諧振線圈固有頻率和品質(zhì)因數(shù)的非接觸式測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)中諧振線圈固有頻率和品質(zhì)因數(shù)的測(cè) 量技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 應(yīng)用于磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸線圈承擔(dān)著磁場(chǎng)與電場(chǎng)能量相互 轉(zhuǎn)化的任務(wù)，其自身諧振主要是靠線圈電感和諧振電容構(gòu)成的諧振回路實(shí)現(xiàn)。諧振回路的 固有頻率決定系統(tǒng)的工作頻率，而諧振回路的品質(zhì)因數(shù)則是影響傳輸效率的重要參數(shù)。由 于利用集中式電容存在焊點(diǎn)電阻以及自身內(nèi)阻，容易降低線圈的品質(zhì)因數(shù)，所以利用線圈 自身的分布電容實(shí)現(xiàn)線圈的自諧振對(duì)無線電能傳輸效率的影響極大。但是在直接測(cè)量這種 自諧振線圈的參數(shù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)問題：1.線圈與探頭接觸處的分布參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的測(cè)量結(jié) 果會(huì)帶來極大的影響；2.分布電容等效為集總參數(shù)時(shí)是與電感并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，諧振處阻抗極 大（無內(nèi)阻時(shí)為無限大），反射損耗高，導(dǎo)致測(cè)量?jī)x器無法準(zhǔn)確測(cè)量，測(cè)量結(jié)果甚至不具有 可信度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決采用直接測(cè)量法測(cè)量諧振線圈固有頻率和品質(zhì)因數(shù)時(shí)， 會(huì)引入誤差，且阻抗過大，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，提供一種諧振線圈固有頻率和品質(zhì) 因數(shù)的非接觸式測(cè)量方法。
[0004] 本發(fā)明所述的諧振線圈固有頻率和品質(zhì)因數(shù)的非接觸式測(cè)量方法包括以下步 驟：
[0005] 步驟一、將阻抗測(cè)量裝置測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)線圈相連接；
[0006] 步驟二、利用阻抗測(cè)量裝置測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)線圈阻抗的實(shí)部Real(Zs (f))和虛部 Imag(Zs (f))隨頻率變化的曲線，所述頻率的范圍為0?20M;
[0007] 步驟三、將標(biāo)準(zhǔn)線圈與待測(cè)線圈通過微弱磁場(chǎng)強(qiáng)度相互耦合；
[0008] 步驟四、利用阻抗測(cè)量裝置測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)線圈阻抗的實(shí)部Real% (f))和虛部 Imag(Z〇 (f))隨頻率變化的曲線，f表示頻率，所述頻率的范圍為0?20M;
[0009] 步驟五、計(jì)算Real(Zc(f))與Imag(Zc(f));
[0010] Real(Zc(f) ) =Real(Z0(f))-Real(Zs(f))，Imag(Zc(f))= Imag(Z〇(f))-Imag(Zs(f))；
[0011] 步驟六、令I(lǐng)mag(Ze(f)) = 0,計(jì)算得到待測(cè)線圈的固有頻率
[0012] 步驟七、構(gòu)建新的阻抗復(fù)數(shù)ZC:Zc=Real(Zc (f))+iXImag(Zc(f))，并計(jì)算Zc的模 以及Z。的模的最大值，其中i代表虛數(shù)；
[0013] 步驟八、計(jì)算Z。的模下降到所述最大值的（1/2) (1/2)倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率點(diǎn)f: 和f2，并計(jì)算Zc的模的3db帶寬Af= ，最后計(jì)算待測(cè)線圈的品質(zhì)因數(shù)Q:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 諧振線圈固有頻率和品質(zhì)因數(shù)的非接觸式測(cè)量方法，其特征在于：該方法包括以下 步驟： 步驟一、將阻抗測(cè)量裝置測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)線圈（1)相連接； 步驟二、利用阻抗測(cè)量裝置測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)線圈（1)阻抗的實(shí)部Real(Zs(f))和虛部Imag(Zs (f))隨頻率變化的曲線，所述頻率的范圍為0?20M; 步驟三、將標(biāo)準(zhǔn)線圈（1)與待測(cè)線圈通過微弱磁場(chǎng)強(qiáng)度相互耦合； 步驟四、利用阻抗測(cè)量裝置測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)線圈（1)阻抗的實(shí)部Real(Zjf))和虛部Imag(Z〇 (f))隨頻率變化的曲線，f表示頻率，所述頻率的范圍為0?20M; 步驟五、計(jì)算Real(Zc(f))與Imag(Zc(f)); Real(Zc(f)) = Real (Z〇(f))-Real (Zs(f)), Imag (Zc(f)) = Imag (Z〇(f))-Imag (Zs (f))； 步驟六、令I(lǐng)magGJf)) = 0,計(jì)算得到待測(cè)線圈的固有頻率 步驟七、構(gòu)建新的阻抗復(fù)數(shù)ZC:Zc=Real(Zc(f))+1X111^(2。(f))，并計(jì)算Zc的模以及Z。的模的最大值，其中i代表虛數(shù)； 步驟八、計(jì)算Z。的模下降到所述最大值的（1/2) (1/2)倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率點(diǎn)fJPf2， 并計(jì)算Z。的模的3db帶寬Af=f廠：^，最后計(jì)算待測(cè)線圈的品質(zhì)因數(shù)Q:
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振線圈固有頻率和品質(zhì)因數(shù)的非接觸式測(cè)量方法，其特征 在于：所述阻抗測(cè)量裝置為阻抗分析儀或網(wǎng)絡(luò)分析儀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振線圈固有頻率和品質(zhì)因數(shù)的非接觸式測(cè)量方法，其特征 在于：所述阻抗測(cè)量裝置與標(biāo)準(zhǔn)線圈（1)的連接采用同軸電纜或雙絞線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振線圈固有頻率和品質(zhì)因數(shù)的非接觸式測(cè)量方法，其特征 在于：步驟三中，標(biāo)準(zhǔn)線圈（1)與待測(cè)線圈之間的耦合系數(shù)為〇. 01?〇. 5。
【專利摘要】諧振線圈固有頻率和品質(zhì)因數(shù)的非接觸式測(cè)量方法，涉及磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)中利用自身分布電容的自諧振線圈固有頻率和品質(zhì)因數(shù)的測(cè)量技術(shù)。它為了解決采用直接測(cè)量法測(cè)量諧振線圈固有頻率和品質(zhì)因數(shù)時(shí)，會(huì)引入誤差，且阻抗過大，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。本發(fā)明利用一個(gè)小型標(biāo)準(zhǔn)線圈產(chǎn)生的初級(jí)磁場(chǎng)激發(fā)待測(cè)線圈從而獲取阻抗參數(shù)。通過計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)線圈的阻抗特性并比對(duì)未加入待測(cè)線圈時(shí)的阻抗特性，可獲取待測(cè)線圈的阻抗信息，從而測(cè)量并計(jì)算自諧振線圈固有頻率f0和品質(zhì)因數(shù)的方法。這種方法具有引入誤差小，測(cè)量精度高，測(cè)量方便的特點(diǎn)。與直接測(cè)量方法相比，準(zhǔn)確度提高了至少20％。
【IPC分類】G01R27-26, G01R21-00
【公開號(hào)】CN104614595
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510076599
【發(fā)明人】朱春波, 毛世通, 魏國, 逯仁貴, 宋凱, 李陽
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年2月12日