打点法自动剖分在直线电机中的应用

在分析了几种剖分方法的前提下，介绍了“打点法自动剖分”原理，它能方便地对具有复杂边界和多元介质的场域进行剖分；将该方法用于对直线电机的场域进行剖分，较一般的自动剖分法和自适应剖分法均具有独特的优点。     

融合边界条件的电阻抗图像重建仿真研究

结合成像目标的边界结构信息,提出一种新的改善电阻抗图像重建质量的方法.在生物医学电阻抗断层成像中,将传统采用圆形场域的重建模型改进为与人体胸腔边界近似的八边形场域,建立正问题数学模型,求解得到灵敏度系数矩阵,经等位线滤波反投影算法获得感兴趣区域的仿真分布图像.针对成像目标在场域中的不同分布情况,采用面积占空比对两种重建模型下的成像效果进行评价.图像及数据分析结果表明,改进方法重建图像伪影明显减少,面积占空比也更接近真实分布,提高了图像空间分辨率,达到了改善电阻抗重建图像质量的目的.     

基于Walsh函数的电阻抗层析成像激励模式

为提高电阻抗成像数据采集系统的信噪比并且简化硬件电路设计,提出了一种基于Walsh函数的最优电流激励模式。利用Walsh电流对敏感场域进行激励,测量其电压响应,借助统计线性回归求解阻抗矩阵并将最优激励模式下的电压响应表示为Walsh电压响应的线性组合。结合正则化Gauss-Newton法重建阻抗图像。仿真结果表明,Walsh函数最优电流激励模式可以改善硬件系统的抗噪声能力,并且保证整个敏感场域内电流密度分布的均匀性。结合最优电流激励模式进行图像重建,提高了重建算法的收敛速度及重建图像的质量。     

电阻层析成像有限元模型优化

为了提高电阻层析成像正问题计算精度,以有限元模型次最外层半径为变量,以敏感场均匀分布时模型均方根值的倒数为适应度函数,利用求解低维多峰值函数优化问题的改进遗传算法,优化模拟敏感场内电流线分布密度与分布形式的新型拓扑结构有限元模型,最后以各峰值点对应的中心流模型均方根值为误差函数,选择新型拓扑结构有限元模型次最外层半径的最优值.仿真实验结果表明,相同实验条件下,相比优化前新型拓扑结构有限元模型、传统按等间隔原理剖分的有限元模型及其改进模型,优化后有限元模型在敏感场均匀分布时模型均方根值分别降低了32.002 5%、83.395 8%和44.760 5%,有效提高了电阻层析成像正问题计算精度与图像重建质量.     

Gaussian窗函数在电容成像图像重建中的应用

为降低敏感场矩阵的小奇异值给电容成像(electri-cal capacitance tomography,ECT)问题带来的不稳定性,以提高图像重建质量,该文从正则化方法的谱滤波形式出发,提出了一种基于Gaussian窗函数的ECT图像重建正则化方法。该方法利用Gaussian窗函数的滤波特性,通过选择合适的Gaussian窗函数幂次,来达到降低敏感场矩阵的小奇异值对重建结果造成不稳定的效果,从而获得较好的图像重建结果。对5种典型介电常数分布进行了数值仿真,结果表明:该算法对于两相流不同介质分布均具有良好的适应性,可获得较好的成像结果,部分分布的重建图像轮廓较Tikhonov正则化方法更为清晰。     

电阻层析成像场域的三维仿真

为了进一步认识电阻层析成像(ERT)系统中敏感场的分布特性,通过采用有限元数值仿真(FEA)的方法建立三维模型并求解,得到了ERT传感器敏感场的三维空间分布,分析了场域分布的不均匀性。并在此基础上,研究了电极构造、空间排列、激励模式等对所建立的场域带来的影响,结果显示,电极长度增加可以改善激励场域,而且相对激励模式所产生的场域要优于相邻激励模式。这些结论为改进敏感场电极阵列的设计,降低反成像算法带来的误差以及还原图像的解释等提供了便利与依据。     

有限元网格剖分尺度对波导模场影响的研究

有限元法是求解电磁场问题的一种有效方法。本文以矩形波导为实例，分析研究线性有限元法中场空间网格剖分尺度对波导模场分布的影响，获得用有限元法求解波导模场分布问题的最优网格剖分参数，为用有限元法求解波导模场问题提供参考数据。     

电容层析成象系统敏感场的仿真

过程层析成象是一项新的两相流检测技术。针对十电极电容层析成象系统,介绍了电容层析成象的基本原理、电容传感器的结构以及数学模型,用有限元分析方法对传感器敏感场及不同流型对应的电容值进行了仿真计算。给出了十电极电容传感器不同极板组合之间的敏感场分布,为相关的图象重建算法提供了理论依据。最后根据敏感场仿真结果对图象重建过程中的图象失真和电容传感器的“软场”特性作了相关分析。     

基于COMSOL的电容层析成像系统灵敏度场的计算

电容层析成像技术是检测两相流或多相流的过程检测技术,在工业领域中有着广泛的用途.要实现电容层析成像的图像重建工作必须先获得精确的灵敏度场数据,但是求取电容层析成像系统的灵敏度场矩阵十分复杂,而且编写有限元网格剖分模型的程序也相对繁琐和困难,且设定好的网格不易于快速修改.鉴于此,提出一种利用有限元软件COMSOL和电势分布来求解灵敏度场矩阵的方法.最后通过仿真实验进行了验证.仿真实验结果也证明了这种灵敏度场计算的有效性和可靠性.     

基于TMR的磁导率EMT的传感器阵列设计

为实现对流化床中磁性催化剂颗粒分布的实时监测,对EMT技术应用于磁导率分布测量的可行性展开研究.常规EMT系统一般用于重建电导率分布,且采用线圈进行检测,存在检测灵敏度低、测量数据少的问题,为此采用灵敏度高、体积小的线性TMR传感器替代测量线圈,设计了新的TMR-线圈传感器阵列,对阵列中TMR传感器的敏感轴方向进行了优化,在此基础上选择多维公司TMR2905作为测量器件.结合仿真软件COMSOL Multiphysics和MATLAB,利用模拟扰动法建立了TMR-线圈传感器阵列的灵敏度矩阵.使用Landweber迭代算法求解逆问题,为保证重建图像质量并防止过迭代,设置相邻两次重建结果的剩余测量矢量的差值作为迭代停止条件,通过多次测试选定系统在低固含率和高固含率条件下的迭代阈值分别为0.001和0.050.在仿真和实验平台中针对4种不同的磁导率分布情况进行图形重建,结果表明仿真和实验的重建图像均可以正确反映磁导率在敏感场中的分布信息,验证了TMR-线圈传感器阵列用于测量流化床中磁性催化剂颗粒分布的可行性.为了进一步提高重建图像的质量,通过仿真研究了TMR传感器数量对EMT系统重建图像质量的影响:当TMR传感器从8个增加到16个后,重建图像与实际分布图像的相关系数在4种不同磁导率分布情况下较原来平均提高23.8%.     

一种用于磁感应成像中灵敏度矩阵的计算方法

生物组织中的磁感应成像(MIT)是一种通过测量交变磁场中因扰动导体所引起的感应电压来重建复合电导率分布的方法.灵敏度矩阵即是映射电导率分布的变化与接收线圈中感应电压变化的对应关系.基于有限元方法和补偿原理,提出一种快速计算灵敏度矩阵的方法,并应用这种方法进行了多种仿真分析实验.结果表明,通过该方法可以快速地对单个扰动和多个扰动的灵敏度矩阵进行有效求解,即为MIT中逆问题的图像重建提供了有效的方法.     

Electromagnetic tomography: an analytical approach to detectability limits and sensitivity maps

An analytical method is applied to the electromagnetic tomographic (EMT) system for a single cylin- drical object in a realistic EMT sensor. The exact expressions of the magnetic field distribution in a two-dimensional object space are derived. Two specific applications are presented. Firstly, the detectability of the EMT technique is described by mathematically defining and plotting the distortion ratio of the object field to the excitation field as a function of the excitation frequency or the relative object diameter. Secondly, direct mathematical expressions for sensitivity are established and sensitivity maps are plotted, which might be useful for future image reconstruction.     

厚管壁电容层析成像图像重建算法

探讨了适合厚管壁条件下的电容层析成像图像重建算法.针对厚管壁管道内几种不同流型,分别采用LBP算法、Landweber迭代算法和BP神经网络对8电极电容传感器进行成像重建计算.结果表明:在厚管壁情况下,LBP算法重建的图像质量很差;Landweber迭代算法在层流下的重建效果好于核心流和环状流;而BP神经网络算法可以有效重建管道内的介质分布,但对于没有训练到的任意流型,其重建效果不够理想.     

基于分割Bregman迭代的内-外置电极电容层析成像

针对电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)逆问题的病态性和不适定性,提出了一种基于分割布雷格曼迭代(split Bregman iteration,SBI)的图像重构算法。在目标函数中引入基于参考图像的正则化、低阶约束和空间约束,从而提高成像质量和空间分辨率。对内-外置电极的ECT敏感场内环形区域进行图像重建。仿真结果表明:与Tlkhonov正则化算法和Landweber迭代算法相比,基于布雷格曼迭代的图像重建算法具有较好的空间分辨率,图像误差降低至0. 162 1,图像相关系数提升至0. 874 4,图像重建的精度和质量较高,说明了该算法在ECT图像重建领域的可行性和有效性。     

阈值Landweber在MIT图像重建中的应用

针对目前磁感应成像技术的图像重建质量较低、速度较慢的问题,提出了一种阈值Landweber重建算法.该算法在Landweber算法的基础上设置门限阈值,并在每次迭代中都自适应地调节阈值参数,从而提高了重建图像质量且加快Landweber方法的收敛速度.在Comsol Multiphysics仿真软件建立MIT系统模型的基础上,利用有限元方法求解了正问题.模拟结果表明,利用阈值Landweber图像重建算法获得的图像质量比LBP、未添加阈值的Landweber图像重建算法要好,同时也加快了收敛速度.     

数字化ECT成像系统

基于电容敏感原理设计的数字化电容层析成像系统,利用有限元法,分析了阵列电极结构对敏感场分布的影响,通过优化设计和仿真试验,改善了敏感场分布的均匀性;构建了以DSP为核心、FPGA协同工作的12电极的数字化ECT系统,提出了由离线预迭代和在线一步成像所构成的新的图像重建算法——预迭代法,其成像速度及精度均明显提高．     

单个活细胞图像分析系统的研制与应用

单个活细胞分析是生命科学领域的研究热点之一，按照单个活细胞分析的特殊要求，利用PI公司MicroMAX-5MHz-782Y型致冷CCD，研制了高性能数字图像系统，其具有高灵敏度、高时空分辨率、高精度等优点。建立了动态图像分析技术，适于半透明生物试样的三维重建技术等显微图像分析方法，并在单粒子追踪、脉冲电场刺激下鸡胚小脑粒细胞内Cn^2＋浓度空间分布测定等实验中得到了成功应用。实践证明，该系统比较适合单个活细胞的图像分析。