體內(nèi)植入器件的Witricity系統(tǒng)設(shè)計與實驗研究.pdf

1、作為一個新方法,磁耦合諧振無線能量傳輸技術(shù)受到了國內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注,但是還有很多問題尚未解決,特別是在對體內(nèi)植入器件進(jìn)行無線能量傳輸方面,關(guān)注的學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)相對較少,需要解決的問題還很多。
　　本文主要針對應(yīng)用于體內(nèi)植入器件的小型磁耦合諧振無線能量傳輸系統(tǒng)進(jìn)行研究,首先利用耦合模理論研究了磁耦合無線能量傳輸系統(tǒng)的傳輸規(guī)律及最佳工作條件,然后對系統(tǒng)進(jìn)行建模分析,在仿真分析的基礎(chǔ)上設(shè)計出適用于體內(nèi)植入器件的小尺寸諧振器。最后,

2、將小尺寸諧振系統(tǒng)放置于不同的實驗環(huán)境中進(jìn)行實驗研究,并應(yīng)用時域有限差分方法計算系統(tǒng)工作時人體的比吸收率,依此判斷該方法對體內(nèi)器件供電的安全性。
　　本文主要研究工作有以下幾個方面:
　　1、應(yīng)用耦合模理論,計算線圈中能量并研究兩個線圈在強(qiáng)耦合和弱耦合狀態(tài)下的能量傳輸效率、線圈固有頻率的改變對能量傳輸狀態(tài)的影響以及諧振頻率對線圈品質(zhì)因數(shù)的影響,最后研究擾動對工作效率以及損耗效率的影響。
　　2、建立立方體螺旋諧振器及平面

3、螺旋諧振器仿真計算模型,通過改變諧振器各參數(shù),確定各參數(shù)對諧振器諧振頻率的影響。仿真結(jié)果表明線圈線徑和介質(zhì)厚度對線圈諧振頻率影響最大,傳輸效率在諧振點達(dá)到最大。在仿真基礎(chǔ)上,設(shè)計了適用于體內(nèi)植入器件的小尺寸諧振器,諧振器體積1.35cm3。
　　3、建立了人體頭部及胸腔數(shù)值仿真模型,對Witricity系統(tǒng)給體內(nèi)植入器件進(jìn)行供電時人體頭部及胸腔的SAR值進(jìn)行計算。通過計算得出,應(yīng)用Witricity系統(tǒng)對體內(nèi)植入器件進(jìn)行供電時,人

4、體頭部及胸腔的SAR值均低于國際限值標(biāo)準(zhǔn)。
　　4、對立方體螺旋諧振器、平面螺旋諧振器及小尺寸平面螺旋諧振器分別進(jìn)行了實驗分析,通過改變系統(tǒng)兩諧振器之間的垂直距離、水平位移以及旋轉(zhuǎn)角度,計算系統(tǒng)傳輸功率及效率。此外,將系統(tǒng)置于空氣、模擬人體組織液及新鮮豬肉這三種不同環(huán)境下,進(jìn)行能量傳遞,計算系統(tǒng)在不同環(huán)境下的傳輸功率及效率。實驗結(jié)果表明模擬人體組織液和新鮮豬肉對系統(tǒng)的傳輸效率影響很小。最后對整流濾波穩(wěn)壓電路進(jìn)行實驗,得到了充電模塊