CN112267985A - 多源驱动可控式合成射流泵系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多源驱动可控式合成射流泵系统,其包括泵体、第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子、活塞、活塞套、压缩腔、射流腔、进流口、射流孔、出流口、流量传感器和控制器;第一压电振子驱动活塞移动,实现压缩腔容积大小的调整;第二压电振子和第三压电振子在外界交变电压的驱动下协同振动,且二者各自形成的压缩腔容积变化量相互叠加,进而实现较大的压缩腔容积变化量,并且驱动气体在射流孔处形成高速射流,实现气体由进流口流入再由出流口流出;本发明采用多个压电振子协同驱动与控制的方案,能增大射流泵的气体驱动性能,且无单向控制阀,具有结构紧凑和系统驱动控制可靠性高的特点。
Description
技术领域
本发明属于流体输送设备技术领域,特别涉及一种多源驱动可控式合成射流泵系统及其控制方法。
背景技术
合成射流激励器是一种流场主动控制装置,其利用非连续射流进行流体流动控制。利用合成射流原理研制的合成射流泵无需单向阀结构,近些年得到广泛研究。根据驱动单元的不同,合成射流泵能分为压电驱动式、电磁驱动式、热驱动式和形状记忆合金驱动式等。其中压电驱动式合成射流泵的结构简单且驱动控制方便,已研制出了不同类型的压电合成射流泵,如双振子单腔式、单振子单腔式和单振子双腔式等。由于单个压电振子的形变能力有限,使上述压电合成射流泵很难获得较大的泵腔容积变化量,射流孔处的气体射流速度、强度很难进一步提高。同时,压电合成射流泵的流体驱动性能易受外界负载等因素干扰,存在工作性能稳定性差等问题。
为了提升压电合成射流泵的流体驱动性能,使其适应于大流量的应用场合,研究人员尝试通过增大驱动电压来提高压电致动器的输出位移,进而获得较大的泵腔容积变化量,但过高的驱动电压往往会降低压电致动器的工作寿命。
因此,在现有技术中,压电合成射流泵的气体驱动能力较低而限制其应用的情况,已成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题本发明提供一种多源驱动可控式合成射流泵系统,其能有效解决上述现有技术存在的问题,使压电合成射流泵能够获得较大的泵腔容积变化量,能增大射流泵的气体驱动性能,且无单向控制阀,提高压电合成射流泵的自适应能力。
本发明的技术方案是提供一种多源驱动可控式合成射流泵系统,其包括泵体、第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子、活塞和控制器;
泵体包括上泵体、中间泵体和下泵体;所述上泵体、中间泵体和下泵体顺次安装,且所述上泵体、中间泵体和下泵体的外侧面相平齐;所述第一压电振子与所述上泵体相抵接;所述中间泵体套设在活塞套的外部;所述下泵体与所述活塞套的端面相抵接,所述第一压电振子固定安装在所述泵体内,且与所述活塞的第一端相抵接,所述活塞套固定安装在所述泵体内;
所述活塞的第二端能滑动地安装在所述活塞套内,且所述活塞的第二端与所述第二压电振子相抵接;所述活塞与所述活塞套采用动密封配合安装;所述第三压电振子设置在所述第二压电振子远离所述活塞的第二端的方向上,且与所述活塞套相抵接;所述第二压电振子和所述第三压电振子相对设置且二者之间具有间隙,所述活塞套、所述活塞、所述第二压电振子和所述第三压电振子围成的空腔为压缩腔;所述第三压电振子与所述泵体之间的空腔为射流腔,且所述第三压电振子设置有射流孔;所述第一压电振子、第二压电振子和第三压电振子均分别包括基板和压电陶瓷片;所述第一压电振子的压电陶瓷片向上布置;所述第二压电振子的压电陶瓷片向上布置;所述第三压电振子的压电陶瓷片向下布置;所述射流腔通过设置进流口和出流口,实现所述射流腔与外部相通;所述流量传感器安装在所述出流口处;
所述第一压电振子的基板为弹性镂空基板,在弹性镂空基板上安装压电陶瓷片;所述第二压电振子的基板为弹性圆形基板,在弹性圆形基板上安装压电陶瓷片;所述第三压电振子包括圆形第三基板和安装在圆形第三基板上的第三压电陶瓷片,且第三压电振子设有振子中心孔,所述振子中心孔与所述压缩腔相连通;以及所述控制器分别与第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子和流量传感器相连,实现所述控制器根据流量传感器传输的信号向所述第一压电振子、第二压电振子和第三压电振子输出控制信号;
所述控制器控制泵体能分别在第一单功率工作模式、第二单功率工作模式和全功率工作模式下工作,其中在第一单功率模式情况下,第二压电振子向上运动时,压缩腔的容积随之增大,压缩腔内的压力变小,使得外部的流体依次通过进流口和射流孔进入压缩腔;第二压电振子向下运动时,压缩腔的容积随之减小,压缩腔内的压力变大,使得压缩腔内的流体依次通过射流孔、射流腔和出流口排出,实现对流体在第一单功率工作模式的非连续驱动;在第二单功率模式下,第三压电振子向下运动时,压缩腔的容积随之增大,压缩腔内的压力变小,使得外部的流体依次通过进流口和射流孔进入压缩腔;第三压电振子向上运动时,压缩腔的容积随之减小,压缩腔内的压力变大,使得压缩腔内的流体依次通过射流孔、射流腔和出流口排出,实现对流体在第二单功率工作模式的非连续驱动;或者在全功率工作模式下,在第二压电振子上运动,第三压电振子向下运动时,压缩腔的容积随之增大,压缩腔内的压力变小,使得外部的流体依次通过进流口和射流孔进入压缩腔;在第二压电振子向下运动,第三压电振子向上运动时,压缩腔的容积随之减小,压缩腔内的压力变大,使得压缩腔内的流体依次通过射流孔、射流腔和出流口排出,实现对流体全功率工作模式下的非连续驱动。
可优选的是,所述活塞包括活塞本体和位于活塞本体两端上的小截面端与大截面端;在大截面端的内腔底部,设置有用于安装第二压电振子的振子安装面;所述活塞侧壁设置通气导线孔,实现所述通气导线孔与外界的连通。
可优选的是,所述第二压电振子的压电陶瓷片与所述活塞之间具有间隙形成空腔,用于连接导线以及为第二压电振子提供形变的空间;第三压电振子的第三压电陶瓷片与下泵体之间具有用于第三压电振子形变及流体流动的间隙。
可优选的是,所述活塞在所述第一压电振子的驱动下能上下移动,实现改变所述压缩腔的高度,进而改变压缩腔的谐振频率。
可优选的是,所述进流口的数量为四个,且四个所述进流口绕所述出流口的轴线以周状均布方式设置在所述下泵体的侧壁上。
可优选的是,所述出流口设置在所述下泵体的底壁中央位置上。
本发明的第二方面提供一种根据前述多源驱动可控式合成射流泵系统的控制方法,所述压缩腔的腔体具有Helmholtz谐振腔结构,所述压缩腔的腔体谐振频率能够响应于外部因素的变化而发生变化,且腔体谐振频率为:
式中,fΔ—压缩腔腔体谐振频率;
v—声速;
r—压缩腔腔体开口半径;
R—压缩腔腔体半径;
h—压缩腔腔体高度;
Δ—第一压电振子位移;
Leq—腔体开口颈部的等效长度;
通过控制器向第一压电振子施加直流电压,第一压电振子向上或向下运动位移Δ,并带动活塞在活塞套内向上或向下运动到相应的位移Δ,进而改变压缩腔腔体的谐振频率,实现压缩腔腔体谐振频率的自动调节及系统自适应,以提升射流泵的工作效率。
进一步,所述控制器控制合成射流泵能分别在第一单功率工作模式、第二单功率工作模式和全功率工作模式下工作,
初始状态时,所述控制器向第二压电振子输出驱动信号,多源驱动可控式合成射流泵工作在第一单功率工作模式,所述控制器向第一压电振子发出驱动信号以调节压缩腔高度,所述流量传感器向所述控制器反馈流量数据,所述控制器根据流量数据找到第一单功率工作模式下射流泵流量最大时的压缩腔最优腔高;
当多源驱动可控式合成射流泵在第一单功率工作模式下的输出流量无法满足使用要求,所述控制器向第二压电振子停止输出驱动信号,所述控制器向第三压电振子输出驱动信号,多源驱动可控式合成射流泵工作在第二单功率工作模式,所述控制器向第一压电振子发出驱动信号以调节压缩腔高度,所述流量传感器向所述控制器反馈流量数据,所述控制器根据流量数据找到第二单功率工作模式下射流泵流量最大时的压缩腔最优腔高;
当多源驱动可控式合成射流泵在第二单功率工作模式下的输出流量无法满足使用要求,所述控制器向第二压电振子和第三压电振子同时输出驱动信号,多源驱动可控式合成射流泵工作在全功率工作模式,所述控制器向第一压电振子发出驱动信号以调节压缩腔高度,所述流量传感器向所述控制器反馈流量数据,所述控制器根据流量数据找到全功率工作模式下射流泵流量最大时的压缩腔最优腔高。
由于本发明采用了上述技术方案,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明的多源驱动可控式合成射流泵,第一压电振子能驱动活塞移动并获得不同的压缩腔高度;第二压电振子和第三压电振子在外界交变电压的驱动下协同振动,且二者各自形成的泵腔容积变化量叠加累积,进而在完整的交变信号驱动周期中获得较大的泵腔容积变化量。
(2)本发明的多源驱动可控式合成射流泵,活塞自身具有质量,是整个振动系统的质量调整机构。
(3)本发明的多源驱动可控式合成射流泵,在直流电信号和交流电信号驱动下,第一压电振子、第二压电振子和第三压电振子协同工作,实现压缩腔容积的增大和缩小。
(4)本发明的多源驱动可控式合成射流泵,第一压电振子在外界电信号的驱动下能产生与驱动信号电压成比例的形变,进而实现压缩腔高度的自动调整并改变压缩腔的谐振频率。
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,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中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性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的多源驱动可控式合成射流泵系统的整体结构示意图;
图2为本发明的多源驱动可控式合成射流泵系统的剖切结构及控制系统示意图;
图3为本发明的多源驱动可控式合成射流泵系统的第一压电振子结构示意图;
图4为本发明的多源驱动可控式合成射流泵系统的第二压电振子结构示意图;
图5为本发明的多源驱动可控式合成射流泵系统的第三压电振子结构示意图;以及
图6为本发明的多源驱动可控式合成射流泵系统的活塞结构示意图。
主要附图标号:
第一压电振子1;弹性的镂空基板101;压电陶瓷片102;第二压电振子2;弹性的圆形基板201;压电陶瓷片202;第三压电振子3;圆形的第三基板301;压电陶瓷片302;振子中心孔303;活塞4;振子安装面401;通气导线孔402;活塞套5;上泵体6;中间泵体7;下泵体8;压缩腔9;射流腔10;出流口11;射流孔12;进流口13;流量传感器14;控制器15。
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。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前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。需要注意的为,除非另有说明,本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。例如本发明所用的前、后、左和右等术语仅仅是示例性质的,是为了描述方便使用的用语。
下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
如图1-图6所示,本发明的多源驱动可控式合成射流泵系统,其包括泵体、第一压电振子1、第二压电振子2、第三压电振子3、活塞4、活塞套5、压缩腔9、射流腔10、进流口13、射流孔12、出流口11、流量传感器14和控制器15;第一压电振子1固定安装在泵体内,且与活塞4的第一端相抵接;活塞套5固定安装在泵体内;活塞4的第二端能滑动地安装在活塞套5内,且活塞4的第二端与第二压电振子2相抵接;活塞4与活塞套5采用动密封配合安装;第三压电振子3设置在第二压电振子2远离活塞4第二端的方向,且与活塞套5相抵接;第二压电振子2和第三压电振子3相对设置且二者之间具有间隙,活塞套5、活塞4、第二压电振子2和第三压电振子3围成的空腔为压缩腔9;第三压电振子3与泵体之间的空腔为射流腔10,且第三压电振子3设置了射流孔12;第一压电振子1、第二压电振子2和第三压电振子3均分别包括基板和压电陶瓷片;第一压电振子1的压电陶瓷片102向上布置;第二压电振子2的压电陶瓷片202向上布置;第三压电振子3的压电陶瓷片303向下布置;射流腔10通过设置进流口13和出流口11,实现射流腔10与外部相通;流量传感器14安装在出流口11处;控制器15分别与第一压电振子1、第二压电振子2、第三压电振子3和流量传感器14相连,实现控制器15根据流量传感器14传输的信号向第一压电振子1、第二压电振子2和第三压电振子3输出控制信号。
泵体还包括:上泵体6、中间泵体7和下泵体8;上泵体6、中间泵体7和下泵体8顺次安装,且三者的外侧面相平齐;第一压电振子1与上泵体6相抵接;中间泵体7套设在活塞套5的外部;下泵体8与活塞套5的端面相抵接。
第一压电振子1的基板为弹性的镂空基板101,在镂空基板上安装压电陶瓷片102;第二压电振子2的基板为弹性的圆形基板201,在圆形基板上安装压电陶瓷片202;第三压电振子3包括圆形的第三基板301和安装在第三基板上的第三压电陶瓷片302,且第三压电振子3设置有振子中心孔303,振子中心孔303与压缩腔9相连通;活塞4包括活塞本体和在活塞本体两端上的小截面端与大截面端;在大截面端的内腔底部,设置有实现安装第二压电振子2的振子安装面401;活塞4侧壁设置通气导线孔402;出流口11设置在下泵体8的底壁中央位置上;进流口13的数量为四个,设置在下泵体8的侧壁上,且四个进流口13绕出流口11的轴线周状均布。
活塞4在第一压电振子1的驱动下能上下移动并改变压缩腔9的高度,进而改变压缩腔9的谐振频率。压缩腔9可以看作是亥姆霍兹(Helmholtz)谐振腔,通过球形Helmholtz谐振腔谐振频率表达式来计算谐振频率:
式中,fΔ—压缩腔腔体谐振频率;
v—声速;
r—压缩腔腔体开口半径;
R—压缩腔腔体半径;
h—压缩腔腔体高度;
Δ—第一压电振子位移;
Leq—腔体开口颈部的等效长度;
如图2所示,第二压电振子2的压电陶瓷片202与活塞4之间具有间隙形成空腔,方便连接导线以及为第二压电振子2提供形变的空间,同理,第三压电振子3的压电陶瓷片302与下泵体8之间也具有间隙,确保第三压电振子3能够正常工作。
使用本发明的多源驱动可控式合成射流泵系统的控制方法时,第一压电振子1、第二压电振子2和第三压电振子3由控制器15分别驱动控制;在全功率工作模式下,第二压电振子2和第三压电振子3在控制器交变电压信号的驱动下协同振动,各自形成的泵腔容积变化量叠加累积,进而在完整的交变信号驱动周期中获得较大的泵腔容积变化量;由于外部因素导致自身腔体谐振频率发生变化时,流量传感器14可自动感知系统工作状态并将信号反馈给控制器15;控制器15可通过控制第一压电振子1的变形幅度来改变活塞4的位置和压缩腔9的高度,进而改变压缩腔9的谐振频率,使系统恢复高效地谐振状态;活塞4自身具有质量,是整个振动系统的质量调整机构。
具体地,在全功率工作模式下,在第二压电振子2上运动,第三压电振子3向下运动时,压缩腔9的容积随之增大,压缩腔9内的压力变小,使得外部的流体依次通过进流口13、射流孔12进入压缩腔9;在第二压电振子2向下运动,第三压电振子3向上运动时,压缩腔9的容积随之减小,压缩腔9内的压力变大,使得压缩腔9内的流体依次通过射流孔12、射流腔10和出流口11排出,上述工作过程循环往复,实现装置对流体的非连续驱动。
压缩腔9的腔体谐振频率会随外部因素的影响而发生变化,根据Helmholtz谐振腔谐振频率表达式可知,腔体的谐振频率与腔体的静容积有关,因此,通过控制外部控制器15来向第一压电振子1施加直流电压,使第一压电振子1向上或向下运动到一预设位置后保持静止,并带动活塞4在活塞套5内向上或向下运动到相应的位置即可改变腔体的腔高,进而抵消外部因素对压缩腔谐振频率的影响,使得压缩腔9的腔体谐振频率保持不变。
在第一单功率模式情况下,第二压电振子2向上运动时,压缩腔9的容积随之增大,压缩腔9内的压力变小,使得外部的流体依次通过进流口13、射流孔12进入压缩腔9;第二压电振子2向下运动时,压缩腔9的容积随之减小,压缩腔9内的压力变大,使得压缩腔9内的流体依次通过射流孔12、射流腔10和出流口11排出,上述工作过程循环往复,实现装置对流体的非连续驱动。
在第二单功率模式下,第三压电振子2向下运动时,压缩腔9的容积随之增大,压缩腔9内的压力变小,使得外部的流体依次通过进流口13、射流孔12进入压缩腔9;第三压电振子3向上运动时,压缩腔9的容积随之减小,压缩腔9内的压力变大,使得压缩腔9内的流体依次通过射流孔12、射流腔10和出流口11排出,上述工作过程循环往复,实现装置对流体的非连续驱动。
进一步地,压缩腔9的腔体谐振频率会随外部因素的影响而发生变化,根据整流腔谐振频率表达式可知,腔体的谐振频率与腔体的高度有关,因此,通过控制外部控制器来向第一压电振子1施加直流电压,使第一压电振子1向上或向下运动到某一位置后保持静止,并带动活塞9在活塞套内向上运动到相应的位置即可改变腔体的高度,进而抵消外部因素对腔体谐振频率的影响,使得压缩腔9的谐振频率保持不变。
本发明的多源驱动可控式合成射流泵,通过控制器向第一压电振子施加直流电压,第一压电振子向上或向下运动位移,并带动活塞在活塞套内向上或向下运动到相应的位移,进而改变压缩腔腔体的谐振频率,实现压缩腔腔体谐振频率的自动调节及系统自适应,以提升射流泵的工作效率;第二压电振子和第三压电振子在外界交变信号的驱动下能实现往复振动;在第二压电振子向上运动、第三压电振子向下运动且压缩腔容积增大的过程中,压缩腔内的压力变小,使得外部的流体依次通过进流口、射流孔进入压缩腔;在第二压电振子向下运动、第三压电振子向上运动且压缩腔容积减小的过程中,压缩腔内的压力变大,使得压缩腔内的流体依次通过射流孔、射流腔和出流口排出;上述工作过程循环往复,实现装置对流体的非连续驱动。
以上所述各实施例仅用于说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述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该理解:其依然能对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,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 (8)
1.一种多源驱动可控式合成射流泵系统,其特征在于,其包括泵体、第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子、活塞和控制器;
泵体包括上泵体、中间泵体和下泵体;所述上泵体、中间泵体和下泵体顺次安装,且所述上泵体、中间泵体和下泵体的外侧面相平齐;所述第一压电振子与所述上泵体相抵接;所述中间泵体套设在活塞套的外部;所述下泵体与所述活塞套的端面相抵接,所述第一压电振子固定安装在所述泵体内,且与所述活塞的第一端相抵接,所述活塞套固定安装在所述泵体内;
所述活塞的第二端能滑动地安装在所述活塞套内,且所述活塞的第二端与所述第二压电振子相抵接;所述活塞与所述活塞套采用动密封配合安装;所述第三压电振子设置在所述第二压电振子远离所述活塞的第二端的方向上,且与所述活塞套相抵接;所述第二压电振子和所述第三压电振子相对设置且二者之间具有间隙,所述活塞套、所述活塞、所述第二压电振子和所述第三压电振子围成的空腔为压缩腔;所述第三压电振子与所述泵体之间的空腔为射流腔,且所述第三压电振子设置有射流孔;所述第一压电振子、第二压电振子和第三压电振子均分别包括基板和压电陶瓷片;所述第一压电振子的压电陶瓷片向上布置;所述第二压电振子的压电陶瓷片向上布置;所述第三压电振子的压电陶瓷片向下布置;所述射流腔通过设置进流口和出流口,实现所述射流腔与外部相通;所述流量传感器安装在所述出流口处;
所述第一压电振子的基板为弹性镂空基板,在弹性镂空基板上安装压电陶瓷片;所述第二压电振子的基板为弹性圆形基板,在弹性圆形基板上安装压电陶瓷片;所述第三压电振子包括圆形第三基板和安装在圆形第三基板上的第三压电陶瓷片,且第三压电振子设有振子中心孔,所述振子中心孔与所述压缩腔相连通;以及所述控制器分别与第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子和流量传感器相连,实现所述控制器根据流量传感器传输的信号向所述第一压电振子、第二压电振子和第三压电振子输出控制信号;
所述控制器控制泵体能分别在第一单功率工作模式、第二单功率工作模式和全功率工作模式下工作,其中在第一单功率模式情况下,第二压电振子向上运动时,压缩腔的容积随之增大,压缩腔内的压力变小,使得外部的流体依次通过进流口和射流孔进入压缩腔;第二压电振子向下运动时,压缩腔的容积随之减小,压缩腔内的压力变大,使得压缩腔内的流体依次通过射流孔、射流腔和出流口排出,实现对流体在第一单功率工作模式的非连续驱动;在第二单功率模式下,第三压电振子向下运动时,压缩腔的容积随之增大,压缩腔内的压力变小,使得外部的流体依次通过进流口和射流孔进入压缩腔;第三压电振子向上运动时,压缩腔的容积随之减小,压缩腔内的压力变大,使得压缩腔内的流体依次通过射流孔、射流腔和出流口排出,实现对流体在第二单功率工作模式的非连续驱动;或者在全功率工作模式下,在第二压电振子上运动,第三压电振子向下运动时,压缩腔的容积随之增大,压缩腔内的压力变小,使得外部的流体依次通过进流口和射流孔进入压缩腔;在第二压电振子向下运动,第三压电振子向上运动时,压缩腔的容积随之减小,压缩腔内的压力变大,使得压缩腔内的流体依次通过射流孔、射流腔和出流口排出,实现对流体全功率工作模式下的非连续驱动。
2.根据权利要求1所述的多源驱动可控式合成射流泵系统,其特征在于,所述活塞包括活塞本体和位于活塞本体两端上的小截面端与大截面端;在大截面端的内腔底部,设置有用于安装第二压电振子的振子安装面;所述活塞侧壁设置通气导线孔,实现所述通气导线孔与外界的连通。
3.根据权利要求1所述的多源驱动可控式合成射流泵系统,其特征在于,所述第二压电振子的压电陶瓷片与所述活塞之间具有间隙形成空腔,用于连接导线以及为第二压电振子提供形变的空间;第三压电振子的第三压电陶瓷片与下泵体之间具有用于第三压电振子形变及流体流动的间隙。
4.根据权利要求1所述的多源驱动可控式合成射流泵系统,其特征在于,所述活塞在所述第一压电振子的驱动下能上下移动,实现改变所述压缩腔的高度,进而改变压缩腔的谐振频率。
5.根据权利要求1所述的多源驱动可控式合成射流泵系统,其特征在于,所述进流口的数量为四个,且四个所述进流口绕所述出流口的轴线以周状均布方式设置在所述下泵体的侧壁上。
6.根据权利要求1所述的多源驱动可控式合成射流泵系统,其特征在于,所述出流口设置在所述下泵体的底壁中央位置上。
7.一种根据权利要求1-6所述多源驱动可控式合成射流泵系统的控制方法,其特征在于,所述压缩腔的腔体具有Helmholtz谐振腔结构,所述压缩腔的腔体谐振频率能够响应于外部因素的变化而发生变化,且腔体谐振频率为:
式中,fΔ—压缩腔腔体谐振频率;
v—声速;
r—压缩腔腔体开口半径;
R—压缩腔腔体半径;
h—压缩腔腔体高度;
Δ—第一压电振子位移;
Leq—腔体开口颈部的等效长度;
通过控制器向第一压电振子施加直流电压,第一压电振子向上或向下运动位移Δ,并带动活塞在活塞套内向上或向下运动到相应的位移Δ,进而改变压缩腔腔体的谐振频率,实现压缩腔腔体谐振频率的自动调节及系统自适应,以提升射流泵的工作效率。
8.根据权利要求7所述的多源驱动可控式合成射流泵系统的控制方法,其特征在于,所述控制器控制合成射流泵能分别在第一单功率工作模式、第二单功率工作模式和全功率工作模式下工作,
初始状态时,所述控制器向第二压电振子输出驱动信号,多源驱动可控式合成射流泵工作在第一单功率工作模式,所述控制器向第一压电振子发出驱动信号以调节压缩腔高度,所述流量传感器向所述控制器反馈流量数据,所述控制器根据流量数据找到第一单功率工作模式下射流泵流量最大时的压缩腔最优腔高;
当多源驱动可控式合成射流泵在第一单功率工作模式下的输出流量无法满足使用要求,所述控制器向第二压电振子停止输出驱动信号,所述控制器向第三压电振子输出驱动信号,多源驱动可控式合成射流泵工作在第二单功率工作模式,所述控制器向第一压电振子发出驱动信号以调节压缩腔高度,所述流量传感器向所述控制器反馈流量数据,所述控制器根据流量数据找到第二单功率工作模式下射流泵流量最大时的压缩腔最优腔高;
当多源驱动可控式合成射流泵在第二单功率工作模式下的输出流量无法满足使用要求,所述控制器向第二压电振子和第三压电振子同时输出驱动信号,多源驱动可控式合成射流泵工作在全功率工作模式,所述控制器向第一压电振子发出驱动信号以调节压缩腔高度,所述流量传感器向所述控制器反馈流量数据,所述控制器根据流量数据找到全功率工作模式下射流泵流量最大时的压缩腔最优腔高。
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Cited By (1)
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS635183A (ja) * | 1986-06-23 | 1988-01-11 | Ckd Controls Ltd | ピエゾポンプ |
US6042345A (en) * | 1997-04-15 | 2000-03-28 | Face International Corporation | Piezoelectrically actuated fluid pumps |
CN1840903A (zh) * | 2005-03-31 | 2006-10-04 | 中国科学院空间科学与应用研究中心 | 一种压电薄膜式流体泵 |
CN103334907A (zh) * | 2013-07-08 | 2013-10-02 | 吉林大学 | 悬臂式压电隔膜泵 |
CN110005596A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-07-12 | 燕山大学 | 一种驱动式压电隔膜泵 |
CN111692069A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-09-22 | 燕山大学 | 一种驱动与阀控融合式流体驱动装置 |
-
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS635183A (ja) * | 1986-06-23 | 1988-01-11 | Ckd Controls Ltd | ピエゾポンプ |
US6042345A (en) * | 1997-04-15 | 2000-03-28 | Face International Corporation | Piezoelectrically actuated fluid pumps |
CN1840903A (zh) * | 2005-03-31 | 2006-10-04 | 中国科学院空间科学与应用研究中心 | 一种压电薄膜式流体泵 |
CN103334907A (zh) * | 2013-07-08 | 2013-10-02 | 吉林大学 | 悬臂式压电隔膜泵 |
CN110005596A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-07-12 | 燕山大学 | 一种驱动式压电隔膜泵 |
CN111692069A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-09-22 | 燕山大学 | 一种驱动与阀控融合式流体驱动装置 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114228966A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-25 | 杭州电子科技大学 | 一种高质量流量的压电脉冲推动器及水下机器人 |
CN114228966B (zh) * | 2021-12-15 | 2022-10-28 | 杭州电子科技大学 | 一种高质量流量的压电脉冲推动器及水下机器人 |
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