Development of a Fast-Charging Platform for Buried Sensors Using High Frequency IPT for Agricultural Applications
Development of a Fast-Charging Platform for Buried Sensors Using High Frequency IPT for Agricultural Applications
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开发用于农业应用的高频 IPT 埋地传感器快速充电平台
DOI：
10.1109/apec43599.2022.9773730
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
E. Yeatman
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
J. Arteaga;P. Mitcheson;E. Yeatman
本文介绍了方法和实验结果的无线电力输送到土壤传感器的功率和数据分配单元从无人机（UAV），使用高频感应功率传输（HF-IPT）的链接。该配置的特点是，在发射端，由安装在大疆Matrice 100无人机上的13.56 MHz EF级逆变器驱动的轻型单匝空心线圈，在接收端，两匝PCB线圈带有电压倍压器D类整流器，现成的42 V电池充电器和用于能量存储的超级电容器模块。实验是在线圈与线圈之间的间隙为250 mm的情况下进行的，这对应于低于5%的耦合因子。在实验中，一个10 F，42 V的超级电容器模块在11分钟内被充电，从80 V直流电源到传感器模块中基于超级电容器的能量存储单元的能量效率为34%，该电源为无人机上的逆变器供电。在较高功率（50 W）下，HF-IPT系统能够实现68%的DC-DC效率，耦合因子为3.5%。本文中报告的工作是一个多学科项目的一部分，该项目旨在通过更广泛的传感技术和更频繁的传感周期来实现农业用水的最佳利用。
This paper describes the methodology and experimental results for wireless power delivery to a soil-sensors power and data distribution unit from an unmanned aerial vehicle (UAV), using a high frequency inductive power transfer (HF-IPT) link. The configuration features, at the transmit side, a lightweight single-turn air-core coil driven by a 13.56 MHz Class EF inverter mounted on a Matrice 100 drone by DJI, and at the receive side, a two-turn PCB coil with a voltage-tipler Class D rectifier, an off-the-shelf 42 V battery charger and a supercapacitors module for energy storage. The experiments were conducted with a coil-to-coil gap of 250 mm, which corresponds to a coupling factor lower than 5%. In the experiments, a 10 F, 42 V supercapacitors module was charged in eleven minutes with an energy efficiency of 34% from the 80 V DC source that feeds the inverter on the drone to the supercapacitor-based energy storage unit in the sensor module. At higher power (50 W) the HF-IPT system was able to achieve a 68% DC-DC efficiency with a coupling factor of 3.5%. The work reported in this paper is part of a multiple-discipline project which looks to enable the optimal usage of water in agriculture with broader sensing techniques and more frequent sensing cycles.
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