高壓功率放大器在超聲波實(shí)現(xiàn)能量與信號(hào)的同步傳輸中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)名稱(chēng):

高壓功率放大器在超聲波實(shí)現(xiàn)能量與信號(hào)的同步傳輸中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

提出了一種利用超聲波實(shí)現(xiàn)能量與信號(hào)反向同步傳輸?shù)姆椒?，利用?fù)載電壓信號(hào)與三角波信號(hào)比較得到PWM波，負(fù)載電壓的變化體現(xiàn)在PWM波占空比的變化，該P(yáng)WM波用于驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞的換能器，接收到的電壓均方根值與負(fù)載電壓幅值成線性關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，對(duì)PWM波進(jìn)行傅里葉分解，從波的組成的角度對(duì)信號(hào)的傳遞做簡(jiǎn)要分析。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備:

高壓功率放大器ATA-4011B、高速比較電路、驅(qū)動(dòng)電路以及信號(hào)檢測(cè)電路等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程:

金屬板介質(zhì)下UWCPT和信號(hào)同步傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

利用超聲波實(shí)現(xiàn)金屬板介質(zhì)下能量與信號(hào)的同步傳輸系統(tǒng)分解為兩部分，其中一個(gè)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(fù)載供電的過(guò)程，其決定著系統(tǒng)傳輸功率的大小；

金屬板介質(zhì)下UWCPT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

而另一個(gè)部分是信號(hào)的同步傳輸部分，即將負(fù)載的電壓信號(hào)傳回到能量的發(fā)射側(cè)，并可以完成對(duì)信號(hào)的進(jìn)行解讀，其信號(hào)應(yīng)與負(fù)載兩端電壓信號(hào)有對(duì)應(yīng)關(guān)系，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載電壓信號(hào)的同步傳輸。

信號(hào)同步傳輸部分系統(tǒng)框圖

在超聲波無(wú)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(duì)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(jì)合適的電源對(duì)換能器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在進(jìn)行嘗試性實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，使用的是ATA-4011B高壓功率放大器作為能量來(lái)源。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在換能器的測(cè)試頻率，即 39840Hz，系統(tǒng)接收到的電壓的均方根值比較小，而當(dāng)頻率為40360Hz時(shí)，系統(tǒng)接收到的電壓的均方根值達(dá)到最大值，同時(shí)由圖4.7結(jié)果顯示，此頻率下負(fù)載的功率也達(dá)到最大值，為5.491W。

可知，換能器的頻帶很窄，找到最佳的工作頻率尤為重要。對(duì)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(duì)接收到的電壓均方根值無(wú)影響，保持?jǐn)?shù)值穩(wěn)定。在進(jìn)行信號(hào)回傳時(shí)，應(yīng)避免該區(qū)間頻率的選擇。

實(shí)驗(yàn)中用到的高壓功率放大器ATA-4011B

審核編輯 黃宇