磁耦合谐振式水下无线能量传输结构设计及其特性研究

发布时间：2023-09-03 19:21

　　随着自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)和水下无线传感器网络的应用场合越来越复杂,AUV的供能问题以及传感器的供能、数据传输问题一直备受关注。目前水面对接站通常采用一对一的形式为AUV进行能量补给,这会间接影响AUV的任务进度和效率,同时传统的以金属线缆方式为传感器供能和回传数据的方法也已经不能满足实际需求。磁耦合谐振式无线能量传输技术和近场通讯技术都是利用近场磁场耦合在收发结构之间进行能量交换,因此将二者结合成为解决能量和信息传输的可选方案。本文以等效电路和近场电磁场理论为基础,对无线能量传输技术和近场通讯技术进行了研究,为目前存在的问题提供良好的解决方案。针对复杂水下环境中传感器的能量供给和数据回传问题,本文提出了两种水下无线能量与信息同步传输结构方案,方案中AUV作为电能的供电端和数据的接收端,传感器作为电能的受电端和数据的发送端。为减小线圈角度偏转对传输过程造成的影响,将两组空间位置相互正交的线圈分别用于能量和信息传输,提出了一种三维形式的传输结构。为减小线圈偏移对传输过程造成的影响,通过研究线圈之间水平间距与系统性能的关系,提...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 无线能量传输研究现状
        1.2.2 水下无线能量传输技术研究现状
        1.2.3 无线能量与信息同步传输技术研究现状
        1.2.4 研究现状综述
    1.3 论文主要研究内容
    1.4 论文结构安排
第2章 无线能量传输基本原理
    2.1 引言
    2.2 物理原理
    2.3 谐振电路原理
        2.3.1 串联谐振电路
        2.3.2 互感耦合电路
    2.4 网络端口理论
        2.4.1 波参数理论
        2.4.2 系统指标
    2.5 海水介质模型
    2.6 基本原理的仿真验证
        2.6.1 线圈天线仿真
        2.6.2 单谐振体仿真
        2.6.3 理论验证仿真
        2.6.4 互感耦合模型验证仿真
    2.7 本章小结
第3章 水下无线能量传输结构设计优化与分析
    3.1 引言
    3.2 水下供能与信息回传场景
    3.3 三维水下无线能量与信息同步传输结构设计
        3.3.1 收发线圈角度偏转对传输效果的影响
        3.3.2 双发射线圈条件下的等效电路理论分析
        3.3.3 多发射线圈结构的传输特性仿真分析
        3.3.4 传输结构模型
        3.3.5 传输结构模型的改进
    3.4 阵列式水下无线能量与信息同步传输结构设计
        3.4.1 收发线圈水平偏移的仿真分析
        3.4.2 双接收线圈共面条件下的传输特性仿真
        3.4.3 传输结构模型
        3.4.4 应用模型方案
    3.5 本章小结
第4章 立方形多向水下无线能量传输方法研究
    4.1 引言
    4.2 AUV的能量补给场景
    4.3 立方形多向无线能量传输方法
        4.3.1 立方形多向线圈结构模型设计及评估
        4.3.2 线圈等效互感分析
        4.3.3 等效电路模型分析
    4.4 结构模型仿真验证
        4.4.1 不同接收角度下的仿真分析
        4.4.2 与球形结构仿真对比
        4.4.3 多接收线圈仿真分析
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：3845635