CN106685418B - 一种免干扰数据的传输方法、传输系统及相关装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免干扰数据的传输方法、传输系统及相关装置,通过振荡器的转换和解调器的解调,实现了免干扰数据与频率之间的转换,由于频率与免干扰数据之间存在着一定的定量关系,使得免干扰数据可以被精确地转换成频率,从而使得免干扰数据传输具有较高的精度和保真度;同时,使用频率作为传输介质进行免干扰数据传输时,因频率具有较高的抗干扰能力,不易受到外界噪音的干扰,使得传输过程具有较高的可靠性;另外,该传输方法中涉及的传输机制较为简单,易于实现,使得该传输方法在免干扰数据传输方面具有较高的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及数据通讯领域,尤指一种免干扰数据的传输方法、传输系统及相关装置。
背景技术
在医疗器械、工业控制、电量计、电化学等领域,为了保障信息的安全,通常需要隔离的、不受外界干扰的数据接口实现数据的传输,因此,通常将在两个无直接电连接的通信方之间进行的数据传输称为免干扰数据的传输。其中,为了实现免干扰数据的传输,可以采用相位调制和阻抗调制的方式,其最大的优点在于可以实现能量和数据的同时传输,并且可以通过电波形的形状来区分“0”和“1”;但因相位调制和阻抗调制的数据传输机制和相关电路十分复杂,导致传输的精确度难以控制。
近些年,芯片上的空芯变压器已经广泛用于免干扰数据的传输,其传输方式为在变压器的两端通过电压直接表示信息,从而实现数据传输。然而,在变压器传输数据过程中,因能量传输效率难以准确的控制,导致变压器的次级线圈感应到的电压与在初级线圈加载的电压之间存在着较大的误差,使得在数据传输时的准确性和分辨率受到限制。
然而,众所周知,变压器的一个重要特征在于初级线圈和次级线圈的频率是一样的,并且频率有较高的抗干扰能力,不像电压很容易受到外界噪音的干扰;因此,利用频率作为传输介质是实现免干扰数据传输的一种可能的途径。
发明内容
本发明实施例提供的一种免干扰数据的传输方法、传输系统及相关装置,用以解决现有技术中如何利用频率作为传输介质,实现免干扰数据的传输。
本发明实施例提供了一种免干扰数据的传输方法,包括:
获取待传输的免干扰数据;
根据所述免干扰数据的类型,采用与所述类型匹配的振荡器,将所述免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;
采用所述频率脉冲序列调制传输至连接的变压器的初级线圈的电压信号。
在一种可能的实施方式中,在本发明实施例提供的上述免干扰数据的传输方法中,所述根据所述免干扰数据的类型,采用与所述类型匹配的振荡器,将所述免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列,具体包括:
在确定所述免干扰数据为数字信号时,采用数控振荡器,将所述数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;
在确定所述免干扰数据为模拟电压信号时,采用压控振荡器,将所述模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列。
在一种可能的实施方式中,在本发明实施例提供的上述免干扰数据的传输方法中,所述采用数控振荡器,将所述数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列,具体包括:
利用如下公式将所述数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列:
1/f=F×△
其中,f表示频率,F表示与所述数字信号的免干扰数据对应的频率控制字,△表示基本时间单元;
所述采用压控振荡器,将所述模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列,具体包括:
根据压控振荡器中频率与电压的对应关系,将所述模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列。
本发明实施例还提供了一种免干扰数据的发送装置,包括:
获取模块,用于获取待传输的免干扰数据;
转换模块,用于根据所述免干扰数据的类型,采用与所述类型匹配的振荡器,将所述免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;
传输模块,用于采用所述频率脉冲序列调制传输至连接的变压器的初级线圈的电压信号。
在一种可能的实施方式中,在本发明实施例提供的上述免干扰数据的发送装置中,所述转换模块具体用于在确定所述免干扰数据为数字信号时,采用数控振荡器,将所述数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;在确定所述免干扰数据为模拟电压信号时,采用压控振荡器,将所述模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;
所述转换模块具体用于利用如下公式将所述数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列:1/f=F×△;其中,f表示频率,F表示与所述数字信号的免干扰数据对应的频率控制字,△表示基本时间单元;或,根据压控振荡器中频率与电压的对应关系,将所述模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列。
本发明实施例还提供了一种免干扰数据的传输方法,包括:
获取连接的变压器的次级线圈感应到采用频率脉冲序列调制的电压信号;
从所述电压信号中提取所述频率脉冲序列;
采用频率解调器,将所述频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据。
在一种可能的实施方式中,在本发明实施例提供的上述免干扰数据的传输方法中,所述采用频率解调器,将所述频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据,具体包括:
采用数字锁频环路或计数器,将所述频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据。
本发明实施例还提供了一种免干扰数据的接收装置,包括:
获取模块,用于获取连接的变压器的次级线圈感应到采用频率脉冲序列调制的电压信号;
提取模块,用于从所述电压信号中提取所述频率脉冲序列;
解调模块,用于采用频率解调器,将所述频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据。
在一种可能的实施方式中,在本发明实施例提供的上述免干扰数据的接收装置中,所述解调模块具体用于采用数字锁频环路或计数器,将所述频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据。
本发明实施例还提供了一种免干扰数据的传输系统,包括:本发明实施例提供的上述免干扰数据的发送装置、本发明实施例提供的上述免干扰数据的接收装置、以及连接于所述发送装置和所述接收装置之间的变压器;其中,
所述变压器包括初级线圈和次级线圈;所述初级线圈与所述发送装置连接;所述次级线圈与所述接收装置连接。
本发明有益效果如下:
本发明实施例提供的一种免干扰数据的传输方法、传输系统及相关装置,首先,通过根据获取到的待传输的免干扰数据的类型,采用与类型匹配的振荡器,将免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列,再将采用频率脉冲序列调制的电压信号传输至连接的变压器的初级线圈,完成免干扰数据的发送;通过变压器的次级线圈感应到的采用频率脉冲序列调制的电压信号获取频率脉冲序列,经过频率解调器的解调,将频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据,完成免干扰数据的接收;如此,通过振荡器的转换和解调器的解调,实现了免干扰数据与频率之间的转换,由于频率与免干扰数据之间存在着一定的定量关系,使得免干扰数据可以被精确地转换成频率,从而使得免干扰数据传输具有较高的精度和保真度;同时,使用频率作为传输介质进行免干扰数据传输时,因频率具有较高的抗干扰能力,不易受到外界噪音的干扰,使得传输过程具有较高的可靠性;另外,该传输方法中涉及的传输机制较为简单,易于实现,使得该传输方法在免干扰数据传输方面具有较高的适用性。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种免干扰数据的传输方法的流程图之一;
图2为本发明实施例中提供的TAF-DPS的工作原理的示意图;
图3为本发明实施例中提供的一种免干扰数据的发送装置的结构示意图;
图4为本发明实施例中提供的一种免干扰数据的传输方法的流程图之二;
图5为本发明实施例中提供的一种免干扰数据的接收装置的结构示意图;
图6为本发明实施例中提供的一种免干扰数据的传输系统的结构示意图之一;
图7为本发明实施例中提供的一种免干扰数据的传输系统的结构示意图之二。
具体实施方式
下面结合附图,对发明实施例提供的一种免干扰数据的传输方法、传输系统及相关装置的具体实施方式进行详细地说明。
需要说明的是,在本发明实施例提供的一种免干扰数据的传输方法中,涉及到的免干扰数据为绝缘的、被隔离的、不受外界干扰的数据,其在两个通信方之间传输数据时无需电连接接口,即在传输的发送端与接收端之间无电连接,从而在一定程度上保障了数据传输的安全性。
本发明实施例提供了一种免干扰数据的传输方法,适用于发送端,如图1所示,可以包括:
S101、获取待传输的免干扰数据;
S102、根据免干扰数据的类型,采用与类型匹配的振荡器,将免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;
S103、采用频率脉冲序列调制传输至连接的变压器的初级线圈的电压信号。
本发明实施例提供的上述免干扰数据的传输方法,通过振荡器的转换,实现了免干扰数据与频率之间的转换,由于频率与免干扰数据之间存在着一定的定量关系,使得免干扰数据可以被精确地转换成频率,从而使得免干扰数据传输具有较高的精度和保真度;同时,该传输方法中涉及的转换机制较为简单,易于实现,使得该传输方法在免干扰数据传输方面具有较高的适用性。
在具体实施时,为了能够将免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列,在本发明实施例提供的上述免干扰数据的传输方法中的步骤S102根据免干扰数据的类型,采用与类型匹配的振荡器,将免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列,可以具体包括:
在确定免干扰数据为数字信号时,采用数控振荡器,将数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;
在确定免干扰数据为模拟电压信号时,采用压控振荡器,将模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列。
具体地,为了能够将数字信号转换为对应的频率脉冲序列,在本发明实施例提供的上述免干扰数据的传输方法中,采用数控振荡器,将数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列,可以具体包括:
利用如下公式将数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列:
1/f=F×△
其中,f表示频率,F表示与数字信号的免干扰数据对应的频率控制字,△表示基本时间单元;
采用压控振荡器,将模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列,可以具体包括:
根据压控振荡器中频率与电压的对应关系,将模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列。
具体地,当待传输的免干扰数据为数字信号时,可以通过数控振荡器(DigitalControlled Oscillator,DCO)将数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;其中,转换原理是根据时间平均频率直接周期合成技术(Time-Average-Frequency DirectPeriod Synthesis,TAF-DPS)来实现的;如图2所示的TAF-DPS的工作原理示意图,其中,Base Unit表示基本时间单元,Frequency/Period Control Word表示频率/周期控制字,Direct Period Synthesis表示直接周期合成器,CLK:Synthesis Time-Average-Frequency Clock Signal表示合成的时间平均频率时钟信号,即频率脉冲序列,TTAF表示频率脉冲序列的周期。
如图2所示,首先根据两种输入信号基本时间单元△201和频率控制字F202建立两种脉冲周期TA203和TB204,其中频率控制字F=I+r,I为大于1的整数,r为分数,脉冲周期TA=I×△,脉冲周期TB=(I+1)×△;之后,脉冲周期TA203和脉冲周期TB204以交替组合的方式生成频率脉冲序列205,且脉冲周期TA203的出现几率由r决定,结果如图2所示。由于分数r几乎可以任意取值,因此,TAF-DPS乎可以产生任何频率,加之每个单独的脉冲可以被直接建立,使得输出的频率脉冲序列可以被瞬时改变,即实现快速换频。
具体地,正是由于与数字信号的免干扰数据对应的频率控制字F与频率f之间具有一一对应的关系,使得在免干扰数据传输时,可以将免干扰数据直接而准确的转换为对应的频率f脉冲序列,从而使得免干扰数据在传输过程中具有较高的精确度。
具体地,压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)是一种可以将输入的电压信号转换为频率脉冲序列的器件,并且压控振荡器VCO的种类有多种,可以根据实际需要的调频范围和频率稳定度来选择合适的压控振荡器VCO;当然,在本发明实施例提供的上述免干扰数据的传输方法中,可以根据实际的应用需求选择压控振荡器VCO的种类,在此不作限定。
基于同一发明构思,本发明实施例还提供了一种免干扰数据的发送装置,由于该装置解决问题的原理与前述一种免干扰数据的传输方法相似,因此该装置的实施可以参见方法的实施,重复之处不再赘述。
具体地,本发明实施例提供的一种免干扰数据的发送装置,如图3所示,可以包括:
获取模块301,用于获取待传输的免干扰数据;
转换模块302,用于根据免干扰数据的类型,采用与类型匹配的振荡器,将免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;
传输模块303,用于采用频率脉冲序列调制传输至连接的变压器的初级线圈的电压信号。
在具体实施时,在本发明实施例提供的上述免干扰数据的发送装置中,转换模块302具体用于在确定免干扰数据为数字信号时,采用数控振荡器,将数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;在确定免干扰数据为模拟电压信号时,采用压控振荡器,将模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;
转换模块302具体用于利用如下公式将数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列:1/f=F×△;其中,f表示频率,F表示与数字信号的免干扰数据对应的频率控制字,△表示基本时间单元;或,根据压控振荡器中频率与电压的对应关系,将模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列。
基于同一发明构思,本发明实施例还提供了一种免干扰数据的传输方法,适用于接收端,如图4所示,可以包括:
S401、获取连接的变压器的次级线圈感应到采用频率脉冲序列调制的电压信号;
S402、从电压信号中提取频率脉冲序列;
S403、采用频率解调器,将频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据。
本发明实施例提供的上述免干扰数据的传输方法,通过解调器的解调,实现了免干扰数据与频率之间的转换,由于频率与免干扰数据之间存在着一定的定量关系,使得免干扰数据可以被精确地转换成频率,从而使得免干扰数据传输具有较高的精度和保真度;同时,该传输方法中涉及的解调机制较为简单,易于实现,使得该传输方法在免干扰数据传输方面具有较高的适用性。
在具体实施时,为了能够将频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据,在本发明实施例提供的上述免干扰数据的传输方法中的步骤S403采用频率解调器,将频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据,可以具体包括:
采用数字锁频环路或计数器,将频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据。
具体地,在采用数字锁频环路或计数器将频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据时,同样是根据TAF-DPS技术,将感应到的频率脉冲序列经过解调,恢复为对应的免干扰数据,完成免干扰数据的传输;另外,感应到的频率脉冲序列还可以用来驱动计数器,且计数结果是在固定的时间内得到的,例如1MHz的脉冲序列对应1-us-周期,根据计数结果可以直接反映出免干扰数据的数字信息。
当然,不管待传输的免干扰数据是数字信号还是模拟电压信号,在经过解调之后得到的免干扰数据均为数字信号。
基于同一发明构思,本发明实施例还提供了一种免干扰数据的接收装置,由于该装置解决问题的原理与前述一种免干扰数据的传输方法相似,因此该装置的实施可以参见方法的实施,重复之处不再赘述。
具体地,本发明实施例提供的一种免干扰数据的接收装置,如图5所示,可以包括:
获取模块501,用于获取连接的变压器的次级线圈感应到采用频率脉冲序列调制的电压信号;
提取模块502,用于从电压信号中提取频率脉冲序列;
解调模块503,用于采用频率解调器,将频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据。
在具体实施时,在本发明实施例提供的上述免干扰数据的接收装置中,解调模块503具体用于采用数字锁频环路或计数器,将频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据。
基于同一发明构思,本发明实施例还提供了一种免干扰数据的传输系统,如图6所示,可以包括:本发明实施例提供的上述免干扰数据的发送装置601、本发明实施例提供的上述免干扰数据的接收装置602、以及连接于发送装置601和接收装置602之间的变压器603;其中,
变压器603包括初级线圈603-1和次级线圈603-2;初级线圈603-1与发送装置601连接;次级线圈603-2与接收装置602连接。
例如,如图7所示的传输系统具体结构示意图,其中,Information表示待传输的免干扰数据,Digital表示待传输的免干扰数据为数字信号,Analog表示待传输的免干扰数据为模拟电压信号,TAF-DPS(Time-Average-Frequency Direct Period Synthesis)表示时间平均频率直接周期合成器,DCO(Digital Controlled Oscillator)表示数控振荡器,VCO(Voltage Controlled Oscillator)表示压控振荡器,f表示频率脉冲序列,V1(f)表示采用频率脉冲序列调制的电压信号,V2(f)表示感应的采用频率脉冲序列调制的电压信号,Signal area#1表示第一信号区域,也就是发送装置,Signal area#2表示第二信号区域,也就是接收装置,Isolation Transformer表示免干扰传输装置,即变压器,Electricallyisolated from each other表示第一信号区域与第二信号区域之间彼此电绝缘,f asmedium for high fidelity information transfer表示使用频率作为传输介质可使得信息传输具有高保真度,Counter表示计数器,ADFLL(All Digital Frequency Locked Loop)表示数字锁频环路,Information Processing表示信息处理。
如图7所示,在发送装置701中,可以包括数控振荡器DCO701-1或压控振荡器VCO701-2,分别用于将获取到的免干扰数据转换为频率脉冲序列,并经过调制后传输至变压器702的初级线圈702-1;经过变压器702的次级线圈702-2的感应,获取频率脉冲序列,并经过接收装置703中的计数器703-1或数字锁频环路(All Digital Frequency LockedLoop,ADFLL)703-2将频率脉冲序列恢复为免干扰数据,从而实现了免干扰数据的传输。
本发明实施例提供了一种免干扰数据的传输方法、传输系统及相关装置,首先,通过根据获取到的待传输的免干扰数据的类型,采用与类型匹配的振荡器,将免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列,再将采用频率脉冲序列调制的电压信号传输至连接的变压器的初级线圈,完成免干扰数据的发送;通过变压器的次级线圈感应到的采用频率脉冲序列调制的电压信号获取频率脉冲序列,经过频率解调器的解调,将频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据,完成免干扰数据的接收;如此,通过振荡器的转换和解调器的解调,实现了免干扰数据与频率之间的转换,由于频率与免干扰数据之间存在着一定的定量关系,使得免干扰数据可以被精确地转换成频率,从而使得免干扰数据传输具有较高的精度和保真度;同时,使用频率作为传输介质进行免干扰数据传输时,因频率具有较高的抗干扰能力,不易受到外界噪音的干扰,使得传输过程具有较高的可靠性;另外,该传输方法中涉及的传输机制较为简单,易于实现,使得该传输方法在免干扰数据传输方面具有较高的适用性。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种免干扰数据的传输方法,其特征在于,包括:
获取待传输的免干扰数据;
根据所述免干扰数据的类型,采用与所述类型匹配的振荡器,将所述免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;
采用所述频率脉冲序列调制传输至连接的变压器的初级线圈的电压信号;
其中,所述根据所述免干扰数据的类型,采用与所述类型匹配的振荡器,将所述免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列,具体包括:
在确定所述免干扰数据为数字信号时,采用数控振荡器,将所述数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;
在确定所述免干扰数据为模拟电压信号时,采用压控振荡器,将所述模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列。
2.如权利要求1所述的传输方法,其特征在于,所述采用数控振荡器,将所述数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列,具体包括:
利用如下公式将所述数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列:
1/f=F×△
其中,f表示频率,F表示与所述数字信号的免干扰数据对应的频率控制字,△表示基本时间单元;
所述采用压控振荡器,将所述模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列,具体包括:
根据压控振荡器中频率与电压的对应关系,将所述模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列。
3.一种免干扰数据的发送装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取待传输的免干扰数据;
转换模块,用于根据所述免干扰数据的类型,采用与所述类型匹配的振荡器,将所述免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;
传输模块,用于采用所述频率脉冲序列调制传输至连接的变压器的初级线圈的电压信号;
其中,所述转换模块具体用于:在确定所述免干扰数据为数字信号时,采用数控振荡器,将所述数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;在确定所述免干扰数据为模拟电压信号时,采用压控振荡器,将所述模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列。
4.如权利要求书3所述的发送装置,其特征在于,所述转换模块具体用于利用如下公式将所述数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列:1/f=F×△;其中,f表示频率,F表示与所述数字信号的免干扰数据对应的频率控制字,△表示基本时间单元;或,根据压控振荡器中频率与电压的对应关系,将所述模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列。
5.一种免干扰数据的传输方法,其特征在于,包括:
获取连接的变压器的次级线圈感应到采用频率脉冲序列调制的电压信号,其中所述频率脉冲序列是发送端根据待传输的免干扰数据的类型采用与所述类型匹配的振荡器将所述待传输的免干扰数据转换后发送的,且在转换时:在确定所述免干扰数据为数字信号时,采用数控振荡器,将所述数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;在确定所述免干扰数据为模拟电压信号时,采用压控振荡器,将所述模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;
从所述采用频率脉冲序列调制的电压信号中提取所述频率脉冲序列;
采用频率解调器,将所述频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据。
6.如权利要求5所述的传输方法,其特征在于,所述采用频率解调器,将所述频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据,具体包括:
采用数字锁频环路或计数器,将所述频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据。
7.一种免干扰数据的接收装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取连接的变压器的次级线圈感应到采用频率脉冲序列调制的电压信号,其中所述频率脉冲序列是发送端根据待传输的免干扰数据的类型采用与所述类型匹配的振荡器,将所述待传输的免干扰数据转换后发送的,且在转换时:在确定所述免干扰数据为数字信号时,采用数控振荡器,将所述数字信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;在确定所述免干扰数据为模拟电压信号时,采用压控振荡器,将所述模拟电压信号的免干扰数据转换为对应的频率脉冲序列;
提取模块,用于从所述采用频率脉冲序列调制的电压信号中提取所述频率脉冲序列;
解调模块,用于采用频率解调器,将所述频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据。
8.如权利要求7所述的接收装置,其特征在于,所述解调模块具体用于采用数字锁频环路或计数器,将所述频率脉冲序列恢复为对应的免干扰数据。
9.一种免干扰数据的传输系统,其特征在于,包括:如权利要求3-4任一项所述的发送装置、如权利要求7-8任一项所述的接收装置、以及连接于所述发送装置和所述接收装置之间的变压器;其中,
所述变压器包括初级线圈和次级线圈;所述初级线圈与所述发送装置连接;所述次级线圈与所述接收装置连接。
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