新型胃腸道機(jī)器人無(wú)線(xiàn)能量傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

消化道疾病是常見(jiàn)的人體疾病，其中，胃、腸道部位是病變的多發(fā)區(qū)域，但以導(dǎo)管式內(nèi)窺鏡為代表的傳統(tǒng)診查方法效率過(guò)低，且其檢查過(guò)程存在需要麻醉、易造腸道損傷、患者體驗(yàn)舒適度差等缺點(diǎn).經(jīng)過(guò)科研人員的不懈努力，膠囊內(nèi)窺鏡等無(wú)線(xiàn)纜式診查設(shè)備減輕了患者在檢查過(guò)程中的痛苦，但仍不是成熟的臨床解決方案.近年來(lái)，具有主動(dòng)運(yùn)動(dòng)能力的胃腸道診查機(jī)器人逐漸成為該領(lǐng)域下一代技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn).

胃腸道診查機(jī)器人在人體內(nèi)工作時(shí)，為其穩(wěn)定、高效地提供能量的方式一直是科研人員重點(diǎn)研究的問(wèn)題.受容量及體積限制，傳統(tǒng)的電池供能方式不適用于微型機(jī)器人的工作過(guò)程.目前，該領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的能量供應(yīng)方法是基于電磁感應(yīng)原理的無(wú)線(xiàn)能量傳輸(WPT)技術(shù).其中，能量發(fā)射部分、能量接收部分是兩個(gè)具有相同諧振頻率的線(xiàn)圈系統(tǒng)，在特定的頻率下，二者分別通過(guò)電容與電感的耦合作用實(shí)現(xiàn)電路諧振，使高頻能量發(fā)生大比例交換，從而為接收部分的負(fù)載提供能量.目前，該種能量傳輸方式已廣泛應(yīng)用在手機(jī)等消費(fèi)電子領(lǐng)域、電動(dòng)汽車(chē)等工業(yè)領(lǐng)域以及胃腸道微型機(jī)器人等生物醫(yī)療領(lǐng)域.

針對(duì)應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的無(wú)線(xiàn)能量傳輸技術(shù)，研究人員展開(kāi)了大量研究.文獻(xiàn)[4]探究了磁芯厚度和絞線(xiàn)規(guī)格對(duì)一維接收線(xiàn)圈的影響.文獻(xiàn)[5]對(duì)三維接收線(xiàn)圈進(jìn)行優(yōu)化，從磁芯直徑、線(xiàn)圈匝數(shù)、線(xiàn)徑等方面優(yōu)化了接收線(xiàn)圈的姿態(tài)穩(wěn)定性.文獻(xiàn)[6]分析了不同發(fā)射線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)射磁場(chǎng)均勻性的影響.文獻(xiàn)[7-8]提出了一套小型便攜式無(wú)線(xiàn)能量傳輸系統(tǒng).

然而，隨著相關(guān)領(lǐng)域研究的深入和臨床需求的發(fā)展，現(xiàn)有的WPT系統(tǒng)研究成果存在諸多不足，尚未能同時(shí)滿(mǎn)足以下需求. 一是能量需求，目前的WPT系統(tǒng)主要用于膠囊內(nèi)窺鏡的能量供應(yīng)，其接收能量通常最多只能達(dá)到300 mW.二是位置穩(wěn)定性需求，針對(duì)能量發(fā)射系統(tǒng).前期研究成果多為工程驗(yàn)證性質(zhì)的便攜式原型，能量發(fā)射線(xiàn)圈尺寸設(shè)計(jì)在400 mm以?xún)?nèi).為盡可能適應(yīng)患者體型、擴(kuò)大胃腸道機(jī)器人運(yùn)動(dòng)范圍，應(yīng)在保證發(fā)射磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠大且均勻的前提下，盡量擴(kuò)大發(fā)射線(xiàn)圈的尺寸.三是姿態(tài)穩(wěn)定性需求，針對(duì)能量接收系統(tǒng).目前研究人員多采用在實(shí)心磁芯上繞制三維線(xiàn)圈的方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然而傳統(tǒng)三維實(shí)心線(xiàn)圈邊長(zhǎng)為12～14 mm，極大擠占了機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)、攝像頭、相關(guān)電路等部件的設(shè)計(jì)空間.出于縮短機(jī)器人軸向長(zhǎng)度，減小其體積的目的，本文所述接收線(xiàn)圈需要繞制在空心圓柱形磁芯上，為保證胃腸道機(jī)器人在人體內(nèi)運(yùn)動(dòng)的不同姿態(tài)下均可滿(mǎn)足能量需求，需要對(duì)三維接收線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)提出新的實(shí)用設(shè)計(jì).

針對(duì)以上實(shí)際需求，本文開(kāi)展了新型WPT系統(tǒng)的研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.本文以適應(yīng)人體生理參數(shù)為目標(biāo)，通過(guò)理論計(jì)算優(yōu)化發(fā)射線(xiàn)圈、接收線(xiàn)圈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并確定相關(guān)參數(shù)，最終通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性.

青年有擔(dān)當(dāng)，企業(yè)有發(fā)展，國(guó)家有力量。中國(guó)石化青工委積極發(fā)揮共青團(tuán)作為黨聯(lián)系青年橋梁和紐帶作用，結(jié)合中國(guó)石化35年來(lái)的光輝歷程，將企業(yè)愿景目標(biāo)、戰(zhàn)略部署及時(shí)傳遞，讓愛(ài)崗敬業(yè)、拼搏奉獻(xiàn)成為石化青年的思想自覺(jué)和行為自覺(jué)；廣泛開(kāi)展“奮斗的青春最美麗”主題活動(dòng)，引領(lǐng)青年堅(jiān)定信念，強(qiáng)化擔(dān)當(dāng)，在急難險(xiǎn)重任務(wù)面前當(dāng)好生力軍，發(fā)揮突擊隊(duì)作用，為建設(shè)基業(yè)長(zhǎng)青的世界一流能源化工公司，實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興發(fā)展匯聚青春力量。

1 能量傳輸性能評(píng)估及參數(shù)選擇

WPT系統(tǒng)簡(jiǎn)化集總模型如圖1所示，其中：為補(bǔ)償電容，用于消除能量發(fā)射回路的無(wú)功功率；為發(fā)射回路串聯(lián)等效電感；為發(fā)射回路串聯(lián)等效電阻；、、分別為接收回路的補(bǔ)償電容、串聯(lián)等效電感、串聯(lián)等效電阻；為微型機(jī)器人工作時(shí)的等效負(fù)載；為發(fā)射、接收回路之間的互感；()和()分別為發(fā)射回路和接收回路中的交流電流，隨時(shí)間周期性變化；系統(tǒng)分為發(fā)射回路TX與接收回路RX兩部分；在發(fā)射回路中，AC為高頻交流電源.為簡(jiǎn)化分析，將發(fā)射線(xiàn)圈復(fù)阻抗電路等效為串聯(lián)等效電感與串聯(lián)等效電阻，事實(shí)上，復(fù)阻抗電路實(shí)際包含自感、交流電阻、寄生電容3部分.發(fā)射回路TX在高頻交流信號(hào)驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生交變磁場(chǎng)， 接收回路RX通過(guò)電磁感應(yīng)原理獲得感應(yīng)電勢(shì)，經(jīng)過(guò)整流、穩(wěn)壓等處理后為微型機(jī)器人提供能量.

(1)

式中：、分別為發(fā)射回路和接收回路的品質(zhì)因數(shù)，用于表征電路在諧振頻率處諧振時(shí)電容(或電感)電壓與電阻電壓之比；=，為電路負(fù)載因子.對(duì)于一般的RLC串聯(lián)諧振電路，其品質(zhì)因數(shù)定義為

圖9中，直流電源經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路逆變?yōu)?20 kHz交流方波以提供激勵(lì)，此時(shí)發(fā)射線(xiàn)圈諧振回路產(chǎn)生大致均勻的交變磁場(chǎng).位于發(fā)射線(xiàn)圈腔體內(nèi)部的接收線(xiàn)圈在電磁感應(yīng)的作用下產(chǎn)生交流電壓，經(jīng)后續(xù)整流電路轉(zhuǎn)換為直流電壓，為用30 Ω滑動(dòng)變阻器模擬的機(jī)器人工作等效電阻供電，使用高精度數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量滑動(dòng)變阻器兩端的接收電壓，并換算為接收功率.

(2)

式中：、、為RLC串聯(lián)諧振電路中的電阻、電容、電感.

在WPT系統(tǒng)弱耦合狀態(tài)下，有?1，此時(shí)(1+)?(1+)，可將式(1)進(jìn)一步簡(jiǎn)化：

(3)

可見(jiàn)，在發(fā)射系統(tǒng)功率一定的情況下，應(yīng)盡量提高發(fā)射回路與接收回路的品質(zhì)因數(shù)，以?xún)?yōu)化傳輸效率、保證接收系統(tǒng)有足夠能量供給.

此外，在一定范圍內(nèi)，系統(tǒng)能量傳輸效率隨頻率增大而增加.同時(shí)，線(xiàn)圈的品質(zhì)因數(shù)隨著頻率的上升呈先增大后減小趨勢(shì)，并且過(guò)高的品質(zhì)因數(shù)將導(dǎo)致系統(tǒng)抗干擾能力下降，魯棒性較差，容易引起電路失諧.綜上考慮，諧振頻率選擇220～240 kHz為宜，本文選擇220 kHz作為無(wú)線(xiàn)能量傳輸系統(tǒng)的工作頻率.

2 能量發(fā)射線(xiàn)圈優(yōu)化設(shè)計(jì)

使用型號(hào)為E4990A的阻抗分析儀測(cè)得發(fā)射線(xiàn)圈及接收線(xiàn)圈相關(guān)參數(shù)如表2所示.由于采用了先串聯(lián)后并聯(lián)的方式，發(fā)射線(xiàn)圈等效電阻較小，從而獲得了較大的品質(zhì)因數(shù)，即對(duì)激勵(lì)電流有比較大的放大能力.3組接收線(xiàn)圈均為75匝，受繞制位置及手工制作因素影響，品質(zhì)因數(shù)并非完全一致.

為優(yōu)化新型螺線(xiàn)管線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)及參數(shù)，在徑向尺寸相同的情況下，本文選取上述2組、3組、4組螺線(xiàn)管分別組成如圖2所示的3組發(fā)射線(xiàn)圈.其中，圖2(a)所示結(jié)構(gòu)由線(xiàn)圈A1及線(xiàn)圈A2這2組螺線(xiàn)管線(xiàn)圈軸向排列而成，圖2(b)所示結(jié)構(gòu)由線(xiàn)圈H1、線(xiàn)圈H2及線(xiàn)圈H3這3組螺線(xiàn)管線(xiàn)圈軸向排列而成，圖2(c)所示結(jié)構(gòu)由線(xiàn)圈E1、線(xiàn)圈E2、線(xiàn)圈E3及線(xiàn)圈E4這4組螺線(xiàn)管線(xiàn)圈軸向排列而成.為詳細(xì)了解上述3種發(fā)射線(xiàn)圈受激勵(lì)后產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布情況，在輸入激勵(lì)相同的情況下，對(duì)3種發(fā)射線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行理論分析與優(yōu)化.

2.1 z軸軸線(xiàn)上發(fā)射線(xiàn)圈磁場(chǎng)的分布與優(yōu)化

基于對(duì)稱(chēng)性考慮，對(duì)單組通電螺線(xiàn)管在平面上產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行分析.

假設(shè)單位長(zhǎng)度的螺線(xiàn)管由匝線(xiàn)圈組成，在長(zhǎng)度為的螺線(xiàn)管中處取一電流元d，電流元與坐標(biāo)為(,)的點(diǎn)的距離為

(4)

通電螺線(xiàn)管上的磁場(chǎng)分布情況如圖3所示.考慮一段直徑為的單組螺線(xiàn)管，其軸線(xiàn)與軸重合，軸向長(zhǎng)度分布在(-，)區(qū)間內(nèi)，對(duì)其通加電流作為激勵(lì)在軸軸線(xiàn)上， 3種結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)分布情況如圖4所示.

(5)

由前文分析得知，接收線(xiàn)圈的品質(zhì)因數(shù)是表征其能量接收能力的關(guān)鍵因素，在利茲線(xiàn)規(guī)格確定的情況下，本文測(cè)定接收線(xiàn)圈、等參數(shù)與線(xiàn)圈匝數(shù)的關(guān)系如圖8所示在一定范圍內(nèi)，與繞制匝數(shù)正相關(guān)，結(jié)合機(jī)器人結(jié)構(gòu)限制，本文確定每組線(xiàn)圈由利茲線(xiàn)繞制60匝而成，其中每匝利茲線(xiàn)由18股線(xiàn)徑AWG44的單股漆包線(xiàn)絞合650次得到.

(6)

式中：為方位角；為螺線(xiàn)管直徑由式(4)可知，此時(shí)距離是關(guān)于長(zhǎng)度、方位角以及坐標(biāo)和的函數(shù)則電流元在點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度d在和兩個(gè)方向的分量為

由圖4(d)可知，在坐標(biāo)取值為 -25～25 cm的發(fā)射線(xiàn)圈內(nèi)部，4組螺線(xiàn)管發(fā)射線(xiàn)圈(見(jiàn)圖2(c))產(chǎn)生的磁場(chǎng)在軸軸線(xiàn)上的分布更加均勻，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更適合選用為新型發(fā)射線(xiàn)圈結(jié)構(gòu).此外4組螺線(xiàn)管結(jié)構(gòu)中，軸向?yàn)?0 cm尺寸限制范圍內(nèi)，軸方向上，考慮到螺線(xiàn)管均有一定寬度，則螺線(xiàn)管線(xiàn)圈E1與線(xiàn)圈E4最大中心間距實(shí)際取為42 cm.本文為進(jìn)一步優(yōu)化4組螺線(xiàn)管位置分布，固定螺線(xiàn)管線(xiàn)圈E1與線(xiàn)圈E4中心間距為42 cm，對(duì)稱(chēng)移動(dòng)線(xiàn)圈E2與線(xiàn)圈E3的位置.當(dāng)線(xiàn)圈E1與線(xiàn)圈E2取不同中心間距(<19 cm)時(shí)，其軸線(xiàn)上磁場(chǎng)分量分布如圖5所示.由圖5可知，最終取相鄰兩線(xiàn)圈中心相距11 cm作為最優(yōu)尺寸.

高血壓是血壓異常上升的疾病,持續(xù)高血壓狀態(tài)會(huì)讓代謝改變,左心室克服高血壓狀態(tài)需要增加收縮力度,所以左心室可能會(huì)有代償性體積增加、重量增加的情況出現(xiàn),引起左心室肥厚癥狀。老年群體出現(xiàn)高血壓左室肥厚伴左心衰竭的幾率大約是3.0%,臨床中對(duì)患者進(jìn)行早期的診斷和治療非常重要。

2.2 3種線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)在xOz平面上的分布與優(yōu)化

在3種發(fā)射線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)中，每組線(xiàn)圈半徑=25 cm，線(xiàn)圈軸向間距小于50 cm，所有線(xiàn)圈等距分布，激勵(lì)電流取=1 A/匝.

專(zhuān)家表示，給寶寶適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充益生菌，可以呵護(hù)寶寶腸道健康，是預(yù)防秋冬腹瀉的有效方法之一。而寶寶已經(jīng)有了腹瀉的癥狀時(shí)，也可以適當(dāng)補(bǔ)充益生菌，可有效抑制有害致病菌、維持腸道微生態(tài)平衡、增強(qiáng)腸道免疫能力。

其中，變異系數(shù)是概率分布離散程度的一個(gè)歸一化量度，其定義為標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比，則有：

(7)

顯然，綜合3種均勻性指標(biāo)判斷, 由4組螺線(xiàn)管組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生的磁場(chǎng)具有最佳均勻性.在實(shí)際工程應(yīng)用中，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由4組同軸排列的螺線(xiàn)管間隔一定距離組合而成，其中，每組螺線(xiàn)管由不同匝數(shù)的利茲線(xiàn)密繞制得.由2.1節(jié)可知，每組螺線(xiàn)管之間的相對(duì)距離也會(huì)對(duì)發(fā)射線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的均勻性造成影響.

3 能量接收線(xiàn)圈優(yōu)化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的微型機(jī)器人需要在其頭部或尾部為接收線(xiàn)圈預(yù)留單獨(dú)的安置空間，不可避免地增加了機(jī)器人的總長(zhǎng)度.為節(jié)省空間，本文采用的接收線(xiàn)圈需要繞制在空心圓柱型磁芯側(cè)壁，其空心部分內(nèi)部可安置機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu).采用的接收線(xiàn)圈具有紡錘形繞制的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu), 該接收線(xiàn)圈具有在空間三維方向接收電磁能量的能力.

接收線(xiàn)圈模型與實(shí)物如圖7所示.在圓柱形磁芯底面的圓上有一點(diǎn)，從該點(diǎn)出發(fā)，沿圓柱側(cè)面行進(jìn)至中心對(duì)稱(chēng)位置′，然后沿相反方向返回點(diǎn)，形成閉合回路′，如圖7(a)所示.逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°，重復(fù)該過(guò)程4次, 得到′、′、′、′這4組閉合線(xiàn)圈回路，最終得到如圖7(b)所示紡錘形接收線(xiàn)圈組1.同樣的，按相同方式將線(xiàn)圈組1整體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)120°兩次，即可得到如圖7(c)所示的線(xiàn)圈組2和線(xiàn)圈組3，此時(shí)接收線(xiàn)圈上共有12股線(xiàn)圈沿圓周等距分布.實(shí)際工作時(shí)，3組線(xiàn)圈分別整流后并聯(lián)輸出電壓，線(xiàn)圈的外徑尺寸為?13.9 mm×11.9 mm.

根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)中的能量需求，機(jī)器人實(shí)際接收的功率至少為500 mW，根據(jù)研究分析，機(jī)器人實(shí)際工作時(shí)的等效直流電阻約為30 Ω，則根據(jù)公式功率=計(jì)算得每股利茲線(xiàn)將通過(guò)0.129 A的電流，參考相關(guān)文獻(xiàn)將AWG44電流限制為 0.008 A，可取每18根規(guī)格為AWG44的單根漆包線(xiàn)絞合為單股漆包線(xiàn)使用.

式中：為真空磁導(dǎo)率對(duì)于式(4)，令=0，得到電流元與軸軸線(xiàn)上點(diǎn)的投影點(diǎn)(0,)的距離為

CRISPR/Cas系統(tǒng)對(duì)病毒DNA清除能力為病毒的治療提供了新思路。利用CRISPR/Cas系統(tǒng)能夠有效安全地將HIV病毒從體外培養(yǎng)的人T細(xì)胞的DNA中清除。我國(guó)軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射與輻射醫(yī)學(xué)院研究所、第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院、日本京都大學(xué)等處的研究人員研究靶向乙肝表面抗原(HBsAg)編碼區(qū)的CRISPR/Cas9系統(tǒng)，在體外培養(yǎng)的肝細(xì)胞和活小鼠體內(nèi)的效果表明CRISPR/Cas9可在體內(nèi)和體外抑制HBV復(fù)制和表達(dá)，可能是治療HBV感染的一種新策略[13]。

某海上油田是油田群的注水中心，海水經(jīng)過(guò)注水設(shè)備的逐級(jí)處理注水水質(zhì)合格后一部分作為本油田注入水注入地層，另一部分輸送至其他油田注水系統(tǒng)。2017年4月份油田注水水質(zhì)V30日?；?yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)化驗(yàn)不合格，為了防止不合格注入水對(duì)地層的傷害，油田暫停注水系統(tǒng)進(jìn)行注水水質(zhì)變差的問(wèn)題排查。

這天傍晚，楊力生送走了前來(lái)送貨的客戶(hù)?；丶液笠?jiàn)楊秋香正準(zhǔn)備做飯，他輕輕假咳一聲，鼓著勇氣說(shuō)：“哎，你不包餃子吃？你調(diào)餃子餡兒調(diào)得真好?！?/p>

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 實(shí)驗(yàn)裝置

綜合前文分析，本課題組制作了無(wú)線(xiàn)能量傳輸系統(tǒng)，其實(shí)物圖如圖9所示.選定300股規(guī)格AWG44利茲線(xiàn)絞合繞制發(fā)射線(xiàn)圈，采用了方形線(xiàn)框構(gòu)型，正方體骨架尺寸為50 cm×50 cm×50 cm, 4個(gè)線(xiàn)圈的具體匝數(shù)為22、11、11、22匝，各線(xiàn)圈中心間距數(shù)據(jù)分別為15、12、15 cm，將發(fā)射線(xiàn)圈與CKTB1000可調(diào)真空電容串聯(lián)，使回路在220 kHz激勵(lì)作用下諧振.

同時(shí)，接收線(xiàn)圈采用圖7確定的紡錘形繞制方式纏繞在空心磁芯上，然后將接收系統(tǒng)與機(jī)器人裝配固定，最后通過(guò)向接收線(xiàn)圈串聯(lián)貼片電容的方式使接收系統(tǒng)電路在220 kHz諧振，經(jīng)后續(xù)整流電路處理后輸出電壓到滑動(dòng)變阻器模擬的機(jī)器人工作等效電阻.

出于提高能量傳輸系統(tǒng)穩(wěn)定性考慮，發(fā)射系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)在胃腸道機(jī)器人運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)產(chǎn)生盡可能均勻的交變磁場(chǎng)，其中，發(fā)射線(xiàn)圈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是決定發(fā)射系統(tǒng)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布的關(guān)鍵因素.目前，研究人員對(duì)亥姆霍茲線(xiàn)圈和多組、多層螺線(xiàn)管線(xiàn)圈等線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)類(lèi)型所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行了分析探索，有研究認(rèn)為亥姆霍茲線(xiàn)圈將在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生類(lèi)似球形的均勻交變磁場(chǎng)，但磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱；螺線(xiàn)管線(xiàn)圈產(chǎn)生的類(lèi)圓柱形磁場(chǎng)強(qiáng)度較大，但均勻性較差.本文總結(jié)以上研究成果，提出了一種新型組合式螺線(xiàn)管線(xiàn)圈，該線(xiàn)圈由多組螺線(xiàn)管按一定距離軸向排列而成，其中，每組螺線(xiàn)管由不同匝數(shù)的線(xiàn)圈構(gòu)成，從而在滿(mǎn)足磁場(chǎng)強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上提高發(fā)射磁場(chǎng)的均勻性.

土壤中鎘的測(cè)定采用原子吸收光譜法[13]，鉛的測(cè)定采用雙硫腙分光光度法[13]，銅的測(cè)定采用原子吸收光譜法[13]，鋅的測(cè)定采用原子吸光光譜法[13]，鉻的測(cè)定采用二苯碳酰二肼分光光度法[14]，砷的測(cè)定采用新銀鹽分光光度法[15]。

在中醫(yī)學(xué)中，失眠屬“不寐”的范疇，是一種具有較高發(fā)生率的一種內(nèi)科疾病[1] 。該疾病主要的臨床癥狀為存在一定的睡眠障礙，患者整夜難眠，對(duì)患者身心健康產(chǎn)生極為不利的影響[2] 。失眠易導(dǎo)致患者出現(xiàn)心智不寧，進(jìn)而增加其他疾病的發(fā)生率，如此，失眠再次被加重，惡性循環(huán)，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量[3] 。我院在對(duì)心腎不交失眠患者進(jìn)行治療過(guò)程當(dāng)中，使用交泰丸加減聯(lián)合烏靈膠囊治療研究組患者，現(xiàn)報(bào)道如下。

4.2 能量傳輸位置穩(wěn)定性分析

在發(fā)射線(xiàn)圈腔體內(nèi)部均勻采樣取點(diǎn)，定義原點(diǎn)為發(fā)射線(xiàn)圈正方體的中心對(duì)稱(chēng)點(diǎn)，每5 cm取一個(gè)取樣點(diǎn)，與前期理論分析采取一致的坐標(biāo)軸分布, 圓柱形接收線(xiàn)圈的軸線(xiàn)與發(fā)射線(xiàn)圈的軸方向重合.出于實(shí)際應(yīng)用范圍考慮，只對(duì)發(fā)射線(xiàn)圈腔體內(nèi)部磁場(chǎng)80%的范圍進(jìn)行采樣.考慮到磁場(chǎng)分布的均勻性特點(diǎn)，高度分布上，可只取=0, 5, 10, 15, 20 cm 共5個(gè)平面，每個(gè)平面上同樣對(duì)80%范圍內(nèi)的磁場(chǎng)進(jìn)行采樣，分別計(jì)算機(jī)器人的接收功率及能量傳輸功率，繪制數(shù)據(jù)效果如圖10所示.

1）交叉模式：如果發(fā)射器連接交點(diǎn)，則發(fā)生交點(diǎn)模式.發(fā)射機(jī)將計(jì)算所有連接路段的權(quán)重，并選擇最小權(quán)重來(lái)傳輸數(shù)據(jù)包.考慮計(jì)算的距離和連通概率，考慮到多層結(jié)構(gòu)的影響，用RAR中的3-D歐幾里德距離來(lái)定義距離.

圖10(a)～10(e)描述了取不同高度值時(shí)，對(duì)應(yīng)平面的采樣點(diǎn)所獲得的接收功率，圖10(f)～10(j)則描述了不同高度平面采樣點(diǎn)的接收效率，計(jì)算得每個(gè)平面上接收線(xiàn)圈的接收功率與接收效率標(biāo)準(zhǔn)差，如表3所示.

與前文的理論分析(見(jiàn)圖6(f))相比，=0時(shí)平面上磁場(chǎng)分布基本一致同時(shí)，為完整了解整個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈腔體內(nèi)的磁場(chǎng)分布均勻性，實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同取值時(shí)對(duì)應(yīng)的平面磁場(chǎng)分布在每個(gè)平面上，中心點(diǎn)處磁場(chǎng)均勻性最好，磁場(chǎng)強(qiáng)度稍弱；

在靠近線(xiàn)圈的邊緣位置能取得比較大的磁場(chǎng)強(qiáng)度，此時(shí)磁場(chǎng)分布的均勻性較差.在軸軸線(xiàn)位置上，分析采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示，其亦與前文理論結(jié)果(見(jiàn)圖5)吻合，即軸線(xiàn)位置上存在一定范圍的較為均勻的磁場(chǎng)分布，其均勻程度取決于4組螺線(xiàn)管之間的相對(duì)位置.此外，在所有采樣點(diǎn)上，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的最低接收功率為650 mW, 可以滿(mǎn)足系統(tǒng)最低能量需求.

4.3 能量傳輸姿態(tài)穩(wěn)定性分析

為驗(yàn)證能量傳輸系統(tǒng)的姿態(tài)穩(wěn)定性，研究人員改變接收線(xiàn)圈姿態(tài)，根據(jù)對(duì)稱(chēng)性，線(xiàn)圈繞坐標(biāo)軸軸旋轉(zhuǎn)與繞軸旋轉(zhuǎn)的效果一致在場(chǎng)強(qiáng)為的磁場(chǎng)中，將接收線(xiàn)圈按如圖12所示轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從初始狀態(tài)沿軸使線(xiàn)圈在平面轉(zhuǎn)動(dòng)一周，每10°進(jìn)行采樣，結(jié)果發(fā)現(xiàn)線(xiàn)圈軸向穩(wěn)定性隨線(xiàn)圈姿態(tài)的改變呈明顯的變化規(guī)律.分別測(cè)定接收線(xiàn)圈1組線(xiàn)圈單獨(dú)工作與3組線(xiàn)圈同時(shí)并聯(lián)工作的能量傳輸情況，其接收功率數(shù)據(jù)分布如圖13所示.經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在發(fā)射功率一定的情況下，接收線(xiàn)圈在軸向轉(zhuǎn)動(dòng)的所有角度均滿(mǎn)足機(jī)器人工作需求，3組線(xiàn)圈同時(shí)工作時(shí)的均勻度優(yōu)于一組線(xiàn)圈, 具備實(shí)際應(yīng)用性.

根據(jù)中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (1993) JB /T6275-92《甘蔗收獲機(jī)械試驗(yàn)方法》[9]對(duì)甘蔗收獲系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試， 主要包括 3個(gè)方面： ①甘蔗收獲機(jī)作業(yè)性能測(cè)試,測(cè)定甘蔗破頭率、 損失率和含雜率； ②收獲機(jī)組系統(tǒng)的性能測(cè)試, 測(cè)定油耗和生產(chǎn)效率；③凱斯7000與凱斯4000的性能對(duì)比試驗(yàn)。

特別地，將接收線(xiàn)圈從初始狀態(tài)(見(jiàn)圖12(a))繞軸旋轉(zhuǎn)90°至如圖12(b)所示位置時(shí)，在=0高度的平面上，得到新姿態(tài)下接收功率、傳輸效率數(shù)據(jù)效果分別如圖14所示.由圖14可知，其最低接收功率為523 mW, 同樣可以滿(mǎn)足機(jī)器人工作需求.

相較于差學(xué)生而言，好學(xué)生更善于運(yùn)用各種學(xué)習(xí)策略來(lái)學(xué)習(xí)詞匯，但是調(diào)查顯示好學(xué)生的詞匯學(xué)習(xí)僅局限在課本中。大學(xué)英語(yǔ)的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的英語(yǔ)應(yīng)用能力，增強(qiáng)跨文化交際意識(shí)和交際能力，同時(shí)發(fā)展自主學(xué)習(xí)能力，提高綜合文化素養(yǎng)，使他們?cè)趯W(xué)習(xí)、生活、社會(huì)交往和未來(lái)工作中能夠有效地使用英語(yǔ)，滿(mǎn)足國(guó)家、社會(huì)、學(xué)校和個(gè)人發(fā)展的需要。[1]教師應(yīng)該鼓勵(lì)和引導(dǎo)好學(xué)生作一些課外的拓展，適當(dāng)加深和加大學(xué)習(xí)的深度和廣度，以便更好地學(xué)習(xí)英語(yǔ)詞匯，進(jìn)而逐步提高英語(yǔ)應(yīng)用能力。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究了一種針對(duì)微型胃腸道機(jī)器人的新型無(wú)線(xiàn)供能系統(tǒng)，探索了發(fā)射線(xiàn)圈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的均勻性影響，并依據(jù)理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定系統(tǒng)采用4組螺線(xiàn)管線(xiàn)圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng).在=0平面上，磁場(chǎng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差為1.08×10T，接收功率標(biāo)準(zhǔn)差為85.16 mW，發(fā)射磁場(chǎng)較為穩(wěn)定、均勻.采用利茲線(xiàn)制作接收線(xiàn)圈，將其繞制在圓柱體中空磁芯上，并完成機(jī)器人裝配，在不同姿態(tài)下測(cè)試機(jī)器人接收功率，均能滿(mǎn)足500 mW的最低工作功率需求.

本系統(tǒng)采用50 cm×50 cm×50 cm的發(fā)射系統(tǒng)框架與外徑為?13.9 mm×11.9 mm的接收線(xiàn)圈，通過(guò)電磁耦合方式實(shí)現(xiàn)了新型胃腸道機(jī)器人WPT系統(tǒng)，該新型系統(tǒng)能滿(mǎn)足腸道機(jī)器人工作能耗、姿態(tài)穩(wěn)定性、供能穩(wěn)定性、尺寸設(shè)計(jì)等要求.與先前的研究成果相比，該系統(tǒng)在發(fā)射線(xiàn)圈尺寸更大的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了更為均勻的磁場(chǎng)，減少了電磁輻射的風(fēng)險(xiǎn).通過(guò)改進(jìn)接收線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)顯著提高了機(jī)器人的空間利用率，為機(jī)器人下一步的活檢、定點(diǎn)釋放靶向藥物等技術(shù)升級(jí)奠定了基礎(chǔ).本文研究的新型WPT系統(tǒng)幫助胃腸道機(jī)器人進(jìn)一步滿(mǎn)足了臨床檢查需求，后續(xù)將開(kāi)展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及人體實(shí)驗(yàn)，以不斷推進(jìn)胃腸道微型機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步.