讓數字說話

譯 / 商嫣然

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讓數字說話

譯 / 商嫣然

精確嚴密的測量結果及其所關聯的標準，是日常生活中貿易、商業、技術的基礎。

某種程度上說，計量讓這個世界正常運轉。

度量衡的科學是一切的基礎——它可以測量地球旋轉需要多長時間，從精確計算時間到確保國際貿易協定的公平都少不了它們。

加拿大首席計量學家、加拿大國家研究委員會（National Research Council of Canada，NRC）計量科學與標準總經理Alan Steele認為，計量人員進行測量時必須是非常精確的。

目前最好的時鐘可以做到在整個宇宙壽命范圍內時間誤差小于1秒。同時，溫度和力的測量已經精確到基準值的百萬分之一，而長度和電的測量則已達到十億分之一的水平。

作為加拿大官方計量院，NRC涵蓋“與最高級別測量系統的基本單位實現有關的所有內容”Steele說。

NRC負責加拿大官方時間，并持有國家標準千克數的樣本——一個小型鉑銥金屬柱。該機構持有的計量樣本還包括公共用電測量、在癌癥治療中的校準技術、用于有機物和環境檢測中的化學指標。

計量與一些國際標準化組織（如ASTM）的工作有千絲萬縷的聯系，支撐如建立質量基礎設施等關鍵工作，Steele說：“一個基于過程的組織，如ASTM的標準研發工作，與為確保一切都是精確測量的工作之間有著天然的聯系。”

國際貿易

共同的、一致的測量標準，簡化了國際貿易，降低了成本。

“計量的統一成為國際貿易框架結構的一部分，”Steele說。計量對于交易來說是必須的，因為“你買的東西幾乎永遠都有一個數量。”

標準和精確的測量提供了一個“公平的證據，”他說，“你希望知道所得與付出是否對等。”

基于可靠的計量所制定出的標準也使零件具有了互用性，例如空客A380就是用許多不同國家的零部件組裝而成的噴氣式飛機。

Steele說：“如果測量系統不是被所有國家認可，這項工作就不可能完成”。

調制方式為SVPWM時能量回饋裝置上、下橋臂的輸出是互補的。其中VF1和VF4這一對橋臂的上、下橋臂DSP輸出驅動波形如圖6(a)所示,可以看出其頻率為50 Hz,邏輯高電平為3.3 V。載波頻率10 kHz。上、下橋臂互補輸出,死區時間0.5 μs。該波形圖放大后如圖6(b)所示。

日常生活

Steele說，計量也支撐著人們的一些日常行為。舉例來說，統一的重量測量確保超市購物者為肉類和蔬菜支付合理的價格。測量對生活質量來說十分重要，如強制性的環境測試，可以確保水是干凈的飲品。

在醫療保健領域，測量精度的提高和線性加速器的校準提高了癌癥臨床治療的成功率。

“當我們能夠使用更為精確的輻射量為患者進行放療時，生存率將大大提升，”Steele說，“太大的輻射量，將殺死健康的細胞，使病人因輻射中毒而死。但如果給的輻射量太少，又不足以殺死癌細胞，癌癥將會占上風。”

另一個常見的例子是準確的時間測量。精確的時間不僅能幫助人們按照嚴格的時間表工作，還使一些有價值的技術付諸實際，如在智能手機上進行位置跟蹤的全球定位系統（GPS）。

“如果時間信號不好的話，這一系統將停止運行。”Steele說。

GPS依賴于一系列的衛星，它們攜帶著彼此同步的原子鐘，并將信號同步到地面上的原子鐘。一個GPS系統的設備接收來自幾個衛星在不同的已知軌道位置的時間信號，利用各個衛星距離差造成的微小的時間差來確定其在地球上的具體位置。

國際合作

作為鄰國和貿易伙伴，加拿大和美國在計量上有很好的合作。NRC與美國國家標準與技術研究所（NIST）合作密切，且來自兩國的專家都參加了ASTM的工作。

“我們的科研人員在過去幾年中進行過多次交流訪問，交流物理測量技術方面的知識。最近，這兩家實驗室為提高化學計量的水平和質量已開展密切的合作。”Steele說，“我們經常有共同的看法。”

來自兩國的專家們基于瓦特天平測量，來確定所謂的“普朗克常數”，并將在2018年用來重新定義千克。

目前，SI的質量單位是由一個小鉑銥金屬柱規定的。Steele說：“我們將把最后一種作為質量定義的人造物在國際單位體系中排除掉。”

Olthoff說，新的基于物理的定義將依賴于普朗克常數（來自量子力學），連接能量和光子振蕩頻率。NIST和NRC合作進行瓦特天平實驗，以及一些普及活動，準備重新定義質量。

同樣在2018年，安培（電流）、開爾文（溫度）、摩爾（物質的量）將在度量衡大會——關于計量的國際大會上予以更新。

準備實現這一變化已經成為NRC工作的一大重點，NRC參與了國際度量衡局組織的許多科學和技術委員會，這個1875年成立的條約組織為成員國政府提供與計量單位有關的相關事宜。

Steele說，“我們有很多事情要做，坦率地說，我們十分努力地為世界上最難的測量問題而工作。我們必須確保我們知道這些常量的值，這樣當我們在2018年做出轉變時，才不會讓人感到突兀。商務和貿易不會中斷，科學家也將繼續他們的工作，以提高測量技術，反過來，也會增進我們對周圍世界的理解。”

（原文標題：By the Numbers，作者：ADMA BENDER，譯自ASTM官網）