CN112543065B - 面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置及通信方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置及通信方法，具体而言涉及信号传输技术领域。本申请提供的面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置包括：第一换能器将电信号转化为振动信号通过密封金属容器的壁传递到第三换能器中，第三换能器将振动信号转化为电信号，完成了从该密封金属容器外部向该密封金属容器内部无线功率传输和通信的过程；第一控制器控制信号源产生电信号；电信号通过放大匹配电路进行电压和电流的放大，并与第一换能器的电学阻抗进行匹配；第二换能器对第一换能器将电信号转化为振动信号通过密封金属容器的壁时产生的超声回波进行检测，完成了从该密封金属容器内部向该密封金属容器外部通信过程。

Description

面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置及通信方法

技术领域

本申请涉及信号传输技术领域，具体而言，涉及一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置及通信方法。

背景技术

现代装备为适应高温、高压、放射性、剧毒等特殊环境，广泛采用密闭金属结构，但是密闭金属结构的电磁屏蔽原因，阻碍了电磁波的传播。此外，对于一些特殊的装备从装备到使用可能需要经过十年甚至更长的存储期，所以在不破坏设备完整性的同时为装备内部进行供电，那显然是不现实的。

现有技术中，大多数实现密封金属容器内部状态监测的方法是通过在密封金属容器的壁上开设有穿透孔，并利用导线穿过穿透孔实现密封金属容器内外的能量传输和信息传输。

但是，现有技术中的密封金属容器中的通讯方法，破坏了密封金属容器原有结构和密封性，所以在一些特殊的装备上使用是不合理的，并且会对密封金属容器造成损伤。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置及其通信方法，以解决现有技术中的密封金属容器中的通讯方法破坏密封金属容器原有结构和密封性等问题，所以在一些特殊的装备上使用是不合理的，并且会对密封金属容器造成损伤。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置，装置包括：第一控制器、信号源、放大匹配电路、第一信号处理电路、第一换能器、第二换能器、第三换能器、阻抗调制电路、第二控制器、第二信号处理电路和储能电路；第一控制器、信号源、放大匹配电路、第一信号处理电路、第一换能器和第二换能器设置在密封金属容器外部，第一控制器分别与信号源和第一信号处理电路通信连接，信号源的另一端与放大匹配电路电连接，放大匹配电路的另一端与第一换能器电连接，第一信号处理电路的另一端与第二换能器电连接；第三换能器、阻抗调制电路、第二控制器、第二信号处理电路和储能电路设置在密封金属容器内部，储能电路电连接在第三换能器和阻抗调制电路之间，第二控制器分别与阻抗调制电路、第二信号处理电路和储能电路通信连接。

可选地，该放大匹配电路包括：增益控制电路、第一放大电路、驱动电路和阻抗匹配电路，增益控制电路、第一放大电路、驱动电路和阻抗匹配电路依次电连接，且阻抗匹配电路的另一端与第一换能器电连接，增益控制电路的另一端与第一控制器通信连接。

可选地，该第一信号处理电路包括：第一包络检波电路、第一隔直电路、第一低通滤波电路、第二放大电路、第一比较电路；第一包络检波电路、第一隔直电路、第一低通滤波电路、第二放大电路、第一比较电路依次电连接，且第一包络检波电路的另一端与第二换能器电连接，第一比较电路的另一端与第一控制器通信连接。

可选地，该第二信号处理电路包括：开关电路、第二包络检波电路、第二隔直电路、第二低通滤波电路、第三放大电路、第二比较电路，开关电路、第二包络检波电路、第二隔直电路、第二低通滤波电路、第三放大电路、第二比较电路依次电连接，且开关电路的另一端与第三换能器电连接，第二比较电路的另一端与第二控制器通信连接。

可选地，该第一控制器和第二控制器均为单片机。

可选地，该第一换能器和第二换能器通过超声耦合剂粘贴在密封金属容器外部。

可选地，该第一控制器和第二控制器为MSP430单片机、数字信号处理器和FPGA器件中至少一种。

第二方面，本申请提供一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的通信方法，应用于第一方面任意一项的面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置，通过密封金属容器外部向内部传输信号，方法包括：

第一控制器控制信号源产生电信号；

电信号通过放大匹配电路进行电压和电流的放大，并与第一换能器的电学阻抗进行匹配；

第一换能器将电信号转化为振动信号通过密封金属容器的壁传递到第三换能器中，第三换能器将振动信号转化为电信号；

第二控制器控制信号处理电路将电信号转化为逻辑电平信号，通过预设算法对逻辑电平信号解析，得到密封金属容器外部向内部传输的信息。

第三方面，本申请提供一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的通信方法，应用于第一方面任意一项的面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置，通过密封金属容器内部向外部传输信号，方法包括：

第二控制器根据预采集的数据，控制阻抗调制电路调节阻值；

第一控制器控制信号源产生电信号；

电信号通过放大匹配电路进行电压和电流的放大，并与第一换能器的电学阻抗进行匹配；

第二换能器对第一换能器将电信号转化为振动信号通过密封金属容器的壁时产生的超声回波进行检测；

第一信号处理电路通过第二换能器出输出的电信号转化为逻辑电平信号，通过预设算法对逻辑电平信号解析，得到密封金属容器内部向外部传输的信息。

第四方面，本公开提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的通信方法。

第五方面，本公开提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括计算机程序，所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在电子设备执行上述面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的通信方法。

本发明的有益效果是：

本申请提供的面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置包括：第一控制器、信号源、放大匹配电路、第一信号处理电路、第一换能器、第二换能器、第三换能器、阻抗调制电路、第二控制器、第二信号处理电路和储能电路；第一控制器、信号源、放大匹配电路、第一信号处理电路、第一换能器和第二换能器设置在密封金属容器外部，第一控制器分别与信号源和第一信号处理电路通信连接，信号源的另一端与放大匹配电路电连接，放大匹配电路的另一端与第一换能器电连接，第一信号处理电路的另一端与第二换能器电连接；第三换能器、阻抗调制电路、第二控制器、第二信号处理电路和储能电路设置在密封金属容器内部，储能电路电连接在第三换能器和阻抗调制电路之间，第二控制器分别与阻抗调制电路、第二信号处理电路和储能电路通信连接；当需要从该密封金属容器外部向该密封金属容器内部无线功率传输和通信的过程的时候，第一控制器控制信号源产生电信号；电信号通过放大匹配电路进行电压和电流的放大，并与第一换能器的电学阻抗进行匹配；第一控制器控制增益控制电路，使放大匹配电路的放大倍数在两个不同值之间二进制跳变，实现从该密封金属容器外部向该密封金属容器内部无线功率传输和通信的过程；第二控制器控制信号处理电路将电信号转化为逻辑电平信号，通过预设算法对逻辑电平信号解析，得到密封金属容器外部向内部传输的信息；当需要从该密封金属容器内部向该密封金属容器外部无线功率传输和通信的过程的时候，第二控制器根据预采集的数据，控制阻抗调制电路调节阻值；第一控制器控制信号源产生电信号；电信号通过放大匹配电路进行电压和电流的放大，并与第一换能器的电学阻抗进行匹配；第二换能器对第一换能器将电信号转化为振动信号通过密封金属容器的壁时产生的超声回波进行检测，完成了从该密封金属容器内部向该密封金属容器外部无线功率传输和通信的过程；第一信号处理电路通过第二换能器出输出的电信号转化为逻辑电平信号，通过预设算法对逻辑电平信号解析，得到密封金属容器内部向外部传输的信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的模块示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的放大匹配电路的模块示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的第一信号处理电路的模块示意图；

图4为本发明一实施例提供的一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的第二信号处理电路的模块示意图；

图5为本发明一实施例提供的一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的通信方法的流程图；

图6为本发明一实施例提供的另一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的通信方法的流程图。

图标：10-第一控制器；11-信号源；12-放大匹配电路：121-增益控制电路；122-第一放大电路；123-驱动电路；124-阻抗匹配电路；13-第一换能器；14-第一信号处理电路；141-第一包络检波电路；142-第一隔直电路；143-第一低通滤波电路；144-第二放大电路；145第一比较电路；15-第二换能器；20-第二控制器；21-阻抗调制电路；22-储能电路；23-第三换能器；24-第二信号处理电路；241-开关电路；242-第二包络检波电路；243-第二隔直电路；244-第二低通滤波电路；245-第三放大电路；246-第二比较电路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。

图1为本发明一实施例提供的一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的模块示意图；如图1所示，本申请提供一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置，装置包括：第一控制器10、信号源11、放大匹配电路12、第一信号处理电路14、第一换能器13、第二换能器15、第三换能器23、阻抗调制电路21、第二控制器20、第二信号处理电路24和储能电路22；第一控制器10、信号源11、放大匹配电路12、第一信号处理电路14、第一换能器13和第二换能器15设置在密封金属容器外部，第一控制器10分别与信号源11和第一信号处理电路14通信连接，信号源11的另一端与放大匹配电路12电连接，放大匹配电路12的另一端与第一换能器13电连接，第一信号处理电路14的另一端与第二换能器15电连接；第三换能器23、阻抗调制电路21、第二控制器20、第二信号处理电路24和储能电路22设置在密封金属容器内部，储能电路22电连接在第三换能器23和阻抗调制电路21之间，第二控制器20分别与阻抗调制电路21、第二信号处理电路24和储能电路22通信连接。

该密封金属容器分为内外两侧，其中，该待测密封金属容器的内侧设置有工作器件，该工作器件的类型和种类在此不做具体限定，另外，本申请的面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置包括两部分，一部分设置在该密封金属容器的内部，另一部分设置在该密封金属容器的外部，其中，设置在该密封金属容器外部的部分包括：第一控制器10、信号源11、放大匹配电路12、第一信号处理电路14、第一换能器13和第二换能器15，设置在该密封金属容器内部的部分包括：第三换能器23、阻抗调制电路21、第二控制器20、第二信号处理电路24和储能电路22；在该密封金属容器的外壁上分别设置有该第一换能器13和第二换能器15，该第一换能器13、该放大匹配电路12、该信号源11和该第一控制器10依次电连接，形成该第一条电路，该第二换能器15、该第一信号处理电路14和该第一控制器10依次电连接，形成了第二条电路，该第三换能器23设置在该密封金属容器的内壁上，该第三换能器23、该储能电路22和该第二控制器20依次电连接形成第三条电路，该第三换能器23、该第二信号处理电路24和该第二控制器20形成了第四条电路，另外该第二控制器20还与外界电连接，用于接收外界传感器的传感信息，该第一控制器10和该第二控制器20可以为单片机，也可以为计算机，在此不做具体限定，本申请的装置包括两种工作方式，第一种工作方式是将该密封金属容器外部的信号传递到该密封金属容器内部，第二种工作方式是将该密封金属容器内部的信号传递到该密封金属容器外部，首先第一种工作方式具体的为：1、第一控制器10控制信号源11产生电信号；2、电信号通过放大匹配电路12进行电压和电流的放大，并与第一换能器13的电学阻抗进行匹配；3、第一换能器13将电信号转化为振动信号通过密封金属容器的壁传递到第三换能器23中，第三换能器23将振动信号转化为电信号；4、第二控制器20控制信号处理电路将电信号转化为逻辑电平信号，通过预设算法对逻辑电平信号解析，得到密封金属容器外部向内部传输的信息；另外在第三步之前还可以包括第一控制器控制增益控制电路，使放大匹配电路的放大倍数在两个不同值之间二进制跳变，实现由外向内通信过程的调制过程；本申请通过正压电效应将超声电信号转换为超声机械振动(超声波)，利用超声机械振动信号的高穿透性超声波透过密封金属容器的第三换能器23，实现了从外到内的信号传输。第二种工作方式具体的为：1、第一控制器10控制信号源11产生电信号；2、电信号通过放大匹配电路12进行电压和电流的放大，并与第一换能器13的电学阻抗进行匹配；3、第二换能器15对第一换能器13将电信号转化为振动信号通过密封金属容器的壁时产生的超声回波进行检测；4、第一信号处理电路14通过第二换能器15出输出的电信号转化为逻辑电平信号，通过预设算法对逻辑电平信号解析，得到密封金属容器内部向外部传输的信息；由于振动信号在穿过该密封金属容器时，会产生超声回波，并且该超声回波的强弱受异质界面声学阻抗匹配程度影响，由于匹配程度越好回波强度越弱，则该超声回与该密封金属容器的声学阻抗有关，进一步的，由于该密封金属容器内部的声学阻抗与该阻抗调制电路21的电学阻抗有关，则该第二换能器15检测的超声回波与密封金属容器内部的阻抗调制电路21的电学阻抗有关，即可以通过对该阻抗调制电路21的电学阻抗进行调节，并通过第二换能器15对超声回波的检测，得到该密封金属容器内部需要传递到外部的信息。

另外，本申请的第一控制器10用于控制该信号源11产生电信号，并控制该放大匹配电路12对电信号进行放大匹配，还可以接收一信号处理电路处理只有的二进制数据信号，该第二控制器20用于监控储能电路22电能存储状态，当储能电路22存储电能量达到预设值时，第二控制器20启动对内部信息的传感，并采集传感器数据，采集到的传感数据经过第二信号处理电路24后输出高低变化的二进制电平信号驱动阻抗调制电路21；当需要外部向内部通信时，第二控制器20控制第二信号处理电路24的接通；当不需要外部向内部通信时，控制第二信号处理电路24的关断；接收第二信号处理电路24输出的二进制数据信号。

图2为本发明一实施例提供的一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的放大匹配电路的模块示意图；如图2所示，可选地，该放大匹配电路12包括：增益控制电路121、第一放大电路122、驱动电路123和阻抗匹配电路124，增益控制电路121、第一放大电路122、驱动电路123和阻抗匹配电路124依次电连接，且阻抗匹配电路124的另一端与第一换能器13电连接，增益控制电路121的另一端与第一控制器10通信连接。

该增益控制电路121用于控制第一放大电路122的电压放大倍数，该第一放大电路122用于对该信号源11产生的电信号进行线性电压放大，驱动电路123用于对第一放大电路122输出的超声电压信号进行电流放大(或者叫功率放大)，提高该超声电信号的驱动能力，阻抗匹配电路124用于实现驱动电路123与第一换能器13间的电学阻抗匹配，进而实现从功率放大电路到第一换能器13最大功率传输效果。

图3为本发明一实施例提供的一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的第一信号处理电路的模块示意图；如图3所示，可选地，该第一信号处理电路14包括：第一包络检波电路141、第一隔直电路142、第一低通滤波电路143、第二放大电路144、第一比较电路145；第一包络检波电路141、第一隔直电路142、第一低通滤波电路143、第二放大电路144、第一比较电路145依次电连接，且第一包络检波电路的另一端与第二换能器15电连接，第一比较电路145的另一端与第一控制器10通信连接。

该第一包络检波电路141用于提取第二换能器15输出电压信号的包络轮廓，该电路输出信号称为包络信号，第一隔直电路142用于提取外部换能器输出电压信号的包络轮廓，该电路输出信号称为包络信号，第一低通滤波电路143用于滤除包络信号中的高频波纹，减小包络信号的波纹系数，提高后续比较电路比较结果的正确率，降低通信误码率，第二放大电路144用于将该滤除直流偏置和高频波纹的较小包络信号进行线性电压放大，提高后续电压比较电路中比较电压的可操作空间，在实际应用中，如果该包络信号大小合适可以将放大倍数设置为1，对信号不做放大处理，第一比较电路145用于通过设置合理的比较电压，将第一放大电路122输出的包络信号，进行规整，转换为第一控制器10能识别的逻辑电平。具体为，当包络信号大于比较电压时输出高电平(如3.3V)，当包络信号比比较电压低时输出低电平(如0V)。

图4为本发明一实施例提供的一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的第二信号处理电路的模块示意图；如图4所示，可选地，该第二信号处理电路24包括：开关电路241、第二包络检波电路242、第二隔直电路243、第二低通滤波电路244、第三放大电路245、第二比较电路246，开关电路241、第二包络检波电路242、第二隔直电路243、第二低通滤波电路244、第三放大电路245、第二比较电路246依次电连接，且开关电路241的另一端与第三换能器23电连接，第二比较电路246的另一端与第二控制器20通信连接。

开关电路241用于当需要外部向内部通信时，开关电路241接通，内部系统通信接收功能被使能；当开关关断时，内部系统通信接收功能不被使能，以降低内部系统功耗，第二包络检波电路242用于提取第一换能器13输出电压信号的包络轮廓，该电路输出信号称为包络信号，第二隔直电路243用于将包络检波输出的电信号存在直流偏置，在不同的条件下该直流偏置的大小不同，进而会影响后续比较电路中比较电压的设置，所以需要将该直流偏置从包络信号中去除，第二低通滤波电路244用于滤除包络信号中的高频波纹，减小包络信号的波纹系数，提高后续比较电路比较结果的正确率，降低通信误码率，该第三放大电路245用于将该滤除直流偏置和高频波纹的较小包络信号进行线性电压放大，提高后续电压比较电路中比较电压的可操作空间，在实际应用中，如果该包络信号大小合适可以将放大倍数设置为1，对信号不做放大处理，第二比较电路246用于通过设置合理的比较电压，将放大电路输出的包络信号，进行规整，转换为第二控制器20能识别的逻辑电平。具体为，当包络信号大于比较电压时输出高电平(如3.3V)，当包络信号比比较电压低时输出低电平(如0V)。

在实际应用中，将信号从该密封金属容器的到外部传输到内部的步骤为：

第一控制器10控制信号源11产生系统最佳输能效率所需频率的正弦电信号，该电信号先后经过第一放大电路122和驱动电路123功率放大后再通过阻抗匹配电路124高效的电学耦合到第一换能器13，第一换能器13由于正压电效应产生相应频率的超声波，超声波依次透射过耦合层、金属壁、耦合层后耦入第三换能器23，第三换能器23通过逆压电效应输出对应频率的电信号，该电信号通过内部阻抗匹配网络后高效的被储能电路22存储。存储的电能作为内部系统的能源，即实现了将功率从该密封金属容器的外部传输到内部的步骤。

将信号从该密封金属容器的内部传输到外部的步骤为；

第二控制器20采集内部传感器数据，数据通过接口直输出对应二进制电平驱动阻抗调制电路21，实现内部电路阻抗调制，由前面描述可知，该变化将引起回波强弱的对应变化，进而使第二换能器15输出强弱变化的超声电信号，该电信号经过第一包络检波电路141后，提取出包含内部传感信息的包络。该包络信号先后经过第一隔直电路142、第一低通滤波电路143、第二放大电路144和第一比较电路145，将电信号进行除燥和放大之后的电信号，还原出内部系统所发送的二进制信号，该信号接入外部接口，进而实现了由内向外的通信过程。

可选地，该第一控制器10和第二控制器20均为单片机。

可选地，该第一换能器13和第二换能器15通过超声耦合剂粘贴在密封金属容器外部。

第一换能器13和第二换能器15通过超声耦合剂粘贴在密封金属容器外部，当需要使用该系统时再将第一换能器13和第二换能器15粘贴，可更进一步减少对装备原有结构的影响。

可选地，该第一控制器10和第二控制器20为MSP430单片机、数字信号处理器和FPGA器件中至少一种。

本申请提供的面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置包括：第一控制器10、信号源11、放大匹配电路12、第一信号处理电路14、第一换能器13、第二换能器15、第三换能器23、阻抗调制电路21、第二控制器20、第二信号处理电路24和储能电路22；第一控制器10、信号源11、放大匹配电路12、第一信号处理电路14、第一换能器13和第二换能器15设置在密封金属容器外部，第一控制器10分别与信号源11和第一信号处理电路14通信连接，信号源11的另一端与放大匹配电路12电连接，放大匹配电路12的另一端与第一换能器13电连接，第一信号处理电路14的另一端与第二换能器15电连接；第三换能器23、阻抗调制电路21、第二控制器20、第二信号处理电路24和储能电路22设置在密封金属容器内部，储能电路22电连接在第三换能器23和阻抗调制电路21之间，第二控制器20分别与阻抗调制电路21、第二信号处理电路24和储能电路22通信连接；当需要从该密封金属容器外部向该密封金属容器内部无线功率传输和通信的过程的时候，第一控制器10控制信号源11产生电信号；电信号通过放大匹配电路12进行电压和电流的放大，并与第一换能器13的电学阻抗进行匹配；第一控制器控制增益控制电路，使放大匹配电路的放大倍数在两个不同值之间二进制跳变，实现了从该密封金属容器外部向该密封金属容器外部无线功率传输和通信的过程；第二控制器20控制信号处理电路将电信号转化为逻辑电平信号，通过预设算法对逻辑电平信号解析，得到密封金属容器外部向内部传输的信息；当需要从该密封金属容器内部向该密封金属容器外部通信的时候，第二控制器20根据预采集的数据，控制阻抗调制电路21调节阻值；第一控制器10控制信号源11产生电信号；电信号通过放大匹配电路12进行电压和电流的放大，并与第一换能器13的电学阻抗进行匹配；第二换能器15对第一换能器13将电信号转化为振动信号通过密封金属容器的壁时产生的超声回波进行检测，完成了从该密封金属容器内部向该密封金属容器外部通信的过程；第一信号处理电路14通过第二换能器15出输出的电信号转化为逻辑电平信号，通过预设算法对逻辑电平信号解析，得到密封金属容器内部向外部传输的信息。另外，本申请不仅能突破金属壳体因电磁屏蔽效应而不便于数据传输的技术壁垒，从而实现密闭金属容器内部状态的监测与反馈，还能有效解决供电的技术瓶颈。规避了现有技术方案对密闭金属容器密封性、耐压性和原有结构的不利影响。

图5为本发明一实施例提供的一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的通信方法的流程图；如图5所示，本申请提供一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的通信方法，应用于上述意一项的面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置，通过密封金属容器外部向内部传输信号，方法包括：

S101、第一控制器10控制信号源11产生电信号。

S102、电信号通过放大匹配电路12进行电压和电流的放大，并与第一换能器13的电学阻抗进行匹配。

S103、第一换能器13将电信号转化为振动信号通过密封金属容器的壁传递到第三换能器23中，第三换能器23将振动信号转化为电信号。

S104、第二控制器20控制信号处理电路将电信号转化为逻辑电平信号，通过预设算法对逻辑电平信号解析，得到密封金属容器外部向内部传输的信息。

可选地，在S103之前还可以包括第一控制器控制增益控制电路，使放大匹配电路的放大倍数在两个不同值之间二进制跳变，实现由外向内通信过程的调制过程。

图6为本发明一实施例提供的另一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的通信方法的流程图；如图6所示，本申请提供一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的通信方法，应用于上述任意一项的面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置，通过密封金属容器内部向外部传输信号，方法包括：

S201、第二控制器20根据预采集的数据，控制阻抗调制电路21调节阻值。

S202、第一控制器10控制信号源11产生电信号。

S203、电信号通过放大匹配电路12进行电压和电流的放大，并与第一换能器13的电学阻抗进行匹配。

S204、第二换能器15对第一换能器13将电信号转化为振动信号通过密封金属容器的壁时产生的超声回波进行检测。

S205、第一信号处理电路14通过第二换能器15出输出的电信号转化为逻辑电平信号，通过预设算法对逻辑电平信号解析，得到密封金属容器内部向外部传输的信息。

本公开提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的通信方法。

本公开提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括计算机程序，所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在电子设备执行上述面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的通信方法。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置，其特征在于，所述装置包括：第一控制器、信号源、放大匹配电路、第一信号处理电路、第一换能器、第二换能器、第三换能器、阻抗调制电路、第二控制器、第二信号处理电路和储能电路；所述第一控制器、所述信号源、所述放大匹配电路、所述第一信号处理电路、所述第一换能器和所述第二换能器设置在密封金属容器外部；所述第一控制器分别与所述信号源和所述第一信号处理电路通信连接，所述信号源的另一端与所述放大匹配电路电连接，所述放大匹配电路的另一端与所述第一换能器电连接，所述第一信号处理电路的另一端与所述第二换能器电连接；所述第二换能器对所述第一换能器将电信号转化为振动信号通过密封金属容器的壁时产生的超声回波进行检测，完成从密封金属容器内部向密封金属容器外部无线功率传输和通信的过程；所述第一换能器、所述放大匹配电路、所述信号源和所述第一控制器依次电连接，形成第一条电路，用于将密封金属容器外部的信号传递到密封金属容器内部；所述第二换能器、所述第一信号处理电路和所述第一控制器依次电连接，形成了第二条电路，用于将密封金属容器内部的信号传递到密封金属容器外部；所述第三换能器、所述阻抗调制电路、所述第二控制器、所述第二信号处理电路和所述储能电路设置在所述密封金属容器内部，所述储能电路电连接在所述第三换能器和所述阻抗调制电路之间，所述第二控制器分别与所述阻抗调制电路、所述第二信号处理电路和所述储能电路通信连接；所述第三换能器、所述储能电路和所述第二控制器依次电连接，形成第三条电路，用于监控所述储能电路的电能存储状态，当所述储能电路存储电能量达到预设值时，所述第二控制器启动对密封金属容器内部信息的传感，采集传感器数据；所述第三换能器、所述第二信号处理电路和所述第二控制器形成了第四条电路，用于处理所采集的传感器数据，输出高低变化的二进制电平信号以驱动所述阻抗调制电路，通过所述第二控制器控制所述第二信号处理电路的接通或关断，实现密封金属容器外部向密封金属容器内部的通信；其中，所述放大匹配电路包括：增益控制电路、第一放大电路、驱动电路和阻抗匹配电路，所述增益控制电路、所述第一放大电路、所述驱动电路和所述阻抗匹配电路依次电连接，且所述阻抗匹配电路的另一端与所述第一换能器电连接，所述增益控制电路的另一端与所述第一控制器通信连接。

2.根据权利要求1所述的面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置，其特征在于，所述第一信号处理电路包括：第一包络检波电路、第一隔直电路、第一低通滤波电路、第二放大电路、第一比较电路；所述第一包络检波电路、所述第一隔直电路、所述第一低通滤波电路、所述第二放大电路、所述第一比较电路依次电连接，且所述第一包络检波电路的另一端与所述第二换能器电连接，所述第一比较电路的另一端与所述第一控制器通信连接。

3.根据权利要求2所述的面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置，其特征在于，所述第二信号处理电路包括：开关电路、第二包络检波电路、第二隔直电路、第二低通滤波电路、第三放大电路、第二比较电路，所述开关电路、所述第二包络检波电路、所述第二隔直电路、所述第二低通滤波电路、所述第三放大电路、所述第二比较电路依次电连接，且所述开关电路的另一端与所述第三换能器电连接，所述第二比较电路的另一端与所述第二控制器通信连接。

4.根据权利要求3所述的面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置，其特征在于，所述第一控制器和所述第二控制器均为单片机。

5.根据权利要求4所述的面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置，其特征在于，所述第一换能器和所述第二换能器通过超声耦合剂粘贴在所述密封金属容器外部。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置，其特征在于，所述第一控制器和所述第二控制器为MSP430单片机、数字信号处理器和FPGA器件中至少一种。

7.一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的通信方法，应用于权利要求1-5任意一项的面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置，通过所述密封金属容器外部向内部无线功率传输，其特征在于，所述方法包括：

所述第一控制器控制所述信号源产生电信号；

所述电信号通过所述放大匹配电路进行电压和电流的放大，并与所述第一换能器的电学阻抗进行匹配；

所述第一换能器将电信号转化为振动信号通过所述密封金属容器的壁传递到所述第三换能器中，第三换能器将所述振动信号转化为电信号；

所述第二控制器控制所述信号处理电路将电信号转化为逻辑电平信号，通过预设算法对所述逻辑电平信号解析，得到所述密封金属容器外部向内部传输的信息。

8.一种面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置的通信方法，应用于权利要求1-5任意一项的面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置，通过所述密封金属容器内部向外部传输信号，其特征在于，所述方法包括：

所述第二控制器根据预采集的数据，控制所述阻抗调制电路调节阻值；

所述第一控制器控制所述信号源产生电信号；

所述电信号通过所述放大匹配电路进行电压和电流的放大，并与所述第一换能器的电学阻抗进行匹配；

所述第二换能器对所述第一换能器将电信号转化为振动信号通过所述密封金属容器的壁时产生的超声回波进行检测；

所述第一信号处理电路通过所述第二换能器出输出的电信号转化为逻辑电平信号，通过预设算法对所述逻辑电平信号解析，得到所述密封金属容器内部向外部传输的信息。

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