植入式医疗设备磁谐振式无线能量传输系统的研究

发布时间：2017-09-04 05:04

  本文关键词：植入式医疗设备磁谐振式无线能量传输系统的研究

  更多相关文章： 无线能量传输系统 磁谐振耦合 植入式医疗设备 仿真模型 倍压整流器

【摘要】：磁谐振耦合式无线电能传输技术是一种通过线圈间谐振耦合进行能量传输的无线传输技术,在植入式医疗设备中的应用,为生物医学设备能量供给的发展和技术研究带来了重要变革。随着植入式医疗设备越来越广泛的应用,对植入深度和集成功能的要求越来越高,使得植入式设备的体积更小、无线能量供给要求更高。在经皮能量传输情况下,人体皮肤和其它组织对传输的能量产生损耗,降低能量传输的效率和传输距离。为了使植入式医疗设备有更高的传输效率和更灵活的电源配给,本文在分析无线能量传输系统模型的基础上,对无线能量传输系统在植入式医疗设备中的应用进行设计,改进了线圈结构和功率接收电路。本文通过对两线圈和四线圈磁谐振耦合式无线能量传输系统进行等效电路理论分析,推导出能量传输效率的主要影响因子为由谐振线圈的规格所决定的线圈品质因数和线圈间相互作用所决定的耦合系数。通过对能量传输线圈结构的分析和实验结果对比,采用四线圈结构,通过调整各线圈回路的补偿电容使传输系统工作在磁谐振耦合状态下,能增大谐振线圈电路间的耦合系数,并隔离发射电路和接收电路对能量传输的干扰和影响。为了降低接收电路的接收电压降和更便于管理体内功能模块的电源供给,通过倍压电路作为接收整流器以降低电压降和提升电压基准。本文通过仿真软件建立不同的线圈结构模型和不同状态的经皮无线能量传输模型,对相关影响因素进行分析。仿真和实验结果验证了在微小功率接收线圈应用中,磁谐振式系统提升了经皮能量传输的效率和传输距离,倍压整流电路能稳定输出纹波较小的电压,满足体内各功能模块的应用需求。
【关键词】：无线能量传输系统 磁谐振耦合 植入式医疗设备 仿真模型 倍压整流器
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM724
【目录】：

• 学位论文的主要创新点3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.1.1 研究背景9
• 1.1.2 研究意义9-10
• 1.2 植入式医疗设备供能方式的发展和国内外的研究现状10-12
• 1.2.1 植入式医疗设备的供能方式的发展10
• 1.2.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 无线电能传输的分类12-14
• 1.3.1 磁感应式无线电能传输12-13
• 1.3.2 磁谐振耦合式无线电能传输13-14
• 1.3.3 微波式无线能量传输14
• 1.4 植入式医疗设备能量传输待解决的问题14-16
• 1.5 本文研究的主要内容16
• 1.6 本文的章节安排16-19
• 第二章 植入式医疗设备无线电能传输系统模型19-37
• 2.1 耦合模理论分析基础19-22
• 2.1.1 耦合模方程19-21
• 2.1.2 强耦合与弱耦合21-22
• 2.2 等效电路理论22-23
• 2.3 两种理论分析方法的等效性23-26
• 2.3.1 等效电路分析23
• 2.3.2 耦合模分析23-26
• 2.4 基本无线能量传输系统26
• 2.5 带中继线圈的无线能量传输系统26-32
• 2.6 无线电能传输对于生物组织的安全性32-34
• 2.7 植入式医疗设备工作的电量需求34-35
• 2.8 本章小结35-37
• 第三章 无线能量传输系统的设计37-59
• 3.1 系统设计的要求37
• 3.2 系统设计分析37-40
• 3.3 功率放大器设计40-44
• 3.3.1 功率放大器电路设计40-42
• 3.3.2 功放管的寄生电容42-44
• 3.4 高频信号源设计44-47
• 3.5 线圈结构47-54
• 3.5.1 线圈连接的拓扑结构47-50
• 3.5.2 线圈的参数分析50-54
• 3.6 体内接收电路的设计54-57
• 3.7 本章小结57-59
• 第四章 无线能量传输系统实验分析59-75
• 4.1 系统的仿真实验模型59-66
• 4.2 能量传输距离实验66-69
• 4.3 位置偏移实验69-71
• 4.4 角度偏移实验71-72
• 4.5 接收电路的实验72-73
• 4.6 本章总结73-75
• 第五章 总结与展望75-77
• 5.1 总结75
• 5.2 展望75-77
• 参考文献77-81
• 发表论文和参加科研情况81-83
• 致谢83

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本文编号：789478