专利名称：一种基于压电陶瓷的超声波无线输电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及 一种基于压电陶瓷的超声波无线输电装置，属于无线能量传输的技术领域。
背景技术：
近年来随着各种电子设备的层出不穷，应用场合的复杂多变，传统的供电方式已经难以满足现有电子设备的供电需求。以一种高精度的电磁测量探头为例，当要求其全天候监测某特定区域工频电磁场时，如果采用传统的输电线对其进行供电，输电线路周边的电磁场势必会对探头的测量结果进行干扰，使测量值不能正确反映环境实际的工频电磁场数值；而采用电池供电，5块容量为1300mAh的镍氢电池在探头正常工作模式下，仅能维持其150个小时的工作，即使加大电池的容量，也只能延长工作时间，而达不到实时供电的效果。为了达到实时供电的效果，现有的无线供电方法主要有电磁感应式、磁场谐振耦合式、 微波等，这些方式中都采用了电磁波作为能量传输媒介，而电磁波在传输时势必会对周围的环境产生电磁干扰，给探头这类设备供电时还会对测量带来误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种基于压电陶瓷的超声波无线输电装置。本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案
一种基于压电陶瓷的超声波无线输电装置包括能量发射器和能量接收器，能量接收器通过共振耦合获得能量发射器产生的无线电能；其中
所述能量发射器包括电源变换电路、超声波发射振子、机械振动激发电路，其中，电源变换电路的输入端接交流电，电源变换电路的第一输出端与机械振动激发电路的输入端连接，超声波发射振子的两端分别与电源变换电路的第二输出端、机械振动激发电路的输出端连接；
所述能量接收器包括依次连接的超声波接收振子、整流电路、功率调节电路。所述基于压电陶瓷的超声波无线输电装置中，所述能量发射器中的超声波发射振子包括第一压电陶瓷和第一声阻抗匹配层；其中第一压电陶瓷将电源变换电路输出的电能转化为机械能传递给第一声阻抗匹配层，第一声阻抗匹配层将机械能转化为声能发送给能量接收器。所述基于压电陶瓷的超声波无线输电装置中，所述能量接收器中的超声波接受振子包括第二声阻抗匹配层和第二压电陶瓷，第二声阻抗匹配层将能量发射器发送的声能转化为机械能传递给第二压电陶瓷，第二压电陶瓷将机械能转换为电能。本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果解决了现有电磁耦合及磁共振方式无线输电技术存在电磁干扰的问题，电磁辐射对人体的影响小。
图1为基于压电陶瓷的超声波无线输电装置的示意图。图中标号说明1、能量发射器；1-1、电源变换电路；1-2、超声波发射振子；1-2-1、第一压电陶瓷；1-2-2、第一声阻抗匹配层；1-3、机械振动激发电路；1-3-1、驱动开关管；1-3-2、驱动电路；2、能量接收器； 2-1、超声波接收振子；2-1-1、第二压电陶瓷；2-1-2、第二声阻抗匹配层；2-2、整流电路； 2-3、功率调节电路。
具体实施例方式下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明
如图1所示的基于压电陶瓷的超声波无线输电装置包括能量发射器1和能量接收器 2，能量接收器2通过共振耦合获得能量发射器1产生的无线电能。能量发射器1包括电源变换电路1-1、超声波发射振子1-2、驱动开关管1-3-1、驱动电路1-3-2，电源变换电路1-1的第一输出端与驱动开关管1-3-1的漏极连接，超声波发射振子1-2的两端分别与电源变换电路1-1的第二输出端、驱动开关管1-3-1的源极连接。 其中，超声波发射振子1-2包括第一压电陶瓷1-2-1和第一声阻抗匹配层1-2-2。能量接收器2包括依次连接的超声波接收振子2-1、整流电路2-2、功率调节电路 2-3。超声波接受振子2-1包括第二声阻抗匹配层2-1-2和第二压电陶瓷2-1-1。整流电路2-2将第二压电陶瓷2-1-1输出的交流电转化成直流电进行输出，功率调节电路2-3可以调节负载阻抗使负载阻抗和第二压电陶瓷2-1-1的等效内阻抗相等，从而使第二压电陶瓷2-1-1输出的功率最大。第一压电陶瓷1-2-1与第一声阻抗匹配层1-2-2构成的超声波发射振子1_2具有特定的机械固有振动频率，并且超声波发射振子1-2的声阻抗可以与空气相匹配。当加载在超声波发射振子1-2两端的电压频率和超声波发射振子1-2的机械固有振动频率相等时，第一压电陶瓷1-2-1通过逆压电效应，将电能最大程度的转化成机械振动能，第一压电陶瓷1-2-1产生的机械振动能再通过第一声阻抗匹配层1-2-2在无线输电装置能量传输的范围内转化成声场。超声波接收振子2-1用于接收超声波发射振子1-2传输过来的声场能量。超声波接收振子2-1由第二压电陶瓷2-1-1和第二声阻抗匹配层2-1-2组成。第二压电陶瓷2-1-1 和第二声阻抗匹配层2-1-2用来接收声场能量，超声波接收振子2-1设定共振接收频率，使得超声波接收振子2-1的振动幅度达到最大，该振动由第二压电陶瓷2-1-1的正压电效应转化成与共振频率相同的交流电。机械振动激发电路1-3中，驱动电路1-3-2产生与超声波发射振子设定的共振发射频率相同或为共振发射频率的1/n的驱动信号，驱动开关管1-3-1接收驱动信号。驱动开关管1-3-1的开关频率与共振发射频率相同或为谐振发射频率的1/n，用于将电能补充给超声波发射振子1-2，其中的η为正整数。当超声波发射振子和超声波接收振子的结构完全相同时，共振发射频率与共振接收频率相同。本发明所涉及的基于压电陶瓷的超声波无线输电装置中机械振动激发电路使超声波发射振子机械振动，当超声波发射振子的电频率与机械固有振动频率相等时，超声波发射振子中的发射压电陶瓷由于逆压电效应将电能转化为机械能，发射声阻抗匹配层将机械能转化为声场能量；超声波接收振子在接收到的声厂能量时机械振动，机械振动使得接收压电陶瓷由于正压电效应将机械能转化为电能；接收压电陶瓷输出的交流电经过整流电路整流得到直流电，功率调节电路调节负载阻抗和接收压电陶瓷的等效内阻抗相等，从而使接收压电陶瓷的输出功率最大化。
权利要求
1.一种基于压电陶瓷的超声波无线输电装置，其特征在于包括能量发射器和能量接收器，能量接收器通过共振耦合获得能量发射器产生的无线电能；其中所述能量发射器包括电源变换电路、超声波发射振子、机械振动激发电路，其中，电源变换电路的输入端接交流电，电源变换电路的第一输出端与机械振动激发电路的输入端连接，超声波发射振子的两端分别与电源变换电路的第二输出端、机械振动激发电路的输出端连接；所述能量接收器包括依次连接的超声波接收振子、整流电路、功率调节电路。
2.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的超声波无线输电装置，其特征在于，所述能量发射器中的超声波发射振子包括第一压电陶瓷和第一声阻抗匹配层；其中第一压电陶瓷将电源变换电路输出的电能转化为机械能传递给第一声阻抗匹配层，第一声阻抗匹配层将机械能转化为声能发送给能量接收器。
3.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的超声波无线输电装置，其特征在于所述能量接收器中的超声波接受振子包括第二声阻抗匹配层和第二压电陶瓷，第二声阻抗匹配层将能量发射器发送的声能转化为机械能传递给第二压电陶瓷，第二压电陶瓷将机械能转换为电能。
全文摘要
本发明涉及一种基于压电陶瓷的超声波无线输电装置，属于无线能量传输的技术领域。所述超声波无线输电装置包括电源变换电路、超声波发射振子、机械振动激发电路、接收振子、整流电路、功率调节电路。超声波发射振子和电源变换电路发生机电共振将电能转化为声场能量，声场能声场能量在超声波接收发射振子中先被转化为机械能再被转化为交流电，交流电经过整流后传输给负载。所述超声波无线输电装置解决了现有电磁耦合及磁共振方式无线输电技术存在电磁干扰的问题，电磁辐射对人体的影响小。
文档编号H02J17/00GK102437658SQ20111044308
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者谭林林, 邹玉炜, 黄学良 申请人:东南大学