[发明专利]基于改进粒子群算法的无线能量传输系统参数优化方法

说明书

本发明公开了一种基于改进粒子群算法的无线能量传输系统参数化设计方法，包括步骤：确定改进型发射线圈的结构；分析人体腹部模型的电磁安全性参数；确定改进型发射线圈的参数约束；根据胶囊接收端外径限制以及磁芯形状确定接收线圈匝数限制；在原有粒子群算法的基础上采用动态调整惯性权重方法获得改进型粒子群算法并进行验证；基于所述改进型粒子群算法对无线能量传输系统进行参数优化设计；对优化后的结果进行试验分析；完成无线能量传输系统的优化设计过程，将优化后参数以及微型化的接收端模块进行集成，设计并制作用于图像拍摄的胶囊样机。本发明的优化设计方法能够快速、准确地寻找最优解，为胶囊内镜无线能量传输系统设计提供依据。

技术领域

本发明涉及无线能量传输系统的参数化设计，尤其基于改进粒子群算法的无线能量传输系统参数优化方法，是对胶囊内镜无线能量传输系统的参数优化设计。

背景技术

胶囊内镜由于可以被患者口服，避免了传统内窥镜在检查过程中出现的痛苦和不适症状，并且可以到达小肠深处。因此胶囊内镜在胃肠道疾病的早期诊断过程中具有广阔的应用前景。这种技术对于患者来说是无创的和无痛的，其中微小的胶囊甚至能够到达胃肠道的复杂部分。虽然胶囊内镜在胃肠道诊断中展现出了巨大的优势，但为这种胶囊提供能量和动力是亟待解决的关键技术。由于纽扣电池的储能能力有限，更难以满足主动式胶囊内镜的需要。给电池充电或者更换电池在这样一个微小装置中实现是比较困难的。无线能量传输技术作为一种新的能量传递方式，是一种很好的解决方案。

由于人体胃肠道微诊疗装置的工作环境和其他情况下的无线能量传输有很大差别，作用机理也还有一些不明确的地方。因此这种环境下的无线能量传输技术在实际应用过程中将会面临更多困难和挑战。首先由于发射线圈与接收线圈的线圈直径相差较大，并且两者之间的耦合状态属于松耦合情形，能量传输效率方面的研究还不是很成熟；其次，能量在传输的过程中存在稳定性问题，稳定性问题主要可以分为接收线圈的位置稳定性、接收线圈的姿态稳定性以及在传输过程中的发射线圈的频率稳定性。尽管无线供能胶囊内镜在应用方面存在诸多困难，但随着人们研究的不断深入，这些问题得到了一定程度解决。

现有的胶囊内镜无线能量传输系统参数化设计的方法基本都是通过试验获得，在选定一组参数后需要测量接收线圈内阻并判断是否满足温升安全性条件，如果不符合温升安全性则需要更改接收线圈参数。根据施加的激励电流以及发射线圈参数进行电磁安全性仿真，若不符合电磁生物安全性要求则需要修改发射线圈参数。在试验过程中需要很长一段时间才能选取出一组满足要求的参数，且选取的参数无法体现出最优性。

发明内容

针对上述技术问题，本发明旨在提供一种胶囊内镜无线能量传输系统参数优化设计的方法。该方法能够快速获取一组有效解，并且优化后的参数在输出功率与传输效率方面和未优化之前的系统有了一定的提升。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现：

一种基于改进粒子群算法的无线能量传输系统参数优化方法，包括以下步骤：

确定改进型发射线圈的结构；

采用仿真计算的方法分析人体腹部模型的电磁安全性参数；

确定改进型发射线圈的参数约束；

根据胶囊接收端外径限制以及磁芯形状确定接收线圈匝数限制；

在原有粒子群算法的基础上采用动态调整惯性权重方法获得改进型粒子群算法；并采用若干标准测试函数对算法性能进行验证；

基于所述改进型粒子群算法对无线能量传输系统进行参数优化设计；

对优化后的结果进行试验分析；

完成无线能量传输系统的优化设计过程，将优化后参数以及微型化的接收端模块进行集成，设计并制作用于图像拍摄的胶囊样机。