CN103078413B - 一种为植入式传感器供能装置及植入式传感器的接收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种为植入式传感器供能装置及植入式传感器的接收装置，供能装置是由信号源和中心对称的十角形发射线圈组成，信号源与中心对称的十角形发射线圈有线连接，所述的信号源为信号发生器或射频放大器，信号源产生的高频信号以有线方式加载给中心对称的十角形发射线圈，再以磁共振式无线电能传输方式传输给佩戴植入式传感器的接收装置的患者，本发明之供能装置一次可以供给二十个植入式传感器的接收装置；所述接收装置是由接收线圈、信号调理和整流电路、传感器部分、发射天线和生物外壳构成，外壳内的接收线圈以轴铰接在外壳上，接收线圈能以轴为中心转动，当供能装置工作时，由于产磁场使接收线圈和中心对称的十角形发射线圈相互作用，就会被动的和发射线圈保持平行，保证接收效率的最大化。
Description
技术领域
本发明涉及一种医疗设备，特别涉及一种为植入式传感器供能装置及植入式传感器的接收装置。
背景技术
2007年MIT的研究小组成功利用电磁共振在2m的距离点亮一只60w的灯泡，而传输效率高达40%。这项实验利用的是在电磁感应电能传输的基础上，再利用磁场耦合的原理远远提高传输效率和距离，这项被称为witricity的技术在过去几年已经发展到民用。
如图1所示，图中上面线圈X两端加载电源Z，通电线圈产生磁场，当下面线圈Y距离上面线圈X足够近时磁场也通过下面线圈Y，这样变化的磁场又在下面线圈Y产生电流这就是电磁感应式无线电能传输的原理，如果这时两个线圈工作在同一高频条件下，两个线圈间的磁感应强度会大大提高，传输距离和效率也随之增加。
微电子技术、MEMS（Micro-electro Mechanical Systems）技术以及材料技术得到蓬勃的发展，生物遥测技术的成本大大降低，使其在医疗领域广泛发展。通过对人体的长期定类监测可以用于诊断和治疗慢性病，也可以在拟人器官上带来更好效果。在2001年，以色列GIVEN影像公司就推出了一种使用微型电池作为供电源的遥测系统——M2A胶囊式内窥镜，为治疗人类的消化道疾病提出一种新方法。
但这种技术随日趋成熟，但却限制于电池的寿命，常常需要再次外科手术更换装置或在体外外接电源，显然不适合当今更加追求无痛化、微创化的医疗领域。这时无线电能传输技术成为这种医疗方法的重要问题，申请号为：200710093224.1，名称为《用于植入式医疗设备的电磁感应供能装置》和申请号为：200810036568.3 ，名称为《用于生物植入体的高效能无线供能装置》的专利申请提出磁共振式耦合方法应用到医用植入式传感器上，既可以为体内的传感器源源不断的补充电能，解决传感器寿命问题，又因有其特定的工作频率，不和其它电气装置发生耦合，大大增加植入式传感器的安全性。
现今无线电能传输装置采用的发射和接收线圈都是传统的矩形和圆形，但在实际应用中这两种线圈却不是在每个领域都最具效率和最适合我们的，在给人体内植入式传感器供能方法中，如果再使用这种传统线圈就没有完全利用电磁感应无线电能传输工作原理和特点。
由于电磁感应无线电能传输的发射线圈是独立工作的，无线供能的实质是磁场的连接，这样就可以同时给多个接收设备供能。
这样对圆形和矩形发射线圈进行研究发现如果同时对多个植入式传感器这种小型设备供能，整体工作效率不高而费用较高。
而且对植入式传感器这一小型设备供能时，因为传感器是在人体内的，所以接收部分的线圈是不可见和不时移动的这样无法保证接收线圈与发射线圈在工作时保持最大的接收面积，大大影响传输效率，这也是亟待解决的重要问。
发明内容
本发明的目的是提供一种为植入式传感器供能装置及植入式传感器的接收装置。
本发明之供能装置是由信号源和中心对称的十角形发射线圈组成，信号源与中心对称的十角形发射线圈有线连接，所述的信号源为信号发生器或射频放大器。信号源产生的高频信号以有线方式加载给中心对称的十角形发射线圈，再以磁共振式无线电能传输方式传输给佩戴植入式传感器的接收装置的患者，本发明之供能装置一次可以供给二十个植入式传感器的接收装置。
本发明通过一种经过Fourier变换的Biot-savart法则所得到的形函数，计算中心对称十角形线圈通电时产生的磁场强度的分布。
计算结果是：中心对称的十角形发射线圈的中心位置场强最低，其它角位置场强都较高，即在A和B角位置磁感线密度较大，所以，佩植入式传感器的接收装置人员充电的具体座位是A和B位置各一人，一共二十个位置，且可以各自保持相对安全的距离。
所述植入式传感器的接收装置是由接收线圈、信号调理和整流电路、传感器部分、发射天线和生物外壳构成，此接收装置置于人体内，接收线圈采用银质材料传输效率更高，接收的磁场转换成电信号经过信号调理和整流供传感器部分和发射天线线使用，发射天线作用是将传感器检测的生理参数回传给体外的数据接收设备。
所述外壳内的接收线圈以轴铰接在外壳上，接收线圈能以轴为中心转动，当供能装置工作时，由于产磁场使接收线圈和中心对称的十角形发射线圈相互作用，例如图中接收线圈在C位置不是与发射线圈平行位置，所受作用力不均，从而接收线圈被动的翻转到D位置。
本发明的有益效果：
本发明之供能装置可以同时高效的为多个已植入体内相匹配的传感器设备进行无线供能。本发明之供能装置相对于现有线圈，节省空间，经济实用，而且使传感器携带者之间保持足够的安全距离，避免互相干扰。
本发明之植入式传感器的接收装置的接收线圈自由转动。由于发射线圈产生的磁场会和接收端线圈有相互作用力，如果接收线圈有一定自由度，接收线圈在工作时受力不均，就会被动的和发射线圈保持平行，又接收线圈采用银质材料减小内阻，这样可以保证接收效率的最大化。
附图说明
图1是无线电能传输工作原理示意图。
图2是本发明之供能装置的结构示意图。
图3是本发明之供能装置的中心对称的十角形发射线圈示意图。
图4、图5是本发明之植入式传感器的接收装置示意图。
具体实施方式
请参阅图2和图3所示，本发明之供能装置是由信号源1和中心对称的十角形发射线圈2组成，信号源1与中心对称的十角形发射线圈2有线连接，所述的信号源为信号发生器或射频放大器。信号源1产生的高频信号以有线方式加载给中心对称的十角形发射线圈2，再以磁共振式无线电能传输方式传输给佩戴植入式传感器的接收装置的患者，本发明之供能装置一次可以供给二十个植入式传感器的接收装置。
本发明通过一种经过Fourier变换的Biot-savart法则所得到的形函数，计算中心对称十角形线圈2通电时产生的磁场强度的分布。
计算结果是：中心对称的十角形发射线圈2的中心位置场强最低，其它角位置场强都较高，即在A、B等类似角位置磁感线密度较大，如图3所示。所以，佩戴植入式传感器的接收装置人员充电的具体座位是A和B位置各一人，一共二十个位置，且可以各自保持相对安全的距离。
如图4和图5所示，植入式传感器的接收装置E是由接收线圈3、信号调理和整流电路4、传感器部分5、发射天线6和生物外壳7构成，此接收装置置于人体内，接收线圈3采用银质材料传输效率更高，接收的磁场转换成电信号经过信号调理和整流供传感器部分5和发射天线6线使用，发射天线6作用是将传感器检测的生理参数回传给体外的数据接收设备。
所述外壳7内的接收线圈3以轴铰接在外壳7上，接收线圈3能以轴为中心转动，当供能装置工作时，由于产磁场使接收线圈3和中心对称的十角形发射线圈2相互作用，例如图中接收线圈3在C位置不是与发射线圈平行位置，所受作用力不均，从而接收线圈3被动的翻转到D位置。
Claims (1)
1.一种为植入式传感器供能装置及植入式传感器的接收装置，其特征在于：是由信号源（1）和中心对称的十角形发射线圈（2）组成，信号源（1）与中心对称的十角形发射线圈（2）有线连接，所述的信号源为信号发生器或射频放大器；信号源（1）产生的高频信号以有线方式加载给中心对称的十角形发射线圈（2），再以磁共振式无线电能传输方式传输给佩戴植入式传感器的接收装置的患者；经过Fourier变换的Biot-savart法则得到的形函数，计算中心对称十角形线圈通电时产生的磁场强度的分布，根据计算结果确定磁感线密度较大的A和B位置，佩戴植入式传感器的接收装置人员充电的具体座位是A和B位置，接收装置是由接收线圈（3）、信号调理和整流电路（4）、传感器部分（5）、发射天线（6）和生物外壳（7）构成，所述生物外壳（7）内的接收线圈（3）以轴铰接在生物外壳（7）上，接收线圈（3）能以轴为中心转动，当供能装置工作时，产生的磁场使接收线圈和中心对称的十角形发射线圈相互作用，接收线圈（3）采用银质材料，接收的磁场转换成电信号经 过信号调理和整流供传感器部分（5）和发射天线（6）使用，发射天线（6）将传感器检测的生理参数回传给体外的数据接收设备。
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