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引信无线供能系统电磁耦合结构外围金属介质涡流损耗分析

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南京理工大学学报 2011年第3期35卷 347-351页

作者：李长生张合查冰婷南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室江苏南京210094

针对引信体外无线供能系统中初、次级线圈被金属介质包裹的耦合结构,为降低金属管中存在的严重涡流损耗,建立了金属介质中涡流损耗的数学模型。通过求解麦克斯韦方程组,推导了涡流损耗的解析表达式。采用ANSYS仿真软件分析、对比磁屏蔽... 详细信息

针对引信体外无线供能系统中初、次级线圈被金属介质包裹的耦合结构,为降低金属管中存在的严重涡流损耗,建立了金属介质中涡流损耗的数学模型。通过求解麦克斯韦方程组,推导了涡流损耗的解析表达式。采用ANSYS仿真软件分析、对比磁屏蔽和开槽两方案减少系统涡流损耗的效果。实验与仿真结果表明,通过在初级线圈外包裹坡莫合金薄层可将外围磁路束缚在该薄层内,从而有效减少系统涡流损耗,其效果优于金属管开槽方案。

关键词：引信无线供能电磁耦合金属介质涡流损耗磁屏蔽

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金属介质中声载波信号传输系统设计

仪表技术与传感器 2016年第11期 77-80页

作者：吴华彬张自嘉刘杨生南京信息工程大学信息与控制学院江苏南京210044 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044

针对电磁干扰和屏蔽等复杂环境下的无线通信难问题,设计了一种以超声波为信息传输载体,以金属介质为信息传输信道的通信系统。系统以FPGA为2FSK信号调制解调系统的核心,利用高频升压芯片和场效应管设计了声波发射驱动电路。在分析了阻... 详细信息

针对电磁干扰和屏蔽等复杂环境下的无线通信难问题,设计了一种以超声波为信息传输载体,以金属介质为信息传输信道的通信系统。系统以FPGA为2FSK信号调制解调系统的核心,利用高频升压芯片和场效应管设计了声波发射驱动电路。在分析了阻抗匹配特性后,设计了接收端放大电路和带通滤波电路,对信号进行调理。测试结果表明,该系统能实现较低速率的信号传输,验证了利用超声波在金属介质中进行通信的可行性。

关键词：金属介质超声波高频升压可编程逻辑阵列二进制频移键控

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超声耦合无线传能系统金属介质传输效率研究

计算机应用与软件 2018年第11期35卷 184-189页

作者：闫孝姮姜亚雷陈伟华朱正印辽宁工程技术大学电气与控制工程学院辽宁葫芦岛125105

磁耦合谐振式的无线电能传输方式在面对需要穿透金属障碍物的传输环境时,由于产生涡流效应,导致传输能量的损失以及产生大量热量造成系统的破坏。超声耦合无线传能是利用超声波实现无线电能传输的一种方式,有望在水下金属环境中应用。... 详细信息

磁耦合谐振式的无线电能传输方式在面对需要穿透金属障碍物的传输环境时,由于产生涡流效应,导致传输能量的损失以及产生大量热量造成系统的破坏。超声耦合无线传能是利用超声波实现无线电能传输的一种方式,有望在水下金属环境中应用。为研究不同金属传输介质在这种方式下的传输性能,设计一个在金属介质下的超声耦合无线电能传输实验系统,包括信号产生模块、功率放大模块以及发射端和接收端阻抗匹配模块等部分。超声波的发射和接收均采用压电换能器。在完成硬件设计基础上,采用铁、铝、铜金属作为传输介质进行实验。实验表明,同等条件下传能系统穿透金属铝的传输效率最高。

关键词：超声耦合金属介质无线电能传输阻抗匹配

基于超声波的隔金属介质无线电能传输技术研究

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基于超声波的隔金属介质无线电能传输技术研究

作者：刘丹宁大连理工大学

学位级别：硕士

随着科技的进步与社会的发展,电气设备日益普及。但在金属密闭容器以及其他气密设备内部,使用导线直接为电气设备供电会破坏金属容器的密闭性和完整性,无线电能传输技术(Wireless Power Transfer, WPT)是解决该问题的有效方法。近年来,... 详细信息

随着科技的进步与社会的发展,电气设备日益普及。但在金属密闭容器以及其他气密设备内部,使用导线直接为电气设备供电会破坏金属容器的密闭性和完整性,无线电能传输技术(Wireless Power Transfer, WPT)是解决该问题的有效方法。近年来,基于超声波的无线电能传输技术(Ultrasonic Wireless Power Transfer, USWPT)因其独特的优势开始得到国内外科技工作者的重视,尤其是可穿透金属介质的特点,使得人们可以采用“无线电能传输”技术为密闭金属容器内的电气设备(例如传感器)提供电力。本文主要对基于超声波的隔金属介质无线电能传输技术进行了探索性研究。具体工作如下：阐述了USWPT技术的研究现状和发展趋势,并对基于压电超声换能器的隔金属介质USWPT系统的工作原理进行了理论分析。根据电-力类比原理,建立了压电换能器的机电等效模型,分析了换能器的阻抗特性,进一步建立了发射端和接收端在谐振频率附近的电路模型。设计了隔金属介质USWPT系统专用的超声发射换能器和接收换能器,主要包括对换能器结构分析、材料选择和尺寸计算。对制作的换能器样品进行了测试,得到了各项电学等效参数。为研究隔金属介质USWPT系统的功率传输能力,设计了频率和电压可调的超声电源,主要包括全桥逆变电路、PWM控制电路和驱动电路。分析了移相ZVS-PWM控制方式下电源主电路的工作特点。对USWPT系统的阻抗匹配进行了研究,为减小换能器工作时的无功损耗,提高系统的功率传输能力,提出了一种发射端采取LCC(电感-电容-电容)匹配,接收端采取LC(电感-电容)匹配的阻抗匹配方案,并在实验中验证了其有效性。对影响金属介质USWPT系统功率传输能力的主要因素进行了实验研究,发现电源工作在发射换能器谐振频率时,系统的功率传输特性最佳,且存在最佳负载阻抗,使系统输出功率最大。

关键词：超声波无线电能传输金属介质压电换能器

超声耦合式隔金属介质无线能量与信号传输技术研究

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超声耦合式隔金属介质无线能量与信号传输技术研究

作者：钱程西南交通大学

学位级别：硕士

无线电能传输(Wireless power transmission,WPT)技术因其灵活、安全、可靠的电气特性,在特殊、复杂的应用场合下,相较于传统的线缆传输方式更受追捧。由于金属材料对电磁信号的屏蔽作用,现已发展成熟的磁耦合式无线传能技术在隔金属介... 详细信息

无线电能传输(Wireless power transmission,WPT)技术因其灵活、安全、可靠的电气特性,在特殊、复杂的应用场合下,相较于传统的线缆传输方式更受追捧。由于金属材料对电磁信号的屏蔽作用,现已发展成熟的磁耦合式无线传能技术在隔金属介质应用中会受到极大的限制。而超声波作为一种频率超过20k Hz的机械波,传输方向性强且能量易于集中,可以隔金属介质为设备提供电能以及传输信号。本文在充分调研国内外研究现状的基础上,对超声耦合式无线能量与信号传输(Ultrasonic Coupled Wireless Power and Signal Transfer,UCWPST)技术进行了深入研究。超声换能器是实现电能-机械能-电能转换的关键器件。通过机电类比方法,推导出换能器的等效电路。分析超声波在金属中的传播特性,根据反射波及UCWPST系统的特点,选用2ASK的调制方式和非相干解调方法。推导出UCWPST系统等效电路,进行传输特性分析。在等效电路基础上,仿真验证UCWPST系统传输信号的调制与解调方案的可行性。进行UCWPST系统硬件电路设计,为了调制电压幅值,设计信号发送电路。通过信号发送电路中开关管的导通与关断,改变能量接收侧的阻抗,进而改变能量发送侧的电压幅值。设计采样、滤波、包络检波电路,实现信号的还原。UCWPST系统在连续接收能量时,可以反向传输信号。整体系统硬件结构呈现能量发送侧复杂,而能量接收侧简单的特点,有利于有限空间内的开发利用。搭建UCWPST系统的实验平台,传输介质为铝块,换能器工作频率为40k Hz。单独传输能量时,分别验证负载变化、工作频率波动、电压源波动及金属介质厚度对系统传输功率、效率的影响,对UCWPST系统中的损耗进行分析。当铝块厚度达40mm时,系统以61%的效率传递9.5W的电能。同时传输能量与信号时,本文阐述信号解调过程,验证非相干解调电路设计的有效性。实验中,信号的最高传输速率为10kbps。实验验证信号发送电路电阻值、开关导通占空比、信号传输速率对系统传输功率、效率的影响,优化电路参数以抑制信号发送电路功率。

关键词：超声波无线传能信号传输金属介质

超声耦合无线传能系统金属介质传输特性的研究

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超声耦合无线传能系统金属介质传输特性的研究

作者：姜亚雷辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

随着社会的进步与科技的发展,电力设备在各种场合日益普及。在一些高温、高压、剧毒、放射性的工作环境中,电力设备通常采用密闭的金属结构,为了监测其内部的工作状态,往往在其内部安装传感器和微控制器。而使用电线直接为传感器和微控... 详细信息

随着社会的进步与科技的发展,电力设备在各种场合日益普及。在一些高温、高压、剧毒、放射性的工作环境中,电力设备通常采用密闭的金属结构,为了监测其内部的工作状态,往往在其内部安装传感器和微控制器。而使用电线直接为传感器和微控制器供电,则需要在金属结构上打孔引线,这就会破坏金属结构的密闭性和完整性,然而无线电能传输技术为解决该问题指明了方向。目前,无线传能技术根据传输方法的不同,可分为电场耦合,磁场耦合,微波辐射以及超声波。但由于金属电磁屏蔽效应的影响,以电磁波作为能量传输介质的无线传能技术在金属结构中无法取得良好的效果。超声耦合无线传能技术可以有效克服这一障碍,并通过金属介质传输无线电能。为了研究不同金属介质对超声耦合WPT系统传输效率的影响,本文基于压电换能器的基本原理和机电等效原理,建立金属介质的超声耦合WPT系统的等效电路模型。在对系统进行阻抗匹配的基础上,利用Multisim软件建模,分析阻抗匹配网络对系统的优化性能以及M值即不同金属介质对系统的影响。通过实验,验证阻抗匹配网络的有效性以及三种金属介质下系统的传输效率,实验表明,铝金属作为传输介质时系统具有较高传输效率。

关键词：超声耦合无线传能金属介质压电换能器阻抗匹配

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金属介质在切割爆破中的定向作用

工程爆破 2016年第4期22卷 43-46,81页

作者：师强强刘为洲杨海涛中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司马鞍山矿山研究院爆破工程有限责任公司安徽马鞍山243000 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司金属矿山安全与健康国家重点实验室安徽马鞍山243000

为了研究定向切割中金属介质对爆炸能量传播的控制作用,采用理论计算和LS-DYNA数值模拟软件分析了孔壁初始裂缝的形成和裂缝贯穿的机理。结果表明:由于金属介质的冲击阻抗远大于水介质,沿金属介质方向传播的爆炸压力和速度都远大于其他... 详细信息

为了研究定向切割中金属介质对爆炸能量传播的控制作用,采用理论计算和LS-DYNA数值模拟软件分析了孔壁初始裂缝的形成和裂缝贯穿的机理。结果表明:由于金属介质的冲击阻抗远大于水介质,沿金属介质方向传播的爆炸压力和速度都远大于其他方向,导致金属介质接触的孔壁处首先产生初始裂缝,随后在爆轰压力和"水楔"作用下裂缝失稳贯穿。有机玻璃模型实验结果表明:受金属介质的控制,模型能按照预定方向断裂出平整光滑裂缝,炮孔周围仅有少数短裂隙,证明了该技术的优势。

关键词：定向切割爆破冲击波数值模拟有机玻璃金属介质

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金属介质极化的瞬时相位与振幅

西南科技大学学报 2007年第2期22卷 82-85页

作者：邝向军邓先金西南科技大学理学院四川绵阳621010

利用线性谐振子模型,给出了金属介质中电子的运动微分方程,导出其宏观极化强度的表达式,讨论了金属介质在外场突然变化时产生的瞬态感应极化情况,发现瞬态感应极化的相位总是落后于外场,最大可落后π/2,振幅的大小与初态和介质的阻尼系... 详细信息

利用线性谐振子模型,给出了金属介质中电子的运动微分方程,导出其宏观极化强度的表达式,讨论了金属介质在外场突然变化时产生的瞬态感应极化情况,发现瞬态感应极化的相位总是落后于外场,最大可落后π/2,振幅的大小与初态和介质的阻尼系数有关,随时间按指数规律衰减,衰减的快慢由介质的阻尼系数和泵浦场的频率决定,具有一定的记忆效应。

关键词：金属介质瞬态感应极化相位振幅

金属板介质下用超声波实现能量与信号的同步传输

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金属板介质下用超声波实现能量与信号的同步传输

作者：高菲大连理工大学

学位级别：硕士

无线电能传输技术因其供电的灵活性受到普遍关注。现阶段已较为成熟的电磁感应耦合和电磁谐振式无线电能传输技术均以电磁场作为传递的媒介,遇到金属障碍物时,能量传输将会减弱甚至阻断。用超声耦合无线电能传输(Ultrasonic Coupled Wir... 详细信息

无线电能传输技术因其供电的灵活性受到普遍关注。现阶段已较为成熟的电磁感应耦合和电磁谐振式无线电能传输技术均以电磁场作为传递的媒介,遇到金属障碍物时,能量传输将会减弱甚至阻断。用超声耦合无线电能传输(Ultrasonic Coupled Wireless Power Transfer,UCWPT)技术为密闭金属容器内用电设备供电时可避免上述问题。目前受到重点关注的是能量传输功率与效率的提升,但对负载的用电情况关注不够,因此能量与信号的同步传输方式,可在传输能量的同时将设备接收到的用电情况用信号的方式从密闭容器内部传递出来,增加供电的灵活性并提高电能质量。这也将是今后研究无线电能传输技术的一个热点方向。阐述了UCWPT技术的研究背景以及研究现状,对金属介质的UCWPT系统进行理论分析,利用机电类比原理建立了功率型压电换能器的等效电路模型,分析了能量收、发侧换能器在谐振和非谐振状态时,UCWPT系统的等效电路模型和传递函数。提出了一种利用超声波实现能量与信号反向同步传输的方法,利用负载电压信号与三角波信号比较得到PWM波,负载电压的变化体现在PWM波占空比的变化,该PWM波用于驱动实现信号传递的换能器,接收到的电压均方根值与负载电压幅值成线性关系。在此基础上,对PWM波进行傅里叶分解,从波的组成的角度对信号的传递做简要分析。为实现能量与信号的同步传输,根据换能器参数、负载接收能力等系统要求,设计了用超声波方式实现能量与信号同步传输的电路,主要包括驱动电源、高速比较电路、驱动电路以及信号检测电路。对影响能量传输能力的主要因素进行了实验,发现电源直流侧电压幅值、电源输出频率以及金属板厚度均对系统的传输能力产生影响。功率型压电换能器频带窄,当电源输出频率为换能器最佳工作频率时,系统传输能力最佳,并得到传输功率与效率随电源直流侧幅值的变化关系。此外,从波长的角度对金属板厚度对系统传输能力的影响进行了简要分析。对能量与信号的同步传输进行了实验,完成了能量与信号同向、反向的传输。信号传递方向与能量传送方向相同时,用LED负载的明暗变化反映出信号的强弱。信号传递方向与能量传送方向相反时,信号接收侧接收到的电压均方根值与负载电压信号成线性关系,实现了信号从密闭金属容器内部向外部的信号传送。

关键词：超声波无线电能传输金属介质同步传输