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Artículo
Un método de diseño óptimo para mejorar la eficiencia de
Transmisión de energía inalámbrica ultrasónica durante la comunicación
Yu Li, Juan Cui, Gang Li, Lu Liu, Yongqiu Zheng, Junbin Zang y Chenyang Xue *
Laboratorio Clave de Ciencia de Instrumentación y Medición Dinámica Ministerio de Educación, Universidad del Norte
de China, Taiyuan 030051, China; liyu950921@163.com (Y.L.); cuijuan@nuc.edu.cn (J.C.); lg965050@163.com (G.L.);
liulu2235909526@163.com (LL); zhengyongqiu@nuc.edu.cn (Y.Z.); zangjunbin@163.com (J.Z.)
Correspondencia: xuechenyang@nuc.edu.cn; Teléfono: +86-13934168600
Resumen: Debido a la excelente directividad, la fuerte penetrabilidad y la ausencia de efecto de protección electromagnética,
Las ondas ultrasónicas tienen un buen potencial para la transmisión inalámbrica de energía y la transferencia de
información dentro y fuera de dispositivos metálicos sellados. Sin embargo, los métodos tradicionales de transmisión
de energía basados en ultrasonidos generalmente dan como resultado un consumo de energía considerable debido
al desajuste de impedancia durante la modulación de impedancia de la comunicación. Este artículo presenta un
método de diseño óptimo para la transferencia eficiente de energía durante la comunicación ultrasónica. El modelo de
circuito equivalente de canal se establece utilizando únicamente los parámetros de dispersión del canal acústico-
eléctrico. Según el modelo de circuito equivalente, durante la comunicación se realizan coincidencias de impedancia
de canal con un estado de discrepancia débil. De esta forma se asegura el efecto de modulación de impedancia con
una menor disminución de la eficiencia de transmisión de energía. Finalmente, la transmisión simultánea de energía
y modulación de impedancia se realiza a través de la placa de acero inoxidable 304 de 11 mm de espesor. La
potencia de transmisión es de 37,86 W con una eficiencia de transmisión del 45,75% y la velocidad de modulación es de
10 Kbps. En comparación con los métodos tradicionales, nuestra eficiencia de transmisión de energía propuesta es
aumentó un 17,62%. Los resultados verifican la efectividad del método propuesto y la alta precisión de
el modelo. El método propuesto tiene grandes aplicaciones de ingeniería y amplias perspectivas en condiciones.
Monitoreo de ambientes metálicos.
Palabras clave: transmisión de energía inalámbrica ultrasónica; comunicación ultrasónica; modulación de impedancia;
monitoreo de condición
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actualizaciones
Cita: Li, Y.; Cui, J.; Li, G.; Liu, L.; Zheng,
Y.; Zang, J.; Xue, C. Un método
de diseño óptimo para
mejorar la eficiencia de la
transmisión de energía inalámbrica
ultrasónica durante la comunicación.
Sensores 2022, 22, 727. https://
doi.org/10.3390/s22030727
Recibido: 13 de diciembre de 2021
Aceptado: 14 de enero de 2022
Publicado: 18 de enero de 2022
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Sensores 2022, 22, 727. https://doi.org/10.3390/s22030727
1. Introducción
Equipos modernos, como motores, contenedores de material nuclear, misiles, submarinos,
estaciones espaciales [1-4], están protegidas por estructuras metálicas selladas para adaptarse a entornos únicos.
mentos, como alta temperatura y alta presión o requisitos de uso especiales. En algunos
En estos casos, el equipo necesita penetrar la carcasa metálica sellada para transmitir los datos necesarios.
y energía durante el funcionamiento a largo plazo, por ejemplo, el control del estado de los motores de los aviones
y la transmisión inalámbrica de energía y datos entre algunos compartimentos sellados de sub-
infantes de marina [5-8]. Sin embargo, la estructura metálica sellada obstaculiza seriamente el desarrollo.
de la tecnología mencionada anteriormente, que se expresa principalmente en el suministro de energía de
el sistema de seguimiento interno y la devolución fiable de los datos de seguimiento. Convencional
La tecnología utiliza perforación para el suministro de energía y la transmisión de datos. Esto planteará un
mayor desafío para el diseño de resistencia y sellado de la estructura. Por el contrario, la ecografía
Tiene las características de alta densidad de energía, buena direccionalidad y sin electromagnética.
efecto de blindaje. Además, la cerámica piezoeléctrica utilizada para generar ondas ultrasónicas.
tienen una impedancia acústica similar a la del metal [9,10]. Por lo tanto, el ultrasonido para la transmisión de energía
La comunicación y la comunicación tienen amplias perspectivas de aplicación en el control interno del estado de
Equipos metálicos sellados. Connor [11] propuso por primera vez la idea de utilizar ondas ultrasónicas.
para penetrar paredes metálicas para la transmisión inalámbrica de energía y de datos simultáneamente.
misión. La idea utiliza la modulación 2ASK basada en la técnica de modulación de impedancia para
https://www.mdpi.com/journal/sensors
