《超音波耦合海下探測器無線電能傳輸原理》是依託大連理工大學,由陳希有擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超音波耦合海下探測器無線電能傳輸原理
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳希有
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
海洋資源開發和海底板塊運動監測等活動離不開各種海下探測或監測設備。為這些設備及時便捷地補充電力是確保其長期可靠工作的關鍵。本申請根據海水易於傳輸超音波能量而對電磁能量衰減較大的物理性質，擬創新性地研究用超音波耦合即電-聲-電原理，實現海下探測器的非導體接觸式的無線電能傳輸技術。通過建立聲電耦合的物理模型和數學模型，研究電聲共振反控制技術；電聲與聲電高效換能技術；高頻電能變換與長距離傳輸技術；探索傳輸能力、傳輸效率、傳輸距離以及電聲環境與超音波參數、電氣參數和海水參數的一般規律，從而凝練出海下超音波傳輸能量的關鍵問題。由於超音波幾乎可以穿透任何物質，所以本申請的研究成果對金屬密閉容器或建築物體內各種監測器的無線電能傳輸同樣具有指導作用。
結題摘要
海洋文明的發展越來越多地需要海下電氣設備。安全便捷地為這些設備提供電力是十分必要的。在陸地上，人們可以使用電磁感應原理，採用非電氣接觸方式，為類似的小型電氣設備提供電力。然而，由於海水的良好導電性能，交變的磁場必然會在海水中產生渦流，因而影響能量的傳輸。而超音波卻易於在密度較大的介質中傳輸，例如海水和金屬，與介質是否導電無關。本文就是基於這樣的套用背景和技術背景，探索使用超音波在海水中為小型電氣設備提供電力的原理，即用電-聲-電的傳輸方式，實現海下非導體接觸式供電。 本課題研究了壓電超聲換能器電學阻抗匹配；對比研究了磁場耦合與超聲耦合在海水中傳輸能量的特性；提出了耦合線圈和海水等效參數的最佳化辨識方法；分析了系統獲得最大功率的理想條件；提出了利用單連線埠阻抗測量參數，測算系統穩態性能的方法；提出了系統穩態性能的可視化方法；擴展研究了穿越金屬物質的非接觸電能傳輸，從而為密閉金屬容器提供電力；擴展研究了使用電磁超聲換能器實現超聲與磁場同時傳輸能量，一舉兩得。 重要結果：①採用1/4波長無損線設計阻抗匹配網路，但在實際實現時用集中參數的對稱LC網路來等效代替，具有變換後的阻抗性質與負載功率無關的特點；② 如果發射迴路阻抗虛部和接收迴路阻抗虛部都是可變的，則傳輸最大功率的條件是阻抗的虛部之比等於實部之比；③並不是耦合越緊密傳輸功率越大，松耦合諧振才可以傳輸更大的功率；④使用一組單連線埠阻抗測量參數，間接測算出系統的主要穩態性能；⑤使用一張能夠互動動作的平面圖形，讀測出系統的某些穩態性能及其變化趨勢；⑥利用超音波能夠為密閉金屬容器內的用電器提供電力；⑦使用電磁超聲換能器，同時將超聲與磁場用於能量傳輸。 研究中發現，超聲換能器是影響能量傳輸規模的關鍵，因此需要靠材料科學技術，提高換能器的性能。超音波對人身是安全的，因而超音波傳輸能量技術可用於醫療。在海下套用時，需要探索對海洋生態的影響，因為像海豚這類海洋動物靠超音波傳遞信息。 聲波是縱波，在研究超音波傳輸能量的過程中，自然產生了用電磁縱波傳輸能量的構想。雖然具有輻射性質的電磁波是橫波，但麥克斯韋方程並不排除在某種條件下，存在電磁縱波的可能。初步命題是：激活空間和大地電場，在更開放的空間內自如地傳輸電能。
