RU2740621C1 - Устройство беспроводной передачи энергии для питания видеосистем, установленных на подвижные платформы крупных производственных объектов - Google Patents
Устройство беспроводной передачи энергии для питания видеосистем, установленных на подвижные платформы крупных производственных объектов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2740621C1 RU2740621C1 RU2020111243A RU2020111243A RU2740621C1 RU 2740621 C1 RU2740621 C1 RU 2740621C1 RU 2020111243 A RU2020111243 A RU 2020111243A RU 2020111243 A RU2020111243 A RU 2020111243A RU 2740621 C1 RU2740621 C1 RU 2740621C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- sphere
- photocells
- laser radiation
- laser beam
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/30—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using light, e.g. lasers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам беспроводной передачи энергии посредством электромагнитного излучения. Технический результат заключается в улучшении массогабаритных показателей и повышении безопасности эксплуатации устройства. Устройство беспроводной передачи энергии содержит драйвер питания лазера, лазер, систему наведения, систему фотоэлементов, выполненную в виде сферы, имеющую входное отверстие и сферическую линзу в центре этой сферы, и преобразователь напряжения. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам беспроводной передачи энергии посредством электромагнитного излучения, в данном случае при помощи волн видимого и инфракрасного диапазона, которые генерируются лазером. Изобретение может быть использовано для передачи энергии питаемому устройству в том случае, когда к устройству невозможно подключить провода, по которым будет подаваться питание, и невозможно использовать аккумулятор для временной подачи питания на устройство, ввиду изменения параметров конструкции, таких как увеличение массы и габаритных размеров.
В технической литературе существует значительное число аналогов, использующие лазерный метод передачи энергии [Патент RU №2241313 С1, кл. Н04В 10/10 Н01Т 23/00 Н05Н 15/00, 2004], [Патент RU №2510925 С1, кл. H01Q 1/28 H02J 17/00, 2014].
Все упомянутые аналоги используют газовые и твердотельные лазеры, высоковольтные трансформаторы и резонаторы, что приводит к большой стоимости, весу, габаритным размерам устройства и повышенной опасности эксплуатации устройства в промышленных областях.
В качестве прототипа изобретения служит устройство для беспроводной передачи энергии [Патент RU №2538160 С2, кл. H02J 17/00, 2015], состоящее из лазера и резонансного трансформатора Тесла.
Недостатком данного устройства является высокая конечная стоимость, большой вес, размеры устройства и повышенные требования по безопасности эксплуатации устройства в промышленных областях.
Изобретение направлено на устранение этих недостатков и создание устройства, применимого в таких областях промышленности, как: тяжелое машиностроение, нефтегазовая промышленность, судостроительная промышленность, космическая промышленность.
Это достигается тем, что устройство использует лазер для передачи энергии на расстояния прямой видимости, систему наведения и приемник, выполненный в форме сферы, содержащий поверхность фотоэлементов и сферическую линзу.
Работа устройства поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1 - вид устройства беспроводной передачи энергии, где 1 - лазер, 2 - сфера, 3 - поверхность фотоэлементов, 4 - сферическая линза.
Фиг. 2 - вид системы наведения лазерного луча, где 1 - лазер, 2 - сфера, 5 - выходное отверстие энергонесущего лазерного излучения, 6 - отверстие входа лазерного излучения внутрь сферы, 7 - лазеры наведения, 8 - фотоэлементы наведения.
Фиг. 3 - блок схема работы устройства беспроводной передачи энергии, где 1 - лазер, 2- сфера, 9 - сеть питания, 10 - драйвер питания лазера, 12 - преобразователь напряжения, 13 - питаемое устройство.
Описание работы устройства
Драйвер питания лазера 10 питается от сети питания 9 и подает мощность на лазер 1. Лазер преобразует электрическую энергию в световую и излучает свет в узком сколлимированном пучке, который выходит из отверстия 5, преодолевает нужное расстояние прямой видимости и входит в отверстие 6 сферы 2. Далее лазер попадает на сферическую линзу 4, которая рассеивает лазерное излучение равномерно на всю поверхность фотоэлементов 3. Фотоэлементы преобразуют световую энергию обратно в электрическую и, через преобразователь напряжения 12, подают ток на питаемое устройство 13. Мощность выходного лазерного луча регулируется драйвером питания лазера, и подача питания на лазер происходит только тогда, когда свет от четырех лазеров наведения 7 попадает на четыре фотоэлемента наведения 8 (фиг. 3). Данная система наведения позволяет отключить подачу энергонесущего лазерного луча, в случае, если он не наведен на входное отверстие сферы. Это необходимо для того, чтобы предотвратить попадание лазерного луча на внешнюю поверхность сферы. В этом случае, рассеянное лазерное излучение несет опасность здоровью людям, находящимся рядом с установкой. Попадание лазерного луча внутрь сферы, ограничивает выход лазерного излучения из внутренней полости сферы лишь в пределах телесного угла Ω, который находится через угол раствора конуса по следующей формуле (фиг. 4):
угол раствора конуса находится исходя из геометрических размеров сферы и диаметра входного отверстия:
где r - радиус сферы, а - диаметр отверстия.
При этом мощность выходящего из внутренней полости сферы лазерного излучения равняется:
где Р0 - суммарная мощность лазерного излучения, Ω - телесный угол выхода лазерного излучения.
Подставляя (1) в 3, а затем и (2) в (3), получается следующая формула для интегральной мощности лазерного излучения в телесном угле Ω:
используя в качестве примера, реальные параметры установки: а=5 см, r=60 см, получается угол раствора конуса:
зная суммарную мощность Р0=500 Вт и подставляя формулу (5) в формулу (4):
получается интегральная мощность, сосредоточенная в телесном угле (фиг. 5). Так как рассеянное лазерное излучение опасно лишь для человеческого глаза, зная геометрическую площадь зрачка глаза Sзрачка=3 мм2 [1] и интенсивность рассеянного лазерного излучения, безопасное для человеческого глаза [2, 3], определяется расстояние от сферы
L, на котором безопасно находиться человеку, при этом находясь в телесном угле выходного лазерного излучения Q:
из определения интенсивности лазерного излучения:
откуда находится площадь пятна лазерного излучения:
в то же время:
где d - диаметр пятна, который находится по следующей формуле:
где f=22 мм - фокусное расстояние глаза, 1=808 нм - длина волны лазерного излучения, w - радиус лазерного луча.
Из фиг. 5 определяется радиус лазерного луча w:
откуда:
подставляя (12) в (10), получается:
подставляя (13) в (9), получается:
подставляя (14) в (8), получается:
откуда выражая L, получается:
подставляя в формулу (16) известные значения, получается расстояние от сферы, на котором безопасно находиться человеку, при этом находясь в телесном угле лазерного излучения:
Получается, что на расстояниях уже больше 11,4 микрометров, используя лазер мощностью 500 Вт и систему наведения, человеку не будет нанесен вред, находящемуся в телесном угле выходного лазерного излучения. Этот результат удовлетворяет требованиям безопасности, учитывая, что устройство передает энергию на расстояния от 50 метров.
Характерно, что система наведения оснащена 4 лазерами и 4 фото датчиками (фиг. 3). При появлении постороннего объекта на пути следования энергонесущего луча, один из лучей лазера перекрывается, на соответствующий ему фотодатчик перестает поступать лазерный луч, фотодатчик подает сигнал на вай-фай модуль, который в свою очередь подает сигнал на драйвер питания источника лазерного излучения. Этот сигнал отключает подачу питания на генерацию энергонесущего лазерного луча и лазерный луч отключается. Это необходимо для того, чтобы энергонесущий лазерный луч не рассеивался от постороннего объекта, который появился на пути следования лазерного луча, так как, в этом случае, рассеянный лазерный луч мощностью 500 Вт несет в себе угрозу окружающим людям, поражая глаза и ткани человеческой кожи.
К технико-экономическим преимуществам данного устройства относится то, что оно позволяет уменьшить вес, габаритные размеры, стоимость и удовлетворяет требованиям безопасности по эксплуатации устройства в таких областях промышленности, как тяжелое машиностроение, нефтегазовая промышленность, судостроительная промышленность, космическая промышленность.
Список источников информации
1. Сравнение интенсивностей 1-милливаттного лазера и Солнца [Электронный ресурс] URL: http://laserfaq.ru/sam/lasersaf_ru.htm
2. Комфортное освещение для работы и отдыха [Электронный ресурс] URL: https://habr.com/ru/post/l61997/
3. Перевести единицы: люкс [лк]↔ватт на кв. см (при 555 нм) [Вт/см2 (555 нм)] [Электронный ресурс] URL https://www.translatorscafe.com/unit-converter/RU/illumination/l-11/lux-watt/centimeter%C2%B2%20(at%20555%20nm)/.
Claims (2)
1. Устройство беспроводной передачи энергии, состоящее из источника лазерного излучения и системы фотоэлементов, отличающееся тем, что система фотоэлементов состоит из сферы с отверстием для входа лазерного луча внутрь сферы, поверхность сферы покрыта солнечными фотоэлементами, а в центре этой сферы жестко закреплена сферическая линза, которая равномерно рассеивает входящий в сферу лазерный луч на всю внутреннюю поверхность сферы.
2. Устройство беспроводной передачи энергии, состоящее из источника лазерного излучения и системы фотоэлементов, отличающееся тем, что источник лазерного излучения и система фотоэлементов имеют систему наведения, выполненную в виде четырех лазеров, установленных на источнике лазерного излучения, и соосно им - четырех фотоэлементов, установленных на системе фотоэлементов рядом с входным отверстием для лазерного луча, причем фотоэлементы имеют wi-fi модули, которые передают на драйвер питания лазера информацию о том, попадает ли на них излучение с соответствующих им лазеров, а, в случае когда на все четыре фотоэлемента попадает лазерное излучение, wi-fi модули передают сигнал на драйвер питания лазера, разрешающий подачу питания на основной генератор лазерного излучения, который переносит энергию и выход которого расположен соосно с входным отверстием системы фотоэлементов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020111243A RU2740621C1 (ru) | 2020-03-17 | 2020-03-17 | Устройство беспроводной передачи энергии для питания видеосистем, установленных на подвижные платформы крупных производственных объектов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020111243A RU2740621C1 (ru) | 2020-03-17 | 2020-03-17 | Устройство беспроводной передачи энергии для питания видеосистем, установленных на подвижные платформы крупных производственных объектов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2740621C1 true RU2740621C1 (ru) | 2021-01-18 |
Family
ID=74184120
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020111243A RU2740621C1 (ru) | 2020-03-17 | 2020-03-17 | Устройство беспроводной передачи энергии для питания видеосистем, установленных на подвижные платформы крупных производственных объектов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2740621C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2510925C1 (ru) * | 2012-09-10 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) | Устройство передачи электромагнитной энергии |
WO2016187330A1 (en) * | 2015-05-18 | 2016-11-24 | Lasermotive, Inc. | Diffusion safety system |
CN109038866A (zh) * | 2018-07-03 | 2018-12-18 | 山东航天电子技术研究所 | 一种激光无线传能发射接收*** |
RU2713208C1 (ru) * | 2019-06-20 | 2020-02-04 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Устройство и способ передачи электрической энергии |
-
2020
- 2020-03-17 RU RU2020111243A patent/RU2740621C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2510925C1 (ru) * | 2012-09-10 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) | Устройство передачи электромагнитной энергии |
WO2016187330A1 (en) * | 2015-05-18 | 2016-11-24 | Lasermotive, Inc. | Diffusion safety system |
CN109038866A (zh) * | 2018-07-03 | 2018-12-18 | 山东航天电子技术研究所 | 一种激光无线传能发射接收*** |
RU2713208C1 (ru) * | 2019-06-20 | 2020-02-04 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Устройство и способ передачи электрической энергии |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6575597B1 (en) | Non-lethal visual bird dispersal system | |
JP2021516534A (ja) | 自由空間電力伝送及びデータ通信システムのための送受信機アセンブリ | |
US8419213B1 (en) | LED-based incapacitating apparatus and method | |
US9574725B2 (en) | Smart portable lighting device | |
JP4572754B2 (ja) | 電力伝送システム及び方法 | |
CN107565453A (zh) | 一种有安全装置的远距离激光清障***及使用方法 | |
CN101615781B (zh) | 一种高压试验电源快速切断装置 | |
US8051761B1 (en) | System and methods for broad area visual obscuration | |
RU2740621C1 (ru) | Устройство беспроводной передачи энергии для питания видеосистем, установленных на подвижные платформы крупных производственных объектов | |
EP3744231A1 (en) | Multispectral generating unit, and fundus imaging system and method | |
JPH0348185A (ja) | 目的物の観察方法およびその装置 | |
KR20160057274A (ko) | 조경등을 이용한 보안시스템 | |
CN103783028A (zh) | 一种驱赶动物用的声光装置 | |
EP2454625A1 (en) | Visual warning device | |
CN204118590U (zh) | 远距离便携式激光熔塑料膜装置 | |
CN109472959A (zh) | 通过多频段相互切换实现的电力试验高压领域保护装置 | |
CN115209792B (zh) | 智能型远距离红外线补光灯组 | |
CN103152525A (zh) | 一种安全激光摄像机 | |
JP2021099387A (ja) | ワイヤレスカメラシステムおよびワイヤレスカメラシステムの駆動方法 | |
CN207459561U (zh) | 一种直流供电的远距离激光清障*** | |
CN107004336A (zh) | 无电极等离子体灯光学破坏 | |
Sidorov et al. | Position-sensitive spark sensor with spectral conversion of radiation | |
CN106642198B (zh) | 一种便携式多功能激光点烟器及其工作方法 | |
Yang et al. | Eye-safety analysis of infrared laser imaging for security surveillance | |
CN204069207U (zh) | 复合功能型夜视仪 |