本文關(guān)鍵詞：人體植入式無(wú)線傳能及其智能充電管理系統(tǒng)的研究

  更多相關(guān)文章： 人體植入式設(shè)備 無(wú)線傳能 電磁感應(yīng) 磁耦合諧振 電磁載波

【摘要】：醫(yī)療技術(shù)的不斷進(jìn)步,推動(dòng)了人體植入式無(wú)線傳能設(shè)備的廣泛應(yīng)用,在不久的將來(lái)人體植入式設(shè)備不僅是人類健康的重要保障,還是維持人類生命的重要設(shè)備。人體植入式設(shè)備在健康監(jiān)護(hù)與臨床應(yīng)用方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景。人體植入式設(shè)備旨在通過(guò)無(wú)創(chuàng)或微創(chuàng)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)人類疾病的治療與監(jiān)護(hù),從而可以避免二次手術(shù)給患者帶來(lái)的各種風(fēng)險(xiǎn)。目前植入式人工耳蝸、老年人植入式監(jiān)控設(shè)備等植入式醫(yī)療設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始推廣使用。本文首先對(duì)目前市場(chǎng)上應(yīng)用的人體植入式設(shè)備進(jìn)行了深入的研究,并分析了現(xiàn)有人體植入式設(shè)備的能量傳輸與控制方式,它們大都具有充電效率低、盲目充電以及數(shù)據(jù)傳輸困難等各方面的問(wèn)題,因此我們?cè)诖嘶A(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)了一種更加高效與智能的人體植入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。本文首先對(duì)人體植入式無(wú)線傳能的工作原理進(jìn)行了介紹,目前無(wú)線電能傳輸主要通過(guò)電磁感應(yīng)、電磁輻射和諧振耦合三種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)這三種傳輸方式的工作原理與傳輸性能的比較,本文提出了基于諧振耦合的人體植入式無(wú)線傳能方式,并在此基礎(chǔ)上通過(guò)MATLAB以及HFSS對(duì)諧振耦合線圈的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)了與本系統(tǒng)相應(yīng)的線圈模型。在選擇了適用于本系統(tǒng)的無(wú)線能量傳輸方式與線圈模型之后,本文對(duì)人體植入式無(wú)線傳能系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹,并分門(mén)別類的對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊的工作原理與硬件電路的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。本系統(tǒng)的硬件電路較傳統(tǒng)的人體植入式無(wú)線傳能設(shè)備的硬件電路而言,最大的創(chuàng)新點(diǎn)在于增加了調(diào)制解調(diào)電路。通過(guò)增加調(diào)制解調(diào)電路可以在高頻電磁波的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)載波通信,這種通信方式具有通信效率高、硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)。高效的通信方式可以實(shí)現(xiàn)體外設(shè)備對(duì)人體植入式設(shè)備控制的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性,對(duì)于提高人體植入式設(shè)備的工作性能與壽命起到了至關(guān)重要的作用。最后在各個(gè)功能模塊的基礎(chǔ)上,本文提出了人體植入式無(wú)線傳能系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)框圖,并對(duì)該人體植入式無(wú)線傳能系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。在人體植入式無(wú)線傳能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,本文提出了與其相對(duì)應(yīng)的智能充電管理系統(tǒng)。充電電池的性能是人體植入式設(shè)備工作的基礎(chǔ),本文首先對(duì)目前市場(chǎng)上較為常用的充電電池的性能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,并對(duì)它們的性能進(jìn)行了綜合比較,找到了適合于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電池類型-聚合物鋰離子電池。在此基礎(chǔ)上本文還對(duì)各種電池性能的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了比較,通過(guò)性能對(duì)比發(fā)現(xiàn)庫(kù)侖法具有輔助電路簡(jiǎn)單、精確性高、受外界環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn),因此本系統(tǒng)采用庫(kù)侖法作為電池性能監(jiān)測(cè)的方法,最后本文對(duì)與人體植入式無(wú)線傳能系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的智能充電管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式與工作流程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)完成之后,本文還對(duì)人體植入式無(wú)線傳能系統(tǒng)與智能充電管理系統(tǒng)的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。通過(guò)用高濃度鹽水來(lái)模擬人體組織,對(duì)空氣介質(zhì)環(huán)境與高濃度鹽水介質(zhì)環(huán)境下的傳輸性能進(jìn)行比較來(lái)驗(yàn)證本系統(tǒng)的可行性。最后通過(guò)改變充電設(shè)備ID記錄的方式,對(duì)本系統(tǒng)的抗干擾能力以及充電過(guò)程的控制能力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的智能充電管理系統(tǒng)的可靠性與實(shí)用性。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)人體植入式設(shè)備充電效率低、盲目充電以及通信困難所帶來(lái)的各種問(wèn)題,為人體植入式設(shè)備的應(yīng)用和發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。
【關(guān)鍵詞】：人體植入式設(shè)備 無(wú)線傳能 電磁感應(yīng) 磁耦合諧振 電磁載波
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH789
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 緒論11-17
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 人體植入式無(wú)線傳能設(shè)備的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 智能充電管理系統(tǒng)及其研究現(xiàn)狀14
• 1.4 論文的研究?jī)?nèi)容與組織結(jié)構(gòu)14-17
• 2 人體植入式無(wú)線傳能原理17-33
• 2.1 無(wú)線電能傳輸方式17-24
• 2.1.1 電磁感應(yīng)無(wú)線電能傳輸方式18-19
• 2.1.2 諧振耦合無(wú)線電能傳輸方式19-24
• 2.1.3 電磁輻射無(wú)線電能傳輸方式24
• 2.2 諧振耦合線圈的優(yōu)化設(shè)計(jì)24-28
• 2.3 基于HFSS的諧振耦合線圈模型的仿真實(shí)驗(yàn)28-31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 3 人體植入式無(wú)線傳能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)33-49
• 3.1 CPU主控單元34-35
• 3.2 高頻振蕩電路35-36
• 3.3 調(diào)制解調(diào)電路36-39
• 3.3.1 調(diào)制解調(diào)的基本原理36-37
• 3.3.2 鎖相環(huán)的基本工作原理37-38
• 3.3.3 調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計(jì)38-39
• 3.4 高頻功率放大電路39-41
• 3.5 整流濾波電路41-45
• 3.5.1 整流電路41-43
• 3.5.2 濾波電路43-45
• 3.6 充電電路與報(bào)警單元的實(shí)現(xiàn)45-47
• 3.7 人體植入式無(wú)線傳能系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)47-48
• 3.8 本章小結(jié)48-49
• 4 人體植入式無(wú)線傳能設(shè)備的智能充電管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)49-57
• 4.1 充電電池的選擇49-51
• 4.2 電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊的實(shí)現(xiàn)51-53
• 4.2.1 充電電池工作溫度的監(jiān)測(cè)51
• 4.2.2 充電電池剩余電量的監(jiān)測(cè)51-53
• 4.3 智能充電管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)53-55
• 4.4 本章小結(jié)55-57
• 5 模擬與性能試驗(yàn)57-63
• 5.1 人體植入式無(wú)線傳能系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)57-59
• 5.1.1 空氣介質(zhì)實(shí)驗(yàn)57-58
• 5.1.2 高濃度鹽水介質(zhì)實(shí)驗(yàn)58-59
• 5.2 智能充電管理系統(tǒng)的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)59-61
• 5.3 本章小結(jié)61-63
• 6 總結(jié)與展望63-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 致謝69-71
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷71
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文71

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6 朱澤t，

本文編號(hào)：1012903