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用于激光无线能量传输的分布式最大功率点追踪系统研究(内封面文章)
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作者 陈玉超 邓国亮 +4 位作者 杨火木 孙延峰旭 苟于单 王俊 周寿桓 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期78-88,共11页
在激光无线能量传输中,由于瞄准系统误差和物体遮挡的影响,光电池阵列接收到的激光辐照分布不均匀,导致光电池阵列组串内的电池间出现电流失配,输出功率下降。针对该问题,采用分布式最大功率点追踪(Distributed Maximum Power Point Tra... 在激光无线能量传输中,由于瞄准系统误差和物体遮挡的影响,光电池阵列接收到的激光辐照分布不均匀,导致光电池阵列组串内的电池间出现电流失配,输出功率下降。针对该问题,采用分布式最大功率点追踪(Distributed Maximum Power Point Tracking,DMPPT)技术,减少光电池阵列组串内的电池间电流失配,并用并联型Boost(PT-Boost)电路替代传统Boost电路,降低DC/DC转换器的输入电流纹波,使DMPPT系统获得高追踪效率。实验结果表明,相较于传统Boost电路,PT-Boost电路的追踪效率提高3.6%,达到93.5%。在上述研究的基础上,设置了遮光率分别为0%、25%和50%的激光无线能量传输场景,DMPPT系统整体效率分别达到了93%、92.6%和90.3%。该研究结果对激光辐照不均匀场景下激光无线能量传输的最大功率点追踪指导意义。 展开更多
关键词 激光无线能量传输 分布式最大功率点 并联型Boost电路 追踪效率 整体效率
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六结GaAs光电池在不同冷却条件下的输出特性研究
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作者 牛瑞君 杨火木 +2 位作者 苟于单 王俊 邓国亮 《光源与照明》 2023年第1期51-53,共3页
文章研究了激光功率密度和温度对六结GaAs光电池输出特性的影响,研究结果表明,适度地增加激光功率密度可以提高光电池的光电转换效率,当达到临界功率密度时,光电池的效率达到最高,超过临界功率密度后,光电池的输出随着入射光功率密度的... 文章研究了激光功率密度和温度对六结GaAs光电池输出特性的影响,研究结果表明,适度地增加激光功率密度可以提高光电池的光电转换效率,当达到临界功率密度时,光电池的效率达到最高,超过临界功率密度后,光电池的输出随着入射光功率密度的增加而下降。此外,根据光电池在空气自然对流冷却、空气强制对流冷却和水强制对流冷却三种情况下的输出特性,电池冷却能力越强,临界功率密度越高,根据不同的冷却方案,将激光功率密度调整到某一临界值,可获得最高的激光功率转换效率。 展开更多
关键词 六结GaAs光电池 光电转换效率 冷却条件 临界功率密度
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用于无线能量传输的高效率半导体激光器设计 被引量:6
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作者 李娟 俞浩 +3 位作者 虞天成 苟于单 杨火木 王俊 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期35-42,共8页
激光无线能量传输在无人机、卫星空间站和探月机器人供电等方面具有潜在应用前景,其系统效率成为了其应用的关键瓶颈。为了提高激光无线能量传输系统发射端激光器的电光转换效率、接收端光斑均匀性和有效窗口收光比,提出了用于激光无线... 激光无线能量传输在无人机、卫星空间站和探月机器人供电等方面具有潜在应用前景,其系统效率成为了其应用的关键瓶颈。为了提高激光无线能量传输系统发射端激光器的电光转换效率、接收端光斑均匀性和有效窗口收光比,提出了用于激光无线能量传输发射端的高效率半导体激光器设计方案。基于合束效率较高的空间合束设计了一套高功率高效率半导体激光系统,接收端光斑不均匀度可优化至0.207,有效窗口内收光比大于94%。搭建了千瓦级激光无线能量传输实验装置,发射端半导体激光系统直接输出矩形光斑,与矩形光电池匹配,提高了电池阵布片率。利用多光束指向性可调节特点,优化了接收端光斑均匀度,有利于提高接收端电池的转换效率及简化电源管理。该设计与研究为激光无线能量传输的实际应用提供了借鉴意义。 展开更多
关键词 激光无线能量传输 激光匀化 半导体激光器 空间合束
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1.39μm附近H_2O谱线参数测量及其在燃烧动力学中的应用 被引量:1
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作者 苟于单 卢鹏飞 +3 位作者 何九宁 张昌华 李萍 李象远 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期176-180,共5页
将可调谐半导体激光吸收光谱技术应用于高温气体浓度在线检测,谱线参数的准确性非常重要。为利用红外波段进行燃烧生成H2O的浓度在线测量,需要实验校准H2O的谱线参数,尤其是Ar加宽系数,该系数对燃烧反应速率测量和机理验证至关重要。采... 将可调谐半导体激光吸收光谱技术应用于高温气体浓度在线检测,谱线参数的准确性非常重要。为利用红外波段进行燃烧生成H2O的浓度在线测量,需要实验校准H2O的谱线参数,尤其是Ar加宽系数,该系数对燃烧反应速率测量和机理验证至关重要。采用半导体激光器作为光源,结合实验室搭建的谱线参数测量系统,采集了1.39μm波段附近H2O的4条吸收谱线信号,获得了谱线线强、自加宽系数和N2加宽系数,与HITRAN数据库和文献结果进行了对比,均吻合较好。首次系统地获得了该波段谱线的Ar加宽系数。在谱线参数确定基础上,获得了在反射激波高温条件下H2/O2/Ar燃烧生成H2O的浓度随时间的演变曲线,验证了相应燃烧动力学机理。结果为利用该波段进行含氢燃料燃烧过程H2O浓度测量及相关高温燃烧动力学研究提供了可靠的实验依据。 展开更多
关键词 激光吸收光谱 谱线参数测量 Ar加宽系数 高温燃烧 H2O浓度
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用于激光无线能量传输的MPPT集成仿真系统 被引量:3
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作者 杨擎东 杨火木 +3 位作者 王俊 苟于单 汪莎 周寿桓 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期211-219,共9页
在激光无线能量传输(LWPT)中,传能激光波长、光功率和光电池温度对光电池的输出特性有显著影响,最大功率跟踪(MPPT)技术可解决上述等因素造成的功率失配问题,提升系统的DCDC效率。构建了针对LWPT的MPPT集成仿真系统,耦合了波长、光功率... 在激光无线能量传输(LWPT)中,传能激光波长、光功率和光电池温度对光电池的输出特性有显著影响,最大功率跟踪(MPPT)技术可解决上述等因素造成的功率失配问题,提升系统的DCDC效率。构建了针对LWPT的MPPT集成仿真系统,耦合了波长、光功率和温度对GaAs光电池输出特性的综合影响,可以同时分析光电池在功率匹配、功率失配和MPPT调制等多种条件下的输出特性。基于该仿真系统,研究了光电池在不同波长、光功率和温度条件下的物理规律。波长增大时,在850 nm左右转换效率η_(max)达到最大值为50%,波长继续增大,光子能量小于GaAs禁带宽度导致η_(max)迅速下降。功率增大时,η_(max)基本不变,最大功率匹配电阻RL_(max)减小。温度升高时,η_(max)和RL_(max)均持续下降。此外,研究了光电池在功率失配时的输出特性,此时光电池的转换效率对比功率匹配时均有不同程度的下降。根据光电池的输出特性在仿真系统设计了MPPT电路,利用时间扰动算法进行最大功率跟踪。光电池在MPPT系统调制后均可工作在功率匹配时的最大功率点,且光电池能源利用率达到99.93%。研究结果对用于激光输能有重要指导意义。 展开更多
关键词 激光无线能量传输 最大功率跟踪系统 GaAs光电池 光电池特性 功率匹配 集成仿真系统
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激光无线能量传输接收端光束匀化装置设计 被引量:4
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作者 霍虹宇 苟于单 +4 位作者 杨擎东 李娟 赵邦博 杨火木 王俊 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第12期243-251,共9页
激光无线能量传输中,激光光强分布不均匀和激光光斑与光电池形状不匹配会导致系统光电转换效率降低,局部温度过高,极端条件下甚至对光电池造成损伤。基于分布式匀化思想设计了一种激光接收装置,首先用光学整形扩散片在光电池各子区域进... 激光无线能量传输中,激光光强分布不均匀和激光光斑与光电池形状不匹配会导致系统光电转换效率降低,局部温度过高,极端条件下甚至对光电池造成损伤。基于分布式匀化思想设计了一种激光接收装置,首先用光学整形扩散片在光电池各子区域进行光束初次匀化,然后用光学漏斗进行二次匀化和整形。针对1 cm×1 cm光电池,分析了光学整形扩散片的扩散角度和光学漏斗的高度对光束匀化效果的影响,优化后的激光接收装置的耦合效率η;>95%,光强不均匀度Δ<0.05。此外,该激光接收装置对激光入射角不敏感,入射角为20°时,η;>80%。搭建了3×3光电池芯片阵列的激光无线输能系统,采用分布式匀化激光接收装置,光强不均匀度由0.34降到0.12,光电池转换效率提升了65%。与正入射时相比,入射角为18°时,系统转换效率变化小于20%。结果表明,该分布式匀化激光接收装置有效提高了接收端的光强均匀性和系统光电转换效率,且对激光入射角不敏感,在激光无线能量传输中有重要作用。 展开更多
关键词 激光无线能量传输 光学整形扩散片 光学漏斗 激光匀化 光电转换效率
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戊酸甲酯高温点火的激波管研究(英文)
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作者 卢鹏飞 苟于单 +3 位作者 何九宁 李萍 张昌华 李象远 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2018年第6期618-624,共7页
戊酸甲酯是生物柴油和长链脂类燃烧过程中的中间产物之一。迄今为止,文献中还没有戊酸甲酯点火延迟的实验结果,因此对其点火特性的研究是必要的。在本文工作中,于反射激波后测量了戊酸甲酯/空气和戊酸甲酯/4%氧气/氩气的点火延迟时间。... 戊酸甲酯是生物柴油和长链脂类燃烧过程中的中间产物之一。迄今为止,文献中还没有戊酸甲酯点火延迟的实验结果,因此对其点火特性的研究是必要的。在本文工作中,于反射激波后测量了戊酸甲酯/空气和戊酸甲酯/4%氧气/氩气的点火延迟时间。实验条件为:戊酸甲酯/空气点火温度1050–1350 K,点火压力1.5×10~5和16×10~5 Pa,当量比0.5、1和2;戊酸甲酯/4%氧气/氩气点火温度1210–1410 K,点火压力3.5×10~5和7×10~5 Pa,当量比0.75和1.25。点火延迟时间由在距离激波管端面15毫米处的测量点测到的反射激波到达信号和CH自由基信号所决定。所得实验结果显示:对于戊酸甲酯/空气和戊酸甲酯/4%氧气/氩气,温度或压力的增加都一定会使它们的点火延迟时间变短,但对于戊酸甲酯/空气,当量比对其点火延迟时间的影响在高低压下却是不同的(16×10~5 Pa:τ_(ign)=5.43×10^(-6)Ф^(-0.411)exp(7)1.73×10~2/RT),1.5×10~5Pa:τ_(ign)=7.58×10^(-7)Ф^(0.193)exp(7)2.11×10~2/RT)。当压力为3.5×10~5–7×10~5 Pa时,还获得了戊酸甲酯/4%氧气/氩气点火延迟时间随点火条件的变化关系:τ_(ign)=2.80×10^(-5)(10^(-5)P)^(-0.446±0.032)Ф^(0.246±0.044)exp(7)(1.88±0.03)×10~2/RT(8)。这些关系式反映了点火延迟时间对温度、压力和当量比的依赖关系,且有助于将实验数据归一到特定条件下进行比较。在本文实验条件下,由于戊酸甲酯/空气的燃料浓度远大于戊酸甲酯/4%氧气/氩气的燃料浓度,所测戊酸甲酯/空气的点火延迟时间远短于戊酸甲酯/4%氧气/氩气的点火延迟时间。通过对戊酸甲酯和其它长链脂类的点火特性比较,发现在相对低温时(空气中1200 K以下,氩气中1280 K以下),戊酸甲酯的点火延迟时间要长于其它长链脂类的点火延迟时间。已有的两个戊酸甲酯化学动力学机理都不能很好地预测本文实验结果,对戊酸甲酯机理的进一步完善是需要的。敏感度分析结果表明,支链反应H+O_2=O+OH对戊酸甲酯的高温点火起着最强的促进作用。据我们所知,本文首次报道了戊酸甲酯的高温点火延迟实验数据,研究结果对了解戊酸甲酯的点火特性非常重要,并且为完善戊酸甲酯的化学动力学机理提供了实验依据。 展开更多
关键词 点火延迟时间 戊酸甲酯 激波管 敏感度分析 动力学机理
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Laser absorption spectroscopy for high temperature H_2O time-history measurement at 2.55 μm during oxidation of hydrogen
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作者 Yu-Dan Gou De-Xiang Zhang +3 位作者 Yi-Jun Wang Chang-Hua Zhang Ping Li Xiang-Yuan Li 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第7期376-381,共6页
Concentration time-histories of H20 were measured behind reflected shock waves during hydrogen combustion. Experiments were conducted at temperatures of 1117-1282 K, the equivalence ratios of 0.5 and 0.25, and a press... Concentration time-histories of H20 were measured behind reflected shock waves during hydrogen combustion. Experiments were conducted at temperatures of 1117-1282 K, the equivalence ratios of 0.5 and 0.25, and a pressure at 2 atm using a mixture of H2/O2 highly diluted with argon. H2O was monitored using tunable mid-infrared diode laser absorption at 2.55 μm (3920.09 cm-1). These time-histories provide kinetic targets to test and refine reaction mechanisms for hydrogen. Comparisons were made with the predictions of four detailed kinetic mechanisms published in the last four years. Such comparisons of H2O concentration profiles indicate that the AramcoMech 2.0 mechanism yields the best agreement with the experimental data, while CRECK, San Diego, and HP-Mech mechanisms show significantly poor predictions. Reaction pathway analysis for hydrogen oxidation indicates that the reaction H + OH + M = H20 + M is the key reaction for controlling the H2O formation by hydrogen oxidation. It is inferred that the discrepancy of the conversion percentage from H to H20 among these four mechanisms induces the difference of performance on H2O time-history predictions. This work demonstrates the potential of time-history measurement for validation of large reaction mechanisms. 展开更多
关键词 tunable diode laser absorption spectroscopy H20 time-history profile combustion process reac- tion mechanism
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不同光斑遮挡度对6结GaAs激光能量转换芯片性能的影响
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作者 赵邦博 王俊 +1 位作者 邓国亮 苟于单 《光学与光电技术》 2021年第4期102-110,共9页
激光在空间进行实际传输的过程中存在不同障碍物遮蔽的情形,这将影响激光无线能量系统的输出特性,探究遮蔽度对光电转换效率所产生的影响则非常重要。通过6结等效二极管模型的理论模拟和实验研究了遮蔽度对6结激光能量转换芯片的性能影... 激光在空间进行实际传输的过程中存在不同障碍物遮蔽的情形,这将影响激光无线能量系统的输出特性,探究遮蔽度对光电转换效率所产生的影响则非常重要。通过6结等效二极管模型的理论模拟和实验研究了遮蔽度对6结激光能量转换芯片的性能影响。实验采用808 nm波长激光器作为光源,针对五种功率下的4种遮蔽度情景,对6结GaAs激光能量转换芯片的I-V曲线进行了实验测量,得到了光电转换效率与遮蔽度的关系。实验结果表明,光功率相同时,随着遮蔽度增加,6结激光能量转换芯片的短路电流、转换效率、开路电压减少。理论结果和实验结果一致。同时研究了存在遮蔽时,通过优化电路给出一种有效获得更高功率的优化策略。理论上分析了优化后电路相对于串联电路可获得更高的最大功率点,并且通过实验验证理论模拟的正确性。 展开更多
关键词 6结激光能量转换芯片 遮蔽度 光电转换效率 优化电路 最大功率点
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