طراحی و ساخت سیستم فانتوم و مدلسازی مقطع نگاری حرارتی سه بعدی
چکیده
این پایان نامه به مدلسازی دو بعدی و سه بعدی مساله پیشرو سیستم مقطع نگاری حرارتی به روش اجزای محدود، حل مساله معکوس دو بعدی بدون استفاده از منبع تحریک خارجی و طراحی و ساخت یک فانتوم سیستم مقطع نگاری حرارتی پرداخته است. سیستم مقطع نگاری حرارتی با اندازه گیری دمای روی مرزهای جسم و حل یک مسئله معکوس، تخمینی از ضرایب هدایت گرمایی مواد و منابع گرمایی موجود در جسم بدست آورده و اقدام به بازسازی تصویری از خواص حرارتی جسم می کند. روند بازسازی تصویر در مقطع نگاری حرارتی شامل دو مسئله پیشرو و معکوس می باشد. در مسئله پیشرو با داشتن یک مقدار اولیه از ضرایب هدایت گرمایی و منابع گرمایی نواحی مختلف جسم معادله گرمای حاکم بر جسم در دسترس بوده و دمای درون جسم محاسبه می شود. در مسئله معکوس، دمای اندازه گیری شده بروی نقاط روی مرز جسم در دسترس بوده و هدف یافتن ضرایب هدایت گرمایی و منابع گرمایی درون جسم است. این کار بکمک یک الگوریتم غیرخطی تکراری انجام می شود که در هر تکرار مسئله پیشرو حل می شود، تا نهایتاً تابع هزینه ای که وابسته به هدایت گرمایی و منابع گرمایی جسم است مینیمم شود , ضرایب هدایت گرمایی و منابع گرمایی تخمین زده شوند. هر خطای کوچکی در حل مسئله پیشرو ممکن است منجر به ناکارآمدشدن مسئله معکوس شود. نحوه مش بندی و تعداد المان ها نقش بسزائی در بدست آوردن پاسخ صحیح در مسئله پیشرو دارد. با افزایش تعداد المانها دقت مسئله پیشرو افزایش می یابد، از سوی دیگر بدلیل بدوضعی مسئله معکوس کاهش تعداد المان ها نسبت به داده های اندازه گیری شده ضروری است. در این پایان نامه، تعداد داده های روی مرز را با ریزکردن مش بندی و استفاده از روش پیکسل بندی افزایش می دهیم در حالیکه تعداد مجهولات که همان تعداد المان های اولیه هستند، ثابتند. نتیجه شبیه سازی های سیستم مقطع نگاری حرارتی انجام شده نشان می دهد که استفاده از یک مش ساخته شده با اطلاعات معلومی از نواحی هندسی درون جسم، منجر به آشکارسازی دقیق تر خواص حرارتی جسم می شود که این نشان از وابستگی مقطع نگاری حرارتی به مش استفاده شده می باشد. تصاویر بازسازی شده با استفاده از داده بدست آمده از فانتوم ساخته شده کارائی مدل ارائه شده را برای مقطع نگاری حرارتی نشان می دهد.