CN110582693B - 由非电阻热源加热的发射率受控面 - Google Patents

Abstract

在一个示例中，描述了一种设备，其包括非电阻热源、导热面和温度检测器。该导热面具有受控的长波红外发射率，并且与该非电阻热源热接触。该温度检测器被定位成检测所述导热面的温度。

Description

由非电阻热源加热的发射率受控面

背景技术

例如热成像摄像机之类的非接触式热测量装置被用于在例如三维打印机之类的产生热的系统和其他系统中提供反馈。例如，通过监测系统内的物体所产生的热，可在损害变得无法挽回之前检测到否则可能损伤物体和/或系统的极端加热状况。

附图说明

图1图示了本公开的示例性系统；

图2图示了根据本公开的一个示例的图1的系统，该系统部署在例如三维打印机之类的发热系统的一部分内；

图3图示了用于检查非接触式热测量装置的测量精度的第一示例性方法的流程图；

图4图示了用于检查非接触式热测量装置的测量精度的第二示例性方法的流程图；以及

图5描绘了可转换成能够执行本文所述的功能的机器的示例性计算机的高级框图。

具体实施方式

本公开广泛地描述了一种用于验证非接触式热测量装置的测量精度的通过辐射测量表征的扩散发射的等温辐射源。如上所述，例如热成像摄像机(即，使用红外辐射来形成图像的摄像机)之类的非接触式热测量装置被用于在产生热的系统中提供反馈。非接触式热传感器的精度取决于非接触式热测量装置的传感器(例如，透镜)上的入射辐射可与所监测物体的推断温度关联的精确程度。然而，这种关联可能由于传感器上的污染物(例如，透镜上的灰尘、粉末等)和/或由于传感器的热老化而歪曲。

本公开的示例提供了一种用于验证非接触式热测量装置(例如，热成像摄像机)的精度的已知或充分描述的辐射的发射器。该发射器的示例包括三层：电路板、发射器面以及夹在该电路板和该发射器面之间的导热接合部(thermally conductive interface)。该电路板包括非电阻(例如，晶体管)热源以及与该热源接近放置的基于接触的电阻温度检测器(RTD)。该发射器面包括具有高热导率和受控的已知长波红外发射率的材料板。例如，该发射器面可包括铝或另一种高导热材料，其表面可被粗糙化和阳极化，使得形成氧化物层。该导热接合部允许晶体管所发出的热传递到该发射器面，并允许该发射器面的所得温度被RTD检测到。通过知道该发射器面的温度，可推断出非接触式热测量装置预期测量的放热值，并且因此，可确定非接触式热测量装置实际测量的值是否处于其预期测量的值的某一方差内。

图1图示了本公开的示例性系统100。在一个示例中，系统100总体上包括三层：印刷电路板102、发射器面104以及夹在该印刷电路板102和该发射器面104之间的导热(且非导电)接合部106。

该印刷电路板包括非导电基板，其可由刚性材料(例如，玻璃环氧树脂、玻璃纤维等)或柔性材料(例如，柔性聚酰胺)形成，在其上层压有一层或多层铜或其他导电材料。印刷电路板102机械地支撑并电连接非电阻热源108和基于接触的温度检测器110。

在一个示例中，非电阻热源108包括如下热源，即：该热源的主要发热器件是除电阻器之外的装置，例如晶体管等。在一个示例中，基于接触的温度传感器110包括电阻温度检测器(RTD)、热敏电阻、热电偶等。

发射器面104作为非电阻热源108的散热器，并且发射器面104的温度由非电阻热源108控制，如下面进一步详细论述的。在一个示例中，发射器面104包括具有已知、受控的发射率的铝板。在一个示例中，通过使铝粗糙化和阳极化来控制发射器面104的发射率，使得在铝的外表面上形成氧化物层(例如，具有至少预定厚度)。在一个示例中，阳极氧化过程是可重复的过程，例如电解钝化过程等。在另外的示例中，发射器面104包括如下任何材料，即：该材料具有高热导率(以使来自非电阻热源108的热均匀地分布)，并且能够涂覆或镀覆有高和已知发射率的材料。由所得的发射器面104发出的长波红外辐射在发射器面104的整个表面上既扩散又均匀。在一个示例中，发射器面104的长波红外发射分布(long-waveinfrared emission profile)可通过辐射测量表征。

如上所述，导热接合部106被夹在印刷电路板102和发射器面104之间。在一个示例中，导热接合部106包括导热、柔软、适形且顺应性的材料(例如，泡沫，例如陶瓷填充的硅泡沫等)，该材料允许热从非电阻热源108传导到发射器面104，并且从发射器面104传导到非接触式温度检测器110。因此，导热接合部106经由润湿的传导路径在印刷电路板102和发射器面104之间提供热接触。在另一示例中，导热接合部106是不导电的，以避免使系统100短路。

图2图示了根据本公开的一个示例的图1的系统100，该系统100部署在例如三维打印机(也称为“增材制造系统”)之类的发热系统的一部分内。特别地，系统100例如经由扁平的柔性线缆202来电连接到主控制板200。该主控制板200机械和电气地支持非接触式热测量装置204，例如热成像摄像机等。特别地，主控制板200控制非接触式热测量装置204的功能(例如，快门的操作、信号提取和处理等)。另外，在一个示例中，主控制板200还例如通过控制非电阻热源108来控制系统100。在一个示例中，电耦接到主控制板200的处理器206(例如，片上系统)控制非接触式热测量装置204和系统100的至少一些操作。

如图2中所示，在一个示例中，系统100还可包括间隔件208。在一个示例中，间隔件208由热塑性绝缘体形成，并且尺寸和位置设定成将发射器面104平坦地保持在印刷电路板102上方。这保护印刷电路板102及其部件免于由于暴露于加热的发射器面104而过热。

参照图1和图2二者，在操作中，非电阻热源108产生热，该热经由导热接合部106传导到发射器面104。非接触式温度检测器110又(经由导热接合部106)检测发射器面104的所得温度。在知道发射器面104的温度的情况下，可确定非接触式热测量装置204预期针对发射器面104的放热测量的值(例如，预期值可与发射器面104在查找表中的温度相关)。如果非接触式热测量装置204的测量结果不在该预期的测量结果的某一预定方差(例如，三摄氏度)内，则非接触式热测量装置204可被假定为发生故障或被污染，并且可被移除以便清洁和/或修理。

图3图示了用于检查例如热成像摄像机之类的非接触式热测量装置的测量精度的第一示例性方法300的流程图。例如，方法300可通过图2中所示的处理器206来执行。然而，应当注意的是，方法300不限于利用图1和图2中所示的系统的实施方式，并且对图1和图2中所示的部件的任何引用都是为了举例而作出。

方法300开始于框302中。在框304中，确定具有导热面(和受控的长波红外发射率)的发射器所发出的热的预期值。在一个示例中，该预期值通过查阅查找表(LUT)来确定。LUT中的条目标识了发射器在不同的发射器温度下所发出的热的值。例如，发射器可被非电阻热源(例如，晶体管)加热到已知温度，并且LUT可为发射器提供与该已知温度相对应的发热值。

为了获得LUT(例如，在执行方法300之前)，可利用非电阻热源(使用基于接触的温度传感器来提供反馈)来加热发射器表面。然后，该发射器表面可被呈现在其正常运作和校准已得到验证的状况良好的非接触式热测量装置的视场中。然后，该非接触式热测量装置可在发射器表面的各种温度下测量发射器表面所发出的热，并且由该非接触式热测量装置测得的值可被记录在LUT中。

在框306中，发射器所发出的热的由非接触式热测量装置所得到的测量结果与在框304中确定的预期值进行比较。由非接触式热测量装置得到的测量结果可采用电子信号递送至处理器(例如，处理器206)。该比较确定非接触式热测量装置所得到的测量结果是否处于预期值的预定范围或方差内。

如果在框306中确定非接触式热测量装置所得到的测量结果在预期值的预定方差之内，则方法300继续进行至框308。在框308中，确定非接触式热测量装置在正常运作(例如，精确地测量温度)。在这种情况下，非接触式热测量装置可保留在它所部署的系统中。

然而，如果在框306中确定非接触式热测量装置所得到的测量结果不在预期值的预定方差之内，则方法300继续进行至框310。在框310中，确定非接触式热测量装置未正常运作(例如，未精确地测量温度)。在这种情况下，可移除该非接触式热测量装置以便修理和/或清洁。这可涉及至少暂时地关闭其中部署有该非接触式热测量装置的系统。在一个示例中，可产生警报(例如，听觉警报、可见警报、文本或电子邮件警报等)，以通知操作人员该非接触式热测量装置未正常运作。

方法300结束于框312中。

图4图示了用于检查例如热成像摄像机之类的非接触式热测量装置的测量精度的第二示例性方法400的流程图。特别地，方法400是图3中所示的方法300的更详细版本。如此，方法400例如可通过图2中所示的处理器206来执行。然而，应当注意的是，方法400不限于利用图1和图2中所示的系统的实施方式，并且对图1和图2中所示的部件的任何引用都是为了举例而作出。

方法400开始于框402中。在框404中，铝发射器的表面(例如，发射器面104)使用非电阻热源来加热到设定点或目标值。在一个示例中，该非电阻热源是晶体管(例如，图1的晶体管108)。在一个示例中，基于接触的温度传感器(例如，基于接触的温度传感器110)被用于提供反馈，使得可确定何时达到设定点。

在框406中，在非接触式热测量装置(例如，图2的非接触式热测量装置204)的视场中，在未知状况下呈现加热的发射器表面。

在框408中，将描述由非接触式热测量装置测量的发射器表面所发出的热的值与LUT中的预期值进行比较。该比较确定由非接触式热测量装置作出的测量结果是否在LUT中的预期值的预定方差之内。

如果在框408中确定由非接触式热测量装置作出的测量结果在LUT中的预期值的预定方差之内，则方法400继续进行至框410。在框410中，确定非接触式热测量装置在正常运作(例如，精确地测量温度)。在这种情况下，非接触式热测量装置可保留在它所部署的系统中，并且方法400可结束于框424中。

然而，如果在框408中确定由非接触式热测量装置作出的测量结果不在LUT中的预期值的预定方差之内，则方法400继续进行至框412。在框412中，确定由非接触式热测量装置作出的测量结果与LUT中的预期值之间的方差是否大于预定阈值。

如果在框412中确定该方差不大于预定阈值，则方法400继续进行至框414。在框414中，基于该方差来修改非接触式热测量装置的信号-温度关系。在一个示例中，该修改调整信号-温度关系，使得由非接触式热测量装置作出的记录相同信号的未来测量结果将转换成与LUT中的预期值匹配(或处于该预期值的预定方差内)的温度值。然后，方法400返回到框408，以验证该修改导致由非接触式热测量装置作出的测量结果处于LUT中的预期值的预定方差之内。

然而，如果在框412中确定该方差大于预定阈值，则方法400继续进行至框416。在框416中，确定非接触式热测量装置的传感器是否在方法400即将开始之前被清洁。这可通过询问操作人员或通过查阅指示该传感器何时被清洁的记录来确定。

如果在框416中确定非接触式热测量装置的传感器没有在方法400即将开始之前被清洁，则方法400继续进行至框418。在框418中，产生指示操作人员或自动系统清洁该传感器的警报(例如，听觉警报、可见警报、文本或电子邮件警报等)。然后，方法400返回到框408，以验证该传感器的清洁导致由非接触式热测量装置作出的测量结果处于LUT中的预期值的预定方差之内。

然而，如果在框416中确定非接触式热测量装置的传感器在方法400即将开始之前被清洁，则方法400继续进行至框420。在框420中，确定非接触式热测量装置未正常运作(例如，未精确地测量温度)。

在框422中，产生指示操作人员或自动系统更换该非接触式热测量装置的警报(例如，听觉警报、可见警报、文本或电子邮件警报等)。然后，方法400返回到框408，以验证更换该非接触式热测量装置导致由非接触式热测量装置作出的测量结果处于LUT中的预期值的预定方差之内。

图5描绘了可转换成能够执行本文所述的功能的机器的示例性计算机的高级框图。值得注意的是，当前不存在执行如本文所述的功能的计算机或机器。结果，如本文所公开的，本公开的示例修改了通用计算机的操作和功能，以验证非接触式热测量装置的测量精度。

如图5中所描绘的，计算机500包括：硬件处理器元件502，例如，中央处理单元(CPU)、微处理器或多核处理器；存储器504，例如，随机存取存储器(RAM)和/或只读存储器(ROM)；用于验证非接触式热测量装置的测量精度的模块505；以及各种输入/输出装置506，例如，存储装置，包括但不限于，磁带驱动器、软盘驱动器、硬盘驱动器或光盘驱动器、闪存驱动器、接收器、发送器、输出端口、输入端口以及用户输入装置，例如键盘、小键盘、鼠标等。尽管示出了一个处理器元件，但应当注意的是，通用计算机可采用多个处理器元件。此外，尽管在图中示出了一个通用计算机，但是如果针对特定的说明性示例以分布式或并行方式实现如上面论述的方法，即上述方法或整个方法的框在多个或并行的通用计算机上实现，则该图的通用计算机意在表示这多个通用计算机中的每一个。此外，还可利用硬件处理器来支持虚拟化或共享计算环境。该虚拟化计算环境可支持表示计算机、服务器或其他计算装置的虚拟机。在这样的虚拟化虚拟机中，诸如硬件处理器和计算机可读存储装置之类的硬件部件可被虚拟化或逻辑地表示。

应当注意的是，本公开可通过机器可读指令和/或以机器可读指令和硬件的组合来实现，例如，使用专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)，包括现场可编程门阵列(FPGA)或部署在硬件装置、通用计算机或任何其他等效硬件上的状态机，例如，与上面论述的方法有关的计算机可读指令可用于将硬件处理器配置成执行上面公开的方法的框、功能和/或操作。

在一个示例中，用于验证非接触式热测量装置的测量精度的本模块或过程505的指令和数据，例如机器可读指令，可被加载到存储器504中，并通过硬件处理器元件502执行，以实现如上面结合方法300和400所论述的框、功能或操作。例如，模块505可包括多个编程代码组件，包括查找组件508和比较组件510。这些编程代码组件可包含在例如控制类似于图1中所示的系统100的系统的片上系统上。

查找组件508可被配置成确定当发射器面被加热到已知温度时系统100的发射器面104所发出的热。例如，查找组件508可通过在查找表中查找它来确定所发出的热。例如，查找组件508可控制上面关于方法300的框304所论述的功能中的至少一些。

比较组件510可被配置成基于由非接触式热测量装置作出的实际热测量结果与预期热测量结果(例如，非接触式热测量装置预期作出的热测量结果)的比较来确定非接触式热测量装置是否正常运作。比较组件510还可被配置成在非接触式热测量装置未正常运作时产生警报，使得非接触式热测量装置可被修理和/或清洁。例如，比较组件510可控制上面关于方法300的框306-310所论述的功能中的至少一些。

此外，当硬件处理器执行指令以执行“操作”时，这可包括该硬件处理器直接执行所述操作和/或促进、引导或与例如协处理器之类的另一个硬件装置或组件协作，以执行所述操作。

执行与上述方法相关的机器可读指令的处理器可被视为编程的处理器或专用处理器。如此，本公开的用于验证非接触式热测量装置的测量精度的本模块405，包括相关的数据结构，可被存储在有形或物理(广泛地非暂时性)的计算机可读存储装置或介质上，例如易失性存储器、非易失性存储器、ROM存储器、RAM存储器、磁性或光学驱动器、装置或软盘等。更具体而言，该计算机可读存储装置可包括如下任何物理装置，即：其提供存储信息的能力，该信息例如为待由处理器或者例如计算机或应用服务器之类的计算装置访问的数据和/或指令等。

将会理解的是，上面公开的以及其他特征和功能的变体或其替代方案可被结合到许多其他不同的系统或应用中。后续可在其中做出各种目前不可预见或无法预料的替代方案、修改或变型，这些替代方案、修改或变型也意在由所附权利要求涵盖。

Claims (11)

1.一种发射器，包括：

晶体管；

具有受控的长波红外发射率的导热面，其中，所述导热面与所述晶体管热接触；

温度检测器，其定位成检测所述导热面的温度；

印刷电路板，其定位成支撑所述晶体管和所述温度检测器；以及

位于所述导热面和所述印刷电路板之间的导热接合部，其中，所述导热接合部是不导电的。

2.如权利要求1所述的发射器，其特征在于，所述导热面包括铝板，所述铝板已涂覆有具有已知发射率的材料层。

3.如权利要求1所述的发射器，其特征在于，所述受控的长波红外发射率在所述导热面的整个表面上扩散且均匀。

4.如权利要求1所述的发射器，还包括：

间隔件，其定位成将所述导热面平坦地保持在所述印刷电路板上方。

5.如权利要求1所述的发射器，其特征在于，所述发射器被部署在三维打印机内。

6.一种用于验证非接触式热测量装置的方法，包括：

基于对发射器面的温度的测量，来确定描述由具有已知发射率的所述发射器面发出的热的预期值；

在确定所述预期值之前，使用晶体管将所述发射器面加热至设定点；

将所述非接触式热测量装置所得到的测量结果与所述预期值进行比较；以及

基于所述比较，来确定所述非接触式热测量装置是否正常运作，

其中，所述预期值通过查阅查找表来确定，并且

其中，所述查找表中的条目标识了所述发射器面在不同的温度下所发出的热的值。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定所述非接触式热测量装置是否正常运作包括：

断定当非接触式热测量装置所得到的测量结果在所述预期值的预定方差之内时，所述非接触式热测量装置正常运作。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定所述非接触式热测量装置是否正常运作包括：

断定当非接触式热测量装置所得到的测量结果不在所述预期值的预定方差之内时，所述非接触式热测量装置未正常运作。

9.一种非暂时性机器可读存储介质，其编码有可通过处理器执行的指令，所述机器可读存储介质包括：

基于对发射器面的温度的测量来确定描述由具有已知发射率的所述发射器面发出的热的预期值的指令；

在确定所述预期值之前，使用晶体管将所述发射器面加热至设定点的指令；

将非接触式热测量装置所得到的测量结果与所述预期值进行比较的指令；以及

基于所述比较来确定所述非接触式热测量装置是否正常运作的指令，

其中，所述预期值通过查阅查找表来确定，并且

其中，所述查找表中的条目标识了所述发射器面在不同的温度下所发出的热的值。

10.如权利要求9所述的非暂时性机器可读存储介质，其特征在于，确定所述非接触式热测量装置是否正常运作的所述指令包括：

断定当非接触式热测量装置所得到的测量结果在所述预期值的预定方差之内时所述非接触式热测量装置正常运作的指令。

11.如权利要求9所述的非暂时性机器可读存储介质，其特征在于，确定所述非接触式热测量装置是否正常运作的所述指令包括：

断定当非接触式热测量装置所得到的测量结果不在所述预期值的预定方差之内时所述非接触式热测量装置未正常运作的指令。

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