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美媒:红外线输电试验获得成功

admin2022-09-035探索发现

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参考消息网9月3日报道 据美国《科学日报》网站8月30日报道,研究人员利用红外线将电能无线传输了30米。

报道称,想象你走进机场或杂货店时,你的智能手机开始自动充电。由于一种新型无线激光充电系统,这有朝一日可能会成为现实。该系统克服了此前阻碍开发安全便捷充电系统的一些挑战。

相关研究团队负责人、来自韩国世宗大学的何津永(音)说:“以无线方式为设备供电的能力可以消除为我们的手机或平板电脑供电时把电线移来移去的必要。它还可以为各种传感器供电,例如物联网设备中的传感器和用于监测制造厂生产过程的传感器。”

在光学出版集团的《光学快讯》杂志中,研究人员描述了他们的新系统,该系统利用红外线安全传输高水平功率。实验室测试显示,它可以将400毫瓦的光功率传输远达30米的距离。这一功率足以给传感器充电。随着研发工作推进,其可能被提高至为移动设备充电所必需的水平。

为以无线方式远程传输电能,人们已经对多种技术进行了研究。不过,此前很难安全地在“米”级距离上传输足够电能。为克服这一挑战,上述研究人员对一种名为分布式激光充电的方法进行了优化,该方法最近因其应用赢得更多关注,因为它提供了安全的高功率照明,减少了光损失。

何津永说:“尽管大多数其他方法均要求接收装置放在一个特殊的充电座内或处于静止状态,但分布式激光充电系统能够在无需进行相关追踪的情况下自动耦合,只要发射器和接收器处于彼此‘视线’内即可。如果一个物体或人阻挡‘视线’,系统还会自动转向安全的低功率传输模式。”

报道指出,分布式激光充电系统的工作方式有点像传统激光器,但其激光谐振腔的光学部件没有被整合到一个设备中,而是被分成发射器和接收器。

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当发射器和接收器在彼此“视线”内时,就会在发射器和接收器之间的空中形成一个激光谐振腔,使得该系统能够输出基于光的电能。如果一个障碍物切断发射器与接收器之间的“视线”,系统就会自动切换至安全供电模式,实现空中无危险供电。

在新系统中,研究人员使用配有掺铒光纤放大器的光功率源,中心波长为1550纳米。这种波长区间处于光谱中最安全的范围,在所使用的功率下对人眼或皮肤不会造成任何危险。

何津永说:“在接收器单元中,我们加入了一个球面透镜后向反射器,以帮助发射器与接收器进行360度耦合,这使得电能传输效率最大化。我们在实验中观察到,该系统的整体性能依赖于球面透镜的折射率,其中2.003的折射率最有效。”

为验证这一系统,研究人员把一个发射器和一个接收器相隔30米放置。发射器由配有掺铒光纤放大器的光源组成,接收器单元包括一个后向反射器、一个将光学信号转化为电能的光伏电池以及一个会在电能传输过程中亮起的发光二极管。这种约10乘10毫米的接收器可以被轻松整合至设备和传感器中。

实验结果显示,在谱线宽度为1纳米的情况下,单通道无线光功率传输系统能够在30米距离内提供400毫瓦的光功率。光电装置将其转化为85毫瓦的电源功率。

研究人员的实验还表明,当发射器和接收器之间的“视线”被人手切断时,该系统会自动转向一种安全的功率传输模式。在这种模式下,发射器会产生强度极低的光,不会对人构成任何风险。

何津永说:“使用这种激光充电系统取代工厂中的电线可以节省维护和更换成本。在电线连接可能造成干扰或火灾的恶劣环境下,这可能尤其有用。”

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