非接触感应供电技术

非接触感应供电技术（精选四篇）

非接触感应供电技术 篇1

一个城市的给水排水、管道煤气、电力电缆、通讯消防等管线组成了城市的综合管网,而管线每隔一定规范要求的最小距离要设一个检查井[1]。由于种种原因,检查井的井盖经常存在丢失破损的情况。一旦井内的设备、电缆等失去保护,极易造成相关系统的运行故障,同时也容易形成道路交通安全隐患,对人员车辆造成危害。对于城市的重点地区,特别是政治核心区域,还存在着安全反恐等方面的要求,例如在2008年奥运和2009年建国60周年期间,北京市就采取了对电缆井检查井上封条、焊死等技术手段来保证各项活动的的安全,因此,迫切需要一种检查井防盗技术手段对检查井进行有效管理[2]。

随着科学技术日新月异的发展和城市现代化建设的加快,数字化城市的建设被提到了一个崭新的高度。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》提出城市信息平台的建设,重点研究开发城市网络化基础信息共享技术、城市动态监测与应用关键技术、城市应急和联动服务关键技术[3]。做为城市信息平台建设的一个重要组成部分,把市政检查井的状态与井盖防盗和井下环境参数检测有效结合,形成数字化信息并有效管理,成为一个新课题,这将帮助市政管理部门和相关企业充分及时掌握检查井位置、井口井盖现状、井下环境参数甚至井下设备状态,以便更好的进行实时动态管理和科学有效决策,避免给人员车辆以及各市政部门企业造成重大损失。

本文介绍的系统是利用ZigBee无线传输技术、非接触供电技术、电机驱动井盖锁结构技术,动态实时对盗窃井盖行为和井下环境参数进行监测及报警,并且根据内置ID上报被盗井盖所处位置和参数变化,在远程监控中心予以动态显示,并可根据井口位置显示报警,通知相关部门人员迅速处置,真正做到防盗和数据信息功能一体化。

1 ZigBee相关技术简介

ZigBee技术是一种新兴的短距离、低功耗、低复杂度、低速率无线网络技术,是一种双向传输的无线通信标准,它依据IEEE802.15.4标准,在成百上千个微小的传感器节点之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它的通信效率很高。用ZigBee技术组成的无线传感器网络结构简单、体积小、成本低,具有高通信效率、低复杂度、低功耗、 低速率、低成本、高安全性以及全数字化等诸多优点[4]。此外,ZigBee采用自组织网通信方式,有效地增强了网络的稳定性,减轻了冲突故障[5]。

2 总体设计

2.1 设计目标

将井盖位置和井下环境参数通过位移传感器和其他环境检测传感器采样至ZigBee监测模块;利用ZigBee短距无线传输和组网技术可组成无线传感器网络;通过该网络将数据中继传输至G网模块并最终发送至远方监控中心[6];利用非接触供电方式给井盖电动锁送电;利用电机带动无弹簧机械传动机构完成锁具的开关动作[7]。数字化井盖原理框图如图1所示。

2.2 主要功能设计

2.2.1 井盖状态及井下环境参数的数字化采样及数据传输设计

检查井无线数据采集及通讯模块的设计原则是低成本、低功耗、安全性高、易安装、防水防腐,某些场合甚至要求防爆。基于以上原则,加上数据处理量不大,我们选用外围电路简单、功耗相对低的处理器,通信方式采用ZigBee无线传输技术,选择发射距离在300M的无线模块。井盖边缘安装有霍尔传感器,当井盖位置发生变化时唤醒处于休眠模式的监测模块[8],该模块监测到信号变化,经采样处理后迅速发送至外围网络路由节点。当模块故障和电池电压过低时,发送信号给监控中心,提醒管理人员及时更换维修,监测模块原理图如图2所示。

2.2.2 井盖电动锁的非接触供电设计

城市检查井井盖普遍存在电源敷设及现场取电难度大、成本高。因为现场环境恶劣,极易导致漏电,加之各类供电接插件裸露在外,易被破坏或腐蚀,所以井盖电动锁的供电方式一直是一个大问题。本系统井盖电动锁平时是处于无电状态,也没有各种电源接插件,可保证井盖正常状态下是安全的。当需要开启井盖时,由车载电源插座或电瓶经直-交逆变器给送电器供电,送电器卡到井盖上方指定的定位位置后打开电源,就可通过非接触方式给安装在井盖下方的受电器供电,以便电机转动打开井盖锁。非接触供电装置为一种工频分离变压器设计,将变压器初级次级的硅铁芯及线圈绕组分开设计制作,经测试使用该装置可保证中间间隙16mm,送受电器两部分可在非接触状态下完成电力能量的输送,受电器部分功率输出达到设计要求。

2.2.3 井盖电动锁结构的设计

井盖电动锁由一台小功率直流电机和一套旋转传动机构组成,因检查井下环境潮湿、易腐蚀,所以传动机构的设计中应避免使用弹簧等,以免传动机构生锈卡死造成失控。我们在设计中采用了密封电机和尼龙关节轴承做为传动组件,电机带动一个三爪动杆旋转,由杆端关节轴承连接其上的连杆带动三个插销跟随旋转,进出井座上的三个插销孔,达到开关的效果。插销套于三个轴座中固定,三个轴座120°等分固定于固定支架上,电机也固定于固定支架的中心点上。控制电路接受信号后,检测井盖插销位置传感器的开关状态以判别插销的关启位置。按下遥控器开启按钮后,控制电路给电机送出开锁信号,电机开始转动,其上的三爪动杆跟随转动,带动三个连杆向前推进,三个连杆两头各带有两个杆端关节轴承,以保持动作和转动的准确,三个连杆另一端连接的三个插销跟随向里旋转,离开井座上的三个插销孔。当控制电路检测到位置开传感器信号时,停止电机的转动,开启动作结束,这时可打开井盖。数字化井盖机械结构图如图3所示。

2.2.4 防盗功能设计

根据市政部门及相关企业对检查井管理的不同需求,我们对数字化井盖综合制定了以下功能:每个井盖只有一个唯一的识别串码,并存储在手持遥控器和监控中心;整个数字化井盖做到了防腐防水密封设计,以应对井下恶劣的环境;保证井盖朝向路面的一面没有异常附加物,与一般井盖无异;没有相关电器插头插座裸露在外,防止人为破坏;内侧的监测节点便于拆卸更换维护,减轻工作强度;井盖无线信号传送在一百米以上,以保证信号传送的可靠性;机械传动机构使用尼龙轴承或关节,防止生锈卡死;整个结构采用铸铝和铝件,减轻井盖重量;电路采用休眠唤醒模式,平时耗电极低,保证监测节点的锂电池长期供电达一年左右;锂电池电压过低时可发出更换电池信号并远传,提醒维护人员更换;非正常开启井盖时及时发出报警信号并远传;保证只有同时拥有便携式送电器和遥控器才能正常打开井盖;电动井盖锁的插销开关行程短,以便减少开关井盖的时间。

3 网络功能拓展

本井盖系统设计时预留接口,可根据市政部门及各应用企业的不同要求,实施网络组网及远传,以真正实现市政设施数字化建设的需要。

网络拓扑结构是影响布网成本、网络可靠性及工作寿命的主要因素,应密切结合实际环境进行网络拓扑结构优化设计[9]。分析城域井盖监测应用可知,无线监测信息流应具备分层结构特点,据此,我们提出混合型网络拓扑结构的无线传感网络井盖防盗监测系统,如图4所示。

每个井盖安装监测节点,在每隔一段距离的路灯杆或建筑物侧墙安装路由节点实现无线通信。以相互接近的若干监测节点为一组,在该组中心位置部署路由节点,该节点作为簇头节点,分别与该组所有监测节点进行通信,共同构成星型拓扑结构的节点簇。监测节点将采集的数据发送到路由节点,路由节点负责接收、转发节点簇数据[10]。按照上述方法将每条道路分为若干组,分别安装对应路由节点构成多个星型节点簇,这些路由节点相互之间进行连接构成网状拓扑结构。道路的一端安装负责汇聚整个道路井盖数据的网关节点,路由节点可以直接将数据转发到网关节点,也可经由其它路由节点多跳传输到网关节点。考虑到道路布局的多样性,分布于一条道路的路由节点共同连接为一个网状路由网络,所有的路由网络连接到道路一端的网关节点。城域内各个道路的网关节点彼此连接成网状网络,靠近中心位置的网关节点充当整个网络的网关节点,负责汇总各条道路网关节点发来的数据,并通过与之相连的G网模块将监测数据发送到远程监测中心。本混合型拓扑结构组网方案,具有以下优点:

(1)以每条道路为单位部署无线传感网络,可增强整个无线监测网络的可扩展性,使网络更易于维护,同时缩短数据汇聚的传输路径,增强网络传输可靠性;

(2)采用路灯杆或建筑物侧墙路由节点连接周围多个监测节点的办法,可以避免布网不便,在保证数据稳定传输同时,减少布网成本;

(3)各路由节点之间组成网状拓扑,可通过多跳通信实现远距离传输,使监测应用不受道路长短的影响,网状拓扑形成冗余路由,保证了网络数据传输的可靠性。

4 系统实现与运行

当进行井下维护需要开启井盖时,维修人员根据井盖的编码,查询到遥控器预存或监控中心下传的该井盖的唯一串码,将车载电源插座或自带电瓶连接逆变器,然后逆变器连接送电器,将送电器放在井盖指定的定位位置上,打开送电器电源后,找出遥控器上该井盖的识别串码,按下开锁键后,监测节点识别串码成功并发出开锁命令,电机转动并带动机构将插销转出井座,这时可顺利开启井盖。

当发生企图非法开启井盖行为时,由于位置传感器没有解除布防,监测节点检测到非法的数据和位置变化,立即发出报警信号并远传至监控中心以便进行跟踪出警的处理。数字化井盖实物如图5所示。

5 结束语

我们已成功研制了数字化井盖、非接触送电装置、开启遥控器及部分路由节点和网关节点,正在进行监控系统的数字化平台软件开发和搭建实验。经过模拟环境试验,我们总结如下:

(1)运用分离式工频非接触取电技术有效解决井盖电机的驱动,保证平时井盖的无源状态以达到低故障率和降低维护强度;

(2)运用电机驱动技术,采用尼龙关节轴承的传动机构以及各种防腐措施,去除弹簧,有效解决腐蚀导致的动作失效问题;

(3)运用ZigBee无线传感器组网技术解决井盖各信号的短距无线传输和信号接力问题,减轻了施工难度,降低了成本;

(4)利用模块化的网络设计和传感器网络技术,能将不同单位的检查井监测有效整合,便于构建统一的市政监测平台;

(5)利用数字编码技术设置唯一识别码,通过手持仪或监控中心统一下传识别码,实现开启井盖的唯一性,做到高安全性,实现有效管理,责任明晰。

存在的不足、下一步需要解决的问题及解决方法:

(1)采用锂电池减小非接触送电装置的体积,将送电装置和手持仪整合到一体,做到轻便便携;

(2)根据用户要求重新计算电机功率,尽量减小功耗;

(3)设计面状天线,使其与井盖有机结合,并能使无线信号更准确无误的传送,解决普遍存在的误码和传输距离短的问题,减少中继节点,进一步降低成本。

各项指标达到设计要求,能够解决市政检查井防盗、报警及数字化远传的问题。因为使用无线传感器网络组网,大幅降低了布线成本和施工难度,能够将各类所属不同单位的线缆井、供水供气井综合集成起来,组成城域网,构建城市综合检查井防盗数字化平台。也可根据投入,缩小到区、县及主要道路防盗监测系统,真正解决城市设施数字化管理的难题。

参考文献

[1]刘建平,王志华,赵伟.检查井井盖的现状及建议[J].黑龙江水利科技,2002,(3):34LIU Jian-ping,WANG Zhi-hua,ZHAO Wei.Status andrecommendations of the inspection well covers[J].Hei-longjiang Science and Technology of Water Conservancyl,2002,(3):34

[2]北京清大博海科技有限公司,李志恒,张京.一种电缆检查井集中控制系统[P].中国:201110034430.12011.7.6.

[3]中华人民共和国国务院.国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)[EB/OL].http://www.gov.cn/jrzg/2006-02/09/content_183787.htm,2006.02.09

[4]高相铭,杨世凤,胡瑜.ZigBee技术在城市管网监测系统中的应用[J].电气传动,2012,42(1):49-52GAO Xiang-ming,YANG Shi-feng,HU Yu.Applicationsof zigbee technology in monitoring system for urban pipe-line network[J].Electric Drive,2012,42(1):49-52

[5]张雪坤,陈金鹰,季翔宇.ZigBee技术在传感网中的应用研究[J].通信与信息技术,2010,184(2):48-50ZHANG Xue-kun,CHEN Jin-ying,JI Xiang-yu.ZigBeetechnology in the sensor networkapplication[J].Communication&Information Technology,2010,184(2):48-50

[6]山东省科学院自动化研究所.城市窨井远程综合监控数字化信息系统及方法[P].中国:201110351316.1,2011.11.8.

[7]山东省科学院自动化研究所.基于ZIGBEE技术的无线遥控的非接触供电防盗井盖[P].中国:201010232902.X,2012.4.18.

[8]徐培龙,叶敏,徐建,等.基于Zigbee组网技术城市窨井实时监测系统[J].自动化与仪器仪表,2011,156(4):65-67XU Pei-long,YE Min,XU Jian,et al.Research and reali-zation of blood pressure monitoring system based on Zig-Bee network technology[J].Automation&Instrumenta-tion,2011,156(4):65-67

[9]王健,刘忱.ZigBee组网技术的研究[J].仪表技术,2008,(4):10-12WANG Jian,LIU Chen.Research on networking with Zig-Bee[J].Instrumentation Technology,2008,(4):10-12

无接触供电技术在AGV中的应用 篇2

近年来,在一些欧美国家的多个行业中都有无接触供电技术的商业产品问世,其中对移动设备的无接触供电技术研究开发已经比较成熟。在国内,比较典型的应用案例有昆船研发的用于机场行李运输的DCV系统、用于北京物资学院和天津SEW的昆船直行穿梭车等项目。但总体来说,无接触供电技术用于AGV的案例还比较少见,在国内尚属于研究阶段。本文就无接触供电技术在AGV领域的应用进行探讨。

无接触供电技术原理

无接触供电是指输电线路和负载方在没有电气连接和物理接触,甚至他们之间还有相对运动的情况下,实现电能的传输。无接触供电系统的理论依据是电磁感应原理。

目前国际上普遍采用的方案是利用气隙变压器来实现电能的无接触传输。常规变压器的一次、二次线圈绕在共同的闭合铁心上,虽然磁路耦合系数很高,但一次、二次线圈不能相对运动。而无接触供电技术就是将这种变压器模型的一次线圈和二次线圈分开,一次绕组可安装在输电轨道或埋设于地面以下,延伸为很长的环路;二次线圈绕在围着一次绕组可以移动的开口铁心上。原理如图1所示。

因磁路经气隙而闭合,故可称之为气隙变压器。其一次侧、二次侧之间通过电磁感应实现电能传输。在外加电压作用下,变压器一次侧的交流电在铁心中产生交流磁通,磁势主要降落在变压器的气隙两端。

与常规变压器不同,无接触供电系统中的变压器由于气隙的存在,其铁心中的磁通密度很小。这样,为了产生足够的电势、增加传输功率以满足负载的需要,目前普遍采用的方法是提高一次侧交流电的频率,以增大变压器铁芯内交变磁场的频率,并对一次线圈和二次线圈的漏感进行补偿,从而得到较

一般的无接触供电系统中除变压器以外,静止和移动部分都有变换器。先将普通50Hz交流电整流成直流,再经DC-AC转变成25kHz高频交流电,作为静止变电部分输入,经磁路耦合,在移动取电部分感应出高频交流电,然后根据负载的需要,再将该交流电进行各种处理,也可以有多个电压等级输出。

无接触供电技术在AGV中的应用

长期以来,AGV供电技术受制于电池,AGV驮着电池运行,不仅增加了自重,也降低了AGV系统的运行效率,造成了AGV使用寿命短、维护成本高、污染环境、应用领域受限等问题,限制了AGV在一些有很好市场前景的特殊行业的应用。

无接触供电技术发展到今天,让AGV甩掉电池这个包袱已经成为可能。同时,还可以利用无接触供电中的供电环路来进行AGV导引和通讯,实现系统资源的综合利用。

1.无接触供电技术在AGV中的应用方案

①AGV的供电

如图2所示,AGV端取电部分有拾取器和变换器,放置于AGV上,随车体移动;静止电路部分则由滤波器、整流器、逆变器、变压器、补偿装置和埋于AGV行使路径地面下的电缆等部分组成。AGV上的能量拾取器始终置于地面电缆的正上方,两者之间留有一定间隙。当静止电路部分输入标准的三相380V交流电时,通过滤波、整流、逆变等一系列过程后,以高频大电流注入输出环路转换为磁场能发射,AGV通过能量拾取器接受磁场能量,并通过逆变等相应的能量调节装置,变换为AGV可以直接使用的动力电源和控制电源,从而实现了AGV的无接触供电。

由于进行感应耦合的静止和移动部分之间有很大的漏感存在,耦合系数非常低,要保证有效的功率传输,通常在将高频大电流注入输出环路后,对电路的漏感进行补偿。

②功率选择与计算

在使用无接触供电时,只要有AGV运行的地方,都需要铺设供电环路。因此,AGV路径的复杂程度也决定着供电环路的复杂程度。

在一个AGV系统中,根据实际情况,把路径按取电需要分成多个供电环路,如图3所示。一般来说,在每个环路上可能有多台AGV在上面取电运行。由于每个供电环路的最大输出功率是有限的,并且功率越大,相应的器件成本会越高,因此,如何选择供电环路的功率对提高系统的运行效率和节约成本尤为重要。

同一个AGV系统中,不同供电环路上出现AGV数量的几率是不同的。可以通过模拟仿真,对不同环路出现AGV数量的几率进行统计计算,进而估算出每个环路所需的功率,最终选择无接触供电系统的不同功率的器件。

在运行中,如果一个环路上的AGV已经达到最大数量,还有AGV要求进入该环路运行,应如何进行处理?实际上,AGV上位控制系统(AGVS)知道系统中所有AGV的运行状态:加速前行、匀速前行、减速行驶以及停车,通过了解各环路上AGV的运行状态,就能够计算出各个环路当前的功率消耗。如果功率允许,其他AGV还能驶入,否则,该台AGV只能停在前一环路等待,或者选择其他路径运行。

③AGV利用供电环路进行导引

现有的AGV导引方式有很多类型,如电磁导引、激光导引等。其中,电磁导引的原理是在AGV行使的路径下铺设电磁导引线,通过在导引线上加载不同频率的电磁信号来实现AGV的导引。在无接触供电系统中,可以利用供电环路替代电磁导引线,在上面加载经过调制的电磁信号,AGV上装备特制的传感器件,这样AGV就可利用无接触供电环路实现导引,如图4所示。

2.AGV应用无接触供电技术的优势

与传统供电方式相比,AGV使用无接触供电技术具有很多优势,包括:

①排除了因电池问题而造成的环境影响,更加环保、安全;

②供电系统与AGV无直接接触,无摩擦,易维护;

③降低了AGV的自重,提高了AGV的负载能力,单位能量的利用率更高;

④AGV可以不间断工作,提高了AGV系统的整体效率;

⑤AGV控制系统更加简化,不需要对电池能量部分进行检测;

⑥一次成本投入,后期免维护。

3.技术难点

目前,AGV使用无接触供电技术还存在一些难点,例如:在同一路径环路上的允许AGV数量模拟计算比较复杂;AGV上位控制系统不仅要具备普通AGV系统的交通管理功能,还需增加环路功率计算模块,以确保AGV的稳定高效运行;AGV离开导引路径后无法运行,需提供另外的电源或人工移动。

非接触感应供电技术 篇3

自从电磁感应原理于1931 年被法拉第发现以来, 电能传输在很长一段时间内都是靠导线接触式传输。十九世纪末, 著名物理学家和电气工程师尼古拉斯拉开始研究无线传输并成为了研究该领域的鼻祖。但因为缺乏资金、技术落后等问题使无线能量传输在较长时间内发展缓慢。随着技术的发展以及无线传输电能越来越受到人们的重视, 二十世纪后期, 无线能量传输取得了迅速的发展。现如今很多领域已经应用了无线电能传输技术, 如手机无线充电、城轨交通无线供电等。

非接触感应耦合电能传输技术是传统变压器在初、次级间形成一个气隙, 通过初、次级间的感应耦合实现电能的无线传输, 如图1 所示。为了克服铁心重量和成本问题, 初、次级采用空心线圈。但空心线圈耦合性能不强, 为了提高能量传输效率, 对于空心线圈的耦合性能的研究就显得非常重要。

本文针对圆形空心线圈耦合性能进行了计算分析, 首先对圆形空心线圈的自感、互感公式进行了计算, 主要探讨了初、次线圈半径、气隙、偏移量对耦合系数的影响。

圆形空心线圈耦合计算

圆形空心线圈自感计算

线圈自感为:

式中:Le为线圈外自感, Li为线圈内自感。

如图2 所示, r1为线圈平均半径, r2为导线内半径, l1为导线中心线, l2为导线内侧边线, θ 为r2的角度, Φ为r2和r1之间的夹角。

线圈内自感公式为:

根据聂以曼公式, 线圈外自感公式为:

推出外自感公式为:

圆形空心线圈互感计算

如图3 所示, t为初、次级线圈偏移量, h为初、次级线圈气隙, r1、r2为初、次级线圈半径, l1、l2为初、次级线圈1 匝的长度。

根据聂以曼公式, 线圈互感公式为:

推出互感公式为:

圆形空心线圈耦合系数的计算分析

耦合系数计算公式为:

由公式 (1) ~ (7) 可以得出圆形空心线圈的耦合系数。

耦合系数随初、次级气隙的变化

设圆形空心线圈初、次级线圈半径r1=r2=50mm, 线圈导线半径R=1mm, 初、次级偏移量t=0mm, 则可以得到圆形线圈耦合系数随气隙变化的曲线如图4 所示。

由图可以看出, 耦合系数随初、次级气隙增大而迅速减小。

耦合系数随初、次级线圈半径的变化

设初、 次级线圈半径r1=r2=r, 线圈导线半径R=1mm, 初、 次级偏移量t=0mm, 初、 次级气隙h=3mm, 如图5 所示为耦合系数随线圈半径变化曲线。

由图可得, 线圈半径在100mm以内时, 耦合系数随着线圈半径的增大而增大较快;当半径在100mm与150mm之间时, 耦合系数变化逐渐趋于平缓。当线圈半径大于150mm时, 耦合系数随着线圈半径的增大而减小。当线圈半径r取100mm和150mm时, 耦合系数分别为0.7279 和0.7357。

耦合系数随初级线圈半径的变化

设初、 次级线圈半径r2=50mm, 线圈导线半径R=1mm, 初、 次级偏移量t=0mm, 初、 次级气隙h=3mm, 如图6 所示为耦合系数随初级线圈半径变化曲线。

由图可以得出, 当初、次级线圈半径一样时, 耦合系数取得最大值。当初、次级线圈半径相差越大, 耦合系数就越小。

初、次级相同线圈半径下耦合系数随偏移量的变化

设线圈导线半径R=1mm, 气隙h=3mm, 如图7 所示为初、次级相同线圈半径下耦合系数随初、次级偏移量的变化曲线。

从图中可以看出, 变化趋势基本相同, 三条曲线近似平行, 随着偏移量的增大, 耦合系数迅速减小。

初、次级不同线圈半径下耦合系数随偏移量的变化当初、 次级线圈长度不一样长时, 设线圈导线R=1mm, 气隙h=3mm, 次级线圈半径r2=50mm, 初、次级不同线圈半径下耦合系数随偏移量的变化曲线如图8所示。

由图可以看出, 耦合系数随着初级线圈半径的增大而减小。在初、次级线圈半径比等于2 条件下, 当t/2r1=0.25 时, 耦合系数取得最大, 即耦合系数在次级线圈边缘移动到和初级线圈边缘正对时取得最大。偏移量再增大时, 耦合系数随之减小。

结语

本文对非接触感应耦合的核心部分圆形空心线圈进行了计算分析, 推导出自感和互感计算公式, 探讨了初、次级气隙、偏移量、线圈半径对耦合系数的影响。结果表明:

(1) 耦合系数随初、次级气隙增大而减小。

(2) 当初、次级线圈半径相同, 取参数为线圈导线半径R=1mm, 偏移量t=0mm, 气隙h=3mm时, 当其线圈半径小于150mm时, 耦合系数随着线圈半径增大而增大;当线圈半径大于150mm时, 耦合系数随着线圈半径的增大而减小。当初、次级线圈半径不同时, 初、次级线圈半径相差越大, 耦合系数就越小, 当初、次级线圈半径一样时, 耦合系数取得最大值。

非接触感应供电技术 篇4

1 设计概述

它包括感应板电路和无接触感应控制主板电路。无接触感应控制主板电路是由电源电路和控制电路组成。

2 硬件设计电路

2.1 微控制器

本设计采用Atmel公司的ATMEGA16作为控制器件, 根据信号持续时间来对不同时间的信号做出不同的处理。

选用Quantum Research Group公司的单通道传感器芯片QT100做为感应器件, 该器件以开关电容感应技术为基础, 使用电子开关对一个未知电容的感应金属板进行充电, 达到一个已知的电位后将感应电荷转移到一个测量电路中, 通过测量在一个或多个充电—转移周期后的电荷, 可以测得感应金属板的电容。电荷采集过程是利用微处理器控制MODFET晶体管的开关切换来以突发脉冲模式实现充电—转移—获取的过程, 从而通过金属板电容的微小改变来确认人手接近感应表面。

在牙科综合治疗机上, 可利用非接触接近方式感应检测人手位置及停留时间长短, 根据不同状态向控制牙科椅升、降、俯、仰等动作或治疗机的冲盂、漱口、加热、口腔灯等功能。微控制器用于接收感应板电路采集到的信号并加以判断处理, 如有人手靠近感应器件, 进一步检测人手停留时间, 根据停留时间的不同, 微控制器通过CAN总线向牙科椅控制板或治疗机控制板发出相应命令, 同时点亮相对应的指示灯。

2.2 感应板电路 (图1)

感应板电路主要由QT100单通道触摸传感器、LED指示灯、MOS管等组成。感应板电源AVCC、AGND (JP1插件3、4脚) 由非接触感应控制主板的JP1插件3、4脚提供 (AVCC, AGND) 。LED指示灯连接微控制器I/O口。QT100单通道触摸传感器1端为检测信号输出端, 提供给微控制器判断感应是否有效。感应有效时, 微控制器点亮D1、D2指示灯。MOS管用于加强信号的驱动能力。

2.3 非接触感应控制主板

非接触感应控制主板由电源电路、控制电路组成。

电源电路 (图2) :+12V (VCC_12V) 电源经电源驱动模块XL4001、二极管D1、电感L1、电阻R25、R24、电容C11、C12、C13、C14、C15组成的转换电路转换为5V电源 (AVCC, AGND) , 可供感应板工作。

AVCC电源经电源隔离芯片DCP01B后, 输出经隔离的5V电源 (VCC_5V, GND) 供CPU控制电路使用。

控制电路 (图3) :CPU处理器输出信号LED0经第一光耦U1后控制感应板上的LED指示灯。感应板电路感应信号 (JP1插件上的2脚) 接第二光耦U2的2端, 经光耦耦合后由第二光耦U2的4端输入到CPU处理器的I/O口, 便于CPU处理器处理识别。JP1插件上的3脚为AGND (电源负端) , JP1插件上的4脚为AVCC (电源正端) , 为感应板提供电源。

3 结语