實驗名稱：水下超聲無線電能傳輸系統(tǒng)測試

　　研究方向：隨著科技的快速發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)再對海洋資源的勘探、開發(fā)與利用和海洋環(huán)境監(jiān)測中，離不開大量的水下機(jī)電和傳感設(shè)備的支持。為了保障水下機(jī)電設(shè)備工作時的實時性、可靠性以及不間斷性，需要為其安全、便捷地補(bǔ)充電能，但傳統(tǒng)供電方式存在成本高昂、靈活性差、存在安全隱患受限于充電距離和海水深度等缺點，因此可用于水下設(shè)備的無線電能傳輸技術(shù)受到極大關(guān)注。超聲波因其在海水介質(zhì)中具有方向性好、傳播距離遠(yuǎn)、聲衰減小、無電磁干擾等優(yōu)點，使得超聲無線電能傳輸技術(shù)成為解決水下設(shè)備供電問題的有效途徑。本研究通過實驗進(jìn)行測試，探究超聲無線電能傳輸?shù)目尚行院陀绊懶实闹笜?biāo)參數(shù)。

　　實驗?zāi)康模?/strong>通過自主搭建的水下超聲無線電能傳輸實驗平臺探究負(fù)載電阻、輸入電壓、傳輸距離和接收換能器對超聲無線電能傳輸系統(tǒng)的輸出功率和傳輸效率的影響。

　　測試設(shè)備：信號發(fā)生器、ATA-4014高壓功率放大器、發(fā)射/接收換能器、示波器等。

　　實驗過程：使用AFG30122型信號發(fā)生器輸出與發(fā)射換能器諧振頻率相同的正弦波信號，經(jīng)ATA-4014高壓功率放大器將電信號放大，從而驅(qū)動發(fā)射換能器將電信號轉(zhuǎn)化為超聲信號向接收換能器傳輸；接收換能器將接收到的超聲信號重新轉(zhuǎn)化為電信號，利用示波器讀取接收換能器輸出的電壓值以及負(fù)載電阻兩端的電壓值。

　　實驗結(jié)果：測試條件：傳輸距離為30cm，負(fù)載電阻為38.5。隨著輸入電壓從20V增加到70V時，輸出功率逐漸從0.2W增加到2.11W。然而，傳輸效率呈現(xiàn)下降趨勢。當(dāng)換能器在人下工作時，換能器的等效電路為靜態(tài)電容和動態(tài)電阻的并聯(lián)模式，系統(tǒng)呈容性。根據(jù)交流電路理論，加載在壓電換能器上的電流和電壓之間必然存在相位差0，從而產(chǎn)生無功功率，會降低有功功率的輸出和激勵源效率，同時造成電路中電能損失增加，嚴(yán)重將導(dǎo)致?lián)Q能器發(fā)熱嚴(yán)重，降低能量轉(zhuǎn)換效率。不同輸入電壓下，輸出端輸入電流、相位差、有效輸入功率和空負(fù)載情況下接收換能器兩端輸出電壓如圖2所示。隨著輸入電壓的增大，輸入電流和接收換能器兩端輸出電壓逐漸增大；同時輸入電壓和電流之間的相位差也逐漸增大，0從20°增加到35°，如圖2(b)所示，輸入電壓為60V輸入電流和輸出電壓之間存在30°的相位差。

圖2：不同輸入電壓水下UWET系統(tǒng)輸出功率和能量傳輸效率

　　產(chǎn)品推薦：ATA-4014C高壓功率放大器

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