流速是水文观测的基本要素之一,准确测量流速对于水利工程、生态环境、防汛抗灾、军事行动等都有着极其重要的作用。因此流速测量已成为气象、水文、环境等多个领域的研究重点。为保证流速测量结果的准确一致,需对现有流速测量设备建立完善的计量检定体系。目前国内外通用的流速仪检定设备为直线静水水槽和检定车,然而该设备体积庞大、建造及维护成本高,且可用设备数量较少,导致目前转子式流速仪的计量检定工作效率较低且费用较高。因此,有必要研制一种基于环形水槽的流速标准装置,为小型转子式流速仪提供检定服务。首先,进行了装置的总体设计和协同优化。对比分析了国内外现有流速检定设备的基本参数及存在的问题,提出了研制一套小型轻便式流速标准装置的必要性,并明确了装置的设计目标和技术参数;根据标准装置的功能需求设计了测控系统的工作流程,并运用SolidWorks三维建模工具设计了装置的概念模型;为提高装置的自动化程度,采用基于BP神经网络的数字图像识别方法自动识别被检仪器的示值。为实现标准装置设计方案的参数化,本文运用改进的多学科协同优化算法求解装置各学科设计变量的最优解。根据装置设计目标,分别建立了环形水槽几何参数、伺服系统运动参数和标准装置总体重量三个子学科的优化模型,求解并验证了优化结果的合理性,实现了标准装置的优化设计。其次,完成了标准装置硬件电路和检定软件的设计与实现。通过伺服驱动器工作模式设置和电平转换接口,实现了伺服电机的转速控制。运用RS-422串行通信总线技术和ADM3485接口芯片实现了编码器数据读取。运用三模式以太网MAC、GTP高速串行收发器等Xilinx IP核和88E1111 PHY芯片,实现了FPGA与上位机之间的高速以太网数据通信。运用面向对象的程序设计方法和多层架构模型完成了标准装置检定软件的设计与实现。软件具体的功能模块由C++程序设计语言实现,检定数据管理由SQL Server数据库实现。最后,通过融合灰色系统理论和不确定度评定方法,建立了适用于小样本且数据分布类型未知情况下的非统计不确定度评定模型,并将其运用到检定结果的不确定度评定中。选取一系列流速检定点进行实验,分别采用灰色系统方法、贝塞尔法、极差法、最大误差法计算检定结果的A类不确定度分量。通过对比分析证明了灰色系统理论在小样本数据测量不确定度评定问题中的可行性,并对标准装置B类不确定度分量的来源和评定方法进行了研究。