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.     

电容层析成像中电容敏感场的计算与图像重建

建立了１２电极基本传感器的有限元模型，对电容敏感场进行了仿真计算，以此作为先验中以重建出令人满意的图像，为进一步的应用研究提供了强有力的支持。     

基于准静态场的新型灵敏度系数计算方法

电学层析成像技术(Electrical Tomography,ET)具有经济性、无侵入性和实时性的特点,在工业过程检测、生物医学诊断等领域取得广泛的应用.在图像重建过程中,灵敏度系数作为先验信息,在计算中起到关键作用.然而,现有的灵敏度系数计算方法的物理意义不够明确、可解释性差、自适应性不足且具有较强的假设性,是当前提高ET成像质量的主要障碍之一.从准静态场灵敏度系数的物理意义出发,将电流激励状态下的激励与接地电极等效为一对偶极子,推导出一种新的具有明确的物理意义的、可解释性强并且可操作的灵敏度系数计算方法.最后,将新灵敏度系数与原灵敏度系数在数值、投影区和计算时间上进行比较,并通过灵敏度反投影法分别使用两种不同的灵敏度系数对四个模型进行图像重建.结果表明,新方法与原采用定义计算的结果吻合,并且新灵敏度系数在数据抗噪声、计算时间、图像重建等方面具有一定优势.     

电容传感器场灵敏度分布计算的有限元模型

根据电介质极化理论,构造一种新的有限元模型,规定了试样的形状、大小、数量、分布等·仿真结果表明,任意划分的有限元网格,灵敏度均匀性计算值之间的差别可达４４７５％,采用这种新的有限元模型,灵敏度均匀性计算数据之间的差别降低至７３％·说明该有限元模型相对于不同的试样分布、大小和数量有较好的一致性     

电学层析成像的灵敏度系数更新算法

针对电学层析成像技术受被测物场"软场效应"和欠定问题的影响而造城空间分辨率较低且稳定性差的问题,分析了电学层析成像过程中的灵敏度系数之和对于空间分辨率的关键影响,据此提出一种基于灵敏度系数更新及伪迹辨识的电学层析成像算法.结果表明,该方法能够有效地克服电学层析成像技术的固有问题,重建图像相对误差降低了5%~8%,,且对于离散分布的小目标空间分辨率更高.     

电容层析成像传感器软场性能分析

电容层析成像传感器的敏感场是软场,受被测介质分布的影响·以基于有限元分析的灵敏度快速计算法为工具,通过多种介质分布下灵敏度分布的计算与比较,研究了传感器的软场性能·结果表明,即便对于介电常数差异较小的气／油两相流,不同的电介质分布亦可导致灵敏度值有正、负百分之几十的变化·各处灵敏度变化不仅与管内介质分布有关,还与该点在敏感场中所处的位置有关·     

旋转变换张量及工业机器人时变转动惯量的计算方法

本文着重阐述了旋转变换张量的几何意义及其与座标变换的关系,并用旋转张量法推导了工业机器人时变转动惯量的计算公式。     

田径运动场地跑道的简易计算方法

田径运动场地跑道的计算步骤比较繁琐,本文试图通过五个计算通式,以使较为繁琐的田径运动场跑道的计算变得更为准确、简便、迅速、便于掌握和运用。这些通式不仅适用于标准田径场地的运算,同时也适用于各种周长的小型半园式田径场跑道的计算。     

利用h细化优化电阻层析成像灵敏度矩阵

为了提高电阻层析成像图像重建质量,利用h细化优化灵敏度矩阵以改善其病态性.以电阻层析成像有限元模型h细化区域的起始层数、终止层数以及三角形有限元内部区域所插入节点的横坐标、纵坐标为变量,以敏感场均匀分布时灵敏度矩阵条件数的倒数为适应度函数,利用h细化优化灵敏度矩阵,并将优化结果应用于改进Landweber预迭代算法图像重建.实验结果表明,利用h细化可有效改善其病态程度,相比采取全局细化前后有限元模型对应的灵敏度矩阵,条件数分别降低了35.354,3%,、32.820,4%,,提高了重建图像分辨率.     

电容层析成像多电极激励方法分析

电容层析成像中的图像重建是一个不适定求解问题，电容的微测量误差将会引起较大的图像重建误差，因此提高互电容测量精度是保证图像重建质量的关键．分析了电容层析成像中电容测量原理，在此基础上，将多电极激励方式运用于电容层析成像中．经仿真实验表明：在电容层析成像的电容检测中，与目前普遍采用的单电极激励方式相比，采用多电极激励方式同样可以提高检测电极的电荷量32％～180％，从而有利于提高对互电容的检测精度。     

利用Mobius反演计算小波系数的方法

Mobius反演公式可以应用于计算傅立叶系数。本文将该算法进行了推广,使其应用于小波级数展开式系数的计算。这个算法不同于Mallat算法,具有适合于并行处理等性能。     

电容层析成像电路的研究

介绍了电容层析成像技术的成像原理及C／V转换电路,理论上提出了成像系统中检测运算放大器出现 相移问题的克服方法．     

电容层析成像系统重建图像质量评价方法探讨

提出了使用多参数即图像形心点空间位置误差和面积误差的方法，在仿真环境下对电容层析成像系统的重建图像质量进行评价，给出了图像形心点空间位置误差的计算模型．仿真结果表明，该法比目前常用的单参数评价重建的图像质量更科学合理．     

电容层析成像中微小电容检测的研究

本文对几种微小电容检测的方法进行了探讨，详细地阐述了交流电桥法微小电容检测的原理，提出并了一种交流型电容测量电路，其电路硷定性：信噪比、分辨率部比充／放电直流型转换电路的高。该电路能抑制杂散电容的干扰，能测量微小电容的变化。     

嵌入式电容层析成像系统的成像加速方法研究

为了提高嵌入式系统设计中电容层析成像(ECT)的图像重构速度,研究了一种针对进阶精简指令集机器加上现场可编程门阵列(ARM+FPGA)硬件架构的图像重构算法加速技术。针对广泛应用且鲁棒的Landweber迭代算法(ILA),首先分析算法结构,然后基于FPGA的流水线特点,改进ILA涉及的循环结构,从而达到加速的效果。同时,针对ARM+FPGA架构的特点,讨论了ARM核与FPGA核各自的任务分配方式,进一步优化了算法速度。为了验证算法的有效性,分别在使用MATLAB编程和使用提出的加速方法搭建的ZYNQ平台进行了图像重构实验,从图像重构耗时、图像相对误差和图像相关系数3个指标论证提出方法的有效性。实验结果显示,使用搭建的ZYNQ平台进行Landweber算法成像时,每个图像的运行时间比使用MATLAB编程的运行时间减少了30%～40%。该研究在保持重构精度的同时有效提升了迭代算法的速度,对于ECT系统的硬件加速具有一定适用性。     

利用概率方法分析计算负荷系数的选取

本文应用概率理论,推导出工厂计算负荷P_(iz)的计算式:P_(iz)=P_(pz)+ασ,并讨论α的取值直接影响到P_(iz)的值及系统出现过载的概率;推导了达到稳定温升4τ时导线过载的概率的近似计算式。经上机计算,推荐适宜几种类型导线采用的α值。     

电容层析成像的BP网络重建

电容层析成像系统在工业上用于管道内流体的实时监测，本文提出用神经网络的方法来代替传统的反投影算法进行图像重建，以解决传统算法存在的扭曲形变和空间精度受限的问题。文中用改进的ＢＰ算法训练，采用一个两层感知机网络，网络的输入是预处理过的测量电磁量，输出直接对应到空间图像。     

非闭合电极电容层析成像传感器参数优化方法

提出了一种新的非闭合电极电容层析成像传感器结构参数的优化方法,采用均匀设计结合非线性偏最小二乘法,提取传感器结构参数与待优化目标间的函数关系;在此基础上建立新的目标泛函.通过对优化目标泛函的求解,最终获得传感器结构参数的最优值.本文以12电极非闭合电极电容传感器为研究对象,进行了结构参数的优化设计,并根据优化结果制作了非闭合电极电容传感器.数值仿真结果表明,就本文所考察的重建对象而言,采用参数优化后的传感器所获得的图像重建质量优于未优化的传感器;从而为ECT传感器设计提供了一种新的有效方法.     

计算灵敏度的一个拓扑方法

本文提出用信号流图理论求灵敏度的一个拓扑方法。在我们的信号流图中,无论输入支路或中间支路,其支路增益可为用来求灵敏度的某一系统参数的非线性函数。现有的一些结果,可作为我们所提出的一般公式的特殊情况来处理。最后,通过具体实例说明公式的应用。     

测试电容传声器声压灵敏度校准方法的研究

通过对测试电容传声器声压灵敏度耦合腔比较法校准和静电激发器法校准的深入研究，提出了简单、快速地进行测试电容传声器声压灵敏度校准的有效方法，由校准总不确定度的分析可知，这些方法能满足许多实际应用的需要。