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。     

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...     

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...     

平板件电磁成形用线圈的设计

通过对线圈产生的磁感应强度的推导，并结合实验结果分析，得出线圈形状选择时遵循的原则：长形工件采用椭圆形线圈要优于圆形线圈，中心部位变形要求较高的工件应尽可能采用圆形线圈。通过对平板件上电磁力分布特点的分析，确定在成形特定尺寸的工件时，存在一个最小线圈尺寸，若线圈最外圈尺寸小于该尺寸，则工件边缘部分所受磁场力垂直向上，不利于工件的变形。从设备能量利用率的角度进行分析，得出在设备能量相同的情况下，板料厚度等于趋肤深度时，设备能量利用率最高，板料变形程度最大。在设备电容确定的情况下，可以通过改变线圈导线的材料、规格、线圈的匝数、匝间距等获得最高的设备能量利用率．     

双增强线圈电磁谐振式无线供电系统研究

松耦合导致无线供电技术的耦合系数较小,从而使初次级线圈之间的传输效率很低,在初次级线圈之间加入高品质因数的增强线圈能弥补耦合系数小的不足。以电磁谐振式无线供电技术为基础,在初次级线圈之间分别加入品质因数不同的增强线圈,并让整个系统在谐振条件下进行了三组实验。实验结果表明,加入增强线圈前,系统的传输效率会随着传输距离的增大而显著下降;而加入增强线圈后,系统的传输效率在传输距离增大的开始阶段变化不明显,而当传输距离增大到约40cm以后才会出现显著下降;并且增强线圈的品质因数越大,对系统的传输效率提高就越明显。     

肠道机器人扩张机构设计与优化

为了满足肠道机器人在肠道中运动和驻留的要求,设计了一种大变径比的新型扩张机构。该机构通过采用双层叠腿式设计,增大了与肠道的接触面积,最大扩张半径达到24.5mm,变径比增加到3.27。为了进一步研究该扩张机构的性能,建立了扩张臂的数学模型,对扩张臂的力学与运动学特性进行了理论分析。然后通过有限元分析,对扩张臂运动过程进行了动力学仿真,研究了不同扩张半径下,扩张臂的应力分布和变化趋势,基于有限元分析结果,对扩张臂进行了优化设计,优化后的等效应力最大值比优化前减小了12.89%。之后通过ADAMS对扩张臂进行运动学仿真,以验证其运动学模型的准确性。最后搭建了力学性能实验台,对其扩张力进行了测试,以验证其力学模型的准确性。实验结果显示:实验值与理论值的变化趋势基本一致,而且实验值小于理论值;机构扩张初始阶段误差较大,扩张半径为7.5 mm时,实验值仅为理论值的14.30%;之后误差急剧减小并趋于稳定,扩张半径为10~23mm时,实验值平均为理论值的73.64%;扩张臂1、2、3的实际扩张半径分别为24.5、24和23mm。结果显示本文设计的肠道扩张机构基本满足肠道安全性和大变径比的设计要求,而且结构优化效果明显。     

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。     

基于罗氏线圈的雷电流监测系统的设计与实现

基于雷电流测量需求,使用宽频带的罗氏线圈作为传感器,搭建了以高速模数转换器、MSP430微控制器和FPGA为核心的低功耗、高性能的数据采集系统,结合GPRS无线收发技术实现了架空输电线雷电波形监测系统的研制。该系统采用主从通信模式,各监测终端能够同时测量五通道的雷电流,能够实时监测输电线路的各相和避雷线的雷电流幅值、极性及雷击时间,对于防雷技术的发展具有积极作用。     

无线微型机器人肠道内窥镜系统中图像采集与无线传输子系统的设计

采用微型CMOS图像传感器和ISM频段超高频微型射频收发器设计一种短距离微型图像采集和无线传输系统,具有集成度高、体积小和功耗低的特点;在此基础上分析了它适用于无线微型机器人肠道内窥镜系统图像传输的可行性,最后对设计出的图像采集和无线传输系统进行了实验,获得了较为清晰的图像.     

基于nRF24L01的钢管内窥无损检测机器人设计

设计了一种基于nRF24L01的钢管内窥无损检测的机器人.基于无线传输技术,结合轮式机器人来解决检测人员在管道环境中工作的局限性.其核心是利用Arduino UNO R3开发板与nRF24L01芯片的无线信号传输实现远距离的机器人操控,达到机器人移动、控制舵机转动的目的,从而完成焊管内壁图像采集的任务.     

面向超高场核磁共振应用的微型接收线圈制作与实验研究

为实现纳升级微量样品检测,结合商业常规核磁共振3.2毫米探头,本文研究了两种类型的自谐振微型接收线圈。当无线传输能量时,探头螺旋管形成射频脉冲激励能量。而微型接收线圈对该能量进行接收后以样品为作用目标,并采集信号回传,把感应获取的磁共振信号传输到探头螺线管。与现有磁共振探头不同,本文提出Pigtail型和Stripline型微接收线圈结构。实测结果显示,线圈谐振频率达128MHz和935.7MHz,应用于3T超导核磁共振设备初步完成了蔗糖波谱的测试分析实验,表明微型接收线圈对提高谱线分辨率有重要作用。     

基于AT90S8535单片机的新型呼吸频率检测计的设计

随着各种高传染性疾病的出现,在对感染人群进行呼吸频率检测时,应尽量避免医务人员与受感染群体接触的次数.因此,根据温度传感器的原理,提出了一种基于AT90S8535单片机的无线传输的呼吸频率检测计的设计方案.利用热敏电阻设计了一种硬件接口电路,通过电桥检测每次呼出气体的热量.并且采用无线传输方式将温度信息传送给接收装置,通过单片机处理,检测出呼吸频率.并用LCD显示.无线传输采用了二次发射方式,周以提高传输距离.实现了对病人呼吸频率的远程实时监测,具有较大的应用价值.     

电磁谐振式无线供电系统的增强线圈研究

高品质因数的增强线圈能弥补无线供电系统中耦合系数小的不足,国内外文献中对增强线圈在无线供电系统中的作用研究较少.本文以双增强线圈电磁谐振式无线供电系统为研究对象,对增强线圈在电磁谐振式无线供电系统中的作用进行了研究.实验结果表明,在无线供电系统中的适当位置加入增强线圈能有效地增大输出电压;增强线圈的品质因数越大,系统的传输性能越好.     

螺旋式单链介入微机器人的研究

在对基于螺旋密封原理的双链介入机器人驱动原理进行分析研究的基础上,提出了单链介入机器人设计方案,构建了螺旋式单链介入机器人性能分析数学模型。分别制作了直径为5mm的螺旋式双链介入机器人及单链介入机器人的实验样机,并对机器人在离体肠道中的平均运行速度进行了比较,研究结果表明,螺旋式单链介入机器人能获得与双链结构机器人类似的运动性能。单链介入机器人在脉动流场中的运行实验表明,单链介入机器人能在流体冲击下进行顺流运动和逆流运动。     

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。     

无线胶囊内窥镜新型接收线圈结构设计与分析方法

目前无线胶囊内窥镜(WCE)供应能量过低,限制了其诊查胃肠道病灶的性能。基于此提出了镂空三维接收线圈,线圈里可放置无线胶囊其他模块,进一步缩小无线胶囊体积。根据电磁场理论提出单匝分析法,分析了此线圈感应电动势和接收功率,并提出均匀度性能指标建立最优化模型,得出线圈最优设计参数;搭建角度姿态旋转平台测量线圈的感应电动势,实验测得感应电动势与理论值误差小于6%,验证了单匝分析法和线圈设计的合理性;将此线圈供能的无线胶囊内窥镜植入活体猪小肠内,得到的图像传输速率稳定为30 f/s,分辨率为400×400。新型线圈可给胶囊内窥镜提供充足稳定的能量,用于胃肠道疾病诊查。单匝分析法的应用不仅限于此结构的线圈,也可用于他它发射、接收装置相对位置和角度变化的植入式医疗设备的功率分析,并且此方法可用于求解发射和接收两级线圈之间的互感等电磁参数。     

心脏起搏器无线能量传输装置的设计与研究

首先介绍了基于谐振磁耦合的心脏起搏器无线能量传输系统工作原理和电路补偿结构,然后建立了系统数学模型,推导了输出功率和耦合效率的数学公式,研制了心脏起搏器的谐振无线能量传输系统,包括选用集成电路芯片XKT-412与XKT-3168设计系统初级发射电路、次级接收电路,绕制初次级线圈,对补偿电容进行选型并进行负载匹配等。最后通过试验找出了系统最佳工作条件,实验结果显示当输入电压5V,传输距离10mm时,负载端电压为5.05V,输出功率0.543W,系统耦合效率可达43.41%,表明该设计是可行和有效的。     

频率修正在超声变幅杆设计中的研究与应用

超声变幅杆在沿轴线方向作纵向振动时,由于存在泊松效应,纵向振动会引起变幅杆沿径向方向的横向振动。传统变幅杆在设计过程中,忽略横向振动的影响则会导致计算出的谐振频率高于实际频率。为了让变幅杆理论设计谐振频率与实际频率相符合,分别对简单圆柱杆和阶梯形变幅杆进行研究,推导出常用半径比范围内简单阶梯形变幅杆的频率修正公式,使其满足设计和使用要求,并可以减少能量传输过程中的能量损耗。     

线圈结构对EMAR测量衰减系数的影响

利用EMAR测量衰减系数可以避免传统方式中横纵波转换等带来的干扰,具有较强的实用价值。文中分析了不同形式的线圈的声场分布,指出蝶形线圈和单导线线圈激励声场的区别,并进一步分析了不同形式线圈的组合对接收回波衰减情况的影响,指出如果采用单导线形式的线圈作为发射或者接收,均可以得到较为准确的衰减系数。