无线远距离传输

无线远距离传输（精选八篇）

无线远距离传输 篇1

1 无线电能有效传输距离

无线电能传输是目前电能传输的主要形式,目前可以三个方面:

首先,非接触充电式技术,以通过电磁感应原理实现的,一般都是在一些便携式终端应用,并且十分广泛。这种类型将两个线圈放在邻近位置,在一个电流在一个线圈中流动的时候,磁通量就成为了媒介,而另外一个线圈就会出现电动势。

其次,目前应用过较为广泛的一种技术类型,能够直接在电磁波能量中应用,借助无线发送以及接受原理,实现电能的传递。这与收音机原理是相似的,直接在整流电波交流形变换成直流后利用,是不能够使用放大电路的。同以前相比,这种技术的效率得到提高,并正在推动厂商将其投入实际应用。

第三类是利用电磁场的谐振方法。谐振技术在电子领域应用广泛,但是,在供电技术中应用的不是电磁波或者电流,而只是利用电场或者磁场。2006年11月,美国麻省理工学院(MIT)物理系助理教授Marin Soljacic的研究小组全球首次宣布了将电场或者磁场应用于供电技术的可能性。

以磁耦合谐振技术为基础的无线电传输,主要包括两个关键部分,分为为电磁法神系统以及电磁接收系统。而励磁感应与发射线圈则是构成电磁发射系统的两个主要部分,两者之间存在不可分割的关系,电磁接收系统包括接收线圈与负载线圈,两者相互配合实现电能传输。电磁发射与接受系统共同组成了等效模型。单匝线圈组成,负载线圈由单匝线圈和负载组成,发射线圈和接收线圈均由具有相同谐振频率的多匝线圈组成。在系统设计时为了降低设计的复杂性,将发射和接收线圈设计成相同的尺寸和机械结构,因此,两线圈的等效参数可认为是一致的。

2 无线电能有效传输距离的影响因素

2.1 线圈半径对距离的影响

从图1中能够看到,线圈线径为0.8毫米,图为同轴防治的螺旋线圈,线圈半径从下图中能够获得,分别为5厘米、10厘米、15厘米、20厘米,由此可见,发射系统线圈半径是由小到大,距离则是由近及远的,这个时候测量获得接受线圈的电压值,获得归一化电压与距离的关系曲线。

从图1中可以看到,线圈半径分为5厘米、10厘米、15厘米、20厘米,线圈长度以5厘米的距离递增,在这样的情况下,负载接收的电压分为为20厘米、45厘米、60厘米、75厘米,此时接受的电压为85%、85%、90%、85%。在此过程汇中存在一定的误差,但是这种误差可以被忽略,所以从这些数据分析来看,线圈半径越长,距离越大,两者成正比。

2.2 线圈线径对距离的影响

线圈线径对距离的影响示意图如图2,观察图2发现,线圈半径分为10厘米,线径则是0.1毫米、0.8毫米、2.7毫米,在这样的情况下,发射系统与接受系统之间的距离进行测量,得到归一化电压与距离的关系曲线。

由图2可知:线圈线径分别在O.lmm,0.8mm,2.7mm三种情况下,负载上接收到的电压在20厘米,40厘米,60厘米的距离处开始显著下降;在20厘米,40厘米,60厘米的距离处负载上接收到的电压分别为最大值的81%,90%,90%。图中存在误差同样主要是线圈手工绕制和忽略辐射损耗造成的,因此可以证明有效传输距离与线圈线径根号三次方成正比。

2.3 电导率对距离的影响

图3所示是线圈材质分别铜、铝导线,线圈半径10厘米,线径为0.8mm时,使发射系统和接收系统之间的距离由近到远分别测量接收线圈的电压值得到的归一化电压与距离的关系曲线。

由图3可知:铜线与铝线的电能接收效果相差不多,铜线效果略微大于铝线。证明电能传输距离与电导率的六分之一次方成正比的分析是基本合理的。

3无线电能有效传输距离及其影响结果分析

本文对磁耦合谐振式无线电能传输距离特性进行了分析,具体结论如下:

通过以上几个方面的研究,可以得到以下结论,无线电能传输分为三个不同的状态,分为耦合、临界耦合以及千耦合。通过对过耦合到临界耦合,耦合因数不断减少,然后接受电压最大值是不会改变的,而欠耦合处接收电压最大值随着耦合因数的减小而急剧下降,因此临界耦合点的距离即无线电能有效传输距离,该点代表着系统最大传能范围。

结束语

中国经济不断发展,资源分布不平衡的问题也更加受到关注,为了能够缓解国内常规资源匮乏的局面,利用无线电能传输,能够更好的实现电能传输,保障电能传输有效性,减少电能消耗,也能够降低成本。无线电能有效传输受到很多影响,比如距离、半径以及电导率等等,其经济性如何,依赖于对这些参数的研究程度,通过掌握这些影响因素,才能够有针对性的制定排出干扰因素的对策,提升无线电能传输的整体质量。

参考文献

[1]田子建,曹阳阳,樊京,杜欣欣.磁耦合谐振式无线电能传输系统功率优化[J].工矿自动化,2016(6).

无线远距离传输 篇2

盲目追求高传输距离：

很多用户在准备购买无线产品时，生怕无线信号无法覆盖房间的每个角落，怕自己的无线网络最后成为混合网络，在一些地方不得不用网线来连接。这样在购买和挑选无线产品时对与产品上标识的传输距离过多的看中。只要有传输距离500米的绝对不买200米的。

1、传输距离的误区

实际上这也是用户在选择无线产品上的另一个误区，首先我们应该知道的就是厂商所说的传输距离是在没有任何障碍物情况下测量得到的。

另外厂商所标注的传输距离是传输范围的半径，也就是说500米就是说当我把无线设备放在中心，他周围上下左右前后，四面八方距离500米的地方都能够有无线信号，也就是说他的覆盖范围是一个球体，而标注的是球体的半径。

另外在实际使用中由于我们家庭内部有很多墙体，包括承重墙和普通墙体，无线信号是直线传播的，不会拐弯，所以说要穿过这些墙体唯一的途径就是横向穿越。这样就会造成无线信号的衰减，穿透承重墙又要比穿透普通墙体信号衰减得大，

这也是为什么在我们普通用户使用时无线信号的传输距离和强度与厂商所宣称的有很大不同的原因。

2、新技术的提升传输距离误区

除了厂商宣称的传输距离外，很多用户还特别看重所谓的新技术，这点和上面提到的看重新技术108M产品一样。可能在我们选择产品过程中JS会向你介绍这个产品如何如何好，使用了什么样的技术，从而大幅度提升了传输速度与传输距离。

实际上我们应该牢记在心的就是不管是什么技术与功能，在目前无线信号基于802.11G标准的前提下，通过引入新技术与新功能来实现对速度与距离的有大的提升是不现实的。

3、根据需要选择产品

如果大家真的对传输距离要求比较高的话，那么笔者建议用户在挑选上一定要多看看，最好在购买以前多在网上看看产品的评测文章。根据笔者使用的近十款不同品牌无线设备的经验来说，在产品上的差距也比较大，有的108M的产品还不如质量好的54M的产品，一定记住多看再买。

所以说究竟选择哪个产品还要根据自己家庭的实际情况决定，如果普通产品已经可以覆盖全屋的话，就完全没有必要多花银子购买108M的产品了，毕竟够用就可以了。

总的来说我们在考察无线产品传输距离方面也不要被产品参数所蒙蔽，有些不良的厂商甚至用虚假参数来迷惑我们，我们也不要过多的依赖所谓的新技术，购买前做好市场调查，选择适合自己的产品才是关键。

总 结：

短距离无线电能传输装置的实验研究 篇3

随着科学技术的发展,人类不断探索通过发明新的事物去改善生活。电脑、手机这些电子产品已走进寻常百姓家,因其功能多样,深受大家的喜爱。然而其充电方式依旧采用充电头连接线,使用起来较为不便,并且接线端还不是统一规格的。如果采用电磁谐振耦合无线电能传输技术,可以避免杂乱的连接线路,实现近距离、无接触地将电能传输给负载,使用起来既方便又安全[1]。同时,在矿井、油田、水下等一些特殊的作业环境中,该技术可避免传统电能传输方式带来的潜在危险。2007年,麻省理工学院的研究小组在美国物理学会上首次提出了该技术,经过近几年的发展,取得了较大进展,并在电动汽车、医疗电子设备、消费电子等领域得到应用,但总体仍处于起步阶段[2]。

本研究介绍一款基于磁耦合谐振原理的小功率无线电能传输装置的设计方法。

1磁耦合谐振的基本原理

两个及两个以上通电线圈通过彼此产生的磁场相互联系的物理现象称为磁耦合[3]。磁耦合的程度由通电线圈的电流大小、频率等多方面因素决定,该程度直接决定了能量传输的距离和效率。磁耦合线圈中的磁通链由两部分组成,一部分是自感磁通链,另一部分则是通电线圈之间的互感磁通链,并且总磁通链与施感电流呈线性关系,等于各施感电流独立产生的磁通链叠加。因此如果两个耦合的电感中有电流发生变动,则各电感产生的磁通链将随电流变动而变动。

设电感L1和L2的电压、电流值分别为u1、i1和u2、i2,且两者都取关联参考方向,互感值为M,则两耦合电感的电压电流关系式为:

磁耦合谐振式无线电能传输原理如图1所示。

图1中,发射线圈S与电源振荡电路的电感A相互耦合,而接收线圈D与电阻负载电感B相互耦合,同时自谐振线圈S和D依赖其内部电感及电容的分布而达到谐振[4]。能量通过电源振荡电路的电感A耦合到发射线圈S,发射线圈S与接收线圈D由于具有相同的谐振频率,在磁场的作用下产生谐振,最终接收线圈D与负载线圈B通过耦合实现能量传递。在此无线电能传输系统中,KS和KD称为近距离耦合,而K则称为远距离的磁耦合谐振[5]。

两个及两个以上具有相同谐振频率的线圈( 如图1中的S与D) ,在间隔一定的距离时,由于线圈磁场相互耦合产生谐振,从而进行能量传递的过程称为磁耦合谐振式无线电能传输。一般来说,两个间隔一定距离的LC谐振线圈[6],相互之间产生的为弱耦合,但如果两者具有相同的谐振频率,则会产生电磁谐振,构成一个电磁谐振系统,同时若有多个谐振线圈也在有效范围内,则同样可以加入该谐振系统,如果连接电源的线圈不断为该谐振系统提供能量( 如图1中的A) ,而其他线圈消耗能量( 如图1中的负载B) ,则实现了电能的无线传输。之所以称其为“磁耦合谐振”,是因为空间中进行能量交换的媒介是交变磁场,并且每个线圈的电磁谐振是由线圈中的磁场与分布电容的电场实现的。该方法的特点在于发射和接收电路中加入了高品质因素的自谐振线圈构成发射和接收装置[7]。

2无线电能传输装置结构

2. 1 脉冲频率的确定

频率越高能量辐射越容易,作为无线电能传输,应该采用尽量高的辐射频率。本研究中为使无线信号能够较为高效地传输,考虑到场效应管的开关速度,若场效应管开关速度过高,效率将下降[8],同时满足各芯片要求,最终采用256 k Hz频率传输[9]。由于利用的晶振电路产生8. 192 MHz频率方波信号,则需利用CD4060芯片进行5分频运作。

2. 2 无线电能发射模块

本研究采用15 V直流电源,通过两个0. 1 μF、100 μF电容滤波后输入。振荡信号从CD4060芯片7脚( Q4) 上输出256 k Hz的频率脉冲。但此时脉冲的驱动能力很弱,需要经过一定的电流驱动,这里采用L6384D高压半桥驱动芯片进行驱动。

L6384D能够承受600 V的高电压,具有滞后和下拉的CMOS/TTL施密特触发输入,欠压锁定,掉电输入等特点。芯片可驱动拉电流400 m A,灌电流550 m A,并且利用其设计的外围电路简单、占用空间小。L6384D的引脚数量较少,各引脚功能如表1所示。

L6384D芯片配合半桥功率电路工作,可以起到脉冲分离的作用,本研究将输入的一个脉冲分成两个脉冲输出,并且保持两个脉冲电位相互独立。因L6384D芯片2脚( VCC) 和8脚( VBOOT) 在其内部之间设置了一个二极管,独立的自举电压可以由该二极管提供。5端与4端为一对脉冲输出,7端与6端为另一对脉冲输出,7端输出电平与1端相同,5端输出电平与1端相反。频率脉冲由L6384D芯片的1脚( IN) 送入,通过芯片内部运作后,最终在7脚 ( HVG) 和5脚( LVG) 输出互补的具有一定驱动能力的稳定256k Hz正弦信号。同时,L6384 D芯片3脚 ( DT ╱ SD)经一个56 kΩ 电阻接地,合理地控制两路输出的死区时间[10],当该引脚的电平低于0. 5 V的时候,芯片停止工作。

在15 V供电电压的情况下,功率场效应管的开启电压已经足够大,不需要另外处理,但通常在栅极串入一个10 Ω 电阻以限流。为了安装调试时场效应管的工作安全,本研究在其栅源间靠近栅极处并联10 kΩ电阻,防止栅极开路[11]。

在这里能量提供线圈和振荡线圈合二为一,为获得更高的传输效率,LC振荡电路采用与驱动脉冲相同的频率信号,发射线圈为外径20 cm的空心线圈[12],绕3匝,测得电感值为3. 4 μH,根据公式:

计算可得振荡电路中C = 120 n F。

2. 3 无线电能接收模块

无线电能接收与输出电路如图3所示。

图3中,L2与C9组成接收端串联谐振网络,与发射线圈形成磁匝耦合关系,将接收到的正弦信号经桥式整流实现AC/DC转换[13],然后经过两个0. 01 μF、220 μF电容滤波输出比较平稳的直流电压,供负载( 如1 W LED灯) 使用。

接收模块采用与发射模块相同的谐振频率,线圈为外径20 cm的空心线圈,绕4匝,测得电感值为4. 94 μH,再根据式( 4) ,计算得谐振电容C = 82 n F,实际通过多个电容并联获得82 n F的容量。

3测试与结果分析

当接收模块的输出端接上10 Ω 电阻负载,本研究观察并计算无线电能传输效率随发射线圈与接收线圈距离变化的关系,结果如表2所示。

当接收模块的输出端接上20 Ω 电阻负载,本研究观察并计算无线电能传输效率随发射线圈与接收线圈距离变化的关系,距离较近时随两线圈间距的增加而急剧下降,当距离较远时下降速度变慢,结果如表3所示。

为了便于分析,本研究将表2、表3数据绘制成的散点图如图4所示。由图4可以看出,当接收模块所接负载改变时,相同间隔距离下的传输效率也将发生改变[14]。总体上,无线电能传输效率随线圈间隔距离的增大而非线性地减小,当距离增加到20 cm以上时,传输效率已经很低[15]。

当负载改为2个1 W的LED灯珠串联,装置可在80 cm左右将其点亮,实物图如图5所示。

4结束语

本研究基于磁耦合谐振原理,阐述了无线电能传输装置的设计方法,分析了无线电能传输效率随线圈间隔距离变化的关系,并且传输效率与接收模块所接负载也存在一定关联。经过试验测试,该装置能实现较远距离的无线电能传输,虽然效率降低,但依然能将80 cm左右远的灯珠点亮。在近距离时,电能传输效率较高,可为手电筒、mp3等低功耗电子产品供电。

无线远距离传输 篇4

1井下无线电磁传输方式

目前井下电磁波传输方式可以分为电磁遥测和电磁短传两种方式, 电磁遥测方式是利用钻杆或者直接通过地层实现信号从井下到地面的无线传输;电磁短传方式则是一种将无线传输方式和有线传输方式结合起来的井下传输方式, 在需要跨越的地方, 譬如钻杆与钻杆连接螺纹部分, 采用电磁感应耦合传输方式实现信号传输,

1.1电磁遥测方式

电磁波在媒质中传播除了与自身频率和媒质特性有关, 还与天线设计形式有很大的关系。发射天线和接收天线是整个传输系统的关键部件之一。激励电磁波的方式有水平电激励、垂直电激励、水平磁激励、垂直磁激励四种[1]。根据井下情况, 比较合适的激励方式只有垂直电激励和垂直磁激励两种方式, 可以将天线划分为磁天线和电天线两种。

磁天线方式是通过地层传输信号的方法, 其实现方式为在井下管柱轴向安装一个螺线管, 其模型示意图1 (a) 所示, 当给发射螺线管施加交变电流时, 会产生沿着井下管柱轴向的磁流。接收端天线通过对这一磁场信号磁感应产生信号, 从而实现信号的电磁传输。

电天线型电磁传输系统根据天线设计形式的不同又分为三种:

(1) 环形线圈式天线。该方法是在钻杆上安装一个水平导磁环, 在导磁环上螺旋缠绕着线圈, 其模型示意图1 (b) 所示。该方式利用线圈上变化的电流产生磁场, 再利用变化的磁场产生沿着钻杆轴向的激励电流。这种设计方式能够保持钻杆结构完整。

(2) 不对称直立式天线。这种天线, 在设计实现上, 一般把钻杆分为上下两个部分, 构成两个电极, 中间由特制的绝缘钻杆连接上下两段钻杆, 属于一种与地面垂直的线状天线, 其模型示意图1 (c) 所示。

(3) 穿孔外接金属环套激励法。该设计方案只需要在钻杆上开一个小孔, 钻杆内部激励器一端与钻杆内壁相连, 另一端通过钻杆绝缘小孔K与包裹在钻杆外部的金属环A相连, 如图1 (d) 所示。该设计方案最先有中国电波传播研究所提出[2], 这种设计方式保证了钻杆结构强度。

1.2电磁短传方式

根据信号传输的传输原理划分, 可以将无线电磁波传输分为电场型和磁场型。目前在电磁短传中, 多采用环形线圈的电磁感应耦合的磁场型传输方式为主。

电磁短传方式是一种基于电磁感应耦合原理实现信号非接触式传输的方式, 该方案中采用特制钻杆, 钻杆两端装有环状的磁芯感应线圈, 同根钻杆两端的感应线圈再通过有线方式连接, 在钻杆与钻杆连接螺纹处通过感应线圈进行数据传输。该方案的无线传输距离很短, 一般只有几厘米, 可以采用很高的电磁频率实现高速率数据传输。美国的Intelli Serv公司的智能钻杆即采用这种传输方式, 其最高理论速率可以达到2 Mbit/s, 实际应用的传输传输速率为56 kbit/s, 远远超过了电磁遥测方式的数据传输速率[3]。

2井下无线电磁波短距离传输试验研究

笔者主要研究了井下钻杆在5~10 m之内, 以环形线圈方式进行无线电磁传输是否可行, 以及如何提升传输效率。

在无线电磁短传系统中, 发射线圈和接收线圈是整个系统的核心部件, 是影响信号传输距离和信号传输效率的关键因素。在试验方案设计中, 线圈需安装在钻杆上, 线圈直径基本固定。笔者主要从线圈的线径、线圈匝数和线圈股数等参数方面对信号传输的影响进行探讨。

2.1线圈匝数

电磁感应线圈传输信号的工作原理与变压器十分相似, 电磁感应线圈在信号传输过程中又起到带通滤波器的作用, 只有当发射频率与中心频率接近时才不至于引起衰减。感应线圈设计不同, 其频率响应特性也不同, 其中线圈匝数对其影响最为显著。

2.2线径

提高线圈的品质因数可以提高信号传输效率, 线圈品质因数与线圈绕组存在以下关系:

可以通过减小线圈的绕组R提高Q值。线圈总阻值与线圈的线径成反比关系, 因此增加线圈的线径可以提高线圈的品质因数。

2.3线圈股数

当发射频率较高时, 线圈会受到趋肤效应的影响并随着频率增大会显著增加。趋肤效应使导线有效横截面积减小, 影响信号传输效率。因此采用多股导线并联绕制的线圈结构可以减小线圈的趋肤效应的影响, 同时减小了线圈的等效阻值。

3井下电磁信号传输衰减因素分析

3.1岩层电阻率

所有的无线电磁传输方式对岩石电阻率都存在某种程度上依赖, 当电磁波进入岩石中时, 由于涡流的热能损耗, 将使电磁波的强度随传输距离的增加而衰减, 这种现象为岩石对电磁波的吸收作用, 吸收的大小和电磁波频率、岩石电导率、岩石介电系数有关, 岩石电导率越大, 衰减越大。

3.2钻井液

相对于地层和钻杆, 钻井液对电磁波传输的影响微乎其微, 由于钻井液对电磁波也有一定吸收, 随着电磁波频率升高, 衰减越大。

3.3钻杆

钻杆是良导体, 具有较高的电导率, 对电磁波的吸收比较严重, 所以钻杆越长, 电磁波衰减越严重;电磁波频率越高, 吸收越严重;另一方面, 由于在钻杆连接接口处存在接触电阻, 而随着钻井工程中振动接触电阻的大小是不断变化的, 这会影响电场型传输方式钻杆中信号电流的稳定性。

3.4发射信号频率

电磁波在媒质中传播, 衰减程度与电磁波频率成正比, 即频率越高, 接收电压越小。

3.5钻井设备的电气干扰

信号从井下传输到地面, 由于衰减很大, 地面接收点接收到的信号十分微弱, 很容易受到其他电气设备信号的干扰, 使数据通信更加困难。

4结语

电磁波在地层中传输衰减十分严重, 并且电磁波频率越高, 衰减越严重。在电磁遥测传输方式中, 通常选取甚低频段电磁波, 但其严重限制了数据传输速率。电磁短传方式, 由于无线传输距离短, 载波频率高, 在保证准确率的前提下, 可以大大提升数据传输速率。

摘要：在井下数据传输中, 如何便捷并且高效的传输数据一直是研究热点方向, 该文阐述了目前应用比较成熟的各种井下无线电磁波传输方式方案及其原理, 分析了各种设计方案的优缺点。探讨了电磁波在井下传输过程中引起信号衰减和干扰的因素。

关键词：井下数据传输,电磁波,短距离数据传输

参考文献

[1]李晓.电磁双向信号传输遥测通道的研究[D].武汉:中国地质大学, 2010.

[2]熊浩, 胡斌杰.随钻测量电磁传输信道研究[J].地球物理学报, 1997, 40 (3) :431-441.

无线远距离传输 篇5

1 短距离无线通信技术的优点

一是不需要花费过多的成本:在短距离信息传输中, 非常重要的一个方面就是最大限度的降低短距离信息传输的成本, 这是因为在实际的使用过程中, 通信终端有着较大的信息输出量, 那么只有实现了资源成本节约, 才能够实现工作效率以及终端之间直通能力的提高。在短距离信息传输中, 如果可以有效的应用先进的无线通信技术, 在信息传输过程中, 就不需要花费过多的资金。

二是节能降耗:节能降耗是短距离无线通信技术非常突出的一个特点, 这是因为连接终端只需要在很短很近的距离内进行传输, 这样在传输的过程中, 就不会遇到很多的阻碍以及信号干扰, 信息传输的速率可以得到大大的提高。并且, 在信息传输的过程中, 因为有着较短的传输距离, 所以就会降低发射功率, 一般情况下, 保持在1毫瓦量级左右, 这样短距离无线通信技术的能源消耗就可以得到大大的降低, 能源的成本也可以得到缩减。

三是对等通信比较的方便和快捷:短距离无线通信技术的一个非常显著特点就是对等通信, 这样各个终端既然可以进行对等通信, 就可以将网络设备的中转环节给取消掉, 这样信息传输就不需要那么长的时间, 信息传输的速度也可以得到大大的提升, 实现工作效率提高的目的。

2 短距离无线通信技术种类

通过调查分析我们可以得知, 目前, 有很多的无线通信技术被应用到了短距离信息传输当中, 具体来讲, 包括这些方面的内容:

一是WPAN高速通信技术, 采用这种通信技术, 可以对很多形式的文件进行传输, 比如音像、文本、图片等等, 并且这些文件还可以具有很高的质量。在厂区或者是只有比较小范围的办公空间内, 一般可以采用低速的WPAN通信技术, 这样可以自动化控制短距离的信息传输, 可以有效的监控各个方面, 比如环境治理、生态保护、工作指挥等等, 进行必要的信息交流。

二是IRDA技术, 这种数据传输协议只有很短的距离, 一般只能够在1米以内的距离内进行信息的传输, 那么它的特点就是超短距离传输, 并且数据传输是直线化的, 传输的是一些私密性信息, 并且有着特别快的传输速度, 不需要花费过多的传输成本, 不管是一些多媒体文件, 还是有着特别大容量的文档信息, 都可以进行传输。但是, 这种技术具有很多的缺点, 比如信息交流只能够在两个终端设备之间进行, 并且其他信号很容易干扰到信息的传输。

三是蓝牙技术, 这种技术通常应用在手机、电脑以及其他一些工业电子设备之间, 一般来讲, 只有10米以内的传输范围。采用蓝牙技术进行数据的传输, 不仅仅局限于两个设备之间, 可以实现一端到多端的信息传输。在信息传送的过程中, 信号的安全性以及稳定性不会受到影响, 这是因为各种障碍物都可以被有效的消除掉。并且, 蓝牙技术还有其他的一些优点, 比如不需要较高的能源消耗, 可以实现节能环保的要求, 有着较高的安全度, 信息的私密性不会受到影响等等, 并且也可以非常方面的进行交流网络建构。在这么多优点的背后, 自然也有一系列的缺点, 那就是需要较高的设置成本, 并且使用效率较低等等, 那么就需要继续的努力和开发。

四是无线保真技术, 相较于一般的短距距离通信技术, 无线保真技术具有较长的传传输距离, 并且还有着较高的传输速率;无无线保真技术的使用也不困难, 只需要将终终端点设置在人员密集的场合, 然后链接上上因特网, 信息传输的目的就可以达到。从从目前的现状来看, 无线保真技术的发展空空间还有很大, 那么开发商就需要继续的努努力和研究, 促使无线传输技术具有更高的的科技含量, 扩大其应用范围, 将信息传输输的功能给充分的发挥出来。

五是RFID技术, 这种技术被人们称之之为射频识别技术, 电子标签技术也是正确确的称呼, 它属于自动化识别技术, 目前算算是比较的先进, 指的是在识别和分析目标标信息的时候, 利用的是射频信号的接收收, 从而将传输数据及时的获取到。这种技技术, 一般有三个组成部分, 分别是解读器器、电子标签和天线。如果磁场感应范围内内进入了电子标签, 解读器在做出反应的同同时, 会将射频信号发出来, 并且它还会智智能分析和解码这些获取到的信息, 然后中中心信息系统存储这些接收到的信息。这种种技术有着较高的自动化程度, 因此给广泛泛的应用于各行各业之中, 比如食品安全管管理系统、汽车制造与维修、军事领域等等等。但是, 我们需要注意的是, 这种技术还还很不成熟, 需要较多的成本。

3 结语

随着时代的发展和社会的进步, 无线通通信技术将会越来越快的发展, 并且短距离离无线通信的内容和手段也将会越来越丰丰富。

摘要：随着时代的发展和社会经济的进步, 短距离的信息传输也被人们广泛的使用;在长期的使用当中, 人们发现以往的短距离传输方式存在着很多的弊端, 那么就需要在短距离的信息传输领域引进更加先进的无线通信技术, 从而不断的提高人们的工作效率, 满足人们的使用要求。本文简要分析了短距离的信息传输中的无线通信技术, 希望可以提供一些有价值的参考意见。

关键词：短距离,信息传输,无线通信技术

参考文献

[1]付炜.短距离无线通讯中传播特性理论研究及相关关键技术[J].电子科技大学, 2009, (21) :123-125.

[2]张鸿博, 马越.超宽带无线通信技术应用研究[J].中国科技投资, 2013, (214) :34-37.

一种远距离传输模拟信号的方法 篇6

关键词：模拟信号,隔离传输,压频转换,频压转换

在基于微型处理器的测控系统中, 快速准确地捕捉现场电气物理量的参数是实施自动控制的基础和条件[1]。而在大多数测控系统中, 控制器与被控对象往往有一定距离, 电磁干扰不可避免地要混入连接导线[2]。特别在像磁悬浮列车那样的控制对象和控制系统远距离分离的场合, 需要将传感器转换后的模拟信号传输到控制中心进行模数转换 (ADC) 后再送到控制器进行处理[3]。同样, 在高压设备中也有这种需求。为了消除信号传输中的各种干扰, 除了合理地处理接地问题外[4—6], 还必须使输入电路与输出电路彼此隔离, 并对信号进行远距离传输[7,8]。现有的模拟信号隔离传输方法有直接隔离法[3,5]和间接隔离法[9,10]。其中直接隔离法原理简单但是传输距离短;调制解调法传输距离长, 但是传输精度低。相比较而言, 采用压频转换器, 以频率形式传输模拟信号是远距离传输模拟信号而又不损失精度的最好解决方法[5]。但文献[1—10]都没有对模拟信号的远距离隔离传输进行系统的实验研究, 仅限于理论分析, 对于隔离传输的具体性能没有论述。

利用AD650构成压频和频压转换电路, 先将模拟信号转换成±5 V, 后经压频转换线性变成一定频率的方波脉冲列, 经光纤传输到远处的控制中心, 接着再将脉冲列送入频压转换电路还原成电压信号, 最终送入ADC芯片转换成数字信号送入控制器进行处理。通过详细的实验研究, 深入分析该系统的工作性能。

1系统构成及工作原理

本文以功率变换器为对象, 利用压频转换芯片构成模拟信号的远距离隔离传输系统。构建的模拟信号远距离隔离传输系统主要有四部分组成, 即电压采样、压频转换 (VFC) 、光纤传输和频压转换 (FVC) , 如图1所示。

电压采样部分从功率变换器上取出整流器输入侧线电压信号, 经霍尔电流传感器 (LEM) 变换和电阻采样后得到±5 V的脉冲列信号波, 而后作为输入信号送到压频转换部分。在压频转换中, 将输入电压信号线性变换成一定频率 (几十到几百k Hz) 的方波脉冲列, 而后传到光纤传输部分。在光纤传输部分, 电脉冲信号变成光信号进行高速远距离传输, 送到位于控制中心的频压转换部分。频压转换部分将脉冲列还原成模拟电压信号。该电压信号会有微小的电压脉动, 通过RC低通滤波器可以得到改善。滤波器输出的模拟信号最终送入ADC芯片转换成数字信号并送入控制器进行处理。高频的脉冲列具有较高的抗干扰和抗衰减性能。大功率环境下, 对电压采样和压频转换部分, 以及开关电源部分, 用屏蔽罩进行屏蔽。

压频转换原理可描述如下:输入电压信号经输入电阻变为电流信号, 经积分器对积分电容充电, 同时电容电压值和内部的基准电压进行比较, 一旦到达阈值, 内部开关断开积分回路, 变为内部恒流源对电容的反向积分, 仍与阀值电压比较, 直到基准电压大小时再次重复上述过程, 与此同时输出脉冲列, 从而实现压频转换。电压越大, 脉冲列频率越高。频压转换的原理与此类似。

2系统参数计算及分析

目前, 压频转换芯片很多。一般从功能、频率范围、转换线性度方面进行选择, 本设计要求工作频率高、线性度好、输入电压范围宽, 据此选用美国AD公司的高性能压频转换器件AD650。AD650电路既能用作电压频率转换器, 又可用作频率电压转换器。图2给出了模拟信号远距离隔离传输原理接线图。

2.1压频转换电路参数选择

VFC电路主要有三个参数需要选择, 即输入电阻Rin、积分电容Cin、定时电容Co。输入电阻Rin会限制输入电压范围, 一般输入电流不超过1 m A, 有:

输入电阻Rin和积分电容Cin决定了满度频率。一般说来, Co越高, 输入电流越小 (Rin越大) , 线性度越好, 满刻度频率也越低。可以根据图3来选择满刻度频率所要求的Rin和Co[6]。Rin确定之后, 并给定期望的满刻度频率, 则定时电容Co的大小也就确定了。积分电容Cin可以通过下面方程来选择

2.2频压转换电路参数选择

FVC电路主要有三个参数需要选择, 即积分电阻Rint、积分电容Cint、定时电容Cos。选择参数之前, 应先确定最大及最小输入频率fmax、fmin, 最大输出电压Vomax, 要求的响应时间tres及允许的电压脉动Vrip。而后计算如下。

定时电容Cos可由式 (3) 得到

积分电阻Rint可由式 (4) 得到

积分电容Cint可由式 (5) 得到。

式 (5) 中N=6, 如果输出电压脉动太大, 可以减小。

输出电压的脉动Vrip可由下式得到

式 (6) 中, T=1/fin, R=Rint, C=Cint。

FVC电路的输出电压可由式 (16) 得到。

3实验结果

3.1隔离传输统整体测试结果

本实验输入电压为±5 V, VFC电路中Rin、Cin、Co分别为165 p F、1 000 p F和24 kΩ, FVC电路中Rint、Cint、Cos分别为330 p F、511 p F和12.2 kΩ。VFC工作最高频率390 k Hz, RC滤波参数为0.01μF、1.2 kΩ, 输出信号的延时为20μs。

实验结果如图4所示, 可见输出电压和输入电压之间有很好的线性对应关系, 表明该方法适合进行信号的隔离传输。

3.2隔离传输系统自身性能的测试结果

3.2.1输出电压信号的直流偏置

输出信号的直流偏置实际上就是输入电压为0 V时的输出电压值。根据式 (3) 和式 (6) 可知, 这个电压值 (即直流偏置) 只与VFC电路的最大工作频率、FVC电路的定时电容Cos和积分电阻Rint有关, 而与输入信号的工作频率无关。同时可知, VFC电路的最大工作频率越高、FVC电路的积分电阻Rint越大、定时电容Cos越大, 则直流偏置就越大。直流偏置并非越大越好, 太大了就会限制输入电压的范围, 输入电压一旦过大, 输出波形将出现被限幅到12 V的情况。

3.2.2输入信号频率与输出电压幅值的关系

实验参数设置如下:输入信号为方波, 占空比50%, 幅值为±5 V。在所有电路参数不变的情况下, 从100 Hz~7 k Hz改变输入信号频率, 观察输出信号幅值的变化情况。如图5所示, 仅显示了3~7k Hz时的波形。小于3 k Hz时输出信号的幅值基本保持不变, 与3 k Hz时的情况相同。

由图5可知, 当输入信号的频率较低 (低于5~6 k Hz) 时, 输出电压值基本不变, 当输入信号频率较高 (高于5~6 k Hz) 时, 输出电压值会发生较大的变化。具体规律是对正输入电压, 输出值会减小, 对负输入电压, 输出值会增加, 即电压值会向直流偏值电压靠拢。由于实验系统中VFC电路和FVC电路都是靠电容的积分来完成部分关键功能, 但输入信号频率过高时, 电路内部电容来不及完全充放电, 因此使整个实验系统失准甚至失效。

3.2.3传输延时

模拟信号在传输过程中必然会有延时, 如果延时过大则无法使用。根据系统的工作原理可以看出, 输出信号的延时主要有两部分组成, FVC积分电容Cint的积分过程延时和RC滤波延时, 其他的如光纤传输延时、VFC电路延时都在几个μs以下, 甚至是ns级, 可以忽略, 而与输入信号的频率大小无关, 但会影响相位滞后角。VFC电路中电容Cint为511 p F, 滤波参数为0.01μF和1.2 kΩ。实验波形如图6所示。此时输出波形也是正弦波, 失真度很小, 延时约为20μs。

4结论

本文提出了一种模拟信号的隔离传输方法。其实现方案通过分析及实验结果可以看出有如下特点:

1) 输入信号的频率对输出信号的直流偏置幅度和延时大小没有影响, 但会影响输出信号的幅值。其工作范围是输入电压不超过±5 V、频率不超过5k Hz的信号。

2) FVC电路中的Cos和Rint越大, 输出电压直流偏置就越大, 同时输出电压峰峰值越大。峰峰值越高, 转换的分辨率就越高, 精度就越大。但直流偏置太大时, 输出电压波形会出现限幅情况, 使隔离传输系统功能失效。因此, 直流偏置大小应折中选择。

3) FVC积分电容Cint越小, 引起的输出信号延时越小, 但输出电压脉动会增加。因此, 积分电容值的选择应该兼顾延时和滤波效果。

总体上看, 该方案具有很强的抗干扰能力, 信号在传输过程中失真度小、线性度高、可靠性好, 可用于电压不超过±5 V、频率不超过5 k Hz的模拟信号的远距离隔离传输控制系统。

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无线远距离传输 篇7

在航天航空、工业自动化、通信等领域,在某些特殊的条件下,有时需要实现图像数据的远距离传输和高速实时存储,并且能够实现数据的回放,以及后续的数据分析和处理。本文提出的方案,应用电缆延展器芯片组使上百米的LVDS远距离传输稳定可靠;Flash存储芯片中无效块地址的统筹管理,交叉双平面页编程以及分级缓存使图像数据的储存速度几乎可高达480 Mbit/s。与传统的图像数据存储系统相比,该系统具有数据传输距离远、存储速度高的特点。

1 工作原理与系统组成

1.1 工作原理

尽管LVDS传输技术具有传输速率高、低噪声、低功耗等优点,但远距离传输也会使信号衰减,距离越远、传输速率越高,衰减也就越大[1]。因此,通常设计的LVDS远距离传输不够十分理想。LVDS串化/解串器接口也是有一定的距离限制的,一般情况下最远不超过几米,但是如果在发送端使用LVDS电缆驱动器DS15BA101进行驱动,在另一端使用电缆均衡器芯片DS15EA101对长线传输后的图像信号均衡处理,便可以很好地弥补LVDS远距离传输方面的不足,最终成功传送长距离的图像信号。

对Flash芯片中的无效块地址的统筹管理、交叉双平面页编程以及流水线式的操作等方法的应用,提高了时间利用率,极大地提高了图像数据的存储速度,实现了高速图像数据的实时存储。

1.2 系统组成

系统主要由Spartan-3E系列的FPGA芯片XC3S500E、电缆驱动器芯片DS15BA101、电缆均衡器芯片DS15EA101、4 Gbyte的Flash存储芯片K9WBG08U1M、18 bit总线的双向LVDS解串/串化器DS92LV18、CY7C68013A等芯片和相应的外围接口电路构成。系统工作时钟频率为66 MHz。系统组成框图如图1所示。

2 关键技术分析

2.1 LVDS远距离传输

本系统选用National Semiconductor公司的DS92LV18作为LVDS传输的串化器和解串器。DS92LV18是18 bit总线的双向的LVDS解串/串化器,工作时钟频率范围为

15~66 MHz。DS92LV18串化/解串器芯片组,能把一个18 bit的并行数据转换为一个带内嵌时钟的LVDS串行数据流。用时钟同步的方法,这个串行数据流很容易地转换为18 bit并行数据或低于18 bit的并行数据[2]。如图1所示,前一个DS92LV18把采集到的8 bit并行的图像数据转换为串行数据,后一个DS92LV18则用来解串,两者配合实现LVDS传输。

为了实现远距离的LVDS传输,本系统选用电缆驱动器芯片DS15BA101以及电缆均衡器芯片DS15EA101,它们都是美国国家半导体公司的产品。DS15BA101和DS15EA101电缆延展器芯片组,可以通过双绞线或同轴电缆来驱动来自串化/解串器DS92LV18和FPGA芯片的串行数据流。DS15BA101是一种性能十分良好的缓冲器,能缓冲高速的差分信号,可以用于电缆驱动、信号缓冲和电压转换[3]。与其配对使用的芯片是DS15EA101,它是一种具有自适应能力的均衡器,能够在很宽的速度范围内工作,从150 Mbit/s~1.5 Gbit/s。这样,串化后的数据流经电缆驱动芯片DS15 BA101驱动,远距离高速传输后由电缆均衡器DS15EA101恢复调理,再经过解串器解串,便能成功实现图像数据的LVDS远距离高速传输。

2.2 Flash芯片中无效块的管理

在对Flash存储芯片进行操作时只能对有效存储块进行操作,因为对无效块进行操作会造成数据的丢失、数据存储错误等严重的后果。因此,无效块的检测是不可回避的。如果能合理地管理这些无效块的地址,则能大大提高Flash读、写、擦除的速度。

1) 把无效块检测放在系统上电之后,块擦除、页编程、读数这些操作之前。

传统的步骤是“坏块检测—操作,再检测—再操作”的模式。在对Flash芯片中的每一块进行擦除、编程、读数之前都不得不进行坏块检测,这极大地影响了操作的速度。当系统一上电立刻对存储芯片中全部的存储块(block)进行检测,并且将检测到的坏块地址写进FPGA内部建立的一个ROM中, 在对Flash进行块擦除、读数、页编程等操作时,只需要把当前块的块地址与ROM中存放的无效块地址进行比较,只要检测到该地址存在于ROM中,那么这个存储块(block)就一定是无效块,否则它就一定是有效块。若系统工作频率为66 MHz,传统的方法检测一个块是否为无效块大概要用2 400个时钟周期。若采用本文提出的方法,在每次操作前只需读出ROM中存放的无效块地址值与当前块的块地址进行比较即可,一次判断仅需要4个时钟周期。

2) 统筹管理无效块地址。

在检测无效块时,只要检测到CE1中的block(2n),block(2n+1),block(2n+4 096),block(2n+4 097)和CE2中的block(2n),block(2n+1),block(2n+4 096),block(2n+4 097)这8个存储块(block)中有一块为无效块,就把这8个存储块都当作是无效块来处理。这种无效块地址的统筹管理,虽然浪费了芯片中一小部分有效块资源,但这极大地方便了流水线式的交叉双平面页编程操作(便于流水线式操作过程中块地址的切换),降低了控制逻辑的复杂度,对存储速度的提高十分重要。

2.3 交叉双平面页编程(芯片内部独立单元流水线式操作)

本系统采用NAND型Flash K9WBG08U1M作为存储芯片,它是三星公司的产品,1片芯片存储容量就高达4 Gbyte。实际上是由2片K9WAG08U1M集成的,单片K9WAG08U1M的存储容量为2 Gbyte,通过管脚CE1和CE2来控制选通。1片K9WAG08U1M由8 192个存储块(block)组成,这8 192个存储块(block)平均划分为4个平面(Plane),Plane 0,Plane 1,Plane 2和Plane 3,其中Plane 0和Plane 1是独立的存储单元,Plane 2和Plane 3是独立的存储单元。这样,1片K9WBG08U1M内部有 4个独立的存储单元,对每个独立的单元能进行独立的操作而互不影响。

K9WBG08U1M芯片的数据存储是一页一页(page)地进行编程存储的,其页编程(page program)过程可分为命令、地址、数据的加载过程和自动编程过程。加载过程就是通过芯片外部的时序控制把命令字、地址和数据写入芯片内部的寄存器的过程;自动编程过程就是芯片按照地址把寄存器中的数据自动地转移到存储阵列中的过程,这需要一段相当长的编程时间(tprog),一般为200 μs左右,不会超过700 μs,在这段相对较长的时间里芯片的该单元是不再响应其他任何操作的。双平面页编程的特点是把2组命令字、地址和数据连续加载到同1个平面(plane)的2个页寄存器中,这样完成2个页(page)的编程的时间几乎减少了1个自动编程时间(tprog),从而提高了单个页(page)的平均存储速度。实验证明,页编程的时间正是限制Flash存储速度的关键因素,因此在对其进行页编程操作时采用流水线技术来实现高速大容量Flash的存储。由于每个独立单元都由2个平面(plane)组成且每个独立单元的页编程过程中它是不响应任何操作的,可以对4个独立单元都采用双平面页编程(Two-plane Page Program)方式,对1片K9WBG08U1M内部的4个独立单元进行流水线式的操作,实现时间上的复用,因此提高了整个芯片的平均页编程速度。其操作流程为,当第1个单元在进行双平面页编程操作的时候,依次往第2个单元、第3个单元、第4个单元加载命令、地址和数据。经过计算可知,当对第4个单元加载完成后,第1个单元已经完成自动编程,可以立刻对第1个单元再次加载命令、地址和数据。如此循环下去,提高了时间利用率,省去了等待页编程的时间,从而提高了整片的写入速度。操作过程如图2所示。

时钟晶振为66 MHz时,单个K9WBG08U1M采用交叉双平面页编程方式、流水线操作,平均写入速度超过240 Mbit/s。

2.4 分级缓存平分数据流

FPGA内部有很多的RAM块,如果能够合理地使用,就能简化外部电路的复杂度,降低成本。使用它们建立1个8 kbyte的FIFO作为第一级缓存,建立2个4 kbyte的FIFO,FIFO(I)和FIFO(II)作为第二级缓存。二级缓存结构如图3所示。

LVDS高速数据流经过DS92LV18解串后先写入这个第一级缓存,当第一级缓存FIFO半满后,将第一级缓存中的数据快速读出4 kbyte再写入第二级缓存FIFO(I)中,而FPGA内部控制Flash的模块判断到第二级缓存FIFO(I)中的数据量非空后,则以240 Mbit/s的速度连续读取4 kbyte个数据写入Flash(I)中;之后再次判断第一级缓存中的数据是否半满,如半满,则将第一级缓存中的数据高速读出4 kbyte再写入第二级缓存FIFO(II)中,以同样的方式将数据从第二级缓存FIFO(II)中读出再写入Flash(II)中,这样反复交替,直到数据记录完毕。这样,整个系统的平均数据写入速度几乎高达480 Mbit/s,能够完成图像数据高速实时存储的任务。

3 USB 2.0通信接口和上位机软件

为了实现数据的高速上传,尽可能达到USB2.0的最大带宽,本系统选用控制器CY7C68013A。它是Cypress半导体公司的产品,属于EZ-USB FX2LP系列。系统选择它的同步SLAVE FIFO传输模式,整体框图如图4所示。IFCLK使用48 MHz内部时钟。FLAGA,FLAGB,FLAGC,FALSD是内部端点标志位,它们用来供外围电路使用,SLOE是输出使能信号,SLRD和SLWR分别是读、写信号。PKTNED为包提交信号,FD[15:0]为数据总线,选用8位。FIFOADR[1:0]为内部端点指针,分别指向端点2、端点4、端点6和端点8,通过IFCONFIG寄存器设置。

上位机软件通过USB2.0通信接口实现命令的下传和存储数据的快速上传,并最终完成对图像数据的定性、定量分析与特定处理。

4 系统测试结果

经过实际测试,该系统能够可靠地实现图像数据的远距离传输,并且它也能够实现高速实时存储。图像信号源以480 Mbit/s的速度发送图像信号,每帧有289行有效数据,每行有384个有效像素,经过118 m电缆传输,通过特定图像信号源实际测试后,通过上位机软件回读的数据如图5所示。由图5回读的数据验证了该方案是正确可行的。

5 小结

本系统采用电缆延展器芯片组,能可靠地进行上百米的LVDS远距离传输;采用分级缓存、流水线式操作、对Flash存储芯片无效块的合理管理以及交叉双平面页编程,

这大大提高了存储的速度。通过实际测试后表明该系统同时具有两大功能——图像数据远距离传输和图像数据高速实时存储。

摘要：研究了一种可以实现图像数据的远距离传输和高速实时存储的技术。该技术以FPGA为逻辑控制单元,通过LVDS接口电路远距离传输采集到的图像数据;利用交叉双平面页编程技术流水线式写Flash以提高存储速度。用CY7C68013A控制的USB2.0接口上传Flash中的数据到计算机,最后用上位机软件分析数据。结果表明,该系统稳定可靠地远距离传输并高速存储了图像数据。

关键词：LVDS,流水线,交叉双平面页编程

参考文献

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无线远距离传输 篇8

1 实验环境

1.1 电脑

为了测试USB信号的传输距离, 需要一台普通的台式电脑或者笔记本电脑, 操作系统为Windows系列。并且此电脑需要有2-3个可用的USB口。

1.2 数模/模数转换芯片

我们采用的数模/模数转换芯片为CH315G系列芯片。每组芯片包括一个数模转换芯片, 和一个模数转换新品。其中数模转换芯片实现信号放大和UP (上传) , 模数转换芯片实现信号还原和DOWN (下载) 。

1.3 RJ45水晶头

两个或者更多的RJ45水晶头用来实现芯片和网线的连接。

1.4 网线

需要300米或更长的网线来测试USB信号的传输距离。

1.5 USB设备

可以是普通的USB摄像头、键盘或者鼠标等。

2 设计实现

2.1 工作原理

我们采用CH315G芯片作为USB延长线控制芯片, 其作用是实现USB信号的实时中转和传输距离扩展。图一显示了USB延长方案的工作原理。USB信号首先从电脑通过USB接口输出, 连接CH315G芯片上位机, 首先把数字信号转换成模拟信号, 并且放大。通过一个RJ45水晶头连接CH315G芯片上位机, 网线的长度根据实际需要来确定, 最长可以达到200米。网线另一端是一个RJ45水晶头, 用于连接CH315G芯片下位机, 然后把网线传输过来的模拟信号还原成标准的USB数字信号, 再通过一个USB接口连接USB设备。

2.2 技术指标

CH315G芯片内置了USB信号扩展电路, 可以支持5类网线或者超5类网线。对于12Mbps全速的USB信号, 其传输距离实验环境不小于75米;而对于1.5Mbps低速的USB信号, 理想传输距离不小于200米。

3 产品形式

如图2所示。

4 结束语

本文详细论述了USB远距离传输的工作原理、设计实现和产品形式。本项目受兰州工业学院2014年度大学生科技创新项目的经费支持。

参考文献

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