OSCYLACJE ELEKTRONOWE W UKŁADZIE ZŁOŻONYM Z KROPEK KWANTOWYCH ORAZ DOPROWADZEŃ - ANALIZA NUMERYCZNA

Electron oscillations phenomena in a system composed of two quantum dots and two leads coupled in series has been analysed. The mathematical model of the discussed system is based on the equation of motion method for appropriate correlation functions. The Coulomb interactions between electrons localised on quantum dots and electron spin have been take into account in the calculations. The influence of the selected system parameters on a time-dependent probability of quantum dot energy level occupation has been researched.W niniejszej pracy analizowane jest zjawisko oscylacji elektronowych w układzie, który składa się z dwóch kropek kwantowych oraz dwóch doprowadzeń. Elementy te są ze sobą sprzężone szeregowo. Model matematyczny rozważanego systemu opiera się na metodzie równania ruchu dla odpowiednich funkcji korelacyjnych. W obliczeniach uwzględniono oddziaływania kulombowskie pomiędzy elektronami zlokalizowanymi na kropkach kwantowych oraz spin elektronu. Zbadany został wpływ wybranych parametrów układu na czasową zależność prawdopodobieństwa obsadzenia poziomów energetycznych kropek kwantowych

TECHNIKI HYBRYDOWE DO ROZWIĄZYWANIA ZAGADNIEŃ OPTYMALIZACYJNYCH W ETI

This paper presents the hybrid algorithm for identification the unknown shape of an interface to solve the inverse problem in electrical impedance tomography. The conductivity values in different regions are determined by the finite element method. The numerical algorithm is a combination of the level set method, Gauss-Newton method and the finite element method. The representation of the shape of the boundary and its evolution during an iterative reconstruction process is achieved by the level set function. The cost of the numerical algorithm is enough effective. These algorithms are a relatively new procedure to overcome this problem.W artykule przedstawiono hybrydowy algorytm do identyfikacji nieznanego kształtu interfejsu, w celu rozwiązania zagadnienia odwrotnego w elektrycznej tomografii impedancyjnej. Wartości przewodności w różnych regionach określono za pomocą metody elementów skończonych. Algorytm numeryczny jest kombinacją metody zbiorów poziomicowych oraz metody Gaussa-Newtona i metody elementów skończonych. Odwzorowanie kształtu granicy i jej ewolucję w trakcie iteracyjnego procesu rekonstrukcji osiągnięto poprzez użycie metody zbiorów poziomicowych. Koszt algorytmu numerycznego jest dosyć efektywny. Algorytmy te są relatywnie nowymi rozwiązaniami dla tego typu problemu

ZASTOSOWANIE METODY ELEMENTÓW BRZEGOWYCH DO ROZWIĄZYWANIA PROBLEMÓW PROSTYCH W OBSZARACH STREFOWO NIEJEDNORODNYCH WZGLĘDEM PRZEWODNICTWA WŁAŚCIWEGO

I present solution of the forward problem for electric field obtained through the boundary element method. The function which describes electrical conductivity distribution on the domain possesses two different nonzero values. Proposed approach can be utilised in order to obtain solution of the inverse problem in the flood embankment control system. Such system relies on the electrical impedance tomography.Przedstawiam rozwiązanie problemu prostego dla pola elektrycznego otrzymane z wykorzystaniem metody elementów brzegowych. Funkcja opisująca rozkład przewodnictwa właściwego na rozważanym obszarze przyjmuje dwie różne niezerowe wartości. Proponowane podejście może zostać wykorzystane przy wyznaczaniu rozwiązania zagadnienia odwrotnego w systemie przeznaczonym do monitorowania stanu wałów przeciwpowodziowych. Działanie tego systemu opiera się na impedancyjnej tomografii komputerowej

POŁĄCZENIE METODY ELEMENTÓW BRZEGOWYCH I ZBIORÓW POZIOMICOWYCH W ROZWIĄZYWANIU ZAGADNIENIA ODWROTNEGO

The boundary element method and the level set method can be used in order to solve the inverse problem for electric field. In this approach the adjoint equation arises in each iteration step. Results of the numerical calculations show that the boundary element method can be applied successfully to obtain approximate solution of the adjoint equation. The proposed solution algorithm is initialized by using topological sensitivity analysis. Shape derivatives and material derivatives have been incorporated with the level set method to investigate shape optimization problems. The shape derivative measures the sensitivity of boundary perturbations. The coupled algorithm is a relatively new procedure to overcome this problem. Experimental results have demonstrated the efficiency of the proposed approach to achieve the solution of the inverse problem.Metoda elementów brzegowych i metoda zbiorów poziomicowych mogą być wykorzystane to rozwiązania zagadnienia odwrotnego pola elektrycznego. W takim podejściu równanie sprzężone jest rozwiązywane w każdym kroku iteracyjnym. Wyniki obliczeń numerycznych pokazują, że metoda elementów brzegowych może być zastosowana z powodzeniem do uzyskania przybliżonego rozwiązania równania sprzężonego. Proponowany algorytm jest inicjalizowany za pomocą topologicznej analizy wrażliwościowej. Pochodna kształtu i pochodna materialna zostały połączone z metodą zbiorów poziomicowych w celu zbadania problemów optymalizacji kształtu. Pochodna kształtu mierzy wrażliwość perturbacji brzegowych. Zespolony algorytm jest stosunkowo nową procedurą do rozwiązania tego problemu. Wyniki doświadczenia pokazały skuteczność proponowanego podejścia w rozwiązywaniu zagadnienia odwrotnego

WYKRYWANIE SZCZELIN POWIETRZNYCH W CHODNIKU KOPALNI MIEDZI ZA POMOCĄ ELEKTRYCZNEJ TOMOGRAFII IMPEDANCYJNEJ

In this paper, we investigate the inverse problem for the electric field so-called copper mine problem. In general, this task assumes detection of all air gaps. Gaps are localised above ceiling in a copper mine. Such task can be considered as application of the electrical impedance tomography. In order to solve forward problem there was used the boundary element method or the finite element method. The inverse problem is based on the level set method. There was considered extension of boundary element method (BEM). For simplicity zero order approximation has been chosen. The BEM has been connected with the infinite boundary elements. Hence, open domain problems with infinite boundary curves can be analysed. For such domain, we have solved the Dirichlet problem for two-dimensional Laplace’s equation. The proposed numerical model has been verified.W tym artykule przyjrzymy się problemowi odwrotnemu dla pola elektrycznego na tak zwanym problemie kopalni miedzi. Głównym zadaniem w tym zagadnieniu jest wykrycie szczelin powietrznych, które są zlokalizowane w stropie kopalni. Takie zadanie można rozwiązać za pomocą elektrycznej tomografii impedancyjnej. W celu rozwiązania zagadnienia prostego można użyć metody elementów brzegowych (MEB) lub metody elementów skończonych. Zagadnienie odwrotne zostało oparte na metodzie zbiorów poziomicowych. Dla uproszczenia zostały zastosowane elementy zerowego rzędu. Metoda elementów brzegowych została rozszerzona o elementy nieskończone. Stąd problemy otwarte domeny z nieskończonymi brzegami mogą być analizowane. Dla takiej domeny, musimy rozwiązać zagadnienie Dirichleta dla równania dwuwymiarowy Laplace'a. Zaproponowany model numeryczny został zweryfikowany

IDEA SYSTEMU TOMOGRAFII ELEKTRYCZNEJ DO MONITOROWANIU WENTYLACJI PŁUC

In many applications of electrical tomography, such as monitoring the lungs of unconscious intensive care patients, data acquisition on the entire boundary of the body is impractical. The boundary area available for electrical tomography measurements is restricted. Physiological processes that produce changes in the electrical conductivity of the body can be monitored by hybrid algorithms. This paper presents the architecture of the system based on electrical tomography.W wielu zastosowaniach tomografii elektrycznej, takich jak monitorowanie płuc pacjentów podlegających intensywnej opiece medycznej, zbieranie danych na całej powierzchni ciała jest niepraktyczne. Dostępne obszary dla pomiarów tomografii elektrycznej są ograniczane. Procesy fizjologiczne, które wywołują zmiany w przewodnictwie elektrycznym w organizmie mogą być monitorowane za pomocą algorytmów hybrydowych. W artykule przedstawiono architekturę systemu opartego na tomografii elektrycznej

ELEKTRYCZNY TOMOGRAF REZYSTANCYJNY DO POMIARÓW ROZPROSZONYCH DLA WAŁÓW PRZECIWPOWODZIOWYCH

In this paper the terrain electrical resistance tomograph was presented. Its aim is to verify the repeatability of test results by eliminating laboratory equipment, and to validate the use of simple and cheap electronics to the structure of the ERT. Electrical resistance tomography, which is based on measuring potential difference, can be used to calculate conductivityW niniejszym artykule przedstawiono konstrukcję tomografu rezystancyjnego. Jego celem jest weryfikacja powtarzalności wyników badań poprzez wyeliminowanie sprzętu laboratoryjnego oraz potwierdzenie zastosowania prostej i taniej elektroniki do struktury ERT. Do obliczenia przewodnictwa można wykorzystać elektryczną tomografię rezystancyjną, która opiera się na pomiarze różnicy potencjałó

KONCEPCJA PARAMETRYCZNO-SEMANTYCZNEJ OTWARTEJ PLATFORMY INTELIGENTNYCH URZĄDZEŃ SENSOROWYCH

The parametric and semantic model of open platform of intelligent devices and sensor technologies based on tomography in cyber-physical self-monitoring system contains: new techniques of conducting measurements and construction of novel intelligent measurement devices, system's structure along with communication interface, unique algorithms for data optimization and analysis, algorithms for image reconstruction and technological processes monitoring, cyber-physical system's prototype.Parametryczno-semantyczny model otwartej platformy inteligentnych urządzeń sensorowych został oparty na technologiach tomograficznych. W samo-monitorującym się systemie cyber-fizycznym zastosowano nowe techniki pomiarowe i konstrukcje inteligentnych urządzeń pomiarowych. Proponowane rozwiązanie prototypu systemu cyber-fizycznego składa się z interfejsu komunikacyjnego, unikalnych algorytmów do optymalizacji i analizy danych oraz systemu monitoringu procesów logistyczno-technologicznych

Comparison of Selected Machine Learning Algorithms for Industrial Electrical Tomography

The main goal of this work was to compare the selected machine learning methods with the classic deterministic method in the industrial field of electrical impedance tomography. The research focused on the development and comparison of algorithms and models for the analysis and reconstruction of data using electrical tomography. The novelty was the use of original machine learning algorithms. Their characteristic feature is the use of many separately trained subsystems, each of which generates a single pixel of the output image. Artificial Neural Network (ANN), LARS and Elastic net methods were used to solve the inverse problem. These algorithms have been modified by a corresponding increase in equations (multiply) for electrical impedance tomography using the finite element method grid. The Gauss-Newton method was used as a reference to machine learning methods. The algorithms were trained using learning data obtained through computer simulation based on real models. The results of the experiments showed that in the considered cases the best quality of reconstructions was achieved by ANN. At the same time, ANN was the slowest in terms of both the training process and the speed of image generation. Other machine learning methods were comparable with the deterministic Gauss-Newton method and with each other

Historical Buildings Dampness Analysis Using Electrical Tomography and Machine Learning Algorithms

The article deals with the problem of detecting moisture in the walls of historical buildings. As part of the presented research, the following four methods based on mathematical modeling and machine learning were compared: total variation, least-angle regression, elastic net, and artificial neural networks. Based on the simulation data, the systems for the reconstruction of “pixel by pixel” tomographic images were trained. In order to test the reconstructive algorithms obtained during the research, images were generated based on real measurements and simulation cases. The method comparison was performed on the basis of three indicators: mean square error, relative image error, and image correlation coefficient. The above indicators were applied to four selected variants that corresponded to various parts of the walls. The variants differed in the dimensions of the tested wall sections, the number of electrodes used, and the resolution of the 3D image meshes. In all analyzed variants, the best results were obtained using the elastic net algorithm. In addition, all machine learning methods generated better tomographic reconstructions than the classic Total Variation method