CS215370B1

CS215370B1 - Covered reversible multi-range thermo foil for surface temperature mapping

Info

Publication number: CS215370B1
Application number: CS354579A
Authority: CS
Inventors: Eduard Pospisil; Jarmila Pospisilova
Original assignee: Eduard Pospisil; Jarmila Pospisilova
Priority date: 1979-05-23
Filing date: 1979-05-23
Publication date: 1982-08-27

Abstract

Krytá vratná vícerozsahová teploměrná folie určená k plošnému barevnému teplotnímu mapování biologických i technických objektů. Konstrukcí folie je vyřešena optimalizace jejích mechanických vlastností. Vzájemné posunutí intervalu existence mezofáze dvou ke konstrukci použitých kapalně krystalických teplotních indikátorů umožňuje téměř dvojnásobné rozšíření sledovaného intervalu teplot bez ztráty přesnosti nebo jednoduchosti barevné teplotní mapy. V samolepícím provedení umožňuje folie kontinuální a dlouhodobé sledování rozložení teplot a samolepící vrstva zlepšuje přestup tepla ze sledovaného objektu do folie. Účelem vynálezu je zjištění rozložení teploty, respektive šíření tepla předměty s nepříliš tvarově složitým povrchem. Výhodou je možná indikace skrytých vad ať již existujících nebo teprve vznikajících. V biologii a v lékařství řeší folie problém rychlého a přímého plošného barevného teplotního mapování částí organizmů. Vlastní konstrukční uspořádání teploměrné folie vyplývá z přiloženého výkresu.Covered reversible multi-range thermometer foil intended for area color temperature mapping of biological and technical objects. The foil design solves the optimization of its mechanical properties. The mutual shift of the interval of existence of the mesophase of the two liquid crystalline temperature indicators used in the construction allows for an almost twofold expansion of the monitored temperature interval without losing the accuracy or simplicity of the color temperature map. In the self-adhesive version, the foil enables continuous and long-term monitoring of the temperature distribution and the self-adhesive layer improves the heat transfer from the monitored object to the foil. The purpose of the invention is to determine the temperature distribution, or rather the heat spread of objects with a not very complex surface shape. The advantage is the possible indication of hidden defects, whether already existing or just emerging. In biology and medicine, the foil solves the problem of fast and direct area color temperature mapping of parts of organisms. The actual structural arrangement of the thermometer foil results from the attached drawing.

Description

(54) Krytá vratná vícerozsahová teploměrná fólie k plošnému teplotnímu mapování(54) Covered returnable multi-range thermometer foil for surface temperature mapping

Krytá vratná vícerozsahová teploměrná folie určená k plošnému barevnému teplotnímu mapování biologických i technických objektů. Konstrukcí folie je vyřešena optimalizace jejích mechanických vlastností. Vzájemné posunutí intervalu existence mezofáze dvou ke konstrukci použitých kapalně krystalických teplotních indikátorů umožňuje téměř dvojnásobné rozšíření sledovaného intervalu teplot bez ztráty přesnosti nebo jednoduchosti barevné teplotní mapy. V samolepícím provedení umožňuje folie kontinuální a dlouhodobé sledování rozložení teplot a samolepící vrstva zlepšuje přestup tepla ze sledovaného objektu do folie.Indoor reversible multi-range thermometer foil designed for surface color temperature mapping of biological and technical objects. The construction of the foil solves the optimization of its mechanical properties. The mutual displacement of the mesophase two existence interval to the construction of the liquid-crystal temperature indicators used allows the observed temperature interval to be almost doubled without loss of accuracy or simplicity of the color temperature map. In the self-adhesive design, the film allows continuous and long-term monitoring of the temperature distribution, and the self-adhesive layer improves the heat transfer from the object to be monitored.

Účelem vynálezu je zjištění rozložení teploty, respektive šíření tepla předměty s nepříliš tvarově složitým povrchem. Výhodou je možná indikace skrytých vad ať již existujících nebo teprve vznikajících. V biologii a v lékařství řeší folie problém rychlého a přímého plošného barevného teplotního mapování částí organizmů.The purpose of the invention is to determine the temperature distribution and / or heat distribution of objects with a not very complex surface. The advantage is the possible indication of hidden defects, whether existing or emerging. In biology and medicine, the film solves the problem of fast and direct area color temperature mapping of parts of organisms.

Vlastní konstrukční uspořádání teploměrné folie vyplývá z přiloženého výkresu.The actual construction of the thermo-foil results from the attached drawing.

Vynález se týká kryté vratné vícerozsahové teploměrné fólie, sloužící k plošnému teplotnímu mapování biologických i technických objektů, řešené tak, že kontinuální vrstvy kapalně krystalického teplotního indikátoru cholesterického typu jsou oboustranně chráněny inertními vrstvami a umožňující svou konstrukcí získání optimálních mechanických vlastností.The present invention relates to a multidimensional thermosetting backsheet for surface temperature mapping of biological and technical objects, such that the continuous layers of liquid-crystalline temperature indicator of cholesteric type are protected on both sides by inert layers and by their design obtaining optimal mechanical properties.

Dosud známé teploměrné fólie používané k teplotnímu mapování ať už biologických, nebo technických objektů, jsou založeny na termosenzitivních elektrooptických vlastnostech kapalně krystalických látek cholesterického typu. Většina těchto látek vykazuje v intervalu teplot odpovídajícím jejich teplotě existence mezofáze na teplotě závislý selektivní rozptyl, tzn., že po osvětlení vnějším zdrojem světla odrážejí v tomto intervalu teplot světlo, jehož vlnová délka je závislá na teplotě. Nerozptýlená část primárního světelného svazku prochází vrstvou kapalně krystalické látky beze změny a její odraz na podložce, na které je termosenzitivní látka umístěna, by mohl rušit odrážené světlo. Proto je výhodné, aby nerozptýlené části primárního světelného svazku byly absorbovány buď černou podložkou, nebo černým pigmentem, který je rozptýlen přímo ve vrstvě termosenzitivní kapalně krystalické látky cholesterického typu. Kapalně krystalické látky cholesterického typu jsou nazývány teplotními kapalně krystalickými indikátory a z jejich výše uvedených termosenzitivních elektrooptických vlastností vyplývají možnosti jejich použití v technice plošného teplotního mapování.The prior art thermometer films used for temperature mapping of either biological or technical objects are based on the thermosensitive electro-optical properties of liquid-crystalline cholesteric-type substances. Most of these substances exhibit a temperature-dependent selective scattering in the temperature range corresponding to their meso-phase temperature, i.e., when illuminated by an external light source, they reflect light whose wavelength is temperature-dependent in this temperature range. The non-scattered portion of the primary light beam passes through the liquid-crystalline substance layer unchanged and its reflection on the substrate on which the thermosensitive substance is placed could interfere with the reflected light. Therefore, it is preferable that the non-scattered portions of the primary light beam are absorbed by either a black backing or a black pigment that is dispersed directly in the cholesteric-type thermosensitive liquid crystalline layer. Liquid-crystalline substances of the cholesteric type are called temperature-liquid-crystal indicators and their above-mentioned thermosensitive electro-optical properties imply the possibility of their use in the technique of surface temperature mapping.

Při plošném teplotním mapování biologických nebo technických objektů technikou termosenzitivních fólií jsou k orientačním měřením používány nekryté vratné teploměrné fólie, získávané tak, že na podkladovou černou fólii, inertní vůči použitému kapalně krystalickému teplotnímu indikátoru i organickému rozpouštědlu, ve kterém je indikátor pro snazší aplikaci rozpuštěn, je nanesena nekrytá vrstva indikátoru. Teplotně závislé barvy těchto nekrytých fólií jsou dostatečně jasné a hluboké. Fólie jsou však časově nestálé a nekrytá vrstva kapalně krystalického teplotního indikátoru je velmi citlivá i na nepatrná znečištěni, která mohou měnit její termosenzitivní vlastnosti, a to i během měření.For surface temperature mapping of biological or technical objects by thermosensitive foil technique, uncovered returnable thermometer foils are obtained for orientation measurements, obtained by making the substrate black inert to both the liquid-crystalline temperature indicator used and the organic solvent in which the indicator is dissolved for easier application, an uncovered indicator layer is applied. The temperature-dependent colors of these exposed films are sufficiently bright and deep. However, the films are unstable over time and the uncovered layer of the liquid-crystalline temperature indicator is very sensitive to slight contamination, which may change its thermosensitive properties, even during measurement.

Teploměrné fólie, jejichž časová stálost je větší než několik měsíců, jsou v podstatě získávány dvěma způsoby. V prvém případě je kapalně krystalický teplotní indikátor vpraven přímo do látky, ze které je fólie vyrobena. Tato fólie může být samonosná nebo je při výrobě nanesena na nosnou podkladovou fólii. Materiál vlastní termosenzitivní fólie nebo nosné podkladové fólie musí být černě pigmentován. Barevné teplotní mapy získávané tímto typem fólií jsou většinou nepříliž výrazné, někdy až mdlých a lomených barev, což ztěžuje jejich záznam i vyhodnocování. Druhým typem jsou teploměrné fólie, v jejichž hmotě jsou ve víceméně pravidelných vzdálenostech rozmístěny - zakapslovány - kapičky, malá uzavřená množství kapalně krystalického teplotního indikátoru o průměru asi 0,05 mm. Fólie je opět černě pigmentována. Získané teplotně závislé barvy jsou jasné, ale jejich intenzita je omezena nespojítostí rozptylové vrstvy kapalně krystalického teplotního indikátoru. Výhodou těchto termometrickýeh fólií je, že vlastní indikátor je izolován a nemusí být pigmentován. Nej častější nevýhodou je malá transparentnost vrchních vrstev fólie a nespoj itost rozptylové vrstvy kapalně krystalického teplotního indikátoru. Oba druhy fólií jsou obvykle vyráběny jako vratné a mohou být použity k opakovaným nebo kontinuálním měřením. Teplotní rozsah popsaných fólií odpovídá teplotnímu rozsahu existence mezofáze použitých kapalně krystalických teplotních indikátorů a. obvykle se v požadovaném intervalu teplot volí asi čtyři až pět Kelvínů. Omezenost intervalu, ve kterém existuje použitý kapalně krystalický indikátor ve stavu mezifáze, je základní nevýhodou obou popsaných druhů termometrických fólií. Tuto nevýhodu nemají fólie, ve kterých jsou uzavřeny (zakapslovány) kapičky dvou kapalně krystalických teplotních indikátorů, jejichž intervaly existence mezofáze jsou vzájemně teplotně posunuty o dva až čtyři Kelvíny tak, aby intervaly existence mezofáze použitých indikátorů na sebe spojitě navazovaly. Hlavní nevýhodou této konstrukce termosenzitivních fólií je ta skutečnost, že je poměrně zmenšeno množství každého použitého kapalně krystalického teplotního indikátoru a tim i jasnost barev získané barevné teplotní mapy.Thermometer films whose time stability is greater than several months are essentially obtained in two ways. In the first case, the liquid crystalline temperature indicator is incorporated directly into the fabric from which the film is made. The film may be self-supporting or may be applied to the backing film during manufacture. The material of the thermosensitive film itself or the carrier backing film must be black pigmented. Color temperature maps obtained by this type of foil are usually not very prominent, sometimes even dull and refracted colors, which makes their recording and evaluation difficult. The second type is thermometer foils, in the mass of which droplets are placed - encapsulated - in a more or less regular intervals, small closed amounts of liquid-crystalline temperature indicator with a diameter of about 0.05 mm. The film is again pigmented in black. The temperature-dependent colors obtained are clear, but their intensity is limited by the discontinuity of the scattering layer of the liquid-crystalline temperature indicator. The advantage of these thermometric films is that the indicator itself is isolated and does not need to be pigmented. The most common disadvantage is the low transparency of the topsheets of the film and the discontinuity of the scattering layer of the liquid-crystalline temperature indicator. Both types of films are usually made as returnable and can be used for repeated or continuous measurements. The temperature range of the foils described corresponds to the temperature range of the mesophase existence of the liquid-crystalline temperature indicators used, and about four to five Kelvin are usually selected within the desired temperature range. The limitations of the interval in which the liquid-crystal indicator used exists in the state of the interphase are a fundamental disadvantage of the two types of thermometric films described. This disadvantage does not have foils in which the droplets of two liquid-crystalline temperature indicators are closed (encapsulated), whose mesophase existence intervals are offset by two to four Kelvin so that the mesophase existence intervals of the indicators used are contiguous. The main disadvantage of this thermosensitive foil construction is that the amount of each liquid-crystalline temperature indicator used and the color brightness of the color temperature map obtained are relatively reduced.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny krytou vratnou vícerozsahovou teploměrnou fólií k plošnému teplotnímu mapování podle vynálezu, jehož podstatou je uspořádání a spojení jednotlivých částí teploměrné fólie, která se skládá ze dvou vrstev kapalně krystalického teplotního indikátoru cholesterického typu, přičemž vrstvy mají. vzájemně posunutý teplotní interval existence mezofáze a jsou současně pojidlem mezi transparentní fólií krycí, transparentní fólií izolační a podkladovou fólií opatřenou nátěrem podkladové černé barvy, přičemž transparentní fólie jsou inertní vůči kapalně krystalickému teplotnímu indikátoru cholesterického typu i vůči organickému rozpouštědlu použitému pro jeho snazší aplikaci. Podkladová fólie může být na spodní straně dále opatřena samolepící vrstvou, chráněnou až do použití ochrannou fólií.The aforementioned drawbacks are overcome by a covered, multi-range, back-to-back temperature mapping thermo-film according to the invention, which is based on the arrangement and connection of the individual parts of the thermo-film. the mutually offset temperature interval of the mesophase existence and are at the same time a bond between the transparent cover film, the transparent insulating film and the backing film coated with a black background color, the transparent films being inert to the liquid crystalline cholesteric type temperature indicator and organic solvent used for easier application. The backing sheet may further be provided with a self-adhesive layer on the underside, protected by a protective sheet until use.

Krytím spojitých vrstev kapalně krystalického teplotního indikátoru nerozpustnou inertní fólií se dosáhne jejich dlouhodobé stability, zvláště s ohledem na možný vliv vzdušného kyslíku. Výjimečné jasnosti a hloubky teplotně závislých barev vytvořené barevné teplotní mapy je dosaženo spojitostí každé z vrstev kapalně krystalického teplotního indikátoru cholesterického typu a dobrou transparencí krycí a oddělující inertní transparentní fólie. Trvalého spojení jednotlivých vrstev termometrické fólie je dosaženo vlastními vrstvami kapalně krystalického indikátoru. Vrstvy není tedy nutné jinak spojovat. Oddělení podkladové fólie černou podkladovou barvou od spodní vrstvy kapalně krystalického teplotního indikátoru umožňuje volit materiál této fólie pouze s ohle3 dem na požadované mechanické vlastnosti termometrické fólie, a ne s ohledem na nutnou inertnost podkladové fólie vůči použitému kapalně krystalickému teplotnímu indikátoru a použitému organickému rozpouštědlu. Posledně uvedená vlastnost je základní výhodou vícerozsahové teploměrné fólie podle vynálezu. K výrobě vícerozsahové termosenzitivní fólie podle vynálezu lze použít kapalně krystalického teplotního indikátoru cholesterického typu stejného druhu, s tím, že pro jednotlivé vrstvy musí mít kapalně krystalický indikátor posunutý teplotní interval existence mezofáze o 4 Kelvíny, je-li rozsah existence mezofáze pro všechny vrstvy 5 Kelvínů. Vrstva kapalně krystalického teplotního indikátoru umístěná ve fólii blíže k měřenému objetku má teplotní interval existence mezofáze v absolutní hodnotě teplot posunutý do vyšší hodnoty. Původně barevně shodné teplotně závislé barevné odstíny difraktovaného světla jsou průchodem vrchními vrstvami fólie barevně odlišeny a rozlišení teplot určovaných podle barvy světla difraktovaného na jednotlivých vrstvách kapalně krystalického teplotního indikátoru je snadné. Životnost fólie je větší než čtvrt roku. Samolepící vrstva, kterou může být opatřena spodní strana teploměrné fólie, podstatně usnadňuje v některých případech manipulaci s fólií při snímání teplotní mapy a umožňuje dosáhnout zlepšení přestupu tepla z měřeného objektu do teploměrné fólie.By covering the continuous layers of the liquid-crystalline temperature indicator with an insoluble inert film, their long-term stability is achieved, especially with regard to the possible influence of air oxygen. The exceptional clarity and depth of the temperature-dependent colors produced by the color temperature map are achieved by the continuity of each of the layers of the liquid-crystalline cholesteric-type temperature indicator and the good transparency of the covering and separating inert transparent film. The permanent connection of the individual layers of the thermometric foil is achieved by the liquid layers of the liquid crystal indicator itself. It is therefore not necessary to join the layers otherwise. The separation of the backing sheet with a black backing from the bottom layer of the liquid-crystalline temperature indicator allows the material to be selected only with regard to the desired mechanical properties of the thermometric film and not with regard to the necessary inertness of the backing film to the liquid-crystalline temperature indicator and organic solvent used. The latter property is a fundamental advantage of the multi-range thermometer film of the invention. A liquid-crystal cholesteric type temperature indicator of the same kind may be used to produce the multistage thermosensitive film of the present invention, provided that the liquid-crystal indicator has a shifted mesophase temperature interval of 4 Kelvin for each layer if the mesophase existence range for all layers is 5 Kelvin . A layer of liquid-crystalline temperature indicator placed in the foil closer to the object to be measured has a temperature interval of mesophase existence in absolute temperature value shifted to a higher value. Initially color-matched temperature-dependent color shades of diffracted light are color-coded by passing through the top layers of the film, and distinguishing temperatures determined by the color of light diffracted on individual layers of the liquid-crystalline temperature indicator is easy. The life of the foil is greater than a quarter of a year. The self-adhesive layer, which may be provided with the underside of the thermo-film, greatly facilitates in some cases the handling of the film when scanning the temperature map and makes it possible to improve the heat transfer from the measured object to the thermo-film.

Konkrétní provedení kryté vratné vícerozsahové teploměrné fólie k plošnému teplotnímu mapování podle vynálezu je zobrazeno na výkresu.A specific embodiment of a covered, multi-range thermo-temperature mapping backsheet of the present invention is shown in the drawing.

Na jednu stranu podkladové fólie 6 je nanesena vrstva podkladové černé barvy 5, která odděluje podkladovou fólii 6 a na vrstvu podkladové černé barvy 5 nanesenou vrstvu 4 kapalně krystalického teplotního indikátoru cholesterického typu. Teplotní interval existence mezofáze tohoto indikátoru je posunut o čtyři Kelvíny proti proti teplotnímu intervalu existence mezofáze kapalně krystalického teplotního indikátoru cholesterického typu použitého později pro vytvoření vrstvy 2. Po vyschnutí rozpouštědla je vrstva 4 kapalně krystalického teplotního indikátoru cholesterického typu přetřena vlasovým štětcem, aby byly odstraněny možné zbytky rozpouštědla a dosaženo vzniku smykových napětí, vyvolávajících jednotnou orientaci vrchní vrstvy molekul ve vrstvě 4. Na vrstvu 4 je těsně nalepena (např. pomocí gumového válečku na skleněné desce) transparentní fólie 3, izolační). Na vrchní stranu transparentní fólie 3, izolační, je nanesena spojitá vrstva 2 kapalně krystalického teplotního indikátoru cholesterického typu s teplotním intervalem existence mezofáze posunutým o čtyři Kelvíny níže proti teplotě intervalu existence mezofáze kapalně krystalického teplotního indikátoru cholesterického typu ' použitého pro vrstvu 4, za stejných podmínek jako při nanášení vrstvy 4. Na vrstvu 2 je těsně nalepena transparentní fólie 1 krycí, podobným postupem, jako byla nalepována transparentní fólie 3 izolační na vrstvu 4. Spodní strana podkladové fólie 6 může být opatřena samolepící vrstvou 7, která musí být až do použití kryta ochrannou fólií 8.One side of the backing sheet 6 is coated with a backing black layer 5 that separates the backing sheet 6 and onto the backing black layer 5 with a layer 4 of a liquid crystalline cholesteric type temperature indicator. The mesophase temperature interval of this indicator is shifted by four Kelvin against the mesophase temperature range of the liquid-crystalline cholesteric-type temperature indicator used later to form layer 2. After the solvent has dried, the liquid-crystalline-type cholesteric-type temperature indicator layer 4 is overcoated with a hair brush. solvent layers and shear stresses are created, causing uniform orientation of the top layer of molecules in layer 4. Transparent film 3, insulating) is tightly adhered to layer 4 (e.g., using a rubber roller on a glass plate). On top of the transparent foil 3, a continuous layer 2 of the liquid-crystalline cholesteric-type temperature indicator is deposited with a mesophase temperature interval of 4 degrees Kelvin downstream of the meso-phase of the liquid-crystalline cholesteric type temperature indicator used for layer 4 under the same conditions as in the application of layer 4. A transparent covering film 1 is sealed to layer 2 in a similar manner to the transparent foil 3 insulating on layer 4. The underside of the backing film 6 may be provided with a self-adhesive layer 7 which must be covered until use. protective foil 8.

Kryté vratné vícerozsahové fólie podle vynálezu lze použít všude tam, kde je účelné znát rozložení teplot v ploše. V případě, kdy interval sledovaných teplot neodpovídá funkčnímu intervalu fólie, je k její výrobě nutné použít kapalně krystalického teplotního indikátoru cholesterického typu s odpovídajícím teplotním intervalem existence mezofáze. Zvláště významné využití najde teploměrná fólie podle vynálezu v lékařství, např. v termografii ženského prsu, termografii končetin, určení umístění placenty těhotných apod., v jednorázovém, opakovaném nebo kontinuálním teplotním mapování biologických i technických objektů, např. při sledování teplotních map pokusných zvířat během probíhajícího pokusu nebo při vyhledávání nehomogenit technických objektů sledováním šíření tepla apod.The coated multi-span backsheets of the present invention can be used wherever it is useful to know the temperature distribution over a surface. In case the monitored temperature interval does not correspond to the functional interval of the film, it is necessary to use a liquid-crystalline temperature indicator of cholesterol type with the corresponding temperature interval of the existence of mesophase. The thermo-film according to the invention finds particular use in medicine, for example in female breast thermography, limb thermography, placenta placement of pregnant women, etc., in single, repeated or continuous temperature mapping of biological and technical objects, e.g. or by searching for inhomogeneities of technical objects by monitoring heat propagation, etc.

Claims

SUBJECT

Covered multidimensional thermosetting sheet for surface temperature mapping, characterized in that it consists of two layers (2, 4) of a liquid-crystalline temperature indicator of cholesterol type, wherein the layers (2, 4) have mutually offset the temperature interval of mesophase existence and a binder between the transparent film (1), the cover film, the transparent film (3), the insulating film and the base film (6), coated with a black background color (5),

BACKGROUND OF THE INVENTION wherein the transparent films (1, 3) are inert to both the liquid crystalline cholesteric type temperature indicator and the organic solvent used to facilitate its application.

Covered multidimensional thermometer foil according to item 1, characterized in that the underside of the base foil (6) is provided with a self-adhesive layer (7), protected until use by a protective foil (8).