一種超聲波無線輸電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲波無線輸電系統(tǒng)，包括超聲波能量發(fā)生器、多個(gè)超聲能量分配器；所述超聲波能量發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波傳輸給第一超聲能量分配器；所述第一超聲能量分配器將接收到的超聲波傳輸給第二超聲能量分配器或智能節(jié)點(diǎn)；所述第二超聲能量分配器將將接收到的超聲波傳輸給第三超聲能量分配器或智能節(jié)點(diǎn)；本發(fā)明將電能通過超聲波能量發(fā)生器轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，超聲能量分配器將一部分能量提供給智能節(jié)點(diǎn)，另一部分能量通過液體介質(zhì)的耦合傳送給下一個(gè)超聲能量分配器，然后，按照這種方式將能量在管道逐級傳遞，借助固體或者液體介質(zhì)實(shí)現(xiàn)超聲波能量傳輸，有效地提高超聲波的作用距離，提高了超聲波能量傳輸?shù)陌l(fā)射功率和效率。
【專利說明】一種超聲波無線輸電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波無線輸電系統(tǒng)，尤其是一種用于特殊環(huán)境下向物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)供電的超聲波無線輸電系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]無源物聯(lián)網(wǎng)是一種新興的技術(shù)，它是能量采集、無線通信和低功耗技術(shù)的一個(gè)有機(jī)的結(jié)合，無源無線物聯(lián)網(wǎng)的智能節(jié)點(diǎn)常常采用因地制宜的辦法從周圍的環(huán)境中采集能量，包括太陽能、風(fēng)能、溫差、振動(dòng)、等等，由于不需要改變周圍環(huán)境，所以在智能家居、工業(yè)測控的方面應(yīng)用正迅速崛起；然而在有些特殊的應(yīng)用場合，如密封或者半密封的液體環(huán)境，如城市供水管道、核電站廢水存貯裝置、污水處理廠，為了監(jiān)測其中的溫度、水壓、流速、酸堿度、或者某種化學(xué)成分、或者放射物質(zhì)的含量，常常需要安裝無源的物理網(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)，周圍環(huán)境中的能量采集特別困難、采集效率極低，或者不方便采集，使得物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)能采用電池供電的方式，即使再大的電池容量也有被耗盡的時(shí)候，當(dāng)電池能量被耗盡后，就需要更換，增加了這些物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)的維護(hù)成本、使用成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是:提出了一種用于特殊環(huán)境下，借助固體或者液體介質(zhì)實(shí)現(xiàn)超聲波能量向物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)供電傳輸?shù)某暡o線輸電系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種超聲波無線輸電系統(tǒng)，包括超聲波能量發(fā)生器；所述超聲波能量發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波傳輸給第一超聲能量分配器；所述第一超聲能量分配器將接收到的超聲波傳輸給第二超聲能量分配器或智能節(jié)點(diǎn)；所述第二超聲能量分配器將將接收到的超聲波傳輸給第三超聲能量分配器或智能節(jié)點(diǎn)；使用時(shí)，電能通過超聲波能量發(fā)生器轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，首先通過管道壁內(nèi)的固體介質(zhì)向第一超聲能量分配器傳遞；第一超聲能量分配器將一部分能量提供給智能節(jié)點(diǎn)，另一部分能量通過液體介質(zhì)的耦合傳送給第二超聲能量分配器，然后，按照這種方式將能量在管道逐級傳遞。
[0005]優(yōu)選的，所述超聲能量發(fā)生器包括整流和濾波電路、全橋逆變電路、匹配電路、超聲波發(fā)射換能器、具有最大功率跟蹤功能的控制電路；所述整流和濾波電路將輸入的不穩(wěn)定的交流電改變?yōu)榉€(wěn)定直流電；所述全橋逆變電路的作用是將電能變送到下一級超聲能量分配器；所述匹配電路將輸入電流整合成與超聲波發(fā)射換能器相適合的電流；所述具有最大功率跟蹤功能的控制電路控制及跟蹤輸出電流。
[0006]優(yōu)選的，所述超聲能量分配器包括超聲波接收換能器、整流濾波電路、穩(wěn)壓充電電路、全橋逆變電路、匹配電路、超聲波發(fā)射換能器；所述超聲波接收換能器用于接收上一級發(fā)射出的超聲波；所述整流濾波電路不僅向穩(wěn)壓充電電路提供電源還向全橋逆變電路提供電源，充電穩(wěn)壓電路向本級的物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)供電，而全橋逆變電路的作用是將電能變送到下一級超聲能量分配器；所述匹配電路將輸入電流整合成與超聲波發(fā)射換能器相適合的電流；所述超聲波發(fā)射換能器將經(jīng)過全橋逆變電路整合后的電能轉(zhuǎn)化成超聲波向下一級超聲能量分配器發(fā)射。
[0007]由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明的一種超聲波無線輸電系統(tǒng)，將電能通過超聲波能量發(fā)生器轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，首先通過管道壁內(nèi)的固體介質(zhì)向超聲波能量分配器傳遞；超聲能量分配器將一部分能量提供給智能節(jié)點(diǎn)，另一部分能量通過液體介質(zhì)的耦合傳送給下一個(gè)超聲能量分配器，然后，按照這種方式將能量在管道逐級傳遞，能夠在特殊環(huán)境下向物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)供電，借助固體或者液體介質(zhì)實(shí)現(xiàn)超聲波能量傳輸，有效地提高超聲波的作用距離，提高了超聲波能量傳輸?shù)陌l(fā)射功率和效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明:
附圖1為本發(fā)明的一種超聲波無線輸電系統(tǒng)的原理框圖；
附圖2為本發(fā)明的一種超聲波無線輸電系統(tǒng)在應(yīng)用環(huán)境中安裝位置示意圖；
附圖3為本發(fā)明的一種超聲波無線輸電系統(tǒng)的能量分配圖；
其中:1、超聲波能量發(fā)生器；101、整流和濾波電路；102、全橋逆變電路；103、匹配電路；104、超聲波發(fā)射換能器；105、具有最大功率跟蹤功能的控制電路；2、3、4、超聲能量分配器;201、301、401、收超聲波換能器;202、302、402、整流濾波電路;203、303、403、穩(wěn)壓充電電路；204、304、404、全橋逆變電路；205、305、405、匹配電路；206、306、406、超聲波發(fā)射換能器；207、307、407、智能節(jié)點(diǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖來說明本發(fā)明。
[0010]如附圖1-3所示為本發(fā)明所述的一種超聲波無線輸電系統(tǒng)，包括超聲波能量發(fā)生器1、三個(gè)超聲能量分配器2、智能節(jié)點(diǎn)207 ;所述超聲波能量發(fā)生器I與三個(gè)超聲能量分配器2依次連接，超聲波能量發(fā)生器I的作用是將來自于電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)變成超聲波振動(dòng)的機(jī)械能；所述三個(gè)超聲能量分配器2依次連接有智能節(jié)點(diǎn)207 ;使用時(shí)，電能通過超聲波能量發(fā)生器I轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，首先通過管道壁內(nèi)的固體介質(zhì)向超聲波能量分配器2傳遞；超聲能量分配器2將一部分能量提供給智能節(jié)點(diǎn)207，另一部分能量通過液體介質(zhì)的耦合傳送給下一個(gè)超聲能量分配器3，然后，按照這種方式將能量在管道逐級傳遞，本實(shí)施例中，所述超聲波能量發(fā)生器I產(chǎn)生的超聲波傳輸給第一超聲能量分配器2 ;所述第一超聲能量分配器2將接收到的超聲波傳輸給第二超聲能量分配器3或智能節(jié)點(diǎn)307 ;所述第二超聲能量分配器3將接收到的超聲波傳輸給第三超聲能量分配器4或智能節(jié)點(diǎn)407 ;使用時(shí)，電能通過超聲波能量發(fā)生器I轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，首先通過管道壁內(nèi)的固體介質(zhì)向第一超聲能量分配器2傳遞；第一超聲能量分配器2將一部分能量提供給智能節(jié)點(diǎn)207，另一部分能量通過液體介質(zhì)的耦合傳送給第二超聲能量分配器3，然后，按照這種方式將能量在管道逐級傳遞。
[0011]所述超聲能量發(fā)生器I包括整流和濾波電路101、全橋逆變電路102、匹配電路103、超聲波發(fā)射換能器104、具有最大功率跟蹤功能的控制電路105 ;所述整流和濾波電路101將輸入的不穩(wěn)定的交流電改變?yōu)榉€(wěn)定直流電；所述全橋逆變電路102的作用是將電能變送到下一級超聲能量分配器2 ;所述匹配電路103將輸入電流整合成與超聲波發(fā)射換能器104相適合的電流；所述具有最大功率跟蹤功能的控制電路控制105及跟蹤輸出電流。
[0012]所述超聲能量分配器2包括超聲波接收換能器201、整流濾波電路202、穩(wěn)壓充電電路203、全橋逆變電路204、匹配電路205、超聲波發(fā)射換能器206 ;所述超聲波接收換能器201用于接收上一級發(fā)射出的超聲波；所述整流濾波電路202不僅向穩(wěn)壓充電電路203提供電源還向全橋逆變電路204提供電源，充電穩(wěn)壓電路203向本級的物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)207供電，而全橋逆變電路204的作用是將電能變送到下一級超聲能量分配器3 ;所述匹配電路205將輸入電流整合成與超聲波發(fā)射換能器206相適合的電流；所述超聲波發(fā)射換能器206將經(jīng)過全橋逆變電路204整合后的電能轉(zhuǎn)化成超聲波向下一級超聲能量分配器3發(fā)射。
[0013]使用時(shí)，其中整流濾波電路202不僅向穩(wěn)壓充電電路203提供電源還向全橋逆變電路204提供電源，充電穩(wěn)壓電路203向本級的物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)207供電，而全橋逆變電路204的作用是將電能變送到下一級超聲能量分配器3 ;超聲波能量發(fā)生器I安裝在管道的外偵牝超聲波發(fā)射換能器104與管道外壁緊密貼合，第一級超聲能量分配器2的超聲波接收換能器201與超聲波發(fā)射換能器104安裝在同一個(gè)軸線上，并和管道內(nèi)壁緊貼，這樣可以得到最大的傳輸效率，前一級的超聲波能量分配器2的超聲波發(fā)射換能器206和后一級超聲波能量分配器3也要安裝在同一個(gè)軸線上，以取得最大的傳輸效率，為了有效地提高超聲波的作用距離，超聲波發(fā)射換能器206要做成具有一定的指向性，使它發(fā)射的聲能主要集中于一個(gè)方向，其余方向僅有很少量的聲能，超聲波發(fā)射換能器206 —般使其工作在諧振基頻上，因?yàn)樗軌颢@得大功率發(fā)射和高效率特性。
[0014]由于超聲波在介質(zhì)中傳輸?shù)膿p耗，能量呈現(xiàn)逐級衰減的趨勢，但是由于物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)207的的微功耗特性，在較大功率的超聲波能量發(fā)生器I的驅(qū)動(dòng)下，超聲波無線輸電系統(tǒng)可以逐級傳輸?shù)絅個(gè)級點(diǎn)，N隨著超聲波能量發(fā)生器I的功率和超聲能量分配器2的效率增大而增大。
[0015]本發(fā)明將電能通過超聲波能量發(fā)生器I轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，首先通過管道壁內(nèi)的固體介質(zhì)向超聲波能量分配器2傳遞；超聲能量分配器2將一部分能量提供給智能節(jié)點(diǎn)207，另一部分能量通過液體介質(zhì)的耦合傳送給下一個(gè)超聲能量分配器3，然后，按照這種方式將能量在管道逐級傳遞，能夠在特殊環(huán)境下向物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)207供電，借助固體或者液體介質(zhì)實(shí)現(xiàn)超聲波能量傳輸，有效地提高超聲波的作用距離，提高了超聲波能量傳輸?shù)陌l(fā)射功率和效率。
[0016]上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波無線輸電系統(tǒng)，其特征在于:包括超聲波能量發(fā)生器；所述超聲波能量發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波傳輸給第一超聲能量分配器；所述第一超聲能量分配器將接收到的超聲波傳輸給第二超聲能量分配器或智能節(jié)點(diǎn)；所述第二超聲能量分配器將將接收到的超聲波傳輸給第三超聲能量分配器或智能節(jié)點(diǎn)；使用時(shí)，電能通過超聲波能量發(fā)生器轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，首先通過管道壁內(nèi)的固體介質(zhì)向第一超聲能量分配器傳遞；第一超聲能量分配器將一部分能量提供給智能節(jié)點(diǎn)，另一部分能量通過液體介質(zhì)的耦合傳送給第二超聲能量分配器，然后，按照這種方式將能量在管道逐級傳遞。
2.如權(quán)利要求1所述的一種超聲波無線輸電系統(tǒng)，其特征在于:所述超聲能量發(fā)生器包括整流和濾波電路、全橋逆變電路、匹配電路、超聲波發(fā)射換能器、具有最大功率跟蹤功能的控制電路；所述整流和濾波電路將輸入的不穩(wěn)定的交流電改變?yōu)榉€(wěn)定直流電；所述全橋逆變電路的作用是將電能變送到下一級超聲能量分配器；所述匹配電路將輸入電流整合成與超聲波發(fā)射換能器相適合的電流；所述具有最大功率跟蹤功能的控制電路控制及跟蹤輸出電流。
3.如權(quán)利要求1所述的一種超聲波無線輸電系統(tǒng)，其特征在于:所述超聲能量分配器包括超聲波接收換能器、整流濾波電路、穩(wěn)壓充電電路、全橋逆變電路、匹配電路、超聲波發(fā)射換能器；所述超聲波接收換能器用于接收上一級發(fā)射出的超聲波；所述整流濾波電路不僅向穩(wěn)壓充電電路提供電源還向全橋逆變電路提供電源，充電穩(wěn)壓電路向本級的物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)供電，而全橋逆變電路的作用是將電能變送到下一級超聲能量分配器；所述匹配電路將輸入電流整合成與超聲波發(fā)射換能器相適合的電流；所述超聲波發(fā)射換能器將經(jīng)過全橋逆變電路整合后的電能轉(zhuǎn)化成超聲波向下一級超聲能量分配器發(fā)射。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK104242482SQ201410423492
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】季翼鵬, 姚文賢 申請人:蘇州市職業(yè)大學(xué)