[實用新型]電磁-機械同步共振測量系統

有效

• 申請號: 201220140199.4
• 申請日: 2012-04-06
• 公開（公告）號: CN202586513U
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 張獻;楊慶新;李勁松;金亮;李陽
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00;G01D21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電磁-機械同步共振測量系統，該系統利用大功率振蕩電路產生交變的電磁場作用于功率發射電路以發射電磁能量，然后電-機換能裝置吸收后高效的轉化為機械能，以實現電磁能與機械能之間的同步高效轉換，從而為不易拖帶電線的微型管道機器人的電能供給及電能-機械能高效轉換提供有效的解決方案。本發明設計提供了整套頻率、電壓及機械輸出位移的測量系統，具有結構簡單、效果明顯、維護方便和操作靈活的特點。?

背景技術

磁致伸縮材料、形狀記憶材料和壓電材料不但能夠對外界或內部的物理、化學變化具有感知能力，同時能夠針對發生的變化作出響應，在傳感器與執行器領域具有廣泛應用，因此成為新型功能材料的代表。其中利用磁致伸縮效應制成的電-磁-機高精度快速微位移執行器具有易于集成、微型化、智能化等優點，目前被廣泛應用于現代精密加工、建筑工程、機器人、醫學和航空航天等領域。?

本發明主要利用超磁致伸縮材料自身可實現電磁能與機械能高效相互轉換的特點，針對不易拖帶電線的微型管道機器人的電能供給問題，利用大功率振蕩電路產生交變的電磁場作用于功率發射電路以發射電磁能量，然后電-機換能裝置吸收后高效的轉化為機械能，并通過多種測量手段對能量轉換過程的相關參數進行實時監控，具有結構簡單、效果明顯、維護方便和操作靈活的特點。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，在電能的無線傳輸基礎上產生大功率的交變電磁場并作用于功率發射電路，并使電磁能量無線的傳輸到功率接收電路，然后向電-機換能裝置供電，從而將電磁能同步的轉換為機械能，同時在此過程中實現電壓與機械應力的實時監測。?

本發明所采用的技術方案是：電磁-機械同步共振測量系統，包括有函數信號發生器(1)產生正弦波形并傳送給功率放大器(2)，由功率放大器(2)產生同頻率的功率加載到功率發射電路(3)，功率接收電路(4)通過無線電能傳輸技術實現能量的交換，并通過電-機換能裝置(5)將電能同步的轉換為機械能，其中電壓監測環節(6)同時監測功率發射電路(3)與功率接收電路(4)的電壓波形，振動監測環節(7)實時監測電-機換能裝置(5)的機械變形情況。?

所述的功率放大器(2)由可以工作在高頻、高電壓下的大功率電子管為主要核心，結合外圍電子器件組成大功率線性放大器，當函數信號發生器(1)根據功率發射電路(3)諧振頻率輸出一個正弦波形時，功率放大器(2)將該正弦信號放大為一功率信號，并通過電子管的調壓旋鈕改變輸出功率。?

所述的功率發射電路(3)由兩部分組成：一部分是由高電導率無氧銅線密繞于線圈骨架上形成具有一定電感量的空心線圈；另一部分是選取高頻金屬薄膜電容器構成補償回路并聯在空心線圈首尾，功率發射電路(3)的工作頻率由以上兩部分同時決定。?

所述的功率接收電路(4)由三部分組成：第一，由線徑較細的無氧銅漆包線密繞在線圈骨架上形成空心電感線圈；第二，首尾并聯金屬薄膜電容器，電容器的容值選擇要使功率接收電路(4)諧振頻率與功率發射電路(3)的工作頻率保持一致；第三，線圈骨架中間裝入由超磁致伸縮材料制成的線性超磁致伸縮致動機構。?

所述的電-機換能裝置(5)由超磁致伸縮棒料與釹鐵硼永磁塊組成，將永磁快吸附于超磁致伸縮棒料的首端與尾端，從而提供偏置磁場以消除材料的倍頻效應。當功率接收電路(4)工作于激勵頻率時，超磁致伸縮棒料將以同一頻率向外?輸出軸向應力或者位移，從而實現電能與機械能的同步轉換。?

所述的振動監測環節(7)由高頻特性良好的壓電傳感器SNAA51為核心元件，通過傳感器在應力或應變作用下產生對應的電壓信號，由上位機采集該電壓信號并轉換為對應的應力或應變信號，從而實現應力或應變的實時監測。?

本發明的電磁-機械同步共振測量系統，在無線電能傳輸的基礎上，將電磁能通過無線的方式由功率發射電路傳送到功率接收電路并向電-機換能裝置提供電能，然后利用超磁致伸縮材料的自身特性將電能轉換為統一頻率的機械能，在此過程中通過示波器及SNAA51壓電傳感器測量系統實現電壓與應力、應變的實時監測。?

附圖說明

圖1是本發明的整體結構原理圖；?

圖2是功率發射電路與功率接收電路示意圖；?

圖3是高頻應力、應變采集原理圖；?

圖4是電磁-機械同步共振測量系統各部分關系的示意圖；?

其中：?

a₁：功率發射端????a₂：功率接收端?