超声波体外充电的实验研究

目的探讨以超声波作为能量载体实现对心脏起搏器电池进行体外无创充电的可行性及有效性。方法采用超声波作为能量载体,通过压电陶瓷、耦合匹配、后级整理等电路进行能量的无线发送与接收,并加入磁耦合等补偿电路,提高超声波的能量传输效率。以水和成年猪的肌肉组织为不同的传输介质,超声波充电后产生的电压和电流作对比研究。结果超声波发生器在体外充电过程中的实际工作参数为:P=10.0W,f=(60～70)KHz。连接不同的阻抗负载电阻的三套电路,在负载小于100KΩ时,充电电路的输出电流随负载的降低而变化不大,输出电压随负载降低而降低;在负载大于1MΩ时,充电电路的输出电压随负载的增大而变化不大,输出电流随负载增大而降低;在负载于(100KΩ～1MΩ)范围内,充电电路输出功率处于最高的范围,在(0.5～1)mW范围内,随负载的增大而变化不大。结论通过超声波发生器在体外通过肌肉组织对起搏器电路进行无创式充电是可行的。

心脏起搏器超声波体外无线充电技术研究

目的为了解决现有心脏起搏器锂电池携带电量有限的难题,延长起搏器在体内的使用寿命,本研究采用超声波以无创的方式向心脏起搏器无线充电,通过建立理论模型及实验分析,明确超声波无线充电系统的最优工作规律,使该系统更为安全、高效的为心脏起搏器进行无线充电。方法建立了超声波向心脏起搏器无线充电的理论模型和实验模型,采用聚焦超声换能器体外发射低强度脉冲超声,利用体内置入的1-3型压电复合材料俘能器高效接收超声波并将其机械能转化为电能,并通过整流滤波电路及充电保护电路的硬件处理,为心脏起搏器进行充电。通过对理论模拟及实验分析,找出系统的最优工作参数,明确该系统的最优工作规律。结果理论及实验结果表明,在负载电阻等于俘能器的阻抗时,能量传输效率最高,无线充电系统达到最优功率输出,在此负载匹配条件下,若负载电阻的增加,系统最优工作频率从正谐振频率到反谐振频率偏移,且系统最大输出功率峰值出现在正谐振频率和反谐振频率上,实验研究证实:超声波无线传输距离在2.18~5.10 cm范围内,其能量能够被压电俘能器高效接收,轻易的将LED点亮。结论采用超声波以无创的方式向心脏起搏器无线充电的方法是可行的。该研究结果对实现心脏起搏器进行安全、高效的无线充电具有理论意义和应用价值。