CN106930964B - 压电风扇固有频率测量方法和压电风扇 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压电风扇固有频率测量方法和压电风扇，该方法包括：从输入至压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，将多个第一频率的电压分别依次输入至压电风扇且分别持续第一预设时长；分别停止输入至压电风扇的多个第一频率的电压；并在压电效应持续时间内，分别获取多个第一频率的电压的采样信号的幅值；确定多个第一频率的电压的采样信号的幅值中满足第一预设条件的幅值，将满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率确定为压电风扇的实时固有频率。其中，通过根据多个第一频率的电压的采样信号的幅值便可确定出压电风扇的实时固有频率，从而能够有效的进行压电风扇固有频率的跟踪，从而使得压电风扇能够长期稳定的工作。

Description

压电风扇固有频率测量方法和压电风扇

技术领域

本发明涉及风扇技术，尤其涉及一种压电风扇固有频率测量方法和压电风扇。

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，越来越受到人们的亲睐，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。当输入至压电风扇的交流电压的频率和压电陶瓷元件的固有频率相等时，风扇扇叶的悬伸端振幅达到最大，从而输出高速、定向的稳定气流，产生通风、降温的效果。因此，为了达到压电风扇的高效利用，需要测量每个压电陶瓷元件的固有共振频率。

图1所示为现有技术中测量压电风扇固有频率的电路结构图，如图1所示，现有技术中主要是通过微控制器及谐振电路测量压电风扇的固有频率。测试过程：首先把高压开关打到第二个位置给压电陶瓷元件施加一定频率的电压，这个频率预先需要一个估计；然后把高压开关切换到第一个位置测试压电陶瓷元件的响应，根据响应计算得到压电风扇当时的固有频率；微控制器控制输出这一频率的电压给压电陶瓷元件驱动压电风扇工作。

采用上述方法，无法有效对压电风扇的固有频率进行检测，则可能经过一段时间后，风扇扇叶振动幅值会明显减小，从而导致压电风扇不能处于稳定的工作状态。

发明内容

本发明实施例提供一种压电风扇固有频率测量方法和压电风扇，以克服现有技术中无法对固有频率进行实时监测，从而导致压电风扇不能处于稳定的工作状态。

第一方面，本发明实施例提供一种压电风扇固有频率测量方法，包括：从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，所述第一频率范围为所述压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围，所述压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围为所述压电风扇的初始固有频率随所述压电风扇的内部特征参数以及外部环境参数的变化的范围；将所述多个第一频率的电压分别依次输入至所述压电风扇且分别持续第一预设时长；分别停止输入至所述压电风扇的所述多个第一频率的电压；在压电效应持续时间内，分别获取所述多个第一频率的电压的采样信号的幅值，所述采样信号的幅值为所述压电风扇中的扇叶振动而导致所述压电风扇中的压电陶瓷元件所产生的电流信号的幅值或电压信号的幅值；确定所述多个第一频率的电压的采样信号的幅值中满足第一预设条件的幅值；将所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率确定为所述压电风扇的实时固有频率。

本实施例中，可以从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，并将多个第一频率的电压分别输入至压电风扇，得到每个第一频率的电压对应采样信号的幅值，从而能够有效的进行固有频率的跟踪，从而使得压电风扇能够长期稳定的工作。

在第一方面的一些实施例中，所述从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，包括：根据所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率范围内确定第二频率范围；从所述第二频率范围内选择多个第二频率。

本实施例中，可通过执行多次上述第一方面中压电风扇固有频率测量方法的步骤，从而可以更加精确的确定压电风扇的实时固有频率，从而使得压电风扇能够长期稳定的工作。

进一步的，在第一方面的一些实施例中，所述从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，包括：按照第一步距从所述输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择所述多个第一频率；所述从所述第二频率范围内选择多个第二频率，包括：按照第二步距从所述第二频率范围内选择所述多个第二频率；其中，所述第一步距大于所述第二步距，所述第一步距为相邻的所述第一频率之间的频率间隔，所述第二步距为相邻的所述第二频率之间的频率间隔。

本实施例中，通过从大到小的步距分别执行多次上述第一方面中压电风扇固有频率测量方法的步骤，从而可以更加精确的确定压电风扇的实时固有频率，从而使得压电风扇能够长期稳定的工作。

可选的，在第一方面的一些实施例中，所述将所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率确定为所述压电风扇的实时固有频率之后，还包括：将所述实时固有频率的电压输入至所述压电风扇，以使所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作。

进一步的，在第一方面的一些实施例中，所述以使所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作之后，还包括：当所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作第二预设时长时，停止输入至所述压电风扇的所述实时固有频率的电压；获取所述实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值；判断所述实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值是否满足第二预设条件；若满足，则重新执行确定上述确定压电风扇的实时固有频率的方法步骤。

本实施例中，当确定了压电风扇的实时固有频率后，按照预设时长检测压电风扇在该实时固有频率的电压下工作时对应的采样信号的幅值是否满足第二预设条件，从而可以实时的追踪压电风扇的固有频率的变化，从而调节输入至压电风扇的电压的频率，使得压电风扇能够长期稳定的工作。

第二方面，本发明提供一种压电风扇固有频率测量装置，包括：

选择模块，用于从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，所述第一频率范围为所述压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围，所述压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围为所述压电风扇的初始固有频率随所述压电风扇的内部特征参数以及外部环境参数的变化的范围；输入模块，用于将所述多个第一频率的电压分别依次输入至所述压电风扇且分别持续第一预设时长；终止模块，用于分别停止输入至所述压电风扇的所述多个第一频率的电压；获取模块，用于在压电效应持续时间内，分别获取所述多个第一频率的电压的采样信号的幅值，所述采样信号的幅值为所述压电风扇中的扇叶振动而导致所述压电风扇中的压电陶瓷元件所产生的电流信号的幅值或电压信号的幅值；确定模块，用于确定所述多个第一频率的电压的采样信号的幅值中满足第一预设条件的幅值；所述确定模块，还用于将所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率确定为所述压电风扇的实时固有频率。

在第二方面的一些实施例中，在所述从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率的方面，所述确定模块，具体用于：根据所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率范围内确定第二频率范围；从所述第二频率范围内选择多个第二频率。

进一步的，在第二方面的一些实施例中，在所述从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率的方面，所述选择模块具体用于：按照第一步距从所述输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择所述多个第一频率；在所述从所述第二频率范围内选择多个第二频率的方面，所述确定模块具体用于：按照第二步距从所述第二频率范围内选择所述多个第二频率；其中，所述第一步距大于所述第二步距，所述第一步距为相邻的所述第一频率之间的频率间隔，所述第二步距为相邻的所述第二频率之间的频率间隔。

进一步的，在第二方面的一些实施例中，所述输入模块，还用于：将所述实时固有频率的电压输入至所述压电风扇，以使所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作。

进一步的，在第二方面的一些实施例中，所述终止模块还用于：当所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作第二预设时长时，停止输入至所述压电风扇的所述实时固有频率的电压；所述获取模块，还用于：获取所述实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值；所述确定模块，还用于判断所述实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值是否满足第二预设条件；若满足，则所述确定模块确定需重新执行确定上述确定压电风扇的实时固有频率的方法步骤。

本发明第三方面提供一种压电风扇，包括由风扇扇叶和设置在所述风扇扇叶上的压电陶瓷元件组成的风扇主体，还包括：与所述风扇主体连接的信号采集电路，以及与所述风扇主体和所述信号采集电路连接的驱动电路，其中，所述驱动电路，用于从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，所述第一频率范围为所述压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围，所述压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围为所述压电风扇的初始固有频率随所述压电风扇的内部特征参数以及外部环境参数的变化的范围；所述驱动电路，还用于将所述多个第一频率的电压分别依次输入至所述压电风扇且分别持续第一预设时长；所述驱动电路，还用于分别停止输入至所述压电风扇的所述多个第一频率的电压；所述信号采集电路用于在压电效应持续时间内，分别获取所述多个第一频率的电压的采样信号的幅值，所述采样信号的幅值为所述风扇主体中的扇叶振动而导致所述风扇主体中的压电陶瓷元件所产生的电流信号的幅值或电压信号的幅值；所述驱动电路，还用于确定所述多个第一频率的电压的采样信号的幅值中满足第一预设条件的幅值；所述驱动电路，还用于将所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率确定为所述压电风扇的实时固有频率。

进一步的，在第三方面的一些实施例中，在所述从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率的方面，所述驱动电路，具体用于：根据所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率范围内确定第二频率范围；从所述第二频率范围内选择多个第二频率。

进一步的，在第三方面的一些实施例中，在所述从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率的方面，所述驱动电路，具体用于：按照第一步距从所述输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择所述多个第一频率；在所述从所述第二频率范围内选择多个第二频率的方面，所述驱动电路，具体用于：按照第二步距从所述第二频率范围内选择所述多个第二频率；其中，所述第一步距大于所述第二步距，所述第一步距为相邻的所述第一频率之间的频率间隔，所述第二步距为相邻的所述第二频率之间的频率间隔。

进一步的，在第三方面的一些实施例中，所述驱动电路，还用于：将所述实时固有频率的电压输入至所述压电风扇，以使所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作。

进一步的，在第三方面的一些实施例中，所述驱动电路，还用于：当所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作第二预设时长时，停止输入至所述压电风扇的所述实时固有频率的电压；所述信号采集电路还用于获取所述实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值；所述驱动电路，还用于判断所述实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值是否满足第二预设条件；若满足，则重新执行确定上述确定压电风扇的实时固有频率的方法步骤。

进一步的，在第三方面的一些实施例中，所述信号采集电路包括第一二极管和第二二极管，其中，所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极连接且与所述风扇主体连接，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极连接且接地。

本发明中，从输入至压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，其中，第一频率范围为压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围，压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围为压电风扇的初始固有频率随压电风扇的内部特征参数以及外部环境参数的变化的范围；将多个第一频率的电压分别依次输入至压电风扇且分别持续第一预设时长；进而，分别停止输入至压电风扇的多个第一频率的电压；并在压电效应持续时间内，分别获取多个第一频率的电压的采样信号的幅值，采样信号的幅值为压电风扇中的扇叶振动而导致压电风扇中的压电陶瓷元件所产生的电流信号的幅值或电压信号的幅值；最后确定多个第一频率的电压的采样信号的幅值中满足第一预设条件的幅值，并将满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率确定为压电风扇的实时固有频率，以实时监测压电风扇的初始固有频率的变化情况。

其中，通过将多个第一频率的电压分别输入至压电风扇，以得到每个第一频率的电压对应的采样信号的幅值，并确定得到的该些第一频率的电压对应的采样信号的幅值中幅值最大的采样信号对应的第一频率的激励即为压电风扇的实时固有频率，从而能够有效的进行压电风扇固有频率的跟踪，使得压电风扇能够长期稳定的工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为现有技术中测量压电风扇固有频率的电路结构图；

图2所示本发明实施例一提供的压电风扇固有频率测量方法的流程图；

图3所示为输入激励的频率与压电风扇的固有频率的关系一；

图4所示为输入激励的频率与压电风扇的固有频率的关系二；

图5所示为输入激励的频率与压电风扇的固有频率的关系三；

图6所示为本发明实施例提供的压电风扇固有频率测量装置的结构示意图一；

图7所示为本发明实施例提供的压电风扇的结构示意图一；

图8所示为本发明实施例提供的压电风扇的结构示意图二；

图9所示为本发明实施例提供的压电风扇的结构示意图三；

图10所示为PWM波与正弦波的对应关系；

图11所示为本发明实施例提供的压电风扇的结构示意图四。

具体实施方式

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或器，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤。

压电风扇工作时所加的激励的频率只有与压电风扇的固有频率一致时，压电风扇才可以稳定工作，因此，压电风扇固有频率的测量是本领域技术人员致力解决的问题之一。

基于图1所示的现有技术，虽然可以测得压电风扇的固有频率，但不能跟踪压电风扇固有频率的变化，在压电风扇特征参数变化的时候，比如温度变化、风扇扇叶参数变动、有灰尘沉积在风扇扇叶上的时候，不能实时的得到压电风扇的固有频率，从而无法随时调整激励频率，从而无法保证压电风扇一直工作的稳定状态。

本发明基于以下思想：如果向压电风扇输入预设时长的某一频率的电压，当预设时长到达时，停止输出至压电风扇的该频率的电压，如果压电风扇在刚才的电压中能达到较大的振幅，也就是处于谐振，即使停止输入的电压，风扇扇叶也会有比较强的余震。这个余震会带动压电陶瓷元件运动，压电陶瓷元件便会产生电荷(压电效应)，也就是压电陶瓷元件会输出一定的电压或电流，如果压电陶瓷元件输出的电压或电流达到最大值，则说明该电压对应的频率为压电风扇的固有频率。

通过上述方法，使得即使压电风扇在内部特征参数以及外部环境参数变化的情况下，也能很好的测量到压电风扇的实时固有频率，从而使得压电风扇实时的工作在实时固有频率下，进而保证压电风扇一直工作在稳定状态。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图2所示本发明实施例一提供的压电风扇固有频率测量方法的流程图，如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤101：从输入至压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，第一频率范围为压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围，压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围为压电风扇的初始固有频率随压电风扇的内部特征参数以及外部环境参数的变化的范围。

其中，第一频率范围为压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围，具体可以为：将压电风扇的初始固有频率加减一定的预设偏移量而得到第一频率范围。

例如：预设偏移量为20Hz，如果压电风扇的初始固有频率为50Hz，则第一频率范围为(50Hz-20Hz，50Hz+20Hz)，也即(30Hz，70Hz)。

压电风扇的内部特征参数可以为压电风扇自身温度的升高、扇叶参数变动等。

外部环境参数可以为外部环境温度的变化、有灰尘沉积在叶片上等。

步骤102：将多个第一频率的电压分别依次输入至压电风扇且分别持续第一预设时长。

步骤103：分别停止输入至压电风扇的多个第一频率的电压。

步骤104：在压电效应持续时间内，分别获取多个第一频率的电压的采样信号的幅值，采样信号的幅值为压电风扇中的扇叶振动而导致压电风扇中的压电陶瓷元件所产生的电流信号的幅值或电压信号的幅值。

具体的，对每个第一频率的电压执行如下操作：

将第一频率的电压输入至压电风扇第一预设时长，以使压电风扇工作在该第一频率的电压下，如图3-图5中的t1段所示，当达到第一预设时长时，则停止输入至压电风扇的该第一频率的电压，并获取该第一频率的电压对应的采样信号的幅值，该采样信号的幅值为压电风扇中的扇叶振动而导致压电风扇中的压电陶瓷元件所产生的电流信号的幅值或电压信号的幅值。

上述步骤中假设从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择了2个第一频率，分别为50Hz和60Hz，则先将50Hz的电压输入至压电风扇第一预设时长，并得到该50Hz的电压对应的采样信号的幅值；然后将60Hz的电压输入至压电风扇第一预设时长，并得到该60Hz的电压对应的采样信号的幅值。

当第一频率的电压的频率与压电风扇的实时固有频率一致时，可以发现该第一频率的电压对应的采样信号幅值很高、且衰减较慢，如图3中的t2所示；当第一频率的电压的频率偏离压电风扇的实时固有频率较远时，则该第一频率的电压的对应的采样信号幅值很小，且衰减不规律，如图4中的t2所示；当第一频率的电压的频率较为接近压电风扇的实时固有频率时，该第一频率的电压的对应的采样信号幅值比共振时稍小、衰减稍快，如图5中的t2所示。

步骤105：确定多个第一频率的电压的采样信号的幅值中满足第一预设条件的幅值。

步骤106：将满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率确定为压电风扇的实时固有频率，以实时监测压电风扇的初始固有频率的变化情况。

也即，当多个第一频率的电压的采样信号的幅值后，确定多个第一频率的电压的采样信号的幅值中满足图3中的t2所示的条件的幅值，则确定满足图3中的t2所示的条件的幅值所对应的电压的第一频率确定为所述压电风扇的实时固有频率。

在实际应用中，图3中的t2所示即包括了幅值也包括了衰减速度，但本领域技术人员可知，幅值越大其对应的衰减就越接近图3中的t2所示的情形，因此在本发明中的第一预设条件即为：确定多个第一频率的电压的采样信号的幅值中最大的幅值。并将幅值最大的采样信号所对应的电压的第一频率确定为所述压电风扇的实时固有频率。

在本发明的一种可实现的方式中，如果上述步骤101中所选择多个第一频率的间隔足够小，例如：从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内按照0.1Hz的步距选择多个第一频率。则在步骤106中直接确定多个第一频率的电压的采样信号的幅值中满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率确定为所述压电风扇的实时固有频率。其中，上述的第一预设条件为上述图3所示的情形。

但是，在步骤101中如果所选择多个第一频率的间隔足够小，则会使得压电风扇固有频率测量的时间较长，从而用户体检较低。

因此，在本发明的另一种可实现的方式中，上述步骤101中所选择多个第一频率的间隔无需足够小。

上述步骤中，从输入至压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，可以包括：根据满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率范围内确定第二频率范围，从第二频率范围内选择多个第二频率。

一种具体的实现方式为，可以为根据所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率确定第二频率范围；从所述第二频率范围内选择多个第二频率；将得到的所述多个第二频率的电压替换上述步骤中的所述多个第一频率的电压，并执行上述根据所述多个第一频率的电压确定所述压电风扇的实时固有频率的方法步骤。

具体的，上述步骤101的一种可实现方式为：按照第一步距从所述输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择所述多个第一频率，该第一步距可选择的较大，例如：从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内按照1Hz的步距选择多个第一频率。

当得到了每个第一频率的电压的采样信号的幅值后，确定多个第一频率的电压的采样信号的幅值中满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率为压电风扇的初级频率，此处的第一预设条件同样可以为选择多个第一频率的电压的采样信号的幅值中幅值最大的采样信号对应的电压的第一频率为压电风扇的初级频率。

进而，根据初级频率确定电压的第二频率范围，例如，可以以初级频率为中心加上预设偏移量得到的第二频率范围。以一个例子说明上述方法，比如得到的初级频率为50Hz，且预设偏移量为1Hz，则得到的第二频率范围为49Hz到51Hz。其中，预设偏移量的数值本发明不对其加以限制。

且从第二频率范围内选择多个第二频率，在本步骤中，可按照第二步距从第二频率范围内选择多个第二频率，继续按照上述的例子，可以按照0.1Hz的步距从49Hz到51Hz内选择多个第二频率，最后，将得到的多个第二频率的电压替换上述步骤101至步骤106中的多个第一频率的电压，并对该些第二频率的电压执行上述步骤101至步骤106中根据多个第一频率的电压确定压电风扇的实时固有频率的方法步骤。

进一步的，为了保证得到的压电风扇的实时固有频率的准确性，在执行上述步骤104之前，还可以等待一段时间，这是因为电路中存在电容，不能立即建立稳定状态，如果停止输入至压电风扇的第一频率的电压后，便立即开始获取第一频率的电压的采样信号的幅值，此时得到的第一频率的电压的采样信号的幅值与电路稳定后得到第一频率的电压的采样信号的幅值会有差异(主要是信号的直流分量不同)，从而无法准确得到压电风扇的实时固有频率，因此在执行步骤104之前还需一段等待时间，比如0.3s左右，以确保电路建立稳定状态。

当确定了压电风扇的实时固有频率后，将确定的实时固有频率的电压输出至压电风扇，以使压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作。

为了保证压电风扇一直可以处于稳定工作的状态，也即为了及时发现压电风扇的固有频率突变，压电风扇在步骤106中确定的实时固有频率的电压下工作的过程中，每工作第二预设时长(例如100秒)，则停止输入至所述压电风扇的所述实时固有频率的电压，并重新获取所述实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值，并检查实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值与步骤104中获取到的该实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值是否变化，若变化，则确定压电风扇的固有频率发生了变化，需要重新确定压电风扇的固有频率，也即重新执行上述步骤101-步骤106。

其中，确定获取到的该实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值是否变化可以为判断获取到的该实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值是否减小(例如：幅值减小值大于原来幅值的1/4)，则确定确定压电风扇的固有频率发生了变化。

上述的检查过程时间很短，可以在0.3s左右完成，因此不影响压电风扇的正常使用，且在这段时间内压电风扇并没有完全停止运行，仅能看到瞬间的幅值减小，从而不会降低用户体验。

进一步的，当发生意外情况时，压电风扇的固有频率会漂出压电风扇的第一频率范围，此时确定的采样信号对应的振幅会很小，当整个确定压电风扇的固有频率的步骤结束后，得到的多个采样信号的最大幅值仍小于一个预设阈值，则重新开始执行上述步骤101-步骤106，若频率一直在第一频率范围之外，将持续执行上述步骤101-步骤106。

本发明中，可以在不加任何传感元件的情况下实现对压电风扇的固有频率测量及实现压电风扇最优工作状态的保持，当由于压电风扇的内部特征参数以及外部环境参数的变化而导致压电风扇的固有频率发生漂移时，能够有效的进行固有频率的跟踪，从而使得压电风扇能够长期稳定的工作。

本实施提供的压电风扇固有频率测量方法，包括：从输入至压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，其中，第一频率范围为压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围，压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围为压电风扇的初始固有频率随压电风扇的内部特征参数以及外部环境参数的变化的范围；将多个第一频率的电压分别依次输入至压电风扇且分别持续第一预设时长；进而，分别停止输入至压电风扇的多个第一频率的电压；并在压电效应持续时间内，分别获取多个第一频率的电压的采样信号的幅值，采样信号的幅值为压电风扇中的扇叶振动而导致压电风扇中的压电陶瓷元件所产生的电流信号的幅值或电压信号的幅值；最后确定多个第一频率的电压的采样信号的幅值中满足第一预设条件的幅值，并将满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率确定为压电风扇的实时固有频率，以实时监测压电风扇的初始固有频率的变化情况。

其中，通过将多个第一频率的电压分别输入至压电风扇，以得到每个第一频率的电压对应的采样信号的幅值，并确定得到的该些第一频率的电压对应的采样信号的幅值中幅值最大的采样信号对应的第一频率的激励即为压电风扇的实时固有频率，从而能够有效的进行压电风扇固有频率的跟踪，使得压电风扇能够长期稳定的工作。

图6所示为本发明实施例提供的压电风扇固有频率测量装置的结构示意图一，如图6所示，该压电风扇固有频率测量装置包括选择模块11、输入模块12、终止模块13、获取模块14和确定模块15：

其中，选择模块11，用于从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，所述第一频率范围为所述压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围，所述压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围为所述压电风扇的初始固有频率随所述压电风扇的内部特征参数以及外部环境参数的变化的范围；

输入模块12，用于将所述多个第一频率的电压分别依次输入至所述压电风扇且分别持续第一预设时长；

终止模块13，用于分别停止输入至所述压电风扇的所述多个第一频率的电压；

获取模块14，用于在压电效应持续时间内，分别获取所述多个第一频率的电压的采样信号的幅值，所述采样信号的幅值为所述压电风扇中的扇叶振动而导致所述压电风扇中的压电陶瓷元件所产生的电流信号的幅值或电压信号的幅值；

确定模块15，用于确定所述多个第一频率的电压的采样信号的幅值中满足第一预设条件的幅值；

所述确定模块15，还用于将所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率确定为所述压电风扇的实时固有频率。

进一步的，在所述从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率的方面，所述确定模块15，具体用于：根据所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率范围内确定第二频率范围；从所述第二频率范围内选择多个第二频率。

进一步的，在所述从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率的方面，所述选择模块11具体用于：

按照第一步距从所述输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择所述多个第一频率；

在所述从所述第二频率范围内选择多个第二频率的方面，所述确定模块15具体用于：

按照第二步距从所述第二频率范围内选择所述多个第二频率；

其中，所述第一步距大于所述第二步距，所述第一步距为相邻的所述第一频率之间的频率间隔，所述第二步距为相邻的所述第二频率之间的频率间隔。。

进一步的，所述输入模块12，还用于：将所述实时固有频率的电压输入至所述压电风扇，以使所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作。

进一步的，所述终止模块13还用于：

当所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作第二预设时长时，停止输入至所述压电风扇的所述实时固有频率的电压；

所述获取模块14，还用于：获取所述实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值；

所述确定模块15，还用于判断所述实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值是否满足第二预设条件；

若满足，则所述确定模块15确定需重新执行确定上述确定压电风扇的实时固有频率的方法步骤。

本实施例的装置，可以用于执行图2所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图7所示为本发明实施例提供的压电风扇的结构示意图一，如图7所示，该压电风扇包括由风扇扇叶和设置在所述风扇扇叶上的压电陶瓷元件组成的风扇主体21，还包括：

与所述风扇主体21连接的信号采集电路22，以及与所述风扇主体21和所述信号采集电路22连接的驱动电路23，其中，

所述驱动电路23，用于从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，所述第一频率范围为所述压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围，所述压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围为所述压电风扇的初始固有频率随所述压电风扇的内部特征参数以及外部环境参数的变化的范围；

所述驱动电路23，还用于将所述多个第一频率的电压分别依次输入至所述压电风扇且分别持续第一预设时长；

所述驱动电路23，还用于分别停止输入至所述压电风扇的所述多个第一频率的电压；

所述信号采集电路22用于在压电效应持续时间内，分别获取所述多个第一频率的电压的采样信号的幅值，所述采样信号的幅值为所述风扇主体21中的扇叶振动而导致所述风扇主体21中的压电陶瓷元件所产生的电流信号的幅值或电压信号的幅值；

所述驱动电路23，还用于确定所述多个第一频率的电压的采样信号的幅值中满足第一预设条件的幅值；

所述驱动电路23，还用于将所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率确定为所述压电风扇的实时固有频率。

进一步的，在所述从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率的方面，所述驱动电路23，具体用于：

根据所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率范围内确定第二频率范围；从所述第二频率范围内选择多个第二频率。

其中，在所述从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率的方面，所述驱动电路23，具体用于：

按照第一步距从所述输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择所述多个第一频率；

在所述从所述第二频率范围内选择多个第二频率的方面，所述驱动电路23，具体用于：

按照第二步距从所述第二频率范围内选择所述多个第二频率；

其中，所述第一步距大于所述第二步距，所述第一步距为相邻的所述第一频率之间的频率间隔，所述第二步距为相邻的所述第二频率之间的频率间隔。

进一步的，所述驱动电路23，还用于：

将所述实时固有频率的电压输入至所述压电风扇，以使所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作。

其中，所述驱动电路23，还用于：

当所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作第二预设时长时，停止输入至所述压电风扇的所述实时固有频率的电压；

所述信号采集电路22还用于获取所述实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值；

所述驱动电路23，还用于判断所述实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值是否满足第二预设条件；

若满足，则重新执行确定上述确定压电风扇的实时固有频率的方法步骤。

其中，所述信号采集电路22包括第一二极管和第二二极管，其中，所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极连接且与所述风扇主体21连接，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极连接且接地。

本实施例的压电风扇，可用于执行图2所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图8所示为本发明实施例提供的压电风扇的结构示意图二，本实施例提供了一种信号采集电路22的具体实现方式，如图8所示：

在上述图7的基础上，所述信号采集电路22包括第一二极管221和第二二极管222，其中，所述第一二极管221的正极与所述第二二极管222的负极连接且与所述风扇主体21连接，所述第一二极管221的负极与所述第二二极管222的正极连接且接地。

具体的，通过在电路中串联一个反向并联的二极管网络实现采样信号的高效拾取。当压电风扇正常工作时，由于二极管最高压降在0.6V左右，因此不会对输入至压电风扇的电压带来过大的影响；当压电风扇的驱动电路的电位保持在0V的时候，也就是图8中的驱动电路输出为0V的时候，当压电陶瓷元件受到交变应力的作用时，在二极管的两端会有一个电压输出，当这个电压较小的时候(<0.3V)，二极管对输出电压的影响很小，阻抗很高，从而可有效地提取压电陶瓷元件上的电压。可以说在0.3V以下时，信号采集电路22输出的电压就可以真实地反映压电陶瓷元件的电压，从而得到准确的压电风扇的实时固有频率。

因此，这个信号采集电路22可以在不影响驱动的情况下，可用来方便、有效地提取压电风扇的实时固有频率。且并联的二极管的成本远远低于现有技术中的高压开关的成本，有效节省了开销。

图9所示为本发明实施例提供的压电风扇的结构示意图三，本实施例提供了一种驱动电路23的具体实现方式，图8所示的压电风扇中的驱动电路23可以使用既能进行模数转换(Analog-to-Digital Converter，简称为：ADC)、又能输出脉冲宽度调制(Pulse-WidthModulation，简称为：PWM)波形的微处理芯片，例如PIC的一些型号，利用其PWM输出功能模拟正弦波(SPWM)，利用其自带的ADC模块采集并联二极管两端的输出电压Us。

如图9所示，驱动电路23具体包括：微控制单元(MicroController Unit，简称为：MCU)231、低通滤波器(Low Pass Filter，简称为：LPF)232、和放大器233，其中，MCU231包括ADC模块(图中未示出)和PWM模块(图中未示出)，ADC模块用于采集并联二极管两端的输出电压Us；PWM用于向压电风扇输出上述各实施例中的多个第一频率的电压以及多个第二频率的电压，该电压为正弦PWM(Sinusoidal PWM，简称为：SPWM)信号。

以该电路说明上述压电风扇固有频率测量方法的具体实现方式。

假设输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围为40～60Hz。首先以1Hz的间距在第一频率范围内选择多个第一频率，此时可得到20个第一频率，对每一个第一频率的电压执行如下方法：

以50Hz的第一频率的电压为例，将一个周期(1s/50＝20ms)分成64份，每份0.3125ms，以此作为MCU231中的PWM模块输出的PWM波的周期，将正弦波不同幅值对应的占空比记录在一个表格中，每经过一个周期，调整一次占空比，得到占空比持续变化的PWM波，对它进行滤波即可得到相应频率的正弦波，要改变正弦波的频率，只需改变PWM波的周期并计算相应的占空比即可，图10所示为PWM波与正弦波的对应关系，其中的矩形的波即为PWM波。

PWM模块输出50Hz的第一频率的电压，并将该50Hz的第一频率的电压输入至LPF232，并将经过滤波后的50Hz的第一频率的电压经过放大器233放大，最终将放大后的50Hz的第一频率的电压输入至风扇主体21，MCU231控制输入至风扇主体21的该第一频率的电压的第一预设时间为100秒，当达到100秒后，停止输出至风扇主体21的该50Hz的第一频率的电压，并等待3s时间，此时，风扇主体21中的压电陶瓷元件会产生压电效应，此时压电陶瓷元件产生的电压会输出至信号采集电路22，然后MCU231中的数模转换模块采集信号采集电路22中二极管两端的电压的幅值作为50Hz的第一频率的电压的采样信号的幅值，也即，此时得到50Hz的第一频率的电压的采样信号的幅值。

循环执行上述步骤，直到确定所有第一频率的电压的采样信号的幅值，得到多个第一频率的电压的采样信号的幅值。

确定得到的该些第一频率的电压的采样信号的幅值中最大的幅值，比如50Hz的第一频率的电压的采样信号的幅值最大。

根据50Hz以及预设偏移量1Hz得到第二频率范围为49Hz到51Hz，按照0.1Hz的步距从49Hz到51Hz采样20个第二频率，对每一个第二频率执行如下方法：

以50.1Hz的第二频率的电压为例，根据上述方法相同，MCU231中的PWM模块输出50.1Hz的第二频率的电压，并将该50.1Hz的第二频率的电压输入至LPF232，经并将经过滤波后的50.1Hz的第二频率的电压经过放大器233放大，最终将放大后的50.1Hz的第二频率的电压输入至风扇主体21，MCU231控制输出至风扇主体21的该第二频率的电压的第一预设时间为100秒，当达到100秒后，停止输入至风扇主体21的该50.1Hz的第二频率的电压，并等待3s时间，此时，风扇主体21中的压电陶瓷元件会产生压电效应，此时压电陶瓷元件产生的电压会输出至信号采集电路22，然后MCU231中的数模转换模块采集信号采集电路22中二极管两端的电压的幅值作为50.1Hz的第二频率的电压的采样信号的幅值，也即，此时得到50.1Hz的第二频率的电压的采样信号的幅值。循环执行上述步骤，直到确定所有第二频率的电压的采样信号的幅值。

确定得到的该些第二频率的电压的采样信号的幅值最大的幅值，比如50.1Hz的第二频率的电压的采样信号的幅值最大。则确定50.1Hz的第二频率的电压的采样信号对应的频率为压电风扇的实时固有频率。

为了保证输出幅值一致，可以采用高通和低通二阶有源滤波器对电压信号进行滤波。

继续按照上述的例子：因为输出正弦波为40Hz～60Hz，为了保证输出幅值一致，采用高通和低通二阶有源滤波器级联作为滤波电路，截止频率分别为20Hz和120Hz，实验显示各频率的振幅一致。

图11所示为本发明实施例提供的压电风扇的结构示意图四，图11所示的驱动电路仅将图9所示的驱动电路中的LPF232更换为直接数字式频率合成器(Direct DigitalSynthesizer，简称为：DDS)234，其他结构与图9类似，且实现方式相同，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种压电风扇固有频率测量方法，其特征在于，包括：

从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，所述第一频率范围为所述压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围，所述压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围为所述压电风扇的初始固有频率随所述压电风扇的内部特征参数以及外部环境参数的变化的范围；

将所述多个第一频率的电压分别依次输入至所述压电风扇且分别持续第一预设时长；

分别停止输入至所述压电风扇的所述多个第一频率的电压；

在压电效应持续时间内，分别获取所述多个第一频率的电压的采样信号的幅值，所述采样信号的幅值为所述压电风扇中的扇叶振动而导致所述压电风扇中的压电陶瓷元件所产生的电流信号的幅值或电压信号的幅值；

确定所述多个第一频率的电压的采样信号的幅值中满足第一预设条件的幅值；

将所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率确定为所述压电风扇的实时固有频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，包括：

根据所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率范围内确定第二频率范围；

从所述第二频率范围内选择多个第二频率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，包括：

按照第一步距从所述输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择所述多个第一频率；

所述从所述第二频率范围内选择多个第二频率，包括：

按照第二步距从所述第二频率范围内选择所述多个第二频率；

其中，所述第一步距大于所述第二步距，所述第一步距为相邻的所述第一频率之间的频率间隔，所述第二步距为相邻的所述第二频率之间的频率间隔。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述将所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率确定为所述压电风扇的实时固有频率之后，还包括：

将所述实时固有频率的电压输入至所述压电风扇，以使所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述以使所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作之后，还包括：

当所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作第二预设时长时，停止输入至所述压电风扇的所述实时固有频率的电压；

获取所述实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值；

判断所述实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值是否满足第二预设条件；

若满足，则重新执行确定上述确定压电风扇的实时固有频率的方法步骤。

6.一种压电风扇，包括由风扇扇叶和设置在所述风扇扇叶上的压电陶瓷元件组成的风扇主体，其特征在于，还包括：

与所述风扇主体连接的信号采集电路，以及与所述风扇主体和所述信号采集电路连接的驱动电路，其中，

所述驱动电路，用于从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率，所述第一频率范围为所述压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围，所述压电风扇的初始固有频率所对应的电压的频率范围为所述压电风扇的初始固有频率随所述压电风扇的内部特征参数以及外部环境参数的变化的范围；

所述驱动电路，还用于将所述多个第一频率的电压分别依次输入至所述压电风扇且分别持续第一预设时长；

所述驱动电路，还用于分别停止输入至所述压电风扇的所述多个第一频率的电压；

所述信号采集电路用于在压电效应持续时间内，分别获取所述多个第一频率的电压的采样信号的幅值，所述采样信号的幅值为所述风扇主体中的扇叶振动而导致所述风扇主体中的压电陶瓷元件所产生的电流信号的幅值或电压信号的幅值；

所述驱动电路，还用于确定所述多个第一频率的电压的采样信号的幅值中满足第一预设条件的幅值；

所述驱动电路，还用于将所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率确定为所述压电风扇的实时固有频率。

7.根据权利要求6所述的压电风扇，其特征在于，在所述从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率的方面，所述驱动电路，具体用于：

根据所述满足第一预设条件的幅值所对应的电压的第一频率范围内确定第二频率范围；

从所述第二频率范围内选择多个第二频率。

8.根据权利要求7所述的压电风扇，其特征在于，

在所述从输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择多个第一频率的方面，所述驱动电路，具体用于：

按照第一步距从所述输入至所述压电风扇的电压的第一频率范围内选择所述多个第一频率；

在所述从所述第二频率范围内选择多个第二频率的方面，所述驱动电路，具体用于：

按照第二步距从所述第二频率范围内选择所述多个第二频率；

其中，所述第一步距大于所述第二步距，所述第一步距为相邻的所述第一频率之间的频率间隔，所述第二步距为相邻的所述第二频率之间的频率间隔。

9.根据权利要求6所述的压电风扇，其特征在于，所述驱动电路，还用于：

将所述实时固有频率的电压输入至所述压电风扇，以使所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作。

10.根据权利要求7所述的压电风扇，其特征在于，所述驱动电路，还用于：

将所述实时固有频率的电压输入至所述压电风扇，以使所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作。

11.根据权利要求8所述的压电风扇，其特征在于，所述驱动电路，还用于：

将所述实时固有频率的电压输入至所述压电风扇，以使所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作。

12.根据权利要求9所述的压电风扇，其特征在于，所述驱动电路，还用于：

当所述压电风扇在所述实时固有频率的电压下工作第二预设时长时，停止输入至所述压电风扇的所述实时固有频率的电压；

所述信号采集电路还用于获取所述实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值；

所述驱动电路，还用于判断所述实时固有频率的电压对应的采样信号的幅值是否满足第二预设条件；

若满足，则重新执行确定上述确定压电风扇的实时固有频率的方法步骤。

13.根据权利要求6-12任一项所述的压电风扇，其特征在于，所述信号采集电路包括第一二极管和第二二极管，其中，所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极连接且与所述风扇主体连接，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极连接且接地。