一種激光傳能系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光傳能系統(tǒng)。使用本發(fā)明能夠提高發(fā)射端與接收端之間的瞄準(zhǔn)精度，提高光束接收端光強(qiáng)分布的均勻度，提高光電池光電轉(zhuǎn)換效率，從而有效提高傳能效率。本發(fā)明對能量接收端光電池進(jìn)行設(shè)計，使得光電池組1能夠與光斑實(shí)時對準(zhǔn)，保持較高的轉(zhuǎn)換效率，光電池組2與光電池組1經(jīng)最佳功率跟蹤恒壓輸出單元后并聯(lián)輸出，減少了光斑邊緣光斑能量的損失，保證了最大轉(zhuǎn)換效率；并且通過相位控制陣列調(diào)整光束相位獲得均勻的光斑，通過光束控制器件控制光束指向，確保較高的光束瞄準(zhǔn)精度，有效提供激光傳能系統(tǒng)的傳能效率。
【專利說明】一種激光傳能系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能量無線傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種激光傳能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]分離模塊航天器的能量模塊航天器與任務(wù)模塊航天器、發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害氣象災(zāi)害時的搶險救災(zāi)設(shè)備、執(zhí)行火山勘探任務(wù)的機(jī)器人、遠(yuǎn)離基地不具備降落條件下的電力飛行器等，其工作運(yùn)行環(huán)境不具備架設(shè)電纜供電的條件。激光無線能量傳輸以激光作為媒介，不用能源輸送線給特定環(huán)境下工作的目標(biāo)機(jī)器提供能源支持，使其能夠順利完成被指定的任務(wù)，是為上述設(shè)備供能的關(guān)鍵手段，而激光傳能技術(shù)的核心指標(biāo)是電到電的轉(zhuǎn)化效率。目前的激光傳能是直接用激光器發(fā)射到光電池上，然而激光光束為高斯光束，即中間能量高四周能量低，受光電池表面光束空間分布、光斑與光電池的瞄準(zhǔn)精度、光電池光電轉(zhuǎn)換效率等影響，現(xiàn)有激光傳能的轉(zhuǎn)化效率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種激光傳能系統(tǒng)，能夠提高發(fā)射端與接收端之間的瞄準(zhǔn)精度，提高光束接收端光強(qiáng)分布的均勻度，提高光電池光電轉(zhuǎn)換效率，從而有效提高傳能效率。
[0004]本發(fā)明的激光傳能系統(tǒng)，包括能量發(fā)射機(jī)和能量接收機(jī)，其中，能量發(fā)射機(jī)包括能量激光器、準(zhǔn)直鏡、發(fā)射端轉(zhuǎn)臺、發(fā)射端轉(zhuǎn)臺伺服單元、發(fā)射端主控計算機(jī)和發(fā)射端數(shù)據(jù)中繼單元；所述能量接收機(jī)包括光電轉(zhuǎn)換模塊、接收端轉(zhuǎn)臺、接收端轉(zhuǎn)臺伺服單元、蓄能電池模塊、接收端主控計算機(jī)和接收端數(shù)據(jù)中繼單元；
[0005]其中，準(zhǔn)直鏡安裝在發(fā)射端轉(zhuǎn)臺上，發(fā)射端轉(zhuǎn)臺與發(fā)射端轉(zhuǎn)臺伺服單元相連，發(fā)射端數(shù)據(jù)中繼單元分別與發(fā)射端轉(zhuǎn)臺伺服單元和發(fā)射端主控計算機(jī)相連，能量激光器分別與發(fā)射端主控計算機(jī)和準(zhǔn)直鏡相連；光電轉(zhuǎn)換模塊安裝在接收端轉(zhuǎn)臺上，接收端轉(zhuǎn)臺與接收端轉(zhuǎn)臺伺服單元相連，蓄能電池模塊分別與光電轉(zhuǎn)換模塊和接收端主控計算機(jī)相連，接收端數(shù)據(jù)中繼單元分別與接收端主控計算機(jī)、接收端轉(zhuǎn)臺伺服單元和光電轉(zhuǎn)換模塊相連；能量發(fā)射機(jī)與能量接收機(jī)之間通過各自的數(shù)據(jù)中繼單元中的無線收發(fā)模塊進(jìn)行無線通信；
[0006]其中，所述光電轉(zhuǎn)換模塊包括光電池，所述光電池由光電池組I和光電池組2組成，光電池組I由多個扇形和環(huán)扇形光電池串聯(lián)而成，布置在以光斑重疊區(qū)域中心為圓心的多個同心圓環(huán)上，其中，扇形光電池處于最里環(huán)，環(huán)扇形光電池放置在扇形光電池外圍，光電池組I剛好覆蓋光斑重疊區(qū)域；光電池組2由多個環(huán)扇形光電池并聯(lián)而成,布置在光電池組I外圍與光電池組I同心的圓環(huán)上,光電池組I和光電池組2覆蓋整個光斑；
[0007]所述蓄能電池模塊包括電源管理模塊和蓄能電池，其中，電源管理模塊包括兩個最佳功率跟蹤恒壓輸出單元和2個二極管，其中，2個最佳功率跟蹤恒壓輸出單元的輸入端一對一分別連接光電池組I和光電池組2，兩個最佳功率跟蹤恒壓輸出單元輸出端的正極通過二極管并聯(lián)后作為能源管理單元的輸出端的正極，兩個最佳功率跟蹤恒壓輸出單元輸出端的地合并作為能源管理單元的輸出端的地。
[0008]其中，可在準(zhǔn)直鏡前增加光束主動控制器件，光束主動控制器件包括相位控制陣列和光束控制器件，激光光束通過準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后照射在相位控制陣列上，經(jīng)相位控制陣列調(diào)整光束相位后照射在光束控制器件，光束控制器件調(diào)整光束出射方向后將光束發(fā)射出去。
[0009]準(zhǔn)直鏡也可以由若干個準(zhǔn)直鏡捆綁而成，在每個準(zhǔn)直鏡內(nèi)部設(shè)有相位控制模塊和光束控制模塊；其中，相位控制模塊用來控制光束相位，實(shí)現(xiàn)光束的非相干或相干合成；光束控制模塊用來控制光束的出射方向，使得光電池表面獲得光強(qiáng)分布均勻的光斑并提高瞄準(zhǔn)精度。
[0010]所述發(fā)射端數(shù)據(jù)中繼單元包括位姿傳感器、相位控制器、光束控制器、接口模塊和無線收發(fā)模塊；所述發(fā)射端轉(zhuǎn)臺上還安裝有目標(biāo)探測模塊；所述光電池板上還安裝有LED指示燈；光電轉(zhuǎn)換模塊還包括溫度傳感器和電壓傳感器；所述接收端數(shù)據(jù)中繼單元包括無線收發(fā)模塊、采樣電路、LED驅(qū)動、位置傳感器和接口模塊；
[0011]其中，發(fā)射端數(shù)據(jù)中繼單元中，接口模塊與位姿傳感器、相位控制器、光束控制器、無線收發(fā)模塊、發(fā)射端主控計算機(jī)和目標(biāo)探測模塊相連，位姿傳感器用于測量能量發(fā)射機(jī)的位置、姿態(tài)；相位控制器與光束控制器用于控制光束的相位和指向；目標(biāo)探測模塊用于探測能量接收機(jī)上的LED指示燈；接收端數(shù)據(jù)中繼模塊中的接口模塊與無線收發(fā)模塊、采樣電路、LED驅(qū)動、位置傳感器和接收端主控計算機(jī)連接，采樣電路與光電轉(zhuǎn)換模塊中的溫度傳感器、電壓傳感器連接，用于采集光電池的溫度、電壓；LED驅(qū)動與LED指示燈連接，驅(qū)動LED指示燈亮起。
[0012]有益效果:
[0013](I)本發(fā)明對能量接收端光電池進(jìn)行設(shè)計，使得光電池組I能夠與光斑實(shí)時對準(zhǔn)，保持較高的轉(zhuǎn)換效率，光電池組I中的光電池串聯(lián)提高光電池組I的輸出電壓；光電池組2與光電池組I經(jīng)最佳功率跟蹤恒壓輸出單元后并聯(lián)輸出，減少了光斑邊緣光斑能量的損失，保證了最大轉(zhuǎn)換效率。光電池組2中的光電池并聯(lián)，避免光照偏離時降低光電池組2的輸出電壓。本發(fā)明的光電池具有較高的轉(zhuǎn)換效率，可有效提高傳能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率。
[0014](2)本發(fā)明利用準(zhǔn)直鏡對能量激光器發(fā)出的激光進(jìn)行壓縮；采用相位控制陣列對入射激光束的波前相位通過電編程控制在設(shè)定方向上進(jìn)行波束合成從而形成所需波形，該技術(shù)具有精度高、速度快、體積小、操作靈活、功耗低、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，通過相位控制能夠在不同的傳輸距離上獲得均勻的光斑，保證較高的光電轉(zhuǎn)換效率；采用光束控制器件控制光束指向，確保較高的光束瞄準(zhǔn)精度，減少光斑與光電池片的偏離量，使更多的激光能量入射到電池偏上，進(jìn)一步提聞傳能效率。
[0015](3)本發(fā)明通過轉(zhuǎn)臺進(jìn)行俯仰、方位的角度調(diào)整，實(shí)現(xiàn)光學(xué)發(fā)射天線對光電池的捕獲和跟蹤，再通過相位控制陣列調(diào)整光束相位使得光束能量均勻，并通過光束控制器件調(diào)整光束發(fā)射方向，實(shí)現(xiàn)精確瞄準(zhǔn)，提高傳能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。
[0016]( 4)本發(fā)明的能量激光器可以由多束或多個激光模塊發(fā)出的光束獨(dú)立發(fā)射，在接收端合成。多路發(fā)射可以提高輸出光束功率的同時避免光學(xué)元件損傷；此外，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳能?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0017]圖1為激光傳能系統(tǒng)構(gòu)成圖。
[0018]圖2為單路發(fā)射天線示意圖。
[0019]圖3為多路發(fā)射天線示意圖。
[0020]圖4為光電池分布示意圖。
[0021]圖5為光電池模塊電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0023]本發(fā)明提供了一種激光傳能系統(tǒng)，如圖1所示，主要由能量發(fā)射機(jī)和能量接收機(jī)組成。其中，能量發(fā)射機(jī)包括能量激光器、準(zhǔn)直鏡、發(fā)射端轉(zhuǎn)臺、發(fā)射端轉(zhuǎn)臺伺服單元、發(fā)射端主控計算機(jī)和發(fā)射端數(shù)據(jù)中繼單元；能量接收機(jī)包括光電轉(zhuǎn)換模塊、接收端轉(zhuǎn)臺、接收端轉(zhuǎn)臺伺服單元、蓄能電池模塊、接收端主控計算機(jī)和接收端數(shù)據(jù)中繼單元。
[0024]其中，準(zhǔn)直鏡安裝在發(fā)射端轉(zhuǎn)臺上，發(fā)射端轉(zhuǎn)臺與發(fā)射端轉(zhuǎn)臺伺服單元相連，發(fā)射端數(shù)據(jù)中繼單元分別與發(fā)射端轉(zhuǎn)臺伺服單元和發(fā)射端主控計算機(jī)相連，能量激光器分別與發(fā)射端主控計算機(jī)和準(zhǔn)直鏡相連；光電轉(zhuǎn)換模塊安裝在接收端轉(zhuǎn)臺上，接收端轉(zhuǎn)臺與接收端轉(zhuǎn)臺伺服單元相連，蓄能電池模塊分別與光電轉(zhuǎn)換模塊和接收端主控計算機(jī)相連，接收端數(shù)據(jù)中繼單元分別與接收端主控計算機(jī)、接收端轉(zhuǎn)臺伺服單元和光電轉(zhuǎn)換模塊相連；能量發(fā)射機(jī)與能量接收機(jī)之間通過各自的數(shù)據(jù)中繼單元中的無線收發(fā)模塊進(jìn)行無線通信。
[0025]其中，能量激光器為光學(xué)發(fā)射天線提供穩(wěn)定、高質(zhì)量的能量光束。
[0026]準(zhǔn)直鏡，即小望遠(yuǎn)鏡單元，用來將激光光束壓縮后發(fā)射出去。
[0027]發(fā)射端和接收端的轉(zhuǎn)臺能夠?qū)崿F(xiàn)方位、俯仰方向轉(zhuǎn)動，使得光學(xué)發(fā)射天線指向光電池。發(fā)射端和接收端的轉(zhuǎn)臺伺服單元分別控制發(fā)射端和接收端的轉(zhuǎn)臺運(yùn)動。
[0028]發(fā)射端轉(zhuǎn)臺上還安裝有目標(biāo)探測模塊，用于探測能量接收機(jī)。
[0029]發(fā)射端數(shù)據(jù)中繼單元包括位姿傳感器、相位控制器、光束控制器、接口模塊和無線收發(fā)模塊，將位姿傳感器測得的能量發(fā)射機(jī)位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)、光束的相位和指向控制指令、發(fā)射端轉(zhuǎn)臺的位置和角度數(shù)據(jù)、無線收發(fā)模塊接收的數(shù)據(jù)通過接口模塊與發(fā)射端主控計算機(jī)之間進(jìn)行通信。接口模塊還與目標(biāo)探測模塊連接。
[0030]發(fā)射端主控計算機(jī)監(jiān)控能量激光器的溫度，并通過發(fā)射端數(shù)據(jù)中繼單元獲知準(zhǔn)直鏡的位置姿態(tài)，通過發(fā)射端數(shù)據(jù)中繼單元及轉(zhuǎn)臺伺服單元控制轉(zhuǎn)臺運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直鏡對光電池的瞄準(zhǔn)、捕獲和跟蹤，并能根據(jù)能量發(fā)射機(jī)與能量接收機(jī)之間的相對距離控制光束相位實(shí)現(xiàn)光電池表面均勻輻照。
[0031]光電轉(zhuǎn)換模塊安裝在接收端轉(zhuǎn)臺上，用于接收能量發(fā)射及發(fā)射的激光并轉(zhuǎn)化成電能。在光電池板上安裝LED指示燈。
[0032]蓄能電池模塊包括點(diǎn)電源管理模塊和蓄能電池，用于接收并存儲光電池轉(zhuǎn)化的電倉泛。
[0033]接收端數(shù)據(jù)中繼單元包括無線收發(fā)模塊、采樣電路、LED驅(qū)動、位置傳感器和接口模塊，用于將測量獲得的能量發(fā)射機(jī)的位置、光電池的溫度及電壓、能量發(fā)射機(jī)的無線通信數(shù)據(jù)、LED指示燈的狀態(tài)數(shù)據(jù)等通過接口數(shù)據(jù)與接收端主控計算機(jī)進(jìn)行通信。[0034]接收端主控計算機(jī)對光電池和蓄能電池的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測和控制。
[0035]其中，能量激光器輸出的光束具有一定的發(fā)散角，在遠(yuǎn)距離傳輸?shù)那闆r下為了減小能量接收端光斑口徑，應(yīng)盡量減小光束的發(fā)散角，而準(zhǔn)直鏡可有效壓縮光束的發(fā)散角。激光光束可以采用單路的方式，也可以采用多路合成的方式。
[0036]激光器發(fā)出的激光束的空間強(qiáng)度分布呈高斯分布，即中間高四周低。光照不均勻時，光電池的光電流由串聯(lián)的光電池片中光強(qiáng)最弱的電池片決定，從而影響光電池的光電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)率。此外，光束瞄準(zhǔn)過程中部分光斑脫靶，在光電池表面形成暗區(qū)，暗區(qū)光電池發(fā)熱產(chǎn)生“熱斑”，熱斑溫度超過一定極限會使電池片上的焊點(diǎn)熔化并損壞柵線，從而導(dǎo)致光電池?fù)p壞。需采取光束整形措施提高光強(qiáng)空間均勻性。本發(fā)明在準(zhǔn)直器后增加光束主動控制器件進(jìn)行光束整形，提高瞄準(zhǔn)精度。其中，光束主動控制器件包括相位控制陣列和光束控制器件，相位控制陣列根據(jù)發(fā)射端中繼單元中的相位控制器指令控制光束各點(diǎn)的相位對光束空間進(jìn)行整形，實(shí)現(xiàn)不同傳能距離處的均勻輻照，光束控制器件根據(jù)發(fā)射端中繼單元中的光束控制器指令調(diào)整光束的指向，實(shí)現(xiàn)精確瞄準(zhǔn)。激光光束通過準(zhǔn)直鏡壓縮后照射在相位控制陣列上，經(jīng)相位控制陣列調(diào)整光束相位后照射在光束控制器件，再經(jīng)光束控制器件調(diào)整光束指向?qū)⒐馐瓷涑鋈?，如圖2所示。
[0037]單路發(fā)射，結(jié)構(gòu)簡單，控制容易實(shí)現(xiàn)，但單路輸出激光功率過高時，容易對光學(xué)系統(tǒng)造成損傷，可以將單個模塊的輸出激光分成多束或多個激光模塊發(fā)出的光束獨(dú)立發(fā)射，在接收端合成，根據(jù)傳能距離可以為非相干合成或相干合成。多路發(fā)射天線如圖3所示。多路發(fā)射具有兩方面的優(yōu)勢:一方面，提高輸出光束功率并且避免光學(xué)元件損傷；另一方面可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳能。對于分離模塊航天間相距IOOm-1OOOm的傳能，可以采用非相干合成。非相干合成對單元激光束的相位、譜寬和偏振態(tài)等沒有任何要求，只需針對各光束設(shè)計獨(dú)立的光束控制器件并將它們定向至指定的目標(biāo)。
[0038]對于多路發(fā)射，光束發(fā)射是由若干個準(zhǔn)直鏡捆綁在一起實(shí)現(xiàn)的，如圖3所示，在每個準(zhǔn)直鏡內(nèi)部都有相位控制模塊和光束控制模塊。其中，相位控制模塊根據(jù)發(fā)射端中繼單元中的相位控制器指令控制光束相位，實(shí)現(xiàn)光束的非相干或相干合成；光束控制模塊根據(jù)發(fā)射端中繼單兀中的光束控制器指令控制光束的出射方向，使得光電池表面獲得光強(qiáng)分布均勻的光斑并提高瞄準(zhǔn)精度。
[0039]發(fā)射端主控計算機(jī)控制發(fā)射端轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動帶動準(zhǔn)直鏡運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)粗瞄，然后，控制相位控制陣列和光束控制器件，實(shí)現(xiàn)光斑整形和精確瞄準(zhǔn)。
[0040]光電池是影響傳能效率的另一重要因素，本發(fā)明對光電池排布進(jìn)行了設(shè)計。單個電池片的輸出電壓通常不能滿足負(fù)載工作電壓的需求，通常情況下，需要通過多個電池片串聯(lián)提高輸出電壓。多個電池片串聯(lián)具有以下優(yōu)點(diǎn)，如光電池總體尺寸減小、利于光電池電子電路的集成、良好的熱管理和互連的串聯(lián)電阻的最小化等。但是，若每個串聯(lián)的轉(zhuǎn)換器收到的光功率密度不同，則將有可能造成失配損耗，從而降低效率。只有當(dāng)光斑均勻覆蓋并且光斑尺寸與串聯(lián)電池片匹配時，光損耗最小。
[0041]為將失配損耗降至最小，對光電池排布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。由于接收端光斑分布為圓形，為提高光斑能量利用率，將光電池整體布置為與光斑形狀大小相匹配的圓形。考慮到發(fā)射端與接收端存在瞄準(zhǔn)誤差，光斑與光電池存在對準(zhǔn)失配，若直接用與光斑尺寸相當(dāng)?shù)墓怆姵亟邮占す饽芰?，光電轉(zhuǎn)化效率會較低。因此，對光斑運(yùn)動軌跡進(jìn)行統(tǒng)計，在光斑中心重疊區(qū)域處由光電池組I接收光束并轉(zhuǎn)換成電能，其中，光電池組I由多個扇形和環(huán)扇形光電池串聯(lián)而成，光電池為扇形或環(huán)扇形，分別布置在以光斑中心為圓心的多個同心圓環(huán)上，其中，扇形光電池處于最里環(huán)，環(huán)扇形光電池放置在扇形光電池外圍，光電池組I剛好覆蓋光斑重疊區(qū)域，能夠保證與光斑實(shí)時對準(zhǔn)，保持較高的轉(zhuǎn)換效率。在偏離概率較大的光斑重合外區(qū)域由光電池組2接收光束并轉(zhuǎn)換成電能，光電池組2由多個環(huán)扇形光電池并聯(lián)而成，布置在光電池組I外圍與光電池組I同心的圓環(huán)上。
[0042]光電池模塊通過能量管理單元與蓄能電池模塊的相連，光電池模塊包含兩個最佳功率跟蹤恒壓輸出單元和2個二極管，其中，2個最佳功率跟蹤恒壓輸出單元的輸入端的正極和地一對一分別連接光電池組I和光電池組2的正極和地，兩個最佳功率跟蹤恒壓輸出單元輸出端的正極通過二極管并聯(lián)后作為光電池模塊的輸出端的正極，兩個最佳功率跟蹤恒壓輸出單元輸出端的地合并作為光電池模塊的輸出端的地。光電池模塊電路示意圖如圖5所示。其中，最佳功率跟蹤恒壓輸出單元是根據(jù)光照條件、溫度及負(fù)載的變化，改變光電池組的輸出功率，使其工作在最大功率點(diǎn)上。最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上是一個自尋優(yōu)過程，通過對光電池組當(dāng)前輸出電壓與電流的檢測，得到當(dāng)前光電池組輸出功率，再與已被存儲的前一時刻光電池組功率相比較，舍小存大，再檢測，再比較，如此不停地周而復(fù)始，便可使光電池組動態(tài)地工作在最大功率點(diǎn)上。
[0043]本發(fā)明的傳能系統(tǒng)工作流程如下:
[0044]當(dāng)能量發(fā)射機(jī)接收到能量接收機(jī)能源不足或收到強(qiáng)制充電的信號時，能量發(fā)射機(jī)測量發(fā)射端轉(zhuǎn)臺位置信息及方向姿態(tài)信息，并通過無線收發(fā)模塊將發(fā)射端轉(zhuǎn)臺的位置信息以及時間同步信息傳遞給能量接收機(jī)；能量接收機(jī)通過無線收發(fā)模塊將光電池的位置信息以及時間同步信息傳遞給能量發(fā)射機(jī)；能量發(fā)射機(jī)利用本身的位置和姿態(tài)信息以及能量接收機(jī)的位置信息計算獲得能量接收機(jī)相對于能量發(fā)射機(jī)的角度位置，控制發(fā)射端轉(zhuǎn)臺指向能量接收機(jī)，并準(zhǔn)備對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行掃描，同時，能量接收機(jī)利用本身的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)以及能量發(fā)射機(jī)位置信息計算能量發(fā)射機(jī)相對于能量接收機(jī)的位置，使光電池指向發(fā)射機(jī)；能量接收機(jī)開啟位于接收光電池板上的LED指示燈，該指示燈光將入射帶有濾光片的發(fā)射端觀測視場(CCD)，并成灰度像；能量發(fā)射機(jī)控制發(fā)射端轉(zhuǎn)臺對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行掃描，直至電池板LED指示燈在能量發(fā)射機(jī)接收光路觀測視場中成像；啟動光束主動控制器件，提高瞄準(zhǔn)精度；能量接收機(jī)開啟位于光電池板上的電壓和溫度傳感器，對光電池的充電電壓進(jìn)行測量，以利于蓄能電池工作，同時測量光電池板及附近區(qū)域溫度，確保充電過程中的熱量不會造成設(shè)備損壞。
[0045]在瞄準(zhǔn)對中結(jié)束后，可以通過星務(wù)系統(tǒng)(上位機(jī))開啟發(fā)射機(jī)能量激光器，并根據(jù)能量接收機(jī)與能量發(fā)射機(jī)的相對位置信息計算相位控制陣列的驅(qū)動電壓，通過施加驅(qū)動電壓控制光束的相位使光斑光強(qiáng)空間分布均勻化?；蛲ㄟ^控制多路光束中每路光束的相位以及偏轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)均勻輻照。光電池接收激光輻照，充電過程開始。此時能量接收機(jī)查詢讀取光電池板的電壓和溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度超過閾值時，向能量發(fā)射機(jī)發(fā)送關(guān)閉能量激光器的中斷指令；由蓄能電池檢測鋰電池的充電狀態(tài)，確定是否充電完成，充電完畢后，能量接收機(jī)向能量發(fā)射機(jī)發(fā)送停止充電指令，能量發(fā)射機(jī)向能量接收機(jī)發(fā)送確認(rèn)信號后，能量接收機(jī)及能量發(fā)射機(jī)進(jìn)行關(guān)機(jī)操作。
[0046]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光傳能系統(tǒng)，包括能量發(fā)射機(jī)和能量接收機(jī)，其特征在于，所述能量發(fā)射機(jī)包括能量激光器、準(zhǔn)直鏡、發(fā)射端轉(zhuǎn)臺、發(fā)射端轉(zhuǎn)臺伺服單元、發(fā)射端主控計算機(jī)和發(fā)射端數(shù)據(jù)中繼單元；所述能量接收機(jī)包括光電轉(zhuǎn)換模塊、接收端轉(zhuǎn)臺、接收端轉(zhuǎn)臺伺服單元、蓄能電池模塊、接收端主控計算機(jī)和接收端數(shù)據(jù)中繼單元； 其中，準(zhǔn)直鏡安裝在發(fā)射端轉(zhuǎn)臺上，發(fā)射端轉(zhuǎn)臺與發(fā)射端轉(zhuǎn)臺伺服單元相連，發(fā)射端數(shù)據(jù)中繼單元分別與發(fā)射端轉(zhuǎn)臺伺服單元和發(fā)射端主控計算機(jī)相連，能量激光器分別與發(fā)射端主控計算機(jī)和準(zhǔn)直鏡相連；光電轉(zhuǎn)換模塊安裝在接收端轉(zhuǎn)臺上，接收端轉(zhuǎn)臺與接收端轉(zhuǎn)臺伺服單元相連，蓄能電池模塊分別與光電轉(zhuǎn)換模塊和接收端主控計算機(jī)相連，接收端數(shù)據(jù)中繼單元分別與接收端主控計算機(jī)、接收端轉(zhuǎn)臺伺服單元和光電轉(zhuǎn)換模塊相連；能量發(fā)射機(jī)與能量接收機(jī)之間通過各自的數(shù)據(jù)中繼單元中的無線收發(fā)模塊進(jìn)行無線通信； 其中，所述光電轉(zhuǎn)換模塊包括光電池，所述光電池由光電池組I和光電池組2組成，光電池組I由多個扇形和環(huán)扇形光電池串聯(lián)而成，布置在以光斑重疊區(qū)域中心為圓心的多個同心圓環(huán)上,其中，扇形光電池處于最里環(huán),環(huán)扇形光電池放置在扇形光電池外圍，光電池組I剛好覆蓋光斑重疊區(qū)域；光電池組2由多個環(huán)扇形光電池并聯(lián)而成，布置在光電池組I外圍與光電池組I同心的圓環(huán)上，光電池組I和光電池組2覆蓋整個光斑； 所述蓄能電池模塊包括電源管理模塊和蓄能電池，其中，電源管理模塊包括兩個最佳功率跟蹤恒壓輸出單元和2個二極管，其中，2個最佳功率跟蹤恒壓輸出單元的輸入端一對一分別連接光電池組I和光電池組2，兩個最佳功率跟蹤恒壓輸出單元輸出端的正極通過二極管并聯(lián)后作為能源管理單元的輸出端的正極，兩個最佳功率跟蹤恒壓輸出單元輸出端的地合并作為能源管理單元的輸出端的地。
2.如權(quán)利要求1所述的激光傳能系統(tǒng)，其特征在于，在準(zhǔn)直鏡前增加光束主動控制器件，光束主動控制器件包括相位控制陣列和光束控制器件，激光光束通過準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后照射在相位控制陣列上，經(jīng)相位控制陣列調(diào)整光束相位后照射在光束控制器件，光束控制器件調(diào)整光束出射方向后將光束發(fā)射出去。
3.如權(quán)利要求1所述的激光傳能系統(tǒng)，其特征在于，所述準(zhǔn)直鏡由若干個準(zhǔn)直鏡捆綁而成，在每個準(zhǔn)直鏡內(nèi)部設(shè)有相位控制模塊和光束控制模塊；其中，相位控制模塊用來控制光束相位，實(shí)現(xiàn)光束的非相干或相干合成；光束控制模塊用來控制光束的出射方向，使得光電池表面獲得光強(qiáng)分布均勻的光斑。
4.如權(quán)利要求2或3所述的激光傳能系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射端數(shù)據(jù)中繼單元包括位姿傳感器、相位控制器、光束控制器、接口模塊和無線收發(fā)模塊；所述發(fā)射端轉(zhuǎn)臺上還安裝有目標(biāo)探測模塊；所述光電池板上還安裝有LED指示燈；光電轉(zhuǎn)換模塊還包括溫度傳感器和電壓傳感器；所述接收端數(shù)據(jù)中繼單元包括無線收發(fā)模塊、采樣電路、LED驅(qū)動、位置傳感器和接口模塊； 其中，發(fā)射端數(shù)據(jù)中繼單元中，接口模塊與位姿傳感器、相位控制器、光束控制器、無線收發(fā)模塊、發(fā)射端主控計算機(jī)和目標(biāo)探測模塊相連，位姿傳感器用于測量能量發(fā)射機(jī)的位置、姿態(tài)；相位控制器與光束控制器用于控制光束的相位和指向；目標(biāo)探測模塊用于探測能量接收機(jī)上的LED指示燈；接收端數(shù)據(jù)中繼模塊中的接口模塊與無線收發(fā)模塊、采樣電路、LED驅(qū)動、位置傳感器和接收端主控計算機(jī)連接，采樣電路與光電轉(zhuǎn)換模塊中的溫度傳感器、電壓傳感器連接，用于采集光電池的溫度、電壓；LED驅(qū)動與LED指示燈連接，驅(qū)動LED.指不燈殼起。
【文檔編號】H02S40/20GK103633924SQ201310652021
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】程坤, 李振宇, 邵飛, 石德樂, 馬宗峰, 吳世臣, 蔡卓燃, 張建德, 郭春輝, 常中坤 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一三研究所