CN118316394B - 脉冲激光无线能量传输系统的测量方法、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种脉冲激光无线能量传输系统的测量方法、设备及存储介质，涉及无线能量传输技术领域，该方法应用于测量脉冲激光无线能量传输系统的测量设备，该系统包括：被脉冲激光照射的光伏电池阵列；该测量设备包括：光功率计、电子负载、示波器；该方法包括：脉冲激光器发射脉冲激光辐照至光伏电池阵列，电子负载为光伏电池阵列提供可调整的反向电压，通过示波器获取电子负载与光伏电池阵列之间的脉冲电流、脉冲电压，并通过光功率计获取光功率；调节电子负载提供的反向电压，并对脉冲电流、脉冲电压、光功率进行数据处理，以获得光伏电池阵列的最佳光电转换特性。有益效果为：整个系统简单易实行，提高了光电转换特性测量的准确性。

Description

脉冲激光无线能量传输系统的测量方法、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及激光无线能量传输技术领域，具体而言，涉及一种脉冲激光无线能量传输系统的测量方法、设备及存储介质。

背景技术

激光无线能量传输(LWPT)具备方向性好，能量密度高，传输距离远等优势，在极端环境下也能为供电设备进行非接触性的持续供电，因此得到了广泛的应用。在接收端由于激光电池阵列连续接收激光能量，导致激光电池阵列热推积过高，光电转换的效率降低，现有相关研究有提出采用脉冲方式降低激光电池阵列热堆积，提升激光电池光电转换效率的方案，但针对脉冲激光无线能量传输中，激光电池阵列的光电转换特性测试也需探索研究。

目前对连续的激光无线能量传输系统的光伏电池的光电转换特性曲线测量有很多测量方法，比如利用数字源表或者电子负载均可以测量，但是对于脉冲激光照射下光伏电池的光电转换特性测量，单纯利用数字源表和电子负载并不适用，因此目前还不存在成熟的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种脉冲激光无线能量传输系统的测量方法、设备及存储介质，通过将脉冲激光器发射出的脉冲激光，脉冲激光经分光镜分为两部分，一部分辐照到光功率计或能量计上进行光功率测量，另外一部分辐照到光伏电池阵列进行光电转换特性测量；将光伏电池阵列输出端连接到电子负载的输入端，电子负载为光伏电池阵列提供电压可调的反向电压；示波器的电流探头夹持在光伏电池阵列与电子负载之间的导线上，用于测量光伏电池阵列的输出电流值；电压探头接到电子负载的接线柱上，用于测量光伏电池阵列的输出电压值；数字示波器接收并显示电流探头与电压探头实时测量的电流数值和电压数值；在调节电子负载两端的反向电压的同时，采集输出电压、输出电流和测量光功率，进而推算出脉冲激光照射下光伏电池阵列的光电转换特性，提供了一种脉冲激光照射下光伏电池的光电转换特性测量的成熟解决方案，整个系统简单易实行，从而解决上述技术问题。

第一方面，本申请提供一种脉冲激光无线能量传输系统的测量方法，所述方法应用于测量激光无线能量传输系统的测量设备，所述系统包括：被脉冲激光照射的光伏电池阵列；所述测量设备包括：光功率计、电子负载、示波器；所述电子负载的正负极与所述光伏电池阵列的正负极对应导线连接，所述示波器的电流探头与所述电子负载、所述光伏电池阵列的连接导线电连接，所述示波器的电压探头与所述电子负载电连接；所述光功率计用于采集所述光伏电池阵列接收到的脉冲激光的光功率；所述方法包括：通过所述示波器获取所述电子负载与所述光伏电池阵列之间的脉冲电流、脉冲电压，并通过所述光功率计获取所述光功率；调节电子负载提供的反向电压，并对所述脉冲电流、脉冲电压、光功率进行数据处理，以获得所述光伏电池阵列的光电转换特性。

在上述实现过程中，搭建测量系统在脉冲激光辐照下，逐步调节电子负载提供的反向电压，测量光伏电池阵列的脉冲电流、电压、光功率，计算并绘制光伏电池阵列的转换特性曲线与参数，可实现脉冲激光照射下光伏电池的光电转换特性测量的测量系统，整个系统简单易实行，解决了激光无线能量传输过程中亟待解决的测量问题，提高了光电转换特性测量的准确性。

可选地，所述光电转换特性包括：平均电流与平均电压的关系；所述调节电子负载提供的反向电压，并对所述脉冲电流、脉冲电压、光功率进行数据处理，以获得所述光伏电池阵列的光电转换特性，包括：在一个脉冲周期内，将采集的脉冲电流、脉冲电压进行均值处理，以获得所述脉冲周期内的平均电流和平均电压；按照预设步长，调节所述电子负载两端的反向电压；在调节所述反向电压的过程中，采集所述脉冲电流以及脉冲电压，并进行均值处理，获得多个平均电流和多个平均电压；根据所述多个平均电流和多个平均电压，获得所述平均电流与平均电压的关系。

在上述实现过程中，通过利用电子负载数字模拟不同负载条件下，对接收端进行光电转换工作的光伏电池阵列施加可变的反向电压值，测量脉冲激光照射下的电流输出特性，提高了测量的准确性和可行性。

可选地，所述光电转换特性包括：平均功率与平均电压的关系；所述调节电子负载提供的反向电压，并对所述脉冲电流、脉冲电压、光功率进行数据处理，以获得所述光伏电池阵列的光电转换特性，包括：在一个脉冲周期内，将采集的脉冲电流、脉冲电压进行积分均值处理，获得平均功率；按照预设步长，调节所述电子负载两端的反向电压；在调节所述反向电压的过程中，采集所述脉冲电流以及脉冲电压，并进行积分均值处理，以获得多个平均功率；根据所述多个平均功率和对应的平均电压，获得所述平均功率与平均电压的关系。

在上述实现过程中，通过利用电子负载数字模拟不同负载条件下，对接收端进行光电转换工作的光伏电池阵列施加可变的反向电压值，测量脉冲激光照射下的功率输出特性，提高了测量的准确性和可行性。

可选地，所述调节所述电子负载两端的反向电压的停止条件包括：判断所述脉冲电流是否等于0；若判定所述脉冲电流等于0，则结束调节过程。

在上述实现过程中，通过将截止条件设置为脉冲电流为0，即可自动完成整个输出过程的拟合，保证输出特性测量结果的完整性，提高了测量结果的效率和准确性。

可选地，所述系统还包括：分光镜；所述分光镜用于将所述脉冲激光的一部分反射到所述光功率计，以进行光功率的测量，并将所述脉冲激光的另一部分透射到所述光伏电池阵列，以进行光电转换特性的测量；所述光电转换特性还包括：光电转换效率；所述调节电子负载提供的反向电压，并对所述脉冲电流、脉冲电压、光功率进行数据处理，以获得所述光伏电池阵列的光电转换特性，包括：根据所述平均功率与平均电压的关系的最大值，确定所述光伏电池阵列工作的最大功率值；根据所述最大功率值与所述光功率的比值，确定所述光伏电池阵列的光电转换效率。

在上述实现过程中，通过利用电子负载数字模拟不同负载条件下，对接收端进行光电转换工作的光伏电池阵列施加可变的反向电压值，测量脉冲激光照射下的光电转换效率，提高了测量的准确性和可行性。

第二方面，本申请还提供了一种用于脉冲激光无线能量传输系统的测量设备，所述系统包括：被脉冲激光照射的光伏电池阵列；所述测量设备包括：光功率计、电子负载、示波器和脉冲采集处理系统；所述电子负载的正负极与所述光伏电池阵列的正负极对应导线连接，所述示波器的电流探头与所述电子负载、所述光伏电池阵列的连接导线电连接，所述示波器的电压探头与所述电子负载电连接；所述光功率计用于采集所述光伏电池阵列接收到的脉冲激光的光功率；所述脉冲采集处理系统用于：通过所述示波器获取所述电子负载与所述光伏电池阵列之间的脉冲电流、脉冲电压，并通过所述光功率计获取所述光功率；所述脉冲采集处理系统还用于：调节电子负载提供的反向电压，并对所述脉冲电流、脉冲电压、光功率进行数据处理，以获得所述光伏电池阵列的光电转换特性。

可选地，所述系统还包括：分光镜；所述分光镜用于将所述脉冲激光的一部分反射到所述光功率计，以进行光功率的测量，并将所述脉冲激光的另一部分透射到所述光伏电池阵列，以进行光电转换特性的测量。

在上述实现过程中，通过使用分光镜将脉冲激光分为两路进行传输，两路分别进行不同参数的测量，相互不干扰，提高了测量结果的准确性。

可选地，所述光功率计设置于所述分光镜反射的光路上，且所述光功率计到所述分光镜的反射平面的距离与所述反射平面到脉冲激光器输出端的距离之和等于所述光伏电池阵列到脉冲激光器输出端的距离。

在上述实现过程中，模拟测量辐照到光伏电池阵列上的脉冲激光的光功率尽可能不受距离的影响，提高了测量结果的准确性。

可选地，所述电子负载的单个正极接线柱与所述光伏电池阵列的正极导线连接，且单个负极接线柱与所述光伏电池阵列的负极导线连接；或，所述电子负载的两个正极接线柱与所述光伏电池阵列的正极导线连接，且两个负极接线柱与所述光伏电池阵列的负极导线连接。

在上述实现过程中，通过两种可选的连接方式将光伏电池阵列与电子负载连接起来进行测量，简单方便，提高了测量的可行性。

第三方面，本申请还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行上述的方法的步骤。

第四方面，本申请提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述的方法的步骤。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种参数测量方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的一种激光无线能量传输系统的测量设备示意图；

图3为本申请实施例提供的一种光电转换特性测量方法示例图；

图4为本申请实施例提供的一种绘制的IV曲线和PV曲线图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在介绍本申请实施例前，首先对本申请涉及的技术概念作简要介绍。

激光无线能量传输：不使用能量传输线，而使用激光作为能量传输载体，利用其优异的方向性以及高功率密度，为目标设备提供能量，使其正常工作。其主要由激光发射系统、能量传输控制系统、激光接收系统、能源管理系统以及负载组成，在空间飞行器、无人机供能以及空间太阳能电站等方面有潜在的应用前景。不均匀分布的激光辐照会引起无线激光能量传输系统接收端的能量损失严重，实验测得能量损失可高达78％，极大地限制了激光无线能量传输技术的实际应用。不均匀的高斯分布入射激光会降低接收系统中电池阵列的光电转换效率，需要针对均匀度与电路效率的关系进行研究。

本申请发明人注意到，随着科学技术的不断发展，传统供电方式已不能满足工商业可移动性和可持续性的供电需求。激光无线能量传输(LWPT)具备方向性好，能量密度高，传输距离远等优势，在极端环境下也能为供电设备进行非接触性的持续供电，因此得到了广泛的应用。由于激光电池阵列连续接收激光能量，导致激光电池阵列热推积过高，激光电池光电转换的效率降低，现有相关研究有提出采用脉冲方式降低激光电池阵列热堆积，提升激光电池光电转换效率的方案，但针对脉冲激光无线能量传输中，激光电池阵列的光电转换特性测试探索研究较少。目前，针对连续的激光无线能量传输系统中光伏电池的光电转换特性曲线测量存在很多测量方法，比如利用数字源表或者电子负载均可以测量，但是对于脉冲激光照射下的光伏电池的光电转换特性曲线测量单纯利用数字源表和电子负载并不适用。如何测量出脉冲激光照射下激光电池阵列准确的光电转换特性，目前还没有相关成熟解决方案。有鉴于此，本申请实施例提供了一种如下介绍的脉冲激光无线能量传输系统的测量方法、设备及存储介质。

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种脉冲激光无线能量传输系统的测量方法的流程图。下面对本申请实施例进行详细阐释。该方法应用于测量脉冲激光无线能量传输系统的测量设备，该系统包括：被脉冲激光照射的光伏电池阵列；该测量设备包括：光功率计、电子负载、示波器；电子负载的正负极与光伏电池阵列的正负极对应导线连接，示波器的电流探头与电子负载、光伏电池阵列的连接导线电连接，示波器的电压探头与电子负载电连接；光功率计用于采集光伏电池阵列接收到的脉冲激光的光功率；该方法包括：步骤100和步骤120。

步骤100：通过示波器获取电子负载与光伏电池阵列之间的脉冲电流、脉冲电压，并通过光功率计获取光功率；

步骤120：调节电子负载提供的反向电压，并对脉冲电流、脉冲电压、光功率进行数据处理，以获得光伏电池阵列的光电转换特性。

示例性地，光伏电池阵列可以是：由若干个光伏组件或光伏电池在电气上按串联和/或并联组合的方式组装在一起并且具有固定的支撑结构的阵列形式的直流发电单元，例如：M行N列的TCT（Total-Cross-Tie：完全交叉型结构）结构光伏阵列，M、N的取值可以根据实际情况任意设置，光伏电池首先通过串联形成组件串，这些组件串再并联形成最终的TCT结构，其中，光伏电池阵列中的激光电池可为单结或多结砷化镓、硅、铟镓砷等半导体材料，其带隙需满足脉冲激光器的输出波长。光电转换特性可以是：由于光伏电池是一种具有光电转换特性的半导体器件，它直接将激光辐射能转换成直流电，其光电转换特性主要依赖于光伏效应，当激光照射到光伏电池的表面时，光子被吸收并激发电子从价带跃迁到导带，产生电子空穴对，由于电子在电场作用下会沿着电流方向运动，因此光伏电池可以产生电流，测量其输出的电流、电压、功率，即可了解光伏电池工作的输出特性。反向电压可以是：在脉冲激光照射光伏电池阵列的情况下，电子负载为光伏电池阵列提供的用于模拟不同负载条件的可变反向电压，电子负载与光伏电池阵列的正负极对应连接。

可选地，脉冲激光器发射的脉冲激光波长可位于400nm至2000 nm区间，输出功率可位于1W至10000W区间，脉冲频率可位于1Hz至100MHz区间，脉冲占空比可位于1%至90%区间。电流探头可以是一种测量电流的仪器，可以通过夹持方式对导线中的电流进行非接触测量，其带宽可为1HZ至50MHz，灵敏度为0.1mV/A至100mV/A。电压探头可以是一种测量电子负载提供反向电压的仪器，电压探头的正负极分别与电子负载输入端正负极相连，其带宽可为1Hz至2GHz。示波器可以是用于捕获和显示由电流探头探测的电流信号和电子负载输入两端间的电压值，随后对电流电压的波形数据进行存储以及传输的数字示波器，其显示的电流及电压脉冲波形，存储的电压电流数据与数字示波器的带宽有关，同时，电流及电压脉冲波形，电子负载的可变反向电压每次调节改变时，数字示波器同时随之采集电流与电压脉冲波形。光功率计可用于直接测量或模拟测量辐照到光伏电池阵列光敏面的光功率。

如图2所示，将脉冲激光器发射出的脉冲激光可分为分两部分进行测量，一部分辐照到光功率计或能量计上进行光功率的模拟测量，另外一部分辐照到光伏电池阵列进行光电转换特性的直接测量。将光伏电池阵列输出端连接到电子负载的输入端，电子负载为光伏电池阵列提供电压可调的反向电压；示波器的电流探头夹持在光伏电池阵列与电子负载之间的导线上，用于测量光伏电池阵列的输出电流值；电压探头接到电子负载的接线柱上，用于测量光伏电池阵列的输出电压值；数字示波器接收并显示电流探头与电压探头实时测量的电流数值和电压数值；调节电子负载两端的反向电压，调整的同时采集输出电压、输出电流和测量光功率，进而可推算出脉冲激光照射下光伏电池阵列的光电转换特性，提供了一种脉冲激光照射下光伏电池的光电转换特性测量的成熟解决方案。

该方案具有三点优势：（1）基于上述实现过程，可以提供一种在脉冲激光照射下，激光电池阵列的输出特性测量方式。（2）基于上述实现过程，可以得到脉冲激光照射下，激光电池阵列输出的最大功率以及最大功率处的电压电流值。（3）基于上述实现过程，可以为连续激光和脉冲激光照射下激光电池阵列输出最大功率及光电转换效率的对比，提供一种对比方式。

通过搭建测量系统在脉冲激光辐照下，逐步调节电子负载提供的反向电压，测量光伏电池阵列的脉冲电流、电压、光功率，计算并绘制光伏电池阵列的转换特性曲线与参数，实现脉冲激光照射下光伏电池的光电转换特性测量的测量系统，整个系统简单易实行，解决了激光无线能量传输过程中亟待解决的测量问题，提高了光电转换特性测量的准确性。

在一个实施例中，光电转换特性包括：平均电流与平均电压的关系；步骤120可以包括：步骤121、步骤122、步骤123和步骤124。

步骤121：在一个脉冲周期内，将采集的脉冲电流、脉冲电压进行均值处理，以获得脉冲周期内的平均电流和平均电压；

步骤122：按照预设步长，调节电子负载两端的反向电压；

步骤123：在调节反向电压的过程中，采集脉冲电流以及脉冲电压，并进行均值处理，获得多个平均电流和多个平均电压；

步骤124：根据多个平均电流和多个平均电压，获得平均电流与平均电压的关系。

示例性地，平均电流与平均电压的关系可以用IV曲线表示，电子负载的可变反向电压每次调节改变，计算出的平均电流值和平均电压值均绘制出对应一个点，循环往复，连接不同反向电压对应所绘制出的点，拟合输出平均电流随平均电压变化的曲线，即最终的IV曲线。

可选地，如图3所示，脉冲激光器产生脉冲激光，脉冲激光将一部分辐照到光功率计或能量计上，另外一部分辐照到光伏电池阵列，光伏电池阵列可以将接收到的脉冲激光由光能转换为电能，利用电子负载为光伏电池阵列提供电压可调的反向电压，开始测量时利用电子负载控制程序模拟不同负载条件下，对激光能量接收装置（光伏电池阵列）施加可变的反向电压值，反向电压从0V开始，步长可设置为0.001V-10V之间，依次按照定该范围内的步长增加电压，截止条件可为调节到脉冲电流完全为0时截止。采用电流探头测量光伏电池阵列输出电流大小，并将电流信号传输到数字示波器中，采用电压探头测量电子负载两端的电压值，其电压值与反向电压值接近，通过采用数字示波器，接收电流探头传输的电流值信息和电子负载两端电压信息，可将其显示到显示屏上并保存。在一个脉冲周期T内，可采集到N个电流及电压值的数据，对其求平均值，得到一个周期内的平均电压、电流，根据反向电压的调节值，重复上述步骤采集电流电压求得多个平均值，再根据多个电流平均值和电压平均值绘制IV曲线，横坐标为电压（Voltage），单位为V，纵坐标为电流（Current），单位为mA，如图4所示，绘制的IV曲线可为图中曲线a。

通过利用电子负载数字模拟不同负载条件下，对接收端进行光电转换工作的光伏电池阵列施加可变的反向电压值，测量脉冲激光照射下的电流输出特性，提高了测量的准确性和可行性。

在一个实施例中，该光电转换特性包括：平均功率与平均电压的关系；步骤120还可以包括：步骤125、步骤126、步骤127和步骤128。

步骤125：在一个脉冲周期内，将采集的脉冲电流、脉冲电压进行积分均值处理，获得平均功率；

步骤126：按照预设步长，调节电子负载两端的反向电压；

步骤127：在调节反向电压的过程中，采集脉冲电流以及脉冲电压，并进行积分均值处理，以获得多个平均功率；

步骤128：根据多个平均功率和对应的平均电压，获得平均功率与平均电压的关系。

示例性地，平均功率与平均电压的关系可以用PV曲线表示，电子负载的可变反向电压每次调节改变，计算出的平均电流值和平均电压值，进一步计算出平均功率，每次均对应绘制出一个点，循环往复，连接不同反向电压对应所绘制出的点，拟合输出平均功率随平均电压变化的曲线，即最终的PV曲线。

可选地，如图3所示，脉冲激光器产生脉冲激光，脉冲激光将一部分辐照到光功率计或能量计上，另外一部分辐照到光伏电池阵列，采用光功率计或能量计可以测量另一部分分路光的光功率，以此模拟光伏电池阵列接收到的脉冲激光平均光功率。同步骤121-步骤124类似，利用电子负载控制程序模拟不同负载条件下，对激光能量接收装置（光伏电池阵列）施加可变的反向电压值，反向电压从0V开始，步长可设置为0.001V-10V之间，依次按照定该范围内的步长增加电压，截止条件可为调节到脉冲电流完全为0时截止。在一个脉冲周期T内，通过采用数字示波器接收电流探头传输的电流值信息和电子负载两端电压信息，可采集到N个电流及电压值的数据，对其求平均值，得到一个周期内的平均电压、电流，在一个脉冲周期T内示波器采集到的所有电流值I及电压值U的数据的乘积分别进行积分计算，随后均值处理可得到平均功率值P_E。其中，平均功率计算公式为：

P_E=

式中，N为示波器一个脉冲周期内采集电压值、电流值的次数。

根据反向电压的调节值，重复上述步骤采集电流电压求得多个功率平均值，再根据多个功率平均值和电压平均值绘制PV曲线，横坐标为电压（Voltage），单位为V，纵坐标为功率（Power），单位为mW，如图4所示，绘制的PV曲线可为图中曲线b，在最大功率点前，输出电流保持一个稳定的输出。

通过利用电子负载数字模拟不同负载条件下，对接收端进行光电转换工作的光伏电池阵列施加可变的反向电压值，测量脉冲激光照射下的功率输出特性，提高了测量的准确性和可行性。

在一个实施例中，调节电子负载两端的反向电压的停止条件包括：判断脉冲电流是否等于0；若判定脉冲电流等于0，则结束调节过程。

示例性地，电子负载为激光光伏电池阵列提供可变的反向电压用于模拟不同的负载条件，在脉冲激光不变情况下，反向电压可从0V开始调节，步长设置为0.001V~10V之间，依次按照固定步长或者可变步长增加电压，截止条件为增加电压到脉冲电流完全为0时截止。由于光电池输出非线性的特点，输出平均电流随着施加反向电压的增加而减小，当输出平均电流为0时，光电池就没有电能输出，所以当平均电流为0时，输出特性曲线可完成整个输出过程的拟合，即可停止拟合。

通过将截止条件设置为脉冲电流为0，即可自动完成整个输出过程的拟合，保证输出特性测量结果的完整性，提高了测量结果的效率和准确性。

在一个实施例中，该系统还包括：分光镜；分光镜用于将脉冲激光的一部分反射到光功率计，以进行光功率的测量，并将脉冲激光的另一部分透射到光伏电池阵列，以进行光电转换特性的测量；光电转换特性还包括：光电转换效率；步骤120可以包括：步骤1291和步骤1292。

步骤1291：根据平均功率与平均电压的关系的最大值，确定光伏电池阵列工作的最大功率值；

步骤1292：根据最大功率值与光功率的比值，确定光伏电池阵列的光电转换效率。

示例性地，光电转换效率可以是：每次调节改变电子负载的可变反向电压，计算出的平均功率和平均电压，每次均对应绘制出一个点，循环往复，连接不同反向电压对应所绘制出的点，拟合输出平均功率随平均电压变化的PV曲线，根据PV曲线的最高峰确定脉冲激光无线能量传输的最大功率点，再根据最大功率点的最大功率值与光功率计采集到的光功率值进行计算，得到激光光伏电池阵列的光电转换效率。可选地，如图3所示，采用分光镜光学元件将一部分辐照到光功率计或能量计上，另外一部分辐照到激光光伏电池阵列进行光电转换特性的直接测量。在一个脉冲周期T内，采集到的N个电流及电压值的数据，分别对采集到的一个周期T内电压电流数据进行积分均值计算得到平均功率值并保存，计算的过程同步骤125-步骤128类似，这里不再赘述。调节改变电子负载两端的反向电压，在PV曲线拟合时绘制出平均电压对应平均功率的一点，循环往复，绘制出平均功率随平均电压变化的PV曲线，根据PV曲线得到的最大功率值与光功率计采集到的光功率值进行计算，得到激光光伏电池阵列的光电转换效率；其中，PV曲线得到的最大功率值P_EMAX与采集光功率值P_L的比值得出光电转换效率，其公式为P_EMAX/ P_L。

通过利用电子负载数字模拟不同负载条件下，对接收端进行光电转换工作的光伏电池阵列施加可变的反向电压值，测量脉冲激光照射下的光电转换效率，提高了测量的准确性和可行性。

本申请实施例还提供了一种用于脉冲激光无线能量传输系统的测量设备，该系统包括：被脉冲激光照射的光伏电池阵列；测量设备包括：光功率计、电子负载、示波器和脉冲采集处理系统；电子负载的正负极与光伏电池阵列的正负极对应导线连接，示波器的电流探头与电子负载、光伏电池阵列的连接导线电连接，示波器的电压探头与电子负载电连接；光功率计用于采集光伏电池阵列接收到的脉冲激光的光功率；

脉冲采集处理系统用于：通过示波器获取电子负载与光伏电池阵列之间的脉冲电流、脉冲电压，并通过光功率计获取光功率；

脉冲采集处理系统还用于：调节电子负载提供的反向电压，并对脉冲电流、脉冲电压、光功率进行数据处理，以获得光伏电池阵列的光电转换特性。

示例性地，本申请实施例中的测量设备解决问题的原理与前述的参数测量方法的实施例相似，因此本实施例中的测量设备的实施可以参见上述参数测量方法的实施例中的描述，重复之处不再赘述。请继续查看图2和图3，光电转换特性可包括：IV曲线、PV曲线、光电转换效率。可采用脉冲采集处理系统，基于高速通信协议采集电流电压值数据，例如：TCP协议、UDT高速传输协议、FAST TCP：传输协议、DASH协议。计算单周期内平均电流、电压及功率值，并在电子负载的可变反向电压每次改变时计算一次，得到脉冲激光照射下，激光电池阵列输出的IV曲线与PV曲线中的一点，循环往复，最终拟合出IV与PV曲线，并通过PV曲线得到的最大功率值与采集光功率值的比值得出光电转换效率值。

在一个实施例中，该系统还包括：分光镜；分光镜用于将脉冲激光的一部分反射到光功率计，以进行光功率的测量，并将脉冲激光的另一部分透射到光伏电池阵列，以进行光电转换特性的测量。

示例性地，分光镜可以是一种光学组件，可将入射光以指定比率分割为两条不同光束，分光镜的种类包括但不限于立方体分光镜、平板分光镜、偏振分光镜、非偏振分光镜、二向色性分光镜等。请继续查看图2，脉冲激光器可为半导体激光器，波长可在400nm至2000nm区间，输出功率可位于1W至10000W区间，脉冲频率可位于1Hz至100MHz区间，脉冲占空比可位于1%至90%区间，分光镜可为上述种类中任意一种，将脉冲激光器产生的脉冲激光分为两部分，分光比可为f1:f2，将f1/（f1+f2）的光能辐照到光功率计13上，将f2/（f1+f2）传输到激光光伏电池阵列上，激光光伏电池阵列接收传输过来的脉冲激光，并将激光电池的正负极接线引出。

通过使用分光镜将脉冲激光分为两路进行传输，两路分别进行不同参数的测量，相互不干扰，提高了测量结果的准确性。

在一个实施例中，光功率计设置于分光镜反射的光路上，且光功率计到分光镜的反射平面的距离与反射平面到脉冲激光器输出端的距离之和等于光伏电池阵列到脉冲激光器输出端的距离。

示例性地，光功率计或能量计放置到激光透镜（分光镜）反射的光路上，且光功率计到反射镜反射平面再到激光器输出端（脉冲激光器）的距离等于激光电池阵列到激光器输出端（脉冲激光器）的距离。由于激光在无线能量传输过程中，会随着距离的延长产生能量损耗，直接测量光伏电池阵列面接收的光功率，误差大，不好测量，因此将辐照到光伏电池阵列上的脉冲激光分离一部分专门用于测量光功率，为了保证结果准确，因此光功率计到脉冲激光器所经过的光路距离长度等于光伏电池阵列到脉冲激光器所经过的光路距离长度，使得模拟测量辐照到光伏电池阵列上的脉冲激光的光功率尽可能不受距离的影响，提高了测量结果的准确性。

在一个实施例中，电子负载的单个正极接线柱与光伏电池阵列的正极导线连接，且单个负极接线柱与光伏电池阵列的负极导线连接；或，电子负载的两个正极接线柱与光伏电池阵列的正极导线连接，且两个负极接线柱与光伏电池阵列的负极导线连接。

示例性地，电流探头可通过夹持方式对激光光伏电池阵列与电子负载相连接的导线进行非接触测量，电流探头信号传输端接到数字示波器上；电压探头的探头端子的正极和负极可分别夹在电子负载的输入端正极和负极接线柱上，电压探头BNC端口将电压信号传输端接到数字示波器上；数字示波器的一个数据输入端可连接到电流探头上，另一个数据输入端可连接示波器专用电压探头，将电压探头的正负极夹持在电子负载的正负极接线柱“同极相连”，随后捕获和显示由电流探头探测的电流信号和电子负载输入两端间的电压值，随后对电流电压的波形数据进行存储以及传输。电子负载可采用二线法，即电子负载的一个正极和负极接线柱分别与激光电池阵列正极和负极导线连接；电子负载可采用四线法，电子负载的两个正极接线柱与激光电池阵列正极引线连接，两个负极接线柱与激光电池阵列负极导线连接。通过两种可选的连接方式将光伏电池阵列与电子负载连接起来进行测量，简单方便，提高了测量的可行性。

本申请还提供了一种电子设备。电子设备可以包括存储器、存储控制器、处理器、外设接口、输入输出单元、显示单元。上述的存储器、存储控制器、处理器、外设接口、输入输出单元、显示单元各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。上述的处理器用于执行存储器中存储的可执行模块。

其中，存储器可以是，但不限于，随机存取存储器（Random Access Memory，简称RAM），只读存储器（Read Only Memory，简称ROM），可编程只读存储器（Programmable Read-Only Memory，简称PROM），可擦除只读存储器（Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EPROM），电可擦除只读存储器（Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EEPROM）等。其中，存储器用于存储程序，所述处理器在接收到执行指令后，执行所述程序，本申请实施例任一实施例揭示的过程定义的电子设备所执行的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。

上述的处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

上述的外设接口将各种输入/输出装置耦合至处理器以及存储器。在一些实施例中，外设接口，处理器以及存储控制器可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

上述的输入输出单元用于提供给用户输入数据。所述输入输出单元可以是，但不限于，鼠标和键盘等。

上述的显示单元在电子设备与用户之间提供一个交互界面（例如用户操作界面）给用户参考。在本实施例中，所述显示单元可以是液晶显示器或触控显示器。液晶显示器或触控显示器可以对处理器执行所述程序的过程进行显示。

本实施例中的电子设备可以用于执行本申请实施例提供的各个方法中的各个步骤。

此外，本申请实施例还提供一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述方法实施例中的步骤。

本申请实施例所提供的上述方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行上述方法实施例中的步骤，具体可参见上述方法实施例，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。在本申请实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

需要说明的是，功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种脉冲激光无线能量传输系统的测量方法，其特征在于，所述方法应用于测量脉冲激光无线能量传输系统的测量设备，所述系统包括：被脉冲激光照射的光伏电池阵列；所述测量设备包括：光功率计、电子负载、示波器；所述电子负载的正负极与所述光伏电池阵列的正负极对应导线连接，所述示波器的电流探头与所述电子负载、所述光伏电池阵列的连接导线电连接，所述示波器的电压探头与所述电子负载电连接；所述光功率计用于采集所述光伏电池阵列接收到的脉冲激光的光功率；所述方法包括：

通过所述示波器获取所述电子负载与所述光伏电池阵列之间的脉冲电流、脉冲电压，并通过所述光功率计获取所述光功率；其中，所述脉冲电流和所述脉冲电压为波形信号数据；

调节电子负载提供的反向电压，并对所述脉冲电流、脉冲电压、光功率进行数据处理，以获得所述光伏电池阵列的光电转换特性；

其中，所述光电转换特性包括：平均电流与平均电压的关系；所述调节电子负载提供的反向电压，并对所述脉冲电流、脉冲电压、光功率进行数据处理，以获得所述光伏电池阵列的光电转换特性，包括：在一个脉冲周期内，将采集的脉冲电流、脉冲电压进行均值处理，以获得所述脉冲周期内的平均电流和平均电压；按照预设步长，调节所述电子负载两端的反向电压；在调节所述反向电压的过程中，采集所述脉冲电流以及脉冲电压，并进行均值处理，获得多个平均电流和多个平均电压；根据所述多个平均电流和多个平均电压，获得所述平均电流与平均电压的关系；

其中，所述光电转换特性包括：平均功率与平均电压的关系；所述调节电子负载提供的反向电压，并对所述脉冲电流、脉冲电压、光功率进行数据处理，以获得所述光伏电池阵列的光电转换特性，包括：在一个脉冲周期内，将采集的脉冲电流、脉冲电压的数据的乘积进行积分均值处理，获得平均功率；按照预设步长，调节所述电子负载两端的反向电压；在调节所述反向电压的过程中，将采集所述脉冲电流以及脉冲电压的数据的乘积进行积分均值处理，以获得多个平均功率；根据所述多个平均功率和对应的平均电压，获得所述平均功率与平均电压的关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述调节所述电子负载两端的反向电压的停止条件包括：

判断所述脉冲电流是否等于0；

若判定所述脉冲电流等于0，则结束调节过程。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述系统还包括：分光镜；所述分光镜用于将所述脉冲激光的一部分反射到所述光功率计，以进行光功率的测量，并将所述脉冲激光的另一部分透射到所述光伏电池阵列，以进行光电转换特性的测量；其中，所述光功率计设置于所述分光镜反射的光路上，且所述光功率计到所述分光镜的反射平面的距离与所述反射平面到脉冲激光器输出端的距离之和等于所述光伏电池阵列到脉冲激光器输出端的距离；所述光电转换特性还包括：光电转换效率；

所述调节电子负载提供的反向电压，并对所述脉冲电流、脉冲电压、光功率进行数据处理，以获得所述光伏电池阵列的光电转换特性，包括：

根据所述平均功率与平均电压的关系的最大值，确定所述光伏电池阵列工作的最大功率值；

根据所述最大功率值与所述光功率的比值，确定所述光伏电池阵列的光电转换效率。

4.一种用于脉冲激光无线能量传输系统的测量设备，其特征在于，所述系统包括：被脉冲激光照射的光伏电池阵列；所述测量设备包括：光功率计、电子负载、示波器和脉冲采集处理系统；所述电子负载的正负极与所述光伏电池阵列的正负极对应导线连接，所述示波器的电流探头与所述电子负载、所述光伏电池阵列的连接导线电连接，所述示波器的电压探头与所述电子负载电连接；所述光功率计用于采集所述光伏电池阵列接收到的脉冲激光的光功率；

所述脉冲采集处理系统用于：通过所述示波器获取所述电子负载与所述光伏电池阵列之间的脉冲电流、脉冲电压，并通过所述光功率计获取所述光功率；其中，所述脉冲电流和所述脉冲电压为波形信号数据；

所述脉冲采集处理系统还用于：调节电子负载提供的反向电压，并对所述脉冲电流、脉冲电压、光功率进行数据处理，以获得所述光伏电池阵列的光电转换特性；

其中，所述光电转换特性包括：平均电流与平均电压的关系；所述脉冲采集处理系统具体用于：在一个脉冲周期内，将采集的脉冲电流、脉冲电压进行均值处理，以获得所述脉冲周期内的平均电流和平均电压；按照预设步长，调节所述电子负载两端的反向电压；在调节所述反向电压的过程中，采集所述脉冲电流以及脉冲电压，并进行均值处理，获得多个平均电流和多个平均电压；根据所述多个平均电流和多个平均电压，获得所述平均电流与平均电压的关系；

其中，所述光电转换特性包括：平均功率与平均电压的关系；所述脉冲采集处理系统具体用于：在一个脉冲周期内，将采集的脉冲电流、脉冲电压的数据的乘积进行积分均值处理，获得平均功率；按照预设步长，调节所述电子负载两端的反向电压；在调节所述反向电压的过程中，将采集所述脉冲电流以及脉冲电压的数据的乘积进行积分均值处理，以获得多个平均功率；根据所述多个平均功率和对应的平均电压，获得所述平均功率与平均电压的关系。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述系统还包括：分光镜；所述分光镜用于将所述脉冲激光的一部分反射到所述光功率计，以进行光功率的测量，并将所述脉冲激光的另一部分透射到所述光伏电池阵列，以进行光电转换特性的测量。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，其中，所述光功率计设置于所述分光镜反射的光路上，且所述光功率计到所述分光镜的反射平面的距离与所述反射平面到脉冲激光器输出端的距离之和等于所述光伏电池阵列到脉冲激光器输出端的距离。

7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，其中，所述电子负载的单个正极接线柱与所述光伏电池阵列的正极导线连接，且单个负极接线柱与所述光伏电池阵列的负极导线连接；或，所述电子负载的两个正极接线柱与所述光伏电池阵列的正极导线连接，且两个负极接线柱与所述光伏电池阵列的负极导线连接。

8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至3任一所述的方法的步骤。