基于神经形态视觉传感器的宽场金刚石量子传感

原创 MEMS 2023-11-13 00:01

固态量子传感器提供了检测磁场、电场或温度的新方法,其超高灵敏度接近量子极限。到目前为止,氮空位(NV)中心是最有前景的平台之一,NV中心是金刚石中的一种光寻址缺陷,在室温下具有特殊的电子自旋特性。其电子自旋态可以通过光学检测磁共振技术进行实验检测,该技术包括扫描微波(MW)频率,同时记录相应荧光强度作为时间函数。

共聚焦和宽场荧光显微镜等定制方法已成为量子传感测量的金标准。特别是,宽场金刚石量子传感方法可实现并行读出空间分辨NV荧光,为许多领域提供了巨大的应用潜力。自首次实验演示以来,基于NV的宽场量子传感平台已在生物医学、凝聚态物理和集成电路(IC)检测等领域得到了快速发展和充分利用。

在持续提高其测量精度和空间分辨率的同时,研究重点也开始转向时域,以实现超快光探测磁共振(ODMR)。这一扩展有望实现动态信号监测,如神经元动作电位以及细胞活动相关的温度变化。然而,这一方向仍然面临处理大量图像帧数据的挑战,这些数据需要从相机传感器传输以进行进一步处理。

这种数据传输会显著限制时间分辨率,由于使用了基于帧的图像传感器,其时间分辨率通常不超过100 fps。因此,宽场磁力计在动态测量中的潜力仍然有待挖掘。

已有一些研究提出了不同的方法来提高宽场量子传感的时间分辨率,包括下采样方法(引入了潜在的伪影)、频率复用(实现复杂但速度有限)、采用单光子雪崩二极管(SPAD)的先进传感阵列(需要复杂的电路集成),以及使用锁定相机的像素内解调(牺牲了传感精度)。

然而,监测到的荧光强度随图像帧(与大量数据相关)的变化存在本质局限性,导致宽场量子传感性能不尽如人意。据麦姆斯咨询介绍,为了克服这一瓶颈,香港大学(The University of Hong Kong)的研究人员提出采用神经形态视觉相机来预处理传感器边缘的荧光强度数据,减少后处理传输的数据量,显著提高了时间分辨率,进而实现快速动态测量。


宽场量子传感的概念、设计和实现

与记录光强水平的传统传感器不同,神经形态视觉传感器将光强变化处理为类似生物视觉系统的“尖峰”,从而提高时间分辨率(≈µs)和动态范围(>120 dB)。这种方法对于图像变化不频繁的场景特别高效,例如物体跟踪和自动驾驶汽车等,因为它能消除冗余的静态背景信号。


基于事件的ODMR理论背景

近来,这项技术在精密仪器测量领域获得了关注,例如光学显微镜中的快速聚焦、动态磁光克尔效应(MOKE)显微镜、快速细胞流分选、振动测量、快速跟踪以及超分辨率成像等新兴应用。鉴于MW时空编码的荧光强度仅在谐振频率附近变化,因此变化很少,金刚石量子传感成为利用该方案优势的理想选择。

据香港大学研究人员称,这是首次报道神经形态视觉传感器在宽场金刚石量子传感中应用的研究。具体来说,研究人员开发了一种自定义且高效的协议来处理事件类的量子传感数据,进而重建衍生的ODMR光谱。实验结果表明,这种新方法比传统基于帧的方法花费的时间要少得多(140 ms vs 1.82 s),同时,在18 µm x 18 µm的视场(FoV)检测ODMR谐振频率时实现了相近的精度(0.034 MHz vs 0.031 MHz)。


实验演示

研究人员展示了它在监测金刚石表面(具有金纳米颗粒涂层)亚秒级激光加热方面的潜力,这是过去传统方法无法实现的。实验表明,其温度监测具有0.28 s的时间分辨率和0.5 K的温度精度。研究人员预计,所提出方案的成功演示有望革新宽场量子传感,以可承受的成本显著提高性能。


宽场动态温度测量

这项研究还为开发具有更先进传感器处理能力的智能量子传感器铺平了道路,并通过新兴的基于记忆(memory-based)的电子突触器件实现传感器边缘处理。这些进展有望进一步提高宽场量子传感器的性能,为科学研究和实际应用带来新的机遇。

延伸阅读:
《量子传感器技术及市场-2023版》

MEMS 中国首家MEMS咨询服务平台——麦姆斯咨询(MEMS Consulting)
评论
  • 大模型的赋能是指利用大型机器学习模型(如深度学习模型)来增强或改进各种应用和服务。这种技术在许多领域都显示出了巨大的潜力,包括但不限于以下几个方面: 1. 企业服务:大模型可以用于构建智能客服系统、知识库问答系统等,提升企业的服务质量和运营效率。 2. 教育服务:在教育领域,大模型被应用于个性化学习、智能辅导、作业批改等,帮助教师减轻工作负担,提高教学质量。 3. 工业智能化:大模型有助于解决工业领域的复杂性和不确定性问题,尽管在认知能力方面尚未完全具备专家级的复杂决策能力。 4. 消费
    丙丁先生 2025-01-07 09:25 80浏览
  • 根据Global Info Research项目团队最新调研,预计2030年全球封闭式电机产值达到1425百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为3.4%。 封闭式电机是一种电动机,其外壳设计为密闭结构,通常用于要求较高的防护等级的应用场合。封闭式电机可以有效防止外部灰尘、水分和其他污染物进入内部,从而保护电机的内部组件,延长其使用寿命。 环洋市场咨询机构出版的调研分析报告【全球封闭式电机行业总体规模、主要厂商及IPO上市调研报告,2025-2031】研究全球封闭式电机总体规
    GIRtina 2025-01-06 11:10 104浏览
  • 根据环洋市场咨询(Global Info Research)项目团队最新调研,预计2030年全球无人机锂电池产值达到2457百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为9.6%。 无人机锂电池是无人机动力系统中存储并释放能量的部分。无人机使用的动力电池,大多数是锂聚合物电池,相较其他电池,锂聚合物电池具有较高的能量密度,较长寿命,同时也具有良好的放电特性和安全性。 全球无人机锂电池核心厂商有宁德新能源科技、欣旺达、鹏辉能源、深圳格瑞普和EaglePicher等,前五大厂商占有全球
    GIRtina 2025-01-07 11:02 63浏览
  • 在智能家居领域中,Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、Thread与Z-Wave等无线通信协议是构建短距物联局域网的关键手段,它们常在实际应用中交叉运用,以满足智能家居生态系统多样化的功能需求。然而,这些协议之间并未遵循统一的互通标准,缺乏直接的互操作性,在进行组网时需要引入额外的网关作为“翻译桥梁”,极大地增加了系统的复杂性。 同时,Apple HomeKit、SamSung SmartThings、Amazon Alexa、Google Home等主流智能家居平台为了提升市占率与消费者
    华普微HOPERF 2025-01-06 17:23 141浏览
  •     为控制片内设备并且查询其工作状态,MCU内部总是有一组特殊功能寄存器(SFR,Special Function Register)。    使用Eclipse环境调试MCU程序时,可以利用 Peripheral Registers Viewer来查看SFR。这个小工具是怎样知道某个型号的MCU有怎样的寄存器定义呢?它使用一种描述性的文本文件——SVD文件。这个文件存储在下面红色字体的路径下。    例:南京沁恒  &n
    电子知识打边炉 2025-01-04 20:04 100浏览
  • PLC组态方式主要有三种,每种都有其独特的特点和适用场景。下面来简单说说: 1. 硬件组态   定义:硬件组态指的是选择适合的PLC型号、I/O模块、通信模块等硬件组件,并按照实际需求进行连接和配置。    灵活性:这种方式允许用户根据项目需求自由搭配硬件组件,具有较高的灵活性。    成本:可能需要额外的硬件购买成本,适用于对系统性能和扩展性有较高要求的场合。 2. 软件组态   定义:软件组态主要是通过PLC
    丙丁先生 2025-01-06 09:23 83浏览
  • By Toradex 秦海1). 简介嵌入式平台设备基于Yocto Linux 在开发后期量产前期,为了安全以及提高启动速度等考虑,希望将 ARM 处理器平台的 Debug Console 输出关闭,本文就基于 NXP i.MX8MP ARM 处理器平台来演示相关流程。 本文所示例的平台来自于 Toradex Verdin i.MX8MP 嵌入式平台。  2. 准备a). Verdin i.MX8MP ARM核心版配合Dahlia载板并
    hai.qin_651820742 2025-01-07 14:52 40浏览
  • 这篇内容主要讨论三个基本问题,硅电容是什么,为什么要使用硅电容,如何正确使用硅电容?1.  硅电容是什么首先我们需要了解电容是什么?物理学上电容的概念指的是给定电位差下自由电荷的储藏量,记为C,单位是F,指的是容纳电荷的能力,C=εS/d=ε0εrS/4πkd(真空)=Q/U。百度百科上电容器的概念指的是两个相互靠近的导体,中间夹一层不导电的绝缘介质。通过观察电容本身的定义公式中可以看到,在各个变量中比较能够改变的就是εr,S和d,也就是介质的介电常数,金属板有效相对面积以及距离。当前
    知白 2025-01-06 12:04 168浏览
  • 自动化已成为现代制造业的基石,而驱动隔离器作为关键组件,在提升效率、精度和可靠性方面起到了不可或缺的作用。随着工业技术不断革新,驱动隔离器正助力自动化生产设备适应新兴趋势,并推动行业未来的发展。本文将探讨自动化的核心趋势及驱动隔离器在其中的重要角色。自动化领域的新兴趋势智能工厂的崛起智能工厂已成为自动化生产的新标杆。通过结合物联网(IoT)、人工智能(AI)和机器学习(ML),智能工厂实现了实时监控和动态决策。驱动隔离器在其中至关重要,它确保了传感器、执行器和控制单元之间的信号完整性,同时提供高
    腾恩科技-彭工 2025-01-03 16:28 170浏览
  • 彼得·德鲁克被誉为“现代管理学之父”,他的管理思想影响了无数企业和管理者。然而,关于他的书籍分类,一种流行的说法令人感到困惑:德鲁克一生写了39本书,其中15本是关于管理的,而其中“专门写工商企业或为企业管理者写的”只有两本——《为成果而管理》和《创新与企业家精神》。这样的表述广为流传,但深入探讨后却发现并不完全准确。让我们一起重新审视这一说法,解析其中的矛盾与根源,进而重新认识德鲁克的管理思想及其著作的真正价值。从《创新与企业家精神》看德鲁克的视角《创新与企业家精神》通常被认为是一本专为企业管
    优思学院 2025-01-06 12:03 114浏览
  • 村田是目前全球量产硅电容的领先企业,其在2016年收购了法国IPDiA头部硅电容器公司,并于2023年6月宣布投资约100亿日元将硅电容产能提升两倍。以下内容主要来自村田官网信息整理,村田高密度硅电容器采用半导体MOS工艺开发,并使用3D结构来大幅增加电极表面,因此在给定的占位面积内增加了静电容量。村田的硅技术以嵌入非结晶基板的单片结构为基础(单层MIM和多层MIM—MIM是指金属 / 绝缘体/ 金属) 村田硅电容采用先进3D拓扑结构在100um内,使开发的有效静电容量面积相当于80个
    知白 2025-01-07 15:02 71浏览
  • 随着市场需求不断的变化,各行各业对CPU的要求越来越高,特别是近几年流行的 AIOT,为了有更好的用户体验,CPU的算力就要求更高了。今天为大家推荐由米尔基于瑞芯微RK3576处理器推出的MYC-LR3576核心板及开发板。关于RK3576处理器国产CPU,是这些年的骄傲,华为手机全国产化,国人一片呼声,再也不用卡脖子了。RK3576处理器,就是一款由国产是厂商瑞芯微,今年第二季推出的全新通用型的高性能SOC芯片,这款CPU到底有多么的高性能,下面看看它的几个特性:8核心6 TOPS超强算力双千
    米尔电子嵌入式 2025-01-03 17:04 55浏览
  • 本文介绍Linux系统更换开机logo方法教程,通用RK3566、RK3568、RK3588、RK3576等开发板,触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。制作图片开机logo图片制作注意事项(1)图片必须为bmp格式;(2)图片大小不能大于4MB;(3)BMP位深最大是32,建议设置为8;(4)图片名称为logo.bmp和logo_kernel.bmp;开机
    Industio_触觉智能 2025-01-06 10:43 87浏览
  • 每日可见的315MHz和433MHz遥控模块,你能分清楚吗?众所周知,一套遥控设备主要由发射部分和接收部分组成,发射器可以将控制者的控制按键经过编码,调制到射频信号上面,然后经天线发射出无线信号。而接收器是将天线接收到的无线信号进行解码,从而得到与控制按键相对应的信号,然后再去控制相应的设备工作。当前,常见的遥控设备主要分为红外遥控与无线电遥控两大类,其主要区别为所采用的载波频率及其应用场景不一致。红外遥控设备所采用的射频信号频率一般为38kHz,通常应用在电视、投影仪等设备中;而无线电遥控设备
    华普微HOPERF 2025-01-06 15:29 125浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦