عنوان پایان‌نامه
طراحی شبیه سازی و پیاده سازی واحد انتقال داده و توان برای قطعات قابل کاشت در بدن
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک-مدار وسیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2751;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69643
- تاریخ دفاع
- ۰۹ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- محمد نجارزادگان
- استاد راهنما
- امید شعاعی, شاهین جعفرآبادی آشتیانی
- چکیده
- با پیشرفت روزافزون صنعت میکروالکترونیک در دو دهه ی اخیر و استفاده از آن در دستگاه های پزشکی پیشرفت چشم گیری در کنترل و درمان بسیاری از بیماری ها و نارسایی های اعضای بدن صورت گرفته است. قطعات قابل کاشت در بدن یکی از این موارد است که با استفاده از تحریک شبکه ی عصبی موردنظر به بهبود عملکرد عضو تحت کنترل می پردازد. کاشتینه ی حلزونی گوش (Cochlear Implant) ، ضربان‌ساز قلب (Pacemaker) و تحریک عمقی مغز (Deep Brain Stimulation (DBS)) از جمله این دستگاه ها هستند که نارسایی های گوش و قلب و بیماری هایی چون پارکینسون را کنترل خواهند کرد. برای کنترل عملکرد دستگاه و نیاز به ارتباط دستگاه کاشت-شده با کنترل کننده ی بیرونی نیاز به انتقال داده از طریق کانال بی سیم احساس می‌شود که در این پایان‌نامه از لینک القایی استفاده شده است. برای تأمین انرژی موردنیاز دستگاه کاشت شده نیز، انتقال توان موردنیاز است. در این پایان‌نامه یک سیستم انتقال داده و توان به‌طور هم‌زمان با استفاده از دو فرکانس حامل پیشنهاد شده است. در این سیستم، انتقال داده به بیرون (Back Telemetry) بر مبنای مدولاسیون سوییچ بار (LSK) با کمک سوییچ خازن انجام می گیرد و با هر بار سوییچ خازن فرکانس انتقال داده و توان تغییر می کند. همچنین در این پایان‌نامه به بررسی تحلیلی سیستم انتقال توان و مدل سازی اثرات غیرخطی یکسوساز بر عملکرد لینک القایی با کمک تحلیل بالانس هماهنگ (Harmonic Balance) پرداخته شده است که بر اساس آن یک روش گام‌به‌گام برای طراحی در سطح سیستم و مدار برای سیستم انتقال توان نیز ارائه گردیده است. لینک القایی متناسب با نوع کاربرد با قطر خارجی cm 5/1 و cm 5 به ترتیب برای سیم‌پیچ داخلی و خارجی به فاصله mm 11 از یکدیگر طراحی و پیاده‌سازی گردید. نتایج بررسی‌ها نشان می دهد که مشخصات لینک القایی از جمله بازده انتقال، تفاوت قابل‌توجهی با مقادیر حاصل از تحلیل خطی خواهد داشت. در نهایت یک سیستم انتقال داده و توان هم‌زمان با لینک القایی با قابلیت انتقال توان با بازده % 23 و انتقال داده به کاشتینه (Forward Telemetry) با نرخ kbps50 و انتقال داده به بیرون با نرخ kbps10 در دو باند فرکانسی MHz1/1 و MHz5/1 طراحی و پیاده سازی شده است که برای کاربردهای حساس که نیازمند انتقال داده با نرخ بالا هستند از جمله کاشتینه حلزونی گوش و کپسول های آندوسکوپی مناسب خواهد بود. واژه‌های کلیدی: انتقال توان بی‌سیم، انتقال داده بی سیم، مدولاسیون های LSK و PSK، یکسوساز، لینک القایی، کاشتینه های پزشکی.
- Abstract
- By developing the microelectronics in two previous decades, making use of it in biomedical systems to control and cure diseases has been increased sharply. Implanable devices are one of these applications which cure diseases by stimulating the corrsponding neural network. Cochlear Implant, Pacemaker and Deep Brain Stimulator (DBS) are biomedical implantable devices that cure the diseases related to ear, heart, and Parkinson, respectively. To control the implanted system and knowing the status of the system and body tissue propertices, we need a wireless communication between the implanted device and external controler which we use the inductive link as the wireless link in this thesis. Also, the wireless power transfer to provide the implanted power is needed. In this thesis a simultanious wireless power and data transfer system using two carrier frequency is presented. In this system backward telemetry (transffering data from implanted device to the outside of body) is done based on load shift keying (LSK) modulation using capacitor switching. By switching capacitor, the carrier frequency is toggled. In addition, a nonlinear analytic model based on harmonic balance analysis (HB) to consider the effects of rectifier to inductive link performance is presented. We can develope a software tool to design and optimization of the whole wireless power transfer system based on the mentioned analysis. A proper inductive link for implanted applications with 1.5 cm and 5 cm outer diameter for implanted coil and external coil, respectively with 11 mm spacing has been designed. Finaly, a wireless power and data transfer system is desinged and built which can transfer 45 mw power over 1.1 MHz and 1.53 MHz carrier frequencies with 23 % efficiency beside 50 kbps and 10 kbps data transfer for forward telemetry (transffering data to the body) and backward telemetry, respectively. Keywords: Wireless power transfer, Wireless communication, PSK and LSK modulation, Rectifier, Inductive link, Biomedical Implanted Devices.
