用于地下位移测量集成传感器的无线电能传输装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于地下位移测量集成传感器的无线电能传输装置和方法。包括多个电能传送节点和一个地上总电源，地上总电源布置在地面上，多个电能传送节点从地面上向地底下依次间隔布置；最接近地面的第一个电能传送节点通过金属导线与地上总电源相连，其余各个电能传送节点之间以连接进行通信和供电。本发明专利技术将电能传输线圈、发送端电路、接收端电路等集成为一个电能传送节点，将多个电能传送节点间隔距离形成电能传输串，从而为地下位移集成传感器提供电能，使其摆脱有线供电的束缚。

【技术实现步骤摘要】
用于地下位移测量集成传感器的无线电能传输装置和方法
本专利技术涉及无线充电领域，尤其是涉及了一种用于地下位移测量集成传感器的无线电能传输装置和方法。
技术介绍
滑坡、崩塌、泥石流、地塌、地陷等危害人民生命和财产安全的地质灾害发生前和发生时会出现地下深部的位移现象。如果我们能够有效的对地下深部位移进行监测，那么可以有效避免这些灾害的发生。目前有申请人提出一种基于互感机理的地下位移测量集成传感器用于地下深部的位移监测。它是由一个个独立的地下位移测量单元通过金属导线串接组成，在测量时通过从上到下逐一测出相邻的两个地下位移测量单元的相对变化量，从而测出从地面到地下深部的变形情况。地下位移测量单元间的供电和通信都是通过金属导线相连完成，这样的连接方式使装置的密封受到影响，并且安装运输不方便。再者由于整个集成传感器是长期掩埋于地下，金属导线会受到外界环境的腐蚀，造成传感器不能够稳定的工作。当发生雷雨天气时，由于金属导线的导电作用，雷击会打坏传感器。而非接触式供电利用磁场耦合实现“无线供电”，即采用发射端、接收端完全分离的线圈，通过高频磁场的耦合传输电能，使得在能量传输过程中无物理连接。这样可以有效解决地下位移测量集成传感器以有线供电中存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于地下位移测量集成传感器的无线电能传输装置和方法，为每个地下位移测量单元提供电能，使集成传感器摆脱有线供电的束缚。为了实现本专利技术之目的，拟采用以下的技术方案：一、一种用于地下位移测量集成传感器的无线电能传输装置：装置包括多个电能传送节点和一个地上总电源，地上总电源布置在地面上，多个电能传送节点从地面上向地底下依次间隔布置；最接近地面的第一个电能传送节点通过金属导线与地上总电源相连，其余各个电能传送节点之间以连接进行通信和供电。所述地上总电源包含AC-DC转换器，AC-DC转换器输入端连接市电，AC-DC转换器输出端连接到所述电能传送节点的微控制器MCU，AC-DC转换器将市电转换为直流电输入到第一个电能传送节点。所述的电能传送节点包括电能传输线圈、微控制器MCU、接收端电路、发送端电路、开关切换电路和无线通信模块；微控制器MCU分别与接收端电路、发送端电路和无线通信模块相连，接收端电路/发送端电路经双掷开关和电能传输线圈连接，微控制器MCU经开关切换电路连接到双掷开关，控制开关使得电能传输线圈经开关连接到接收端电路或者发送端电路。所述接收端电路包含整流滤波电路、储能电路和DC-DC转换器；整流滤波电路的输入端经双掷开关和电能传输线圈连接，整流滤波电路的输出端分为两路，一路经DC-DC转换器连接到微控制器MCU，另一路经单掷开关连接到储能电路，储能电路连接到微控制器MCU，微控制器MCU经开关切换控制线和单掷开关连接。所述的发送端电路包含线圈电压电流采集电路、逆变电路、调频驱动电路；调频驱动电路的输入端连接到微控制器MCU，调频驱动电路的输出端与逆变电路的输入端相连，逆变电路的输出端连接到电能传输线圈，逆变电路的输出端和电能传输线圈之间的电线上设有线圈电压电流采集电路，微控制器MCU经线圈电压电流反馈线和线圈电压电流采集电路连接。所述调频驱动电路包含数模转换电路、DDS信号发生电路和比较器；数模转换电路、DDS信号发生电路的输入端均连接到微控制器MCU，数模转换电路、DDS信号发生电路的输出端分别连接到比较器的两个输入端，比较器输出端连接到逆变电路的输入端；微控制器MCU控制数模转换电路输出可调直流电压信号到比较器的正向输入端，作为比较器的参考电压；同时，微控制器MCU控制DDS信号发生电路输出可调频率正弦波电压信号到比较器的反向输入端，作为比较器的比较电压；两路电压信号经比较器输出PWM波信号到逆变电路，驱动逆变电路进行逆变转换。所述的逆变电路包括两个串联连接的场效应管Q1和Q2，一个场效应管Q1的源极和另一个场效应管Q2的漏极连接，两个场效应管Q1和Q2栅极连接到调频驱动电路的输出端，两个场效应管Q1的源极和漏极之间通过二极管连接；场效应管Q2的源极和漏极两端分别连接到电能传输线圈的两端。二、一种用于地下位移测量集成传感器的无线电能传输方法：无线电能传输装置由地上总电源向最接近地面的第一个电能传送节点进行供电，电能通过微控制器MCU存储在接收端电路的储能电路中；然后相邻两个电能传送节点之间通过以下方式进行电能传输，使得从第一个电能传送节点开始作为上一个电能传送节点，向下一个电能传送节点逐个传输电能：上一个电能传送节点中，微控制器MCU通过来自无线通信模块的控制信号控制经开关切换电路控制双掷开关的导通方向，使得电能传输线圈是与发送端电路相连，并且微控制器MCU根据来自线圈电压电流采集电路实时采集接收的电能传输线圈电压电流值从接收端电路中的储能电路中获取电能向调频驱动电路发送电流输送信号，通过调频驱动电路驱动逆变电路向电能传输线圈输送电流；上一个电能传送节点的电能传输线圈通电后产生磁场，被下一个电能传送节点的电能传输线圈感应接收；下一个电能传送节点中，微控制器MCU通过来自无线通信模块的控制信号控制经开关切换电路控制双掷开关的导通方向，使得电能传输线圈是与接收端电路相连，微控制器MCU接收线圈电压电流采集电路实时采集的电能传输线圈电压电流值向调频驱动电路发送电流控制信号，通过调频驱动电路驱动逆变电路向电能传输线圈输送交流电；电能传输线圈接收的电能经整流滤波电路储存到接收端电路中的储能电路中并同时为微控制器MCU进行供电。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术将电能传输线圈、发送端电路、接收端电路、等集成为一个电能传送节点，并将多个电能传送节点间隔一定距离，形成电能传输串，再由地上总电源处理各个电能传送节点，从而为地下位移集成传感器提供电能，使其摆脱有线供电的束缚。附图说明图1是无线电能传输装置的构成示意图，图中1～M表示电能传送节点；A表示地上总电源。图2是无线电能传送节点的电路结构组成图。图3是无线电能传送节点的接收端电路的电路结构组成图。图4是无线电能传送节点的发送端电路的电路结构组成图。图5是逆变电路示意图。图6是发送端电路的调频驱动电路组成图。图7是地上总电源电路结构组成图。图8是工作流程图。具体实施方式下面根据附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明：如图1所示，包括多个电能传送节点和一个地上总电源，地上总电源布置在地面上，多个电能传送节点从地面上向地底下依次间隔布置；最接近地面的第一个电能传送节点通过金属导线与地上总电源相连，其余各个电能传送节点之间以连接进行通信和供电。本专利技术在输送电时，通过线圈产生磁场耦合的作用将上一个电能传送节点存储的电能传送到下一个电能传送节点，每个电能传送节点中安装有地下位移测量集成传感器，以此向下，将地上总电源的电能依次输送到每一个电能传送节点，从而为整个地下位移测量集成传感器的供电。具体实施中，如图1所示，是由从下而上依次1～M个电能传送节点沿竖直直线间隔排列组成，每个电能传送节点中安装有地下位移测量集成传感器，其中第M个电能传送节点与地上总电源通过金属导线相连。如图7所示，地上总电源包含AC-DC转换器，AC-DC转换器输入端连接市电，AC-DC转换器输出端连接到所述电能传送节点的微控制器MC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于地下位移测量集成传感器的无线电能传输装置，其特征在于：包括多个电能传送节点和一个地上总电源，地上总电源布置在地面上，多个电能传送节点从地面上向地底下依次间隔布置；最接近地面的第一个电能传送节点通过金属导线与地上总电源相连，其余各个电能传送节点之间以连接进行通信和供电。

【技术特征摘要】
1.一种用于地下位移测量集成传感器的无线电能传输装置，其特征在于：包括多个电能传送节点和一个地上总电源，地上总电源布置在地面上，多个电能传送节点从地面上向地底下依次间隔布置；最接近地面的第一个电能传送节点通过金属导线与地上总电源相连，其余各个电能传送节点之间以连接进行通信和供电。2.根据权利要求1所述的一种用于地下位移测量集成传感器的无线电能传输装置，其特征在于：所述地上总电源包含AC-DC转换器，AC-DC转换器输入端连接市电，AC-DC转换器输出端连接到所述电能传送节点的微控制器MCU，AC-DC转换器将市电转换为直流电输入到第一个电能传送节点。3.根据权利要求1所述的一种用于地下位移测量集成传感器的无线电能传输装置，其特征在于：所述的电能传送节点包括电能传输线圈、微控制器MCU、接收端电路、发送端电路、开关切换电路和无线通信模块；微控制器MCU分别与接收端电路、发送端电路和无线通信模块相连，接收端电路/发送端电路经双掷开关和电能传输线圈连接，微控制器MCU经开关切换电路连接到双掷开关，控制开关使得电能传输线圈经开关连接到接收端电路或者发送端电路；所述接收端电路包含整流滤波电路、储能电路和DC-DC转换器；整流滤波电路的输入端经双掷开关和电能传输线圈连接，整流滤波电路的输出端分为两路，一路经DC-DC转换器连接到微控制器MCU，另一路经单掷开关连接到储能电路，储能电路连接到微控制器MCU，微控制器MCU经开关切换控制线和单掷开关连接；所述的发送端电路包含线圈电压电流采集电路、逆变电路、调频驱动电路；调频驱动电路的输入端连接到微控制器MCU，调频驱动电路的输出端与逆变电路的输入端相连，逆变电路的输出端连接到电能传输线圈，逆变电路的输出端和电能传输线圈之间的电线上设有线圈电压电流采集电路，微控制器MCU经线圈电压电流反馈线和线圈电压电流采集电路连接。4.根据权利要求2所述的一种用于地下位移测量集成传感器的无线电能传输装置，其特征在于：所述调频驱动电路包含数模转换电路、DDS信号发生电路和比较器；数模转换电路、DDS信号发生电路的输入端均连接到微控制器MCU，数模转换电路、DDS信号发生电路的输出端分别连接到比较器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李青，吴轶，施阁，童仁园，王燕杰，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33