技术特征：
1.一种水下阵列式大功率超声波无线传能系统，其特征在于：由输入高频电源(1-1)、发射换能器阵列(1-2)、液体传输介质(1-3)、接收换能器(1-4)和接收负载(1-5)构成；其中发射换能器阵列(1-2)与输入高频电源(1-1)连接，为多振元形式，由多只换能器彼此相差γ夹角够成，每只换能器安装在固定半径的支杆上，改变支杆与xy平面的夹角θ调整相应的聚焦距离；接收换能器(1-4)设置在发射换能器阵列(1-2)的焦点上，接收换能器(1-4)和接收负载(1-5)连接，发射换能器阵列(1-2)和接收换能器(1-4)位于液体传输介质(1-3)中。2.根据权利要求1所述的一种水下阵列式大功率超声波无线传能系统，其特征在于：接通电源后，输入高频电源(1-1)通过逆变器输出与换能器谐振频率相同的交流电驱动发射换能器阵列(1-2)，发射换能器阵列(1-2)中的换能器利用压电陶瓷(2-5)的逆压电效应将电能转换为相同频率的超声波辐射到液体传输介质(1-3)中；单个换能器发射的声波在液体传输介质(1-3)中任一点r(x,y,z)产生的声压幅值为其中，p
i
为任一点声压幅值，ω为声波角频率，ρ0为液体传输介质的密度，u
a
为质点振速，a为换能器半径，j1(kasinα)为一阶贝塞尔函数，k为波数，α为任一点与换能器中心连线与换能器轴线形成的夹角，d为任一点到换能器中心的距离；换能器轴线上声压幅值为其中，c0为声波在液体传输介质中的声速，r为焦点到换能器中心的距离；最后，空间任一点的总声压为各换能器在该点产生声压的总和3.根据权利要求1所述的一种水下阵列式大功率超声波无线传能系统，其特征在于，发射换能器阵列(1-2)中每个换能器由石英玻璃(2-1)、铜片(2-3)、压电陶瓷(2-5)和换能器外壳(2-6)构成；其中，将铜片(2-3)用导电胶(2-4)粘贴在压电陶瓷(2-5)的一个端面作为一个电极端子，使用环氧树脂黏合剂(2-2)将石英玻璃(2-1)粘贴在铜片(2-3)的前端作为换能器的匹配层，最后将以上部分封装在换能器外壳(2-6)中，所形成的特定结构具有较高的声波透射率，提升了各振元换能器向液体传输介质(1-3)辐射声波的效率；所述接收换能器(1-4)的结构与发射换能器阵列(1-2)中每个换能器的结构相同。4.根据权利要求1所述的一种水下阵列式大功率超声波无线传能系统，其特征在于，采用六振元阵列形式，分散了单个换能器发射的能量密度，使发射的声功率只集中在焦点位置，减小了液体空化效应造成的声波衰减，有效提高了水下超声波无线传能系统的传输功率。5.根据权利要求1所述的一种水下阵列式大功率超声波无线传能系统，其特征在于，通过调节换能器阵列中各振元与xy平面的夹角θ改变聚焦距离，将接收换能器放置在设定焦点处，有效提高了水下超声波无线传能系统的传输距离和能量利用率。
技术总结
本发明公开了一种水下阵列式大功率超声波无线传能系统，该系统包括高频输入电源、发射换能器阵列及接收换能器，发射换能器阵列由多个互成θ夹角的换能器组成，发射端与接收端的每个换能器均由压电陶瓷、匹配层、背衬及外壳组成。本发明的核心在于通过发射换能器阵列结构，分散发射端的能量密度，减小由于空化效应造成的声波衰减，同时使接收换能器位于能量焦点处，增大水下超声波无线传能系统的传输功率。电源接通后，逆变器输出频率与换能器谐振频率相同的高频交流电，通过谐振补偿电路同时驱动发射端的每一个换能器，换能器发出的超声波经过汇聚在焦点处被接收换能器接收，输出电能，可提高水下超声波无线传能的传输功率，达到百瓦级能量传输。到百瓦级能量传输。到百瓦级能量传输。
技术研发人员：王振兴 赵宇霏 杜宇维 孙丽琼 耿英三 王建华
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/11