多电极电磁血液测量系统仿真及速度重构算法研究

论文摘要

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。

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 本课题的背景和意义

1.2 流量计的分类

1.3 电磁流量计相关介绍

1.3.1 电磁流量计的基本原理

1.3.2 电磁流量计的特征

1.3.3 电磁流量计的结构

1.4 电磁流量计的历史发展

1.5 常规血液流速测量方法的介绍

1.6 论文研究内容

1.6.1 论文研究目的

1.6.2 论文章节安排

第2章多电极电磁流量计测量原理

2.1 长直管电磁流量计测量理论

2.2 SHERCLIFF权函数理论

2.3 多电极电磁流量计的相关理论

2.3.1 电磁流量计励磁系统的讨论

2.3.2 多电极电磁流量计的测量方程

2.4 本章小结

第3章多电极电磁血液测量系统的速度重构方法分析

3.1 多电极电磁血液流速仪仿真建模

3.1.1 COMSOL Multiphysics软件的简单介绍

3.1.2 人体手臂模型与磁场的建立

3.2 电极数目仿真研究

3.2.1 3电极2区域的仿真

3.2.2 5电极4区域的仿真

3.2.3 18电极16区域的仿真

3.3 本章小结

第4章多电极电磁血液测量励磁系统仿真研究

4.1 模型构建与仿真

4.2 励磁系统磁场仿真结果对比

4.3 励磁系统对血液测量精度的对比研究

4.3.1 不同励磁方式对感应电动势的影响

4.3.2 励磁系统的优化分析

4.4 本章小结

第5章速度重构算法研究

5.1 高分辨率多电极电磁血液测量系统设计

5.2 互相关算法除噪

5.3 矩阵求逆方法研究

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 万东瑜

导师: 吴学礼,李素康

关键词: 多电极电磁流量计,励磁系统,血流测量,速度重构

来源: 河北科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技,信息科技

专业: 生物学,生物医学工程,自动化技术

单位: 河北科技大学

分类号: TP274;R318

总页数: 71

文件大小: 2674K

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