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電學層析成像系統

(Electrical Tomography, ET)

ET技術構成

電學成像技術通過對被測物體施加電激勵,并檢測其邊界電學測量值變化,重構物體內部電學參數(電導率、介電常數、磁導率)的分布情況。在工業和醫學領域均有重要的應用價值。具有安全無輻射、非侵入、響應速度快、測量方式靈活、價格低廉等優點。

電學成像技術主要包括電容層析成像(Electrical Capacitance Tomography, ECT),電阻層析成像(Electrical Resistance Tomography, ERT), 電阻抗層析成像(Electrical Impedance Tomography, EIT)以及電磁層析成像(Electromagnetic Tomography, EMT)。


電阻抗成像技術(Electrical Impedance Tomography, EIT)

基本原理:通過在被測物體邊界施加電激勵(電壓/電流),檢測其邊界值(電流/電壓)變化,重構被測物體內部電特性參數(電導率/介電常數/復導納),從而得到被測物內部分布情況。

TJPU_EIT二維EIT成像系統

TJPU_EIT三維EIT成像系統


系統性能:

檢測方式:非侵入測量

成像速度:15幀~120/

空間分辨率:5%8%

系統信噪比:60dB

EIT應用案例:

石油管路流動狀態及油水含量檢測

氣力輸送系統煤粉流量控制

流化床物質混合、反應狀態監控

小尺寸管內油膜厚度在線測量


電磁無損檢測技術(Electromagnetic Tomography, EMT)

基本原理:基于電磁感應原理的無損檢測技術,通過電導率、磁導率測量,獲得被測對象表面或內部缺陷的形狀、位置。

TJPU-EMT系統用于金屬零件缺陷檢測

零件缺陷檢測結果


系統性能:

檢測方式:非接觸測量

系統信噪比:60dB

檢測速度:20/

檢測精度:1%

分辨率:100um

EMT無損檢測應用案例:

鐵軌裂紋檢測

金屬零部件缺陷檢測

鋼材含碳量檢測

碳纖維零件檢測

金屬板厚度測量

鋼水凝固過程監控


主動脈夾層CT圖像三維重建方法

(Aortic dissection CT image three-dimensional reconstruction method)

基本原理:研究基于CT圖像的人體主動脈夾層動態三維重構方法,探索可用于腔內隔絕術前的人體胸腹腔主動脈夾層三維結構顯示理論和方法:通過連續采集一組人體主動脈夾層胸腹腔的CT圖像,通過感興趣區域算法提取每一幅 CT 圖像中主動脈部分,通過基于GVF snake模型提取主動脈邊緣,并通過空間連續性先驗模型和貝葉斯理論實現對主動脈腔內夾層膜的準確分割,最終完成病人主動脈夾層的3D重建,然后通過CT局部重復掃描,恢復出血流對主動脈夾層中破口位置的動態擠壓過程。通過項目的實施,開發一套醫學圖像處理系統以快速準確地提取主動脈夾層特征并將其三維重建供醫生進行臨床診斷,對提高手術的成功率和挽救病人生命具有重大意義。

系統功能:

主動脈腔體及夾層三維顯示;

內膜破口位置、大小等參數測量;

恢復出血流對主動脈夾層中破口位置的動態擠壓過程;

技術拓展:

圖像分割技術

三維重建技術

血液動力學技術


基于視覺~聽覺轉換的視覺輔助技術

Vision Aid Technologies Based On Visual-to-auditory Transfer

基本原理:利用視障者聽覺和觸覺器官較敏感的特點,將三維空間信息轉化為聽覺或觸覺信息,使視障者有效感知外界環境,解決安全出行以及日常生活問題。

基于視覺~聽覺轉換的視覺輔助系統

系統功能:

三維圖像-聲音轉換;

輔助導航與路徑規劃;

危險、障礙預警;

技術拓展:

基于機器視覺的測量與控制技術

腦機接口技術

虛擬現實技術


室內移動機器人視覺導航方法

(The Visual Navigation Methods for the Indoor MobileRobot)

基本原理:圖像采集設備安裝于天花板以實時獲取室內環境的俯視圖像,并將圖像數據傳輸給計算機,計算機根據接收到的圖像進行處理和計算,以獲取或更新當前室內環境的全局導航地圖,同時從俯視圖像中獲得機器人在全局地圖中的位置,利用路徑規劃算法規劃出機器人的移動路徑,最后計算機機將控制機器人運動的指令無線傳輸給移動機器人,控制其沿規劃路徑行走,以實現視覺導航整個過程。

系統原理           系統實驗平臺

關鍵技術及性能指標:

全局導航地圖創建;

障礙物快速識別;

機器人位置定位;

室內照明條件變化下系統魯棒性;

在機器人移動速度不大于0.1m/S的條件下提供安全導航。

實驗結果圖

預期效益:

促進室內服務機器人技術實用化;

為設計新型室內服務機器人提供更多導航方案選擇。


高端電動汽車用電動助力轉向控制器技術

(Electric Power Steering (EPS) Control System for the Electric Car )


基本原理:轉向傳感器將方向盤的轉向力矩信號送入主控制器中,同時控制器采集汽車的車速信號以及發動機轉速信號,以判斷助力時機,并依據助力特性曲線計算出所需的助力力矩,按照最優控制策略控制助力電機輸出轉矩完成轉向助力;該技術具有降低燃油消耗、實現“按需供能”、轉向力可變、增強轉向跟隨性、改善轉向回正特性、提高操縱穩定性等優點。


系統測量原理

主要性能指標:

助力曲線光滑等級為優;

輸入-輸出力矩曲線對稱度95%;

回正偏差小于100;

最大工作電流40A。


測量系統實驗平臺及實驗結果圖

預期效益:

該項成果可降低高端電動汽車用EPS產品對國外技術的依賴程度,提高電動汽車技術的國有化水平,拓展電氣傳動技術的應用、推動機械、傳感器技術、電子器件制造業發展,同時為提供未來電動汽車、智能汽車自動駕駛技術支持。

成果應用



電動助力轉向控制器(ECU)性能測試系統

The Testing System of Electric Power Steering Controller’s Performance

基本原理:利用PCI板卡產生ECU控制信號,包括點火信號、同步信號、車速、發動機轉速、主輔扭矩等,使ECU完成自輸入扭矩中位至最大值的工作過程。同時,通過霍爾電流傳感器將助力電機電流轉換為電壓信號輸出,采集助力電機電壓信號,用以評價ECU性能的對稱性等參數性能。


EPS基本組成    

系統性能:

扭矩精度0.05V

5V3.3V系統同時工作的可能

多電機協同控制

助力曲線

優勢特點:

測試過程自動完成

測試結果自動記錄

適用于多種EPS控制器的測試


測試臺實物


EPS總成鋼銷高精度測量

(The High Precision Measurement of EPS Assembly Steel Pin)

基本原理:視覺測量系統由工業相機、鏡頭以及相應系統的光源組成。鋼銷是EPS總成的關鍵組成部分,其精度關系到轉向系統的用戶體驗的舒適性和安全性。采用平行光源與雙遠新鏡頭搭建系統環境,減少環境對視覺測量系統的影響。


視覺測量系統基本構建


系統參數:

成像大?。?/span>2.7×50px

系統精度:0.015px

采集時間:2.3/

光源:綠色背光光源

系統采集圖像    

系統優勢:

非接觸式測量,不會引入形變誤差

高精度測量

測試過程自動完成




生產管控與追溯系統設計

(Production Control and Traceability System Design)

基本原理:生產管理與追溯系統是企業生產效率管控與產品品質的保障。生產現場端由數據監控、數據庫操作以及人機交互設定等模塊組成,通過無線通信模式,將不同子節點相連接。監控程序收集數據進入服務器,管理者通過瀏覽器輸入IP地址訪問數據服務器,達到管理生產與產品追溯的目的。


系統特點:

C/SB/S相結合

采用無線組網,合理利用空間

采用樹形結構,減少數據擁堵的可能

串入分組交換機,保留擴展的可能

系統優勢:

產品與條形碼對應,產品可追溯

個性化適用于企業的生產管理系統

B/S模式,不局限于設備平臺的管理方式




光纖干涉條紋投影三維形貌測量技術

(3D ProfilometryBased on Fiber Optic Interference FringesProjection)

基本原理:利用激光器輸出激光光束至單模光纖內,經3dB光纖耦合器分光后進入兩光纖干涉臂中,構成馬赫-澤德干涉儀;在光纖輸出端面利用楊氏雙孔干涉實現條紋結構光投影,由相機拍攝受被測物調制后變形條紋圖像并輸入計算機,通過圖形處理算法求得被測物體表面3D形貌信息,最終實現對物體表面的三維形貌快速測量。


系統測量原理         測量系統實驗平臺

系統性能:

測量范圍:50mm×50mm×30mm;

測量精度:優于±10μm;

動態測量時圖像采樣頻率:≥10Hz;

物體表面測量點數:1024×1024;

應用案例:

小尺寸產品外形高精度測量;

產品表面三維缺陷測量;

三維動態形變測量;

反向工程;

生物醫學建模。


實驗結果圖


承擔的研究項目

[1] 天津市數控一代機械產品創新應用示范工程,2013/01~2016/06,國家科技支撐計劃課題重點項目

[2] 用于視障者視覺輔助的物體3D空間信息視覺~聽覺轉換理論,2014/012017/12,國家自然科學基金面上項目

[3] 基于壓縮感知的肺損傷三維動態阻抗重建理論研究,2014/012017/12,國家自然科學基金青年基金項目

[4] 基于結構光投影的視障者3D視覺信息輔助方法研究,2014/92017/12國家自然科學基金青年項目

[5] 基于渦流場相軌跡的碳纖維多層立體編織在線質量評估方法,2016/92019/12國家自然科學基金青年項目

[6] 高端電動汽車用電動助力轉向控制器關鍵技術及其研制,2012/42015/3,天津市科技支撐計劃重點項目

[7] 室內移動機器人視覺導航新方法研究,2011/01~2014/03,天津市應用技術及前沿技術研究計劃項目

[8] 面向肺損傷監測的三維動態阻抗圖像重建理論研究,2015/03~2017/02,天津市應用技術及前沿技術研究計劃青年項目

[9] 基于單目視頻監控的室內物體三維信息提取方法研究,2013/12015/12,天津市高等學??萍及l展基金計劃重點項目

[10] 基于機器學習理論的三維聲像重建關鍵技術研究,2011/102014/12,天津市高等學??萍及l展基金計劃項目

[11] 電動汽車線控轉向控制器關鍵技術研究,2013/62016/12,天津市高等學??萍及l展基金計劃項目

[12] 基于脈沖渦流的三維編織碳纖維復合材料缺陷識別方法,2014/012016/12,高等學校博士學科點專項科研基金聯合資助課題

[13]基于力學分析的三維編織碳纖維復合材料幾何建模研究,2013/092016/9,天津市高等學??萍及l展基金計劃項目


科研獲獎

[1]基于BCCSLSFMS的光學三維成像與檢測系統,天津市科技進步三等獎,2012.02

[2]單目高精度大型物體彩色三維數字化測量研究及產業化,天津市科技進步三等獎,2014.1

研究成果——發明專利

[1]一種室內視覺導航用障礙物高度檢測方法(授權發明專利).專利號:ZL201110105389.2

[2]高精度ECT智能傳感器(授權發明專利).專利號: ZL201010261469.2

[3]一種旋轉變壓器角度信號解碼方法(授權發明專利).專利號:ZL201010197231.8

[4]一種基于高斯函數的光纖干涉條紋圖像背景光補償方法(授權發明專利).專利號:201410152884.2

[5]一種改進的IFFT圖聲轉換方法(發明專利).專利申請號:ZL2014110152884.2

[6]一種圓柱型物體直徑尺寸的高精度視覺測量方法(發明專利).專利申請號:ZL2014107519635.2

[7] 一種基于數字投影的產品表面質量在線檢測方法(發明專利).專利申請號:201610334141.6

[8]一種基于數字投影的產品表面質量在線檢測方法(發明專利).專利申請號:201610334141.6

[9]基于GVF Snake模型的人體胸腹腔CT圖像主動脈分割方法(發明專利).專利申請號:201610334143.5

[10]基于Hessian矩陣的的人體胸腹腔CT圖像主動脈夾層提取方法(發明專利).專利申請號:201610334142.0


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