基于“WiTricity WiTricity”植入器件无线电能传输方法研究

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随着微电子技术和信号处理技术的飞速发展,生物医学工程学给临床提供了大量的植入性医学电子器件。植入器件是一种埋置在生物体或人体内的电子装置,主要用来测量生命体内生理、生化、物化参数的变化,以及诊断、治疗某些疾病。由于是采用植入的方式并且受到植入空间的限制,所以能量的供给就是系统的核心问题之一,如何保证长期稳定的能量供应是一个非常重要的问题。传统的植入电子装置通常采用的电池供电的方式,电池只能一次性使用,一旦超过使用时限电能不能维持器件正常工作后只能通过手术进行更换,这一方面加重了患者的经济负担,另一方面也增加其所受的痛苦。   为了克服传统的植入器件供电电池需要频烦更换的缺点,本文采用WiTricity 技术对人体植入医学器件无线电能传输进行研究。WiTricity是一种基于磁耦合谐振原理进行无线能量传输的新技术,本课题研究了基于WiTricity 无线能量传输方法的各种传输状态,分析了谐振线圈的主要参数,以及对能量传输状态和效率的影响,利用自制的线圈进行了初步的无线能量传输实验。主要工作如下:   1、研究分析了利用WiTricity 技术进行磁耦合谐振无线能量传输时的3种状态,包括强耦合谐振状态、强耦合非谐振状态、弱耦合谐振状态,因为弱耦合时能量消耗太大,进行无线能量传输时效率太低,故只讨论了弱耦合谐振状态。通过研究确定进行能量传输时在强耦合谐振状态下效果最好。   2、分析计算了线圈的主要参数,包括品质因数、两个线圈之间的耦合系数等,并对影响这些参数的因素进行分析,如谐振线圈的半径、匝数、导线半径以及线圈之间距离等。   3、在计算线圈参数的基础上,对参数不同的线圈进行频率匹配,得出使两个谐振线圈处在强耦合谐振状态下的频率,并计算了能量传输的效率。   4、在理论计算的基础上进行了无线能量传输实验分析。在实验中,利用自制的线圈在相距14 厘米(约为线圈直径的两倍)时成功点亮了一个发光二极管,实现了无线能量传输。   本课题研究的基于WiTricity 技术的无线能量传输的方法将解决植入器件的能量供应问题,具有深远的意义和广阔的应用前景。
其他文献
励磁系统是同步发电机的一个重要组成部分,它直接影响发电机的运行特性,对电力系统的安全稳定运行有重要的影响。因此发电机自动调节励磁是电力系统自动化教学的重要内容之一,微机型励磁调节实验是对教学的重要辅助。微机励磁调节器实验装置主要包括硬件和软件两大部分,硬件是实验装置的基础,主要包括数据采集模块、微机主系统、显示模块、同步触发模块、通讯模块等;软件是微机励磁控制的核心,微机励磁控制是靠软件的调节控制