RU2813107C2 - Способ измерения теплового сопротивления между тепловым компонентом прибора и расходной деталью - Google Patents
Способ измерения теплового сопротивления между тепловым компонентом прибора и расходной деталью Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813107C2 RU2813107C2 RU2021118888A RU2021118888A RU2813107C2 RU 2813107 C2 RU2813107 C2 RU 2813107C2 RU 2021118888 A RU2021118888 A RU 2021118888A RU 2021118888 A RU2021118888 A RU 2021118888A RU 2813107 C2 RU2813107 C2 RU 2813107C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermal
- component
- thermal resistance
- consumable
- predetermined
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 135
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 70
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims abstract description 66
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 61
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 53
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 35
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 21
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 57
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 38
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 24
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 13
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 7
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 6
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 6
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 235000013599 spices Nutrition 0.000 description 4
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 description 3
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 3
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- -1 dirt Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 238000001712 DNA sequencing Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 238000010256 biochemical assay Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники. Предложен способ измерения теплового сопротивления между тепловым компонентом прибора и расходной деталью, который включает приведение известной расходной детали в контакт с испытуемым тепловым компонентом, приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия на основе предварительно определенной частоты запроса, измерение выходных сигналов температуры от теплового датчика в ответ на периодическое гармоническое входное воздействие, умножение выходных сигналов температуры на опорный сигнал, синфазный периодическому гармоническому входному воздействию, и вычисление результирующей составляющей сигнала постоянного тока для определения синфазной составляющей X. Способ также включает умножение множества выходных сигналов температуры на опорный сигнал со сдвигом по фазе на 90° и вычисление результирующей составляющей сигнала постоянного тока для определения квадратурной несинфазной составляющей Y, вычисление сдвига фазы в ответ на периодическое гармоническое входное воздействие на основе tan-1(Y/X) или atan2(X, Y) и определение значения сопротивления на поверхности теплового взаимодействия с использованием уравнения сдвига фазы для калиброванного сопротивления и вычисленного сдвига фазы. Технический результат – повышение информативности получаемых данных. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 17 ил.
Description
РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США № 62/887,901, озаглавленной Method for Measuring Thermal Resistance at Interface between Consumable and Thermocycler, поданной 16 августа 2019 г., которая полностью включена в настоящий документ путем ссылки. Настоящая заявка также испрашивает приоритет по заявке на патент Нидерландов № 2023792, озаглавленной Method for Measuring Thermal Resistance at Interface between Consumable and Thermocycler, поданной 6 сентября 2019 г., которая полностью включена в настоящий документ путем ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Различные биохимические протоколы предусматривают проведение большого количества управляемых реакций на опорных поверхностях или внутри специальных реакционных камер. Управляемые реакции могут быть проведены для анализа биологического образца или для получения биологического образца для последующего анализа. В ходе проведения управляемых реакций или между ними может быть произведено тепловое управление реакционной камерой и/или ее компонентами для проведения различных реакций и/или для повышения скорости реакций. Анализ может позволить идентифицировать или выявить свойства химических веществ, участвующих в реакциях. Например, при осуществлении анализа с циклическим секвенированием на основе набора (например, секвенированием путем синтеза (SBS)) концентрированный набор элементов дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) (например, матричных нуклеиновых кислот) секвенируют путем осуществления итерационных циклов ферментативных манипуляций. После каждого цикла изображение могут захватывать и затем анализировать с помощью других изображений для определения последовательности элементов ДНК. При осуществлении другого биохимического анализа неизвестное анализируемое вещество, имеющее идентифицируемую метку (например, флуоресцентную метку), могут подвергать воздействию набором известных зондов, имеющих предварительно определенные адреса в пределах набора. Наблюдение за химическими реакциями, которые происходят между зондами и неизвестным анализируемым веществом, может помочь идентифицировать или выявить свойства этого анализируемого вещества.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Ниже представлено краткое описание некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения. Данное краткое описание не является полным обзором и не предназначено для определения ключевых или критически важных аспектов или элементов настоящего изобретения, или для определения его объема.
[0004] В данном документе описаны устройства, системы и способы для измерения теплового сопротивления на поверхности взаимодействия между расходной деталью, такой как, например, проточная кювета, и прибором или его тепловым компонентом, таким как, например, термоэлектрический охладитель (ТЭО) (например, система Пельтье с тепловым управлением). Описанный способ может также упоминаться как испытание на основе переходного отклика для определения сопротивления на поверхности теплового взаимодействия расходной проточной кюветы. В вариантах осуществления раскрытого способа используют периодическое синусоидальное управляющее входное воздействие на тепловой компонент, такой как ТЭО, для измерения теплового отклика самого теплового компонента. Хотя некоторые примеры, представленные в настоящем документе, могут быть описаны в отношении ТЭО, такой тепловой компонент является лишь примером, и способы, описанные в настоящем документе, могут быть применимыми в отношении других тепловых компонентов, таких как, например, резистивные нагреватели и тепловые блоки. Преимущества этого способа могут включать в себя: (i) снижение теплового напряжения, действующего на ТЭО, без ступенчатого изменения подводимой к ТЭО мощности; (ii) сокращение периода времени, требуемого для получения множества циклов данных; (iii) возможность применения технологий фазочувствительного детектирования для достижения очень высокой чувствительности при одновременном обеспечении относительно низких уровней возбуждения при проведении испытания; и (iv) логическое определение теплового контакта с расходной деталью без необходимости применения на расходной детали теплового датчика. Тепловой отклик теплового компонента на периодическое управляющее входное воздействие может зависеть от частоты. Конкретное поведение теплового компонента, такого как ТЭО, можно смоделировать в программном обеспечении для моделирования с ориентацией на интегральные схемы (SPICE) с применением электрической эквивалентной схемы. Описанный способ могут использовать для идентификации неполных или уменьшенных поверхностей теплового взаимодействия между компонентом, подлежащим тепловому управлению, таким как проточная кювета, и тепловым компонентом, таким как ТЭО. Например, раскрытый в данном документе способ могут использовать для выявления различных проблем с надлежащей загрузкой проточных кювет в ТЭО прибора, например, неполного зацепления пружин, что может повлиять на выполнение одной или более реакций, управляемых с помощью тепла. Описанный способ могут осуществлять в виде автоматизированного диагностического испытания в условиях эксплуатации и перед вводом в эксплуатацию для идентификации загрязненных или засоренных расходных деталей или тепловых компонентов прибора. Способ также могут использовать в виде процесса контроля качества для испытания теплового компонента, в виде процесса контроля качества для испытания расходной детали и/или в виде диагностического процесса для испытания в ходе загрузки расходной детали в прибор.
[0005] Один вариант осуществления относится к способу измерения теплового сопротивления между тепловым компонентом прибора и расходной деталью, включающему: приведение известной расходной детали в контакт с испытуемым тепловым компонентом прибора; приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия на основе предварительно определенной частоты запроса; измерение множества выходных сигналов температуры от теплового датчика в ответ на приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия; умножение множества выходных сигналов температуры на опорный сигнал, синфазный периодическому гармоническому входному воздействию, и вычисление результирующей составляющей сигнала постоянного тока (DC) для определения синфазной составляющей X; умножение множества выходных сигналов температуры на опорный сигнал со сдвигом по фазе на 90° и вычисление результирующей составляющей сигнала постоянного тока для определения квадратурной несинфазной составляющей Y; вычисление сдвига фазы в ответ на периодическое гармоническое входное воздействие на основе tan-1 (Y/X) или atan2(X, Y); определение значения сопротивления для поверхности теплового взаимодействия с использованием уравнения сдвига фазы для калиброванного сопротивления и вычисленного сдвига фазы; и сравнение определенного значения сопротивления с предварительно определенным пороговым значением сопротивления. Этот способ могут использовать в качестве процесса контроля качества для испытания теплового компонента.
[0006] Возможны изменения любого одного или более из вышеуказанных вариантов осуществления, в соответствии с которыми определенное значение сопротивления превышает предварительно определенное пороговое значение сопротивления, причем способ дополнительно включает определение того, что тепловой компонент имеет дефект на поверхности теплового взаимодействия, на основании того, что определенное значение сопротивления превышает предварительно определенное пороговое значение сопротивления.
[0007] Возможны изменения любого одного или более из вышеуказанных вариантов осуществления, в соответствии с которыми определенное значение сопротивления ниже предварительно определенного порогового значения сопротивления, причем способ дополнительно включает определение того, что тепловой компонент является приемлемым, на основании того, что определенное значение сопротивления ниже предварительно определенного порогового значения сопротивления.
[0008] Возможны изменения любого одного или более из вышеуказанных вариантов осуществления, в соответствии с которыми тепловой компонент включает в себя термоэлектрический охладитель.
[0009] Возможны изменения любого одного или более из вышеуказанных вариантов осуществления, в соответствии с которыми расходная деталь включает в себя проточную кювету.
[0010] Возможны изменения любого одного или более из вышеуказанных вариантов осуществления, в соответствии с которыми предварительно определенную частоту запроса определяют на основании вычисленного значения угла RC для известной расходной детали и теплового компонента прибора.
[0011] Один вариант осуществления относится к способу измерения теплового сопротивления между тепловым компонентом прибора и расходной деталью, включающему: приведение испытуемой расходной детали в контакт с известным тепловым компонентом прибора; приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия на основе предварительно определенной частоты запроса; измерение множества выходных сигналов температуры от теплового датчика в ответ на приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия; умножение множества выходных сигналов температуры на опорный сигнал, синфазный периодическому гармоническому входному воздействию, и вычисление результирующей составляющей сигнала постоянного тока для определения синфазной составляющей X; умножение множества выходных сигналов температуры на опорный сигнал со сдвигом по фазе на 90° и вычисление результирующей составляющей сигнала постоянного тока для определения квадратурной несинфазной составляющей Y; вычисление сдвига фазы в ответ на периодическое гармоническое входное воздействие на основе tan-1 (Y/X) или atan2(X, Y); определение значения сопротивления для поверхности теплового взаимодействия с использованием уравнения сдвига фазы для калиброванного сопротивления и вычисленного сдвига фазы; и сравнение определенного значения сопротивления с предварительно определенным пороговым значением сопротивления. Этот способ могут использовать в качестве процесса контроля качества для испытания расходной детали.
[0012] Возможны изменения любого одного или более из вышеуказанных вариантов осуществления, в соответствии с которыми определенное значение сопротивления превышает предварительно определенное пороговое значение сопротивления, причем способ дополнительно включает определение того, что расходная деталь имеет дефект на поверхности теплового взаимодействия, на основании того, что определенное значение сопротивления превышает предварительно определенное пороговое значение сопротивления.
[0013] Возможны изменения любого одного или более из вышеуказанных вариантов осуществления, в соответствии с которыми определенное значение сопротивления ниже предварительно определенного порогового значения сопротивления, причем способ дополнительно включает определение того, что расходная деталь является приемлемой, на основании того, что определенное значение сопротивления ниже предварительно определенного порогового значения сопротивления.
[0014] Возможны изменения любого одного или более из вышеуказанных вариантов осуществления, в соответствии с которыми тепловой компонент включает в себя термоэлектрический охладитель.
[0015] Возможны изменения любого одного или более из вышеуказанных вариантов осуществления, в соответствии с которыми расходная деталь включает в себя проточную кювету.
[0016] Возможны изменения любого одного или более из вышеуказанных вариантов осуществления, в соответствии с которыми предварительно определенную частоту запроса определяют на основании вычисленного значения угла RC для расходной детали и известного теплового компонента прибора.
[0017] Один вариант осуществления относится к способу измерения теплового сопротивления между тепловым компонентом прибора и расходной деталью, включающему: приведение расходной детали в контакт с тепловым компонентом прибора; приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия на основе предварительно определенной частоты запроса; измерение множества выходных сигналов температуры от теплового датчика в ответ на приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия; умножение множества выходных сигналов температуры на опорный сигнал, синфазный периодическому гармоническому входному воздействию, и вычисление результирующей составляющей сигнала постоянного тока для определения синфазной составляющей X; умножение множества выходных сигналов температуры на опорный сигнал со сдвигом по фазе на 90° и вычисление результирующей составляющей сигнала постоянного тока для определения квадратурной несинфазной составляющей Y; вычисление сдвига фазы в ответ на периодическое гармоническое входное воздействие на основе tan-1 (Y/X) или atan2(X, Y); определение значения сопротивления для поверхности теплового взаимодействия с использованием уравнения сдвига фазы для калиброванного сопротивления и вычисленного сдвига фазы; сравнение определенного значения сопротивления с первым предварительно определенным пороговым значением сопротивления; сравнение определенного значения сопротивления со вторым предварительно определенным пороговым значением сопротивления; и определение характеристики поверхности теплового взаимодействия на основании сравнения определенного значения сопротивления с первым и вторым предварительно определенными пороговыми значениями сопротивления. Этот способ могут применять в качестве диагностического процесса при испытании в ходе загрузки расходной детали в прибор.
[0018] Возможны изменения любого одного или более из вышеуказанных вариантов осуществления, в соответствии с которыми определенное значение сопротивления ниже первого предварительно определенного порогового значения сопротивления, причем способ дополнительно включает определение приемлемой поверхности теплового взаимодействия на основании того, что определенное значение сопротивления ниже первого предварительно определенного порогового значения сопротивления.
[0019] Возможны изменения любого одного или более из вышеуказанных вариантов осуществления, в соответствии с которыми определенное значение сопротивления превышает второе предварительно определенное пороговое значение сопротивления, причем способ дополнительно включает определение того, что расходная деталь не вставлена в прибор, на основании того, что определенное значение сопротивления превышает второе предварительно определенное пороговое значение сопротивления.
[0020] Возможны изменения любого одного или более из вышеуказанных вариантов осуществления, в соответствии с которыми определенное значение сопротивления ниже второго предварительно определенного порогового значения сопротивления и выше первого предварительно определенного порогового значения сопротивления, причем способ дополнительно включает определение дефекта или инородных частиц на поверхности теплового взаимодействия на основании того, что определенное значение сопротивления ниже второго предварительно определенного порогового значения сопротивления и выше первого предварительно определенного порогового значения сопротивления.
[0021] Возможны изменения любого одного или более из вышеуказанных вариантов осуществления, в соответствии с которыми тепловой компонент включает в себя термоэлектрический охладитель.
[0022] Возможны изменения любого одного или более из вышеуказанных вариантов осуществления, в соответствии с которыми расходная деталь включает в себя проточную кювету, используемую для секвенирования путем синтеза.
[0023] Возможны изменения любого одного или более из вышеуказанных вариантов осуществления, в соответствии с которыми предварительно определенную частоту запроса определяют на основании вычисленного значения угла RC для расходной детали и известного теплового компонента прибора.
[0024] Один вариант осуществления относится к машиночитаемому носителю, на котором хранится компьютерная программа, содержащая команды для выполнения прибором способа по любому из вышеописанных вариантов осуществления.
[0025] Следует понимать, что все комбинации вышеуказанных концепций и дополнительных концепций, более подробно описанных ниже (при условии, что такие концепции не являются взаимно противоречащими), рассматриваются как часть объекта изобретения, описанного в данном документе. В частности, все комбинации заявленного объекта настоящего изобретения, представленные в конце данного описания, считаются частью объекта изобретения, описанного в данном документе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0026] Один или более вариантов осуществления подробно изложены в приведенном ниже описании и на сопроводительных чертежах. Прочие признаки, аспекты и преимущества станут очевидными из описания, чертежей и формулы изобретения, в которых:
[0027] на ФИГ. 1 представлен вид спереди в перспективе узла, иллюстрирующий взаимное расположение теплового компонента прибора (например, ТЭО) и расходной детали (например, проточной кюветы), и к которому относится раскрытый способ в отношении обеспечения и поддержания качества и постоянства взаимного расположения;
[0028] на ФИГ. 2 представлен вид сбоку узла, изображенного на ФИГ. 1, на котором показан тепловой датчик в приборе;
[0029] на ФИГ. 3 представлен узел, изображенный на ФИГ. 2, в котором загрязняющие частицы нарушили взаимное расположение теплового компонента прибора и расходной детали;
[0030] на ФИГ. 4 представлена схема, на которой показана электрическая эквивалентная модель системы проточной кюветы ТЭО;
[0031] на ФИГ. 5 представлен график Боде, облегчающий определение частоты для проведения быстрых измерений и получения измеримого сигнала, который находится вблизи угловой частоты для R*C, где ось x представляет частоту периодического возбуждения, и ось y представляет амплитуду/фазу;
[0032] на ФИГ. 6 представлен график, иллюстрирующий сигналы управления ТЭО и тепловым откликом для применения в описанных способах;
[0033] на ФИГ. 7 представлен ряд графиков, демонстрирующих преобразование сдвига фазы в тепловое сопротивление;
[0034] на ФИГ. 8 представлен график, изображающий кривую отклика, характерную для используемой частоты возбуждения 0,3 Гц и удельной тепловой массы компонентов в испытываемой системе TЭО;
[0035] на ФИГ. 9 представлена блок-схема процесса калибровки, используемого с описанными способами проведения испытаний;
[0036] на ФИГ. 10 представлена блок-схема процесса контроля качества (КК) для испытания теплового компонента;
[0037] на ФИГ. 11 представлена блок-схема процесса КК для испытания расходной детали;
[0038] на ФИГ. 12 представлена блок-схема диагностического процесса для испытания в ходе загрузки расходной детали в прибор;
[0039] на ФИГ. 13 представлена таблица, демонстрирующая повторяемость результатов измерений, полученных с использованием описанных способов испытаний;
[0040] на ФИГ. 14 представлена таблица, иллюстрирующая изменение прибора;
[0041] на ФИГ. 15 представлена таблица, иллюстрирующая изменение расходной детали;
[0042] на ФИГ. 16 представлено схематическое изображение, на котором показан пример инородных частиц, создающих помехи на поверхности теплового взаимодействия, и таблица, показывающая увеличение теплового сопротивления (R) более, чем на 45%, вследствие наличия этих помех; и
[0043] на ФИГ. 17 представлен график, иллюстрирующий примеры значений времени нарастания до перехода проточной кюветы в рабочий режим, основанных на тепловом сопротивлении.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0044] В некоторых случаях регулирование температуры расходных деталей, таких как проточные кюветы, используемые в таких процессах, как секвенирование путем синтеза, может основываться на предположении, что расходная деталь достигает известного сдвига относительно теплового компонента, такого как тепловой блок ТЭО, с которым расходная деталь контактирует в приборе. Первоначально этот сдвиг может быть откалиброван на заводе-изготовителе. Однако если контакт между расходной деталью и тепловым блоком ТЭО отличается от установленного при заводской калибровке, например, из-за мешающих инородных частиц, это может привести к температурным погрешностям в установившемся состоянии. Такие погрешности могут масштабироваться по величине в зависимости от температуры теплового блока ТЭО относительно температуры окружающей среды. При относительно низких температурах погрешности сдвига в установившемся состоянии могут находиться в пределах предварительно определенных значений погрешности. Однако такие погрешности могут представлять значительную часть суммарной тепловой погрешности.
[0045] Различия в тепловом сопротивлении на поверхности взаимодействия между тепловым компонентом прибора и расходной деталью также могут приводить к различиям во временном периоде, в течение которого расходная деталь достигает желаемой температуры. В вариантах осуществления, в которых масса теплового блока ТЭО значительно превышает массу расходной детали прибора, временной период для достижения установившегося состояния может быть меньшим, чем временной период, в течение которого происходит нагрев и охлаждение массы теплового блока ТЭО. Дополнительно, если допустимый временной период для тепловых операций является достаточно продолжительным, то изменения времени нагрева расходной детали по сравнению с тепловым блоком TЭО могут быть незначительными или незаметными.
[0046] Однако для достижения более быстрого линейного изменения температуры (т. е. уменьшения времени перехода от первой температуры ко второй температуре) масса теплового блока ТЭО может быть уменьшена таким образом, что она будет по существу равна массе расходной детали или меньше нее. Кроме того, некоторые тепловые двигатели ТЭО также могут иметь очень высокую производительность нагнетания тепла. В результате такой тепловой блок ТЭО с меньшей массой может очень быстро линейно изменять температуру, и скорость изменения температуры расходной детали, основанная на теплопередаче, будет зависеть от качества поверхности теплового взаимодействия. Кроме того, если в результате ошибки пользователя произойдет неправильная загрузка расходной детали в прибор, тепловой блок ТЭО может быстро достичь температур, которые могут быстро повредить ее (например, в течение нескольких секунд), если не было определено качество поверхности теплового взаимодействия. Соответственно, в настоящем документе описаны системы и способы измерения качества поверхности теплового взаимодействия между тепловым компонентом прибора, таким как ТЭО, и компонентом с регулированием тепла, таким как проточная кювета.
[0047] Для подтверждения того, что расходная деталь находится в контакте с тепловым блоком ТЭО, и/или определения качества поверхности теплового взаимодействия между расходной деталью и тепловым блоком тепловой блок могут нагревать или охлаждать. Скорость, с которой тепловой блок изменяет температуру при нагнетании тепла, зависит от теплового сопротивления между тепловым блоком и расходной деталью, а также от относительной теплоемкости расходной детали и теплового блока. Поскольку относительные теплоемкости известны, для определения теплового сопротивления между тепловым блоком и расходной деталью можно использовать результаты измерения скорости изменения температуры теплового блока при нагнетании тепла.
[0048] Одной из технологий охарактеризования такой системы является отклик на ступенчатое воздействие, при котором систему возбуждают с применением ступенчатого изменения и измеряют отклик во временной области. Отклик во временной области может характеризоваться временной константой тау (τ). Выполнение такого испытания с использованием реальной системы Пельтье с регулированием тепла, такой как ТЭО, может быть осложнено несколькими факторами. Например, тепло, нагнетаемое ТЭО, зависит от разности температур (ΔT) на ТЭО и сопротивления самого ТЭО, что тем самым усложняет применение известной амплитуды ступенчатого входного воздействия. Кроме того, время, в течение которого тепловой двигатель ТЭО изменяет температуру теплового блока ТЭО, может быть ненулевым из-за ненулевой массы ТЭО и может изменяться в зависимости от температуры окружающей среды или теплоотвода, начальной температуры теплового блока и электрического сопротивления ТЭО, таким образом, определение точной ступенчатой функции может быть затруднено и/или может потребоваться ее повторное вычисление для любого изменения условий окружающей среды. Кроме того, ступенчатый подвод мощности к ТЭО может сопровождаться большой механической, тепловой или электрической нагрузкой на ТЭО и может привести к сокращению срока службы ТЭО при его многократном выполнении.
[0049] Соответственно, в настоящем описании предложен способ измерения теплового сопротивления на поверхности взаимодействия между расходной деталью и тепловым компонентом прибора, который может обеспечить снижение механической, тепловой и/или электрической нагрузки на тепловой компонент, получение нескольких точек данных за меньший временной период, высокоточное определение сопротивления на поверхности теплового взаимодействия, при этом ТЭО подвергают относительно низким уровням возбуждения, и/или использование меньшего количества входных воздействий для определения сопротивления на поверхности теплового взаимодействия за счет использования составляющей отклика во временной области без необходимости калибровки или применения внутреннего датчика измерения температуры теплового компонента или наружного теплового датчика для определения температуры теплового компонента.
[0050] Далее различные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на чертежи. Номера позиций во всем подробном описании используются для обозначения различных элементов и конструкций. Хотя приведенное ниже подробное описание содержит множество представленных в целях иллюстрации конкретных деталей, для специалиста в данной области техники будет очевидно, что в объем настоящего изобретения входят множество вариаций и изменений представленных ниже деталей. Соответственно, нижеследующие варианты осуществления настоящего изобретения изложены без какого-либо ущерба для обобщенности заявленного изобретения и без его ограничения.
[0051] В данном документе описаны устройства, системы и способы измерения теплового сопротивления на поверхности взаимодействия между расходной деталью, такой как, например, проточная кювета, и компонентом прибора, таким как, например, ТЭО или нагреватель. В данном документе также описано испытание на основе переходного отклика для определения сопротивления на поверхности теплового взаимодействия расходной проточной кюветы.
[0052] На ФИГ. 1-3 представлены различные иллюстрации теплового компонента прибора, такого как ТЭО, и расходного теплового узла 100. Хотя показан только тепловой компонент прибора, прибор может включать в себя дополнительные компоненты, такие как поверхности взаимодействия картриджа, компоненты управления струйными элементами, аналитические вычислительные машины и т. д. Как показано на ФИГ. 1, на которой в упрощенном виде показан ТЭО с установленной на нем расходной деталью, проточная кювета 110 может быть расположена поверх несущей пластины 112, которая может быть расположена поверх ТЭО 114, который может быть расположен поверх теплоотвода 120. В некоторых вариантах осуществления несущая пластина 112 и проточная кювета 110 могут формировать часть картриджа 122 с проточной кюветой, и ТЭО 114 и теплоотвод 120 могут быть объединены в виде узла 123 ТЭО в рамках основного прибора. В других вариантах осуществления несущая пластина 112, ТЭО 114 и теплоотвод 120 могут быть объединены в виде узла 123 ТЭО в рамках основного прибора. В других дополнительных вариантах осуществления между одним или более компонентами, описанными в настоящем документе, может быть обеспечена дополнительная несущая пластина (не показана) или другие промежуточные компоненты. Например, теплопроводящие адгезивы между несущей пластиной 112 и проточной кюветой 110, между несущей пластиной 112 и ТЭО 114 и/или между ТЭО 114 и теплоотводом 120 могут использовать для склеивания одного или более из вышеупомянутых компонентов друг с другом с одновременным улучшением и/или обеспечением теплопроводности между компонентами (например, теплопроводящий адгезив могут наносить для заполнения всех дефектов одного или более компонентов, которые могут снизить теплопроводность).
[0053] В некоторых вариантах осуществления тепловой датчик (например, термометр) 116, показанный на ФИГ. 2-3, могут устанавливать внутри ТЭО 114 для определения температуры ТЭО 114 во время его функционирования. Поверхность 118 теплового взаимодействия возникает, когда несущая пластина 112 контактирует с верхней поверхностью ТЭО 114, и эта поверхность теплового взаимодействия может изменяться при каждом сопряжении с ТЭО 114 новой проточной кюветы 110. Качество поверхности 118 теплового взаимодействия может влиять на регулирование количества тепла, подаваемого на проточную кювету 110. Верхняя поверхность ТЭО 114 может не быть видна пользователю расходного теплового узла 100. Например, когда картридж (не показан) с проточной кюветой 110 и/или саму проточную кювету 110 вставляют в основной прибор, проточная кювета 110 и узел 123 ТЭО, с которым проточная кювета 110 взаимодействует с целью теплового регулирования проточной кюветы 110, могут находиться внутри корпуса основного прибора и недоступны для наблюдения. Корпус основного прибора может ограничивать или уменьшать воздействие загрязняющих частиц на происходящие в нем процессы. Однако обеспечение того, чтобы на поверхности 113 несущей пластины 112 не содержалось инородных частиц, таких как пыль, грязь, жидкость и т. д., может быть усложнено без разборки корпуса и/или частей прибора для визуального осмотра поверхности 113.
[0054] Для некоторых вариантов осуществления с использованием расходных деталей, таких как проточные кюветы 110, которые используют при секвенировании ДНК и для других целей в приборах или их компонентах (или же с их использованием), таких как ТЭО 114 и/или узлы, включающие тепловые компоненты, определяют наличие достаточного или допустимого теплового контакта проточной кюветы 110 и/или несущей пластины 112 картриджа 122 с проточной кюветой с узлом 123 ТЭО. На ФИГ. 2 представлен вид сбоку узла, показанного на ФИГ. 1, изображающий проточную кювету 110, расположенную поверх несущей пластины 112, которая расположена поверх ТЭО 114, расположенного поверх теплоотвода 120. В некоторых вариантах осуществления термометры или другие тепловые датчики могут не включать в проточную кювету 110 и/или в несущую пластину 112 проточной кюветы. Включение теплового датчика может привести к повышению сложности и/или другим дополнительным техническим проблемам осуществления. Кроме того, в случае с расходными деталями однократного применения добавление теплового датчика может привести к повышению стоимости, снижению надежности и/или появлению дополнительных неизвестных аспектов, связанных с расходной деталью.
[0055] Однако для химических, медицинских и/или биотехнических расходных деталей, функционирование которых может зависеть от точного регулирования температуры для адаптации желаемых химических реакций, определение качества поверхности теплового взаимодействия с расходной деталью может быть полезным для обеспечения надежного и воспроизводимого проведения реакций внутри расходной детали. В некоторых случаях поверхность теплового взаимодействия может полностью отсутствовать вследствие неправильной загрузки расходной детали, ошибки пользователя, либо ошибок при загрузке прибора.
[0056] Помимо неправильной вставки расходной детали, такой как проточная кювета 110, и/или неправильной установки расходной детали внутри прибора тепловой контакт и теплопередачу между расходной деталью и тепловым компонентом прибора также может нарушить загрязнение, возникающее на поверхности 118 теплового взаимодействия между проточной кюветой 110 и/или несущей пластиной 112 и тепловым компонентом, например, узлом 122 ТЭО, или износ узла ТЭО со стороны поверхности взаимодействия, например, износ несущей пластины 112. На ФИГ. 3 изображен узел, показанный на ФИГ. 2, с проточной кюветой 110, расположенной поверх несущей пластины 112, которая расположена поверх ТЭО 114, расположенного поверх теплоотвода 120. Как показано на ФИГ. 3, загрязняющие частицы 130, такие как грязь, пыль, дегидратированные реагенты, инородные частицы и т. д., нарушили поверхность 118 теплового взаимодействия между расходной деталью и прибором. Соответственно, может не происходить надлежащая передача тепла между двумя указанными элементами. Как описано в настоящем документе, такие нарушения могут быть обнаружены по скорости отклика теплового датчика 116 ТЭО 114 на точно регулируемое управляющее входное воздействие.
[0057] В описанном способе используют тепловой датчик (например, тепловой датчик 116), расположенный внутри или вблизи компонента прибора (например, ТЭО 114), для определения скорости, с которой тепло поступает от компонента прибора к расходной детали (например, картриджу 122 с проточной кюветой) для определения теплового сопротивления на поверхности взаимодействия (например, поверхности (118) теплового взаимодействия) между прибором и расходной деталью. Этот способ не требует какого-либо измерения температуры расходной детали и может быть использован для проверки качества теплового контакта перед выдачей образцов и реагентов в проточную кювету 110, таким образом предотвращается трата ресурсов из-за загрязненной поверхности взаимодействия, неправильного сопряжения из-за ошибок пользователя или неисправности аппаратного обеспечения. Этот способ также могут использовать для определения проблем, связанных с качеством поверхности взаимодействия, в ходе контроля качества прибора на заводе-производителе. Аналогичным образом этот способ могут использовать для определения наличия производственных дефектов в таких компонентах, как ТЭО 114, проточная кювета 122, или в других компонентах, причем эти производственные дефекты могут отрицательно сказаться на тепловом сопротивлении поверхности 118 теплового взаимодействия, могут обуславливать нежелательное увеличение теплоемкости этих компонентов или могут привести к убыточному тепловому замыканию в области ТЭО 114.
[0058] В некоторых вариантах осуществления способ включает приведение в действие ТЭО 114 с помощью периодического гармонического входного воздействия; измерение периодического теплового отклика теплового датчика 116 внутри ТЭО 114 на гармоническое входное воздействие; выделение составляющей сигнала теплового отклика, которая имеет частоту гармонического входного воздействия, и определение ее сдвига фазы относительно сигнала управления; и вычисление теплового сопротивления поверхности 118 теплового взаимодействия между ТЭО 114 и картриджем (122) с проточной кюветой с использованием сдвига фазы (задержки). Этот способ может быть выполнен быстро. Исключительно в качестве примера около 10 циклов возбуждения можно осуществить в течение 30 секунд при 0,3 Гц. В альтернативном варианте осуществления меньшее количество циклов возбуждения может быть осуществлено за более короткий временной период.
[0059] Для управления ТЭО 114 (или другого теплового компонента прибора) с помощью периодического гармонического входного воздействия согласно некоторым вариантам осуществления этого способа микропрограммное обеспечение, находящееся в управляющих электронных схемах ТЭО, инициирует периодический сигнал управления. В этом случае ТЭО 114 остается стабильным при комнатной температуре, и используется низкая подводимая мощность (например, низкоамплитудное управление). Подходящую частоту управления можно выбрать путем построения графика Боде на основании модели SPICE электрической эквивалентной цепи и анализа графика в отношении полезных характеристик отклика. SPICE представляет собой универсальную аналоговую программу с открытым кодом для моделирования электронной схемы, используемую в интегральной схеме и конструкции в виде платы для анализа целостности конструкций схем и для прогнозирования поведения схемы. Частота управления может быть основана на угловой частоте RC для тепловой системы. Угловая частота RC представляет собой частоту, при которой крутизна или изменение сдвига фазы являются наибольшими при небольших изменениях значений сопротивления. Таким образом, выбор частоты, равной или близкой к угловой частоте RC, для тепловой системы может обеспечить большую чувствительность за счет небольших изменений сопротивления на поверхности 118 теплового взаимодействия.
[0060] На ФИГ. 4 представлена электрическая схема 400, представляющая собой электрическую эквивалентную модель системы проточной кюветы ТЭО. На схеме 400 I1 (402) представляет собой переменное тепло, нагнетаемое ТЭО 114. Амплитуду этого периодического входного воздействия оценивают на основании возможностей ТЭО 114. Однако выбранный показатель (запаздывание фазы) не зависит от управляющей амплитуды. Элемент TEC (404) представляет собой узел, в котором температуру ТЭО 114 измеряют с помощью встроенного теплового датчика 116, который может быть приведен в очень плотный контакт с элементом C_TEC_Ceramic (406) для обеспечения минимального теплового сопротивления в тепловой схеме. Элемент C_TEC_Ceramic (406) представляет собой теплоемкость верхнего керамического элемента ТЭО (в контексте раскрытых вариантов осуществления) или, в более общем смысле, всей массы между расходной деталью и тепловым двигателем (элементами ТЭО). Элемент C_TEC_Ceramic (406) вычисляют, исходя из первых принципов, основанных на геометрической форме компонента (-ов) и теплоемкости материала. Элемент Interface_Res (408) представляет собой тепловое сопротивление между ТЭО 114 и расходной деталью (например, картриджем 122 с проточной кюветой), которое представляет собой значение, определенное описанным способом. Элемент Interface_Res (408) моделируют с помощью оценки, основанной на первоначальных наблюдениях, и изменяют в ближнем диапазоне этой первоначальной оценки для определения зависимости запаздывания фазы от этого значения. Элемент Consumable (410) представляет собой узел, представляющий температуру расходной детали (например, картриджа 122 с проточной кюветой), и представляет собой выходной сигнал модели, который может быть использован для проверки характеристик модели с использованием расходной детали, оснащенной тепловым (-и) датчиком (-ами). Элемент C_Consumable (412) представляет собой теплоемкость расходной детали (например, картриджа 122 с проточной кюветой), определяемую его геометрической формой и теплоемкостью материала. Элемент Consumable_Convec/Conduc (414) представляет собой тепловое сопротивление по отношению к окружающей среде для расходной детали (например, картриджа 122 с проточной кюветой) из-за потерь на конвекцию и теплопроводность.
[0061] Элемент Consumable_Convec/Conduc (414) может быть оценен на основании геометрической формы, предполагаемого потока воздуха и предполагаемой температуры; и эту оценку можно проверить по результатам измерений, позволяющих аппроксимировать рабочие условия системы. Если оценки характеризуются некоторым уровнем неопределенности, это значение может быть изменено в пределах потенциального рабочего диапазона для определения воздействия по отклику теплового датчика 116 и может оказывать незначительное влияние на частоту запроса. Элемент Ambient (416) представляет собой температуру окружающей среды. В электрической эквивалентной модели она представляет собой тепловой нулевой уровень, и все остальные температуры приведены относительно температуры окружающей среды. Элемент C_Heatsink (418) представляет собой теплоемкость теплоотвода теплового двигателя (например, теплоотвода 120), определяемую путем вычисления на основании геометрической формы и теплоемкости материала. Элемент HS_Therm_Res (420) представляет собой тепловое сопротивление теплоотвода (например, теплоотвода 120) по отношению к окружающей среде вследствие конвекции. Элемент HS_Therm_Res (420) оценивают на основании известных условий в системе, проверяют экспериментально и изменяют в модели, чтобы продемонстрировать его незначительное влияние на целевой сигнал при конкретной частоте запроса.
[0062] На ФИГ. 5 представлен график Боде, облегчающий определение частоты для проведения быстрых измерений и получения измеримого сигнала, который находится вблизи угловой частоты для R*C. На графике, представленном на ФИГ. 5, показан прогнозируемый отклик 500 теплового датчика 116 ТЭО 114, где ось 502 x представляет собой частоту периодического возбуждения, и ось 504 y представляет собой амплитуду/фазу. Сплошная линия 512 представляет собой величину отклика теплового датчика 116 ТЭО 114 при осуществлении управления на различных частотах, измеряемую в дБ аттенюации (относительно сигнала возбуждения постоянного тока (DC)). Пунктирная линия 514 представляет собой запаздывание фазы теплового датчика 116 за пределами управляющего сигнала при осуществлении управления на различных частотах, измеряемое в градусах. Частота запроса вблизи угла RC показана числом 516.
[0063] Для измерения периодического теплового отклика ТЭО 114 на гармоническое входное воздействие с помощью встроенного теплового датчика 116 в некоторых вариантах осуществления способа микропрограммное обеспечение, находящееся в управляющих электронных схемах ТЭО, регистрирует сигнал теплового отклика. Как показано на ФИГ. 6, сигнал теплового отклика не полностью соответствует частоте управления, но имеет дополнительные низкочастотные и высокочастотные составляющие (например, тепловой дрейф и электронный шум). На ФИГ. 6 представлен график, иллюстрирующий пример сигналов управления ТЭО и управления тепловым откликом для использования в описанных способах. На ФИГ. 6 представлен график зависимости управления и теплового отклика 600, на котором ось 602 x представляет собой время, левая сторона оси 604 y представляет собой уровень сигнала управления ТЭО 114, и правая сторона оси 606 y представляет собой уровень сигнала теплового датчика 116. Сигнал 620 управления представляет собой изменение уровня управления ТЭО 114 по времени. Сигнал 630 теплового датчика ТЭО представляет собой фактический отклик теплового датчика 116 в ТЭО 114 при управлении ним с помощью показанного сигнала 620 управления, в то время как ТЭО 114 находится в контакте с расходной деталью (например, картриджем 122 с проточной кюветой). Описанные способы используют для выделения составляющей этого сигнала на той же частоте, что и для сигнала управления, а также для определения сдвига его фазы.
[0064] Для выделения составляющей сигнала теплового отклика, который имеет такую же частоту, что и гармоническое входное воздействие (ω), и определения сдвига его фазы относительно сигнала управления в некоторых вариантах осуществления этого способа сигнал отклика умножают на опорный сигнал во временной области. Составляющая постоянного тока результата представляет собой амплитуду синфазного сигнала Ain. Сигнал отклика также могут умножать на опорный сигнал со сдвигом по фазе на 90° во временной области. Составляющая постоянного тока результата представляет собой амплитуду квадратурного (несинфазного) сигнала AQ. Составляющая постоянного тока этих сигналов может быть получена с использованием наименьших квадратов, соответствующих гармоническому воздействию. Составляющая постоянного тока также может быть получена путем интегрирования сигнала с большим количеством циклов. Такое интегрирование может быть реализовано с помощью аналоговой схемы, такой как в синхронном усилителе; или цифровой схемы, такой как в микропроцессоре. Фаза сигнала отклика представляет собой tan-1(AQ/Ain) или atan2(Ain, Aq). Составляющие постоянного тока A in и A Q малы по сравнению с периодической амплитудой A.
[0065] Некоторые альтернативные способы определения сдвига фазы отклика теплового датчика 116 включают в себя использование алгоритма нахождения пиков для определения пиков сигналов управления и отклика и вычисление средней задержки между пиками. Некоторые другие альтернативные способы определения сдвига фазы отклика теплового датчика 116 включают в себя подгонку гармонического воздействия к сигналу управления и сигналу отклика, а также использование фазы функции с наилучшей подгонкой для установления сдвига фазы. Некоторые другие альтернативные способы определения сдвига фазы отклика теплового датчика 116 включают в себя использование технологии синхронизации умножения сигнала отклика на синфазные и квадратурные опорные сигналы и определение составляющей постоянного тока этих сигналов путем: (i) использования дискретного преобразования Фурье и цифрового фильтра нижних частот; или (ii) усреднения полученных сигналов по целому количеству циклов.
[0066] Для вычисления теплового сопротивления поверхности 118 взаимодействия между ТЭО 114 и расходной деталью (например, картриджем 122 с проточной кюветой) с использованием сдвига фазы (задержки) в некоторых вариантах осуществления этого способа тепловое сопротивление могут оценивать путем моделирования тепловой системы с использованием электрической эквивалентной схемы, например, показанной на ФИГ. 4, и построения кривой, подходящей для ряда значений сопротивления при конкретной частоте создания запроса. По мере изменения сопротивления (R) также изменяется фаза отклика. Приведенная выше модель обеспечивает некоторое отношение фазы (ϕ) к сопротивлению (R) на конкретной частоте создания запроса. В примере такого отношения фазы (ϕ) к сопротивлению (R) для тепловой системы, смоделированной на ФИГ. 4, в диапазоне сопротивлений от 0,2 до 0,5K/Вт может быть аппроксимирована кривая R = -0,00002237 ϕ3-0,003708 ϕ2-0,2163 ϕ - 4,208 (см. ФИГ. 7 и 8). На ФИГ. 7 представлен ряд графиков, отражающих сдвиг фазы при конкретной частоте создания запроса по мере увеличения теплового сопротивления. На ФИГ. 8 представлен график, изображающий кривую отклика, характерную для варианта осуществления с применением используемой частоты возбуждения 0,3 Гц и удельной тепловой массы компонентов смоделированной электрической эквивалентной системы TЭО, изображенной на ФИГ. 4.
[0067] На ФИГ. 7 на графике 700 показаны три графика 710, 720, 730 Боде, представляющие увеличение абсолютного запаздывания фазы с увеличением элемента Interface_Res 408 (показанного на ФИГ. 4) при измерении с выбранной частотой запроса. На графике 710 Боде сплошная линия 712 представляет собой амплитуду отклика теплового датчика 116, когда ним управляют на различных частотах 702, измеряемую в дБ аттенюации (относительно сигнала возбуждения постоянного тока) вдоль оси 704 у; пунктирная линия 714 представляет собой запаздывание фазы теплового датчика 116 за пределами управляющего сигнала при осуществлении управления на различных частотах 702, измеряемое в градусах вдоль оси 706 у; и точка 716 представляет собой запаздывание фазы на пунктирной линии 714 при частоте запроса.
[0068] На графике 720 Боде на ФИГ. 7 сопротивление на поверхности 118 взаимодействия, такое как Interface_Res 408, увеличилось. Таким образом, сплошная линия 722 представляет собой амплитуду отклика теплового датчика 116, когда ним управляют на различных частотах 702, измеряемую в дБ аттенюации (относительно сигнала возбуждения постоянного тока) вдоль оси 704 у; пунктирная линия 724 представляет собой запаздывание фазы теплового датчика 116 за пределами управляющего сигнала при осуществлении управления на различных частотах 702, измеряемое в градусах вдоль оси 706 у; и точка 726 представляет собой запаздывание фазы на пунктирной линии 724 при частоте запроса для этого повышенного сопротивления на поверхности 118 взаимодействия. Как показано, абсолютное запаздывание фазы (т. е. значение по оси y, на которой находятся точки 716 и 726) увеличивается по мере увеличения сопротивления при дополнительном сдвиге по направлению к значению -90 при одной и той же частоте запроса вдоль оси 708 y.
[0069] На графике 730 Боде на ФИГ. 7 сопротивление на поверхности взаимодействия, такое как Interface_Res 408, дополнительно увеличилось. Таким образом, сплошная линия 732 представляет собой амплитуду отклика теплового датчика 116, когда ним управляют на различных частотах 702, измеряемую в дБ аттенюации (относительно сигнала возбуждения постоянного тока) вдоль оси 704 у; пунктирная линия 734 представляет собой запаздывание фазы теплового датчика 116 за пределами управляющего сигнала при осуществлении управления на различных частотах 702, измеряемое в градусах вдоль оси 706 у; и точка 736 представляет собой запаздывание фазы на пунктирной линии 734 при частоте запроса для этого дополнительно повышенного сопротивления на поверхности 118 взаимодействия. Как показано, абсолютное запаздывание фазы (т. е. значение по оси y, на которой находятся точки 716, 726 и 736) увеличивается по мере увеличения сопротивления при дополнительном сдвиге по направлению к значению -90 при одной и той же частоте запроса вдоль оси 708 y.
[0070] На ФИГ. 8 на графике 800 показано прогнозируемое запаздывание фазы для температуры на частоте запроса при различных значениях сопротивления на поверхности взаимодействия. Значения запаздывания фазы термометра (черные точки 810, 812, 816, 818, 820, 822, 824, 826 и 828) прогнозируют с помощью тепловой модели на частоте запроса при различных значениях сопротивления поверхности 118 теплового взаимодействия, и полиномиальную аппроксимацию 3-го порядка (пунктирная линия 830) для этих точек данных могут использовать для оценки теплового сопротивления в аналогичной реальной схеме, демонстрирующей любое запаздывание фазы в диапазоне от 60º до 90º при управлении на частоте запроса.
[0071] Как описано ниже, в различных вариантах осуществления описанные способы могут включать процесс калибровки, процесс контроля качества (КК) для испытания теплового компонента (например, узла 123 ТЭО), процесс КК для испытания расходной детали (например, картриджа 122 с проточной кюветой) и диагностический процесс испытания в ходе загрузки расходной детали в прибор.
[0072] На ФИГ. 9 представлена блок-схема процесса 900 калибровки, который включает в себя определение модели тепловой схемы для расходного компонента (например, картриджа 122 с проточной кюветой) и теплового компонента (например, узла 123 ТЭО) в блоке 902; оценку частоты запроса вблизи значения угла RC на основании известных значений теплоемкости для расходного компонента, и теплового компонента, и модели тепловой схемы в блоке 904; генерацию множества точек данных сдвига фазы для множества значений сопротивления с использованием оцененной частоты запроса в блоке 906; и аппроксимацию кривой множества значений сдвига фазы относительно множества значений сопротивления в блоке 908.
[0073] Определение модели тепловой схемы для расходного компонента и теплового компонента, блок 902, может включать в себя генерацию электрической эквивалентной схемы, имеющей одну или более составляющих из теплоемкости и/или теплового сопротивления для каждого компонента тепловой системы, причем составляющая в виде сопротивления иллюстрирует тепловое сопротивление на поверхности взаимодействия (например, поверхности 118 теплового взаимодействия). В варианте осуществления, описанном в настоящем документе, каждый из расходного компонента и теплового компонента смоделирован как имеющий теплоемкость, например, показанную на ФИГ. 4. В некоторых вариантах осуществления теплоемкость расходного компонента может быть определена либо на основании данных, полученных от производителя, либо с помощью испытаний, например, путем вычисления теплоемкости по формуле (удельная теплоемкость материала (в Дж/г-К) x массу материала) или по формуле (объемная теплоемкость материала (в Дж/куб. см-К) x объем материала). Аналогичным образом теплоемкость расходного компонента могут определять либо на основании данных от производителя, либо по результатам испытаний, таких как измерение теплоемкости с помощью калориметрических технологий, которые, как правило, включают измерение повышения температуры при воздействии на образец известным количеством тепла. В некоторых вариантах осуществления некоторые смоделированные компоненты могут иметь несущественные значения по сравнению с другими компонентами, таким образом, их можно рассматривать как по существу удаленные из смоделированной системы.
[0074] После определения электрической эквивалентной схемы для тепловой системы можно выполнить оценку частоты запроса вблизи значения угла RC на основании известных значений теплоемкости для расходного компонента, и теплового компонента, и модели тепловой схемы, блок 904. Таким образом, все компоненты электрической эквивалентной схемы, за исключением сопротивления поверхности теплового взаимодействия, могут быть определены либо на основании данных, полученных от производителя, либо по результатам испытания, и тепловая схема может быть смоделирована или сымитирована, например, с использованием моделирования SPICE.
[0075] В варианте осуществления, описанном в настоящем документе, электрическую эквивалентную схему, изображенную на ФИГ. 4, используют для построения графика Боде, изображенного на ФИГ. 5, на котором показана величина отклика системы в 512 и фазовая характеристика (в градусах) при различных частотах управления (в Гц). Величина выходного сигнала отклика может быть показана либо в градусах C, либо в градусах K, если в модели используется точная амплитуда управления; или она может быть выражена в дБ аттенюации ниже амплитуды управления. График Боде для кривой 514 фазового отклика, показанный на ФИГ. 5, иллюстрирует первоначальное уменьшение фазы из-за временной константы самого ТЭО (т. е. его теплоемкость в сочетании с потерями на конвекцию в окружающую среду, что демонстрирует, насколько быстро (или медленно) тепло может быть передано в окружающую среду. Частоту запроса можно оценить на основании графика Боде как частоту, при которой крутизна является наибольшей, что соответствует углу RC электрической эквивалентной схемы тепловой системы. Как показано на ФИГ. 5, угол RC можно оценить как приблизительно 0,3 Гц. В некоторых вариантах осуществления оценка частоты запроса может включать в себя итерацию значений сопротивления для оптимизации или сведения модели для определения угла RC и соответствующей частоты запроса.
[0076] После оценки или иного определения частоты запроса может быть сгенерировано множество точек данных сдвига фазы для множества значений сопротивления с использованием оцененной частоты запроса, блок 906. Таким образом, в модель может быть введено множество значений сопротивления для поверхности взаимодействия с целью определения множества соответствующих смоделированных откликов системы, таких как показанные на ФИГ. 7. Как показано на фигуре, фазовый отклик при каждом значении сопротивления увеличивается со знаком минус по мере увеличения значений теплового сопротивления для поверхности взаимодействия, как показано точками 716, 726, 736. Множество точек данных сдвига фазы может быть нанесено на график относительно множества соответствующих значений сопротивления для модели, и аппроксимация кривой, блок 908, может быть выполнена для множества значений сдвига фазы относительно множества значений сопротивления для генерации уравнения модели «фаза для сопротивления».
[0077] Хотя процесс 900 могут использовать для генерации модели «фаза для сопротивления» для теплового компонента (например, узла 123 ТЭО), на ФИГ. 10 представлена блок-схема варианта осуществления, в котором модель «фаза для сопротивления» использована для процесса 1000 КК для испытания теплового компонента. Процесс 1000 КК для испытания теплового компонента, такого как ТЭО 114 или узел 123 ТЭО, может включать в себя приведение известной расходной детали в контакт с тепловым компонентом испытуемого прибора, блок 1002. Известная расходная деталь может представлять собой предварительно испытанный расходный компонент, такой как проточная кювета 110, несущая пластина 112, узел 123 проточной кюветы или другой расходный компонент, имеющий известное приемлемое сопротивление на поверхности взаимодействия.
[0078] Процесс 1000 КК, согласно этому примеру, дополнительно включает в себя приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия на основании предварительно определенной частоты запроса, блок 1004. Приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия может включать в себя использование генератора сигнала, генерирующего синусоидальное входное воздействие с частотой запроса, оцененной в процессе 900 калибровки. В других вариантах осуществления могут быть использованы другие значения частот запроса.
[0079] Процесс 1000 КК, согласно этому примеру, дополнительно включает в себя измерение множества выходных сигналов температуры от теплового датчика (например, теплового датчика 118), который реагирует на приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия, блок 1006. В некоторых вариантах осуществления выходные значения температуры могут регистрировать в файле журнала или таблице данных и/или периодически запрашивать предварительно определенное количество раз в ходе осуществления процесса 1000.
[0080] Множество выходных сигналов температуры могут умножать на опорный сигнал, синфазный с периодическим гармоническим входным воздействием, и могут вычислять результирующую составляющую сигнала постоянного тока для определения синфазной составляющей X, блок 1008. Опорный сигнал может представлять собой любой сигнал, имеющий частоту, которая совпадает с частотой запроса, включая, например, само периодическое гармоническое входное воздействие. Результирующий сигнал постоянного тока может быть вычислен на основании аппроксимации синусоидальной кривой результирующих выходных сигналов температуры, умноженных на опорный сигнал, для определения сдвига, который представляет собой синфазную составляющую X. В других вариантах осуществления выходные сигналы температуры могут быть усреднены за предварительно определенный временной период для определения среднего сдвига в качестве синфазной составляющей X.
[0081] Множество выходных сигналов температуры также могут умножать на опорный сигнал со сдвигом по фазе 90°; и могут вычислять результирующую составляющую сигнала постоянного тока для определения квадратурной несинфазной составляющей Y, блок 1010. Опорный сигнал может представлять собой любой сигнал, имеющий частоту, совпадающую с частотой запроса со сдвигом по фазе 90°, включая, например, сигнал со сдвигом по фазе 90° самого периодического гармонического входного воздействия. Результирующий сигнал постоянного тока может быть вычислен на основании аппроксимации синусоидальной кривой результирующих выходных сигналов температуры, умноженных на опорный сигнал, для определения сдвига, который представляет собой несинфазную составляющую Y. В других вариантах осуществления результирующие выходные сигналы температуры, умноженные на опорный сигнал, могут быть усреднены за предварительно определенный временной период для определения среднего сдвига в качестве несинфазной составляющей Y.
[0082] Сдвиг фазы в ответ на периодическое гармоническое входное воздействие может быть вычислен следующим образом: tan-1 (Y/X) или atan2(X, Y), блок 1012, где Y представляет собой несинфазную составляющую, и X представляет собой синфазную составляющую. Затем значение сдвига фазы могут использовать для вычисления или определения соответствующего значения сопротивления для поверхности теплового взаимодействия с использованием уравнения сдвига фазы для калиброванного сопротивления и вычисленного сдвига фазы, блок 1014, такого как уравнение сдвига фазы для калиброванного сопротивления, полученное в ходе процесса 900 калибровки. В некоторых вариантах осуществления определение значения сопротивления, блок 1014, может быть опущено, и в процессе 1000 КК могут непосредственно использовать значение сдвига фазы, сравниваемое с предварительно определенным пороговым значением сдвига фазы для блоков 1016, 1018, 1020, которые более подробно описаны ниже.
[0083] С использованием определенного значения сопротивления процесс 1000 КК, согласно настоящему примеру, дополнительно включает в себя сравнение определенного значения сопротивления с предварительно определенным пороговым значением сопротивления, блок 1016. Предварительно определенное пороговое значение сопротивления может быть установлено как значение сопротивления, при котором вследствие дефекта теплового компонента теплопередача между испытываемым тепловым компонентом и известной расходной деталью является недостаточной. Предварительно определенное пороговое значение сопротивления может быть эмпирически определено на основании результатов испытания нескольких тепловых компонентов и расходных деталей, например, значений, представленных на ФИГ. 14. В некоторых случаях предварительно определенное пороговое значение сопротивления может включать в себя допуск на погрешность для учета изменения тепловых компонентов, например, значение 0,45 K/Вт, в конкретной конфигурации, описанной со ссылкой на ФИГ. 14. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления определение соответствующего значения сопротивления для поверхности теплового взаимодействия с использованием уравнения сдвига фазы для калиброванного сопротивления и вычисленного сдвига фазы, блок 1014, может быть опущено при непосредственном использовании значения сдвига фазы, сравниваемого с пороговым значением сдвига фазы для 1016.
[0084] Процесс 1000 КК, согласно этому примеру, может дополнительно включать в себя определение того, что тепловой компонент имеет дефект на поверхности теплового взаимодействия (например, поверхности 118 взаимодействия), на основании того, что определенное значение сопротивления превышает предварительно определенное пороговое значение сопротивления, блок 1018. Дефект на поверхности теплового взаимодействия может представлять собой любой дефект, такой как пыль, грязь, сухие реагенты и/или дефект в тепловом компоненте, например, дефект самого ТЭО 114, дефект на поверхности ТЭО 114 или любой другой дефект. В некоторых вариантах осуществления процесс 1000 КК может дополнительно включать в себя установку пометки, указывающей на то, что тепловой компонент имеет дефект, благодаря чему автоматизированная система контроля качества сможет представлять или иным образом помечать тепловой компонент как имеющий дефект. В других вариантах осуществления может быть включен световой индикатор (например, может загораться красная лампа, указывая пользователю на то, что тепловой компонент имеет дефект), может появляться всплывающий индикатор, и/или может быть инициирован другой процесс в ответ на определение того, что тепловой компонент имеет дефект, блок 1018. В некоторых вариантах осуществления определение того, что тепловой компонент имеет дефект на поверхности теплового взаимодействия, блок 1018, может быть основано на том, что определенное значение сопротивления равно предварительно определенному пороговому значению сопротивления или превышает его.
[0085] Если определенное значение сопротивления не превышает (или почти не превышает) предварительно определенное пороговое значение сопротивления, процесс 1000 КК согласно настоящему примеру затем включает определение того, что тепловой компонент является приемлемым, на основании того, что определенное значение сопротивления ниже предварительно определенного порогового значения сопротивления, блок 1020. В ответ на определение того, что тепловой компонент является приемлемым, блок 1020, процесс 1000 КК согласно настоящему примеру может дополнительно включать в себя установку пометки, указывающей на то, что тепловой компонент является приемлемым, благодаря чему автоматизированная система контроля качества сможет представлять или иным образом помечать тепловой компонент, как успешно прошедший процесс 1000 КК. В других вариантах осуществления может быть включен световой индикатор (например, может загораться зеленая лампа, указывающая пользователю на то, что тепловой компонент является приемлемым), может появляться всплывающий индикатор, и/или может быть инициирован другой процесс в ответ на определение того, что тепловой компонент является приемлемым, блок 1020. В некоторых вариантах осуществления определение того, что тепловой компонент является приемлемым в блоке 1020, может быть основано на том, что определенное значение сопротивления равно предварительно определенному пороговому значению сопротивления или ниже него.
[0086] На ФИГ. 11 представлена блок-схема варианта осуществления, в котором для процесса КК используют модель «фаза для сопротивления» при испытании расходной детали 1100. Процесс 1100 КК могут использовать для испытания расходной детали, такой как проточная кювета 110, несущая пластина 112, узел 123 проточной кюветы или другой расходный компонент, имеющий известное приемлемое сопротивление на поверхности взаимодействия. Процесс 1100 КК может включать в себя приведение испытуемой расходной детали в контакт с известным тепловым компонентом прибора, блок 1102. Известный тепловой компонент может представлять собой предварительно испытанный тепловой компонент, такой как ТЭО 114, узел 123 ТЭО или другой тепловой компонент, имеющий известное приемлемое сопротивление на поверхности взаимодействия.
[0087] Процесс 1100 КК, согласно настоящему примеру, включает в себя приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия на основании предварительно определенной частоты запроса, блок 1104. Приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия может включать в себя использование генератора сигнала, генерирующего синусоидальное входное воздействие с частотой запроса, оцененной в процессе 900 калибровки. В других вариантах осуществления могут быть использованы другие значения частот запроса.
[0088] Процесс 1100 КК, согласно настоящему примеру, дополнительно включает в себя измерение множества выходных сигналов температуры от теплового датчика (например, теплового датчика 118), который реагирует на приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия, блок 1106. В некоторых вариантах осуществления выходные значения температуры могут регистрировать в файле журнала или таблице данных и/или периодически запрашивать предварительно определенное количество раз в ходе осуществления процесса 1100. Множество выходных сигналов температуры могут умножать на опорный сигнал, синфазный с периодическим гармоническим входным воздействием, и могут вычислять результирующую составляющую сигнала постоянного тока для определения синфазной составляющей X, блок 1108. Опорный сигнал может представлять собой любой сигнал, имеющий частоту, которая совпадает с частотой запроса, включая, например, само периодическое гармоническое входное воздействие. Результирующий сигнал постоянного тока может быть вычислен на основании аппроксимации синусоидальной кривой результирующих выходных сигналов температуры, умноженных на опорный сигнал, для определения сдвига, который представляет собой синфазную составляющую X. В других вариантах осуществления выходные сигналы температуры могут быть усреднены за предварительно определенный временной период для определения среднего сдвига в качестве синфазной составляющей X.
[0089] Множество выходных сигналов температуры также могут умножать на опорный сигнал со сдвигом по фазе 90°; и могут вычислять результирующую составляющую сигнала постоянного тока для определения квадратурной несинфазной составляющей Y, блок 1110. Опорный сигнал может представлять собой любой сигнал, имеющий частоту, совпадающую с частотой запроса со сдвигом по фазе 90°, включая, например, сигнал со сдвигом по фазе 90° самого периодического гармонического входного воздействия. Результирующий сигнал постоянного тока может быть вычислен на основании аппроксимации синусоидальной кривой результирующих выходных сигналов температуры, умноженных на опорный сигнал, для определения сдвига, который представляет собой несинфазную составляющую Y. В других вариантах осуществления результирующие выходные сигналы температуры, умноженные на опорный сигнал, могут быть усреднены за предварительно определенный временной период для определения среднего сдвига в качестве несинфазной составляющей Y.
[0090] Сдвиг фазы в ответ на периодическое гармоническое входное воздействие может быть вычислен следующим образом: tan-1 (Y/X) или atan2(X, Y), блок 1112, где Y представляет собой несинфазную составляющую, и X представляет собой синфазную составляющую. Затем значение сдвига фазы могут использовать для вычисления или определения соответствующего значения сопротивления для поверхности теплового взаимодействия (например, поверхности 118 теплового взаимодействия) с использованием вычисленного сдвига фазы и уравнения сдвига фазы для калиброванного сопротивления, блок 1114, такого как уравнение сдвига фазы для калиброванного сопротивления, полученное в ходе процесса 900 калибровки. В некоторых вариантах осуществления определение значения сопротивления, блок 1114, может быть опущено, и в процессе 1100 КК могут непосредственно использовать значение сдвига фазы, сравниваемое с предварительно определенным пороговым значением сдвига фазы для блоков 1116, 1118, 1120, которые более подробно описаны ниже.
[0091] С использованием определенного значения сопротивления процесс 1100 КК, согласно этому примеру, дополнительно включает в себя сравнение определенного значения сопротивления с предварительно определенным пороговым значением сопротивления, блок 1116. Предварительно определенное пороговое значение сопротивления может быть установлено в качестве значения сопротивления, при котором вследствие дефекта расходной детали теплопередача между испытываемой расходной деталью и известным тепловым компонентом является недостаточной. Предварительно определенное пороговое значение сопротивления может быть эмпирически определено на основании результатов испытания нескольких тепловых компонентов и расходных деталей, например, значений, представленных на ФИГ. 15. В некоторых случаях предварительно определенное пороговое значение сопротивления может включать в себя допуск на погрешность для учета изменения тепловых компонентов, например, значение 0,45K/Вт или 0,375K/Вт, например, в конкретных конфигурациях расходной детали, описанных со ссылкой на ФИГ. 15.
[0092] Процесс 1100 КК, согласно этому примеру, может дополнительно включать в себя определение того, что расходная деталь имеет дефект на поверхности теплового взаимодействия (например, поверхности 118 взаимодействия), на основании того, что определенное значение сопротивления превышает предварительно определенное пороговое значение сопротивления, блок 1118. Дефект на поверхности теплового взаимодействия может представлять собой любой дефект, такой как пыль, грязь, сухие реагенты и/или дефект на самой расходной детали, например, дефект в подложке расходной детали, дефект в адгезивном соединении расходной детали или любой другой дефект. В некоторых вариантах осуществления процесс 1100 КК может дополнительно включать в себя установку пометки, указывающей на то, что расходная деталь имеет дефект, благодаря чему автоматизированная система контроля качества сможет представлять или иным образом помечать расходную деталь как имеющую дефект. В других вариантах осуществления может быть включен световой индикатор (например, может загораться красная лампа, указывая пользователю на то, что расходная деталь имеет дефект), может появляться всплывающий индикатор, и/или может быть инициирован другой процесс в ответ на определение того, что расходная деталь имеет дефект, блок 1118. В некоторых вариантах осуществления определение того, что расходная деталь имеет дефект на поверхности теплового взаимодействия, если определенное значение сопротивления превышает предварительно определенное пороговое значение сопротивления, блок 1118, может быть основано на том, что определенное значение сопротивления равно предварительно определенному пороговому значению сопротивления или превышает его.
[0093] Если определенное значение сопротивления не превышает (или почти не превышает) предварительно определенное пороговое значение сопротивления, процесс 1100 КК согласно настоящему примеру затем включает определение того, что расходная деталь является приемлемой, на основании того, что определенное значение сопротивления ниже предварительно определенного порогового значения сопротивления, блок 1120. В ответ на определение того, что расходная деталь является приемлемой, процесс 1100 может дополнительно включать в себя установку пометки, указывающей на то, что расходная деталь является приемлемой, благодаря чему автоматизированная система контроля качества может представлять или иным образом помечать расходную деталь как успешно прошедшую процесс 1100 КК. В других вариантах осуществления может быть включен световой индикатор (например, может загораться зеленая лампа, указывающая пользователю на то, что расходная деталь является приемлемой), может появляться всплывающий индикатор, и/или может быть инициирован другой процесс в ответ на определение того, что расходная деталь является приемлемой, блок 1120. В некоторых вариантах осуществления определение того, что расходная деталь является приемлемой, блок 1120, может быть основано на том, что определенное значение сопротивления равно предварительно определенному пороговому значению сопротивления или ниже него.
[0094] На ФИГ. 12 представлена блок-схема диагностического процесса для испытания загрузки расходной детали в прибор 1200 в целях осуществления КК. В некоторых вариантах осуществления такие приборы могут включать в себя корпусы или другие компоненты, наличие которых может затруднять визуальный контроль поверхности теплового взаимодействия (например, поверхности 118 теплового взаимодействия) между расходной деталью и тепловым компонентом прибора. Например, верхняя поверхность ТЭО 114 или узла 123 ТЭО может не быть видна пользователю прибора. Когда расходную деталь, такую как картридж 122 с проточной кюветой и/или сама проточная кювета 110, вставляют в прибор, эта расходная деталь и соответствующий тепловой компонент, такой как ТЭО 112 или узел 123 ТЭО, с которым взаимодействует расходная деталь для регулирования температуры, могут быть размещены внутри корпуса прибора и не видны пользователю. Корпус прибора, как правило, может ограничивать или уменьшать воздействие загрязняющих частиц на происходящие в нем процессы. Однако обеспечение того, чтобы на поверхности теплового взаимодействия между расходной деталью и тепловым компонентом не содержалось инородных частиц, таких как пыль, грязь, жидкость и т. д., может быть усложнено без разборки корпуса и/или частей прибора для визуального осмотра поверхностей теплового взаимодействия. Соответственно, диагностический процесс 1200, согласно этому примеру, может быть реализован с помощью этого прибора в рамках проверки качества перед началом эксплуатации для определения того, что расходная деталь загружена в прибор, и поверхность теплового взаимодействия между расходной деталью и прибором имеет приемлемое низкое тепловое сопротивление, благодаря чему обеспечивается надлежащее регулирование температуры расходной детали с помощью теплового компонента.
[0095] В некоторых вариантах осуществления диагностический процесс 1200 сначала может включать в себя приведение расходной детали в контакт с тепловым компонентом прибора, блок 1202. Как отмечалось выше, тепловой компонент может представлять собой предварительно испытанный при изготовлении прибора тепловой компонент, такой как ТЭО 114, узел 123 ТЭО или другой тепловой компонент, имеющий известное приемлемое сопротивление на поверхности взаимодействия. В некоторых вариантах осуществления приведение расходной детали в контакт с тепловым компонентом может включать в себя вставку пользователем картриджа 123 с проточной кюветой и/или проточной кюветы 1120 в прибор и обеспечение осуществления на приборе автоматизированного процесса зацепления картриджа 123 с проточной кюветой и/или проточной кюветы 110 с тепловым компонентом.
[0096] Диагностический процесс 1200, согласно настоящему примеру, дополнительно включает в себя приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия на основании предварительно определенной частоты запроса, блок 1204. Приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия может включать в себя использование генератора сигнала, генерирующего синусоидальное входное воздействие с частотой запроса, оцененной в процессе 900 калибровки. В других вариантах осуществления могут быть использованы другие значения частот запроса. В некоторых вариантах осуществления данные для периодического гармонического входного воздействия могут храниться в запоминающем или накопительном устройстве прибора.
[0097] Диагностический процесс 1200, согласно настоящему примеру, дополнительно включает в себя измерение множества выходных сигналов температуры от теплового датчика (например, теплового датчика 118), который реагирует на приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия, блок 1206. В некоторых вариантах осуществления выходные значения температуры могут регистрировать в файле журнала или таблице данных и/или периодически запрашивать предварительно определенное количество раз в ходе осуществления процесса 1200. Множество выходных сигналов температуры могут умножать на опорный сигнал, синфазный с периодическим гармоническим входным воздействием, и могут вычислять результирующую составляющую сигнала постоянного тока для определения синфазной составляющей X, блок 1208. Опорный сигнал может представлять собой любой сигнал, имеющий частоту, которая совпадает с частотой запроса, включая, например, само периодическое гармоническое входное воздействие. Результирующий сигнал постоянного тока может быть вычислен на основании аппроксимации синусоидальной кривой результирующих выходных сигналов температуры, умноженных на опорный сигнал, для определения сдвига, который представляет собой синфазную составляющую X. В других вариантах осуществления выходные сигналы температуры могут быть усреднены за предварительно определенный временной период для определения среднего сдвига в качестве синфазной составляющей X.
[0098] Множество выходных сигналов температуры также могут умножать на опорный сигнал со сдвигом по фазе 90°; и могут вычислять результирующую составляющую сигнала постоянного тока для определения квадратурной несинфазной составляющей Y, блок 1210. Опорный сигнал может представлять собой любой сигнал, имеющий частоту, совпадающую с частотой запроса со сдвигом по фазе 90°, включая, например, сигнал со сдвигом по фазе 90° самого периодического гармонического входного воздействия. Результирующий сигнал постоянного тока может быть вычислен на основании аппроксимации синусоидальной кривой результирующих выходных сигналов температуры, умноженных на опорный сигнал, для определения сдвига, который представляет собой несинфазную составляющую Y. В других вариантах осуществления результирующие выходные сигналы температуры, умноженные на опорный сигнал, могут быть усреднены за предварительно определенный временной период для определения среднего сдвига в качестве несинфазной составляющей Y.
[0099] Сдвиг фазы в ответ на периодическое гармоническое входное воздействие может быть вычислен следующим образом: tan-1 (Y/X) или atan2(X, Y), блок 1212, где Y представляет собой несинфазную составляющую, и X представляет собой синфазную составляющую. Затем значение сдвига фазы могут использовать для вычисления или определения соответствующего значения сопротивления для поверхности теплового взаимодействия (например, поверхности 118 теплового взаимодействия) с использованием вычисленного сдвига фазы и уравнения сдвига фазы для калиброванного сопротивления, блок 1214, такого как уравнение сдвига фазы для калиброванного сопротивления, полученное в ходе процесса 900 калибровки. Уравнение сдвига фазы для калиброванного сопротивления может быть единственным уравнением для линейки приборов и может храниться в запоминающем или накопительном устройстве прибора. В других вариантах осуществления уравнение сдвига фазы для калиброванного сопротивления может быть специфическим для прибора и может быть вычислено в процессе изготовления и/или окончательной калибровки прибора. В некоторых вариантах осуществления определение значения сопротивления, блок 1214, может быть опущено, и в диагностическом процессе 1200 могут непосредственно использовать значение сдвига фазы, сравниваемое с предварительно определенным пороговым значением сдвига фазы для блоков 1216, 1218, 1220, 1222, которые более подробно описаны ниже.
[0100] С использованием определенного значения сопротивления диагностический процесс 1200, согласно этому примеру, дополнительно включает в себя сравнение определенного значения сопротивления с первым предварительно определенным пороговым значением сопротивления и вторым предварительно определенным пороговым значением сопротивления, блок 1216. Первое предварительно определенное пороговое значение сопротивления может быть установлено в качестве значения сопротивления, при котором вследствие дефекта или наличия инородных частиц на поверхности теплового взаимодействия между расходной деталью и тепловым компонентом теплопередача между расходной деталью и тепловым компонентом прибора является недостаточной. Первое предварительно определенное пороговое значение сопротивления может быть эмпирически определено на основании результатов испытания нескольких тепловых компонентов и расходных деталей, например, значений, представленных на ФИГ. 13-16.
[0101] В некоторых случаях первое предварительно определенное пороговое значение сопротивления, используемое в диагностическом процессе 1200, может включать в себя допуск на погрешность для учета варьирования тепловых компонентов и/или расходных деталей. Второе предварительно определенное пороговое значение сопротивления может быть установлено как достаточно высокое значение сопротивления, при котором теплопередача между тепловым компонентом и расходной деталью является минимальной или полностью отсутствует вследствие того, что либо расходная деталь не загружена в прибор, либо поверхность теплового взаимодействия между тепловым компонентом и расходной деталью имеет высокое сопротивление. Второе предварительно определенное пороговое значение сопротивления может быть эмпирически определено на основании результатов испытания нескольких приборов, например, оно может представлять собой значение, показанное на ФИГ. 13, где расходная деталь не загружена, и значение сопротивления составляет, например, 1,313 К/Вт, по сравнению со средним значением 0,359454 для загруженных расходных деталей, имеющих приемлемую поверхность теплового взаимодействия для конкретного испытуемого прибора. В некоторых случаях второе предварительно определенное пороговое значение сопротивления может включать в себя допуск на погрешность для учета варьирования тепловых компонентов и/или расходных деталей.
[0102] На основании сравнения определенного значения сопротивления с первым предварительно определенным пороговым значением сопротивления и вторым предварительно определенным пороговым значением сопротивления диагностический процесс 1200 в этом варианте осуществления переходит к определению правильности вставки расходной детали в прибор, блок 1218; наличия воздействия дефекта или инородных частиц на поверхности теплового взаимодействия на работу прибора, блок 1220; или приемлемости сопротивления на поверхности теплового взаимодействия, чтобы перейти к дополнительным процессам прибора, блок 1222.
[0103] Диагностический процесс 1200 может определять, что расходная деталь неправильно вставлена в прибор, блок 1218, на основании того, что определенное значение сопротивления превышает второе предварительно определенное пороговое значение сопротивления. Если в ходе диагностического процесса 1200 определяют, что расходная деталь неправильно вставлена в прибор, блок 1218, то диагностический процесс 1200 может дополнительно включать в себя установку пометки, указывающей на то, что расходная деталь не загружена, для приостановки работы прибора и/или иным образом указать пользователю, что расходная деталь загружена неправильно. В других вариантах осуществления может быть включен световой индикатор (например, может загораться красная лампа, указывая пользователю на то, что расходная деталь загружена неправильно), может появляться всплывающий индикатор, и/или может быть инициирован другой процесс в ответ на определение того, что расходная деталь загружена неправильно, блок 1218. В некоторых вариантах осуществления определение того, что расходная деталь неправильно вставлена в прибор, блок 1218, может быть основано на том, что определенное значение сопротивления равно второму предварительно определенному пороговому значению сопротивления или превышает его.
[0104] Диагностический процесс 1200 может включать в себя определение того, что дефект или инородные частицы на поверхности теплового взаимодействия влияют на работу прибора, блок 1220, на основании того, что определенное значение сопротивления ниже второго предварительно определенного порогового значения сопротивления и выше первого заданного порогового значения сопротивления. Дефект или инородные частицы на поверхности теплового взаимодействия могут представлять собой любой дефект, такой как пыль, грязь, сухие реагенты и/или дефект расходной детали, такой как дефект подложки расходной детали, дефект в адгезивном соединении расходной детали или любой другой дефект, и/или дефект самого теплового компонента, такой как дефект самого ТЭО 114, дефект поверхности ТЭО 114 или любой другой дефект.
[0105] Если диагностический процесс 1200 включает в себя определение того, что дефект или инородные частицы на поверхности теплового взаимодействия влияют на работу прибора, блок 1220, то диагностический процесс 1200 может установить пометку, указывающую на наличие инородных частиц или дефекта на поверхности теплового взаимодействия, для приостановки работы прибора и/или иным образом указать пользователю на то, что поверхность теплового взаимодействия между расходной деталью и тепловым компонентом прибора засорена. В других вариантах осуществления может быть включен световой индикатор (например, может загораться красная или желтая лампа, указывая пользователю на наличие дефекта или инородных частиц на поверхности теплового взаимодействия), может появиться всплывающий индикатор, и/или может быть инициирован другой процесс в ответ на обнаружение дефекта или инородных частиц на поверхности теплового взаимодействия, блок 1220. В некоторых вариантах осуществления диагностический процесс 1200 может инициировать операцию выталкивания расходной детали таким образом, чтобы пользователь мог очистить расходную деталь, выполнить обслуживание теплового компонента и/или повторно вставить расходную деталь, если она была неправильно вставлена или смещена. В некоторых вариантах осуществления определение того, что дефект или инородные частицы на поверхности теплового взаимодействия влияют на работу прибора, блок 1220, может быть основано на том, что определенное значение сопротивления равно первому предварительно определенному пороговому значению сопротивления или превышает его.
[0106] Если определенное значение сопротивления не превышает первое предварительно определенное пороговое значение сопротивления, диагностический процесс 1200 может определить, что поверхность теплового взаимодействия является приемлемой, блок 1222. На основании определения того, что поверхность теплового взаимодействия является приемлемой, диагностический процесс 1200 может дополнительно включать в себя установку пометки, указывающей на то, что поверхность теплового взаимодействия является приемлемой, так что прибор может продолжать работу; или иным образом пометить поверхность теплового взаимодействия как успешно прошедшую диагностический процесс. В других вариантах осуществления может быть включен световой индикатор (например, может загораться зеленая лампа, указывающая пользователю на то, что поверхность теплового взаимодействия является приемлемой), может появляться всплывающий индикатор, и/или может быть инициирован другой процесс в ответ на определение того, что поверхность теплового взаимодействия является приемлемой, блок 1222. В некоторых вариантах осуществления определение того, что поверхность теплового взаимодействия является приемлемой, блок 1222, может быть основано на том, что определенное значение сопротивления равно первому предварительно определенному пороговому значению сопротивления или меньше его.
[0107] На ФИГ. 13 представлена таблица, иллюстрирующая примеры повторных измерений с применением описанной технологии для демонстрации повторяемости результатов измерений. Данные указывают на то, что измерение позволит легко устранить отклонения сопротивления поверхности взаимодействия всего на несколько процентов и, следовательно, может иметь приемлемую точность для различения хороших и плохих поверхностей взаимодействия, если диапазон технических характеристик является узким, а именно он составляет около +20%/-0% от ожидаемого результата измерения. В таблице также приведен пример результата измерения, соответствующего ситуации, когда не установлена расходная деталь. Если результат измерений выше в > 3,6 раза, это указывает на то, что с помощью данного измерения легко определена недостающая расходная деталь.
[0108] На ФИГ. 14 представлена таблица, в которой показано, как при выполнении описанного измерения получают разные результаты для нескольких прототипных приборов с использованием двух разных экземпляров одной и той же расходной детали. Отклонение показаний прибора значительно выше, чем воспроизводимость измерения, указывая на измерение реального отклонения между частями.
[0109] На ФИГ. 15 представлена таблица, в которой показано, как при выполнении описанного измерения получают разные результаты для нескольких расходных деталей в одном и том же приборе. Отклонение для расходной детали лишь незначительно превышает повторяемость измерения
[0110] На ФИГ. 16 схематично показана картонная загрязняющая частица (обведена кружком), которая теоретически может появиться на поверхности взаимодействия между ТЭО 114 и несущей пластиной 112 проточной кюветы. Описанная технология измерения позволяет измерить 45% увеличение сопротивления поверхности взаимодействия из-за загрязняющей частицы, свидетельствующее о том, что наличие реального загрязнения может привести к получению результатов измерения, значительно превышающих воспроизводимость измерения и превышающих отклонение в приборе и расходной детали.
[0111] На ФИГ. 17 представлен график 1300, на котором показаны примеры значений времени нарастания до перехода проточной кюветы 122 в рабочий режим, основанных на тепловом сопротивлении, с дефектами различных видов на поверхности 118 теплового взаимодействия. Такие дефекты могут возникнуть в результате наличия загрязняющих частиц 130 (например, грязи, пыли, дегидратированных реагентов, инородных частиц и т. д.) на поверхности 118 теплового взаимодействия, неправильной загрузки картриджа 112 с проточной кюветой в узел 123 ТЭО, производственного дефекта в компоненте картриджа 112 с проточной кюветой или узла 123 ТЭО или в результате возникновения какого-либо другого состояния. Однако в настоящем примере различные точки 1332, 1334, 1336 данных представляют состояния, соответствующие наличию загрязняющих частиц 130 на поверхности 118 теплового взаимодействия; тогда как точки 1330 данных представляют состояния, при которых на поверхности 118 теплового взаимодействия отсутствуют загрязняющие частицы 130.
[0112] На этом графике 1300 ось 1302 y представляет время нарастания в секундах до перехода проточной кюветы 122 в рабочий режим; тогда как ось 1304 x представляет тепловое сопротивление на поверхности 118 теплового взаимодействия в K/Вт при его определении способом, описанным в настоящем документе. Используемый в настоящем документе термин «время нарастания до перехода в рабочий режим» означает время, необходимое тепловому датчику (не показан), помещенному внутрь проточной кюветы 110, для перехода от заданной начальной температуры к заданной целевой температуре при обеспечении управления посредством ТЭО 114.
[0113] На ФИГ. 17 горизонтальная линия 1310 представляет собой пример порогового значения времени нарастания до перехода в рабочий режим, причем желательно, чтобы время нарастания до перехода в рабочий режим для проточной кюветы 122 было ниже порогового значения, представленного горизонтальной линией 1310. Другими словами, значения времени нарастания до перехода в рабочий режим, превышающие пороговое значение, представленное горизонтальной линией 1310, могут считаться неприемлемыми. В этом примере пороговое значение времени нарастания до перехода в рабочий режим составляет приблизительно 12 секунд. В альтернативном варианте осуществления пороговое значение времени нарастания до перехода в рабочий режим может находиться в диапазоне от приблизительно 9 секунд до приблизительно 30 секунд. Вертикальная линия 1320 представляет собой пример порогового значения теплового сопротивления, причем желательно, чтобы тепловое сопротивление на поверхности 118 теплового взаимодействия было ниже порогового значения, представленного вертикальной линией 1320. Другими словами, значения теплового сопротивления, превышающие пороговое значение, представленное вертикальной линией 1320, могут считаться неприемлемыми. В этом примере пороговое значение теплового сопротивления составляет приблизительно 0,66 K/Вт. В альтернативном варианте осуществления пороговое значение теплового сопротивления может находиться в диапазоне от приблизительно 0,36 K/Вт до приблизительно 0,91 K/Вт.
[0114] Точки 1330, 1332 данных на ФИГ. 17 соответствуют состояниям, при которых поверхность 118 теплового взаимодействия является приемлемой, так что время нарастания до перехода проточной кюветы 122 в рабочий режим ниже порогового значения, представленного горизонтальной линией 1310; и так что значение теплового сопротивления ниже порогового значения, представленного вертикальной линией 1320. Как отмечалось выше, точки 1330 данных представляют состояния, соответствующие отсутствию загрязняющих частиц 130 на поверхности 118 теплового взаимодействия. Точки 1332 данных представляют состояния, соответствующие присутствию загрязняющих частиц 130 на поверхности 118 теплового взаимодействия; однако такие загрязняющие частицы 130 не влияют на поверхность 118 теплового взаимодействия в степени, достаточной для увеличения времени нарастания до перехода проточной кюветы 122 в рабочий режим сверх порогового значения, представленного горизонтальной линией 1310, или для увеличения теплового сопротивления сверх значения, представленного вертикальной линией 1320.
[0115] Точка 1334 данных представляет состояние, при котором поверхность 118 теплового взаимодействия является неприемлемой (или по меньшей мере приемлемой, но нежелательной) из-за дефекта поверхности взаимодействия. В состоянии, представленном точкой 1334 данных, даже если тепловое сопротивление на поверхности 118 теплового взаимодействия является приемлемым ниже порогового значения, представленного вертикальной линией 1320, время нарастания до перехода проточной кюветы 122 в рабочий режим неприемлемым (или нежелательным) образом превышает пороговое значение, представленное горизонтальной линией 1310. В некоторых сценариях состояние, представленное точкой 1334 данных, может считаться неприемлемым в контексте контроля качества на заводе-изготовителе; но может считаться приемлемым (хотя и нежелательным) в контексте контроля качества при использовании в условиях эксплуатации. Другими словами, поверхность 118 теплового взаимодействия, представляющая состояние, связанное с точкой 1334 данных, на заводе-изготовителе может быть отклонена; в то время как поверхность 118 теплового взаимодействия, представляющая состояние, связанное с точкой 1334 данных в условиях эксплуатации (т. е. эксплуатации конечным пользователем), может считаться приемлемой (хотя и нежелательной).
[0116] Точки 1336 данных представляют состояния, при которых поверхность 118 теплового взаимодействия является неприемлемой из-за дефекта поверхности взаимодействия, который обуславливает неприемлемо высокое время нарастания до перехода проточной кюветы 122 в рабочий режим и, следовательно, неприемлемо высокие значения теплового сопротивления для поверхности 118 теплового взаимодействия.
[0117] Приведенное выше описание предоставлено для того, чтобы специалист в данной области мог осуществлять на практике различные конфигурации, описанные в настоящем документе. Хотя технология, являющаяся предметом документа, описана, в частности, со ссылкой на различные фигуры и конфигурации, следует понимать, что они приведены только для иллюстрации и не должны быть восприняты как ограничивающие объем технологии, являющейся предметом документа.
[0118] В настоящем документе элемент или этап, указанные в единственном числе и предваренные грамматическими средствами выражения формы единственного числа, следует понимать как не исключающие множества указанных элементов или этапов, если только такое исключение не указано явным образом. Кроме того, ссылки на «один вариант осуществления» не следует интерпретировать как исключающие существование дополнительных вариантов осуществления, которые также включают в себя указанные признаки. Кроме того, если явным образом не указано иное, варианты осуществления, «содержащие» или «имеющие» элемент или множество элементов, имеющих конкретное свойство, могут включать в себя дополнительные элементы, независимо от того, имеют ли они это свойство или нет.
[0119] Термины «по существу» и «около», используемые в данном описании, используются для описания и учета небольших колебаний, например, из-за вариаций при обработке. Например, они могут относиться к колебаниям, меньшим или равным ± 5%, например, меньшим или равным ± 2%, например, меньшим или равным ± 1%, например, меньшим или равным ± 0,5%, например, меньшим или равным ± 0,2%, например, меньшим или равным ± 0,1%, например, меньшим или равным ± 0,05% и/или 0%.
[0120] Существует множество других путей осуществления технологии, являющейся предметом документа. Различные функции и элементы, описанные в настоящем документе, можно подразделять отличным от показанного способом без отступления от объема технологии, являющейся предметом документа. Различные изменения этих вариантов осуществления будут очевидными для специалистов в данной области техники, и общие принципы, определенные в настоящем документе, могут быть применены и в отношении других вариантов осуществления. Таким образом, специалист в данной области может вносить множество изменений и модификаций в данную технологию, являющуюся предметом изобретения, без отступления от объема данной технологии, являющейся предметом документа. Например, может быть использовано различное количество данных модулей или блоков, могут быть использованы разные типы данных модулей или блоков, данный модуль или блок может быть добавлен или же данный модуль или блок может быть опущен.
[0121] Подчеркивание или выделение курсивом заголовков и подзаголовков используется только для удобства, не ограничивает технологию, являющуюся предметом документа, и не относится к интерпретации описания технологии, являющейся предметом документа. Все конструктивные и функциональные эквиваленты элементов различных вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, которые известны или станут известными специалистам в данной области техники, в явном виде включены в настоящий документ путем ссылки, и считается, что они охватываются технологией, являющейся объектом настоящего изобретения. Кроме того, ничто из описанного в настоящем документе не предназначено для публичного использования вне зависимости от того, упомянуто оно в явном виде в приведенном выше описании или нет.
[0122] Следует понимать, что все комбинации вышеуказанных концепций и дополнительных концепций, более подробно описанных ниже (при условии, что такие концепции не являются взаимно противоречащими), рассматриваются как часть объекта изобретения, описанного в данном документе. В частности, все комбинации заявленного объекта изобретения, появляющиеся в конце данного описания, считаются частью объекта изобретения, описанного в данном документе.
Claims (46)
1. Способ измерения теплового сопротивления между тепловым компонентом прибора и расходной деталью, включающий:
приведение известной расходной детали в контакт с испытуемым тепловым компонентом прибора так, что расходная деталь и тепловой компонент образуют поверхность теплового взаимодействия;
приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия на основе предварительно определенной частоты запроса;
измерение множества выходных сигналов температуры от теплового датчика в ответ на приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия, причем тепловой датчик расположен и выполнен с возможностью детектировать температуру теплового компонента;
умножение множества выходных сигналов температуры на опорный сигнал, синфазный периодическому гармоническому входному воздействию, и вычисление результирующей составляющей сигнала постоянного тока (DC) для определения синфазной составляющей X;
умножение множества выходных сигналов температуры на опорный сигнал со сдвигом по фазе на 90° и вычисление результирующей составляющей сигнала постоянного тока для определения квадратурной несинфазной составляющей Y;
вычисление сдвига фазы в ответ на периодическое гармоническое входное воздействие на основе tan-1(Y/X) или atan2(X, Y);
определение значения теплового сопротивления для поверхности теплового взаимодействия с использованием уравнения сдвига фазы для калиброванного сопротивления и вычисленного сдвига фазы; и
сравнение определенного значения теплового сопротивления с предварительно определенным пороговым значением теплового сопротивления.
2. Способ по п. 1, в котором определенное значение теплового сопротивления превышает предварительно определенное пороговое значение теплового сопротивления, причем способ дополнительно включает определение того, что тепловой компонент имеет дефект на поверхности теплового взаимодействия, на основании того, что определенное значение теплового сопротивления превышает предварительно определенное пороговое значение теплового сопротивления.
3. Способ по п. 1, в котором определенное значение теплового сопротивления ниже предварительно определенного порогового значения теплового сопротивления, причем способ дополнительно включает определение того, что тепловой компонент является приемлемым, на основании того, что определенное значение теплового сопротивления ниже предварительно определенного порогового значения теплового сопротивления.
4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором тепловой компонент содержит термоэлектрический охладитель.
5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором расходная деталь содержит проточную кювету.
6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором предварительно определенную частоту запроса определяют на основании вычисленного значения угла RC для известной расходной детали и теплового компонента прибора.
7. Способ измерения теплового сопротивления между тепловым компонентом прибора и расходной деталью, включающий:
приведение испытуемой расходной детали в контакт с известным тепловым компонентом прибора так, что расходная деталь и тепловой компонент образуют поверхность теплового взаимодействия;
приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия на основе предварительно определенной частоты запроса;
измерение множества выходных сигналов температуры от теплового датчика в ответ на приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия, причем тепловой датчик расположен и выполнен с возможностью детектировать температуру теплового компонента;
умножение множества выходных сигналов температуры на опорный сигнал, синфазный периодическому гармоническому входному воздействию, и вычисление результирующей составляющей сигнала постоянного тока (DC) для определения синфазной составляющей X;
умножение множества выходных сигналов температуры на опорный сигнал со сдвигом по фазе на 90° и вычисление результирующей составляющей сигнала постоянного тока для определения квадратурной несинфазной составляющей Y;
вычисление сдвига фазы в ответ на периодическое гармоническое входное воздействие на основе tan-1(Y/X) или atan2(X, Y);
определение значения теплового сопротивления для поверхности теплового взаимодействия с использованием уравнения сдвига фазы для калиброванного сопротивления и вычисленного сдвига фазы; и
сравнение определенного значения теплового сопротивления с предварительно определенным пороговым значением теплового сопротивления.
8. Способ по п. 7, в котором определенное значение теплового сопротивления превышает предварительно определенное пороговое значение теплового сопротивления, причем способ дополнительно включает определение того, что расходная деталь имеет дефект на поверхности теплового взаимодействия, на основании того, что определенное значение теплового сопротивления превышает предварительно определенное пороговое значение теплового сопротивления.
9. Способ по п. 7, в котором определенное значение теплового сопротивления ниже предварительно определенного порогового значения теплового сопротивления, причем способ дополнительно включает определение того, что расходная деталь является приемлемой, на основании того, что определенное значение теплового сопротивления ниже предварительно определенного порогового значения теплового сопротивления.
10. Способ по любому из пп. 7-9, в котором тепловой компонент содержит термоэлектрический охладитель.
11. Способ по любому из пп. 7-10, в котором расходная деталь содержит проточную кювету.
12. Способ по любому из пп. 7-11, в котором предварительно определенную частоту запроса определяют на основании вычисленного значения угла RC для расходной детали и известного теплового компонента прибора.
13. Способ измерения теплового сопротивления между тепловым компонентом прибора и расходной деталью, включающий:
приведение расходной детали в контакт с тепловым компонентом прибора так, что расходная деталь и тепловой компонент образуют поверхность теплового взаимодействия;
приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия на основе предварительно определенной частоты запроса;
измерение множества выходных сигналов температуры от теплового датчика в ответ на приведение в действие теплового компонента с использованием периодического гармонического входного воздействия, причем тепловой датчик расположен и выполнен с возможностью детектировать температуру теплового компонента;
умножение множества выходных сигналов температуры на опорный сигнал, синфазный периодическому гармоническому входному воздействию, и вычисление результирующей составляющей сигнала постоянного тока (DC) для определения синфазной составляющей X;
умножение множества выходных сигналов температуры на опорный сигнал со сдвигом по фазе на 90° и вычисление результирующей составляющей сигнала постоянного тока для определения квадратурной несинфазной составляющей Y;
вычисление сдвига фазы в ответ на периодическое гармоническое входное воздействие на основе tan-1(Y/X) или atan2(X, Y);
определение значения теплового сопротивления для поверхности теплового взаимодействия с использованием уравнения сдвига фазы для калиброванного сопротивления и вычисленного сдвига фазы;
сравнение определенного значения теплового сопротивления с первым предварительно определенным пороговым значением теплового сопротивления;
сравнение определенного значения теплового сопротивления со вторым предварительно определенным пороговым значением теплового сопротивления; и
определение характеристики поверхности теплового взаимодействия на основании сравнения определенного значения теплового сопротивления с первым и вторым предварительно определенными пороговыми значениями теплового сопротивления.
14. Способ по п. 13, в котором определенное значение теплового сопротивления ниже первого предварительно определенного порогового значения теплового сопротивления, причем способ дополнительно включает определение того, что поверхность теплового взаимодействия является приемлемой, на основании того, что определенное значение теплового сопротивления ниже предварительно определенного порогового значения теплового сопротивления.
15. Способ по п. 13, в котором определенное значение теплового сопротивления превышает второе предварительно определенное пороговое значение теплового сопротивления, причем способ дополнительно включает определение того, что расходная деталь не вставлена в прибор, на основании того, что определенное значение теплового сопротивления превышает второе предварительно определенное пороговое значение теплового сопротивления.
16. Способ по п. 13, в котором определенное значение теплового сопротивления ниже второго предварительно определенного порогового значения теплового сопротивления и выше первого предварительно определенного порогового значения теплового сопротивления, причем способ дополнительно включает определение того, что дефект или инородные частицы находятся на поверхности теплового взаимодействия на основании того, что определенное значение теплового сопротивления ниже второго предварительно определенного порогового значения теплового сопротивления и выше первого предварительно определенного порогового значения теплового сопротивления.
17. Способ по любому из пп. 13-15, в котором тепловой компонент содержит термоэлектрический охладитель.
18. Способ по любому из пп. 13-16, в котором расходная деталь содержит проточную кювету, используемую для секвенирования путем синтеза.
19. Способ по любому из пп. 13-18, в котором предварительно определенную частоту запроса определяют на основании вычисленного значения угла RC для расходной детали и теплового компонента прибора.
20. Машиночитаемый носитель, на котором хранится компьютерная программа, содержащая команды для выполнения прибором способа по любому из пп. 1-6, 7-12, 13-19.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62/887,901 | 2019-08-16 | ||
| NL2023792 | 2019-09-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021118888A RU2021118888A (ru) | 2023-09-18 |
| RU2813107C2 true RU2813107C2 (ru) | 2024-02-06 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1613978A1 (ru) * | 1987-11-30 | 1990-12-15 | Ульяновский политехнический институт | Способ измерени теплового сопротивлени цифровых интегральных микросхем и устройство дл его осуществлени |
| US20050002435A1 (en) * | 2001-11-19 | 2005-01-06 | Toshimasa Hashimoto | Method for thermal analysis and system for thermal analysis |
| RU2327177C1 (ru) * | 2007-01-09 | 2008-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ определения теплового сопротивления цифровых интегральных микросхем |
| RU2521789C2 (ru) * | 2012-10-02 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ определения теплового импеданса сверхбольших интегральных схем - микропроцессоров и микроконтроллеров |
| WO2018150648A1 (ja) * | 2017-02-20 | 2018-08-23 | 株式会社日立製作所 | 温度調節装置および核酸増幅装置 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1613978A1 (ru) * | 1987-11-30 | 1990-12-15 | Ульяновский политехнический институт | Способ измерени теплового сопротивлени цифровых интегральных микросхем и устройство дл его осуществлени |
| US20050002435A1 (en) * | 2001-11-19 | 2005-01-06 | Toshimasa Hashimoto | Method for thermal analysis and system for thermal analysis |
| RU2327177C1 (ru) * | 2007-01-09 | 2008-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ определения теплового сопротивления цифровых интегральных микросхем |
| RU2521789C2 (ru) * | 2012-10-02 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ определения теплового импеданса сверхбольших интегральных схем - микропроцессоров и микроконтроллеров |
| WO2018150648A1 (ja) * | 2017-02-20 | 2018-08-23 | 株式会社日立製作所 | 温度調節装置および核酸増幅装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20230314353A1 (en) | Method for measuring thermal resistance between a thermal component of an instrument and a consumable | |
| EP1910786B1 (en) | Automated binary processing of thermographic sequence data | |
| US20120003726A1 (en) | Apparatus and method for calibration of non-contact thermal sensors | |
| CN107209043B (zh) | 具有诊断功能的热式流量测量设备 | |
| CA3044692C (en) | Method for the in-situ calibration of a thermometer | |
| US6676287B1 (en) | Direct thermal conductivity measurement technique | |
| CN104181457A (zh) | 一种半导体器件温湿度复合应力加速模型优选方法 | |
| US8215150B2 (en) | Instrument docking station with non-destructive sensor analysis capabilities | |
| JP4258667B2 (ja) | 熱物性測定方法及び装置 | |
| RU2813107C2 (ru) | Способ измерения теплового сопротивления между тепловым компонентом прибора и расходной деталью | |
| CN100507586C (zh) | 一种集成电路芯片产品寿命的评估方法 | |
| WO2021034445A1 (en) | Method for measuring thermal resistance between a thermal component of an instrument and a consumable | |
| US11988535B2 (en) | Thermal flow sensor and method for operating same | |
| CN111912370A (zh) | 用于检查电子构件的涂层的方法 | |
| Hammerschmidt et al. | Transient Hot Strip On-a-Chip | |
| KR101950161B1 (ko) | 샘플의 분석적 검사를 위한 테스트 엘리먼트 분석 시스템 | |
| CN113203499B (zh) | 一种瞬态温度测量校准方法及系统 | |
| JPWO2021034445A5 (ru) | ||
| CN113808127A (zh) | 散热器检测方法及装置 | |
| EP3969909A2 (en) | A sensor device |