小型SERF原子磁力计三轴静磁场主动补偿电路设计

无自旋交换弛豫(SERF)原子磁力计是当前灵敏度最高的磁场测量传感器,具有广泛的应用前景。而小型SERF原子磁力计易受到地磁环境及内部元件剩磁影响,需对磁力计周围剩磁进行补偿,使其工作在近乎零磁场环境下(<1 nT),以实现高量灵敏度测量。对此,文中基于现场可编程门阵列(FPGA)设计开发了单泵浦光小型SERF原子磁力计三轴静磁场主动补偿控制电路,通过对原子磁力计三轴线圈施加直流扫描磁场,快速准确实现了-60～60 nT三轴磁场同步补偿。测量轴方向平均补偿精度分别达到0.12 nT和0.25 nT,泵浦光轴方向平均补偿精度达到0.36 nT,可满足小型SERF原子磁力计高灵敏测量要求。     

六轴IMU补偿的磁力计动态稳定校准

磁力计是用于确定机器人姿态的常用传感器之一,在使用过程中极易受到周围环境磁场和量测噪声的干扰。传统的椭球拟合能够校准环境磁场的影响,但是不能抑制量测噪声,且不能实时运行,最新的陀螺仪补偿算法弥补了这些缺点,但是由于陀螺仪存在漂移,所以也会使得磁力计数据发生漂移。文中提出一种使用六轴IMU来补偿校准磁力计的方法,首先通过互补滤波使用加速度修正陀螺仪数据,然后使用修正后的陀螺仪数据对磁力计数据进行旋转以对其进行预测,接着使用扩展卡尔曼滤波融合预测值和磁力计量测值,实现磁力计的动态校准。实验表明,相比于传统的椭球拟合算法,文中算法可以降低磁力计数据的噪声波动,二者的噪声波动分别为2μT和0.5μT;相较于最新的陀螺仪补偿算法,由于加速度计具有长期稳定性,可以抑制磁力计数据的漂移现象,磁力计数据的漂移距离由19.56μT降低到了1.67μT。最终实现了一种稳定、高精度的实时磁力计校准。     

基于分体悬挂式球形线圈的质子矢量磁场测量仪

为解决座钟式矢量磁力仪长期稳定性差,以及一体化悬挂式球形分量线圈相互干扰、分量噪声大等实际问题,提出了基 于分体悬挂式球形线圈的质子矢量磁场测量仪,详细介绍其测量原理及仪器结构。 此外设计了低成本简易观测仓,两套样机在 蒙城地震台开展了一年的对比观测实验。 结果表明,仪器Ⅰ总强度、水平分量和磁偏角噪声为 0. 23 nT、0. 24 nT、2. 97″,仪器Ⅱ 为 0. 28 nT、0. 26 nT、3. 29″,均优于台网平均噪声水平,其中仪器Ⅰ总强度和水平分量噪声优于台网最低噪声。 两套仪器水平分 量基线偏离最大为 6. 5 nT、4. 7 nT,磁偏角基线偏离最大为 0. 67′、0. 54′,明显小于座钟式磁力仪平均水平,具有良好稳定性。     

无自旋交换弛豫原子磁强计的主动磁补偿

由于外界磁场扰动会降低无自旋交换弛豫(SERF)原子磁强计的磁场测量灵敏度,本文根据SERF原子磁强计的测量原理,提出了一种基于原位磁测补偿外部磁场扰动的方法。该方法通过调制解调的方法对3个方向的磁场进行解耦,实现3个方向磁场信息的独立测量。然后,将3个方向磁场的测量信息作为反馈,调节电流源输出给线圈的电流,使线圈产生一个与外界扰动磁场大小相同方向相反的补偿磁场。最后,在现有的SERF原子磁强计实验平台上搭建了主动磁补偿系统,实现了对外部扰动磁场的补偿。与手动补偿方式相比,本文提出的主动磁补偿方法可将剩余磁场的平均值从0.317 8nT降低到0.040 4nT,同时将剩余磁场的均方差由0.348 1nT降低到0.024 7nT。得到的实验结果验证了本文所述方法的有效性。     

磁力仪温度误差的径向基神经网络补偿模型

磁通门磁力仪参数受温度影响明显,直接影响传感器测量精度,需要研究补偿方法,提高测量精度。采用无磁高低温试验箱测量磁通门传感器温度特性;提出基于径向基神经网络的温度误差补偿方法,分别建立磁通门磁力仪零漂误差补偿模型和刻度因子误差补偿模型。结果表明,径向基神经网络能良好逼近磁通门传感器参数的温度特性;与BP神经网络相比,径向基神经网络在零漂补偿中训练时间更短,精度更高,重复性更好,零漂误差的抑制能力更强。补偿后,磁通门磁力仪零漂误差从7.105 5 nT减少到0.766 1 nT;刻度因子误差从6.3E-3减少到7.2E-5;测量值温度误差由213.6 nT补偿到9.1 nT。提出建立通用的温度补偿模型,在不同磁场环境下经过反复测试,采用训练过的模型补偿后,温度误差均降低一个数量级,提高了磁通门磁力仪温度性能和精度。     

Fast automatic rotating laser construction based on fuzzy control

研制了一套全新的自动安平机构,以解决传统激光扫平仪无法同时兼顾安平精度、范围和速度的问题.首先,改进了传统自动安平仪器中的倾角传感器,设计了一种带有补偿环节的电子水泡以满足仪器的精度要求；其次,基于PID控制方法设计了用于实现仪器自动安平的闭环控制系统,同时引入模糊控制思想,使其达到了仪器自动安平的速度要求；最后,优化了仪器机械结构,有效增大了仪器的安平范围.实验测试结果表明,该扫平仪在-10°～+10°的安平精度达到10”,且自动安平时间小于10 s.传统的激光扫平仪相比,设计的安平仪具有安平精度高、扫描范围大和安平速度快等特点.     

福禄克新款压力校验仪 助压力仪器校准工效提升

正为提升压力仪器的校准工作效率,帮助设备维护人员轻松完成检定、维护及校准工作,福禄克推出了新型"729全自动压力校验仪"。该校验仪通过自动产生及调节压力,可以很大程度简化压力校验过程,并可通过补偿泄露提高校准完整性。在实际使用福禄克729全自动压力校验仪的过程中,操作者只需按下1     

地磁测量误差矢量补偿方法研究

精确补偿磁测误差是确保地磁导航精度的一项关键技术。针对磁干扰补偿问题,提出了一种改进的基于模糊自适应卡尔曼滤波的矢量补偿方法。该方法对卡尔曼滤波中的观测矩阵进行修改,有效地解决了某些参数收敛过慢的问题;通过监视实时得到的量测新息的实际方差与理论方差的比值,应用模糊控制理论对卡尔曼滤波的量测噪声协方差进行递推修正,使其逐渐逼近真实噪声水平,进而得到最优估计参数。仿真结果表明,该方法对于时变的量测噪声具有较强的自适应性,总场补偿误差从175.8 nT降低到6.7nT,X、Y、Z方向的补偿误差分别由59.2、110.2、122.2 nT降低到6.0、1.7、1.5 nT,总量和分量补偿精度显著提高。最后通过构建矢量测量系统实验验证了改进方法具有较快的收敛速度且具有更高的补偿精度,为磁场测量误差矢量补偿提供了良好的借鉴。     

时栅测角系统误差自动采样及补偿研究

由于时栅测角系统受限于校准器的运动和装配环境,难以使用光栅作为精度基准仪器来进行密集的误差采样。为了实现较高精度的测量,通过对时栅测角系统的位移解算和对磁场式Ⅱ型时栅传感器结构进行了剖析,利用稀疏采样误差数据开展了频谱研究,得到了测角系统的补偿模型;提出了一种基于激光干涉仪的时栅测角系统误差自动稀疏采样及补偿的方法,采用了量子粒子群算法对补偿模型进行了求解,从中获取了17个补偿参数,并将其应用到补偿模型中,对测角系统进行了误差补偿。研究结果表明:在稀疏采样的条件下,采用该方法能够快速、准确地实现对时栅测角系统误差进行自动补偿,且补偿后的时栅测角系统的精度达到2.88″。     

面向信号的仪器资源自动配置方法研究

针对仪器资源的自动配置问题,通过定义仪器可以产生和测量的信号及对应的逻辑资源,在信号层面上实现了对仪器功能的描述.在此基础上,通过获取仪器资源的逻辑资源及相应的信号能力信息来匹配面向信号的UUT测试需求,实现了对仪器资源的自动配置.