[发明专利]滑坡监测用频率自调谐的双接收端无线输电和通信装置

权利要求书

1.一种滑坡监测用频率自调谐的双接收端无线输电和通信装置，其特征在于，包括：无线输电发射端、无线输电接收端和Lora无线通信模块；

所述无线输电发射端和所述无线输电接收端之间通过所述Lora无线通信模块通信连接；

所述无线输电发射端，用于将铠装缆下传的直流电逆变后，经磁谐振耦合发送至所述无线输电接收端，包括发射线圈和与所述发射线圈连接的发射端电路板，所述发射线圈缠绕在孔内测量单元上，与谐振电容连接后，与所述发射端电路板通过漆包线连接；

所述无线输电接收端，用于与无线输电耦合，将所述无线输电发射端的电能调理后供给孔外测量单元使用，包括双接收线圈组和与所述双接收线圈组连接的接收端电路板，所述双接收线圈组缠绕在套管上，与谐振电容连接后，与所述接收端电路板连接；

所述Lora无线通信模块，包括孔内Lora接收模块和孔外Lora发射模块，用于孔内外数据的无线透传，并通过串口通信模块上传至地面主机；

所述发射端电路板包括：孔内单元直流电源、MCU控制器、串口通信模块、全桥MOS驱动电路、全桥逆变电路和电压采集电路；

所述孔内单元直流电源分别与所述MCU控制器、所述全桥MOS驱动电路、所述电压采集电路和所述全桥逆变电路连接并供电；所述MCU控制器与所述全桥MOS驱动电路连接，所述MCU控制器通过调谐后的高频驱动信号来控制所述全桥MOS驱动电路，输出高频电流，驱动与所述全桥MOS驱动电路连接的所述全桥逆变电路；所述全桥逆变电路与所述发射线圈连接，所述发射线圈将高频电流转换成电磁能量，发送至所述无线输电接收端，所述串口通信模块与所述铠装缆连接；

所述MCU控制器包括：梯度下降扫频算法模块、PWM脉冲发生器、比较器和AD转换器；

所述AD转换器与所述电压采集电路连接后，与所述比较器连接，所述比较器与所述梯度下降扫频算法模块连接，所述梯度下降扫频算法模块与所述PWM脉冲发生器连接；所述电压采集电路检测所述全桥逆变电路的输出电压信号，所述输出电压信号经过AD转换器后传输给所述比较器，基于梯度下降扫频算法进行最小值寻优，得出谐振频率；通过所述谐振频率控制所述PWM脉冲发生器驱动所述全桥逆变电路，使无线输电系统工作在谐振状态，实现无线输电系统的谐振状态的闭环控制；

所述基于梯度下降扫频算法进行最小值寻优，得出谐振频率，具体包括：

S1、所述MCU控制器设定初始输出角频率ω₀，通过所述初始输出角频率ω₀驱动所述全桥逆变电路工作，同时所述电压采集电路检测当前所述全桥逆变电路输出端电压作为U_LC0；

S2、计算ω₀处的近似斜率，所述MCU控制器根据设定的谐振频率角频率调节量Δω，检测ω₀-Δω处所述全桥逆变电路输出端电压作为U_LC1；

S3、检测ω₀+Δω处所述全桥逆变电路输出端电压作为U_LC2；此时ω₀处的近似斜率设定为(U_LC2-U_LC1)/2Δω，梯度下降扫频寻优算法扫描步长设定为S＝η(U_LC2-U_LC1)/2Δω，其中η表示学习率代表扫描迭代的快慢；

S4、基于设定的梯度下降扫频寻优算法扫描步长，分别得到一个较小的工作角频率ω₁＝ω₀-S，和一个较大的工作角频率ω₂＝ω₀+S，此时对应的所述全桥逆变电路输出端电压分别为U_LCS1和U_LCS2，设定分辨率为ΔU，通过比较U_LCS1、U_LC1、U_LCS2的大小，所述MCU微控制器将其中最小值记为下一次U_LC0暂存；

S5、返回步骤S1，重新设定初始输出角频率，经过多次调节，当U_LCS1、U_LC1、U_LCS2之间的最大差距小于分辨率ΔU时，此时停止扫频，最终使所述全桥逆变电路输出电压最小，无线输电系统达到谐振状态。