VYPSANÁ TÉMATA DOKTORSKÉHO STUDIJNÍHO PROGRAMU ELEKTROTECHNIKA A KOMUNIKAČNÍ TECHNOLOGIE 2016/17, OBOR TEORETICKÁ ELEKTROTECHNIKA

Transkript

1 VYPSANÁ TÉMATA DOKTORSKÉHO STUDIJNÍHO PROGRAMU ELEKTROTECHNIKA A KOMUNIKAČNÍ TECHNOLOGIE 2016/17, OBOR TEORETICKÁ ELEKTROTECHNIKA ANALÝZA DIFÚZNĚ VÁŽENÝCH MAGNETOREZONANČNÍCH OBRAZŮ ŠKOLITEL: MARCOŇ PETR, ING., PH.D. Problematika disertační práce bude zaměřena na výzkum a rozvoj metod pro měření a zpracování difuzně vážených obrazových dat získaných magnetorezonančním tomografem. Na základě rešerše současných metod zpracování obrazů vážených difuzním tenzorem budou zvoleny a aplikovány vhodné metody pro zobrazení patologických a zdravých tkání v reálných obrazech. Budou zvoleny vhodné metody pro segmentaci patologických oblastí v difuzně vážených obrazech a bude navržena metoda nebo více metod pro analýzu obrazových dat získaných ve spolupráci s FN Bohunice. DETEKCE MATERIÁLŮ S VYUŽITÍM PRINCIPU NUKLEÁRNÍ KVADRUPÓLOVÉ REZONANCE ŠKOLITEL: STEINBAUER MILOSLAV, DOC. ING., PH.D. Disertační práce je zaměřena na vývoj technik pro detekci různých materiálů (zejména na bázi N a Cl) s využitím nukleární kvadrupólové resonance. V současné době se tato metoda jeví jako velmi perspektivní pro oblast detekce a klasifikace výbušnin, léků a drog. Problematika buzení jader a následného snímání signálu rezonujících jader s možností přelaďování je složitou úlohou jak z pohledu nároků na signálovou cestu, tak z hlediska konstrukce budícího obvodu. Vzhledem k malé úrovni signálu rezonujících jader a krátkým relaxacím je nutné vyřešit celou řadu technických problémů. Problematika je do značné míry mezioborová.

2 EXPERIMENTÁLNÍ VÝZKUM MĚŘICÍCH METOD PRO NQR SPEKTROGRAFII ŠKOLITEL: STEINBAUER MILOSLAV, DOC. ING., PH.D. Cílem práce je výzkum metod zlepšení vlastností experimentálního NQR pracoviště pro spektroskopii látek v rozsahu 0,5 až 10 MHz. Půjde o nalezení vhodných měřicích metod pro vyloučení falešných signálů a zvýšení citlivost spektrometru a opakovatelnosti měření. Výsledkem by měl být také návrh a realizace úprav obvodového řešení spektrometru pro ověření účinnosti navržených metod. EXPERIMENTÁLNÍ VÝZKUM VYSOKOFREKVENČNÍCH REZONÁTORŮ PRO MRI ŠKOLITEL: NEŠPOR DUŠAN, ING., PH.D. Cílem disertační práce je teoretický a experimentální výzkum vysokofrekvenčních rezonátorů v kombinaci s fantomy, které budou modelovat objekty, měřené pomocí MRI. Jednou z hlavních oblastí výzkumu bude schopnost dodání maximální energie do fantomu za současného dodržení uspokojivé homogenity magnetické složky elektromagnetického pole. K vyšetřování parametrů soustav rezonátorů a fantomů bude využito numerické modelování v kombinaci s experimentálním měřením v reaktivní oblasti soustav a experimentální měření v NMR systému. Sledované parametry rezonátorů budou především rezonanční kmitočet, činitel jakosti, homogenita magnetické složky elektromagnetického pole a absorbovaná energie ve fantomu. Získané poznatky budou mít dopad pro využití v MRI pro zlepšení parametrů obrazů. MAPOVÁNÍ ELEKTRICKÉ VODIVOSTI MATERIÁLŮ POMOCÍ IMPEDANČNÍ TOMOGRAFIE ŠKOLITEL: DĚDKOVÁ JARMILA, PROF. ING., CSC. Elektrické vlastnosti materiálů je možné získat pomocí různých variant algoritmů impedanční tomografie. Vstupními daty jsou naměřená data U-I (voltage-current) nebo B-I (magnetic field - current). Práce je zaměřena na zjištění citlivosti algoritmů rekonstrukce na vstupní data stanovená různými měřicími po stupy. Cílem práce je nalézt a experimentálně ověřit stabilní a časově nenáročný algoritmus s ohledem na požadovanou přesnost.

3 METODY DETEKCE A IDENTIFIKACE SIGNÁLU ČÁSTEČNÉHO VÝBOJE V PÁSMU UKV ŠKOLITEL: DREXLER PETR, DOC. ING., PH.D. Jedním z klíčových problémů spolehlivosti výkonových vysokonapěťových transformátorů je existence částečných výbojů v jejich olejové náplni. Radiofrekvenční metody mohou poskytnout účinný nástroj pro sledování aktivity částečných výbojů. Pro jejich úspěšné nasazení je stěžejní možnost detekce elektromagnetického signálu v pásmu UKV vyzařovaného výbojem. Tento signál má relativně nízkou úroveň a jeho výskyt je doprovázen silným impulzním rušením z jiných výbojových dějů. Na druhou stranu signál disponuje specifickými časovými a kmitočtovými relacemi, které mohou umožnit jeho spolehlivou detekci a vyhodnocení. Téma je zaměřeno na výzkum nového přístupu k detekci elektromagnetických signálů vyzařovaných částečnými výboji, který bude využívat jejich časových a kmitočtových specifik. Cílem práce je prohloubit stav poznání v problematice spolehlivé detekce a identifikace aktivity částečného výboje a zvýšení spolehlivosti provozu výkonových vysokonapěťových transformátorů. MODELOVÁNÍ A EXPERIMENTY S LADĚNÝMI NANO-STRUKTURAMI A REZONÁTORY V OBLASTI STOVEK THZ Jednou z aktuálních oblastí výzkumu jsou práce na sofistikovaných nano-strukturách. Práce je zaměřena do oblasti návrhu, modelování a experimentů s laděnými nanostrukturami v oblasti THz. Jsou zde tři cílei. První zaměření je z oboru numerického modelování struktur. Na základě reálných vlastností nanomateriálů vytvořit numerický model a analyzovat strukturu. Druhá oblast je zaměřena na návrh metod a metodik ověření výsledků pomocí experimentů, měření a ověření předpokladů očekávaných z teoretického modelu. Modelováním metodou konečných prvků, konečných objemů (například v programu ANSYS, ANSOFT, MAXWELL atd.) se navrhne model chování dynamiky hmoty. Třetí oblast výzkumu je zaměřena do oboru technologie. V tomto zaměření se očekává výzkum technologií pro realizaci navržených struktur a jejich realizovatelnost v experimentální části tématu. Výsledky budou sloužit pro výzkum speciálních laděných periodických struktur. Témata lze řešit odděleně, není podmínkou všechna pro jednoho uchazeče. Téma je součástí vypsaného grantu CZ.

4 NÍZKOÚROVŇOVÁ MAGNETICKÁ MĚŘENÍ PRO VYHODNOCENÍM VLIVU ZMĚN EMAG POLE NA LIDSKÝ ORGANISMU Téma se zabývá dvěma klíčovými oblastmi. První je zaměřena na pokračování výzkumu uceleného systému měřicích metod a metrologie pro nízkoúrovňová magnetická měření s respektem silně rušeného okolního prostředí v úzkém frekvenčním pásmu- 0-30Hz. Je vhodné se zaměřit na metody dosahujících výsledky S/Š <0.05 a rekonstrukci signálu. S navrženými metodami se provádí vyhodnocení malých změn magnetických polí. Druhá oblast navazuje na výzkum biologických změn chování člověka a celkově lidského organismu, jeho vlastnostmi a reakcí na změny magnetického pole. Jako nástroje se používají postupy jak deterministické, tak stochastické, s nejnovějším matematickým aparátem a nedestruktivními měřicími metodami. NUMERICKÉ MODELOVÁNÍ A ANALÝZA SUSCEPTIBILITY ŠKOLITEL: MARCOŇ PETR, ING., PH.D. Problematika disertační práce bude zaměřena na numerické modelování a analýzu magnetického pole deformovaného magnetickou susceptibilitou různých materiálů. Východiskem řešení bude rešerše současných metod pro měření magnetické susceptibility a disertabilní část se zaměří na numerické modelování a měření magnetické susceptibility na MR tomografu. Cílem disertační práce bude rozšíření současné metody pro měření magnetické susceptibility magneticky nekompatibilních materiálů (nevytvářejících MR signál). Takto rozšířená metoda bude ověřena numerickým modelem a také reálným měřením a zpracováním vzorků makroskopicky neferomagnetických materiálů v MR tomografu. NUMERICKÉ MODELY S RESPEKTOVÁNÍM VNITŘNÍ STRUKTURY HMOTY Práce je zaměřena na teoretické odvození numerických modelů založených na kvantově 1 mechanických modelech hmoty a v 1 H e - kombinaci se stochastickým, jak deterministickým tak nedeterministickým přístupem určení neurčitosti formulovat pro obyčejné diferenciální rovnice jednoduchý 12 6 C numerický model nanoelementární části systému, periodického systému. Navazuje na výzkum modifikací takto vytovřeného modelu na bázi numerické metody konečných prvků, konečných objemů, hraničních prvků pro statické i dynamické modely formulované pomocí parciálních diferenciálních rovnic. Cílem práce je navrhnout numerický model jako velmi silný nástroj pro analýzu a popis vlastností jak periodické tak neperiodické struktury a její geometrie na atomární a subatomární úrovni, verifikace na jednoduchém ověřitelném příkladu, zkoumat parametry takto vzniklého numerického modelu a porovnat s požadavky kladenými na modely určené pro dynamiku elektrického výboje a vyhodnotit zadané parametry. Téma je součástí vypsaného grantu CZ.

5 NUMERICKÉ MODELY STOCHASTICKÝCH ÚLOH V procesu modelování se vyskytují neřešené problémy v oblasti rozsáhlých mnohaparametrických úloh s explicitním popisem minima parametrů. V numerickém modelování existují přístupy řešení takovým modelů. Při vhodném formulování a sestavení metody se stávají výkonnými nástroji při vědeckém přístupu k řešení základního i aplikovaného výzkumu. Cílem doktorského studia je popsat a formulovat přístupy řešení rozsáhlých periodických systémů s mírou neperiodicity, na experimentech ověřit vlastnosti modelů. Cíleně provést testování na modelech nanomateriálových modelů, například na strukturách grafenu, povrchových atomárních vrstev s aplikací plazmatu. Téma je součástí vypsaného grantu CZ. OPTIMÁLNÍ NÁVRH SYSTÉMŮ A ŘÍDICÍCH JEDNOTEK TLAKOVÁNÍ KABIN LETADEL Téma disertační práce bude zaměřeno na optimalizaci systémů a řídicích jednotek tlakování kabin letadel na základě reálných požadavků leteckého průmyslu. Důraz bude kladen na související aspekty výzkumu a vývoje: a) ověření kvality zpracování hardwarovými testy (PBA, vlastní jednotka, testy vlivu okolního prostředí), b) bezpečnost návrhu (FTA, analýza a řešení hazardních stavů). Práce bude řešena v úzké spolupráci s firmou Honeywell International, s.r.o. OPTOVLÁKNOVÉ SENZORY PRO ANALÝZU BIOLOGICKÝCH STRUKTUR ŠKOLITEL: DREXLER PETR, DOC. ING., PH.D. Aplikace optovláknových senzorů pro detekci a identifikaci biologických struktur (DNA, proteinů i samotných buněk) je vysoce aktuální a rozvíjející se problematikou. S výhodou je používáno evanescentní interakce vláknem vedeného světla s okolním prostředím, což umožňuje výhodnou konstrukci senzorů se snadnou aplikovatelností. Využívá se také spektroskopických technik pro identifikaci biologických struktur. Velmi zajímavou je dále možnost využití techniky CRDS (Cavity- Enhanced Ring Down Spectroscopy), která umožňuje dosáhnout vysoké citlivosti při analýze biologických preparátů. Cílem práce je výzkum metod spojení výše uvedených přístupů, což otevře nové možnosti realizace senzorů s novými a unikátními vlastnostmi.

6 POKROČILÉ METODY ANALÝZY SIGNÁLU PRO LOKALIZACI ČÁSTEČNÝCH VÝBOJŮ ŠKOLITEL: DREXLER PETR, DOC. ING., PH.D. Zásadním faktorem pro spolehlivost blokových elektrárenských transformátorů je existence částečných výbojů v jejich olejové náplni. Moderní radiofrekvenční metody mohou poskytnout účinný nástroj pro sledování aktivity částečných výbojů. Jejich rozvoj je v poslední době umožněn dostupností moderní přístrojové techniky, která umožňuje akvizici signálů s šířkou pásma jednotek GHz. Rovněž úroveň výpočetní techniky umožňuje provádět zpracování a vyhodnocení signálu s vysokým vzorkovacím kmitočtem v oblasti jednotek až desítek GSa/s a lokalizace jeho zdroje v reálném čase. Pro úspěšné nasazení radiofrekvenčních metod detekce a lokalizace je třeba provádět zpracování signálu získaného z UKV detektorů s využitím pokročilých přístupů. Cílem je detekovat výskyt signálu odpovídajícího částečnému výboji a spolehlivě určit jeho časové parametry, které jsou důležité pro následnou prostorovou lokalizaci výboje. Práce prohloubí stav poznání v problematice vyhodnocování signálu částečného výboje a lokalizace jeho zdroje, což povede ke zvýšení spolehlivosti provozu výkonových elektrárenských transformátorů. POKROČILÉ METODY ZPRACOVÁNÍ OBRAZŮ Problematika disertační práce bude zaměřena na výzkum moderních metod pro analýzu nejen magnetorezonančních obrazových dat algoritmy založenými na řešení parciálních diferenciálních rovnic (PDR, např. Level-set, Perona-Malik apod.). Rozvoj metod bude vycházet z pokročilých metod numerického řešení PDR. Řešení PDR bude vycházet z možností hybridizace algoritmů a prvků stochastických přístupů. Disertační práce bude navazovat na spolupráci s Fakultní nemocnicí v Brně Bohunicích. RYCHLÁ REKONSTRUKCE OBRAZŮ ELEKTRICKÉ IMPEDANČNÍ TOMOGRAFIE Cílem disertační práce bude rešerše současného stavu v inverzních metodách řešení problému elektrické impedanční tomografie, v algoritmech využívajících regularizační techniky (Tichonova regularizace, metoda totální variace). Důraz bude kladen na paralelizaci výpočetních algoritmů a jejich distribuci do grafické karty. Součástí disertační práce bude experimentální ověření implementace algoritmů zpracováním měřených dat na reálném vzorku.

7 STUDIUM ROZLOŽENÍ ELEKTROMAGNETICKÝCH VLN V REAKTIVNÍ OBLASTI REZONANČNÍCH SOUSTAV ŠKOLITEL: NEŠPOR DUŠAN, ING., PH.D. Cílem disertační práce je teoretický a experimentální výzkum subvlnových uměle vytvářených kovově-dielektrických prvků a jejich soustav tvořených planárními rezonančními strukturami pro účely ukládání informace prostřednictvím odezvy v kmitočtové oblasti. K vyšetřování parametrů soustav bude využito numerické modelování v kombinaci s experimentálním měřením. Z jejich rezonančního kmitočtu, činitele jakosti a efektivní odrazné plochy budou odvozeny limity pro hustotu uložitelné informace. Získané poznatky budou mít dopad pro využití v budoucích bezdrátových bezpečnostních a senzorových systémech pracujících od radiových kmitočtů až po infračervenou oblast. TEORIE NELINEÁRNÍ AKUSTIKY VE SPOJENÍ S NEHOMOGENNÍMI LOKÁLNĚ PERIODICKÝMI STRUKTURAMI Nelineární akustika je relativně moderní výzkumnou disciplínou. Zabývá se šířením akustických vln v nelineárním prostředí, modelováním parametrického akustického pole a souvisejícími aplikacemi. Jedním z problémů, které je potřeba v současné době řešit je analytický popis nelineárního prostředí, případně jeho numerické modelování. Dalším směrem v této oblasti je návrh nehomogenních lokálně periodických struktur, pomocí kterých jsme schopni zacílit akustické vlny do svazku, vytvářet nelineární prvky je např. akustická dioda apod. Aplikačním odvětvím této výzkumné oblasti pak může být např. bezkontaktní testování materiálů. V rámci disertační práce se bude student věnovat popisu a analýze amplitudově modulovaných akustických vln konečných amplitud a analýze parametricky buzených akustických polí. Cílem práce je dále prohloubení stavu poznání v problematice nelineárních akustických interakcí v tekutinách s využitím nehomogenních periodických struktur, metod zpracování vstupních signálu a modulace nosných vln.