聲冷卻系統的主動控制的製作方法
2023-06-14 06:28:51
專利名稱：聲冷卻系統的主動控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種共振冷卻系統，即，使之共振從而造成可引導向待 冷卻物體的脈動空氣流的冷卻系統。
背景技術：
在例如通過聲共振系統來冷卻電部件的地方使用目前的技術。這種系統的最重要部件是聲換能器，例如，壓電元件、PVDF(聚偏二氟 乙烯)材料、揚聲器或任何其它的電磁或靜電換能器。當換能器連接 到共振器(諸如開放的共振管道或管或者亥姆霍茲共振器)時，產生 脈動空氣流。出於冷卻的目的，在諸如電子線路和系統中或在發光裝置中使用 這種空氣流。與採用更常規的冷卻技術所獲得的空氣層流相比，在冷 卻方面，脈動空氣流動更為有效。聲共振冷卻器的有用輸出為在共振器出口的湍流。這實現實際冷 卻。但不可避免地也會存在某些殘餘的或多或少周期性的空氣流動， 我們將這些空氣流動感知為聲音或更具體地為噪聲。US-6，625，285公開了 一種具有降低噪聲功能的聲冷卻系統。該冷卻 系統具有溫度和壓力傳感器，該溫度和壓力傳感器提供輸入值來驅動 作為冷卻器的聲驅動器。當作業系統並使裝置冷卻時，產生噪聲，該 噪聲被麥克風探測到。然後，所探測到的噪聲用於確定揚聲器的驅動 參數，使揚聲器產生聲音來消除該系統所產生的噪聲。發明內容本發明的目的在於提供上述技術和現有技術的一種改進。 特定目的在於提供一種聲冷卻系統，其可有效地冷卻溫熱物體同 時仍將系統的噪聲水平保持在較低水平。因此，提供一種聲冷卻系統，其包括第一換能器和第二換能器， 該第一換能器適於通過產生聲波來進行冷卻，該第二換能器也適於通 過產生聲波來進行冷卻。信號處理單元適於產生消除信號，該消除信號用於消除由聲冷卻系統所產生的噪聲，且該第二換能器適於將消除 信號轉換成至少部分地消除噪聲的聲音。本發明的冷卻系統是有利的，因為在不需要裝入任何複雜的噪聲 降低機構的情況下降低了噪聲。相反地，由也執行冷卻的部件執行噪 聲消除。優選地，在流體中產生用於相應換能器的聲波，且優選地噪 聲被完全消除。聲冷卻系統可包括噪聲探測器，該噪聲探測器適於探測由聲冷卻 系統所產生的噪聲，所述噪聲探測器向信號處理單元提供所探測的噪 聲信號，這是有利的，因為可實現自適應噪聲消除。信號處理單元可適於產生預定消除信號，這是有利的，因為可採 用更簡單的冷卻系統。每個換能器可包括共振器，這是有利的，因為這使每個脈動空氣 流動可獲得所希望的共振。第二換能器可由對激勵第一換能器的信號進行非線性處理而得到 的信號來激勵，這提供了操控換能器的非線性度的可能性，即，有可 能消除具有在第一換能器驅動值的基頻諧波信號成份的噪聲。第二換能器的驅動功率基本上對應於第一換能器的驅動功率，這 提供了對第二換能器簡單且有效的控制。應了解，驅動功率是用於產 生由換能器所施加的冷卻的功率。共振器可在基本上平行的方向延伸，或者共振器可被布置成相應 開口朝向基本上相反方向，以提供冷卻系統的通用和靈活配置。根據本發明的另一方面，提供一種用於驅動聲冷卻系統的方法，該方法包括以下步驟由適於冷卻的第一換能器產生聲波；由適於冷 卻的第二換能器產生聲波；由信號處理單元產生消除信號，該消除信 號用於消除由聲冷卻系統所產生的噪聲；以及，由所述第二換能器將 消除信號轉換成至少部分地消除噪聲的聲音。該方法還可包括以下步驟由噪聲探測器來探測由聲冷卻系統所 產生的噪聲。該方法還可包括以下步驟向信號處理單元提供預定消除信號。 本發明的方法還可包括以下步驟利用相應共振器來從每個換能 器引導聲波。應當指出的是本發明的方法可結合上文所述的與本發明的冷卻系統相關聯的特徵中的任何特徵，且具有相同的相應優點。當然，由換 能器所產生的聲音可具有任何合適的頻率。
現將參考示意性附圖以舉例說明的方式來描述本發明的各實施
例，在附圖中
圖1是根據第一實施例的冷卻系統的示意圖；以及 圖2是根據第二實施例的冷卻系統的示意圖。
具體實施例方式
圖l說明了帶有兩個換能器3、 4的聲冷卻系統1。每個換能器3、 4產生用於冷卻的聲波且具有帶相應開口 10、 11的相應聲共振器7、 8。 在圖1的實施例中，共振器7、 8被放置成彼此平行。信號發生器13 向第一換能器3發送正弦驅動信號Sl，並經由非線性電路14和信號處 理單元6向第二換能器發送相同信號Sl。
開口 10、 11通常被布置成朝向應被冷卻的溫熱物體(未圖示)且 溫度傳感器(未圖示)向信號發生器13提供輸入值以確定驅動信號Sl 的水平，即，應當由系統1所施加的冷卻水平。
當作業系統1時，通常產生噪聲且該噪聲被噪聲探測器5或麥克 風探測到。所探測到的噪聲作為信號e被發送到信號處理單元6。
從信號發生器13發送到非線性電路14的信號Sl被非線性電路14 變換成信號S，l，信號S，l包含S1的諧波頻率成份。例如S，l可為周期 性脈衝形狀的信號或"鋸齒"信號。
當然，可採用產生信號Sl和S，l的任何合適的方法，只要從這些 信號中的一個信號所得到的聲音可消除從另一信號所得到的噪聲。
舉例而言，可通過從具有範圍sin(0)至sin(27i)值的查找表中檢索數 值來產生兩個信號Sl和S，l。每個信號與重複地在該表上移動的相應 指示器相關聯，且由於指示器是發散的，所以產生相移正弦信號。例 如，也能使這些指示器中的一個指示器以另一個指示器速度的兩倍速 度在該表上移動，從而得到兩個諧波信號。
在另一形式中，通過使用正弦/餘弦發生器和通過向每個信號Sl、 S，l分配相應角度值來產生兩個信號Sl和S，l。這使得能通過僅調整兩個輸入值而產生各信號的任意相位。當然，能使用任何其它合適的三
角公式來產生相移或諧波信號Sl、 S，l。
信號處理單元6包括自適應控制元件9，自適應控制元件9用於使 噪聲信號s與信號S，l之間的相關性最小化來對S，l進行自適應濾波。 然後使用結果信號S"l來驅動第二換能器4，第二換能器4消除由噪聲 探測器5所探測到的噪聲以及執行冷卻。
換言之，在自適應濾波器中對信號S，1濾波，其精確傳遞函數由麥 克風輸出信號s決定。自適應的標準為使s與S，l之間的相關性儘可能 地小。在(模擬或數字)自適應濾波領域中存在已知的程序，其可以 用多種方式來執行，執行方式可任意選擇。通過使￡儘可能小，在麥 克風的位置造成不希望噪聲的原始聲音激勵信號的殘留量被最小化且 在很大程度上降低了不希望的噪聲。
由於聲波相對較大的波長(通常在1 kHz對於空氣為34cm)，在 噪聲探測器5的精確位置的完美噪聲消除也將在距共振器出口 10、 11 較遠距離處得到改進的噪聲性能。
優選地，在冷卻輸出方面，第二換能器4 "跟隨"第一換能器3。 如果由於任何原因，第一換能器3開始更努力地工作，第二換能器4 也將會自動地如此。這表示如果使第一換能器3的冷卻操作取決於待 冷卻的物體的實際溫度(例如，經由溫度傳感器)，那麼第二換能器4 將相應地自動適應其冷卻操作。
在一個形式中，省略了噪聲探測器5，在此情況下，在信號處理單 元6中儲存噪聲消除信號的預定參數。優選地在冷卻系統1組裝期間 來執行這些參數的確定，例如通過在距系統1特定距離處使用臨時麥 克風和通過確定參數使得在麥克風位置的噪聲被消除。
如2說明了第二實施例，其中相同的部件用與圖1相同的附圖標 記來表示。此處，共振器7、 8被放置成它們的開口 10、 11朝向相反 方向，且噪聲探測器5被放置於共振器7、 8的側部。
在實踐中，冷卻系統1的特定應用，尤其是其物理配置和待冷卻 物體的位置將決定哪種換能器/共振器布置是最合適的。
應當指出的是在不偏離本發明的範疇的情況下可採用任何合適的 噪聲消除方法的原理。
儘管已描述的系統具有兩個換能器，但可採用任何合適數目的換能器，只要它們中的至少 一 個被配置成具有消除噪聲並提供冷卻的兩 種功能。
優選地，兩個換能器3、 4在流體(諸如空氣)中產生聲波，但聲 波可在任何合適的介質中產生。
權利要求
1. 一種聲冷卻系統，其包括第一換能器(3)，其適於通過產生聲波而進行冷卻，其特徵在於，第二換能器(4)，其適於通過產生聲波而進行冷卻，信號處理單元(6)，其適於產生消除信號，所述消除信號適於消除由所述聲冷卻系統所生成的噪聲，所述第二換能器(4)適於將所述消除信號轉換成至少部分地消除所述噪聲的聲音。
2. 根據權利要求1所述的聲冷卻系統，其特徵在於，其還包括噪聲 探測器(5)，所述噪聲探測器(5)適於探測由所述聲冷卻系統所產 生的噪聲，所述噪聲探測器(5)向所述信號處理單元(6)提供所探 測到的噪聲信號。
3. 根據權利要求1所述的聲冷卻系統，其特徵在於，所述信號處 理單元(6)適於產生預定消除信號。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的聲冷卻系統，其特徵在於每 個換能器(3; 4)包括共振器(7; 8)。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的聲冷卻系統，其特徵在於， 所述第二換能器(4)是由對激勵所述第一換能器(3)的信號進行非 線性處理所得到的信號來激勵。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的聲冷卻系統，其特徵在於， 所述第二換能器(4)的驅動功率基本上對應於所述第一換能器(3) 的驅動功率。
7. 根據權利要求4至6中任一項所述的聲冷卻系統，其特徵在於、 所述共振器(7， 8)基本上在平行的方向延伸。
8. 根據權利要求4至6中任一項所述的聲冷卻系統，其特徵在於， 所述共振器(7， 8)被布置成相應開口 (10， 11)朝向基本上相反方向。
9. 一種用於驅動聲冷卻系統的方法，其包括以下步驟 由適於冷卻的第一換能器(3)產生聲波， 由適於冷卻的第二換能器(4)產生聲波，由信號處理單元(6)產生消除信號，所述消除信號用於由所述聲 冷卻系統所產生的噪聲，以及由所述第二換能器(4)將所述消除信號轉換成至少部分地消除所述噪聲的聲音。
10. 根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，其還包括以下步驟 由噪聲探測器(5)來探測由所述聲冷卻系統所產生的噪聲並向所述信 號處理單元(6)提供所探測到的噪聲信號。
11. 根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，其還包括以下步驟 向所述信號處理單元(6)提供預定消除信號。
12. 根據權利要求9至11中任一項所述的方法，其還包括以下步驟 利用相應共振器(7,8)從每個換能器(3， 4)引導聲波。
全文摘要
一種聲冷卻系統包括第一換能器(3)、第二換能器(4)和信號處理單元(6)，該第一換能器(3)適於通過產生聲波而進行冷卻，該第二換能器(4)適於通過產生聲波而進行冷卻，該信號處理單元(6)適於產生消除信號，該消除信號用於由該聲冷卻系統所產生的噪聲。該第二換能器(4)適於將消除信號轉換成至少部分地消除噪聲的聲音。
文檔編號F04D33/00GK101535659SQ200780040861
公開日2009年9月16日 申請日期2007年10月31日 優先權日2006年11月3日
發明者R·M·阿茨 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司