PLS的红外无损检测电磁激励的数学模型

主动式电磁激励红外无损检测中,电磁激励参数的选择是决定无损检测效果的重要因素之一.研究首先通过正交实验分析了激励功率、线圈总长、线圈等效直径、提离距离、激励时间等电磁激励参数对材料激励热效应的影响;基于偏最小二乘构建了各参数与材料激励热效应的数学模型,并分析了二者之间的关系;最后利用15组验证样本对模型进行了验证.研究结果表明;所构建数学模型的平均误差为9.79%,各激励参数中,提离距离对材料激励热效应的影响最大,其次分别为线圈总长、线圈等效直径、激励时间和激励功率.     

四线圈并联谐振磁耦合无线传能系统设计

采用四线圈并联谐振的磁耦合单元,设计了高效率磁耦合谐振式无线传能系统。分析了四线圈磁耦合单元在品质因数和可调节性的优势,结合多物理场仿真软件COMSOL和电路设计软件Multisim,对设计的磁耦合谐振式无线传能系统中磁耦合单元和发射电路单元进行了混合仿真。无线传能系统中源线圈和负载线圈设计为半径9 cm的单匝线圈,发射线圈和接收线圈为半径13 cm的4匝线圈组,发射和接收线圈距离为40 cm(1.5倍线圈直径)。测试表明,该系统的谐振频率为4.78 MHz,系统从直流输入到交流输出的无线传能效率达到了96.7%。     

基于RFID的电力巡检系统传输距离及抗干扰分析

针对电力巡检系统传输距离及抗干扰分析方法的分析效率低、对系统传输距离和抗干扰能力的优化性能弱的问题。提出基于RFID的电力巡检系统传输距离及抗干扰分析方法。通过对基于RFID的电力巡检系统的结构和巡检流程进行研究,确定方法的分析方向。传输距离分析方法依据系统电路中输入线圈和输出线圈的排列方式,给出电力巡检系统的传输距离优化函数。抗干扰分析方法根据系统传输通道受干扰情况,给出高、中、低三个等级的抗干扰分析方案,对系统中的正向传输通道使用中、高等级抗干扰方案,对逆向传输通道使用低等级抗干扰方案。实验结果表明,所提方法对电力巡检系统传输距离和抗干扰能力的优化性能较强,并具备较高的分析效率。     

谐振式无线输电系统线圈参数优化

为优化同轴同心型无线电能传输系统的线圈尺寸，提高最大传输效率，文中基于等效电路理论建模，通过电感、互感表达式推导耦合系数、最大传输效率关于线圈尺寸参数的关系式，运用仿真分析线圈长度、线圈直径和传输距离对耦合系数的影响规律，进一步优化传输系统的最大传输效率，并通过多物理场仿真不同线圈尺寸的磁场分布特征。最后选定线圈尺寸进行实验测试，并与理论、仿真数据进行对比。结果表明，所提方法的最大传输效率的理论值、仿真值与实测值基本吻合。     

非对称线圈谐振式无线充电系统的设计与研究

动物机器人神经刺激器使用微型电池供电,较小的电池容量限制了刺激器的工作时长,为能使刺激器持续工作,文中提出一种基于无线充电的供电方案。为减小接收线圈的重量和尺寸对动物运动的影响,需要选择较小的尺寸,同时要保障足够的传输功率,因此提出并设计了基于非对称谐振线圈的无线充电方案。首先,基于电路理论和无线电能传输系统的电路模型,分析无线电能传输系统传输特性;然后,基于Matlab分析线圈匝数和线圈半径对传输性能的影响,并通过HFSS探明了非对称谐振线圈情况下传输距离与磁场的空间分布的关系;最后,建立一套基于磁耦合谐振的非对称无线电能传输实验平台,并进行实验验证。实验结果表明,理论数据、模拟数据和实验数据吻合较好,此方案既能满足接收线圈尺寸小的要求,又能抑制频率分裂,提高传输功率和效率,完全适用于动物机器人神经刺激器的无线电能传输。     

偏转线圈磁场的测量

本文介绍了用双线圈测量偏转磁场的方法。文中首先导出双线圈处于x(或y)轴任意两个位置求算场参数H0、H2、H4的普遍公式。当两个小线圈的灵敏度稍有差异时,该公式仍然有效。利用沿x(或y)轴测得的一系列数据进行回归分析,求得场参数的最佳拟合值,可适用于离轴较远的距离。     

基于空间分辨率的参数评价感应传感性能分析

阐述润滑油中的多个颗粒通过传感器时，每个颗粒产生清晰的信号，探讨一个空间分辨率的理论模型。COMSOL用于模拟线圈输出随两个粒子和不同线圈结构之间距离的变化。结果表明，较小的线圈半径有助于提高传感器的空间分辨率。     

地下磁感应通信阵列天线传播特性分析

针对地下磁感应通信系统中单个磁性天线路径损耗大、通信效率低、传输距离短的问题,研究了双线圈天线与3D天线两种协同式天线的电磁传播特性.基于Matlab对根据天线数学模型得到的磁感应强度进行了仿真和分析,并将两种天线的传输性能与单一磁性天线进行了比较.研究表明,两种天线的磁场强度都有很大提高,并具有方向性和对称性,双线圈...     

基于均匀磁场的WPT系统抗偏移方法仿真与优化

多个设备在同一无线充电平台上充电,其效率因摆放位置不同而差异明显,为了解决这一问题,本文设计了一种锥形线圈与平面线圈相结合的新型发射线圈。该方法通过计算单匝线圈在空间一点的磁通密度,推导出磁场均匀性与传输距离及线圈各个参数之间的关系,计算得出在设计参数下锥形线圈的最佳角度,再利用平面线圈对磁场进行补偿,使设计的发射线圈在充电区域尽可能产生均匀磁场。仿真计算表明接收线圈在所设计的充电平台上偏移25 mm范围内,效率波动不超过10%。相比于传统的平面发射线圈,混合发射线圈大大提高了无线充电系统的抗偏移能力。     

多物理场耦合研究电感线圈电镀铜

采用多物理场耦合方法构建了电感线圈电镀铜模型,通过有限元分析获得了电感线圈电镀铜过程中铜离子浓度分布、线圈表面电流密度与镀层分布状况,探讨了象形阳极与阴阳极距离对镀层厚度分布的影响。数值模拟结果表明,采用象形阳极与绝缘挡板有助于提高线圈表面镀层的均匀性。当阴阳极距离较小时,采用象形阳极电镀铜,镀层极差降低为0.21μm,COV减小为0.5%。随着阴阳极距离的增加,镀层极差增大到9.5%,需要增加绝缘挡板来提高镀层均匀性。此时,镀层极差为0.14μm,标准偏差COV值为0.4%。     

基于磁谐振式无线输能系统频率调谐的效率优化

磁耦合谐振式无线输能系统理论设计上可在临界耦合的一段区间内达到高效率能量传输,但还存在远距离弱耦合区效率急剧衰减,近距离强耦合区出现谐振频率分裂现象的问题.为此,仿真并设计制作附有铁氧体磁芯的平面螺旋耦合线圈,在传输系统中做频率跟踪调谐,使传输距离在强耦合区变化时,依旧保持系统高效率传输.测试表明,整个系统可实现传输距...     

Mitigation of Antenna Displacement with Array Antenna for Data Transmission in Wireless Power Transfer System

Magnetic resonance wireless power transfer is expected to be one of the prevalent schemes because of its high efficiency and long transmission range. However, in this scheme, there is a problem that the characteristics of a transmission channel changes in according with the distance between coil antennas. This paper investigates the performance of data transmission with an array antenna in a wireless power transfer system. In the assumed system, the same antennas for wireless power transfer are used for data transmission. The assumed system uses multiple transmit antennas and beamforming is realized by shifting the phases of signals in a transmitter. Numerical results obtained through computer simulation show that the proposed scheme can mitigate the dependently of a bit error rate (BER) to the distance between the antenna coils. The variation of the performance is suppressed within 1–3 dB at the BER of \(10^{-5}\) in the case of two transmit antennas. In addition, the system with two transmit antennas achieves 2 dB or more improvement in term of the BER performance than that with a single antenna at specific antenna distances.     

一种射频识别装置的研制

设计了基于耦合线圈的射频识别装置。系统由阅读器与应答器两部分组成:阅读器采用PT2272、耦合线圈、发光二极管;应答器采用PT2262、耦合线圈、拨码开关等。阅读器采用单电源供电,应答器能量则全部来自耦合线圈;无线数据传输采用异步串口通信与负载调制等方法实现。阅读器可识别靠近的应答器并显示识别结果,识别距离≥10 cm,显示正确率≥95%,响应时间≤1 s。     

电工学理论在无线电能传输系统中的应用

本文融合电工学中LC谐振、线圈磁耦合、交流电路频率特性等相关理论和知识,建立了无线电能传输系统的电路-磁场耦合模型。计算无线电能传输系统的频响曲线,分析了工作频率、线圈间位置等因素对系统电能传输功率的影响,通过该应用系统的教学,既提高了本科生综合应用基础理论知识解决实际问题的能力,又加深了他们对新知识和新原理的理解。     

频率跟踪式谐振耦合电能无线传输系统研究

谐振耦合电能无线传输实际应用的瓶颈是谐振频率的失谐。本文基于谐振耦合电能无线传输机理和模型,分析了发射线圈与接收线圈的固有谐振频率变化对无线传输效率的影响和失谐机理,发现发射线圈电感变化是影响电能无线传输效率的主要因素之一,由此提出了发射功率源工作频率同步跟踪发射电路固有谐振频率的频率跟踪控制方法,从而保证了谐振耦合电能无线传输的谐振输电方式,避免了谐振频率的失谐,大幅度地提高了输电效率。文中制作了一个谐振频率为1MHZ的无线电能传输系统原理样机,验证了该方法的有效性。     

用于无线能量传输系统的微带天线设计

本文提出一种用于组成无线能量传输(Wireless Power Transmission,WPT)系统的微带天线结构,并采用基于有限元法的电磁仿真软件(HFSS)对微带天线进行3D建模.在二端口网络分析法的基础上,建立磁耦合共振无线能量传输等效电路模型,求解出系统发生频率分叉现象产生的条件以及最大效率时的频率表达式.基于以上方法,研究本文设计的微带天线传输特性,包括:系统的最优传输效率与耦合距离的关系,工作频率与耦合距离的关系,得出在能量传输距离在50cm左右时,天线的谐振频率为12.5MHz,效率可达63%.微带天线具有很大的结构优势,如与集成电路兼容,成本低,体积相对较小,且工艺相当成熟,易大规模批量生产等优势.因此该设计的平面微带天线可用于无线能量传输系统.     

谐振式电能无线传输系统中串串式模型研究

谐振耦合式电能无线传输系统利用磁场通过近场传输,具有辐射小、效率高、传输距离远且方向性强等特点。文中采用等效简化电路方法分析了谐振式电能无线传输系统串串模型的间距、工作频率、负载等参数对传输效率和功率的影响及内在关系,进一步推导出其计算模型。在间距和负载一定的条件下,通过Matlab仿真得到效率最优与功率最大时的工作频率相一致,输出功率对工作频率的变化敏感度更高这一规律。此外,设计了一套串串式结构的谐振式电能无线传输装置,通过实验验证了理论分析的正确性,为研究电能无线传输提供了参考。     

协作式磁感应通信的线圈阵列优化设计

Magnetic induction communication is an emerging underwater wireless communication technology, but the traditional magnetic induction communication system has high path loss and limited transmission distance. In this paper, the point-to-point and cooperative magnetic induction communication models of the coreless circular coil are analyzed theoretically, and the optimal design methods of the coil placement angle in the cooperative communication model is proposed, so as to maximize the communication distance. At the same time, a correction mechanism is proposed to dynamically eliminate the influence of water flow under the actual underwater application environment. The research results show that for the general cooperative mode, when the interval angle is greater than 38.53°, the increase of magnetic flux of transmitting coil T₂ to receiving coil R₁ is less than 20%; the relative growth rate of magnetic flux at the receiver can be increased by changing the placement angle of T₂ and R₁, and can be increased by 20.3% and 12.66% respectively compared with the general cooperative mode at most, and the method of changing the placement angle of T₂ is more effective to improve the whole communication ability; when the minimum sensitivity of the receiver is 0.1 nT, the transmission distance of the cooperative magnetic induction communication with changing the placement angle of T₂ (coil spacing is 100 m) can be increased by 9.96% compared with the point-to-point mode under the same transmitting power.     

基于ERPT无线供电系统的设计

为了解决电能传输中由摩擦与传输介质老化产生的电能传输风险等问题,提出了基于电磁谐振型电能够传输技术（ERPT）的无线供电系统设计,主要通过调节发射场电磁频率使之与接收场固有频率一致,进而引起电磁共振产生强电磁耦合实现电能的无线高效传输。通过分析线圈谐振频率、互感系数、线圈内阻等参数之间的关系得到ERPT的理论效率值,并通过实际例子验证了理论值的正确性。     

基于nRF905的可移动式无线探测系统设计

设计了一款集无线控制、无线探测于一体的小型车载探测系统.实现了图像、距离、温度等参数的无线测量,由nRF905射频收发模块将所测得的数据传回到手持设备上,并可通过无线方式遥控车载系统的机械动作.利用高性能低功耗单片机MSP430实现系统的控制及数据运算.系统可实时无线探测及控制,具有体积小、功耗低、数据传输稳定可靠、抗干扰能力强等优点,传输距离能达到300米以上,可以有效解决特殊场合的近距离探测应用难题.