基于压电换能器的无线能量传输系统研究
发布时间:2021-11-24 13:24
海洋是生命的摇篮,蕴藏着富饶的资源,海洋资源的开发和利用成为解决全球资源匮乏问题的必然发展方向,而目前人类已探索的海底只有5%。另一方面,海洋的性质变化对地球气候的发展、人类的社会生活等都具有着重要的影响。对于有效开发和利用海洋资源、实时监视和监测海洋环境等工作而言,这些无不建立在依靠众多的水下电子设备的可靠、稳定及持续运行的基础之上。如何为这些水下电子系统实时地、不回收地进行供能以保障水下环境监测工作的可靠性、实时性以及不间断性,已经成为了海洋科技领域的重要研究方向之一。利用声波耦合实现电—声—电的转换进行声波无线能量传输(Acoustic Wireless Energy Transfer,AWET)具有不受海水导电性影响、无电磁干扰等优良特性,是解决该问题的一个重要方向,在海洋研究领域具有重要的现实意义。本文主要围绕AWET系统中压电换能器的电学等效模型及水下声波传播模型进行研究分析,实现基于压电换能器的水下AWET系统的性能优化及能量转换效率的提升。主要完成了以下工作:1.在对隔生物组织、隔金属AWET等研究的理论基础之上,对海水介质中AWET系统的组成及关键问题进行了详细研究和...
【文章来源】:北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:84 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
图2-1水下AWET系统基本结构示意图??Fig.?2-1?Basic?structure?diagram?of?underwater?AWET?system??
a)?b)??图2-3基本RLC振荡电路a)串联形式;b)并联形式??Fig.?2-3?Basic?RLC?oscillator?circuit?a)?in?series;?b)?in?parallel??以最简单的RLC电路为例,如图2-3所示,图2-3?a)和b)分别为最基本的??RLC串联和并联振荡电路电路,对电路工作状态作一般性分析。假设电源是一个??电动势为五=尽的稳态振荡,那么由基尔霍夫电压电流定律,根据电路图中各??元件的物理性质分别可以列出串联电路和并联电路方程为:??串联电路方程:??Le^-?+?RJ?+?^\ldt?=?Eaeia>,?(2-13)??并联电路方程:?^??4?卜=/’?(2_14)??这里,在分析串联电路的过程中使用电阻抗来描述电路的特性,而在分析并??联电路的过程中,采用了电导纳来表征电路特性。??貢??F??图2-4基本力学振动系统??Fig.?2-4?Basic?mechanical?vibration?system??14??
形换能器中心为坐标原点0,活塞所在平面为;qy平面,由于系统具有轴对称性,??所以可以不失一般性地假设在xz平面上的某一处设置一观察点其与原点的直??线距离为/*,其位置矢量与z轴正向的夹角设为c(,其理论模型如图2-5所示。??dS??/〇? ̄?T??yj??、—^??图2-5无限大障板上的圆形活塞式换能器的辐射示意图??Fig.?2-5?Representation?for?the?radiation?of?a?circular?piston?transducer?on?an?infinite?baffle??位于发射换能器极径为/?、极角为^处的面元dS可以看成一个点源,将所有这??些点源辐射的声波叠加起来,也就是对dS积分,得到整个活塞在位于观察点户处??辐射声强应有如下表达式??ffj生w?户’必?(2-22)??2nh?a??其中A=27r/A为波束,为介质中声波的波长,p为介质密度,c为介质中的声速,??观察点P与面元dS的距离为h?^为活塞换能器表面质点振速的幅度,w为振动??角频率。??17??
【参考文献】:
期刊论文
[1]海水中感应耦合与超声耦合无线电能传输技术对比[J]. 陈希有,许康,牟宪民,李冠林. 电机与控制学报. 2018(03)
[2]纵振式超声波无线电能传输装置仿真与实验[J]. 赵鑫. 长春工业大学学报. 2017(03)
[3]ADCP技术发展及其应用综述[J]. 刘彦祥. 海洋测绘. 2016(02)
[4]超声波无线电能传输系统电气建模方法(英文)[J]. Leung Ho Fai,戴欣,呼爱国. 电工技术学报. 2015(19)
[5]水下航行器非接触式电能传输技术研究[J]. 王司令,宋保维,段桂林,杜喜召. 电机与控制学报. 2014(06)
[6]水声换能器研究新进展[J]. 莫喜平. 应用声学. 2012(03)
[7]基于PZT的超声波无接触能量传输系统的研究[J]. 邹玉炜,黄学良,柏杨,谭林林. 电工技术学报. 2011(09)
[8]基于超声波的无线电能传输的研究[J]. 柏杨,黄学良,邹玉炜,丁晓辰. 压电与声光. 2011(02)
[9]新世纪实施科技兴海战略的思考[J]. 马志荣. 科技进步与对策. 2005(05)
本文编号:3516065
【文章来源】:北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:84 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
图2-1水下AWET系统基本结构示意图??Fig.?2-1?Basic?structure?diagram?of?underwater?AWET?system??
a)?b)??图2-3基本RLC振荡电路a)串联形式;b)并联形式??Fig.?2-3?Basic?RLC?oscillator?circuit?a)?in?series;?b)?in?parallel??以最简单的RLC电路为例,如图2-3所示,图2-3?a)和b)分别为最基本的??RLC串联和并联振荡电路电路,对电路工作状态作一般性分析。假设电源是一个??电动势为五=尽的稳态振荡,那么由基尔霍夫电压电流定律,根据电路图中各??元件的物理性质分别可以列出串联电路和并联电路方程为:??串联电路方程:??Le^-?+?RJ?+?^\ldt?=?Eaeia>,?(2-13)??并联电路方程:?^??4?卜=/’?(2_14)??这里,在分析串联电路的过程中使用电阻抗来描述电路的特性,而在分析并??联电路的过程中,采用了电导纳来表征电路特性。??貢??F??图2-4基本力学振动系统??Fig.?2-4?Basic?mechanical?vibration?system??14??
形换能器中心为坐标原点0,活塞所在平面为;qy平面,由于系统具有轴对称性,??所以可以不失一般性地假设在xz平面上的某一处设置一观察点其与原点的直??线距离为/*,其位置矢量与z轴正向的夹角设为c(,其理论模型如图2-5所示。??dS??/〇? ̄?T??yj??、—^??图2-5无限大障板上的圆形活塞式换能器的辐射示意图??Fig.?2-5?Representation?for?the?radiation?of?a?circular?piston?transducer?on?an?infinite?baffle??位于发射换能器极径为/?、极角为^处的面元dS可以看成一个点源,将所有这??些点源辐射的声波叠加起来,也就是对dS积分,得到整个活塞在位于观察点户处??辐射声强应有如下表达式??ffj生w?户’必?(2-22)??2nh?a??其中A=27r/A为波束,为介质中声波的波长,p为介质密度,c为介质中的声速,??观察点P与面元dS的距离为h?^为活塞换能器表面质点振速的幅度,w为振动??角频率。??17??
【参考文献】:
期刊论文
[1]海水中感应耦合与超声耦合无线电能传输技术对比[J]. 陈希有,许康,牟宪民,李冠林. 电机与控制学报. 2018(03)
[2]纵振式超声波无线电能传输装置仿真与实验[J]. 赵鑫. 长春工业大学学报. 2017(03)
[3]ADCP技术发展及其应用综述[J]. 刘彦祥. 海洋测绘. 2016(02)
[4]超声波无线电能传输系统电气建模方法(英文)[J]. Leung Ho Fai,戴欣,呼爱国. 电工技术学报. 2015(19)
[5]水下航行器非接触式电能传输技术研究[J]. 王司令,宋保维,段桂林,杜喜召. 电机与控制学报. 2014(06)
[6]水声换能器研究新进展[J]. 莫喜平. 应用声学. 2012(03)
[7]基于PZT的超声波无接触能量传输系统的研究[J]. 邹玉炜,黄学良,柏杨,谭林林. 电工技术学报. 2011(09)
[8]基于超声波的无线电能传输的研究[J]. 柏杨,黄学良,邹玉炜,丁晓辰. 压电与声光. 2011(02)
[9]新世纪实施科技兴海战略的思考[J]. 马志荣. 科技进步与对策. 2005(05)
本文编号:3516065
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