TWI666385B - 振動式流體推進器的主動式控制器 - Google Patents

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蓋默 瑞菲亞曼
喬 弗格爾
克里斯汀 吉爾凡尼
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美商通用電機股份有限公司
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Abstract

一種振動式流體推進器包括一殼體，其具有至少一致動器元件設置於其上，該致動器元件回應一施加至其上的波形電壓而振動，使得一在該殼體內的艙室內的體積增加及減少，用以將流體夾帶(entrain)至該艙室內或將流體從該艙室射出。一控制系統被操作性地連接至該致動器元件以產生將被施加至該致動器元件的該電壓，用以主動地控制該致動器元件的運動。該控制系統被程式化，用以設定一回應於將被施加的目標電壓及頻率所產生之用於該振動式流體推進器的操作參數的基線值(baseline value)、監視該振動式流體推進器在操作期間在該目標電壓及頻率下的操作、指認該操作參數偏離該基線值的偏移、及根據該操作參數的任何誤差來修正該被提供給該致動器元件的電壓及頻率。

Description

振動式流體推進器的主動式控制器
本發明的實施例大致上係關於合成噴流致動器，更具體地係關於用來控制合成噴流致動器的操作的系統及方法，用以在致動器的聲學上的操作噪音、效率、操作溫度、及最大壽命的一最佳操作點來操作該合成噴流致動器。
合成噴流致動器是一種被廣泛使用的技術，其產生流體的合成噴流來影響該流體在一表面上的流體流。一種典型的合成噴流致動器包含一殼體，其界定出一內部艙室。該孔扣被設置在該殼體的壁上。該致動器進一步包括一在該殼體內或附近用來週期性地改變該內部艙室內的體積的機構，使得一連串的流體渦流被產生且從該殼體的該孔口射出至一外部的環境內。一體積改變機構的一個例子是撓性隔板，其形成該殼體的壁，該撓性隔板被一壓電致動器或其它適當的機構所致動。在雙冷式噴嘴(DCJ)結構中，兩個壓電式致動器(或其它適合的致動 器)造成該殼體的相對立的撓性隔板的撓曲以改變該殼體的該被部艙室內的體積。
典型地，一控制系統被用來產生該體積改變機構的時間諧和運動。當該機構減小該艙室的體積時，流體經由該孔口從該艙室被射出。當流體通過該孔口時，該孔口的尖銳邊緣將流體流分離以產生渦流層，其捲成漩渦。這些漩渦在它們本身自發性的速度下移離開該孔口的邊緣。當該機構增加該艙室的體積時，環境流體從一離該孔口較遠的距離處被吸入到該艙室內。因為該等漩渦已遠離該孔口的邊緣，所以它們沒有受到進入該艙室的環境流體的影響。當該等漩渦移動離開該孔口時，它們合成一流體噴流，即“合成噴流”。
雖然合成噴流致動器被認為是耐用的冷卻裝置，但亦被認為在使用期間會受到一個範圍環境條件的影響且這會導致合成噴流致動器的劣化及最終會故障。如果可能的話，防止這些故障發生是絕對想要的，因為合成噴流致動器的更換是很耗時的，且在某些例子中亦必須將依賴該合成噴流致動器來提供冷卻的系統或構件停止。改變一合成噴流致動器的操作(如，減小輸入功率、操作電壓、操作頻率等等)被認為是有助於延長合成噴流致動器的使用壽命；然而，某些操作/系統要求亦被認為會對該合成噴流致動器的操作可被改變的可能性造成限制，其例如包括溫度要求及聲音大小的要求。
因此，提供一種用來監視一合成噴流致動器 的操作條件的系統及方法是所想要的，用以指認出該合成噴流致動器的劣化及潛在的故障，用以能夠調整該合成噴流致動器的操作參數來反制劣化及防止永久性的故障。在調整該合成噴流致動器的操作參數來反制劣化及防止永久性的故障的同時，此一系統及方法能夠決定出一種在符合溫到要求及聲音大小要求下實施此等調整來將該合成噴流致動器的效能最佳化的方式亦是所想要的。
依據本發明的一種態樣，一種振動式流體推進器包括一殼體，其界定一艙室，該殼體有至少一孔口形成在其上。該振動式流體推進器亦包括其以一時間諧和的方式運動以回應施加於其上的一種波形電壓形式，使得該艙室的體積增加及減少，用以將流體夾帶至該艙室內並從該至少一孔口射出一流體噴流。該振動式流體推進器更包括一控制系統，其被操作性地連接至該至少一致動器元件以產生將被施加至該至少一致動器元件的該波形電壓形式，用以主動地控制該至少一致動器元件的該時間諧和運動，其中該控制系統被程式化，用以設定一用於該振動式流體推進器的一操作參數的基線值(baseline value)，其係為了回應被施加至該至少一致動器元件的一目標電壓及頻率而被產生的、監視在該振動式流體推進器的連續操作期間該振動式流體推進器在該目標電壓及頻率下的操作、指認在該振動式流體推進器在該目標電壓及頻率下的連續 操作期間該操作參數偏離該基線值的偏移(deviation)、及根據該被指認出的該操作參數偏離該基線值的偏移來修正該被提供給該至少一致動器元件的電壓及頻率。
依據本發明的另一種態樣，一種用來提供合成噴流致動器主動式控制的控制系統包括一處理器，其被程式化來從一感測電路接收一初始回饋，該初始回饋包含一合成噴流致動器的一或多個操作參數的測量值、該一或多個操作參數的測量值是該合成噴流致動器在一目標電壓及頻率下操作的結果，該初始回饋是在該合成噴流致動器的壽命的開始期間被接收的。該處理器被近一步程式化，用以根據該被接收到的初始回饋來設定一用於該一或多個操作參數的每一者的基線數值並從該感測電路接收額外的回饋，其包含該合成噴流致動器的該一或多個操作參數的測量值，該額外的回饋的該一或多個操作參數是該合成噴流致動器在該目標電壓及頻率下操作的結果。該處理器被進一步程式化以促使該合成噴流致動器在一經過更新的電壓及頻率下操作，該經過更新的電壓及頻率係根據該額外的回饋中的該一或多個操作參數的測量值和該初始回饋中的該一或多個操作參數的測量值的比較結果來加以更新的。
依據本發明的再另一種態樣，一種用來控制合成噴流致動器的操作的方法包括從一感測電路接收一初始回饋，其包含合成噴流致動器的一或多個操作參數的測量值，該一或多個操作參數的測量值是該合成噴流致動器 在一目標電壓及頻率下操作的結果，該初始回饋是在該合成噴流致動器的壽命的開始期間被接收的。該方法亦包括根據該被接收到的初始回饋設定一用於該一或多個操作參數的每一者的基線數值、接收來自該感測電路的額外的回饋，其包含該合成噴流致動器的該一或多個操作參數的測量值，該額外的回饋的該一或多個操作參數是該合成噴流致動器在該目標電壓及頻率下操作所獲得的結果、及設定一操作盒，用以根據該額外的回饋中的該一或多個操作參數的測量值和該初始回饋中的該一或多個操作參數的測量值的比較結果在該操作盒內操作該合成噴流致動器，該操作盒係由操作該合成噴流致動器的可接受的最大功率及電壓水準來界定。該方法進一步包括決定一落在該操作盒內之操作該合成噴流致動器的最佳電壓及頻率。
這些及其它優點及特徵從下面本發明的較佳實施例配合附圖的詳細描述中將更容易瞭解。
10‧‧‧合成噴流組件
12‧‧‧合成噴嘴
14‧‧‧安裝托架
16‧‧‧殼體
18‧‧‧電路驅動器
20‧‧‧內部艙室
22‧‧‧流體
24‧‧‧第一板
26‧‧‧第二板
28‧‧‧間隔元件
30‧‧‧孔口
32‧‧‧外部環境
34‧‧‧致動器
36‧‧‧致動器
38‧‧‧撓性隔板
40‧‧‧撓性隔板
42‧‧‧控制系統
44‧‧‧箭頭
46‧‧‧環境流體
52‧‧‧箭頭
54‧‧‧處理器
56‧‧‧記憶體
58‧‧‧波形產生器
60‧‧‧放大器
62‧‧‧產熱構件
64‧‧‧感測電路
66‧‧‧技術
92‧‧‧操作盒
94‧‧‧最大功率
96‧‧‧最大差分電壓
圖式係例示目前被體現來實施本發明的實施例。
圖1及2是可和本發明的實施例一起使用的合成噴流組件的圖式。
圖3是圖1及2的合成噴流組件的剖面圖，其顯示當控制系統促使該隔板向內朝向孔口移動時所產生的噴流。
圖4圖1及2的合成噴流組件的剖面圖，其顯示當控制系統促使該隔板向外遠離孔口移動時所產生的噴流。
圖5是依據本發明的一實施例之圖1-4的合成噴流組件及其操作時提供回饋的機構的方塊圖。
圖6是一方塊圖，其顯示依據本發明的一種用來將合成噴流致動器的壽命最佳化的技術。
圖7是一圖表，其例示一由功率及電壓極限值所界定的操作盒，在該操作盒內操作一合成噴流致動器可讓其使用壽命最佳化。
圖8是一圖表，其例示各種用於操作合成噴流致動器的流率的電壓vs.頻率曲線。
本發明的實施例提供一種操作合成噴流致動器的主動式控制方案。該控制方案從該合成噴流致動器接收操作回饋用以指認出該合成噴流致動器的劣化及潛在的故障。該控制方案亦提供該該合成噴流致動器的操作參數的調整，用以延長該合成噴流致動器的操作壽命，這些調整在符合流體流要求及聲音大小要求下，無論是結合因延長操作壽命所實施之關縮該合成噴流的節流閥或是獨立於該操作之外，亦可將該合成噴流致動器的效能最佳化。
為了更瞭解本發明的態樣的目的，一流體推進器及其操作的示範性實施例被例示於圖1-4中，該流體 推進器可被使用在本發明的實施例中。本發明的實施例並不局限於使用一特定的流體推進器；相反地，在一示範性的實施例中，一振動式空氣推進器(如，合成噴流致動器)和描述於本文中的主動式控制方案一起被使用。
首先參考圖1，一種合成噴流組件10的形式的振動式主動冷卻裝置的立體圖被提供。合成噴流組件10包括一合成噴嘴12(它的剖面圖被示於圖2中)、及一安裝托架14。在一實施例中，該安裝托架14是一U型托架，其在一或多個位置被附裝至該合成噴嘴12的一殼體16。一電路驅動器18可被設置或附裝在該安裝托架14的外部。或者，該電路驅動器18可被設置在遠離該合成噴流組件10處。
現在一起參考圖1及2，該合成噴嘴12的殼體16界定且部分地圍住一內部艙室或穴室20，其內有氣體或流體22。雖然殼體16及內部艙室20依據本發明的不同實施例可具有任何形狀的形態，但為了討論及瞭解的目的，殼體16在圖2的剖面圖中被顯示為包括一第一板24及一第二板26，其被一設置在它們之間的間隔元件28保持著彼此相隔開的關係。一或多個孔口30被形成在該第一及第二板24，26和間隔元件28的側壁之間，用以讓該內部艙室20和周圍的外部環境32流體連通。在另一實施例中，間隔元件28包括一前表面(未示出)，一或多個孔口30被形成在該前表面上。
依據不同的實施例，第一及第二板24，26可 用金屬、塑膠、玻璃、及/或陶瓷製成。相類似地，間隔元件28可用金屬、塑膠、玻璃、及/或陶瓷製成。適合的金屬包括像是鎳、鋁、銅、及鉬等材料，或不銹鋼、黃銅、青銅及類此者等合金。適合聚合物及塑膠包括像是熱塑性材料(譬如，聚烯烴、聚碳酸酯)、熱固性材料、環氧樹脂、氨基甲酸乙酯、丙烯酸樹脂、矽、聚醯亞胺、及可光阻的材料、及其它彈性塑膠。合適的陶瓷例如包括鈦酸(譬如，鈦酸鑭、鈦酸鉍、及鈦酸鉛鋯)及鉬酸。此外，合成噴嘴12的各種其它構件亦可用金屬製成。
致動器34，36被耦合至各別的第一及第二板24，26，用以形成第一及第二複合結構或撓性隔板38，40，使得該合成噴嘴12被建構成一“雙冷卻噴嘴(DCJ)”。撓性隔板38，40係透過一控制器組件或控制單元系統42而被驅動器18控制。如圖1所示，在一實施例中，控制器組件42被電耦合至驅動器18，其被直接耦合至該合成噴嘴12的安裝托架14。在另一實施例中，控制系統42被整合至驅動器18內，其被設置在遠離該合成噴嘴12處。例如，每一撓性隔板38，40可被施加在電極和金屬層之間的電偏壓移動。此外，控制系統42可被建構來用任何適當的裝置(譬如，例如電腦、邏輯處理器、或訊號產生器)來產生電偏壓。
在一實施例中，致動器34，36是可壓電運動的(piezomotive)裝置，其可藉由施加一種波形電壓形式(如，和諧的交流電壓)來加以致動，其可造成可壓電運 動的裝置快速地膨脹及收縮。在操作期間，控制系統42經由驅動器18傳送一電荷至壓電致動器34，36，其經歷機械性應力及/或應變以回應該電荷。壓電致動器34，36的該機械性應力/應變造成第一及第二板24，26的撓曲，使得一時間和諧的運動或週期運動被達成。該被產生的內部艙室20的體積改變促使在內部艙室20和外部環境32之間的氣體或其它流體互換，這將參考圖3及4加以詳細說明。
根據本發明的不同實施例，壓電致動器34，36可以是單晶片裝置或雙晶片裝置。在單晶片的實施例中，壓電致動器34，36可被耦合至用金屬、塑膠、玻璃或陶瓷材料製成的第一及第二板24，26。在雙晶片的實施例中，壓電致動器34，36的一者或兩者可以是被耦合至用壓電材料製成的第一及第二板24，26的雙晶片致動器。在另一實施例中，該雙晶片可包括單一致動器34，36且板子24，26是第二致動器。
合成噴嘴12的構件可使用黏劑、焊料及類此者被黏著在一起或以其它方式彼此附著。在一實施例中，一熱固性黏劑或一導電性黏劑被用來將致動器34，36黏合至第一及第二板24，26以形成第一及第二複合結構38，40。在導電性黏劑的例子中，黏劑可被加入導電填料(譬如，銀、金及類此者)，用以將導線(未示出)附裝至合成噴嘴12。
在本發明的一實施例中，致動器34，36可包 括可壓電運動的裝置以外的裝置，譬如液壓式、氣動式、磁性，靜電及超音波等材料的裝置。因此，在此一實施例中，控制系統42被建構來以相對應的方式啟動各個致動器34，36。例如，如果靜電材料被使用的話，則控制系統42可被建構來提供一快速交替的靜電電壓給致動器34，36，用以致動並撓曲第一及第二板24，26。
該合成噴嘴12的操作係參考圖3及4來描述。在圖3中，合成噴嘴12被例示為致動器34，36被控制以造成第一及第二板24，26相對於該內部艙室20向外運動，如箭頭44所示。當第一及第二板24，26向外撓曲時，該內部艙室20的內部體積會增加，且周圍氣體或流體46會衝入到該內部艙室20內，如箭頭48所示。致動器34，36被控制系統42所控制，使得當第一及第二板24，26從內部艙室20向外運動時，漩渦已離開孔口30的邊緣，因此不受被吸入到內部艙室20中的環境流體46的影響。同時，環境流體46的噴流被漩渦合成，其產生從離開孔口30很遠的距離被拉引過來的環境流體46的一很強的夾帶力。
圖4顯示當致動器34，36被控制而造成第一及第二板24，26向內撓曲至內部艙室20內時(如，箭頭50所示)所產生的合成噴嘴12。當內部艙室20的內部體積減少時，流體22將由孔口30在箭頭52所示的朝向將被冷卻的裝置(譬如，例如一產熱的電子構件)的方向上被射出成為一冷卻噴流。當流體22經由孔口30離開該內 部艙室20時，該流體流在孔口30的尖銳邊緣處分離並產生渦流層，其滾捲成漩渦並開始移動遠離該孔口30的邊緣。
雖然圖1-4的合成噴嘴被示出且被顯示成具有單一孔口，但可預見的是，發明的其它實施例可包括多孔口的合成噴流致動器。此外，雖然圖1-4的合成噴流致動器被顯示及描述成具有一被設置在第一及第二板24，26的每一者上的致動器元件，但同樣可被預見到的是，本發明的其它實施例可以只包括一被設置在該等板子的一者上的單一的致動器元件。再者，亦可被預見到的是，該等合成噴嘴的板子可用圓形、矩形或其它形狀的形態被提供，而不是本文圖中所示的方形的形態。
現參考圖5，並持續參考圖1-4，該合成噴嘴12的方塊圖被提供，用以介紹依據本發明的一實施例之用於操作該合成噴嘴的主動式控制方法。如圖5中所示，控制系統42包括一處理器54及記憶體56，其係用來處理及儲存被收集在該合成噴嘴12內的操作資料。該驅動器18內包括一波形產生器58及一放大器60，其(根據從該控制器單元42接收到的輸入)產生一種形式的波形電壓，該波形電壓被施加至該合成噴嘴12的壓電致動器34，36。從該驅動器18被施加的電壓造成致動器34，36經歷機械性的應力及/或應變以回應該被施加的電壓，使得板子24，26的一時間和諧的運動或週期運動被達成並將流體帶入到合成噴嘴12內以及從該合成噴嘴12射出一 流體的冷卻噴流，該流體的冷卻噴流被朝向一產熱構件62導引。
雖然驅動器18在圖5中被顯示為是一和該控制系統42分離的構件，但控制系統及驅動器18可被一起整合成為一單一的裝置/控制系統，其中該控制系統42和驅動器18的功能可被該單一的裝置實施。
為了要提供該合成噴嘴12的主動式控制，一感測電路64被提供，其藉由側量該合成噴嘴的一或多個操作參數來監視該合成噴嘴的操作並將被測量到的操作參數的回饋提供給該控制系統42。在一示範性實施例中，感測電路64感測該合成噴嘴12的振動所產生的流體流(current)並根據該被收集到的流體流資料(current data)輸出一回饋號至該控制系統42。將於下文中詳細說明的是，該控制系統42被程式化來比較在該合成噴嘴12的操作期間從該合成噴嘴12處取得的流體流資料和先前從該合成噴嘴12處取得的基線流體流資料，用以評估該合成噴嘴12的健康狀況並預測可能發生的潛在故障。依據一實施例，感測電路64被進一步建構來感測該產熱構件62的操作溫度。
現參考圖6，並持續參考圖1-5，一種例如可被該控制系統42實施之用來主動地控制合成噴嘴用以將合成噴嘴的使用壽命最佳化的技術66被提供。在開始該技術66時，該合成噴嘴的初始基線操作資料首先在步驟68被取得並儲存(如，儲存在記憶體56中)。依據本發 明的一示範性實施例，該基線操作資料包括一目標操作電壓及頻率(即，一種在所想要的頻載下的波形電壓)，其經由驅動器18被提供給該合成噴嘴12、及一得自該合成噴嘴12的結果流體流值(resulting current value)，其被感測電路64感測到以回應被提供至該合成噴嘴12的該目標操作電壓及頻率。依據一實施例，該基線操作資料亦包括該產熱構件62的操作溫度的測量值，其係根據被提供至該合成噴嘴12的該目標操作電壓及頻率被保持。被瞭解的是，該基線操作資料在該合成噴嘴12的壽命的一開始(即，安裝之後的首次使用)即被收集，使得該合成噴嘴12可被假設是在“健康”的狀態，它的效能沒有任何形式的減損。獲取該合成噴嘴12健康時的基線操作資料將提供用於後稍後該合成噴嘴12在劣化的狀態時從該合成噴嘴收集到的額外的操作資料相比較的基礎。
在獲取並儲存該基線操作資料時，該技術66在步驟70繼續下去，在稍後的時間及在該合成噴嘴12的操作期間，該合成噴嘴12的操作資料以週期性的方式(如，每小時實施測量)或以動態的/連續的方式再度被取得。在步驟70被取得的該合成噴嘴12的操作資料是關於和先前在步驟68所取得的操作參數相同的操作參數，因此包括了透過驅動器18被提供至該合成噴嘴12的目標操作電壓及頻率，及一得自該合成噴嘴12的結果流體流值，其被感測電路64感測到以回應被提供至該合成噴嘴12的該目標操作電壓及頻率。此外，該產熱構件62的操 作溫度可再次被測量，其為該合成噴嘴12在該目標操作電壓及頻率下運作的結果。被瞭解的是，在步驟70獲取該操作資料時，和在步驟68時被提供給該合成噴嘴12的目標操作電壓及頻率相同的目標操作電壓及頻率應於步驟70再次被提供給該合成噴嘴12，用以提供一精確的操作參數比較。
接下來，在步驟68取得的基線操作資料和在步驟70取得的該額外的操作資料之間的比較在步驟72被實施，用以指認出該合成噴嘴的效能是否有隨著時間而劣化，它可以是該合成噴嘴的一潛在的早期故障的指標。依據一示範性的實施例，該感測電路64在步驟68感測到的該基線流體流資料(回應該合成噴嘴12的振動)(其對應於在基線操作資料的取得期間被供應至該合成噴嘴12的目標操作電壓及頻率)被拿來和該感測電路64在步驟70感測到的流體流資料(其對應於在該額外的操作資料的取得期間被供應至該合成噴嘴12的同一目標操作電壓及頻率)相比較。依據一實施例，感測電路64在步驟68及70感測到的溫度資料亦可被比較。
然後，在步驟74判定在步驟68取得的該基線操作資料和在步驟70取得的額外的操作資料是否相同。如果在步驟74判定在步驟68及70取得的操作資料(即，感測電路64從合成噴嘴12收集到的流體流測量值及感測電路64可能收集的溫度測量值)相同的話(如步驟76所示)，則該技術判定該合成噴嘴12尚未劣化 (即，效能或操作效率未下降)。該技術然後前進至步驟78，該控制系統42和驅動器18運作，用以在“正常”操作模式下操作，即該合成噴嘴係在操作員所想要的目標電壓及頻率下被操作，用以達到所想要的噪音水準並將該產熱構件保持在所想要的溫度。
然而，如果在步驟74判定在步驟68及70取得的操作資料(即，感測電路64從合成噴嘴12收集到的流體流測量值及感測電路64可能收集的溫度測量值)不相同的話(如步驟80所示)，則該技術判定該合成噴嘴12已劣化(即，效能或操作效率已下降)。實際上，這表示感測電路64在步驟70從合成噴嘴12收集到的流體流測量值比在步驟68從合成噴嘴12收集到的流體流測量值低及/或感測電路64在步驟70測得的溫度比感測電路64在步驟68測得的溫度高。
如果在步驟74判定在步驟68及70取得的操作資料不相同的話，則該技術前進至步驟82，一後續的判斷將被實施，用判定在步驟70取得的操作資料是否在一門檻值。更具體地，感測電路64在步驟70從合成噴嘴12收集到的流體流測量值被拿來和一代表該合成噴嘴故障的流體流門檻值相比較，用以判斷該合成噴嘴12的操作是否可根據一“減緩(throttled down)”操作模式/程序被安全地繼續下去，或該合成噴嘴12是否必須被實施一立即的安全停工(shut-down)處理。
如果在步驟82判定感測電路64在步驟70從 合成噴嘴12收集到的流體流測量值低於該流體流門檻值的話(如步驟84所示)，則該合成噴嘴的故障被判定為即將會發生。技術66因而前進至步驟86，控制系統42產生一“故障旗號”，它促使該控制系統42引發/實施一安全停工程序，譬如該合成噴嘴12的一被控制的漸緩(ramp-down)被實施，用以將該合成噴嘴停止。
相反地，如果在步驟82判定感測電路64在步驟70從合成噴嘴12收集到的流體流測量值高於該流體流門檻值的話(如步驟86所示)，則該合成噴嘴12被判定為可繼續操作，沒有即將發生的故障，但該合成噴嘴應以“受節制”的方式操作以延長該合成噴嘴的使用壽命。因此，該技術前進至步驟90，該控制系統42產生一“節制旗號”，其引發/實施一用於該合成噴嘴12的新的最適減緩操作條件組的決定，該控制系統42運作來實施該合成噴嘴12的減緩操作。
當在步驟90實施該合成噴嘴12的減緩操作時，該控制系統42界定的“操作盒”，該合成噴嘴12在該操作盒內可被安全地操作，用以延長其壽命。圖7顯示一操作盒92，該合成噴嘴12可在其內被操作，該操作盒是由該合成噴嘴可被操作的最大功率(瓦)94及最大差分電壓(differential voltage)96所界定的。
依據一示範性實施例，關於決定該合成噴嘴12應被操作的最大瓦數，控制器42不只決定維持在該操作盒內操作該合成噴嘴應被操作的差分電壓，還要決定一 操作該合成噴嘴12的最適頻率，用以讓該合成噴嘴12在所想要的聲音大小及所想要的流率(用以將該產熱構件維持在所想要的/所需要的溫度)下操作。關於該合成噴嘴12的操作，可以有各種不同的電壓/頻率組合來在一被設定用於被節制的操作的最大瓦數之下操作該合成噴嘴12，圖7的電壓vs.頻率曲線98所示(例如，在150Hz,120Hz，及175Hz)，且控制器42被程式化以指認出一操作該合成噴嘴的最適電壓/頻率組合，用以達到所想要的聲音大小及流率。
現參考圖8，一圖表被提供，其顯示出物個該合成噴嘴可被操作的流率100，影對一產熱構件提供所想要的/必要的冷卻。如圖8中所見，每一流率100可透過數個該合成噴嘴12可被操作之不同的電壓(波峰-至-波峰，Vpp)-頻率組合來達成。這些不同的電壓-頻率組合通常界定一被供應的資料組，該合成噴嘴12可在該組料組被操作以達到所想要的流率。依據一示範性實施例，該被供應的資料組是一操作曲線102的形式，該合成噴嘴12可沿著該操作曲線被操作。該合成噴嘴12的頻率及電壓操作條件可沿著一特定的曲線102被調整以保持相同的流率，同時在理想的電壓/頻率條件下(譬如，一可套入到圖7的操作盒92內的電壓條件)操作該合成噴流致動器。此外，圖8顯示一聲音壓力曲線/線104。該聲音壓力曲線104提供在某些壓力頻率操作條件下所產生的噪音的指南。因此，圖8提供最適頻率及電壓操作組合的一視覺 決定，其可在較佳的噪音水準的極限值內獲得一最適的合成噴流致動器流率。
雖然操作該合成噴嘴12的最適頻率及差分電壓值的決定在上文中已參照在圖5的技術66的步驟90被實施的減緩操作被討論，但應被瞭解的是，決定操作該合成噴嘴12的最適頻率及電壓值係可獨立於指認/防止該合成噴嘴內的潛在故障之外地被實施。亦即，控制系統42可以只為了儘可能地將噪音水準最小化的目的來決定操作該合成噴嘴12的最適頻率及差分電壓值，同時仍能達成所想要的/所需要的流率。在如此作時，控制系統42可參考圖8所示的電壓vs.頻率曲線來決定此最適電壓/頻率值。
本發明的實施例因而有利地提供一種操作合成噴流致動器的主動式控制方案。該控制方案接收來自該合成噴流致動器的操作回饋以指認出該合成噴流致動器的劣化及潛在的故障並調整該合成噴流致動器的操作參數以延長該合成噴流致動器的操作壽命。該控制方案更能夠在關於符合流體流要求及聲音要求方面結合或獨立於為了沿延長操作壽命而被實施的任何合成噴嘴的減緩操作來將該合成噴流致動器的效能最佳化。
該被討論的方法及設備的一個技術上的貢獻係在於提供一用來主動地控制合成噴流致動器的控制技術。該技術被一控制器實施，該控制器接收來自該合成噴嘴的操作回饋，用以指認出該合成噴嘴的潛在劣化並決定 操作該合成噴嘴的最佳化參數值。
因此，依據本發明的一實施例，一種振動式流體推進器包括一殼體，其界定一艙室，該殼體有至少一孔口形成在其上。該振動式流體推進器亦包括其以一時間諧和的方式運動以回應施加於其上的一種波形電壓形式，使得該艙室的體積增加及減少，用以將流體夾帶至該艙室內並從該至少一孔口射出一流體噴流。該振動式流體推進器更包括一控制系統，其被操作性地連接至該至少一致動器元件以產生將被施加至該至少一致動器元件的該波形電壓形式，用以主動地控制該至少一致動器元件的該時間諧和運動，其中該控制系統被程式化，用以設定一用於該振動式流體推進器的一操作參數的基線值(baseline value)，其係為了回應被施加至該至少一致動器元件的一目標電壓及頻率而被產生的、監視在該振動式流體推進器的連續操作期間該振動式流體推進器在該目標電壓及頻率下的操作、指認在該振動式流體推進器在該目標電壓及頻率下的連續操作期間該操作參數偏離該基線值的偏移(deviation)、及根據該被指認出的該操作參數偏離該基線值的偏移來修正該被提供給該至少一致動器元件的電壓及頻率。
依據本發明的另一實施例，一種用來提供合成噴流致動器主動式控制的控制系統包括一處理器，其被程式化來從一感測電路接收一初始回饋，該初始回饋包含一合成噴流致動器的一或多個操作參數的測量值、該一或 多個操作參數的測量值是該合成噴流致動器在一目標電壓及頻率下操作的結果，該初始回饋是在該合成噴流致動器的壽命的開始期間被接收的。該處理器被進一步程式化，用以根據該被接收到的初始回饋來設定一用於該一或多個操作參數的每一者的基線數值並從該感測電路接收額外的回饋，其包含該合成噴流致動器的該一或多個操作參數的測量值，該額外的回饋的該一或多個操作參數是該合成噴流致動器在該目標電壓及頻率下操作的結果。該處理器被進一步程式化以促使該合成噴流致動器在一經過更新的電壓及頻率下操作，該經過更新的電壓及頻率係根據該額外的回饋中的該一或多個操作參數的測量值和該初始回饋中的該一或多個操作參數的測量值的比較結果來加以更新的。
依據本發明的再另一實施例，一種用來控制合成噴流致動器的操作的方法包括從一感測電路接收一初始回饋，其包含合成噴流致動器的一或多個操作參數的測量值，該一或多個操作參數的測量值是該合成噴流致動器在一目標電壓及頻率下操作的結果，該初始回饋是在該合成噴流致動器的壽命的開始期間被接收的。該方法亦包括根據該被接收到的初始回饋設定一用於該一或多個操作參數的每一者的基線數值、接收來自該感測電路的額外的回饋，其包含該合成噴流致動器的該一或多個操作參數的測量值，該額外的回饋的該一或多個操作參數是該合成噴流致動器在該目標電壓及頻率下操作所獲得的結果、及設定 一操作盒，用以根據該額外的回饋中的該一或多個操作參數的測量值和該初始回饋中的該一或多個操作參數的測量值的比較結果在該操作盒內操作該合成噴流致動器，該操作盒係由操作該合成噴流致動器的可接受的最大功率及電壓水準來界定。該方法進一步包括決定一落在該操作盒內之操作該合成噴流致動器的最佳電壓及頻率。
雖然本發明已參考數量有限的實施例加以描述，但應很容易被瞭解的是，本發明並不侷限於至些被揭露的實施例。相反地，本發明可被修改以包含上文中沒有提到的任何數量的變化、外變、取代物或等效配置。此外，雖然本發明的不同的實施例已被描述，但應被瞭解的是，本發明的態樣可以只包括某些被描述的實施例。因此，本發明被看作是受到前面的描述的限制，而是只受到下面申請專利範圍所界定的範圍限制。

Claims (11)

  1. 一種振動式流體推進器(10)，包含：一殼體(16)，其界定一艙室(20)，該殼體(16)有至少一孔口(30)形成在其上；至少一被設置於該殼體(16)上的致動器元件(34，36)，其以一時間諧和的方式運動以回應施加於其上的一種波形電壓形式，使得該艙室(20)的體積增加及減少，用以將流體(46)夾帶(entrain)至該艙室內並從該至少一孔口射出一流體(22)的噴流；一控制系統(42)，其被操作性地連接至該至少一致動器元件(34，36)以產生將被施加至該至少一致動器元件的該波形電壓形式，用以主動地控制該至少一致動器元件的該時間諧和運動，其中該控制系統(42)被程式化來：設定一用於該振動式流體推進器(10)的操作參數的基線值(baseline value)，其係為了回應被施加至該至少一致動器元件(34，36)的一目標電壓及頻率而被產生的；監視在該振動式流體推進器的連續操作期間該振動式流體推進器在該目標電壓及頻率下的操作；指認在該振動式流體推進器(10)在該目標電壓及頻率下的連續操作期間該操作參數偏離該基線值的偏移(deviation)；及根據該被指認出的該操作參數偏離該基線值的偏移來修正被提供給該至少一致動器元件(34，36)的該電壓及頻率；及一感測電路(64)，其被建構來：測量該振動式流體推進器(10)的操作參數，其係回應被提供給該至少一致動器元件(34，36)的該目標電壓及頻率而被產生的；及提供關於該操作參數的一被測得的數值的回饋給該控制系統(42)，用以提供該振動式流體推進器的監視，其中該操作參數包含該至少一致動器元件(34，36)的振動所產生的流體流(current)。
  2. 如申請專利範圍第1項之振動式流體推進器(10)，其中在指認該操作參數偏離該基線值的偏移時，該控制系統(42)被進一步被程式化來：判定一被該感測電路(64)測得的該流體流的數值；將被該感測電路(64)測得的該流體流的該數值和一流體流門檻值比較；及根據該被測得的流體流和該流體流門檻值的比較結果來更改被提供給該至少一致動器元件(34，36)的該電壓及頻率。
  3. 如申請專利範圍第2項之振動式流體推進器(10)，其中該控制系統(42)被進一步程式化來如果該被測得的流體流小於該流體流門檻值的話，產生一故障旗號，該故障旗號引發該振動式流體推進器(10)的一受控制的停工(shut down)。
  4. 如申請專利範圍第2或3項之振動式流體推進器(10)，其中該控制系統(42)被進一步程式化來如果該被測得的流體流大於該流體流門檻值的話，引發一用於該振動式流體推進器(10)的減緩(throttled-down)操作模式，該減緩操作模式改變被提供至該至少一致動器元件(34，36)的該電壓的數值。
  5. 如申請專利範圍第4項之振動式流體推進器(10)，其中該控制系統(42)被進一步程式化來更改被提供至該至少一致動器元件(34，36)的該電壓的該數值，用以在一由可接受的最大功率及差分電壓大小所界定的操作盒(92)內操作該至少一致動器元件。
  6. 如申請專利範圍第1項之振動式流體推進器(10)，其中該控制系統(42)被進一步程式化來根據在該振動式流體推進器(10)在其壽命的開始時的操作期間接收來自該感測器電路(46)的測量值來設定該操作參數的基線值。
  7. 如申請專利範圍第1項之振動式流體推進器(10)，其中在更改被提供給該至少一致動器元件(34，36)的該電壓及頻率時，該控制系統(42)被進一步程式化來指認出一最佳電壓及頻率，用以提供給該至少一致動器元件以達成該振動式流體推進器的一所想要的流率及噪音水準。
  8. 如申請專利範圍第7項之振動式流體推進器(10)，其中該最佳電壓及頻率係選自於用於該所想要的流率的一被供應的資料組。
  9. 如申請專利範圍第8項之振動式流體推進器(10)，其中該被供應的資料組包含一流率曲線。
  10. 如申請專利範圍第1項之振動式流體推進器(10)，其中該操作參數包含一被該振動式流體推進器冷卻的產熱構件的溫度。
  11. 一種用來控制合成噴流致動器(34，36)的操作的方法，該方法包含：接收一來自一感測電路(64)的初始回饋，其包含一合成噴流致動器(34，36)的一或多個操作參數的測量值，該一或多個操作參數的測量值是該合成噴流致動器在一目標電壓及頻率下操作的結果，該初始回饋是在該合成噴流致動器的壽命的開始期間被接收的；根據該被接收到的初始回饋設定一用於該一或多個操作參數的每一者的基線數值；接收來自該感測電路(64)的額外的回饋，其包含該合成噴流致動器的該一或多個操作參數的測量值，該額外的回饋的該一或多個操作參數是該合成噴流致動器在該目標電壓及頻率下操作所獲得的結果；設定一操作盒(92)，用以根據該額外的回饋中的該一或多個操作參數的測量值和該初始回饋中的該一或多個操作參數的測量值的比較結果在該操作盒內操作該合成噴流致動器，該操作盒係由操作該合成噴流致動器的可接受的最大功率及電壓水準來界定；及決定一落在該操作盒內之操作該合成噴流致動器的最佳電壓及頻率。
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