非接触电容耦合式信号传输方法

马狄峰

摘要：为了有效地解决现阶段旋转运动机构之中所出现的导电滑环、集流器等接触式信号传输机所呈现出的设备损坏以及信号质量较差问题，就需要结合工作现状和实际特点，利用非接触电容耦合式的信号传输方式方法，做好信号传输结构调节。为此本文就在现有工作机制下，对于相关的数据参数进行分析，明确电路工作状态，对信号传输模式进行仿真建模，优化参数信息。以求转变我国国防军事工作、发电、医疗等行业中所使用的传统接触式导电滑环信号传输方式，提升工作质量。

关键词：导电滑环；电容耦合；非接触

在部分的旋转结构形态中，因为旋转运动的原因，导致信号难以实现导线传输操作，需要通过导电滑环实现信号的传输运作。导电滑环的使用主要集中在机器人、风力发电以及各大军事领域中，诸如工业机械、军事追踪、医疗设备、航空飞行等。接触式的导电滑环因为内外环境之间的摩擦就会产生出发热等问题，长时间的运作就会导致变形，限制接触的紧密性，导致滑环的接触电阻受到影响，限制传输信号的工作状态。同时这种损耗也会导致滑环的使用率降低。而电容耦合技术就是在其间做到中间的转化，以不断变化的电场环境构建，支撑传输信息的工作。

一、电容耦合传输环

1、电容耦合传输环分析

为更好研究非接触电容耦合式的工作特点，我们通过旋转圆柱体耦合传输环的研究进行判断观察。圆柱形的内环以及外环的表面都有一定的宽度调节板，在信号的发射以及传输的两端分别通过连接线的方式实现内外环的极板连接操作。发射端的信号数据通过电容耦合的传输转移到接收端，在接收端通过电路环境的恢复，保证最终的数据信号效果。在此耦合的传输环境中，形成一种系统的非接触电容耦合模式，以此有效地规避接触式信号传输所存在的各种问题。

为达到最佳的给你盖做效果在进行操作的过程中我们所提及的电容耦合传输环，都需要设定一个具体半径的内导体和外导体，设定内环与外环之间的距离d＝r２－r１，圆柱面上带有等量异号的电荷Q，极板间的电位差为U，ε０表示真空绝对介电常数，εr表示介质的相对介电常数，线电荷密度为η０．若该电容器的高度L为无限长，或电容器高度L与极板间距离d的比值无限大，即Ld。只要保证耦合环的半径、长度以及内外环之间的距离我们就能通过系统的计算分析得出耦合环的分布电容，以保证最终的工作效果和工作质量。

2、电容耦合传输环的结构分析

在现阶段的计算分析中，可知电容耦合传输环的结构有着具体的工作效果，．外环极板A和内环极板a正对，产生耦合电容CC１；外环极板B和内环极板b产生耦合电容CC２；外环极板A和内环极板b产生寄生电容CP１；外环极板B和内环极板a产生寄生电容CP２。

3、参数信息分析

为了保证最佳的工作效果，内外环之间的交叉耦合很容易产生出寄生电容，而寄生电容本身必然会直接影响后续的电路对于耦合电容电势的判断结果，从而导致最终数据传输效果受到影响。这里我们就需要对干扰信息、耦合电容以及寄生电容进行分析。

为了确保最终相关参数信息的精准性和有效性在进行工作分析的过程中我们一般都会通过电磁仿真软件的使用对信号传输环境进行建模仿真操作实验，通过内外环之间的极板反应以及耦合的电荷状态进行仿真分析。这个过程中所获得的电容值，就是我们需要分析的数据信息。通过对外环极板以及内环极板的耦合电荷量进行仿真分析判断，可以得到两个不同的数值。在这个过程中的内环半径、外环半径、极板距离、耦合高度等信息数据，都是后期分析过程中所需要的参数信息数值。通过在两个极板之间增设一个一级屏蔽极板，就可以通过耦合极板以及屏蔽极板之间的距离大小，分析出仿真的电容值大小。

4、参数优化分析

在耦合环总高度明确的基础背景下，增设屏蔽极板就会减少极板与极板之间的干扰数值，但也会减少耦合极板本身的耦合电容。为此就需要在有限的空间环境下，合理地分配合适的耦合剂版以及屏蔽极板的高度。为了系统的研究干扰效果与屏蔽极板之间的宽度变化状态，就需要分贝设定屏蔽极板的实际宽度。极板之间的距离也会因为工作要求，产生直接的变化。根据仿真数据信息的判断观察，对屏蔽极板的高度进行确定，同时构建出屏蔽极板高度、极板距离之间的变化曲线状态。

从耦合环的实际结构和具体的测试分析参数进行比较分析观察可知，极板与极板之间都仅有一个相邻的极板，受到一个极板之间的干扰影响相对较大，而极板与极板之间都会有两个相邻的极板，同时受到两个极板的干扰，极板与极板之间的耦合电容小于其他的耦合电容，实际的抗干扰能力也较高。

二、电容耦合传输电路的设计

为了满足非接触电容耦合式信号传输的实际需求，在具体设计的过程中，我们结合实际结构设定了专门的信号发射器、接收器，形成了两个不同的电容耦合器电容通道，通过通道的成型而产生寄生电容。首先信号发射器之中的信号通过通道、缓冲器以及反相器的变化，形成差分信号，差分的电荷放大器是通过电荷放大器以及减法器进行构建。若是信号发射器经过缓冲器和反相器的电压传输，在信号放大器的影响下输出电压。结合具体工作情况，根据优化模型的参数制作所形成的电容耦合结构系统，实现了高质量系统的调节和配置，同时对于电容耦合结构体的相关实验有了直接的影响。输入端的信号发射器中所产生的信号首先以一定的通信速率进行发射传输，再通过放大器的影像传输出高频次的通信信号，形成一种稳定高效的波段传输模式。发射信号段的信号波动以及接收信号段的信号波动之间相吻合，只是在现有时间范围上有一定的差异。而我们所提及的旋转运动机构之中，主要是依托于电容耦合的非接触电容耦合式信号传输方式方法，形成了一种新的旋转件传输结构形式，对于信号传输换环进行仿真的模拟操作，以此更好地判断参数信息以及等效电路的操作形式。

总结：通过明确非接触电容耦合式信号传输方式，实现了信息传输的工作质量调节，其本身的结构较为简单，可以有效地减少磨损的出现。同时相较于传统的光电传输，本身的能量消耗质量偏低，不会受到外部污染的直接影响。因为是差分出现的，所以对传输也会产生直接的优化调节，所形成的电场之间也会相互抵消。同时由于其本身是封闭的电场环境，本身也不会对周边的环境产生出较为直接的冲击和影响，也不会受到外部环境的制约。

参考文献

[1]谭雯.无线激光近距通信及热防护技术[D].2021

[2]郭世忠.感应耦合式无线供电微扰力技术研究[D].2019