合成射流发生器的频率响应及健康跟踪器的制造方法
【技术领域】
[0001]示例实施例总体涉及合成射流器，并且特别涉及驱动和监测合成射流发生器。
【背景技术】
[0002]通常使用某一频率的正弦输入来驱动合成射流发生器的致动器，该频率基于合成射流发生器的频率响应，产生最优的喷射速度。确定产生最优流的该频率通常要求使用外部传感器(例如，加速计)进行校正程序。对于合成射流发生器应用具有适当尺寸、噪声本底、动态范围以及鲁棒性的外部传感器通常是昂贵的，一般比合成射流发生器本身花费得更多。外部传感器通常是受干扰的，并且对合成射流发生器的原位测量不利。
[0003]在由于发生器的结构改变或者环境状况而造成合成射流发生器的频率响应偏移的情况下，对合成射流发生器进行重新表征通常要求重新附连外部传感器并且重新执行校正程序。在某些应用中，例如，当发生器被附连到在飞行中的机翼时，重新表征可能是被禁止的。而且，在不将发生器从其应用拆除并且将发生器返回到外部传感器可以被附连且重新执行校正程序的测试台的情况下，确定合成射流发生器是否已经退化并且接近失效条件是不可行的。
【发明内容】
[0004]本发明可以包含一种装置，其可以包括:用于向实现射流的射流发生器和射流发生器的模拟电力负载提供可变频率的输入信号的电源；用于测量射流发生器和模拟电力负载之间的信号差以实现射流的最优流的检测电路；以及用于调整电源的可变频率以维持射流处于最优流的调整电路。调整电路可以被配置为在频率范围内根据输入信号以及射流发生器和模拟电力负载之间的信号差确定传递函数，以便确定用于调整电源的可变频率的控制参数。调整电路可以被配置为辨别指示射流发生器的退化的传递函数的变化。射流发生器可以以射流发生器的共振频率产生最优流。射流发生器可以包括合成射流器。射流发生器可以包括压电器件。射流发生器可以包括电致伸缩器件。射流发生器可以包括扬声器线圈。
[0005]本发明可以包含一种控制系统，其可以包括:用于向实现射流的射流发生器和射流发生器的模拟电力负载提供可变频率的电力的电源；测量通过射流发生器和模拟电力负载的电流差以实现射流的最优流的检测电路；以及用于调整电源的可变频率以维持射流处于最优流的调整电路。控制系统还可以包括用于在频率范围内根据电力以及射流发生器和模拟电力负载之间的电流差确定传递函数的计算电路，以便确定用于调整电路的控制参数。计算电路可以被配置为辨别指示射流发生器的退化的传递函数的变化。射流发生器可以以射流发生器的共振频率产生最优流。射流发生器可以包括合成射流器。
[0006]本发明可以包含一种控制射流发生器的方法，其可以包括:向射流发生器和射流发生器的模拟电力负载提供可变频率的输入信号；测量射流发生器和模拟电力负载之间的信号差以实现由射流发生器所产生的射流的最优流；以及调整输入信号的频率以维持射流处于最优流。该方法还包括根据输入信号以及射流发生器与模拟电力负载之间的信号差确定传递函数，以确定用于调整输入信号的可变频率的控制参数。该方法还可以包括辨别指示射流发生器的退化的传递函数的变化。射流发生器可以以射流发生器的共振频率产生最优流。射流发生器可以包括合成射流器。射流发生器可以包括压电器件。射流发生器可以包括电致伸缩器件。射流发生器可以包括扬声器线圈。
[0007]本发明可以包括一种表征和监测合成射流发生器的性能的方法，其可以包括:在合成射流发生器的操作频率范围内向合成射流发生器和合成射流发生器的模拟电力负载提供输入信号；在操作频率范围内测量射流发生器和模拟电力负载之间的信号差；根据输入信号以及射流发生器和模拟电力负载之间的信号差确定传递函数；以及使用传递函数来确定输入信号的控制参数，使合成射流发生器产生最优流。该方法可以包括:识别与合成射流发生器的变化的共振频率对应的传递函数的变化；以及调整控制参数以改变输入信号的频率，使合成射流发生器操作在变化的共振频率，从而产生最优流。该方法还可以包括:检测预示接近失效条件的传递函数的变化；以及调整控制参数以维持合成射流发生器处于最优流，或者调整控制参数以使合成射流发生器操作在降低的能力。该方法还可以包括发送接近失效条件的警报。该方法还可以包括:在操作频率范围内测量射流发生器和模拟电力负载之间的信号差，以确定射流发生器的反电动势特征；检测预示接近失效条件的反电动势特征的变化；以及调整控制参数以维持合成射流发生器处于最优流，或者调整控制参数以使合成射流发生器操作在降低的能力。该方法还可以包括发送接近失效条件的警报。
[0008]能够在不使用校正程序和昂贵的外部传感器的情况下表征合成射流发生器将是有优势的。调整合成射流发生器的驱动频率以维持最优射流速度或者最优流，并且确定合成射流发生器是否接近失效条件，也将是有优势的。
【附图说明】
[0009]图1根据所公开的实施例的多方面示出合成射流发生器的示意图；
[0010]图2根据所公开的实施例的多方面示出用于表征和监测合成射流发生器的性能的电路的框图；
[0011]图3A根据所公开的实施例的多方面示出示例性微控制器所执行的自适应反馈算法的框图；
[0012]图3B根据所公开的实施例的多方面示出示例性计算电路的框图；
[0013]图4根据所公开的实施例的多方面示出合成射流发生器的示例性传递函数；
[0014]图5根据所公开的实施例的多方面示出合成射流发生器的另一示例性传递函数；
[0015]图6根据所公开的实施例的多方面示出表征和监测合成射流发生器的性能的过程；以及
[0016]图7根据所公开的实施例的多方面示出结合机翼使用的一个或多个合成射流器的示意图。
【具体实施方式】
[0017]图1示出了与所公开的实施例使用的示例性射流发生器100。示例性射流发生器通过来回移动流体通过开口或者孔口而操作。合成射流可以通过由活塞或者隔板循环吸取和排出来自空腔的流体穿过开口而产生。示例性射流发生器100包括一个或多个致动器105、一个或多个弯曲部(flexure) 110、一个或多个活塞115、至少一个空腔120以及至少一个孔口 125。
[0018]在一个方面，致动器105可以包括压电元件或电致伸缩元件，通过在该元件两端施加电压来驱动它。在另一方面，致动器可以由压电元件或电致伸缩元件的堆叠构成，通过在该堆叠中的每个元件两端施加电压来驱动它。压电元件或电致伸缩元件可以包括例如，钛酸钡、磷酸镓、铌镁酸铅、锆钛酸铅镧、钛酸铅、锆钛酸铅、铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾或者任何其他适合的材料。在又一方面，致动器可以是扬声器线圈。应当理解，示例性射流发生器100可以包括单个致动器，或者可以包括多个致动器。一个或多个弯曲部110可以耦合到致动器105以放大致动器的运动。弯曲部110通常可以是机械弯曲部，但是也可以使用其他运动放大机构，例如伺服机构。致动器105单独或者与弯曲部110结合可以驱动活塞115以转移(displace)流体，例如空气。活塞可以操作为刚性体，或者可以周期性地被弯折、弯曲或以其他方式变形以改变空腔的体积，并且使流体通过孔口 125进入或者离开空腔120。可以使用基于射流发生器100的行为确定的正弦信号来驱动致动器，以提供最优射流动量或者速度，通常称为最优流。在至少一个方面，示例性射流发生器100可以包括分别耦合到两个对置的活塞的两个对置的弯曲部，这两个对置的活塞同时操作以通过孔口 125向内和向外转移空腔120中的流体。
[0019]如以上所提到的，外部传感器(例如，加速计)可以用于校正程序以识别射流发生器100的特性，例如，产生最优流的驱动频率。与之相比，根据所公开的实施例，射流发生器的致动器105可以用作原位传感器以检测最优流频率。致动器105还可以用于指示由于例如流体密度、温度或其他条件的改变而导致的最优流频率的改变。另外，致动器105可以用于提供健康评估以识别接近失效条件。
[0020]图2示出根据所公开的实施例的可以用于表征和监测合成射流发生器230的装置200的框图。该装置可以包括电源210、检测电路215以及调整电路220。为了实现自感测，还可以包括模拟射流发生器230的电力负载的电力负载225。具有匹配的电阻R1、R2的电阻器可以分别与射流发生器230和模拟负载225串联。
[0021]应当理解，电源210、检测电路215以及调整电路220通常可以包括用于执行根据所公开的实施例的多方面所描述的功能的任何电路或者程序，包括一个或多个处理器、现场可编程门阵列、可编程逻辑器件、门阵列逻辑