一种基于雷达测距和多线圈耦合技术的电动汽车无线电能传输系统金属异物检测装置制造方法及图纸

一种基于雷达测距和多线圈耦合技术的电动汽车无线电能传输系统金属异物检测装置，属于无损检测领域。其特征在于分别采用调频连续波(FMCW)雷达测距技术和多线圈耦合金属探测技术对工作前和充电过程中的电动汽车无线电能传输系统状态进行实时监测。所述装置包括雷达扫描模块1、距离监控模块2、短距离金属探测模块3、模数转换模块4、状态识别与信息传输模块5、上位机监控模块6、警报安全模块7和充电闭合模块8，实现对工作前和充电过程中的电动汽车无线充电系统的状态监测。本装置通过检验多线圈耦合磁场变化、计算各扫描点与系统接收线圈表面的距离检测无线充电系统异物状况，检测到异常时发出报警信号以避免更大的损失。本发明专利技术能够及时有效地对电动汽车无线充电系统状态进行实时监测，装置结构简单、便于人机交互操作，有较高的使用价值。

A Metal Foreign Object Detection Device for Electric Vehicle Radio Power Transmission System Based on Radar Ranging and Multi-coil Coupling Technology

A metal foreign body detection device for electric vehicle radio power transmission system based on radar ranging and multi-coil coupling technology belongs to the field of non-destructive testing. It is characterized by using FMCW radar ranging technology and multi-coil coupled metal detection technology to real-time monitor the status of electric vehicle radio power transmission system before and during charging. The device includes radar scanning module 1, distance monitoring module 2, short-distance metal detection module 3, analog-to-digital conversion module 4, state identification and information transmission module 5, host computer monitoring module 6, alarm safety module 7 and charging closure module 8, to realize the status monitoring of the wireless charging system of electric vehicles before and during operation. The device detects the foreign body condition of the wireless charging system by checking the change of multi-coil coupling magnetic field, calculating the distance between each scanning point and the surface of the receiving coil of the system, and sends out alarm signal when abnormal is detected to avoid greater loss. The invention can timely and effectively monitor the status of the wireless charging system of electric vehicles in real time. The device has simple structure, is convenient for human-computer interaction and has high use value.

【技术实现步骤摘要】
一种基于雷达测距和多线圈耦合技术的电动汽车无线电能传输系统金属异物检测装置
本专利技术涉及一种基于雷达测距和多线圈耦合技术的电动汽车无线电能传输系统金属异物检测装置，具体地涉及一种应用厘米级检测线圈阵列组耦合金属探测技术和调频连续波雷达高精度测距技术检测电动汽车无线电能传输系统金属异物的装置，属于无损检测领域。
技术介绍
在经济高速发展的今天，传统有线输电方式的缺陷越来越明显。导线过多会占用很大的空间，电线之间相互摩擦会使其变得老旧脆化，电线老化后会有拔插电火花、跳发电弧等安全隐患，在水、矿井或油田等复杂环境中，也会有用电不安全的问题。所以，无线电能传输必将是未来电力系统发展的方向。但是，无线电能传输技术在为人们带来新前景的同时也会有这样那样的问题。在实际应用中，发射线圈与接收线圈间可能会出现金属异物，它将影响到线圈电磁参数，进而影响系统工作频率。同时，由于涡流效应，金属障碍物将产生涡流损耗。更严重的是，金属会因涡流效应使其表面温度急剧上升，如此时遇到可燃性材料(塑料袋等)将会引发火灾，亦或者金属异物会在高频电磁力的作用下产生飞溅，对人们的生命财产安全造成极大的安全隐患。对于以上情况的实时检测，现在已经采用的方法有热检测、传感器检测、系统预埋电磁线圈检测等，但这些方法都存在着检测准确性、实时性、恶劣条件下的适应性较差等诸多问题，尤其是部分装置存在着实现难度很大、影响充电功率和效率，甚至破坏电动汽车无线电能传输系统本身结构的问题，因而需要一个能够适应恶劣条件下能够实时准确检测电动汽车无线电能传输系统运行状态的装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有的电动汽车无线电能传输系统检测装置的不足，通过采用厘米级检测线圈阵列组耦合金属探测技术、雷达高精度测距原理与相关技术，设计一种能够适应恶劣条件、实时准确检测工作中电动汽车无线电能传输系统状况的装置。本专利技术装置包括雷达扫描模块1、距离监控模块2、短距离金属探测模块3、模数转换模块4、状态识别与信息传输模块5、上位机监控模块6、警报安全模块和充电闭合模块8。雷达扫描模块1通过化学试剂粘黏在弹簧减震与散热装置上安装于汽车底盘。距离监控模块2由DSP芯片、控制芯片与外围电路组成。雷达扫描模块1的发射端向电动汽车无线充电系统的发射端发射毫米波、接收端接收反射回波，雷达扫描模块1中的接收端与距离监控模块2中的DSP芯片相连接以实现数据传输，距离监控模块2中的控制芯片和状态识别与信息传输模块5相连接。短距离金属探测模块3由高频振荡器、DSP芯片、控制芯片、检测线圈与功率放大器组成，短距离金属探测模块3位于电动汽车无线电能传输系统的一侧，其测量产生的模拟信号经过模数转换模块4将模拟量转化为数字量并传递给状态识别与信息传输模块5。状态识别与信息传输模块5接收距离监控模块2和模数转换模块4传来的信号，对无线充电系统状态进行判别，通过与上位机监控模块6和警报安全模块7连接，在判决结果异常时启动警报安全模块7并告知上位机。充电闭合模块8和状态识别与信息传输模块5并联，在电动汽车无线电能传输系统工作后闭合，实现雷达扫描模块1的实时监测功能。雷达扫描模块1通过弹簧阵列固定在汽车底盘上，以保证雷达扫描模块1尽量不受路面颠簸和汽车发动机余热的影响。雷达扫描模块1由毫米波发射端和回波接收端组成，雷达扫描模块1选取能够发射毫米波的调频连续波雷达，并安装于汽车底盘对电动汽车无线充电系统发射端进行逐行扫描。短距离金属探测模块3的检测功能由多个厘米级阵列线圈组实现，能够对电动汽车无线充电系统发射端进行逐次扫描，保证短距离内金属探测的精准度。本专利技术具有积极的效果：(1)本专利技术设计的检测装置，结构简单，易于工作人员进行系统控制；(2)本检测装置在使用时能够较大程度地提高系统异物检出率；(3)本检测装置能够达到对电动汽车无线电能传输系统运行状态实时监测的要求；(4)本装置发射调频连续波体制的毫米波以及多线圈耦合金属探测器具有精度高、抗干扰能力较强等特点，恶劣条件下适应性好。附图说明图1是本专利技术的配置示意图；图2是短距离金属探测模块3的构造示意图；图3是短距离金属探测模块3的内部检测线圈排布示意图。图1中的硬件配置标记如下：雷达扫描模块1、距离监控模块2、短距离金属探测模块3、模数转换模块4、状态识别与信息传输模块5、上位机监控模块6、警报安全模块和充电闭合模块8。图2中的各部件标记如下：电动汽车无线充电系统发射端1、短距离金属探测器2、升降箱3、固定托把4、伸缩轴5。具体实施方式下面结合附图阐述
技术实现思路
的具体实施方式。图1所示的是一种基于雷达测距和多线圈耦合技术的电动汽车无线电能传输系统金属异物检测装置，包括雷达扫描模块1、距离监控模块2、短距离金属探测模块3、模数转换模块4、状态识别与信息传输模块5、上位机监控模块6、警报安全模块7和充电闭合模块8。在电动汽车无线电能传输系统工作前，雷达扫描模块1的发射端生成并向准备工作的待测电动汽车无线充电系统发射端发出毫米波，对无线充电系统发射端表面进行高速逐行扫描，雷达扫描模块1接收端进行回波接收与时间数据提取，距离监控模块2中的DSP芯片通过发射高频连续波时刻与接收回波时刻，计算得到各扫描点发射高频连续波通过待测系统发射端表面反射后到达回波接收端所经过路径的距离值。与此同时，短距离金属探测模块3在电机及程序的联合驱动下，对无线充电系统发射端表面进行近距离的逐行逐段扫描，通过对比电流、电压波形，精准识别无线充电系统发射端表面的金属异物情况，为系统工作环境提供双重保障。状态识别与信息传输模块5的DSP芯片将距离数据、电流电压波形发送至控制芯片后，控制芯片通过对二者的判断，监测系统异常情况。并经由上位机监控模块6通过无线通信方式将检测数据与判决结果发送到上位机实现人工监测与控制，如若判决结果异常则启动警报安全模块7。在电动汽车无线电能传输系统工作后，短距离金属探测模块3自动收拢归位，充电闭合模块8闭合，使状态识别与信息传输模块5进入短路状态，雷达扫描模块1的发射端生成并向待测运行过程中的电动汽车无线充电系统发射端发出毫米波，对无线充电系统发射端表面进行高速逐行扫描，雷达扫描模块1接收端进行回波接收与时间数据提取，距离监控模块2中的DSP芯片通过发射高频连续波时刻与接收回波时刻，计算得到各扫描点发射高频连续波通过待测系统发射端表面反射后到达回波接收端所经过路径的距离值，状态识别与信息传输模块5的DSP芯片将距离数据发送至控制芯片后，控制芯片通过判断充电系统发射端表面各扫描点的距离值对异常情况进行监测，并经由上位机监控模块6通过无线通信方式将检测数据与判决结果发送到上位机实现人工监测与控制，如若判决结果异常则启动警报安全模块7。图2所示的是短距离金属探测模块3的构造示意图，短距离金属探测器2通过升降箱3内的机械传动结构左右平移，实现对电动汽车无线充电系统发射端1的逐行逐段扫描。升降箱3通过固定托把4连接伸缩轴5，伸缩轴5关联驱动电机，可实现短距离金属探测模块整体收拢归位。图3所示的是短距离金属探测模块3的内部检测线圈排布示意图，图中所示线圈组均为厘米级阵列线圈组，布局简单，易于实现，检测精度高。以上对本专利技术的一个实施例进行了详细说明，而非对本专利技术的限制，有关技术领本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于雷达测距和多线圈耦合技术的电动汽车无线电能传输系统金属异物检测装置，其特征在于故障检测装置包括雷达扫描模块1、距离监控模块2、短距离金属探测模块3、模数转换模块4、状态识别与信息传输模块5、上位机监控模块6、警报安全模块和充电闭合模块8。雷达扫描模块1通过化学试剂粘黏在弹簧减震与散热装置上安装于汽车底盘。距离监控模块2由DSP芯片、控制芯片与外围电路组成。雷达扫描模块1的发射端向电动汽车无线充电系统的发射端发射毫米波、接收端接收反射回波，雷达扫描模块1中的接收端与距离监控模块2中的DSP芯片相连接以实现数据传输，距离监控模块2中的控制芯片和状态识别与信息传输模块5相连接。短距离金属探测模块3由高频振荡器、DSP芯片、控制芯片、检测线圈与功率放大器组成，短距离金属探测模块3位于电动汽车无线电能传输系统的一侧，其测量产生的模拟信号经过模数转换模块4将模拟量转化为数字量并传递给状态识别与信息传输模块5。状态识别与信息传输模块5接收距离监控模块2和模数转换模块4传来的信号，对无线充电系统进行判别，通过与上位机监控模块6和警报安全模块7连接，在判决结果异常时启动警报安全模块7并告知上位机。充电闭合模块8和状态识别与信息传输模块5并联，在电动汽车无线电能传输系统工作后闭合，实现雷达扫描模块1的实时监测功能。...

【技术特征摘要】
1.一种基于雷达测距和多线圈耦合技术的电动汽车无线电能传输系统金属异物检测装置，其特征在于故障检测装置包括雷达扫描模块1、距离监控模块2、短距离金属探测模块3、模数转换模块4、状态识别与信息传输模块5、上位机监控模块6、警报安全模块和充电闭合模块8。雷达扫描模块1通过化学试剂粘黏在弹簧减震与散热装置上安装于汽车底盘。距离监控模块2由DSP芯片、控制芯片与外围电路组成。雷达扫描模块1的发射端向电动汽车无线充电系统的发射端发射毫米波、接收端接收反射回波，雷达扫描模块1中的接收端与距离监控模块2中的DSP芯片相连接以实现数据传输，距离监控模块2中的控制芯片和状态识别与信息传输模块5相连接。短距离金属探测模块3由高频振荡器、DSP芯片、控制芯片、检测线圈与功率放大器组成，短距离金属探测模块3位于电动汽车无线电能传输系统的一侧，其测量产生的模拟信号经过模数转换模块4将模拟量转化为数字量并传递给状态识别与信息传输模块5。状态识别与信息传输模块5接收距离监控模块2和模数转换模块4传来的信号，对无线充电系统进行判别，通过与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辰羽，牛萍娟，张献，隋宇，李玉豪，马雪茹，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12