[发明专利]一种基于天线特性参数监测的异物检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及异物检测技术及天线技术领域，特别涉及一种在高功率无线电能传输等小范围开放空间应用环境内，利用天线特性参数变化来判断金属或小动物等异物是否存在的异物监测系统。 

背景技术

无线电能传输技术即用电设备只需通过电磁能量耦合，不需要连接电源线就可以传输电能的技术。近年来磁共振无线充电技术逐渐在高功率用电设备中得到运用，如电动汽车无线充电等，而随着供电线圈与受电线圈之间距离的增加，导致外来异物闯入无线电能传输系统的可能性增大，强烈变化的磁场会使其中的金属导体感应出涡流产生热量，严重时会损害系统设备，还会使闯入其中的小动物等的神经系统受到损伤。因此，对于诸如高功率应用环境下的无线电能传输系统，其异物检测以及以异物检测为核心的安全防护技术是无线电能传输技术应用的前提和保障。 

传统的异物检测方法，包括适用于食品安全、公共场所安全检查等领域的X射线异物检测方法，适用于机场跑道异物物检测的雷达图像检测方法，以及最早应用于军用设备的金属探测方法。前面两种方法由于系统结构复杂，价格昂贵，用于无线电能传输系统中不仅会增加过多的辅助设备、提高应用成本，还会造成较大的资源浪费。工作中的天线周围同时存在着磁场与电场分布，其工作状态不仅会受到自然界中磁性介质的影响还会受到电性介质（如肌肉组织等）的影响。 因此利用天线作为感知异物的器件设计一套异物检测系统将会使系统得到较大的简化，并且缩小系统体积及节约成本。 

发明内容

为克服现有技术中存在的缺陷与不足，本发明提出一种基于天线特性参数监测的异物检测系统，该系统可工作于小范围开放空间范围内，如高功率磁共振无线电能传输环境等，利用天线在正常工作时的特性参数易受异物影响的特性，实现对突然闯入的金属导体异物及小动物等有生命物体的检测，该异物检测系统组成结构简单，体积较小易于集成在应用环境中，价格成本相对低廉。 

本发明所采用技术方案是：一种基于天线特性参数监测的异物检测系统，包括用于感知异物信号的控制链路天线和对异物信号进行分析处理的信号处理模块；以及，射频信号发生器，其通过下述天线状态监测模块连接控制链路天线，向控制链路天线输入正常工作状态所需信号；天线状态监测模块，包括与射频信号发生器连接的信号放大器，与信号放大器连接信号分离器，与信号分离器连接的交直流转换电路，所述交直流转换电路输出端连接信号处理模块；所述信号分离器另一端口连接控制链路天线。 

优选的，所述控制链路天线可以是全向天线或全向天线阵。 

优选的，所述信号处理模块包括信号比较电路，及与信号比较电路输出端连接的报警提示电路或电源保护开关。 

优选的，所述信号处理模块包括智能控制芯片及受其控制的报警提示电路或电源保护开关 。 

优选的，所述信号分离器采用环形器。 

优选的，所述信号比较电路一输入端接入基准电压信号，另一输入端接入经处理后的天线反馈信号，输出端连接智能控制芯片或报警提示电路或电源保护开关。 

优选的，所述信号放大器包括依次连接的输入级放大电路、驱动级放大电路、末级放大电路，所述输入级放大电路、驱动级放大电路、末级放大电路均采用一功放芯片，并为功放芯片设置偏置电路及在功放芯片之间设置级间匹配电路。 

优选的，所述交直流转换电路采用二极管检波电路；所述二极管检波电路包括用于给检波二极管加入正向直流偏置电压使检波二极管处于微导通状态的直流电阻；信号分离器分离出来的反射信号作为检波电路的输入信号，经过检波二极管后转换成脉动直流，再通过与检波二极管串联的滤波电容、从检波二极管负极连接到地的滤波电容，滤除脉动直流中的谐波成分，最后通过输出电阻两端输出直流电压。 

本发明基于电磁理论原理提出了一种基于天线特性参数监测的异物检测系统，该系统可工作于小范围开放空间范围内，如高功率磁共振无线电能传输环境，利用天线工作时的特性参数易受异物影响的特性，实现对突然闯入的金属导体异物进行检测，同时还能够对具有肌肉组织的小动物等有生命物体进行检测，保护生命，可避免诸如高功率无线电能传输环境下的安全隐患问题。 

本发明所述异物检测系统组成结构简单，体积较小易于集成在应用环境中，价格成本相对低廉；且各个模块实现电路相对简洁、稳定，检测效果好，维修维护方便。 

附图说明

图1是本发明基于天线特性参数监测的异物检测系统整体框架图； 

 图2是本发明状态监测模块中的功率放大器系统框图；