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多電極電磁肢體血液流速仿真與流速公布重建研究

發(fā)布時間:2021-12-23 12:12
  本文在多電極電磁非侵入式測量的基礎上,通過測量血液流體邊緣產(chǎn)生的感應電動勢,實現(xiàn)將多電極電磁流量計(MEF)應用于人體肢體血液速度剖面的測量。心血管疾病如冠狀動脈狹窄、冠心病、動脈粥樣硬化等已成為嚴重危害人類健康的重大疾病,其發(fā)病率逐年上升;監(jiān)測血液流速變化可以提前預防和控制此類疾病。因此研究多電極電磁肢體血液流速仿真與流速分布重建具有重大意義。文中采用有限元分析法,利用COMSOL Multiphysics5.3a仿真軟件建立多電極肢體血液測量系統(tǒng)的三維模型。對C型線圈勵磁系統(tǒng)進行仿真優(yōu)化,仿真得出肢體截面處的磁感應強度;設置流動區(qū)域的速度,仿真得出因血液流動而產(chǎn)生的感應電動勢,并求取區(qū)域權(quán)函數(shù)的數(shù)值。將血液考慮為非牛頓流體,采用Euler-Euler模型,數(shù)值模擬并分析血液層流和RANS湍流的固-液兩相流動,為進一步研究肢體血液流速的測量提供了仿真支撐和幫助。人體肢體截面處動靜脈的圖像重建對于準確求取區(qū)域權(quán)函數(shù)至關(guān)重要,將建立在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(CNN)上的深度學習方法應用于多電極電磁流量計的動靜脈圖像重建中。采用十折交叉驗證將大量的仿真數(shù)據(jù)分為訓練集和驗證集,網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)基于LeNet,... 

【文章來源】:河北科技大學河北省

【文章頁數(shù)】:71 頁

【學位級別】:碩士

【部分圖文】:

多電極電磁肢體血液流速仿真與流速公布重建研究


電磁流量計的右手定則原理圖

磁場分布,測量模型,電磁,流量計


第2章多電極電磁測量的相關(guān)理論11j表示歐姆定律中電流的密度;表示歐姆定律中流動液體的電導率;v表示歐姆定律中流動液體的速度;B表示歐姆定律中磁感應強度;E表示歐姆定律中電場的強度;4)排除其他效應的影響,如熱電效應。推導麥克斯韋方程組,得到電磁流量計的基本測量方程為:2UBv(2-6)式中,2表示的是Laplace算子,表示的是Hamilton算子,v表示的是流動液體的速度,U表示的是感應電動勢,B表示的是磁感應強度。點電極電磁流量計的研究工作在北京大學有條不紊地進行,其中王竹溪[20]建立了長筒型電磁流量計的測量模型,模型中有兩個電極用于測量感應電動勢,測量截面位于均勻的磁場分布中,電磁流量計為直徑2a、長2L的圓筒形,測量電極位于A、B處,如圖2-2所示:圖2-2長筒型電磁流量計測量模型在求解兩電極電磁流量計的基本方程時,需要對邊界條件進行簡化,具體可以假設為:不考慮磁場在y軸和z軸的分量;在電極存在的邊界測量管道上沒有渦流的存在,也就是需要滿足條件0Un,其中,n表示表面的法向量;測量管道需要是為滿管,即流體充分流過每一處的管道橫截面,并且為非磁性。借助于格林函數(shù)G,它滿足拉普拉斯方程,格林函數(shù)將測量管道處的邊界條件進行簡化,即將兩個電極簡化為一個正電荷和一個負電荷,且滿足條件:2G0(2-7)

二維圖,權(quán)重值,電極,二維


第2章多電極電磁測量的相關(guān)理論13以表達如下:,,dd2,ddABmvxyWxyxyUaBvvxyxy(2-13)式中:mv表示測量管道橫截面處的平均流動速度。在求解權(quán)函數(shù)的計算公式時,需要設置相應的邊界條件,假設測量管道所在測量區(qū)域是均勻的磁場,且測量管道的長度遠超出需要測量區(qū)域的管道長度,還需要假設測量的電極是點電極(理想情況),則權(quán)函數(shù)的求解式子可表達如下:42222422222,2aayxWxyaayxyx(2-14)式中:x和y表示電極所在測量的二維截面的橫向和縱向的坐標;a表示測量管道橫截面處的半徑值。在電極所在測量管道的截面處的二維權(quán)重值分布情況如下圖所示:圖2-3電極所在截面處的二維權(quán)重值分布觀察圖2-3,可以得出:權(quán)函數(shù)的分布是對稱的,且存在一定的規(guī)律,從x軸看去,中心處的權(quán)重值在1左右,由中心出發(fā),向x軸兩端逐漸減小,在x軸邊緣處權(quán)重值在0.5左右;從y軸看去,中心處的權(quán)重值在1左右,由中心出發(fā),向y軸兩端逐漸增大,在y軸邊緣處權(quán)重值接近無窮大,即電極處的權(quán)重值很大[20]。2.4虛電流理論從Shercliff的工作中,已經(jīng)進行了深入地研究工作,將電磁流量計應用到了臨

【參考文獻】:
期刊論文
[1]多電極血液流速儀勵磁系統(tǒng)優(yōu)化研究[J]. 趙宇洋,萬東瑜,姚健,吳學禮.  河北科技大學學報. 2019(04)
[2]多電極電磁流量計肢體血液流速分布測量研究[J]. 趙宇洋,姚健,萬東瑜,吳學禮.  河北科技大學學報. 2019(01)
[3]一種新Tikhonov正則化方法[J]. 郭淑妹,李豪,郭杰.  西南師范大學學報(自然科學版). 2018(06)
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[5]顱內(nèi)動脈瘤的數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀和進展[J]. 王明宇,連世忠,范益民,劉躍亭.  中西醫(yī)結(jié)合心腦血管病雜志. 2018(05)
[6]主動脈夾層血液兩相流動數(shù)值模擬分析[J]. 曾宇杰,羅坤,樊建人,竺挺.  工程熱物理學報. 2016(04)
[7]電磁流量計虛電流勢的測量[J]. 徐學山,熊明,張小章.  計量技術(shù). 2015 (08)
[8]大型實對稱矩陣分塊迭代求逆算法[J]. 張國亮,沈慧,石峰,霍迎秋.  無線互聯(lián)科技. 2015(06)
[9]基于區(qū)域權(quán)函數(shù)理論的多電極電磁流量計電極設計[J]. 趙宇洋,張濤,LUCAS G,LEEUNGCULSATIEN T.  傳感器與微系統(tǒng). 2014(02)
[10]多電極電磁流量計轉(zhuǎn)換器設計[J]. 趙宇洋,張濤,LUCAS G.  傳感器與微系統(tǒng). 2012(06)

博士論文
[1]多電極成像電磁流量計單相流及固液兩相流速度分布測量研究[D]. 趙宇洋.天津大學 2011



本文編號:3548457

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