金屬板介質(zhì)下UWCPT和信號同步傳輸系統(tǒng)的設(shè)計

實驗名稱：高壓功率放大器在超聲波實現(xiàn)能量與信號的同步傳輸中的應用

實驗目的：提出了一種利用超聲波實現(xiàn)能量與信號反向同步傳輸?shù)姆椒?，利用負載電壓信號與三角波信號比較得到PWM波，負載電壓的變化體現(xiàn)在PWM波占空比的變化，該PWM波用于驅(qū)動實現(xiàn)信號傳遞的換能器，接收到的電壓均方根值與負載電壓幅值成線性關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，對 PWM波進行傅里葉分解，從波的組成的角度對信號的傳遞做簡要分析。

實驗設(shè)備：驅(qū)動電源（高壓功率放大器ATA-4011）、高速比較電路、驅(qū)動電路以及信號檢測電路等。

實驗過程：

金屬板介質(zhì)下UWCPT和信號同步傳輸系統(tǒng)的設(shè)計：

利用超聲波實現(xiàn)金屬板介質(zhì)下能量與信號的同步傳輸系統(tǒng)分解為兩部分，其中一個部分是金屬板介質(zhì)下的UWCPT系統(tǒng)，將能量從發(fā)射側(cè)傳遞到能量接收側(cè)，即能量從金屬容器外部傳送給金屬容器內(nèi)各電氣負載供電的過程，其決定著系統(tǒng)傳輸功率的大小;而另一個部分是信號的同步傳輸部分，即將負載的電壓信號傳回到能量的發(fā)射側(cè)，并可以完成對信號的進行解讀，其信號應與負載兩端電壓信號有對應關(guān)系，以此來實現(xiàn)負載電壓信號的同步傳輸。

在超聲波無線電能傳輸領(lǐng)域，能量傳輸?shù)男瘦^低，因此在同等傳輸條件下，對能量輸入側(cè)的提升，便成為了能夠提升系統(tǒng)傳輸能量的一種方式。在已知換能器的最佳諧振頻率以及系統(tǒng)傳輸功率的要求下，設(shè)計合適的電源對換能器進行驅(qū)動。在進行嘗試性實驗的過程中，使用的是ATA-4011型的高壓功率放大器作為能量來源。

金屬板介質(zhì)下UWCPT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

信號同步傳輸部分系統(tǒng)框圖

實驗結(jié)果：

由實驗結(jié)果可知，在換能器的測試頻率，即 39840Hz，系統(tǒng)接收到的電壓的均方根值比較小，而當頻率為40360Hz時，系統(tǒng)接收到的電壓的均方根值達到最大值，同時由圖4.7結(jié)果顯示，此頻率下負載的功率也達到最大值，為5.491W?？芍?，換能器的頻帶很窄，找到最佳的工作頻率尤為重要。對于該換能器存在這樣一段頻率區(qū)間，即40.6~41.9kHz 區(qū)間，頻率的變化對接收到的電壓均方根值無影響，保持數(shù)值穩(wěn)定。在進行信號回傳時，應避免該區(qū)間頻率的選擇。

實驗中用到的高壓功率放大器ATA-4011：

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審核編輯：湯梓紅