[发明专利]一种能够实现能量定向聚集的水下无线能量传输方法

说明书

本发明提供了一种能够实现能量定向聚集的水下无线能量传输方法，包括设置放置在水面上的发射换能器阵列以及放置在水面下的接收换能器阵列；对发射换能器阵列中的所有阵元设置不同的幅度权值；控制发射换能器阵列的相控波束偏转。本发明公开的一种能够实现能量定向聚集的水下无线能量传输方法，通过阵元的权值设定以及阵列的相控波束偏转，实现能量的定向聚集，能够有效提高水下无线能量传输效率。

技术领域

本发明属于无线电能传输领域，尤其是涉及一种能够实现能量定向聚集的水下无线能量传输方法。

背景技术

近年来，无线电能传输技术受到了全世界的广泛关注，它打破了传统有线电能传输的固有格局，摆脱了冗杂电线的束缚，使得供电电源和充电设备完全隔离，供电电路和充电电路实现独立封装，较好地解决了有线电能传输存在的电线裸露、易产生接触火花、可移动性差等问题，在某些极端环境和特殊条件下具有独特的优势，在电动汽车、工业生产、生物医疗、航空航天、海洋、高山海岛等多个领域具有广阔的应用前景。

无线电能传输技术应用在海洋领域，能够提高水下设备的充电安全性、可靠性、灵活性和隐蔽性，增强水下设备的工作能力，其典型应用案例是水下自主航行器与母船对接充电，水下自主航行器由于需要长时间工作，因此需要不断的能源支撑，而有线充电或自带电池的方式，限制了其作业范围和工作时间，因此采用无线充电方式可以扩大巡航时长与巡航范围。

根据工作原理的不同，无线电能传输技术主要有电场耦合式、磁场耦合式、微波辐射、激光和超声波等方式。水的导电性表明了水下环境中电场耦合技术无法使用。磁场耦合分为感应耦合式和谐振耦合式，基于变压器原理的感应式耦合传输距离仅为毫米级别，而谐振耦合式极易受到海洋环境的影响，如海流冲击、海水温度等，且无法实现远距离无线电能传输。微波辐射和激光方式的无线电能传输依靠电磁波原理，但水下环境复杂，电磁波在水中会迅速衰减，无法作为水中有效的能量载体。

由此可见，电场耦合式、磁场耦合式、微波辐射以及激光无线电能传输技术都无法在深水高压极端环境下实现远距离、高功率无线充电，而声波在水中能够远距离传播且能量衰减小，同时还可以实现电磁隐身，但现有的超声波耦合式水下无线能量传输的技术，普遍存在着能量方向分散，能量传输效率低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种能够实现能量定向聚集的水下无线能量传输方法，通过阵元的权值设定以及阵列的相控波束偏转，实现能量的定向聚集，有效提高水下无线能量传输效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

步骤一：设置放置在水面上的发射换能器阵列以及放置在水面下的接收换能器阵列，发射换能器阵列发射声波到接收换能器阵列；

步骤二：对发射换能器阵列中的所有阵元设置不同的幅度权值，控制发射换能器阵列发射合成波束的波束宽度和旁瓣级，提高波束的能量定向聚集程度；

步骤三：控制发射换能器阵列的相控波束偏转，提高波束的能量定向聚集程度；

步骤四：通过对发射换能器阵列的所有阵元设置不同的幅度权值以及阵列的相控波束偏转，实现发射换能器阵列发射声波到接收换能器阵列的能量定向聚集，提高水下无线能量的传输效率。

相对于现有技术，本发明所述的一种能够实现能量定向聚集的水下无线能量传输方法，具有以下优势：

第一，本发明公开的一种能够实现能量定向聚集的水下无线能量传输方法，通过对发射换能器阵列中的所有阵元设置不同的幅度权值，控制发射换能器阵列发射合成波束的波束宽度和旁瓣级，提高波束的能量定向聚集程度；

第二，本发明公开的一种能够实现能量定向聚集的水下无线能量传输方法，通过控制发射换能器阵列的相控波束偏转，进一步提高波束的能量定向聚集程度；

第三，本发明公开的一种能够实现能量定向聚集的水下无线能量传输方法，非常适用于海洋领域的无线电能传输，特别是对水下设备的无线充电，具有能量传输效率高的特点。

附图说明