植入式超声耦合式无线能量传输系统研究
发布时间：2021-05-14 10:42
植入式器件在现代医疗领域中越来越受到重视,它的出现给患者带来了一些新的治疗方式,但是植入式器件通常是用锂离子电池进行供电,当电池电量用完时需要手术进行更替,这会给患者带来极大的痛苦。而采用无线能量传输技术可以有效解决植入式器件的这些问题。本文研究的植入式超声耦合式无线能量传输技术是一种新兴的技术手段。相比于电感耦合式无线能量传输和电容耦合式无线能量传输,超声耦合式无线能量传输技术不仅可以在金属介质中进行传输,而且能量更易于集中,在很多场合（比如在深度植入的植入式医疗应用中）具有更高的能量传输效率。此外,超声耦合式无线能量传输技术还具有不存在电磁辐射和电磁干扰等问题,对工作环境的适应性和可靠性强等优点。但是当前超声耦合式无线能量传输技术仍存在传输效率较低的问题。对此,本文开展了超声耦合式无线能量传输系统的建模研究,并以此为基础进行了基于立方体结构压电换能器的全向超声耦合式无线能量传输系统的研究与使系统获得最大功率传输的阻抗变换网络设计研究。首先,介绍了超声耦合式无线能量传输技术的研究现状,分析了超声耦合式无线能量传输的系统模型及基本原理。其次,针对传统圆盘型结构接收端在植入人体时会产生一...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文主要内容
第2章 UPT技术的基本原理
2.1 系统基本结构
2.2 超声波在介质中的传播特性
2.2.1 超声波在介质中的衰减
2.2.2 超声波传播时产生的声场
2.2.3 传输介质的声阻抗
2.2.4 超声波的反射、透射和衍射
2.3 超声换能器的工作原理
2.3.1 压电效应
2.3.2 机电类比模型建立
2.4 阻抗匹配
2.4.1 声阻抗匹配
2.4.2 电阻抗匹配
2.5 本章小结
第3章 植入式微型全向UPT技术研究
3.1 超声换能器理论建模
3.2 接收端的仿真模型设计
3.3 实验验证
3.3.1 实验系统设计
3.3.2 实验结果分析
3.4 小结
第4章 基于最大功率传输的阻抗变换电路设计
4.1 系统最大功率传输条件推导
4.1.1 发送端最大发送功率条件推导
4.1.2 接收端最大输出功率条件推导
4.2 发送端阻抗变换技术
4.2.1 LC型阻抗变换技术
4.2.2 π型阻抗变换技术
4.2.3 T型阻抗变换技术
4.3 接收端阻抗变换网络
4.3.1 LC型阻抗变换网络
4.3.2 π型阻抗变换网络
4.3.3 T型阻抗变换网络
4.4 阻抗变换网络参数设计
4.4.1 发送端阻抗变换网络参数设计
4.4.2 接收端阻抗变换网络参数设计
4.5 仿真验证
4.5.1 发送端仿真验证
4.5.2 接收端仿真验证
4.6 实验测试
4.6.1 实验平台
4.6.2 测试结果与分析
4.7 小结
第5章 总结与展望
5.1 论文总结
5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
附录 作者在读期间发表的学术论文、专利及参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声波无线能量传输系统建模[J]. 李志坚,庄甘霖,吴朝晖,李斌,张秀来. 华南理工大学学报(自然科学版). 2018(03)
[2]超声波无线电能传输系统电气建模方法（英文）[J]. Leung Ho Fai,戴欣,呼爱国. 电工技术学报. 2015(19)
[3]海下超声耦合无线电能传输系统电学阻抗变换技术[J]. 许康,陈希有,刘丹宁. 中国电机工程学报. 2015(17)
[4]基于PZT的超声波无接触能量传输系统的研究[J]. 邹玉炜,黄学良,柏杨,谭林林. 电工技术学报. 2011(09)
[5]利用超声波方式实现无线电能传输的可行性的研究[J]. 张建华,黄学良,邹玉炜,柏杨. 电工电能新技术. 2011(02)
[6]电压型ICPT系统功率传输特性的分析与优化[J]. 孙跃,夏晨阳,赵志斌,翟渊,杨芳勋. 电工电能新技术. 2011(02)
[7]基于超声波的无线电能传输的研究[J]. 柏杨,黄学良,邹玉炜,丁晓辰. 压电与声光. 2011(02)
硕士论文
[1]海水介质超声波耦合无线电能传输技术研究[D]. 许康.大连理工大学 2016
本文编号：3185507
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文主要内容
第2章 UPT技术的基本原理
2.1 系统基本结构
2.2 超声波在介质中的传播特性
2.2.1 超声波在介质中的衰减
2.2.2 超声波传播时产生的声场
2.2.3 传输介质的声阻抗
2.2.4 超声波的反射、透射和衍射
2.3 超声换能器的工作原理
2.3.1 压电效应
2.3.2 机电类比模型建立
2.4 阻抗匹配
2.4.1 声阻抗匹配
2.4.2 电阻抗匹配
2.5 本章小结
第3章 植入式微型全向UPT技术研究
3.1 超声换能器理论建模
3.2 接收端的仿真模型设计
3.3 实验验证
3.3.1 实验系统设计
3.3.2 实验结果分析
3.4 小结
第4章 基于最大功率传输的阻抗变换电路设计
4.1 系统最大功率传输条件推导
4.1.1 发送端最大发送功率条件推导
4.1.2 接收端最大输出功率条件推导
4.2 发送端阻抗变换技术
4.2.1 LC型阻抗变换技术
4.2.2 π型阻抗变换技术
4.2.3 T型阻抗变换技术
4.3 接收端阻抗变换网络
4.3.1 LC型阻抗变换网络
4.3.2 π型阻抗变换网络
4.3.3 T型阻抗变换网络
4.4 阻抗变换网络参数设计
4.4.1 发送端阻抗变换网络参数设计
4.4.2 接收端阻抗变换网络参数设计
4.5 仿真验证
4.5.1 发送端仿真验证
4.5.2 接收端仿真验证
4.6 实验测试
4.6.1 实验平台
4.6.2 测试结果与分析
4.7 小结
第5章 总结与展望
5.1 论文总结
5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
附录 作者在读期间发表的学术论文、专利及参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声波无线能量传输系统建模[J]. 李志坚,庄甘霖,吴朝晖,李斌,张秀来. 华南理工大学学报(自然科学版). 2018(03)
[2]超声波无线电能传输系统电气建模方法（英文）[J]. Leung Ho Fai,戴欣,呼爱国. 电工技术学报. 2015(19)
[3]海下超声耦合无线电能传输系统电学阻抗变换技术[J]. 许康,陈希有,刘丹宁. 中国电机工程学报. 2015(17)
[4]基于PZT的超声波无接触能量传输系统的研究[J]. 邹玉炜,黄学良,柏杨,谭林林. 电工技术学报. 2011(09)
[5]利用超声波方式实现无线电能传输的可行性的研究[J]. 张建华,黄学良,邹玉炜,柏杨. 电工电能新技术. 2011(02)
[6]电压型ICPT系统功率传输特性的分析与优化[J]. 孙跃,夏晨阳,赵志斌,翟渊,杨芳勋. 电工电能新技术. 2011(02)
[7]基于超声波的无线电能传输的研究[J]. 柏杨,黄学良,邹玉炜,丁晓辰. 压电与声光. 2011(02)
硕士论文
[1]海水介质超声波耦合无线电能传输技术研究[D]. 许康.大连理工大学 2016
本文编号：3185507
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