合成射流發生器的頻率響應及健康跟蹤器的制造方法
【技術領域】
[0001]示例實施例總體涉及合成射流器，并且特別涉及驅動和監測合成射流發生器。
【背景技術】
[0002]通常使用某一頻率的正弦輸入來驅動合成射流發生器的致動器，該頻率基于合成射流發生器的頻率響應，產生最優的噴射速度。確定產生最優流的該頻率通常要求使用外部傳感器(例如，加速計)進行校正程序。對于合成射流發生器應用具有適當尺寸、噪聲本底、動態范圍以及魯棒性的外部傳感器通常是昂貴的，一般比合成射流發生器本身花費得更多。外部傳感器通常是受干擾的，并且對合成射流發生器的原位測量不利。
[0003]在由于發生器的結構改變或者環境狀況而造成合成射流發生器的頻率響應偏移的情況下，對合成射流發生器進行重新表征通常要求重新附連外部傳感器并且重新執行校正程序。在某些應用中，例如，當發生器被附連到在飛行中的機翼時，重新表征可能是被禁止的。而且，在不將發生器從其應用拆除并且將發生器返回到外部傳感器可以被附連且重新執行校正程序的測試臺的情況下，確定合成射流發生器是否已經退化并且接近失效條件是不可行的。
【發明內容】
[0004]本發明可以包含一種裝置，其可以包括:用于向實現射流的射流發生器和射流發生器的模擬電力負載提供可變頻率的輸入信號的電源；用于測量射流發生器和模擬電力負載之間的信號差以實現射流的最優流的檢測電路；以及用于調整電源的可變頻率以維持射流處于最優流的調整電路。調整電路可以被配置為在頻率范圍內根據輸入信號以及射流發生器和模擬電力負載之間的信號差確定傳遞函數，以便確定用于調整電源的可變頻率的控制參數。調整電路可以被配置為辨別指示射流發生器的退化的傳遞函數的變化。射流發生器可以以射流發生器的共振頻率產生最優流。射流發生器可以包括合成射流器。射流發生器可以包括壓電器件。射流發生器可以包括電致伸縮器件。射流發生器可以包括揚聲器線圈。
[0005]本發明可以包含一種控制系統，其可以包括:用于向實現射流的射流發生器和射流發生器的模擬電力負載提供可變頻率的電力的電源；測量通過射流發生器和模擬電力負載的電流差以實現射流的最優流的檢測電路；以及用于調整電源的可變頻率以維持射流處于最優流的調整電路。控制系統還可以包括用于在頻率范圍內根據電力以及射流發生器和模擬電力負載之間的電流差確定傳遞函數的計算電路，以便確定用于調整電路的控制參數。計算電路可以被配置為辨別指示射流發生器的退化的傳遞函數的變化。射流發生器可以以射流發生器的共振頻率產生最優流。射流發生器可以包括合成射流器。
[0006]本發明可以包含一種控制射流發生器的方法，其可以包括:向射流發生器和射流發生器的模擬電力負載提供可變頻率的輸入信號；測量射流發生器和模擬電力負載之間的信號差以實現由射流發生器所產生的射流的最優流；以及調整輸入信號的頻率以維持射流處于最優流。該方法還包括根據輸入信號以及射流發生器與模擬電力負載之間的信號差確定傳遞函數，以確定用于調整輸入信號的可變頻率的控制參數。該方法還可以包括辨別指示射流發生器的退化的傳遞函數的變化。射流發生器可以以射流發生器的共振頻率產生最優流。射流發生器可以包括合成射流器。射流發生器可以包括壓電器件。射流發生器可以包括電致伸縮器件。射流發生器可以包括揚聲器線圈。
[0007]本發明可以包括一種表征和監測合成射流發生器的性能的方法，其可以包括:在合成射流發生器的操作頻率范圍內向合成射流發生器和合成射流發生器的模擬電力負載提供輸入信號；在操作頻率范圍內測量射流發生器和模擬電力負載之間的信號差；根據輸入信號以及射流發生器和模擬電力負載之間的信號差確定傳遞函數；以及使用傳遞函數來確定輸入信號的控制參數，使合成射流發生器產生最優流。該方法可以包括:識別與合成射流發生器的變化的共振頻率對應的傳遞函數的變化；以及調整控制參數以改變輸入信號的頻率，使合成射流發生器操作在變化的共振頻率，從而產生最優流。該方法還可以包括:檢測預示接近失效條件的傳遞函數的變化；以及調整控制參數以維持合成射流發生器處于最優流，或者調整控制參數以使合成射流發生器操作在降低的能力。該方法還可以包括發送接近失效條件的警報。該方法還可以包括:在操作頻率范圍內測量射流發生器和模擬電力負載之間的信號差，以確定射流發生器的反電動勢特征；檢測預示接近失效條件的反電動勢特征的變化；以及調整控制參數以維持合成射流發生器處于最優流，或者調整控制參數以使合成射流發生器操作在降低的能力。該方法還可以包括發送接近失效條件的警報。
[0008]能夠在不使用校正程序和昂貴的外部傳感器的情況下表征合成射流發生器將是有優勢的。調整合成射流發生器的驅動頻率以維持最優射流速度或者最優流，并且確定合成射流發生器是否接近失效條件，也將是有優勢的。
【附圖說明】
[0009]圖1根據所公開的實施例的多方面示出合成射流發生器的示意圖；
[0010]圖2根據所公開的實施例的多方面示出用于表征和監測合成射流發生器的性能的電路的框圖；
[0011]圖3A根據所公開的實施例的多方面示出示例性微控制器所執行的自適應反饋算法的框圖；
[0012]圖3B根據所公開的實施例的多方面示出示例性計算電路的框圖；
[0013]圖4根據所公開的實施例的多方面示出合成射流發生器的示例性傳遞函數；
[0014]圖5根據所公開的實施例的多方面示出合成射流發生器的另一示例性傳遞函數；
[0015]圖6根據所公開的實施例的多方面示出表征和監測合成射流發生器的性能的過程；以及
[0016]圖7根據所公開的實施例的多方面示出結合機翼使用的一個或多個合成射流器的示意圖。
【具體實施方式】
[0017]圖1示出了與所公開的實施例使用的示例性射流發生器100。示例性射流發生器通過來回移動流體通過開口或者孔口而操作。合成射流可以通過由活塞或者隔板循環吸取和排出來自空腔的流體穿過開口而產生。示例性射流發生器100包括一個或多個致動器105、一個或多個彎曲部(flexure) 110、一個或多個活塞115、至少一個空腔120以及至少一個孔口 125。
[0018]在一個方面，致動器105可以包括壓電元件或電致伸縮元件，通過在該元件兩端施加電壓來驅動它。在另一方面，致動器可以由壓電元件或電致伸縮元件的堆疊構成，通過在該堆疊中的每個元件兩端施加電壓來驅動它。壓電元件或電致伸縮元件可以包括例如，鈦酸鋇、磷酸鎵、鈮鎂酸鉛、鋯鈦酸鉛鑭、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鉀或者任何其他適合的材料。在又一方面，致動器可以是揚聲器線圈。應當理解，示例性射流發生器100可以包括單個致動器，或者可以包括多個致動器。一個或多個彎曲部110可以耦合到致動器105以放大致動器的運動。彎曲部110通常可以是機械彎曲部，但是也可以使用其他運動放大機構，例如伺服機構。致動器105單獨或者與彎曲部110結合可以驅動活塞115以轉移(displace)流體，例如空氣。活塞可以操作為剛性體，或者可以周期性地被彎折、彎曲或以其他方式變形以改變空腔的體積，并且使流體通過孔口 125進入或者離開空腔120。可以使用基于射流發生器100的行為確定的正弦信號來驅動致動器，以提供最優射流動量或者速度，通常稱為最優流。在至少一個方面，示例性射流發生器100可以包括分別耦合到兩個對置的活塞的兩個對置的彎曲部，這兩個對置的活塞同時操作以通過孔口 125向內和向外轉移空腔120中的流體。
[0019]如以上所提到的，外部傳感器(例如，加速計)可以用于校正程序以識別射流發生器100的特性，例如，產生最優流的驅動頻率。與之相比，根據所公開的實施例，射流發生器的致動器105可以用作原位傳感器以檢測最優流頻率。致動器105還可以用于指示由于例如流體密度、溫度或其他條件的改變而導致的最優流頻率的改變。另外，致動器105可以用于提供健康評估以識別接近失效條件。
[0020]圖2示出根據所公開的實施例的可以用于表征和監測合成射流發生器230的裝置200的框圖。該裝置可以包括電源210、檢測電路215以及調整電路220。為了實現自感測，還可以包括模擬射流發生器230的電力負載的電力負載225。具有匹配的電阻R1、R2的電阻器可以分別與射流發生器230和模擬負載225串聯。
[0021]應當理解，電源210、檢測電路215以及調整電路220通常可以包括用于執行根據所公開的實施例的多方面所描述的功能的任何電路或者程序，包括一個或多個處理器、現場可編程門陣列、可編程邏輯器件、門陣列邏輯