[發明專利]熱聲發電機中線性發電機機電轉換效率監控系統及方法

有效

• 申請號: 201110401546.4
• 申請日: 2011-12-06
• 公開（公告）號: CN103149531A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 李正宇;李青;張建偉;胡忠軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及熱聲發電機技術領域，特別涉及一種熱聲發電機中線性發電機機電轉換效率監控系統及方法。

背景技術

熱聲發電機是一種新型的熱驅動的發電機械。其工作原理是，通過熱量的輸入驅動熱聲發動機產生聲功輸出，并驅動線性發電機發電。熱聲發電機的熱到電的總轉換效率可以由熱聲發動機的熱到聲轉換效率，以及線性發電機的聲到電轉換效率相乘得到。

熱聲發電機由于其高效、長壽命的特點，正日益受到各國研究者的關注。但是，在熱聲發電機整機運行測試中，人們往往無法區分某一外部調節手段究竟是對熱到聲的轉換效率影響大，還是對聲到電的轉換效率影響大。這也制約了熱聲發電機整機效率和發電功率的進一步提高。因此，有必要對線性發電機的機電轉換效率開展在線監控，但目前還沒有專門針對線性發電機機電轉換效率的在線監控系統。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何提供一種熱聲發電機中線性發電機機電轉換效率監控系統及方法，以便對線性發電機的機電轉換效率實現有效監控，進而為提高熱聲發電機的整機效率和發電功率提供數據支持。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供一種熱聲發電機中線性發電機機電轉換效率監控系統，其包括：第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、活塞位移傳感器、和處理器；所述第一壓力傳感器，設置在所述線性發電機的活塞的前端，用于檢測所述活塞的前端的第一壓力信號；所述第二壓力傳感器，設置在所述活塞的后端，用于檢測所述活塞的后端的第二壓力信號；所述活塞位移傳感器，設置在所述線性發電機的彈簧上，用于檢測所述活塞的位移信號；所述處理器連接所述第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和活塞位移傳感器，用于根據所述第一壓力信號、第二壓力信號和位移信號，以及所述線性發電機的輸出功率，計算所述線性發電機的機電轉換效率。

優選地，所述系統還包括：采集器；所述第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和活塞位移傳感器均通過所述采集器連接所述處理器；所述采集器用于統一采集所述第一壓力信號、第二壓力信號和位移信號，并對所述述第一壓力信號、第二壓力信號和位移信號進行數字化處理后發送給所述處理器。

優選地，所述系統還包括：電壓傳感器；所述電壓傳感器設置在所述線性發電機外接負載的兩端，用于檢測所述負載兩端的負載電壓信號；所述電壓傳感器還連接所述采集器，以將所述負載電壓信號發送給所述采集器。

優選地，所述電壓傳感器采用響應頻率為25kHz的互感原理電壓傳感器。

優選地，所述系統還包括：電流傳感器；所述電流傳感器設置在所述負載所在回路上，用于檢測所述回路上的負載電流信號；所述電流傳感器還連接所述采集器，以將所述負載電流信號發送給所述采集器。

優選地，所述電流傳感器采用響應頻率為1MHz的霍爾原理電流傳感器。

優選地，所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均采用具有200kHz本征響應頻率的石英晶體壓力傳感器。

優選地，所述活塞位移傳感器采用具有50kHz響應頻率的電阻應變式位移傳感器。

本發明還提供一種熱聲發電機中線性發電機機電轉換效率監控方法，其包括步驟：

A：檢測線性發電機的活塞的前端的第一壓力信號、所述活塞的后端的第二壓力信號、所述活塞的位移信號和所述線性發電機外接負載的負載電壓信號和負載電流信號；

B：將所述第一壓力信號、第二壓力信號、位移信號、負載電壓信號和負載電流信號進行數字化處理；

C：根據所述第一壓力信號、第二壓力信號和位移信號計算輸入給所述線性發電機的聲功率；

D：根據所述負載電壓信號和負載電流信號計算所述線性發電機的輸出功率；

E：根據所述聲功率和輸出功率計算所述線性發電機的機電轉換效率。

優選地，所述步驟C具體包括步驟：

C1：根據所述位移信號對應的應變值得到所述活塞的活塞位移，根據所述活塞位移計算所述活塞前端的體積流率U；

C2：利用所述第一壓力信號對應的第一壓力值P1減去所述第二壓力信號對應的第二壓力值P2，得到壓力差ΔP；

C3：根據所述壓力差ΔP、所述體積流率U和所述線性發電機的運行周期T，采用互相關算法計算得到所述壓力差ΔP與體積流率U的相角差θ；

C4：根據所述體積流率U、壓力差ΔP和相角差θ，采用下面公式計算輸入給所述線性發電機的聲功率W_a：