CN104716865A - 稳幅结构 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种稳幅结构，该稳幅结构应用于供风设备，该稳幅结构包括：振动片；驱动元件，用于驱动振动片振动，其中振动片设置在驱动元件的第一端；探测元件，设置在驱动元件的第二端，与驱动元件错位连接，用于探测振动片的振动信息；以及反馈电路，连接在驱动元件与探测元件之间，用于根据探测元件探测到的振动片的振动信息调整驱动元件的输出频率，使驱动元件的输出频率与振动片的固有频率一致。本发明实施例的稳幅结构，根据探测元件探测到的振动片的振动信息调整驱动元件的输出频率，使得驱动元件的输出频率与振动片的固有频率一致，能够使振动片工作在最佳频率，进而稳定振动片的振动幅度。

Description

稳幅结构

技术领域

本发明涉及电子设备领域，尤其涉及一种稳幅结构。

背景技术

随着半导体元器件的高度集成化，电子设备体积越来越小，传统电机加叶片的旋转式散热风扇噪声大、电磁干扰严重、风向风速不稳定、不易清洁等缺点日益凸显。而采用压电材料与薄金属板粘合制成的压电风扇，因其具有体积小、成本低、无电磁噪声、寿命长、低功耗等诸多优点，越来越受到人们的青睐，在各种电子设备散热场合中都开始尝试使用压电风扇替代传统风扇。

压电风扇通常由风扇扇叶和安装于扇叶上的压电陶瓷元件组成，通过电压驱动压电陶瓷元件产生逆压电效应，引起风扇叶片发生弯曲振动。当交流电压的频率和振动片的固有频率相等时，风扇扇叶的悬伸端振幅显著增大，从而输出高速、定向的稳定气流，产生通风、降温的效果。

压电风扇需要一个高压交流驱动器，其输出电压的频率需要与风扇的固有振动频率一致方能取得最好的效果。简单的驱动器仅仅在出厂时把二者的频率调到相近。但使用一段时间后，电路特性及风扇特性都会发生变化，从而风扇很难在工作在最佳频率位置。

发明内容

本发明实施例提供了一种稳幅结构，能够使振动片工作在最佳频率，进而稳定振动片的振动幅度。

第一方面，提供了一种稳幅结构，应用于供风设备，该稳幅结构包括：振动片；驱动元件，用于驱动振动片振动，振动片设置在驱动元件的第一端；探测元件，设置在驱动元件的第二端，与驱动元件错位连接，用于探测振动片的振动信息；以及反馈电路，连接在驱动元件与探测元件之间，用于根据探测元件探测到的振动片的振动信息调整驱动元件的输出频率，使驱动元件 的输出频率与振动片的固有频率一致。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，探测元件为第一压电双晶片，第一压电双晶片的中间电极接反馈电路，第一压电双晶片的上电极和下电极与地连接。

结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，探测元件为压电单晶片，压电单晶片与驱动元件连接的电极与地连接，压电单晶片的另一电极与反馈电路连接。

结合第一方面，在第三种可能的实现方式中，探测元件包括应变传感器和弹簧片，弹簧片的一侧与应变传感器连接，弹簧片的另一侧与驱动元件连接。

结合第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，弹簧片为金属弹簧片。

结合第一方面或第一种至第四种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，驱动元件为第二压电双晶片，第二压电双晶片的中间电极与反馈电路连接。

结合第一方面或第一种至第五种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，反馈电路包括：放大器、相位提取器和控制电路。

第二方面，提供了一种稳幅结构，应用于供风设备，该稳幅结构包括：振动片；驱动元件，用于驱动振动片振动，振动片设置在驱动元件的第一端；探测元件，设置在驱动元件的第二端，与驱动元件错位连接，用于探测振动片的振动信息；以及反馈电路，连接在驱动元件与探测元件之间，用于根据探测元件探测到的振动片的振动信息调整驱动元件的输出频率，使驱动元件的输出频率与振动片的固有频率一致。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，探测元件设置在振动片的二阶振型的波腹位置。

结合第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，探测元件与反馈电路之间的连接线采用之字形走线方式。

结合第二方面或第二方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，探测元件为压电元件。

结合第二方面的第三种可能的实现方式，在第二方面的第四种可能的实现方式中，压电元件与振动片之间设置绝缘膜进行绝缘。

结合第二方面或第二方面的第一种至第四种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第二方面的第五种可能的实现方式中，驱动元件为压电双晶片，压电双晶片的中间电极与反馈电路连接。

结合第二方面或第二方面的第一种至第五种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第二方面的第六种可能的实现方式中，反馈电路包括：放大器、相位提取器和控制电路。

基于上述技术方案，根据探测元件探测到的振动片的振动信息调整驱动元件的输出频率，使得驱动元件的输出频率与振动片的固有频率一致，能够使振动片工作在最佳频率，进而稳定振动片的振动幅度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是根据本发明实施例的稳幅结构的示意性框图。

图2是根据本发明另一实施例的稳幅结构的示意性框图。

图3是根据本发明另一实施例的稳幅结构的示意性框图。

图4A是根据本发明实施例的压电双晶片的示意性图。

图4B是根据本发明实施例的压电单晶片的示意图。

图5是根据本发明另一实施例的稳幅结构的示意性框图。

图6是根据本发明另一实施例的稳幅结构的示意性框图。

图7是根据本发明另一实施例的稳幅结构的示意性框图。

图8是根据本发明另一实施例的稳幅结构的示意性框图。

图9是根据本发明实施例的稳幅结构的走线方式的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不 是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应属于本发明保护的范围。

图1是根据本发明实施例的稳幅结构的示意性框图，该稳幅结构可以应用于供风设备。如图1所示，稳幅结构100包括：振动片110、驱动元件120、探测元件130和反馈电路140。

振动片110可以为金属振动片，也可以为碳纤维振动片，也可以为塑料振动片或者其它材料的振动片，本发明实施例对振动片的材料不做限定。

驱动元件120用于驱动振动片110振动，其中振动片110设置在驱动元件120的第一端。 

驱动元件120可以为压电元件(如压电双晶片)，也可以为磁性元件或能够驱动振动片110振动的其他元件，本发明实施例对此不做限定。需要说明的是，为了便于描述，下文所示附图将以驱动元件为压电双晶片为例进行描述。

探测元件130，设置在驱动元件120的第二端，与驱动元件120错位连接，用于探测振动片110的振动信息。 

其中，探测元件130还可以通过支撑元件(例如基座)进行固定。此时探测元件130除了可以通过驱动元件探测振动片110的振动，还可以对驱动元件120进行支撑固定。

探测元件130接触驱动元件120的一侧与地连接或者在探测元件120与驱动元件120之间设置绝缘层，以确保探测元件130与驱动元件120之间没有电流通过。

探测元件130与驱动元件120错位连接可以是如图1所示将探测元件130与驱动元件120交错连接，其中探测元件130仅一端与驱动元件120的一端(如图1所示下部)交错连接，且探测元件130的另一端与驱动元件120无接触。但本发明并不限于此，例如也可以将整个探测元件130设置在驱动元件120的下部表面上。

反馈电路140，连接在驱动元件120与探测元件130之间，用于根据探测元件130探测到的振动片110的振动信息调整驱动元件120的输出频率，使驱动元件120的输出频率与振动片110的固有频率一致。

其中，反馈电路140可以包括放大器、相位提取器和控制电路，用于对探测元件130探测到的振动信息进行放大、移相、稳幅后反馈给驱动元件， 则可形成自激稳定振荡的环路，使得驱动元件120的输出频率随着振动片110的固有频率的变化而变化，达到对振动片110的谐振频率的有效跟踪，从而达到稳定振动片110振动幅度的目的。

因此，本发明实施例的稳幅结构，根据探测元件探测到的振动片的振动信息调整驱动元件的输出频率，使得驱动元件的输出频率与振动片的固有频率一致，能够使振动片工作在最佳频率，进而稳定振动片的振动幅度。

另外，本发明实施例的稳幅结构还有强制抖灰的能力，例如在刚启动的时候或振动片的振动受限的时候，通过反馈电路控制振动片自动进入高频强振动状态，利于抖掉灰尘等。

如图1所示，驱动元件120可以为压电双晶片，该压电双晶片120包括：上电极121、上压电片122、中间电极123、下压电片124和下电极125。压电双晶片中与振动片110在同一侧的电极121与电源的正极连接，压电双晶片的中间电极123与反馈电路连接，压电双晶片的另一电极125与地连接。可以理解，与地连接即为接地。

应理解，压电双晶片120的上电极121也可以与地连接(即接地)，压电双晶片的下电极125与电源正极连接，压电双晶片的中间电极123与反馈电路连接。

驱动元件120的第一端和第二端分别位于驱动元件120的两个对端，例如图1所示，第一端对应上部，第二端对应下部。

探测元件130和振动片110可以分别设置在驱动元件120的两侧的对端。如图1所示，探测元件130设置在驱动元件120的下电极125所在的一侧的下部，振动片110设置在上压电片121的表面，与上电极121之间设置预设的间隔。

可选地，探测元件130和振动片110还可以分别设置在驱动元件120的同侧的对端。如图2所示，振动片110和探测元件125分别设置在驱动元件120的下电极125所在一侧的上部和下部，振动片110设置在上部的下压电片124上方，与下电极125之间设置预设的间隔，探测元件130设置在下电极125的下部。

可选地，当驱动元件120为压电双晶片时，振动片110的一端还可以设置在压电双晶片的两层压电陶瓷片之间。如图3所示，振动片110设置在压电双晶片的上压电片122和下压电片124之间，且振动片110与中间电极123 之间设置预设的间隔。

需要说明的是，无论振动片110与压电双晶片120的位置关系如何，振动片110都应当与电极进行隔离，可以采用图1至图3所示在振动片110与电极之间设置间隔进行隔离，或者还可以采用其他方式(例如设置绝缘层)进行隔离，本发明实施例对此不做限定。

本发明实施对振动片110与驱动元件120的连接方式不做限定。可以采用粘结剂将振动片110固定在驱动元件120上，也可以采用其他固定方式将振动片110固定在驱动元件120上。

本发明实施例中，探测元件130和驱动元件120是相互独立的结构，二者可以使用胶体、焊接等方式连接。探测元件130设置在驱动元件130的一侧远离振动片110的一端，且与驱动元件120错位连接，使得驱动元件130的应变不能有效地传递到探测元件130上。换句话说，本发明实施例的稳幅结构由于探测元件(即传感器部分)与驱动元件是串联，因此驱动元件的变形不会有力传到探测元件(不考虑重心变化的影响)，基本对探测元件无影响。当驱动元件为压电元件时，压电元件电极电压的变化不会带来探测元件的形变，从而能够避免探测元件130受到驱动元件120的静态变形的干扰，从而提高了探测元件130的探测灵敏度和稳幅结构的工作稳定性，同时使得电路得以简化。

如果振动片110来回振动时，驱动元件120的根部也就是探测元件130需要对振动片110提供一个回复力，这个力与上面振动片110的振动加速度有关，这个回复力会使探测元件130输出一个电压信号。也可理解为，本发明实施例的稳幅结构只与振动片110的振动有关，只有振动片110振动了才能导致探测元件130有电压输出。

综上所述，本发明实施例的稳幅结构对只对动态力(例如振动片110振动引起的动态力)敏感，而对静态力(例如驱动元件120自身的变形引起的静态力)不敏感。将驱动元件120引起的静态力与振动片110引起的动态力区分开来，可以极大地提高探测元件120的稳定性和长时间工作的可靠性。虽然静态力原则上可以通过电路平衡掉，但平衡需要对几个参数进行调整，这对元器件稳定性以及压电材料本身的稳定性都有要求。压电材料随着运行时间的增大，或者温度的变化，都有可能变化很大，对电路的可靠性都存在很大威胁。因此基于其它方案的稳幅结构存在电路复杂、长期稳定性差等不 利因素。

本发明实施例中，通过将探测元件和振动片分别设置在驱动元件的两端，且探测元件与驱动元件错位连接，能够过滤掉驱动元件120的静态运动，捕捉到振动片110的动态运动。

探测元件130可以为压电双晶片或压电单晶片，压电双晶片和压电单晶片的结构如图4A和图4B所示。如图4A所示，131为上电极，132为上压电片，133为中间电极，134为下压电片，135为下电极。如图4B所示，131为上电极，132为上压电片，133为下电极。

可选地，在压电元件的下电极的下方，如图4A所示135的下方或者图4B所示133的下方，还可以设置绝缘膜，以对压电元件进行绝缘。

在探测元件130为压电双晶片的情况下，稳幅结构100如图5所示，压电双晶片的中间电极133接反馈电路140，所述压电双晶片的上电极131和下电极135与地连接。即探测元件130的信号从压电双晶片的中间电极引出，两侧电极并联与地连接(即接地)。

在探测元件130为压电单晶片的情况下，稳幅结构100如图6所示，压电单晶片与驱动元件120连接的电极131与地连接(即接地)，另一电极133与反馈电路140连接。优选地，图6所示131既可以做电极，还可以做支撑驱动元件120的弹簧片，此时131兼顾电极和弹簧片的作用，优选地131为弹性好的金属片。

可选地，探测元件130还可以包括应变传感器136和弹簧片137，如图7所示，弹簧片137的一侧与应变传感器136连接，弹簧片137的另一侧与驱动元件120连接。例如，应变传感器136可以黏贴到弹簧片137的一侧，弹簧片137可以作为驱动元件120的支撑，一端与驱动元件120胶黏到一起、另一端做固定用(例如与基座固定)。

其中，弹簧片137起到支撑驱动元件120的作用和提取振动片110振动信息的作用，应变传感器136将弹簧片137提取到的振动信息变换成电信号反馈至驱动元件120。由于弹簧片137主要起到固定和传递振动变形的作用，因此，弹簧片137应使用弹性较好的材料，例如弹性金属片等。另外，弹簧片太厚的话不利于提取振动信息，太薄的话不利于稳幅结构的稳定性要求，因此弹簧片的厚度要满足一定条件。

因此，本发明实施例的稳幅结构，根据探测元件探测到的振动片的振动 信息调整驱动元件的输出频率，使得驱动元件的输出频率与振动片的固有频率一致，能够使振动片工作在最佳频率，进而稳定振动片的振动幅度。

图8是根据本发明另一实施例的稳幅结构的示意性框图。如图8所示，探测元件130设置在振动片110上。探测元件130与驱动元件120的顶端有间隔。图8所示各部分与图1所示实施例中的各部分相对应，在此不再赘述。

本发明实施例的稳幅结构还有强制抖灰的能力，例如在刚启动的时候或振动片的振动受限的时候，通过反馈电路控制振动片自动进入高频强振动状态，利于抖掉灰尘等。

优选地，探测元件130可以设置在振动片110的二阶振型的波腹位置。振动片在二阶振型的波腹位置处的振幅最大，因此将探测元件130设置二阶振型的波腹位置能够提高探测精度。

可选地，图9所示，探测元件130与反馈电路140之间的连接线采用之字形走线方式。这样可以防止振动片110的振动力过大而扯断连接线。

在振动片110为金属片，探测元件130为压电元件的情况下，探测元件130与振动片110之间设置绝缘膜进行绝缘。例如，使用kapton等薄膜进行绝缘，使得探测元件130的电极与正电极之间直流电阻大于10兆欧姆以上。 

与现有技术相比，本发明实施例图1至图3所示用于直接探测振动片110振动的探测元件130，以及图8所示用于支撑驱动元件120的探测元件130的反馈信号都与振动片110的振动加速度直接相关。该反馈信号经反馈电路140相位提取、幅度放大、幅值稳定之后，可以用与驱动元件120(如压电双晶片)形成自激振荡回路，达到稳频、稳幅的目的，从而消除由于外界因素而导致谐振频率发生变化的带来的振动片110的振幅下降的问题，使得振动片110能够长期稳定的工作。即使考虑到不同元件的离散性，也不需要处理即可得到控制特征，因此适应性和稳定性得到保证。同时，由于探测元件130直接与振动片110的振动加速度成正比，且与压电元件120的静态变形无关，从而大大提高了探测灵敏度和系统的工作稳定性，使得电路也得以能简化。

因此，本发明实施例的稳幅结构，根据探测元件探测到的振动片的振动信号调整驱动元件的输出频率，使得驱动元件的输出频率与振动片的固有频率一致，能够使振动片工作在最佳频率，进而稳定振动片的振动幅度。

在本发明实施例中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间 时，在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在居间部件；当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与所述其它部件直接连接而不具有居间部件、也可以不与所述其它部件直接连接而具有居间部件。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，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，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。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元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，本发明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)执行本发明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(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种稳幅结构，应用于供风设备，其特征在于，包括：

振动片；

驱动元件，用于驱动所述振动片振动，其中所述振动片设置在所述驱动元件的第一端；

探测元件，设置在所述驱动元件的第二端，与所述驱动元件错位连接，用于探测所述振动片的振动信息；以及

反馈电路，连接在所述驱动元件与所述探测元件之间，用于根据所述探测元件探测到的所述振动片的振动信息调整所述驱动元件的输出频率，使所述驱动元件的输出频率与所述振动片的固有频率一致。

2.根据权利要求1所述的稳幅结构，其特征在于，所述探测元件为第一压电双晶片，所述第一压电双晶片的中间电极与所述反馈电路连接，所述第一压电双晶片的上电极和下电极与地连接。

3.根据权利要1所述的稳幅结构，其特征在于，所述探测元件为压电单晶片，所述压电单晶片中与所述驱动元件连接的电极与地连接，所述压电单晶片的另一电极与所述反馈电路连接。

4.根据权利要求1所述的稳幅结构，其特征在于，所述探测元件包括应变传感器和弹簧片，所述弹簧片的一侧与所述应变传感器连接，所述弹簧片的另一侧与所述驱动元件连接。

5.根据权利要求4所述的稳幅结构，其特征在于，所述弹簧片为金属弹簧片。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的稳幅结构，其特征在于，所述驱动元件为第二压电双晶片，所述第二压电双晶片的中间电极与所述反馈电路连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的稳幅结构，其特征在于，所述反馈电路包括：放大器、相位提取器和控制电路。

8.一种稳幅结构，应用于供风设备，其特征在于，包括：

振动片；

驱动元件，用于驱动所述振动片振动，所述振动片设置在所述驱动元件的第一端；

探测元件，设置在所述驱动元件的第二端，与所述驱动元件错位连接，用于探测所述振动片的振动信息；以及

反馈电路，连接在所述驱动元件与所述探测元件之间，用于根据所述探测元件探测到的所述振动片的振动信息调整所述驱动元件的输出频率，使所述驱动元件的输出频率与所述振动片的固有频率一致。

9.根据权利要求8所述的稳幅结构，其特征在于，所述探测元件设置在所述振动片的二阶振型的波腹位置。

10.根据权利要求8或9所述的稳幅结构，其特征在于，所述探测元件与所述反馈电路之间的连接线采用之字形走线方式。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的稳幅结构，其特征在于，所述探测元件为压电元件。

12.根据权利要求11所述的稳幅结构，其特征在于，所述压电元件与所述振动片之间设置绝缘膜进行绝缘。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的稳幅结构，其特征在于，所述驱动元件为压电双晶片，所述压电双晶片的中间电极与所述反馈电路连接。

14.根据权利要求8至13中任一项所述的稳幅结构，其特征在于，所述反馈电路包括：放大器、相位提取器和控制电路。