無(wú)線供電SMA驅(qū)動(dòng)的尿道閥仿真與實(shí)驗(yàn)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(huì)導(dǎo)致會(huì)陰部、骶尾部皮炎及壓力性潰瘍等并發(fā)癥，還嚴(yán)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(guò)藥物或手術(shù)完全治療，必須采取尿道自主控制措施。為了解決此問(wèn)題，本文提出一種磁耦合諧振式無(wú)線供電SMA（形狀記憶合金）驅(qū)動(dòng)的尿道閥，建立了尿道閥的驅(qū)動(dòng)力模型，仿真與實(shí)驗(yàn)研究了尿道閥的驅(qū)動(dòng)特性，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(nèi)容如下：
　　根據(jù)尿道閥的結(jié)構(gòu)特征及對(duì)永磁體閉合尿道的磁吸力要求，研究了 SMA彈簧電熱特性，驗(yàn)證了尿道閥的可行性?；诓牧狭W(xué)，修正了 SMA的本構(gòu)模型，建立了SMA彈簧的力學(xué)模型?；跓崃W(xué)原理，建立了電流與SMA彈簧溫度的數(shù)學(xué)關(guān)系式。基于高頻電子電路學(xué)和電磁學(xué)理論，分析了磁耦合諧振式無(wú)線供電系統(tǒng)，建立了無(wú)線電能傳輸耦合模型。結(jié)合以上數(shù)學(xué)模型，建立了無(wú)線供電 SMA驅(qū)動(dòng)的尿道閥的驅(qū)動(dòng)力模型。<

3、br>　　根據(jù)SMA彈簧形變要求，設(shè)計(jì)了功率放大模塊，搭建了無(wú)線供電SMA驅(qū)動(dòng)的尿道閥模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了尿道閥的驅(qū)動(dòng)力模型的準(zhǔn)確性。根據(jù)尿道閥的驅(qū)動(dòng)力模型，利用Matlab仿真分析了SMA彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)驅(qū)動(dòng)力的影響規(guī)律，仿真與實(shí)驗(yàn)研究了無(wú)線供電系統(tǒng)的控制參數(shù)與線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)尿道閥驅(qū)動(dòng)特性的影響，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了尿道閥的啟閉特性。
　　利用故障樹(shù)分析法，對(duì)尿道閥進(jìn)行了可靠性分析。結(jié)合蒙特卡羅法，提出了尿道閥的可靠性仿真算法，通過(guò)該算

4、法仿真計(jì)算了尿道閥的可靠性指標(biāo)，利用理論計(jì)算驗(yàn)證了可靠性指標(biāo)的正確性。
　　研究結(jié)果表明：尿道閥原理可行，啟閉特性良好，驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)特性；當(dāng)信號(hào)源頻率與線圈自諧振頻率接近時(shí)，可獲得最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)效果；增大信號(hào)源電壓、線圈直徑、線徑和匝數(shù)，均能提高尿道閥的驅(qū)動(dòng)特性；彈簧疲勞是影響尿道閥壽命的關(guān)鍵因素，尿道閥壽命達(dá)到50000次的可靠度為0.82。研究結(jié)果可為尿道閥的特性分析與結(jié)