[发明专利]带相位反馈调节的主动活塞式脉冲管制冷机

说明书

技术领域

本发明涉及制冷与低温技术领域，特别是涉及一种带相位反馈调节的主动活塞式脉冲管制冷机。

背景技术

通常情况，小型低温制冷机需要在其低温端有运动活塞，由于低温制冷机在低温部分必须无油，导致活塞磨损严重，制冷效率下降，需要定期维护，寿命受到限制。因此，基于制冷机在启动和运行阶段对冷量的不同需求，制冷剂在启动阶段需要最大冷量快速降温，在稳定运行阶段需要最高效率，以减少功耗。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术中低温活塞磨损严重、制冷机效率低的不足，提出了一种带相位反馈调节的主动活塞式脉冲管制冷机。

技术方案：一种带相位反馈调节的主动活塞式脉冲管制冷机，包括主动控制系统、压缩活塞、热端散热器、蓄冷器、冷端换热器、冷端层流器、脉冲管、热端层流器和主动活塞；热端散热器和冷端换热器位于蓄冷器两端；冷端层流器和热端层流器位于脉冲管两端；

热端散热器与压缩活塞连接，冷端换热器与冷端层流器连接；热端层流器与主动活塞连接，主动控制系统控制主动活塞运动；

主动控制系统包括数据采集单元、压力波传感器和功率放大单元。

制冷机工作时，主动控制系统通过压力波传感器采集压缩活塞产生的压力波信号，将压力信号转变为电压信号，发送到数据采集单元并生成一个有相位差的电压信号，发送到功率放大单元，经功率放大单元放大后，输出控制主动活塞的运动。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：本发明克服了现有技术中低温活塞磨损严重、制冷机效率低的缺点，避免了低温部分的运动活塞；同时根据采集压力波信号，主动控制系统调节主动活塞的输出电压相位，提高了制冷机的效应以及运行工况的切换，优化了低温制冷机的性能。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

图1为本发明实施例的结构示意图。该种制冷机包括主动控制系统1、压缩活塞2、热端散热器3、蓄冷器4、冷端换热器5、冷端层流器6、脉冲管7、热端层流器8和主动活塞9；热端散热器3和冷端换热器5位于蓄冷器4两端；冷端层流器6和热端层流器8位于脉冲管7两端；热端散热器3与压缩活塞2连接，冷端换热器5与冷端层流器6连接；热端层流器8与主动活塞9连接，主动控制系统1控制主动活塞9运动；其中，主动控制系统1包括数据采集单元、压力波传感器和功率放大单元；作为优选的，数据采集单元包括数据采集软件、带输出功能的数据采集卡。

压力波传感器可以采用通用的压电式传感器，直接将压力信号转变为电压信号，并发送到数据采集卡。数据采集卡要求有模拟输入输出功能，如NI的PCI6229板卡；也可以是带有PCI插槽的普通电脑或者工控机。数据采集软件可以采用通用的MCGS组态软件，只要具备数据采集、处理和输出即可。功率放大单元可以是标准的功率放大器，也可以是单独的放大芯片和电路。

主动控制系统也可以采用专用的集成信号处理模块。

该种制冷机的主要工作原理：

当压缩活塞2做往复运动时，压力波和质量波经过热端散热器3、蓄冷器4、冷端换热器5、冷端层流器6、脉冲管7、热端层流器8，到达主动活塞9。主动控制系统1通过压力波传感器采集压缩活塞2产生的压力波信号，将压力信号转变为电压信号，发送到数据采集单元并生成一个有相位差的电压信号，发送到功率放大单元，经功率放大单元放大后，输出控制主动活塞9的运动。

运行过程中，可以根据工况要求调节相位差，达到优化调节制冷机运行工况的要求，也可以根据运行需要将制冷机工作在最大制冷量或最高效率模式。

在该种制冷机工作时，当压力波和质量波相位相同发生在蓄冷器的最冷端，该制冷机在最大制冷量模式；当压力波和质量波相位相同发生在蓄冷器中间位置时，此时制冷机在最高效率模式。