[发明专利]一种激光传能系统

说明书

技术领域

本发明涉及能量无线传输技术领域，具体涉及一种激光传能系统。

背景技术

分离模块航天器的能量模块航天器与任务模块航天器、发生地质灾害气象灾害时的抢险救灾设备、执行火山勘探任务的机器人、远离基地不具备降落条件下的电力飞行器等，其工作运行环境不具备架设电缆供电的条件。激光无线能量传输以激光作为媒介，不用能源输送线给特定环境下工作的目标机器提供能源支持，使其能够顺利完成被指定的任务，是为上述设备供能的关键手段，而激光传能技术的核心指标是电到电的转化效率。目前的激光传能是直接用激光器发射到光电池上，然而激光光束为高斯光束，即中间能量高四周能量低，受光电池表面光束空间分布、光斑与光电池的瞄准精度、光电池光电转换效率等影响，现有激光传能的转化效率不高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种激光传能系统，能够提高发射端与接收端之间的瞄准精度，提高光束接收端光强分布的均匀度，提高光电池光电转换效率，从而有效提高传能效率。

本发明的激光传能系统，包括能量发射机和能量接收机，其中，能量发射机包括能量激光器、准直镜、发射端转台、发射端转台伺服单元、发射端主控计算机和发射端数据中继单元；所述能量接收机包括光电转换模块、接收端转台、接收端转台伺服单元、蓄能电池模块、接收端主控计算机和接收端数据中继单元；

其中，准直镜安装在发射端转台上，发射端转台与发射端转台伺服单元相连，发射端数据中继单元分别与发射端转台伺服单元和发射端主控计算机相连，能量激光器分别与发射端主控计算机和准直镜相连；光电转换模块安装在接收端转台上，接收端转台与接收端转台伺服单元相连，蓄能电池模块分别与光电转换模块和接收端主控计算机相连，接收端数据中继单元分别与接收端主控计算机、接收端转台伺服单元和光电转换模块相连；能量发射机与能量接收机之间通过各自的数据中继单元中的无线收发模块进行无线通信；

其中，所述光电转换模块包括光电池，所述光电池由光电池组1和光电池组2组成，光电池组1由多个扇形和环扇形光电池串联而成，布置在以光斑重叠区域中心为圆心的多个同心圆环上，其中，扇形光电池处于最里环，环扇形光电池放置在扇形光电池外围，光电池组1刚好覆盖光斑重叠区域；光电池组2由多个环扇形光电池并联而成，布置在光电池组1外围与光电池组1同心的圆环上，光电池组1和光电池组2覆盖整个光斑；

所述蓄能电池模块包括电源管理模块和蓄能电池，其中，电源管理模块包括两个最佳功率跟踪恒压输出单元和2个二极管，其中，2个最佳功率跟踪恒压输出单元的输入端一对一分别连接光电池组1和光电池组2，两个最佳功率跟踪恒压输出单元输出端的正极通过二极管并联后作为能源管理单元的输出端的正极，两个最佳功率跟踪恒压输出单元输出端的地合并作为能源管理单元的输出端的地。

其中，可在准直镜前增加光束主动控制器件，光束主动控制器件包括相位控制阵列和光束控制器件，激光光束通过准直镜准直后照射在相位控制阵列上，经相位控制阵列调整光束相位后照射在光束控制器件，光束控制器件调整光束出射方向后将光束发射出去。

准直镜也可以由若干个准直镜捆绑而成，在每个准直镜内部设有相位控制模块和光束控制模块；其中，相位控制模块用来控制光束相位，实现光束的非相干或相干合成；光束控制模块用来控制光束的出射方向，使得光电池表面获得光强分布均匀的光斑并提高瞄准精度。

所述发射端数据中继单元包括位姿传感器、相位控制器、光束控制器、接口模块和无线收发模块；所述发射端转台上还安装有目标探测模块；所述光电池板上还安装有LED指示灯；光电转换模块还包括温度传感器和电压传感器；所述接收端数据中继单元包括无线收发模块、采样电路、LED驱动、位置传感器和接口模块；

其中，发射端数据中继单元中，接口模块与位姿传感器、相位控制器、光束控制器、无线收发模块、发射端主控计算机和目标探测模块相连，位姿传感器用于测量能量发射机的位置、姿态；相位控制器与光束控制器用于控制光束的相位和指向；目标探测模块用于探测能量接收机上的LED指示灯；接收端数据中继模块中的接口模块与无线收发模块、采样电路、LED驱动、位置传感器和接收端主控计算机连接，采样电路与光电转换模块中的温度传感器、电压传感器连接，用于采集光电池的温度、电压；LED驱动与LED指示灯连接，驱动LED指示灯亮起。

有益效果：