[發明專利]一種基于蘭姆波的無線供能裝置和方法

在審

• 申請號: 201710108153.1
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN106849378A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 芮小博;李一博;曾周末;劉圓圓;封皓;黃新敬
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02J50/15
• 分類號: H02J50/15;H02J7/02
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司12108
• 代理人: 龐學欣

1.一種基于蘭姆波的無線供能裝置，其特征在于：所述的無線供能裝置包括信號發生器(1)、電壓放大器(2)、激發換能器(3)、金屬薄板件(4)、接收換能器(5)、能量采集電路(6)和儲能元件(7)；其中激發換能器(3)和接收換能器(5)間隔設置在金屬薄板件(4)的表面，并且上端面設有上電極(8)和下電極(9)；信號發生器(1)的輸出端連接電壓放大器(2)；電壓放大器(2)的輸出端與接地端分別與激發換能器(3)的上電極(8)和下電極(9)用導線連接；接收換能器(5)的上電極(8)和下電極(9)分別與能量采集電路(6)的輸入端及接地端用導線連接；能量采集電路(6)的輸出端連接儲能元件(7)。

2.根據權利要求1所述的基于蘭姆波的無線供能裝置，其特征在于：所述的激發換能器(3)和接收換能器(5)形狀相同，均采用扁平圓片狀壓電陶瓷換能器，直徑為2-5個蘭姆波A0模態的波長。

3.根據權利要求1所述的基于蘭姆波的無線供能裝置，其特征在于：所述的激發換能器(3)采用由PZT-4或PZT-8材料制成的發射型壓電陶瓷換能器；所述的接收換能器(5)采用由PZT-5材料制成的接收型壓電陶瓷換能器。

4.根據權利要求1所述的基于蘭姆波的無線供能裝置，其特征在于：所述的上電極(8)和下電極(9)選用銀電極和銅電極。

5.根據權利要求1所述的基于蘭姆波的無線供能裝置，其特征在于：所述的儲能元件(7)為超級電容器或可充電鋰電池。

6.根據權利要求1所述的基于蘭姆波的無線供能裝置，其特征在于：所述的金屬薄板件(4)采用鋁合金、鈦合金、鋼合金材料，厚度在0.5-8mm之間。

7.根據權利要求1所述的基于蘭姆波的無線供能裝置，其特征在于：所述的能量采集電路(6)由整流橋與濾波電容組成。

8.根據權利要求1所述的基于蘭姆波的無線供能裝置，其特征在于：所述的激發換能器(3)和接收換能器(5)采用醫用超聲耦合劑或甘油和磁鐵吸座固定在金屬薄板件(4)的表面。

9.一種采用如權利要求1所述的基于蘭姆波的無線供能裝置的無線供能方法，其特征在于：所述的無線供能方法包括按順序進行的下列步驟：

1)啟動基于蘭姆波的無線供能裝置，利用信號發生器(1)產生峰值大于20V，頻率為10KHz-1MHz的交流電壓激勵信號，并由電壓放大器(2)將上述交流電壓激勵信號放大，然后傳送給激發換能器(3)；

2)激發換能器(3)受到上述交流電壓激勵信號激發后產生機械振動并將其耦合到金屬薄板件(4)中，以激發金屬薄板件(4)中的蘭姆波；

3)上述蘭姆波將沿著金屬薄板件(4)的板面方向傳播，然后設置在金屬薄板件(4)上且需要能量的位置處的接收換能器(5)將蘭姆波的振動能量轉換成具有電勢差的壓電交流信號并輸出給能量采集電路(6)；

4)能量采集電路(6)將上述壓電交流信號進行整流穩壓后提供給儲能元件(7，)以供金屬薄板結構中的結構健康監測設備使用。