[发明专利]电磁软跟踪无线供能装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种机电技术领域的装置，具体是一种电磁软跟踪无线供能装置。

背景技术

人体内部空间狭小，环境特殊，为了实现无创微创进入人体进行诊疗的的目的，器件体积一般被严格控制，而长时间工作的装置，如人工心脏、人造肛门、微型电子胶囊式内窥镜、胶囊式胃肠动力检测装置，及深入到人体腔道深处工作的机器人内窥镜等，不可能使用电缆进行有线能量传输，因此只能使用电池供电。由于电池供能容量非常有限，远远低于需要的能量，因此开发无线可持续地对微小空间工作器件进行供能的装置十分迫切和必要。

在临床医学上，微波频谱的能量传输技术比较成熟，并已应用工业场合，但由于人体对特定电磁频率的吸收作用，该项技术对于人体来说并不适用。目前大多使用较低频段的电磁场耦合或者光电耦合原理进行无线供能，集中在经皮能量传输层面上，能量发射场经过皮肤浅表层，到达接受装置。电磁经皮能量传输系统(Transcutaneous Energy Transmission System，TETS)中，接收线圈埋于皮肤下，两线圈间距离一般不超过2cm，线圈的尺寸差别不大，耦合程度较高。光耦合系统将光能收集元件埋于皮肤浅层，使用特定频段的光线照射时，内部植入器件因光电作用而产生电能，经收集后对外供能。以上两种系统对于深埋在人体腔道或者在其中运动的器件很难进行能量供应。而且，能量传输的高度方向敏感性，使得这两种系统只能运用于相对人体静止的介入器件的能量供应，而对于介入式运动型装置，例如机器人内窥镜系统，这种能量供应方式就无法应用了。

经对现有技术的文献检索发现，Hwang等在《Proceeding of 2005IEEE EMB，pp809-813》(2005国际电子电工生物医学工程年会)上发表的RelativeLocation Estimation of Power-Receiver from Transmitter for In VivoRobotic Capsules(机器人胶囊能量收发相对位置的估算)提出一对平行安装的接收、发射线圈，该文中提出的这种安装方法过于理想化，其实对于运动器件来说，接收线圈是随机运动的，并不能保持两者的相对平行使发射线圈磁力线最多的穿过接收线圈，在某种极限情况，例如接收线圈轴线与发射线圈轴线垂直时，有可能接收不到能量。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种电磁软跟踪无线供能装置，能确保发射线圈磁力线最多的穿过接收线圈，使其改善电磁耦合系数，提高能量传输效率，能够对人体深处的器件，尤其是位置随机的运动器件进行持续的能量供应。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：体外无线数据收发器、体外微处理器、D/A转换器(数模转化器)、电压源、Y向发射线圈、X向发射线圈、Z向发射线圈、整流稳压电路、姿态传感器、A/D转换器(模数转化器)、钮扣电池、体内微处理器、常闭模拟开关、体内无线数据收发器、接收线圈，其连接关系为：体外无线数据收发器的DIN端口与体外微处理器的TXD端口相连，体外微处理器用户端口与D/A转换器的数据端口相连，电压源的固定电压输出端与体外无线数据收发器、体外微处理器、D/A转换器相连，电压源的三个可调的电压输出端分别与Y向发射线圈、X向发射线圈、Z向发射线圈相连，X向发射线圈、Y向发射线圈、Z向发射线圈均由两个线圈串联组成，每两组线圈的轴线互相垂直，在其间组成一个相对均匀的磁场区，钮扣电池与常闭模拟开关相连，常闭模拟开关与体内无线数据收发器的Vcc端口、体内微处理器的Vcc端口、A/D转换器的Vcc端口相连，姿态传感器的模拟输出端口连接A/D转换器的模拟输入口，A/D转换器的数字输出端口与体内微处理器的用户口端口相连，体内微处理器的RXD端口和体内无线数据收发器的DOUT端口相连，体内微处理器的用户端口P2.0和常闭模拟开关的控制输入端口相连，接收线圈的输出端与整流稳压电路相连，整流稳压电路的电压输出端口VOUT分别与体内无线数据收发器的Vcc端口、体内微处理器的Vcc端口、A/D转换器的Vcc端口相连。

所述整流稳压电路、钮扣电池、体内微处理器、常闭模拟开关、体内无线数据收发器、接收线圈、姿态传感器、A/D转换器组成本装置的体内部分的能量接收器。

所述体外无线数据收发器、体外微处理器、D/A转换器、电压源、Y向发射线圈、X向发射线圈、Z向发射线圈为本装置的体外装置。

所述姿态传感器，获取接收线圈轴线的姿态信息，并将姿态信息传递给A/D转换器。