本發(fā)明涉及磁通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于磁聚焦器的空間通訊系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通訊系統(tǒng)按照傳輸媒質(zhì)大體分為有線通訊和無(wú)線通訊，較為傳統(tǒng)的有線通訊的使用局限性較大，在遇到一些特殊的應(yīng)用環(huán)境，如山地、湖泊、林區(qū)等特殊的地理環(huán)境或是移動(dòng)物體等布線比較困難的應(yīng)用環(huán)境的時(shí)候，將對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)的布線工程有著極強(qiáng)的制約力。

無(wú)線傳輸可以突破有線網(wǎng)的限制，利用空間電磁波實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)之間的通訊。采用傳統(tǒng)的電磁波傳輸?shù)姆绞剑谳^為復(fù)雜和多變的環(huán)境介質(zhì)中，電磁波的路徑會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)知的損耗，造成誤碼率增大、傳輸速率降低等問(wèn)題。

基于磁耦合諧振原理的無(wú)線能量傳輸已經(jīng)越來(lái)越多的被應(yīng)用到各個(gè)方面，如埋地傳感器、網(wǎng)絡(luò)供電水下機(jī)器人、可植入式醫(yī)學(xué)設(shè)備等。對(duì)于這些應(yīng)用不僅僅需要電能的無(wú)線傳輸，還需要向外傳遞傳感器數(shù)據(jù)，向內(nèi)需要傳輸控制指令等。對(duì)于土壤、水等不同介質(zhì)來(lái)說(shuō)，磁導(dǎo)率沒(méi)有很大的差異，磁場(chǎng)的路徑損耗和傳播條件也相對(duì)穩(wěn)定。

近來(lái)國(guó)內(nèi)外廣泛研究的磁場(chǎng)通信技術(shù)具有很好的應(yīng)用性。磁通信主要是在發(fā)射端設(shè)置一個(gè)具有一定匝數(shù)的線圈，接收端也設(shè)置一個(gè)具有一定匝數(shù)的線圈。利用信號(hào)在發(fā)端線圈中引起的磁通量變化傳遞到收端線圈，并對(duì)傳遞的信號(hào)進(jìn)行解碼恢復(fù)。而兩個(gè)線圈中的互感和兩個(gè)線圈之間的距離有關(guān)，通電線圈在其軸線方向上產(chǎn)生的磁感應(yīng)的強(qiáng)度是距離的函數(shù)，而且有b∝1/r3。因此，減少磁場(chǎng)衰減是提高傳輸距離，降低磁通信誤碼率，提高磁通信信道容量的關(guān)鍵。但是，目前現(xiàn)有技術(shù)中，尚無(wú)簡(jiǎn)單有效的可減少磁場(chǎng)衰減的設(shè)備或方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可有效減少磁場(chǎng)衰減、提高傳輸距離和磁通信信道容量、降低磁通信誤碼率的基于磁聚焦器的空間通訊系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明基于磁聚焦器的空間通訊系統(tǒng)，包括發(fā)射端、接收端和磁聚焦器，

發(fā)射端用于利用交變磁場(chǎng)激發(fā)磁通量變化，并將磁信號(hào)發(fā)射出去；

接收端用于通過(guò)檢測(cè)并接受磁信號(hào)，并進(jìn)行解碼恢復(fù)；

磁聚焦器位于發(fā)射端與接收端之間，用于吸引外部磁場(chǎng)，減少信號(hào)的磁損耗；

所述發(fā)射端包括信號(hào)發(fā)生器和發(fā)射線圈，信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出端與發(fā)射線圈連接；

所述接收端包括接收線圈和磁傳感器，接收線圈與磁傳感器的信號(hào)輸入端連接；發(fā)射線圈的匝數(shù)與接收線圈的匝數(shù)相同；

所述磁聚焦器由1-2個(gè)圓錐體組成，是由高磁導(dǎo)材料制成的實(shí)體，磁聚焦器的長(zhǎng)徑比大于10。

本發(fā)明基于磁聚焦器的空間通訊系統(tǒng)，進(jìn)一步的，所述磁聚焦器中圓錐體的數(shù)量為2個(gè)，兩個(gè)圓錐體的底面相對(duì)設(shè)置、一體制成。

本發(fā)明基于磁聚焦器的空間通訊系統(tǒng)，進(jìn)一步的，所述發(fā)射線圈和接收線圈的匝數(shù)均為200-10000，半徑為10-1000mm。

本發(fā)明基于磁聚焦器的空間通訊系統(tǒng)，進(jìn)一步的，所述磁聚焦器水平設(shè)置在距離發(fā)射端1m以內(nèi)的范圍內(nèi)。

本發(fā)明基于磁聚焦器的空間通訊系統(tǒng)，進(jìn)一步的，所述磁聚焦器與發(fā)射端距離保持不變，移動(dòng)接收端達(dá)到磁傳感器的測(cè)量量程。

本發(fā)明基于磁聚焦器的空間通訊系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

本發(fā)明基于磁聚焦器的空間通訊系統(tǒng)基于磁通信原理，在信號(hào)的發(fā)射端和接收端分別設(shè)置多匝線圈，利用信號(hào)在發(fā)射線圈內(nèi)引起磁通量變化傳遞至接受線圈，然后將傳遞的信號(hào)進(jìn)行解碼恢復(fù)；在發(fā)射端與接收端之間設(shè)置了磁聚焦器，采用高磁導(dǎo)率材料制成，將外部的磁場(chǎng)吸引在磁聚焦器的表面，實(shí)現(xiàn)磁力線的匯聚，避免了磁場(chǎng)的發(fā)散和衰減，減少了磁損耗，提高了磁通信的信道容量，提高了通訊的傳輸距離，降低了磁通信的誤碼率。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的基于磁聚焦器的空間通訊系統(tǒng)作進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明基于磁聚焦器的空間通訊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為測(cè)試實(shí)施例的測(cè)試結(jié)果。

附圖標(biāo)記：

1-信號(hào)發(fā)生器；2-發(fā)射線圈；3-磁聚焦器；4-接收線圈；5-磁傳感器。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明基于磁聚焦器的空間通訊系統(tǒng)包括發(fā)射端、接收端和磁聚焦器3，發(fā)射端用于利用交變磁場(chǎng)激發(fā)磁通量變化，并將磁信號(hào)發(fā)射出去，接收端用于通過(guò)檢測(cè)并接受磁信號(hào)，并進(jìn)行解碼恢復(fù)；磁聚焦器3位于發(fā)射端與接收端之間，用于吸引外部磁場(chǎng)，減少信號(hào)的磁損耗。

發(fā)射端包括信號(hào)發(fā)生器1和發(fā)射線圈2，信號(hào)發(fā)生器1的信號(hào)輸出端與發(fā)射線圈2連接，發(fā)射線圈2的匝數(shù)為200-10000，半徑為10-1000mm；接收端包括接收線圈4和磁傳感器5，接收線圈4與磁傳感器5的信號(hào)輸入端連接；接收線圈4的匝數(shù)為200-10000，半徑為10-1000mm；發(fā)射線圈2的匝數(shù)與接收線圈4的匝數(shù)相同。

磁聚焦器3由1-2個(gè)圓錐體組成，是由高磁導(dǎo)材料制成的實(shí)體，磁聚焦器3的長(zhǎng)徑比大于10；磁聚焦器3的長(zhǎng)徑比越大，退磁因子越小，磁聚焦能力越好，甚至可以使用絲狀結(jié)構(gòu)的磁聚焦器3；當(dāng)磁聚焦器3中圓錐體的數(shù)量為2個(gè)時(shí)，兩個(gè)圓錐體的底面相對(duì)設(shè)置、一體制成。磁聚焦器3水平設(shè)置在距離發(fā)射端1m的范圍內(nèi)，距離發(fā)射端越近越好；磁聚焦器3與發(fā)射端距離保持不變，移動(dòng)接收端達(dá)到磁傳感器5的測(cè)量量程；接收端和發(fā)射端距離與發(fā)射信號(hào)大小和磁聚焦器3能力相關(guān)。

本發(fā)明基于磁聚焦器的空間通訊系統(tǒng)的具體工作過(guò)程如下：

步驟一、連接好設(shè)備，使發(fā)射線圈2，磁聚焦器3和接收線圈4位于同一水平面上且同一條直線上；

步驟二、打開(kāi)信號(hào)發(fā)生器1，設(shè)置參數(shù)，用示波器觀察輸出波形，調(diào)整位置，使輸出波形為最大值；

步驟三、在接收與發(fā)射線圈2中加入磁聚焦器3，觀察輸出波形，調(diào)整位置，使輸出波形為最大值；

步驟四、保持發(fā)射線圈2與磁聚焦器3距離不變，移動(dòng)接收線圈4，觀察輸出波形。

測(cè)試實(shí)施例

本實(shí)驗(yàn)裝置中，發(fā)射與接收線圈匝數(shù)相同為200匝，直徑為25mm，用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)幅值為15v，頻率為150khz的正弦信號(hào)；磁聚焦器總尺寸為長(zhǎng)50mm，直徑30mm，尖端錐角長(zhǎng)度為20mm，角度為60度。在分別移動(dòng)接收端與發(fā)射端的情況下，同時(shí)錐角不同朝向的情況下，分別進(jìn)行測(cè)試分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，圖中組別1標(biāo)示尖端和接收不動(dòng)，尖朝接收，移動(dòng)發(fā)射端；組別2標(biāo)示尖端和接收不動(dòng)，尖朝發(fā)射，移動(dòng)發(fā)射端；組別3標(biāo)示尖端和發(fā)射不動(dòng)，尖朝發(fā)射，移動(dòng)接收端；組別4標(biāo)示尖端和發(fā)射不動(dòng)，尖朝接收，移動(dòng)接收端；組別0為無(wú)坡莫對(duì)照組。

由圖2可明顯觀察到，加入磁聚焦器后，磁信號(hào)的傳輸距離與磁場(chǎng)幅值得到了明顯的增加。對(duì)比組別1和組別2，當(dāng)尖和接收不動(dòng)時(shí)，尖朝發(fā)射端比尖朝接收端要好；當(dāng)尖朝接收端時(shí)，坡莫合金大橫截面接收磁力線數(shù)多于尖朝發(fā)射端時(shí)坡莫合金尖端接收的磁力線數(shù)。對(duì)比組別1與組別3尖朝接收時(shí)，尖和發(fā)射不動(dòng)時(shí)的效果比尖和接收不動(dòng)時(shí)的效果；當(dāng)尖和發(fā)射不動(dòng)時(shí)，是將發(fā)射線圈磁力線最強(qiáng)處的磁力線聚集，然后將磁力線定向聚集于軸向上，這時(shí)的效果要優(yōu)于坡莫合金與發(fā)射線圈有一定距離的時(shí)候。

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，證明磁聚焦器能夠增加磁信號(hào)傳輸?shù)木嚯x與磁場(chǎng)幅值，且得到在磁聚焦器尖端朝向接收端和磁聚焦器位于磁信號(hào)發(fā)射端情況下，磁信號(hào)放大作用是最佳的。我們還有進(jìn)行多種實(shí)驗(yàn)，來(lái)探討磁聚焦器的最優(yōu)放大效果。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。