一种超声波无线输电系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种超声波无线输电系统，包括超声波能量发生器、多个超声能量分配器；所述超声波能量发生器产生的超声波传输给第一超声能量分配器；所述第一超声能量分配器将接收到的超声波传输给第二超声能量分配器或智能节点；所述第二超声能量分配器将将接收到的超声波传输给第三超声能量分配器或智能节点；本发明将电能通过超声波能量发生器转换为机械能，超声能量分配器将一部分能量提供给智能节点，另一部分能量通过液体介质的耦合传送给下一个超声能量分配器，然后，按照这种方式将能量在管道逐级传递，借助固体或者液体介质实现超声波能量传输，有效地提高超声波的作用距离，提高了超声波能量传输的发射功率和效率。
【专利说明】一种超声波无线输电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超声波无线输电系统，尤其是一种用于特殊环境下向物联网智能节点供电的超声波无线输电系统。
【背景技术】
[0002]无源物联网是一种新兴的技术，它是能量采集、无线通信和低功耗技术的一个有机的结合，无源无线物联网的智能节点常常采用因地制宜的办法从周围的环境中采集能量，包括太阳能、风能、温差、振动、等等，由于不需要改变周围环境，所以在智能家居、工业测控的方面应用正迅速崛起；然而在有些特殊的应用场合，如密封或者半密封的液体环境，如城市供水管道、核电站废水存贮装置、污水处理厂，为了监测其中的温度、水压、流速、酸碱度、或者某种化学成分、或者放射物质的含量，常常需要安装无源的物理网智能节点，周围环境中的能量采集特别困难、采集效率极低，或者不方便采集，使得物联网智能节点能采用电池供电的方式，即使再大的电池容量也有被耗尽的时候，当电池能量被耗尽后，就需要更换，增加了这些物联网智能节点的维护成本、使用成本。
【发明内容】
[0003]针对上述存在的技术问题，本发明的目的是:提出了一种用于特殊环境下，借助固体或者液体介质实现超声波能量向物联网智能节点供电传输的超声波无线输电系统。
[0004]本发明的技术解决方案是这样实现的:一种超声波无线输电系统，包括超声波能量发生器；所述超声波能量发生器产生的超声波传输给第一超声能量分配器；所述第一超声能量分配器将接收到的超声波传输给第二超声能量分配器或智能节点；所述第二超声能量分配器将将接收到的超声波传输给第三超声能量分配器或智能节点；使用时，电能通过超声波能量发生器转换为机械能，首先通过管道壁内的固体介质向第一超声能量分配器传递；第一超声能量分配器将一部分能量提供给智能节点，另一部分能量通过液体介质的耦合传送给第二超声能量分配器，然后，按照这种方式将能量在管道逐级传递。
[0005]优选的，所述超声能量发生器包括整流和滤波电路、全桥逆变电路、匹配电路、超声波发射换能器、具有最大功率跟踪功能的控制电路；所述整流和滤波电路将输入的不稳定的交流电改变为稳定直流电；所述全桥逆变电路的作用是将电能变送到下一级超声能量分配器；所述匹配电路将输入电流整合成与超声波发射换能器相适合的电流；所述具有最大功率跟踪功能的控制电路控制及跟踪输出电流。
[0006]优选的，所述超声能量分配器包括超声波接收换能器、整流滤波电路、稳压充电电路、全桥逆变电路、匹配电路、超声波发射换能器；所述超声波接收换能器用于接收上一级发射出的超声波；所述整流滤波电路不仅向稳压充电电路提供电源还向全桥逆变电路提供电源，充电稳压电路向本级的物联网智能节点供电，而全桥逆变电路的作用是将电能变送到下一级超声能量分配器；所述匹配电路将输入电流整合成与超声波发射换能器相适合的电流；所述超声波发射换能器将经过全桥逆变电路整合后的电能转化成超声波向下一级超声能量分配器发射。
[0007]由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:
本发明的一种超声波无线输电系统，将电能通过超声波能量发生器转换为机械能，首先通过管道壁内的固体介质向超声波能量分配器传递；超声能量分配器将一部分能量提供给智能节点，另一部分能量通过液体介质的耦合传送给下一个超声能量分配器，然后，按照这种方式将能量在管道逐级传递，能够在特殊环境下向物联网智能节点供电，借助固体或者液体介质实现超声波能量传输，有效地提高超声波的作用距离，提高了超声波能量传输的发射功率和效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明:
附图1为本发明的一种超声波无线输电系统的原理框图；
附图2为本发明的一种超声波无线输电系统在应用环境中安装位置示意图；
附图3为本发明的一种超声波无线输电系统的能量分配图；
其中:1、超声波能量发生器；101、整流和滤波电路；102、全桥逆变电路；103、匹配电路；104、超声波发射换能器；105、具有最大功率跟踪功能的控制电路；2、3、4、超声能量分配器;201、301、401、收超声波换能器;202、302、402、整流滤波电路;203、303、403、稳压充电电路；204、304、404、全桥逆变电路；205、305、405、匹配电路；206、306、406、超声波发射换能器；207、307、407、智能节点。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图来说明本发明。
[0010]如附图1-3所示为本发明所述的一种超声波无线输电系统，包括超声波能量发生器1、三个超声能量分配器2、智能节点207 ;所述超声波能量发生器I与三个超声能量分配器2依次连接，超声波能量发生器I的作用是将来自于电网的电能转变成超声波振动的机械能；所述三个超声能量分配器2依次连接有智能节点207 ;使用时，电能通过超声波能量发生器I转换为机械能，首先通过管道壁内的固体介质向超声波能量分配器2传递；超声能量分配器2将一部分能量提供给智能节点207，另一部分能量通过液体介质的耦合传送给下一个超声能量分配器3，然后，按照这种方式将能量在管道逐级传递，本实施例中，所述超声波能量发生器I产生的超声波传输给第一超声能量分配器2 ;所述第一超声能量分配器2将接收到的超声波传输给第二超声能量分配器3或智能节点307 ;所述第二超声能量分配器3将接收到的超声波传输给第三超声能量分配器4或智能节点407 ;使用时，电能通过超声波能量发生器I转换为机械能，首先通过管道壁内的固体介质向第一超声能量分配器2传递；第一超声能量分配器2将一部分能量提供给智能节点207，另一部分能量通过液体介质的耦合传送给第二超声能量分配器3，然后，按照这种方式将能量在管道逐级传递。
[0011]所述超声能量发生器I包括整流和滤波电路101、全桥逆变电路102、匹配电路103、超声波发射换能器104、具有最大功率跟踪功能的控制电路105 ;所述整流和滤波电路101将输入的不稳定的交流电改变为稳定直流电；所述全桥逆变电路102的作用是将电能变送到下一级超声能量分配器2 ;所述匹配电路103将输入电流整合成与超声波发射换能器104相适合的电流；所述具有最大功率跟踪功能的控制电路控制105及跟踪输出电流。
[0012]所述超声能量分配器2包括超声波接收换能器201、整流滤波电路202、稳压充电电路203、全桥逆变电路204、匹配电路205、超声波发射换能器206 ;所述超声波接收换能器201用于接收上一级发射出的超声波；所述整流滤波电路202不仅向稳压充电电路203提供电源还向全桥逆变电路204提供电源，充电稳压电路203向本级的物联网智能节点207供电，而全桥逆变电路204的作用是将电能变送到下一级超声能量分配器3 ;所述匹配电路205将输入电流整合成与超声波发射换能器206相适合的电流；所述超声波发射换能器206将经过全桥逆变电路204整合后的电能转化成超声波向下一级超声能量分配器3发射。
[0013]使用时，其中整流滤波电路202不仅向稳压充电电路203提供电源还向全桥逆变电路204提供电源，充电稳压电路203向本级的物联网智能节点207供电，而全桥逆变电路204的作用是将电能变送到下一级超声能量分配器3 ;超声波能量发生器I安装在管道的外侦牝超声波发射换能器104与管道外壁紧密贴合，第一级超声能量分配器2的超声波接收换能器201与超声波发射换能器104安装在同一个轴线上，并和管道内壁紧贴，这样可以得到最大的传输效率，前一级的超声波能量分配器2的超声波发射换能器206和后一级超声波能量分配器3也要安装在同一个轴线上，以取得最大的传输效率，为了有效地提高超声波的作用距离，超声波发射换能器206要做成具有一定的指向性，使它发射的声能主要集中于一个方向，其余方向仅有很少量的声能，超声波发射换能器206 —般使其工作在谐振基频上，因为他能够获得大功率发射和高效率特性。
[0014]由于超声波在介质中传输的损耗，能量呈现逐级衰减的趋势，但是由于物联网智能节点207的的微功耗特性，在较大功率的超声波能量发生器I的驱动下，超声波无线输电系统可以逐级传输到N个级点，N随着超声波能量发生器I的功率和超声能量分配器2的效率增大而增大。
[0015]本发明将电能通过超声波能量发生器I转换为机械能，首先通过管道壁内的固体介质向超声波能量分配器2传递；超声能量分配器2将一部分能量提供给智能节点207，另一部分能量通过液体介质的耦合传送给下一个超声能量分配器3，然后，按照这种方式将能量在管道逐级传递，能够在特殊环境下向物联网智能节点207供电，借助固体或者液体介质实现超声波能量传输，有效地提高超声波的作用距离，提高了超声波能量传输的发射功率和效率。
[0016]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种超声波无线输电系统，其特征在于:包括超声波能量发生器；所述超声波能量发生器产生的超声波传输给第一超声能量分配器；所述第一超声能量分配器将接收到的超声波传输给第二超声能量分配器或智能节点；所述第二超声能量分配器将将接收到的超声波传输给第三超声能量分配器或智能节点；使用时，电能通过超声波能量发生器转换为机械能，首先通过管道壁内的固体介质向第一超声能量分配器传递；第一超声能量分配器将一部分能量提供给智能节点，另一部分能量通过液体介质的耦合传送给第二超声能量分配器，然后，按照这种方式将能量在管道逐级传递。
2.如权利要求1所述的一种超声波无线输电系统，其特征在于:所述超声能量发生器包括整流和滤波电路、全桥逆变电路、匹配电路、超声波发射换能器、具有最大功率跟踪功能的控制电路；所述整流和滤波电路将输入的不稳定的交流电改变为稳定直流电；所述全桥逆变电路的作用是将电能变送到下一级超声能量分配器；所述匹配电路将输入电流整合成与超声波发射换能器相适合的电流；所述具有最大功率跟踪功能的控制电路控制及跟踪输出电流。
3.如权利要求1所述的一种超声波无线输电系统，其特征在于:所述超声能量分配器包括超声波接收换能器、整流滤波电路、稳压充电电路、全桥逆变电路、匹配电路、超声波发射换能器；所述超声波接收换能器用于接收上一级发射出的超声波；所述整流滤波电路不仅向稳压充电电路提供电源还向全桥逆变电路提供电源，充电稳压电路向本级的物联网智能节点供电，而全桥逆变电路的作用是将电能变送到下一级超声能量分配器；所述匹配电路将输入电流整合成与超声波发射换能器相适合的电流；所述超声波发射换能器将经过全桥逆变电路整合后的电能转化成超声波向下一级超声能量分配器发射。
【文档编号】H02J17/00GK104242482SQ201410423492
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】季翼鹏, 姚文贤 申请人:苏州市职业大学