ERT传感器结构研究与优化设计

对ERT传感器主要参数——电极数目、电极宽度、电极高度和数据采集模式对系统性能的影响进行了仿真研究和分析，指出单独改变某一参数会使系统性能有所改善，但不能得到全局最优结果，因此需要对ERT传感器的多参数进行综合优化设计。将重建图像误差综合为重建图像质量作为优化传感器的目标函数，采用计算机有限元仿真与正交试验相结合的优化设计方法。研究表明该方法可有效地改善重建图像的总体质量，通过对传感器结构的优化，重建图像的总体质量可提高5％。     

油气润滑测试系统的ECT传感器优化设计

建立油气润滑测试系统中的电容层析成像技术(ECT)传感器模型,运用COMSOL软件,以环状流为典型流型,获取电容值和灵敏度场信息。以重建图形质量综合评分(OS)最优为目标,Design-Expert软件为平台,对电容传感器结构参数进行正交实验设计与优化。结果表明,单因素对OS值影响的由强到弱的顺序为绝缘管壁厚度归一值、极板张角、屏蔽层与绝缘管道的间距归一值;采用优化后结构参数的传感器,重建图像质量得到了较大的提高,表明Design-Expert软件可高效、准确地对ECT传感器结构参数进行设计和参数优化,为同类研究提供了参考。     

循环流化床上ECT传感器灵敏场的有限元分析

电容层析成像传感器的敏感场受多相流介质分布的影响,软场特性给图像重建带来很大困难,为了提高重建图像质量,对敏感场分布进行分析是非常必要的.该文以12电极方形电容传感器为基础,对电容层析成像技术应用于循环流化床研究做了简单阐述,着重研究了用有限元法对方形电容传感器敏感场分布的计算机仿真,讨论了负敏感场的处理方法.     

正则化优化修正的电容层析成像图像重建算法

提出一种基于正则化优化修正的电容层析成像图像重建算法。首先利用 Tikhonov正则化法求解系统的逆问题 ,解决逆问题解的不适定性 ;然后利用优化修正法对初始图像进行修正 ,以提高重建图像的质量。实验结果表明 ,该法在重建图像质量和图像重建速率两方面均具有优势。     

电容层析成像系统传感器优化设计

针对电容层析成像系统的数据采集系统存在的灵敏度低,检测信号微弱,信噪比低等问题,分析电容传感器各结构参数对系统物理性能的影响,建立了传感器敏感场场域的数学模型,从软场角度,介质分布,敏感场的均匀性以及传感器结构参数等方面进行了分析,确定了传感器的优化设计函数。采用响应面方法对隐式函数进行拟合,得到响应面方程并加以验证,获得了一组传感器优化参数,完成了传感器的优化设计。图像重建结果表明,采用优化后得到的传感器重建精度高,对ECT系统的研究具有重要意义。     

油气润滑ECT传感器的管道电容及其影响

采用COMSOL软件建立油气润滑电容层析成像传感器的三维物理模型,推导计入管道电容的数学模型;定义管道电容影响系数,分析管道厚度和管道半径对其影响。在算法中计入管道电容对环状流进行图像重建,并对重建图像质量进行评价。研究结果表明:管道电容影响系数可以表征管道电容对测量电容的影响;管道厚度增加或管道半径减少,管道电容对测量电容的影响增大,特别是对于油气润滑小管径,管道电容对测量电容有较大影响;计入管道电容影响后,重建图像质量有一定提高。     

基于协方差矩阵遗传算法的飞行器结构健康监控传感器优化配置

利用协方差矩阵改进后的遗传算法研究了飞行器结构健康监控中传感器的优化配置问题。该方法通过历史损伤记录或实验记录对目标结构的损伤概率分布进行量化假设,并结合以协方差矩阵改进后的遗传算法,在传感器位置优化研究中加以考虑,使优化配置后的传感器阵列能够针对目标结构的损伤高发区域进行重点监控。通过与正六边形网格覆盖布局方法在不同传感器数量条件下优化结果的对比分析,证明了该方法的优越性,并对传感器的数量优化问题进行了初步讨论。     

一种基于PID控制器的H.264单元层线性码率控制算法

本文提出一种新的集成PID控制器和线性码率模型的H.264单元层码率控制算法.人眼不仅对空域图像质量敏感,而且对时域图像质量敏感.为了在空域图像质量和时域图像质量之间获得更好的折中,在保持高空域重建图像质量的情况下获得更好的时域重建图像质量,本文将PID控制器引入到H.264的单元层线性码率控制中,并对场景切换情况进行单独处理.实验结果表明,本文算法不但具有线性码率控制算法的准确跟踪目标码率,显著降低比特率估计偏差的优点,而且在保持较高空域重建图像质量的同时提高时域重建图像质量,并可显著地提高场景切换时的重建图像质量.     

MIT中反投影矩阵的计算与数据处理方法

反投影算法是磁感应断层成像技术(MIT)中一种有效的图像重建算法.该算法中反投影矩阵的计算与检测数据的处理是提高重建图像质量的关键.依据磁感应断层像原理,提出了一种有效的MIT反投影矩阵计算方法和检测数据的处理方法.在所建立的仿真模型和实际模型基础上,分别运用该方法进行了图像重建实验与分析.实验结果表明,该方法应用在反投影算法中可以实现MIT图像重建.重建图像能准确反映成像区域内部电导率变化,具有较高分辨率,扰动目标定位准确,形状信息清晰可见.进而验证了该方法的可靠性和有效性.     

基于不同子集的OS-EM快速迭代重建算法研究

有序子集最大期望值方法(Ordered Subsets Expectation Maximization,OS-EM）具有较高的重建图像质量和较短的计算时间，正逐步应用在正电子发射断层扫描仪（Position Emission Tomography,PET）图像重建过程中。通过研究仿真Phantom模型在不同划分子集下的重建结果，分析比较了不同子集的选取对重建图像质量以及重建收敛速度的影响。     

Timoshenko梁的变形场重构及传感器位置优化

针对KO位移理论仅适用于重构单方向位移场问题,提出一种适用于六自由度位移场重构的新方法,称之为“多维积分法”。依据Timoshenko梁的静力学平衡方程,建立了位移、转角与外载荷之间的数学模型。并针对不同的外载荷环境,推导出相应的应变场函数和位移场函数,建立了表面应变与截面应变之间的转换关系。为了提升该方法的容差性,以重构位移场的精确性和稳定性为优化目标,建立了关于应变传感器位置的多目标粒子群优化模型。以机翼框架为试验平台,对其进行有限元分析,建立优化目标模型,给出优化后的应变传感器的布置方案。并以此方案为依据,分别利用有限元分析结果和实测梁表面应变值来重构位移场。试验结果表明,提出的“多维积分法”在两种不同形式的外载荷作用下均呈现出较高的重构精度。     

Analysis of the sensor placement for optimal temperature distribution reconstruction

The temperature distribution as a function of time and space is reconstructed over a non-homogeneous media having an arbitrary three-dimensional geometry. This is done by applying an inverse problem to the collected data from optimally placed sensors on the boundary surface of the object under study. Sensor positioning and the choice of the number of sensors are optimized in terms of the resolution of the reconstructed temperature field and the error propagation of the method in case of uncertain measurements. The method can be performed in real time since the major computation burden is performed off-line.     

数据同化方法在曲面重构中的应用

数据同化方法是气象、海洋进行数值预报的主要方法,四维数据同化的提出提高了其预报的准确性。四维数据同化的实质就是由大量观测值去确定出这些观测值所决定的曲面,而曲面重构也是依据测量所获得的大规模数据点重构实物的曲面模型。因此,本文提出了将数据同化方法应用于曲面重构的设想,文中分别介绍了如何用迭代寻优法进行网格优化和变分伴随同化法进行曲面重构。试验结果表明:优化后的三角网格更趋于正三角形,同化后的曲面逼近精度明显提高,达到了提高重构曲面与实物一致性的目的。     

两相流测量中电容层析成像图像重建的广义逆最小模解与线性反投影和迭代法的比较

本文根据电容层析成像ECT(ElectricalCapacitanceTomography)线性化了的电容与图像的关系,求出图像向量的广义逆最小模解。以试验数据对广义逆最小模解的图像重建能力进行研究。通过对广义逆最小模解、线性反投影法和迭代法三者的比较,了解了电容—图像线性方程的解不适宜电容层析图像重建的特点、线性反投影处理复杂物体分布图象的局限性,以及迭代法的优越性。同时发现了不加控制的迭代结果向广义逆最小模解结果趋进的现象。     

Evaluation of fringe effect of electrical resistance tomography sensor

A conventional electrical resistance tomography (ERT) sensor uses pin electrodes for current injection, and the electric field spreads far beyond the electrode plane, as a result of “soft field” nature. This phenomenon is referred to as “fringe effect” and would cause measurement errors and image distortion. The impact of fringe effect on measurement and reconstructed images depends on the object distributions, the conductivity contrast and others. It is not trivial to evaluate the fringe effect of an ERT sensor and its impact on the measurement and the reconstructed images. In this paper the fringe effect of an ERT sensor is evaluated for central core and off-central core distributions at different axial positions and with different axial dimensions and conductivity contrasts. Then, how to compensate for the fringe effect of the ERT sensor is discussed and a method proposed for improving the measurement accuracy and image reconstruction. Finally, the findings and methodology is verified by experiment.     

一种基于MFM的传感器优化配置方法

为了解决大型流程工业系统状态监测故障诊断系统的传感器优化配置问题,基于多级流模型(MFM)的传感器优化配置,在多级流模型分析的基础上,提出了一种改进的失效模式与影响分析(FMEA)方法.以故障可检测性及可分辨性作为约束函数,利用测点-故障敏感度、传感器可靠性及成本系数构造了一种新的复合优化目标函数,建立传感器优化配置模型并给出了优化算法,最后给出了电站除氧器实例.分析结果表明该方法的可行性和有效性.     

大型自由曲面移动式三维视觉测量系统

本文介绍了一种移动式三维视觉测量系统，用于大型物体自由曲面的测量。传感器采用双目立体视觉方式，并结合编码结构光技术，使匹配过程简化。传感器移动到大型物体周围对各局部区域进行测量。采用一个平面靶标作为中介，建立了传感器位姿变换矩阵的优化目标函数，根据靶标上多个特征点求解出该矩阵，即拼接矩阵。传感器在各个位置所测三维数据通过拼接矩阵统一到全局坐标系下。视觉测量系统在2个位置对维纳斯石膏像进行了测量，并进行拼接。结果表明，该测量系统操作简单，适用范围广；x、y、z坐标拼接RMS误差分别为0．038mm、0．022mm和0．135mm。     

油膜压力传感器动态特性试验研究

为研究油膜压力传感器的动态特性,利用锤击法对该传感器进行了动态特性试验。分析了信号的频谱及相干函数。利用傅立叶逆变换对信号进行了重构,滤掉了信号中的高频干扰。在此基础上,分析了传感器的幅频特性及动态灵敏度。结果表明该传感器具有较好的动态特性,可实现动压滑动轴承6000r/min内油膜压力的测量,且具有较高的灵敏度。     

Three-dimensional reconstruction from serial section images by computer graphics

A method is described that allows a three-dimensional object to be reconstructed from micrographs of serial sections by means of computer graphics. The reconstructed object, which can be rotated three-dimensionally, is displayed on a colour visual display unit, and the object is shaded in order to provide an illusion of a three-dimensional structure. Moreover, the technique makes it possible to observe an inner structure as seen through an outer one.