1 中国科学院高能物理研究所北京 100049
2 中国科学院大学北京 100049
3 中国科学院上海高等研究院上海 201204
为满足高能同步辐射光源（High Energy Photon Source，HEPS）束流位置测量的需求，研制了各种类型的束流位置探测器（Beam Position Monitor，BPM）。位置灵敏度系数是BPM的一项重要参数，通过它可以精确计算束流的位置。使用边界元法计算束流位置探测器的灵敏度系数，适用于在无法使用天线模拟束流进行实际测量和有限元软件进行模拟的场合。以HEPS储存环BPM的参数为例，首先用边界元法分析计算了具有圆形横截面的BPM的位置灵敏度系数，在此基础上，分析了椭圆形（HEPS增强器）与八边形（BEPCII储存环）管道的系数。将该方法应用于BPM的设计与分析中，确定了高能光源增强器BPM纽扣电极的方位角和北京正负电子对撞机BPM的纽扣电极间距。此外，计算了上述BPM的位置灵敏度系数分布Mapping图。圆形管道BPM的位置灵敏度系数结果与解析值接近，相对误差在1%左右，椭圆形与八边形管道BPM的计算结果与实际测量结果的偏差都在2%左右，证明了边界元法计算束流位置探测器的位置灵敏度系数是一种可靠的方法，可用于BPM的设计与相关问题的分析。
边界元法 束流位置探测器 位置灵敏度系数 高能同步辐射光源 Boundary element method Beam position monitor Position sensitivity coefficient High energy photon source
苏州科技大学 电子与信息工程学院，江苏 苏州 215009
超级高性能(I.H.P.)SAW器件因具有优异的品质因数(Q)值及温度稳定性而备受关注。为用于宽带滤波器的研发，对双层结构(Cu电极/Y旋转5°切LiNbO3压电层/SiO2功能层/Si衬底）的I.H.P. SAW基底结构设计进行了研究。考虑质量加载效应，结合电极与压电层界面上的应力与自由电荷分布特点，采用精确的有限元/边界元法(FEM/BEM）理论进行研究。利用多层结构的连续性边界条件，计算多层复合格林函数以及谐振器导纳值，寻求谐振点与反谐振点之间最大频率差以优化基底结构尺寸。计算结果表明，对金属化比为0.5，结构周期(λ/2）为2 μm的器件，当功能层、压电层、电极层厚分别为0.15λ、0.2λ、0.037 5λ时，谐振频率点为880 MHz，反谐振点为1 018 MHz，由此可获得138 MHz的最大频率差。此结论为应用于宽带滤波器的I.H.P. SAW器件的设计提供了指导。
声表面波 有限元/边界元法(FEM/BEM） 谐振器 格林函数 宽带滤波器 SAW I.H.P. SAW Incredible High Performance (I.H.P. SAW) finite element method/boundary element method (FEM resonator Green function wideband filter
北京信息科技大学机电工程学院, 北京 100192
采用边界元法研究了具有非完好界面条件的二维三角晶格声子晶体的带隙特性。结合Bloch周期原理, 针对二组元三角晶格固-固体系声子晶体推导了含 非完好界面条件的边界元特征值方程。基于该方程, 计算了含有不同截面散射体(圆形截面、椭圆截面、正方截面)的能带结构, 讨论了晶格对称性对能带结构 的影响; 并且分析了圆形截面散射体填充比的变化对带隙位置及宽度的影响。通过与其它计算方法的结果比较, 说明边界元法可以有效准确地计算具有不同界 面条件和不同散射体形状的声子晶体的能带结构。而且, 非完好界面条件的声子晶体可以在低频打开完全带隙, 尤其圆形截面最为明显。
声子晶体 边界元法 非完好界面 能带结构 phononic crystal boundary element method imperfect interface band structure
1 海军航空大学电子信息工程系, 山东 烟台 264001
2 海军海洋测绘研究所，天津 300061
为解决航空磁异常探测中潜艇高空磁场分布难以测量的问题，根据Maxwell方程组和边界元法的基本原理，在预测空间基于格林函数，通过矢势分布求得潜艇空间磁场分布，建立潜艇磁场预测模型。使用磁偶极子仿真潜艇目标对预测模型进行初步理论验证，进一步设计实验对预测模型的有效性进行实际检验。根据理论和实验验证，结果表明，使用边界元法的潜艇磁场预测模型的平均绝对误差为0.220 5 nT，平均相对误差为2.368%。
航空磁探 潜艇磁场 边界元法 失势 预测模型 aeromagnetic anomaly detection submarine magnetic field boundary elements method vector potential prediction model
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室, 天津 300072
基于球谐函数参数化描述方法和组织器官光学特性分区均匀性假设，提出了一种稳态测量模式下形状扩散光学层析(DOT)成像方法，它能同时重建组织器官的形状及其内部光学参数。该方法中，正向模型采用扩散方程的边界元数值解法，图像反演则采用Levenberg-Marquardt优化算法。用不同噪声水平下的模拟数据和简化的仿体模型分别进行了模拟和实验验证。重建结果表明，所提出的算法具有较快的收敛速度和较好的全局收敛性，并能有效地恢复目标区域的形状参数和光学参数。
医用光学 形状扩散光学层析成像 边界元法 球谐函数参数化 逆问题
1 中国科学院 电子学研究所, 中国科学院 高功率微波源与技术重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院 研究生院, 北京 100039
基于边界元法, 提出了一种新的简单有效的计算速调管输出系统波导加载腔的谐振频率、场分布的方法。计算了一种矩形波导加载矩形谐振腔的常见结构。利用主模TE10波激励, 在波导的端口处采用推导出的Ｒobin-type边界条件, 通过扫频的方式, 观测选定场点的值, 极值对应系统的谐振频率。数值结果表明:波导加载谐振腔的谐振频率要低于同尺寸谐振腔的频率, 谐振腔内的电场分布也受到耦合孔的影响。利用边界元法计算波导加载腔这样的半开放系统, 具有实现简单、计算精确度高、数据输入少、计算时间短等优点。
边界元法 波导加载腔 谐振频率 场分布 boundary element method waveguide-loaded cavity resonant frequency field distribution
Author Affiliations
Abstract
1 College of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Tianjin Key Laboratory of Biomedical Detecting Techniques and Instruments, Tianjin 300072, China
A two-dimensional (2D) shape-based approach of image reconstruction using a boundary element method is developed for diffuse optical tomography (DOT). The experimental validation uses a four-channel time-correlated single photon counting (TCSPC) system for detection and an intensity data-type for image reconstruction. The optical and geometric parameters are simultaneously recovered using a difference imaging scheme. Results demonstrate that the proposed DOT modality is a promising methodology of in vivo reconstruction of the optical structures of tissues.
基于形状的扩散光学层析技术 边界元法 逆问题 170.3880 Medical and biological imaging 170.6960 Tomography 170.3010 Image reconstruction techniques 170.3660 Light propagation in tissues Chinese Optics Letters
2010, 8(8): 787
天津大学 精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
提出了一种形状扩散光学层析成像技术的数值方法,它能同时重建组织器官的边界和器官内的光学参数。假设不同类型的组织器官内具有各异的均匀光学参数,光子传输模型便可由一些耦合的Helmholtz方程描述,并使用边界元法作为正向模型的数值求解方法。区域的复杂光滑边界用傅里叶级数展开参数化方法表示。反演问题采用Levenberg-Marquardt优化算法,并用加入不同噪声水平的模拟数据对算法进行验证。数值模拟结果表明,提出的图像重建算法具有较快的收敛速度和全局收敛性,并能从噪声数据中准确恢复相应区域的形状参数和光学参数。
形状扩散光学层析成像 边界元法 傅里叶级数展开 逆问题
1 郑州大学 物理工程学院,河南 郑州 450001
2 郑州轻工业学院 技术物理系,河南郑州450002
3 平顶山学院 电气信息工程学院,河南平顶山467000
运用边界元法数值计算了平凹谐振腔具有高斯反射镜情况下的场强分布和相位分布,考察了高斯反射镜谐振腔的模鉴别规律和增大模半径的规律。高斯反射率镜平凹腔可扩大模式本征值差,具有模鉴别能力,中心反射率大小对选模能力也有影响,但对基模半径无影响。同时,高斯镜具有对输出光束整形的功能。
平凹腔 高斯反射镜 边界元法 模半径 模鉴别 Plano-concave resonator Gaussian-reflectivity mirror boundary finite-element method mode radius mode discrimination
