水下航行器感应式无线电能传输技术研究综述

感应式无线电能传输技术(inductive power transfer,IPT)为水下航行器长时间连续工作的电能补给问题提供了有效的解决方式,具有很好的应用前景。文中分别从理论和应用研究两方面对水下IPT技术的研究热点问题进行讨论,主要包括海水涡流损耗计算、系统建模、磁耦合机构设计和抗偏移系统设计。最后,从深远海环境适应性、系统互操作性、电能数据混合传输及系统级优化设计4个方面探讨该技术未来可能的发展趋势。

轻型感应耦合数据传输温盐链系统

介绍了轻型感应耦合数据传输温盐链系统功能、组成和设计过程。该系统用于测量不同深度处温盐的动态变化,具有体积小、重量轻、成本低、布放方便、自成系统的特点,可以应用于水质监测浮标,表面漂流浮标等多种小型平台,测量数据可以服务于水产养殖、环境保护和生态治理、气象和海洋监测预报、军事监测等多个领域。

电磁感应式随钻数据传输系统的研究

针对现有钻井液脉冲无线随钻测量技术不能满足钻井新技术发展要求的问题,对基于电磁感应式智能钻杆通信技术进行了理论及试验研究。该技术是一种利用电磁感应原理通过非接触的耦合方式进行信号传递的通信方式,非接触式耦合器是其关键部分。实验室模拟智能钻杆研究表明,对实际电感线圈建立合理的等效电路模型是其技术难点之一,而中继节的电路必须进行适当的信号调理滤除干扰噪声,同时还必须考虑电池供电带来的功率限制问题。实际应用中,还需考虑到外界的电磁干扰、系统所处的高温环境以及震动等影响因素。

感应数据传输及其在磁悬浮列车通信系统中的应用

采用矩量法计算了两个不等长平行导线在任意位置耦合时的电流分布、自阻抗和互阻抗。利用等效二端口网络求出了导线上的感应电压 ,分析了耦合强度随距离的变化情况 ,并指出这种耦合方式可以用于磁悬浮列车数据传输。

水下单线电能传输机理分析及实验研究

为了实现缆系水下感知平台挂载传感器的低成本、非接触全天候供电,提出了一种以系泊缆和开放海水构成电能传输链路的水下单线电能传输系统。首先从电磁波在系泊缆和海水中的传播机理进行了分析,建立了麦克斯韦方程组并通过分析得到了电磁波束缚在系泊缆表面传播的结论;然后使用Ansys/HFSS软件建立了系泊缆在海水中的模型,仿真得到了电磁场分布情况以及坡印廷矢量分布情况,验证了理论分析的正确性;最后搭建了50 m单线电能传输实验样机,在海水中进行了电能传输实验。实验结果表明,提出的水下单线电能传输系统最高可以实现187 W的电能传输,系统最大效率可达49.2%,证明水下单线电能传输系统具有为缆系水下感知平台挂载传感器非接触供电的可行性。

基于电磁感应原理的随钻数据传输方式的研究

本文介绍一种适用于随钻仪器高速数据传输的方法,它利用钻杆接头处线圈间的电磁感应耦合原理实现信号的非接触式传输。

磁感应传输钻杆耦合器设计及仿真研究

磁感应耦合传输技术是一种高效的随钻数据传输技术。分析了感应耦合线圈的磁感应传输机理,以成熟的高频变压器电路模型为基础,建立了感应耦合器的电路模型。基于磁感应传输原理设计了耦合器,并选择锰锌铁氧体作为磁芯材料。利用COMSOL软件建立磁感耦合器的二维轴对称模型。该模型由铜导线圈、"U"型铁氧体和空气域组成。通过该模型研究了耦合器的磁场分布及频率特性,结果表明:"U"型铁氧体中的磁场强度远大于周围空气的磁场强度,原边线圈的"U"型铁氧体磁场强度最大,副边线圈的磁场强度次之;磁感应耦合器输出信号幅值随着两个耦合器间距的增大而减小;随着频率的增大,输出信号的幅值先增大后减小,频率为2.1MHz时幅值最大。实验所得耦合器频率特性曲线与仿真结果较为吻合,验证了磁感应电路模型的有效性,为该技术的进一步研究提供了理论支持。

水下无线电能传输技术及应用研究综述

为了解决海洋水下设备的能源供给问题,无线电能传输技术正成为新型的水下电能传输方式,它具有传统的电能补给方式不可比拟的技术优势,可有效提高水下设备的供电安全性、可靠性、便捷性和隐蔽性。本文在分析水下无线电能传输技术发展现状基础上,论述电磁感应式、磁耦合谐振式和超声波耦合式三种水下无线电能传输技术的实现原理和优缺点,总结分析当前水下无线电能传输领域的研究热点,最后针对技术发展趋势,阐述了水下无线电能传输亟需解决的技术问题。

水下无线电能传输研究进展

首先对水下无线电能传输技术进行了分类,然后给出了磁感应式水下无线电能传输的基本结构和工作原理,讨论了该技术的最优工作频率、传输距离、线圈结构选择、涡流损耗与频率分裂现象.随后简要给出了磁谐振式水下无线电能传输技术和电场耦合式水下无线电能传输的研究现状.最后对水下无线电能传输技术有待研究的问题进行了展望.

感应耦合技术在海洋声学同步测量中的应用

海洋声场环境研究需要对不同深度的海洋声学环境要素进行同步测量,而感应耦合数据传输技术可实现多个单通道水声测量仪之间的同步采集和记录。文中阐述了感应耦合数据传输技术的特点及其在海洋声学环境同步测量中的应用,介绍了一种利用感应耦合数据传输技术实现数据同步测量的声学浮标系统,详细描述了系统的方案设计、结构组成及感应耦合部分的关键技术。实验水池测试表明,该系统工作稳定可靠,数据同步性好,具有良好的应用前景。

水下无线电能传输和信号接口系统设计和分析

水下无线电能传输和数据传输接口系统可以取代传统的导体接触式水下接口,实现简单、安全的水下插拔和长期、稳定的水下运行。为此,设计了一种基于数学建模和数值计算的水下非接触插拔接口。首先,基于互感模型建立了数学模型,对系统进行参数设计和特性分析;然后,设计无线电能传输装置和无线数据传输电路;最后,通过实验平台进行验证。测试结果表明,系统可以同时实现150 W以上稳定的非接触式供电和3 MB/s以上全双工的非接触式数据通信。

基于无线网络的海洋传感数据实时传输系统设计

探索与开发海洋资源对人类有着重大意义,而海洋数据的获取又是探索和开发海洋的前提,如何准确、高效和实时地获取海洋传感数据已成为海洋探测的关键问题。目前用于海洋数据获取和传输的方式主要有有线传输、水声通信、基于移动网络的GPRS通信和卫星通信等方式,但是由于它们各自的局限性,均无法同时满足数据传输的高效率、实时性、低功耗和低成本的要求。文章提出了一套新的数据采集传输系统,基于无线网络的海洋传感数据实时传输系统。水下通过感应耦合方式将部署在水下的海洋传感设备数据进行提取,通过一条包塑钢缆将挂在其上的传感器所采集到的数据依次传输到数据采集板进行处理和存储。水上使用FGR2无线模块组建无线网络,依托FGR2模块高速率、远距离、抗干扰等优势完成数据的实时远距离无线传输。同时,通过FGR2模块组成的无线网络,把所有节点组到一起,网内主节点可以通过网络协议依次获取多个浮标的数据,并可以控制实现海洋传感数据的准确获取与传输,以达到海洋数据获取的实时、高效、低功耗和低成本的目的。

水下设备的无线电能传输系统补偿电路分析

感应式无线电能传输系统初次级结构分离,耦合系数低,因此需要补偿电路对系统进行补偿,尽可能提高系统的能量传输效率。以感应式电能传输系统的互感模型为基础,结合水下特殊环境,对水下设备的无线电能传输系统补偿电路进行分析,研究各种补偿电路的特点,提出一种最适合水下设备的补偿电路设计方案。

轻型感应耦合数据传输温盐链系统

海水的温度和电导率（盐度）是最基本的海洋水文参数，尤其是浅海温盐变化快，监视浅海不同深度的温盐状况，在预报和减灾上可以为海洋环境数值预报和灾害性海况遥测提供数据资料；在军事上可以提供海洋环境实测数据，用于声纳作用距离预报和潜艇航行航道保障；在海洋养殖中可以预报海水环境变化规律，控制生物较佳养殖环境。

深海综合观测浮标研制及其在热带西太平洋的应用

目前尽管国内近海浮标实现了产品化,但深远海尚无定型可靠的深海综合观测浮标系统,基于此,中国科学院海洋研究所设计制作了深海综合观测浮标系统,其浮标体为柱台型结构,采用单点锚泊系留。整个系统主要由浮标体、系留子系统、观测子系统、数据采集处理控制子系统、通信子系统、供电子系统、检测子系统、安全报警子系统和岸基数据接收处理子系统等9部分组成。浮标系统通过搭载不同类型的传感器,实现对风速/风向、气温、相对湿度、气压、能见度、雨量、波浪、表层水温、表层盐度、表层溶解氧、表层叶绿素、表层浊度、剖面流速流向、剖面温盐深(最大深度可达1000 m)、方位及浮标位置等要素进行实时观测,从而完成对海洋气象、水文和水质等要素的长期、连续、自动监测,并支持铱星和北斗等卫星通信方式,将观测数据实时的传输到岸基数据接收处理系统。近年来,深海综合观测浮标系统在热带西太平洋海域连续进行了4次海上应用,每次应用时间长达1 a。它提供了第一手的大洋上层和海气界面长时间序列的实时连续观测资料,促进了关于气候变化和深海大洋的研究工作。所研制的深海浮标达到目前国际同类产品(美国ATLAS浮标、日本TRITON浮标)的先进水平,并且在水下感应耦合传输等方面进行了创新,形成了自有特色。

感应耦合电能传输技术在电梯上的应用初探

非接触式电能传输技术是近几年发展起来的一种取代传统导线传输电能的电力新技术。该技术已开始应用于便携式电子设备，并在电动汽车、水下机器人、矿井工程等领域上取得了重大突破，由于其高效、安全、环保、应用灵活等特点，该技术受到越来越广泛的关注。通过深入研究，有望在电梯上使用该技术。

实现井下网络的遥测钻杆技术

现已开发成功的遥测钻杆的核心技术是将分散部件联系起来的无源传输连接 ,该连接是一根穿行于每根钻杆和组件之间的高速数据电缆。电缆连接之间是感应线圈 ,两个线圈之间 ,发送端的线圈激活接收端线圈 ,这样 ,信号不需要动力源可以从一个钻柱组件传输到另一个钻柱组件。该遥测钻杆系统只需相对低的动力来传输 ,并可在没有明显衰减情况下传送MHz数量级范围内的高频信号。实验室及样机试验表明 ,遥测钻杆系统具有使钻杆从简单的钻井工具变成信息工具的能力 ,它与钻井液遥测技术和EM遥测技术相比 ,数据传输的速度更快。它可以在欠平衡钻井过程中进行可靠的高速数据传输 ,为钻井作业和施工提供可靠的依据。