基于忆阻桥效应的光纤式双光路结冰探测方法

近年来,随着防冰、除冰需求的增加,结冰探测技术受到了广泛关注,但传统的结冰传感器量程受限,且后续信号处理电路部分体积较大,难以满足应用需求.基于双光路差动测量的方法,提出一种正方形光纤束探测头分布模式和具有放大效应的忆阻桥网络结构,该网络结构通过对光电探测器的输出光电流信号进行放大,并以网络中感知忆阻器的端电压作为传感输出,从而实现冰层厚度的测量.试验仿真结果表明,该方法探测头端面的安装面积较常用圆形端面光纤束可减小约12.6%,且能够有效消除光路扰动和扩大结冰厚度的测量范围,结冰厚度的测量范围可达到38mm.     

基于信息融合理论的双光路光纤式飞机结冰探测系统

提出了一种解决光纤式飞机结冰传感器单值测量问题的方法.该方法基于信息融合,通过改进的双光路光纤式结冰传感器测量结构,克服了系统中存在的光路扰动问题.以传感器的双光路输出信号及实际冰厚值训练神经网络,建立了传感器的逆向模型.初步实验结果表明,该方法扩大了光纤式结冰传感器的测量范围,提高了测量精度.     

基于忆容桥的突触电路研究

利用4个相同忆容器构建一个能实现零、正和负突触权重的忆容桥电路。在附加3个晶体三极管后,忆容桥权重电路能够实现神经细胞的突触操作。由于整个操作都是基于脉冲输入信号,因此整个电路是高效节能的。通过Matlab实现突触权重设计和突触权重乘法的模拟。仿真实验结果表明,基于线性忆容桥的突触电路在性能上与忆阻突触桥电路基本相当,优于传统突触乘法电路。     

真实忆阻器数学建模以及电学仿真

忆阻器作为新一代的记忆设备,相比于传统的COMS具有低功耗,不挥发性,高集成密度等优良特性。本文提出了一种基于具体物理实验数据的忆阻器数学模型,实现了模拟过程能够最为接近真实忆阻基本特性。我们的模型符合忆阻器的随频率变化的三个基本特性,且具有浮点计算,双通道等优良的特征。分析比较了本文建立忆阻器和传统忆阻器的性能差异,并相对于数学模型给出仿真,仿真结果说明了此类忆阻器建立更适应于真实突触的仿真,可以有效的应用基于忆阻器的神经网络。     

基于忆阻器的连续学习混沌神经网络

忆阻器具有独特的记忆功能和连续可变的电导状态,在人工智能与神经网络等研究领域具有巨大的应用优势.详细推导了忆阻器的电荷控制模型,将纳米忆阻器与具有智能信息处理能力的混沌神经网络相结合,提出了一种新型的基于忆阻器的连续学习混沌神经网络模型.利用忆阻器可直接实现网络中繁多的反馈与迭代,即完成外部输入对神经元及神经元之间相互作用的时空总和.提出的忆阻连续学习混沌神经网络可以实现对已知模式和未知模式的区分,并能对未知模式进行自动学习和记忆.给出的计算机仿真验证了方案的可行性.由于忆阻器具有纳米级尺寸和自动的记忆能力,该方案有望大大简化混沌神经网络结构.     

基于忆阻器的滤波器设计

近年来,我国电子领域的快速发展,使越来越多的电子元件被应用于各个领域中,从而大大推动了各个领域的发展。忆阻器便是众多电子元件中的一种,与电阻元件有所不同的是,忆阻器具有记忆功能,正是这一特性,使忆阻器能够有效应用于滤波器设计中,从而实现对滤波电路中截止频率的有效调节。鉴于此,本文便对基于忆阻器的滤波器设计进行深入的研究,以期能够为我国在滤波器设计水平上的进一步提高做出贡献。     

基于阈值自适应忆阻器Hopfield神经网络的关联规则挖掘算法

针对基于Hopfield神经网络的最大频繁项集挖掘（HNNMFI）算法存在的挖掘结果不准确的问题,提出基于电流阈值自适应忆阻器（TEAM）模型的Hopfield神经网络的改进关联规则挖掘算法。首先,使用TEAM模型设计实现突触,利用阈值忆阻器的忆阻值随方波电压连续变化的能力来设定和更新突触权值,自适应关联规则挖掘算法的输入。其次,改进原算法的能量函数以对齐标准能量函数,并用忆阻值表示权值,放大权值和偏置。最后,设计由最大频繁项集生成关联规则的算法。使用10组大小在30以内的随机事务集进行1000次仿真实验,实验结果表明,与HNNMFI算法相比,所提算法在关联挖掘结果准确率上提高33.9个百分点以上,说明忆阻器能够有效提高Hopfield神经网络在关联规则挖掘中的结果准确率。     

光纤乙炔气体检测系统的研究

基于乙炔气体的光谱吸收特性,提出了一种带有参考通道的光纤乙炔气体在线实时检测系统。为了消除被测气体以外的其它随机因素的影响,在设计过程中采用了双光源、双光路、双气室结构。论述了运用双波长补偿法来克服系统中存在的光路扰动、解决系统不稳定问题、提高测量准确度的原理。给出了该光纤乙炔气体测量系统的实验结果。     

提高光纤光栅应变传感和振动传感测量精度的一种方法

采用匹配的双光纤光栅组成传感头和采用匹配的光纤光栅组成检测光路,使应变、振动引起的波长移位放大了一倍,从而使这种传感器的测量精度提高一倍。     

忆阻器的温度效应改进模型及其仿生神经突触传递

突触传递是温度敏感的,由于缺乏温度依赖性的突触电导分析模型,无法在神经系统建模时包括温度效应.忆阻器因其阻值连续可变和纳米尺寸的优势,被广泛认为可以模拟生物突触.本文通过改进忆阻保留值和考虑温度对离子迁移和扩散的影响,提出一种新的氧化钨忆阻器模型,此模型更加符合忆阻器的实际行为特性.首先,改进的数学模型不仅具有原模型的功能,同时可以拟合忆阻器的实际遗忘规律.另外,将此忆阻器作为生物突触耦合两个相同的HH神经元,能够体现温度对突触传递的影响,即温度上升引起氧空位迁移和扩散速率发生变化,导致忆阻器电导变化速率加快,进一步影响兴奋性突触后膜电位幅值和放电次数,而相关仿真结果与神经生理实验现象相符.本文的工作表明,改进的氧化钨忆阻器模型更适合作为仿生突触应用到神经形态系统中,将为指导忆阻器的设计制造工艺以提高其仿生突触性能提供参考,也为研究温度对突触传递的影响提供了一种新思路.     

Determination of ice cloud models using MODIS and MISR data

Representation of ice clouds in radiative transfer simulations is subject to uncertainties associated with the shapes and sizes of ice crystals within cirrus clouds. In this study, we examined several ice cloud models consisting of smooth, roughened, homogeneous and inhomogeneous hexagonal ice crystals with various aspect ratios. The sensitivity of the bulk scattering properties and solar reflectances of cirrus clouds to specific ice cloud models is investigated using the improved geometric optics method (IGOM) and the discrete ordinates radiative transfer (DISORT) model. The ice crystal habit fractions in the ice cloud model may significantly affect the simulations of cloud reflectances. A new algorithm was developed to help determine an appropriate ice cloud model for application to the satellite-based retrieval of ice cloud properties. The ice cloud particle size retrieved from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data, collocated with Multi-angle Imaging Spectroradiometer (MISR) observations, is used to infer the optical thicknesses of ice clouds for nine MISR viewing angles. The relative differences between view-dependent cloud optical thickness and the averaged value over the nine MISR viewing angles can vary from??0.5 to 0.5 and are used to evaluate the ice cloud models. In the case for 2 July 2009, the ice cloud model with mixed ice crystal habits is the best fit to the observations (the root mean square (RMS) error of cloud optical thickness reaches 0.365). This ice cloud model also produces consistent cloud property retrievals for the nine MISR viewing configurations within the measurement uncertainties.     

基于空气、冰与水相对介电常数差异的电容感应式冰厚传感器

基于空气、冰与水的物理特性差异实现冰生消过程的实时检测是一种新的冰情检测方法,基于这一思路,本文介绍了电容感应式冰层厚度传感器结构,并将研制成功的电容感应式冰层厚度传感器在黄河内蒙河道进行了冰层厚度连续监测应用试验,结果验证了利用电容感应技术测量冰层厚度方法的可行性.新型传感器具有结构简单,灵敏度高等特点,可以应用于冬季结冰河道冰层厚度及冰下水位的连续自动监测.     

基于连接式螺旋体结构的FBG冰层厚度传感器研究

河冰现象是进行水资源开发利用时需要考虑的一个重要现象,冰层厚度检测是冰情状况检测的主要对象。研制了连接式螺旋体结构的光纤Bragg光栅（FBG）温度传感器。基于冰与水温度变点的机理,通过检测冰层与水的温度和传感器纵向分布阵列之间设置的间距得到冰层厚度。该FBG温度传感器使用导热系数较好的毛细紫铜管作为制作螺旋体结构材料。对不同厚度的冰在冰消过程中的厚度检测,实验结果表明：最大测量误差为12mm,最小测量误差为0mm。可通过调节U型管所在斜面和直通管所在平面角度改变各测点之间的间距。     

An advanced theory for multi-wave open path optical absorption spectroscopy measurements

A new version of the multi-wave open path optical absorption spectroscopy method is herewith presented for continuous measurements of multiple airborne pollutants along an open light path. It involves a standard least squares procedure that minimizes deviations of the calculated optical thickness of the monitoring path from the measured thickness. A novel feature of the proposed method consists of interpreting the influence of error sources as a discrepancy between sounding spectra, emitting to the reference and working paths, produced by these very errors. It is shown that this discrepancy results in a systematic error in the calculated trace gas concentrations, and its elimination transforms the optical open path meter into an absolute meter.

The advantages of the proposed approach are revealed when estimating the role of inaccuracies in signal measurements, wavelength scale lock-in, working wavelength setting, stability of the source of radiation, and inaccuracies in the parameters of the calculating method. The special benefit of the proposed multi-wave optical absorption spectroscopy method lies in using an excess of working wavelengths for reducing the influence of various error sources.     

基于PCap01的电容式冰层测厚传感器系统设计

介绍了一种基于PCap01微小电容检测芯片以及电容法来测量河道冰层厚度的方法。水结成冰的过程中,电容值会随之发生变化,通过对电容值的检测可以间接的获得冰层的厚度。由于空气、水和冰的电容值较小难测量,现采用最新微小电容测量元件PCap01-AD、低功耗单片机MSP430F149、12864液晶显示模块和基于LabVIEW开发平台制作的上位机界面组成冰层厚度测量系统。其中PCap01-AD电容测量芯片通过SPI通信与单片机连接,上位机实现了数据的实时处理、显示和存储。实验结果显示,该系统结构简单,测量精度高,实用性强,功耗低,非常适合野外河道冰厚的测量。     

Depth‐enhanced integral‐imaging 3D display using different optical path lengths by polarization devices or mirror barrier array

Abstract— Depth‐enhanced integral three‐dimensional (3D) imaging using different optical path lengths by using a polarization selective mirror pair or mirror barrier array is proposed. In the proposed approach, the enhancement of image depth is achieved by repositioning two types of elemental image planes, thus effectively two central depth planes are obtained. One of the two implementation methods makes use of the two‐arm structure that has different optical path lengths and polarization‐selective mirrors. The other utilizes the mirror barrier array. The primary advantage of the method with polarization devices is that we can observe 3D images that maintain some level of viewing resolution with a large depth difference without any mechanical moving part. The mirror barrier array has the advantage of the compact thickness. We demonstrated and verified our proposals experimentally.     

基于光纤传感的输电线路覆冰监测系统研究

输电线路严重覆冰将会造成输电塔倒塌或导线断线等事故,形成大面积停电、电网崩溃瓦解的电网事故.现用人工观冰为输电线路启动融冰提供决策依据,进而来预防覆冰过重.基于光纤传感技术与覆冰计算模型开展输电导线覆冰监测方法研究,实现云南电网某110 kV输电线路主要覆冰期(2015年12月18日至2016年2月17日)的在线监测,并与人工观冰结果进行对比验证.以4个人工观冰时间点的监测数据为例,人工观冰得到最大覆冰厚度分别为0.6 mm、0.9 mm、4.2 mm、1.5 mm;而光纤监测得到的等效覆冰厚度分别为0.381 mm、0.362 mm、0.892 mm、0.415 mm.对比发现最大覆冰厚度约为等效覆冰厚度的2～4倍.因此,基于光纤传感的输电线路覆冰监测方法可用来监测导线的等效覆冰厚度,为直流融冰等除冰过程提供数据支撑,以保障电网的安全稳定运行.     

基于冰和水导电特性的新型冰层厚度传感器

包含有离子的水溶液在外施电场作用下是导电的。随着温度的变化,水和冰的导电率也发生变化。基于水和冰的这一导电特性,提出了一种新的冰层厚度传感器结构及其检测方法。这一新型冰层厚度传感器及其检测方法对于在恶劣的检测环境下进行水文检测具有积极的作用。