CN101535659A - 声冷却系统的主动控制 - Google Patents

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Abstract

一种声冷却系统包括第一换能器(3)、第二换能器(4)和信号处理单元(6)，该第一换能器(3)适于通过产生声波而进行冷却，该第二换能器(4)适于通过产生声波而进行冷却，该信号处理单元(6)适于产生消除信号，该消除信号用于由该声冷却系统所产生的噪声。该第二换能器(4)适于将消除信号转换成至少部分地消除噪声的声音。

Description

声冷却系统的主动控制
技术领域
本发明涉及一种共振冷却系统，即，使之共振从而造成可引导向待冷却物体的脉动空气流的冷却系统。
背景技术
在例如通过声共振系统来冷却电部件的地方使用目前的技术。这种系统的最重要部件是声换能器，例如，压电元件、PVDF(聚偏二氟乙烯)材料、扬声器或任何其它的电磁或静电换能器。当换能器连接到共振器(诸如开放的共振管道或管或者亥姆霍兹共振器)时，产生脉动空气流。
出于冷却的目的，在诸如电子线路和系统中或在发光装置中使用这种空气流。与采用更常规的冷却技术所获得的空气层流相比，在冷却方面，脉动空气流动更为有效。
声共振冷却器的有用输出为在共振器出口的湍流。这实现实际冷却。但不可避免地也会存在某些残余的或多或少周期性的空气流动，我们将这些空气流动感知为声音或更具体地为噪声。
US-6,625,285公开了一种具有降低噪声功能的声冷却系统。该冷却系统具有温度和压力传感器，该温度和压力传感器提供输入值来驱动作为冷却器的声驱动器。当操作系统并使装置冷却时，产生噪声，该噪声被麦克风探测到。然后，所探测到的噪声用于确定扬声器的驱动参数，使扬声器产生声音来消除该系统所产生的噪声。
发明内容
本发明的目的在于提供上述技术和现有技术的一种改进。
特定目的在于提供一种声冷却系统，其可有效地冷却温热物体同时仍将系统的噪声水平保持在较低水平。
因此，提供一种声冷却系统，其包括第一换能器和第二换能器，该第一换能器适于通过产生声波来进行冷却，该第二换能器也适于通过产生声波来进行冷却。信号处理单元适于产生消除信号，该消除信号用于消除由声冷却系统所产生的噪声，且该第二换能器适于将消除信号转换成至少部分地消除噪声的声音。
本发明的冷却系统是有利的，因为在不需要装入任何复杂的噪声降低机构的情况下降低了噪声。相反地，由也执行冷却的部件执行噪声消除。优选地，在流体中产生用于相应换能器的声波，且优选地噪声被完全消除。
声冷却系统可包括噪声探测器，该噪声探测器适于探测由声冷却系统所产生的噪声，所述噪声探测器向信号处理单元提供所探测的噪声信号，这是有利的，因为可实现自适应噪声消除。
信号处理单元可适于产生预定消除信号，这是有利的，因为可采用更简单的冷却系统。
每个换能器可包括共振器，这是有利的，因为这使每个脉动空气流动可获得所希望的共振。
第二换能器可由对激励第一换能器的信号进行非线性处理而得到的信号来激励，这提供了操控换能器的非线性度的可能性，即，有可能消除具有在第一换能器驱动值的基频谐波信号成份的噪声。
第二换能器的驱动功率基本上对应于第一换能器的驱动功率，这提供了对第二换能器简单且有效的控制。应了解，驱动功率是用于产生由换能器所施加的冷却的功率。
共振器可在基本上平行的方向延伸，或者共振器可被布置成相应开口朝向基本上相反方向，以提供冷却系统的通用和灵活配置。
根据本发明的另一方面，提供一种用于驱动声冷却系统的方法，该方法包括以下步骤：由适于冷却的第一换能器产生声波；由适于冷却的第二换能器产生声波；由信号处理单元产生消除信号，该消除信号用于消除由声冷却系统所产生的噪声；以及，由所述第二换能器将消除信号转换成至少部分地消除噪声的声音。
该方法还可包括以下步骤：由噪声探测器来探测由声冷却系统所产生的噪声。
该方法还可包括以下步骤：向信号处理单元提供预定消除信号。
本发明的方法还可包括以下步骤：利用相应共振器来从每个换能器引导声波。
应当指出的是本发明的方法可结合上文所述的与本发明的冷却系统相关联的特征中的任何特征，且具有相同的相应优点。当然，由换能器所产生的声音可具有任何合适的频率。
附图说明
现将参考示意性附图以举例说明的方式来描述本发明的各实施例，在附图中：
图1是根据第一实施例的冷却系统的示意图；以及
图2是根据第二实施例的冷却系统的示意图。
具体实施方式
图1说明了带有两个换能器3、4的声冷却系统1。每个换能器3、4产生用于冷却的声波且具有带相应开口10、11的相应声共振器7、8。在图1的实施例中，共振器7、8被放置成彼此平行。信号发生器13向第一换能器3发送正弦驱动信号S1，并经由非线性电路14和信号处理单元6向第二换能器发送相同信号S1。
开口10、11通常被布置成朝向应被冷却的温热物体(未图示)且温度传感器(未图示)向信号发生器13提供输入值以确定驱动信号S1的水平，即，应当由系统1所施加的冷却水平。
当操作系统1时，通常产生噪声且该噪声被噪声探测器5或麦克风探测到。所探测到的噪声作为信号ε被发送到信号处理单元6。
从信号发生器13发送到非线性电路14的信号S1被非线性电路14变换成信号S’1，信号S’1包含S1的谐波频率成份。例如S’1可为周期性脉冲形状的信号或“锯齿”信号。
当然，可采用产生信号S1和S’1的任何合适的方法，只要从这些信号中的一个信号所得到的声音可消除从另一信号所得到的噪声。
举例而言，可通过从具有范围sin(0)至sin(2π)值的查找表中检索数值来产生两个信号S1和S’1。每个信号与重复地在该表上移动的相应指示器相关联，且由于指示器是发散的，所以产生相移正弦信号。例如，也能使这些指示器中的一个指示器以另一个指示器速度的两倍速度在该表上移动，从而得到两个谐波信号。
在另一形式中，通过使用正弦/余弦发生器和通过向每个信号S1、S’1分配相应角度值来产生两个信号S1和S’1。这使得能通过仅调整两个输入值而产生各信号的任意相位。当然，能使用任何其它合适的三角公式来产生相移或谐波信号S1、S’1。
信号处理单元6包括自适应控制元件9，自适应控制元件9用于使噪声信号ε与信号S’1之间的相关性最小化来对S’1进行自适应滤波。然后使用结果信号S”1来驱动第二换能器4，第二换能器4消除由噪声探测器5所探测到的噪声以及执行冷却。
换言之，在自适应滤波器中对信号S’1滤波，其精确传递函数由麦克风输出信号ε决定。自适应的标准为使ε与S’1之间的相关性尽可能地小。在(模拟或数字)自适应滤波领域中存在已知的程序，其可以用多种方式来执行，执行方式可任意选择。通过使ε尽可能小，在麦克风的位置造成不希望噪声的原始声音激励信号的残留量被最小化且在很大程度上降低了不希望的噪声。
由于声波相对较大的波长(通常在1kHz对于空气为34cm)，在噪声探测器5的精确位置的完美噪声消除也将在距共振器出口10、11较远距离处得到改进的噪声性能。
优选地，在冷却输出方面，第二换能器4“跟随”第一换能器3。如果由于任何原因，第一换能器3开始更努力地工作，第二换能器4也将会自动地如此。这表示如果使第一换能器3的冷却操作取决于待冷却的物体的实际温度(例如，经由温度传感器)，那么第二换能器4将相应地自动适应其冷却操作。
在一个形式中，省略了噪声探测器5，在此情况下，在信号处理单元6中储存噪声消除信号的预定参数。优选地在冷却系统1组装期间来执行这些参数的确定，例如通过在距系统1特定距离处使用临时麦克风和通过确定参数使得在麦克风位置的噪声被消除。
如2说明了第二实施例，其中相同的部件用与图1相同的附图标记来表示。此处，共振器7、8被放置成它们的开口10、11朝向相反方向，且噪声探测器5被放置于共振器7、8的侧部。
在实践中，冷却系统1的特定应用，尤其是其物理配置和待冷却物体的位置将决定哪种换能器/共振器布置是最合适的。
应当指出的是在不偏离本发明的范畴的情况下可采用任何合适的噪声消除方法的原理。
尽管已描述的系统具有两个换能器，但可采用任何合适数目的换能器，只要它们中的至少一个被配置成具有消除噪声并提供冷却的两种功能。
优选地，两个换能器3、4在流体(诸如空气)中产生声波，但声波可在任何合适的介质中产生。

Claims (12)

1.一种声冷却系统，其包括第一换能器(3)，其适于通过产生声波而进行冷却，其特征在于，
第二换能器(4)，其适于通过产生声波而进行冷却，
信号处理单元(6)，其适于产生消除信号，所述消除信号适于消除由所述声冷却系统所生成的噪声，
所述第二换能器(4)适于将所述消除信号转换成至少部分地消除所述噪声的声音。
2.根据权利要求1所述的声冷却系统，其特征在于，其还包括噪声探测器(5)，所述噪声探测器(5)适于探测由所述声冷却系统所产生的噪声，所述噪声探测器(5)向所述信号处理单元(6)提供所探测到的噪声信号。
3.根据权利要求1所述的声冷却系统，其特征在于，所述信号处理单元(6)适于产生预定消除信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的声冷却系统，其特征在于每个换能器(3；4)包括共振器(7；8)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的声冷却系统，其特征在于，所述第二换能器(4)是由对激励所述第一换能器(3)的信号进行非线性处理所得到的信号来激励。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的声冷却系统，其特征在于，所述第二换能器(4)的驱动功率基本上对应于所述第一换能器(3)的驱动功率。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的声冷却系统，其特征在于，所述共振器(7，8)基本上在平行的方向延伸。
8.根据权利要求4至6中任一项所述的声冷却系统，其特征在于，所述共振器(7，8)被布置成相应开口(10，11)朝向基本上相反方向。
9.一种用于驱动声冷却系统的方法，其包括以下步骤：
由适于冷却的第一换能器(3)产生声波，
由适于冷却的第二换能器(4)产生声波，
由信号处理单元(6)产生消除信号，所述消除信号用于由所述声冷却系统所产生的噪声，以及
由所述第二换能器(4)将所述消除信号转换成至少部分地消除所述噪声的声音。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：由噪声探测器(5)来探测由所述声冷却系统所产生的噪声并向所述信号处理单元(6)提供所探测到的噪声信号。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：向所述信号处理单元(6)提供预定消除信号。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其还包括以下步骤：利用相应共振器(7，8)从每个换能器(3，4)引导声波。
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