[發明專利]諧振線圈固有頻率和品質因數的非接觸式測量方法

在審

• 申請號: 201510076599.1
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104614595A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 朱春波;毛世通;魏國;逯仁貴;宋凱;李陽
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26;G01R21/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳昕

技術領域

本發明涉及磁耦合諧振無線電能傳輸系統中諧振線圈固有頻率和品質因數的測量技術。

背景技術

應用于磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的傳輸線圈承擔著磁場與電場能量相互轉化的任務，其自身諧振主要是靠線圈電感和諧振電容構成的諧振回路實現。諧振回路的固有頻率決定系統的工作頻率，而諧振回路的品質因數則是影響傳輸效率的重要參數。由于利用集中式電容存在焊點電阻以及自身內阻，容易降低線圈的品質因數，所以利用線圈自身的分布電容實現線圈的自諧振對無線電能傳輸效率的影響極大。但是在直接測量這種自諧振線圈的參數時會產生幾個問題：1.線圈與探頭接觸處的分布參數對系統的測量結果會帶來極大的影響；2.分布電容等效為集總參數時是與電感并聯的結構，諧振處阻抗極大(無內阻時為無限大)，反射損耗高，導致測量儀器無法準確測量，測量結果甚至不具有可信度。

發明內容

本發明的目的是為了解決采用直接測量法測量諧振線圈固有頻率和品質因數時，會引入誤差，且阻抗過大，導致測量結果不準確的問題，提供一種諧振線圈固有頻率和品質因數的非接觸式測量方法。

本發明所述的諧振線圈固有頻率和品質因數的非接觸式測量方法包括以下步驟：

步驟一、將阻抗測量裝置測量標準線圈相連接；

步驟二、利用阻抗測量裝置測量標準線圈阻抗的實部Real(Z_S(f))和虛部Imag(Z_S(f))隨頻率變化的曲線，所述頻率的范圍為0～20M；

步驟三、將標準線圈與待測線圈通過微弱磁場強度相互耦合；

步驟四、利用阻抗測量裝置測量標準線圈阻抗的實部Real(Z₀(f))和虛部Imag(Z₀(f))隨頻率變化的曲線，f表示頻率，所述頻率的范圍為0～20M；

步驟五、計算Real(Z_C(f))與Imag(Z_C(f))；

Real(Z_C(f))＝Real(Z₀(f))-Real(Z_S(f))，Imag(Z_C(f))＝Imag(Z₀(f))-Imag(Z_S(f))；

步驟六、令Imag(Z_C(f))＝0，計算得到待測線圈的固有頻率f₀；

步驟七、構建新的阻抗復數Z_C：Z_C＝Real(Z_C(f))+i×Imag(Z_C(f))，并計算Z_C的模以及Z_C的模的最大值，其中i代表虛數；

步驟八、計算Z_C的模下降到所述最大值的(1/2)^(1/2)倍時所對應的兩個頻率點f₁和f₂，并計算Z_C的模的3db帶寬Δf＝f₁-f₂，最后計算待測線圈的品質因數Q：

Q=f0Δf.]]>

上述方法利用一個小型標準線圈產生的初級磁場激發待測線圈從而獲取阻抗參數。通過計算標準線圈的阻抗特性并比對未加入待測線圈時的阻抗特性，可獲取待測線圈的阻抗信息，從而測量線圈固有頻率f₀和品質因數的方法。這種方法具有引入誤差小，測量精度高，測量方便的特點。與直接測量方法相比，準確度提高了至少20％。

附圖說明

圖1為本發明所述的諧振線圈固有頻率和品質因數的非接觸式測量方法的原理示意圖；

圖2為步驟二測量的阻抗的實部和虛部隨頻率變化的曲線，其中2表示虛部，3表示實部；

圖3為步驟四測量的阻抗的實部和虛部隨頻率變化的曲線，其中4表示實部，5表示虛部；

圖4為步驟七中阻抗復數Z_C的實部和虛部隨頻率變化的曲線；其中6表示實部，7表示虛部；

圖5為步驟七中阻抗復數Z_C的模隨頻率變化的曲線；