CN109562404A - 产生模拟火焰的调制谐振器 - Google Patents

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Abstract

一种具有转换器的装置，该转换器被配置为被调制并且转换液体并且形成模拟火焰。该转换器可以是由具有不同的功率水平的调制驱动信号驱动的压电转换器，使得液体转换成薄雾，并且还使得该转换器控制该薄雾并且使其成形以创造蒸气羽流。该羽流被有色光源照亮，从而产生模拟火焰。芯或喷嘴可以将该液体呈送到该转换器。该芯可以具有不同形状(即，螺旋形、层叠的)，并且包括不同颜色的互相缠结或编织的光纤电缆、或LED灯/管。该转换器可以具有多个开口、穿孔、凹口、和/或压印以使该羽流成形并且创造舞动火焰的效果。

Description

产生模拟火焰的调制谐振器
优先权
本申请根据35U.S.C.119(e)要求于2015年6月10日提交的美国临时专利申请序列号62/173,809、标题为“Mist Illuminated Liquid Light Art[薄雾照明液体光艺术]”的优先权，该临时专利申请的传授内容以其全文并入本文。
技术领域
本披露大体上涉及创造一种用于非燃性蜡烛以及许多其他应用的仿真火焰。
背景技术
蜡烛中的模拟火焰适用于在封闭空间中使用，在封闭空间中真实火焰是不令人期望的、不切实际的、或不允许的。产生模拟火焰有多种不同方式，一些模拟火焰比其他模拟火焰更加真实。家庭和商业环境中的许多应用期望创造有成本效益并且紧密的模拟火焰。
发明内容
一种具有转换器的装置，该转换器被配置用于转换并且调制液体以形成模拟火焰。该转换器可以是由调制驱动信号驱动的压电转换器，使得液体转换成薄雾/气雾，使得该转换器控制该薄雾并且使其成形以创造蒸气羽流。在该转换器上方一定距离处使用喷嘴/歧管也可以使该薄雾成形。该羽流被有色光源照亮以产生该模拟火焰。芯或分配器可以是将该液体呈送到该转换器的一个装置。控制呈送到该转换器的液滴尺寸可以塑造该羽流的尺寸、大小。该转换器可以具有多个开口、成角度的或直的穿孔、凹口、和/或压印以使该羽流成形并且创造舞动火焰的效果。
附图说明
图1展示了本披露的实施例的透视图；
图2展示了图1示出的实施例的分解透视图；
图3展示了具有不同开口尺寸的替代性谐振器设计；
图4展示了具有多个开口的替代性谐振器设计；
图5展示了替代性喷嘴设计；
图6展示了波形图，该波形图描绘了来自控制电路用于调制谐振器的驱动信号；
图7A至图7C展示了本披露的不同实施例所产生的不同模拟火焰；
图8至图11展示了将流体的液滴分配到转换器上以创造薄雾羽流的装置和方法；
图12展示了插入件；
图13展示了用于接纳插入件的仿真原木；
图14展示了插入件的另一个实施例；
图15和图16示出了螺旋形的和层叠的芯的实施例，并且包括不同颜色的互相缠结或编织的光纤电缆、或LED灯/管；并且
图17示出了包含液体贮存器和泵的另一个实施例。
具体实施方式
示例性实施例的以下描述提供了使本领域技术人员能够制造和使用所附权利要求中阐述的主题的信息，但可以省略本领域中众所周知的某些细节。因此，以下详细描述被认为是说明性的并且非限制性的。
还可以参考附图中描绘的不同元件之间的空间关系或不同元件的空间取向，在此描述示例性实施例。通常，此类关系或取向假定与处于接受治疗的位置上的病人一致或相对的参照系。但是，如本领域技术人员应认识到的，这种参照系仅是描述性的权宜之计而不是严格的指示。
参考图1，示出了锆钛酸铅(PZT)喷雾器的透视图，该锆钛酸铅喷雾器形成用10示出的蜡烛。蜡烛10被配置用于通过在不同功率和/或频率下可控制地并且不规则地调制液滴以在芯11周围创造气雾或薄雾12、并且接着通过照亮蒸气薄雾12以产生火焰状效果来产生模拟蜡烛火焰。喷嘴14用于产生各种各样的效果。液体可以是水、乙醇、香精油、或任何液体组合。
参考图2，示出了蜡烛10的分解透视图。蜡烛10包括被配置用于容纳液体(例如，水)的贮存器20。多孔芯结构22同心地定位在贮存器20中并且被配置用于从贮存器20靠毛细作用带走液体并且将液体呈送到超声谐振器24中。谐振器24包括PZT压电陶瓷环形谐振器以及被定位在芯结构22的顶表面26上方距离D1处的钢膜组件、并且是通过超声振动将液体转换成气雾12的主动共振部件。
谐振器24由控制电路28控制，该控制电路提供可选择性地控制的电调制驱动信号30以控制产生的气雾12的形状和外观。例如，如图6所示，驱动信号30可以是脉冲的、并且在不同的功率水平、频率、以及波形下产生，以可变化地控制转换能量并且产生舞动火焰状效果，并且使其盘绕、漂浮、或产生其他选定形状。
薄雾指向喷嘴14(示出为圆锥体)被配置用于使气雾蒸气12成形。喷嘴14可以直接定位在芯结构22的顶表面上并且在谐振器24上方，但优选地例如使用间隔器在谐振器24上方隔开距离D2、并且在芯结构22上方隔开距离D1+D2。
谐振器24具有至少一个位于中心的开口32，该至少一个位于中心的开口被配置用于允许气雾12穿过开口32升起、并且帮助气雾蒸气12成形，使其盘绕、漂浮、或产生其他选定形状。至少一个有色光源34被配置用于照亮气雾12以创造火焰的外观。光源34可以是发光二极管(LED)源、集成光纤光源，并且如图15和图16所示处于蜡烛10的内部。也可以使用颜色过滤器36。光源34还可以包括聚合物滤光器，该聚合物滤光器提供光以使气雾12成像。颜色可以在蓝色、黄色、橙色、以及红色之间变化(效仿火焰的不同颜色)并且可以是间歇的、闪烁、游走、或改变颜色。光源34可以被配置用于从下方照亮薄雾，或蜡烛芯11可以从薄雾内部提供光源，即蜡烛芯可以被封装在薄雾内。蜡烛芯11可以具有不同形状(即，螺旋形、层叠的)，并且包括不同颜色的互相缠结或编织的光纤电缆、或LED灯/管，这些不同颜色可以沿电缆行进。
谐振器/转换器24可以由某一形状、大小、材料类型、压印、穿孔、凹口等构成，使液体成形为具有火焰状特征的薄雾/气雾。转换器可以由具有合适的成分、电极模式(即固体、卷绕式、侧接片、隔离带、靶心)、容差(即电容、d33值、频率)电压、形状、尺寸、表面光洁度、成形工艺和/或后处理、特定模式或替代性电极材料(镍、金等)的金属板、或陶瓷元件/材料构成。
谐振器24可以具有较大和/或成形的开口32(例如，如图3所示的谐振器40和谐振器42)、或具有多个开口32(例如，如图4所示的谐振器44、46、以及48)。不同开口设计提供变化的介电谐振器响应和由此产生的流线型蒸气形状以产生不同的实际火焰状外观。
喷嘴(歧管)14可以具有其他形状/尺寸(例如，更短或更高的圆锥体)、或被配置成在图5中分别用50、52、以及54示出的螺旋形。不同的喷嘴14帮助使气雾成形、并且还控制气雾14的高度。喷嘴14可以经由快速3-D打印技术创造，使得能够具有多种气雾12形状。
图7A、图7B、以及图7C示出了可以被创造的多种被照亮的气雾蒸气。
替代性实施例
图8至图17示出了本披露的替代性实施例。这种实施例创造逼真的多用途、多平台火焰技术。这种实施例包括壁炉单元，这些壁炉单元是全集成的(不需要安装在上方的风扇或真空装置或烟道)并且可以与市场上出售的任何可获得的原木一起被纳入任何尺寸的开口或制造商的火室。这创造了逼真的造型，是火的安全替代物。
图8至图11示出的一个说明性实施例包括仿真火焰产生器100，该仿真火焰产生器包括利用可变蒸发液滴技术(VEDT)的逼真蒸气火焰技术(RVFT)。这种产生器100包括液体分配器102，该液体分配器被配置用于将液滴104分配到压电转换器106上，如图8所示。分配器102可以采取多种形式，并且可以包括流体贮存器或可以经由导管接纳流体，该导管为一个或多个开口供给。转换器106由调制器110产生的调制共振驱动信号108驱动。调制器110可以由E类逆变器和/或压电变压器构成。分配器102可以由控制被分配到转换器上的特定液滴尺寸的装置和/或效应构成，例如毛细管效应、使用电磁阀、汽蚀过程管、泵、毛细效应、和/或实施流控技术(例如开关、放大器、振荡器等)。
如图9所示，液滴104在转换器106上方撞击以分散，如用112示出的飞溅。液滴104可以有不同尺寸并且通过分配器间歇地设置/放置在转换器106的某些/关键位置上。薄雾根据分配到转换器的液滴的不同的尺寸/形状而改变形状和尺寸。
如图10所示，调制转换器106使得分散的液滴112转换并且形成从转换器106升起的薄雾/气雾114。如图11所示，递送到转换器106的驱动信号108的不同能量使薄雾114转变成蒸气羽流116。到转换器106的驱动信号108的不同能量(不规则变化的频率、不规则功率、脉冲宽度调制比)使液体以不同薄雾/气雾液滴尺寸雾化/成雾状。薄雾/气雾液滴尺寸的这种变化使羽流116的高度、形状/尺寸发生变化。到转换器106的能量的这种调制、到转换器106上的不同的液滴尺寸、和/或引起的不同的薄雾/气雾液滴尺寸使得蒸气羽流116效仿真实火焰的舞动效果上下移动。这是蒸气-谐振器相互作用的结果。
在一个说明性实施例，调制转换器106的驱动信号108的共振频率是28.52kHz的、在大约20瓦特操作功率下的驱动信号。在其他实施例中，频率可以是大约100kHz。转换器106的直径是26mm(大约1英寸)。创造火焰效果的是产生的从调制转换器向上传播的不规则超声波。这对于蜡烛非常有效。香精油可以添加到液体中并且扩散成为有香味的蜡烛，这开辟了专有产品市场。
转换器106安排可以是许多类型中的一种，例如仅在水源表面下方创造高频率机械振荡的压电转换器，使得超声振动将液体变成薄雾。分配的流体(例如，水)可以呈液滴(以一致的或不一致的尺寸)掉落到调制转换器106上以利用重力。使用注射器可以将水注射到转换器106上，并且水可以是驻留在盆中的直立液体。流体可以以多种方式运输、掉落、放置、推至转换器106上并且穿过其中。实施毛细管效应、使用螺线管、管道、泵、毛细作用、和/或实施流控技术(例如开关、放大器、振荡器等)可以用来有效地运输液体和/或创造羽流运动并且支持可以允许特定尺寸的液滴移动到转换器上的功能。液体可以被注射、泵送、加压到转换器106上。流控开关和/或电磁阀可以用来有效地创造并且移动液体的特定尺寸的液滴，这些液滴用于移动并且释放到转换器106上。穿过电磁阀的流体供应通道的系统、和/或汽蚀过程可以提供随机羽流尺寸，因为液滴间歇地被递送到转换器(维持运行)上以创造不同的火焰高度以模仿真实火焰。集成电路可以允许转换器的随机频率/功率调制。通过流控阀递送系统或通过调制泵系统可以实现可变液滴尺寸，从而以几种方式(例如从上方、下方、侧方、和/或中央掉落(重力)、推(泵/毛细管效应/压力)、注射到转换器上)将流体散播到转换器上。
如图12所示，一个实施例包括壁炉插入件120，其中，若干转换器106可以在不同的层叠偏移半径模式下一字排开，并且随机液滴尺寸以不同间隔被分配到转换器106上，从而创造真实舞动的蒸气火焰。例如，如图13所示，插入件120可以定位在雕刻的原木124的凹陷122中。图14示出了插入件126，该插入件具有线性安排的转换器106。分配器102包括由导管130供给的喷嘴，导管130由液体(例如)水源、例如流体贮存器供给。
图17示出了蜡烛200的另一个实施例，示出了该蜡烛包括本体202、液体贮存器204、泵马达206、液体输送导管208、谐振器210、控制电路212、提供调制驱动信号的电导体214、芯216、以及蒸气羽流218。与之前的实施例相似，泵206经由竖直延伸的导管208将液滴尺寸恒定或变化的液体从贮存器204输送到贴近谐振器210。谐振器210调制呈送的液体以创造蒸气羽流218，其中，使控制电路212产生的调制控制信号的功率和/或波形发生变化会引起蒸气羽流118成形。泵206可以输送不同液滴尺寸的液体，从而引起蒸气羽流118成形。一个或多个光源(例如，LED光纤)可以设置在芯216中或周围以使蒸气羽流218有颜色并且像火焰。
其他用途可以包括生物应用(不必涉及真实火焰的模拟)、烟火制造术、火山坑、电筒、汽车尾气管、教育、魔术表演、特殊效果、军事/法律执行/第一响应者训练等。这种火焰技术可以用在需要模拟/复制真实火焰的任何应用中。
所附权利要求阐述上文描述的主题的新颖性和创造性方面，但权利要求还可以涵盖没有具体详细叙述的附加主题。例如，如果没有必要将新颖性和创造性特征与本领域普通技术人员已知的区分开，那么某些特征、元件、或方面可以从权利要求中省略。不脱离本发明的由所附权利要求限定的范围的情况下，还可以通过用于相同、相等、或相似目的的替代性特征来结合或替代本文描述的特征、元件、以及方面。

Claims (24)

1.一种装置，包括：
具有表面的转换器，
分配器，该分配器被配置用于分配液滴以撞击在该转换器表面上；
控制电路，该控制电路被配置用于产生调制信号，其中，该调制信号被配置用于驱动该转换器使得：
这些液滴转换成薄雾，并且
该薄雾根据该调制信号改变形状和尺寸；
光源，该光源被配置用于照亮该薄雾。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所照亮的薄雾呈现为模拟火焰。
3.如权利要求1所述的装置，其中，该调制信号包括不同波形，使得该薄雾具有不规则形状、尺寸、和/或高度。
4.如权利要求1所述的装置，其中，该调制信号包括不同的功率水平，使得该薄雾根据这些不同的功率水平具有不规则形状、尺寸和/或高度。
5.如权利要求1所述的装置，其中，该转换器被配置用于引起所分配的液滴飞溅。
6.如权利要求5所述的装置，其中，该转换器具有被配置成使该薄雾穿过的至少一个开口。
7.如权利要求1所述的装置，其中，该分配器被配置用于将这些液滴分配成具有不同的尺寸以形成不同的蒸气羽流。
8.如权利要求1所述的装置，进一步包括被配置用于使该薄雾穿过并且使该薄雾成形的成形构件。
9.如权利要求8所述的装置，其中，该成形构件由圆锥体或其他形状构成。
10.如权利要求1所述的装置，其中，该光源被配置用于从该薄雾的内部照亮该薄雾。
11.如权利要求10所述的装置，其中，该光源是有色的。
12.如权利要求7所述的装置，其中，该调制信号包括不同的功率水平，使得该薄雾根据这些不同的功率水平具有不规则形状、尺寸和/或高度。
13.如权利要求12所述的装置，进一步包括被配置用于使该薄雾穿过并且使该薄雾成形的成形构件。
14.如权利要求1所述的装置，进一步包括被配置用于容纳液体的贮存器，并且该分配器被配置用于将来自该贮存器的液体分配成这些液滴。
15.如权利要求12所述的装置，其中，该分配器被配置用于以可变速率分配这些液滴。
16.一种装置，包括：
转换器；
分配器，该分配器被配置用于将液滴分配到该转换器上；
控制电路，该控制电路被配置用于产生调制信号，该调制信号被配置用于驱动该转换器使得：
贴近该转换器的液滴转换成蒸气羽流，并且
该蒸气羽流根据该调制信号改变形状；以及
光源，该光源被配置用于照亮该蒸气羽流，使得该蒸气羽流呈现为模拟火焰。
17.如权利要求16所述的装置，其中，该调制信号包括不同波形，使得该蒸气羽流具有不规则形状。
18.如权利要求16所述的装置，其中，该调制信号包括不同的功率水平，使得该蒸气羽流具有不规则形状。
19.如权利要求16所述的装置，进一步包括被配置用于使该薄雾穿过并且使该蒸气羽流成形的成形构件。
20.如权利要求16所述的装置，其中，该光源是有色的。
21.如权利要求10所述的装置，其中，该分配器包括被该光源包绕的导管。
22.如权利要求21所述的装置，其中，该光源是层叠的。
23.如权利要求21所述的装置，其中，该光源是螺旋状的。
24.如权利要求21所述的装置，其中，该光源是编织式的。
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