無線供電SMA驅動的尿道閥仿真與實驗研究.pdf

1、人體因膀胱括約肌損傷或神經(jīng)功能障礙而引起的重度尿失禁，不僅會導致會陰部、骶尾部皮炎及壓力性潰瘍等并發(fā)癥，還嚴重影響患者的日常生活和心理健康。尿失禁常發(fā)生于不同年齡層和性別人群中，尤其以女性和老年人居多，目前臨床上難以通過藥物或手術完全治療，必須采取尿道自主控制措施。為了解決此問題，本文提出一種磁耦合諧振式無線供電SMA（形狀記憶合金）驅動的尿道閥，建立了尿道閥的驅動力模型，仿真與實驗研究了尿道閥的驅動特性，實驗驗證了尿道閥的啟閉特性，仿

2、真分析了尿道閥的可靠性。具體工作內容如下：
　　根據(jù)尿道閥的結構特征及對永磁體閉合尿道的磁吸力要求，研究了 SMA彈簧電熱特性，驗證了尿道閥的可行性?；诓牧狭W，修正了 SMA的本構模型，建立了SMA彈簧的力學模型?；跓崃W原理，建立了電流與SMA彈簧溫度的數(shù)學關系式?；诟哳l電子電路學和電磁學理論，分析了磁耦合諧振式無線供電系統(tǒng)，建立了無線電能傳輸耦合模型。結合以上數(shù)學模型，建立了無線供電 SMA驅動的尿道閥的驅動力模型。<

3、br>　　根據(jù)SMA彈簧形變要求，設計了功率放大模塊，搭建了無線供電SMA驅動的尿道閥模擬實驗平臺，實驗驗證了尿道閥的驅動力模型的準確性。根據(jù)尿道閥的驅動力模型，利用Matlab仿真分析了SMA彈簧結構參數(shù)對驅動力的影響規(guī)律，仿真與實驗研究了無線供電系統(tǒng)的控制參數(shù)與線圈結構參數(shù)對尿道閥驅動特性的影響，實驗驗證了尿道閥的啟閉特性。
　　利用故障樹分析法，對尿道閥進行了可靠性分析。結合蒙特卡羅法，提出了尿道閥的可靠性仿真算法，通過該算

4、法仿真計算了尿道閥的可靠性指標，利用理論計算驗證了可靠性指標的正確性。
　　研究結果表明：尿道閥原理可行，啟閉特性良好，驅動力模型和可靠性仿真算法有效；增大彈簧線徑，減小中徑和匝數(shù)均可提高驅動特性；當信號源頻率與線圈自諧振頻率接近時，可獲得最優(yōu)的驅動效果；增大信號源電壓、線圈直徑、線徑和匝數(shù)，均能提高尿道閥的驅動特性；彈簧疲勞是影響尿道閥壽命的關鍵因素，尿道閥壽命達到50000次的可靠度為0.82。研究結果可為尿道閥的特性分析與結