Un método de diseño óptimo para mejorar la eficiencia de Transmisión de energía inalámbrica ultrasónica durante la comunicación

 

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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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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