專利名稱：用于空氣保持區(qū)壓力差探測的系統(tǒng)和方法
用于空氣保持區(qū)壓力差探測的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
1.本公開的領(lǐng)域本公開涉及設(shè)備室和數(shù)據(jù)中心，且更具體地涉及用于管理穿過設(shè)備機(jī)架的氣流的方法和系統(tǒng)。2.相關(guān)技術(shù)的討論在很多設(shè)備室和數(shù)據(jù)中心環(huán)境中，電子設(shè)備安裝在被稱為設(shè)備機(jī)架的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備框架或外殼中，例如，如電子工業(yè)協(xié)會(huì)的EIA-310規(guī)范所定義的。數(shù)據(jù)中心可具有常常定位成彼此極接近的很多設(shè)備機(jī)架。電子設(shè)備可包括例如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)路由器、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、電信設(shè)備等，其產(chǎn)生必須被散發(fā)或以另外方式被處理以避免對設(shè)備的性能、可靠性和有效壽命的不利影響的熱。特別是，容納在外殼的有限空間內(nèi)的安裝在機(jī)架上的設(shè)備可能易受外殼內(nèi)的熱的積聚的影響。由機(jī)架設(shè)備產(chǎn)生的熱的量與設(shè)備所消耗的電功率的量、設(shè)備的功率效率和其它因素有關(guān)。此外，隨著時(shí)間不斷過去，可添加、移除、代替或重新布置各種電子設(shè)備件以適應(yīng)發(fā)展的操作需要，這引起在數(shù)據(jù)中心內(nèi)和在每個(gè)外殼內(nèi)產(chǎn)生的熱的總量中的變化。為了保護(hù)內(nèi)部部件免受過熱，一件安裝在機(jī)架上的設(shè)備可包括用于越過部件抽入冷空氣并將加熱的空氣排出到周圍環(huán)境中的一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇。其它設(shè)備可通過熱對流或輻射冷卻來管理熱耗散，而不使用任何氣流設(shè)備。一些設(shè)備機(jī)架可包括風(fēng)扇以向安裝在其中的設(shè)備提供補(bǔ)充冷卻空氣或?qū)峥諝鈴耐鈿こ槌?。此外，很多?shù)據(jù)中心提供冷卻的和被調(diào)節(jié)過的空氣以提高房間的冷卻要求。這些冷卻技術(shù)中的每個(gè)消耗額外的能量。因?yàn)閿?shù)據(jù)中心的冷卻要求可相當(dāng)大地改變，所以使用已知的技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)能量效率。例如，提供超過操作要求的冷卻空氣的量浪費(fèi)能量，而昂貴的設(shè)備損壞可能因冷空氣的不足的供應(yīng)而產(chǎn)生。本發(fā)明的簡要概述本公開的方面目的在于用于在具有一個(gè)或多個(gè)空氣保持區(qū)的數(shù)據(jù)中心中管理氣流的空氣壓力差探測系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，系統(tǒng)包括限定空氣通路的導(dǎo)管、在導(dǎo)管內(nèi)樞轉(zhuǎn)地連接的活板、以及安裝在空氣通路附近的感測設(shè)備。當(dāng)空氣壓力差被施加在空氣通路的不同區(qū)中時(shí)，空氣流經(jīng)空氣通路。活板配置成響應(yīng)于空氣流經(jīng)空氣通路而繞著樞轉(zhuǎn)軸移動(dòng)。感測設(shè)備配置成感測活板繞著樞轉(zhuǎn)軸的角位置?；畎宓慕俏恢檬强諝鈮毫Σ畹暮瘮?shù)。在另一實(shí)施方式中，感測設(shè)備包括發(fā)光單元和多個(gè)光探測器。發(fā)光單元配置成使用光照射活板的表面的至少一部分。光從活板反射，并由光探測器中的一個(gè)或多個(gè)探測?？苫诮邮辗瓷涔獾墓馓綔y器來確定相應(yīng)于已知的或所計(jì)算的空氣壓力差的活板的角位置。因此，通過感測活板的角位置可確定空氣壓力差。系統(tǒng)可包括耦合到感測設(shè)備并配置成基于活板的所感測的角位置來確定空氣壓力差的處理單元。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，發(fā)光單元是激光器。根據(jù)另一實(shí)施方式，光探測器中的至少一個(gè)是光電二極管。在另一實(shí)施方式中，光探測器布置成使得感測設(shè)備感測在活板的角位置的范圍內(nèi)的活板的角位置?；畎宓慕俏恢玫脑摲秶上鄳?yīng)于在大約-0.060英寸水柱和大約+0.060英寸水柱之間的空氣壓力差的范圍?；畎宓慕俏恢每膳渲贸上鄳?yīng)于中性位置，當(dāng)空氣壓力差大約為零時(shí)，活板擱在該中性位置處?；畎蹇蓴R在中性位置處，作為重力的效應(yīng)的結(jié)果。在另一實(shí)施方式中，導(dǎo)管的空氣通路與空氣保持區(qū)和周圍空氣區(qū)流體連通。若沒有導(dǎo)管的空氣通路，空氣保持區(qū)和周圍空氣區(qū)實(shí)質(zhì)上彼此隔離。在又一實(shí)施方式中，處理單元還可配置成基于空氣壓力差來調(diào)節(jié)在空氣保持區(qū)和周圍空氣區(qū)之間流動(dòng)的空氣的平衡。本公開的另一方面目的在于用于確定空氣壓力差的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法包括朝著可移動(dòng)構(gòu)件的反射表面投射光束，可移動(dòng)構(gòu)件響應(yīng)于空氣流經(jīng)空氣通路而移動(dòng)。空氣流通過空氣壓力差而引入。該方法還包括在光束從可移動(dòng)構(gòu)件的反射表面反射之后使用多個(gè)光探測器中的至少一個(gè)探測光束?？諝鈮毫Σ罨谒綔y的光束來確定。在另一實(shí)施方式中，空氣通路與空氣保持區(qū)和周圍空氣區(qū)流體連通。否則，空氣保持區(qū)和周圍空氣區(qū)實(shí)質(zhì)上彼此隔離。該方法還可包括基于空氣壓力差來調(diào)節(jié)在空氣保持區(qū)和周圍空氣區(qū)之間流動(dòng)的空氣的平衡。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，可移動(dòng)構(gòu)件響應(yīng)于空氣流經(jīng)空氣通路而移動(dòng)到確定的位置。確定的位置可以是空氣壓力差的函數(shù)。當(dāng)空氣壓力差大約為零時(shí)，可移動(dòng)構(gòu)件可擱在中性位置處。在另一實(shí)施方式中，每個(gè)光探測器相應(yīng)于多個(gè)預(yù)先確定的空氣壓力差值之一?？赏ㄟ^識別出預(yù)先確定的空氣壓力差值中的哪個(gè)相應(yīng)于探測到光束的一個(gè)或多個(gè)光探測器來確定空氣壓力差。鑒于下面的附圖、詳細(xì)描述和權(quán)利要求將更充分理解本公開。附圖的簡要說明在附圖中，在各種圖中示出的每個(gè)相同或幾乎相同的部件由相似的數(shù)字表示。為了清楚的目的，不是每一個(gè)部件都可在每個(gè)附圖中標(biāo)出。為了本公開的更好理解，參考通過引用被并入本文的附圖，且其中:

圖1是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式的使用空氣壓力差探測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心的一部分的示意性頂部平面圖；圖2是根據(jù)本公開的另一實(shí)施方式的空氣壓力差探測系統(tǒng)的示意性立視圖；圖3是根據(jù)本公開的又一實(shí)施方式的空氣壓力差探測系統(tǒng)的透視圖；圖4是根據(jù)本公開的另一實(shí)施方式的空氣壓力差探測系統(tǒng)的橫截面視圖；圖5是根據(jù)本公開的實(shí)施方式的空氣壓力差探測系統(tǒng)的端視圖；圖6是根據(jù)本公開的實(shí)施方式的空氣壓力差探測系統(tǒng)的橫截面視圖；圖7是示出作為在根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式的空氣壓力差探測系統(tǒng)上施加的空氣壓力差的函數(shù)的活板偏轉(zhuǎn)角的曲線；以及圖8是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式的空氣壓力差探測方法的流程圖。本發(fā)明的詳細(xì)描述僅為了說明的目的且不是限制一般性，現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)地描述本公開。本公開在其應(yīng)用中不限于在下面的描述中闡述或在附圖中示出的部件的構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。本公開能夠有其它實(shí)施方式并能夠以各種方式被實(shí)踐或?qū)嵤?。此外，在本文使用的措辭和術(shù)語是為了描述的目的，且不應(yīng)被視為限制性的。在本文中“including(包括)”、“comprising(包括)”、“having (具有)”、“containing (包含)”、“involving (含有)”及其變形的使用意味著包括在其后列出的項(xiàng)目及其等效形式以及額外的項(xiàng)目。一般數(shù)據(jù)中心可容納很多設(shè)備機(jī)架，例如由West Kingston, R.1.的美國電力轉(zhuǎn)換公司在商標(biāo)NetShelter 下出售的設(shè)備機(jī)架。每個(gè)設(shè)備機(jī)架可配置成包括適合于支撐電子設(shè)備例如計(jì)算、聯(lián)網(wǎng)和電信設(shè)備的框架或殼體。設(shè)備機(jī)架在結(jié)構(gòu)上是模塊化的并可配置在行中，行可布置成使得冷空氣穿過每個(gè)機(jī)架的前面被抽入，且由機(jī)架內(nèi)的設(shè)備加熱的空氣穿過每個(gè)機(jī)架的后面被排出。行可進(jìn)一步布置成使得一行中的每個(gè)機(jī)架的后面面向另一行中的每個(gè)機(jī)架的后面或設(shè)施壁，在行或壁之間有一些空間以允許空氣循環(huán)。這樣的空間有時(shí)被稱為“熱通道”，因?yàn)樗缮⒌匕蓴?shù)行設(shè)備機(jī)架排出的暖或熱空氣。在每行機(jī)架的前面的空間有時(shí)被稱為“冷通道”，因?yàn)樗峁┍怀榈矫總€(gè)機(jī)架中的冷空氣的源。數(shù)據(jù)中心可包括設(shè)計(jì)成產(chǎn)生冷卻的空氣的用于管理設(shè)備和數(shù)據(jù)中心環(huán)境的操作溫度的冷卻系統(tǒng)。當(dāng)設(shè)備機(jī)架布置在開放空間內(nèi)時(shí)，來自熱通道的空氣可與冷通道中的空氣混合，因而增加在冷通道中提供的空氣的溫度。這可導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)必須產(chǎn)生額外的冷卻空氣來補(bǔ)償冷通道中的增加的溫度，并因此降低數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的效率。因此，期望在熱通道中嚴(yán)格地保持空氣以便防止這樣的混合出現(xiàn)并且還避免給冷卻系統(tǒng)饋送過分暖或熱的空氣。已知使用保持系統(tǒng)圍住熱通道以建立用于隔離熱通道與冷通道和數(shù)據(jù)中心的周圍空氣的空氣保持區(qū)。一種保持系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)成安裝一行或多行設(shè)備機(jī)架用于將空氣保持在熱通道中的天花板和壁組件。因此，從設(shè)備機(jī)架排出的暖或熱空氣將被截留在空氣保持區(qū)中并被禁止與周圍空氣混合?？衫缤ㄟ^經(jīng)由排氣導(dǎo)管、煙囪或其它空氣循環(huán)設(shè)備從數(shù)據(jù)中心移除熱空氣來分開地管理這個(gè)截留的空氣與周圍空氣?？蛇x地，熱空氣可在被控制的體積中并以被控制的速率通過數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)來再次循環(huán)。根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式，當(dāng)使用例如下面參考圖1描述的空氣保持系統(tǒng)建立空氣保持區(qū)時(shí)，可能期望監(jiān)測從熱通道流到冷通道中的或周圍空氣空間的空氣的量、空氣的速率或兩者。通過監(jiān)測在周圍空氣區(qū)和空氣保持區(qū)之間的空氣流，可管理數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)以優(yōu)化其能量效率，周圍空氣區(qū)是在空氣保持區(qū)外部的區(qū)。特別是，因?yàn)榇┻^設(shè)備機(jī)架循環(huán)的空氣被迫進(jìn)入空氣保持區(qū)的有限空間內(nèi)，在空氣保持區(qū)中的空氣壓力將高于保持區(qū)外部的空氣壓力。某個(gè)量的空氣從保持區(qū)抽出以減小保持區(qū)內(nèi)的空氣壓力，并使冷空氣能夠流入設(shè)備機(jī)架中。在周圍空氣區(qū)和空氣保持區(qū)之間的空氣壓力差可用于計(jì)算從一個(gè)區(qū)流到另一區(qū)的空氣的體積、速率或兩者。例如，可基于某些因素例如冷通道中的空氣的期望溫度、熱通道中的空氣的測量溫度和其它因素來關(guān)于能量效率、冷卻要求或其它變量確定理想空氣流。因此，應(yīng)認(rèn)識到，可通過測量在周圍空氣區(qū)和空氣保持區(qū)之間的空氣壓力差來管理空氣流。在2009年I月28日提交的標(biāo)題為“METHOD AND SYSTEM FOR DETECTION AIRPRESSURE NEUTRALITY IN AIR CONTAINMENT ZONES”的美國專利申請?zhí)?2010-0186517 中描述了一種用于探測空氣壓力差的技術(shù)，該專利由本公開的受讓人擁有并通過引用被全部并入本文。圖1是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式的使用空氣壓力差探測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心的一部分的示意性頂部平面圖。通常在10處示出的是數(shù)據(jù)中心的一部分，其包括多個(gè)設(shè)備機(jī)架，每個(gè)設(shè)備機(jī)架在12處示出。每個(gè)設(shè)備機(jī)架12可容納電子設(shè)備，例如計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、電信交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)路由器等。設(shè)備機(jī)架12布置在行中，使得每行機(jī)架的一側(cè)(例如，后側(cè))面向相對行的機(jī)架的同一側(cè)(例如，后側(cè))。在每對行之間的空氣間隙可限定熱通道14，其由于設(shè)備所產(chǎn)生的暖和熱空氣而被這樣稱呼，空氣從每個(gè)機(jī)架的后側(cè)排出到空氣間隙中。熱通道14可進(jìn)一步由空氣保持系統(tǒng)圍住，以便隔離其中的空氣與數(shù)據(jù)中心10的其余部分(例如，周圍空氣)。在一種布置中，冷空氣進(jìn)入每個(gè)機(jī)架的前側(cè)，被抽入以冷卻機(jī)架中的設(shè)備，并作為暖和熱空氣排出到熱通道14中。一個(gè)或多個(gè)冷卻單元(每個(gè)在16示出)可布置在設(shè)備機(jī)架12之間以提供用于冷卻設(shè)備、用于減少熱通道14內(nèi)的熱的量或兩者的冷卻空氣。例如，冷卻單元16可配置成穿過冷卻單元的后面從熱通道14抽出暖空氣，冷卻暖空氣，并穿過冷卻單元的前面將冷卻的空氣排出到數(shù)據(jù)中心10中。穿過冷卻單元16的空氣流可由一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇18補(bǔ)充。熱通道14可由形成熱通道14中的空氣的保持區(qū)的物理邊界圍住，物理邊界包括例如天花板、壁或兩者，例如在圖1中的20處示出的面板。每個(gè)設(shè)備機(jī)架12從圍繞設(shè)備機(jī)架12的前面的周圍空氣區(qū)抽入相對冷的空氣。任何給定的設(shè)備機(jī)架12的期望空氣流速率取決于設(shè)備、周圍空氣溫度、由設(shè)備輸出的熱和其它因素，并可隨著時(shí)間的過去而明顯變化。穿過所有設(shè)備機(jī)架并進(jìn)入空氣保持區(qū)中的組合凈空氣流是高度可變的，且難以預(yù)測。因此，期望通過從空氣保持區(qū)提取某個(gè)量的空氣來管理空氣流的速率和方向，在其中產(chǎn)生稍微負(fù)的空氣壓力，通過反壓力最小化從空氣保持區(qū)逸出到周圍空氣區(qū)中的熱空氣的量。這進(jìn)一步產(chǎn)生將自然迫使來自周圍空氣區(qū)的冷空氣穿過機(jī)架的空氣壓力差。通過操作冷卻單元16以便以比從設(shè)備機(jī)架12進(jìn)入空氣保持區(qū)的熱空氣的速率稍微大的速率移除并冷卻來自周圍保持區(qū)的空氣可實(shí)現(xiàn)能量經(jīng)濟(jì)，如圖1中的箭頭所指示的。在空氣保持區(qū)和周圍空氣區(qū)之間的校準(zhǔn)泄露可使用如本文公開的空氣壓力差探測設(shè)備或越過空氣保持區(qū)和周圍空氣區(qū)之間的邊界而放置的其它空氣流探測系統(tǒng)產(chǎn)生。本質(zhì)上，設(shè)備允許經(jīng)調(diào)節(jié)的量的空氣在這兩個(gè)區(qū)之間流動(dòng)，并測量空氣流的體積、速率或兩者。可使用控制算法由配置成控制冷卻單元16、風(fēng)扇18或兩者的操作的控制器使用這些測量結(jié)果，以維持在空氣保持區(qū)和周圍空氣區(qū)之間的期望空氣流。可提供控制器22以控制設(shè)備機(jī)架12、冷卻單元16或兩者的操作。控制器22被示意性地示為能夠控制數(shù)據(jù)中心10的全部部件，包括用于管理空氣流和設(shè)備的冷卻的部件。圖2示出空氣壓力差探測系統(tǒng)32的一個(gè)實(shí)施方式。系統(tǒng)32布置在熱通道14的壁20內(nèi)。壁20限定分離熱通道14與周圍空氣區(qū)24的物理邊界，并形成空氣保持系統(tǒng)的一部分。因此，系統(tǒng)32可提供越過具有潛在地不同的壓力的空氣的區(qū)之間的邊界的空氣流動(dòng)通路?？蛇x地，系統(tǒng)32可布置在一個(gè)或多個(gè)設(shè)備機(jī)架12的側(cè)面或后面內(nèi)或在數(shù)據(jù)中心10內(nèi)的任何適當(dāng)位置上，其中物理邊界實(shí)質(zhì)上隔離熱通道14與周圍空氣區(qū)24。當(dāng)空氣保持區(qū)——包括熱通道14——中的空氣壓力小于周圍空氣區(qū)24中的空氣壓力時(shí)，來自周圍空氣區(qū)的冷空氣進(jìn)入在主體34的第一開口端40處的空氣壓力差探測系統(tǒng)32，如箭頭26所指示的。冷空氣流經(jīng)主體34并離開到在主體的第二開口端42處的熱通道14，如箭頭28所指示的，同時(shí)在每個(gè)區(qū)中的空氣壓力自然試圖達(dá)到平衡。空氣也在相反的方向上流動(dòng)，進(jìn)入主體34的第二開口端42，并例如在熱通道14中的空氣壓力超過周圍空氣區(qū)24中的空氣壓力時(shí)離開第一開口端40?？諝鈮毫Σ钐綔y系統(tǒng)32可包括用于使用例如機(jī)械緊固件、粘合劑或其它附接設(shè)備將主體34固定到壁20的法蘭44?，F(xiàn)在將更詳細(xì)地描述空氣壓力差探測系統(tǒng)32的其它實(shí)施方式。圖3是空氣壓力差探測系統(tǒng)32的實(shí)施方式的透視圖。主體34形成導(dǎo)管36或主體的內(nèi)表面，其限定空氣通路，當(dāng)施加橫跨空氣通路的不同區(qū)的空氣壓力差時(shí)，空氣流經(jīng)該空氣通路。應(yīng)理解，導(dǎo)管36可被形成為不一定是直的管或管道(例如，導(dǎo)管可包括一個(gè)或多個(gè)彎曲部)。法蘭44圍繞主體34，并可用于將主體固定到壁或其它屏障。導(dǎo)管36包括至少兩個(gè)開口，包括主體34的第一開口端40和第二開口端42，以便便于空氣的不同區(qū)例如周圍空氣區(qū)24和空氣保持區(qū)(例如，熱通道14)之間的流體連通。空氣壓力差探測系統(tǒng)32還包括使用鉸鏈48安裝到主體34的活板46?；畎?6配置成當(dāng)在閉合方位上時(shí)實(shí)質(zhì)上封鎖穿過導(dǎo)管36的空氣通路，并且還配置成繞著鉸鏈48的軸移動(dòng)以允許變化體積的空氣穿過空氣通路。穿過空氣通路的空氣將通過使活板46繞著鉸鏈48旋轉(zhuǎn)而使活板46從閉合方位偏轉(zhuǎn)。空氣壓力差探測系統(tǒng)32還包括用于感測空氣壓力差的感測設(shè)備50。感測設(shè)備50包括光源52和多個(gè)光探測設(shè)備54,光源52可以是激光器。每個(gè)光探測設(shè)備54可以是光電二極管、LED或其它光模擬接收設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施方式中，每個(gè)光探測設(shè)備54布置在一行中，如圖3和5所示，雖然將理解，可利用其它布置和數(shù)量的光探測設(shè)備。光源52配置成至少使用光照射活板46的表面56的一部分。例如，光源52可將激光光束投射到表面56上。此外，表面56具有光反射特性，例如反射涂層、貼花膜或其它反射材料，使得從光源52到達(dá)表面的至少一些光從表面反射。根據(jù)反射定律，光將以相應(yīng)于從光源52到達(dá)的光的入射角的反射角從表面56反射,入射角進(jìn)一步與空氣流經(jīng)空氣通路所引起的活板的偏轉(zhuǎn)角相應(yīng)。這個(gè)原理在圖6中示出并在下面被描述。反射光可由一個(gè)或多個(gè)光探測設(shè)備54探測。哪個(gè)光探測設(shè)備54探測到反射光是活板46的角位置的函數(shù)，且光探測設(shè)備所探測的光可用于確定空氣壓力差，如下面將討論的。圖4是空氣壓力差探測系統(tǒng)32的一個(gè)實(shí)施方式的橫截面正視圖，而圖5示出該系統(tǒng)的端視圖，活板36僅概略地示出以允許說明其它元件。系統(tǒng)32包括限定導(dǎo)管36的主體34。導(dǎo)管36限定空氣通路，空氣可穿過該空氣通路從主體的第一開口端40流到第二開口端42，或在相反的方向上。系統(tǒng)32還包括用于將主體34安裝到壁或其它屏障的法蘭44。應(yīng)認(rèn)識到，法蘭44僅僅代表一種類型的安裝機(jī)構(gòu)，以及可根據(jù)應(yīng)用以類似的效用使用其它安裝機(jī)構(gòu)例如翼片、夾鉗或軸環(huán)。感測設(shè)備50安裝在導(dǎo)管36附近，并包括光源52和多個(gè)光探測設(shè)備54，例如上面參考圖3描述的光探測設(shè)備。感測設(shè)備50可包括用于將光源52和基底60安裝在一起并安裝到主體34或其它安裝點(diǎn)的承托架58。此外，光探測設(shè)備54安裝到基底60，基底60可包括穿過基底形成的開口 62以允許來自光源52的光穿過基底并進(jìn)入空氣通路。感測設(shè)備50可包括電連接以例如從控制單元(未示出)向感測設(shè)備提供功率和控制信號。圖6是空氣壓力差探測系統(tǒng)32的一個(gè)實(shí)施方式的功能示意圖，且未按比例繪制。示出了主體34和限定空氣通路的導(dǎo)管36，空氣可在主體34的第一開口端40和第二開口端42之間流經(jīng)空氣通路。系統(tǒng)32包括使用鉸鏈48安裝到主體34的活板46，鉸鏈48使活板能夠繞著鉸鏈軸自由地旋轉(zhuǎn)，如箭頭70所示的?；畎?6安裝在導(dǎo)管36內(nèi)?；畎?6可由重量輕的剛性材料或另一適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?。還示出周圍空氣區(qū)24和空氣保持區(qū)14或熱通道，每個(gè)區(qū)分別相對地位于主體34的第一開口端40和第二開口端42處。當(dāng)主體34安裝在壁或隔離空氣保持區(qū)14與周圍空氣區(qū)24的其它屏障(未示出)中時(shí)，在這兩個(gè)區(qū)之間交換的任何未控制的空氣被迫穿過系統(tǒng)32的空氣通路。如上所述，在一個(gè)例子中，加熱的空氣一般通過位于每件設(shè)備上的冷卻風(fēng)扇、位于設(shè)備機(jī)架上的風(fēng)扇和/或從數(shù)據(jù)中心中的其它地方例如從可位于數(shù)據(jù)中心中、設(shè)備機(jī)架內(nèi)或之間或兩者的冷氣系統(tǒng)泵送到熱通道中。迫使空氣進(jìn)入熱通道的行動(dòng)使空氣保持區(qū)14中的空氣壓力相對于外部環(huán)境——包括周圍空氣區(qū)24——而增加，該熱通道通過空氣保持系統(tǒng)例如上面參考圖1描述的空氣保持系統(tǒng)與區(qū)域的其余部分隔離。壓力增加的量是相對于離開空氣保持區(qū)的空氣的體積和速率的進(jìn)入空氣保持區(qū)14的空氣的體積和速率、以及溫度、大氣壓力、空氣所施加的法向力和其它因素的函數(shù)。因?yàn)榭諝獗３窒到y(tǒng)可配置成實(shí)質(zhì)上是氣密的，使用使空氣從其逸出的僅僅有限的路徑，由導(dǎo)管36限定的空氣通路可以是使空氣從空氣保持區(qū)14離開到周圍空氣區(qū)24的唯一路徑。然而應(yīng)理解，例如當(dāng)被控制量的空氣從熱通道移除用于再循環(huán)到周圍空氣區(qū)中或到數(shù)據(jù)中心的外部時(shí)，除了導(dǎo)管36以外還可利用其它出口路徑。此外，因?yàn)椴煌目諝鈮毫Φ牧黧w耦合區(qū)自然尋求平衡，空氣將在空氣保持區(qū)14和周圍空氣區(qū)24之間流動(dòng)一每當(dāng)在這兩個(gè)區(qū)之間存在空氣壓力差時(shí)?？諝饬鞯姆较蛉Q于哪個(gè)區(qū)保持較高的空氣壓力，因?yàn)榫哂邢鄬Ω叩膲毫Φ目諝鈱⒊鄬Φ蛪毫Φ膮^(qū)流動(dòng)。在一個(gè)例子中，這由箭頭26和28示出，這顯示當(dāng)周圍空氣區(qū)中的空氣壓力超過空氣保持區(qū)中的空氣壓力時(shí)空氣可從周圍空氣區(qū)24流到空氣保持區(qū)14所穿過的路徑。當(dāng)空氣保持區(qū)14和周圍空氣區(qū)24內(nèi)的空氣壓力處于平衡時(shí)，將沒有空氣流經(jīng)系統(tǒng)32。這可被稱為“中性”或“靜止”狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施方式中，主體34被安裝，使得它定向成垂直于重力(在72示出)。活板46和鉸鏈48可配置成使得活板自由地或以實(shí)質(zhì)上小的阻力繞著鉸鏈旋轉(zhuǎn)。在所示配置中，在沒有穿過空氣通路的任何空氣流的情況下，活板46的重量將使活板擱在由46a處的虛線表示的中性位置處?；畎?6可配置成使得當(dāng)它靜止時(shí)，空氣通路實(shí)質(zhì)上是“閉合的”或“被封鎖的”。換句話說，當(dāng)活板46在中性位置上時(shí)，試圖穿過空氣通路的任何空氣將實(shí)質(zhì)上被活板46阻擋，雖然空氣通路將不一定是氣密的。當(dāng)空氣壓力差存在于空氣保持區(qū)14和周圍空氣區(qū)24之間時(shí)，空氣將自然試圖流經(jīng)系統(tǒng)32的空氣通路，如上所述。例如，如果周圍空氣區(qū)24中的空氣壓力大于空氣保持區(qū)14中的空氣壓力，空氣將試圖通過第一開口端40從周圍空氣區(qū)流到導(dǎo)管36中，并通過第二開口端42出來而進(jìn)入空氣保持區(qū)中。如上所述，活板46在靜止時(shí)實(shí)質(zhì)上封鎖空氣通路。因此，當(dāng)空氣流試圖流經(jīng)空氣通路時(shí)，空氣流將逆著活板46施加力，使活板偏轉(zhuǎn)并繞著鉸鏈48旋轉(zhuǎn)?；畎?6偏轉(zhuǎn)的度數(shù)是空氣流速和其它因素例如活板的重量和活板逆著空氣所施加的阻力的量的函數(shù)。一般，活板46由剛性和輕質(zhì)材料構(gòu)成以實(shí)現(xiàn)在小范圍的空氣流速內(nèi)的寬范圍的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。此外，可以用將允許對于特定的應(yīng)用校準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的量的方式選擇活板46的材料和配置，該方式可取決于系統(tǒng)32的尺寸和設(shè)計(jì)空氣流量。根據(jù)實(shí)施方式的活板偏轉(zhuǎn)函數(shù)的一個(gè)例子在圖7中示出。在該圖中，壓力差(例如，在空氣保持區(qū)和周圍空氣區(qū)之間)以水柱的英寸為單位顯示在水平軸上，且活板偏轉(zhuǎn)角以相對于中性位置(例如，零度)旋轉(zhuǎn)的度數(shù)為單位顯示在垂直軸上。在本例中，活板偏轉(zhuǎn)函數(shù)被顯示為曲線90，其實(shí)質(zhì)上是線性的，雖然可利用其它函數(shù)。如可在圖7中看到的，在一個(gè)實(shí)施方式中，活板可響應(yīng)于范圍在大約-0.06英寸和+0.06英寸水柱之間的差動(dòng)空氣壓力而在大約-35度和+35度之間的整個(gè)范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)。將認(rèn)識到，本公開不應(yīng)限于本文所引證的例子，以及利用本文所述的技術(shù)的空氣壓力差探測系統(tǒng)可適合于在各種配置及其改編中的各種差動(dòng)空氣壓力范圍。再次參考圖6，系統(tǒng)32還包括感測設(shè)備50，例如上面關(guān)于圖4描述的感測設(shè)備。感測設(shè)備50包括光源52和安裝在基底60上的多個(gè)光探測器54，基底60具有在其中位于基底的大約垂直中點(diǎn)處的開口 62。開口 62與光源52對齊,使得光源所發(fā)射的光可實(shí)質(zhì)上無阻礙地穿過開口以照射活板46的表面56，如箭頭74所示的。光從活板46的表面56反射，如箭頭76所示的。反射光相對于光束74以光反射角傳播。光反射角相應(yīng)于活板偏轉(zhuǎn)角af0根據(jù)反射和幾何原理的定律，a, a f。這是因?yàn)楣馐?4相對于活板46的表面56的入射角(未標(biāo)示)(其相應(yīng)于活板偏轉(zhuǎn)角a f)等于相對于法向(例如，垂直)入射角(也未標(biāo)示)的偏轉(zhuǎn)角。如可在附圖中看到的，光反射角是由流經(jīng)空氣通路的空氣所引起的活板偏轉(zhuǎn)的度數(shù)的函數(shù)。在圖6中也不出由光源52發(fā)射的光從表面56朝著一個(gè)或多個(gè)光探測器54反射的一個(gè)例子。因此，一個(gè)或多個(gè)光探測器54可根據(jù)光反射角ap光探測器的配置和其它因素探測反射光。因此，可基于哪個(gè)光探測器54探測到反射光來確定活板偏轉(zhuǎn)角af。例如，第一光探測器可探測大約二度的活板偏轉(zhuǎn)角；第二光探測器探測六度的活板偏轉(zhuǎn)角，等等。可通過調(diào)節(jié)位于例如基底60上的光探測器的數(shù)量、光探測器的間隔或兩者來設(shè)置傳感器設(shè)備50的分辨率。例如，如果光傳感器緊密地放置在一起，則以較大的精確度探測活板偏轉(zhuǎn)角將是可能的?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)活板46和多個(gè)光探測器54之間的距離來設(shè)置傳感器設(shè)備50的敏感度。例如，如果光探測器54放置得較接近活板46的表面56，則反射光將更聚焦(即，較少地散射)在光探測器上，提高傳感設(shè)備50的響應(yīng)和性能特征。除了確定活板偏轉(zhuǎn)角以外，還可基于例如活板偏轉(zhuǎn)角^丨根據(jù)上面關(guān)于圖7描述的已知或計(jì)算的函數(shù)來確定空氣壓力差。表示所確定的空氣壓力差的值可被呈現(xiàn)給控制單元(未示出)用于進(jìn)一步處理(例如，作為在數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)內(nèi)的氣流控制算法的過程變量)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，系統(tǒng)32的分辨率是大約0.005英寸水柱。這被證明展示在一般數(shù)據(jù)中心內(nèi)的空氣保持區(qū)和周圍空氣區(qū)之間的預(yù)期操作壓力差。圖8示出根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式的確定空氣壓力差的方法100的流程圖。方法100在塊102開始。在塊104，光束被投射到可移動(dòng)構(gòu)件。光束可以是例如激光光束或能夠足夠強(qiáng)大和為特定的應(yīng)用聚焦的其它光束。光束可以可選地是另一類型的波形，例如聲納、超聲波或具有方向特性的其它信號?？梢苿?dòng)構(gòu)件可例如是布置在導(dǎo)管內(nèi)的活板，導(dǎo)管適合于為其中的空氣流提供通路，例如在上面關(guān)于圖3描述的空氣壓力差探測系統(tǒng)32中?？梢苿?dòng)構(gòu)件配置成響應(yīng)于系統(tǒng)32兩端的空氣壓力差、穿過系統(tǒng)的空氣流或兩者而移動(dòng)。將理解，可移動(dòng)構(gòu)件可包括其它物體，包括但不限于風(fēng)向標(biāo)、螺旋槳、風(fēng)向袋、氣窗、隔膜或配置成響應(yīng)于空氣壓力差、空氣流或兩者的施加而移動(dòng)的其它設(shè)備。可移動(dòng)構(gòu)件包括適合于從它反射光束的反射表面。反射光束相對于投射光束的角度是可移動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)和位置的函數(shù)。
在塊106，光束在它從可移動(dòng)構(gòu)件反射之后被探測到。反射光束可例如由傳感器設(shè)備例如上面關(guān)于圖3描述的傳感器設(shè)備50探測。這樣的設(shè)備包括用于產(chǎn)生光束的光源和布置成探測在多個(gè)位置處的反射光束的多個(gè)光探測器。例如，反射光束的位置將根據(jù)可移動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)而變化，而每個(gè)光探測器配置成探測在固定位置處的光。因此，一個(gè)或多個(gè)光探測器可根據(jù)可移動(dòng)構(gòu)件的位置和從可移動(dòng)構(gòu)件的反射表面反射的光束的角度來探測反射光束。當(dāng)可移動(dòng)構(gòu)件移動(dòng)時(shí)，反射光束也相應(yīng)地移動(dòng)。以這種方式，可基于一個(gè)或多個(gè)光探測器中的哪個(gè)探測到反射光來確定可移動(dòng)構(gòu)件的位置。在塊108，基于所探測的光束來確定空氣壓力差?？墒褂檬顾綔y的光束與例如上面關(guān)于圖7描述的多個(gè)空氣壓力差值之一相關(guān)的函數(shù)來確定空氣壓力差。過程在塊110結(jié)束。這樣描述了本公開的至少一個(gè)實(shí)施方式后，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將容易想到各種更改、修改和改進(jìn)。這樣更改、修改和改進(jìn)被規(guī)定為在本公開的范圍和精神內(nèi)。例如，上面描述的活板可由對空氣流經(jīng)系統(tǒng)的導(dǎo)管作出響應(yīng)并配置成在可預(yù)測的方向上反射光的任何可移動(dòng)構(gòu)件代替。此外，活板和傳感設(shè)備相對于彼此和相對于主體的布置和方位可不同于所述實(shí)施方式，因?yàn)榭諝鈮毫Σ羁墒褂孟到y(tǒng)的可選設(shè)計(jì)(例如，使用在過頂感測設(shè)備而不是位于導(dǎo)管的一端附近的感測設(shè)備)來確定。因此，前述描述僅作為例子且并沒有被規(guī)定為限制性的。本公開的限制僅在下面的權(quán)利要求和其等效形式中限定。
權(quán)利要求
1.一種空氣壓力差感測系統(tǒng)，包括: 導(dǎo)管，其限定空氣通路，當(dāng)跨所述空氣通路的不同區(qū)施加空氣壓力差時(shí)，空氣流經(jīng)所述空氣通路； 活板，其在所述導(dǎo)管內(nèi)被樞轉(zhuǎn)地連接，所述活板配置成響應(yīng)于所述空氣流經(jīng)所述空氣通路而繞著樞轉(zhuǎn)軸移動(dòng)；以及 感測設(shè)備，其安裝在所述空氣通路附近，并與所述活板分離，所述感測設(shè)備配置成感測所述活板繞著所述樞轉(zhuǎn)軸的角位置，所述活板的所述角位置是所述空氣壓力差的函數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述感測設(shè)備還配置成通過探測來自所述活板的表面的反射光來感測所述活板繞著所述樞轉(zhuǎn)軸的所述角位置。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述感測設(shè)備包括配置成使用光照射所述活板的表面的至少一部分的發(fā)光單元。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)光單元包括激光器。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述感測設(shè)備還包括用于探測所述反射光的多個(gè)光探測器。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)光探測器中的至少一個(gè)是光電二極管。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)光探測器布置成使得所述感測設(shè)備感測在所述活板的角位置的范圍內(nèi)的所述活板的角位置。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述活板的所`述角位置的所述范圍相應(yīng)于在大約-0.060英寸水柱和大約+0.060英寸水柱之間的空氣壓力差的范圍。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述活板的所述角位置相應(yīng)于中性位置，當(dāng)所述空氣壓力差大約為零時(shí)，所述活板擱在所述中性位置處。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述活板響應(yīng)于其上的重力的效應(yīng)而擱在所述中性位置處。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)管的所述空氣通路與空氣保持區(qū)和周圍空氣區(qū)流體連通，否則，所述空氣保持區(qū)和所述周圍空氣區(qū)實(shí)質(zhì)上彼此隔離。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括處理單元，所述處理單元耦合到所述感測設(shè)備并配置成基于所述活板的所感測的角位置來確定所述空氣壓力差。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述處理單元還配置成基于所述空氣壓力差來調(diào)節(jié)在所述空氣保持區(qū)和所述周圍空氣區(qū)之間流動(dòng)的空氣的平衡。
14.一種用于確定空氣壓力差的方法,所述方法包括: 朝著可移動(dòng)構(gòu)件的反射表面投射光束，所述可移動(dòng)構(gòu)件響應(yīng)于空氣流經(jīng)空氣通路而移動(dòng)，所述空氣流通過所述空氣壓力差而引入； 在所述光束從所述可移動(dòng)構(gòu)件的所述反射表面反射之后使用多個(gè)光探測器中的至少一個(gè)探測所述光束；以及 基于所探測的光束來確定所述空氣壓力差。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述空氣通路與空氣保持區(qū)和周圍空氣區(qū)流體連通，否則，所述空氣保持區(qū)和所述周圍空氣區(qū)實(shí)質(zhì)上彼此隔離。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括基于所述空氣壓力差來調(diào)節(jié)在所述空氣保持區(qū)和所述周圍空氣區(qū)之間流動(dòng)的空氣的平衡。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述多個(gè)光探測器中的每個(gè)相應(yīng)于多個(gè)預(yù)先確定的空氣壓力差值中的一個(gè)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中確定所述空氣壓力差包括識別相應(yīng)于探測所述光束的所述多個(gè)光探測器中的所述至少一個(gè)的所述多個(gè)預(yù)先確定的空氣壓力差值中的所述一個(gè)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述可移動(dòng)構(gòu)件響應(yīng)于所述空氣流經(jīng)所述空氣通路而移動(dòng)到確定的位置，且其中所述確定的位置是所述空氣壓力差的函數(shù)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中當(dāng)所述空氣壓力差大約為零時(shí)，所述可移動(dòng)構(gòu)件擱在中性位置處 。
全文摘要
空氣壓力差感測系統(tǒng)包括限定空氣通路的導(dǎo)管，當(dāng)空氣壓力差施加在空氣通路的不同區(qū)中時(shí)，空氣流經(jīng)空氣通路；在導(dǎo)管內(nèi)被樞轉(zhuǎn)地連接的活板；以及安裝在空氣通路附近并與活板分離的感測設(shè)備。活板配置成響應(yīng)于空氣流經(jīng)空氣通路而繞著樞轉(zhuǎn)軸移動(dòng)。感測設(shè)備配置成感測活板繞著樞轉(zhuǎn)軸的角位置，活板的角位置是空氣壓力差的函數(shù)。
文檔編號G01F1/28GK103202108SQ201180051110
公開日2013年7月10日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者小約翰·H·比恩, O·諾格魯, 丹尼爾·J·羅爾 申請人:施耐德電氣It公司