無線充電技術(shù)及其特殊應(yīng)用前景

　　5.2 醫(yī)用植入設(shè)備

　　醫(yī)療植入式裝置在疾病治療中發(fā)揮著越來越重要的作用。膠囊內(nèi)窺鏡、植入式醫(yī)用膠囊可以窺探人體消化道或腸道的潰瘍、異常的增長(zhǎng)以及出血等健康狀況，幫助醫(yī)生對(duì)病人進(jìn)行診斷;心臟起搏器可在必要時(shí)候用電信號(hào)激活心臟復(fù)蘇與維持正常。但醫(yī)用植入設(shè)備的供電電池容量往往是一定的，一般可供使用幾年，如電池耗完，則需要手術(shù)更換植入設(shè)備。目前，心臟起搏器植入人體之后，8-10年左右就需要更換電池。也就是說，雖然安裝了心臟起搏器，但每隔8-10年還需要再動(dòng)一次手術(shù)來更換起搏器的電池。如果病人體內(nèi)的醫(yī)用植入設(shè)備可以進(jìn)行充電，會(huì)方便很多，不用再通過手術(shù)來更換電池，一次手術(shù)即可解決問題，不會(huì)有手術(shù)失敗、胸腔感染等風(fēng)險(xiǎn)。

　　Thoratec 和Witricity公司在2011年已合作研制成功植入式心臟起搏器，采用諧振式無線充電方式，無線充電距離超過10英寸^[8]，如圖4所示。另外，美國(guó)Purdue大學(xué)的Albert Kim、Teimour Maleki和Ziaie等人提出了用音樂為植入式裝置供電的概念^[9]，他們研制了一個(gè)固有頻率為 435 Hz的PZT懸臂梁，放置于長(zhǎng)度為40mm，直徑為8mm的玻璃膠囊里，通過外部頻率為200-500Hz的音樂，如RAP、布魯斯、爵士和搖滾樂等，來激勵(lì)懸臂梁產(chǎn)生振動(dòng)，并轉(zhuǎn)換成電能，從而為植入式裝置供電。

　　5.3 無線傳感網(wǎng)

　　無線充電可以實(shí)現(xiàn)為低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)充電，如可為安置在動(dòng)物身上的無線定位、監(jiān)測(cè)裝置補(bǔ)充電能。ADInstruments 公司的無線動(dòng)物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)^[10]，如圖5，可以無線監(jiān)測(cè)和采集動(dòng)物的壓力值(如動(dòng)脈、動(dòng)脈、膀胱和子宮等)、生物電動(dòng)勢(shì)(ECG心電)和體溫等。采用小型傳感器可以采集高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，并可以擴(kuò)大移動(dòng)范圍，系統(tǒng)應(yīng)用靈活，可長(zhǎng)期監(jiān)控、記錄動(dòng)物的狀況。電池可在線充電，不需要停止工作，也不用花費(fèi)昂貴的代價(jià)去更換電池。

　　5.4 防水密封電子產(chǎn)品

　　便攜式的移動(dòng)產(chǎn)品, 都要不定期地進(jìn)行充電, 因此不得不留下各種插口和連接電纜，這就很難實(shí)現(xiàn)具有防水性能的密封工藝。采用無線充電后，由于設(shè)備外殼上沒有金屬接點(diǎn)或者開口，可以增強(qiáng)電子產(chǎn)品的防水性，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的防水和密封。如最早出現(xiàn)的采用無線充電的電動(dòng)牙刷，解決了潮濕環(huán)境下的用電安全問題?，F(xiàn)在很多特殊的產(chǎn)品，在特殊的運(yùn)用場(chǎng)合和環(huán)境下，如水下工作的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，需要密封和防水，不希望產(chǎn)品外殼上留下任何插孔(充電口，開關(guān)機(jī)鍵，顯示燈等)，在這種情形下，如能采用無線充電就能解決其密封和防水問題。筆者就基于Qi無線充電標(biāo)準(zhǔn)，采用電磁感應(yīng)式無線充電技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款防水密封型便攜式GPS終端設(shè)備;所研制的無線充電接收模塊，尺寸為50x32x1.0mm3，能有效地為設(shè)備的鋰離子電池進(jìn)行無線充電，結(jié)合軟件控制，并實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的無線充電自動(dòng)開機(jī)。

　　6 小結(jié)

　　無線充電技術(shù)發(fā)展了近200年歷史，出現(xiàn)了多種技術(shù)原理方案，電磁感應(yīng)式、磁共振式、無線電波式和電場(chǎng)耦合式，并有很多廣泛的應(yīng)用。目前無線充電技術(shù)面臨著很多挑戰(zhàn)和機(jī)遇，在某些特殊領(lǐng)域，如醫(yī)用植入設(shè)備、無線傳感網(wǎng)和防水密封電子設(shè)備等，將會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。

　　參考文獻(xiàn):

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　　[9]Albert Kim, Teimour Maleki ,Ziaie,. A Novel Electromechanical Interrogation Scheme for Implantable Passive Transponders[C],IEEE MEMS conference, Jan. 29 to Feb. 2 in Paris.
　　[10] ADInstruments Pty Ltd., Wireless Animal Monitoring System[W], www.adinstruments.com