多电极电磁血液测量系统仿真及速度重构算法研究

发布时间：2020-06-04 10:33

【摘要】：流体的体积流量是生产生活中需要实时进行检测和控制的常见参数之一,而电磁流量计是一种可以用于测量导电流体的体积流量感应式仪表。流体体积流量中的人体血液流量是诊断心血管疾病的重要指标,全球致死性的疾病里心血管疾病占很大一部分,所以本文的重点是研究一种可靠、易于使用、低成本、无创的血流速测量方法。多电极电磁流量计测量技术对粘度、温度、电导率、压力损失和流体速度剖面的对称性都不敏感,并能够实现无创性测量,因此可以实现哺乳动物肢体血管内血液流速的测量。本文基于多电极电磁流量计对多相流的测量方法,实现了人体上肢动静脉血液流速分布的在线测量。多电极电磁血液测量系统通过分布在皮肤上的多个电极测量血液流动的感应电动势,利用速度重构算法计算肢体内动静脉的血流速度分布情况。本文建立COMSOL仿真模型模拟人体肢体结构,利用权函数验证了多电极电磁测量系统理论的可行性。对人体肢体动静脉血液测量的特殊情况,如动静脉位置的特异性、血栓的形成,进行了仿真试验。同时对励磁系统进行优化,以赫姆霍兹线圈、C型线圈为基础,对比不同设计方案对仿真重构的精度影响,提出励磁线圈的优化设计方案;采用有限元分析方法进行COMSOL建模仿真,求取区域权函数,利用MATLAB进行血液速度重构研究。对比6种励磁系统方案的优缺点,结合实际测量需要,实现了励磁系统的优化。最后针对高分辨率的区域划分方式,对速度重构算法进行了研究,通过对比数据处理中的5种矩阵求逆算法,最终确定先进行数据的互相关算法除噪后再进行分块矩阵求逆运算的方法是最适合多电极电磁血液测量系统的。
【图文】：

关介绍应定律，，在磁场中有个可以导电的物体在因为电磁感应而产生电动势。其方向由右，导体在磁场内的有效长度，以及导体垂互垂直，则感应电动势最大[12]。基本原理应定律，如果在磁感应强度为 B 的均匀磁内径为 D 的不导磁管道以流速v运动时，方向由右手定则确定。如果在管道横截面则可以证明，只要管道内流速分布为轴对一般情况下，电极的端部位于被测管道的电极连线，它与管内流体的运动方向垂直量计原理简图。

图 2-1 权重函数分布图看到，流体流速恒定时，在与图中电极地位置差处数值的一半。权函数分布图直观显示了管道[42]。图 2-1 可以总结出如下的结论：应电动势的数值随被测流体位置而改变；，电磁流量计的信号输出要受到被测流体分布具处磁场的均匀性十分重要。流量计的相关理论不对称流场的测量问题，学者提出了将测量感电磁流量计，以减少轴向不对称流场分布的影，需要从流量计上游安装长度为其直径 5-10 倍。直管长度要使流量计远离管道入口，从而使
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP274;R318

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本文编号：2696252