盲专网 - 水下非接触式数据与能源传输接驳件

专利申请流程有哪些步骤？

申请

申请号：指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。

申请日：提出专利申请之日。

2015-04-27

授权

授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由，授予发明专利权；或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由，授予实用新型专利权或外观设计专利权。

2015-08-05

预估到期

发明专利权的期限为二十年，实用新型专利权期限为十年，外观设计专利权期限为十五年，均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。

2025-04-27

基本信息

有效性	失效专利	专利类型	实用新型
申请号	CN201520259583.X	申请日	2015-04-27
公开/公告号	CN204539137U	公开/公告日	2015-08-05
授权日	2015-08-05	预估到期日	2025-04-27
申请年	2015年	公开/公告年	2015年
缴费截止日
分类号	H04B5/00 、H04B13/02	主分类号	H04B5/00
是否联合申请	独立申请	文献类型号	U
独权数量	1	从权数量	2
权利要求数量	3	非专利引证数量	0
引用专利数量	0	被引证专利数量	0
非专利引证
引用专利		被引证专利
专利权维持	2	专利申请国编码	CN
专利事件		事务标签	授权、未缴年费

申请人信息

申请人	杭州电子科技大学	第一申请人	杭州电子科技大学
专利权人	杭州电子科技大学	当前专利权人	杭州电子科技大学
发明人	蔡文郁、钱成国、尹诚、陈艳、和文杰	第一发明人	蔡文郁
地址	浙江省杭州市下沙高教园区2号大街	邮编
申请人数量	1	发明人数量	5
申请人所在省	浙江省	申请人所在市	浙江省杭州市

代理人信息

代理机构

专利代理机构是经省专利管理局审核，国家知识产权局批准设立，可以接受委托人的委托，在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。

浙江杭州金通专利事务所有限公司

代理人

专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务，取得一定资格的人。

王佳健

摘要

本实用新型涉及一种水下非接触式数据与能源传输接驳件。本实用新型包括发射主控模块与数据信号产生模块输入端信号连接，数据信号产生模块输出端与信号耦合模块的一个输入端连接，电源载波产生模块输出端与信号耦合模块的另一个输入端连接，信号耦合模块的输出端与发射线圈信号连接。接收线圈分别与低通滤波模块输入端和电源处理模块输入端连接，低通滤波模块输出端与接收处理模块输入端信号连接；所述的发射线圈与接收线圈产生感应耦合。由于本实用新型提出的水下无线数据能源收发接驳件具有非接触特性，因而通信双方无需添加额外的通信线路，既保证了数据通信的可靠性，同时也保障了水下设备的灵活性和安全性。

摘要附图
说明书附图：图1

法律状态

序号	法律状态公告日	法律状态	法律状态信息
1	2017-06-16	未缴年费专利权终止	IPC(主分类): H04B 5/00 专利号: ZL 201520259583.X 申请日: 授权公告日:
2	2015-08-05	授权

权利要求

权利要求书是申请文件最核心的部分，是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。

1.水下非接触式数据与能源传输接驳件，包括发射主控模块、数据信号产生模块、电源载波产生模块、信号耦合模块、发射线圈、接收线圈、低通滤波模块、接收处理模块和电源处理模块，其特征在于：
发射主控模块与数据信号产生模块输入端信号连接，数据信号产生模块输出端与信号耦合模块的一个输入端连接，电源载波产生模块输出端与信号耦合模块的另一个输入端连接，信号耦合模块的输出端与发射线圈信号连接；
接收线圈分别与低通滤波模块输入端和电源处理模块输入端连接，低通滤波模块输出端与接收处理模块输入端信号连接；
所述的发射线圈与接收线圈产生感应耦合。

2.根据权利要求1所述的水下非接触式数据与能源传输接驳件，其特征在于：所述的电源载波产生模块包括555定时器和E类功率放大器；555定时器产生高频正弦波信号，再通过E类功率放大器放大之后作为电源的高频载波信号；所述的信号耦合模块采用MPY634乘法器进行信号耦合调制，其数据接口采用RS232串口，用于接收待发送数据。

3.根据权利要求1所述的水下非接触式数据与能源传输接驳件，其特征在于：所述的接收处理模块包括线圈耦合模块、前端滤波电路、检波电路、后端滤波电路、数字信号还原电路和数据接口电路；线圈耦合模块中放大电路采用集成运放芯片构成的电压放大电路实现接收线圈上微弱电压信号的放大；前端滤波电路采用集成运放芯片构成的有源低通滤波器滤除频率高于载波频率的噪声信号；检波电路采用二极管包络检波电路获取已发生畸变的基带信号；后端滤波电路采用有源低通滤波器进一步滤除干扰成分；数字信号还原电路采用施密特触发电路实现基带数据信号的还原；数据接口电路采用RS232串口，用于向数据接收终端传输还原后的数据信号。

说明书

技术领域

[0001] 本实用新型属于水上、水下非接触式数据与能源传输技术领域，具体涉及一种基于电磁耦合原理的传输接驳件。

背景技术

[0002] 一个完整的浮标系统，一般主要由三部分构成：水上浮标体、水下探测器和数据能量的传输通道。数据和能源的传输主要分为有线和无线两种方式。有线传输的方式中有一种方式为通过同轴电缆将直流电压信号和交流数据信号进行耦合传输。此方式需要先将直流电压信号的幅值增大，以减小电缆带来的能源损耗。有线传输的方式可以有效的确保水下探测器的能源供给，使得水下探测器能够长时间的工作，但同样使得水下探测器的活动空间受限于电缆的长度，并且受海水的冲击影响较大。

[0003] 在无线传输的方式中，数据的无线传输最为普遍的方案是通过声呐通信系统。声音在水中的衰减相对较少，而且声波在水中传输速度还比空气中的速度快。声通信的成本较大，同时功率消耗也比较大，并不适合所有的海下应用场景。在某些水下应用领域中，如自升降监测浮标数据回收、水下工作站或深潜器的数据对接等，考虑到通信双方中有一方处于不确定运动状态，出于设备安全原因，数据传输必须采用非接触方式实现。这些设备传输的数据量又相对较小，传输距离也比较近，不适合使用声呐通信的方式。水下LED光学通信系统造价低、功耗低、传输距离较远、但同样存在方向性要求过高问题，若无相应装置保证其探头在较小的范围内对准，则通讯性能将大幅下降甚至通讯中断。

[0004] 因此，利用电磁波实现较短距离内的数据与能源混合传输具有很大的意义。非接触式的能源数据传输既保证了水底探测器的能量供给，可以长时间工作。也使得数据传输方式更加灵活，相对耗费功率较小，也不像光学通信方式那样对方向有比较高的要求。

发明内容

[0005] 本实用新型发明的目的是在于提供一种适用于为水下探测装置与水面浮标装置之间完成能源与数据传输的接驳件。

[0006] 本实用新型包括发射主控模块、数据信号产生模块、电源载波产生模块、信号耦合模块、发射线圈、接收线圈、低通滤波模块、接收处理模块和电源处理模块。

[0007] 发射主控模块与数据信号产生模块输入端信号连接，数据信号产生模块输出端与信号耦合模块的一个输入端连接，电源载波产生模块输出端与信号耦合模块的另一个输入端连接，信号耦合模块的输出端与发射线圈信号连接。

[0008] 接收线圈分别与低通滤波模块输入端和电源处理模块输入端连接，低通滤波模块输出端与接收处理模块输入端信号连接

[0009] 所述的发射线圈与接收线圈产生感应耦合。

[0010] 进一步说，所述的电源载波产生模块包括555定时器和E类功率放大器；555定时器产生高频正弦波信号，再通过E类功率放大器放大之后作为电源的高频载波信号；所述的信号耦合模块采用MPY634乘法器进行信号耦合调制，其数据接口采用RS232串口，用于接收待发送数据。

[0011] 进一步说，所述的接收处理模块包括线圈耦合模块、前端滤波电路、检波电路、后端滤波电路、数字信号还原电路和数据接口电路；线圈耦合模块中放大电路采用集成运放芯片构成的电压放大电路实现接收线圈上微弱电压信号的放大；前端滤波电路采用集成运放芯片构成的有源低通滤波器滤除频率高于载波频率的噪声信号；检波电路采用二极管包络检波电路获取已发生畸变的基带信号；后端滤波电路采用有源低通滤波器进一步滤除干扰成分；数字信号还原电路采用施密特触发电路实现基带数据信号的还原；数据接口电路采用RS232串口，用于向数据接收终端传输还原后的数据信号。

[0012] 由于本实用新型提出的水下无线数据能源收发接驳件具有非接触特性，因而通信双方无需添加额外的通信线路，既保证了数据通信的可靠性，同时也保障了水下设备的灵活性和安全性。此外，本实用新型提出的水下无线数据收发装置基于谐振感应原理，对于收、发线圈相对位置的方向性要求较低，线圈之间的距离也较长，可以在较大的空间角度范围内实现近距离非接触式无线传输。除此之外，该装置还具有成本低、功耗小等一系列优点，与水声通讯、水下光学通讯等背景技术相比，更加适合实现水下近距离非接触式无线数据传输。

[0013] 此外，本实用新型提出的水下非接触式能源数据传输装置具有较好的封装接口，为数据的接收和发送提供了便利。正常工作时，无需进行复杂的手工配置接收、发送操作，只需为发射部分提供电源，就能将电能无线传输给接收线圈，同时将接口连接需要传递的信号线，数据传输便可开始。

实施方案

[0015] 如图1所示，非接触式的能源数据传输接驳件主要由两部分组成，分为发射部分和接收部分。包括发射主控模块1、数据信号产生模块2、电源载波产生模块3、信号耦合模块4、发射线圈5、接收线圈6、低通滤波模块7、接收处理模块8、电源处理模块9。

[0016] 接驳件的发射部分接上电源之后，电源载波模块首先会产生用于谐振传递的载波交流信号，并通过线圈发射到接收部分，给水下的探测器提供电源。之后发射主控模块根据浮标需要下发的数据控制数字信号产生模块将数字信号传送到信号耦合模块。信号模块在接收到数字信号之后，与原先的高频电源载波信号进行相乘耦合，然后将完成调制的信号发送到发射线圈中。

[0017] 接驳件的接收部分，先将线圈中接收到的信号进行滤波，低通滤波之后，将数字信号滤波之后进行检波处理得到发射的数字信号。同时将接收到的交流信号进行整流稳压，为接收部分提供电源。

[0018] 因为接驳件中的能源传输是利用线圈的感应耦合原理，故而需要将直流的电压逆变成交流电压。在电能的无线传输方案中，目前比较成熟的方案是基于电磁感应原理和基于谐振原理。电磁感应原理传输的距离比较近，同时效率也不高，不适合用在水下这样的特殊环境中。而谐振耦合原理，有效距离可以达到好几米，且最大功率可以达到几千瓦，虽然目前实现和控制有一定的难度，但是其未来发展的前景更好。所以，在水上发射部分，本装置采用了E类LC谐振逆变器，完成电源的逆变、谐振和放大，并通过线圈去耦合接收端。

[0019] 发射部分的电源载波产生模块包括555波形产生器和功率放大器。555定时器产生高频的正弦波信号，再通过E类功率放大器放大之后作为电源的高频载波信号，与需要发送的数字信号通过MPY634乘法器进行信号耦合调制。本实施例的高频电源正弦波的频率为270KHz，而数据信号的方波信号频率为10KHz。耦合之后的信号通过发射线圈将电场信号变成磁场信号发射出去。耦合信号发送模块中数据接口采用RS232串口，用于接收待发送数据；调制电路采用幅度键控（ASK）调制方式，将待发送数据调制到一定频率的载波信号上。发送线圈和接受线圈均为采用漆包线绕制的具有一定匝数和半径的封闭空心线圈，其一端与对应的模块连接，另一端接地。因为本装置中，能源与数据的非接触式传输采用的是电感线圈谐振感应的方式，所以首先要使发射信号的发射频率与发射线圈以及接收线圈的固有频率相同。只有在这个频率点，接收部分的能量损耗才最小，传输的效率最高。因此在使用漆包线制作线圈时，需要利用阻抗分析仪对绕制的线圈进行阻抗分析，在其拐点处的频率即为线圈的固有频率。在测得其固有频率之后，可以改变线圈的匝数和半径来改变其固有频率，使之符合设定的270KHz的载波频率。同时要保证发射线圈和接收线圈的匝数，半径等参数完全一样，才能发生谐振。

[0020] 接收部分的接收处理模块包括线圈耦合模块、前端滤波电路、后端滤波电路、数字信号还原电路和数据接口电路。耦合信号接收模块中放大电路采用集成运放芯片构成的电压放大电路实现接收线圈上微弱电压信号的放大；前端滤波电路采用集成运放芯片构成的有源低通滤波器滤除频率高于载波频率的噪声信号；检波电路采用二极管包络检波电路获取已发生畸变的基带信号；后端滤波电路采用有源低通滤波器进一步滤除干扰成分；数字信号还原电路采用施密特触发电路实现基带数据信号的还原；数据接口电路采用RS232串口，用于向数据接收终端传输还原后的数据信号。

[0021] 本实用新型装置的工作方式为：水面的浮标系统通过太阳能等方式获得电源之后，将直流电源逆变成为交流信号，通过线圈谐振耦合原理产生变化的磁场。在接收线圈上利用变化的磁场产生电能，整流稳压之后作为水下探测器的电能供给。同时浮标系统通过调制电路，采用ASK方式将待发送数据信号调制到载波上；载波信号即为高频的电源信号；调制信号经过功放电路发大后输出到发送线圈；接收线圈在一定的距离和空间角度范围内通过电磁耦合方式从发送线圈获取经调制的发送信号，并将其传输至耦合信号接收模块；
由放大电路和前端滤波电路将信号进行放大并滤除高于载波频率的干扰信号后，输出至检波电路；检波电路采用二极管包络检波方式获取已发生畸变的基带信号，经过低通滤波后再利用施密特触发电路还原出原始发送信号；经还原的发送信号通过数据接口RS232传输至浮体数据接收终端。

附图说明

[0014] 图1 为本实用新型总体功能结构框图。

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