空中三维电场传感器及其标定方法研究

空中电场是以三维矢量形式存在的,以往用于空中电场探测的电场传感器主要实现矢量电场的一个或两个分量的探测.介绍了一种新型的空中三维电场传感器,可实现空中矢量电场的三维检测,并对该三维电场传感器的标定方法进行了仿真分析,设计出该传感器的专用标定装置.测试数据表明该传感器的输出与外部电场呈良好的线性关系,与理论分析一致,证明了该电场传感器结构设计和标定方法的合理性.     

空中三维电场传感器及其标定方法研究

空中电场是以三维矢量形式存在的，以往用于空中电场探测的电场传感器主要实现矢量电场的一个或两个分量的探测。介绍了一种新型的空中三维电场传感器，可实现空中矢量电场的三维检测，并对该三维电场传感器的标定方法进行了仿真分析，设计出该传感器的专用标定装置。测试数据表明该传感器的输出与外部电场呈良好的线性关系，与理论分析一致，证明了该电场传感器结构设计和标定方法的合理性。     

空中三维电场探测系统

目前存在的空中电场探测方法,主要实现空中矢量电场的一个或两个分量的探测。介绍了一种新型的空中三维电场探测系统,系统由传感器、发射机、接收机以及地面信号处理单元组成,传感器采用新型的三维电场传感器,其探测到的三维电场信号是由发射机发射,接收机接收到信号后,送到信号处理部分进行分解,识别出的电场三维信号矢量。该系统进行了外场探空试验,成功地获得了可靠的空中三维电场探测数据,完成了从地面至15km高空之间的电场的三维探测。     

新型三维电场传感器原理及试验结果

目前电场传感器只能探测电场强度矢量一维或者二维方向分量,尚无法精确地反映空中及地面电场强度大小。本文介绍一种新型三维电场传感器,由轴向、径向电场测量单元、驱动单元、电路单元、保温单元组成,用于探测空中及地面环境电场强度的三维方向矢量,克服了目前电场传感器探测电场强度时局限在一维或二维方向矢量的缺陷。在高空低温环境模拟试验中,当环境温度降到-50℃以下时,该传感器的保温单元使传感器内部温度一直处于零上,符合了电路板工作温度范围。在实际电场测试试验中,该传感器的电场测量单元验证了输出信号与电场之间的线性关系,与理论分析相符,证明了三维电场传感器的合理性。     

小型三维电场传感器设计与测试

目前电场传感器只能探测大气电场强度矢量一维或者二维方向分量,尚无法精确地反映空中电场强度大小。该文介绍一种结构新颖的小型三维空中电场传感器,由轴向(Z)和径向(X, Y)三路电场测量单元和驱动单元以及电路单元组成,用于探测电场强度的三维方向矢量。在地面实际测试中,传感器输出信号与电场强度的理论关系得到了验证,证明了三维电场传感器结构设计和检测方法的合理性。     

基于遗传算法的三维电场传感器解耦标定方法研究

3维电场分量对传感器输出信号的耦合干扰是影响3维电场探测准确性的关键问题。为了减小耦合干扰,实现3维电场的准确测量,该文提出一种基于遗传算法的3维电场传感器解耦标定方法。区别于求逆矩阵运算的传统标定方法,该方法利用遗传算法并行全局搜索的特点,通过设置适应度函数和遗传算子获得最优化解耦标定矩阵,避免了复杂的矩阵求逆计算,减小了计算误差。该文设计了一种可实现传感器与电场矢量成任意夹角的测试标定装置,建立了电场理论值计算模型。对基于矩阵求逆计算和基于遗传算法的两种解耦标定方法进行了对比实验,实验结果表明,基于遗传算法的3维电场传感器解耦标定方法与传统标定方法相比,有效地消除了电场分量对传感器的耦合干扰,提高了标定精度,实现了3维电场的准确测量。     

基于L波段气象雷达的空中三维电场探测系统

以往采用的大气电场探测方法需搭建独立的电场探测系统,并且主要实现空中矢量电场的一个或两个分量的探测。该文介绍了一种新型空中电场探测系统,基于气象部门现有L波段气象雷达探测系统,采用新型3维电场传感器,构建了新型空中电场探测平台,实现了空中3维电场、温度、湿度、气压等气象信息的同步实时探测。系统中电场传感器采用了独特的结构设计和信号处理电路,在30 kV/m的电场测量范围内,分辨力可达20 V/m,线性度优于1%,可以连续探测地面至15000 m高空的3维电场强度,为飞行器升空提供安全保障。     

基于无人机平台的空中大气电场探测方法研究

针对空中大气电场监测需求,研究了基于多旋翼无人机平台和MEMS电场传感器的空中大气电场探测方法。介绍了无人机空中大气电场探测原理,建立了邻近雷击电场模拟装置(场模拟器)模型,仿真分析了无人机在雷暴强静电场环境下的适应性及无人机对周边区域电场的影响,确定无人机轴心正下方约90 mm处为MEMS传感器的最佳挂载位置。邻近雷击模拟环境下静电场和脉冲电场的测试结果表明:无人机空中大气电场探测系统能够在模拟静电场环境下准确探测到静电场随高度的变化,且能探测到避雷针接闪过程中的持续放电现象,证明了无人机平台空中大气电场探测方法有效,可用于空中大气电场的精确探测及雷电邻近预警。     

新型旋片式空中电场传感器及应用

该文介绍一种新型的空中电场传感器,它利用导体在电场中感应电荷的原理,通过感生电荷的 变化检测电场强度。传感器采用了新型的双定子结构以及独特的电路设计,有效地屏蔽了空中积累电荷以及 空间离子流对测量的影响。本器件用以检测100V/m-50000V/m的高空电场,误差小于5％。此传感器 已进行地面至15km空中电场探测试验,得到满意的空中电场测试数据。     

基于磁光晶体的光纤三维磁场传感器研究

光纤磁场传感器具有抗干扰能力强、小型化、低成本等技术优势。为了实现对空间磁场矢量的测量，基于磁光晶体提出了一种光纤三维磁场传感器。然后，设计和构建了光纤三维磁场传感器传感探头，搭建了光纤三维磁场测量系统。分析基于磁光晶体光纤三维磁场传感器的非正交误差，通过对基于磁光晶体的光纤三维磁场传感器三个传感单元两两夹角的准确测量，对系统三轴非正交误差进行标定补偿。实验测试装置利用一对通电线圈构建一维磁场对光纤三维磁场传感器系统进行三维正交标定，三轴标定精度分别为0.19°、0.26°和0.22°。实验结果表明，该基于磁光晶体光纤三维磁场传感器可实现0.2μT磁场强度分辨率和0.5°角度分辨率的磁场矢量测量。     

机器人激光扫描系统现场标定技术

针对机器人激光 扫描系统现场标定问题,提出了一种基于交比不变性的线结构光传感器标定方法,允许平 面参 照物在传感器测量空间中自由移动,通过摄像机拍摄多幅平面参照物的图像即可对光平面进 行标定;同时, 提出一种定点变位姿的机器人手眼关系标定方法,采用一个直径已知的标准球作为手眼标定 参照物,控制 机器人分别以纯平移运动和变姿态运动的方式带动视觉传感器对标准球的球心坐标进行测量 ,根据固定点 约束标定手眼关系。实验结果表明,本文标定方法有效、快速,可以用于机器人激光扫 描系统现场标定。     

正交约束下的机器人线结构光手眼标定

为了将传感器局部坐标系下的测量数据转化为机器人坐标系下的全局三维数据,需要确定机器人法兰盘与传感器之间的关系,即手眼标定。为实现机器人与线结构光传感器的现场手眼标定,提出一种正交约束条件下的新方法,该方法标定过程无需人工参与,仅需一块具有空间正交约束关系的平面靶标。标定过程中任意变换机器人位置与姿态,控制激光线与靶标两直角边分别相交,并记录传感器测量坐标值以及对应的机器人姿态数据,再基于空间正交约束建立非线性优化模型,最后采用内点法迭代求得最优解。实验结果表明：该标定方法快速、稳定且精度较高,系统整体测量精度优于0.3 mm,可满足常规测量需求。     

基于MEMS的距离自适应型非接触静电仪

静电场测量是检测物体是否携带过量静电最直接的手段,对于静电防护具有重要意义。传统的静电仪主要依赖固定距离测量,在被测物难以维持静止或不容易靠近时,距离改变引起灵敏度变化,造成测量误差。该文基于微机电系统电场传感器,提出一种可根据测试距离自适应调整灵敏度的静电测量思路：通过超声波模块测量被测物的距离,然后通过单片机查找对应的灵敏度系数,结合电场测试结果计算被测电压。针对研制的静电仪,该文提出基于实验室标定及现场标定相结合的校准方法,搭建了动态灵敏度标定系统,计算出不同测试距离、不同被测物尺寸的传感器灵敏度系数对应关系。与定距测量的传统静电仪相比,该文通过灵敏度动态标定,实现了更精确的非接触表面静电压测量;采用微机电系统电场敏感元件,具有体积小、功耗低、易集成、可批量化制备等优点,封装后无裸露可动部件,可靠性高。经第三方计量检测,在不同测试距离下的平均误差为–2.98%。     

线结构光三维测量系统扫描方向的标定

提出一种基于平面标靶的线结构光三维传感器扫描方向的标定方法。利用平面标靶对摄像头进行标定,得到摄像头的内部参数,将棋盘格平面标靶固定在空间某一位置,测量系统沿着扫描方向移动并采集一系列图像。根据这一系列图像求出摄像机的外部参数,并结合已经求出的摄像机内部参数计算出标靶上同一特征点在摄像机坐标系下的坐标值,对这些点进行直线拟合得到一直线方程,直线的方向就是测量系统的扫描方向。实验表明,该方法测量精度高,操作简单,无需辅助的调整设备,降低了标定设备的成本和系统校准的难度,适合现场标定。     

1～18GHz电场探头校准技术研究

论述了用标准场法建立电场探头校准系统的方法,详细地介绍了标准增益天线的研制方案、近场增益计算方法．以及不确定度的评定步骤,重点研究了场地误差不确定度分量的评定过程。所给出的扩展不确定度的可信度较高。     

多传感器线结构光视觉测量系统全局校准

针对现有多传感器线结构光视觉测量系统全局校准过程中通常需要三维测量设备、校准过程复杂等问题,提出了一种基于一维靶标的多传感器线结构光视觉测量系统全局校准方法。此方法以一维靶标为中介,首先由每个线结构光视觉传感器得到光条与一维靶标相交点在各自测量坐标系下的三维坐标,然后由交比不变性得到相交点在一维靶标坐标系下的坐标,进而...     

基于空间光调制器的光谱可调光源定标

基于空间光调制器的光谱可调光源是一种新型的定标光源,旨在实现定标光源与观测场景光谱匹配的定标新模式,进一步提高光谱定标和辐射定标精度。针对空间光调制器非光敏的特点以及这种新型光源特殊的工作模式,采用“激光光源+光谱仪”进行了光谱预定标和光谱精细定标,采用“标准灯-参考板+光谱仪”进行了辐射定标,实现了对该光源系统470~945 nm范围的光谱及辐射定标。不确定度分析结果表明,波长定标的不确定度优于0.2 nm,辐射定标的不确定度优于3.1%（k=1）。