里德堡原子电场传感器的自校准性解析及测量不确定度评定

传统电场传感器需要标准场或更高准确度等级的传感器进行校准,而基于原子固有能级结构和光谱特征的里德堡原子电场测量可溯源至基本物理常数,量子传感自带校准功能。该文阐述了里德堡原子与外场相互作用的量子相干效应,说明了里德堡原子传感器的电场测量原理,并解析了其自校准性。基于所构建的针对低频电场的里德堡原子传感测量系统,分析了误差来源,定义和计算了各种不确定度分量,得到合成相对标准不确定度为3.885%;保守考虑,在大于或等于95.45%的包含概率下得到扩展不确定度为7.77%。在此过程中,明确了不确定度的主要影响因素并提出了减小其影响的建议。最后给出传感系统实测电磁诱导透明(EIT)光谱频移量与电场强度之间的拟合函数,拟合确定系数达到0.9969,验证了所构建的低频电场量子测量系统的准确性。

基于电极模态切换的半球谐振陀螺自校准方法

针对因受加工技术、加工条件以及外部环境因素等影响,半球谐振陀螺在力平衡模式下输出零偏稳定性及重复性变化较大的问题,提出一种基于模态切换的陀螺自校准方法。基于半球谐振陀螺二阶振动模态机理,建立理想状态下谐振子运动方程,并分析推导了谐振子在阻尼不均和频率裂解等非理想因素影响下的运动模型和参数控制方程。根据谐振陀螺输出漂移特性,提出了一种基于电极功能切换的半球谐振陀螺自校准方法。通过相关实验,分析比较了电极模态切换前后陀螺输出稳定性及重复性,实验结果表明,陀螺零偏稳定性提升1.8倍以上,陀螺零偏重复性提升90.5%,所提方法能有效估计及补偿陀螺漂移,提高半球谐振陀螺输出的稳定性和重复性。

一种基于频差自校准的高精度RC振荡器

提出了一种基于频差自校准的高精度RC振荡器。通过对PTAT高频环形振荡器时钟计数,得到RC振荡器和参考时钟的计数偏差。数字自校准电路通过电阻阵列校准参考电压,减小计数偏差,进而得到稳定的振荡频率。参考时钟仅在工作前校准,实际工作中不需要额外的参考时钟。该RC振荡器采用CSMC 0.18μm工艺,工作电压为1.8 V。仿真结果表明,该电路可以产生2 MHz的稳定振荡频率,整个系统的功耗为48.4μW,启动时间小于15μs。在-40~125℃温度范围内,振荡频率变化率小于±0.2%。在1.70~1.98 V供电电压范围内,振荡频率变化率小于±0.25%/V。

电压自校准的高精度多通道应变信号采集模块

针对现有应变采集设备存在采集精度低、测量范围窄、通道数较少、校准繁琐等问题,设计了一种具备电压自校准的高精度多通道应变信号采集模块,模块以高精度模拟调理转换电路为核心,结合电子线路噪声理论仿真与分析,由自校准电路对采集通道进行校准,通过补偿远端传输线的激励电压,实现了48通道大应变信号与差分电压信号的高精度测量。测试结果表明:应变信号测量范围可达±100000με,测量精度优于0.05%FS;电压信号测量范围可达±15 V,测量精度优于±(0.025%RD+500μV),准确度高,具备较好的稳定性和通用性。

火力发电厂现场总线压力变送器自校准方法

介绍了一种总线压力变送器自校准方法,该总线压力变送器内部增加了标准电阻集,电阻集的阻值由传感器探头发生形变时的阻值变化范围决定,自校准时通过选定标准电阻集中的相应电阻来对应压力基准,改变了压力变送器需要拆卸进行校准的传统模式,实现了火力发电厂现场总线压力变送器自校准,既保证了火力发电厂安全、可靠运行,又降低了压力仪表的运行维护成本。

压电加速度传感器电激励自校准方法研究

为解决加速度计难以实现定期校准、校准成本高、难以满足长期工作需求等问题,对带有驱动端口的压电加速度传感器的自校准方法进行了研究。利用振动台校准方法以及基于驱动压电元件的逆压电效应,通过对传感器驱动端口电激励可实现驱动压电元件的转换灵敏度测试,并实现加速度计的现场原位校准。将校准结果与振动台校准方法的校准结果进行对比,实验结果表明,在频率范围5~10000 Hz,自校准灵敏度结果与振动台灵敏度校准结果一致,误差在±2%以内,验证了该方法的有效性。

基于光纤光栅压力传感器的桥梁斜拉索索力自校准监测技术

为实现桥梁斜拉索索力的长期、准确监测,文章提出了一种基于光纤光栅压力传感器的索力自校准监测技术。该技术在压力传感器实时监测斜拉索索力的同时,还对斜拉索的振动行为进行实时监测,根据后者的数据,按照频率法再次计算斜拉索的索力,对传感器监测值进行复核,以达到斜拉索索力自校准监测的目的。实例桥梁监测效果表明,这两种方法均可准确地获得斜拉索索力,两者的结果相对误差≤3.47%,且相对于桥梁第三期压重布置完成后各斜拉索理论索力值,压力传感器测试法和振动频率测试法计算出的平均索力值误差均≤0.83%。

基于自校准机制的时空采样图卷积行为识别模型

针对现有行为识别算法忽视时空信息上下文的依赖关系和缺乏多层次感受野的特征提取问题,本文提出一种基于自校准机制的时空采样图卷积网络行为识别模型.首先,介绍ST-GCN和3D-GCN、Transformer和自注意力机制的工作原理,并分析了3D-GCN和Transformer不能有效进行时空上下文建模;其次,为有效进行时空上下文建模而提出了一种时空采样图卷积网络,其以时序连续多帧作为时空采样将全局动作分为多个子动作,通过非局部网络计算单一节点与采样频率帧内所有节点的相关性来建立局部跨时空依赖关系,并通过结合非局部网络和时域卷积计算单个采样子动作与全局子动作的相关性以此来建立全局跨时空依赖关系;然后,为了有效地增强多层次的感受野来捕获更具判别力的时域特征,提出了一种时域自校准卷积网络在两个不同的尺度时空中分别进行卷积并特征融合:一种是原始比例尺度的时空,另一种是使用下采样具有较小比例尺度的潜在时空;再者,结合时空采样图卷积网络和时域自校准网络构建基于自校准机制的时空采样图卷积网络行为识别模型,在多流网络下进行端到端的训练.最后,基于NTU-RGB+D和NTU-RGB+D120骨架动作数据集开展了骨架行为识别的相关实验研究,研究结果表明该行为识别模型具有高效的时空特征提取能力以及优秀的性能.

基于差压零点自校准的气体流速传感器设计

煤矿用气体流速测量设备主要包含矿井风速监测和管道用气体流速测量,是煤矿安全监测系统中的重要监测设备之一,对保障煤矿安全生产有着举足轻重的作用。目前,采用常规差压式测量气体流速,存在标准取压装置易受粉尘水汽易堵塞的影响问题,并且差压元件本身固有的非常规、多值对应的迟滞非线性特性和零点温度漂移特性,也会造成测量下限精度不够、不稳定。因此,该文提出了一种差压零点自校准流速检测方法,从本质上解决了微差压元件在工矿条件下测量下限不稳定、精度不高的问题,可实现矿井风速监测和管道气体流速的高精度、准确测量。

转动自校准惯性路面仪设计与实现

虽然传统的惯性路面仪能够在高速条件下(>120km/h)对路面平整度做高精度测量(~0.1mm),但是这种测量对底盘的转动比较敏感。传统的惯性路面仪假设底盘是水平的。在这种情况下,只需要单轴的加速度传感器就可以进行测量了。然后,假如仪器安装的位置离重心比较远的时候,旋转角是不能忽略的。本文使用陀螺仪传感器测量旋转角和二轴加速度计计算垂直方向上的加速度,路面平整度仪就可以克服旋转带来的不利影响,实现角度校准和更精确的路面平整度测量。

相关光子自校准光谱辐照度测量不确定度分析

基于自发参量下转换原理产生宽波段相关光子辐射定标光源,结合传统的光谱辐照度观测仪器,提出一种新型的相关光子自校准的光谱辐照度测量方案。介绍了光谱辐照度测量原理和系统组成,开展了“通道量子效率→光谱光子数率→光谱辐射功率响应度→光谱辐照度”量值传递路径研究,建立了自校准光谱辐照度测量仪的辐射测量模型,详细分析和评估了该仪器的光谱辐照度测量不确定度。将488 nm激光经积分球、平行光管准直后作为辐照度定标光源,开展了相关光子自校准光谱辐照度测量仪与参考辐照度计的比对实验,初步验证两种测量方法的一致性优于4.2%。

融合自校准照明框架的水下图像增强网络

水下图像质量退化严重阻碍了海洋工程技术的发展,针对水下图像颜色失真、对比度偏低和亮度不均匀等问题,为了解决水下特殊成像环境导致的以上退化问题,同时以便于后续基于水下图像的研究工作,提出了融合自校准照明框架的水下图像增强网络模型,该网络模型在卷积神经网络的基础上融合了自校准照明模块,可以快速、灵活地亮化图像。自校准照明模块中建立了一个具有权重共享的级联照明学习过程来处理水下图像。考虑到级联模式的计算负担,又构建了自校准模块,实现了各阶段结果之间的收敛,大大降低了计算成本,实现了对水下图像亮度的自动调节。最后,分别对实验结果进行定性及定量分析,并且对比了八种先进的增强算法,结果表明提出的方法明显优于其他对比算法。该方法增强后的结果图提高了对比度,对颜色进行了校正,改善了亮度不均匀的问题,同时增强了视觉效果,定性及定量分析结果说明了该方法的有效性。

多通道自校准热红外辐射计实验室定标及比对验证

热红外辐射计在获取野外地物信息和验证遥感卫星观测数据方面起着至关重要的作用,其定标精度直接影响到遥感数据分析的精度和应用的水平。探讨多通道自校准热红外辐射计的设计思想,进行了实验室定标实验和重复性实验,验证了长时间运行状态下仪器测量数据的水平,得到仪器辐射亮温的不确定度为0.27 K。与主流辐射计进行了实验室测试分析,对比二者所得定标结果的准确性,多通道自校准热红外辐射计最大偏差值为0.26℃,整体偏差在0.3℃以内,通过户外草地测试实验验证了仪器的测量水平。结果表明多通道自校准热红外辐射计具有较高的精度水平,能够满足外场长时间、多通道、高精度的工作要求,为外场定标提供了有力的数据支撑。

基于阻抗变换的非接触电压测量自校准方法

电容耦合式非接触电压测量在实际测量中,探头-导线之间的耦合电容受导线线径、绝缘材质、相对位置偏差的影响,造成分压关系难以确定从而无法准确重构电压。本文提出一种基于阻抗变换的非接触电压测量自校准方法,以实现在实际测量中传感器增益的自标定。首先介绍电容耦合电压测量的基本原理,从中凝练存在的问题并提出基于阻抗变换的自校准方法,随后通过仿真对系统参数进行校准精度影响分析并给出参数选取原则。在此基础上,开发传感器探头及电路拓扑。最后进行传感器样机精度测试、抗干扰能力测试、场景适应性测试,精度测试显示电压幅值最大相对误差为0.59%,相位相对误差为0.76%,抗干扰能力测试表明同轴探头对周围耦合电场具有良好的屏蔽作用。场景适应性测试显示在进行不同类型线路的测试中,最大相对误差为1.24%。

自校准红外光谱仪的辐射定标与外场应用

为精确获取目标场地的光谱发射率和场地地表温度,研制了具有自校准能力的傅里叶变换红外光谱仪,用于外场地表光谱辐亮度和大气下行辐亮度的测量。开展实验室定标工作,将面源黑体作为标准辐射源,选取观测地面目标热辐射最理想的8~14μm波段,对仪器进行两点法和线性多点法的辐射定标,确定两点法可满足仪器自定标需求。分析光谱仪测量过程中的不确定来源,得到合成不确定度优于0.22 K。开展外场实验,结合光谱迭代平滑温度和发射率分离算法(ISSTES)实现了地表温度和光谱发射率的分离,将获取的光谱发射率与多通道红外辐射计在同一场地下测得的光谱发射率进行比较,进一步验证了自校准红外光谱仪在外场应用时的测量精度和稳定性。

基于自校准与异构网络的多目标跟踪算法

为解决多目标跟踪算法在遮挡场景下导致的身份切换等问题,提升算法跟踪精度,提出一种融合自校准与异构卷积的离线图跟踪网络(self-calibrated convolutions and asymmetric convolution track, SCAACTrack)。利用融合自校准卷积网络与非对称结构进行目标外观特征提取,提升算法行人重识别能力。通过采用不同帧之间目标外观特征、时间和空间3种维度进行图神经网络建模,引入基于时间感知的消息传递网络加强多目标跟踪流式守恒约束。实验结果表明,与传统的多目标跟踪算法MPNTrack、Tracktor、KCF等模型相比,该模型跟踪效果更有效。

一种速率积分半球谐振陀螺自校准方法

速率积分模式下半球谐振陀螺具备大测量范围、高带宽及极佳的标度因数等优良特性,但阻尼不均匀及其随温度、老化等的变化导致的驻波周向漂移及其不稳定性限制了速率积分半球谐振陀螺的工程应用。为减小这种驻波周向漂移的影响,基于半球谐振陀螺的二维振动模型和控制模型,通过驻波角周期性自进动与频率调制结合的自校准方法实现了模型参数的实时辨识、周向漂移的实时补偿及载体转速的实时解算。自校准速率积分半球谐振陀螺实测20小时的数据表明,启动2小时后,从0时刻开始的平均零偏为0.06°/h,10小时后稳定在0.018°/h以内,零偏不受周向漂移影响,陀螺的长时工作精度得到了大幅提高。

基于自校准技术的半球谐振陀螺正交误差的辨识补偿

在静电刚度校正技术的基础上,结合自校准算法,该文提出了一种实时辨识补偿正交误差的理论模型,并在两件套平面电极的半球谐振陀螺上进行了理论仿真和实验验证。结果表明,该方法不仅适用于半球谐振陀螺的力平衡和全角两种工作模式,还适用于虚拟进动的情况。此外,该文提出的补偿方法不会影响正交环路的控制精度,且对陀螺检测和驱动电路的增益和相位误差不敏感。

应变测量仪的自校准电路设计及应用

为解决应变测量仪在使用分流法进行校准时存在的费时耗力效率低下、精度不足等问题,实现应变信号的高精度采集,研究并设计了低漂移、低噪声的自校准电路,程控配置采集通道和校准信号,拟合出采集信号和自校准信号之间的函数关系式,获取校准系数,对应变测量结果进行校正,有效降低应变测量的温度漂移误差和噪声误差,满足应变测量仪精度的指标要求。

一种具有自校准、自控制功能的I^(2)C接口电路

文章提出一种在开漏模式下通过硬件自检测、自校准实现高性能I^(2)C(inter-integrated circuit)接口的设计,并给出一种I^(2)C接口自控制实现开漏功能的方法。在传统I^(2)C接口电路的基础上,增加了自检测拉低时钟总线并进行自校准的功能,使得在开漏模式下,硬件能够自动检测到时钟总线在上拉过程中的低电平并进行自校准高电平,在改善通信稳定性的基础上实现了性能提升。考虑到不同的应用场合,增加了开漏使能控制电路,为提高IP的可移植性,I^(2)C接口可自控制开漏功能,支持软件配置,灵活地应用于各种通用输入输出(general-purpose input/output,GPIO)模型中。成品开发板电路测试表明,在系统时钟为120 MHz时,该电路在开漏模式下高速通信中的位速率高达5.98 Mbit/s,在推挽模式下超快速通信中的位速率高达30.00 Mbit/s。