无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置及方法

1.本发明属于无线电能传输技术领域，涉及一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置及方法。


背景技术：

2.交变高频电磁环境下的电磁力测量面临着许多挑战，这使得现有的力学测量装置难以准确地测量这种环境中的电磁力。特别是针对无线电能传输过程中，微弱电磁力的测量仍然是空白；在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
3.1、在复杂的交变高频电磁环境下，电磁波的波长很短，信号传播速度非常快。这使得电磁场在空间和时间上都变化得很快，而现有的力学测量装置很难在这样的环境中实时捕捉到电磁力的变化。
4.2、没有针对无线电能传输耦合器进行适配；受限于无线电能传输耦合器的尺寸、装配固定等要求，现有测力装置无法直接对无线电能传输耦合器进行力学测量，需要设计全新架构。
5.3、现有测力设备量程和分辨率不匹配；现有的力学测量装置的灵敏度和分辨率可能不足以精确地测量高频电磁环境下的电磁力。首先，不同测力传感器的指标不一样，有的是量程大，但是分辨率低，有的是分辨率高，但是量程小。所以测力传感器的选型应该是有针对性的。其次，无线电能传输过程中产生的电磁力非常微弱，一般力学量级在10-1
n至10-4
n左右，然而，无线电能传输的耦合器重量较大，一般5kg-10kg左右。所以，要求测力设备量程要满足耦合器重量的量程范围的同时，难以同时达到电磁力测量所需的分辨率。
6.综上，目前市面上面向微弱力进行测量的装置及相关技术现状已经取得了一定进展，但是没有任何关于无线电能传输过程中，特别是复杂交变高频电磁场环境下，微弱电磁力的测量仍然是空白。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明提供一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置，在交流高频电磁环境下，兼顾了量程和精度，实现了耦合器间吸力与斥力的连续检测，提高了电磁力测量的准确性，解决了现有技术中存在的问题。
8.本发明的另一目的是提供一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置的测量方法。
9.本发明所采用的技术方案是，一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置，包括：
10.力学传感器，所述力学传感器安装于耦合器接收线圈的下方，用于测量无线电能传输过程中产生的微弱力；
11.支撑及调节结构，用于支撑并调节耦合器发射线圈、耦合器接收线圈、磁芯、金属屏蔽板的安装位置；调节传感器与被测样品之间的距离或相对位置，确保传感器能够准确
地测量微弱力；
12.重力补偿器，通过质量块抵消耦合器的重力；
13.数据采集与处理系统，用于对力学传感器的输出信号进行放大、滤波，将滤波后的信号进行傅里叶变换，将时域信号转换为频域信号，提取稳态作用力，对提取的稳态作用力进行平滑处理，计算稳态作用力的大小、方向，即得无线电能传输过程中产生的微弱电磁力。
14.进一步的，所述微弱电磁力的大小为10-1
n～10-4
n。
15.进一步的，所述力学传感器为微型拉压力传感器、微型力传感器、环形中空力传感器或悬臂式称重测力传感器，分辨率10-4
n。
16.进一步的，还包括显示与控制界面，用于实时显示测量数据，并通过计算机软件界面或硬件控制面板控制测量过程。
17.进一步的，所述支撑及调节结构包括底座，底座能都带动耦合器发射线圈、耦合器接收线圈独立的进行三维平面内的移动。
18.进一步的，所述重力补偿器的质量块安装在传感器上方，位于耦合器的安装平台上。
19.一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置的测量方法，包括以下步骤：
20.s1，设置滤波等级，设置零点电压，设置重力补偿；
21.s2，通过力学传感器获取采集数据；
22.s3，通过信号放大器对测力传感器输出端的电压进行不失真放大，通过数字滤波及尖脉冲剔除的方法对测量到的信号进行滤波处理，去除高频噪声和低频干扰；
23.s4，对滤波后的数据在一段时间内连续取样，计算振动幅度，如果振动幅度满足设定值，即为稳态力，则进行下一步的数据平滑处理；如果幅度的变化超过了设置的幅值变化容限次数，即数据不稳定，则重新设置滤波等级；
24.s5，对数据进行平滑处理，去除高频噪声或突发干扰；
25.s6，判断当前电压与零点电压的差值，如果差值大于零，输入电压标志为正；如果差值小于零，输入电压标志为负；从而确定当前耦合器所受力为吸力还是斥力；
26.s7，通过电压与电磁力增益线性校准得到的函数计算当前耦合器所受力的值。
27.进一步的，还包括以下步骤：
28.将滤波后的信号进行傅里叶变换，将时域信号转换为频域信号，以更清晰地观察到各个频率成分的强度，从而分离出稳态作用力的频率成分；
29.在频域信号中，找到与稳态作用力对应的频率成分，然后通过逆傅里叶变换将其转换为时域信号，得到的信号即为稳态作用力。
30.进一步的，在每次测量前进行零点电压校准。
31.进一步的，电磁力增益线性校准的方法：对非线性的受力关系通过样条函数进行拟合，得到传感器电压值与耦合器间电磁力值的函数：
32.si(x)＝ai+bi(x-xi)+ci(x-xi)2+di(x-xi)3,i＝0,1
…
n-1
33.式中，si(x)表示当前测量的电磁力x对应的传感器输出电压值，xi表示第i个电压增益校准输入的电磁力值，ai，bi，ci，di为待求系数，n表示参与拟合的数量值的个数。
34.本发明的有益效果是：
35.1、本发明对交流高频电磁环境下无线电能传输耦合器的微弱电磁力的测量结果进行分析，为科研人员提供需要的数据。
36.2、本发明利用重力补偿技术，可以模拟微重力环境下耦合器悬浮状态的同时，又能提升测力传感器的分辨率。
37.3、本发明针对复杂交变电磁场环境下提取有效电磁力的数据处理方法，结合测量精度和灵敏度高的重力补偿方法，能够得出电磁力随电流变化的连续曲线，测出连续的电磁力值，通过电压的动态平衡实现对耦合器间电磁力的检测。
38.4、本发明的耦合器的收发端可独立的进行3维平面内的移动，为大型磁力耦合器的位置敏感参数提供了开放式机理验证平台。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1是本发明实施例总体结构框图。
41.图2是本发明实施例结构细节图。
42.图3是本发明实施例支撑及调节结构的结构图。
43.图4是本发明实施例中重力补偿校准设置的流程图。
44.图5是本发明实施例中重力补偿拟合的曲线。
45.图6是本发明实施例测力方法流程。
46.图7是本发明实施例计算获得的耦合器所受电磁力的曲线。
具体实施方式
47.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.现有的无线电能传输技术主要针对地面的应用场景，所处环境受到地球重力影响，无线电能传输时收发线圈之间受到的电磁力不易显现(一般会被地面摩擦力抵消)，所以电磁力的问题不是常规要解决的问题，从而不受重视。在航天领域，失重环境下产生的电磁力，会使得收发线圈的位置逐渐偏移中心位置，从而导致装置的功能失效。所以，在航天应用中，收发线圈之间的电磁力问题不能被忽视。
49.实施例
50.一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置，如图1-2所示，包括支撑及调节结构、力学传感器、数据采集与处理系统。
51.如图3所示，支撑及调节结构负责支撑传感器、耦合器等设备，并尽量减少环境因素(例如振动、热膨胀)对测量结果的影响。支撑结构应具有良好的稳定性和刚性。具有调节机构，用于调整传感器与待测物体(无线电能传输耦合器)之间的距离或相对位置，确保传
感器能够准确地测量微弱力。利用重力补偿技术，将大幅度降低测力传感器的量程，有效提高测力传感器的分辨率。重力的补偿方法采用多轴质量块配重的抵消方法来进行。在机械系统(如天平秤、机器手臂、升降平台等)中，通过添加多轴质量块来抵消或平衡无线电能传输耦合器上的重力，从而能够在多个方向上同时进行重力补偿。这种设计可以提高系统的适用性，使其能够应对不同待测物体的重力影响，从而极大降低了测力传感器的量程范围，大幅提高测力传感器的分辨率。
52.质量块的选取和安装需要根据实际系统的参数、重力方向、安装位置等因素来确定。为了获得最佳的平衡效果，质量块的质量、形状和安装位置需要经过精确的计算和调整。在实际应用中，质量块的材料通常为铁、钢、铜等金属材料，具有较高的密度和良好的机械性能。
53.质量块的质量由无线电能传输耦合器的重量所决定，为了适应不同的耦合器，质量块的质量是可调节的。采用的就是类似“天平秤”的方式，尽可能的抵消耦合器的重力，例如，如果耦合器总量5kg，那么测力传感器的范围就要求至少大于50n，(这里取近似数9.8n/kg)。重力补偿器安装在传感器上方，位于耦合器的安装平台上，通过类似“天平秤”的方式，尽可能的抵消耦合器的重力，重力补偿器结合校准，尽可能减小耦合器对测力传感器的作用力。
54.力学传感器负责测量微弱力。无线电能传输过程中产生的电磁力非常微弱，一般力学量级在10-1
n至10-4
n左右，本发明实施例采用微型拉压力传感器、微型力传感器、环形中空力传感器和悬臂式称重测力传感器等精密传感器(量程1n，分辨率10-4
n)。值得注意的是，测力传感器的量程范围和分辨率是互相制约的关系，即量程越大，分辨率越低，反之亦然。而安装在测力传感器上方的耦合器线圈，其测力传感器的量程范围要大于耦合器线圈的重力，才能稳定工作，但限制了测力传感器的分辨率。测力传感器的选型具有针对性。本发明实施例的电磁力的测量范围和分辨率是基于无线电能传输的实际情况提出，是专门针对无线电能传输过程产生的电磁力量程范围和分辨率，进行的测力传感器的选型。而现有测力设备量程和分辨率没有特别精确指出标准，所以现有的力学测量装置的灵敏度和分辨率可能不足以精确地测量高频电磁环境下的电磁力。
55.耦合器的收发端可独立的进行3维(上下、左右、前后)的移动；能够进行底座的前后左右位移，以及支架的上下调节，如图3。螺旋导杆与转动旋钮螺纹连接，螺旋导杆与支架沿轴向滑动连接，螺旋导杆外壁与平台固定连接；当旋钮转动时，通过螺纹转动带动螺旋导杆轴向移动，在这个过程中，平台相当于在螺旋线上沿着导杆轴向运动，而导杆实际上也是在轴向上伸长或缩短。旋钮每旋转一圈，耦合器线圈的轴向运动距离就会与螺旋线的间距相等。因此，通过旋转旋钮，可以精确地控制平台的轴向运动距离和导杆的长度，进而带动平台实现左右、前后、上下移动。
56.数据采集与处理系统负责将传感器的输出信号转换为可读取的数据，并通过相关算法对数据进行处理和分析。这部分包括信号放大器、模数转换器(adc)、微处理器或计算机等。
57.由于复杂的交变高频电磁环境特性。无线电能传输包括发射线圈和接收线圈，发射线圈上的交流电流产生高频交变电磁场，接收线圈上的感应电流同时产生高频交变电磁场。这种场景下，会产生两部分力，第一部分是随着时间变化的周期作用力，第二部分是某
一个方向上的稳态力。这两种力会反应在空间和时间的叠加力，需要针对特殊场景进行有效的数据采集和处理。本发明实施例提出了一种数据处理方法，将两部分力在测量中分离出来，周期作用力是在一个周期内可抵消的力，而稳态力不可抵消，是我们重点关注的电磁力。
58.数据处理方法具体为：
59.1、信号放大：本装置用于测量无线电能耦合器工作中微弱力，由于加在测力传感器上的力很小，所以传感器中电桥产生的电压变化也很小，为mv数量级甚至是μv数量级，为保证数据测量的准确性，设计放大电路对测力传感器输出端的电压进行不失真放大。通过模数转换器对放大后的模拟信号进行模数转换。
60.2、信号滤波：采用数字滤波技术及尖脉冲剔除技术来消除对测量到的信号进行滤波处理，去除高频噪声和低频干扰。设置1-9级的数字滤波器，数字滤波的等级越高，可以消除的干扰和噪声越多，但同时会增加滤波器的延迟和复杂度，根据具体的应用和信号特征进行选择滤波等级。
61.3、傅里叶变换：将滤波后的信号进行傅里叶变换，将时域信号转换为频域信号。这样可以更清晰地观察到各个频率成分的强度，从而分离出稳态作用力的频率成分。
62.4、提取稳态作用力：在频域信号中，找到与稳态作用力对应的频率成分，然后通过逆傅里叶变换将其转换回时域信号。这样得到的信号即为稳态作用力。
63.5、平滑处理：对提取出的稳态作用力进行平滑处理，采样数据中可能包含高频噪声或突发干扰。对于高频采样数据进行平滑处理时，需要选取适当的平均数目，以平衡平滑效果和数据响应速度的关系。采样频率较高，数据变化比较快，本装置设置4组平均数目，以保持数据响应速度。
64.6、数据分析：对提取出的稳态作用力进行数据分析，计算其大小、方向等特征参数，以便后续应用，如液晶显示，也能够作为设置成零点参数。
65.总之，在高频电磁场环境下测量金属物体受到的稳态作用力，需要对原始信号进行滤波、傅里叶变换、频域分析、逆傅里叶变换和平滑处理等步骤，从而分离和提取稳态作用力。
66.显示与控制界面，用于实时显示测量数据，并提供控制测量过程的功能。这部分可以是计算机软件界面或硬件控制面板。
67.本发明实施例耦合器安装在测量装置上，使得耦合器进行左右、前后、上下的位置移动，能够对位置移动下的耦合器进行电磁力测量。耦合器由线圈、磁芯、金属屏蔽板组成，将耦合器固定在测量装置上，需要固定好线圈、磁芯、金属屏蔽板。并支持其上下左右调整位置。同时，支持放置无线电能传输的发射电路模块、接收电路模块的舱体。其次，测量装置可以模拟微重力环境，主要利用重力补偿技术，抵消耦合器的重力影响。
68.该测量过程包括静态测量和动态测量，静态测量自动跟踪质量的变化，进行重力补偿校准设置。动态测量具有数字滤波处理，适于变化的微电磁力测量，力的振动容限可由键盘进行自行设定。为实现较理想的微电磁力测试，装置采用重力补偿的校准方法，同时在每次进行测量前进行零点校准和电压增益的线性校准。
69.先进行重力补偿校准，减小传感器受力，再进行零点校准。
70.零点校准：
71.无线电能传输耦合器间的力包括吸力与斥力，二者方向不同，由此需要确定零点电压作为斥力与吸力状态的计算参考。
72.基于样条函数的非线性误差拟合(即电压增益的线性校准)：
73.为了达到微电磁力测量的高准确度要求，对于受力关系应用了样条函数进行拟合，进行测量重力补偿达到减小误差的功能。以测量百毫牛的测量装置为例，线性校准最多可输入9个增益点校准，实际操作中，可自由选择校准点数，最少可校准1个增益点即可正常工作。如图4所示，利用样条函数进行增益补偿的过程：依次将500mg、1g、1.5g、3g、3.5g、4g、5g、10g、20g加在测力仪平台上，通过重力传感器将重力变化转换为电信号，由后端数据采集与处理模块将电信号最终换算为重力数值，将重力数值进行显示，依据键盘进行重力值的输入。最终获得9组增益点样本数据，通过解三次样条函数方程，得到拟合的曲线值；进行电压增益的线性校准后与未进行电压增益的线性校准的测力平台力测量结果对比，见图5，“重力值”指耦合器连接在测力传感器上的部分的重力，“测试质量”为砝码，提供标准的重力值进行受力传感器精确度测试。由图5可以得出重力补偿后的数据相较于未进行重力补偿更准确。电压增益线性校准的目的是得到更为精准的电压增益函数，即传感器电压值与耦合器间电磁力值的函数，传感器的电压值越大，耦合器间电磁力越大。实施例中每段传感器电压值与耦合器间电磁力值的函数关系如下：
74.si(x)＝ai+bi(x-xi)+ci(x-xi)2+di(x-xi)3,i＝0,1
…
n-1
75.式中，si(x)表示当前测量的受力值(电磁力)x对应的传感器输出电压值，xi表示第i个电压增益校准输入的受力值，ai，bi，ci，di为待求系数，n表示参与拟合的数量值的个数。
76.n个数值形成了n-1个函数区间，建立如下表达式：
[0077][0078]
s0(x)表示受力值x在x0≤x≤x1区间时，传感器输出电压关于受力值x的函数表达式。s1(x)表示受力值x在x1≤x≤x2区间时，传感器输出电压关于受力值x的函数表达式。s
n-1
(x)表示受力值x在x
n-1
≤x≤xn区间时，传感器输出电压关于受力值x的函数表达式。
[0079]
由式可得，每段的三次函数si(x)都包含了4个未知系数，在本次设计中n可取范围为[1,9]，函数中总共带求解未知数为4n个。依据每段函数的边界条件，每段函数穿过其节点、在所有节点连接处的0阶连续即一段方程在节点处的函数值和后一段方程在相同节点处的函数值相等，所有节点一阶二阶连续，联立4n个方程在程序中求各段的系数a,b,c,d。
[0080]
将采集的信号输出到最终的结果，测量方法，如图6所示，包括以下步骤：
[0081]
s1，设置滤波等级，设置零点电压，设置重力补偿；
[0082]
为了减弱外部连线牵引造成的力的波动引起的加速度以及本身为微电磁力的波动对整体受力的影响，除在机械承载部分增加跟随平衡机构外，针对连线的牵引使得传感器输出信号产生了附加的交变脉冲，为了获取力检测传感器稳定的输出信号分量，需要对检测到的数据进行滤波处理，可在初始化部分由键盘进行滤波等级的设置以获取平稳信号。
[0083]
s2，通过力学传感器获取采集数据；
[0084]
s3，通过信号放大器对测力传感器输出端的电压进行不失真放大，通过数字滤波
及尖脉冲剔除的方法对测量到的信号进行滤波处理，去除高频噪声和低频干扰；
[0085]
将滤波后的信号进行傅里叶变换，将时域信号转换为频域信号，以更清晰地观察到各个频率成分的强度，从而分离出稳态作用力的频率成分；
[0086]
在频域信号中，找到与稳态作用力对应的频率成分，然后通过逆傅里叶变换将其转换为时域信号，得到的信号即为稳态作用力。
[0087]
s4，对滤波后的数据在一段时间内连续取样，计算振动幅度，如果振动幅度满足设定值，即为稳态力，则进行下一步的数据平滑处理；如果幅度的变化超过了设置的幅值变化容限次数，即数据不稳定，则重新设置滤波等级，在显示屏进行提示，以便进行最佳的波动容限设置。
[0088]
s5，对数据进行平滑处理，去除高频噪声或突发干扰；
[0089]
s6，数据平滑处理之后，计算当前电压，判断当前电压与零点电压的差值，如果差值大于零，输入电压标志为正；如果差值小于零，输入电压标志为负；电压为正，表示耦合器间受到拉力，即为吸力，数值大小与传感器受到的拉力成正比；电压为负，表示受到压力，即为斥力。
[0090]
s7，通过电压与电磁力增益线性校准得到的函数计算当前耦合器所受力的值；数值大小与传感器受到的压力成负比，按照电压增益函数进行力的计算。
[0091]
测试输入功率，耦合器的工作电流、电压如表1所示，处理后的数据由电压增益线性校准得到的函数进行计算获得当前耦合器所受力的值，如图7所示，即实际测试过程中通过观察测力平台每间隔1分钟记录的耦合器力的数据。无线电能传输磁共振耦合，则传输的电磁场已经处于稳态，此时两个耦合器之间的电磁力就是稳态力，会随着时间趋于稳定。
[0092]
表1输入参数
[0093]
输入电压输入电流功率220v4.5a990w
[0094]
要实现连续监测，需要高精度的检测系统，能够实时捕获系统中的微弱变化；本发明实施例通过硬件对信号进行放大、滤波，通过软件设置滤波等级、对数据进行平滑处理等滤出干扰，提升精度，进而提高检测的准确性。依据耦合器的工作频率设置采样频率与数据输出周期，在耦合器间电磁力到达稳定的过程中，电磁力的变化范围内区分耦合器间电磁力的变化导致的传感器输出电压变化和电路中高频分量导致的传感器输出电压变化。对于每个时间点的电压测量值进行处理和解释，以获取相应的电磁力测量值。此外，连续监测需要能够快速响应和处理来自传感器的数据，这需要实时性能和高速数据采集与处理的技术(采集的数据和当前显示的数据的实时性)来保证数据的准确性和及时性。
[0095]
本发明实施例能够实现耦合器间吸力与斥力的连续检测，提高相关设备的精度和准确性，能够进行毫牛(mn)级及更小电磁力的平面耦合器电磁力研究。与传统的机械式测试或单点测量相比，本发明实施例基于电压的动态平衡，能够实现高精度、高灵敏度、高分辨率。
[0096]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置，其特征在于，包括：力学传感器，所述力学传感器安装于耦合器接收线圈的下方，用于测量无线电能传输过程中产生的微弱力；支撑及调节结构，用于支撑并调节耦合器发射线圈、耦合器接收线圈、磁芯、金属屏蔽板的安装位置；调节传感器与被测样品之间的距离或相对位置，确保传感器能够准确地测量微弱力；重力补偿器，通过质量块抵消耦合器的重力；数据采集与处理系统，用于对力学传感器的输出信号进行放大、滤波，将滤波后的信号进行傅里叶变换，将时域信号转换为频域信号，提取稳态作用力，对提取的稳态作用力进行平滑处理，计算稳态作用力的大小、方向，即得无线电能传输过程中产生的微弱电磁力。2.根据权利要求1所述一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置，其特征在于，所述微弱电磁力的大小为10-1
n～10-4
n。3.根据权利要求1所述一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置，其特征在于，所述力学传感器为微型拉压力传感器、微型力传感器、环形中空力传感器或悬臂式称重测力传感器，分辨率10-4
n。4.根据权利要求1所述一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置，其特征在于，还包括显示与控制界面，用于实时显示测量数据，并通过计算机软件界面或硬件控制面板控制测量过程。5.根据权利要求1所述一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置，其特征在于，所述支撑及调节结构包括底座，底座能都带动耦合器发射线圈、耦合器接收线圈独立的进行三维平面内的移动。6.根据权利要求1所述一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置，其特征在于，所述重力补偿器的质量块安装在传感器上方，位于耦合器的安装平台上。7.如权利要求1所述一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，设置滤波等级，设置零点电压，设置重力补偿；s2，通过力学传感器获取采集数据；s3，通过信号放大器对测力传感器输出端的电压进行不失真放大，通过数字滤波及尖脉冲剔除的方法对测量到的信号进行滤波处理，去除高频噪声和低频干扰；s4，对滤波后的数据在一段时间内连续取样，计算振动幅度，如果振动幅度满足设定值，即为稳态力，则进行下一步的数据平滑处理；如果幅度的变化超过了设置的幅值变化容限次数，即数据不稳定，则重新设置滤波等级；s5，对数据进行平滑处理，去除高频噪声或突发干扰；s6，判断当前电压与零点电压的差值，如果差值大于零，输入电压标志为正；如果差值小于零，输入电压标志为负；从而确定当前耦合器所受力为吸力还是斥力；s7，通过电压与电磁力增益线性校准得到的函数计算当前耦合器所受力的值。8.根据权利要求7所述一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置的测量方法，其特征在于，还包括以下步骤：将滤波后的信号进行傅里叶变换，将时域信号转换为频域信号，以更清晰地观察到各
个频率成分的强度，从而分离出稳态作用力的频率成分；在频域信号中，找到与稳态作用力对应的频率成分，然后通过逆傅里叶变换将其转换为时域信号，得到的信号即为稳态作用力。9.根据权利要求7所述一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置的测量方法，其特征在于，在每次测量前进行零点电压校准。10.根据权利要求7所述一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置的测量方法，其特征在于，所述s7中，电磁力增益线性校准的方法：对非线性的受力关系通过样条函数进行拟合，得到传感器电压值与耦合器间电磁力值的函数：s
i
(x)＝a
i
+b
i
(x-x
i
)+c
i
(x-x
i
)2+d
i
(x-x
i
)3,i＝0,1
…
n-1式中，s
i
(x)表示当前测量的电磁力x对应的传感器输出电压值，x
i
表示第i个电压增益校准输入的电磁力值，a
i
，b
i
，c
i
，d
i
为待求系数，n表示参与拟合的数量值的个数。

技术总结
本发明公开了一种无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置及方法，装置包括力学传感器、支撑及调节结构、重力补偿器、数据采集与处理系统，力学传感器用于测量无线电能传输过程中产生的微弱力；支撑及调节结构用于支撑并调节耦合器发射线圈、耦合器接收线圈、磁芯、金属屏蔽板的安装位置；重力补偿器通过质量块抵消耦合器的重力；数据采集与处理系统用于对力学传感器的输出信号进行放大、滤波，提取稳态作用力，计算稳态作用力的大小、方向，即得无线电能传输过程中产生的微弱电磁力。本发明在交流高频电磁环境下，兼顾了量程和精度，实现了耦合器间吸力与斥力的连续检测，提高了电磁力测量的准确性。量的准确性。量的准确性。


技术研发人员：刘彦明 袁伟 韩高 李谦 陈芳 王平
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/10/7