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Wireless Information and Power Transfer in Underwater Acoustic Sensor Networks
1
作者 Feng Yizhi Ji Fei 《China Communications》 SCIE CSCD 2024年第10期256-266,共11页
Wireless information and power transfer(WIPT) enables simultaneously communications and sustainable power supplement without the erection of power supply lines and the replacement operation of the batteries for the te... Wireless information and power transfer(WIPT) enables simultaneously communications and sustainable power supplement without the erection of power supply lines and the replacement operation of the batteries for the terminals. The application of WIPT to the underwater acoustic sensor networks(UWASNs) not only retains the long range communication capabilities, but also provides an auxiliary and convenient energy supplement way for the terminal sensors, and thus is a promising scheme to solve the energy-limited problem for the UWASNs. In this paper, we propose the integration of WIPT into the UWASNs and provide an overview on various enabling techniques for the WIPT based UWASNs(WIPT-UWASNs) as well as pointing out future research challenges and opportunities for WIPT-UWASNs. 展开更多
关键词 underwater acoustic modem underwater acoustic sensor network(UWASN) wireless information and power transfer(WIPT)
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Analysis and Design of Four-Plate Capacitive Wireless Power Transfer System for Undersea Applications 被引量:12
2
作者 Lei Yang Yuanqi Zhang +5 位作者 Xiaojie Li Jiale Jian Zhe Wang Jingjing Huang Li Ma Xiangqian Tong 《CES Transactions on Electrical Machines and Systems》 CSCD 2021年第3期202-211,共10页
This paper presents a four-plate undersea capacitive wireless power transfer(CPT)system for underwater applications such as autonomous underwater vehicles(AUVs).Generally,a CPT system transfers the power based on elec... This paper presents a four-plate undersea capacitive wireless power transfer(CPT)system for underwater applications such as autonomous underwater vehicles(AUVs).Generally,a CPT system transfers the power based on electric fields.The complex resonant compensation networks are used to make the CPT system work in the resonant condition.The resonant voltage is always very high.It will be a big challenge to the human safety.In this paper,a virtual electrons periodic reciprocating flow theory is proposed for the CPT system.In one switching cycle,the electrons firstly flow in the forward direction through the forward path and then flow in the inverse direction through the inverse path.The CPT system has been deeply studied with the vacuum dielectric or the air dielectric.However,for the CPT system,there are few papers to show the underwater application.In this paper,an undersea four-plate CPT system is designed and studied in the underwater condition.The two coupling capacitors and other elements of the CPT system could build a closed-loop path.A small value inductor is adapted as a resonant compensation network for the four-plate CPT system.The DC voltage is inverted to the AC voltage in the primary side with the single-phase full-bridge inverter.The resonant voltage is rectified to the DC voltage in the secondary side with the single-phase full-bridge diode rectifier.A 100 W power level CPT system is constructed to verify the theory analysis and the calculation.The theory analysis is verified by the simulated and experimental results.The stable output voltage and load power are achieved in this paper. 展开更多
关键词 wireless power transfer system capacitive underwater applications autonomous underwater vehicles(AUVs)
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海水对UUV WPT系统的影响及耦合机构的补偿研究
3
作者 高国章 于梓航 李佳奇 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2024年第2期18-23,33,共7页
针对水下无人航行器(UUV)无线电能传输(WPT)系统的效率和稳定性问题,建立了水下WPT等效电路,并对其工作原理进行了数学推导和分析。以此为基础研究了海水环境对WPT电路性能的影响机理,推导出了WPT系统在海水中的传输功率及效率模型。由... 针对水下无人航行器(UUV)无线电能传输(WPT)系统的效率和稳定性问题,建立了水下WPT等效电路,并对其工作原理进行了数学推导和分析。以此为基础研究了海水环境对WPT电路性能的影响机理,推导出了WPT系统在海水中的传输功率及效率模型。由于在海浪和海流等水下外界干扰下电能传输机构的收/发端均会产生偏移,从而影响系统电能传输的稳定性和效率。为减小影响,分析了4种典型拓扑补偿电路结构,并给出了最优补偿电路选取原则。最后,在MATLAB平台进行验证,结果验证了数学推导的正确性以及补偿电路设计的有效性。研究结果可为类似水下无线供电系统的设计提供借鉴。 展开更多
关键词 水下无人航行器 无线电能传输 电路拓扑设计 海浪海流干扰
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深海无人航行器双向无线充电系统的涡流损耗分析与效率优化
4
作者 刘宇鑫 高飞 +2 位作者 刘鑫 程正顺 刘东 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第18期5599-5609,共11页
无线电能传输(WPT)技术在深海无人航行器(AUUS)领域中应用逐渐广泛,相比于空气介质的无线充电而言,海水介质中无线充电产生的涡流损耗严重降低了能量传输效率。该文提出一种采用一次侧和二次侧移相策略的双边LCC水下WPT系统,降低海水介... 无线电能传输(WPT)技术在深海无人航行器(AUUS)领域中应用逐渐广泛,相比于空气介质的无线充电而言,海水介质中无线充电产生的涡流损耗严重降低了能量传输效率。该文提出一种采用一次侧和二次侧移相策略的双边LCC水下WPT系统,降低海水介质中的涡流损耗,提高系统效率。通过研究两线圈电流相位差对海水介质的涡流损耗的影响,建立合成感生电场模型,计算合成感生电场的分布和涡流损耗。在其他条件不变时,增大两线圈电流的相位差,会使线圈间各点处的合成感生电场幅值下降,使涡流损耗在总损耗的占比中下降,提高能量传输效率。通过对比在空气介质和海水介质中的损耗与线圈间电流相位差之间的关系,可以得到海水介质中无线充电时的最大效率点的电流相位差。相比于空气介质而言,在海水介质中无线充电的最大效率点处,线圈间的电流相位差增大。在深海双向双边LCC无线充电系统中,仅需增大两侧逆变电压相位差,即可增大线圈间电流相位差,进而提高系统效率。实验中搭建了200 V/3.5 kW级水下无线充电样机,通过增大两侧逆变器之间相位差,实现了91.5%的最大效率传输,比不采用移相策略时的效率提升了0.8%,证实了理论分析结果的正确性与可行性。 展开更多
关键词 深海双向无线充电 海水介质 涡流损耗 相位差 最大效率点
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基于环型线圈互感计算的WPT系统设计研究
5
作者 张犇 朱亚平 路勇 《电力电子技术》 2024年第1期60-63,共4页
为解决自主水下航行器能源补给环节存在的问题,提出一种用于准确预估磁耦合器环型线圈的互感计算方法,并基于此方法设计了一种大功率、高效率的无线电能传输(WPT)系统。实验结果表明,提出的互感计算方法准确有效,并且所设计的WPT系统可... 为解决自主水下航行器能源补给环节存在的问题,提出一种用于准确预估磁耦合器环型线圈的互感计算方法,并基于此方法设计了一种大功率、高效率的无线电能传输(WPT)系统。实验结果表明,提出的互感计算方法准确有效,并且所设计的WPT系统可以实现能量的高效稳定传输。这项研究为自主水下航行器的高效能源补给提供了科学参考,具有重要的实际应用价值。 展开更多
关键词 无线电能传输 自主水下航行器 环型线圈
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水下机器人磁耦合无线电能传输技术研究进展
6
作者 蔡天昊 吕枫 《中国海洋平台》 2024年第4期39-46,共8页
水下机器人已成为海底设施巡检和海洋环境调查的关键装备,海底无线充电基站是解决机器人原位电能补给的有效方案。概述磁耦合式水下无线电能传输技术的原理,针对电磁耦合器结构、补偿网络拓扑、涡流损耗分析等主要问题,综述水下无线电... 水下机器人已成为海底设施巡检和海洋环境调查的关键装备,海底无线充电基站是解决机器人原位电能补给的有效方案。概述磁耦合式水下无线电能传输技术的原理,针对电磁耦合器结构、补偿网络拓扑、涡流损耗分析等主要问题,综述水下无线电能传输技术的研究现状,总结海底无线充电基站的国内外应用进展,并展望水下无线电能传输技术在基础理论和应用方面的发展方向。 展开更多
关键词 水下机器人 无线电能传输 电磁耦合器 补偿网络 涡流损耗
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一种全周转向式非接触电连接器设计与应用
7
作者 车宇超 沈致远 周晶 《电工技术》 2024年第14期119-123,127,共6页
磁耦合器是水下无线电能传输(UWPT)系统中最重要的部件,其配置决定了适用场景,参数设计和优化将直接影响系统的整体输出功率和效率。提出了一种应用于水下潜航器的新型全周转向式非接触电连接器方案,球头与球座之间除轴向旋转外,还可实... 磁耦合器是水下无线电能传输(UWPT)系统中最重要的部件,其配置决定了适用场景,参数设计和优化将直接影响系统的整体输出功率和效率。提出了一种应用于水下潜航器的新型全周转向式非接触电连接器方案,球头与球座之间除轴向旋转外,还可实现径向旋转,使整个系统具有方便可靠、操作安全、移动灵活等特点。将提出的电连接器接入UWPT系统样机进行验证,实现了在0°至45°径向偏移角度下的无线电能传输,使得系统总效率保持在85%以上。 展开更多
关键词 无线电能传输 水下潜航器 磁耦合器 电力电子
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Experimental demonstration of underwater optical wireless power transfer using a laser diode
8
作者 Sung-Man Kim Jongmyeong Choi Hyunwoo Jung 《Chinese Optics Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第8期1-5,共5页
We experimentally demonstrate an underwater optical wireless power transfer (OWPT) using a laser diode (LD) as a power transmitter. We investigate the characteristics of a solar cell and a photodiode (PD) as a p... We experimentally demonstrate an underwater optical wireless power transfer (OWPT) using a laser diode (LD) as a power transmitter. We investigate the characteristics of a solar cell and a photodiode (PD) as a power receiver. We optimize the LD, the PD, and the solar cell to achieve the maximum transfer efficiency. The maxi- mum transfer efficiency of the back-to-back OWPT is measured as 4.3% with the PD receiver. Subsequently, we demonstrate the OWPT in tap and sea water. Our result shows an attenuation of 3 dB/m in sea water. 展开更多
关键词 PD LD Experimental demonstration of underwater optical wireless power transfer using a laser diode
原文传递
水下无线输电技术研究综述 被引量:3
9
作者 顾文超 丘东元 +2 位作者 张波 肖文勋 陈艳峰 《电源学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期125-138,共14页
随着人类对海洋资源开发和利用的深入,各种水下观测、通讯、探测设备的应用需求越来越多。使用无线输电技术为水下设备充电,可以克服上岸更换电池和水下有线充电2种传统方法的不足,具有安全、灵活等优点。先后介绍了磁场式、电场式、超... 随着人类对海洋资源开发和利用的深入,各种水下观测、通讯、探测设备的应用需求越来越多。使用无线输电技术为水下设备充电,可以克服上岸更换电池和水下有线充电2种传统方法的不足,具有安全、灵活等优点。先后介绍了磁场式、电场式、超声波3种主要的水下无线输电技术,并详细介绍了各系统的典型结构、等效模型和性能特点,进而概述了各种水下无线输电技术的研究现状,指出目前亟待解决的问题,旨在为今后水下无线输电技术的研究提供方向。 展开更多
关键词 水下无线输电 磁场 电场 超声波
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水下无线电能传输系统数据采集与信息处理方法研究 被引量:1
10
作者 赵航 张杰 +3 位作者 许知博 贾静 杨磊 冯保祥 《电源学报》 CSCD 北大核心 2023年第6期84-93,共10页
针对水下无线电能传输系统的数据采集与信息处理开展了系统研究。对于水下的无线电能传输系统,考虑到了复杂多变的水下环境对电能和信息传输产生一定程度的影响。海洋环境会受到温度、压力等一些环境因素的扰动,因此水下电能传输的介质... 针对水下无线电能传输系统的数据采集与信息处理开展了系统研究。对于水下的无线电能传输系统,考虑到了复杂多变的水下环境对电能和信息传输产生一定程度的影响。海洋环境会受到温度、压力等一些环境因素的扰动,因此水下电能传输的介质具有不确定性,会对电能发送端和电能接收端的电磁场耦合产生影响,影响到水下无线电能传输的稳定性,导致海水中的无线电能传输系统的传输功率和传输效率发生改变。为此需要对水下的海洋环境信息进行实时采集,并分析对水下无线电能传输系统的电路参数和传输效率产生的影响。搭建了基于多种传感器的信息搜集与处理系统从而实现实时海洋数据采集,有效解决了水下数据的获取问题,提高了数据采集和数据处理效率。研究了海水的相对磁导率、电导率以及相对介电常数等系统信息和能量传输的影响规律,重点分析了温度和压力对无线电能传输的影响。 展开更多
关键词 无线电能传输 水下数据采集 水下无线电能传输 传输效率
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水下磁耦合式无线电能传输系统建模与分析 被引量:1
11
作者 赵航 张杰 +3 位作者 许知博 贾静 杨磊 冯保祥 《电源学报》 CSCD 北大核心 2023年第6期195-203,共9页
无线电能传输技术是解决水下设备续航问题的有效手段,但无线电能传输技术在水下应用时会受到海洋环境的影响。针对水下磁耦合式无线电能传输MCR-WPT(magnetically-coupled resonant wireless power transfer)系统,论述了磁耦合式无线电... 无线电能传输技术是解决水下设备续航问题的有效手段,但无线电能传输技术在水下应用时会受到海洋环境的影响。针对水下磁耦合式无线电能传输MCR-WPT(magnetically-coupled resonant wireless power transfer)系统,论述了磁耦合式无线电能传输系统的系统组成,建立了水下磁耦合式无线电能传输系统电路模型,并对海洋环境中产生的涡流损耗进行了定量分析。根据海洋环境分析了海水水流冲击对磁耦合式无线电能传输系统影响,并搭建实验平台进行验证。 展开更多
关键词 无线电能传输 磁耦合谐振 水下 海洋环境 涡流损耗
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水下无线电能传输技术及应用研究综述 被引量:63
12
作者 吴旭升 孙盼 +2 位作者 杨深钦 何笠 蔡进 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期1559-1568,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 无线电能传输 水下自主航行器 电磁感应 磁耦合谐振 超声波耦合
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水下具有旋转耦合机构的电场耦合无线电能传输系统及参数优化方法 被引量:16
13
作者 苏玉刚 钱林俊 +2 位作者 刘哲 邓仁为 孙跃 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第10期2399-2410,共12页
现有水下环境的电场耦合式无线电能传输(EC-WPT)系统耦合机构大多采用平板式,无法适用于水下旋转场合无线供电应用场景。针对以上问题,提出一种水下具有旋转耦合机构的EC-WPT系统,给出耦合机构绝缘层相对介电常数和厚度对耦合电容的影... 现有水下环境的电场耦合式无线电能传输(EC-WPT)系统耦合机构大多采用平板式,无法适用于水下旋转场合无线供电应用场景。针对以上问题,提出一种水下具有旋转耦合机构的EC-WPT系统,给出耦合机构绝缘层相对介电常数和厚度对耦合电容的影响规律和绝缘层材料及厚度的选取方法,并建立耦合机构模型;以双侧LC补偿的EC-WPT系统为例,建立该系统的等效电路模型,以系统输出功率和传输效率为优化目标,将抗偏移性作为约束条件之一,给出基于第二代非支配排序遗传算法(NSGA-II)的多约束多目标优化方法;通过LT-Spice仿真验证了参数优化方法的可行性和有效性;实验中搭建具有水下旋转耦合机构的EC-WPT系统样机,实现311W的功率传输,效率为87.4%,系统具有良好的抗偏移性。实验比较了水下和空气中的能量传输性能,在耦合机构及参数优化方法相同的情况下,系统在水下的输出功率比空气中高约2倍,并且在水下的抗偏移性优于空气环境。 展开更多
关键词 无线电能传输 电场耦合 水下旋转耦合机构 参数优化 抗偏移性
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水下无人航行器水下无线充电关键技术研究 被引量:6
14
作者 丰利军 朱春波 +1 位作者 张剑韬 余林刚 《舰船科学技术》 北大核心 2020年第12期159-162,共4页
目前水下无人航行器可以承担搜救、情报、监视和侦察任务,具有重要的应用价值。但其续航能力及充电问题,制约着水下无人航行器的机动能力。本文通过分析水下无线充电技术优势,研究不同国家及机构对水下无人航行器水下无线充电技术的应... 目前水下无人航行器可以承担搜救、情报、监视和侦察任务,具有重要的应用价值。但其续航能力及充电问题,制约着水下无人航行器的机动能力。本文通过分析水下无线充电技术优势,研究不同国家及机构对水下无人航行器水下无线充电技术的应用成果,提出水下无线充电关键技术,针对磁耦合机构设计、水下损耗分析、双向能量传输拓扑及控制策略及水下磁通信技术4个方向展开深入讨论。 展开更多
关键词 无线充电技术 水下无人航行器 磁耦合机构 双向能量传输
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基于E类放大器的电场耦合式水下无线电能传输系统设计 被引量:6
15
作者 高镇 于广强 刘宁 《河海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期560-567,共8页
针对单级LC谐振型电场耦合式水下无线电能传输(electrical-field coupled power transfer,ECPT)系统的输出功率低、谐振容量小、频率漂移大等关键问题,设计一种更适于海水环境下的无线电能传输系统。该系统基于CLC-S调谐网络,综合E类放... 针对单级LC谐振型电场耦合式水下无线电能传输(electrical-field coupled power transfer,ECPT)系统的输出功率低、谐振容量小、频率漂移大等关键问题,设计一种更适于海水环境下的无线电能传输系统。该系统基于CLC-S调谐网络,综合E类放大器效率高、频率高等优点,实现较大的功率输出。利用Maxwell有限元仿真软件,对海水环境下耦合机构的电容值进行了有限元分析。通过对水下耦合机构进行试验,分析负载品质因数Q、归一化频率μ对水下无线电能传输系统的影响规律,可为水下ECPT系统设计提供参考。 展开更多
关键词 无线电能传输 水下ECPT系统 电场耦合 AUV无线充电 E类放大器 CLC-S调谐网络
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基于复合式增益配置的双频无线电能传输系统 被引量:1
16
作者 朱哲辉 周玮 +2 位作者 张滨山 麦瑞坤 刘丽娜 《电工电能新技术》 CSCD 北大核心 2021年第9期47-56,共10页
在无线电能传输的实际应用中,有不少设备需要使用双输出通道结构分别为其高压功率电路和低压控制电路进行供电,比如无人潜航器。传统双逆变器双通道无线供电系统硬件成本相对较高,在紧耦合条件下单逆变器对称移相的双通道无线供电系统... 在无线电能传输的实际应用中,有不少设备需要使用双输出通道结构分别为其高压功率电路和低压控制电路进行供电,比如无人潜航器。传统双逆变器双通道无线供电系统硬件成本相对较高,在紧耦合条件下单逆变器对称移相的双通道无线供电系统部分输出增益无法实现。文中提出了一种基于复合增益配置的双频无线电能传输系统,基波通道输出电压和三次谐波通道输出电压分别为设备的高压功率电路和低压控制电路供电。基于逆变器非对称移相和补偿网络参数的复合增益配置方式不仅能够有效拓展输出增益范围,还可以降低硬件成本。实验结果表明所述复合增益配置方式可行,适用于双频无线供电系统。 展开更多
关键词 无线电能传输 双通道 双频 增益配置 无人潜航器
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无线电能传输技术的发展及其水下应用趋势浅析 被引量:5
17
作者 富一博 于沨 《大连大学学报》 2014年第6期30-33,共4页
无线电能传输技术作为一种新型电能传输技术,由于其具有强大的环境适应性,可以避免传统充电方式的诸多不便,特别适合在特殊环境使用,近年来广受科研工作者的关注。本文从无线电能传输技术的水下应用角度出发,阐述了无线电能传输技术的... 无线电能传输技术作为一种新型电能传输技术,由于其具有强大的环境适应性,可以避免传统充电方式的诸多不便,特别适合在特殊环境使用,近年来广受科研工作者的关注。本文从无线电能传输技术的水下应用角度出发,阐述了无线电能传输技术的发展历史、工作原理,对不同原理的无线电能传输技术做了比较,提出了对目前无线电能传输技术在水下应用方面的研究现状与不足,并探讨了水下无线电能传输技术的发展趋势。 展开更多
关键词 无线电能传输技术 水下应用 水下电能补给
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基于无线供电的LED水下景观灯设计 被引量:2
18
作者 董维娜 王宁 《中国照明电器》 2020年第6期9-15,共7页
针对水下景观灯的电缆布线复杂、后期维修困难、存在漏电隐患等问题,提出一种基于无线供电的水下LED景观照明系统。采用COMSOL软件建立耦合线圈模型,对不同形状和尺寸的耦合线圈,从发射线圈与接收线圈间传输距离、位置偏移和传输角度方... 针对水下景观灯的电缆布线复杂、后期维修困难、存在漏电隐患等问题,提出一种基于无线供电的水下LED景观照明系统。采用COMSOL软件建立耦合线圈模型,对不同形状和尺寸的耦合线圈,从发射线圈与接收线圈间传输距离、位置偏移和传输角度方面,仿真分析了水下系统的无线电能传输特性。设计了全桥逆变模块和LED驱动电源。最后,搭建系统实验平台,实验验证了水下景观灯无线供电系统的有效性。水下灯具的无线供电模式提高了系统的灵活性,具有一定的应用价值。 展开更多
关键词 无线电能传输 LED照明 水下灯具 耦合线圈 COMSOL
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