[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

说明书

本发明公开了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，包括无线输电发射端、无线输电接收端以及Lora无线通信模块，无线输电发射端，包括发射线圈和与之连接的发射端电路板，发射端电路板基于全桥逆变电路输出电压信号，采用梯度下降扫频寻优算法得到谐振点并产生谐振PWM脉冲，控制全桥逆变电路中的MOSFET管的导通，实现无线输电系统的谐振状态的闭环控制；无线输电接收端，用于与无线输电耦合，采用双接收线圈组将发射端电能调理后供给孔外测量单元使用；Lora无线通信模块，用于孔内外数据的无线透传，并上传至地面主机。本发明能实现井下无线输电系统频率自动、快速、高精度的调谐，提高输电效率和距离波动稳定性。

技术领域

本发明涉及井下孔内外无线输电和无线通讯技术领域，具体涉及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。

背景技术

滑坡是一种对国家和人民的生命财产危害很大的自然地质灾害，对滑坡带进行实时的监测，可以减少国家和人民的人身和财产损失。滑坡监测设备作为一种滑坡预防、预报和预警工具在滑坡来临时起到关键作用。如图1所示，滑坡监测设备通常放置在狭窄的竖向孔中，孔内仪器设备距离地表较远，且传感检测单元内嵌在土体内，有效供电和通信是实现可靠工作的基本保障。

目前滑坡监测中孔外土壤监测设备的供电通信方案通常采取有线供电和通信，但该方式具有电线易老化，金属裸露等安全隐患，且监测深度浅；谐振式磁耦合无线功率传输(MR-WPT)具备高效、无接触、安全性高等优点逐渐成为电子产业供电的新方案，同时Lora无线通信技术具备高效、无接触以及可穿透轻度土层的特点。因此将MR-WPT和lora通信技术应用于滑坡监测井下设备，可以很好地解决井下设备供电及通信难的问题，避免长距离有线充电及信号传输带来的困扰。

滑坡监测井下环境复杂，水位的升降、线缆的老化松弛和滑坡的发生会引起收发线圈周围介质的变化和线圈之间相对位置的变化，从而引起单接收端MR-WPT系统谐振频率的偏移，导致系统效率和稳定性的下降。当前，关于MR-WPT系统的频率自动调谐技术已有研究，但大部分都是基于接收端的方法，对于发射端和接收端位于土壤介质和空气介质的情况，这些调谐方式效果欠佳。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了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，旨在通过频率自调谐方法，追踪系统无线输电谐振点，解决滑坡监测井下较长传输距离无线输电和数据传输不稳定问题。

为了实现上述目的，本发明提供了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，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。

进一步地，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；