体内植入器件无线电能传输系统优化设计和实验研究

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医用植入器件是一种埋置在生物体内的电子装置,主要用来测量生命体内生理、生化、物化参数的变化,以及诊断、治疗某些疾病。生物体内植入式装置普遍采用电池供电的电源模式,虽然电池容量在不断增大,但由于其没有实时能量补给功能,一旦超过使用时限,电池就不能维持器件正常工作,只能通过手术进行更换,不仅增加患者所受的痛苦,而且又加重了其经济负担。  为了克服传统的植入器件供电电池需要频繁更换的缺点,本文采用磁耦合谐振技术对体内植入器件进行了无线电能传输的研究。通过理论分析、软件仿真与系统实验相结合,分析了磁耦合谐振无线电能传输系统的传输特性及其影响因素,自制了三种不同结构的线圈并进行了磁耦合谐振实验研究,论文主要做了以下几个方面的工作:  对磁耦合谐振无线电能传输系统进行了理论分析,采用等效电路模型推导了传输效率的计算公式,对系统的阻抗匹配进行了分析。  设计了无线电能传输系统中的高频电源模块。结合本系统实验要求,设计了高频功率放大器,分析了增益、输入阻抗、输出阻抗等参数,得到满足要求的高频电源。  制作了三种结构的谐振线圈,对线圈的模型进行了谐振频率仿真分析,并和实验测得实际谐振频率进行了对比分析。通过实验对磁耦合谐振技术和电磁感应技术从传输效率、空间位置、角度的变化进行了对比分析,验证了磁耦合谐振技术在体内植入器件应用中的有效性。  对不同尺寸的平面线圈进行参数匹配和优化设计,实现了不同尺寸谐振线圈的无线电能传输,并分析了中继线圈对传输系统的影响。
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