實(shí)驗(yàn)名稱：人體植入式設(shè)備無線電能傳輸機(jī)理及非對(duì)稱絕緣層耦合裝置傳能效用的實(shí)驗(yàn)研究與分析

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>探究工作頻率、絕緣層厚度、極板尺寸及植入深度等參數(shù)對(duì)電場(chǎng)耦合傳能效率與安全性的影響機(jī)制；基于COMSOL仿真與新鮮豬肉實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證非對(duì)稱絕緣層耦合裝置的傳輸特性與生物兼容性，為植入式醫(yī)療設(shè)備提供高效、安全的無線供能解決方案。

　　測(cè)試設(shè)備：電場(chǎng)耦合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（含非對(duì)稱絕緣層耦合裝置）、阻抗分析儀、信號(hào)發(fā)生器、寬帶功率放大器（AigtekATA-1220E）、高壓差分電壓探頭，示波器、高頻整流濾波電路、恒溫箱、新鮮豬肉組織介質(zhì)、COMSOLMultiphysics仿真軟件。

　　實(shí)驗(yàn)過程：實(shí)驗(yàn)以新鮮豬肉模擬人體皮膚-脂肪-肌肉多層結(jié)構(gòu)，通過AC-AC傳能測(cè)試、COMSOL有限元仿真與解析計(jì)算的三方對(duì)比，驗(yàn)證了工字模型在預(yù)測(cè)能量分布與損耗特性上的準(zhǔn)確性。進(jìn)一步通過AC-DC實(shí)驗(yàn)證實(shí)：所設(shè)計(jì)的非對(duì)稱絕緣層耦合裝置能以40.6%的AC-DC效率傳輸75.2mW至負(fù)載，較傳統(tǒng)對(duì)稱結(jié)構(gòu)效率提升10.6%，且在不同植入深度、極板錯(cuò)位及彎曲工況下均表現(xiàn)出穩(wěn)定的傳能能力。最終通過電磁安全評(píng)估與生物相容性測(cè)試，驗(yàn)證了該系統(tǒng)在滿足人體安全限值前提下的高效能量傳輸特性。

圖1實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖

圖2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程圖

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：本研究通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了人體植入式經(jīng)皮電場(chǎng)耦合無線電能傳輸技術(shù)的可行性。實(shí)驗(yàn)以新鮮豬肉模擬人體多組織層環(huán)境，搭建完整測(cè)試平臺(tái)，證實(shí)所設(shè)計(jì)的非對(duì)稱絕緣層耦合裝置在6.78MHz工作頻率下，能以40.6%的AC-DC效率穩(wěn)定傳輸75.2mW功率至負(fù)載，較傳統(tǒng)對(duì)稱結(jié)構(gòu)效率提升10.6%、功率提升18mW；AC-AC實(shí)驗(yàn)與COMSOL仿真及解析計(jì)算對(duì)比誤差低于5%，驗(yàn)證了多組織層電路模型的準(zhǔn)確性；系統(tǒng)在±10mm錯(cuò)位范圍內(nèi)效率下降僅3-10%，表現(xiàn)出優(yōu)秀抗偏移能力，同時(shí)整流電路在寬負(fù)載范圍內(nèi)保持80%以上效率；安全評(píng)估表明，在SARavg≤2W/kg限值下組織溫升低于1°C、電磁干擾低于0.32mV，符合IEEEC95.1標(biāo)準(zhǔn)，整體證明該技術(shù)具備安全、高效、穩(wěn)定的無線供電能力。

圖3Uin=6.1V，仿真、數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4Uin=6.1V，系統(tǒng)輸出功率與系統(tǒng)效率實(shí)驗(yàn)測(cè)量值

(a)非對(duì)稱絕緣層溫升分布      (b)對(duì)稱絕緣層溫升分布

圖5溫升分布云圖

圖6非對(duì)稱絕緣層耦合裝置在RDC=100Ω時(shí)波形

　　產(chǎn)品推薦：ATA-1220E

圖：ATA-1220E寬帶放大器指標(biāo)參數(shù)

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