[发明专利]谐振线圈固有频率和品质因数的非接触式测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁耦合谐振无线电能传输系统中谐振线圈固有频率和品质因数的测量技术。

背景技术

应用于磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输线圈承担着磁场与电场能量相互转化的任务，其自身谐振主要是靠线圈电感和谐振电容构成的谐振回路实现。谐振回路的固有频率决定系统的工作频率，而谐振回路的品质因数则是影响传输效率的重要参数。由于利用集中式电容存在焊点电阻以及自身内阻，容易降低线圈的品质因数，所以利用线圈自身的分布电容实现线圈的自谐振对无线电能传输效率的影响极大。但是在直接测量这种自谐振线圈的参数时会产生几个问题：1.线圈与探头接触处的分布参数对系统的测量结果会带来极大的影响；2.分布电容等效为集总参数时是与电感并联的结构，谐振处阻抗极大(无内阻时为无限大)，反射损耗高，导致测量仪器无法准确测量，测量结果甚至不具有可信度。

发明内容

本发明的目的是为了解决采用直接测量法测量谐振线圈固有频率和品质因数时，会引入误差，且阻抗过大，导致测量结果不准确的问题，提供一种谐振线圈固有频率和品质因数的非接触式测量方法。

本发明所述的谐振线圈固有频率和品质因数的非接触式测量方法包括以下步骤：

步骤一、将阻抗测量装置测量标准线圈相连接；

步骤二、利用阻抗测量装置测量标准线圈阻抗的实部Real(Z_S(f))和虚部Imag(Z_S(f))随频率变化的曲线，所述频率的范围为0～20M；

步骤三、将标准线圈与待测线圈通过微弱磁场强度相互耦合；

步骤四、利用阻抗测量装置测量标准线圈阻抗的实部Real(Z₀(f))和虚部Imag(Z₀(f))随频率变化的曲线，f表示频率，所述频率的范围为0～20M；

步骤五、计算Real(Z_C(f))与Imag(Z_C(f))；

Real(Z_C(f))＝Real(Z₀(f))-Real(Z_S(f))，Imag(Z_C(f))＝Imag(Z₀(f))-Imag(Z_S(f))；

步骤六、令Imag(Z_C(f))＝0，计算得到待测线圈的固有频率f₀；

步骤七、构建新的阻抗复数Z_C：Z_C＝Real(Z_C(f))+i×Imag(Z_C(f))，并计算Z_C的模以及Z_C的模的最大值，其中i代表虚数；

步骤八、计算Z_C的模下降到所述最大值的(1/2)^(1/2)倍时所对应的两个频率点f₁和f₂，并计算Z_C的模的3db带宽Δf＝f₁-f₂，最后计算待测线圈的品质因数Q：

Q=f0Δf.]]>

上述方法利用一个小型标准线圈产生的初级磁场激发待测线圈从而获取阻抗参数。通过计算标准线圈的阻抗特性并比对未加入待测线圈时的阻抗特性，可获取待测线圈的阻抗信息，从而测量线圈固有频率f₀和品质因数的方法。这种方法具有引入误差小，测量精度高，测量方便的特点。与直接测量方法相比，准确度提高了至少20％。

附图说明

图1为本发明所述的谐振线圈固有频率和品质因数的非接触式测量方法的原理示意图；

图2为步骤二测量的阻抗的实部和虚部随频率变化的曲线，其中2表示虚部，3表示实部；

图3为步骤四测量的阻抗的实部和虚部随频率变化的曲线，其中4表示实部，5表示虚部；

图4为步骤七中阻抗复数Z_C的实部和虚部随频率变化的曲线；其中6表示实部，7表示虚部；

图5为步骤七中阻抗复数Z_C的模随频率变化的曲线；