CN107850798B - 具有热通量传感器的玻璃装配和制备其的方法 - Google Patents

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Abstract

示例性实施例涉及一种玻璃装配组件，包括：第一玻璃基板(202)。辐射屏蔽(204)直接或间接覆盖所述第一玻璃基板(202)的外围边缘区域的至少一部分。双接点固态热通量传感器包括：定位在所述组件中的第一接点(208)，位于第一位置，其中来自辐射源的辐射穿过所述第一玻璃基板(202)被接收；定位在所述组件中的第二接点(210)，位于第二位置，其通过所述辐射屏蔽(206)从所述辐射源中被阻挡；和电路(212)，配置为基于所述第一接点和所述第二接点处各自生成的转换电压之间的差来生成信号(214)。控制模块可被配置用来接收所述信号，并选择性地生成响应其中的动作。

Description

具有热通量传感器的玻璃装配和制备其的方法
技术领域
本发明的示例实施例涉及一种具有热通量传感器的玻璃装配组件和/或其制备方法。更具体地说，本发明的示例实施例涉及一种使用提供给玻璃装配的单个或多个接点固态热通量传感器以选择性地触发响应检测的热通量的适当动作和/或相关的方法。适当的动作可包括，例如，切换式玻璃装配的激活或失活，局部或中央加热和冷却系统的调整，排气口的驱动等(例如，考虑能源效率温度和舒适性控制)。
背景技术
出于建筑规范、国家规定、节能的目的和/或类似的要求，一些建筑设计师、建筑师和业主对建筑能源消耗进行了计算和预测。一般来说，希望减少建筑物能源消耗，从而潜在地降低总占用成本(例如通过低加热和/或冷却费用)，提供“绿色”或更环保的结构等。
窗是建筑围护结构中的双向能量通道，因此，建筑物和其周围环境之间的能量交换平衡常常受到很大影响。特别是，不管是市场上的“净零能源建筑”或类似等，其趋势为建筑工程使用不超过其所产生的能源。
在该背景下，可以单独测量穿越其热通量的所谓“智能窗”或玻璃装配开始成为存在的理由。例如，智能窗可以在一些情况下通过提高光源控制，减少空调的使用和热管理被改进的加热等，使照明更具成本效益地被使用。例如，相对于先前技术，切换式玻璃装配(如，玻璃装配包含聚合物分散液晶(PDLC)玻璃材料、聚合物集合液晶(PALC)材料、电致变色、电致变色/光致变色混合等)可以被激活或失活，从而使更多或更少的光进入(或被重定向穿过)建筑中。为了实现后者，例如，最好是通过建筑物围护结构获得热通量的信息，例如，局部和/或自动温度控制，从而进行调整对总体建筑能源消耗产生影响。
发明内容
为了实现上述定义的和/或其他方面，可以将热通量传感器与玻璃装配整合。在这方面，本申请的发明者发现，建筑围护结构上附带的热通量生成垂直于和平行于玻璃装配的温度场或空间温度梯度。通过测量该温度梯度(无论是在稳态或瞬态模式)，可以高精度地测量出穿过窗的瞬态热通量。
通过同时进行测量建筑围护结构或外观上的多个窗位置，可以高精度计算出进入或从建筑围护结构出去的瞬时净热通量(或时间差)。该信息可用于触发许多不同的动作，例如，可使切换式玻璃装配变暗或变亮，触发局部加热或空调事件，来代替中央功能等。
该传感器可以是小尺寸的，能源自主，并相对容易地被整合至现代的玻璃装配中。该传感器也可以用于汽车应用(例如，被层压在汽车天窗，挡风玻璃等中)，冰箱/冰柜门等。由此，其可以用来触发汽车遮罩被开启/关闭以增加/减少车厢中的热量，触发冷却以减少食品变质的可能性，等。
在本发明的示例实施例中，提供一种玻璃装配组件，包括：第一玻璃基板；辐射屏蔽，直接或间接覆盖所述第一玻璃基板的外围边缘区域的至少一部分；和双接点固态热通量传感器，包括：定位在所述组件中的第一接点，位于第一位置，其中来自辐射源的辐射穿过所述第一玻璃基板被接收，定位在所述组件中的第二接点，位于第二位置，其通过所述辐射屏蔽从所述辐射源中被阻挡，和电路，配置为基于所述第一接点和所述第二接点处各自生成的转换电压之间的差来生成信号。
根据示例实施例，控制模块可被配置用来接收所述信号，并选择性地生成响应其中的动作。例如，控制模块可用来选择性地触发在玻璃装配外部系统中和/或玻璃装配本身所采取的动作。
在本发明的示例实施例中，提供一种制备玻璃装配组件的方法，所述方法包括：通过辐射屏蔽，直接或间接覆盖第一玻璃基板的外围边缘区域的至少一部分；将双接点固态热通量传感器连接至所述第一玻璃基板，从而所述传感器的第一接点被定位在所述组件中，位于第一位置，其中来自辐射源的辐射穿过所述第一玻璃基板被接收，且所述传感器的第二接点被定位在所述组件中，位于第二位置，其通过所述辐射屏蔽从所述辐射源中被阻挡；以及提供电路，配置为基于所述第一接点和所述第二接点处各自生成的转换电压之间的差来生成信号。
在此所述的使用玻璃装配的方法也可以在一些示例性实施例中被提供。
在此所述的特征、方面、优点和示例实施例可以被组合以实现进一步的实施例。
附图说明
以下参照附图对示例性实施例进行详细说明，可以更好地更全面地理解上述和其他特征和优点，其中：
图1是示出热辐射检测器的工作原理，包括信号生成，主要噪声源，产生的特定检测能力，可用于相关的示例性实施例；
图2是示出玻璃装配横截面的简单示意图，包括差模通量传感器和相关电路，可用于相关的示例性实施例；
图3是根据示例性实施例的包含图2的玻璃装配的示例性绝缘玻璃(IG)单元；
图4是根据示例性实施例的包含图2的玻璃装配的示例性层压玻璃装配；
图5是根据示例性实施例的包含图2的玻璃装配的示例性真空绝缘玻璃(VIG)单元；
图6是根据示例性实施例的包含图2的玻璃装配的示例性切换式玻璃装配；
图7是示出控制电子的框图，可用于相关的示例性实施例；
图8a-8b根据示例性实施例，示出包含热通量传感器的两个不同示例性柔性基板如何被构造和配置来用于示例性的窗应用；
图9a-9b根据示例性实施例，示出图8a-8b中的配置被插入到示例性层压窗制品；
图10是示出用于感应热通量并采取适当后续动作的示例过程的流程图，可用于相关的示例性实施例；以及
图11是根据示例性实施例，示出硬件和软件如何被配置的框图。
具体实施方式
示例性实施例涉及一种具有热通量传感器的玻璃装配和/或制备其的方法。利用热电偶直接测量玻璃表面温度可能会令人质疑，因为暴露在阳光直射下，以及对流气流的能量交换都会影响准确度和精密度。例如，窗上的风和/或其他负荷可以引起热触点的热去耦/解键合。
因此，示例实施例使用双接点固态热通量传感器，由此可以通过一个接点直接暴露于热源(辐射、对流或导电)来提取入射热通量，且另一个接点被热绝缘并与所述源屏蔽。在一些示例实施例中，操作原理基于两个步骤的感应过程。也就是说，在一些示例实施例中，该过程涉及到辐射至热的传导，以及热至电的传导。进一步的信息可以在例如U.Dillner等人的“对热电和热辐射的热辐射传感器的优点数字”J.Sens.Sens.Syst.,2,85-94,2013以及R.C.Jones的“用于辐射检测器的新分类系统”J.Opt.Soc.Am.,39,327–343,1949中被找到，其全部内容被纳入此处作为参考。
在此，参照更具体的附图，其中在整个附图中，相同的数字表示相同的部件，图1示出在热辐射检测器的工作原理，包括信号生成，主要噪声源，以及产生的特定检测能力，可用于相关的示例性实施例。吸收器层用来将入射的辐射转换成热能。吸收器层可以包括高辐射率材料、例如黑色熔块、碳环氧、烟灰、含有炭黑的材料、碳纳米管和/或类似等。
光域从而接收输入辐射功率(Popt)，并转换成热域中信息的中频信号指示。通过使用温度(差)换能器将中频信号转换成电输出信号。更特别的是，中频信号(ΔT＝εPopt/G)指示出温差(ΔT)等于吸收器值(ε)乘以输入辐射功率除以热导率(G)。
热传感器的原理是基于量子检测的热与光子辐射传感器之间的根本差异(例如，光电导体或光电二极管或太阳能电池)。在示例性实施例中，热传感器的理想功能可以包括非制冷操作和宽带响应(例如，通过适当体积的吸收器等使红外频谱得以实现)。一些辐射传感器可能需要阳光，因此仅限于白天应用。
辐射传感器可以通过一些测量的量被特征化，例如，反应性，时间常数，和噪声等效功率(NEP)，其在评估具体应用中指定的辐射传感器的适应性时可作为重要参数。为了比较各种辐射传感器，优选是将这些参数压缩成信号数字，作为品质因数，其可以帮助潜在用户评估这些传感器的性能(本质上有助于校准)。
热绝缘结构，其对于生成温差ΔT作为热传感器的中频信号是必需的，其特征为热电容C和热导率G，当假设热绝缘结构为膜厚度d和传感器的接收区尺寸A，结果为体积V＝Ad，然后热容可以从对应的具体量中被方便地计算，即容积热容cV和单位面积的热容cA＝cVd，因此：
C＝cVV＝cAA (1)
热导率由温差ΔT引起通过应用于膜的热负荷P根据以下所生成：
G＝P/ΔT. (2)
相对应于膜的几何形状，其有利于通过热传递系数将热导率与接收区相关联：
U＝G/A. (3)
总的热传递包括三个部分：通过辐射(UR)的热传递，通过形成温度换能器的功能层传导(UC)的热传递，以及除了以上功能层，例如通过周围的大气层或热绝缘结构的任何层中生成的寄生热流(UP)的热传递。因此：
s＝∑i Ui＝UR+UC+UP， (4)
(指数i＝R，C，P)。通过辐射的热传递为总热传递设定最小值。其热传递系数可由斯特凡定律计算，假设ΔT<<T，结果为：
UR＝4εσSBT3 (5)
在此ε是接收区的吸收率或辐射率，σSB为Stefan–Boltzmann常数，T为操作温度。当T＝300K且ε＝1时，方程(5)演算出Ur＝6.12W m-2K-1。通过功能层传导的热传递与其的导热系数成正比。因此：
UC＝κ/g， (6)
其中g是与传感器尺寸相关的几何因子，并以长度单位表示。
暴露的接点与屏蔽(或隐藏)的接点之间的电压差为：
Figure GDA0001547940550000071
其中S为Seebeck系数(本领域的普通技术人员应理解其为感应的热电电压的量级测量，响应穿过材料的温度差)，As为传感器的面积，Pinc为入射辐射(热)功率，且Pamb为环境辐射(热)功率。这是因为传入的热通量Q等于入射辐射(热)功率除以该传感器的面积(Q＝Pinc/As)。
该微分方法可以通过微分op-amp电路被实现，使电路自身经增益放大。其使信噪比被提高以及消除环境噪声。例如，典型的黑体材料(例如，包括硅)能够以毫伏顺序产生信号(例如，高达10，20，30毫伏，或更高毫伏)，但在示例性实施例中op-amp电路可用来使增益增加60-1000倍(甚至更多)，例如，使信号更有用。图2是示出玻璃装配的横截面的简单示意图，包括差模通量传感器和相关电路，可用于相关的示例性实施例。也就是说，图2包括具有辐射屏蔽204的玻璃基板202。辐射屏蔽可以是例如黑色熔块边缘、窗框、边框、框架或类似物。当光照射在基板202，其在玻璃中生成温度曲线或梯度。温度曲线或梯度在平行和垂直于玻璃的任何方向上都有热通量。示例性的曲线206在图2中被示出，且应理解也可基于例如相对于窗的太阳位置等存在其他曲线。
第一接点208直接暴露于入射辐射，因此可以被认为是热接点。另一方面，第二接点210经辐射屏蔽204与进入的辐射隔开，其可以被认为是冷接点。热和冷接点处感应的温度之间的差提供了电压(例如V＝S(Th-Tc))，该电压可在op-amp电路212被处理，例如，产生电压214，其与进入的热通量Q成比例(其中Q＝K V/S)。
传感器可以被集成在一个芯片封装中。芯片封装可以包含几个串联连接的接点。例如，可以有两组接点，即热接点和冷接点。芯片封装可固定或焊接在具双金属片(冷和热)的柔性印制电路板(FPCs)上，在示例性实施例中。为简单起见，示例性实施例可涉及使用多晶硅被制备的两个接点，具有相同的Seebeck系数，Us值，面积As，以及辐射ε。然后，传感器电压允许使用上述方程(7)来计算热通量。此外，通过进一步获得两个接点之间的温度差，玻璃装配的U值可以如下被推断：
Figure GDA0001547940550000081
在示例性实施例中，可以选择传感器的区域，以便帮助控制传感器输出变化的速率。在此发现，传感器的输出变化太快，变化太慢是不可取的。关于先前技术，例如，可能出现错误检测，从而触发错误的操作(例如，除非下游噪声降低、滤波、相关技术和/或类似被执行以帮助避免此类误报)。关于后者，例如虽然没有检测到变化，但可能因此较难纠正错误的负面情况。
图2的玻璃装配可与各种不同的组件一起使用或以其他方式组合。例如，图3是根据示例性实施例的的包含图2的玻璃装配的示例性绝缘玻璃(IG)单元。如图3所示，第二基板302被设置为与第一基板202基本上平行隔开。间隔件或间隔件系统304用来使第一基板202和第二基板302保持该定位，并且有助于在其之间定义间隙、空间或腔306。间隙306可以填充有气体，包括惰性气体(例如，氩、氙、氪等)，在一些示例性实施例中，带氧或不带氧。在一些示例性实施例中，间隙可以至少部分抽空以及填充有80％氩和20％氧气或空气。
作为另一示例，图4是根据示例性实施例的包含图2的玻璃装配的示例性层压玻璃装配。如图4所示，第一基板202和第二基板302通过使用至少一个层压中间层402彼此被层压。至少一个层压中间层402可以包括，例如PVB，EVA，PET，PU，PMMA和/或类似。一般，任何含聚合物的中间层、环氧基或其他材料均可用来使第一基板202和第二基板302结合在一起。在示例性实施例中，传感器可被嵌入在其自身的层压层中，例如用于保护目的。
作为另一示例，图5是根据示例性实施例的包含图2的玻璃装配的示例性真空绝缘玻璃(VIG)单元。如图5所示，第一基板202和/或第二基板302的周围配置有边缘密封502(例如，包括熔块材料)，并且在第一基板202和第二基板302之间的腔506中配置间隔件或柱形件504。腔被抽空至低于大气的压力，例如通过泵出口或类似等。边缘密封502有助于将VIG单元气密密封。
作为又另一示例，图6是根据示例性实施例的包含图2的玻璃装配的示例性切换式玻璃装配。图6的切换式玻璃装配可以包括有源层或层堆栈602。例如，有源层或层堆栈602可以是PDLC膜、PALC膜、电致变色薄膜，和/或类似。在PDLC或PALC膜的情况下，比如，在示例性实施例中可优选将膜夹在第一层压层402a和第二层压层402b之间。可用于在此所述的相关示例性实施例的示例性电致变色涂层、制备方法等在以下中被说明，例如美国专利Nos.8,289,610；7,547,658；7,545,551；7,525,714；7,511,872；7,450,294；7,411,716；7,375,871；和7,190,506，其全部内容被纳入此处作为参考。可用于在此所述的相关示例性实施例的示例性PDLC涂层、制备方法等在例如2014年8月22日提交的美国公开Nos.2014/0176836和2009/0115922,以及14/466,217中被说明，其全部内容被纳入此处作为参考。
应理解，虽然提供了示例性的配置，但也可具有其他配置。例如，可以将接点移动到另一表面，例如IG,VIG层压制品，和/或其他制品中的第二，第三，或第四表面。在不同的示例实施例中，可以在任何一个或多个表面上，例如，第一、第四、第二和第三、第一和第三、和/或其他组合的第一、第二、第三或第四表面上提供熔块。在一些示例性实施例中玻璃和/或层压材料可以被着色。在一些示例性实施例中，玻璃可以被热处理(例如，热增强和/或热回火)、化学增强和/或类似。在一些示例性实施例中，一个或多个玻璃基板可以通过使用诸如塑料、聚合物和/或类似等其他材料被替换。因此，在此也可以是真空绝缘板(VIPs)。
应理解，在此所述的示例性玻璃装配可用于许多不同的应用，包括，例如住宅和/或商业窗应用，汽车应用，天窗，商家(如冰箱或冰柜门)，显示器、包装、太阳能电池，温室等。例如IG和/或VIG单元可用于商家，IG单元可用于建筑物窗或天窗，层压制品可用于汽车应用等。在温室应用中，例如在此使用的技术可以用来确定何时允许更多/更少的阳光(例如，不同的植物从不同的光照中获得益处，来生成/减少热，何时使区域通气(例如，基于内部和/或外部的热量等)。
根据要监视的封装尺寸，可以提供更多或更少的传感器。例如，典型的汽车应用可优选是具有2-3个传感器。典型的冰箱/冰柜同样可优选是具有2-3个传感器。商业大厦的窗可能占用更多的空间，因此在一些情况下可优选是具有3个或更多的传感器。不同的实施例可以使用更少的传感器。
在示例性实施例中，多个传感器可串联连接来用于一个或两个接点，例如，以生成更大的温度差。其在一些情况下是有利的，例如，其可有助于提高测量的准确性，同时仍然保持小尺寸传感器以适当的速率进行反应。出于相同的理由，优选是U值最小化，从而可在一些实施例中被执行。
再次参照附图，图7是示出控制电子的框图，可用于相关的示例性实施例。图7中所示的示例性控制单元702位于印刷电路板(PCB)上作为一个或两个接点，或者其可位于远离窗的位置。来自传感器的输入214经由适当的接口通过控制单元702被接收。控制器704可包括一个或多个处理器，ASIC，和/或类似等来接收输入214并可将其存储在存储器706中。据此，历史记录数据和/或类似等可被存储在存储器706的传感器数据存储706a段。存储器706可以是暂时或非暂时存储器的任何适当组合，例如，RAM,ROM、闪速存储器和/或类似。控制器704可查阅存储的指令706b来确定何时或如何执行存储的传感器数据。例如，预编程的规则可以被具体化，何时启动切换式涂层，打开/关闭内部照明、何时/如何调整中央HVAC单元，何时/如何调整局部HVAC单元等。例如，在预定义的时间内温度增加超过一定的水平(例如，在3小时期间增加5度)可能会触发切换式玻璃装配改为非透射状态，局部冷却等。更快速的温度上升可触发中央HVAC动作。同样，高通量可指示出大量的环境光，因此由于可使用外部照明，从而减弱内部照明。激活HVAC系统的规则可基于已公布的标准，将外部温度与商业办公楼内将保持的温度相关联，并为保持节能住宅等提供最佳实施指南。
以类似的方式，汽车天窗，汽车窗，加热/冷却系统等，可作出反应。相对于先前技术，机械遮挡可被关闭，切换式玻璃装配可被激活/非激活等。当热被检测时商家可获得加强的冷却(例如，阳光明媚的日子，手压在玻璃窗上等)。
控制单元702可与一系列接口连接进行各种操作。在此，图7示出用于HVAC708a，局部HVAC708b，切换式玻璃装配708c，和照明708d的示例性接口。应理解，在不同的实施例中可以配置更多或更少的接口，例如，基于终端应用，所需的控制等。
在示例性实施例中，判断模块710可以在控制器704控制下并潜在的基于存储在传感器数据存储706a中的信息运行。判断模块710可随着时间的推移跟踪窗的有效U值或R值，其可用来确定窗是否有过失，是否有可能惰性气体泄漏到IG单元之外(从而有可能造成健康或安全风险)，是否有可能VIG失去真空，是否有可能太阳能应用中的镜子(例如，应用包括：聚光太阳能光伏装置，具加热管的聚光太阳能机构或类似，副反射器面板，和/或类似)过失等。判断模块710可引发警告，例如，通过无线或传输有关过失或预期故障的信息来远程控制系统(例如，局部或远程控制计算机系统，应用在业主的智能设备或电脑上)，通过LED或其他光闪烁的特定方式(例如，不同颜色的灯光闪烁，闪烁的图案，和/或类似等对跟踪的不同类型的故障发出信号)和/或类似。控制单元702可以包括无线传输机和/或可操作地被连接至一个或多个指示灯和/或类似。
图8a-8b示出根据示例性实施例的包含热通量传感器的两个不同的示例性柔性基板如何被构造和配置用于示例性窗应用。图8a-8b中的每一个包括位于各柔性基板的近中心的热传感器802。柔性基板的顶表面支撑热接点804(例如包括诸如铜之类的材料)，柔性基板的底表面支撑冷接点806(例如，也包括诸如铜之类的材料)。如图8a-8b所示，在示例性实施例中两个接触区具有几乎相同的尺寸并配置在同一基板的两侧(例如，相同或相似的高度和宽度，在一些示例性实施例中彼此相差不超过20％，在其他示例中彼此相差不超过15％，且又其他示例中不超过10％)。在一些示例性实施例中，应理解两个或多个传感器可被串联连接，在增幅之前放大输出电压。
金属通孔可配置用来热化系统。因此，芯片级处的热接点可以被加热，并提供良好的热接触，同时仍能使系统正常工作并提供有用的温度梯度。在一些示例性实施例中，被放大示出的通孔将垫片与芯片热连接。在一些示例性实施例中，通孔还用来与芯片电连接。
在一些示例性实施例中，各基板适于折叠。图8a的示例示出被折叠成示例性“C”形状(包括将被定位的示例性折叠线)，且图8b的示例示出被折叠成示例性“Z”形状(包括将被定位的示例性折叠线)。这些配置可插入到在此所述的任何制品中。在此，图9a-9b示出根据示例性实施例，图8a-8b中的配置被插入到示例性层压窗制品。例如，如图9a所示，接近“C”曲线的弯曲部分被插入穿过层压中的缝(例如，PVB层压)，且层压中的孔用来容纳传感器。层压板被层压在两个基板之间。图9b示出包括用于容纳基板的折叠部分和传感器的一个孔。当然，应理解其他柔性基板设计、层压结构和/或类似等可用于相关的不同示例性实施例。
图10是示出用于感应热通量并采取适当的后续动作的示例性过程的流程图，其可用于相关的示例性实施例。例如，如图2所示的双接点固态热通量传感器或类似等，在步骤S1002中被用于生成与电压成比例的热通量。在步骤S1004中，生成的电压被转发给控制电子，如图7所示，用于可能继而进行的动作。基于来自传感器的当前或历史记录数据，在步骤S1006中决定继而进行的动作。例如，后续动作可以包括通过合适的接口将控制信号发送给外部元件，存储所接收的数据(例如，具时间戳的温度差，提供数据的传感器标识符)和/或类似的数据。例如，基于步骤S1006中的决定，后续动作在步骤S1008中被执行。
样品
样品是为了初步测试被制造。在该样品中，熔块的层沿第一和第二基板的外周边缘被沉积在至少一侧(或每个的一侧上)，且含有PVB的层被夹在其之间。在该样品中，PVB薄片被层压在PVB矩阵的玻璃结构内，通过应用穿过其的电场，PDLC层可在不透明与透明之间切换。五种配置如下被测试：
样品1：透明玻璃和熔块/0.76毫米PVB/0.76毫米PVB/透明玻璃和熔块
样品2：透明玻璃和熔块/0.76毫米PVB/0.38毫米PVB/具连接的PDLC切换层/0.76毫米PVB/透明玻璃和熔块
样品3：有色玻璃和熔块/有色0.76毫米PVB/0.38毫米PVB/透明玻璃
样品4：透明玻璃和熔块/0.76毫米PVB/0.38毫米PVB/具连接的PDLC切换层/0.38毫米PVB/透明玻璃和熔块
样品5：有色玻璃和熔块/有色0.76毫米PVB/0.38毫米PVB/有色玻璃和熔块
对于每个样品，涉及三种传感器配置模式。这些模式包括传导、吸收器和反射器模式。传导方式测量了组件的表面2和3之间的热通量。吸收器模式测量了传感器和表面3上的黑色贴片之间的辐射热通量。反射器模式测量传感器上的白色贴片(例如，包括银)与空气间隙之间的对流热交换(在IG的情况下)。
这三种模式允许测量热通量，以及玻璃装配U值。应理解，更精确的U值可以通过测量两个表面之间的ΔT被获得。在一些示例实施例中，可以分离多个传感器来进一步单独地测量这三种模式。然后，其可以，例如通过三个方程解决系统来更即时地采指纹和/或纵向追踪在系统层上的玻璃装配的表现。
导电传感器包括位于1.6毫米厚的PCB基板上的800微米厚的芯片，被热连接到表面2和3，通过使用铜柱完成从PCB至表面2的连接。对于导电传感器，绢印被用来在表面2和3上提供金属热铺。辐射传感器包括位于1.6毫米厚的PCB基板上的芯片，被热连接到表面3。对于辐射传感器，绢印被用来在表面3上提供金属热铺。对于所有传感器，使用反射的透明胶带来覆盖芯片，PCB与表面3的热连接以及电线，来帮助避免热噪声和提高灵敏度。
在装配过程中对传感器进行了初步测量，例如，以帮助确定示例性传感器是否能够经受住典型的层压过程。这些测量包括传感器内部电阻检查(以ΜΩ被测量，通常在33mΩ)；背面热接触热阻(使用冰的实证检验来检查传感器对应用在传感器背后的表面4的冷的响应)；和正面热接触电阻(使用冰的实证检验来确定传感器对应用在传感器之上的表面1的冷的响应)。
装配后，传感器对各种刺激的响应，例如策划的热，冷，和红外光进行了评估。这些测量通过使用3Sineax V604模拟信号采集模块或具Aardvark控制器的I2C总线上的LNA/ADC卡(高达6)被执行。
在所有的情况下传感器的内阻不变，确定层压过程(其中包括270℃追踪炉和生产高压灭菌器)对传感器没有测量性的影响。
图11是根据示例性实施例，示出硬件和软件如何被配置的框图。图11示出第一和第二传感器1102a和1102b，各自具热和冷接点1104a-b和1106a-b，被连接或各自形成在模拟数字控制(ADC)板1108a-1108b上并各自具有放大器1110a-1110b。ADC板1108a-1108b被连接到第一微控制器1112a。因此，热电偶1114a本质上被形成来用于第一间或区域。第一微控制器1112a通过CAN,LIN或其他数据总线与主处理器1116通信。该系统由电源供应1120被通电。基于主处理器1116的编程，用于间或区域的加热/冷却单元1122a可被控制。
如图11所示，为第二间或区域提供了相似的配置。第三和第四传感器1102c-1102d各自被配置热和冷接点1104c-d和1106c-d并被连接或各自形成在ADC板1108c-1108d上。ADC板1108c-1108d被连接到第二微控制器1112b，另一热电偶1114b实质上被形成来用于第二间或区域。第二微控制器1112b也可以通过CAN,LIN或其他数据总线与主处理器1116通信，且主处理器1116可以针对用于第二间或区域的加热/冷却单元1122b采取动作。
图11示出两个区域中的两个传感器。然而，应理解，可以是提供更多或更少的传感器来用于任何数量的区域。例如，对于较大的区域可以提供多个传感器。一个或多个总线可以被配置用来与一个或多个主处理器连接。
在不同的实施例中，ADC板1108a-1108d可包括连接器(如电线)来分别用于传感器1102a-1102d，以及可以直接连接CAN总线1118(例如，用于输入和输出)或通过微控制器1112a-1112b进行连接。在一些实施例中可提供ADC板上功能(例如，可在CAN总线1118中继将原始传感器数据转换成数字信号)。在其他实施例中，微控制器1112a-1112b可以用于本目的和/或其他目的。还可以在芯片上配置电压调节器。
主处理器1116可以是计算机或类似部件的一部分。在一些实施例中，该软件模块可以方便地从传感器1102a-1102d接收和处理数据。例如，应用程序编程接口(APIs)可以促进原始传感器数据的检索、发送控制信号(例如，报表传感器数据，循环开/关等)，和/或类似等。控制软件模块可以处理数据和生成其他信息报告来用于可视化、报告等。例如，处理的传感器数据的实时图像(例如，在传感器中指示出温度，穿过整个制品的温度梯度等)可以被显示(例如，与计算机通信地耦合的显示器)。可以将更多的历史记录文件生成、处理和/或存储在Excel电子表格或其他类似的电子表格或数据库文件中，其可用来创建图像和/或其他可视化的类似物。
应理解，在一些示例实施例中，可以在单个芯片上提供多个热接点和多个冷接点。例如，用于单一区域的单个芯片可以包括所有芯片内部的多个串联的接口，但在外部，各芯片可具有两个输入电极，一个热接点和一个冷接点。
应理解，图11示例性配置只是一个示例，且在窗和/或其他制品中还可以使用其他硬件和/或软件配置。
虽然一些实施例示意性地说明该传感器的热接点位于基板的中心区，但应理解该接点也可被配置在其他位置，例如其仍可接收通量的位置。在一些情况下，将传感器移动到同一表面上的不同位置或将其移动到另一个表面可能需要进行替代校准。
应理解，虽然一些示例实施例涉及热传感器或热通量传感器，但是，这些传感器可用于测量辐射、传导、对流和/或其组合，例如，在相同和/或不同时间。在一些示例性实施例中，上述传感器可以附加或替代地测量制品中的相位变化，例如包括冷凝的窗。作为示例，当垫片中的一个是干的和隐蔽的(例如，隐藏在辐射或其他屏障后面)，而另一个被暴露于水凝结时，即使没有温度变化，接点的一侧也会收到热通量。
关于使用传感器测量辐射、传导、对流和/或其组合，在一些示例实施例中可使用三个不同的传感器测量该三种模式。例如，针对辐射，
热通量传感器可以使用辐射热源进行校准，其作为一致重复的源可有效地用于校准目的。然而，传感器吸收的辐射部分，或其辐射率(ε)，在实践中几乎不会是100％，所以吸收的热通量将不同于入射的热通量。换句话说，假设传感器包括“灰体，其吸收率和辐射率是相等的。热通量传感器可以测量吸收的热通量，不管其来源或传热模式。因此，传感器可以通过使用炭黑、黑色涂料、DLC等(如上所述)被涂黑，以帮助提高辐射率，使吸收的辐射几乎等于入射的辐射。有关辐射源的入射与吸收的热通量的关系通过以下方程被示出：
q”absorbed＝εq”absorbed
关于传导，当热通量不是来自辐射源时，不考虑辐射率。关于传导的热通量，例如，传感器与加热材料直接接触时，材料表面的支配方程为：
Qinc＝Qabs＝-kA(dT/dx)，
其中k是传感器的导热系数，且dT/dx是热梯度，n是被测量的热通量垂直于表面的单位矢量。
由于入射和吸收的热通量是完全相同的纯传导热通量，热通量传感器将读取实际的入射热通量。须注意的是传感器可能需要有良好的热接触。例如，如果接触不良，传感器和参与的材料之间将会有很高的热阻，其会改变传感器的读取并在一些情况下会使传感器不准确。
有关对流热通量，该热通量方程为
q”absorbed＝hΔT，
其中h是传感器的传热系数，且ΔT是传感器和流体之间的温度差。
传热系数是流体导热系数和流体流动特性的函数。但是，流体流动可能复杂而难以建模。因此，传热系数可以通过测量表面热通量来计算。这一过程可以假定热通量传感器和周围系统的传热系数是相同的，因此入射和吸收的热通量相等。该假设的准确性会随着系统配置和材料的不同而不同。在此可执行校准以帮助确定所决定的规则变化。
因此，应理解，三种方式的传热都可以被测量，例如，以上述描述的方式。然而，当辐射与其他模式混合时，热通量的哪些部分需被修正来用于辐射率，哪些部分不需要修正将成为问题。在一些示例实施例中可以通过例如在辐射计配置中使用热通量传感器来隔离不同模式，本质上只“查看”辐射源。当模式不能实验性地被区分时，那么可以对各模式贡献的热通量的相对部分作出智能估计。在这种情况下，可以尽可能使热通量传感器的辐射率较高，从而使误差最小化。
在此所述的技术有效地促进了系统的发展和专业性，可在预定义公差内执行该技术(例如，Windows和/或类似)。一些示例实施例的固态系统，其不移动，优点在于不仅坚固而且方便制造。此外，一些示例性实施例不需要供电，例如，因为其生成自己的电压等。
在此使用的术语“热处置”和“热处理”所指的是将制品加热到足以使含玻璃的制品实现热回火和/或热增强的温度。该定义包括，例如，在温度为至少约550℃的烘箱或炉中加热涂层制品，更优选是至少约580℃，更优选是至少约600℃，更优选是至少约620℃，且最优选是至少约650℃，在足够长的时间内进行回火和/或热增强。在一些示例实施例中，其可以是至少约两分钟，最多约10分钟，最多约15分钟等。
在此使用的术语“外围”和“边缘”与密封相关，例如，不表示密封和/或其他元件位于绝对的外围或边缘，但表示密封和/或其他元件至少部分地位于或接近(例如，约两英寸内)单元的至少一个基板的边缘。同样，在此使用的“边缘”不限于玻璃基板的绝对边缘，也可以包括基板的绝对边缘处或附近(例如，约两英寸内)的区域。
除非明确说明，在此使用的“位于…之上”、“由…支撑”等术语不应被解释为表示两个元件是直接相邻的。换句话说，即使其中有一个或多个层，第一层也可以说是“位于第二层之上”或“由第二层支撑”。
在一些实施例中，提供一种玻璃装配组件，包括：第一玻璃基板；辐射屏蔽，直接或间接覆盖所述第一玻璃基板的外围边缘区域的至少一部分；和双接点固态热通量传感器。所述传感器包括：定位在所述组件中的第一接点，位于第一位置，其中来自辐射源的辐射穿过所述第一玻璃基板被接收，定位在所述组件中的第二接点，位于第二位置，其通过所述辐射屏蔽从所述辐射源中被阻挡，和电路，配置为基于所述第一接点和所述第二接点处各自生成的转换电压之间的差来生成信号。
除了上述段落中所述的特征，在一些示例性实施例中，控制模块可被配置用来接收所述信号，并选择性地生成响应其中的动作。
除了上述段落中所述的特征，在一些示例性实施例中，所述动作可对应于切换式制品的激活或失活。作为示例，所述动作可对应于切换式制品的激活或失活，局部加热和/冷却系统的激活或失活等。
除了上述段落中所述的特征，在一些示例性实施例中，所述切换式制品可包括电致变色膜和/或含聚合物的液晶层(例如包括PDLC、PALC和/或类似)。
除了上述三个段落中所述的任何一个特征，在一些示例性实施例中，所述控制模块可包括存储器，所述存储器储存有关接收的所述信号的信息。
除了上述四个段落中所述的任何一个特征，在一些示例性实施例中，所述控制模块可包括存储器，所述存储器储存有关动作被执行的时间和触发各所述动作的一个或多个条件的信息。
在一些示例实施例中，提供一种层压制品，包括上述六个段落中任何一个所述的组件，以及第二玻璃基板；和至少一种层压材料，配置在所述组件的所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板之间，其中，所述组件的所述传感器位于所述组件的所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板之间。例如，可提供切换式含聚合物的液晶制品，且其中，所述至少一种层压材料可包括第一和第二层压材料，所述第一层压材料将所述组件的所述第一玻璃基板层压到所述切换式含聚合物的液晶制品，所述第二层压材料将所述第二玻璃基板层压到所述切换式含聚合物的液晶制品。在一些示例性实施例中，提供一种绝缘玻璃(IG)单元，其可包括上述六个段落中任何一个所述的组件，以及第二玻璃基板；外围边缘间隔件，用于使所述组件的所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板保持彼此基本平行的间隔关系，其中，所述组件的所述传感器位于所述组件的所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板之间。例如，控制模块可被配置用来从所述玻璃装配接收信号，并生成关于整体上所述IG单元性能的报告。所述报告可包括实时的U值测量和/或U值历史记录报告。所述报告可指出整体上所述IG单元的失败可能性。在一些实施例中，提供一种真空绝缘玻璃(VIG)单元，其可包括上述六个段落中任何一个所述的组件，以及第二玻璃基板，与所述组件的所述第一玻璃基板基本平行间隔；多个支撑间隔件，配置在所述组件的所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板之间；外围边缘密封，配置在所述组件的所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板的外围边缘；和间隙，定义为包括所述组件的所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板之间的区域以及所述外围边缘密封内的区域，所述间隙以低于大气的压力被抽空。例如，控制模块可被配置用来从所述玻璃装配接收信号，并生成关于整体上所述VIG单元性能的报告，所述报告可包括实时的U值测量和/或U值历史记录报告，所述报告可指出整体上所述VIG单元的失败可能性，在一些实施例中，提供一种汽车窗，包括上述六个段落中任何一个所述的组件。
除了上述七个段落中所述的任何一个特征，在一些示例实施例中，所述辐射屏蔽可包括框架或框格。
除了上述八个段落中所述的任何一个特征，在一些示例实施例中，所述辐射屏蔽可包括黑色熔块。
在一些示例实施例中，提供一种制备玻璃装配组件的方法，所述方法包括：通过辐射屏蔽，直接或间接覆盖第一玻璃基板的外围边缘区域的至少一部分；将双接点固态热通量传感器连接至所述第一玻璃基板，从而所述传感器的第一接点被定位在所述组件中，位于第一位置，其中来自辐射源的辐射穿过所述第一玻璃基板被接收，且所述传感器的第二接点被定位在所述组件中，位于第二位置，其通过所述辐射屏蔽从所述辐射源中被阻挡；以及提供电路，配置为基于所述第一接点和所述第二接点处各自生成的转换电压之间的差来生成信号。
除了上述段落中所述的特征，在一些示例性实施例中，可将控制模块连接至所述组件，从而所述控制模块可接收所述信号并选择性地生成响应于其的动作。
除了上述段落中所述的特征，在一些示例性实施例中，可使用所述控制模块，来选择性地触发所述玻璃装配的外部系统中所采取的动作，和/或针对所述玻璃装配所采取的动作。
虽然参照最实用和优选的实施例对本发明进行了说明，但是应理解，本发明并不局限于所述实施例，相反，在由后附的权利要求的精神和范围内，可进行各种修改和等效的配置。

Claims (25)

1.一种玻璃装配组件，包括：
第一玻璃基板；
辐射屏蔽，直接或间接覆盖所述第一玻璃基板的外围边缘区域的至少一部分；和
双接点固态热通量传感器，包括：
定位在所述玻璃装配组件中的第一接点，位于第一位置，其中来自辐射源的辐射穿过所述第一玻璃基板被接收，
定位在所述玻璃装配组件中的第二接点，位于第二位置，所述第二接点通过所述辐射屏蔽从所述辐射源中被阻挡，和
电路，配置为基于所述第一接点和所述第二接点处各自生成的转换电压之间的差来生成信号。
2.根据权利要求1所述的玻璃装配组件，进一步包括：控制模块，被配置用来接收所述信号，并选择性地生成响应到所述控制模块的所述信号的动作。
3.根据权利要求2所述的玻璃装配组件，进一步包括：切换式制品，其中，所述动作对应于所述切换式制品的激活或失活。
4.根据权利要求3所述的玻璃装配组件，其中，所述切换式制品包括电致变色膜。
5.根据权利要求3所述的玻璃装配组件，其中，所述切换式制品包括：含聚合物的液晶层。
6.根据权利要求2所述的玻璃装配组件，其中，所述动作对应于局部加热和/或冷却系统的激活或失活。
7.根据权利要求2-6中任何一项所述的玻璃装配组件，其中，所述控制模块包括存储器，所述存储器储存有关接收的所述信号的信息。
8.根据权利要求2-6中任何一项所述的玻璃装配组件，其中，所述控制模块包括存储器，所述存储器储存有关动作被执行的时间和触发各所述动作的一个或多个条件的信息。
9.根据权利要求1-6中任何一项所述的玻璃装配组件，其中，所述辐射屏蔽包括框架或框格。
10.根据权利要求1-6中任何一项所述的玻璃装配组件，其中，所述辐射屏蔽包括黑色熔块。
11.一种层压制品，包括权利要求1-10中任何一项所述的玻璃装配组件，以及
第二玻璃基板；和
至少一种层压材料，配置在所述玻璃装配组件的所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板之间，
其中，所述玻璃装配组件的所述双接点固态热通量传感器位于所述玻璃装配组件的所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板之间。
12.根据权利要求11所述的层压制品，进一步包括：切换式含聚合物的液晶制品，且
其中，所述至少一种层压材料包括第一层压材料和第二层压材料，所述第一层压材料将所述玻璃装配组件的所述第一玻璃基板层压到所述切换式含聚合物的液晶制品，所述第二层压材料将所述第二玻璃基板层压到所述切换式含聚合物的液晶制品。
13.一种绝缘玻璃单元，包括权利要求1-10中任何一项所述的玻璃装配组件，以及
第二玻璃基板；
外围边缘间隔件，用于使所述玻璃装配组件的所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板保持彼此基本平行的间隔关系，
其中，所述玻璃装配组件的所述双接点固态热通量传感器位于所述玻璃装配组件的所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板之间。
14.根据权利要求13所述的绝缘玻璃单元，其中，控制模块被配置用来从所述玻璃装配组件接收信号，并生成关于整体上所述绝缘玻璃单元性能的报告。
15.根据权利要求14所述的绝缘玻璃单元，其中，所述报告包括实时的U值测量和/或U值历史记录报告，并且其中所述U值是所述玻璃装配组件的热传递系数值。
16.根据权利要求14所述的绝缘玻璃单元，其中，所述报告指出整体上所述绝缘玻璃单元的失败可能性。
17.一种真空绝缘玻璃单元，包括权利要求1-10中任何一项所述的玻璃装配组件，以及
第二玻璃基板，与所述玻璃装配组件的所述第一玻璃基板基本平行间隔；
多个支撑间隔件，配置在所述玻璃装配组件的所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板之间；
外围边缘密封，配置在所述玻璃装配组件的所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板的外围边缘；和
间隙，定义为包括所述玻璃装配组件的所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板之间的区域以及所述外围边缘密封内的区域，所述间隙以低于大气的压力被抽空。
18.根据权利要求17所述的真空绝缘玻璃单元，其中，控制模块被配置用来从所述玻璃装配组件接收信号，并生成关于整体上所述真空绝缘玻璃单元性能的报告。
19.根据权利要求18所述的真空绝缘玻璃单元，其中，所述报告包括实时的U值测量和/或U值历史记录报告，并且其中所述U值是所述玻璃装配组件的热传递系数值。
20.根据权利要求18所述的真空绝缘玻璃单元，其中，所述报告指出整体上所述真空绝缘玻璃单元的失败可能性。
21.一种汽车窗，包括权利要求1-10中任何一项所述的玻璃装配组件。
22.一种制备玻璃装配组件的方法，所述方法包括：
通过辐射屏蔽，直接或间接覆盖第一玻璃基板的外围边缘区域的至少一部分；
将双接点固态热通量传感器连接至所述第一玻璃基板，从而所述双接点固态热通量传感器的第一接点被定位在所述玻璃装配组件中并位于第一位置，其中来自辐射源的辐射穿过所述第一玻璃基板被接收，且所述双接点固态热通量传感器的第二接点被定位在所述玻璃装配组件中并位于第二位置，所述第二接点通过所述辐射屏蔽从所述辐射源中被阻挡；以及
提供电路，配置为基于所述第一接点和所述第二接点处各自生成的转换电压之间的差来生成信号。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括：将控制模块连接至所述玻璃装配组件，从而所述控制模块接收所述信号并选择性地生成响应于所述信号的动作。
24.一种使用玻璃装配组件的方法，所述方法包括：
提供权利要求23所述的方法制备的玻璃装配组件；以及
使用所述控制模块，来选择性地触发所述玻璃装配组件的外部系统中所采取的动作。
25.一种使用玻璃装配组件的方法，所述方法包括：
提供权利要求23所述的方法制备的玻璃装配组件；以及
使用所述控制模块，来选择性地触发针对所述玻璃装配组件所采取的动作。
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