PL239727B1 - Zestaw do bezdotykowej kontroli temperatury, sposob generowania frontow falowych promieniowania elektromagnetycznego - Google Patents
Zestaw do bezdotykowej kontroli temperatury, sposob generowania frontow falowych promieniowania elektromagnetycznego Download PDFInfo
- Publication number
- PL239727B1 PL239727B1 PL424096A PL42409618A PL239727B1 PL 239727 B1 PL239727 B1 PL 239727B1 PL 424096 A PL424096 A PL 424096A PL 42409618 A PL42409618 A PL 42409618A PL 239727 B1 PL239727 B1 PL 239727B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- temperature
- source
- electromagnetic
- detector
- sources
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 title claims description 20
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 26
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 5
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/27—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing element responsive to radiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/0205—Mechanical elements; Supports for optical elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/12—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/48—Thermography; Techniques using wholly visual means
- G01J5/485—Temperature profile
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest zestaw do bezdotykowej kontroli temperatury, sposób tworzenia profili frontów falowych promieniowania elektromagnetycznego oraz zastosowanie zestawu do generowania, kształtowania i kontrolowania profili pól temperaturowych, z wykorzystaniem profili frontów falowych, płaskich i objętościowych pól temperaturowych na powierzchniach materialnych i w obiektach materialnych w funkcji czasu. Wynalazek znajduje zastosowanie w procesach przemysłowych, biologicznych, chemicznych, w badaniach materiałowych i innych wymagających stałej, bądź zmiennej w czasie, temperatury kontrolowanej w sposób bezkontaktowy.
We współczesnych procesach technologicznych, jak w wielu obszarach badań, informacja o temperaturze w danym punkcie czy rozkładzie temperatur, stanowią bardzo istotny ich element. Reżimy pomiaru temperatury zazwyczaj dzieli się na dotykowe i bezdotykowe. W pomiarach kontaktowych konieczny jest bezpośredni kontakt medium mierzącego z daną substancją lub punktem, w którym chcemy znać temperaturę. W metodach bezdotykowych przedmiotem pomiaru jest długość fali emitowanego promieniowania podczerwonego i nie ma wówczas kontaktu medium mierzonego z urządzeniem pomiarowym. Pomiar odbywa się w oparciu o prawo Plancka oraz prawo Wiena. Prawo Plancka mówi o ilości wypromieniowanej energii przez ciało doskonale czarne. Natomiast prawo Wiena dotyczy zmiany długości fali wraz ze zmianą temperatury.
Metody pomiaru temperatury, niezależnie od reżimu pomiaru, są w stanie techniki bardzo dobrze udokumentowane i rozwinięte. Różnią się przede wszystkim wykorzystywanym zjawiskiem fizycznym. Pomimo tego wciąż są poszukiwane nowe sposoby jej oznaczania, sensie konstrukcji układów pomiarowych. Bardzo istotną kwestią związaną z oznaczeniem temperatury jest jego dokładność. Obecnie stosowane metody bezdotykowe nie charakteryzują się wysoką precyzją pomiaru w danym punkcie. Konieczne także jest przesuwanie badanego obiektu, by możliwe było zmierzenie temperatury. Ponadto czujnik temperatury musi się znajdować jak najbliżej mierzonego obiektu w celu zebrania jak największej ilości wyemitowanego promieniowania podczerwonego, by przekroczyć wartość progową zjawiska fizycznego umożliwiającego prawidłową rejestrację temperatury.
Kolejnym ważnym problemem stawianym przez zastosowania praktyczne jest zmiana temperatury obiektu, czyli jego ogrzanie. Często jest to niemożliwe bez wykorzystania bezpośredniej bliskości źródła ciepła lub wręcz kontaktu obiektu z nim. Może prowadzić to do powstania problemu kompatybilności materiałowej grzejnika i próbki. Innym problemem związanym z ogrzewaniem kontaktowym jest, np. w przypadku próbek biologicznych (wirusy, bakterie), konieczność odizolowania obiektu od środowiska zewnętrznego. W kontaktowych sposobach ogrzewania, jak i pomiaru temperatury, ważna rolę odgrywają sposoby doprowadzenia ciepła do obiektu (przeniesienia jej do elementu termometrycznego). Może to powodować przegrzanie lub niedogrzanie obiektu. Z kolei ucieczka ciepła przez przewody doprowadzające prowadzi do niedokładności pomiaru temperatury, co wymaga dodatkowego izolowania środowiska pomiaru i urządzeń pomiarowych.
W wielu przypadkach akt pomiaru tej wielkości fizycznej (temperatury) oraz ogrzanie obiektu, niezależnie od niego, jest niewystarczający. Dotyczy to zarówno procesów technologicznych jak i badawczych. Stąd, oprócz pomiaru, konieczne jest jeszcze utrzymywanie stałej wartości temperatury w dokładnie oznaczonym zakresie oraz możliwości lokalnego wyrównywania różnic w zadanych profilach temperaturowych, zarówno punktowo jak i na dwuwymiarowej powierzchni. Dlatego też budowane tego typu układy - czujnik temperatury-grzejnik - są budowane w pętli sprzężenia zwrotnego. Jednakże nie dają one możliwości tworzenia i modyfikacji w sposób selektywny profili pól temperaturowych dla ogrzewanego obiektu.
W publikacji naukowej „IR Thermometer with Automatic Emissivity Correction” (A. Dobesch at et al., RADIOENGINEERING, VOL. 22, NO. 4, DECEMBER 2013) opisano konstrukcję i wykonanie termometru na podczerwień (IR) z automatyczną korekcją emisyjności. Jest on elementem składowym zestawu do bezkontaktowej kontroli temperatury zawierający źródło fal elektromagnetycznych, mikroprocesor i detektor promieniowania identyczny z detektorem, przy czym wiązka padająca fal elektromagnetycznych i wiązka odbita docierająca do detektora są pod kątem 0°-180°.
W międzynarodowym zgłoszeniu patentowym WO2017205528A1 opisano komorę do obróbki termicznej zawierającą system monitorowania temperatury substratu. System monitorowania temperatury składa się z obudowy i okna określającego objętość wnętrza, gdzie system zawiera dwa lub dwa źródła promieniowania, kamerę i polaryzator.
PL 239 727 B1
Ze stanu techniki znane są sposoby umożliwiające pomiar temperatury w sposób bezdotykowy oraz regulację rozkładu temperatur. Przedmiotem wynalazku ujawnionym w dokumencie US77442714 (B1) jest urządzenie oraz metoda zdalnego pomiaru temperatury powierzchni. Urządzenie zbudowane jest z: źródła promieniowania, stolika przesuwającego substrat względem wiązki promieniowania, jednostki kontrolnej oraz jednostki mierzącej temperaturę. Stolik, na którym znajduje się substrat, np. wafel krzemowy jest poddawania obróbce za pomocą wiązki promieniowania. Temperatura w miejscu poddawanemu obróbce jest mierzona zdalnie za pomocą układu optycznego. Pomiar temperatury odbywa się poprzez zebranie promieniowania podczerwonego wyemitowanego w pobliżu miejsca obróbki przez układ optyczny. Następnie jest ono przekazywane za pomocą światłowodu (bądź wiązki światłowodów), po spolaryzowaniu, do spektrofotometru, który mierzy długość jego fali. Na tej podstawie, oraz prawa Plancka, określana jest temperatura. Analogowy sygnał temperaturowy jest przetwarzany na sygnał cyfrowy przekazywany następnie do kontrolera, który reguluje moc wiązki obrabiającej wafel.
Z kolei ujawniony w dokumencie EP0836905B1 wynalazek dotyczy metody obróbki powierzchni, kontrolowanej temperaturą, za pomocą promieniowania laserowego wytwarzanego przez układy diod/laserów, rozmieszczonych obok siebie w postaci rzędów ułożonych jeden za drugim. Promieniowanie jest skoncentrowane na powierzchni obrabianego przedmiotu, której temperatura jest monitorowana za pomocą diody wrażliwej na promieniowanie podczerwone, a rozkład natężenia promieniowania laserowego jest dostosowany do wymaganego profilu temperatury. Dostosowanie rozkładu natężenia promieniowania laserowego do wymaganego profilu temperatury osiąga się poprzez sterowanie i/lub włączanie i wyłączanie pojedynczych rzędów diod, lub laserów, w pętli sprzężenia zwrotnego z diodą mierząca długość promieniowania emitowanego z obrabianej powierzchni.
Inny dokument patentowy US006122440A ujawnia urządzenie do szybkiej obróbki termicznej wafli krzemowych. Istotą ujawnionego rozwiązania jest system grzewczy oparty na wielostrefowym źródle promieniowania cieplnego o kształcie dysku. Źródło jest zbudowane z koncentrycznie ułożonych lamp na obwiedni dwóch okręgów oraz jednej umieszczonej centralnie. Każda z lamp jest zasilana osobno. Przetwarzany materiał krzemowy jest oświetlany całą powierzchnią źródła. Pomiar temperatury dokonywany jest za pomocą czujnika sprzężonego z kontrolerem lamp. Kontroler sprawdza ilość energii cieplnej dostarczonej do powierzchni wafla i przypadku wykazania odchylenia od zadanej temperatury może zmieniać moc lampy w danej strefie (zmniejszyć lub zwiększyć), modyfikując tym samym profil temperaturowy na powierzchni wafla.
Problemem technicznym stawianym przed niniejszym wynalazkiem jest zaproponowanie takiego sposobu kontroli temperatury, aby w danym punkcie ogrzewanego obiektu możliwe było dostarczenie odpowiedniej ilości energii cieplnej w sposób zdalny, tj. bez bezpośredniego kontaktu obiektu ze źródłem fal elektromagnetycznych (grzejnikiem) oraz narzędziem termometrycznym (detektorem), w celu zapewnienia stałej wartości strumienia fal elektromagnetycznych w tym punkcie. Powinno być także możliwe regulowanie ilości dostarczanej energii z układu kilku źródeł w sposób selektywny, by umożliwić kształtowanie pola temperaturowego na napromieniowywanej powierzchni lub w danej objętości. Grzejnik i czujnik powinny znajdować się w pętli sprzężenia zwrotnego w celu możliwości zmiany amplitudy promieniowania padającego lokalnie na obiekt. Nieoczekiwanie wspomniane problemy techniczne rozwiązał prezentowany wynalazek.
Pierwszym przedmiotem wynalazku jest zestaw do kontroli temperatury, charakteryzujący się tym, że zawiera źródło fal elektromagnetycznych jak laser albo diodę albo generator ultradźwięków połączone przewodami z specjalizowanym sterownikiem z mikroprocesorem połączony przewodami z detektorem promieniowania cieplnego, jak detektor piroelektryczny albo detektor termoparowy, przy czym źródło fal elektromagnetycznych i detektor promieniowania cieplnego są umieszczone pod różnymi kątami względem siebie, przy czym źródło fal elektromagnetyczn ych, specjalizowany sterownik i detektor promieniowania cieplnego połączone są w pętli sprzężenia zwrotnego. Źródło fal elektromagnetycznych, detektor i sterownik są połączone ze sobą za pomocą przewodów, w układzie sprzężenia zwrotnego, który zapewnia regulację i stabilizację mocy źródeł, a w efekcie temperatury w obiekcie napromieniowywanym.
Drugim przedmiotem wynalazku jest sposób generowania profili frontów falowych promieniowania elektromagnetycznego, charakteryzujący się tym, że kształt profilu frontu falowego jest kształtowany zgodnie z układem źródeł promieniowania elektromagnetycznego, przez umieszczenie źródeł promieniowania elektromagnetycznego w superpozycji w stosunku do siebie albo przez zmianę mocy dostarczanej do źródła promieniowania elektromagnetycznego albo przez umieszczenie przed źródłem albo źródłami fal elektromagnetycznych soczewki lub układu soczewek, przy czym profil frontu
PL 239 727 B1 falowego, tworzącego zmienne w czasie płaskie albo przestrzennie pole temperatury, może być jednorodny albo niejednorodny. W takim położeniu źródeł fal elektromagnetycznych jest tworzony płaski front falowy promieniowania elektromagnetycznego. W innym wariancie wynalazku źródła fal elektromagnetycznych, umieszczone są w superpozycji, gdzie przynajmniej jedno źródło fal elektromagnetycznych różni się od pozostałych źródeł fal elektromagnetycznych wartością emitowanego przez nie strumienia fal elektromagnetycznego, tworzony jest front falowy inny niż płaski. Utworzony front falowy może mieć kształt dodatni (albo kształt ujemny. W kolejnym wariancie realizacji wynalazku przed pojedynczym źródłem fal elektromagnetycznych jest umieszczana soczewka transmitująca fale elektromagnetyczne, które ekspanduje strumień fal elektromagnetycznych i tworzony jest profil frontu falowego promieniowania elektromagnetycznego o kształcie ściany soczewki przeciwległej w stosunku do źródła fal promieniowania elektromagnetycznego.
Detektor oraz źródło fal elektromagnetycznych są umieszczane i połączone ze sobą jak zdefiniowano w pierwszym przedmiocie wynalazku. Połącznie pomiędzy detektorem oraz źródłem fal elektromagnetycznych tworzy pętlę sprzężenia zwrotnego między nimi. Do punktu w przestrzeni (o współrzędnych Δχ, Δy, Δζ) albo punktu na płaszczyźnie (o współrzędnych Δχ, Δy, Δz = 0) albo płaszczyzny (o wymiarach Δχ, Δy) dostarczana jest energia ze źródeł fal elektromagnetycznych albo źródła fal elektromagnetycznych w postaci frontu falowego wygenerowanego według jednego ze sposobów zdefiniowanego w drugim przedmiocie wynalazku. Energia dostarczona w postaci fali elektromagnetycznej jest absorbowana przez punkt w przestrzeni (o współrzędnych Δχ, Δy, Δz) albo punkt na płaszczyźnie (o współrzędnych Δχ, Δy, Δz = 0) albo płaszczyznę (o wymiarach Δχ, Δy) . Absorbcja fal elektromagnetycznych powoduje wzrost temperatury. Zmiana temperatury jest rejestrowana przez detektor. Oprogramowanie detektora dokonuje porównania wartości temperatury zmierzonej w punkcie w przestrzeni (o współrzędnych Δχ, Δy, Δζ) albo w punkcie na płaszczyźnie (o współrzędnych Δχ, Δy, Δz = 0) albo płaszczyźnie (o wymiarach Δχ, Δy) z wartością temperatury zadanej. Jeśli wartości temperatur się różnią to jest dokonywana, przez specjalizowany sterownik, zmiana mocy dostarczanej do źródeł albo źródła fal elektromagnetycznych. Powoduje to zmianę wielkości strumienia fali elektromagnetycznej dostarczanej do punktu w przestrzeni (o współrzędnych Δχ, Δy, Δz) albo punktu na płaszczyźnie (o współrzędnych Δχ, Δy, Δz = 0) albo płaszczyzny (o wymiarach Δχ, Δy). Dokonywany jest kolejny odczyt wartości temperatury przez detektor. Sekwencja odczyt temperatury-zmiana mocy jest powtarzana do momentu gdy wartość temperatury zmierzonej będzie odpowiadać wartości temperatury zadanej na detektorze.
Połączenie detektora ze źródłem fal elektromagnetycznych umożliwia selektywną regulację amplitudy promieniowania emitowanego przez źródło. Tym samym ilość energii w postaci strumienia promieniowania elektromagnetycznego dostarczanej w czasie do obiektu pozostaje stała, co oznacza stałość temperatury. Sprzężenie detektora (1) z wieloma niezależnymi źródłami fal elektromagnetycznych, pozostającymi w superpozycji, pozwala na niezależną regulację intensywności każdego z nich, co skutkuje kształtowaniem profilu frontu falowego, a w następstwie tego utworzonego profilu pola temperaturowego.
Sposób kontroli temperatury wg. wynalazku może być wykorzystany do kontroli i regulacji temperatury w zastosowaniach, gdzie trudno wykonać (zainstalować) źródło ciepła i czujnik temperatury w kontrolowanym obiekcie ze względu na bardzo małe objętości czy bardzo małe powierzchnie, generowania dużych gradientów temperatury na powierzchniach i objętościach w materiałach o dobrej izolacji termicznej. Zaletą sposobu wg. wynalazku jest możliwość ogrzewania i pomiaru temperatury w zamkniętych środowiskach (np. butelki albo szczelne probówki hodowlane z tworzywa sztucznego z mikroorganizmami). Ponadto sposób wg. wynalazku może znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach nauki. Przykładowo w biologii do reakcji PCR i innych procesów wymagających stałej bądź zmiennej w czasie i kontrolowanej temperatury w sposób bezdotykowy. Może to być przydatne narzędzie do niszczenia komórek nowotworowych, poprzez precyzyjne sterowanie temperaturą w określonych obszarach ciała ludzkiego z programowanym profilem. Innym możliwym wykorzystaniem sposobu wg. wynalazku jest kontrola i inicjowanie reakcji chemicznych, badanie stanów równowagi reakcji chemicznych itp. W fizyce do badań materiałowych, przemian fazowych, czy jako bezdotykowy piec. Inna zaletą wynalazku jest eliminacja problemów z przepustami elektrycznymi, kontaktami, wpływem wilgoci i temperatury na materiały grzejnika i czujnika temperatury.
Sposób kontroli temperatury wg. wynalazku może być wykorzystany do pomiaru wartości temperatury w zakresie od kilku do kilku tysięcy stopni Celsjusza w dowolnym obszarze w przestrzeni (np. w tygiel umieszczony w próżni zatopiony w rurze kwarcowej) lub na powierzchni stolika umieszczonego w odizolowanym środowisku.
PL 239 727 B1
Przykłady realizacji wynalazków zostały zobrazowane na rysunku, na którym przedstawiono na fig. 1 sposób kontroli temperatury materii w dowolnym punkcie lub objętości przestrzeni, fig. 2 zastosowanie superpozycji rożnych źródeł energii promienistej do realizacji profilu temperaturowego, fig. 3 kształtowanie profilu pola temperatury za pomocą amplitudy źródeł energii, fig. 4. zastosowanie soczewek do kształtowania pola temperatur, fig. 5 zależność temperatury w przekroju poprzecznym płaszczyzny, fig. 6 temperatura w funkcji natężenia prądu dla różnych jego wartości, fig. 7 zależność wartości temperatury od natężenia prądu zasilającego źródło ciepła, fig. 8A i fig. 8B profil temperaturowy dla natężenia prądu 100 mA w rzucie trójwymiarowym i jego mapa dwuwymiarowa, fig. 9A i fig. 9B profil temperaturowy dla natężenia prądu 200 mA w rzucie trójwymiarowym i jego mapa dwuwymiarowa, fig. 10A i fig. 10B profil temperaturowy dla natężenia prądu 300 mA w rzucie trójwymiarowym i jego mapa dwuwymiarowa, fig. 11A i fig. 11B profil temperaturowy dla natężenia prądu 400 mA w rzucie trójwymiarowym i jego mapa dwuwymiarowa, fig. 12A i 12B profil temperaturowy dla natężenia prądu 500 mA w rzucie trójwymiarowym i jego mapa dwuwymiarowa, fig. 13A i 13B profil temperaturowy dla natężenia prądu 600 mA w rzucie trójwymiarowym i jego mapa dwuwymiarowa, 14A i fig. 14B profil temperaturowy dla natężenia prądu 50 mA w rzucie trójwymiarowym i jego mapa dwuwymiarowa dla układu z soczewką, fig. 15A i fig. 15B profil temperaturowy dla natężenia prądu 100 mA w rzucie trójwymiarowym i jego mapa dwuwymiarowa dla układu z soczewką, fig. 16A i fig. 16B profil temperaturowy dla natężenia prądu 150 mA w rzucie trójwymiarowym i jego mapa dwuwymiarowa dla układu z soczewką, fig. 17A i fig. 17B profil temperaturowy dla natężenia prądu 200 mA w rzucie trójwymiarowym i jego mapa dwuwymiarowa dla układu z soczewką, fig. 18A i 18B profil temperaturowy dla natężenia prądu 250 mA w rzucie trójwymiarowym i jego mapa dwuwymiarowa dla układu z soczewką, fig. 19A i 19B profil temperaturowy dla natężenia prądu 300 mA w rzucie trójwymiarowym i jego mapa dwuwymiarowa dla układu z soczewką, fig. 20A i 20B profil temperaturowy dla natężenia prądu 350 mA w rzucie trójwymiarowym i jego mapa dwuwymiarowa dla układu z soczewką, fig. 21 zależność wartości temperatury od natężenia prądu zasilającego źródło ciepła dla układu z soczewką, fig. 22 temperatura w funkcji natężenia prądu dla różnych jego wartości dla układu z soczewką, fig. 23 zależność temperatury w przekroju poprzecznym płaszczyzny dla układu z soczewką, fig. porównanie profilu temperaturowego dla układu z soczewką () i bez soczewki (▲), fig. 25 układ pomiarowy bez soczewki, gdzie: 15 - detektor MLX90614, 16 i 17 diody LZ1-00DB05 (maksymalny prąd pracy 1200 mA), 18 - płaszczyzna napromieniowywana promieniowaniem elektromagnetycznym (płytka wykonana z miedzi i pokryta tlenkiem miedzi), fig. 26 fig. 25 układ pomiarowy soczewką soczewki, gdzie: 19 - detektor MLX90614, 20 dioda UV, 21 soczewka, 22 płaszczyzna napromieniowywana promieniowaniem elektromagnetycznym (płytka polimerowa).
P r z y k ł a d 1
Na fig. 1 został przedstawiony sposób kontroli temperatury, za pomocą specjalizowanego sterownikiem (3) z mikroprocesorem, w punkcie objętości (o współrzędnych Δχ, Ay, Az), gdzie źródłem promieniowania (2) może być laser, dioda LED albo przetwornik piezoceramiczny. Detektorem (1) wg wynalazku może być czujnik piroelektryczny albo termoparowy, absorbujący promieniowanie w zakresie podczerwieni, gdzie znajduje się maksimum promieniowania cieplnego.
P r z y k ł a d 2
Figura 2. przedstawia zastosowanie układu źródeł do kształtowania i kontrolowania objętościowych oraz płaskich pól temperaturowych w przestrzeniach i na powierzchniach materialnych w funkcji czasu przez zastosowanie superpozycji rożnych źródeł energii promienistej (4, 5, 6).
P r z y k ł a d 3
W innym wariancie realizacji wynalazku, przedstawionym na fig. 3A i 3B, został przedstawiony sposób generowania pola temperatur za pomocą sterowania natężeniem poszczególnych źródeł energii promienistej (7, 8, 9) oraz przez dobieranie ich ilości. Figura 3A przedstawia sytuację, gdy jedno ze źródeł fal elektromagnetycznych promieniuje z większą amplitudą, natomiast fig. 3B gdy amplituda promieniowania jednego ze źródeł fal elektromagnetycznych jest zmniejszana (10, 11, 12).
P r z y k ł a d 4
Jeszcze inny wariant realizacji wynalazku umożliwia zastosowanie soczewek (14), w celu zmultiplikowania efektywnego źródła energii promienistej (13) . Stosując różnego rodzaju soczewki i dobierając ilość źródeł energii promienistej można praktycznie uformować dowolny profil temperatury w objętości lub na powierzchni i sterować nim w funkcji czasu (Fig. 4).
PL 239 727 B1
P r z y k ł a d 5
Na figurze 5 przedstawiono wartość temperatury zmierzonej dla wielu punktów w przekroju poprzecznym napromieniowywanej płaszczyzny w funkcji natężenia prądu przyłożonego do źródła fal elektromagnetycznych. Natomiast na fig. 6 przedstawiono zmiany mierzonej temperatury w punkcie w funkcji czasu w zależności od przyłożonego natężenia prądu do źródła fal elektromagnetycznych. Figura 7 obrazuje liniowy narost mierzonej temperatury w funkcji natężenia prądu przepływającego przez źródło fal elektromagnetycznych.
P r z y k ł a d 6
Na figurach od 8A do 13B przedstawiono kształty profili temperaturowych na płaskiej powierzchni dla różnych wartości prądów zasilających źródła fal elektromagnetycznych, utworzone w wyniku zastosowania sposobu wg niniejszego wynalazku.
P r z y k ł a d 7
Na figurach od 14A do 20B przedstawiono kształty profili temperaturowych na płaskiej powierzchni dla różnych wartości prądów zasilających źródła fal elektromagnetycznych, utworzone w wyniku zastosowania sposobu wg. niniejszego wynalazku w układzie z soczewką.
P r z y k ł a d 8
Figura 21 obrazuje liniowy narost mierzonej temperatury w funkcji natężenia prądu przepływającego przez źródło fal elektromagnetycznych w układzie z soczewką. Natomiast na fig. 22 przedstawiono zmiany mierzonej temperatury w punkcie w funkcji czasu w zależności od przyłożonego natężenia prądu do źródła fal elektromagnetycznych w układzie z soczewką. Na figurze 23 przedstawiono wartość temperatury zmierzonej dla wielu punktów w przekroju poprzecznym napromieniowywanej płaszczyzny w funkcji natężenia prądu przyłożonego do źródła fal elektromagnetycznych po umieszczeniu pomiędzy źródłem a powierzchnią napromieniowywaną soczewki kształtującej profil frontu falowego. Figura 24 przedstawia porównanie frontu falowego zmodyfikowanego za pomocą soczewki (), z frontem falowym bez soczewki (▲).
P r z y k ł a d 9
Na figurze 25 został przedstawiony układ pomiarowy zawierający detektor MLX90614 (15), źródła promieniowania elektromagnetycznego - diody LZ1-00DB05, maksymalny prąd pracy 1200 mA, (16, 17) oraz płaszczyznę napromieniowywaną promieniowaniem elektromagnetycznym (18, płytka wykonana z miedzi i pokryta tlenkiem miedzi) do kształtowania płaskich frontów falowych.
P r z y k ł a d 10
Na figurze 26 został przedstawiony układ pomiarowy zawierający detektor MLX90614 (19), źródło promieniowania elektromagnetycznego - diodę UV (20), soczewkę (21) oraz płaszczyznę napromieniowywaną promieniowaniem elektromagnetycznym (płaska płytka wykonana z polimeru, 22) do kształtowania frontów falowych za pomocą soczewki.
Claims (2)
- Zastrzeżenia patentowe1. Zestaw do kontroli temperatury, znamienny tym, że zawiera źródło fal elektromagnetycznych (1) jak laser albo diodę albo generator ultradźwięków połączone przewodami z specjalizowanym sterownikiem (3) z mikroprocesorem połączony przewodami z detektorem promieniowania cieplnego (2), jak detektor piroelektryczny albo detektor termoparowy, przy czym źródło fal elektromagnetycznych i detektor promieniowania cieplnego są umieszczone pod różnymi kątami względem siebie, przy czym źródło fal elektromagnetycznych (1), specjalizowany sterownik (3) i detektor promieniowania cieplnego (2) połączone są w pętli sprzężenia zwrotnego.
- 2. Sposób generowania profili frontów falowych promieniowania elektromagnetycznego, znamienny tym, że kształt profilu frontu falowego jest kształtowany zgodnie z układem źródeł promieniowania elektromagnetycznego, przez umieszczenie źródeł promieniowania elektromagnetycznego w superpozycji w stosunku do siebie albo przez zmianę mocy dostarczanej do źródła promieniowania elektromagnetycznego albo przez umieszczenie przed źródłem albo źródłami fal elektromagnetycznych soczewki lub układu soczewek, przy czym profil frontu falowego, tworzącego zmienne w czasie płaskie albo przestrzennie pole temperatury, może być jednorodny albo niejednorodny.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL424096A PL239727B1 (pl) | 2018-01-03 | 2018-01-03 | Zestaw do bezdotykowej kontroli temperatury, sposob generowania frontow falowych promieniowania elektromagnetycznego |
| PCT/PL2018/050068 WO2019135687A1 (en) | 2018-01-03 | 2018-12-19 | A set for contactless temperature control, a method of generating electromagnetic radiation wavefronts and the use of the set to generate profiles of temperature fields |
| JP2020557112A JP2021509959A (ja) | 2018-01-03 | 2018-12-19 | 無接触温度制御用の装置、電磁放射波面の生成方法、及び温度場プロファイルを生成するための装置の使用 |
| US16/959,947 US20210072777A1 (en) | 2018-01-03 | 2018-12-19 | A set for contactless temperature control, a method of generating electromagnetic radiation wavefronts and the use of the set to generate profiles of temperature fields |
| CN201880084969.8A CN111556959A (zh) | 2018-01-03 | 2018-12-19 | 一种用于非接触式温度控制的装置、一种生成电磁辐射波阵面的方法和该装置生成温度场曲线的用途 |
| EP18898287.0A EP3735575A4 (en) | 2018-01-03 | 2018-12-19 | SET FOR CONTACTLESS TEMPERATURE CONTROL, METHOD FOR GENERATING ELECTROMAGNETIC RADIANT WAVE FRONTS AND USE OF THE SET FOR GENERATING PROFILES OF TEMPERATURE FIELDS |
| JP2024014082A JP2024059644A (ja) | 2018-01-03 | 2024-02-01 | 無接触温度制御用の装置、電磁放射波面の生成方法、及び温度場プロファイルを生成するための装置の使用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL424096A PL239727B1 (pl) | 2018-01-03 | 2018-01-03 | Zestaw do bezdotykowej kontroli temperatury, sposob generowania frontow falowych promieniowania elektromagnetycznego |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL424096A1 PL424096A1 (pl) | 2019-07-15 |
| PL239727B1 true PL239727B1 (pl) | 2022-01-03 |
Family
ID=67143729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL424096A PL239727B1 (pl) | 2018-01-03 | 2018-01-03 | Zestaw do bezdotykowej kontroli temperatury, sposob generowania frontow falowych promieniowania elektromagnetycznego |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20210072777A1 (pl) |
| EP (1) | EP3735575A4 (pl) |
| JP (2) | JP2021509959A (pl) |
| CN (1) | CN111556959A (pl) |
| PL (1) | PL239727B1 (pl) |
| WO (1) | WO2019135687A1 (pl) |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4114671A1 (de) * | 1991-05-06 | 1992-11-12 | Hoechst Ag | Verfahren und messanordnung zur beruehrungslosen on-line messung |
| JPH06300645A (ja) * | 1993-04-15 | 1994-10-28 | Japan Radio Co Ltd | 温度測定装置 |
| JPH0933353A (ja) * | 1995-07-24 | 1997-02-07 | Toru Inai | 放射測温方法およびその測温装置 |
| DE59609070D1 (de) * | 1996-10-20 | 2002-05-16 | Inpro Innovations Gmbh | Verfahren und Anordnung zur temperaturgeregelten Oberflächenbehandlung, insbesondere zum Härten von Werkstückoberflächen mittels Laserstrahlung |
| US6002113A (en) * | 1998-05-18 | 1999-12-14 | Lucent Technologies Inc. | Apparatus for processing silicon devices with improved temperature control |
| US6830942B1 (en) * | 1999-04-06 | 2004-12-14 | Lucent Technologies Inc. | Method for processing silicon workpieces using hybrid optical thermometer system |
| JP3417399B2 (ja) * | 2001-01-17 | 2003-06-16 | 三菱電機株式会社 | 波面センサ |
| US7005601B2 (en) * | 2002-04-18 | 2006-02-28 | Applied Materials, Inc. | Thermal flux processing by scanning |
| US6768084B2 (en) * | 2002-09-30 | 2004-07-27 | Axcelis Technologies, Inc. | Advanced rapid thermal processing (RTP) using a linearly-moving heating assembly with an axisymmetric and radially-tunable thermal radiation profile |
| US6967342B2 (en) * | 2003-07-31 | 2005-11-22 | Fusion Uv Systems, Inc. | Method and apparatus for improved ultraviolet (UV) treatment of large three-dimensional (3D) objects |
| US20050106876A1 (en) * | 2003-10-09 | 2005-05-19 | Taylor Charles A.Ii | Apparatus and method for real time measurement of substrate temperatures for use in semiconductor growth and wafer processing |
| US8536492B2 (en) * | 2003-10-27 | 2013-09-17 | Applied Materials, Inc. | Processing multilayer semiconductors with multiple heat sources |
| JP2005231262A (ja) * | 2004-02-20 | 2005-09-02 | Keyence Corp | 紫外線照射装置、紫外線照射方法、紫外線照射条件設定プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記憶した機器 |
| JP4864396B2 (ja) * | 2005-09-13 | 2012-02-01 | 株式会社東芝 | 半導体素子の製造方法、及び、半導体素子の製造装置 |
| US20160238453A1 (en) * | 2006-02-27 | 2016-08-18 | Yuriko Mizuta | Infrared sensor manufactured by method suitable for mass production |
| JP2011247980A (ja) * | 2010-05-25 | 2011-12-08 | Mitsubishi Electric Corp | マルチ画面表示装置 |
| JP2016001642A (ja) * | 2014-06-11 | 2016-01-07 | 坂口電熱株式会社 | レーザ加熱処理装置 |
| WO2016117077A1 (ja) * | 2015-01-22 | 2016-07-28 | オリンパス株式会社 | 超音波治療装置 |
| TWI673482B (zh) * | 2016-05-24 | 2019-10-01 | 美商應用材料股份有限公司 | 用於藉由布儒斯特角下的雙波長偏移進行的非接觸式溫度測量的系統、處理腔室與方法 |
-
2018
- 2018-01-03 PL PL424096A patent/PL239727B1/pl unknown
- 2018-12-19 US US16/959,947 patent/US20210072777A1/en active Pending
- 2018-12-19 CN CN201880084969.8A patent/CN111556959A/zh active Pending
- 2018-12-19 EP EP18898287.0A patent/EP3735575A4/en active Pending
- 2018-12-19 WO PCT/PL2018/050068 patent/WO2019135687A1/en unknown
- 2018-12-19 JP JP2020557112A patent/JP2021509959A/ja active Pending
-
2024
- 2024-02-01 JP JP2024014082A patent/JP2024059644A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2024059644A (ja) | 2024-05-01 |
| EP3735575A1 (en) | 2020-11-11 |
| CN111556959A (zh) | 2020-08-18 |
| JP2021509959A (ja) | 2021-04-08 |
| EP3735575A4 (en) | 2021-10-27 |
| US20210072777A1 (en) | 2021-03-11 |
| PL424096A1 (pl) | 2019-07-15 |
| WO2019135687A1 (en) | 2019-07-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6854359B2 (ja) | 基板支持体用の非接触温度較正ツール及びその使用方法 | |
| US6579731B2 (en) | Temperature measuring method and apparatus in semiconductor processing apparatus, and semiconductor processing method and apparatus | |
| Brown et al. | Energy efficiency of electrical infrared heating elements | |
| KR20020019016A (ko) | 열처리 챔버의 고온계 교정 시스템 및 방법 | |
| US4634840A (en) | Method of heating thermoplastic resin sheet or film | |
| JP2011185852A (ja) | 熱拡散率測定装置 | |
| US9214368B2 (en) | Laser diode array with fiber optic termination for surface treatment of materials | |
| PL239727B1 (pl) | Zestaw do bezdotykowej kontroli temperatury, sposob generowania frontow falowych promieniowania elektromagnetycznego | |
| JP3911071B2 (ja) | 高速ランプ加熱処理装置及び高速ランプ加熱処理方法 | |
| Ploteau et al. | Conception of thermoelectric flux meters for infrared radiation measurements in industrial furnaces | |
| CN113203768A (zh) | 一种基于激光加热的各向异性材料的热导率测试方法 | |
| US10436688B2 (en) | Heating arrangement for a material testing device | |
| JPH06117938A (ja) | 基準黒体の温度制御装置 | |
| JP2005315762A (ja) | 熱物性測定方法及び装置 | |
| KR101513644B1 (ko) | 복사열을 이용한 비접촉 가열식 유전자증폭장치 | |
| Ega et al. | Improved design of multi-axis radiation heat transfer measurement apparatus for research and educational purposes | |
| Teodorescu et al. | High temperature emissivity of high purity titanium and zirconium | |
| RU2415407C1 (ru) | Способ определения времени релаксации теплового потока и его температурной зависимости в твердом изотропном материале | |
| US3415448A (en) | Radiation and convection responsive thermo-electric detector | |
| JP4137314B2 (ja) | 擬似黒体放射装置及び放射温度測定装置 | |
| CN113325901B (zh) | 一种大口径非线性晶体加热方法、系统及装置 | |
| Alsous et al. | Heat pipe oven for optical crystals | |
| CN107389427A (zh) | 激光加热方法及系统 | |
| Divin et al. | Contactless non-destructive thermal control of materials | |
| JPS6154184A (ja) | 加熱処理装置 |