19153

۱۹۱۵۳

ايجاد تابعيت مكاني مفروض براي ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي فركانس پايين

كارشناسي ارشد

مخابرات ميدان و موج

۱۳۹۴

1397/۰۴/۱۲

دكتر علي عبدالعالي

برق

امروزه استفاده از مهندسي الكترومغناطيس براي حسگر ها و تحريك كننده هاي درماني و صنعتي نقش پررنگي ايفا كرده است. در اين راستا، تنظيم تابعيت مكاني دلخواه براي ميدان هاي الكترومغناطيسي خصوصاً در كاربردهاي حساس پزشكي يا روباتيك منجر به ارتقاي چشمگير بازدهي و دقت مي شود. با اين حال، به علت عدم امكان استفاده از تكنيك هاي مرسوم مانند آرايه هاي فازي در محدوده ميدان نزديك، شكل دهي مكاني الكترومغناطيسي در بسياري از حوزه ها هنوز به صورت چالش باقي مانده است. در اين پروژه، الگوي مكاني دلخواه يك و دو بعدي براي ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي با فركانس كمتر از مگاهرتز توسط سري فوريه بسط داده شده است. توابع سينوسي حاصل از اين تجزيه، هر يك توسط آرايه كويل هاي فشرده با جريان كنترل شده محقق شده و در نهايت با استفاده هم زمان از اين آرايه ها، الگوي دلخواه ساخته شده است. ساختار كويل هاي ارايه شده در اين پايان نامه بر بورد مدار چاپي دو لايه ساخته شده اند. از روش به كار رفته براي شكل دهي ميدان در كاربردهاي گوناگوني از جمله هدايت ذرات دارويي، تحريك سلول عصبي و حركت ميكروروبات ها استفاده و اثر استفاده از الگوهاي مكاني الكترومغناطيسي بر روي آنها بررسي شده است. نشان داده شده است بازده هدايت ذرات دارويي هنگام استفاده از الگوي ميدان مغناطيسي مثلثي تا 90% افزايش خواهد داشت. همچنين با كمك اين روش، تحريك سلول عصبي در نقاط دلخواه از نخاع امكان پذير مي شود. استفاده از ميدان هاي الكتريكي الگودار شده همچنين كاربرد عملي در جابجايي ميكروروبات ها در محيط سيال با استفاده از نيروي لورنتز دارد. از آنجا كه روش هاي پيشنهادي در اين مطالعه مبتني بر رياضيات و بدون بهينه سازي است، بر خلاف مطالعات پيشين، سرعت انجام محاسبات كاهش چشمگير داشته و امكان كنترل جريان هر عنصرِ آرايه با ريزپردازنده ها ميسّر شده است. كيفيت ساخت الگوهاي مكاني مغناطيسي و الكتريكي با آزمايش هاي عملي آزموده شده و كاربري آن در عمل براي هدايت ذرات دارويي و حركت ميكروروبات مورد راستي آزمايي قرار گرفته است. از آنجا كه در روند طراحي به كليّت الگوساز ها لطمه وارد نشده و قادر به ساخت الگوي دلخواه هستند، اين سامانه قابليت استفاده در كاربردهاي متنوعي پيدا خواهد كرد.

1397/04/13

Spatial Patterning for Low Frequency Electric and Magnetic fields

3/20/2019 12:00:00 AM

In the cancer therapy, magnetic drug targeting is considered as an effective treatment to reduce the chemotherapy’s side effects. The accurate design and shaping of magnetic fields are crucial for healthy cells to be immune from chemotherapeutics. In this paper, arbitrary 2-dimensional spatial patterns of magnetic fields from DC to megahertz are represented in terms of the spatial Fourier spectra with sinusoidal eigenfunctions. Realization of each spatial frequency is investigated by a set of elliptical coils. Therefore, it is shown that the desired pattern is synthesized by simultaneous usage of the coil sets. The currents running on each set is obtained via fast and straightforward analytical Fourier series calculation. The experimentally scanned sample patterns are in close agreement with the full wave analysis. Discussions include the evaluation of the Fourier series approximation error and cross-polarization of the produced magnetic fields. It is observed that by employing the controlled magnetic field produced by the proposed setup, we are able to steer therapeutic particles toward the right or left half-spheres of the breast, with an efficiency of 90%. Such a pattern synthesizer can be employed in numerous human arteries as well as other bioelectromagnetic patterning applications, e.g. wireless power transfer, magnetic innervation, and tomography.