利用改进粒子群算法优化ERT有限元模型*

为了提高电阻层析成像正问题计算精度,鉴于不同拓扑结构有限元模型对应的正问题计算精度不同,针对电阻层析成像有限元模型优化的特点,提出一种改进粒子群算法。新算法首先借鉴区间算法与轮盘赌选择生成粒子初始位置,并在算法迭代过程中采取改进精英策略以克服算法早熟收敛。仿真实验结果表明,新算法具有收敛速度快、精度高、稳定性好等优点,满足电阻层析成像有限元模型优化的要求,可有效提高正问题计算精度。     

电容耦合电阻层析成像传感器结构优化设计研究

针对电容耦合电阻层析成像传感器的优化设计,首先利用有限元仿真软件建立了12电极传感器有限元模型,并分析了后续图像重建所需的传感器灵敏场,之后将该仿真模型与实际传感器相应的测量数据及重建图像进行对比验证,研究表明仿真与实验结果能够较好吻合,为对传感器性能进一步研究提供可靠基础.为了提高系统稳定性及抗干扰能力,以该原始模型...     

电阻层析成像系统敏感场特性分析及仿真

电阻层析成像系统敏感场受多相流介质分布的影响,敏感场分布数据作为图像重建所需的先验数据必须通过理论计算的方法得到,为降低敏感场的软场误差,提高重建图像质量,对敏感场分布进行深入的分析是极为必要的。论文在分析电阻层析成像的基本原理的基础上,采用有限元的方法建立了敏感场的数学模型,通过对离散介质场域的研究,分析了影响敏感场分布的因素及规律,完成了敏感场分布计算及可视化仿真。实验证明建立的有限元模型是正确的,而且敏感场分布符合实际,运算速度在10s左右,为相关的图像重建算法提供了依据。     

电阻层析成像系统敏感场特性分析及图像重建

电阻层析成像系统敏感场受多相流介质分布的影响,敏感场分布数据作为图像重建所需的先验数据必须通过理论计算的方法得到.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.在分析电阻层析成像的基本原理的基础上,采用有限元的方法建立了敏感场的数学模型,通过对敏感场场域的分析,研究了影响敏感场分布的因素及规律,完成了敏感场分布计算及可视化仿真.依据敏感场的计算结果,提出了一种基于多项式加速的ERT图像重建算法,给出了算法的数学模型,并利用谱分析对该算法的收敛性进行了证明.仿真实验结果表明,敏感场有限元模型是正确的,图像重建算法兼备成像质量高及收敛速度快等优点,为ERT图像重建算法的研究提供了一个新方法.     

采用多曲线拟合的柔性体建模仿真方法

提出了一种多曲线拟合的数学建模方法,用于在仿真中快速建立柔性物体受力的形变模型。该方法根据柔性体的形变特性将其外形轮廓分为多个部分;然后使用不同的简单曲线拟合各部分轮廓的形状,并通过改变拟合曲线的参数使得曲线形状改变,以此定量仿真出轮廓的受力形变;最后将曲线拼接起来构成物体的整体形变模型。文中讨论了常见的方体和板块体在挤压、拉伸和扭转这三种非常普遍受力下的形变特性,并使用多曲线拟合方法建立了形变模型。多曲线拟合方法虽然在表现精度上存在一定误差,但建模形式简单、计算速度快,为仿真中表现速度与表达精度的矛盾提供了一种有效的解决手段。     

双模态电层析成像传感器敏感场电场分析

为了拓宽电学成像技术的适用范围,本文在比较成熟的电容、电阻层析成像技术的基础上,构建了一套安装在同一管道同一截面上的的电容电阻(ECT/ERT)双模态层析成像传感器阵列,进行有限元建模,采用有限元仿真方法分析敏感场的电场特性,为电容电阻双模态成像算法实现及双模态信息融合提供理论依据.     

电阻层析成像测量模式仿真研究

电阻层析成像可分为相邻、相对和对角三种测量模式.为了分析不同模式下边界测量信号和敏感场的差异,建立了传感器的电流激励、电压测量有限元模型并开发了有限元软件包,可以方便的对场域进行仿真研究.仿真结果表明,相对模式和对角模式的测量电压均高于相邻模式,有利于测量;敏感场均匀性也好于相邻模式,有利于提高反演成像质量,但相邻模式电极间切换简单、电路容易实现.在硬件条件允许的情况下,相对模式和对角模式将成为电阻层析成像更好的发展方向.     

改进遗传算法的ERT有限元网格节点编号优化

在电阻层析成像中,有限元网格节点编号对整体刚度矩阵的带宽具有重要决定性的作用,而整体刚度矩阵的带宽直接决定了数据的存储量以及求解方程组的计算量。为了提高电阻层析成像中有限元的计算效率,减少数据存储量,利用改进遗传算法,对电阻层析成像中两种典型拓扑结构的有限元模型节点编号进行优化。实验结果表明,与常用节点编号规则相比,利用改进遗传算法可得到更优的带宽值,从而节省了计算机的内存空间,提高了计算效率。     

基于超声线列阵的钢坯孔洞缺陷检测层析成像技术研究

为实现钢坯内部孔洞缺陷的精准检测，提出了一种超声透射层析成像技术与超声线列阵全方位扫描技术相结合的方法。首先，设计了阵列超声检测方案，建立超声波传播路径的层析成像方程，给出求解方式。其次，通过有限元仿真对比分析了钢坯在有无缺陷情况下的走时，验证超声透射法采集缺陷走时信号方法的有效性，接着通过参数化设置实现线列阵扫描功能，将仿真的走时数据通过迭代算法重建横截面的灰度图，然后利用三次样条插值细化、中值滤波及图像增强的处理，分割提取图像中的缺陷，验证了该成像方法的可行性。最后，搭建了实验系统，通过实验进一步验证该方法的有效性。通过仿真和实验发现，采用所提方法重建的缺陷图像不仅形态完整，而且与实际缺陷轮廓对比，计算出相对误差仅为3%左右，分辨率可达1 mm,表明该方法的有效性和优越性。     

电阻层析成像系统全电极模型仿真研究

在电阻层析成像系统中,激励模式和电极数目的设计直接影响到整个系统。为了提高重建图像质量,更好地指导ERT系统设计,对敏感场进行深入的分析是必要的。通过电磁场有限元仿真软件COMSOL,构建ERT的电极模型,通过对空场和离散介质场域的仿真研究,分析了各个因素对敏感场的影响,并对四种典型流型进行了图像重建。仿真实验表明,COMSOL图像重建效果满意,为图像重建的研究提供了新的思路。     

漏磁检测的仿真和实验研究

根据检测得到漏磁信号重构出缺陷的外形轮廓,需要建立完整的缺陷模型数据库。首先,在搭建的漏磁信号的检测平台中,由上位机控制数采卡采集由霍尔传感器阵列转换得到的多通道漏磁信号,并实时显示采集到的缺陷信号。再通过有限元分析软件ANSYS对缺陷建模仿真,并计算分析出缺陷的磁力线分布。分析对比两组实验数据显示,两组数据吻合的很好,可以用ANSYS仿真的数据来建立数据库。     

有限元法在两相流检测中的应用研究

电容层析成像技术（ECT）是两相流参数检测领域中的一门新技术,在工业生产中有着广阔的应用前景.通过建立有限元模型,编写有限元仿真程序,进行有限元的计算,对两相流典型流型的敏感场场域进行建模仿真,得到的电容值可以作为图像重构的样本数据.     

基于图像融合的电容成像

为提高电容层析成像系统重建图像质量,提出基于图像融合的电容成像方法.通过电磁场有限元仿真软件COMSOL构建ECT传感器模型进行仿真研究,分别通过共轭梯度算法和奇异值分解算法重建图像,运用基于小波变换的图像融合方法对图像进行处理.仿真及实验结果表明该方法有效改进了ECT图像质量.     

管道裂纹缺陷漏磁场的有限元仿真

提出了一种海底油气管道裂纹漏磁检测的有限元分析方法。首先根据麦克斯韦方程组和三维有限元分析原理建立了数学仿真模型,并将仿真结果与实际检测实验数据进行比较,验证了该方法的可靠性。最后,通过仿真分析得出了裂纹的深度、宽度等几何参数对漏磁信号特征的影响规律,并给出它们的关系曲线。该方法为实际利用漏磁场分布检测海底油气管道裂纹提供了重要的依据。     

一种新型的生物机电系统建模研究

研究了穿戴式辅助正骨并联机器人生物机电系统的建模方法．首先建立了人体腿部组织的有限元模 型,并获得了断骨相对位姿到维持该相对位姿不变所需要的力的映射．然后建立了并联机器人的静力学模型,得到 平台载荷到维持并联机器人两个平台相对位姿不变所需要的支链驱动力的映射．综合人体腿部有限元模型和机器人 静力学模型,并进行适当的坐标变换,建立了生物机电系统模型．最后通过仿真实验,得到了相应的仿真曲线,并 进行了相应的分析．     

电容层析成像技术分辨油水两相能力的仿真研究

电容层析成像技术主要用于测量介电常数相近的两相或多相介质,该文采用有限元仿真分析手段,以介电常数相差较大的油水两相介质为实验对象进行仿真,研究结果表明电容层析成像系统仍具有一定的分辨能力。     

电容传感器成像敏感场若干影响因素探讨

电容层析成像(ECT)是一项基于图像的过程检测技术,具有实时性好,非侵入性,价格低廉的优点,适用于多相流检测,并已开始被引入两相流的测量中.在对电容传感器进行数学描述的基础上,建立了电容敏感场分布的数学模型及其有限元模型,介绍了敏感场的计算方法,利用有限元法研究了敏感场电势的分布规律.仿真实验表明:灵敏度分布函数受到介质分布的影响.     

电机起动暂态的仿真及测试分析

针对电机起动暂态仿真计算时的模型参数时变问题,以小型异步电机为对象,建立二维有限元电磁场模型.通过绕组端部电阻参数场化、端部漏感参数路化修正建立场路结合的模型.经过模型的短路仿真与解析计算对比,进行二次修正模型参数,得到场路结合的起动暂态模型,对电机性能进行仿真计算.对不同负载转动惯量下的起动时间、起动转矩、起动电流曲线、起动转速及角位移曲线等特性进行测试.经测试与仿真计算对比分析,结果表明参数修正的场路结合模型能准确地仿真计算电机起动暂态各性能.     

电容耦合电阻层析成像并行电阻测量原理研究

传统的电阻层析成像(ERT)系统的电极与被测介质直接接触,容易产生电极极化、电化学腐蚀等问题,近年来出现的电容耦合非接触电导测量技术与ERT技术相结合的电容耦合电阻层析成像系统提出了一种新的非接触测量方法来解决此问题。但是目前该系统的电阻测量原理决定了其测量模式是串行的,成为限制系统数据采集速度的一个重要因素。针对该问题,本文引入了新的测量模型,提出了并行电阻测量原理,实现了数据采集系统,大大提高了系统速度。本文主要研究内容包括:分析了新型传感器的测量模型,提出了新的电阻求解方法;利用有限元法获得了新测量模型下管道内灵敏场分布;研制了相应的12电极样机系统。初步实验测试结果表明,该系统在具有较好测量精度的同时,其数据采集速度可达120帧/s,有效提高了电容耦合电阻层析成像系统的实时性。     

代数神经网络电阻层析成像图像重建算法

两相流体具有复杂性的流动特性,图像重建的精度是两相流参数准确测量的基础。针对电阻层析成像系统存在的软场特性、强非线性和不适定性,使得重建的图像质量差、计算时间长等问题,基于代数运算的神经网络,给出了一种基于代数神经网络电阻层析成像图像重建算法。该算法通过建立代数神经网络,以测量的边界电压值作为神经网络的输入,将图像重建转变为一个严格对角占优的线性方程组的求解问题,以达到图像快速、准确的重建目的。通过实验仿真分析,该方法具有收敛速度快、代价低和误差小等特点。