改进型离线迭代在线重构算法的电容层析成像技术研究

针对电容层析成像技术的逆问题中图像重构精度与速度的矛盾性,以12电极电容层析成像系统为对象,提出了一个改进型离线迭代在线重构(OIOR)算法。改进型OIOR算法是针对OIOR算法成像精度不高的问题加入了迭代滤波过程,既保证了成像速度,同时也提高了成像精度。以仿真电容值和实测电容值进行了图像重构的实验验证,从成像效果、相对误差、相关系数以及重构时间这4个方面对此算法进行了分析评估。仿真及实验结果表明:改进型OIOR算法通过迭代滤波100次即可在20ms内有效提高传统OIOR算法重构图像的精度,使其相对误差降低约20%;与传统迭代法相比,在获得相同精度图像的条件下,其重构时间约为传统迭代算法的1/10。     

代数重建和同步迭代重建在电容层析成像中的比较研究

针对电容层析成像技术(ECT)中的逆问题——图像重建算法的非线性和病态性问题,以12电极电容层析成像系统为对象,研究了代数重建算法(ART)与同步迭代重建算法(SIRT).分别对仿真电容值和实测电容值进行图像重建的实验验证,从成像效果、相对误差及重建时间3个方面对这两种算法进行了评估与分析.结果表明,ART算法和SIRT算法均能有效地实现ECT图像重建,其中SIRT算法能够在100次迭代内达到高精度,在收敛速度和成像效果上更具有优势.     

聚苯胺/介孔炭复合材料的合成与电化学电容性能研究

利用化学聚合法合成聚苯胺/介孔炭复合材料,并将其用作超级电容器电极材料.采用氮气吸附技术和扫描电子显微镜对复合材料的结构进行了表征.在10 wt%硫酸为电解质溶液的三电极体系中,采用循环伏安和恒流充放电技术测试了复合材料的电化学电容性能.与纯的介孔炭电极材料相比,导电聚苯胺的引入使复合电极材料的比电容值显著提高.     

基于立体视觉的自由曲面三维重构

利用BP神经网络对立体视觉系统进行隐式标定,采用投射大小光斑的方法增加自由曲面的图像特征;提出了一种基于射影变换原理的分块匹配算法,分别在左右两幅图像上,对大点构成的区域进行标准形状变换,然后实现区域内小点的自动匹配.对石膏像面部进行三维重构的实验表明,投射光斑的方法增加了自由曲面的图像特征,分块匹配算法能有效地实现图像间的特征匹配.     

一种48电极可配置电容层析成像系统模型

针对已有电容层析成像(ECT)技术的独立电容较少、反问题方程数过少及其解不唯一的问题,提出了一种48电极的ECT系统模型及模型组合电极策略。首先,通过组合电极策略将多个临近电极组合成一个电极,使原48电极ECT系统配置为8、12、16或24电极ECT系统,从而获得绕管道轴心旋转不同角度的多个具有相同电极数ECT系统;然后,通过有限元仿真和图像重构算法成像。该模型可使ECT反问题的方程组中电容数成倍增加,从而改善了ECT反问题方程组因方程数过少而引起的解不唯一的不适定问题,解决了增加电极数而电极片面积却减小引起的电容值减小问题。仿真结果表明:所提出的ECT模型及其组合电极策略可重构图像,并能通过增加测量电容数提高重构图像质量;在系统加入10%标准差白噪声时,图像错误率下降约6%。     

基于多电极电磁流量计的流速场重建

多电极电磁流量计是传统电磁流量计与电磁层析成象技术的结合.利用多电极在多角度下的多个测量值,并应用层析成象技术可得到管道内流速场的重建图像.提出采用基于S-L滤波函数的滤波反投影算法及其简化算法,它可以获得管道内非轴对称流速场的重建图像.图像重建结果表明该算法明显优于简单反投影算法.同时也证明了该算法对轴对称流型的不可区分性.     

基于萤火虫BP神经网络的车牌识别算法

为了提高车牌识别的精确度,提出一种萤火虫反向传播(back propagation, BP)神经网络车牌识别算法.首先,采用原始图像的色相饱和度(hue saturation value, HSV)模式定位车牌并切割出字符,再提取字符的局部二值特征和像素统计特征作为BP神经网络的输入;然后,利用萤火虫算法优化BP神经网络的初始权值和阈值训练BP神经网络;最后,对萤火虫BP神经网络与原始BP神经网络算法进行对比分析.结果表明,萤火虫BP神经网络算法对字符的识别精度高于原始BP神经网络,该算法可用于车牌识别.     

一种二维瞬时粒子图像速度粒度同时测量的新技术

基于灰度统计判别原理,提出了一种可以对二维平面内粒子图像的速度和粒径实现实时同时测量的新技术.基于灰度统计判别的查询算法在运用自相关运算获得速度大小的同时,根据两次曝光粒子图像的能量差异判别记录顺序,解决了数字粒子图像测速(DPIV)中粒子图像运动方向的二义性问题.利用图像处理技术实现了对粒子图像粒径的同时测量.以模拟的DPIV粒子图像为研究对象,开发了相应的查询算法,编制了二维粒子图像速度粒度实时同测的相应软件,并利用模拟粒子图像对查询算法进行了单区域和全区域的分析检验.结果表明,灰度统计判别解决了方向二义性问题,查询算法能够很好地处理各种模拟粒子图像,查询软件能够实现二维粒子图像速度、粒度的同时测量,运算时间满足实时测量的需要.     

台标的自动检测与识别

近年来,随着电视机技术的高速发展和台标的广泛应用,台标的自动检测与识别得到了广泛的研究.本文在前人研究的基础上,提出了一种快速准确的台标自动检测与识别算法.首先采用多值图像边缘检测技术提取出视频中的台标,然后利用模板匹配方法对其进行识别.根据台标位置相对固定的特点,本文提出了一种自动计算视频感兴趣区域的方法,提高了台标提取的速度.实验结果显示,本文的算法对不透明台标、半透明台标和动态台标都取得了很好的检测和识别效果.     

基于L-M算法优化的GA-BP网络在岩石高边坡损伤识别中的应用

边坡的失稳破坏往往是由岩体损伤导致的,研究边坡岩体的损伤识别对于工程实践具有重大意义,而基于BP神经网络的损伤识别是边坡损伤识别的有效方法之一.本文针对传统BP神经网络在边坡损伤识别中存在的问题,首先利用遗传算法（GA）克服BP网络易陷入局部极小的不足,然后利用Levenberg-Marquardt （L-M）算法在解空间里对BP神经网络进行精调,搜索出最优解.结合优化后的GA-BP模型以及有限元计算结果,提取边坡损伤前后的频率值来实现损伤位置和程度的识别.经验证,改进后的BP网络有效提升了识别边坡损伤的性能,对岩石高边坡损伤识别方法的研究有理论指导意义与参考价值.     

寒区隧道围岩初始温度场及保温材料对非稳态温度场的影响

本研究利用商用模拟软件FLUENT,分别使用非稳态初始条件和均温初始条件,对寒区隧道围岩内温度场随时间的变化特性进行了模拟仿真,表明隧道围岩的初始温度场分布对准确模拟寒流导致的围岩温度分布有重要影响。分析了不同保温层材料对隧道围岩结构温度分布的影响,由于三种保温材料的热导率均比较小,5 cm厚保温层后的围岩温度相差不大,但是5 cm厚保温层不足以保证所依托隧道结构不发生冻害;需要根据寒区隧道的气象条件铺设主动加热带,从而有效防止冻害现象的发生。     

基于数字图像的复合岩石试验与损伤模型研究

为研究层状复合岩石破坏过程和形态,采用相似理论制作出层状复合岩石相似模型,在单轴压缩条件下观测岩石的破坏特征,结合三维数字图像相关技术(3D Digital Image Correlation,以下简称DIC)对试件的整体变形及破坏进行全过程的观测,得到复合岩石三维场的位移和应变,同时基于试件表面应变场的变化,建立了表面损伤程度与损伤因子D之间的量化关系,进而得到基于DIC表征的层状复合岩石损伤演化模型,研究结果表明：(1)层状复合岩石的破坏形态与脆性岩石特征相似,以拉伸劈裂破坏和Y型剪切破坏为主;(2)DIC试验记录的表面应变与损伤因子之间的量化关系可有效反应岩石破坏的全过程,以此为基础建立的损伤演化方程与实验数据拟合效果较好,证明了模型的合理性。     

铁磁性材料拉伸损伤过程的磁学特性

采取分级加载拉伸断裂和重复加载拉伸断裂两种加载方式,对不同初始磁场强度的板状试样进行了单轴拉伸试验,采用磁学信号特征量研究了中碳钢拉伸损伤过程。通过对试样变形过程磁学信号特征的分析,确定了中碳钢不同拉伸损伤阶段的磁学特性:弹性阶段的磁场强度和初始磁场分布规律一致,在材料由弹性损伤到塑性损伤过渡阶段,磁场强度均值及其标准差出现拐点;在颈缩阶段,磁场强度及其梯度信号明显增大,由此能够判断中碳钢由拉伸弹性损伤状态向屈服损伤状态的转变,以及材料断裂情况的出现,从而对工程中铁磁性构件的破坏性事故做出预警。     

单孔毁伤对赋形反射面天线辐射特性的影响

研究赋形反射面天线的反射面在单孔毁伤条件下的辐射特性，利用基于表面电流积分的物理光学法，对赋形反射面天线的远场辐射特性进行了建模和分析，比较了反射面完好时辐射特性的计算结果和测试值，具有很好的一致性．重点探讨了天线反射面单孔毁伤后远区辐射特性随孔径及孔位置的变化规律，得出毁伤孔径越大或孔越靠近反射面中心位置时，天线的增益下降越多，副瓣电平提高越多的结论。     

HgCl2与CdCl2对河蟹精子DNA损伤的单细胞凝胶电泳检测研究

采用单细胞凝胶电泳技术，研究了HgCl2和CdCl2对河蟹（Eriocheir sinensis）精子DNA损伤的影响.HgCl2和CdCl2各设置6个相同的浓度梯度，分别为0 mmol/L，0.01 mmol/L，0.05 mmol/L，0.1 mmol/L，1 mmol/L，5 mmol/L，处理温度为37 ℃（水浴），处理时间为1 h；SCGE的检测指标为DNA拖尾长度和DNA损伤率.结果表明，对照组DNA未受损伤，在电场中核DNA几乎不泳动，染色后呈圆形的荧光团，无拖尾现象；各处理组精子DNA均不同程度受损，电泳染色后均呈现彗星状荧光团，且随着HgCl2和CdCl2浓度的升高，河蟹精子DNA迁移距离和损伤率亦随之增加，DNA损伤程度与其浓度之间存在明显的“剂量-效应”关系.此外，本实验亦证实SCGE可用于河蟹精子DNA损伤的检测.     

E面扇形喇叭天线对电磁脉冲响应特性的分析

运用时域有限差分法（FDTD）,计算和分析了E面扇形喇叭天线对超宽带（UWB）电磁脉冲、高空核爆电磁脉冲（HEMP）和高功率微波（HPM）的响应特性,并且通过瞬态近远场变换计算了天线对入射脉冲产生的远区场响应,并利用傅里叶变换得到了响应频谱.经分析得出入射脉冲不但会对天线的连接设备造成损伤,而且由于E面扇形喇叭天线所具有的高增益特性,使得进入天线口径后产生反射的电磁脉冲幅值被增大,在远区场形成较大场强,从而将会对接收设备造成物理损伤.     

制导杀爆弹毁伤效能评估的应用研究

基于真实目标等效结构研究制导杀爆弹毁伤效能评估的应用.针对红外成像和GPS两种制导模式,分析末端弹道特征对于确定弹药研究毁伤效能与引信炸高、制导精度之间的联系.通过分析结果可见,采用红外成像制导模式,炸点随着炸高的提高离瞄准点的距离逐渐变远,破片群难以命中目标;采用GPS制导模式,炸点可通过弹载计算机计算调整炸点于目标上方,破片群向下可命中目标,对目标的毁伤效果较好;所以,弹药的毁伤效能除了与战斗部、引信有关,还与导引头的制导模式相关.通过仿真分析,制导模式对战斗部动爆威力场影响不大,因此在战斗部研制过程中可不考虑弹药的制导模式,而只采用动爆条件下的毁伤幅员对战斗部的毁伤效能进行考核,以优选出最佳战斗部结构和炸高.      

拉伸损伤细观机理的弹性力学分析

损伤力学有2个主要分支：连续损伤力学和细观损伤力学.在连续损伤力学理论中,许多学者采用引入损伤变量到材料的本构方程中的办法,来反映材料的不可逆变化过程,这种方法在工程应用中具有简单实用的优点,但损伤变量的物理意义不是特别清晰,而且难以找到拉伸损伤变量和剪切损伤变量之间的联系,往往是只能建立两者各自独立的损伤演化方程.在弹性力学理论中利用复变函数方法能求出材料在给定的受力状态下的位移场,在此基础上,可分析平面应力条件下含一条微裂纹的单元体边界处和裂纹面上的位移场,通过平均化的方法,得到单元体的平均线应变,进一步分析这种线应变与单元体中裂纹的几何尺寸之间的关系,再利用弹性拉伸本构关系,就可得到脆性和准脆性材料弹性拉伸损伤的细观描述.这种方法已经分析了弹性剪切损伤的细观机理,对进一步建立含有随机裂纹材料的宏细观相结合的损伤理论是很有意义的.     

基于LS-DYNA的复合材料层合板低速冲击损伤研究

结合应力强度理论和粘接域理论,提出一种全新的复合材料低速冲击损伤模型,利用大型动力有限元软件LS-DYNA进行实现,并通过算例的分析,验证了该模型的准确合理性。研究结果为复合材料抗低速冲击损伤提供理论依据。     

岩石细观损伤过程的CT动态观测

采用宏观轴向应力与密度损伤增量结合分析岩石纲观损伤演化过程。根据ＣＴ图像可以求得岩石损伤过程中任意应力阶段任意区域岩石密度损伤增量,首次将任意区域岩石压密和扩容定量化。岩石密度损伤增量不仅可以反映岩石损伤程度,而且可以描述岩石损伤演化过程。进一步讨论表明,岩石密度损伤增量场能圆满地刻画岩石细观损伤状态和岩石细观损伤过程。