高效無線能量傳輸及可植入人體的傳輸輻射一體化研究.pdf

1、膠囊內(nèi)窺鏡是獲得完整消化道影像的最有效方法，高質(zhì)量的診斷要求內(nèi)窺鏡多功能化，這對膠囊內(nèi)窺鏡的供能提出了更高的要求。由于現(xiàn)有電池的功率容量有限，無法滿足長時間的應(yīng)用需求，無線能量傳輸是解決該問題的有效方法。現(xiàn)有膠囊內(nèi)窺鏡供能系統(tǒng)中的能量接收結(jié)構(gòu)體積大，能量傳輸效率較低，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。如何利用較小的接收結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的膠囊內(nèi)窺鏡供能是亟待解決的問題。植入醫(yī)療設(shè)備的供能和高速率的數(shù)據(jù)傳輸分別通過無線能量傳輸天線和可植入射頻天線實現(xiàn)，現(xiàn)有

2、的無線能量傳輸和可植入天線在結(jié)構(gòu)上是獨立的，導(dǎo)致體積較大，不適用于人體植入。如何在較小的體積內(nèi)實現(xiàn)這兩個功能的一體化是目前植入醫(yī)療設(shè)備的研究熱點。
　　本文首先對基于磁場聚焦的高效無線能量傳輸方法進(jìn)行了理論研究，提出了基于能量最大傳輸功率的磁場聚焦方法，對固定目標(biāo)的無線能量傳輸進(jìn)行了理論分析，并利用Matlab計算和電磁全波仿真驗證其能量傳輸效率的高效性;對于磁場聚焦無線能量傳輸方式面臨的移動膠囊定位問題，提出了基于電子計算機(jī)斷層

3、掃描人體模型重建和到達(dá)時間差算法的膠囊內(nèi)窺鏡的定位方法。基于重建的人體軀干模型，研究了發(fā)射線圈排布方式以及發(fā)射線圈尺寸的選擇;最后提出了具有高穩(wěn)定性的無線能量傳輸系統(tǒng)的整體架構(gòu)。
　　其次，設(shè)計了由位于膠囊內(nèi)的能量接收線圈和體外能量發(fā)射系統(tǒng)組成的無線能量傳輸驗證系統(tǒng)，該系統(tǒng)由接收線圈、發(fā)射線圈陣列、功率分配網(wǎng)絡(luò)、移相器以及可變增益放大器組成;設(shè)計了工作于13.56MHz的基于磁場聚焦的移動目標(biāo)無線能量傳輸驗證系統(tǒng)，實測了無線能量傳

4、輸系統(tǒng)的傳輸系數(shù)隨膠囊內(nèi)窺鏡的移動和旋轉(zhuǎn)的變化情況，實測結(jié)果表明該系統(tǒng)的穩(wěn)定性高達(dá)89％。
　　再次，基于磁諧振耦合式無線能量傳輸結(jié)構(gòu)提出了可植入人體的無線能量傳輸和射頻輻射一體化結(jié)構(gòu)?；诘刃щ娐纺Ｐ蛯Υ胖C振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)進(jìn)行分析，給出高能量傳輸效率的磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)的設(shè)計方法;結(jié)合人體環(huán)境的特殊性，提出人體植入的磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)設(shè)計的約束條件;以磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，復(fù)用其接收線