多电极电磁肢体血液流速仿真与流速公布重建研究
发布时间：2021-12-23 12:12
本文在多电极电磁非侵入式测量的基础上,通过测量血液流体边缘产生的感应电动势,实现将多电极电磁流量计（MEF）应用于人体肢体血液速度剖面的测量。心血管疾病如冠状动脉狭窄、冠心病、动脉粥样硬化等已成为严重危害人类健康的重大疾病,其发病率逐年上升;监测血液流速变化可以提前预防和控制此类疾病。因此研究多电极电磁肢体血液流速仿真与流速分布重建具有重大意义。文中采用有限元分析法,利用COMSOL Multiphysics5.3a仿真软件建立多电极肢体血液测量系统的三维模型。对C型线圈励磁系统进行仿真优化,仿真得出肢体截面处的磁感应强度;设置流动区域的速度,仿真得出因血液流动而产生的感应电动势,并求取区域权函数的数值。将血液考虑为非牛顿流体,采用Euler-Euler模型,数值模拟并分析血液层流和RANS湍流的固-液两相流动,为进一步研究肢体血液流速的测量提供了仿真支撑和帮助。人体肢体截面处动静脉的图像重建对于准确求取区域权函数至关重要,将建立在卷积神经网络（CNN）上的深度学习方法应用于多电极电磁流量计的动静脉图像重建中。采用十折交叉验证将大量的仿真数据分为训练集和验证集,网络结构基于LeNet,...
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁流量计的右手定则原理图
第2章多电极电磁测量的相关理论11j表示欧姆定律中电流的密度；表示欧姆定律中流动液体的电导率；v表示欧姆定律中流动液体的速度；B表示欧姆定律中磁感应强度；E表示欧姆定律中电场的强度；4)排除其他效应的影响，如热电效应。推导麦克斯韦方程组，得到电磁流量计的基本测量方程为：2UBv(2-6)式中，2表示的是Laplace算子，表示的是Hamilton算子，v表示的是流动液体的速度，U表示的是感应电动势，B表示的是磁感应强度。点电极电磁流量计的研究工作在北京大学有条不紊地进行，其中王竹溪[20]建立了长筒型电磁流量计的测量模型，模型中有两个电极用于测量感应电动势，测量截面位于均匀的磁场分布中，电磁流量计为直径2a、长2L的圆筒形，测量电极位于A、B处，如图2-2所示：图2-2长筒型电磁流量计测量模型在求解两电极电磁流量计的基本方程时，需要对边界条件进行简化，具体可以假设为：不考虑磁场在y轴和z轴的分量；在电极存在的边界测量管道上没有涡流的存在，也就是需要满足条件0Un，其中，n表示表面的法向量；测量管道需要是为满管，即流体充分流过每一处的管道横截面，并且为非磁性。借助于格林函数G，它满足拉普拉斯方程，格林函数将测量管道处的边界条件进行简化，即将两个电极简化为一个正电荷和一个负电荷，且满足条件：2G0(2-7)
第2章多电极电磁测量的相关理论13以表达如下：,,dd2,ddABmvxyWxyxyUaBvvxyxy(2-13)式中：mv表示测量管道横截面处的平均流动速度。在求解权函数的计算公式时，需要设置相应的边界条件，假设测量管道所在测量区域是均匀的磁场，且测量管道的长度远超出需要测量区域的管道长度，还需要假设测量的电极是点电极（理想情况），则权函数的求解式子可表达如下：42222422222,2aayxWxyaayxyx(2-14)式中：x和y表示电极所在测量的二维截面的横向和纵向的坐标；a表示测量管道横截面处的半径值。在电极所在测量管道的截面处的二维权重值分布情况如下图所示：图2-3电极所在截面处的二维权重值分布观察图2-3，可以得出：权函数的分布是对称的，且存在一定的规律，从x轴看去，中心处的权重值在1左右，由中心出发，向x轴两端逐渐减小，在x轴边缘处权重值在0.5左右；从y轴看去，中心处的权重值在1左右，由中心出发，向y轴两端逐渐增大，在y轴边缘处权重值接近无穷大，即电极处的权重值很大[20]。2.4虚电流理论从Shercliff的工作中，已经进行了深入地研究工作，将电磁流量计应用到了临
【参考文献】：
期刊论文
[1]多电极血液流速仪励磁系统优化研究[J]. 赵宇洋,万东瑜,姚健,吴学礼. 河北科技大学学报. 2019(04)
[2]多电极电磁流量计肢体血液流速分布测量研究[J]. 赵宇洋,姚健,万东瑜,吴学礼. 河北科技大学学报. 2019(01)
[3]一种新Tikhonov正则化方法[J]. 郭淑妹,李豪,郭杰. 西南师范大学学报(自然科学版). 2018(06)
[4]Arnoldi Projection Fractional Tikhonov for Large Scale Ill-Posed Problems[J]. Wang Zhengsheng,Mu Liming,Liu Rongrong,Xu Guili. Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2018(03)
[5]颅内动脉瘤的数值模拟研究现状和进展[J]. 王明宇,连世忠,范益民,刘跃亭. 中西医结合心脑血管病杂志. 2018(05)
[6]主动脉夹层血液两相流动数值模拟分析[J]. 曾宇杰,罗坤,樊建人,竺挺. 工程热物理学报. 2016(04)
[7]电磁流量计虚电流势的测量[J]. 徐学山,熊明,张小章. 计量技术. 2015 (08)
[8]大型实对称矩阵分块迭代求逆算法[J]. 张国亮,沈慧,石峰,霍迎秋. 无线互联科技. 2015(06)
[9]基于区域权函数理论的多电极电磁流量计电极设计[J]. 赵宇洋,张涛,LUCAS G,LEEUNGCULSATIEN T. 传感器与微系统. 2014(02)
[10]多电极电磁流量计转换器设计[J]. 赵宇洋,张涛,LUCAS G. 传感器与微系统. 2012(06)
博士论文
[1]多电极成像电磁流量计单相流及固液两相流速度分布测量研究[D]. 赵宇洋.天津大学 2011
本文编号：3548457
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁流量计的右手定则原理图
第2章多电极电磁测量的相关理论11j表示欧姆定律中电流的密度；表示欧姆定律中流动液体的电导率；v表示欧姆定律中流动液体的速度；B表示欧姆定律中磁感应强度；E表示欧姆定律中电场的强度；4)排除其他效应的影响，如热电效应。推导麦克斯韦方程组，得到电磁流量计的基本测量方程为：2UBv(2-6)式中，2表示的是Laplace算子，表示的是Hamilton算子，v表示的是流动液体的速度，U表示的是感应电动势，B表示的是磁感应强度。点电极电磁流量计的研究工作在北京大学有条不紊地进行，其中王竹溪[20]建立了长筒型电磁流量计的测量模型，模型中有两个电极用于测量感应电动势，测量截面位于均匀的磁场分布中，电磁流量计为直径2a、长2L的圆筒形，测量电极位于A、B处，如图2-2所示：图2-2长筒型电磁流量计测量模型在求解两电极电磁流量计的基本方程时，需要对边界条件进行简化，具体可以假设为：不考虑磁场在y轴和z轴的分量；在电极存在的边界测量管道上没有涡流的存在，也就是需要满足条件0Un，其中，n表示表面的法向量；测量管道需要是为满管，即流体充分流过每一处的管道横截面，并且为非磁性。借助于格林函数G，它满足拉普拉斯方程，格林函数将测量管道处的边界条件进行简化，即将两个电极简化为一个正电荷和一个负电荷，且满足条件：2G0(2-7)
第2章多电极电磁测量的相关理论13以表达如下：,,dd2,ddABmvxyWxyxyUaBvvxyxy(2-13)式中：mv表示测量管道横截面处的平均流动速度。在求解权函数的计算公式时，需要设置相应的边界条件，假设测量管道所在测量区域是均匀的磁场，且测量管道的长度远超出需要测量区域的管道长度，还需要假设测量的电极是点电极（理想情况），则权函数的求解式子可表达如下：42222422222,2aayxWxyaayxyx(2-14)式中：x和y表示电极所在测量的二维截面的横向和纵向的坐标；a表示测量管道横截面处的半径值。在电极所在测量管道的截面处的二维权重值分布情况如下图所示：图2-3电极所在截面处的二维权重值分布观察图2-3，可以得出：权函数的分布是对称的，且存在一定的规律，从x轴看去，中心处的权重值在1左右，由中心出发，向x轴两端逐渐减小，在x轴边缘处权重值在0.5左右；从y轴看去，中心处的权重值在1左右，由中心出发，向y轴两端逐渐增大，在y轴边缘处权重值接近无穷大，即电极处的权重值很大[20]。2.4虚电流理论从Shercliff的工作中，已经进行了深入地研究工作，将电磁流量计应用到了临
【参考文献】：
期刊论文
[1]多电极血液流速仪励磁系统优化研究[J]. 赵宇洋,万东瑜,姚健,吴学礼. 河北科技大学学报. 2019(04)
[2]多电极电磁流量计肢体血液流速分布测量研究[J]. 赵宇洋,姚健,万东瑜,吴学礼. 河北科技大学学报. 2019(01)
[3]一种新Tikhonov正则化方法[J]. 郭淑妹,李豪,郭杰. 西南师范大学学报(自然科学版). 2018(06)
[4]Arnoldi Projection Fractional Tikhonov for Large Scale Ill-Posed Problems[J]. Wang Zhengsheng,Mu Liming,Liu Rongrong,Xu Guili. Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2018(03)
[5]颅内动脉瘤的数值模拟研究现状和进展[J]. 王明宇,连世忠,范益民,刘跃亭. 中西医结合心脑血管病杂志. 2018(05)
[6]主动脉夹层血液两相流动数值模拟分析[J]. 曾宇杰,罗坤,樊建人,竺挺. 工程热物理学报. 2016(04)
[7]电磁流量计虚电流势的测量[J]. 徐学山,熊明,张小章. 计量技术. 2015 (08)
[8]大型实对称矩阵分块迭代求逆算法[J]. 张国亮,沈慧,石峰,霍迎秋. 无线互联科技. 2015(06)
[9]基于区域权函数理论的多电极电磁流量计电极设计[J]. 赵宇洋,张涛,LUCAS G,LEEUNGCULSATIEN T. 传感器与微系统. 2014(02)
[10]多电极电磁流量计转换器设计[J]. 赵宇洋,张涛,LUCAS G. 传感器与微系统. 2012(06)
博士论文
[1]多电极成像电磁流量计单相流及固液两相流速度分布测量研究[D]. 赵宇洋.天津大学 2011
本文编号：3548457
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