CN113162250A - 发射线圈间隙变化的电感调节自适应智能系统 - Google Patents

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朱荣豪
耿淑琴
储孟浩
张明明
周生远
鲁航
李朋昆
王杰
李雪峰
亓元
李熙
彭晓宏
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
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Abstract

本发明公开了发射线圈间隙变化的电感调节自适应智能系统，运用自适应智能反馈系统控制塑料圆环的伸缩来调节线圈电感的间隙，即使在外界环境的一定干扰下，使得地下管道探测系统中所需要的探测仪线圈的电感值被偏移，自适应智能反馈系统能够通过电流检测和智能计算让线圈电感重新回到地下管道探测系统的正常值范围，从而提高探测仪的稳定性与探测效率。

Description

发射线圈间隙变化的电感调节自适应智能系统
技术领域
本发明涉及电磁领域，尤其是涉及一种发射线圈电感的自适应智能调节方式。
背景技术
地下管道系统作为城市发展的重要部分，其包含的电力管道、水力管道、天然气管道、污水管道等在地下敷设是错综复杂的，大多数情况没有整体位置分布精确的图纸，管道的定位与探测日益困难，使得在对地下资源进行开发利用时有可能误触地下管道，从而引发事故而带来各方面的损失。快速定位的地下管道探测系统减少近年来地下开发活动造成不断增加的意外事件的概率迫在眉睫。
目前北京燃气集团使用地下管道电子探测仪对地下燃气管道进行准确定位，该探测仪中含有两个横截面积较大、匝数较多的感应天线。一个感应天线为读写器的重要组成部分，即为发射天线，在地面上工作；另一个感应天线为应答器的重要组成部分，即为接收天线，深埋在地下工作。发射线圈和接收线圈是基于电磁感应原理进行耦合的设备。高频正弦波在发射线圈上产生电磁场，电磁能量以电磁场的形式在空间中传播。作为传递能量的发射线圈和接收线圈是两个空心线圈，线圈的耦合属于松耦合，为了进一步提高传输效率，在两个线圈上进行电容补偿，线圈回路阻抗达到了最小值，使得两边电路在相同频率内产生谐振，拥有相同谐振频率的两个谐振体能产生更强的耦合，从而使得能量通过谐振路径高效的传递到应答器中的芯片，以启动其工作。由于读写器的发射线圈水平放置在地面上工作，其中环境温湿度不稳定、长时间运输振荡造成线圈松散、在凹凸不平的地面上工作以及人为误操作等原因，造成线圈的各个参数会发生变化，导致系统失谐。因此有必要对现有的技术进行改革，来解决目前遇到的难题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种由附着在塑料圆环外壳的发射线圈的调节方式。发射线圈通过粘附的方式固定在每层圆环上，通过谐振电压对应的电流的幅值和频率参数可以实时智能感知发射天线的是否处于谐振态，是否满足标签天线能量的耦合需求，智能控制每层塑料圆环的收缩和扩张来控制附着在圆环上发射线圈的间隙，从而控制线圈电感的大小，使得调节的电感能在系统所需要的参数的合理范围内，最终提高读写器的工作效率。
本发明是一种发射线圈间隙变化的电感调节自适应智能反馈系统，本系统包括：探测仪系统(包括发射线圈在内的发射电路、取信号电路、收集信号的数据终端)、自适应智能软件系统(包括电压传感器、电流传感器、嵌入在空心圆柱上的距离传感器、无线通信模块、控制器)、自适应智能系统的支架和外壳(包括塑胶圆柱、塑料圆环、空心圆柱、长塑料条、测距挡板)。
发射线圈固定在塑料圆环上，根据电压传感器和电流传感器对发射线圈参数的检测，把反馈信号传递给控制器，进而通过控制塑料圆环的伸缩来调节线圈间隙，达到自适应智能调节的目的，使得线圈电感一直稳定在系统达到谐振所需要的电感正常值范围内。
发射线圈和塑料圆环粘结强度高、两者不可移动，适用于粘接各种工业化材料的改性丙烯酸酯胶黏剂进行发射线圈和塑料圆环的固定。
发射线圈和塑料圆环粘结时候必须水平放置，避免受重力向下导致粘结不均。
选取的长塑料条必须柔韧性好，避免受空心圆柱挤压时而折断。
与长塑料条接触的空心圆柱两个角需要要磨成光滑，避免受挤压时，直角把塑料条挤破。
把空心圆柱在塑料圆柱中移动定为三个档位，即长塑料条可变形范围内在塑料圆柱上标记三个位置。根据空心圆柱中的距离传感器和测距挡板来定位三个位置，并把数据记录在控制器中，通过控制器来调节空心圆柱的移动位置。
智能反馈系统应用传感器对线圈的电流和电压的检测、斯坦伯格博弈均衡(SE)和纳什均衡(NE)最优功率算法计算出检测值和实际正常值的偏移程度，以及获得最优功率控制方案，最终通过控制器控制空心圆柱的移动。
附图说明
图1为本发明的自适应智能系统的支架和外壳截面图。
图2为本发明的塑料圆环结构。
具体实施方式
首先，由于线圈的股数较多，垂直放置时由于重力向下造成线圈间距不一致，有些地方的间距减小，使得线圈的电感、交流电阻增大，品质因数Q值减小，导致读写器的工作效率、使用寿命下降，为此刚开始制作的时候需要水平放置，并在线圈的表面涂上胶水固定在圆环上，所使用的胶水为工业上广泛使用的改性丙烯酸酯胶黏剂，其不引入寄生电感、电容、电阻，不影响导线的各项参数，以及发射线圈的传输效率、能量。
其次，将一定长度的塑胶圆柱头端穿过圆环正中央并固定好最内层圆环，塑胶圆柱中间外嵌套了一个受反馈控制的可滑动可固定的空心圆柱；再用长塑料条一端从四周固定好带有线圈的各层圆环，由内层到外层固定，另一端固定在塑胶圆柱尾端。其实，塑胶圆柱和空心圆柱是实现滑杆与滑套的配合。
最后，通过电流传感器安装在发射电路中，电流传感器实时智能检测发射电路中的电流，如果由于各种原因影响线圈电感偏离了系统需要达到谐振的正常值范围，则电流传感器与电压传感器通过无线通信模块把反馈信号传递给控制器，空心圆柱以及距离传感器均受控制器连接。控制器通过智能计算，根据需求，将空心圆柱向尾端自适应定量移动，使得长塑料条被撑开，此时受长塑料条粘连的塑料圆环会往外打开，使得线圈的间隙增大，线圈的电感减小；反之如果空心圆柱会向头端适当移动，最终会使得线圈间隙减小，线圈增大。最终实现一个发射线圈间隙变化的电感调节自适应智能系统，从而使得由于各种原因偏离了系统需要达到谐振正常值范围的线圈电感参数能通过自适应系统调回正常范围的电感值。

Claims (6)

1.发射线圈间隙变化的电感调节自适应智能系统，其特征在于：发射线圈固定在塑料圆环上，根据电压传感器和电流传感器对发射线圈参数的检测，把反馈信号传递给控制器，进而通过控制塑料圆环的伸缩来调节线圈间隙，实现自适应智能调节，使得线圈电感稳定在达到谐振所需要的电感正常值范围内。
2.根据权利要求1所述的发射线圈间隙变化的电感调节自适应智能系统，其特征在于：发射线圈和塑料圆环粘结强度高、两者不可移动，适用于粘接改性丙烯酸酯胶黏剂进行发射线圈和塑料圆环的固定。
3.根据权利要求1所述的发射线圈间隙变化的电感调节自适应智能系统，其特征在于：发射线圈和塑料圆环粘结时水平放置。
4.根据权利要求1所述的发射线圈间隙变化的电感调节自适应智能系统，其特征在于：与塑料圆环的长塑料条接触的空心圆柱两个角光滑。
5.根据权利要求4所述的发射线圈间隙变化的电感调节自适应智能系统，其特征在于：把空心圆柱在塑料圆环中移动定为三个档位，即长塑料条可变形范围内在塑料圆柱上标记三个位置；根据空心圆柱中的距离传感器和测距挡板来定位三个位置，并把数据记录在控制器中，通过控制器来调节空心圆柱的移动位置。
6.根据权利要求1所述的发射线圈间隙变化的电感调节自适应智能系统，其特征在于：智能反馈系统应用传感器对线圈的电流和电压的检测、斯坦伯格博弈均衡SE和纳什均衡NE最优功率算法计算出检测值和实际正常值的偏移程度，以及获得最优功率控制方案，最终通过控制器控制空心圆柱的移动。
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