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三维无线能量传输技术在体内微机电系统中的实验研究

李杨  
【摘要】:随着微机电系统技术的发展,其应用的范围也越来越广,其中就包括体内医疗微机电系统,对于实现无创或微创具有很大的意义。体内微机电系统一般由微型电池供能,存在供能时间短和安全性等问题,而无线能量传输技术可以克服以上缺点,为体内微机电系统提供更好的能量供给方法。 本文在课题组和查阅大量国内外有关无线能量传输技术的研究成果的基础上,探讨了无线能量传输系统的结构,设计出三维无线能量传输系统,并进行了仿真和实验分析。 本论文主要完成了以下内容: 1.分析了体内微机电系统的三维无线能量传输装置的原理,并在此基础上进行了三维无线能量传输装置的设计。详细介绍了基于感应电能传输的三维无线能量传输系统的结构及工作原理;探讨了各部分结构的功能并进行了具体结构设计。 2.对三维无线能量传输系统传输性能进行了仿真和实验分析。利用有限元仿真软件Maxwell对整个三维无线能量传输系统进行了仿真和分析,研究了系统的初次级线圈相对位置、初次级线圈的铁芯和工作频率对系统耦合性能的影响。 3.在体内微机电系统实际应用分析的基础上,进行了次级线圈的整流稳压电路设计,选择了合适的电路元件,并进行实验测试。实验测试结果表明该系统可以成功输出体内微机电系统所需的稳定直流源。根据体内微机电系统尺寸的要求,对实验电路板进行了微型化,制作出直径为10mm,厚度为1mm的PCB板。 4.之前设计的基础上,结合实验室现有成果,成功组装体内内窥镜胶囊,并进行了离体和活体实验。实验证明本文设计出的三维无线能量传输系统能够提供体内微机电系统所需的稳定直流源。 本文对无线能量传输技术在体内微机电系统应用研究方面做了一些工作,但也存在一些不足之处,有待以后进一步研究和完善。


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