WO2025167478A1 - 一种热源类型识别方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

一种热源类型识别方法、装置、设备及存储介质

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WO2025167478A1
WO2025167478A1 PCT/CN2025/072080 CN2025072080W WO2025167478A1 WO 2025167478 A1 WO2025167478 A1 WO 2025167478A1 CN 2025072080 W CN2025072080 W CN 2025072080W WO 2025167478 A1 WO2025167478 A1 WO 2025167478A1
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heat source
capacitance
temperature sensor
source type
capacitive
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刘玮书
孙文婷
张澎祥
王玉鹏
林昕仪
李旨乾
李善武
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Southern University of Science and Technology
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    • G01K7/34—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using capacitative elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605—Measuring capacitance

Definitions

  • the present invention relates to the field of temperature measurement technology, and in particular to a heat source type identification method, device, equipment and storage medium.
  • Temperature can be measured by a temperature sensor, and corresponding temperature control can be achieved based on the measured temperature.
  • the categories of heat sources include thermal radiation, thermal convection, and thermal conduction.
  • Thermal radiation is based on the principle of blackbody radiation to exchange heat with an object. Since there is no direct contact, only temperature stimulation can affect the object. For example, the sun is a type of heat source that is thermal radiation.
  • Thermal convection occurs when a fluid interacts with an object, generating temperature and small pressure stimulation. For example, a blower produces hot air to heat an object.
  • the type of heat source is thermal convection. If there is direct contact between the heat source and the object, thereby generating proximity stimulation, pressure stimulation, and temperature stimulation to the object, then the type of heat source is thermal conduction.
  • the existing technology can only measure the temperature but cannot identify the type of heat source that generates the temperature.
  • the present invention provides a heat source type identification method, device, equipment and storage medium, which solves the problem that the existing technology can only measure the temperature but cannot identify the type of heat source that generates the temperature.
  • the present invention adopts the following technical solutions:
  • the present invention provides a heat source type identification method, apparatus, device, and storage medium, which include:
  • the type of heat source corresponding to the external temperature is identified based on the capacitance change information and the ion relaxation time.
  • determining the capacitance change information of the body capacitance includes:
  • the positive and negative change directions of the bulk capacitance are determined according to the increase and decrease information of the capacitance value over time, and the positive and negative change directions are used as the capacitance change information.
  • determining the ion relaxation time of the ion gel on the capacitive temperature sensor based on the body capacitance and the body resistance includes:
  • identifying the type of heat source corresponding to the external temperature based on the capacitance change information and the ion relaxation time includes:
  • identifying the type of heat source corresponding to the external temperature based on the temperature stability and the capacitance change information includes:
  • the heat source type is determined to be heat conduction.
  • the capacitive temperature sensor is prepared by:
  • a second electrode is attached to the ion gel to form a capacitive temperature sensor.
  • the capacitive temperature sensor is tested by:
  • a test result for the capacitive temperature sensor is obtained according to the heat source test type and the known heat source type.
  • an embodiment of the present invention further provides a heat source type identification device, wherein the device includes the following components:
  • An information acquisition module configured to acquire the body capacitance and body resistance of the capacitive temperature sensor during the process of the capacitive temperature sensor sensing the external temperature, and determine capacitance change information of the body capacitance
  • an ion relaxation time calculation module configured to determine the ion relaxation time of the ion gel on the capacitive temperature sensor based on the body capacitance and the body resistance;
  • An identification module is used to identify the type of heat source corresponding to the external temperature based on the capacitance change information and the ion relaxation time.
  • an embodiment of the present invention further provides a terminal device, wherein the terminal device includes a memory, a processor, and a heat source type identification program stored in the memory and runnable on the processor, and when the processor executes the heat source type identification program, the steps of the above-mentioned heat source type identification method are implemented.
  • an embodiment of the present invention further provides a computer-readable storage medium, on which a heat source type identification program is stored.
  • a heat source type identification program is stored on which a heat source type identification program is stored.
  • the present invention continuously collects the body capacitance and body resistance of the capacitive temperature sensor to obtain the body capacitance and body resistance of the capacitive temperature sensor at each collection moment. Then the capacitance change information formed by the body capacitance at each moment is calculated, and the ion relaxation time of the ion gel is calculated based on the body capacitance and body resistance.
  • the ion relaxation time can reflect the size of the external temperature sensed by the capacitive temperature sensor, and the size of the external temperature can characterize whether there is a heat source, there is a corresponding relationship between the body capacitance and body resistance and the type of heat source, so the present invention can identify the type of heat source based on the body capacitance and body resistance and the change information of the body capacitance.
  • the present application can not only collect the temperature size by using the capacitive temperature sensor, but also identify the type of heat source that generates the temperature.
  • FIG2 is a structural diagram of a capacitive temperature sensor in an embodiment of the present invention.
  • FIG3 shows three heat exchange modes of heat radiation, heat convection, and heat conduction in an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the corresponding relationships between heat radiation, heat convection, and heat conduction, and temperature signals and capacitance signals, respectively, according to an embodiment of the present invention
  • FIG5 is a graph showing ion relaxation characteristics of a capacitive temperature sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG6 is a schematic diagram showing the relationship between bulk resistance, bulk capacitance, ion relaxation time, and temperature in an embodiment of the present invention
  • FIG7 is a schematic diagram showing the response of the capacitive temperature sensor according to an embodiment of the present invention to a 0.005° C. temperature change of a heat source;
  • FIG8 is a schematic diagram of capacitance response caused by temperature in an embodiment of the present invention.
  • FIG9 is a schematic diagram showing changes in ion relaxation time and normalized capacitance of a capacitive temperature sensor under temperature stimulation only in an embodiment of the present invention
  • FIG10 is a schematic diagram showing changes in ion relaxation time and normalized capacitance of a capacitive temperature sensor under pressure stimulation only in an embodiment of the present invention
  • FIG11 is a schematic diagram of the change of forward capacitance in an embodiment of the present invention.
  • FIG12 is a schematic diagram of negative capacitance change in an embodiment of the present invention.
  • FIG13 is a structural diagram of a heat source type identification device provided by the present invention.
  • FIG14 is a block diagram of the internal structure of a terminal device according to an embodiment of the present invention.
  • Heat sources include thermal radiation, thermal convection, and thermal conduction.
  • Thermal radiation is the exchange of heat with an object based on the principle of blackbody radiation. Since there is no direct contact, only temperature stimulation can affect the object. For example, the sun is a type of heat source that is thermal radiation.
  • Thermal convection occurs when a fluid interacts with an object, generating temperature and small pressure stimulation. For example, a blower produces hot air to heat an object. The type of heat source is thermal convection. If there is direct contact between the heat source and the object, thereby generating proximity stimulation, pressure stimulation, and temperature stimulation to the object, then the type of heat source is thermal conduction.
  • the present invention provides a heat source type identification method, device, equipment, and storage medium, resolving the problem that existing technologies can only measure the temperature magnitude but cannot identify the type of heat source generating the temperature.
  • the capacitive temperature sensor's bulk capacitance and bulk resistance are collected, and capacitance change information of the bulk capacitance is determined.
  • the ion relaxation time of the ion gel on the capacitive temperature sensor is then determined based on the bulk capacitance and bulk resistance.
  • the heat source type corresponding to the external temperature is identified.
  • the ion gel is an ion thermoelectric gel different from general ion gels.
  • the capacitive temperature sensor in this embodiment is located on the prosthesis, and the test heat sources are the sun, air gun, and finger.
  • the heat source type corresponding to the sun is thermal radiation
  • the heat source type corresponding to the air gun is thermal convection
  • the heat source type corresponding to the finger contacting the prosthesis is thermal conduction.
  • the heat transfer mechanism of thermal radiation, thermal convection, and thermal conduction is shown in Figure 3.
  • Heat is transferred to the prosthesis using one of the three heat sources, the test body capacitance and test body resistance of the capacitive temperature sensor are collected, and information on changes in the test body capacitance over time is calculated.
  • S002 Determine an ion relaxation test time of the ion gel on the capacitive temperature sensor according to the test body capacitance and the test body resistance.
  • S003 Determine the heat source test type of the external temperature according to the test capacitance change information and the ion relaxation test time.
  • the capacitive temperature sensor will fail the test. Conversely, if the heat source test type is convection, calculated using the capacitive temperature sensor's bulk capacitance and bulk resistance, that is, the heat source test type and known heat source type are the same, then the capacitive temperature sensor will pass.
  • S102 Determine a positive or negative change direction of the body capacitance according to the information of increase or decrease of the capacitance value over time, and use the positive or negative change direction as the capacitance change information.
  • Figure 5 shows the Bode plots of the ion gel at different temperatures. From Figure 5, it can be seen that the only factor affecting the ion relaxation time ⁇ is temperature, and the ion relaxation time ⁇ is not affected by pressure, where pressure comes from the pressure stimulation generated by direct contact between the heat source corresponding to heat conduction and the object.
  • the straight line in Figure 5 (A) was obtained by measuring the impedance of a capacitive temperature sensor. This impedance is obtained by connecting the sensor's upper and lower electrodes to the fixture of a precision impedance analyzer.
  • the diagonal line was also obtained by measuring the parameters of the capacitive temperature sensor. The frequency at the intersection of the diagonal line and the straight line is the ion relaxation frequency, and the reciprocal of the ion relaxation frequency is the ion relaxation time.
  • the straight line and diagonal line in Figure 5 (B) were drawn in the same manner.
  • step S300 includes the following specific steps S301, S302, and S303:
  • Figure 7 shows the response of the ion relaxation time ⁇ when the temperature changes by 0.005°C.
  • S302 Determine the temperature stability corresponding to the external temperature according to the temperature values at each moment.
  • A represents ln( ⁇ ) and capacitance C generated by thermal radiation.
  • ln( ⁇ ) which represents the temperature
  • C capacitance
  • ⁇ C/C 0 on C in Figure 8 can be greater than or less than zero. A value less than zero corresponds to a negative capacitance change, while a value greater than zero corresponds to a positive capacitance change.
  • the negative change in ⁇ C/C 0 is shown in Figure 12 .
  • the multimodal temperature sensor prepared by the present invention has a good linear response to temperature stimulation, and has not only an ultra-wide working range but also ultra-high precision.
  • the multimodal temperature sensor prepared by the present invention can decouple the temperature signal and the pressure signal by utilizing the temperature-sensitive ion relaxation time ⁇ and the pressure-sensitive normalized capacitance ⁇ C/C0. Combined with the proximity sensing capability of the capacitive sensor itself, it realizes multi-dimensional perception of the heat source signal.
  • This embodiment also provides a heat source type identification device, as shown in FIG13 , which includes the following components:
  • the information acquisition module 01 is used to acquire the body capacitance and body resistance of the capacitive temperature sensor during the process of the capacitive temperature sensor sensing the external temperature, and determine the capacitance change information of the body capacitance;
  • an ion relaxation time calculation module 02 configured to determine the ion relaxation time of the ion gel on the capacitive temperature sensor based on the body capacitance and the body resistance;
  • the identification module 03 is configured to identify the type of heat source corresponding to the external temperature based on the capacitance change information and the ion relaxation time.
  • the present invention also provides a terminal device, whose principle block diagram can be shown in Figure 14.
  • the terminal device includes a processor, a memory, a network interface, and a display screen connected via a system bus.
  • the processor of the terminal device is used to provide computing and control capabilities.
  • the memory of the terminal device includes a non-volatile storage medium and an internal memory.
  • the non-volatile storage medium stores an operating system and a computer program.
  • the internal memory provides an environment for the operation of the operating system and computer program in the non-volatile storage medium.
  • the network interface of the terminal device is used to communicate with an external terminal through a network connection. When the computer program is executed by the processor, a heat source type identification method is implemented.
  • the display screen of the terminal device can be a liquid crystal display or an electronic ink display.
  • FIG. 14 is only a block diagram of a partial structure related to the solution of the present invention, and does not constitute a limitation on the terminal device to which the solution of the present invention is applied.
  • the specific terminal device may include more or fewer components than shown in the figure, or combine certain components, or have a different component arrangement.
  • the type of heat source corresponding to the external temperature is identified based on the capacitance change information and the ion relaxation time.
  • Non-volatile memory can include read-only memory (ROM), programmable ROM (PROM), electrically programmable ROM (EPROM), electrically erasable programmable ROM (EEPROM) or flash memory.
  • Volatile memory can include random access memory (RAM) or external cache memory.
  • RAM is available in various forms, such as static RAM (SRAM), dynamic RAM (DRAM), synchronous DRAM (SDRAM), double data rate SDRAM (DDRSDRAM), enhanced SDRAM (ESDRAM), synchronous link DRAM (SLDRAM), RAMbus direct RAM (RDRAM), direct RAM bus dynamic RAM (DRDRAM), and RAMbus dynamic RAM (RDRAM).
  • SRAM static RAM
  • DRAM dynamic RAM
  • SDRAM synchronous DRAM
  • DDRSDRAM double data rate SDRAM
  • ESDRAM enhanced SDRAM
  • SLDRAM synchronous link DRAM
  • RDRAM RAMbus direct RAM
  • DRAM direct RAM bus dynamic RAM
  • RDRAM RAMbus dynamic RAM

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Abstract

一种热源类型识别方法、装置、设备及存储介质。在电容式温度传感器感知外界温度的过程中，持续采集电容式温度传感器的体电容和体电阻，以得到电容式温度传感器在各个采集时刻的体电容和体电阻；计算出各个时刻的体电容形成的电容变化信息，并根据体电容和体电阻，计算出离子热电凝胶的离子弛豫时间；根据电容变化信息和离子弛豫时间，识别出热源类型。体电容和体电阻与热源类型之间存在对应关系，利用电容式温度传感器不仅能采集到温度大小，还能识别出产生温度的热源所属类型。

Description

一种热源类型识别方法、装置、设备及存储介质 技术领域
本发明涉及温度测量技术领域，具体是涉及一种热源类型识别方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
通过温度传感器可以测量温度，基于测量出的温度可以实现相应的温度控制，而现有技术测量出的温度仅仅只是温度的大小，并不能识别出产生温度的热源所属类别，也就是现有技术对温度的测量局限在温度大小。热源所属类别包括热辐射、热对流和热传导，其中热辐射是根据黑体辐射原理与物体进行热交换，由于没有直接接触，只有温度刺激会影响物体，比如太阳这个热源的类型就是热辐射；热对流发生在流体与物体相互作用时，会产生温度和微小的压力刺激，比如风枪产生热空气给物体加热，风枪这个热源的类型就是热对流；如果热源和物体之间构成直接接触，从而对物体产生接近刺激、压力刺激和温度刺激，那么该热源的类型就是热传导。
综上所述，现有技术仅能测量出温度大小并不能识别出产生温度的热源所属类型。
因此，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种热源类型识别方法、装置、设备及存储介质，解决了现有技术仅能测量出温度大小并不能识别出产生温度的热源所属类型的问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种热源类型识别方法、装置、设备及存储介质，其中，包括：
在电容式温度传感器感知外界温度的过程中，采集电容式温度传感器的体电容和体电阻，并确定所述体电容的电容变化信息；
依据所述体电容和所述体电阻，确定所述电容式温度传感器上的离子凝胶的离子弛豫时间；
依据所述电容变化信息和所述离子弛豫时间，识别所述外界温度所对应的热源类型。
在一种实现方式中，所述确定所述体电容的电容变化信息，包括：
确定所述体电容的电容值随时间的增减信息；
依据所述电容值随时间的增减信息，确定所述体电容的正负变化方向，并将所述正负变化方向作为所述电容变化信息。
在一种实现方式中，所述依据所述体电容和所述体电阻，确定所述电容式温度传感器上的离子凝胶的离子弛豫时间，包括：
将所述体电容乘以所述体电阻，得到离子弛豫时间。
在一种实现方式中，所述依据所述电容变化信息和所述离子弛豫时间，识别所述外界温度所对应的热源类型，包括：
依据所述离子弛豫时间，确定所述外界温度所对应的各时刻温度值；
依据所述各时刻温度值，确定所述外界温度所对应的温度稳定性；
依据所述温度稳定性和所述电容变化信息，识别所述外界温度所对应的热源类型。
在一种实现方式中，所述依据所述温度稳定性和所述电容变化信息，识别所述外界温度所对应的热源类型，包括：
当所述温度稳定性为非稳定时和所述电容变化信息为零时，确定所述热源类型为热辐射；
或者，当所述温度稳定性为非稳定时和所述电容变化信息为正向电容变化，确定所述热源类型为热对流；
或者，当所述温度稳定性为非稳定时和所述电容变化信息为负向电容变化和正向电容变化交替，确定所述热源类型为热传导。
在一种实现方式中，所述电容式温度传感器的制备方式，包括：
以甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯为溶剂，以双五氟乙基磺酰基亚氨基锂为溶质，进行搅拌混合，形成混合物；
将所述混合物置于第一电极上，并固化所述混合物，直至所述混合物固化成离子凝胶；
将第二电极贴合在所述离子凝胶上，以形成电容式温度传感器。
在一种实现方式中，所述电容式温度传感器的测试方式，包括：
用已知热源类型的测试热源与所述电容式温度传感器进行热传递，采集所述电容式温度传感器的测试体电容和测试体电阻，并确定所述测试体电容的测试电容变化信息；
依据所述测试体电容和所述测试体电阻，确定所述电容式温度传感器上的离子凝胶的离子弛豫测试时间；
依据所述测试电容变化信息和所述离子弛豫测试时间，确定所述外界温度的热源测试类型；
依据所述热源测试类型和所述已知热源类型，得到针对所述电容式温度传感器的测试结果。
第二方面，本发明实施例还提供一种热源类型识别装置，其中，所述装置包括如下组成部分：
信息采集模块，用于在电容式温度传感器感知外界温度的过程中，采集电容式温度传感器的体电容和体电阻，并确定所述体电容的电容变化信息；
离子弛豫时间计算模块，用于依据所述体电容和所述体电阻，确定所述电容式温度传感器上的离子凝胶的离子弛豫时间；
识别模块，用于依据所述电容变化信息和所述离子弛豫时间，识别所述外界温度所对应的热源类型。
第三方面，本发明实施例还提供一种终端设备，其中，所述终端设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的热源类型识别程序，所述处理器执行所述热源类型识别程序时，实现上述所述的热源类型识别方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有热源类型识别程序，所述热源类型识别程序被处理器执行时，实现上述所述的热源类型识别方法的步骤。
有益效果：本发明在电容式温度传感器感知外界温度的过程中，持续采集电容式温度传感器的体电容和体电阻，以得到电容式温度传感器在各个采集时刻的体电容和体电阻。之后计算出各个时刻的体电容形成的电容变化信息，并根据体电容和体电阻，计算出离子凝胶的离子弛豫时间。由于不同类型的热源所产生的温度会导致体电容和体电阻均产生不同的变化，也导致离子弛豫时间不同，离子弛豫时间又能够反映出电容式温度传感器所感知到的外界温度大小，外界温度大小能够表征是否存在热源，因此体电容和体电阻与热源类型之间存在对应关系，所以本发明根据体电容和体电阻以及体电容的变化信息能够识别出热源类型。综上所述，本申请利用电容式温度传感器不仅能采集到温度大小，还能识别出产生温度的热源所属类型。
附图说明
图1为本发明的整体流程图；
图2为本发明实施例中的电容式温度传感器的结构图；
图3为本发明实施例中的热辐射、热对流、热传导三种换热方式；
图4为本发明实施例中的热辐射、热对流、热传导三者分别与温度信号以及电容信号之间的对应关系示意图；
图5为本发明实施例中的电容式温度传感器的离子弛豫特征图；
图6为本发明实施例中的体电阻、体电容、离子弛豫时间分别与温度之间的关系示意图；
图7为本发明实施例中的电容式温度传感器针对0.005℃热源温度变化所给出的响应示意图；
图8为本发明实施例中的温度引起的电容响应示意图；
图9为本发明实施例中的在只有温度刺激下，电容式温度传感器的离子弛豫时间以及归一化电容的变化示意图；
图10为本发明实施例中的在只有压力刺激下，电容式温度传感器的离子弛豫时间以及归一化电容的变化示意图；
图11为本发明实施例中的正向电容变化示意图；
图12本发明实施例中的负向电容变化示意图；
图13为本发明提供的热源类型识别装置结构图；
图14为本发明实施例提供的终端设备的内部结构原理框图。
具体实施方式
以下结合实施例和说明书附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
经研究发现，通过温度传感器可以测量温度，基于测量出的温度可以实现相应的温度控制，而现有技术测量出的温度仅仅只是温度的大小，并不能识别出产生温度的热源所属类别，也就是现有技术对温度的测量局限在温度大小。热源所属类别包括热辐射、热对流和热传导，其中热辐射是根据黑体辐射原理与物体进行热交换，由于没有直接接触，只有温度刺激会影响物体，比如太阳这个热源的类型就是热辐射；热对流发生在流体与物体相互作用时，会产生温度和微小的压力刺激，比如风枪产生热空气给物体加热，风枪这个热源的类型就是热对流；如果热源和物体之间构成直接接触，从而对物体产生接近刺激、压力刺激和温度刺激，那么该热源的类型就是热传导。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种热源类型识别方法、装置、设备及存储介质，解决了现有技术仅能测量出温度大小并不能识别出产生温度的热源所属类型的问题。具体实施时，在电容式温度传感器感知外界温度的过程中，采集电容式温度传感器的体电容和体电阻，并确定体电容的电容变化信息；之后依据体电容和体电阻，确定电容式温度传感器上的离子凝胶的离子弛豫时间；最后依据电容变化信息和离子弛豫时间，识别外界温度所对应的热源类型。
举例说明，比如假肢上安装有电容式温度传感器，以形成假肢的电子皮肤，用于感知外界的温度，电容式温度传感器也就是多模态温度传感器。采集电子皮肤的体电容和体电阻，并分析体电容随时间的电容变化信息，根据体电容和体电阻，计算出离子弛豫时间，再根据离子弛豫时间和电容变化信息，分析出提供温度的热源类型，以便根据热源类型调整假肢的温度，以防止假肢因过热或过冷而导致其性能下降或损坏，从而提高了假肢的使用效率和使用寿命。
本实施例的热源类型识别方法可应用于终端设备中，所述终端设备可为具有视频播放功能的终端产品，比如假肢控制器等。在本实施例中，如图1中所示，所述热源类型识别方法具体包括如下步骤：
S100，在电容式温度传感器感知外界温度的过程中，采集电容式温度传感器的体电容和体电阻，并确定所述体电容的电容变化信息；
S200，依据所述体电容和所述体电阻，确定所述电容式温度传感器上的离子凝胶的离子弛豫时间；
在一个实施例中，离子凝胶为一种不同于一般离子凝胶的离子热电凝胶。
S300，依据所述电容变化信息和所述离子弛豫时间，识别所述外界温度所对应的热源类型。
在一个实施例中，步骤S100中的电容式温度传感器，结构如图2所示，包括两个电极和位于两个电极之间的离子凝胶，如图2所示，两个电极和离子凝胶构成三明治结构。
在一个实施例中，步骤S100中的电容式温度传感器制备过程如下：以甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯为溶剂，以双五氟乙基磺酰基亚氨基锂为溶质，进行搅拌混合，形成混合物；将所述混合物置于第一电极上，并固化所述混合物，直至所述混合物固化成离子凝胶；将第二电极贴合在所述离子凝胶上，以形成电容式温度传感器。
该实施例中，以甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(MPEG-DA)为单体溶剂，以双五氟乙基磺酰基亚氨基锂(Li-PFSI)为电解质盐溶质，二者混合在一起之后，Li-PFSI的浓度为0.1mol/L，混合之后进行充分搅拌。混合物搅拌均匀之后，将该混合物滴在电极上，放入UV固化机中30分钟。固化成为离子凝胶后，贴合另一电极形成电容式多模态温度传感器，也就是形成电容式温度传感器。
在另一个实施例中，对上述实施例制备的电容式温度传感器进行测试，包括如下具体步骤S001至S004：
S001，用已知热源类型的测试热源与所述电容式温度传感器进行热传递，采集所述电容式温度传感器的测试体电容和测试体电阻，并确定所述测试体电容的测试电容变化信息。
该实施例中的电容式温度传感器位于假肢上，测试热源分别为太阳、风枪和手指。其中太阳对应的热源类型为热辐射，风枪对应的热源类型为热对流，手指接触假肢时对应的热源类型为热传导。热辐射、热对流、热传导的热传递机理如图3所示。由于类型为热对流的热源所产生的热量会对电容式温度传感器形成压力刺激，导致电容式温度传感器发生形变，进而导致其电容发生变化；类型为热传导的热源在接近电容式温度传感器的过程中，会改变电容式温度传感器电极表面电荷分布，进而导致其电容发生变化。所以热源与电容式温度传感器进行热交换的过程中会导致后者的电容发生变化。
用上述三种热源中的一个热源对假肢实施热传递，采集电容式温度传感器的测试体电容和测试体电阻，并计算出测试体电容随时间的变化信息。
S002，依据所述测试体电容和所述测试体电阻，确定所述电容式温度传感器上的离子凝胶的离子弛豫测试时间。
S003，依据所述测试电容变化信息和所述离子弛豫测试时间，确定所述外界温度的热源测试类型。
S004，依据所述热源测试类型和所述已知热源类型，得到针对所述电容式温度传感器的测试结果。
如果已知热源类型为热对流，而热源测试类型为热传导，测试结果就是电容式温度传感器不合格。相反，如果采用电容式温度传感器的体电容和体电阻计算出的热源测试类型为热对流，也就是热源测试类型和已知热源类型，那么电容式温度传感器就是合格的。
在一个实施例中，步骤S100中的确定所述体电容的电容变化信息包括如下的具体步骤S101和S102：
S101，确定所述体电容的电容值随时间的增减信息。
S102，依据所述电容值随时间的增减信息，确定所述体电容的正负变化方向，并将所述正负变化方向作为所述电容变化信息。
该实施例中，计算出电容式传感器的电容值的增减信息，以识别出给电容式传感器传递热量的热源类型，其所采用的原理如图4所示，从图4中可以看出：热辐射时只有温度响应，也就是只有温度发生变化，没有电容响应。热对流和热传导时不仅有温度响应还有电容响应。
步骤S200中的离子弛豫时间ι的计算过程如下：离子弛豫时间ι等于体电容C乘以体电阻R。也就是ι＝RC。
图5为离子凝胶在不同温度下的波特图，从图5中可以判断出离子弛豫时间ι的影响因素只有温度，离子弛豫时间ι不受压力影响，其中压力来自热传导所对应的热源和物体之间的直接接触而产生的压力刺激。
图5中的A图上的平直线通过测量电容式温度传感器的阻抗获得，将传感器的上下电极连接到精密阻抗分析仪的夹具上，即可以得到其阻抗，对角线也是通过测量电容式温度传感器的参数获得，对角线和平直线的交点处的频率即为离子弛豫频率，离子弛豫频率的倒数就是离子弛豫时间。B图上的平直线和对角线采用同样的方式绘的。
在一个实施例中，步骤S300包括如下的具体步骤S301、S302、S303：
S301，依据所述离子弛豫时间ι，确定所述外界温度所对应的各时刻温度值T。
ln(ι)＝4752.53/T+26.90931
式中T的取值范围在-20℃至180℃的范围内，也就是只有在外界温度T在上述范围内，才能使用该公式计算出T的具体值。
由于ι＝RC，因此可以将ln(ι)＝4752.53/T+26.90931改写成如下公式：
ln(RC)＝4752.53/T+26.90931
之所以可以用体电容C和体电阻R计算温度值T，是因此温度值T的变化会导致体电容C和体电阻R以及ln(ι)的变化，也就是C、R、ln(ι)三者与温度值T存在对应关系。该对应关系可以用图6表示，图6中的A给出了在不同温度T下的体电阻R；图6中的B给出了不同温度下的体电容C；图6中的C给出了不同温度下的离子弛豫时间ι。
图7给出了温度变化为0.005℃时，离子弛豫时间ι的响应结果。
经过步骤S200已计算出离子弛豫时间ι，也就是ι已知，将ι代入上式，即可求得温度值T。
S302，依据所述各时刻温度值，确定所述外界温度所对应的温度稳定性。
如果温度值T随时间的变化较大，则说明温度不具有稳定性，否则说明温度具有稳定性。如果物体的温度具有稳定性，也就是没有热源给物体进行热传递。
S303，当所述温度稳定性为非稳定时和所述电容变化信息为零时，确定所述热源类型为热辐射。
如图8的A所示，A为热辐射所产生的ln(ι)和电容C，当表征温度的ln(ι)发生变化时，也就是ln(ι)会发生响应，反过来，根据ln(ι)的响应可以反推出外界温度的变化信息。
对于热辐射而言，如图9所示，只会引起ln(ι)的响应而不会导致归一化电容ΔC/C0。其中ΔC为电容式温度传感器变化的电容，C0为电容式温度传感器的原始电容。
如图10所示，当电容式温度传感器只接受到外界的压力刺激时，电容式温度传感器的归一化电容发生相应的变化，而离子弛豫时间保持不变。反过来说，当检测到电容式温度传感器只有归一化电容发生变化，而离子弛豫时间保持不变，可以判断出电容式温度传感器受到的压力刺激是来自于非热源的压力刺激，而不是来自热源压力的刺激。
当所述温度稳定性为非稳定时和所述电容变化信息为正向电容变化，确定所述热源类型为热对流。
如图8中的B所示，多模态温度传感器(电容式温度传感器)的温度敏感的离子弛豫时间和压力敏感的正向电容发生变化，判断热源为热对流。图8中的B上的ΔC/C0都是大于零的，大于零就表示为正向电容变化，图8的B上的ΔC/C0虽然有小于零的部分，这是由于示波器的扰动造成的。ΔC/C0正向变化如图11所示。
当所述温度稳定性为非稳定时和所述电容变化信息为负向电容变化和正向电容变化交替，确定所述热源类型为热传导。
如图8中的C所示，多模态温度传感器的温度敏感的离子弛豫时间，接近敏感的负向电容和压力敏感的正向电容发生变化，判断热源为热传导。图8中的C上的ΔC/C0有大于零的，也有小于零的，小于零对应负向电容变化，大于零对应正向电容变化。ΔC/C0的负向变化如图12所示。
综上，本发明提出的基于热源信号差异的多模态热感信号模型能够准确区分和识别热辐射、热对流和热传导三种换热方式下的热源，用于设计温度传感器。
本发明制备的多模态温度传感器对温度刺激具有良好的线性响应，其不仅具备超宽的工作量程，而且还有超高的精度。
本发明制备的多模态温度传感器可利用温度敏感的离子弛豫时间τ和压力敏感的归一化电容ΔC/C0对温度信号和压力信号进行解耦，加上电容传感器本身的接近传感能力，实现了对热源信号的多维度感知。
本发明制备的多模态传感器在热源测试实验中证明了其在不同热源下具有不同的响应信号，实现了对热源的识别。其中，热辐射只有温度响应；热对流具有温度响应和由于压力刺激而产生的正电容变化；热传导具有温度响应，接近刺激引起负电容变化，压力刺激引起正电容变化。
本实施例还提供一种热源类型识别装置，如图13所示，所述装置包括如下组成部分：
信息采集模块01，用于在电容式温度传感器感知外界温度的过程中，采集电容式温度传感器的体电容和体电阻，并确定所述体电容的电容变化信息；
离子弛豫时间计算模块02，用于依据所述体电容和所述体电阻，确定所述电容式温度传感器上的离子凝胶的离子弛豫时间；
识别模块03，用于依据所述电容变化信息和所述离子弛豫时间，识别所述外界温度所对应的热源类型。
基于上述实施例，本发明还提供了一种终端设备，其原理框图可以如图14所示。该终端设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏。其中，该终端设备的处理器用于提供计算和控制能力。该终端设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该终端设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种热源类型识别方法。该终端设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏。
本领域技术人员可以理解，图14中示出的原理框图，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的终端设备的限定，具体的终端设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种终端设备，终端设备包括存储器、处理器及存储在存储器中并可在处理器上运行的热源类型识别程序，处理器执行热源类型识别程序时，实现如下操作指令：
在电容式温度传感器感知外界温度的过程中，采集电容式温度传感器的体电容和体电阻，并确定所述体电容的电容变化信息；
依据所述体电容和所述体电阻，确定所述电容式温度传感器上的离子凝胶的离子弛豫时间；
依据所述电容变化信息和所述离子弛豫时间，识别所述外界温度所对应的热源类型。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

  1. 一种热源类型识别方法，其特征在于，包括：
    在电容式温度传感器感知外界温度的过程中，采集电容式温度传感器的体电容和体电阻，并确定所述体电容的电容变化信息；
    依据所述体电容和所述体电阻，确定所述电容式温度传感器上的离子凝胶的离子弛豫时间；
    依据所述电容变化信息和所述离子弛豫时间，识别所述外界温度所对应的热源类型。
  2. 如权利要求1所述的热源类型识别方法，其特征在于，所述确定所述体电容的电容变化信息，包括：
    确定所述体电容的电容值随时间的增减信息；
    依据所述电容值随时间的增减信息，确定所述体电容的正负变化方向，并将所述正负变化方向作为所述电容变化信息。
  3. 如权利要求1所述的热源类型识别方法，其特征在于，所述依据所述体电容和所述体电阻，确定所述电容式温度传感器上的离子凝胶的离子弛豫时间，包括：
    将所述体电容乘以所述体电阻，得到离子弛豫时间。
  4. 如权利要求1所述的热源类型识别方法，其特征在于，所述依据所述电容变化信息和所述离子弛豫时间，识别所述外界温度所对应的热源类型，包括：
    依据所述离子弛豫时间，确定所述外界温度所对应的各时刻温度值；
    依据所述各时刻温度值，确定所述外界温度所对应的温度稳定性；
    依据所述温度稳定性和所述电容变化信息，识别所述外界温度所对应的热源类型。
  5. 如权利要求4所述的热源类型识别方法，其特征在于，所述依据所述温度稳定性和所述电容变化信息，识别所述外界温度所对应的热源类型，包括：
    当所述温度稳定性为非稳定时和所述电容变化信息为零时，确定所述热源类型为热辐射；
    或者，当所述温度稳定性为非稳定时和所述电容变化信息为正向电容变化，确定所述热源类型为热对流；
    或者，当所述温度稳定性为非稳定时和所述电容变化信息为负向电容变化和正向电容变化交替，确定所述热源类型为热传导。
  6. 如权利要求1所述的热源类型识别方法，其特征在于，所述电容式温度传感器的制备方式，包括：
    以甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯为溶剂，以双五氟乙基磺酰基亚氨基锂为溶质，进行搅拌混合，形成混合物；
    将所述混合物置于第一电极上，并固化所述混合物，直至所述混合物固化成离子凝胶；
    将第二电极贴合在所述离子凝胶上，以形成电容式温度传感器。
  7. 如权利要求1所述的热源类型识别方法，其特征在于，所述电容式温度传感器的测试方式，包括：
    用已知热源类型的测试热源与所述电容式温度传感器进行热传递，采集所述电容式温度传感器的测试体电容和测试体电阻，并确定所述测试体电容的测试电容变化信息；
    依据所述测试体电容和所述测试体电阻，确定所述电容式温度传感器上的离子凝胶的离子弛豫测试时间；
    依据所述测试电容变化信息和所述离子弛豫测试时间，确定所述外界温度的热源测试类型；
    依据所述热源测试类型和所述已知热源类型，得到针对所述电容式温度传感器的测试结果。
  8. 一种热源类型识别装置，其特征在于，所述装置包括如下组成部分：
    信息采集模块，用于在电容式温度传感器感知外界温度的过程中，采集电容式温度传感器的体电容和体电阻，并确定所述体电容的电容变化信息；
    离子弛豫时间计算模块，用于依据所述体电容和所述体电阻，确定所述电容式温度传感器上的离子凝胶的离子弛豫时间；
    识别模块，用于依据所述电容变化信息和所述离子弛豫时间，识别所述外界温度所对应的热源类型。
  9. 一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的热源类型识别程序，所述处理器执行所述热源类型识别程序时，实现如权利要求1-7任一项所述的热源类型识别方法的步骤。
  10. 一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有热源类型识别程序，所述热源类型识别程序被处理器执行时，实现如权利要求1-7任一项所述的热源类型识别方法的步骤。
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