CN100538402C - 热舒适的传感装置以及包括多个这种装置的用于模拟热交换的模拟人 - Google Patents
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Abstract
一种传感装置(S)，尤其是用于拟人类型的模拟人(M)的传感装置，该传感装置包括热绝缘支承结构(1)，该支承结构具有形成在支承结构同一侧的两个测量区域(1d；1e)，每个测量区域具有配置在其上的测量装置(DA，DB)，该测量装置包括电加热器(2)以及装配在加热器(2)上的电热流传感器(3)和相关联的电温度传感器(4)。该结构(1)也具有相关联的流速传感装置(AS)，最好配置在测量装置(DA，DB)之间的中间区域中，以用来在操作期间提供指示在附近的空气流速度的信号。装置(S)也包括电采集和控制单元(ACE)，该电采集和控制单元设置用来根据预定指令控制加热器(2)的操作和/或用来接收由前述的传感器(3，4，AS)发射的信号。
Description
本发明涉及一种用在拟人类型的模拟人中的热舒适的传感装置，尤其涉及用于估计由机动车辆的车厢中的乘客感觉到的温度感觉。
身体的温暖感的知觉依赖于人体和周围环境的热交换。人体会消耗由其新陈代谢产生的热量。为了调整在身体和环境之间的交换的热流发生的生理反应(血管舒张、血管收缩、发汗等等)能够引起热不适。
US-A-5560711揭露了包括两个膜片的上述传感装置，每个膜片形成具有2至3μm厚度的中央隔板，他们彼此之间是通过粘结剂粘结在一起以在他们之间形成气孔。较低膜片的隔板包括薄膜加热器和薄膜温度传感器。较高膜片的隔板包括操作用来感觉皮肤温度情况的两个串联的热电偶、常温传感器和形成在常温传感器上的黑体层。传感装置在使用中提供依赖于空气流动速度的输出电压。
DE-39 22 854-A1揭露了用于提供在有条件的气候的环境中的热舒适的的测量。该装置包括应用在模拟人的特定位置上的分开的传感器。所述的传感器包括空气流动速度传感器。
为了在一个特定环境中估计热感觉，例如在机动车辆的车厢，已经提议和制造了带有传感器的模拟人，该模拟人能够测量由某些预定物理量假定的值，该预定的物理量有助于感知的热感觉。这种模拟人通常是有关节的，因此能够将他们设置成机动车辆的驾驶员或者乘客的特有的姿势。
在机动车辆的车厢中，或者在就座的位置上，人的身体通过与座位和与周围的空气接触交换热量。
本发明的目的就是为了提供一种热舒适的传感器，该热舒适的传感器能够用于估计在特定环境中的热感觉，并且尤其能够用于模拟仿真人。
通过利用这种传感器，可制造配置有传感器的模拟人以测量仅仅由周围环境中的空气引起的热感觉。以这个为目的，由于模拟人不需要具有真人的物理重量，因此模拟人将是轻便的并且因此容易用手搬运。
依据本发明的传感装置的技术方案，可以实现这个或者其他的目的。
该模拟器也包含模拟仿真人，该模拟仿真人包括多个这种热舒适的传感器。
下面参考附图，本发明的更多的特征和优点将完全通过非限定性实施例的方式的详细描述明显的表现出来，其中：
图1是根据本发明的热舒适的传感装置的透视图；
图2是所述传感器的侧视图，是沿着图1的箭头II的方向观察的；
图3是本发明的热舒适的传感器的结构的方框图；
图4是根据本发明的装配了多个热舒适的传感器的模拟仿真人的示意透视图；以及
图5是显示了根据本发明的装配了传感器的模拟人相联系的装置的方框图。
参考附图，根据本发明的热舒适的传感器在图1和2中整体上示作S。
这一点下面将变得很明显，为了模拟热交换，该传感器S是以作为模拟人的表面或者“皮肤”传感器的方式制成以进行运作。
皮肤是人体能够通过其来与周围环境交换较大部分热量或者交换通过新陈代谢产生的较大部分热能的器官，在某种意义上，热量或者热能依赖于每个单个人的特征，也就是依赖于承担的运动的类型和强度。在人体和周围环境的空气之间热能的交换的产生基本上是通过对流和辐射实现的。如较早所记录的，人体具有热量调节“机理”，借此皮肤温度可以通过血液循环(血管舒张、血管收缩)和流汗的方式得到调整。
除去有关排汗或者出汗的现象之外，本发明的热舒适的传感器S模拟人身体皮肤的一部分的热特性。无论如何，皮肤温度的出汗效果能够通过利用关于相对湿度和当地的空气速度的数学模型和数据进行估计。
热舒适的传感器S包括由例如象Polipan的热绝缘材料制成的支承结构1。
通过示例的方式说明的实施例中，支承结构1包括中间部分1a，该中间部分是薄板形式的，该中间部分在比较厚的两个端部1b和1c之间延伸，因此在结构1的同一侧形成为两个凸起的测量表面1d和1e。
每个测量表面1d和1e都具有施加到其上的相应的测量装置DA、DB。
如在图2中能够很好的看到的，每个测量装置DA、DB包括一个电加热器2，该电加热器是由支承结构1直接支撑的。
所述的加热装置2具有本身已知的类型，例如为包括带有施加到那里的加热电阻的电绝缘和热绝缘材料制成的圆盘基底。
每个测量装置DA和DB也包括位于他们各自的加热器2之上、在与支承结构1相对的一侧上的相应的热流传感器3和相关联的温度传感器4。
在图1和图2中示例说明的该实施例中，将在每个测量装置DA或者DB中的热流传感器安装到各自的加热器2上，而相关联的温度传感器4本身安装到热流传感器3上。在这样的安排中，热流传感器3能够为热电堆类型，因此能够根据通过他们流动的W/m2产生电压。
温度传感器4可以是电阻或者热电偶类型。
在没有说明的本发明的变型中，每个热流传感装置3与相关联的温度传感器4是在一单个基底上一体成型的。然而，在这种情况下，温度传感器4仍然测量面对将进行调查的环境的表面温度。
在该热舒适的传感器S中，在每个测量装置DA或者DB中的加热器2产生具有符合一给定的代谢值的每单位面积的热能密度W/m2的热量。相关联的热流传感器产生指示由相关联的加热器2形成的热量的电压信号。热流传感器3的表面达到依赖于周围条件的温度(“皮肤”温度)，该温度是通过相关联的温度传感器4测量出的。
如果传感器S包括两个测量装置DA和DB，因此他们能够方便地模拟不同的代谢值(高和低)，全体成员的预定的大多数部分的新陈代谢将落入到他们之间确定的范围内。
在图1和2中，AS指示的空气速度传感器是由支承结构1支撑的，并且与测量装置DA和DB在同一侧，在这些测量装置之间的中间区域上。在工作过程中，传感器AS发射指示在它的附近流动的空气速度的电信号。这个信号是用于估计在出汗期间从人体蒸发的水蒸气的量的参数。
参考图1至图3，由ACE指示的电采集和控制单元与热舒适的传感器S是物理连接在一起的，例如固定在支承结构1上，并且位于与支承结构支撑测量装置DA和DB和传感器AS的一侧相反的一侧上。
电采集和控制单元ACE包括，例如，与加热器2和传感器3、4和AS连接的电控制单元ECU(图3)。控制单元ECU包括用于放大通过传感器、微处理器μP和相关联的存储装置M发射的信号的放大装置。ECU单元也与串行通信接口SCP连接，该串行通信接口构成了电采集和控制单元ACE的一部分(图3)，并且设置成能够使传感器S与插入到模拟人中的主要单元通信并且能够与在该模拟人中配置的不同的热舒适的传感器通信。
上面描述的传感器将基本如下面描述的那样工作。
热舒适的传感器的主要作用是达到模拟人体表面的一部分的新陈代谢热量的产生。这种新陈代谢热量产生的模拟是通过将电力应用到加热器2和通过利用相关联的热流传感器3以控制产生的热流来获得的，因此能够确保模拟的基本恒定。
单元ECU依靠由相关联的流传感器3测量的热流控制加热器2，调节提供给他们的能量。单元ECU也获得通过传感器4用信号传输的温度值。在由传感器3报告的温度值和热流值的基础上，控制单元ECU能够计算给出热舒适的的合成指示的“仿真的”参数值，例如所谓的“工作温度”和在其中进行模拟的环境的热交换参数特性。
根据在先的意大利专利申请6799-A/85中描述的方法，通过适当的校准，也能够计算“等效温度”。
如果校准数据和传感器的检测装置DA和DB的特性图上的数据存储在控制单元ECU的存储器M上将会是非常便利的。
电控制单元ECU通过例如串行类型的通信接口SCP与协同所有的热舒适的传感器以及空气温度和空气湿度传感器的中央控制单元通信。
每个舒适传感器提供已经测量的数据并且也能够被控制用于模拟不同的新陈代谢情况(在一般的激励情况下，在受到应力等等的激励情况下)，这些不同的新陈代谢情况对应于由加热器2产生的热能密度的不同值。
为了将表面温度(也就是传感器4处的温度)维持为一个基本恒定的值，与传感器S相关联的电采集和控制单元ACE也可操作用来调整由加热器2消耗的电力。这个可能性对于在舒适情况区域内实现测量是尤其有用的，其中对于理解在环境中热感觉的快速变化的效果是有用的。这个恒定的温度控制由于较少的依赖于热惯性和传感器，因此本质上是较快的。应用到加热器2上的电力能够通过基于两个测量装置DA和DB的两个不同的温度阀值的闭环控制的方式从而容易地进行调整。
在图4中，通常用M指示根据本发明装配了多个热适应传感器的一个拟人的、关节式的模拟人。在图4所示的例子中，模拟人M具有指示为S1至S18的18个热舒适的传感器。
所描述的模拟人M也具有本身已知类型的多个(具体是八个)温度和环境湿度传感器，该多个传感器是由T1至T8指示的。
中心控制单元(在图5中由MECU指示)和受其控制的所有的热舒适的传感器(S1÷Sn)以及环境温度传感器(T1÷Tm)一起与模拟人M结合在一起，并且能够与包括例如个人计算机PC的外部处理和控制单元通过无线电通信装置TX的方式进行通信。
外部计算机PC包括基于可操作的人体生理学模型的数据处理软件以提供热适应指数。
自然地，在不脱离由所附的权利要求书要求保护的本发明的范围的条件下，本发明原理保持不变，实施例和制作细节可以大大的不同于通过非限定性示例的那些描述和说明。
模拟人可仅包括舒适传感器，具有例如通过用户估计的环境温度和湿度的值。
Claims (10)
1.一种传感装置(S)，其包括：
一绝热材料制成的支承结构(1)；形成在支承结构一侧的第一测量区域，并且具有配置在其上的测量装置，所述的测量装置包括与所述支承结构(1)相连接的电加热器(2)，以及电热流传感装置(3)和相关联的电温度传感器(4)，这些都装配在该电加热器(2)上，位于所述支承结构(1)的所述侧上；
该传感装置(S)还包括电采集和控制装置(ACE)，其在操作上用于根据预定的指令控制该电加热器(2)的操作和/或用来接收由电热流传感装置(3)和电温度传感器(4)发射的信号；
该传感装置(S)还包括：
与第一测量区域在支承结构(1)的同一侧形成的第二测量区域，并且该第二测量区域与第一测量区域间隔开，第二测量区域也具有配置在其上的相应的测量装置；以及
与所述的支承结构(1)相关联的空气流速传感器(AS)，并且装配在支承结构(1)的上述侧上，用来在操作期间提供指示附近的空气流的速度的电信号；
所述的流速传感器(AS)与所述的电采集和控制装置(ACE)相连接，它们被固定在所述的支承结构(1)上，该电采集和控制装置(ACE)在操作上接收由空气流速传感器(AS)发射的信号。
2.根据权利要求1所述的传感装置，其中每个电加热器(2)包括施加到电绝缘基底上的加热电阻元件。
3.根据权利要求1所述的传感装置，其中每个电热流传感器(3)是热电堆类型。
4.根据权利要求1所述的传感装置，其中每个电温度传感器(4)是电阻传感器或者是热电偶传感器。
5.根据权利要求1所述的传感装置，其中空气流速传感器(AS)是单向类型。
6.根据权利要求1所述的传感装置，其中所述的电采集和控制装置(ACE)包括存储装置(M)，其在操作上用来存储用于校准传感装置(S)的特性的数据。
7.根据权利要求1所述的传感装置，其中所述的电采集和控制装置(ACE)包括一串行通信接口(SCP)。
8.根据权利要求1所述的传感装置，其中设置所述的采集和控制装置(ACE)用以控制所述的电加热器(2)，从而这些电加热器产生基本恒定的预定值的热流，或者以这样的方式使得通过前述的温度传感器(4)测量的温度保持基本恒定。
9.一种有关节的模拟人，其包括多个根据一个或者多个前述的权利要求所述的传感装置。
10.根据权利要求9所述的模拟人，其还包括多个环境温度表面传感器。
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