低频线圈激励电磁成像的正问题计算

由于低频电流成像具有低生物危害性和低廉的硬件系统等诸多优点而受到广泛重视 .这种方法的原理是通过重构物体内部介质电特性的分布来实现成像目的 .由于物质的电特性是依赖于物质成分的 ,因此这种技术可以应用于医疗诊断之中 .目前已被广泛研究的主要有ＡＣ ＥＩＴ[1,2 ] 和ＩＣ ＥＩＴ[3～ 5] 两种成像方法 .这两种方法的区别在于激励方式不同 ,ＡＣ ＥＩＴ利用电极注入电流作为激励 ,ＩＣ ＥＩＴ利用电流线圈作为激励 ,都采用测量物体表面的电势作为反演信息 ,接触测量给实际应用带来很多不便 .而利用通以低频电流的线圈作为激励 ,采用…     

用三维各向异性电阻抗成像作人脑活动的研究

为改进电阻抗成像的算法,为人脑活动的研究提供三维各向异性的不侵入检测的软件,研究了用三维各向异性电阻抗成像的算法。算法的特点：一是基于高频下人颅骨的电导纳的虚部增大,使电流易于注入脑内以实现电阻抗成像;二是用三维各向异性有限元法解正问题;三是用广义线性增量函数理论和奇异值分解法解逆问题,算法具有整体灵敏度;四是由于逆问题是一个非线性问题,先给出各元素导纳变化的起始值,解逆问题得出新的导纳增量与起始值比较,由相对误差决定是否迭代,如需迭代,用新的导纳增量直接迭代。按以上算法对一立方体作了计算机模拟,得到很好的结果。被检测的立方体离散化为４５个六面体元素,外层元素３０个模拟颅骨,内部元素１５个模拟人脑。给出７种情况的计算结果,检测了包括深部５个元素在内的１３个元素。其中包括人脑电导率的变化,以及各被检测的元素电导率的变化不同,误差小于５％。各被测元素导纳增量的起始值设为零,所需迭代次数在７～３５之间。     

基于粒子群优化算法的电阻抗图像重建

电阻抗成像的实际应用具有许多优越性,但电阻抗图像重建是一个严重病态的非线性逆问题。目前电阻抗成像的静态算法大多采用Newton-Raphson类算法,这类算法需要计算Jacobian矩阵、使用正则化技术等,算法复杂且稳定性较差。针对该问题,采用了一种新的求解逆问题的方法:粒子群优化算法(PSO)。PSO是一种基于种群搜索策略的自适应随机算法,具有算法简单、调节参数少、收敛速度快、易于实现等特点。给出了电阻抗成像的建模模型,并对粒子群优化算法做了适当的改进以适应电阻抗问题的求解。与牛顿类算法相比,它可以省去繁复的雅可比矩阵计算过程,而采用自适应搜索来求取最优解。仿真结果表明,应用PSO进行图像重构时,能够对突变区域进行准确的定位,图像分辨率较高。     

基于对应点匹配插值算法的电阻抗三维图像重建

为了对电阻抗成像二维重构图像结果进行三维重建,笔者使用对应点匹配插值算法对二维电阻抗图像进行插值,形成三维重建模型。根据电阻抗成像重构数据的特点,改进了插值算法的梯度和梯度方向角计算公式,从而较好地重现层间数据,最后由原始数据和插值数据形成三维体数据。实验的模型是浸泡在圆柱体水槽中电导率为2.1S/m的圆柱体异物。将笔者所提算法与线性算法以及形状插值算法进行了对比。结果表明:笔者算法能够在确保计算精度的同时,兼顾计算效率,满足电阻抗成像的实时监护要求。     

电源分配网络阻抗分析及去耦电容优化

高速印制板电源分配网络（power delivery networks,PDN）受电电源端口具有瞬时电流大、目标阻抗小的特点。针对任意形状电源板的阻抗问题,提出一种基于解析式与有限差分法的互补模型,并在此基础上结合粒子群算法实现多个受电电源端口的阻抗优化。通过 Matlab 仿真,发现互补模型的结果与全波有限元法的基本吻合,计算时间则大幅缩短。测量结果表明,优化后实验板的多个受电电源端口阻抗均满足各自的目标值要求。     

基于圆柱模型的三维电阻抗成像问题研究

以胸腔模型为例,进行了三维电阻抗成像问题研究,建立了三维圆柱模型;采用有限元法进行了电阻抗正问题分析,得到的边界电位分布能够反映内部电阻抗的变化;采用基于同伦理论改进的Newton Raphson方法进行了逆问题分析,计算得到的电阻抗分布和实际分布非常接近,说明该方法适用于电阻抗成像逆问题。     

BP神经网络重建医学电阻抗图像

医学电阻抗成像是一个复杂的非线性问题,图像重建算法直接影响图像质量.传统的BP神经网络算法存在训练速度慢且易陷于局部极小等特点,将BP神经网络应用于拟合称电阻抗图像的输出特性,其图象质量得到明显的改善.     

开放式电阻抗成像建模及其仿真

为克服封闭式电阻抗成像电极位置不确定性引入的图像重构误差,采用固定电极阵列的开放式电阻抗成像(open electrical impedance tomography,OEIT)模型。将求解整个开放场域电磁场边值问题,近似转化为局部的虚拟场域。通过仿真实验选取有效边界参数和电极阵列结构。利用有限元法求解OEIT的正问题,采用一步牛顿法进行图像重构。实验结果表明OEIT能够探测到目标位置、区域以及电导率的变化,重构图像较清晰。OEIT在浅层体表具有较好的分辨率和定位准确度,有一定的临床应用价值。     

监测缺血性脑水肿的新方法--脑电阻抗地形图法

脑电阻抗的变化与脑水肿、脑梗塞有极大的关系,文中提出了脑电阻抗地形图应用在脑水肿检测的新方法.介绍了脑电阻抗地形图的硬件结构、脑阻抗网络拓扑结构,以网络中的三角形单元为基础,详细讨论地形图的绘制处理算法.对脑水肿病人,进行了数据测取,并通过计算机形成阻抗地形图.从对病情变化病例的比较分析和稳定病人数据的重复性已经验证了这种方法的可行性.     

拓广互谱ESPRIT法和TLS—拓广互谱ESPRIT法

以互功率谱估计为工具,提出色噪声背景下正弦参量估计的拓广的互谱ＥＳＰＲＩＴ解法和总体最小二乘拓广互谱ＥＳＰＲＩＴ算法（ＴＬＳ－拓广互ＥＳＰＲＩＴ）。并给出仿真实验结果。     

有限元中基于ID的快速扫角算法

基于interpolative decomposition (ID)技术的有限元快速扫角算法,能有效地计算电目标的单站雷达散射截面(RCS).算法针对不同入射波对应的右端项(RHSs),构成一个激励矩阵.将ID技术应用到激励矩阵用来选取对应的Skeleton入射波的方向.在采用快速算法得到Skeleton入射波对应的解之后,所要求解的角响应可以通过Skeleton对应的解重构出来.对电目标的数值实验表明了该算法的效率和精度.      

空间梁系结构极限荷载有限元解法

将有限元法引入结构稳定极限荷载分析中,从分析梁单元非线性几何方程入手,由其切线刚度矩阵的一般形式推导建立几何非线性劲度矩阵的具体形式,并实现对几种常见荷载的等效处理。根据分析结果,运用圆弧长法的数学策略,设计了计算程序,算例表明该程序运行结果良好。     

有限元-边界元耦合法计算任意截面形状二维介质柱雷达散射截面

应用有限元 边界元耦合法计算任意截面形状二维介质柱的雷达散射截面.对介质柱内、外区域分别应用有限元和边界元法进行分析,然后通过场的连续性进行耦合,形成待求矩阵方程,最后应用内观法结合多波前法求解该方程.作为算例,分别计算了几种柱体的雷达散射截面.数值结果表明,由于使用了内观法结合多波前法解非对称稀疏矩阵,大大减少了计算时间.     

应变片敏感栅结构参数对测量精度的影响

电阻应变式传感器的系统误差主要是由测量过程中的应变传递误差引起的,而这一误差的大小随着传感器敏感栅结构参数的不同而有所差异。针对这一问题,建立了由悬臂梁(被测基体)、粘结剂和应变电阻丝所组成的测量模型,运用有限元方法研究敏感栅电阻丝结构参数对测量结果的影响,同时通过实验验证了有限元分析方法的有效性。结果表明:栅长、栅间距在基体应变传递中具有中间最优值,栅丝直径越小应变传递误差越小。根据有限元分析结果给出了各结构参数对应的相对误差大小,为测量过程中电阻应变式传感器结构参数的选择和进行适当的误差补偿提供了有效参考。     

平面曲梁单元有限元分析模型

从分析曲梁单元非线性几何方程入手，由其切线刚度矩阵的一般形式推导建立几何非线性劲度矩阵的具体表达式，力图实现一种曲梁单元有限元分析模型。建立了坐标转换矩阵及几种常见荷载的处理方法，成果全部采用适合ＦＥＭ编程的矩阵形式，满足工程计算需求，用模型初步设计了计算程序，用曲梁单元模拟拱结构，可得到比其他单元更精确的结果。     

电阻抗层析成像系统"软场"非线性特性 --基于统计的方法

基于图方法与均匀设计方法，分析了电阻抗层析成像系统中的非线性特性．定义了非线性度。研究了圆域内两子区域的参数变化。采用正态图及半正态图方法分析了5因子2水平的情形，采用8因子6水平进行均匀设计，“最坏”情形的非线性度为-93．265％，并采用基于灵敏度矩阵的双共轭梯度法进行图像重建．结果表明，由于灵敏度矩阵法将各区域的电导率变化与测量电压变化存在的非线性关系线性化，忽略了EIT系统中由于“软场”性质引起的耦合效应，导致图像质量降低及迭代次数不确定；由于不同子区域间的耦合效应，尽管控制迭代次数可实现部分补偿，但基于灵敏度定理的迭代重建算法仍有其局限性，难于重建精确图像．     

各向异性介质覆盖导体柱电磁散射特性的FEM/BEM分析

应用有限元-边界元耦合法计算任意截面形状二维各向异性介质覆盖导体柱的雷达散射截面,对介质柱内、外区域分别应用有限元和边界元法进行分析,然后通过场的连续性进行耦合,形成待求矩阵方程,最后应用内观法结合多波前法求解该方程.作为算例,分别计算了无限长各向同性介质覆盖导体方柱和圆柱在平面电磁波照射下的雷达散射截面,结果与有关文献一致,在此基础上计算了各向异性介质覆盖导体方柱和圆柱的雷达散射截面.     

用面向对象的方法实现有限元的子结构法

有文献给出了有限元单元的抽象类,抽象单元派生出单元是具体的三角形单元、四边形单元等,作者将子结构作为抽象单元类派生出的一种特殊单元,在面向对象的有限元分析中加入子结构计算功能只需对程序作很少的改动,采用对子结构单元刚度矩阵作一次Choleshi分解,多次使用分解后的三角矩阵的方法,大幅度减少了凝聚矩阵时计算工作量,作者给出了子结构类定义和采用子结构计算与整体结构计算的结果比较。     

超构材料类电磁感应透明现象的实验研究

基于梳状线和开口谐振环组成的耦合结构,在开口谐振环上加载电阻调节损耗,加载电容使结构达到深亚波长尺度,实现了超构材料类电磁感应透明现象。通过调节梳状线和开口谐振环之间的距离改变近场耦合强度。实验结果表明,随着耦合强度的减小,电磁感应透明频率处的透射率逐渐减小,反射率逐渐增大,吸收率呈现先增大后减小的趋势。与此同时,群延时变大,慢波效应明显,但透明窗口逐渐变窄,慢波带宽变窄。