[发明专利]一种全双工无线电能与信号混合传输系统和方法

说明书

本申请涉及一种全双工无线电能与信号混合传输系统和方法。所述系统包括电能发射模块、电能接收模块、n个信号发射模块、n个信号拾取模块，电能发射模块与电能接收模块、信号拾取模块与电能发射模块均通过磁场耦合连接，信号发射模块的反向信号发射线圈与电能发射线圈进行磁场耦合，反向信号发射线圈是电能接收线圈第一端口和对应抽头之间的线圈部分。该系统电能发射线圈与电能接收线圈既用于电能传输又用于多路信号传输，无需增加额外信号发射与接收天线，系统结构简化，便于集成；系统正向电能传输效率高、双向信号传输电压增益大、电能传输与信号传输之间相互干扰小，满足嵌入式状态监测系统中传感器无线供电与多路信号无线传输需求。

技术领域

本申请涉及无线电能传输和近场磁通信技术领域，特别是涉及一种全双工无线电能与信号混合传输系统和方法。

背景技术

运用嵌入式传感器在线获取重要装备的实时状态信息，对其中隐含的故障进行早期预测和及时诊断，是保证装备正常运行的重要手段。对于一些重要的处于旋转状态的轴类部件进行在线监测时，需要解决如何向转轴上的嵌入式传感器供电的问题。采用电池为传感器供电是一种方案，但由于传感器嵌入到部件内部，更换电池时需要重新拆装部件，这对于某些设备而言是不可行的。采用滑环供电是另一种方案，然而当滑环在高速旋转状态下长期运行时，在滑环和电刷之间容易因电蚀而产生较大的电阻，使得电能传输不稳定。采用无线电能传输技术为安装在旋转部件上的嵌入式传感器供电受到越来越多人的关注。

在轴承嵌入式状态监测系统中，不但需要为传感器持续供电，还需要将多个传感器采集的信号传回系统进行分析。当前，实现电能与信号混合无线传输方法分为两类：通道分离方式和通道复用方式。通道分离传输方式是指用于电能传输的线圈与用于信号传输的天线在物理结构上相互独立，即电能和信号使用不同通道进行传输，该方式原理简单，但需增加额外的信号传输天线，在进行多路信号传输时，通道分离传输方式需要多个独立的天线，会大大增加系统的尺寸和重量，不利于集成。通道复用传输方式是将信号注入到一组电能传输线圈中进行传输，因此不需要额外的信号传输天线，有利于减小系统尺寸，但现有的通道复用传输方式也存在不足：电能波与信号波在同一组线圈通道内混叠传输时相互干扰严重；信号传输只能实现单工或半双工，无法实现全双工；传统的通道复用传输方式无法同时传输多路信号，因此无法满足实际应用需要。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种全双工无线电能与信号混合传输系统和方法，该系统为嵌入式传感器实现无线供电和多路信号传输，并且具备系统电路结构简化、电能传输效率高、信号传输增益大、电能传输与信号传输相互干扰小、可同时传输多路信号等优点。

一种全双工无线电能与信号混合传输系统，所述系统包括：电能发射模块、电能接收模块、n个信号发射模块、n个信号拾取模块；其中n为大于等于2的整数。

所述电能发射模块包括：交流功率电源、正向信号源、正向信号调制模块、依次串联的n个信号耦合线圈、电能发射谐振电容以及电能发射线圈；所述交流功率电源和所述正向信号源并联后，依次与所述正向信号调制模块、n个所述信号耦合线圈、所述电能发射谐振电容以及所述电能发射线圈串联形成回路。

所述电能接收模块包括：电能接收线圈、电能接收谐振电容、正向信号采集模块、正向信号解调模块以及交流-直流转化模块；所述电能接收线圈上有n个抽头；所述交流-直流转化模块、所述电能接收线圈、所述电能接收谐振电容以及所述正向信号采集模块串联形成回路；所述正向信号解调模块与所述正向信号采集模块连接；所述交流-直流转化模块用于给负载设备提供电源。

所述信号发射模块包括：反向信号发生及调制模块、信号发射谐振电容以及反向信号发射线圈；所述反向信号发射线圈是所述电能接收线圈的第一端口和对应抽头之间的线圈部分；所述反向信号发生及调制模块、所述信号发射谐振电容以及所述反向信号发射线圈串联形成回路。