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摘要：本发明公开了一种以钢轨为传输介质的无线电能传输系统及传输方法，其中系统包括：可调频脉冲激励电源，设置在铁路闭塞区内，用于生成脉冲激励电压，将生成的脉冲激励电压传输至钢轨，脉冲激励电压在钢轨上生成交变磁场；电能接收装置，设置在铁路闭塞区钢轨沿线，用于获取交变磁场的能量，生成感应电动势，对感应电动势进行整流，对整流后电压的电能进行存储。上述以钢轨为传输介质的无线电能传输系统实现了电能的长距离传输，为铁路沿线布置的无线传输网络中的传感器节点提供了不受周围环境影响的供电方案，确保了无线传输网络的稳定运行，具有很高的实用性。

主权项：1.一种以钢轨为传输介质的无线电能传输系统，其特征在于，包括：可调频脉冲激励电源，设置在铁路闭塞区内，用于生成脉冲激励电压，将生成的脉冲激励电压传输至钢轨4，脉冲激励电压在钢轨4上生成交变磁场；电能接收装置9，设置在铁路闭塞区钢轨4沿线，用于获取交变磁场的能量，生成感应电动势，对所述感应电动势进行整流，对整流后电压的电能进行存储；可调频脉冲激励电源包括：脉冲电流发生器1，位于铁路闭塞区的一端，用于将外接电压转换为具有预设频率的脉冲激励电压；阻抗匹配电路2，与所述脉冲电流发生器1和钢轨4电连接后接地，用于将接收到的脉冲激励电压传输至钢轨4，并平衡脉冲激励电压在钢轨4中产生的感抗，确保传输回路为纯阻性负载；回流装置6，与钢轨4电连接后接地，用于接收钢轨4传输的符合预设频率的脉冲电流，并与钢轨4、大地以及所述阻抗匹配电路2构成传输回路；所述电能接收装置9包括：谐振电路15，用于接收交变磁场的能量，生成感应电动势；第二整流电路16，与所述谐振电路15电连接，用于将所述感应电动势转换为第二直流电压；电源管理电路17，分别与所述第二整流电路16和储能部件18电连接，用于对所述第二直流电压进行降压，并对所述储能部件18进行持续充电。

全文数据：一种以钢轨为传输介质的无线电能传输系统及传输方法技术领域本发明涉及轨道交通装置领域，特别涉及一种以钢轨为传输介质的无线电能传输系统及传输方法。背景技术近年来，伴随我国轨道交通快速发展，对行车线路上的基础设施比如桥梁、隧道、路基、轨道等安全状态的检测，对行车线路周围环境，如风速、风量、雨量雪深的检测，以及线路两边的滑坡、异物侵界、周边入侵等的实施检测的需求日益曾强。随着无线传感网络技术的日渐成熟，解决上述需求已经成为可能，但在实际应用中传感节点供电问题逐渐凸显出来。因此能够长期稳定对传感器节点能量，并且适合铁路沿线复杂环境的能量供给方式和措施成为现今的迫切需求。现在使用的传感检测系统的供电一般分为电网、环境能光伏、风电、电池等几种方式。这些供电方式分别存在着使用的局限：1电网供电只适用于特定地点附近有电网接入点，少量传感器节的情况，不适用铁路沿线任意地点布置任意数量的传感器节点。2环境能供电由于对周围环境有所依赖并不适合近轨或在轨下布置。3电池供电是目前最为便捷和可行的方案，但它同样存在着在低温下容量衰减迅速和后期更换电池工作量巨大等弱点。发明内容针对上述技术问题，本发明提供一种电能的长距离传输，为铁路沿线布置的无线传输网络中的传感器节点提供了不受周围环境影响的供电方案，确保了无线传输网络的稳定运行的以钢轨为传输介质的无线电能传输系统及传输方法。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：提供一种以钢轨为传输介质的无线电能传输系统，包括：可调频脉冲激励电源，设置在铁路闭塞区内，用于生成脉冲激励电压，将生成的脉冲激励电压传输至钢轨，脉冲激励电压在钢轨上生成交变磁场；电能接收装置，设置在铁路闭塞区钢轨沿线，用于获取交变磁场的能量，生成感应电动势，对所述感应电动势进行整流，对整流后电压的电能进行存储。本发明提供的以钢轨为传输介质的无线电能传输系统设置在每个铁路闭塞区内，可调频脉冲激励电源设置在铁路闭塞区的一端，将外接电源进行转换为脉冲激励电压，并传输至铁路闭塞区内的钢轨上，脉冲激励电压在钢轨上产生交变磁场；至少1个电能接收装置设置在铁路闭塞区内钢轨的沿线，将获取的钢轨上交变磁场的能量转换为感应电动势，对转换的感应电动势进行整流，对整流后的电压的电能进行存储。上述以钢轨为传输介质的无线电能传输系统实现了电能的长距离传输，为铁路沿线布置的无线传输网络中的传感器节点提供了不受周围环境影响的供电方案，确保了无线传输网络的稳定运行，具有很高的实用性。还提供了一种以钢轨为传输介质的无线电能传输方法，包括以下步骤：可调频脉冲激励电源生成脉冲激励电压，将生成的脉冲激励电压输送至铁路闭塞区内的钢轨；所述脉冲激励电压在钢轨上产生交变磁场；设置在铁路闭塞区钢轨沿线的电能接收装置获取交变磁场的能量，生成感应电动势，对所述感应电动势进行整流，对整流后电压的电能进行存储。本发明提供的以钢轨为传输介质的无线电能传输方法中的可调频脉冲激励电源设置在每个铁路闭塞区内，并位于铁路闭塞区的一端，用于将外接电源进行转换为脉冲激励电压，并传输至铁路闭塞区内的钢轨上，脉冲激励电压在钢轨上产生交变磁场；设置在铁路闭塞区内钢轨的沿线的至少1个电能接收装置，用于将获取的钢轨上交变磁场的能量转换为感应电动势，对转换的感应电动势进行整流，对整流后的电压的电能进行存储。上述以钢轨为传输介质的无线电能传输方法实现了电能的长距离传输，为铁路沿线布置的无线传输网络中的传感器节点提供了不受周围环境影响的供电方案，确保了无线传输网络的稳定运行，具有很高的实用性。附图说明下面结合附图对本发明作进一步说明：图1是本发明提供的以钢轨为传输介质的无线电能传输系统的示意图；图2为图1中脉冲电流发生器的示意图；图3为图1中电能接收装置的示意图；图4为本发明提供的以钢轨为传输介质的无线电能传输方法的示意性流程图；图5是图4中脉冲激励电压生成的示意性流程图；图6是图4中感应电动势生成的示意性流程图。具体实施方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例一：如图1至图3所示，本发明提供的以钢轨为传输介质的无线电能传输系统，包括：可调频脉冲激励电源，设置在铁路闭塞区内，用于生成脉冲激励电压，将生成的脉冲激励电压传输至钢轨4，脉冲激励电压在钢轨4上生成交变磁场；其中：可调频脉冲激励电源可以自带电源，也可以是外接电源，钢轨4被作为电导体，且钢轨4为一导电回路，脉冲激励电压传输至钢轨4后，会在钢轨4上产生同频率的脉冲激励电流，脉冲激励电流在通过钢轨4后，会在钢轨4上产生交变磁场；电能接收装置9，设置在铁路闭塞区钢轨4沿线，用于获取交变磁场的能量，生成感应电动势，对感应电动势进行整流，对整流后电压的电能进行存储。电能接收装置9采用磁感应耦合方式获取交变磁场的能量，利用法拉第电磁感应原理实现近距离能量传递，脉冲激励电流在钢轨4周围产生强度和方向变化的磁场，当交变的磁力线切割能量接收装置的电感线圈时，在线圈两端将产生感应电动势。脉冲激励电流流经钢轨4，由于集肤效应，电流主要在轨顶和轨底表面传输，钢轨4周围产生的磁场强度的分布与电流分布相关，在临近轨底和轨顶的空间磁场强度最大。由于轨顶需要过火车，不便于电能接收装置9的安装，电能接收装置9布置在轨底能够获取最大磁场能。作为一种可实施方式，可调频脉冲激励电源包括：脉冲电流发生器1，位于铁路闭塞区的一端，用于将外接电压转换为具有预设频率的脉冲激励电压；阻抗匹配电路2，与脉冲电流发生器1，通过第一钢轨连接电缆3与钢轨4电连接，通过第一接地装置8接地，用于将接收到的脉冲激励电压传输至钢轨4，并平衡脉冲激励电压在钢轨4中产生的感抗，确保传输回路为纯阻性负载；脉冲电流发生器1和阻抗匹配电路2布置在铁路信号发射机侧，脉冲激励电流由铁路信号与钢轨4的连接处接入钢轨4，回流装置6布置在铁路信号接收机侧，与激励电源相距不超过1km；钢轨4放置在轨枕10上，可以避免钢轨与大地的接触，铁路闭塞区间钢轨4的长度在600m-1000m之间，3000Hz以上的脉冲激励电流在其中会产生较大的感抗，就需要阻抗匹配电路2来平衡钢轨4中的感抗，确保传输回路为纯阻性负载；回流装置6，通过第二钢轨连接电缆5与钢轨4电连接，通过第一接地装置7接地，用于接收钢轨4传输的符合预设频率的脉冲电流，并与钢轨4、大地以及阻抗匹配电路2构成传输回路。回流装置6、钢轨4、阻抗匹配电路2以及大地组成的传输回路，方便了脉冲激励电流在钢轨4上的传输，确保了交变磁场以及感应电动势的生成。进一步的，脉冲激励电流的预设频率为预设频率为3000HZ～4000HZ，与脉冲激励电压的频率相同，避免了铁路移频轨道电路采用的载波频率1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz信号间产生的干扰。为了能够更好的确保传输回路的流通，回流装置6选用的是能够隔绝频率小于3000HZ电流通过的高通滤波器。其中：高通滤波器是一种让某一频率以上的信号分量通过，而对该频率以下的信号分量大大抑制的电容、电感与电阻等器件的组合装置。作为一种可实施方式，脉冲电流发生器1包括：降压变压电路11，用于将外接电源电压转换为第一交流工作电压；第一整流电路12，与降压变压电路11电连接，用于将第一交流工作电压转换为直流电压；支撑电容13，与第一整流电路12电连接，用于将直流电压转换为稳定的第一直流工作电压；开关电路14，两端分别与阻抗匹配电路2和支撑电容13电连接，用于将稳定的第一直流工作电压转换成具有预设频率和占空比的脉冲电流，并将脉冲电流输送至钢轨4。AC220V由降压变压电路11降压后，经第一整流电路12在支撑电容13两端建立直流电压，再由开关电路14斩出所需频率和电流值的脉冲激励电流。进一步的，开关电路14为IGBT开关。作为一种可实施方式，电能接收装置9包括：谐振电路15，用于接收交变磁场的能量，生成交变感应电动势；第二整流电路16，与谐振电路15电连接，用于将交变感应电动势转换为第二直流电压；电源管理电路17，分别与第二整流电路16和储能部件18电连接，用于对第二直流电压进行降压，并对储能部件18进行持续充电。谐振电路15采用LC并联谐振，电感线圈由三组线圈并联组成，每个线圈采用由直径0.1mm铜质漆包线紧密绕制，匝数1000。每个线圈均有H型锰锌铁氧体磁芯，强化稳定磁路。谐振电路的感应电动势符合以下公式：E＝K*Ij*FjE–谐振电路感应电动势Ij–钢轨中的激励电流值Fj–钢轨中激励电流的频率K–谐振线圈系数作为一种可实施方式，电能接收装置9还包括耗能负载19；耗能负载19与储能部件18电连接，用于接收储能部件18输出的直流输出电压。以钢轨4为传输介质的无线电能传输系统是为了将钢轨4周围微弱的磁场能转化为电能，供给耗能负载19使用。由于能够收集的能量很微弱只有几十μW，不能直接持续的为传感器供电，所以需要经过电源管理电路17将收集到的电能储存到储能部件18中，当储能部件18中的能量达到标准水平后由储能部件18对耗能负载19供电，耗能负载19即传感器工作完毕后，储能部件18停止对耗能负载19供电，电源管理电路17继续给储能部件18充电，由此形成往复循环。上述涉及到的电路元器件等均为现有装置，并非本申请的发明点。本发明提供的以钢轨为传输介质的无线电能传输系统设置在每个铁路闭塞区内，可调频脉冲激励电源设置在铁路闭塞区的一端，将外接电源进行转换为脉冲激励电压，并传输至铁路闭塞区内的钢轨上，脉冲激励电压在钢轨上产生交变磁场；至少个电能接收装置设置在铁路闭塞区内钢轨的沿线，将获取的钢轨上交变磁场的能量转换为感应电动势，对转换的感应电动势进行整流，对整流后的电压的电能进行存储。上述以钢轨为传输介质的无线电能传输系统实现了电能的长距离传输，为铁路沿线布置的无线传输网络中的传感器节点提供了不受周围环境影响的供电方案，确保了无线传输网络的稳定运行，具有很高的实用性。实施例二：如图4所示，本发明还提供了一种以钢轨为传输介质的无线电能传输方法，包括以下步骤：步骤S10：可调频脉冲激励电源生成脉冲激励电压，将生成的脉冲激励电压输送至铁路闭塞区内的钢轨；步骤S20：脉冲激励电压在钢轨上产生交变磁场；步骤S30：设置在铁路闭塞区钢轨沿线的电能接收装置获取交变磁场的能量，生成感应电动势，对感应电动势进行整流，对整流后电压的电能进行存储。作为一种可实施方式，脉冲激励电压的生成包括以下步骤：步骤S11：降压变压电路将外接电源电压转换为第一交流工作电压；步骤S12：与降压变压电路电连接的第一整流电路，将第一交流工作电压转换为直流电压；步骤S13：与第一整流电路电连接的支撑电容，将直流电压转换为稳定的第一直流工作电压；步骤S14：分别与阻抗匹配电路和支撑电容电连接的开关电路，将稳定的第一直流工作电压转换成具有预设频率和占空比的脉冲电流，并将脉冲电流输送至钢轨。进一步的，降压变压电路降压转换后的第一交流工作电压为36v，以便能够更好的适用于第一整流电路工作。作为一种可实施方式，电能接收装置针对交变磁场能量的转换包括以下步骤：步骤S31：谐振电路根据接收到的交变磁场的能量生成感应电动势；步骤S32：与谐振电路电连接的第二整流电路，将生成的感应电动势转换为第二直流工作电压；步骤S33：分别与第二整流电路和储能部件电连接的电源管理电路，对第二直流工作电压进行降压，并对储能部件进行持续充电。进一步的，谐振电路生成的感应电动势为交流电压；第二整流电路对感应电动势转换的过程中有一个升压的过程，将升压后的交流电压转换为第二直流工作电压；电源管理电路，由于第二直流工作电压比元器件的工作电压高，在对储能部件充电前，需要对第二直流工作电压进行降压操作，降压完成后再对储能部件进行充电。在本实施例中，生成的感应电动势为20v，第二整流电路转换后的交流电压为28v，转换得到的第二直流工作电压同样为28v，电源管理电路降压得到的电压为5v的直流电。本发明提供的以钢轨为传输介质的无线电能传输方法中的可调频脉冲激励电源设置在每个铁路闭塞区内，并位于铁路闭塞区的一端，用于将外接电源进行转换为脉冲激励电压，并传输至铁路闭塞区内的钢轨上，脉冲激励电压在钢轨上产生交变磁场；设置在铁路闭塞区内钢轨的沿线的至少1个电能接收装置，用于将获取的钢轨上交变磁场的能量转换为感应电动势，对转换的感应电动势进行整流，对整流后的电压的电能进行存储。上述以钢轨为传输介质的无线电能传输方法实现了电能的长距离传输，为铁路沿线布置的无线传输网络中的传感器节点提供了不受周围环境影响的供电方案，确保了无线传输网络的稳定运行，具有很高的实用性。上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种以钢轨为传输介质的无线电能传输系统，其特征在于，包括：可调频脉冲激励电源，设置在铁路闭塞区内，用于生成脉冲激励电压，将生成的脉冲激励电压传输至钢轨4，脉冲激励电压在钢轨4上生成交变磁场；电能接收装置9，设置在铁路闭塞区钢轨4沿线，用于获取交变磁场的能量，生成感应电动势，对所述感应电动势进行整流，对整流后电压的电能进行存储。2.如权利要求1所述的以钢轨为传输介质的无线电能传输系统，其特征在于，可调频脉冲激励电源包括：脉冲电流发生器1，位于铁路闭塞区的一端，用于将外接电压转换为具有预设频率的脉冲激励电压；阻抗匹配电路2，与所述脉冲电流发生器1和钢轨4电连接后接地，用于将接收到的脉冲激励电压传输至钢轨4，并平衡脉冲激励电压在钢轨4中产生的感抗，确保传输回路为纯阻性负载；回流装置6，与钢轨4电连接后接地，用于接收钢轨4传输的符合预设频率的脉冲电流，并与钢轨4、大地以及所述阻抗匹配电路2构成传输回路。3.如权利要求2所述的以钢轨为传输介质的无线电能传输系统，其特征在于，所述脉冲电流发生器1包括：降压变压电路11，用于将外接电源电压转换为第一交流工作电压；第一整流电路12，与所述降压变压电路11电连接，用于将所述第一交流工作电压转换为直流电压；支撑电容13，与所述第一整流电路12电连接，用于将直流电压转换为稳定的第一直流工作电压；开关电路14，两端分别与所述阻抗匹配电路2和所述支撑电容13电连接，用于将稳定的第一直流工作电压转换成具有预设频率和占空比的脉冲电流，并将所述脉冲电流输送至钢轨4。4.如权利要求2所述的以钢轨为传输介质的无线电能传输系统，其特征在于，所述回流装置6为隔绝频率小于3000HZ电流的高通滤波器。5.如权利要求1所述的以钢轨为传输介质的无线电能传输系统，其特征在于，所述电能接收装置9包括：谐振电路15，用于接收交变磁场的能量，生成感应电动势；第二整流电路16，与所述谐振电路15电连接，用于将所述交变感应电动势转换为第二直流电压；电源管理电路17，分别与所述第二整流电路16和储能部件18电连接，用于对所述第二直流电压进行降压，并对所述储能部件18进行持续充电。6.如权利要求5所述的以钢轨为传输介质的无线电能传输系统，其特征在于，所述电能接收装置9还包括耗能负载19；所述耗能负载19与所述储能部件18电连接，用于接收所述储能部件18输出的直流输出电压。7.如权利要求1所述的以钢轨为传输介质的无线电能传输系统，其特征在于，所述脉冲激励电压的预设频率为3000HZ～4000HZ。8.一种以钢轨为传输介质的无线电能传输方法，其特征在于，包括以下步骤：可调频脉冲激励电源生成脉冲激励电压，将生成的脉冲激励电压输送至铁路闭塞区内的钢轨；所述脉冲激励电压在钢轨上产生交变磁场；设置在铁路闭塞区钢轨沿线的电能接收装置获取交变磁场的能量，生成感应电动势，对所述感应电动势进行整流，对整流后电压的电能进行存储。9.如权利要求8所述的以钢轨为传输介质的无线电能传输方法，其特征在于，所述脉冲激励电压的生成包括以下步骤：降压变压电路将外接电源电压转换为第一交流工作电压；与所述降压变压电路电连接的第一整流电路，将所述第一交流工作电压转换为直流电压；与所述第一整流电路电连接的支撑电容，将直流电压转换为稳定的第一直流工作电压；分别与所述阻抗匹配电路和所述支撑电容电连接的开关电路，将稳定的第一直流工作电压转换成具有预设频率和占空比的脉冲电流，并将所述脉冲电流输送至钢轨。10.如权利要求8所述的以钢轨为传输介质的无线电能传输方法，其特征在于，所述电能接收装置针对交变磁场能量的转换包括以下步骤：谐振电路根据接收到的交变磁场的能量生成感应电动势；与所述谐振电路电连接的第二整流电路，将生成的感应电动势转换为第二直流工作电压；分别与所述第二整流电路和储能部件电连接的电源管理电路，对所述第二直流工作电压进行降压，并对所述储能部件进行持续充电。

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