專利名稱：一種基于壓電陶瓷的超聲波無(wú)線輸電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一種基于壓電陶瓷的超聲波無(wú)線輸電裝置，屬于無(wú)線能量傳輸?shù)募夹g(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)隨著各種電子設(shè)備的層出不窮，應(yīng)用場(chǎng)合的復(fù)雜多變，傳統(tǒng)的供電方式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)有電子設(shè)備的供電需求。以一種高精度的電磁測(cè)量探頭為例，當(dāng)要求其全天候監(jiān)測(cè)某特定區(qū)域工頻電磁場(chǎng)時(shí)，如果采用傳統(tǒng)的輸電線對(duì)其進(jìn)行供電，輸電線路周邊的電磁場(chǎng)勢(shì)必會(huì)對(duì)探頭的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行干擾，使測(cè)量值不能正確反映環(huán)境實(shí)際的工頻電磁場(chǎng)數(shù)值；而采用電池供電，5塊容量為1300mAh的鎳氫電池在探頭正常工作模式下，僅能維持其150個(gè)小時(shí)的工作，即使加大電池的容量，也只能延長(zhǎng)工作時(shí)間，而達(dá)不到實(shí)時(shí)供電的效果。為了達(dá)到實(shí)時(shí)供電的效果，現(xiàn)有的無(wú)線供電方法主要有電磁感應(yīng)式、磁場(chǎng)諧振耦合式、 微波等，這些方式中都采用了電磁波作為能量傳輸媒介，而電磁波在傳輸時(shí)勢(shì)必會(huì)對(duì)周?chē)沫h(huán)境產(chǎn)生電磁干擾，給探頭這類設(shè)備供電時(shí)還會(huì)對(duì)測(cè)量帶來(lái)誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述背景技術(shù)的不足，提供了一種基于壓電陶瓷的超聲波無(wú)線輸電裝置。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案
一種基于壓電陶瓷的超聲波無(wú)線輸電裝置包括能量發(fā)射器和能量接收器，能量接收器通過(guò)共振耦合獲得能量發(fā)射器產(chǎn)生的無(wú)線電能；其中
所述能量發(fā)射器包括電源變換電路、超聲波發(fā)射振子、機(jī)械振動(dòng)激發(fā)電路，其中，電源變換電路的輸入端接交流電，電源變換電路的第一輸出端與機(jī)械振動(dòng)激發(fā)電路的輸入端連接，超聲波發(fā)射振子的兩端分別與電源變換電路的第二輸出端、機(jī)械振動(dòng)激發(fā)電路的輸出端連接；
所述能量接收器包括依次連接的超聲波接收振子、整流電路、功率調(diào)節(jié)電路。所述基于壓電陶瓷的超聲波無(wú)線輸電裝置中，所述能量發(fā)射器中的超聲波發(fā)射振子包括第一壓電陶瓷和第一聲阻抗匹配層；其中第一壓電陶瓷將電源變換電路輸出的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳遞給第一聲阻抗匹配層，第一聲阻抗匹配層將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為聲能發(fā)送給能量接收器。所述基于壓電陶瓷的超聲波無(wú)線輸電裝置中，所述能量接收器中的超聲波接受振子包括第二聲阻抗匹配層和第二壓電陶瓷，第二聲阻抗匹配層將能量發(fā)射器發(fā)送的聲能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳遞給第二壓電陶瓷，第二壓電陶瓷將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果解決了現(xiàn)有電磁耦合及磁共振方式無(wú)線輸電技術(shù)存在電磁干擾的問(wèn)題，電磁輻射對(duì)人體的影響小。



圖1為基于壓電陶瓷的超聲波無(wú)線輸電裝置的示意圖。圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明1、能量發(fā)射器；1-1、電源變換電路；1-2、超聲波發(fā)射振子；1-2-1、第一壓電陶瓷；1-2-2、第一聲阻抗匹配層；1-3、機(jī)械振動(dòng)激發(fā)電路；1-3-1、驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管；1-3-2、驅(qū)動(dòng)電路；2、能量接收器； 2-1、超聲波接收振子；2-1-1、第二壓電陶瓷；2-1-2、第二聲阻抗匹配層；2-2、整流電路； 2-3、功率調(diào)節(jié)電路。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明
如圖1所示的基于壓電陶瓷的超聲波無(wú)線輸電裝置包括能量發(fā)射器1和能量接收器 2，能量接收器2通過(guò)共振耦合獲得能量發(fā)射器1產(chǎn)生的無(wú)線電能。能量發(fā)射器1包括電源變換電路1-1、超聲波發(fā)射振子1-2、驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管1-3-1、驅(qū)動(dòng)電路1-3-2，電源變換電路1-1的第一輸出端與驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管1-3-1的漏極連接，超聲波發(fā)射振子1-2的兩端分別與電源變換電路1-1的第二輸出端、驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管1-3-1的源極連接。 其中，超聲波發(fā)射振子1-2包括第一壓電陶瓷1-2-1和第一聲阻抗匹配層1-2-2。能量接收器2包括依次連接的超聲波接收振子2-1、整流電路2-2、功率調(diào)節(jié)電路 2-3。超聲波接受振子2-1包括第二聲阻抗匹配層2-1-2和第二壓電陶瓷2-1-1。整流電路2-2將第二壓電陶瓷2-1-1輸出的交流電轉(zhuǎn)化成直流電進(jìn)行輸出，功率調(diào)節(jié)電路2-3可以調(diào)節(jié)負(fù)載阻抗使負(fù)載阻抗和第二壓電陶瓷2-1-1的等效內(nèi)阻抗相等，從而使第二壓電陶瓷2-1-1輸出的功率最大。第一壓電陶瓷1-2-1與第一聲阻抗匹配層1-2-2構(gòu)成的超聲波發(fā)射振子1_2具有特定的機(jī)械固有振動(dòng)頻率，并且超聲波發(fā)射振子1-2的聲阻抗可以與空氣相匹配。當(dāng)加載在超聲波發(fā)射振子1-2兩端的電壓頻率和超聲波發(fā)射振子1-2的機(jī)械固有振動(dòng)頻率相等時(shí)，第一壓電陶瓷1-2-1通過(guò)逆壓電效應(yīng)，將電能最大程度的轉(zhuǎn)化成機(jī)械振動(dòng)能，第一壓電陶瓷1-2-1產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)能再通過(guò)第一聲阻抗匹配層1-2-2在無(wú)線輸電裝置能量傳輸?shù)姆秶鷥?nèi)轉(zhuǎn)化成聲場(chǎng)。超聲波接收振子2-1用于接收超聲波發(fā)射振子1-2傳輸過(guò)來(lái)的聲場(chǎng)能量。超聲波接收振子2-1由第二壓電陶瓷2-1-1和第二聲阻抗匹配層2-1-2組成。第二壓電陶瓷2-1-1 和第二聲阻抗匹配層2-1-2用來(lái)接收聲場(chǎng)能量，超聲波接收振子2-1設(shè)定共振接收頻率，使得超聲波接收振子2-1的振動(dòng)幅度達(dá)到最大，該振動(dòng)由第二壓電陶瓷2-1-1的正壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)化成與共振頻率相同的交流電。機(jī)械振動(dòng)激發(fā)電路1-3中，驅(qū)動(dòng)電路1-3-2產(chǎn)生與超聲波發(fā)射振子設(shè)定的共振發(fā)射頻率相同或?yàn)楣舱癜l(fā)射頻率的1/n的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管1-3-1接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)。驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管1-3-1的開(kāi)關(guān)頻率與共振發(fā)射頻率相同或?yàn)橹C振發(fā)射頻率的1/n，用于將電能補(bǔ)充給超聲波發(fā)射振子1-2，其中的η為正整數(shù)。當(dāng)超聲波發(fā)射振子和超聲波接收振子的結(jié)構(gòu)完全相同時(shí)，共振發(fā)射頻率與共振接收頻率相同。本發(fā)明所涉及的基于壓電陶瓷的超聲波無(wú)線輸電裝置中機(jī)械振動(dòng)激發(fā)電路使超聲波發(fā)射振子機(jī)械振動(dòng)，當(dāng)超聲波發(fā)射振子的電頻率與機(jī)械固有振動(dòng)頻率相等時(shí)，超聲波發(fā)射振子中的發(fā)射壓電陶瓷由于逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，發(fā)射聲阻抗匹配層將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為聲場(chǎng)能量；超聲波接收振子在接收到的聲廠能量時(shí)機(jī)械振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)使得接收壓電陶瓷由于正壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；接收壓電陶瓷輸出的交流電經(jīng)過(guò)整流電路整流得到直流電，功率調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)負(fù)載阻抗和接收壓電陶瓷的等效內(nèi)阻抗相等，從而使接收壓電陶瓷的輸出功率最大化。
權(quán)利要求
1.一種基于壓電陶瓷的超聲波無(wú)線輸電裝置，其特征在于包括能量發(fā)射器和能量接收器，能量接收器通過(guò)共振耦合獲得能量發(fā)射器產(chǎn)生的無(wú)線電能；其中所述能量發(fā)射器包括電源變換電路、超聲波發(fā)射振子、機(jī)械振動(dòng)激發(fā)電路，其中，電源變換電路的輸入端接交流電，電源變換電路的第一輸出端與機(jī)械振動(dòng)激發(fā)電路的輸入端連接，超聲波發(fā)射振子的兩端分別與電源變換電路的第二輸出端、機(jī)械振動(dòng)激發(fā)電路的輸出端連接；所述能量接收器包括依次連接的超聲波接收振子、整流電路、功率調(diào)節(jié)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電陶瓷的超聲波無(wú)線輸電裝置，其特征在于，所述能量發(fā)射器中的超聲波發(fā)射振子包括第一壓電陶瓷和第一聲阻抗匹配層；其中第一壓電陶瓷將電源變換電路輸出的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳遞給第一聲阻抗匹配層，第一聲阻抗匹配層將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為聲能發(fā)送給能量接收器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電陶瓷的超聲波無(wú)線輸電裝置，其特征在于所述能量接收器中的超聲波接受振子包括第二聲阻抗匹配層和第二壓電陶瓷，第二聲阻抗匹配層將能量發(fā)射器發(fā)送的聲能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳遞給第二壓電陶瓷，第二壓電陶瓷將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于壓電陶瓷的超聲波無(wú)線輸電裝置，屬于無(wú)線能量傳輸?shù)募夹g(shù)領(lǐng)域。所述超聲波無(wú)線輸電裝置包括電源變換電路、超聲波發(fā)射振子、機(jī)械振動(dòng)激發(fā)電路、接收振子、整流電路、功率調(diào)節(jié)電路。超聲波發(fā)射振子和電源變換電路發(fā)生機(jī)電共振將電能轉(zhuǎn)化為聲場(chǎng)能量，聲場(chǎng)能聲場(chǎng)能量在超聲波接收發(fā)射振子中先被轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再被轉(zhuǎn)化為交流電，交流電經(jīng)過(guò)整流后傳輸給負(fù)載。所述超聲波無(wú)線輸電裝置解決了現(xiàn)有電磁耦合及磁共振方式無(wú)線輸電技術(shù)存在電磁干擾的問(wèn)題，電磁輻射對(duì)人體的影響小。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102437658SQ20111044308
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者譚林林, 鄒玉煒, 黃學(xué)良 申請(qǐng)人:東南大學(xué)