海水中感应耦合与超声耦合无线电能传输技术对比

通过原理分析,提出了海水中感应耦合无线电能传输(ICWPT)系统的电路模型,其中考虑了海水的涡流效应,建立了匹配条件下传输效率的表达式。作为对比,基于单个超声换能器的电路模型,建立了包含两个超声换能器的超声耦合无线电能传输(UCWPT)系统电路模型,分析了匹配条件下的传输效率。分别以矩形耦合线圈作为电磁耦合装置,以压电复合材料换能器作为电声和声电转换装置,搭建了在海水槽中ICWPT和UCWPT系统实验平台。分别从传输效率与工作频率的关系、传输效率与耦合距离的关系进行了比较,并对传输功率进行了讨论。研究发现,ICWPT的传输效率与频率的关系曲线比UCWPT的效率与频率关系曲线更加平坦。较远距离时,UCWPT的传输效率高于ICWPT的传输效率。

海下超声耦合无线电能传输系统电学阻抗变换技术

压电换能器是常用的电声和声电能量转换器件。根据压电换能器在机电谐振状态下显容性的电学阻抗特征,分别研究发射端和接收端压电换能器的阻抗变换问题。在发射端,着眼于消除换能器的容性无功功率,以减轻发射电源的负担,同时能够根据需要提供发射超声波所需要的有功功率;在接收端,着眼于消除等效输出阻抗的容性虚部,并减小实部,以便当负载电阻变动时,能够获得相对稳定的输出电压。给出实现上述阻抗变换的LC网络结构和参数计算方法,并以天然海水为介质、以压电超声换能器为电声和声电转换器件,搭建水下无线电能传输实验装置,以检验阻抗变换效果。实验结果证明了所提阻抗变换技术的有效性。

基于无线通信的GIS放电超声多通道定位系统研究

分析了目前气体绝缘金属封闭式开关设备(gas insulated switchgear,GIS)放电定位装置在工频耐压击穿和雷电冲击耐压试验中存在的问题,在超声波检测定位原理的基础上,研制了一套基于无线传输的多通道超声波放电定位系统。该系统通过采用多通道自适放大技术、对数放大信号触发技术以及多通道无线通信技术,有针对性地弥补了现有GIS超声定位系统存在的不足,提高了系统灵活性和可扩展性。利用ZF10-126型GIS平台,放置导体尖刺模型,进行了工频耐压击穿和雷电冲击耐压试验,试验结果表明该系统可实现GIS放电信号的实时检测和缺陷准确定位。该系统可有效解决耐压试验中的缺陷定位问题,保障电网安全。

一种无线网络时钟同步法的超声波室内定位系统设计

基于无线网络时钟同步法的超声波室内定位系统,提出了一种将超声波发射器和接收器件分离,并配置到2.4 GHz无线网络中,实现发射器和接收器之间的时钟同步和数据交换的定位方法。移动目标发送无线同步信号,延时后发出超声波,经硬质反射锥全向发射超声波信号。各信标单元收到无线同步信号后,延时启动定时器计时,当各信标单元收到超声波信号后停止计时,得到移动目标到各信标单元的超声波传送时间值。移动目标根据需求,取各信标单元的时间值,经过算法得到移动目标的坐标。通过上述手段,将超声波飞行时间减少了一半,扩大了有效测量范围,避免多径效应带来的干扰,提升室内定位系统的范围和精度。经过原型实验系统验证,在15 m左右的范围内,定位精度可以达到1 cm~5 cm,是室内定位系统的优选方案之一。

郊区路灯智能控制系统设计

针对传统路灯在使用中存在故障高、能耗大等问题,设计了基于单片机的路灯智能控制系统,该系统由光线自动检测、车辆识别、无线命令传送与接收、大功率切换开关等模块组成,能实现根据道路车辆通行情况智能控制路灯,从而达到节能目的。本控制系统功能实用,安装方便,运行可靠,具有极高的推广应用价值。

高效功率传输的电容参数超声换能器的设计与分析

电容参数超声换能器(CPUT)由于不需要直流偏置或电荷充电的优势,已成为医用植入物、传感器网络和消费电子产品无线能量传输方面的研究热点。提出利用一维集总参数模型来研究CPUT的运行和参数设计。将CPUT等效为一个RLC谐振器中超声驱动的活塞电容C,进而产生两个耦合的非线性微分方程系统。利用Simulink进行方程的求解,获得电容电压、电路电流和活塞位移。在此基础上,研究了参数谐振阈值和声电转换效率。结果表明,这些性能指标与负载电阻、输入超声强度、超声频率、电极覆盖面积和间隙高度密切相关。当CPUT的阻抗与介质匹配并且驱动CPUT的工作频率略低于2ω_(oel)时,可以达到最佳的效率。这为进一步研究超声无线能量传输、能量收集和传感技术奠定基础。

基于无线网络的超声波多普勒测速仪设计

研究基于无线网络超声波汽车测速仪设计方案,应用超声波传感器物联网络和数字电子技术,建立了一个以单片机CC2530的嵌入ZigBee协议超声波测速系统。在多普勒效应理论基础上,利用Proteus软件设计了超声波发射与接收模块的硬件电路。该方案主要针对高速路上的汽车测速,具有低复杂度、低功耗、低成本,误差小等优点。

基于超声波水面蒸发测量系统的研究

文章阐述了超声波水面蒸发测量原理,分析了测量误差产生的主要原因并探讨了误差补偿方法,提出了通过测量温湿度进行声速修正,以及利用最小二乘法补偿非线性误差以提高水面蒸发测量精度的方法。通过GPRS无线传输模块进行数据的远程传送,实现了水面蒸发的远程遥测。文章还介绍了整个系统的硬件和软件设计,并进行了相关实验研究,实验结果表明:该水面蒸发测量系统实用性强、精度高、稳定性好。

压电直流无线能量传输系统研究

在很多工程应用中存在工作于密闭金属容器内的电子器件或系统,为对其进行电能供应并与之进行数据交互,传统的方法多是对容器做物理穿透。阐述了一种无线的方法,利用压电换能器产生和接收超声波,穿透金属进行能量传输,这样就保证了容器物理结构的完整性,从而较传统方法具有稳定性好、安全性高、维护成本低等优点。讨论了双端口阻抗匹配的方法,系统的硬件设计和构成,并给出了系统的实际性能测试结果。测试证明,穿透15 mm厚的钢板,系统可以稳定传输最大5 W的直流能量,最高传输效率约为16.6%,并仍有可提升的空间。

基于51单片机的语音导盲系统的设计

本文介绍了一款基于51单片机为核心的语音导盲系统的设计方案。系统由两部分组成:一是超声眼镜探测器,二是语音提醒器。探测器主要根据超声获取数据,经单片机处理后由无线模块发送出去。语音提醒器由单片机控制,接收数据,然后驱动语音芯片提醒。该系统具有成本低廉、使用方便、等优点,是一款通用性较强的理想导盲设备。

超声治疗应用于心血管疾病的研究进展

心血管疾病的发病率逐年增加,治疗手段多样化。超声心动图主要用于辅助诊断心血管疾病和评价心功能,近年来利用超声能量所产生的生物学效应治疗肿瘤、脑血管疾病和心血管疾病的研究越来越多,某些方法已成功运用于临床且安全有效。现就近年来利用超声消融、超声起搏、超声微泡和体外震波等技术治疗心血管疾病的临床应用和相关研究做一综述,旨在为拓展超声治疗技术领域、丰富心血管疾病的治疗方法提供理论依据和研究思路。

基于无线网络的水情监测系统

设计了一款基于无线网络的水情监测系统,以TI公司的MSP430低功耗单片机为本系统的核心,采用超声波模块、酸碱度传感器模块进行水质及水位的监测。此外,该系统能够实现远程监控的功能,通过蓝牙远程传输数据,将检测数据实时显示在手机界面上。实测数据表明:该系统能够实现水情监测的各项功能,且检测精度也能够达到相应的要求。

大型加氢空冷器翅片管束的泄漏检测与定位

针对在役高压加氢空冷器翅片管束的特点,提出了基于超声波原理和无线传感器网络技术的泄漏检测与定位方法,实现了对翅片管束泄漏的实时监测与定位。研究了管束外包翅片对检测精度的影响以及检测距离与信号强度之间的关系,在实验研究的基础上通过理论分析确定了超声波最佳检测距离。基于布尔感知模型,实现了对大型空冷器泄漏检测区域的全面覆盖。采用ARM处理器开发了传感器节点,开发了基于快速傅里叶变换（FFT）的泄漏信号处理算法,提升了泄漏检测精度和速度。提出了基于声强的初步定位、到达时间差（TDOA）距离检测算法以及基于几何关系的精确定位3种定位算法,实现了基于初步定位和精确定位相结合的泄漏位置确定。进行了噪声干扰下的泄漏检测与定位实验,实验结果表明对泄漏点定位的误差可以控制在5 cm之内,系统降噪能力强。

一种对植入式心脏起搏器进行体外无线充电的设计

目的:介绍一种对植入式心脏起搏器进行体外无线充电的设计和构成,描述了工作原理、实验电路设计和试验结果;方法:采用超声波作为能量传递的载体,能够无创穿透人体皮肤和肌肉组织,对已植入人体皮下的心脏起搏器进行体外无线充电来补充能量;结论:本设计可以延长植入式心脏起搏器的使用寿命,使患者可以在心脏起搏器电能消耗后通过体外无线充电而无需动手术更换起搏器,提高了植入式心脏起搏器的使用价值。

一种海底静力触探与浅层气检测综合装置研究

设计了一种静力触探与浅层气相结合的综合检测装置,主要由静力触探检测部分、浅层气检测部分和超声无线传输部分组成。浅层气检测部分的泥水气分离结构将浅层气从泥水中分离出来,然后通过非色散红外甲烷传感器测得浅层气中甲烷浓度,实现了海底浅层气的采集和浓度的自动实时监测。静力触探检测部分通过应变敏感元件实现了锥头阻力、侧壁摩擦力和孔隙水压力3个参数的实时测量。超声无线数据传输部分主要是为了静力触探检测部分检测到的数据能通过超声波换能器跨越泥水气分离结构无线传输至传感器放置室。最后通过位于传感器放置室的电缆将两部分测得的数据传输到母船上。实验结果表明,完成了静力触探技术与浅层气检测的相结合,可操作性强。

无线超声工作站在超声医学实机教学中的应用

目的初步探讨通过笔记本电脑、视频采集盒和无线影音收发器搭建的无线超声工作站在超声医学实机教学中的应用价值。方法实习生24人和患者60例均随机分成试验组和对照组,两组实习生均为12人,患者均为30例,对照组实习生和患者采用传统教学模式,试验组实习生在采用传统的教学模式过程中,上午和下午各抽取1小时进行无线超声工作站方式的模拟教学,分析两组学生和患者在学习检查过程中的主观体验,并对两组实习生的出科成绩进行分析比较。结果试验组实习生在获得知识、观摩体验方面与对照组差异均无统计学意义(均P>0.05),而在环境体验及讨论开放度中均优于对照组(均P<0.001);试验组患者在环境感受、隐私受尊重、安全感及不受讨论干扰方面的满意率均优于对照组(均P<0.001);试验组实习生现场决策、操作技能考试和最后的总成绩考试中成绩均优于对照组(均P<0.05),而在理论知识考试中,两组成绩差异无统计学意义(P>0.05)。结论无线超声工作站方式的模拟教学是传统教学的有益补充方式,模拟教学配合传统教学方式能比单纯的传统教学模式获得更佳的实习体验、获得更高的学习成绩,充分为患者着想从而更好地服务患者。

基于超声波和无线控制自主导航系统研究与设计

智能机器人能够在未知的环境中,根据采集的环境信息或者目标发出的导航信息,确定目标的方向并计算到目标的最优路径。进行全局的路径规划则是实现自主导航的关键技术。在本系统中使用多超声波信息融合技术,探测车载系统周围的环境信息,使用嵌入式处理器ARM7作为系统核心,对采集的信息进行处理,实现避障功能;利用ZigBee无线控制模块,实现PC机对车载系统的导航控制。在全局的路径规划过程中,以蚁群算法为核心,并根据人工势场算法的思想对其进行改进,避免造成局部最优解。测试结果中,证明了系统设计的可行性和合理性。

新型无线与传统超声在经皮肾镜中引导穿刺效果的比较

目的比较新型便携式无线超声与传统有线超声在经皮肾镜碎石取石术(PCNL)术中引导经皮肾穿刺的安全性与有效性。方法回顾分析2017年11月至2019年1月惠州市中心人民医院收治行PCNL的单侧肾结石伴中度或以上肾积水患者的临床资料,共84例,其中39例(实验组)由新型便携式无线超声引导穿刺,45例(对照组)由传统有线超声机引导穿刺,两组手术均由同一组泌尿外科医师完成。结果两组患者的术前临床资料差异无明显统计学意义(P>0.05)。所有患者手术均取得成功,无一例中转开放手术,无胸腔及肠道损伤等并发症发生;两组患者的穿刺引导时间、穿刺深度,手术时间、出血量、清石率、术后住院天数差异均无统计学意义(P>0.05)。结论新型便携式无线超声在肾结石伴中度或以上肾积水的PCNL术中引导穿刺是安全有效的,其能达到传统有线超声相近的效果,术中使用方便,具有一定的临床应用价值。

心脏起搏器超声波体外无线充电技术研究

目的为了解决现有心脏起搏器锂电池携带电量有限的难题,延长起搏器在体内的使用寿命,本研究采用超声波以无创的方式向心脏起搏器无线充电,通过建立理论模型及实验分析,明确超声波无线充电系统的最优工作规律,使该系统更为安全、高效的为心脏起搏器进行无线充电。方法建立了超声波向心脏起搏器无线充电的理论模型和实验模型,采用聚焦超声换能器体外发射低强度脉冲超声,利用体内置入的1-3型压电复合材料俘能器高效接收超声波并将其机械能转化为电能,并通过整流滤波电路及充电保护电路的硬件处理,为心脏起搏器进行充电。通过对理论模拟及实验分析,找出系统的最优工作参数,明确该系统的最优工作规律。结果理论及实验结果表明,在负载电阻等于俘能器的阻抗时,能量传输效率最高,无线充电系统达到最优功率输出,在此负载匹配条件下,若负载电阻的增加,系统最优工作频率从正谐振频率到反谐振频率偏移,且系统最大输出功率峰值出现在正谐振频率和反谐振频率上,实验研究证实:超声波无线传输距离在2.18~5.10 cm范围内,其能量能够被压电俘能器高效接收,轻易的将LED点亮。结论采用超声波以无创的方式向心脏起搏器无线充电的方法是可行的。该研究结果对实现心脏起搏器进行安全、高效的无线充电具有理论意义和应用价值。