海水中感应耦合与超声无线能量传输效率对比研究

本文主要探讨了海水中两种无线电能传输技术——感应耦合无线能量传输（Inductive Coupling Wireless Power Transfer, ICWPT）和超声耦合无线能量传输（Ultrasonic Coupling Wireless Power Transfer, UCWPT）的对比研究。这两种技术在为海洋环境中的电子设备提供电力供应方面具有重要意义。 首先，文章构建了海水中ICWPT系统的电路模型，着重考虑了海水对电磁场的影响，即涡流效应，这在实际传输过程中会降低效率。作者通过理论分析，推导出了在匹配条件下的传输效率表达式，旨在优化系统性能并减少能量损失。这个过程涉及电磁学的基本原理，包括磁场感应定律和电阻率对电磁波传播的影响。 相比之下，针对UCWPT系统，作者构建了一个基于单个超声换能器的电路模型，并扩展到了包含两个换能器的系统。超声波的能量转换机制在水中有所不同，利用压电复合材料进行电声和声电的双向转换。作者分析了在这种条件下，UCWPT的匹配条件下的传输效率，并设计了相应的实验平台，用于在模拟的海水槽环境中测试。 通过实验证明，ICWPT的传输效率与工作频率的关系呈现出更平坦的趋势，这意味着在一定范围内，频率变化对效率的影响较小。然而，在远距离传输时，UCWPT表现出更高的传输效率，可能是因为超声波能够穿透海水并保持相对稳定的能量传输。 本文的研究结果对于评估和优化两种无线能量传输技术在特定海洋应用中的可行性具有重要价值，例如深海探测设备、水下通信系统或海洋能源设施。同时，这项研究也提醒工程师们在选择技术时需权衡频率稳定性与传输距离的需求，以便在实际应用中找到最有效的解决方案。