Гетьман Василь Богданович. Моделювання та регуляризація задачі визначення розподілу частинок за розмірами в дисперсних середовищах оптичним методом: дисертація канд. техн. наук: 01.05.02 / Національний ун-т "Львівська політехніка". - Л., 2003.
Анотація до роботи:
Гетьман В.Б. Моделювання та регуляризація задачі визначення розподілу частинок за розмірами в дисперсних середовищах оптичним методом. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 – математичне моделювання та обчислювальні методи. – Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2002.
Дисертацію присвячено питанню визначення розподілу частинок за розмірами в рідинах і газах, шляхом реєстрації світла, розсіяного частинками, які в потоці середовища перетинають освітлену зону. Розроблено математичну модель, в рамках якої, відносний вміст частинок різних розмірів визначається з системи лінійних алгебраїчних рівнянь. Даними для розрахунку є виміряний розподіл за амплітудою і тривалістю електричних імпульсів, які виникають на виході фотоприймача при перетині частинками освітленої зони. Матриця системи рівнянь визначається в результаті розробленої процедури калібрування. В загальному випадку, така задача є некоректною. Для її розв‘язування розроблено метод ітераційної регуляризації на основі методу регуляризації Тіхонова. Основні результати роботи використано при розробці і виготовленні пристроїв, які знаходять застосування в фармацевтичній, електронній промисловості. Проведено дослідження з метою оцінки роздільної здатності та похибки вимірювання пристрою, побудованого згідно з запропонованою моделлю. Виміряні розподіли за розмірами в культурах бактерій різних видів в фізрозчині та розчині глюкози. Зареєстровано динамічні зміни в суспензіях, що містять мікроорганізми.
В дисертаційній роботі розв’язана нова наукова задача побудови моделі та регуляризації задачі визначення розподілу частинок за розмірами в дисперсних середовищах оптичним методом. При цьому отримано наступні результати.
На основі аналізу існуючих оптичних методів визначення розподілу частинок за розмірами, та сучасних вимог до чистоти технологічних середовищ, сформульовано принципи побудови пристрою, який при простій оптичній схемі дозволяє визначати розміри частинок в широкому діапазоні при високій точності вимірювання, завдяки застосуванню нових методів обробки сигналу.
Розроблено математичну модель визначення розподілу частинок за розмірами в дисперсних середовищах оптичним методом. Згідно зі запропонованою моделлю, розподіл за розмірами є розв‘язком системи лінійних алгебраїчних рівнянь, вихідними даними для якої є амплітуда і тривалість електричних імпульсів, що виникають при реєстрації світла, розсіяного частинками, які перетинають освітлену зону. Для визначення матриці системи розроблено процедуру калібрування. Такий підхід дозволяє зменшити похибку вимірювань, обумовлену нерівномірністю освітлення зони реєстрації та впливом шумів.
Розроблено новий метод знаходження регуляризованого розв’язку лінійної оберненої задачі. Суть методу полягає в побудові ітераційного процесу, в якому першим наближенням є результат, отриманий методом регуляризації Тіхонова, а у наступних наближеннях використовуються вектори попередніх наближень, перетворені у діагональну матрицю. Перевагою методу в порівнянні з відомими є забезпечення невід‘ємності результату.
Встановлено, що розроблений метод є регуляризуючою процедурою за умови невід‘ємності вектора розв‘язку. Розроблено алгоритм вибору оптимального параметра регуляризації та числа ітерацій. Параметр регуляризації вибирається з умови мінімуму похибки результату при невід’ємному початковому наближенні. Число ітерацій визначається з характеру зміни евклідової норми нев’язки в ході ітераційного процесу.
Розроблено пристрій для визначення розподілу мікрочастинок за розмірами, згідно зі запропонованою моделлю. Проведено оцінку роздільної здатності вимірювання розмірів частинок, яка є вищою в порівнянні з аналогічними характеристиками для пристроїв, що серійно випускаються. Проведено оцінку похибки вимірювання, згідно з якою відносна похибка вимірювання вмісту частинок менша 0,1 на всьому діапазоні розмірів.
Зареєстровано динамічні зміни в культурах мікроорганізмів за результатами вимірювання розподілів за розмірами.
Розроблений метод регуляризації можна застосовувати для пошуку розв‘язків широкого кола обернених задач, зокрема обробки зображень, комп‘ютерної томографії, астрофізики, за умови апріорної вимоги про невід‘ємність результату.
Публікації автора:
Білий О.І., Гетьман В.Б., Ференсович Я.П. Оптичний датчик вмісту мікрочастинок у світлих нафтопродуктах // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 1999. – №4. – С. 26 – 28.
Гетьман В. Обчислювальний метод оптичного визначення розмірів мікрочастинок// Вісн. НУ “Львівська політехніка” Радіоелектроніка та телекомунікації. – 2001. - № 428. – С. 173- 179.
Білий О.І., Гетьман В.Б., Матвійчук Я.М. Метод визначення розподілу мікрочастинок за розмірами в дисперсних середовищах // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - №2. – 2001. – С. 23 – 26.
Білий О.І., Гетьман В.Б., Матвійчук Я.М. Оптоелектронний прилад для визначення розподілу мікрочастинок за розмірами // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах: Зб. наук. пр.. – 2001. - № 8. – С. 453-456.
Пат. 42971 А, Україна, МКИ G 01 N 15/02. Спосіб і пристрій для визначення розподілу по розмірах завислих мікрочастинок в потоці рідини / О.І. Білий, В.Б. Гетьман, Ф.А. Конєв, О.Г. Сапунков, П.Г. Сапунков, Я.П. Ференсович, В.А. Загорій. - № 10; Заявл. 22.09.2000; Опубл. 15.11.2001. – 4. с.
Bilyj O.I., Getman V.B., Konev F.A., Sapunkov A.G., Sapunkov P.G., Ferensovich Ya.P. Devices for control of contamination in liquid drugs// In Fourth International Conference on Correlation Optics. Proc. of SPIE. – 1999. – Vol. 3904. – P. 593-596.
Bilyj O.I., Getman V.B., Sapunkov A.G., Sapunkov P.G., Ferensovich Ya.P. Automatized system for microparticles content control in the manufacture of liquid drugs// In Optoelectronic and Hybrid Optical/Digital Systems for Image and Sygnal Processing. Proc. of SPIE. – 2000. – Vol. 4148. – P. 236-238.
Bilyj O.I., Getman V.B., Konev F.A., Sapunkov A.G., Sapunkov P.G. The devices for monitoring content of microparticles and bacterium in injection solutions in pharmaceutics productions// In International Conference on Optoelectronic Information Technologies. Proc. of SPIE. – 2000. – Vol. 4425. – P. 153-157.
Білий О.І., Гетьман В.Б., Матвійчук Я.М. Метод визначення poзмірного розподілу мікрочасток// Abstracts of International Conference “Optoelectronic Information-Energy Technologies”. – Вінниця: ВДТУ. – 2001. – С. 100.
Гетьман В.Б. Оцінка точності вимірювань розподілу частинок за розмірами оптичним лічильником// Abstracts of second International Conference “Optoelectronic Information-Energy Technologies - 2002”. – Вінниця: ВДТУ. – 2002. – С. 55.
