多電極電磁血液流速儀仿真建模研究.docx

1、第35卷第6期2014年12月河北科技大學(xué)學(xué)報JournalofHebeiUniversityofScienceandTechnologyVol.35,No.6Dec,2014doi：10.7535/hbkd.2014yx06015文章編號：10081542(2014)06056908多電極電磁血液流速儀仿真建模研究吳學(xué)禮，楊靜芬，趙宇洋(河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北石家莊050018)摘要：基于電磁流量計權(quán)函數(shù)理論.將多電極電磁測量方式應(yīng)用于肢體動脈、靜脈血液流速測量。通過將流動截面處劃分為不同的區(qū)域，利用權(quán)函數(shù)理論重構(gòu)流動截面處不同區(qū)域內(nèi)的平均軸向速度值.實(shí)現(xiàn)對動脈、靜脈血管中互為逆向流

2、動的速度信息測量。在此基礎(chǔ)上.通過獲取不同位置的弦端電壓.利用區(qū)域權(quán)函數(shù)的計算方法，確定流動截面上不同位置的權(quán)函數(shù)，進(jìn)而計算流動截面處各個區(qū)域的局部軸向平均速度。三維有限元模型仿真和計算結(jié)果表明電極的位置、數(shù)量以及不同的劃分方式重構(gòu)結(jié)果不同，實(shí)現(xiàn)了速度重構(gòu)并測量了局部速度分布.關(guān)鍵詞：多電極電磁流量計；區(qū)域權(quán)函數(shù)；有限元法；速度重構(gòu)中圖分類號:TP391.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：AThemodelingandsimulationofamulti-electrodeelectromagneticbloodflowmeterWUXueli*YANGJingfcn*ZHAOYuyang(SchoolofEle

3、ctricalEngineering.HebeiUniversityofScienceandTechnology,ShijiazhuangHebei050018,China)Abstract:Basedonthetheoryofweightfunctionoftheelectromagneticflowmeters,themulti-electrodeelectromagneticmeasurementmethodisappliedtothelimbarteriovenousbloodflowvelocitymeasurement.Throughdividingtheflowcross-sec

4、tionsintodifferentareas,usingtheweightfunctiontheorytoreconstructtheaverageaxialvelocitiesofdifferentareasalongtheflowsection,themeasurementofvelocityinformationforthemutual-reverseflowingwithinarteriovenousandintravenousveinscanberealized.Basedonthis,byderivingdifferentchordterminalvoltagesandadopt

5、ingtheregionalweightingfunctions'computationmethods,theweightingfunctionsofdifferentpositionsontheflowingcross-sectioncanbedetermined,andthenthelocalaxialaveragevelocitiesofdifferentareasofflowingcross-sectioncanbecalculated.Thethree-dimensionalfiniteelementmodelofsimulationandcalculationresults

6、showthatthepositionsandnumberoftheelectrodes*differentclassifyingmethodshavedifferentreconstructionresults*realizingthevelocityreconstructionandmeasuringthelocalvelocitydistribution.Keywords:multi-electrodeelectromagneticflowmeter；regionalweightfunctionifiniteelementmethodjvelocityreconstruction收稿日期

7、,2014-08-22；修回日期,2014-09-28；任編輯：李»基金頊目：國家自然科學(xué)基金60974018.61273188).河北省自然科學(xué)基金(F2012208075)晃學(xué)禮(1961-),男(滴族)，黑龍江齊齊哈爾人，教授.博士.主要從事控制科學(xué)與工程方面的研究.E-mail：wuxucli矣學(xué)禮，錫靜芬.趙宇洋.多電極電砥血液流速儀仿區(qū)建模研究口.河北科技大學(xué)學(xué)報.2014,356)：569-576.WUXueli.YANGJingfen.ZHAOYuyang.Themodelingandsimulationofamultielecirodeelectromagnetic

8、bloodflowmeterCJ.JournalofHebeiUniversityofScienceandTechnology.2014«35(6)：569-576.多電極電磁流域計針對非軸對稱流的測最應(yīng)運(yùn)而生，通過獲得流動截面處不同位置的感應(yīng)電勢差，利用任意流型下的平均流速表達(dá)式，實(shí)現(xiàn)速度分布和體積流量測量。基于多電極電磁流柄汁的測最原理，將其應(yīng)用到血液流速的測鼠上。SULLIVAN提出醫(yī)用的6電極血液電磁流最計，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，證明了在非對稱流下的流量測最精度和流量計的信噪比等方面，多電極電磁流量計要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的兩電極電磁流最計。WYATT博士，從20世紀(jì)5

9、0年代就在牛津大學(xué)開始電磁流量計的研究，主要應(yīng)用背景是血液流動，在理論和實(shí)踐方面都很有建樹，如管壁的電導(dǎo)率、電極的表面情況和脈動流等。之后.CDL-J型電磁血液流量計在臨床手術(shù)及科研中投入使用，并且南京醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院普外科的醫(yī)生采用電磁流量計成功地測定了門靜脈血流量。隨著微電子及微處理器技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用多電極進(jìn)行測域的條件逐漸成熟，目前相關(guān)研究主要包括北京航天航空大學(xué)的徐立軍分、浙江大學(xué)的張宏建等人，進(jìn)行了多電極測量的實(shí)現(xiàn)方法研究、利用多電極實(shí)現(xiàn)流速分布的重建以及多電極電磁流量計的設(shè)計，另外王國強(qiáng)等研究了非對稱流及流體內(nèi)氣泡對測最的影響等°本文基于多電極電磁流量計在非軸對稱流測量

10、領(lǐng)域的研究成果.提出了適于測量主動脈、靜脈的血液流速區(qū)域劃分方式及速度重構(gòu)算法，為精確測做的實(shí)現(xiàn)提供r理論研究依據(jù)。1權(quán)函數(shù)理論以及區(qū)域權(quán)函數(shù)1.1電磁流計權(quán)函數(shù)理論Shercliff權(quán)函數(shù)理論確定了軸向流速與感應(yīng)電壓的關(guān)系.即當(dāng)電極的幾何位置位于流體管道的內(nèi)圓周，電極之間的連線垂直于施加的磁場，并且電極之間的距離等于導(dǎo)管直徑時.Shercliff計算出了與位置有關(guān)的“權(quán)函數(shù)”W（z,y）,表示流動截面上給定點(diǎn)的軸向流體速度對所測量的電極間的感應(yīng)電勢差的相對作用9-,0Shercliff得到的傳統(tǒng)兩電極的長筒型流量計的權(quán)兩數(shù)表達(dá)式為TTTZ、_次+/（；/J）W（3）-次+2。23_2）+3+

11、2），式中:Q為管道半徑;丁為測景截面的坐標(biāo)。1.2區(qū)域權(quán)函數(shù)依據(jù)Shercliff權(quán)函數(shù)理論得到的權(quán)函數(shù)的分布特點(diǎn)提出了區(qū)域權(quán)函數(shù)的概念。區(qū)域權(quán)函數(shù)不再是以單獨(dú)的流體質(zhì)點(diǎn)作為研究對象，而是根據(jù)二重積分的微元求合法，將積分區(qū)域劃分為許多微元，則有界函數(shù)的二重積分可轉(zhuǎn)換為對微元的近似求和計算所以將流動截面劃分為i個區(qū)域.在圓周上布置，對電極。多電極電磁流量計的區(qū)域權(quán)函數(shù)的表達(dá)式見式（2）：ryTT"1,C、W'=U頃頑,（2）式中：Uj為第j對電極測屈的感應(yīng)電壓以為第i個區(qū)域的平均速度；s,為第，個區(qū)域?qū)Φ趈個感應(yīng)電壓的影響，其大小表示不同區(qū)域的流體對各個感應(yīng)電壓的貢獻(xiàn)大小;A

12、,為各個區(qū)域的面積值幻°對比兩對電極電磁流量計和多電極電磁流量汁.兩電極電磁流最計得到的流量信號對流速分布敏感，僅由布置在直徑處的電極測最得到電壓，只能計算整個界面的平均流速。而多電極電磁流量計可以克服測量對流速分布的敏感性，結(jié)合區(qū)域權(quán)函數(shù)理論可提供測量截面處速度分布的詳細(xì)信息。利用COMSOLMultiphysics軟件建立三維仿真模型,在電極所在的二維測量平面處求解區(qū)域權(quán)函數(shù)因此測量方程可表示為式中:V為包含i個區(qū)域軸向平均速度的速度矩陣;U為包含，個感應(yīng)電壓的列矩陣維的區(qū)域權(quán)函數(shù)矩陣;A為，維的對角矩陣。2區(qū)域劃分血液流速在實(shí)際測量中難度很大，首先測量對象為人體組織，個體之間存

13、在差異性，肢體中的皮膚、肌肉、毛細(xì)血管等微循環(huán)系統(tǒng)的復(fù)雜分布使得電導(dǎo)率呈現(xiàn)難以預(yù)測的分布狀態(tài)，加之靜脈、動脈并不是呈現(xiàn)對稱分布"，研究表明人體血液平均流批為1.2L/h,股骨中靜脈血液平均流速約為0.1m/s、動脈血液流速的最大值在0.51m/s范圍內(nèi)，而且動脈、靜脈的血液流速方向相反。如此低的流速信號下加之人體系統(tǒng)的特征使得感應(yīng)電動勢的采集和辨識難度更大。文獻(xiàn)8和文獻(xiàn)15的仿苴結(jié)果顯示.多電極電磁測缺可以很好地重構(gòu)流動截面處不同區(qū)域內(nèi)的平均軸向速度值.面枳較大的區(qū)域速度值對權(quán)函數(shù)的影響較大，而且在駐近電極處的權(quán)函數(shù)也較大，區(qū)域劃分方式對速度重構(gòu)有較大影響?；谏鲜鲅芯砍晒?借鑒多電

14、極成像電磁流址計對區(qū)域內(nèi)平均軸向速度的精確頁構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對動脈、靜脈血管中互為逆向流動的速度信息測雖。本文中多電極電磁流噠計采用兩種方案分別進(jìn)行測械，方案1采用16電極均勻分布在管道內(nèi)壁,仿真時磁場方向?yàn)閥軸正方向，此時最多可獲得15個測ht電壓值，針對這15個測量值，最多可對應(yīng)15個區(qū)域，因此將測址管道劃分為15個區(qū)域進(jìn)行仿真；方案2為2種思路，思路1是采用8電極，其中電極分布在以z軸為對稱軸的上下45°范圍的左右兩側(cè)，各均勻的分布4個電極，仿賓時磁場方向?yàn)閥軸正方向，此時最多可獲得7個電壓測量值,將測量管道劃分為7個區(qū)域進(jìn)行仿真；思路2是基于思路1的仿真結(jié)果，電極布置方式同思路一，仿

15、真時磁場方向分別為軸和y軸正方向，此種情況最多可獲得14個電壓測ht值，將測斌管道劃分為14個區(qū)域進(jìn)行仿真。由于區(qū)域權(quán)函數(shù)的理論推導(dǎo)是基于對稱方陣，因此在以上2種方案中區(qū)域劃分的數(shù)目與測般電壓的數(shù)目相同.3仿真結(jié)果16電極的仿真方法與結(jié)果多電極電磁流量計利用布咒在管道內(nèi)壁的多對電極獲取不同位置的弦端電壓，結(jié)合區(qū)域權(quán)函數(shù)理論.實(shí)現(xiàn)對流量測址截面處不同區(qū)域內(nèi)軸向平均速度分布的測缺。仿真時分別將指定區(qū)域賦予500m/s的均勻速度，其他區(qū)域中的速度設(shè)置為0,磁感應(yīng)強(qiáng)度設(shè)置為0.156T,在此種流動悄況下啟動仿真.每個模型中分別求取指定電極處的感應(yīng)電動勢.依照公式（2）計算權(quán)函數(shù)數(shù)（tlw9.此后將模擬

16、動脈、錚脈的區(qū)域分別按照10:1的比例賦予一10m/s和1m/s的期望速度仿真得到感應(yīng)電勢差，按照公式（3）進(jìn)行速度重構(gòu)。需要說明的是區(qū)域權(quán)函數(shù)的計算值是一個與電磁流批計有關(guān)的數(shù)位，與區(qū)域中設(shè)置的速度大小無關(guān)，之所以仿真中設(shè)世如此大的速度值是為了獲得數(shù)值較高且精度較高的感應(yīng)電動勢，提高區(qū)域權(quán)函數(shù)的計算精度。在多對電極電磁流ht計系統(tǒng)中，傳感器電極陣列的布置和數(shù)ht影響到整個流段計系統(tǒng)的測雄精度，文獻(xiàn)8和文獻(xiàn)16中均采用16電極進(jìn)行仿真，從理論上講電極越多，平均流速的測量精度越高.但從實(shí)際制作與經(jīng)濟(jì)、可靠性來講，電極數(shù)目不可能無限增多.而且電極數(shù)目增多時系統(tǒng)實(shí)時性降低，從2篇文獻(xiàn)的分析結(jié)果來看，

17、16電極仿真時劃分區(qū)域多，空間分辨率高，速度垂構(gòu)的精度高，因此首先采用16電極進(jìn)行仿真。電極分布如圖】所示.測址電壓區(qū)域?qū)?yīng)表見表1.區(qū)域電極對（Q區(qū)域（D電極對1e5c69e5-e!02e5-e410e5e!63e5-e711c5-ell4e5e312e5e!55e5c813e5-el26e5-e214c5-el47e5-e915e5el38e5-el表1測量電壓區(qū)域?qū)?yīng)表Tab.1Correspondingtableoftheareaandelectrodepair圖1電極對組合Fig.1Electrodepairlayout在文獻(xiàn)8劃分方式的基礎(chǔ)E將測ht管道劃分為15個區(qū)域，劃分方式見

18、圖2、圖3.圖2區(qū)域劃分方式1Fig.2Areadistributionmethod1圖3區(qū)域劃分方式2Fig.3Areadistributionmethod2圖2區(qū)域劃分方式1中，流動截面的測量半徑為0.03m,16個電極以22.5°的夾角均勻的分布在測量管道內(nèi)壁。區(qū)域劃分方式1是將測量截面劃分為15個區(qū)域，對稱的分布在x軸兩側(cè),仿真模型以主動脈和靜脈分布在J軸的假設(shè)為前提.因此將h軸所在直徑處劃分為5個區(qū)域；研究顯示.在面積較大的區(qū)域以及靠近電極處對權(quán)函數(shù)的影響較大，研究區(qū)域劃分方式2（如圖3所示），該種劃分方式是將13個正方形區(qū)域以27.69°的間隔角均勻的分布在16

19、個電極附近，在中心區(qū)域，劃分出2個圓形區(qū)域（即區(qū)域14和區(qū)域15）分別代表主動脈和靜脈血管.其中區(qū)域1到區(qū)域13是半徑為0.005m的正方形，區(qū)域14和區(qū)域15是半徑為0.005m的圓，圓心分別為（0.01,0）和（一0.01,0）.Velocily/Cm-s-*)b)A=0.17圖5區(qū)域劃分式2的不同A的速度分布圖Fig.5VelocityprofileofdifferentXinAreaDistributionMethod2按照3.1所示的劃分方法在COMSOL中建立期望三維模型.分別設(shè)置物理參數(shù)、網(wǎng)格劃分，將仿真模型中模擬動脈和靜脈的區(qū)域分別設(shè)置一10m/s和1m/s的期望速度，啟動仿真

20、.仿真提取數(shù)據(jù)后，按公式（3）進(jìn)行速度重構(gòu)°在柬構(gòu)過程中分別選取不同的正則參數(shù)義求取仿真速度.圖4和圖5為2種劃分方式下，選取合適正則參數(shù)義時的仿真速度分布結(jié)果。圖4區(qū)域分方式1的不同入的速度分布圖Fig.4VelocityofprafileofdifferentXinAreaDistributionMethod2圖4a）和圖4b）中分別為區(qū)域劃分方式1在不同人下的速度分布結(jié)果.結(jié)果顯示當(dāng)義為0.001時.在模擬主動脈和靜脈的區(qū)域重構(gòu)的速度值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過期望速度值，尤其是在區(qū)域7內(nèi).重構(gòu)的速度接近于-20m/s,與期望速度值的誤差比較大，而在血管外的其他區(qū)域仿真速度與期望速度值的相對誤差

21、（重構(gòu)誤差）則不是很大，當(dāng)A取0.17時，在模擬主動脈和靜脈區(qū)域的重構(gòu)結(jié)果與期望速度值的吻合程度比較高.幣:構(gòu)誤差分別為一9.8%和23.9%,在其他區(qū)域總體的重構(gòu)誤差也保持在一定的范圍內(nèi)。入不同取值下的重構(gòu)誤差關(guān)系見表2。圖5a）和圖5b）中分別為區(qū)域劃分方式2在不同義下的速度分布結(jié)果.結(jié)果顯示當(dāng)人為0.001時，在模擬主動脈和靜脈的區(qū)域重構(gòu)的吻合度較高.誤差分別為一3.2%和一3.5%,但在其他區(qū)域的重構(gòu)速度值均在期望速度值附近波動；圖5b）中，總體的相對誤差很大。通過對表3和圖6分析看出，數(shù)值的合理選取以及適當(dāng)?shù)膮^(qū)域劃分對速度重構(gòu)有較大影響.兩者達(dá)到平衡時才能真實(shí)地反映主動脈和靜脈的速度

22、關(guān)系。此種區(qū)域劃分方式下不同A取值的重構(gòu)誤差見表3.期中速度值/(ms*1)A0.0010.17-1079.4-9.8158.523.9表2人不同取值下的重構(gòu)誤差Tab.2SimulationerrorofthedifferentvaluesofA期望速度(ft/(m)A0.0010.17-10-3.2-23.813.5一53.6表3區(qū)域劃分方式2的入不同取值的重構(gòu)誤差Tab.3SimulationerrorofthedifferentvaluesofA8電極7區(qū)域的仿真方法與結(jié)果基于3.1中16電極的仿真以及重構(gòu)結(jié)果進(jìn)一步考慮減少電極數(shù)目。文獻(xiàn)5針對工業(yè)應(yīng)用的特點(diǎn)仿真了8電極的電磁流量計，并

23、在消除磁場與電極分布的不均勻、提高低流速測批精度等方面有r很大突破，在此基礎(chǔ)上擬用8電極對測量管道進(jìn)行仿真.在單方向磁場下將測量區(qū)域劃分為7個.電極時選取方式見表4,電極分布圖見圖6。區(qū)域(D電極對偵)1c3e22e3-e43e3el4e3e85c3-e56e3e77e3e6表4測量電壓區(qū)域?qū)?yīng)表Tab.4Correspondingtableoftheareaandelectrodepair圖6電極對組合Fig.6Electrodepairlayout圖7區(qū)域劃分方式3Fig.7Areadistributionmethod3基于3.1的區(qū)域劃分方式3將8電極的測址區(qū)域劃分成如下的7個區(qū)域，見圖

24、7。圖7區(qū)域劃分方式3中，仿真模型以主動脈和靜脈分布在工軸的假設(shè)為前提.將8電極分布在以z軸為對稱軸的上下45°范囹的左右兩側(cè)，各均勻分布4個電極，仿真時磁場方向?yàn)閥軸正方向，電極的這種布置方式是為了在測ht區(qū)域內(nèi)使所有的電極獲得較高的感應(yīng)電動勢，提高計算和測量精度.在區(qū)域劃分方式1的基礎(chǔ)上將7個區(qū)域集中在以z軸為對稱軸的兩側(cè),其中區(qū)域4和區(qū)域6代表主動脈和靜脈血骨.按照與3.1中相同的設(shè)輪方法進(jìn)行設(shè)置.其中在模擬主動脈和靜脈的區(qū)域分別設(shè)置相應(yīng)的速度，啟動仿真。此種劃分方式在適宜義下的仿真速度分布結(jié)果見圖8。在圖8中，當(dāng)義取0.005時在模擬主動脈和靜脈區(qū)域的幣:構(gòu)誤差分別為一10.

25、6%和22.3%,幣:構(gòu)速度值與期望速度值的吻合度比較高；在其他區(qū)域內(nèi)，總體的重構(gòu)誤差接近于0,但區(qū)域5垂構(gòu)的速度值卻偏離期望速度值.原因在于區(qū)域5介于區(qū)域4和6之間.在模擬動脈、靜脈的區(qū)域內(nèi)賦予的速度對區(qū)域5的影響比較大.出現(xiàn)數(shù)值波動.從總體上看，8電極7區(qū)域的劃分方法理論上也可以重構(gòu)出主動脈和薛脈中方向相反的2個速度，但是對比16電極的幣;構(gòu)結(jié)果.由于劃分區(qū)域數(shù)目減半，電極數(shù)目減半，而磁圖8區(qū)域劃分方式30=0.005)場方向仍是單方向.使得電極獲得的感應(yīng)電動勢誤差比較大速Fig.8Areadistributionniethod3(A=0.005)度重構(gòu)值精度低.3.1 8電極14區(qū)域的仿

26、真多電極電磁流ht計是傳統(tǒng)電磁流技計與電磁層析成像技術(shù)的有機(jī)結(jié)合.天津大學(xué)測ht實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用層析成像的檢測原理.提出了一種采用可旋轉(zhuǎn)均勻磁場做激勵，多對電極檢出感應(yīng)信息的測域方法基于3.2中8電極單磁場的重構(gòu)結(jié)果以及文獻(xiàn)6和文獻(xiàn)17的理論基礎(chǔ)，本文擬采用8電極多方向的磁場進(jìn)行仿真，在區(qū)域權(quán)函數(shù)的理論背景下，可將測量截面劃分為14個區(qū)域。電極對選取方式見表5,電極分布圖見圖9.區(qū)域3)電極1e3-e22e3-e43e3-el4e3e85e3""e56e3-e77e3e6表5測量電壓區(qū)域?qū)?yīng)表Tab.5Correspondingtableoftheareaandelectrode

27、pair圖9電極對組合Fig.9Electrodepairlayout參考16電極的區(qū)域劃分方式，在此種方案下將測量截面劃分為以下2種方式，見圖10和圖11.圖10區(qū)域劃分方式4Fig.10Areadistributionmethod4e6/E回、2昂71314!|H圖11區(qū)域劃分方式5Fig.11Areadistributionmethod5圖10和圖11采用與3.2中相同的電極布置方式，但仿真是在不同的磁場方向下進(jìn)行，分別為工軸和y軸正方向，此種情況下的2種區(qū)域劃分方式是在3.1和3.2仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上而來的。圖12和圖13為區(qū)域劃分方式4和5下選取不同X的速度分布圖。a)A=0.0002

28、a)A=0.002b)A=0.0087圖12區(qū)域劃分方式4的不同義的速度分布圖Fig.12Velocityprofilesofareadistributionmethod4underdifferentA圖13區(qū)域劃分方式5的不同A的速度分布圖Fig.13Velocityprofilesofareadistributionmethod5underdifferentAb)A=0.0087圖12為區(qū)域劃分方式4在不同人下的速度分布圖。結(jié)果顯示，當(dāng)義為0.0002時總體的重構(gòu)結(jié)果都比較理想.重構(gòu)誤差較小，對于模擬主動脈和靜脈的區(qū)域而言.重構(gòu)誤差分別為1.1%和一11.2%,其他區(qū)域重構(gòu)誤差基本為0.當(dāng)

29、X為0.0087時在模擬主動脈和靜脈的區(qū)域內(nèi)，重構(gòu)誤差很大，分別為一30.2%和61.0%,在其他區(qū)域尤其是區(qū)域6和9重構(gòu)速度值嚴(yán)重偏離期望速度值.緣于這兩個區(qū)域的面積較小而且受區(qū)域7和區(qū)域8的速度影響而造成，圖中顯示區(qū)域9的重構(gòu)速度值與區(qū)域8的期望速度值比較接近，此時也可將該區(qū)域的重構(gòu)值近似地作為區(qū)域8的重構(gòu)速度值.此種區(qū)域劃分方式下A不同取值的重構(gòu)誤差如表6所示。圖13為區(qū)域劃分方式5在不同A下的速度分布圖。結(jié)果顯示，當(dāng)義為0.002時在模擬主動脈和靜脈區(qū)域的重構(gòu)誤差為3.2%和1.3%,在其他區(qū)域重構(gòu)誤差基本為0,但在區(qū)域10出現(xiàn)較大的波動；當(dāng)人取0.0087時在模擬主動脈和靜脈的區(qū)域內(nèi)

30、重構(gòu)誤差比較小，分別為2.6%和0.98%,但在其他區(qū)域內(nèi)則有程度不同的波動。從圖12和圖13以及表6和表7中可以看出磁場方向增加，劃分區(qū)域增多，使得在不同區(qū)域劃分方式下的重構(gòu)誤差有所減小。此種區(qū)域劃分方式下A不同取值的重構(gòu)誤差如表7所示。表6區(qū)域劃分方式4的義不同取值的受構(gòu)誤差Tab.6SimulationerrorofthedifferentvaluesofA表7區(qū)域劃分方式5的入不同取值的重構(gòu)誤差Tab.7SimulationerrorofthedifferentvaluesofA期望速度值/(m廣|)A0.00020.0087-101.1-30.21-11.261.0期望速度值/(m廣

31、|)A0.00020.0087-101.1-30.21-11.261.0期望速度值/_(msl)A0.0020.0087-103.22.611.30.893.4正則參數(shù)的選擇在進(jìn)行速度重構(gòu)時，正則參數(shù)的選擇尤為重要，通常有先驗(yàn)的和后驗(yàn)的2種方法。在眾多正則參數(shù)的確定方法中，L-曲線法以其不需要任何先驗(yàn)知識旦魯棒性較強(qiáng)而被廣泛應(yīng)用。所謂的L-曲線法是指用對數(shù)尺度來描述II，II和II|的曲線對比，通過對比結(jié)果確定正則參數(shù).該方法的顯著特點(diǎn)是圖形中出現(xiàn)一條明顯的L曲線小。11|與|bA|均為正則參數(shù)義的函數(shù)，前者代表解的穩(wěn)定性，后者代表新舊問題的誤差程度5。研究證明;18|了|Ax-b，在曲線的拐

32、點(diǎn)處，解的穩(wěn)定性與誤差偏離程度取得折衷，因此，該點(diǎn)對應(yīng)的義值即為最優(yōu)正則參數(shù)。為了適合數(shù)值實(shí)現(xiàn)，義可通過極小化泛函4>(A)=|，|b-A|(4)求取。4結(jié)論基于速度分布圖分析可知.對于16電極的仿真測量截面處區(qū)域劃分多，所得的測量電壓個數(shù)多，從而能很好地對速度進(jìn)行重構(gòu)使得精確度高；對于8電極的仿真單方向磁場下劃分區(qū)域少，獲得的測鼠電壓值少，整體上可以很好地對速度重構(gòu)，但是重構(gòu)精度比較??；而在多磁場方向下雖然電極對的數(shù)目不變，但是劃分區(qū)域增多，獲得的測址電斥值多，使得重構(gòu)精度高。綜合以上2種方案的5種劃分方式，電極對數(shù)目的選取以及磁場方向都對重構(gòu)結(jié)果有影響，電極對數(shù)目減少了，但是磁場方向

33、的增加，使得總體的重構(gòu)效果比較理想。參考文獻(xiàn)/References：1SUI.I.1VANVTO'.PerformanceofanelectromagneticflowmeterwithsixpointelectrodesJ.PhysEiSciJnstrum,1983.16t1183-1188.2jALDOURlAQ.MALIKHZ.MAYTTJ,caal.TheriskofgallbladdercancerfrompolypsinalargemultiethnicseriesJ,EuropeanJournalofSurgicalOncology<EJSO).2009.35(1)

34、:48-51.3佚名.CDL-J型電磁血液醫(yī)療器械.1976,10(5),57-67.Anon.ElectromagneticflowmeterbloodofCDLJJ.MedicalApparatusandInstruments.1976,10<5)«57-67.4陳國玉.苒振善，張祖茍.等.電磁流依汁測定門靜脈血漁的臨床應(yīng)用J.江蘇醫(yī)藥.1991(6)：299-300CHENGuoyu,JIANGZhenshan,ZHANGZuxun,ctal.Theclinicalapplicationofelectromagneticflowmetermeasurementportal

35、venousbloodflowJ.JiangsuMedicalJournal.1991(6):299-300.5 徐立軍,王亞，篦牌，等.基于多電極電磁流fit計的流速場重建J.自然科學(xué)進(jìn)展.2002,12(5),78-82.XULijun.WANGYa.DONGFeng,ctal.Velocityfieldreconstructionbasedonmulti-clectrodeelectromagneticflowmeterJ.ProgressinNaturalScience.2002«12(5)：78-82.6 張宏建.管軍，胡赤虞.基于電磴感應(yīng)原理的多電極流址測量方法J,it量

36、學(xué)報，2004,25(1),43-46.ZHANGHongjian,GUANJun.HUChiying.Flowmeasurementwithmuiti-electrodcbasedonelectromagneticinductionprincipleJ.ActaMetrologiesSinica2004«25(1):43*46.7王國強(qiáng),呂波張小氏非對稱流動對電砥流帔計輸出的影響J.計魚技術(shù).2003(10):3-5.WANGGuoqiang*LYUBo.ZHANGXiaozhang.Effectoftheasymmetricalflowonanelectromagneticflo

37、wmeterJ.MeasurementTechnique.2003(10)13-5.8 鮑宇洋.張LUCASG.多電極電磴流讖汁用于非軸對稱流的MttlJ.天津大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)與工程技術(shù)版).2013,16(6):559-564.ZHAOYuyang.ZHANGTao.LUCASG.MeasuringNon-axisymmetricflowbymultielectrodeelectromagneticflowmeterJJ.JournalofTianjinUniversity(NaturalScienceandEngineeringTechnologyEdition)«2013.4

38、6(6):559-564.9 李國良.譚月輝.玄克誠.等.一種基于奇異值分解和反傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多小波域故字水印算法U1河北工業(yè)科技-2OlO>27(4)：219-222.LIGuoiiang,TANYuehui.XUANKecheng.etal.Multiwavelet-basedimagewatermarkingusingSVDandBPneuralnctworkJ.HebeiJournalofIndustrialScienceandTechnology2010.27(4)：219222.10 王經(jīng)卓.電破流酸汁權(quán)函數(shù)的數(shù)值仿其與/證J.儀器儀表學(xué)報，2009.30(1):132-137

39、.WANGJingzhuo.NumericalsimulationandverificationofweightfunctionofelectromagneticflowmeterJ.ChineseJournalofScientificInstrument2009.30(1)：132-137.11 趙宇洋.張i?.LUCASG.等.基于區(qū)域權(quán)函數(shù)理論的多電極電磴流責(zé)計電極設(shè)計訂.傳感舞與微系統(tǒng).2014,33(2),94-97.ZHAOYuyang*ZHANGTaoLUCASG*elnl.Electrodedesignofmulti-elecirodeelectromagneticflowme

40、terbasedonregionweightfunctionth(*oryJ.TransducerandMicrosystemTechnologies*201-1.33(2):94-97.12 曾琳琳.基于Matlab的電容層析成像敏感場的仿富研究J.微計算機(jī)信息.2006,22(10):289-291.CAOLinlin.Simulationstudyonsensitivityfieldofelectricalcapacitancetomographysystemonmatlabfj.Control&Automation*200622(10)：289-291.13 王澤理，劉石，即麗

41、平，等.電容層析成像在雙套管弋力輸送中的應(yīng)用J.河北工業(yè)科技>2012<29(2)：98-I01.WANGZepu«LIUShi.CAOLiping,etal.Applicationofelectricalcapacitancetomographyofdoubledrivingpipespneumatictcchnolo-gyJ.HebeiJournalofIndustrialScienceandTechnology,2012.29(2):98-101.14 石噩英,王友云.血流速度絕對值的幾種超聲多普勒測快方法J.北京生物醫(yī)學(xué)T：程.1993.12(1):19-24.SHILiying.WANGYouyun.Thedopplermeasuringmet