一种海下无线电能和信号共享通道传输系统及传输方法技术方案

本发明专利技术公开了一种海下无线电能和信号共享通道传输系统，包括无线电能传输线路和无线信号传输线路，通过利用共同的磁场谐振式线圈及耦合线圈进行无线电能和信号的传输。无线电能传输线路具体结构为：包括依次连接的电源、高频逆变电路、能量谐振补偿电路、耦合线圈、高频整流电路、电压调理电路及负载，所述无线信号传输线路具体结构为：高频载波电路、模拟开关、调制信号电路、耦合线圈、信号提取电路、信号解调电路、数字信号，其中模拟开关还接入数字信号，所述无线电能传输线路和无线信号传输线共用同一个耦合线圈。本发明专利技术还公开了一种海下无线电能和信号共享通道传输方法，本发明专利技术实现电能高效传输、便捷充电以及电能与信号共用一个传输通道。一个传输通道。一个传输通道。

【技术实现步骤摘要】
一种海下无线电能和信号共享通道传输系统及传输方法


[0001]本专利技术属于无线电能传输
，具体涉及一种海下无线电能和信号共享通道传输系统，本专利技术还涉及一种海下无线电能和信号共享通道传输方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术、控制技术及开关电源相关技术的发展，电能和信号传输逐渐从以电缆为传输媒介的传统传输方式逐渐向无线传输方向发展。尤其是对于需要在水介质中长时间工作的电气设备而言，能量供应是维持其正常工作的关键因素，但由电缆进行物理连接的传统传输方式在水介质中运用是极为不方便的并且存在较大的安全隐患。目前，海下电气设备主要有有缆水下机器人(Remote Operated Vehicle，ROV)、水下无人潜航器(Underwater Unmanned Vehicle，UUV)、自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)、复合型潜水器(Autonomous Remotely Vehicle，ARV)。传统的水下设备电能补给方式主要有三种：电缆供电、打捞回收后
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储能装置插拔式充电、打捞回收后
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更换储能装置。这三种目前均存在一定的局限性，水下电缆供电方式由于受到电缆自身重量、水下机械特性等相关因素的影响，其极大的缩小了电气设备的活动范围，并且该方式对电缆接口的安全可靠性以及密封性有极高的要求；打捞回收后蓄电的两种方式均需要人工操作，其自动化性，充电隐蔽性均较差。而且湿插拔方式的操作维护过程复杂，成本昂贵，插拔力较大，需要反复插拔，导致接口磨损严重，易产生漏电事故，可靠性和安全性不高。传统的海下设备供电方式极大限制了水下电气设备的活动范围、执行能力以及电气设备在水下持续运行的时长，所以发展新型的水下供能方式正成为当前研究热点。
[0003]新型的电能传输方式基本上都是以实现无线电能传输为目的作为研究方向。当前主要的无线电能传输技术主要有：非接触感应式耦合电能传输(Inductively coupled Power Transfer，ICPT)、磁场谐振式(Electro
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magnetic Resonant Power Transmission，ERPT)、微波辐射式(Microwave Power Transmission，MPT)、射频电能传输技术(Radio Frequency Power Transmission，RFPT)等。由于水下坏境对微波辐射式、激光式以及超声波式等几种无线电传输方式影响较大，所以其不适合于水下无线电能传输。磁感应式和电场感应式无线电能传输是当前研究热点。能量传输往往伴随着信号传输，所以水下无线信号的传输也逐渐受到重视并发展。
[0004]为实现水下电气设备在能量供应的同时也能进行信号传输，所以我们有必要设计无线电能传输系统、无线信号传输系统，并设计基于这两个系统将其结合以实现电能、信号同时进行无线传输的系统对水下电气设备进行供电和数据传输。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种海下无线电能和信号共享通道传输系统，实现电能高效传输、便捷充电以及电能与信号共用一个传输通道。
[0006]本专利技术的另一目的是提供一种海下无线电能和信号共享通道传输方法。
[0007]本专利技术所采用的第一技术方案是，一种海下无线电能和信号共享通道传输系统，其特征在于，包括无线电能传输线路和无线信号传输线路，通过利用共同的磁场谐振式线圈及耦合线圈进行无线电能和信号的传输。
[0008]本专利技术第一技术方案的特点还在于，
[0009]无线电能传输线路具体结构为：包括依次连接的电源、高频逆变电路、能量谐振补偿电路、耦合线圈、高频整流电路、电压调理电路及负载，所述无线信号传输线路具体结构为：高频载波电路、模拟开关、调制信号电路、耦合线圈、信号提取电路、信号解调电路、数字信号，其中模拟开关还接入数字信号，所述无线电能传输线路和无线信号传输线共用同一个耦合线圈。
[0010]无线电能传输线路和无线信号传输线路组成的电路结构具体为：包括电源，电源的正负极之间连接有全桥逆变电路，全桥逆变电路由四个NPN增强型的MOSFET开关管Q1、Q2、Q3、Q4构成，其中MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q3之间还连接有电容Cp的一端，电容Cp的另一端依次连接电感Lp、开关S1、电阻Rp后与耦合线圈连接的原边连接，耦合线圈的副边一端依次连接电阻Rs、二极管D5、电阻R、二极管D7后再次接入二极管D5，所述二极管D5和二极管D7的两端还并联有二极管D6和二极管D8，二极管D6和二极管D8之间又连接至耦合线圈的副边的另一端，所述电阻R两端还并联有电容C0，所述电阻Rs与二极管D5之间还连接有二极管D9的正极，二极管D9的负极依次连接二极管D10、电阻R4、A/D模块后接入耦合线圈的副边的另一端，A/D模块同时还与负载连接，所述电阻Rs与二极管D9之间连接有电阻R1的一端，二极管D9与二极管D10之间连接有电阻R2的一端，二极管D10与电阻R4之间连接有电容C1的一端以及电阻R3的一端，电阻R4和A/D模块之间连接有电容C2的一端，所述电阻R1的一端、电阻R2的另一端、电容C1的另一端、电阻R3的另一端以及电容C2的另一端均连接至耦合线圈的副边的另一端。
[0011]调制信号电路具体为：通过两个频率不同的高频载波信号f1、f2对二进制信号进行调制，用载波f1对二进制信号的1码进行传输，用载波f2对其0码进行传输，数字信号与载波信号f1通过乘法器相乘，当数字信号为1时，输出频率为f1的载波，当数字信号为0时，输出为0；当最初的数字信号经过一个反向器后与载波信号f2相乘，当数字信号为1时，输出为0，当信号为1时，输出频率为f2的载波，将频率为f1的载波和频率为f2的载波两部分通过加法器相加后输出频率不一样的高频信号2FSK。
[0012]本专利技术所采用的第二技术方案是，一种海下无线电能和信号共享通道传输方法，具体按照以下步骤实施：
[0013]步骤1、原边全桥逆变网络交流直流电转化；
[0014]步骤2、原副边补偿网络SN，即原边串联补偿，副边不补偿；
[0015]步骤3、基于2FSK的信号调制和信号的解调；
[0016]步骤4、基于磁耦合谐振无线电能传输的电能和信号切换。
[0017]本专利技术第二技术方案的特点还在于，
[0018]步骤1具体按照以下步骤实施：
[0019]步骤1.1、当MOSFET开关管Q1、MOSFET开关管Q4闭合，MOSFET开关管Q2、MOSFET开关管Q3断开时，电流流经MOSFET开关管Q1、MOSFET开关管Q4形成回路；
[0020]步骤1.2、当开关MOSFET开关管Q2、MOSFET开关管Q3闭合，MOSFET开关管Q1、MOSFET
开关管Q4断开时，MOSFET开关管Q2、MOSFET开关管Q3不能立即闭合，且在这一瞬间电感电流的方向不能突变，此时电流流经MOSFET本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海下无线电能和信号共享通道传输系统，其特征在于，包括无线电能传输线路和无线信号传输线路，通过利用共同的磁场谐振式线圈及耦合线圈进行无线电能和信号的传输。2.根据权利要求1所述的一种海下无线电能和信号共享通道传输系统，其特征在于，所述无线电能传输线路具体结构为：包括依次连接的电源、高频逆变电路、能量谐振补偿电路、耦合线圈、高频整流电路、电压调理电路及负载，所述无线信号传输线路具体结构为：高频载波电路、模拟开关、调制信号电路、耦合线圈、信号提取电路、信号解调电路、数字信号，其中模拟开关还接入数字信号，所述无线电能传输线路和无线信号传输线共用同一个耦合线圈。3.根据权利要求2所述的一种海下无线电能和信号共享通道传输系统，其特征在于，所述无线电能传输线路和无线信号传输线路组成的电路结构具体为：包括电源，电源的正负极之间连接有全桥逆变电路，全桥逆变电路由四个NPN增强型的MOSFET开关管Q1、Q2、Q3、Q4构成，其中MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q3之间还连接有电容Cp的一端，电容Cp的另一端依次连接电感Lp、开关S1、电阻Rp后与耦合线圈连接的原边连接，耦合线圈的副边一端依次连接电阻Rs、二极管D5、电阻R、二极管D7后再次接入二极管D5，所述二极管D5和二极管D7的两端还并联有二极管D6和二极管D8，二极管D6和二极管D8之间又连接至耦合线圈的副边的另一端，所述电阻R两端还并联有电容C0，所述电阻Rs与二极管D5之间还连接有二极管D9的正极，二极管D9的负极依次连接二极管D10、电阻R4、A/D模块后接入耦合线圈的副边的另一端，A/D模块同时还与负载连接，所述电阻Rs与二极管D9之间连接有电阻R1的一端，二极管D9与二极管D10之间连接有电阻R2的一端，二极管D10与电阻R4之间连接有电容C1的一端以及电阻R3的一端，电阻R4和A/D模块之间连接有电容C2的一端，所述电阻R1的一端、电阻R2的另一端、电容C1的另一端、电阻R3的另一端以及电容C2的另一端均连接至耦合线圈的副边的另一端。4.根据权利要求3所述的一种海下无线电能和信号共享通道传输系统，其特征在于，所述调制信号电路具体为：通过两个频率不同的高频载波信号f1、f2对二进制信号进行调制，用载波f1对二进制信号的1码进行传输，用载波f2对其0码进行传输，数字信号与载波信号f1通过乘法器相乘，当数字信号为1时，输出频率为f1的载波，当数字信号为0时，输出为0；当最初的数字信号经过一个反向器后与载波信号f2相乘，当数字信号为1时，输出为0，当信号为1时，输出频率为f2的载波，将频率为f1的载波和频率为f2的载波两部分通过加法器相加后输出频率不一样的高频信号2FSK。5.一种海下无线电能和信号共享通道传输方法，基于权利要求4所述的海下无线电能和信号共享通道传输系统，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、原边全桥逆变网络交流直流电转化；步骤2、原副边补偿网络SN，即原边串联补偿，副边不补偿；步骤3、基于2FSK的信号调制和信号的解调；步骤4、基于磁耦合谐振无线电能传输的电能和信号切换。6.根据权利要求5所述的一种海下无线电能和信号共享通道传输方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：步骤1.1、当MOSFET开关管Q1、MOSFET开关管...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，冯保祥，张元启，李小洁，简家乐，王哲，张锋，同向前，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：