水下磁耦合谐振无线电能与信号传输系统技术方案

本申请涉及水下磁耦合谐振无线电能与信号传输系统，包括传输接口模块、第一电能变换模块、第一调谐与阻抗匹配网络、第一耦合线圈、第二调谐与阻抗匹配网络、信号采样与解调模块、信号调制与发射模块、第三调谐与阻抗匹配网络、第二耦合线圈、第四调谐与阻抗匹配网络以及第二电能变换模块；传输接口模块串联第一电能变换模块、第一调谐与阻抗匹配网络和第一耦合线圈；第二耦合线圈串联第四调谐与阻抗匹配网络和第二电能变换模块；信号调制与发射模块串联第三调谐与阻抗匹配网络和第二耦合线圈；第一耦合线圈串联第二调谐与阻抗匹配网络、信号采样与解调模块和传输接口模块；第一耦合线圈与第二耦合线圈通过磁场耦合实现无线电能与信号传输。线电能与信号传输。线电能与信号传输。

【技术实现步骤摘要】
水下磁耦合谐振无线电能与信号传输系统


[0001]本申请涉及磁耦合谐振无线电能传输
，特别是涉及水下磁耦合谐振无线电能与信号传输系统。

技术介绍

[0002]近年来，水下机器人技术发展十分迅速，在海洋探测、水下维修作业等领域发挥着越来越重要的作用。然而，水下机器人的能源供给问题仍未得到彻底解决，当前的电能供应方式主要有几种：一是为水下机器人连接电缆供电，但电缆会限制水下机器人的作业距离，且容易缠绕水下物体而引发事故。二是通过电池供电，并通过水下湿插拔接口为水下机器人电池充电，但湿插拔接口操作维护过程复杂、成本昂贵，且由于插拔力较大，容易导致接口磨损而产生漏电事故。因此，迫切需要探索更高效、更可靠的电能补给方法。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种水下磁耦合谐振无线电能与信号传输系统，可以简单方便、安全高效地实现水下机器人的充电。
[0004]水下磁耦合谐振无线电能与信号传输系统，包括：水下预置系统以及能量接收与信号发射系统；所述水下预置系统与海底电缆相连接；所述能量接收与信号发射系统安装在水下机器人上；
[0005]所述水下预置系统包括：传输接口模块、第一电能变换模块、第一调谐与阻抗匹配网络、第一耦合线圈、第二调谐与阻抗匹配网络以及信号采样与解调模块；
[0006]所述能量接收与信号发射系统包括：信号调制与发射模块、第三调谐与阻抗匹配网络、第二耦合线圈、第四调谐与阻抗匹配网络以及第二电能变换模块；
[0007]在无线电能传输过程中：
[0008]所述传输接口模块与海底电缆相连接，并依次串联所述第一电能变换模块、所述第一调谐与阻抗匹配网络和所述第一耦合线圈以形成电能输入线路；所述第二耦合线圈依次串联所述第四调谐与阻抗匹配网络和所述第二电能变换模块以形成电能输出线路，所述第二电能变换模块与水下机器人相连接；
[0009]在信号传输过程中：
[0010]所述信号调制与发射模块与水下机器人相连接，并依次串联所述第三调谐与阻抗匹配网络和所述第二耦合线圈以形成信号输入线路；所述第一耦合线圈依次串联所述第二调谐与阻抗匹配网络、所述信号采样与解调模块和所述传输接口模块以形成信号输出线路；
[0011]所述第一耦合线圈与所述第二耦合线圈之间通过磁场耦合实现无线电能与信号传输，所述电能输入线路以及所述电能输出线路一起构成电能传输通道，所述信号输入线路以及所述信号输出线路一起构成信号传输通道。
[0012]在一个实施例中，所述第一调谐与阻抗匹配网络、所述第二调谐与阻抗匹配网络、
所述第三调谐与阻抗匹配网络、所述第四调谐与阻抗匹配网络均用于：调谐第一耦合线圈与第二耦合线圈，并且调控系统电路的阻抗特性，使电能传输通道与信号传输通道分别在不同的阻抗特性下运行。
[0013]在一个实施例中，所述第一调谐与阻抗匹配网络、所述第二调谐与阻抗匹配网络、所述第三调谐与阻抗匹配网络、所述第四调谐与阻抗匹配网络均包括：一个补偿电感与两个补偿电容；
[0014]所述补偿电感与一个补偿电容并联后再与另一个补偿电容串联。
[0015]在一个实施例中，所述传输接口模块将海底电缆输出的电能输入给第一电能变换模块，并将信号采集与解调模块输出的测量信号输入给海底电缆。
[0016]在一个实施例中，所述第一电能变换模块将传输接口模块输出的直流电转换为高频交流电，并输入给第一调谐与阻抗匹配网络。
[0017]在一个实施例中，所述第一耦合线圈将第一调谐与阻抗匹配网络输出的电能转换为磁场能，并将第二耦合线圈经过磁耦合输出的磁信号转换为电信号。
[0018]在一个实施例中，所述第二耦合线圈将第一耦合线圈经过磁耦合输出的磁场能转换为电能，并将第三调谐与阻抗匹配网络输出的电信号转换为磁信号。
[0019]在一个实施例中，所述第二电能变换模块将所述第四调谐与阻抗匹配网络输出的高频交流电转换为直流电，并输入给水下机器人电池模块。
[0020]在一个实施例中，所述信号调制与发射模块将水下机器人传感器模块输出的测量信号转换为调制后电信号，并输入给第三调谐与阻抗匹配网络。
[0021]在一个实施例中，所述信号采集与解调模块将第二调谐与阻抗匹配网络输出的电信号复原出测量信号，并输入给传输接口模块。
[0022]上述水下磁耦合谐振无线电能与信号传输系统，利用无线电能传输技术为水下机器人实现水下非接触式充电，可克服传统湿插拔充电接口易磨损、易漏电等问题，显著提升水下机器人充电的安全性、灵活性；且拓宽了作业距离，降低了实现成本、操作简单、高效可靠。此外，利用磁耦合谐振无线电能传输技术还可以在为水下机器人充电的同时实现水下无线通信，将水下机器人传感器测量的数据高质量地传出，因此极具应用价值。
附图说明
[0023]图1为一个实施例中水下磁耦合谐振无线电能与信号传输系统的示意图；
[0024]图2为一个实施例中水下预置系统、能量接收与信号发射系统的电路拓扑的示意图。
具体实施方式
[0025]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0026]如图1至图2所示，本申请提供的水下磁耦合谐振无线电能与信号传输系统，在一个实施例中，包括：水下预置系统以及能量接收与信号发射系统；所述水下预置系统与海底电缆相连接；所述能量接收与信号发射系统安装在水下机器人上；
[0027]所述水下预置系统包括：传输接口模块、第一电能变换模块、第一调谐与阻抗匹配网络、第一耦合线圈、第二调谐与阻抗匹配网络以及信号采样与解调模块；
[0028]所述能量接收与信号发射系统包括：信号调制与发射模块、第三调谐与阻抗匹配网络、第二耦合线圈、第四调谐与阻抗匹配网络以及第二电能变换模块；
[0029]在无线电能传输过程中：
[0030]所述传输接口模块与海底电缆相连接，并依次串联所述第一电能变换模块、所述第一调谐与阻抗匹配网络和所述第一耦合线圈以形成电能输入线路；所述第二耦合线圈依次串联所述第四调谐与阻抗匹配网络和所述第二电能变换模块以形成电能输出线路，所述第二电能变换模块与水下机器人相连接；
[0031]在信号传输过程中：
[0032]所述信号调制与发射模块与水下机器人相连接，并依次串联所述第三调谐与阻抗匹配网络和所述第二耦合线圈以形成信号输入线路；所述第一耦合线圈依次串联所述第二调谐与阻抗匹配网络、所述信号采样与解调模块和所述传输接口模块以形成信号输出线路；
[0033]所述第一耦合线圈与所述第二耦合线圈之间通过磁场耦合实现无线电能与信号传输，所述电能输入线路以及所述电能输出线路一起构成电能传输通道，所述信号输入线路以及所述信号输出线路一起构成信号传输通道。
[0034]在本实施例中，海底电缆通过传输接口模块与水下预置系统相连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水下磁耦合谐振无线电能与信号传输系统，其特征在于，包括：水下预置系统以及能量接收与信号发射系统；所述水下预置系统与海底电缆相连接；所述能量接收与信号发射系统安装在水下机器人上；所述水下预置系统包括：传输接口模块、第一电能变换模块、第一调谐与阻抗匹配网络、第一耦合线圈、第二调谐与阻抗匹配网络以及信号采样与解调模块；所述能量接收与信号发射系统包括：信号调制与发射模块、第三调谐与阻抗匹配网络、第二耦合线圈、第四调谐与阻抗匹配网络以及第二电能变换模块；在无线电能传输过程中：所述传输接口模块与海底电缆相连接，并依次串联所述第一电能变换模块、所述第一调谐与阻抗匹配网络和所述第一耦合线圈以形成电能输入线路；所述第二耦合线圈依次串联所述第四调谐与阻抗匹配网络和所述第二电能变换模块以形成电能输出线路，所述第二电能变换模块与水下机器人相连接；在信号传输过程中：所述信号调制与发射模块与水下机器人相连接，并依次串联所述第三调谐与阻抗匹配网络和所述第二耦合线圈以形成信号输入线路；所述第一耦合线圈依次串联所述第二调谐与阻抗匹配网络、所述信号采样与解调模块和所述传输接口模块以形成信号输出线路；所述第一耦合线圈与所述第二耦合线圈之间通过磁场耦合实现无线电能与信号传输，所述电能输入线路以及所述电能输出线路一起构成电能传输通道，所述信号输入线路以及所述信号输出线路一起构成信号传输通道。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一调谐与阻抗匹配网络、所述第二调谐与阻抗匹配网络、所述第三调谐与阻抗匹配网络、所述第四调谐与阻抗匹配网络均用于：调谐第一耦合线圈与第二耦合线圈，并且调控系统电路的阻抗特性，使电能传输通道与...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆彦廷，戴卓月，杨拥民，彭俊杰，李磊，郁殿龙，沈国际，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：