CN207587242U - 电磁场能量传输特性物理实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及物理实验装置，尤其是一种电磁场能量传输物理实验装置。本实用新型中的一种电磁场能量传输特性物理实验装置，包括计算机、双踪示波器、轨道、整流驱动模块、钳形电流表和负载，轨道上从左到右依次设有第一谐频线圈、介质和第二低谐频线圈，第一低谐频线圈和第二低谐频线圈可滑动的安装在导轨上，计算机通过PASCO 850接口分别与双踪示波器、第一低谐频线圈相连。第一低谐频线圈为能量发射体，第二低谐频线圈为能量接收体，方便得出不同工况下的电磁场能量传输效率，结构简单，使用方便。

Description

电磁场能量传输特性物理实验装置

技术领域

本实用新型涉及物理实验装置，尤其是一种电磁场能量传输物理实验装置。

背景技术

2007年麻省理工学院（MIT）研究者提出了磁耦合谐振式无线电能传输理论，成功点亮了间隔2m远的灯泡，磁耦合谐振式无线电能传输成为了无线电能传输中的研究热点。目前，主要的研究热点集中于研究线圈谐振频率、线圈形状及线圈个数对无线电能传输效率的影响，忽略了对线圈之间电磁场能量传输特性的研究以及在线圈之间加入一些介质对电磁场能量传输特性影响的研究；另一方面，目前磁耦合谐振式无线电能传输的主流谐振频率为MHz级别，且磁场驱动源为信号发生器与稳压电源通过功放电路组合而成，因此对信号发生器及示波器的性能要求较高，且同时操控信号发生器与稳压电源在一定程度上造成实验的操作繁琐。在各种因素的制约下，与之相关的研究内容难以融入到高校普通大学物理实验中。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种方便研究各种介质影响、方便操作的电磁场能量传输特性物理实验装置。

本实用新型中的一种电磁场能量传输特性物理实验装置，包括计算机、双踪示波器、轨道、整流驱动模块、钳形电流表和负载，轨道上从左到右依次设有第一低谐频线圈、介质和第二低谐频线圈，第一低谐频线圈和第二低谐频线圈可滑动的安装在导轨上，计算机通过PASCO 850接口分别与双踪示波器、第一低谐频线圈相连，第二低谐频线圈与整流驱动模块相连，整流驱动模块与负载、双踪示波器相连，双踪示波器用于测量第一低谐频线圈和第二低谐频线圈的电压，钳形电流表用于测量第一低谐频线圈和第二低谐频线圈的电流。第一低谐频线圈为能量发射体，第二低谐频线圈为能量接收体，通过计算机输入设定电压和频率，通过PASCO 850接口设定第一低谐频线圈的电压和频率，第二低谐频线圈接收到电磁场能量，通过滑动第一低谐频线圈和第二低谐频线圈，调节低谐频线圈和第二低谐频线圈间距、更换介质中的材料，方便得出不同工况下的电磁场能量传输效率，结构简单，使用方便。

作为优选，第一低谐频线圈输出电压为0~15V，输出频率为0.01Hz~100kHz。适应范围广，使用方便。

作为优选，介质为 电磁场能量传输增强介质或抑制介质。电磁场能量传输增强介质为有机玻璃、自制异向介质，所述电磁场能量传输抑制介质为铁片、覆铜膜PCB板、金属网格、去离子水、不同盐度海水。所述有机玻璃、自制异向介质、铁片、覆铜膜PCB板、金属网格形状为正方形，尺寸为5*5cm2~30*30cm2可选，厚度为1mm~5mm可选；所述海水盐度为0~90‰适应性强，使用方便。

作为优选，所述负载为风扇电机、LED灯、电阻或手机。成本低，使用方便。

本实用新型的有益效果：第一低谐频线圈为能量发射体，第二低谐频线圈为能量接收体，通过计算机输入设定电压和频率，通过PASCO 850接口设定第一低谐频线圈的电压和频率，第二低谐频线圈接收到电磁场能量，通过滑动第一低谐频线圈和第二低谐频线圈，调节低谐频线圈和第二低谐频线圈间距、更换介质中的材料，方便得出不同工况下的电磁场能量传输效率，结构简单，使用方便。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型自制异向介质正方面结构图。

图3是本实用新型金属网格结构图。

图4是本实用新型实施例1在空气介质中不同距离下，驱动频率与传输效率的分析图。

图5是本实用新型实施例2在不同介质中，驱动频率与传输效率的分析图。

图6是本实用新型实施例3在不同盐度的海水介质中，驱动频率与传输效率的分析图。

图中标记：1、计算机，2、双踪示波器，3、PASCO 850接口，4、轨道，5、第一低谐频线圈，6、介质，7、整流驱动模块，8、负载，9、第二低谐频线圈。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明，但不应将此理解为本实用新型的上述主题的范围仅限于上述实施例。

如图1所示，一种电磁场能量传输特性物理实验装置，包括计算机1、双踪示波器2、轨道4、整流驱动模块7、钳形电流表和负载8，轨道4上从左到右依次设有第一低谐频线圈5、介质6和第二低谐频线圈9，第一低谐频线圈5和第二低谐频线圈9可滑动的安装在导轨4上，计算机1通过PASCO 850接口分别与双踪示波器2、第一低谐频线圈5相连，第二低谐频线圈9与整流驱动模块7相连，整流驱动模块7与负载8、双踪示波器2相连，双踪示波器用于测量第一低谐频线圈5和第二低谐频线圈9的电压，钳形电流表用于测量第一低谐频线圈5和第二低谐频线圈9的电流。通过计算机1输入设定电压和频率，通过PASCO 850接口3设定第一低谐频线圈5的电压和频率，第二低谐频线圈9接收到电磁场能量，通过滑动第一低谐频线圈5和第二低谐频线圈9，调节低谐频线圈5和第二低谐频线圈9间距、更换介质6中的材料，方便得出不同工况下的电磁场能量传输效率，结构简单，使用方便。

实施例1

根据图1所示的示意图，搭建好实物器件，两线圈的谐振频率为92.2kHz，负载选择3Ω电阻，介质为空气。在轨道上滑动其中一个线圈，使得两线圈的间距为10cm，通过PASCO850使输入电压固定为4V，驱动频率由72kHz增加至100kHz，间隔为4kHz，并分别用示波器读取输入输出电压的峰峰值，用钳型电流表测出输入输出电流值，通过输入输出功率计算出传输效率，求得驱动频率与传输效率的变化关系。利用相同的步骤，分别求得两线圈间距为15cm和20cm时，驱动频率与传输效率的变化关系，如图4所示，可以看出驱动频率为88kHz时，传输效率最大。

实施例2

根据图1所示的示意图，搭建好实物器件，两线圈的谐振频率为92.2kHz，负载选择3Ω电阻。在轨道上滑动其中一个线圈，使得两线圈的间距为10cm，通过PASCO 85使输入电压固定为4V，依次放入有机玻璃、自制异向介质、金属网格、铁片、覆铜膜PCB板介质，将驱动频率由72kHz增加至100kHz，间隔为4kHz，并分别用示波器读取输入输出电压的峰峰值，用钳型电流表测出输入输出电流值，通过输入输出功率计算出传输效率，求得驱动频率与传输效率的变化关系，如图5所示，可以看出有机玻璃、自制异向介质较空气介质，在88kHz时的电磁场能量传输效率有所增强，金属网格、铁片、覆铜膜PCB板介质较空气介质，在88kHz时的电磁场能量传输效率有所减弱。

实施例3

根据图1所示的示意图，搭建好实物器件，两线圈的谐振频率为92.2kHz，负载选择3Ω电阻。在轨道上滑动其中一个线圈，使得两线圈的间距为10cm，通过PASCO 850使输入电压固定为4V。依次放入不同盐度的海水介质，通过软件将驱动频率设定为88kHz，并分别用示波器读取输入输出电压的峰峰值，用钳型电流表测出输入输出电流值，通过输入输出功率计算出传输效率，求得盐度与传输效率的变化关系，如图6所示。

Claims (7)

1.一种电磁场能量传输特性物理实验装置，包括计算机、双踪示波器、轨道、整流驱动模块、钳形电流表和负载，其特征在于，轨道上从左到右依次设有第一低谐频线圈、介质和第二低谐频线圈，第一低谐频线圈和第二低谐频线圈可滑动的安装在导轨上，计算机通过PASCO 850接口分别与双踪示波器、第一低谐频线圈相连，第二低谐频线圈与整流驱动模块相连，整流驱动模块与负载、双踪示波器相连，双踪示波器用于测量第一低谐频线圈和第二低谐频线圈的电压，钳形电流表用于测量第一低谐频线圈和第二低谐频线圈的电流。

2.根据权利要求1所述的一种电磁场能量传输特性物理实验装置，其特征在于，第一低谐频线圈输出电压为0~15V，输出频率为0.01Hz~100kHz。

3.根据权利要求1所述的一种电磁场能量传输特性物理实验装置，其特征在于，介质为电磁场能量传输增强介质或抑制介质。

4.根据权利要求3所述的一种电磁场能量传输特性物理实验装置，其特征在于，电磁场能量传输[D1] 为有机玻璃。

5.根据权利要求3所述的一种电磁场能量传输特性物理实验装置，其特征在于，电磁场能量传输抑制介质为铁片、覆铜膜PCB板、金属网格、去离子水、不同盐度海水。

6.根据权利要求5所述的一种电磁场能量传输特性物理实验装置，其特征在于，介质为正方形，尺寸为5*5cm^2~30*30cm^2，厚度为1mm~5mm。

7.根据权利要求1所述的一种电磁场能量传输特性物理实验装置，其特征在于，所述负载为风扇电机、LED灯、电阻或手机。