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体内植入器件无线电能传输系统的充电电路和信息传输系统的设计与实验研究

作　者: 李烜
导　师: 徐桂芝
学　校: 河北工业大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 植入器件无线充电小型谐振器无线测温
分类号: TM724
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

体内植入器件是一种埋置在生物体或人体内的电子装置，可以用来代替或补偿人体器官的功能，也可以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。体内植入器件技术日渐成熟，植入器件的种类也日益增多，但始终都面临着一个关键性的问题，由于采用植入的方式并受到植入空间的限制，如何才能为植入器件长期稳定的供应能量。传统的植入式电子装置都是采用电池供电的方式，这种内置不可循环的电池通常只能为系统稳定提供3-5年的能量，一旦能量耗尽，只能通过再次手术来更换电池，这一方面具有一定的风险，另一方面也加重了患者的经济负担。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的无线电能传输系统进行研究。该技术具有传输效率高、传输距离远等优势，适用于医学植入器件领域。本文在课题组研究的基础上优化设计谐振线圈，并完成后续充电电路的设计，以及对充电过程中电池温度的监控。主要工作如下：1、根据耦合模等理论通过理论分析、公式推导等手段对基于磁耦合谐振技术无线电能传输系统的机理和传输状态进行了分析。2、为了达到最终植入体内的目的，设计了体积更小的谐振线圈，并对其通频带和输出功率、输出效率等参数进行了实验研究。3、设计了基于磁耦合谐振式无线电能传输方法的针对体内植入器件的无线充电方案，主要包括高频功放、高频整流滤波和锂电池充电电路的设计，对各部分进行了仿真与实验。4、设计了基于MSP430系列单片机的针对植入器件的无线信息传输系统，并实现对电池温度的无线监控。本课题研究的基于磁耦合谐振技术的针对体内植入器件内置锂电池的无线充电的方法，将解决植入器件的能量续航问题，具有深远的意义和广阔的应用前景。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-17
  §1-1 课题的背景和研究意义  9-11
  §1-2 国内外研究现状和发展趋势  11-16
    1-2-1 国外研究现状  11-13
    1-2-2 国内研究现状  13-16
  §1-3 本论文主要研究内容  16-17
第二章磁耦合谐振无线电能传输机理  17-22
  §2-1 磁耦合谐振无线电能传输系统的结构  17
  §2-2 磁耦合谐振式无线电能传输机理  17-21
    2-2-1 耦合模理论  17-19
    2-2-2 无线电能传输状态分析  19-21
  §2-3 本章小结  21-22
第三章磁耦合谐振无线电能传输系统各模块设计  22-37
  §3-1 高频功放部分设计  22-24
  §3-2 谐振线圈的优化设计  24-27
  §3-3 整流滤波充电电路设计  27-32
    3-3-1 核心器件的选择  27-28
    3-3-2 整流滤波及稳压电路的设计  28-30
    3-3-3 充电电路设计  30-32
  §3-4 信息传输部分设计  32-35
    3-4-1 主控芯片的选择  32-33
    3-4-2 温度检测与通信模块的设计  33-35
  §3-5 本章小结  35-37
第四章磁耦合谐振无线电能传输系统的实验分析  37-48
  §4-1 小型谐振线圈传输实验  37-41
    4-1-1 谐振线圈通频带的测量  37-38
    4-1-2 输出功率和效率的测量  38-41
  §4-2 整流滤波充电电路部分实验  41-45
    4-2-1 整流滤波部分实验  41-43
    4-2-2 稳压电路部分实验  43-44
    4-2-3 充电电路部分实验  44-45
  §4-3 信息传输部分实验  45-46
  §4-4 人体头模型实验  46-47
  §4-5 本章小结  47-48
第五章工作总结与展望  48-49
  §5-1 总结  48
  §5-2 工作展望  48-49
参考文献  49-51
致谢  51-52
攻读学位期间所取得的科研成果  52

体内植入器件无线电能传输系统的充电电路和信息传输系统的设计与实验研究

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