用于微型胃肠道胶囊机器人供能的U型发射线圈无线能量传输系统设计与实验

为了解决微型胃肠道胶囊机器人或其他可植入医疗设备无法使用电源线供电以及无线能量发射系统性能差的问题,本文提出了一种新的U型发射线圈无线能量传输系统。与传统的螺线管对式的发射线圈相比,通过结构的改进,首次将磁芯加入到了发射线圈中。该系统可以极大地改善传输过程中传输效率低,机器人接收功率低的问题。本文建立了所提出的U型发射线圈无线能量传输系统的理论模型,并通过有限元模拟对其进行了分析。搭建了U型发射线圈无线能量传输系统平台对其能量传输效率和接收线圈的接收功率进行了测试,以验证所提出设计的有效性。实验结果表明,所提出的U型无线能量传输系统的传输效率最高达到14.13%,接收功率最高为3 780.75 mW,能够满足机器人工作的功率要求。     

多维无线能量传输系统的设计与优化

为实现胃肠道胶囊机器人多维无线能量传输,减小接收线圈的绕制维度、体积与产热,设计了一种双维正交矩形螺线管对发射线圈结构。可通过控制不同组发射线圈的电流来改变合成磁场方向,同时该结构发射线圈内部可嵌入磁芯,其线圈间距也可根据检测者体型灵活调整,减小功率损耗。建立了所构建无线能量传输系统的理论模型,通过有限元仿真验证磁芯对系统性能的提高,最后通过搭建实验平台进行测试,优化了单维接收线圈的参数,同时实验验证了该系统在不同发射线圈间距下的可行性。实验结果表明,在线径为0.05 mm的条件下,所构建系统接收线圈的最佳绕制股数为12,优化后的匝数为120。当发射电压为15 V,发射线圈间距为300 mm的条件下得到的中心最小接收功率为1 578mW,能量传输效率为3.85%。该系统在300～500 mm发射线圈间距下均可满足胶囊机器人的功率需求。     

用于胃肠道微型机器人的组合螺线管式无线能量发射系统研究

为保障胃肠道微型机器人在体内稳定、可靠工作,以扩大无线能量传输系统的工作范围、提高接收能量及其稳定性为目标,研究了新型组合螺线管式无线能量发射系统.通过有限元仿真分析,确定发射线圈的最佳结构及结构参数.基于最小传输能量要求及所提出的发射线圈性能评估指标,优化确定发射线圈的匝数.研制的发射线圈尺寸为50 cm×50 cm...     

体内微机电系统的三维无线能量传输装置的设计和实验

设计了基于电磁感应原理的体内无线能量传输系统,为体内内窥镜胶囊提供能量。首先,通过建立数学模型对三维无线能量接收线圈正交绕组的接收性能进行仿真,获得不同姿态下系统的耦合系数。结果表明:三维正交线圈在不同姿态下能有效地进行互补。然后,根据体内内窥镜胶囊尺寸要求,设计制造了微型接收绕组和整流稳压电路,并用此系统给自制的图像采集系统供能,且对实际传输的电压和电流进行测量。实验结果表明:该三维接收系统的能量传输效率和稳定性能够满足实际需要。     

用于胃肠道机器人的C型组合式无线能量发射线圈的设计与实验

现有适用于胃肠道机器人的无线能量传输系统的能量传输效率低、接收功率低且接收能量的位置均匀性差,无法满足功能复杂的新型胃肠道机器人的能量需求。本文提出了一种新型C型组合式发射线圈结构,通过有限元仿真分析供能单元组的磁感应强度大小和位置均匀性,确定供能单元组中线圈对间距的实验优化范围。最后搭建实验平台,优化供能单元组中线圈对间距,通过系统的能量传输效率、接收功率以及接收功率的位置均匀度对设计进行评估与验证。实验结果表明：当线圈对间距为150 mm时,中心位置的接收功率为1 165.34 mW,系统的能量传输效率为6.08%。系统的平均功率约为1 100 mW,平均能量传输效率达6%以上,接收功率的平均位置均匀度达94%。新型C型结构磁芯以及采用同一时刻只有一个供能单元组工作的组合式线圈结构,极大地改善了系统的接收功率与能量传输效率,并有较高的接收能量的位置均匀性。     

胶囊内窥镜能量接收稳定性研究

提出了用三维接收线圈组成接收电路,解决由于无线胶囊内窥镜在人体消化道内姿态不确定所带来的接收能量不稳定问题.分析了由三维接收线圈组成的不同接收电路的接收效果,得出了对每一维线圈单独全桥整流后再并联输出的电路结构是最适合于为胶囊内窥镜供能的电路.计算了该接收电路的输出范围,并通过试验对其进行了验证.结果表明:当发射功率为 25 W时,胶囊内窥镜可在姿态任意变化的情况下获得320 mW以上可用能量,满足其高清晰度、高帧率功能对能量的需求.     

胶囊内窥镜便携式无线能量发射系统

对采用电磁感应无线能量传输(WPT)系统为视频胶囊内窥镜(VCE)提供能量的技术进行优化,主要对无线能量发射系统进行了改进,并搭建了便携式WPT平台。通过比较磁场强度和均匀度,选定了合适的发射线圈结构;通过分析谐振原理并测试Q值变化,确定了传输频率;在发射电路中加入可调电感提高频率稳定性,并测量了电流的波动情况。实验显示:优化设计的WPT系统稳定可靠,VCE在WPT平台上工作正常,可以30frame/s的帧率向接收天线发送分辨率为320×240的图像,功率为78.4mW。该无线能量发射系统可携带,传输效率和稳定性受人体行动影响较小,可保证VCE在高频率和高分辨率状态下持续工作,提高了VCE临床应用的可行性。     

胃肠道机器人的无线能量传输系统的优化

胃肠道机器人的无线能量传输(WPT)系统的性能易受到尺寸、安全性等诸多因素的影响。为使胃肠道机器人在这些限制下依然能够安全稳定地接收能量,本文建立了系统的数学模型,并用智能优化算法对其进行优化。采用平板螺旋线圈作为系统的发射线圈,建立能量传输系统优化的数学模型。接着,根据安全性、功率要求等限制分析系统的约束条件,并以效能积作为优化函数。对粒子群优化算法进行改进,并引入布谷鸟搜索策略。最后,用改进的粒子群算法对系统进行优化,并对优化后的参数进行了实验验证。实验结果表明:系统传输效率为10.2%,接收功率为637 mW,达到预期结果。优化后的WPT系统基本满足了胃肠道机器人能量传输的要求。     

用于肠道机器人的螺旋式平板发射线圈对设计

传统的肠道机器人无线能量传输系统发射线圈普遍采用中空圆柱体轴向绕线的方式,空间占用体积较大,限制了被检查者的活动空间,绕制复杂.本文提出了一种用于肠道机器人松耦合无线能量传输系统的发射线圈结构,由方形螺旋式绕制的平板线圈对组合而成,极大缩减了线圈的轴向长度,有效减少了发射线圈的体积,线圈结构更为简单轻薄.介绍了无线能量...     

基于MEMS技术的胃肠道无线内窥镜的研究

胃肠道无线内窥镜主要用于胃肠道疾病的诊断。其核心部分为一可吞服的胃肠道摄像无线发射的药丸,可将摄取到的胃肠道图像通过调制以无线方式发送出体外,然后经过信号解调,还原出视频信号,由计算机进行图像采集和处理。研究的关键在于摄像药丸的微型化和无线传输图像的稳定性。利用MEMS技术可以大大缩小摄像电路和发射电路的尺寸,从而大大缩小摄像药丸的体积。     

一种小型磁谐振式无线电能传输系统的实验研究

针对基于电磁感应的无线充电的Qi标准实现充电的前提是两线圈必须相靠极近且位置相对固定的问题,对磁谐振式无线电能传输技术的原理及模型进行了研究,并分析了几个影响电能传输效率的因素。设计并制作了一种小型磁谐振式无线电能传输系统的发射端线圈,以增加无线电能传输的距离及产生较大范围的磁场,从而使接收端可以在更大范围内移动,接收端线圈则采用了通用的接收线圈以增加系统的实用性。实验结果表明,该系统能正常工作并且发现系统的谐振点,同时发现在该工作状态下传输的电能也最多,同时传输距离也变长。     

概率神经网络与差异演化在胶囊内窥图像出血识别中的应用

为了解决在大量的胶囊内窥图像中寻找出血或相关病理特征这一难题,提出了一种智能自动识别胶囊内窥图像出血的方法。首先分析了胶囊内窥图像出血的颜色特征分布,然后利用差异演化算法(DE)对概率神经网络(PNN)进行了改进,使每个神经元传递函数具有不同的平滑参数。在此基础上提出了一种胶囊内窥图像出血智能识别的方法,并通过软件编程实现了该方法。实验结果表明,该软件能正确地识别出内窥图像中的出血区域并清晰地标示,用该方法测得的出血检测灵敏度和特异度分别为94%和87%,节省了图像识别时间,基本实现了胶囊内窥图像出血智能识别,可代替临床医生应用于胶囊内窥图像的初步检测。     

电涡流传感器的频率补偿式测量方法的研究

在电磁感应原理的涡流效应的基本理论研究的基础上,根据导体内部感应电动势随磁场变化频率增大的特性,针对金属导体内缺陷、合金组分带来的电导率变化这一实际材料的属性给检测线圈的反作用感应电动势带来影响这一物理现象,提出了一种频率补偿式的测量方法.该方法由于回避了电动势的直接测量,通过激励源频率的自动扫描跟踪标准样品的参数,以频率为表象空间提供材料的性能参数.通过理论计算和超强铝合金薄壁管的实验数据对比,该方法具有快速、准确的优点.通过电子学和计算机技术,该方法可以实现性能优异的测量系统,提供丰富的电涡流信息.     

音圈隔膜泵电磁驱动装置的设计与仿真

提出一种音圈式电磁隔膜泵,通过分析音圈电磁执行器各部件,结合经验公式,建立了音圈电磁隔膜泵的理论模型;通过有限元软件COMSOL分别建立了稳态和瞬态下的多物理场模型,探究了永磁体与线圈几何结构对音圈电磁隔膜泵执行器电磁力产生的影响,并对模型参数进行分析;通过比较模型和直动式电磁执行器模型的电磁力特性和电流特性,验证了音圈电磁隔膜泵在降低功耗方面的有效性。     

高压电力线路相位无线检测方法的研究与实现

本文提出一种高压电力线路相位无线检测的新方法，该方法由2个发送装置和1个接收装置组成，发送装置主要利用电磁耦合和限幅电路采集电网电压信号，将采集到的电网电压信号进行ASK调制发送到接收装置，接收装置将接收到的来自2个发送装置的电压信号进行解调，解调后恢复原来相位信号进行实时比较得到相位脉冲信号，从而间接地实现了对被测线路不同相之间的相位进行检测，发送模块采用高频发送来解决强磁场干扰问题，利用该技术已成功地开发了高压电力线路无线核相仪，该装置可以方便地对电网并网合闸进行检测。     

Numerical and experimental approach to reduce bouncing effect in electromagnetic forming process using cushion plate

Electromagnetic forming (EMF) is a high strain rate forming process that uses Lorentz force. In this study, electromagnetic forming with a rectangular block shape in the center of the forming die was examined to determine the possibility and applicability of EMF. However, the high speed of the process in the absence of a medium between the coil and the workpiece results in bouncing of the workpiece, which may result in poor forming. So, in this study, the use of a cushion plate is proposed as a means of reducing the degree of bounce in an EMF process. A 3D electromagnetic numerical model using a spiral forming coil was considered. An RLC circuit, coupled with the spiral coil, was numerically simulated to determine the deformation behavior and design parameters, such as the input current and the magnetic forces. A cushion plate was used between the forming coil and the sheet to be deformed to reduce the extent of bounce. In the numerical simulation, the sheet was found to be well fitted to the objective die with the cushion plate. The simulation results showed that the extent of bounce was drastically reduced because of the velocity direction of the workpiece and the cushion plate. The experiment was performed using 24 kJ to deform Al 1100 with a thickness of 1.27 mm, based on the simulation results. The deformed sheet was well formed, and closely fitted the objective die with a minimum of wrinkling, relative to the results obtained without a cushion plate. As a result, an EMF process with a middle-block die was successfully established both numerically and experimentally to reduce the bouncing.