[發明專利]利用壓電陶瓷實現穿透金屬能量傳輸的頻率設置方法

有效

• 申請號: 201811490824.6
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109560619B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 丁良輝;陳科汯;黃發龍;楊峰;錢良
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J50/15
• 分類號: H02J50/15
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 應小波

本發明涉及一種利用壓電陶瓷實現穿透金屬能量傳輸的頻率設置方法，包括：1)設置調頻起始頻率、終止頻率和步進間隔；2)系統從起始頻率開始，通過功率檢測獲得第一個極大值功率和該極值處對應的頻率；3)通過功率檢測獲得第一極大值功率之后的第一個極小值功率以及該極小值功率對應頻率；4)計算出金屬障板的厚度；5)根據金屬障板厚度和金屬障板中聲速計算出滿足金屬障板厚度為聲波半波長整數倍的所有頻點；6)功率檢測調頻范圍內所有頻點對應的極大值功率值，將最大值功率及其對應的最佳工作頻率保存在系統；7)系統工作在最大功率對應的最佳工作頻率并以最大功率給負載供電。與現有技術相比，本發明具有實現最大功率為負載充電等優點。

技術領域

本發明涉及無線能量傳輸技術領域，尤其是涉及一種利用壓電陶瓷實現穿透金屬能量傳輸的頻率設置方法。

背景技術

一直以來，鉆孔布線是穿透水下武器、水下航行器、水面船舶、航空航天設備、核能設備和輸油管道等金屬殼體實現能量傳輸的主要方法。但是，鉆孔布線方法不可避免地會破壞金屬結構的密閉性，降低金屬殼體對人員和重要設備的使用和防護效能。

由于金屬外殼強大的法拉第屏蔽效果，基于電磁波、電感耦合和電容耦合等技術的能量傳輸方法難以應用。由于機械波可以穿透金屬類彈性介質，壓電材料能夠實現較高效率的電信號和機械波互相轉換，因此，人們提出了利用壓電換能器實現穿透金屬能量傳輸技術。

雖然當下壓電輸能技術在穿透金屬實現無線能量中應用廣泛，但是對于同一種類換能器，不同個體的最佳諧振頻點，由于制作工藝和材料的細微差別會導致最佳頻點不完全一致。對于同一對壓電陶瓷換能器，耦合到金屬障板，安裝之后的諧振頻點也會偏移。換能器的最佳諧振頻點不是一定值。

另外，在穿透金屬能量傳輸過程中，由于金屬障板和換能器聲阻抗不匹配，入射聲波在換能器和金屬連接的界面處會發生反射和透射。當金屬障板厚度為聲波1/4波長偶數倍(半波長整數倍)時，透射強度最大；當金屬障板厚度為聲波1/4波長奇數倍時，透射強度最小。

在實際應用場景中，不同場合下各金屬障板種類不一樣，環境溫度不一樣，聲波在該金屬中的聲速不一樣導致聲波波長不一樣。對于同一金屬障板同一溫度下，即使聲波波長一樣，但是金屬障板厚度不一樣，同樣無法滿足金屬障板厚度恰好是換能器最佳諧振頻點所對應波長的半波長整數倍關系。

綜上所述，對于不同溫度下，穿透不同種類、不同厚度金屬障板的自動調頻的高效率充電方法研究迫在眉睫。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種利用壓電陶瓷實現穿透金屬能量傳輸的頻率設置方法，用于解決不同環境溫度下，超聲波穿透不同種類、不同厚度金屬障板時為負載充電過程中，自動調頻來滿足金屬展板厚度為聲波半波長整數倍關系，實現系統最大效率為負載充電。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種利用壓電陶瓷實現穿透金屬能量傳輸的頻率設置方法，包括以下步驟：

1)根據換能器最佳諧振頻率及寬帶阻抗匹配后的頻帶，設置調頻起始頻率f₁、終止頻率f₂和步進間隔Δf；

2)系統從起始頻率開始，在頻帶范圍內按步進間隔步進調頻，通過功率檢測獲得第一個極大值功率P_max1和該極值處對應的頻率f_max1；

3)系統通過功率檢測獲得第一極大值功率之后的第一個極小值功率P_min1以及該極小值功率對應頻率f_min1；

4)根據極大值功率處對應的頻率f_max1和極小值功率處對應的頻率f_min1，計算出金屬障板的厚度d；