电子产品世界

　　5.2 医用植入设备

　　医疗植入式装置在疾病治疗中发挥着越来越重要的作用。胶囊内窥镜、植入式医用胶囊可以窥探人体消化道或肠道的溃疡、异常的增长以及出血等健康状况，帮助医生对病人进行诊断;心脏起搏器可在必要时候用电信号激活心脏复苏与维持正常。但医用植入设备的供电电池容量往往是一定的，一般可供使用几年，如电池耗完，则需要手术更换植入设备。目前，心脏起搏器植入人体之后，8-10年左右就需要更换电池。也就是说，虽然安装了心脏起搏器，但每隔8-10年还需要再动一次手术来更换起搏器的电池。如果病人体内的医用植入设备可以进行充电，会方便很多，不用再通过手术来更换电池，一次手术即可解决问题，不会有手术失败、胸腔感染等风险。

　　Thoratec 和Witricity公司在2011年已合作研制成功植入式心脏起搏器，采用谐振式无线充电方式，无线充电距离超过10英寸^[8]，如图4所示。另外，美国Purdue大学的Albert Kim、Teimour Maleki和Ziaie等人提出了用音乐为植入式装置供电的概念^[9]，他们研制了一个固有频率为 435 Hz的PZT悬臂梁，放置于长度为40mm，直径为8mm的玻璃胶囊里，通过外部频率为200-500Hz的音乐，如RAP、布鲁斯、爵士和摇滚乐等，来激励悬臂梁产生振动，并转换成电能，从而为植入式装置供电。

　　5.3 无线传感网

　　无线充电可以实现为低功耗无线传感器网络充电，如可为安置在动物身上的无线定位、监测装置补充电能。ADInstruments 公司的无线动物监测系统^[10]，如图5，可以无线监测和采集动物的压力值(如动脉、动脉、膀胱和子宫等)、生物电动势(ECG心电)和体温等。采用小型传感器可以采集高质量的数据，并可以扩大移动范围，系统应用灵活，可长期监控、记录动物的状况。电池可在线充电，不需要停止工作，也不用花费昂贵的代价去更换电池。

　　5.4 防水密封电子产品

　　便携式的移动产品, 都要不定期地进行充电, 因此不得不留下各种插口和连接电缆，这就很难实现具有防水性能的密封工艺。采用无线充电后，由于设备外壳上没有金属接点或者开口，可以增强电子产品的防水性，易于实现产品的防水和密封。如最早出现的采用无线充电的电动牙刷，解决了潮湿环境下的用电安全问题。现在很多特殊的产品，在特殊的运用场合和环境下，如水下工作的自动检测系统，需要密封和防水，不希望产品外壳上留下任何插孔(充电口，开关机键，显示灯等)，在这种情形下，如能采用无线充电就能解决其密封和防水问题。笔者就基于Qi无线充电标准，采用电磁感应式无线充电技术，设计了一款防水密封型便携式GPS终端设备;所研制的无线充电接收模块，尺寸为50x32x1.0mm3，能有效地为设备的锂离子电池进行无线充电，结合软件控制，并实现了设备的无线充电自动开机。

　　6 小结

　　无线充电技术发展了近200年历史，出现了多种技术原理方案，电磁感应式、磁共振式、无线电波式和电场耦合式，并有很多广泛的应用。目前无线充电技术面临着很多挑战和机遇，在某些特殊领域，如医用植入设备、无线传感网和防水密封电子设备等，将会有更广阔的应用前景。

　　参考文献:

　　[1] NIKOLA T. The TRANSM ISSION OF ELECTR ICAL ENERGYW ITHOUTW IRES[J]. ElectricalWorld and Engineer. 1904 (5):5662572
　　[2] NIKOLA T. WORLD SYSTEM OFW IRELESS TRANSM ISSION OF ENERGY[J]. Telegraph and Telegraph Age, 1927, 10 (16):151521510
　　[3] Andre Kurs, Aristeidis Karalis, Robert Moffatt, etal. Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances[J]. Science, 2007,317:8386.
　　[4]魏红兵等，电力系统中无线电能传输的技术分析[J]，西南大学学报(自然科学版)，2009年9月，第31卷第9期，P.163-167
　　[5]林为干,赵愉深,文一舸，微波输电,现代化建设的生力军[J]，科技导报, 1994 (03) : 31234
　　[6]王秩雄,胡劲蕾,梁俊, 无线输电技术的应用前景[J]， 空军工程大学学报:自然科学版, 2003, 4 (1) : 82285
　　[7]Murata Manufacturing Co.,Ltd., Murata Capacitive Coupling Wireless Power Transfer System[W], www.murata.com
　　[8]David Schatz, Jamie Hartford, Wireless Power For Medical Devices[J], Electronic Components.
　　[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

关键词： 无线充电 电磁感应 无线传感网 GPS 传感器 201407