CN104730797A - 电致变色器件的电致变色温度控制方法 - Google Patents

Abstract

电致变色器件的电致变色温度控制方法，属于电致变色温度控制技术领域。本发明是为了解决现有电致变色器件的光学性质不能通过控制实现快速响应的问题。它通过温度采集单元采集电致变色器件所处环境的温度模拟信号；通过模数转换器将温度模拟信号转换为温度数字信号；采用计算模块对温度数字信号进行计算处理，获得电致变色器件的电压控制信号；将电致变色器件的电压控制信号通过运算放大电路输出到电致变色器件的电极两端，形成电势差，实现对电致变色器件的电致变色控制。本发明用于电致变色温度控制。

Description

电致变色器件的电致变色温度控制方法

技术领域

本发明涉及电致变色器件的电致变色温度控制方法，属于电致变色温度控制技术领域。

背景技术

电致变色玻璃或者电致变色器件依托于材料体系，通过改变器件或者电极两端的电势差，来改变该器件的光学性质，该光学性质包括紫外、可见波段的吸收率、透过率、反射率、红外波段的发射率等。随着现代电子工业的发展，或精细或快捷的改变电势，即可满足电致变色在各领域的应用。

在红外波段具有强吸收率的变色材料可应用于红外隐身；在可见波段具有全波段吸收、反射的协同变化材料可应用于光学伪装，如果这种材料同时还具有透明的颜色，则可应用于变色窗；若器件在可见红外波段的吸收发射特性呈负相关性，则可应用于热控及航天领域；对于显示设备，则要求变色器件在不同电势下存在多种颜色色度，且具有极快速的响应速度。因此，如何高效快捷的通过控制电路来改变变色器件的光学性质已成为电致变色领域亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明目的是为了解决现有电致变色器件的光学性质不能通过控制实现快速响应的问题，提供了一种电致变色器件的电致变色温度控制方法。

本发明所述电致变色器件的电致变色温度控制方法，它包括以下步骤：

步骤一：通过温度采集单元采集电致变色器件所处环境的温度模拟信号；

步骤二：通过模数转换器将温度模拟信号转换为温度数字信号；

步骤三：采用计算模块对温度数字信号进行计算处理，获得电致变色器件的电压控制信号；

步骤四：将电致变色器件的电压控制信号通过运算放大电路输出到电致变色器件的电极两端，形成电势差，实现对电致变色器件的电致变色控制。

步骤三中获得电致变色器件的电压控制信号的具体方法为：

在计算模块中，将电致变色器件的电压变化分级定义为n级，电压控制信号E为：

E＝ε_min+m△ε；

其中电致变色器件的电压变化步长Δε为：

$\mathrm{\Δ\ϵ}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\max }-{\mathrm{\ϵ}}_{\min }}{n},$

其中ε_max为电致变色器件的电压最大值，ε_min为电致变色器件的电压最小值；m为电致变色器件的预期电压变化级数，m＝1，2，3，……，n；

定义电致变色器件所处环境的控温区间为[T₁,T₂]，T₁为所述环境的最低温度值，T₂为所述环境的最高温度值，则：

$m=\left\{\begin{array}{cc}n,& T\&GreaterEqual;\frac{T_1+T_2}{2}\\ \mathrm{ROUND}\left(\frac{2n(T-T_1)}{T_2-T_1}\right),& T_1<T<\frac{T_1+T_2}{2}\\ 0,& T\&le;T_1\end{array}\right.,$

式中T为所述温度数字信号。

定义温度采集单元的采样周期为τ，以10个采样周期τ作为1次调整周期，在每个调整周期对电致变色器件进行一次电压调节，针对第2次及以上的调整周期：

设定第i个采样周期的所述温度数字信号为T_i，并定义上一次调整周期的调整电压控制信号为ε₀，m₀为上一次调整周期的电致变色器件电压变化级数：

ε₀＝ε_min+m₀Δε；

定义 $\stackrel{\&OverBar;}{T}=\frac{T_1+T_2}{2};$

则： $m=\left\{\begin{array}{cc}n,& T\&GreaterEqual;T_2\\ \left[e_{\left(t\right)}\right],& T_1<T{<T}_2\\ 0,& T\&le;T_1\end{array}\right\};$

式中e_(t)为：

式中为温度变化量；

则获得当前调整周期的电压控制信号E为：

E＝ε₀+Round[e(t)]Δε。

本发明的优点：本发明技术依需要使用硬件电压输出电路板，并且需要高效的动态材料响应温控的软件程序，用来实时调控材料的发射率，依托于电压---发射率---温度的关系，制作出能够通过电压调节材料发射率的方法，并结合材料在外界光照下不同施加电压对可见光和红外射线的吸收发射并可以达到改变温度的特性，开发出一种能够真正改变环境温度的方法，本发明中涉及的算法包括基本算法以及优化算法，基本算法的基础思想为假设电压与发射率为线性关系，把电压分为n等分，通过温度与平均工作温度的比值，调节电压以改变温度。而优化算法在满足上述基础上，为进一步节省能源消耗以及智能调控，引入微分变量：温度变化速率，以单位时间内的温度变化幅度为变量来调节电压，摆脱原有电压-温度点对点的关系，要达到宏观调控的目的，摆脱了传统的线性关系来，达到真正的智能热控。

本发明通过计算模块对数据采集单元采集获得的当前信号进行处理，快速获得电致变色器件的控制电压，以实现电致变色器对环境需求的快速响应，并呈现预期的颜色色度，快速满足控制需求。

本发明方法使电致变色器件对电压控制信号的响应速度快，控制精度高，可应用于多种技术领域。

附图说明

图1是本发明所述电致变色器件的电致变色温度控制方法的信号传递原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述电致变色器件的电致变色温度控制方法，它包括以下步骤：

步骤一：通过温度采集单元采集电致变色器件所处环境的温度模拟信号；

步骤二：通过模数转换器将温度模拟信号转换为温度数字信号；

步骤三：采用计算模块对温度数字信号进行计算处理，获得电致变色器件的电压控制信号；

步骤四：将电致变色器件的电压控制信号通过运算放大电路输出到电致变色器件的电极两端，形成电势差，实现对电致变色器件的电致变色控制。

本实施方式中温度采集单元作为采集输入端，为不同需求环境下实时采集数据。温度采集单元可具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输功能。

在电致变色器件的不同使用中，作为输入端的采集单元可用于采集电信号，温度，图片及流媒体数据等，在后期还可依托于现有卫星信号、wifi信号及蓝牙信号进行远程数据采集。

模数转换器将温度采集单元采集的模拟信号转变为数字信号，通常模数转换器将信号采样并保持以后，再进行量化和编码，这两个过程是在转化的同时实现的。

计算模块将转换后的数字信号通过一定计算过程计算以及再处理，最终经输出模块传递给电致变色器件，根据应用需求，该计算过程可通过语言编译并且记录计算结果，以实现各种精细的开环或闭环控制。

本实施方式中还可以包括显示模块，结合数字电路技术，将已经获得的电致变色器件的电压控制信号显示在数码表及液晶显示器等设备上，便于实时观察与结果记录。

具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，步骤三中获得电致变色器件的电压控制信号的具体方法为：

在计算模块中，将电致变色器件的电压变化分级定义为n级，电压控制信号E为：

E＝ε_min+m△ε；

其中电致变色器件的电压变化步长Δε为：

$\mathrm{\&Delta;\&epsiv;}=\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_{\max }-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\min }}{n},$

其中ε_max为电致变色器件的电压最大值，ε_min为电致变色器件的电压最小值；m为电致变色器件的预期电压变化级数，m＝1，2，3，……，n；

定义电致变色器件所处环境的控温区间为[T₁,T₂]，T₁为所述环境的最低温度值，T₂为所述环境的最高温度值，则：

$m=\left\{\begin{array}{cc}n,& T\&GreaterEqual;\frac{T_1+T_2}{2}\\ \mathrm{ROUND}\left(\frac{2n(T-T_1)}{T_2-T_1}\right),& T_1<T<\frac{T_1+T_2}{2}\\ 0,& T\&le;T_1\end{array}\right.,$

式中T为所述温度数字信号。

具体实施方式三：本实施方式对实施方式二作进一步说明，该实施方式为进一步优化，定义温度采集单元的采样周期为τ，以10个采样周期τ作为1次调整周期，在每个调整周期对电致变色器件进行一次电压调节，针对第2次及以上的调整周期：

设定第i个采样周期的所述温度数字信号为T_i，并定义上一次调整周期的调整电压控制信号为ε₀，m₀为上一次调整周期的电致变色器件电压变化级数：

ε₀＝ε_min+m₀Δε；

定义 $\stackrel{\&OverBar;}{T}=\frac{T_1+T_2}{2};$

则： $m=\left\{\begin{array}{cc}n,& T\&GreaterEqual;T_2\\ \left[e_{\left(t\right)}\right],& T_1<T{<T}_2\\ 0,& T\&le;T_1\end{array}\right\};$

式中e_(t)为：

式中为温度变化量；

则获得当前调整周期的电压控制信号E为：

E＝ε₀+Round[e(t)]Δε。

上式中，可由ΔT代替取ΔT＝T_i-T_i-3，其中i≥4，即取3个采样控制周期1min左右的温度变化数据，也可取连续几个调整周期的差值，以判断是否存在无采集，提高精度。

以上各式中，m＝0的情况下不进行电压调节，从而减少调节次数和降低能耗。但要求累积10min未进行调节的情况下，对电致变色器件加电压一次，电压维持与加电前相同。

本发明按照具体实施方式二中叙述的方法进行计算循环一周后进入具体实施方式三所描述的优化算法，所述调整周期包含的采样周期数可根据需要进行调整。

本发明给出了电致变色器件应用于热控领域的实例：电致变色温度控制系统是通过调节电致变色调节材料的吸收发射比值来实现温度控制。不同吸收发射比的电致变色器件在日照或光照环境中对可见光和中远红外光进行吸收，以及自身对外界辐照进行内能的吸收和辐射，进而改变整体环境温度。在具体应用实例中，温度采集单元可采用DS18B20温度传感器，由于DS18B20是数据信号采集器，因此不需要模数转换器进行信号的转换。计算模块和控制信号输出模块可集成在一个STC12C5A60S2单片机上，通过将温度传感器采集到的信号编译量化之后，再经过计算模块及运算放大电路输出到电致变色器件上，实现温度控制的目的。

Claims (3)

1.一种电致变色器件的电致变色温度控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一：通过温度采集单元采集电致变色器件所处环境的温度模拟信号；

步骤二：通过模数转换器将温度模拟信号转换为温度数字信号；

步骤三：采用计算模块对温度数字信号进行计算处理，获得电致变色器件的电压控制信号；

步骤四：将电致变色器件的电压控制信号通过运算放大电路输出到电致变色器件的电极两端，形成电势差，实现对电致变色器件的电致变色控制。

2.根据权利要求1所述的电致变色器件的电致变色温度控制方法，其特征在于，步骤三中获得电致变色器件的电压控制信号的具体方法为：

在计算模块中，将电致变色器件的电压变化分级定义为n级，电压控制信号E为：

E＝ε_min+m△ε；

其中电致变色器件的电压变化步长Δε为：

$\mathrm{\&Delta;\&epsiv;}=\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_{\max }-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\min }}{n},$

其中ε_max为电致变色器件的电压最大值，ε_min为电致变色器件的电压最小值；m为电致变色器件的预期电压变化级数，m＝1，2，3，……，n；

定义电致变色器件所处环境的控温区间为[T₁,T₂]，T₁为所述环境的最低温度值，T₂为所述环境的最高温度值，则：

$m=\left\{\begin{array}{cc}n,& T\&GreaterEqual;\frac{T_1+T_2}{2}\\ \mathrm{ROUND}\left(\frac{2n(T-T_1)}{T_2-T_1}\right),& T_1<T<\frac{T_1+T_2}{2}\\ 0,& T\&le;T_1\end{array}\right.,$

式中T为所述温度数字信号。

3.根据权利要求2所述的电致变色器件的电致变色温度控制方法，其特征在于，

定义温度采集单元的采样周期为τ，以10个采样周期τ作为1次调整周期，在每个调整周期对电致变色器件进行一次电压调节，针对第2次及以上的调整周期：

设定第i个采样周期的所述温度数字信号为T_i，并定义上一次调整周期的调整电压控制信号为ε₀，m₀为上一次调整周期的电致变色器件电压变化级数：

ε₀＝ε_min+m₀Δε；

定义 $\stackrel{\&OverBar;}{T}=\frac{T_1+T_2}{2};$

则： $m=\left\{\begin{array}{cc}n,& T\&GreaterEqual;T_2\\ \left[e_{\left(t\right)}\right],& T_1<T<T_2\\ 0,& T\&le;T_1\end{array}\right\};$

式中e_(t)为：

式中为温度变化量；

则获得当前调整周期的电压控制信号E为：

E＝ε₀+Round[e(t)]Δε。