CN112179517B - 温度传感器以及温度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温度传感器以及温度检测方法，温度传感器包括：相对设置的第一基板以及第二基板；液晶层，设置于第一基板以及第二基板之间；第一导电电极，设置于第一基板朝向液晶层的一侧，第一导电电极包括多个阵列分布的第一电极块；第二导电电极，设置于第二基板朝向液晶层的一侧并与第一导电电极相对，以形成液晶电容；第三导电电极，设置于第一基板背离液晶层的一侧，第三导电电极接固定电位，以屏蔽外界信号；检测组件，包括检测模块以及温度计算模块，检测模块与各第一电极块电连接，温度计算模块与检测模块电连接。本发明实施例提供的温度传感器以及温度检测方法，温度传感器能够实现多点测温需求，且测量结果准确性较高。

Description

温度传感器以及温度检测方法

技术领域

本发明涉及温度检测技术领域，特别是涉及一种温度传感器以及温度检测方法。

背景技术

温度传感器能够用于测定被测物预定位置的温度，应用十分广泛，例如在显示领域，其可以用于测量显示面板的温度。已有的温度传感器大多采用热电偶或者热敏电阻配合温控器的检测方式，实现多点测温困难，因此，亟需一种新的温度传感器以及温度检测方法

发明内容

本发明实施例提供一种温度传感器以及温度检测方法，温度传感器能够实现多点测温需求，且测量结果准确性较高。

一方面，根据本发明实施例提出了一种温度传感器，包括：相对设置的第一基板以及第二基板；液晶层，设置于第一基板以及第二基板之间；第一导电电极，设置于第一基板朝向液晶层的一侧，第一导电电极包括多个阵列分布的第一电极块；第二导电电极，设置于第二基板朝向液晶层的一侧并与第一导电电极相对，以形成液晶电容；第三导电电极，设置于第一基板背离液晶层的一侧，第三导电电极接固定电位，以屏蔽外界信号；检测组件，包括检测模块以及温度计算模块，检测模块与各第一电极块电连接，温度计算模块与检测模块电连接。

另一方面，根据本发明实施例提出了一种温度检测方法，根据上述的温度传感器检测温度，温度检测方法包括：

获取每个第一电极块与第二导电电极之间的电容值；

根据电容值基于预设的计算规则获取每个第一电极块所在区域的温度信息。

根据本发明实施例提供的温度传感器以及温度检测方法，温度传感器包括设置于第一基板上的第一导电电极、设置于第二基板上并与第一导电电极相对设置的第二导电电极以及位于第一导电电极与第二导电电极之间的液晶层，第一导电电极采用多个阵列分布的第一电极块的形式，使得第一导电电极、第二导电电极以及液晶层能够共同形成多个液晶电容。由于液晶材料的介电常数能够根据所处环境温度发生变化，可以通过检测模块与第一电极块电连接，按照预设的计算规则获取每个第一电极块与第二导电电极之间的电容值。通过温度计算模块与检测模块电连接，使得温度计算模块可以根据电容值基于预设的计算规则获取每个第一电极块所在区域的温度信息，以实现温度传感器的多点测温需求，且结构简单。相应设置的第三导电电极，能够接固定电位，以屏蔽外界信号，避免由于外界信号干扰造成的数据误差，使得温度检测精度高。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本发明一个实施例的温度传感器的俯视图；

图2是图1中沿A-A方向的剖视图；

图3是本发明一个实施例的第一导电电极的俯视图；

图4是本发明一个实施例的检测模块的电路示意图；

图5是本发明另一个实施例的温度传感器的剖视图；

图6是本发明另一个实施例的第二导电电极的俯视图；

图7是本发明又一个实施例的温度传感器的剖视图；

图8是本发明又一个实施例的第三导电电极的俯视图；

图9是本发明一个实施例的温度检测方法的流程示意图；

图10是另一个实施例的温度检测方法的流程示意图；

图11是又一个实施例的温度检测方法的流程示意图。

其中：

100-温度传感器；

10-第一基板；

20-第二基板；

30-液晶层；

40-第一导电电极；41-第一电极块；42-第一信号线；

50-第二导电电极；51-第二电极块；52-第一互联结构；53-第二信号线；

60-第三导电电极；61-第三电极块；62-第二互联结构；63-第三信号线；

70-检测组件；71-检测模块；711-电荷放大器；712-数模转换器；72-温度计算模块。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1以及图2，本发明实施例提供一种温度传感器100，包括第一基板10、第二基板20、液晶层30、第一导电电极40、第二导电电极50、第三导电电极60以及检测组件70。第一基板10以及第二基板20相对设置，液晶层30设置于第一基板10以及第二基板20之间。第一导电电极40设置于第一基板10朝向液晶层30的一侧，第一导电电极40包括多个阵列分布的第一电极块41。第二导电电极50设置于第二基板20朝向液晶层30的一侧并与第一导电电极40相对，以形成液晶电容。第三导电电极60设置于第一基板10背离液晶层30的一侧，第三导电电极60接固定电位，以屏蔽外界信号。检测组件70包括检测模块71以及温度计算模块，检测模块71与各第一电极块41电连接，温度计算模块与检测模块71电连接。

本发明实施例提供的温度传感器100，由于第一导电电极40采用多个阵列分布的第一电极块41的形式，使得第一导电电极40、第二导电电极50以及液晶层30能够共同形成多个液晶电容。由于液晶材料的介电常数能够根据所处环境温度发生变化，可以通过检测模块71与第一电极块41电连接，按照预设的计算规则获取每个第一电极块41与第二导电电极50之间的电容值。通过温度计算模块与检测模块71电连接，使得温度计算模块可以根据电容值基于预设的计算规则获取每个第一电极块41所在区域的温度信息，以实现温度传感器100的多点测温需求，即，可用于检测同一待测环境下不同位置的温度。并且测试时，无需像红外探测的方式直接照射得到，只需要将其设置于待测区域即可，不受探测方式的限制，应用更加广泛。

而相应设置的第三导电电极60，能够接固定电位，以屏蔽外界信号，避免由于外界信号干扰造成的数据误差，使得温度检测精度高。

作为一种可选地实施方式，第一基板10以及第二基板20均可以为具有预定厚度的平面板状结构，可选为玻璃板。可选地，第一基板10以及第二基板20可以间隔且相互平行设置。

可选地，第一导电电极40可以为金属层结构，其由金属材料制成，可以降低第一导电电极40的电阻率，更好的积累电荷量，完成充电电荷收集。一些可选地示例中，第一导电电极40可以采用钼、铝、铜等材质制成。

请一并参阅图3，可选地，第一导电电极40所包括的多个第一电极块41之间是相互绝缘的，各第一电极块41位于不同位置，每个第一电极块41可以通过第一信号线与检测模块71连接，通过检测模块71检测每个第一电极块41与第二导电电极50之间的电容值。进而使得温度计算模块可以根据电容值基于预设的计算规则获取每个第一电极块41所在区域的温度信息。

可选地，第一导电电极40所包括的第一电极块41的数量以及排布方式可以根据待测量物体的结构形式进行设置，相邻两个第一电极块41之间的距离可以相同，也可以不同，此处不做具体限定。

示例性地，多个第一电极块41可以行列分布，各第一电极块41在第一基板10上的正投影的图案可以相同。示例性地，各第一电极块41在第一基板10上的正投影的图案可以为规则的多边形。

可选地，第一电极块41可以为矩形块状，当然，此为一种可选地实施方式，在有些实施例中，也可以使得第一电极块41采用圆形块状、椭圆形块状或者其他多边形块状。

可选地，本发明实施例提供的温度传感器100，其第二导电电极50可以由金属材料制成，例如可以采用钼、铝、铜等材质。当然也可以采用其他可导电的非金属材料制成，如氧化铟锡(ITO)，只要能够满足第二导电电极50的电性要求均可。在一些可选地实施例中，第二导电电极50可以整面性设置并可以接固定电位，作为基准，通常将第二导电电极50接地设置。

作为一种可选地实施方式，第二导电电极50在第一基板10上的正投影面积大于等于第一导电电极40在第一基板10上的正投影面积。通过上述设置，可以使得第二电极在第一基板10上的正投影覆盖各第一电极块41，能够进一步提高温度检测器多点检测的准确性。

在一些可选地实施例中，本发明实施例提供的温度传感器100，其第三导电电极60可以整面性设置，第三导电电极60可以接固定电位，以屏蔽外界信号，避免由于外界信号干扰造成的数据误差，使得温度检测精度高。

可选地，第三导电电极60可以由金属材料制成，例如可以采用钼、铝、铜等材质，当然也可以由其他可导电的非金属材料制成，如氧化铟锡(ITO)。只要能够满足第三导电电极60的电性要求均可。

作为一种可选地实施方式，第三导电电极60在第一基板10的正投影面积大于等于第一导电电极40在第一基板10上的正投影面积，通过上述设置，可以使得第三导电电极60在第一基板10上的正投影覆盖各第一电极块41，优化第三导电电极60的屏蔽效果。

在一些可选地实施例中，检测模块71具体可以采用能够测量电容值的电容测量电路，以分别测量各第一电极块41和第二导电电极50之间的电容值。

请一并参阅图4，作为一种可选地实施方式，检测模块71可以包括电荷放大器711。具体地，电荷放大器711的第一输入端连接于基准电势Vref，电荷放大器711的第二输入端以连接于第一开关P2的一端，第一开关P2另一端与第二开关P1的一端以及待测的液晶电容的第一导电电极40连接。第一开关P2的另一端可以作为检测模块71的输入端，第二开关P1的另一端接地。检测模块71还包括电容CR，具体地，电容CR设置在电荷放大器711的输出端以及第二输入端之间。此外，电荷放大器711的输出端可以接数模转换器712。上述采集模块能够用于采集液晶电容的电容值或者用于获取电容值的中间值。

可以理解的是，上述示例提供的检测模块71的电路只是一种可选地实施方式，但不限于上述方式，在有些实施例中，也可以使得检测模块71采用其他的电路形式，只要能满足对液晶电容的电容值或者能够获得电容值的中间值的采集均可。

温度计算模块可以根据检测模块71所采集的电容值基于预设的计算规则获取每个第一电极块41所在区域的温度信息，进而实现多点测试。

在一可选地示例中，温度计算模块可以包括第一计算单元以及第二计算单元，第一计算单元可以被配置为根据电容值基于预设的介电常数计算规则得到每个第一电极块41与第二导电电极50之间液晶层30的相对介电常数。第二计算单元可以被配置为根据预存的液晶材料的相对介电常数与温度之间的映射关系得到每个第一电极块41所在区域的温度信息，进而实现温度传感器100的多点测温需求。

由于液晶层30的相对介电常数是根据温度变化的，而液晶层30的相对介电常数的变化会使得对应第一电极块41与第二导电电极50的电容值的变化。当将温度传感器放置于待检测的区域时，不同位置的第一电极块41与第二导电电极50之间的液晶层的液晶层30的相对介电常数会根据所在区域的温度变化，每个第一电极块41与第二导电电极50之间能够检测到对应电容值。第一计算单元则可以根据检测到的电容值计算获得液晶层的相对介电常数，进而使得第二计算单元根据相对介电常数与温度之间的映射关系获得每个第一电极块41所在区域的温度信息，实现多点测温需求。

作为一种可选地实施方式，上述各实施例提供的温度传感器100，其第一导电电极40以及第二导电电极50可以与液晶层30直接接触。以提高所检测温度信息的准确度。

请一并参阅图5以及图6，上述各实施例，均是以第二导电电极50整面性设计为例进行举例说明，可以理解的是，此为一种可选地实施方式，但不限于上述方式。如图5、图6所示，在有些实施例中，也可以使得第二导电电极50包括多个阵列分布的第二电极块51以及第一互联结构52，相邻两个第二电极块51通过第一互联结构52电联接，每个第一电极块41在第一基板10上的正投影被其中一个第二电极块51在第一基板10上的正投影所覆盖。可以使得多个第二电极块51中的一者连接有第二信号线53，通过第二信号线53与外部器件连接，以使得各个第二电极块51接固定电位。

可选地，第二电极块51的形状可以与相对设置的第一电极块41的形状相同，尺寸相同或者尺寸大于第一电极块41，以满足上述投影面积需求。

示例性地，第二电极块51同样可以为矩形块状，当然，此为一种可选地实施方式，在有些实施例中，也可以根据第一电极块41的结构形式使得各第二电极块51采用圆形块状、椭圆形块状或者其他多边形块状，只要能够满足与相对设置的第一电极块41的投影面积要求均可。

可选地，用于连接相邻两个第二电极块51的第一互联结构52尺寸小于各第二电极块51的尺寸，第一互联结构52可以呈条状，且在自身长度方向的一端与其中一个第二电极块51连接，在自身长度方向的另一端与另一个第二电极块51连接，第一互联结构52的形式不做具体限定，只要能够满足相邻两个第二电极块51之间的连接，使多个第二电极块51能够接同一固定电位均可。

一些可选地示例，第一电极块41的数量可以与第二电极块51的数量相同且一一对应设置。每个第一电极块41与对应的第二电极块51形成一个液晶电容，利于实现温度传感器100的多点测温要求。

请一并参阅图7以及图8，可选地，上述各实施例，均是以第三导电电极60整面性设置为例进行举例说明，此为一者可选地实施方式，在有些实施例中，也可以使得第三导电电极60包括多个阵列分布的第三电极块61以及第二互联结构62，相邻两个第三电极块61通过第二互联结构62电联接，每个第一电极块41在第一基板10上的正投影被其中一个第三电极块61在第一基板10上的正投影覆盖。通过上述设置，使得第三导电电极60同样能够满足对外界干扰信号的屏蔽要求。

一些可选地实施例中，多个第三电极块61中的一者可以连接有第三信号线63，可以通过第三信号线63获取一固定电位，使得各第三电极块61均连接同一固定电位，同样可以满足对外界干扰信号的屏蔽要求。

可选地，第三导电电极60所包括第三电极块61的数量可以与第一电极块41的数量相同并一一对应设置。可选地，第三电极块61的形状可以与第一电极块41的形状相同，其尺寸可以大于等于第一电极块41的尺寸，以满足上述投影面积需求。

示例性地，第三电极块61同样可以为矩形块状，当然，此为一种可选地实施方式，在有些实施例中，也可以根据第一电极块41的结构形式使得各第三电极块61采用圆形块状、椭圆形块状或者其他多边形块状，只要能够满足与相对设置的第一电极块41的投影面积要求均可。

可选地，用于连接相邻两个第三电极块61的第二互联结构62尺寸小于各第三电极块61的尺寸，第二互联结构62可以呈条状，且在自身长度方向的一端与其中一个第三电极块61连接，在自身长度方向的另一端与另一个第三电极块61连接，第二互联结构62的形式不做具体限定，只要能够满足相邻两个第三电极块61之间的连接，使多个第三电极块61能够接同一固定电位均可。

请一并参阅图9，另一方面，本发明实施例还提供一种温度检测方法，可以根据上述任意实施例提及的温度传感器100检测温度，检测方法包括：

S100、获取每个第一电极块41与第二导电电极50之间的电容值；

S200、根据电容值基于预设的计算规则获取每个第一电极块41所在区域的温度信息。

本发明实施提供的温度检测方法，通过获取每个第一电极块41与第二导电电极50之间的电容值，并根据电容值基于预设的计算规则获取每个第一电极块41所在区域的温度信息，能够利用温度传感器100实现多点测温需求，只需要将其设置于待测区域即可，不受探测方式的限制，应用更加广泛。

可选地，在步骤S100中，由于第一导电电极40与第二导电电极50之间的介质为液晶层30的液晶分子，因而所获取的电容值是基于介质是液晶分子时的电容值，后续计算时需要应用液晶材料的相对介电常数。

可选地，当采用上述各实施例提供的温度传感器100时，在步骤S100中，可以向所述第一导电电极40输入第一信号，对各所述第一电极块41充电，向所述第二导电电极50输入第二信号，使所述第二导电电极50处于第一固定电位，或者使第二导电电极50接地设置。向所述第三导电电极60输入第三信号，使所述第三导电电极60处于第二固定电位，在每个所述第一电极块41与所述第二导电电极50之间的电势差达到预设电压阈值的情况下，获取每个所述第一电极块41与所述第二导电电极50之间的电容值。

请一并参阅图10，可选地，本发明实施例提供的温度检测方法，其步骤S100具体可以包括：

S110、获取每个第一电极块41所带的电荷量。

S120、根据电荷量基于预设的电容计算规则得到每个第一电极块41与第二导电电极50之间的电容值。

可选地，在步骤S110中，各第一电极块41在充电时，充电设置的电压已知，可以在每个所述第一电极块41与所述第二导电电极50之间的电势差达到预设电压阈值的情况下，获取各第一电极块41所带的电荷量Q。

可选地，在步骤S120中，预设的电容计算规则如式(1)：

C_LC＝Q/V (1)

由于电荷量Q在步S110中已经获取，电压V是设定已知的，根据式(1)对应的预设的电容计算规则能够得到每个第一电极块41与第二导电电极50之间的电容值C_LC。

请一并参阅图11，可选地，本发明实施例提供的温度检测方法，其步骤S200具体可以包括

S210、根据电容值基于预设的介电常数计算规则得到每个第一电极块41与第二导电电极50之间液晶层30的相对介电常数；

S220、根据预存的液晶材料的相对介电常数与温度之间的映射关系得到每个第一电极块41所在区域的温度信息。

在步骤S210中，预设的介电常数计算规则如式(2)

其中：ε_LC-液晶层30的相对介电常数；C_LC-电容值；ε₀-为真空介电系数；d-第一电极块41与第二导电电极50之间的距离；S-第一电极块41与第二导电电极50相对的面积。

由于第一电极块41与第二导电电极50之间的距离d、真空介电系数ε₀、第一电极块41与第二导电电极50相对的面积S均为已知量。常温时，液晶层30的相对介电常数ε_LC保持不变，当温度变化时，液晶层30的相对介电常数发生变化，电容值C_LC也会随之改变。而每个第一电极块41与第二导电电极50之间的电容值C_LC在步骤S100中可以通过检测获得，基于检测的电容值C_LC以及式(2)，可以推算出每个第一电极块41与第二导电电极50之间的液晶层30的相对介电常数。

然后根据在步骤S220中所提及的液晶材料的相对介电常数与温度之间的映射关系得到每个第一电极块41所在区域的温度信息，实现多点测温需求。

液晶材料的相对介电常数与温度之间的映射关系可以是二次函数，也可以是液晶材料的相对介电常数与温度之间一对一设置的表格数据库等，只要能够根据获取的液晶材料的相对介电常数得到对应第一电极块41所在区域的温度需求均可。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种温度传感器，其特征在于，包括：

相对设置的第一基板以及第二基板；

液晶层，设置于所述第一基板以及所述第二基板之间；

第一导电电极，设置于所述第一基板朝向所述液晶层的一侧，所述第一导电电极包括多个阵列分布的第一电极块；

第二导电电极，设置于所述第二基板朝向所述液晶层的一侧并与所述第一导电电极相对，以形成液晶电容；

第三导电电极，设置于所述第一基板背离所述液晶层的一侧，所述第三导电电极接固定电位，以屏蔽外界信号，所述第三导电电极整面性设置；

检测组件，包括检测模块以及温度计算模块，所述检测模块与各所述第一电极块电连接，所述温度计算模块与所述检测模块电连接；

通过所述检测模块检测每个所述第一电极块与所述第二导电电极之间的电容值，所述温度计算模块包括第一计算单元以及第二计算单元，所述第一计算单元被配置为根据所述电容值基于预设的介电常数计算规则得到每个所述第一电极块与所述第二导电电极之间所述液晶层的相对介电常数，所述第二计算单元被配置为根据预存的液晶材料的相对介电常数与温度之间的映射关系得到每个所述第一电极块所在区域的温度信息。

2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述第二导电电极在所述第一基板上的正投影面积大于等于所述第一导电电极在所述第一基板上的正投影面积。

3.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述第二导电电极包括多个阵列分布的第二电极块以及第一互联结构，相邻两个所述第二电极块通过所述第一互联结构电联接，每个所述第一电极块在所述第一基板上的正投影被其中一个所述第二电极块在所述第一基板上的正投影所覆盖。

4.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述第二导电电极整面性设置。

5.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述第三导电电极包括多个阵列分布的第三电极块以及第二互联结构，相邻两个所述第三电极块通过所述第二互联结构电联接，每个所述第一电极块在所述第一基板上的正投影被其中一个所述第三电极块在所述第一基板上的正投影覆盖。

6.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述第一导电电极为金属层。

7.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述第一导电电极以及所述第二导电电极与所述液晶层直接接触。

8.一种温度检测方法，根据权利要求1至7任一项所述的温度传感器检测温度，其特征在于，所述温度检测方法包括：

通过所述检测模块获取每个所述第一电极块与所述第二导电电极之间的电容值；

根据所述电容值基于预设的计算规则获取每个所述第一电极块所在区域的温度信息，包括：

根据所述电容值基于预设的介电常数计算规则得到每个所述第一电极块与所述第二导电电极之间所述液晶层的相对介电常数；

根据预存的液晶材料的相对介电常数与温度之间的映射关系得到每个所述第一电极块所在区域的所述温度信息。

9.根据权利要求8所述的温度检测方法，其特征在于，所述获取每个所述第一电极块与所述第二导电电极之间的电容值的步骤包括：

获取每个所述第一电极块所带的电荷量；

根据所述电荷量基于预设的电容计算规则得到每个所述第一电极块与所述第二导电电极之间的电容值。