无线电能传输电、磁、热及温升测试系统、方法、设备技术方案

本发明专利技术属于无线电能测试技术领域，公开了一种无线电能传输电、磁、热及温升测试系统、方法、设备，包括：机械结构模块利用机械结构结合两相式步进电机带动电磁场测量探头到达空间各点，进行定位和固定；电磁场测量模进行电磁场强度测量；温度场测量模块对无线电能传输线圈关键点进行测量，对空间温度场进行测量；运动控制模块进行机械结构的准确即时控制；数据处理分析模块进行测量数据的存储。本发明专利技术利用EHP

【技术实现步骤摘要】
无线电能传输电、磁、热及温升测试系统、方法、设备


[0001]本专利技术属于无线电能测试
，尤其涉及一种无线电能传输电、磁、热及温升测试系统、方法、设备。

技术介绍

[0002]目前，随着科学技术的不断发展，磁耦合谐振式无线电能传输(Wireless power transfer)在2007年被MIT首次提出后，迅速引发全球相关研究人员进行深入研究。但是至今对于磁耦合谐振式无线电能传输的能量传输机理仍存在争议，而磁场作为能量传输的媒介，其磁场的大小与空间分布对于磁耦合谐振状态下无线电能传输机理研究具有重要意义。同时其传输空间的热场分布以及线圈温升研究对于WPT系统性能的可靠性研究及传输效率相当重要。
[0003]目前通常利用磁场仿真对磁场情况进行了解，但仿真与实际情况之间存在各种误差，因此实现对于无线电能传输装置磁场分布情况的测量具有实际意义。现阶段市场上存在的磁场测量仪器种类较多、较为精密的仪器价格高、体积大，测量频率范围较低，对于无线电能传输系统的测量适用性差，且价格昂贵。专门针对磁耦合谐振式WPT系统空间交变磁场测量的研究更少，因此研究开发一套实现WPT系统空间磁场测量的仪器十分必要。
[0004]磁场在整体上包括自然磁场和人造磁场两类，其中自然磁场又可以被细分为地磁场和生物磁场，随着人们认识和检测技术的发展，对磁场进行了更加细化的分类。按照磁场强度可以分为：超强磁场(大于10T)、中强磁场(10
‑4‑
10T)、弱磁场(10
‑9‑
10
‑r/>4T)和微弱磁场(小于10
‑
9T)等；以磁场频率作为划分标准，磁场可分为：静磁场、直流磁场、脉冲磁场、交流磁场；其中由稳恒电流激发的为静磁场，而交变磁场即时变磁场，磁场方向与大小不恒定，随时间变化。在时变磁场中，有一种很普遍的时变形式，就是场量随着时间做正弦或者余弦形式的变化，叫做时谐电磁场。不同磁场的效应也有所差别，因此针对不同磁场需要不同的测量方法。
[0005]根据不同磁场特性需要不同的测量方法，本装置主要研究交变磁场的测量。导电介质放入交变磁场中，通常会产生趋肤效应和涡流效应。根据导电媒质的不同，还会产生一些其他的效应。例如闭合线圈在交变磁场作用下会有电磁感应现象，矩形的半导体在交变磁场中产生霍尔效应，铁磁材料会表现出磁阻效应。这些原理都可以用来测量交变磁场，测量交变磁场的主要方法包括：感应线圈法、霍尔效应法、磁通门法、超导效应法、磁阻效应法等。
[0006](1)感应线圈法
[0007]感应线圈法测量磁场利用线圈作为传感探测器。探测精度最弱可达20FT，且无测量上限。此种测量方法的测量频率为1Hz
‑
1MHz，但是其测量磁场极易受环境影响，探测线圈的电阻、感应系数和输出电路等均会影响传感器的频率响应特性。
[0008](2)磁通门法
[0009]磁通门传感器最早是在上世纪三十年代被用来测量地磁场，发展到现在，有了很
多的改进。磁通门传感器可测量磁场强度为10
‑
6～102G的直流或者缓慢变化的交流磁场。其主要是利用高磁导率的软磁材料作磁芯，运用法拉第电磁感应定律和磁芯在交流磁场中的次饱和原理研制的测量磁场的装置。近年来，随着工业信息科学技术发展，一些低损耗、低磁致伸缩、低矫顽力、高导磁率和高饱和磁效应的软磁材料的出现，以及计算机技术的应用，使得磁通门传感器向着集成化小型化方向发展，降低了其价格。主要应用在测量弱磁场方面，三分量磁通门传感器的应用较为广泛，其特点是体积小、稳定性高、安装简单，现已用在舰艇、地磁、磁性检测站、井中和金属探测等中磁场测量的场合。
[0010]利用磁调制原理进行弱磁场的测量，即在交变磁场饱和激励作用下，处于磁场中的铁芯材料磁芯的磁感应强度与磁场强度具有非线性关系。磁通门法主要包括非谐波选择法和谐波选择法，第一种是考虑测量探头的感应电动势所有频谱而不进行滤波；第二种是只测量偶次谐波，滤除其它谐波。
[0011](3)霍尔效应法
[0012]霍尔效应是将导体安放于待测磁场中，当导体中通过的电流方向与磁场方向垂直时，会在与电流、磁场方向都垂直的面上出现电势差。霍尔效应本质是电子漂移过程中受到了洛伦兹力的作用。由于半导体中存在数量较少的自由电子，电子的漂移速度相对大，导致洛伦兹力较大，因此霍尔电压也较大，所以半导体比导体的霍尔效应明显。
[0013]随着20世纪60年代半导体器件的兴起，这种方法广泛的运用到了实际的磁场测量中，技术也是比较的成熟。但是霍尔器件容易受到温度的影响，测量范围一般是恒定磁场到1MHz的交变磁场，当频率再高时，霍尔器件的温度也上升，这时可测量的磁场强度大幅减弱。其次，它的噪声水平和灵敏度也有待进一步的提高。
[0014](4)磁阻效应法
[0015]磁阻效应是指金属或半导体在外磁场的作用下产生相应的变化的现象。巨磁阻传感器(GMR)、各向异性磁电阻传感器(AMR)等均是利用磁阻效应制成。其中各向异性磁电阻传感器应用广泛，且具备功耗低、体积小，频率响应较好，但灵敏度范围较小的特点。
[0016](5)磁光效应法
[0017]早在1845年，英国物理学家和化学家就发现了磁光效应。磁光效应法正是应用了此效应，在磁场中放入传光物质，这时磁光效应会使得光的相位、振幅或者是偏振状态发生变化。
[0018]自从1976年以来，光纤通讯技术和光电子技术得到了非常迅速的发展，一些技术的飞速发展，使得光纤传感技术也运用到磁场测量中。光纤不会对被测场产生影响，并且有耐高温、耐腐蚀和耐高压等特点，故光纤传感器能在比较恶劣的环境中正常使用，比如可以用于测量超导磁体中的强磁场。另外它还具有体积小、重量轻、频带宽、灵敏度高和动态范围大等优点。但是其成本比较高，这也是影响其广泛应用的一个很重要的因素。
[0019](6)超导效应法
[0020]超导效应法原理是超导结中的临界电流会随磁场周期起伏，人们利用这种现象来测量磁场。由于超导材料的低温环境很难到达，目前主要是对高温超导进行研究，如超导量子干涉仪(SQUID)就是一种非常典型的高温超导测磁仪。SQUID能够感应的磁场范围为几fT到9T，而人脑产生的磁场约为数十fT，这一优良的特性使得SQUID在医学领域得到广泛应用，用于测量人脑部、心脏、肌肉等部位的磁场，为疾病的分析和诊断提供了重要的信息。该
方法为超弱磁场的测量提供了可能，但是其成本也是非常的高。
[0021](7)电磁感应法
[0022]电磁感应法测量磁场是一种非常经典的测量磁场的方法。其应用的原理就是法拉第电磁感应定律，定律表明：当导体回路l所包围的面积S中磁通量发生变化时，这个回路会产生感应电动势，且在回路闭合时产生感应电流。
[0023]所以说利用电磁感应法来测量变化磁场的场强，就是通过测量感应线圈两端的感应电动势来计算出磁感应强度的。运用此方法可以测量多种磁场，比如交流磁场、脉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线电能传输电、磁、热及温升测试系统，其特征在于，所述无线电能传输电、磁、热及温升测试系统包括：机械结构模块，用于利用机械结构结合两相式步进电机带动电磁场测量探头到达空间各点，进行定位和固定；电磁场测量模块，用于利用传感器探头进行电磁场强度测量；温度场测量模块，用于利用热偶电阻对无线电能传输线圈关键点进行测量，同时采用高精度热成像仪对空间温度场进行测量；运动控制模块，用于通过控制步进电机进行机械结构的准确即时控制；数据处理分析模块，用于进行测量数据的存储以及处理，并绘制电场、磁场、温度场强度三维曲面图。2.如权利要求1所述无线电能传输电、磁、热及温升测试系统，其特征在于，所述传感器探头为EHP
‑
200长短波选频分析仪。3.如权利要求1所述无线电能传输电、磁、热及温升测试系统，其特征在于，所述热偶电阻为PT100温度传感器；所述PT100温度传感器设置在无线电能传输耦合器的特定位置，用于获取关键点的温度变化情况。4.如权利要求1所述无线电能传输电、磁、热及温升测试系统，其特征在于，所述高精度热成像仪为Fluke TiS60+热成像仪，用于对无线电能传输系统耦合谐振器间区域温度场进行测量。5.如权利要求1所述无线电能传输电、磁、热及温升测试系统，其特征在于，所述运动控制模块包括：运动控制单元，包括电机驱动器、控制器、电源、PC机；电机驱动控制单元，包括驱动器、控制器、通信串口；运动控制单元，包括机箱。6.如权利要求5所述无线电能传输电、磁、热及温升测试系统，其特征在于，所述机箱中集成设置有：电源、驱动器、控制器；所述机箱正面设置有一个指示灯以及两个插口；所述指示灯用于显示电源是否接通；所述两个插口为一个电源插口、一个控制器串口通信线。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李达，高嵬，高键鑫，吴沛航，安春阳，饶凡，宋祎轩，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：