CN119896454A - 一种用于植入式医疗监测设备的无线供能和数据通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于植入式医疗监测设备的无线供能和数据通信系统，系统包括双电池余度供电电路、无线电能发射电路、无线电能接收电路、无线数据通信电路。双电池余度供电电路包括电池电量监测电路和电池电源切换电路；无线电能发射电路包括无线功率发射电路、Boost电路和原边谐振补偿电路；本发明通过设计体外双电池余度供电和电磁感应式无线电能传输的方式避免了体内植入电池带来的风险，极大的提高了体外电池更换的便捷性和安全性，采用符合医疗标准的射频通信频段提升了植入式医疗监测设备数据传输的带宽和数据传输的抗干扰能力，基于射频无线通信实现体内模块接收电压的闭环恒定控制提高了无线电能传输系统的鲁棒性和稳定性。

Description

一种用于植入式医疗监测设备的无线供能和数据通信系统
技术领域
本发明涉及生物医学电子技术、无线供电技术和射频通信技术领域，具体为一种用于植入式医疗监测设备的无线供能和数据通信系统。
背景技术
随着生物医学电子技术和集成电路的发展，对于可穿戴的植入式医疗监测设备也得到了极大的发展。植入式医疗监测设备需要能够长期实时的监测患者体内相应的生理信号，为医护人员对患者身体状态的诊断以及疾病的治疗提供及时有效的帮助。然而，植入式医疗监测设备在临床使用中仍然面临着能量供给和体内外模块数据通信的挑战。
针对植入式医疗监测设备采用体内植入电池的方式，存在电池体积大、容量有限和电池寿命的问题。无线供能的非接触方式实现对设备电能供应的特点与植入式医疗设备的供电需求更加契合。无线供能的方式在植入式医疗监测设备中被广泛的使用。然而由于植入式医疗监测系统在临床使用过程中无线电能传输系统的发射线圈和接收线圈的相对位置可能出现偏移导致体内植入模块接收功率下降，体内植入模块可能存在无法正常稳定工作的情况。
针对植入式医疗监测设备的数据通信采用有线传输的方式，存在易感染和线缆束缚的缺点。所以无线数据通信的方案成为植入式医疗监测设备的首选。但是大多数的方案是基于无线电能传输系统中的发射线圈和接收线圈的耦合，通过能量载波的调制实现数据的无线传输。这种方案数据传输速率有限并且容易受到外界的影响从而导致传输数据的正确率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于植入式医疗监测设备的无线供能和数据通信系统，是一种可以长期、稳定、安全的用于植入式医疗监测设备，解决了现有无线数据通信干扰能力差、传输速率低的问题以及现有无线供能方案中体内模块接收功率受线圈间相对位置的影响。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种用于植入式医疗监测设备的无线供能和数据通信系统，包括双电池余度供电电路、无线电能发射电路、无线电能接收电路、无线数据通信电路；
所述无线电能发射电路由无线功率发射电路、Boost电路和原边谐振补偿电路组成，所述原边谐振补偿电路由发射线圈和电容组成串联谐振网络；所述升压模块基于射频微控制器产生的脉宽调制信号动态调整无线电能发射电路的输出功率；所述无线功率发射电路分别与原边谐振补偿电路、Boost电路和射频微控器连接为发射线圈提供高频交流电压信号，并在发射线圈处产生感应磁场，通过射频微控器产生的脉宽调制信号设置无线电能发射电路交流电压信号的频率，通过升压转换电路实现无线电能发射电路发射功率的动态调控；
所述无线电能接收电路用于接收发射线圈产生的感应磁场并转换为感应电压信号，经过整流、稳压后得到可供体内监测模块正常运行的直流电源，所述的无线电能接收电路由全桥整流电路、稳压电路和副边谐振补偿电路组成，其中副边谐振补偿电路由接收线圈和电容组成串联谐振网络，副边谐振补偿电路的谐振频率与原边谐振补偿电路的谐振频率保持一致；全桥整流电路与副边谐振补偿电路和稳压电路连接用于对接收的交流电压信号进行整流，并提供给稳压电路，输出稳定的直流电压信号提供给体内植入的监测模块；
所述无线数据通信电路分为采用射频技术的射频通信电路和采用WIFI技术的WIFI模块通信电路，所述射频通信电路由天线和阻抗匹配网络电路组成，所述射频通信电路用于体外佩戴模块和体内监测模块间的数据通讯，分为体外射频通信电路和体内射频通信电路，其中体外射频通信电路采用PCB天线，体内射频通信电路采用无铅微型全向的陶瓷天线；所述WIFI模块通信电路用于实现体外佩戴模块与移动终端之间的数据通信。
所述双电池余度供电电路为体外佩戴模块提供电能，双电池余度供电电路分为电池1电路和电池2电路，包括电池电量监测电路和电池电源切换电路，电池1和电池2的电路具有相同的电路结构和电路原理由MOS管、三极管、电阻、电容组成，电池电量监测电路和电池电源切换电路分别与体外佩戴模块的射频微控制器的模数转换端口和通用输入输出端口连接用于实现体外电池电量的实时监测和电池电源电路的切换。
所述体外佩戴模块和体内监测模块分别使用单个低功耗射频微控器芯片实现无线射频通信、无线电能传输系统控制、体内生理信号数据的采集和体外信号数据的整理和转发。
所述无线电能发射线圈和接收线圈均采用平面螺旋型设计，发射线圈的直径大于接收线圈的直径；无线电能传输系统中的电能发射线圈的电感值小于接收线圈的电感值。体内监测模块的电能只通过体外佩戴模块无线电能传输系统获得不需要额外的植入体内电池。
体内监测模块通过射频通信电路将接收的实际电压值发送给体外佩戴模块，体外佩戴模块将设置的接收目标电压值与实际接收的电压值进行比较得到误差，通过设计的四种模式调整无线电能发射电路的输出功率调节体内监测模块接收的实际电压值，达到体内监测模块接收的实际电压值维持在设定的目标电压值消除误差的目的，所述四种模式是通过射频微控制器调整Boost电路电压反馈电压信号线上脉宽调制信号的频率和占空比以及无线功率发射器脉宽调制信号的频率和占空比动态调节无线电能发射电路的输出功率。
本发明的有益效果：
1、本发明提出的使用低功耗射频微控制器设计射频通信电路实现体内监测模块和体外佩戴设备的数据传输，数据通信由射频通信协议保证，符合医疗标准频段的实时无线通信，具有较强的抗干扰能力和较高的数据传输速率，可以保证在日常生活环境中的正常运行。此外，通过加入WIFI通信模块，医生可以在移动设备上实时查看体内生理信息以及监测设备运行的状态，大大的提高医生的工作效率。
2、本发明提出一种双电池余度供电电路用于体外佩戴设备，使用户可以实时查看电池电量的情况以及在电池电量过低时进行报警提示的功能。采用体外双电池余度供电的方式提高了体外佩戴设备电源的稳定性和安全性，避免了体内植入电池带来的风险，极大的提高了电池更换的便捷性。
3、本发明提出一种基于射频通信的闭环恒压控制的方法可以有效的调控无线电能接收端的接收电压，使其维持在设定的目标电压。避免了由于无线电能传输系统中发射线圈和接收线圈相对偏移和体内监测模块负载参数变化所导致的接收电压的突变。
4、本发明通过增加无线电能传输系统中发射线圈和接收线圈的尺寸差值，降低由于无线电能传输系统线圈间相对偏移导致接收功率减小的影响。通过电能发射线圈的电感值小于无线电能接收线圈的电感值的设计有效地提高电压增益。
附图说明
为了更加清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明中无线供能和数据通信系统的总体架构示意图；
图2为本发明中无线供能和数据通信系统的具体示意图；
图3为本发明中双电池余度供电电路原理示意图；
图4为本发明中双电池余度供电具体实现流程图；
图5为本发明中恒压闭环控制实现的具体调节流程图；
图6为本发明中电脑端的上位机数据显示图形界面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有进行创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，本发明为一种用于植入式医疗监测设备的无线供能和数据通信系统，由体外佩戴模块和体内监测模块两部分组成，包括双电池余度供电电路、无线电能发射电路、无线电能接收电路、射频通信电路、WIFI模块电路、信号采集电路、射频微控制器电路。
所述体外佩戴模块采用一颗低功耗射频微控器CC1310实现系统无线数据通信与无线供能控制的功能，其中，体外佩戴模块无线数据通信由射频通信电路和WIFI数据通信两部分组成，射频通信电路用于体外佩戴模块与体内监测模块之间的数据传输，由阻抗匹配电路和PCB天线组成并结合CC1310软件程序设置实现射频通信的功能，射频通信电路天线的工作频段选择符合医疗标准的频段401MHz～406MHz。WIFI数据通信电路使用ESP32模块实现体外佩戴模块与电脑等移动设备之间的数据交互，ESP32模块与CC1310通过UART接口连接，基于UART协议实现CC1310与ESP32之间的数据交互，ESP32模块与电脑通过WIFI实现数据的无线传输，WIFI工作在2.4GHz频段。
所述体内监测模块同样采用一颗低功耗射频微控器CC1310实现系统无线数据通信、无线供能状态反馈和传感器数据接收的功能，其中，体内监测模块无线数据通信采用射频技术实现与体外佩戴模块之间的数据传输，射频通信电路由阻抗匹配电路和陶瓷天线AN1603组成并结合CC1310软件程序设置实现射频通信的功能，体内监测模块中CC1310对整流后电压进行采集并通过射频通信电路发送给体外佩戴模块中CC1310，体外佩戴模块的CC1310对接收的电压值与设定的目标电压值进行比较分析用于调整无线电能发射功率，从而实现体内监测模块达到恒压的目的。
所述无线电能发射电路由Boost电路、无线功率发射电路、发射线圈和电容组成，其中，Boost电路使用高效率的TPS61089芯片实现升压转换的功能，无线功率发射电路使用高集成度、高效率的SC5001芯片，射频微控制器CC1310通过设置连接到TPS61089芯片FB引脚的PWM1的频率和占空比实现对Boost电路输出功率的调整；CC1310通过设置SC5001芯片PWM0的频率和占空比实现无线功率发射器输出功率的调整，Boost电路的输出电压提供给无线功率发射电路并与无线功率发射电路共同为无线电能发射电路提供动态可调的输出功率，发射线圈和电容串联组成原边谐振补偿电路，通过调整电容大小设置原边谐振补偿电路的谐振频率。
所述无线电能接收电路由整流稳压电路、串联电阻分压电路、接收线圈和电容组成，其中，整流电路使用二极管组成的全桥电路对接收线圈产生的交变感应电流进行整流，整流后的电流一部分进入稳压电路，通过稳压电路得到稳定的电压提供给体内监测模块使用，另一部分进入串联电阻分压电路，CC1310通过串联电阻分压电路等比例采集整流后的电压值，接收线圈和电容串联组成副边谐振补偿电路，通过调整电容大小设置副边谐振补偿电路的谐振频率与原边谐振补偿电路的谐振频率保持一致。
所述的发射线圈和接收线圈采用平面螺旋型设计，发射线圈的直径大于接收线圈的直径用于抑制线圈间相对偏移导致接收电压大幅下降的问题；发射线圈的电感值小于无线电能接收线圈的电感值以此用于提高电压增益。
所述双电池余度供电电路硬件原理示意图如图3所示，双电池余度供电电路由电池1电路和电池2电路两部分组成，用于体外佩戴模块电能的供给，由于电池1和电池2的电路具有相同的电路结构和电路原理，因此此处只对电池1电路进行说明，双电池余度供电电路的电池1电路由电池电量监测电路和电池电源切换电路组成，包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4、三极管Q1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电池电量采集信号线BAT1_SENSE、电池电量采集使能信号线BAT1_SENSE_SW、电池电源切换电路控制线BAT1_SW，电池1电源输入线VBAT1，电池电源切换电路输出的电源线VBAT_SW；
所述电池电量采集使能信号线BAT1_SENSE_SW与CC1310的通用输入输出端口连接用于选择是否开启电池电量监测的功能；电池电量采集信号线BAT1_SENSE与CC1310的模数转换端口连接用于采集电池电压值；电池电源切换电路控制线BAT1_SW与CC1310的通用输入输出端口连接用于选择是否使用电池1进行供能；
所述MOS管M1栅极和源极之间通过电阻R2连接，其中，电阻R2为MOS管M1提供一个偏置电压以及防ESD静电保护MOS管M1的作用，MOS管M1源极与电池1电源输入线VBAT1和MOS管M2漏极连接，MOS管M1栅极与MOS管M4漏极连接，MOS管M1漏极通过电阻R1与BAT1_SENSE_SW和电阻R4一端连接，电阻R4另一端接地，电阻R1和R4串联组成分压电路，通过分压电路实现CC1310模数转换端口对电池电压值等比例的采集；
所述MOS管M4栅极和源极之间通过电阻R7连接，其中，电阻R7为MOS管M4提供一个偏置电压以及防ESD静电保护MOS管M4的作用，MOS管M4栅极与BAT1_SENSE_SW连接，MOS管M4源极接地，当BAT1_SENSE_SW处于高电平时MOS管M4导通，从而MOS管M1导通，此时BAT1_SENSE_SW可以等比例采集到电池电压值；
所述MOS管M2和MOS管M3的栅极和源极之间通过电阻R3连接，其中，电阻R3为MOS管M2和M3提供一个偏置电压以及防ESD静电保护MOS管M2和M3的作用，MOS管M2源极与MOS管M3源极连接，MOS管M2栅极与MOS管M3栅极连接，MOS管M3漏极与VBAT_SW和电容C1一端连接，电容C1另一端接地，电容C1对电池电源切换电路输出的电源进行滤波；
所述三极管Q1基极和发射极之间通过电阻R6连接，电阻R6在BAT1_SW没有输入电压时保证三极管Q1可靠截至，三极管Q1基极经过电阻R5与BAT1_SW连接，三极管Q1集电极与MOS管M2栅极连接，三极管Q1发射极接地，当BAT1_SW处于高电平时三极管Q1导通，从而MOS管M2和M3导通，此时选择使用电池1的电源。
双电池余度供电流程如图4所示，初始状态时安装两块电池为射频控制器CC1310提供电源，当CC1310初始化完成后，通过设置与BAT1_SENSE_SW和BAT2_SENSE_SW连接的CC1310的通用输入输出端口输出高电平，开启监测电池1和电池2电量的功能，CC1310对采集的电池1和电池2的电量值进行比较，当电池1的电量高于电池2的电量时通过分别设置与BAT1_SW和BAT2_SW连接的CC1310通用输入输出端口输出高电平和低电平，开启电池1的使用和关闭电池2的使用，体外佩戴模块利用WIFI电路将CC1310采集的两块电池的电压值发送到移动终端上并对两块电池电压值进行实时显示，当电池的电压值低于设定值时通过报警提示便于用户及时对电池进行更换。
所述恒压闭环控制用于调节无线电能发射电路的输出功率达到维持体内监测模块供电电压的稳定，保证体内监测模块安全稳定的正常工作。通过四种模式的调节实现体内监测模块接收电压维持在设置的目标电压，这四种模式分别是模式1、模式2、模式3和模式4，其中，模式1是通过CC1310调整Boost电路中PWM1的占空比实现对Boost电路输出功率的调整，从而达到调节体内监测模块接收电压的目的，体内监测模块的接收电压随着PWM1占空比的增大而减小；模式2是通过CC1310增大无线功率发射电路中PWM0的频率实现对无线发射功率的下调，从而达到减小体内监测模块接收电压的目的，体内监测模块的接收电压随着PWM0频率的增大而减小；模式3是通过CC1310减小无线功率发射电路中PWM0的频率实现对无线发射功率的上调，从而达到增大体内监测模块接收电压的目的，体内监测模块的接收电压随着PWM0频率的减小而增大；模式4是通过CC1310调整无线功率发射电路中PWM0的占空比实现对无线发射功率的调整，从而达到调节体内监测模块接收电压的目的，体内监测模块的接收电压随着PWM0占比比的减小而减小。恒压闭环控制实现的具体调节流程如图5所示，具体调节步骤如下：
(1)体内监测模块的CC1310芯片将采集的整流后的实际电压值VR通过射频通信电路发送到体外佩戴模块的CC1310芯片，体外佩戴模块的CC1310芯片用设置的体内接收目标电压值VS减去实际电压值VR得到误差error，当error小于0表示实际电压值高于设定的目标电压值，当error大于0时表示实际电压值低于设定的目标电压值。如果error等于0，那么不需要通过调节，否则进入模式1通过调节PWM1的占空比调节体内监测模块的接收电压值。
(2)在模式1中通过调整PWM1的占空比从而调节体内监测模块接收的实际电压值，如果PWM1占空比的值已经处于最大值并且error小于0，那么进入模式2；否则判断error是否等于，如果error不等于0，那么继续通过模式1对接收电压进行调节；否则error等于0完成接收电压的调节；如果PWM1占空比的值已经处于最小值并且error大于0，那么进入模式3；否则判断error是否等于，如果error不等于0，那么继续通过模式1对接收电压进行调节；否则error等于0完成接收电压的调节。
(3)在模式2中通过增大PWM0的频率降低体内监测模块接收的实际电压值，如果PWM0频率处于最大值并且error小于0，那么进入模式4；否则判断error是否等于，如果error不等于0，那么继续通过模式2对接收电压进行调节；否则error等于0完成接收电压的调节；如果PWM0频率处于最小值并且error大于0，那么进入模式1；否则判断error是否等于，如果error不等于0，那么继续通过模式2对接收电压进行调节；否则error等于0完成接收电压的调节。
(4)在模式3中通过减小PWM0的频率增加体内监测模块接收的实际电压值，如果PWM0频率大于最小值并且error小于0，那么继续通过模式3对接收电压进行调节；否则判断error是否等于，如果error不等于0，那么继续通过模式3对接收电压进行调节；否则error等于0完成接收电压的调节。
(5)在模式4中通过调整PWM0的占空比从而调节体内监测模块接收的实际电压值，如果PWM0占空比处于最大值并且error大于0，那么进入模式2；否则判断error是否等于，如果error不等于0，那么继续通过模式4对接收电压进行调节；否则error等于0完成接收电压的调节。
所述的WIFI模块电路用于与电脑之间进行数据传输，电脑端的上位机数据显示图形界面如图6所示，界面中设置了六个实时监测数据的窗口分别是体外佩戴模块无线电能发射电路的电压值、体外佩戴模块无线电能发射电路的电流值、体外佩戴模块发射线圈的温度值、体外佩戴模块PCB板的温度值、体内监测模块接收线圈的温度值、体内监测模块PCB板的温度值、体内监测模块整流后的接收电压值和发射线圈谐振的频率，通过WIFI模块电脑接收体外佩戴模块发送的体内外模块电压值、电流值并进行实时的显示，通过实时的监控可以判断无线电能传输系统是否正常工作。本发明中通过WIFI技术和射频通信技术可以高效快速的进行数据传输，最终在电脑上位机上实时显示系统工作时的电压电流值和体内监测设备采集的生理信号，提高用户的监测的效率以及场地使用的灵活性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施方式做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，凡在本发明的精神和原则之内都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于植入式医疗监测设备的无线供能和数据通信系统，包括双电池余度供电电路、无线电能发射电路、无线电能接收电路、无线数据通信电路；其特征在于：
所述无线电能发射电路由无线功率发射电路、Boost电路和原边谐振补偿电路组成，所述原边谐振补偿电路由发射线圈和电容组成串联谐振网络；所述升压模块基于射频微控制器产生的脉宽调制信号动态调整无线电能发射电路的输出功率；所述无线功率发射电路分别与原边谐振补偿电路、Boost电路和射频微控器连接为发射线圈提供高频交流电压信号，并在发射线圈处产生感应磁场，通过射频微控器产生的脉宽调制信号设置无线电能发射电路交流电压信号的频率，通过升压转换电路实现无线电能发射电路发射功率的动态调控；
所述无线电能接收电路用于接收发射线圈产生的感应磁场并转换为感应电压信号，经过整流、稳压后得到可供体内监测模块正常运行的直流电源，所述的无线电能接收电路由全桥整流电路、稳压电路和副边谐振补偿电路组成，其中副边谐振补偿电路由接收线圈和电容组成串联谐振网络，副边谐振补偿电路的谐振频率与原边谐振补偿电路的谐振频率保持一致；全桥整流电路与副边谐振补偿电路和稳压电路连接用于对接收的交流电压信号进行整流，并提供给稳压电路，输出稳定的直流电压信号提供给植入体内的监测模块；
所述无线数据通信电路分为采用射频技术的射频通信电路和采用WIFI技术的WIFI模块通信电路，所述射频通信电路由天线和阻抗匹配网络电路组成，所述射频通信电路用于体外佩戴模块和体内监测模块间的数据通讯，分为体外射频通信电路和体内射频通信电路，其中体外射频通信电路采用PCB天线，体内射频通信电路采用无铅微型全向的陶瓷天线；所述WIFI模块通信电路用于实现体外佩戴模块与移动终端之间的数据通信。
2.根据权利要求1所述的一种用于植入式医疗监测设备的无线供能和数据通信系统，其特征在于：双电池余度供电电路为体外佩戴模块提供电能，双电池余度供电电路分为电池1电路和电池2电路，包括电池电量监测电路和电池电源切换电路，电池1和电池2的电路具有相同的电路结构和电路原理由MOS管、三极管、电阻、电容组成，电池电量监测电路和电池电源切换电路分别与体外佩戴模块的射频微控制器的模数转换端口和通用输入输出端口连接用于实现体外电池电量的实时监测和电池电源电路的切换。
3.根据权利要求1所述的一种用于植入式医疗监测设备的无线供能和数据通信系统，其特征在于：体外佩戴模块和体内监测模块分别使用单个低功耗射频微控器芯片实现无线射频通信、无线电能传输系统控制、体内生理信号数据的采集和体外信号数据的整理和转发。
4.根据权利要求1所述的一种用于植入式医疗监测设备的无线供能和数据通信系统，其特征在于：无线电能发射线圈和接收线圈均采用平面螺旋型设计，发射线圈的直径大于接收线圈的直径；无线电能传输系统中的电能发射线圈的电感值小于接收线圈的电感值。
5.根据权利要求1所述的一种用于植入式医疗监测设备的无线供能和数据通信系统，其特征在于：体内监测模块的电能只通过体外佩戴模块无线电能传输系统获得不需要额外的植入体内电池。
6.根据权利要求1所述的一种用于植入式医疗监测设备的无线供能和数据通信系统，其特征在于：体内监测模块通过射频通信电路将接收的实际电压值发送给体外佩戴模块，体外佩戴模块将设置的接收目标电压值与实际接收的电压值进行比较得到误差，通过设计的四种模式调整无线电能发射电路的输出功率调节体内监测模块接收的实际电压值，达到体内监测模块接收的实际电压值维持在设定的目标电压值消除误差的目的，所述四种模式是通过射频微控制器调整Boost电路电压反馈电压信号线上脉宽调制信号的频率和占空比以及无线功率发射器脉宽调制信号的频率和占空比动态调节无线电能发射电路的输出功率。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102832722A (zh) * 2012-08-31 2012-12-19 华南理工大学 植入式自适应无线电源传输方法及系统
CN104283333A (zh) * 2014-09-28 2015-01-14 海龙核材科技（江苏）有限公司 一种用于经皮能量传输系统的自适应无线供能调节系统
CN105425160A (zh) * 2014-11-24 2016-03-23 北京航空航天大学 一种基于多轴旋翼无人机的航时确定方法及装置
CN110638467A (zh) * 2018-06-27 2020-01-03 中国医学科学院生物医学工程研究所 一种实验动物血糖检测方法与系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102832722A (zh) * 2012-08-31 2012-12-19 华南理工大学 植入式自适应无线电源传输方法及系统
CN104283333A (zh) * 2014-09-28 2015-01-14 海龙核材科技（江苏）有限公司 一种用于经皮能量传输系统的自适应无线供能调节系统
CN105425160A (zh) * 2014-11-24 2016-03-23 北京航空航天大学 一种基于多轴旋翼无人机的航时确定方法及装置
CN110638467A (zh) * 2018-06-27 2020-01-03 中国医学科学院生物医学工程研究所 一种实验动物血糖检测方法与系统

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