持“研制计量标准、转化科研成果、完善技术法规、建立量传体系”的工作思路，陆续建立了国家顶焦度基准、验光仪工作基准等6项计量基标准，负责起草了1项国际标准和20余项国家标准及计量技术法规，形成了具有中国特色的眼科光学量值传递与溯源体系。近年来，研究领域已从传统的验光配镜计量研究扩展到先进眼科诊疗设备，新研制了综合验光仪检测装置、眼压计检测标准、视觉阈值检测装置、人工晶体检测标准等。多项成果助力ISO国际标准的制修订。科研成果在保护消费者视力健康、推动眼科仪器行业技术进步等方面做出重要贡献。

医用加速器实验室

放射治疗是癌症的三种治疗方法之一，医用加速器输出剂量的准确是保证癌症治疗效果的关键。2015年我院建立医用加速器实验室，复现光子水吸收剂量的合成标准不确定度0.35%，2017年完成与国际计量局的关键比对，取得了国际等效和互认，达到国际先进水平，获得2018年计量测试学会一等奖。通过组织肿瘤医院和部分省计量院联合攻关，验证了放疗剂量量传能力和现场校准方法，医用加速器光子水吸收剂量量值体系的建立，有效支撑了我国精确放疗技术的发展和应用。

红外遥感定标与计量技术联合实验室

红外遥感定标与计量技术联合实验室由中国计量科学研究院与中国科学院上海技术物理研究所联合成立，实验室围绕红外遥感载荷发射前的实验室定标、发射后的空间在轨定标和外场定标的各个环节，开展大量的计量器和溯源方法的研究工作。建立了我国真空低背景红外高光谱亮温标准装置（温度范围：125K-500K，波长范围3-100微米），为风云气象三号、四号卫星，高分5号卫星，资源和海洋卫星红外遥感载荷开展了大量的计量校准服务，支撑了我国航天遥感技术高定量化的发展。实验室承担了风云三号05星高光谱大气成像仪、中分辨光谱仪等在内的多个型号任务的空间黑体辐射源的研制，保证了我国高定量化红外载荷的高精度的定标要求。

质谱研发实验室

质谱研发实验室专注于质谱仪器技术研发和推广，技术实力国内领先。2003年开始，国内率先突破了小型质谱仪关键共性技术与整机研制，打破国外垄断，扭转了长期以来质谱仪难以国产化的局面，实现了成果转化；提出一系列离子精确操控技术，研制出灵敏度指标国际领先的超痕量质谱装置，检出限优于0.5×10-15克，在纯物质纯度测量的国际核心关键比对中取得国际等效；建立开放式质谱技术研发与应用平台，为计量、生命和物质科学创新，国产质谱仪产品研发，以及*与航天系统重点装备研制提供了关键技术支撑。获2010和2017年度国家科技进步二等奖。

大扭矩实验室

扭矩是改变物体旋转运动状态的物理参数。大扭矩实验室开展高准确度大扭矩溯源关键技术研究，攻克了以静压空气轴承为支撑的静重式大扭矩标准的核心技术，建立了综合技术指标处于国际领先的20 kNm大扭矩标准装置，形成100Nm~24kNm高准确度扭矩校准能力，相对不确定度为2E-5（k=2）。装置建成后服务于高铁、船舶、风电、水利等行业，能够对动力装置的主轴强度测试，功率输出测试、结构疲劳测试以及反馈控制测量中的扭矩量测量提供溯源。包括但不限于高速列车减速齿轮组主轴强度测试、大型船舶舵机控制与推进装置测试、风电机组主轴强度校核与功率负载测试等，为我国高端制造业提供有利技术支撑。

流量实验室

气体流量是能源贸易结算、环境监测等诸多领域中的关键参数，其测量不确定度直接影响贸易公平和环境保护。气体流量基准装置是流量量值的源头，流量计是流量量值传递的载体。我院建有气体流量基准、标准装置，并对临界流文丘里喷嘴等流量计的计量性能开展系统研究，形成了完整的气体流量量值传递体系。相关装置多次参与国际关键比对，均获得等效，保证了我国气体流量量值的国际等效，国内统一。相关研究成果直接服务于航天、航空及能源等领域，满足高准确度气体流量量值的溯源需求。

衡器实验室

衡器实验室是我国唯一授权的执行国际法制计量组织证书制度（OIML-CS）的多边及中德、中英、中荷和中瑞政府签署的双边互认协议的衡器型式评价实验室，2018年全球率先通过了OIML-CS下的国际同行评审，承担着高准确度衡器测量技术的研究任务，取得了10余项发明专利和软件著作权，获得了省部级多项奖励，所研制的型式评价科研设备在全国多个省市得到推广。自2008年至今已进行各类衡器型式评价试验任务800余项，实现了几十家国内外衡器企业高端产品的互认需求，践行了“一次测试、一张证书、全球互认”的目标。

核磁共振实验室

实验室主要开展定量核磁溯源性的研究及溯源体系的建立，有机纯物质国际比对中定量核磁高准确定值方法研究，复杂有机化合物液相色谱-核磁共振法（HPLC-qNMR）准确定值技术研究与应用等。已完成140余种标准物质的定值包括有机大分子肽、蛋白质等；参加近年CCQM所有的有机物纯度国际比对，均取得国际等效和互认，达到国际先进水平。同时参加CCQM组织的定量核磁方法研究比对: CCQM-P150与 CCQM-P150b等，达到国际先进水平。本实验室还与BIPM开展国际交流与合作，共同主导国际比对。为建立我国有机化合物测量溯源体系和提升准确测量能力奠定了重要的技术基础。

细胞计量实验室

检测人员在做细胞分析时，面临诸多苦恼：医院血常规白细胞五分类计数，人工镜检结果的不确定度15%且费时费力；判断肉蛋乳中是否存在沙门氏菌污染，通常需要90小时；检测过程中极其缺乏标准物质等等。针对这些和我们的生活息息相关的细胞测量问题，细胞计量实验室开展了深入的细胞含量与表型计量研究。建立了不确定度低于9%的显微流式白细胞分型计数计量新方法；建立了快速准确的沙门氏菌活菌的流式定量方法；建立了具有自主知识产权的水和奶粉中大肠杆菌等活菌计数标准物质、T细胞分化抗原CD4+计数标准物质的制备和定值技术。有力支撑了我国临床检验、食品与环境等领域细胞测量的量值溯源和准确可比。并主导水中大肠杆菌定量的CCQM和APMP比对各1项，在国际上争取了话语权。