CN102711926B - 带有由伺服马达驱动的泡沫泵的灭火系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了用于向水流中喷射泡沫剂的灭火系统。该系统可包括：确定水流的流量的流量计；和泡沫泵，所述泡沫泵具有耦合于泡沫剂源的入口和耦合于水流的出口。该系统包括驱动泡沫泵的伺服马达。伺服马达包括用于确定转子轴速度和/或转子轴扭矩的传感器。一控制器可以利用闭环控制，根据所述流量和转子轴速度和/或转子轴扭矩，控制伺服马达的运行速度。

Description

带有由伺服马达驱动的泡沫泵的灭火系统
技术领域
本申请涉及消防领域，特别涉及采用泡沫剂灭火的灭火系统。
背景技术
新型灭火设备使用泡沫配料系统(FPS)利用水-泡沫剂溶液灭火。为实现最大效率灭火性能，希望是恒定浓度的水-泡沫剂溶液。通常，泡沫配料系统可包括附加的泵，其由不同的动力源驱动，所述动力源包括例如电动马达或液压马达。对于高流量(flowrate)，由于等效电动马达动力需求过大，所以使用液压马达。驱动液压马达的液压力常常随着灭火作业阶段而变化。因此，液压马达不适合于少量流动，因为难以提供水-泡沫剂溶液稳定流。除泡沫配料系统中的液压马达之外，通常也使用直流(DC)电动马达来提供低容积流量。
发明内容
本发明的实施例提供了用于向水流中喷射泡沫剂的灭火系统。该系统可包括：确定水流的流量的流量计；和泡沫泵，所述泡沫泵具有耦合于泡沫剂源的入口和耦合于水流的出口。该系统包括驱动泡沫泵的伺服马达。伺服马达可以包括用于确定转子轴速度和/或转子轴扭矩的传感器。一微处理器可以利用闭环控制，根据流量和转子轴速度和/或转子轴扭矩，控制伺服马达的运行速度。
附图说明
图1是依照本发明一个实施例的灭火系统的示意图，所述灭火系统包括伺服马达并在流量计的上游具有泡沫剂喷射点。
图2是依照本发明另一个实施例的灭火系统的示意图，所述灭火系统包括伺服马达并在流量计的下游具有泡沫剂喷射点。
图3是依照本发明又一个实施例的灭火系统的示意图，所述灭火系统包括伺服马达并在水泵的上游具有泡沫剂喷射点。
图4A是依照本发明一个实施例的伺服马达的透视图。
图4B是图4A伺服马达的剖视图。
图5是供图1、2和3中任意一个灭火系统使用的控制器的示意图。
图6是依照本发明一些实施例供图1、2和3中任意一个灭火系统使用的电气部件的示意性方框图。
图7是依照本发明一个实施例的载荷倾倒保护系统的示意性方框图。
图8是依照本发明一个实施例的载荷倾倒保护方法的流程图。
图9是依照本发明一个实施例的伺服马达的动力管理控制流程图。
图10A至10D是依照本发明一些实施例的各种脉动形状的示意性曲线图。
图11是依照本发明一个实施例的电流返流(currentfoldback)保护方法的流程图。
图12是依照本发明一个实施例的矫正桥路的示意性方框图。
图13是图11的矫正桥路的工作流程图。
具体实施方式
下面的叙述能够使本领域技术人员制造和使用本发明的实施例。所示实施例的各种修改对本领域技术人员来说是显而易见的。这里的一般原理在没有脱离本发明的实施例的情况下可以用于其他实施例和应用。因而，本发明的实施例没有特意局限于所示出的实施例，而是符合与在此披露的原理和特征一致的最宽范围。参照附图阅读下文的详细说明，其中不同附图中同样的元件具有相同的参考标记。这些附图描绘了所选择的实施例，不意味着对本发明实施例范围的限制。有经验的技术人员应当认识到在此所提供的例子具有许多有效的变形，都落入本发明实施例的范围内。
下文的描述指的是元件或特征是“连接”或“耦合”在一起。正如在此所使用的，“连接”指的是一个元件/特征直接地或间接地连接到另一个元件/特征上，不一定是机械连接，除非另有明确叙述。同样，“耦合”指的是一个元件/特征直接地或间接地耦合于另一个元件/特征上，不一定是机械连接，除非另有明确叙述。因而，虽然图5所示的示意图描绘了处理元件的一个配置实例，但是，在实际的实施例中可能存在另外的介入元件、装置、特征或部件(假定不会不利地影响系统的功能)。
在此使用功能性和/或逻辑块部件和各种处理步骤描述本发明，应当明白，可以通过任何数量的构造成执行规定功能的硬件、软件和/或固件部件来实现这样的块部件。例如，一实施例可以采用各种各样的集成电路部件，例如存储元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等等，在一个或更多个微处理器或其他控制装置的控制下，可以执行各种各样的功能。
依照计算机编程领域技术人员的实践，在此参照操作符号表示描述了本发明，可以通过各种计算部件、模块或装置执行这些操作。这样的操作有时被称为电脑执行、计算机化、软件实施或电脑实施。应该明白，符号表示的操作包括由各种微处理器装置操作表示系统存储器中的存储单元上的数据位的电信号以及其他处理信号。保持数据位的存储单元是具有对应于数据位的特定电、磁、光或组织性能的物理位置。
图1示出了依照本发明一个实施例的灭火系统1。灭火系统1可以是固定式的(例如建筑物的喷淋系统)或移动式的(例如，安装在消防车上)。在其他实施例中，灭火系统1可用于通过保护建筑物或通过提供辐射保护而帮助防火。灭火系统1可以包括泡沫配料系统(FPS)2、水箱4、水泵6、流量计8、控制器10和显示器12。水泵6可以从水箱4和/或其他源(例如湖泊、河流、或市政消防栓)接收水。水通过软管或其他导管14进给到水泵6的入口，水泵可以由适合的马达或引擎例如电动马达、内燃机或液压马达驱动。水泵6可以是高压高流量泵。水泵6的出口可以通过适合的导管16连接到流量计8。流量计8产生的信号经由线路18传递，该信号与穿过导管16的总流的体积流量成比例。泡沫配料系统2能够将一定量的泡沫剂引入水流中，以形成所希望浓度比率的水-泡沫剂溶液。在此以及附带权利要求书中所使用的术语“泡沫剂”可以包括下列中的任何一种或更多种：液体化学泡沫、浓缩液、水添加剂、乳化剂、凝胶液和其他适合的物质。
在流量计8的下游，所泵送的水可以往排出歧管20去。在一个实施例中，单个排出管路(例如单个消防软管或喷淋头)可以连接到排出歧管20上。其他实施例可以包括两个或更多个构造成以基本相等的浓度分配水-泡沫剂溶液的排出管路。在有些实施例中，灭火系统1可以包括两个或多个独立排出管路，其中一个排出管路分配的水-泡沫剂溶液浓度与另一个排出管路不同。
还是如图1所示，泡沫配料系统2可以包括泡沫泵22、伺服马达24和泡沫箱26。泡沫泵22可以为容积式泵或任何其他适合类型的泵。例如，泡沫泵22可以是柱塞泵、隔膜泵、齿轮泵或蠕动泵。泡沫箱26可以存储液体形式的泡沫剂源。在有些实施例中，泡沫箱26可以包括浮动机构28或其他适合类型的液位传感装置。浮动机构28产生的信号经由线路30传递给控制器10。该信号可以指示留在泡沫箱26中的泡沫剂的量已经下降到预设液位之下。泡沫箱26可以通过软管或其他适合的导管32耦合到泡沫泵22的入口上，以使泡沫剂通过重力进给至泡沫泵22。但是，在其他实施例中，泡沫剂可以通过克服重力而被吸入泡沫泵22。在有些实施例中，导管32至少有些柔性，以补偿泡沫泵22的振动，降低疲劳损坏的风险。在有些实施例中，泡沫配料系统2可以包括第二流量计(未显示)，其能够测量注入到水流中的泡沫剂的量。在有些实施例中，第二流量计可以测量所喷射的泡沫剂的量，而不是或者额外基于泡沫泵22的排量计算所喷射的泡沫剂的量。
泡沫泵22可以包括不同的缸筒，通过改变活塞尺寸和/或行程来适应大范围流量。从泡沫箱26吸取并通过导管32泵送的泡沫剂的量与各缸筒的行程容积以及由伺服马达24驱动的泡沫泵22的速度成比例。
在有些实施例中，伺服马达24的转子轴角度可用于计算泡沫泵22的活塞(未显示)的位置。在正常工作状态下，所计算的泡沫泵22的活塞的位置可用于改变伺服马达24的转子轴速度。在授予Kidd的美国专利No.6979181中公开了利用所计算的活塞位置改变转子速度，该专利的全部内容在此引入作为参考。如果活塞位置接近任一方向上行程的结束(即，活塞的运动即将变为相反方向)，控制器10可以使转子轴速度增加一增量。相反，当活塞在单一方向上移动而没有即将来临的方向改变时，转子轴速度可以由控制器10减去一增量。因此，可以以更稳定的方式引入泡沫剂，并且伺服马达24的功率峰值能够趋于平衡，从而减少动力消耗和热量产生。这样，随着时间段的延长，可以实现更平顺、更高的流量。
在有些实施例中，显示器12可以充当用户界面，以允许经由线路34与控制器10联通。显示器12可以将用户选择的水-泡沫剂溶液的浓度传递给控制器10。控制器10可以包括选定浓度的水-泡沫剂溶液以计算泡沫剂应当喷射到水流中的泡沫流量。为了实现必要的泡沫流量，控制器10可以经由线路36向伺服马达24发送相应的速度信号。如果伺服马达24使泡沫泵22以最高速度运行，伺服马达24可以继续以最高速度运行，即使通过导管16的流量需要更高的泡沫流量，从而减少选定浓度的水-泡沫剂溶液。在有些实施例中，显示器12还可以从控制器10经由线路38接收有关灭火系统1的状态的信息及其他运行信息(例如水或泡沫剂的当前流量，在当前灭火作业期间泵送的总水量或总泡沫剂量等等)。
控制器10可以与伺服马达24联通。在有些实施例中，伺服马达24可以将转子轴速度信号经由线路36传递给控制器10，将电流信号经由线路40传递给控制器，将温度信号经由线路42传递给控制器，以及将转子轴角度信号经由线路44传递给控制器。在有些实施例中，转子轴速度可以传递给控制器10(经由线路36)，基于线路40上接收的电流信号，控制器10计算转子轴扭矩。控制器10可以基于所接收的信号和/或用户输入操作伺服马达24。
进一步如图1所示，泡沫配料系统2可以包括关闭阀46、管道过滤器48、导管50、第一止回阀52和第二止回阀54。关闭阀46和管道过滤器48可以沿着导管32设置。关闭阀46可以允许在不必排空泡沫箱26情况下冲洗所述泡沫泵22。关闭阀46可以手动操作，也可以电动操作。关闭阀46的下游，管道过滤器48可以防止不希望的颗粒，诸如污垢和沙子，到达泡沫泵22的入口。在有些实施例中，管道过滤器48可用于供水，以便从泡沫泵22冲洗掉残余的泡沫剂。泡沫泵22的冲洗有助于使泡沫配料系统2更为可靠，因为否则残余泡沫剂可能腐蚀泡沫泵22的金属部件。
导管50可以将泡沫泵22的出口耦合至运载水流的导管16上。第一止回阀52可以沿着导管50设置，并能够防止水到达泡沫泵22。第二止回阀54可以将导管50连接至导管16。第二止回阀54可以防止泡沫剂流入水泵6和水泵6上游的任何辅助设备(例如，水箱4)。如果在灭火作业期间没有泡沫剂引入，第二止回阀54可以防止水倒流到水泵6中，这样，迫使水通过歧管20排出。在有些实施例中，喷射器附件(未显示)可以将导管50与导管16相连。喷射器附件可以将来自导管50的泡沫剂引入导管16的横截面的大体上中心处。喷射器附件可以提高泡沫剂与水流的混合。
在有些实施例中，泡沫配料系统2可以包括一选择阀56，所述选择阀可以手动操作，也可以电动操作。在有些实施例中，选择阀56可以为液压的或气动的。在第一位置，选择阀56可用于使泡沫剂从泡沫箱26通往套管(spigot)58外面，用于启动泡沫配料系统2、用于校准新添加剂、用于下排空泡沫箱26和/或用于冲洗泡沫配料系统2。控制器10可以提供用于校准泡沫配料系统2的模拟控制模式。为便于校准处理，泡沫配料系统2可以根据存储在控制器10中的参数进行校准。在有些实施例中，为校准起见，可以忽略来自特定传感器(例如流量计8)的信号，而泡沫泵22可以处于全操作状态。一定时间段之后，泵送的泡沫剂可以被收集在套管58的测量杯中，并可以与所要求的流量相比较。用户可以调整参数(例如泡沫泵22的速度)，直到泡沫配料系统2实现所要求的精度。在第二位置，选择阀56可以使泡沫泵22泵送的泡沫剂通过导管50通往导管16中。
在有些实施例中，选择阀56可以是电动校准喷射阀，其可用于自动启动泡沫配料系统2。当泡沫泵22在泡沫配料系统2启动之前起动时，管路中会存在一定的空气。当泡沫泵22的活塞推动空气时，马达转子轴的扭矩分布(profile)(正如下面所论述的)不同于泡沫泵22仅推动泡沫剂时的扭矩分布。为了启动泡沫配料系统2，控制器10可以监视泡沫泵22起动时的扭矩分布，控制器10可以自动打开电动校准喷射阀，以便清除泡沫配料系统2中的空气。电动校准喷射阀可以仍然打开，直到控制器10确定扭矩分布已经变为指示泡沫泵22仅仅推动泡沫剂，由此启动泡沫配料系统2。一旦启动泡沫配料系统2，控制器10就可以自动关闭电动校准喷射阀。
在有些实施例中，一个或更多个场外泡沫源可以耦合于泡沫配料系统2，所述场外泡沫源不是泡沫箱26或除泡沫箱之外(例如，对于泡沫箱26没有储层足量泡沫剂的情形来说)。场外泡沫源可以是场外背负物(tote)(例如典型的五加仑泡沫剂桶剂)、第二固定泡沫箱或带有泡沫箱的活动拖车中的一种或多种。场外泡沫源可以利用场外提取管路耦合于泡沫配料系统2，所述场外提取管路通常为10英尺到20英尺长，并且在启动之前充满空气。为了启动所述场外提取管路，控制器10可以监视泡沫泵22起动时马达转子轴的扭矩分布。只要扭矩分布指示空气正通过场外提取管路而被牵引出来，控制器10就可以使泡沫泵22高速运行。一旦扭矩分布指示仅泡沫剂正通过场外提取管路而被牵引出来，泡沫泵22就可以自动减速至泡沫剂喷射的正常速度。相反，控制器10还可以确定场外泡沫源的泡沫剂用完的时间。控制器10在显示器12上指示场外泡沫源不足。在有些实施例中，控制器10可以计算泡沫配料系统2可以操作直到场外泡沫源的泡沫剂将用完的时长(例如以分钟计)。显示器12可以指示泡沫剂少，显示器12可以指示泡沫配料系统2可以继续操作的剩余时间段(例如，若干分钟)。控制器10可以通过考虑泡沫剂通过泡沫泵22的当前流量来计算剩余时间段。一旦控制器10已经确定场外泡沫源基本排空，控制器10就可以自动关闭泡沫配料系统2。
同样，在有些实施例中，控制器10可以确定泡沫配料系统2可以操作的、直到泡沫箱26的泡沫剂将用完时的时长。泡沫箱26中的液位传感器28可以给出泡沫剂不足的总体指示。显示器12可以指示泡沫剂少，显示器12还可以指示泡沫配料系统2还可以继续操作的剩余时间段(例如，若干分钟)。控制器10可以通过考虑泡沫剂通过泡沫泵22的当前流量来计算剩余时间段。一旦控制器10已经确定泡沫箱26基本排空，控制器10就可以自动关闭泡沫配料系统2。
在有些实施例中，灭火系统1可以包括压缩空气泡沫系统(CAFS)。压缩空气泡沫系统的压缩机可以向连接于歧管20的排出管路的喷嘴提供压缩空气。压缩空气可以进一步提高泡沫剂的效果。
图2示出了依照本发明另一个实施例的灭火系统1。图1的流量计8测量总流量(即水流量加任何泡沫剂)，而图2的流量计8仅测量水的流量。在有些实施例中，可使用多个流量计测量通过系统1中各个位置的水流量。
图3示出了依照本发明又一个实施例的灭火系统1，其中水泵6可以泵送水-泡沫剂溶液。泡沫泵22的出口连接于水泵6上游的导管14。因此，流量计8可以测量总流量。泡沫剂可以被引入处于低压的水流，因为导管14中的水流比导管16中的压力低。
图4A示出了依照本发明一个实施例的伺服马达24的透视图。伺服马达24可以包括外壳60、散热器62、机架64和连接件66。散热器62可以包括肋条68，所述肋条位于外壳60周围。机架64可用于将伺服马达24固定地安装在合适部位上。连接件66可用于为伺服马达24供给动力。在有些实施例中，控制器10可以安放在伺服马达24内部。在有些实施例中，控制器10可以包括数字信号处理器(DSP)70。在有些实施例中，数字信号处理器70可以耦合于伺服马达24的外壳60。数字信号处理器70可以包括一连接器72，所述连接器能够使数字信号处理器70连接于灭火系统1的其他电子设备。在有些实施例中，连接件72可用于为数字信号处理器70供给动力。
图4B示出了依照本发明一个实施例的伺服马达24的剖视图。伺服马达24可以包括转子轴74、定子78以及一个或更多个转子76。转子轴74可以利用一个或更多个轴承80耦合于外壳60，从而使转子轴74能够相对于外壳60旋转。转子轴74可以包括第一端82和第二端84。第一端82可以包括耦合器86，所述耦合器能够使伺服马达24连接于泡沫泵22。第二端84可以延伸到外壳60之外。在有些实施例中，第二端84可以延伸到数字信号处理器70内。第二端84可以包括突起88。传感器90可以邻接第二端84设置。传感器90可以包括编码器和/或解析器。传感器90可以测量转子轴74的位置和/或速度，正如授权给Piedl等的美国专利No.6084376和No.6525502中所披露的那样，这两个专利的全部内容在此引入作为参考。
在有些实施例中，转子76可以为永磁转子。转子76可以位于定子78内部。定子78可以包括定子铁芯92和定子绕组94。在有些实施例中，转子76可以旋转以驱动转子轴74，而定子铁芯92和定子绕组94保持静止。连接件66可以朝着转子轴74延伸到外壳60中。连接件66可用定子78耦合在一起。
在有些实施例中，传感器90可以构建在马达外壳60内，以准确指示转子轴74的位置和/或速度。在其他实施例中，传感器90可以包含在数字信号处理器70中。在有些实施例中，伺服马达24的转子轴速度基本上可以被反馈装置连续地监视，所述反馈装置例如为编码器、解析器、霍尔效应传感器等等。在其他实施例中，不使用物理传感器也可以测量伺服马达24的转子轴速度(例如，通过从转子轴74的位置提取信息)。
术语“伺服马达”泛指具有下列特征中的一个或更多个特征的马达：能够在大的速度范围运行而不会过热的马达、能够在基本零速运行并且维持足够扭矩以将载荷保持在适当位置的马达、和/或能够以极低速度长时间段运行而不会过热的马达。术语“扭矩”可以定义为所测量的转子轴克服转动阻力的能力。伺服马达还可以被称为永磁同步电动机、永久磁场同步电动机或无刷电子整流马达。
伺服马达24能够精确地控制扭矩。伺服马达24的输出扭矩响应度高，并且基本上在整个运行速度范围内能够大体上都独立于转子76位置和转子轴74速度。在有些实施例中，伺服马达24的电流消耗(currentdraw)可以通过线路40发送给数字信号处理器70，而可用于计算驱动伺服马达24所需的扭矩。
与对于低流量/浓度比率，必须依赖于脉冲宽度调制(PWM)控制的传统直流电动马达相比(例如，流量小于泡沫泵22的最大输出的大约30％，或在一个实施例中，大约0.01GPM到大约5GPM)，通过利用伺服马达24，可以简化泡沫配料系统2的致动和控制。因此，伺服马达24能够将泡沫剂流畅地喷射到水流中。在有些实施例中，水流的工作压力可以在大约80PSI(磅/平方英寸)和大约800PSI之间。在有些实施例中，通过利用伺服马达24，即使在低每分钟转数(RPM)下，也可以允许流畅地喷射泡沫剂，这使得泡沫剂能够最佳地混合到水流中。本发明的一些实施例改善了泡沫剂/水混合精度或比率，这可以改善系统的效力，并可以提供更为安全的系统，以便消防人员使用。
在包括压缩空气泡沫系统的有些实施例中，伺服马达24可以消除或至少显著地减少所谓的“迟滞(slugging)”或“迟滞流动效应”。首先，由脉冲宽度调制操作的传统直流电动马达可能导致泡沫泵22中的压力变化，这可能是由于直流电动马达的脉动引起的。其次，由脉冲宽度调制操作的传统直流电动马达可能导致空气与泡沫剂-水溶液的不良混合，从而可能在导管16和/或歧管20内部形成气穴。由泡沫泵22的压力变化引起的泡沫剂的不均匀喷射会加剧气穴形成。气穴导致连接于歧管20的排出管路发生迟滞。所述迟滞能够移动排出管路，使操作者难以控制排出管路。在有些实施例中，通过利用伺服马达24而使泡沫剂流畅地喷射，可以显著地减少不良混合和/或导管16和/或歧管20内部的气穴，从而基本上削弱乃至消除“迟滞流动效应”。
控制器10可以位于伺服马达24外面或者安放在伺服马达24内部。如图5所示，控制器10可以包括数字信号处理器(DSP)70、微型处理器100和存储器102。存储器102可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、和/或电可擦可编程只读存储器(EEPROM)。在有些实施例中，控制器10可以包括模拟/数字(A/D)转换器和/或数字/模拟(D/A)转换器，以便处理不同的输入信号和/或与外围设备接口。在有些实施例中，数字信号处理器70、微处理器100和存储器102可以包含在单个装置中，而在其他实施例中，数字信号处理器70、微处理器100和存储器102可以分别安放。在有些实施例中，数字信号处理器70和/或存储器102可以设置在伺服马达24内部或附近，而微处理器100和/或存储器102也可以与显示器12一起包含在内。
在有些实施例中，微处理器100可以为泡沫配料系统2提供自动起动特征，正如授予Arvidson等的美国专利No.7318482所披露的那样，该专利的全部内容在此引入作为参考。如果用户选择，显示器12可以将自动起动用户输入经由线路34传递给微处理器100。通过选择自动起动特征，如果流量计8指示正流量并且微处理器100没有检测到错误，可以自动激活泡沫泵22。如果流量计8指示没有流动(其可以被称为“零流量切断”)或检测到错误，控制器10可以停止喷射泡沫剂。
图6示出了依照本发明一个实施例的灭火系统1的电气部件和/或电子设备之间的连接。所测量的总流或水流的流量能够经由线路18传递给微处理器100。当检测到正流量时，微处理器100可以读出经由线路34的有关所要求的泡沫剂浓度的用户输入。根据所要求的浓度，微处理器100可以计算伺服马达24可以使泡沫泵22运行的基本速度。在有些实施例中，微处理器100可以使用所要求的浓度和来自线路18的流量信号计算基本速度。
数字信号处理器70可以从微处理器100经由线路104接收基本速度，用于所要求的水-泡沫剂溶液浓度和所测量的流量。在初始化泡沫剂添加(当伺服马达24没有运转时)之后，基本速度可以直接经线路36传递给伺服马达24。一旦伺服马运转24运转，数字信号处理器70就可以处理来自伺服马达24的下列信号中的一个或更多个：伺服马达24的电流消耗、转子轴74的速度、转子轴74的角度以及伺服马达24的温度。数字信号处理器70和/或微处理器100可以使用这些信号或其他信号的任何适合的组合来改变基本速度，以提供闭环控制。
在有些实施例中，伺服马达24的转子轴74的实际速度可以经由线路36传回数字信号处理器70，如果泡沫箱液位传感器28没有指示低泡沫剂液位，并且灭火系统1内部没有检测到其他错误，所述数字信号处理器70可以将这些信号经由线路104传递给微处理器100。如果一低泡沫剂液位信号经由线路30发送给微处理器100或者数字信号处理器70经由线路106向微处理器100传达一错误，微型处理器100将向数字信号处理器70发送一指令以停止伺服马达24。
在有些实施例中，所计算的转子轴74扭矩可以经由线路108传递给微处理器100。利用转子轴74的实际速度和所计算的转子轴74的扭矩，微处理器100可以计算泡沫剂的流量。新计算的流量可以与提供所要求的浓度所需的前述流量相比较，微处理器100可以计算新的基本速度。
在有些实施例中，控制器10的快速计算时间可以允许对泡沫剂进行若干次估算和以及改变每一泵送循环的基本速度。这可以使变化参数(例如，水流量)快速得到调整，同时有助于提供确切浓度下的基本上不间断的、流畅的水-泡沫剂溶液流。在有些实施例中，控制器10可以确定由泡沫泵22泵送的泡沫剂的粘性。在有些实施例中，根据泡沫配料系统2的当前工作温度，控制器10可以自动补偿具有不同粘度的不同泡沫剂或者补偿具有不同粘度的单一类型泡沫剂。控制器10可以考虑粘度反馈上的变化，以便水-泡沫剂溶液可以继续具有确切的浓度。在有些实施例中，多于一个的泡沫箱26可以与泡沫配料系统2耦合在一起。控制器10可以自动确定不同类型的泡沫剂存储在不同的泡沫箱26中。控制器10可以自动操作泡沫泵22以对于各个特定类型的泡沫剂实现确切的水-泡沫剂浓度。
如图6所示，伺服马达24可以由一外部电源110提供动力。转子轴74的速度信号可以从数字信号处理器70经由线路36发送至功率放大器112，所述功率放大器连接于外部电源110。取决于来自于数字信号处理器70的转子轴74速度信号，功率放大器112可以向伺服马达24提供适当的动力(例如，适当的电流消耗)。在有些实施例中，功率放大器112可以向伺服马达24、控制器10以及其他电气部件和/或电子设备供给动力。
在有些实施例中，灭火系统1可以包括载荷倾倒保护电路114。在有些实施例中，载荷倾倒保护电路114可以是功率放大器112的一部分。载荷倾倒保护电路114能够防止过电压峰值引起对控制器10、伺服马达24以及其他电气部件和/或电子设备的损坏。在有些实施例中，载荷倾倒保护电路114能够保护灭火系统1的电气部件和/或电子设备免受欠压状态和/或外部电源110极性错误的影响。在有些实施例中，如果外部电源110的电压是负的、低于最小值或者高于规定水平，载荷倾倒保护电路114可以断开灭火系统1的电气部件和/或电子设备。
图7示出了依照本发明一个实施例的载荷倾倒保护电路114。载荷倾倒保护114可以包括传感电路116、继电器触点118、继电器线圈120、电容器122、第一二极管124、第二二极管126和电源128。继电器线圈120可以连接到传感电路116上。继电器线圈120可以使继电器触点118通电和断电。在继电器触点118闭合之前，电源128可以用有限电流为电容器122充电，以实现“软起动”。一旦电容器122被充电至正确水平，电源128和第二二极管126就可以通过继电器触点118进行旁通，实现正常操作的高电流流动。
如果外部电源110供给的电压极性错误，第一二极管124和第二二极管126能够防止损坏灭火系统1的传感电路116和/或其他电子设备。例如，如果外部电源110是蓄电池，为维修和/或修理程序而断开，如果蓄电池重新连接时出错，第一二极管124和第二二极管126能够防止损坏灭火系统1的电子设备。
在有些实施例中，传感电路116可以承受过电压峰值。传感电路116还可以快速检测过电压峰值或欠压状态。传感电路可以基本上独立于伺服马达24和/或控制器10的动力状态而检测过电压峰值或欠压状态。在有些实施例中，即使伺服马达24和/或控制器10没有运转，传感电路116也可以检测过电压峰值或欠压状态。传感电路116可以通过继电器线圈120使继电器触点118断电。因此，灭火系统1的全部内部电源供给几乎可以立即断掉。在有些实施例中，在再次使继电器触点118重新通电之前，电流源128可以用有限电流为电容器122充电。一旦没有检测到过电压状态，例如过电压峰值，或者没有检测到欠压状态，传感电路116就可以使继电器触点118重新通电，并重新连接全部内部电源。在有些实施例中，一旦没有检测到过电压状态或欠压状态并且电容器122被充电至正确水平，继电器触点118就可以重新通电。一旦继电器触点118被重新通电，第二二极管126和电流源128就可以通过继电器触点118进行旁通，实现正常工作电流供给。例如，如果灭火系统1包括消防车，为修理、维修或设备安装而在消防车上进行的焊接可以导致过电压峰值穿过消防车。载荷倾倒保护电路114可以帮助防止可能由过电压峰值引起的对灭火系统1的电子设备的损坏。
图8是依照本发明一个实施例的载荷倾倒保护方法200的流程图。在有些实施例中，传感电路116可以检测(步骤202)电压Usupply。如果电压Usupply小于最大阈值Umax、但大于最小阈值Umin(步骤204)，传感电路116就可以再次检测(步骤202)电压Usupply。如果电压Usupply大于最大阈值Umax、或小于最小阈值Umin(步骤204)，传感电路116基本上在过电压状态或欠压状态可能导致损坏灭火系统1的电子设备之前，能够断开(步骤206)灭火系统1的电子设备，包括控制器10、伺服马达24和/或其他电子设备。在有些实施例中，传感电路116可以使继电器触点118不再接触，从而断开灭火系统1的电子设备。一旦断开，传感电路116就可以继续检测(步骤208)电压Usupply，直到电压Usupply降到最大阈值Umax之下或者升到最小阈值Umin之上(步骤210)。传感电路116可以在载荷倾倒保护方法200重新开始(步骤202)之前使电子设备重新连接(步骤212)。在有些实施例中，为了重新连接灭火系统1的电子设备，可以使继电器触点118重新通电。
在有些实施例中，控制器10可以提供用于泡沫配料系统2的驱动诊断，这些驱动诊断可以下载下来，以便进一步处理。技术人员可以使用驱动诊断分析泡沫配料系统2的任何错误。驱动诊断可以包括错误信息，具体地说，用于伺服马达24的错误信息。在有些实施例中，控制器10能够检测泡沫配料系统2的部件之间的中断连接，并向控制器10发送错误信号。在一个实施例中，可以将下列类型的错误传送给数字信号处理器70和/或微处理器100：伺服马达24的一个或更多个部件超过温度阈值，伺服马达24需要以比电流阈值更高的电流运行(其可被称为“电流返流”)，以及伺服马达24正承受失速状态。
在有些实施例中，伺服马达24可能发热，尤其在高转速(RPM(每分钟转数))的时候，(即，对于高浓度率的水-泡沫剂溶液和/或高流量水流来说)。伺服马达24可以包括无源的热控制，例如散热器、通风孔等等。在有些实施例中，如图9所示，伺服马达24可以使用动力管理控制方法300主动防止过热。在有些实施例中，可以改变供给至伺服马达24的电流的占空比来防止过热。
图9示出了依照本发明的一个实施例的动力管理控制方法300。在有些实施例中，数字信号处理器70可以测量(步骤302)伺服马达24的温度Tmotor。数字信号处理器70可以测量伺服马达24的任何部件的温度。在有些实施例中，数字信号处理器70可以测量多个部件的温度。数字信号处理器70可以确定(步骤304)温度Tmotor是否接近最高温度Tmax(即，温度Tmotor是否在范围ε之内)。所述最高温度Tmax可存储在存储器102中，如果伺服马达24的多个部件被数字信号处理器70监测，最高温度Tmax可以是部件特性。如果最高温度Tmax没有接近温度Tmotor，则在步骤306，控制器10可以使伺服马达24以所计算的速度运行，以满足泡沫剂流量和/或喷射压力。通过测量温度Tmotor，数字信号处理器70可以重新开始(步骤302)动力管理控制方法300。
如果温度Tmotor接近最高温度Tmax，数字信号处理器70将确定(步骤308)是否已经超过最高温度Tmax。如果已经超过最高温度Tmax，伺服马达24将停机(步骤310)，数字信号处理器70可启动一定时器(步骤312)。该定时器可以设定为足够长的时间段，以允许对伺服马达24冷却。在有些实施例中，定时器可以设定为大约1分钟的时间段。在定时器启动(步骤312)后，数字信号处理器70可以继续监测(步骤314)伺服马达24的温度Tmotor。如果温度Tmotor已经降到低于最高温度Tmax，数字信号处理器70则确定定时器是否已经定时期满(步骤316)。一旦定时器的定时期满(步骤314)，数字信号处理器70就可以重新起动(步骤318)伺服马达24，并可再次测量(步骤302)温度Tmotor。
如果温度Tmotor低于最高温度Tmax但在范围ε之内，则数字信号处理器70将使伺服马达24停机(步骤320)第一时间间隔TI1。数字信号处理器70可以使伺服马达24启动(步骤322)第二时间间隔TI2。在有些实施例中，第一时间间隔TI1和/或第二时间间隔TI2可以为一缺省值和/或以前存储在控制器10中的值。在有些实施例中，伺服马达24可以在第二时间间隔TI2期间连续运转，而在其他实施例中，伺服马达24可以以某一频率Fpulse脉动。可将温度Tmotor与以前存储的温度Tprev进行比较(步骤324)。在有些实施例中，温度Tprev在初始化期间是一缺省值(即，如果由于上次伺服马达24上电务(power-up)而之前没有在存储器102中存储温度)。如果温度Tprev低于温度Tmotor，则数字信号处理器70可以增加(步骤326)第一时间间隔TI1，减少(步骤328)第二时间间隔TI2，和/或减少(步骤330)频率Fpulse。数字信号处理器70可以在存储器102中存储(步骤332)温度Tmotor作为温度Tprev。数字信号处理器70可以在第一时间间隔TI1和在第二时间间隔TI2操作(步骤334)伺服马达24，从而引起伺服马达24的脉动。在有些实施例中，由第一时间间隔TI1和第二时间间隔TI2引起的脉冲频率基本上小于频率Fpulse，在第二时间间隔TI2期间，伺服马达24可以以该频率操作。在有些实施例中，频率Fpulse可以小于大约20千赫。
如果温度Tmotor不高于温度Tprev(步骤324)，数字信号处理器70则可确定(步骤336)温度Tprev是否高于温度Tmotor。如果温度Tprev高于温度Tmotor，则数字信号处理器70可以减少(步骤338)第一时间间隔TI1，增加(步骤340)第二时间间隔TI2，和/或增加(步骤342)频率Fpulse。数字信号处理器70可以在存储器102中存储(步骤332)温度Tmotor作为温度Tprev。数字信号处理器70可以在第一时间间隔TI1和第二时间间隔TI2使伺服马达24脉动(步骤334)。如果温度Tprev基本上等于温度Tmotor，则可以在第一时间间隔TI1和第二时间间隔TI2使伺服马达24脉动(步骤334)。在步骤334后，数字信号处理器70可以重新开始(步骤302)动力管理控制方法300。
在有些实施例中，动力管理控制方法300可以是自适应的，对于第一时间间隔TI1、第二时间间隔TI2和频率Fpulse中的至少一个，其可以学习最优值。因此，在由于过高温度状态而必须停机之前，伺服马达24可以以高转速(RPM)持续运行一段时间。在有些实施例中，动力管理控制方法300可以在短时间调节第一时间间隔TI1、第二时间间隔TI2和频率Fpulse中的至少一个，同时使泡沫配料系统2能够传送最大泡沫剂流量，而不会超过最高温度Tmax。在有些实施例中，动力管理控制方法300学习最优值以便使伺服马达24脉动的时间段可以在转子轴74转动大约10转之内。
在有些实施例中，利用频率Fpulse操作伺服马达24，可能导致伺服马达24本身、控制器10和/或功率放大器112的动力损耗。动力损耗可能使相应部件和/或设备的温度升高。在有些实施例中，频率Fpulse可用于确定动力损耗的实际位置。在有些实施例中，可以增大频率Fpulse来降低伺服马达24的动力损耗，以便帮助动力管理控制方法300防止伺服马达24过热。因此，频率Fpulse增大可能会增大控制器10和/或功率放大器112的动力损耗。为防止控制器10和/或功率放大器112过热，可以减小频率Fpulse以便限制动力损耗。因此，减小的频率Fpulse可用于增加伺服马达24的动力损耗。
在有些实施例中，动力管理控制方法300可用于调节频率Fpulse以平衡动力损耗。在有些实施例中，动力管理控制方法300可以改变频率Fpulse，以便阻止伺服马达24和/或灭火系统1的任何其他电子设备过热。在有些实施例中，动力管理控制方法300可以根据伺服马达24的工况点和/或状态确定某一频率Fpulse。在有些实施例中，通过改变频率Fpulse，可使泡沫配料系统2的整个系统效率达到最大化。
图10A至10D示出了依照本发明一些实施例的各种定制脉动形状400。所述定制脉动形状400可以包括阶梯脉动形状402(图10A)、线性斜坡脉动形状404(图10B)、多项式脉动形状406(图10C)以及三角形脉动形状408(图10D)。在有些实施例中，为了衍生出所述定制脉动形状400，可以定制脉动的开始和/或结束。多项式脉动形状406可以近似于任何适合的高阶多项函数和/或有理函数。三角形脉动形状408可以近似于包括正弦、余弦、正切、双曲线、圆弧等的任何三角函数和包括实自变量和/或虚自变量的其他指数函数。
在有些实施例中，动力管理控制方法300可以使用该定制脉动形状400。可以调节定制脉动形状400，以使伺服马达24的机械磨耗最小化。在有些实施例中，该定制脉动形状400可以使从伺服马达24传递到泡沫配料系统2和/或灭火系统1的其他部件上的机械应力最小化。例如，定制脉动形状400可以使泡沫泵22和连接导管上的机械应力最小化。可以调节定制脉动形状400，以使用于供给至伺服马达24的动力的输出量最优。在有些实施例中，可以改变定制脉动形状400，以降低伺服马达24的热冲击。伺服马达24以高转速(RPM)(例如，高处泡沫剂流量和/或高水流量)产生的热量可被减少，以使伺服马达24能够以高转速(RPM)继续运行较长的时间段，不用由于过高温度状态而停机和/或不用改变第一时间间隔TI1、第二时间间隔TI2和/或频率Fpulse。
图11是依照某些实施例的电流返流保护方法500的流程图。电流返流保护法500可以防止伺服马达24拉高电流，高电流会损坏伺服马达24。电流返流保护方法500能够使伺服马达24的运行达到最优。在有些实施例中，电流返流保护方法500可使泡沫配料系统2的输出达到最大。电流返流保护方法500可以由控制器10执行。在有些实施例中，数字信号处理器70可以执行电流返流保护方法500。控制器10可以检测(步骤502)转子轴速度。控制器10可以检测(步骤504)转子轴扭矩和/或供给至伺服马达24的实际相电流Iphase。在有些实施例中，控制器10可以计算转子轴74扭矩和相电流Iphase。控制器10可以计算(步骤506)最大马达相电流Imotor,max，所述最大马达相电流可以是所供给的、不会损坏伺服马达24和/或控制器10的最高容许电流。在有些实施例中，最大马达相电流Imotor,max可以随着转子轴74的速度而变化。在有些实施例中，控制器10可以将转子轴74的速度、转子轴74的扭矩以及伺服马达24的效率参数相乘，以计算最大马达相电流Imotor,max。
如果相电流Iphase小于最大马达相电流Imotor,max(步骤508)，控制器10可以计算(步骤510)连续电流限制Icont和相电流Iphase之间的差Δ。连续电流限制Icont可以是伺服马达24基本上能够连续运转的最大电流，该最大电流不会导致伺服马达24和/或控制器10过高温度。在有些实施例中，连续电流限制Icont可以以灭火系统1的总热容量为基础。连续电流限制Icont可以存储在存储器102中。
如果连续电流限制Icont大于相电流Iphase，所述差Δ为正且可用于优化(步骤512)伺服马达24的运行，例如用以增大泡沫配料系统2的喷射压力。如果差Δ为负，控制器10则确定(步骤514)是否可以超过连续电流限制Icont。为了确定是否可以超过连续电流限制Icont，控制器10可以评估操作伺服马达24所供给的电流和/或差Δ的历史。在有些实施例中，操作伺服马达24所供给的电流的历史可以包括计算所供给的电流的均方根(RMS)值和/或所供给的电流的平方并乘以时间。
如果可以超过连续电流限制Icont，控制器10可以用相电流Iphase操作(步骤516)伺服马达24。如果不可以超过连续电流限制Icont，则控制器10可以用连续电流限制Icont操作(步骤518)伺服马达24。如果相电流Iphase大于最大马达相电流Imotor,max(步骤508)，则可以用最大马达相电流Imotor,max操作伺服马达24(步骤520)。在步骤522，控制器10可以将相电流Iphase、连续电流限制Icont和已经供给至伺服马达24的最大马达相电流Imotor,max中的任意一个存储在存储器102中。然后，控制器10可通过检测(步骤502)转子轴74的速度，重新启动电流返流保护方法500。
如果相电流Iphase被限制在最大马达相电流Imotor,max或连续电流限制Icont，则可以用最大马达相电流Imotor,max(步骤520)或连续电流限制Icont(步骤518)操作伺服马达24。用最大马达相电流Imotor,max或连续电流限制Icont操作伺服马达24可以防止损坏伺服马达24。由于最大马达相电流Imotor,max和/或连续电流限制Icont低于操作伺服马达24所必需的电流消耗(currentdraw)，在最大马达相电流Imotor,max或连续电流限制Icont操作伺服马达24可能导致伺服马达24失速。控制器10能够检测伺服马达24的失速。在一个实施例中，伺服马达24的转子轴74的角度可用于识别伺服马达24的失速状况。本发明的其他实施例使用伺服马达24的转子轴74的速度来检测伺服马达24的失速状况。一旦检测到失速状况，就可以在某一时间间隔之后尝试再次操作伺服马达24。在有些实施例中，该时间间隔可以是大约1秒，这样，伺服马达24基本上可以在失速状况消除之后紧接着就再次驱动泡沫泵22。
由连续工作电流和峰值工作电流可以确定伺服马达24和/或控制器10的功率级(powerstagerating)。连续工作电流能够影响由伺服马达24和/或控制器10产生的热量。峰值工作电流可以确定伺服马达24和/或控制器10的额定功率。在有些实施例中，伺服马达24可以设计为实现一特定扭矩常数。多个参数可以影响该扭矩常数。在有些实施例中，该扭矩常数取决于绕组94数量、转子76的极数、绕组94的模式、用于绕组94的电线厚度、电线材料、定子78的材料和众多其他参数。在有些实施例中，伺服马达24的温度可影响该扭矩常数。因此，扭矩常数可由于伺服马达24的温度在灭火作业过程中能够明显改变而变化。在有些实施例中，数字信号处理器70可以包括补偿温度变化和由此形成的扭矩常数变化的映射(mapping)程序。因此，在较大温度范围可以准确计算转子轴74驱动伺服马达24所需的扭矩。
扭矩常数可以存储在存储器102中。在有些实施例中，扭矩常数可以由数字信号处理器70访问。在有些实施例中，数字信号处理器70可以基于伺服马达24的扭矩常数和电流消耗，计算转子轴74驱动伺服马达24所需的扭矩。扭矩常数可影响峰值工作电流。在有些实施例中，扭矩常数大，可能导致伺服马达24功率级低。在有些实施例中，转矩常数高，可能会减小峰值工作电流。在有些实施例中，峰值工作电流可以从大约110安培减少到大约90安培。在有些实施例中，伺服马达24峰值运行期间产生的热量可以通过增大扭矩常数来减少。在有些实施例中，大的扭矩常数可以使伺服马达24能够在峰值工作电流运行而不会过热的时间段延长。
在有些实施例中，可以高扭矩值驱动伺服马达24，转速降至基本零转速(RPM)。因此，泡沫配料系统2可以以较高的精度和/或基本上较高的混合效率将泡沫剂引入灭火系统1的水流中。高扭矩值可以通过增加伺服马达24的反电动势(BEMF)常数来实现。在有些实施例中，反电动势常数与扭矩常数成比例。反电动势常数增大，可以减小驱动伺服马达24所需的电流。因此，伺服马达24可以以减小的电流实现转子轴74的一定扭矩。反电动势常数增大，可以减少控制器10和/或灭火系统1的其他电子设备的动力损耗。在有些实施例中，反电动势常数可与预计用于灭火系统1的泡沫剂的最高粘度有关。在有些实施例中，对于大约12伏的直流总线电压，反电动势常数为每千转每分钟至少3.5伏均方根(VRMS/KPRM)。在有些实施例中，对于大约160伏的直流总线电压，反电动势常数至少为46VRMS/KPRM。在有些实施例中，反电动势常数与驱动伺服马达24的电压的比值可以是恒定的。
在有些实施例中，反电动势常数高，可以减小转子轴74驱动伺服马达24的最大速度。在有些实施例中，反电动势常数和伺服马达24的转子轴74的最大速度成直接比例(directlyproportional)。例如，如果反电动势常数加倍，伺服马达24的转子轴74的最大速度则减半。在有些实施例中，反电动势常数可以是伺服马达24的低速要求、高速要求和热负荷要求之间的折衷。在有些实施例中，伺服马达24的低速要求可以指定某一反电动势常数，其可能导致伺服马达24不能满足高速要求，从而满足泡沫配料系统2的特定的泡沫剂流量和/或喷射压力。
在有些实施例中，伺服马达24可以使用供给电源的相位角超前技术，以便增大转子轴74的最大速度。在有些实施例中，通过在转子76经过反电动势零点触发角(zerocrossingfiringangle)之前以一角增量供给相电流，可以使相位角超前。在有些实施例中，通过在转子76经过反电动势零点触发角之后以所述角增量供给相电流，相位角超前技术可以延迟所述相位角。在有些实施例中，相位角超前技术可以影响反电动势常数。在有些实施例中，使相位角超前，可以减少反电动势常数。
在有些实施例中，伺服马达24可以被优化，实现灭火系统1的某一喷射压力和/或所要求的泡沫剂流量范围。在一个实施例中，不用相位角超前技术，伺服马达24可以驱动泡沫泵22，产生大约2-4加仑每分钟(GPM)的泡沫剂流量和大约400磅每平方英寸(PSI)的喷射压力。在该实施例中，相位角超前技术可以使泡沫剂流量增加至大约5GPM.，其传送的喷射压力大约为150PSI。在有些实施例中，相位角超前技术的增量与转子轴74的速度有关。在一个实施例中，增量可以为大约+/-45电角度(electricaldegree)。
在有些实施例中，驱动伺服马达24所需的扭矩可以是泡沫剂粘度的指示。因而，可以精确算出泡沫剂的流量。微处理器100还可以使用由数字信号处理器70算出的转子轴74的扭矩来识别添加到水流中的泡沫剂。可将所算出的转子轴74的扭矩与存储在控制器10的存储器102中的校准值进行比较。泡沫配料系统2的自校准特征允许泡沫剂互换，而不用进行通常为获得准确流量所需的重复校准。
在有些实施例中，伺服马达24可以用直流(DC)电源(例如消防车的蓄电池)操作。在其他实施例中，伺服马达24可以用交流电(AC)电源(例如消防车的发电机或交流发电机或建筑物中的电力网供电)操作。
在有些实施例中，泡沫配料系统2和/或伺服马达24可以由提供不同电压的外部电源110提供动力。电压可以包括12伏、24伏、48伏、120伏和240伏中的一种或更多种。在有些实施例中，伺服马达24的定子绕组94可适合于一特定电压。在有些实施例中，定子绕组94可以适应为使得伺服马达24能够利用一个以上的电源操作(例如，直流电源或交流电源)。其他实施例可以包括允许伺服马达24有选择地利用不同的电压和/或电源操作的不同输入功率级。例如，如果灭火系统1被用作建筑物中喷淋系统的固定单元，操作泡沫泵22的伺服马达24可以由120伏交流电力网供电驱动。如果没有电力网供电，则灭火系统1可以自动切换到12伏直流电源而继续进行灭火作业。
图12示出了依照本发明一个实施例的矫正桥路600。矫正桥路600可用于利用交流电源操作伺服马达24。矫正桥路600可以包括两个或多个晶体管602、一交流总线604和一直流总线606。交流总线604可以连接外部电源110。直流总线606可用于为伺服马达24供给动力。晶体管602均可包括一本征二极管(intrinsicdiode)608。在有些实施例中，晶体管602可包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在有些实施例中，晶体管602可以是N型金属氧化物半导体场效应晶体管，而在其他实施例中，晶体管602可以是P型金属氧化物半导体场效应晶体管。在有些实施例中，晶体管602可以包括构造为H桥路的第一晶体管610、第二晶体管612、第三晶体管614和第四晶体管616。
在有些实施例中，控制器10可以在交流总线604上的第一位置618检测输入电流IAC。在其他实施例中，控制器10可以在第二位置620以及矫正桥路600的第三位置622检测输入电流IAC。检测矫正桥路600的输入电流IAC，而不是检测电压，会产生更高的电噪声抗扰能力。如果输入电流IAC低于阈值电流Ilimit，本征二极管608可用于矫正输入电流IAC。如果输入电流IAC高于阈值电流Ilimit，晶体管602可用于矫正输入电流IAC。为了矫正输入电流IAC，可以由来自控制器10的控制信号导通晶体管602。矫正桥路600可以为晶体管602切换提供正确的定时。在有些实施例中，控制电流可以防止直流总线606放电和/或交流总线604短路。通过检测输入电流IAC来代替检测电压，控制回路可以具有更高级别的电噪声抗扰性。
在有些实施例中，晶体管602的电压降可低于本征二极管608的电压降。因此，在输入电流IAC超过阈值电流Ilimit的情况下，晶体管602的切换可以限制矫正桥路600的动力损耗。在有些实施例中，阈值电流Ilimit可低到足以防止矫正桥路600由于本征二极管608的动力损耗而过热，但也可高到足以对交流总线604上的干涉和噪音提供显著的抗扰性。矫正桥路600可具有比仅仅包括二极管的传统矫正桥路低得多的动力损耗。因此，通过利用矫正桥路600，能够实现高效率和高外界温度运行。在有些实施例中，在大约70℃(160℉)的外界温度下，可以将矫正桥路600的功率损耗限制到大约30瓦。在有些实施例中，阈值电流Ilimit可以包括滞后以增加对交流总线604上噪音的抗扰性。
图13示出了依照本发明一个实施例的矫正方法700。可以检测输入电流IAC(步骤702)。如果输入电流IAC的绝对值低于电流阈值Ilimit(步骤704)，则本征二极管608矫正输入电流IAC，通过检测输入电流IAC，可重新开始该矫正方法700(步骤702)。如果输入电流IAC的绝对值高于电流阈值Ilimit(步骤704)，控制器10则可确定(步骤706)输入电流IAC是否为负。如果输入电流IAC为正，控制器10则可向晶体管602供给(步骤708)控制电流。在有些实施例中，控制器10可以使用第一晶体管610和第四晶体管616，两者彼此对角地位于矫正桥路600中。如果输入电流IAC为负，控制器10则可向晶体管602供给(步骤710)控制电流。在有些实施例中，控制器10可以使用第二晶体管612和第三晶体管614，两者彼此对角地位于矫正桥路600中。在步骤708和/或步骤710之后，通过检测输入电流IAC，可重新开始该矫正方法700，这样，如果输入电流IAC降到电流阈值Ilimit之下，本征二极管608基本上可以立即用于矫正。
虽然在此描述的灭火系统1仅具有单个泡沫配料系统2，但是，灭火系统1可以包括两个或多个另外的供给系统。泡沫剂可以被引入到一个或几个水源中，各个流量都可以由单个控制器10进行监测，但是做为选择，也可以由两个或多个控制器监测。在有些实施例中，灭火系统1可以包括另外的由非电马达(例如液压马达)提供动力的其他供给系统。
本领域技术人员应当明白，虽然上文已经结合特定实施例和例子描述了本发明，但是，本发明没必要这样限制，不偏离实施例、例子和使用的各种其他实施例、例子、使用和改变都由在此所附的权利要求书涵盖。在此援引的各个专利和公开的全部内容都在此结合作为参考，就好象各个这样的专利或公开分别在此结合作为参考一样。本发明的各个特征和优点在下面的权利要求书中阐述。

Claims (29)

1.一种用于向水流中喷射泡沫剂的灭火系统，该系统包括：
确定水流的水流量的流量计；
泡沫泵，所述泡沫泵具有耦合于泡沫剂源的入口和耦合于水流的出口；和
驱动泡沫泵的伺服马达，
伺服马达包括传感器，所述传感器用以测量转子位置以便确定转子轴速度和转子轴扭矩中的至少一个，
控制器，该控制器利用闭环控制，根据转子轴速度和转子轴扭矩中的至少一个以及水流量，控制伺服马达的运行速度。
2.如权利要求1所述的灭火系统，其中，灭火系统是固定系统和移动系统中的一种。
3.如权利要求1所述的灭火系统，其中，伺服马达的运行速度是基于泡沫剂流量的。
4.如权利要求3所述的灭火系统，其中，泡沫剂流量由一第二流量计来测量。
5.如权利要求3所述的灭火系统，其中，泡沫剂流量根据泡沫泵的排量计算。
6.如权利要求1所述的灭火系统，还包括位于所述出口下游的选择阀，所述选择阀具有允许泡沫剂进入水流的第一位置和允许泡沫剂从灭火系统排出而不被引入到水流中的第二位置。
7.如权利要求6所述的灭火系统，其中：所述选择阀能够自动操作而清除空气，以便起动泡沫泵。
8.如权利要求7所述的灭火系统，其中，所述选择阀是一电校准喷射阀。
9.如权利要求1所述的灭火系统，其中，控制器基于马达轴扭矩和校准值，识别泡沫剂的粘性。
10.如权利要求1所述的灭火系统，其中，对于12伏的直流电源，伺服马达的反电动势常数为每千转每分钟至少3.5伏均方根。
11.如权利要求1所述的灭火系统，其中，对于160伏的直流电源，伺服马达的反电动势常数为每千转每分钟至少46伏均方根。
12.如权利要求1所述的灭火系统，其中，伺服马达与测量转子轴角度的传感器通讯。
13.如权利要求12所述的灭火系统，其中，转子轴角度用于计算伺服马达的转子轴速度。
14.如权利要求1所述的灭火系统，其中，泡沫泵为容积式泵。
15.如权利要求1所述的灭火系统，其中，所述控制器基于泡沫泵的活塞位置改变伺服马达的运行速度。
16.如权利要求1所述的灭火系统，还包括载荷倾倒保护电路，该载荷倾倒保护电路用于帮助防止由过电压峰值引起的对控制器和伺服马达中的至少一个的损坏。
17.如权利要求1所述的灭火系统，其中，所述伺服马达由直流电源和交流电源中的一种提供动力。
18.如权利要求1所述的灭火系统，其中，伺服马达能够由多个电压和多个电源中的至少一个提供动力。
19.如权利要求1所述的灭火系统，还包括能够防止伺服马达过热的动力管理系统。
20.如权利要求19所述的灭火系统，其中，动力管理系统为伺服马达提供能够变化的占空比。
21.如权利要求19所述的灭火系统，其中，动力管理系统包括定制脉动形状。
22.如权利要求1所述的灭火系统，还包括位于水流中的水泵。
23.如权利要求22所述的灭火系统，其中，在水泵的上游和下游之一引入泡沫剂。
24.如权利要求1所述的灭火系统，其中，泡沫泵能够自动启动。
25.如权利要求1所述的灭火系统，其中，当控制器检测到一定状态时，控制器能够停止伺服马达。
26.如权利要求25所述的灭火系统，其中，控制器所检测到的状态包括电流返流状态、过高温度状态、失速状态和低泡沫剂供给状态中的至少一个。
27.如权利要求1所述的灭火系统，其中，第二传感器测量伺服马达的电流消耗。
28.如权利要求27所述的灭火系统，其中，转子轴扭矩基于伺服马达的电流消耗和扭矩常数来计算。
29.如权利要求28所述的灭火系统，其中，扭矩常数被映射以补偿温度变化。
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