[发明专利]一种使用超声波传递能量和数据的传输方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及超声波通信技术领域，特别是指一种使用超声波传递能量和数据的传输方法及系统。

背景技术

第一篇发表的有关无线穿钢的传输系统是1990年6月由法国石油研究所发明的专利，该系统使用电感耦合的方法进行信号传输。在船壁导电表面的两点之间放置一个可以注入电流和调制传感器数据的仪器。这个电流产生一个小的磁场可以被外壁内部的一个独立的仪器检测到。这篇专利没有提供这个系统的传输效率或能力。当使用趋肤深度很小的厚金属壁时这种电感耦合方式传输信号的方式是很低效的，导致这种技术在大多数能量传输应用中是不切实际的。

2000年9月，一个海洋研究机构发表了一篇声频调制解调系统的论文，用声音穿过船壁来传递数据。具体来说，这个技术最初是用来观察世界气象和海洋数据。两个声频调制解调单元固定在船壁的两侧从而形成一个压电换能器。使用移频键控来调制原载波上的数字数据，该调制载波穿过压电换能器即在声频调制解调器之间传输，这个系统没有使用能量传输，而是用电池来为每个声频调制解调单元供电，且由于船壁中强烈的声反射，这个系统只能达到20个符号每秒的波特率，传输效率低。

2009年纽卡斯尔大学的一个研究小组发表了两篇基于电磁声换能器的文章。为了达到1Mbps的数据传输速率使用QPSK调制和反馈均衡器来补偿符号间干扰。电感耦合技术和压电超声波技术都可以用于电信号无损穿过固体金属屏障。然而由于密闭金属容器的法拉利电磁屏蔽效应，使得电感耦合技术的传输效率很低，并且需要在较低频率处工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用超声波传递能量和数据的传输方法及系统，以解决现有技术所存在的金属信道中信号传输效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种使用超声波传递能量和数据的传输方法，包括：

获取能量信号，并将获取的所述能量信号接入第一匹配网络进行共轭阻抗匹配；

将匹配后的所述能量信号通过金属信道接入第二匹配网络进行共轭阻抗匹配；

获取数据信号，并将获取的所述数据信号接入第三匹配网络进行共轭阻抗匹配；

将匹配后的所述数据信号通过所述金属信道接入第四匹配网络进行共轭阻抗匹配。

可选地，所述金属信道包括：发射端换能器、金属板和接收端换能器，所述将匹配后的所述能量信号通过金属信道接入第二匹配网络进行共轭阻抗匹配包括：

通过所述发射端换能器将匹配后的所述能量信号由电能转化为超声波；

将转化为超声波的所述能量信号穿过所述金属板传输至所述接收端换能器；

通过所述接收端换能器将所述能量信号由超声波转化为电能后接入第二匹配网络进行共轭阻抗匹配；

所述将匹配后的所述数据信号通过所述金属信道接入第四匹配网络进行共轭阻抗匹配包括：

通过所述发射端换能器将匹配后的所述数据信号由电能转化为超声波；

将转化为超声波的所述数据信号穿过所述金属板传输至所述接收端换能器；

通过所述接收端换能器将所述数据信号由超声波转化为电能后接入第四匹配网络进行共轭阻抗匹配。

可选地，所述方法还包括：

利用集成电路通用模拟程序建立金属信道模型在仿真环境下确定所述数据信号和所述能量信号的传输的性能。

可选地，所述获取数据信号，并将获取的所述数据信号接入第三匹配网络进行共轭阻抗匹配包括：

获取数据信号；

通过发射端信号处理器对获取的所述数据信号进行OFDM调制；

将调制后的所述数据信号转化为模拟信号并接入第三匹配网络进行共轭阻抗匹配。

可选地，所述将匹配后的所述数据信号通过所述金属信道接入第四匹配网络进行共轭阻抗匹配之后包括：

将从第四匹配网络进行共轭阻抗匹配后输出的所述数据信号接入低噪放大器；

通过模数转换器将放大后的所述数据信号转化为数字信号；

通过接收端信号处理器对所述数字信号进行OFDM解调。

另一方面，本发明实施例还提供一种使用超声波传递能量和数据的传输系统，包括：

第一匹配单元：用于获取能量信号，并将获取的所述能量信号接入第一匹配网络进行共轭阻抗匹配；

第二匹配单元：用于将匹配后的所述能量信号通过金属信道接入第二匹配网络进行共轭阻抗匹配；

第三匹配单元：用于获取数据信号，并将获取的所述数据信号接入第三匹配网络进行共轭阻抗匹配；