基于电阻抗层析成像的CFRP结构损伤检测

电阻抗层析成像（EIT）是一种新兴的碳纤维增强复合材料（CFRP）结构状态评估方法。通过将EIT技术应用于一种商用各向异性CFRP层合板,初步研究了EIT的结构损伤检测能力。利用COMSOL软件建立CFRP多种损伤模型,有限元分析获取三维场空间电势分布信息。为改进EIT技术对各向异性CFRP结构损伤的图像重构效果,采用嵌入式电极有效采集材料内部电信号;同时,提出一种改进的基于L1稀疏正则化的图像重建算法。另外建立一套基于数字万用表的嵌入式16电极的EIT硬件系统,利用EIT系统检测平台对简单CFRP损伤进行检测,结果显示损伤材料图像重建效果良好,证明EIT方法在CFRP结构损伤检测中的可行性。      

基于碳纳米管薄膜的复合材料在线损伤监测

考虑到纤维增强树脂基复合材料会在服役过程中因受冲击、压缩以及疲劳等因素的作用而发生损伤,基于碳纳米管薄膜优异的力电响应特性开发了一种具有在线损伤监测能力的自感知复合材料。碳纳米管可在薄膜中形成导电网络,复合材料损伤会破坏导电通路,使碳纳米管薄膜的电阻大幅度增加。通过测量自感知复合材料的边界电压并利用电阻层析成像法对碳纳米管薄膜内电导率的分布变化进行求解/成像,实现了复合材料的在线损伤监测。分别对贯穿孔损伤和I型层间断裂损伤模式进行了研究,结果表明所制备的自感知复合材料对这两种损伤模式均可实现损伤定位及图像化显示,对于贯穿孔型损伤模式可实现对面积占比0.038%的损伤进行在线监测,定位精度可达毫米级。     

ERT/UTT双模态传感器尺寸优化仿真

针对电阻/超声双模态层析成像传感器配置优化问题,提出管道同一截面内配置电极与超声探头,实现对管道内同一被测对象同一时间的检测。采用数值仿真方法,考察电学敏感场与超声敏感场在管道内分布情况,优化双敏感场的互补信息获取范围,获得被测场域内同一被测对象的多敏感信息。为降低被测截面内电极对超声敏感场的影响,定义双敏感场的最优灵敏度与均匀度,利用数值仿真方法对电极与超声探头的安装结构与尺寸进行优化,最终获得16电极与16超声探头间隔放置的最优空间结构与相对尺寸。     

电磁层析成像中传感器阵列的优化设置

电磁层析成像（EMT）中传感器阵列的设置决定了获得的感应电压测量值的数量，对成像的效果有着重要的影响。为了探究传感器设置对成像质量的影响规律，通过改变传感器阵列中线圈的数量及相对位置对传感器阵列进行优化。在COMSOL Multi-physics中建立不同线圈数量的传感器阵列模型，采用不同的成像算法进行成像并比较成像效果，发现适当增加传感器的个数可以提高成像质量，但增加到一定数量则成像效果下降；同时在传感器阵列固定的情况下将传感器阵列按照一定规则进行旋转，发现旋转之后叠加的复合成像效果要优于未旋转的成像效果。该结果对下一步EMT系统设计中传感器阵列的设置具有一定的指导意义。      

基于改进MRNSD算法的电阻抗层析成像

电阻抗层析成像（EIT）作为一种新兴的碳纤维增强复合材料（CFRP）无损检测方法，具有成本低、无辐射、可视化等优点，受到研究者广泛关注。EIT逆问题具有严重的病态性，通常采用正则化算法改善成像质量。基于修正残差范数最陡下降法（MRNSD），利用其在减少图像伪影和保持边界信息方面的优势，针对该算法存在的半收敛性和抗噪声效果差等问题，采用预处理和软闭值方法对MRNSD算法进行改进。通过仿真和实验，对比所提改进算法与几种常用算法的成像效果。结果表明，所提算法有效提高了EIT图像质量和抗噪声能力，并且实现了最佳迭代次数的自动更新，有利于推动EIT方法在CFRP损伤检测中的实际应用。      

基于滤波反投影算法的TDLAS温度测量研究-流场诊断特别专栏

为提高二维重建温度场的抗噪声、抗干扰能力,本文研究了基于滤波反投影算法的可调谐激光吸收光谱二维层析成像系统。首先,通过数值模拟研究了滤波反投影算法的重建质量与影响因素,结果表明,随机噪声达到10%时,重建图像仍能较好地反映原温度场特征;滤波函数能明显改善重建质量;三次样条曲线插值的重建质量最高。然后通过基于滤波反投影算法的二维层析成像系统对弱旋流燃烧室出口温度场进行重建,将重建结果与热电偶测量结果进行对比,相对误差范围为1.4%-8.9%,较好地反映出温度场的特征,验证了滤波反投影算法的层析成像系统的可行性。     

电容层析成像系统传感器敏感特性分析及比较

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。现以8电极油水两相流电容层析成像系统为研究对象，采用有限元仿真的方法，通过用三角形和四边形两种不同剖分形式对电容敏感场的分析和比较、计算机仿真及实验分析，结果表明利用不等间距的剖分形式可以得到较好的仿真结果，具有较高的精度。     

画幅式层析成像光谱系统设计和实验研究

文章介绍一种无需时间或空间扫描的新型成像光谱仪--利用位相光栅作为分束器件的计算层析成像光谱仪(CTLS)。重点介绍了各个系统的设计原则和位相光栅的设计，并给出了光栅的设计结果。详细介绍系统矩阵的实验定标方法和过程。叙述了自然光照明条件下真实物体组成的靶标的光谱成像实验，对目标实验采样的数据进行重构处理，给出了实验结果。     

电容成像传感器优化设计及其试验研究

为了减小电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)传感器相邻极板间耦合电容引起电容测量时的噪声值,设计了差分电极传感器系统并对差分电极与测量电极距离进行参数优化。实验系统采用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)直接数字频率生成模块生成数字量的正弦激励信号,通过D/A转化为正负交流信号分别对测量电极和差分电极进行激励。差分电极与测量电极到管道中点的距离比例约1:1.2时传感器灵敏度最佳,仿真图像误差降低至0.23,图像相关系数提升到0.84;实验中空场时的系统平均信噪比比普通传感器提升了5.10dB,满场时的系统平均信噪比提升了4.50dB,相邻电极对的静止电容减少至38%,而电容变化占用最多测量值,即62%。差分电极传感器系统经过电极之间距离的优化设计,传感器系统性能得到提升,通过实验验证其可行性,并且能够应用在滑油监测。