[实用新型]一种基于超声波的水下物联网节点的能量补给系统

说明书

本实用新型公开了一种基于超声波的水下物联网节点的能量补给系统，包括超声能量发射模块和水下物联网节点接收模块，所述超声能量发射模块包括第一控制器、第一超声换能器、驱动电路、匹配电路、智能云台和显示电路，所述水下物联网节点接收模块包括第二超声换能器、整流滤波电路、稳压电路、充电电路和第二控制器；本实用新型以超声波为能量传输载体，无需通过任何物理连接就能完成水下物联网节点的能量补给，为水下用电设备长期稳定的工作提供保障，同时适用于易燃易爆、易受电磁干扰等其他特殊场合设备的安全供电。

技术领域

本实用新型涉及超声学技术领域，特别是一种基于超声波的水下物联网节点的能量补给系统。

背景技术

面对水下环境的特殊性和复杂性，水下物联网技术为人们探索与开发海洋资源提供了新的手段。水下环境的感知、监测和快速反应以及水陆物体之间的互联互通，必然需要大量的水下设备。然而水下物联网的寿命与节点寿命密切相关，大量采用电池供电的水下设备通常难以获得能量补充。利用传统的“打捞—更换—投放”的水下续航模式，会带来电池仓水密性和安全性差等问题。因此，为了提高水下物联网的生存周期，解决电池频繁更换困难等问题，亟需研究水下物联网节点的能量补给技术。

无线电能传输技术作为一种新型的电能传输技术，具有强大的环境适应性，能够有效地解决有线充电存在的充电接口裸露、易产生接触火花、灵活性差等诸多问题。目前实现无线能量传输主要有电磁感应、电磁耦合共振、基于微波或光波的远场辐射等方式，而以超声波作为能量传输媒介的研究相对较少。日本有学者论述了通过超声波给低功率移动设备无线充电的方法，国内也有人研究在密封环境下，如何通过超声波定期给电子设备充电。然而这些研究都只局限在空间环境下基于超声波的能量传输技术，在自由空间中超声波传播衰减严重，传输距离较近，相比电磁波无明显优势。

现有的无线能量传输技术在水下环境中普遍存在传输距离短、效率低、易产生电磁干扰等问题，传统供能方式易带来维护困难、灵活性和安全性差以及废旧电池污染等问题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于超声波的水下物联网节点的能量补给系统，本实用新型以超声波为能量传输载体，无需通过任何物理连接就能完成水下物联网节点的能量补给。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本实用新型提出的一种基于超声波的水下物联网节点的能量补给系统，包括超声能量发射模块和水下物联网节点接收模块，所述超声能量发射模块包括第一控制器、第一超声换能器、驱动电路、匹配电路、智能云台和显示电路，所述水下物联网节点接收模块包括第二超声换能器、整流滤波电路、稳压电路、充电电路和第二控制器；其中，

第一控制器与智能云台、驱动电路、显示电路分别连接，第一超声换能器搭载在智能云台上，驱动电路、匹配电路、第一超声换能器依次顺序连接，第二超声换能器、整流滤波电路、稳压电路、充电电路依次顺序连接，第二控制器与第二超声换能器、充电电路分别连接；其中，

驱动电路作为超声频电发生器，在第一控制器的控制下驱动电路用于将工频电转化成与第一超声换能器谐振频率一致的电，并且通过匹配电路进行阻抗变换后驱动第一超声换能器工作，从而控制第一超声换能器的发射功率；显示电路，用于实时显示能量补给系统的工作状态和工作时间；

智能云台在第一控制器的控制下进行方向移动，从而使得搭载在智能云台上的第一超声换能器进行旋转，第一超声换能器对水下物联网节点接收模块中受第二控制器控制的第二超声换能器搜索定位；当第一超声换能器与第二超声换能器同轴心时，第一超声换能器向第二超声换能器持续传送超声能量，第二超声换能器接收到超声波能量，经正压电效应转换为高频电，再经过整流滤波电路整流滤波、稳压电路稳压后供给受第二控制器控制的充电电路使用；充电电路用于对水下物联网节点直流用电设备充电使用。