[发明专利]一种用于水下无线充电系统的激光对准装置及方法

说明书

技术领域：

本发明涉及水下无线充电系统的对接装置和方法，尤其涉及一种新型、高效的激光对准装置和方法，该对准装置和方法能实现AUV充电装置与水下固定充电器间的对准和对接。

背景技术：

随着人类开发海洋热潮的兴起，水下自主航行器AUV被广泛应用于海洋环境检测、海洋资源勘探和开发、海域监控和入侵监测等海洋应用领域。受自身特性限制，AUV多采用电池供电，对推进器和各种电子设备进行供电，但受体积和成本的限制，AUV的电池体积和供电能力有限，无法维持AUV远距离、大范围、长周期的工作需求，仅能工作较短的时间。因此，AUV强大的功能受电源的制约，无法充分发挥其功能，因此需要设计并研制一种适用于AUV的充电技术。

无线充电技术是一种新兴的技术，其基本方案是通过设置发射器和接收器间的电磁波进行能量输送，达到无线充电的目的。

无线充电系统包括：连接于交流供电线路中的初级线圈，用于将交流电转换为电磁波；以及集成于待充电设备中的次级线圈。充电器的初级线圈磁场变化并形成感应电动势，次级线圈感应并将电磁波转换为电能。该种无线充电系统中待充电设备与充电器间无需使用插头和插座连接，只需将内置次级线圈及整流电路的待充电设备放置在充电器充电区域内即可对待充电设备的电池进行充电。现有的无线充电系统是将初级线圈和次级线圈进行分离式设计，充电器外壳内的初级线圈通电后产生初级磁场，处于初级线圈充电区域内的次级线圈产生次级感应电动势并进行整流处理，实现对设备电池的充电。次级线圈和整流处理电路在待充电设备内，初级线圈与次级线圈间的电磁耦合效率与其间距成反比，即二者间相对距离越近则初级线圈感应并传递到次级线圈的电能的效率越高。实际应用时，无线充电系统一般还包括交流电源与充电器初级线圈间的低频整流电路和高频振荡电路，以及待充电设备中次级线圈的高频整流电路。

与传统充电技术相比，无线充电技术的优点表现在以下几个方面：不受电线长短限制，解决不同标准充电器无法通用的问题；某些需要做密封处理的电器设备最好就是采用无线送电技术，这样在设置防水处理上会更加好处理；便于作为公众基础设备，未来城市设计规划时在公众场合提供无线充电设备作为一种便民设备，方便公民的生活。因此，无线充电技术必将成为一种迅速、大力发展的技术。

在本发明中将无线充电技术应用于AUV的充电，解决水下航行器电源难以更换，工作范围与时间受电源限制的问题，延长水下航行器的工作周期，扩大其工作范围。该水下无线充电系统包括固定于海底的固定充电装置和AUV。充电装置由电缆供给交流电，包括初级线圈以及交流电源与初级线圈间的低频整流电路和高频振荡电路。AUV上配备外置式充电感应装置，包括次级感应线圈及高频整流电路，与AUV电池相连，对电池进行直流充电。

受海流的影响和水下AUV定位精度的制约，AUV外置的充电感应装置与水下固定充电装置间的对准和对接是一个困难的问题，需要设计适用、有效的对准和对接系统，实现AUV与充电器间的对准。

发明内容：

本发明的目的是解决水下无线充电系统的精确对准和对接问题，并且提供一种用于水下无线充电系统的对准系统和对准方法。

本发明提供了一种激光对准装置，用于AUV外置的充电装置与固定无线充电装置间的精确对准，该激光对准装置包括对准发射装置和对准接收装置，所述对准发射装置装设于所述固定无线充电装置上，所述对准接收装置装设于所述AUV外置的充电装置表面，所述对准发射装置包括：

激光发射器组，通电时发射激光束，用于与AUV进行对准；

水声接收器，用于接收AUV发送的水声信号；

控制模块，用于控制激光发射器组的工作状态和工作模式；

所述对准接收装置包括：

激光接收器组，用于接收对应的激光信号；

水声发送器，用于向所述固定的无线充电装置发送水声信号，并控制所述激光接收器组的工作状态；

控制模块，用于控制各推进器，以及调整AUV的姿态及速率。

本发明提供一种水下无线充电系统，包括固定于海底的固定充电装置和AUV，所述系统还包括上述激光对准装置。

本发明还提供一种激光对准方法，用于上述激光对准装置，所述方法包括以下步骤：

1)AUV需要进行充电时，首先确定固定无线充电装置的方向与位置信息，调整自身姿态，控制航行速度，向所述固定无线充电装置靠近；