水下单线电能传输机理分析及实验研究
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TM72 TH766

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国 家 自 然 科 学 基 金 ( 62203324 )、 中 国 博 士 后 科 学 基 金 ( 2023M732611 )、 天 津 大 学 科 技 创 新 领 军 人 才 培 养 “ 启 明 计 划”(2023XQM0018)、精密测试技术及仪器全国重点实验室基金(Pilq2305)、山东省自然科学基金(ZR2022MF336)项目资助


Analysis and experimental study on the mechanism of underwater single wire power transfer
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    摘要:

    为了实现缆系水下感知平台挂载传感器的低成本、非接触全天候供电,提出了一种以系泊缆和开放海水构成电能传输 链路的水下单线电能传输系统。 首先从电磁波在系泊缆和海水中的传播机理进行了分析,建立了麦克斯韦方程组并通过分析 得到了电磁波束缚在系泊缆表面传播的结论;然后使用 Ansys/ HFSS 软件建立了系泊缆在海水中的模型,仿真得到了电磁场分 布情况以及坡印廷矢量分布情况,验证了理论分析的正确性;最后搭建了 50 m 单线电能传输实验样机,在海水中进行了电能传 输实验。 实验结果表明,提出的水下单线电能传输系统最高可以实现 187 W 的电能传输,系统最大效率可达 49. 2% ,证明水下 单线电能传输系统具有为缆系水下感知平台挂载传感器非接触供电的可行性。

    Abstract:

    In order to achieve low-cost, non-contact, and all-weather power supply for sensors on cable based underwater sensing platforms, this paper proposes an underwater single wire power transfer system that utilizing mooring cable and open seawater as the power transmission link. Firstly, the propagation mechanism of electromagnetic waves in the mooring cable and seawater is analyzed, and the Maxwell equations of system are established. It’ s found that electromagnetic beams propagate on the surface of the single wire according to analysis. Then, a model of the mooring cable in seawater is established using Ansys/ HFSS software and the electromagnetic field distribution as well as Poynting vector distribution are simulated, which verifies the correctness of theoretical analysis. Finally, a 50 meter single wire power transfer experimental prototype is built and corresponding experiment is conducted in seawater. The experimental results show that the proposed underwater single wire power transfer system can transfer 187 W to the load, and the maximum efficiency of system can reach 49. 2% . The feasible of single wire power transfer system for non-contact power supply of sensors on cable based underwater sensing platforms is verified.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

庞 水,徐佳毅,李洪宇,李醒飞,李荣飞.水下单线电能传输机理分析及实验研究[J].仪器仪表学报,2023,44(12):134-140

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  • 在线发布日期: 2024-02-27
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