胶囊内镜无线能量传输系统的优化设计与试验研究
发布时间：2020-12-02 15:21
现已临床应用的胶囊内镜主要采用纽扣电池供电,供电时间较短且存在安全隐患,难以满足现有的诊疗要求。基于无线能量传输技术的胶囊内镜能够很好地解决能量供应问题,已经得到了广泛关注。本文在课题组已有的基础上对胶囊内镜无线能量传输系统进行了改进设计。搭建了一维接收线圈与三维接收线圈的无线能量传输系统性能测试平台,进行了仿真分析与试验研究,通过试验验证了改进方案和优化后参数的正确性、可行性。本文具体进行了以下几个方面的研究工作:基于胶囊内镜的应用环境设计了无线能量传输系统的接收端应用电路,并通过仿真分析与实验验证了接收端应用电路的可行性。分析了不同谐振补偿模型的性能,分析了不同因素对系统输出功率与传输效率的影响。分析了截面形状不同的发射线圈的磁感应强度,选择圆形发射线圈。采用近似的方法求得在轴线平面上不同类型发射线圈的磁感应强度计算公式。在Matlab中对不同类型发射线圈的磁感应强度进行计算并选择改进型Helmholtz线圈作为系统的发射线圈,通过实验分析了Helmholtz线圈与改进型Helmholtz线圈的磁感应强度和磁场均匀性。采用COMSOL软件对人体腹部模型中的电流密度、比吸收率进行仿真...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无线充电汽车工作原理图
射谐振补偿、自动接收谐振调谐的 WPT 系统，能够最大限度地保证对周围环境变效率。Si P 等[27]针对主变流器提出了一种频率控制方案，即使负载、耦合效应和参生变化时，仍能保证较高的输出功率，这对于生物医学植入器件具有重要意义。他利用印刷电路板（PCB）图案线圈和互补金属氧化物半导体（CMOS）开关，提出物医学的并联谐振拓扑和相关的频率跟踪方案，其目的在于提高效率并保持恒定的电压以抵抗负载处耦合的变化。Mirbozorgi 等[28]设计的提高接收线圈品质因数的测置如图 1-3 所示，他们在考虑了比吸收率的基础上，提出了采用高品质因数的接收和大型外发射线圈的优化设计方案，可有效提高神经组织三维空间中毫米级物件的利用率。为了确保胶囊内镜的运动，Sun 等设计了两级 WPT 系统，能量通过强耦应从地板下面的传输线圈传输到嵌入患者外套的中继线圈，然后传输到胶囊[29]。此外un 等还开发了开关型整流器和功率组合电路以提高机器人胶囊的效率。S. C. Tang 等[出了线圈分割技术能够确保 WPT 系统的发射电压处于安全水平，该技术可通过人脏或左心房辅助装置进行无线供电。分段线圈示意图如图 1-4 所示。
图 1-4 分段线圈示意图[30]方面的缺点，WPT 技术在便携式电子设式电子设备的无线充电主要有两个技术标15 年的无线充电标准。Qi 标准和无线充电通信协议，即功率和数据。具体而言，符带，而无线充电标准采用频带外通信，即用于功率传输，2.4GHz 的 ISM 频带则用能量传输技术研究现状诊疗装置的工作环境和其他情况下的无线明确的地方。因此这种环境下的无线能量和挑战。首先由于发射线圈与接收线圈的属于松耦合情形，能量传输效率方面的研
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于动态调整惯性权重的混合粒子群算法[J]. 顾明亮,李旻. 计算机与现代化. 2018(06)
[2]用于WPT系统的一次侧失谐SS型补偿拓扑及其参数设计方法[J]. 胡宏晟,蔡涛,段善旭,刘明海,丰昊. 电工技术学报. 2017(18)
[3]胶囊机器人无线能量传输系统设计[J]. 杨凯,颜国正,高晋阳. 北京生物医学工程. 2016(05)
[4]SS型无线能量传输系统参数优化[J]. 任磊,薄翠梅,李俊,陈波. 电力电子技术. 2016(07)
[5]Barker线圈匀强磁场分析[J]. 宋新昌. 舰船电子工程. 2016(06)
[6]基于自适应惯性权重的均值粒子群优化算法[J]. 赵志刚,林玉娇,尹兆远. 计算机工程与科学. 2016(03)
[7]动态电容补偿在微机器人胶囊无线供能系统中的应用[J]. 刘丹,李旻,刘修泉. 机械与电子. 2016(02)
[8]无人水下航行器无线能量传输系统补偿网络研究[J]. 王宏健,于乐,陈江,张晓涛. 电工技术学报. 2015(19)
[9]平行共轴线圈的磁场特征研究与实验设计[J]. 高小强,刘立英,马凌光,禹伶洁,胡莉婷,孟宪蕊. 物理与工程. 2014(04)
[10]胶囊内窥镜便携式无线能量发射系统[J]. 石煜,颜国正,朱柄全. 光学精密工程. 2014(01)
博士论文
[1]基于无线能量传输技术的视频胶囊内窥镜系统及实验研究[D]. 朱柄全.上海交通大学 2015
[2]胃肠道微型介入式诊疗装置无线供能技术的优化与应用研究[D]. 贾智伟.上海交通大学 2012
[3]微机电系统多维无线能量传输技术的研究与应用[D]. 薛凯峰.华南理工大学 2011
[4]感应耦合电能传输系统能效特性的分析与优化研究[D]. 夏晨阳.重庆大学 2010
[5]人体消化道微型诊查装置无线供能技术研究[D]. 辛文辉.上海交通大学 2010
硕士论文
[1]微机器人胶囊无线能量传输系统的优化设计与实验研究[D]. 刘丹.华南理工大学 2016
[2]新型无线能量传输电源发生器的研究与设计[D]. 孙中华.华南理工大学 2013
[3]三维无线能量传输技术在体内微机电系统中的实验研究[D]. 李杨.华南理工大学 2011
[4]IGBT逆变桥无源无损缓冲电路的研究[D]. 冯艳虹.华北电力大学（北京） 2004
本文编号：2895517
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无线充电汽车工作原理图
射谐振补偿、自动接收谐振调谐的 WPT 系统，能够最大限度地保证对周围环境变效率。Si P 等[27]针对主变流器提出了一种频率控制方案，即使负载、耦合效应和参生变化时，仍能保证较高的输出功率，这对于生物医学植入器件具有重要意义。他利用印刷电路板（PCB）图案线圈和互补金属氧化物半导体（CMOS）开关，提出物医学的并联谐振拓扑和相关的频率跟踪方案，其目的在于提高效率并保持恒定的电压以抵抗负载处耦合的变化。Mirbozorgi 等[28]设计的提高接收线圈品质因数的测置如图 1-3 所示，他们在考虑了比吸收率的基础上，提出了采用高品质因数的接收和大型外发射线圈的优化设计方案，可有效提高神经组织三维空间中毫米级物件的利用率。为了确保胶囊内镜的运动，Sun 等设计了两级 WPT 系统，能量通过强耦应从地板下面的传输线圈传输到嵌入患者外套的中继线圈，然后传输到胶囊[29]。此外un 等还开发了开关型整流器和功率组合电路以提高机器人胶囊的效率。S. C. Tang 等[出了线圈分割技术能够确保 WPT 系统的发射电压处于安全水平，该技术可通过人脏或左心房辅助装置进行无线供电。分段线圈示意图如图 1-4 所示。
图 1-4 分段线圈示意图[30]方面的缺点，WPT 技术在便携式电子设式电子设备的无线充电主要有两个技术标15 年的无线充电标准。Qi 标准和无线充电通信协议，即功率和数据。具体而言，符带，而无线充电标准采用频带外通信，即用于功率传输，2.4GHz 的 ISM 频带则用能量传输技术研究现状诊疗装置的工作环境和其他情况下的无线明确的地方。因此这种环境下的无线能量和挑战。首先由于发射线圈与接收线圈的属于松耦合情形，能量传输效率方面的研
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于动态调整惯性权重的混合粒子群算法[J]. 顾明亮,李旻. 计算机与现代化. 2018(06)
[2]用于WPT系统的一次侧失谐SS型补偿拓扑及其参数设计方法[J]. 胡宏晟,蔡涛,段善旭,刘明海,丰昊. 电工技术学报. 2017(18)
[3]胶囊机器人无线能量传输系统设计[J]. 杨凯,颜国正,高晋阳. 北京生物医学工程. 2016(05)
[4]SS型无线能量传输系统参数优化[J]. 任磊,薄翠梅,李俊,陈波. 电力电子技术. 2016(07)
[5]Barker线圈匀强磁场分析[J]. 宋新昌. 舰船电子工程. 2016(06)
[6]基于自适应惯性权重的均值粒子群优化算法[J]. 赵志刚,林玉娇,尹兆远. 计算机工程与科学. 2016(03)
[7]动态电容补偿在微机器人胶囊无线供能系统中的应用[J]. 刘丹,李旻,刘修泉. 机械与电子. 2016(02)
[8]无人水下航行器无线能量传输系统补偿网络研究[J]. 王宏健,于乐,陈江,张晓涛. 电工技术学报. 2015(19)
[9]平行共轴线圈的磁场特征研究与实验设计[J]. 高小强,刘立英,马凌光,禹伶洁,胡莉婷,孟宪蕊. 物理与工程. 2014(04)
[10]胶囊内窥镜便携式无线能量发射系统[J]. 石煜,颜国正,朱柄全. 光学精密工程. 2014(01)
博士论文
[1]基于无线能量传输技术的视频胶囊内窥镜系统及实验研究[D]. 朱柄全.上海交通大学 2015
[2]胃肠道微型介入式诊疗装置无线供能技术的优化与应用研究[D]. 贾智伟.上海交通大学 2012
[3]微机电系统多维无线能量传输技术的研究与应用[D]. 薛凯峰.华南理工大学 2011
[4]感应耦合电能传输系统能效特性的分析与优化研究[D]. 夏晨阳.重庆大学 2010
[5]人体消化道微型诊查装置无线供能技术研究[D]. 辛文辉.上海交通大学 2010
硕士论文
[1]微机器人胶囊无线能量传输系统的优化设计与实验研究[D]. 刘丹.华南理工大学 2016
[2]新型无线能量传输电源发生器的研究与设计[D]. 孙中华.华南理工大学 2013
[3]三维无线能量传输技术在体内微机电系统中的实验研究[D]. 李杨.华南理工大学 2011
[4]IGBT逆变桥无源无损缓冲电路的研究[D]. 冯艳虹.华北电力大学（北京） 2004
本文编号：2895517
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