[发明专利]一种用于非接触式温度控制的装置、一种生成电磁辐射波阵面的方法和该装置生成温度场曲线的用途

说明书

一种用于控制温度的装置，其特征在于，所述装置包括电磁波源(1)，如激光器或二极管或超声波发生器，所述电磁波源(1)通过线连接到具有微处理器的专用控制器(3)，所述具有微处理器的专用控制器(3)通过线连接到热辐射检测器(2)，如热电检测器或热电偶检测器，所述电磁波源和所述热辐射检测器被放置成彼此之间的夹角a介于0°至180°之间，和一种用于生成辐射波阵面曲线的方法以及所述装置使用所述波阵面曲线生成温度场曲线的用途。

技术领域

本发明的目的是一种用于非接触式温度控制的装置、一种产生电磁辐射波阵面曲线(profile)的方法以及该装置的以下用途：使用材料表面上和材料对象中随时间变化的波阵面曲线、平面曲线和体积温度场曲线来生成、成形和控制温度场曲线。本发明适用于工业、生物、化学工艺，材料测试和需要温度随时间恒定或变化且以非接触方式施加温度的其他工业。

背景技术

在当代技术工艺中，就像许多研究领域一样，有关给定点处的温度或有关温度分布的信息构成非常重要的元素。温度测量方案通常分为接触式和非接触式两种。在接触式测量中，需要使测量介质与我们想要知道温度的给定物质或点直接接触。在非接触式方法中，测量的对象是发射的红外辐射的波长，然后被测量的介质不会与测量设备接触。基于普朗克定律和维恩定律进行测量。普朗克定律描述了理想黑体所辐射的能量的量。另一方面，维恩定律涉及相对于温度变化的波长变化。

不管测量方案如何，在现有技术中已经很好地记录和开发了温度测量方法。它们的主要区别在于所使用的物理现象。尽管如此，在测量系统的构造方面仍在寻求对其进行确定的新方法。其精度是与温度的确定有关的一个非常重要的问题。当前使用的非接触式方法的特征不是在给定点处进行高精度测量。移动研究对象使得能够测量温度也是必要的。此外，温度传感器必须放置得尽可能靠近被测量的对象，以便收集可能的最大量的所发射的红外辐射，以超过使得能够正确记录温度的物理现象的阈值。

实际应用中面临的另一个重要问题是对象的温度变化，即该对象的发热。在不直接靠近热源或对象不与热源真正接触的情况下，对象的温度变化通常是不可能的。这可能导致加热器与样本之间出现材料相容性的问题。与接触式加热有关的另一个问题涉及，例如对于生物样本(病毒、细菌)必须将对象与外部环境隔离的情况。在接触式加热方法以及温度测量中，将热传递到对象(将热传递到测温元件)所使用的方法起到了重要的作用。这可能会引起对象过热或加热不足。不仅如此，通过供应导管散失的热导致温度测量系统不准确，这需要额外隔离测量环境和测量设备。

在许多情况下，测量物理量(温度)和加热对象的动作无论如何都是不充分的。这涉及技术和研究过程两者。因此，除了测量之外，仍有必要将温度的恒定值保持在精确标记的范围内，并且可以离散地且在二维表面上对给定温度曲线中的差异进行局部调平。这就是为什么这种类型的系统——温度传感器-加热器系统——被设计在反馈回路中的原因。然而，它们不能以选择性方式产生和修改被加热对象的温度场曲线。

在现有技术中，已知能够实现以非接触方式测量温度并调节温度分布的方法。文献US77442714(B1)中公开的发明的目的是一种用于远程测量表面温度的设备和方法。该设备包括：辐射源、使基板相对于辐射束移动的工作台、控制单元和温度测量单元。借助于辐射束对放置基板(例如硅晶片)的工作台进行处理。借助于光学系统远程测量被处理的位置的温度。通过收集经由光学系统发射到处理位置附近的红外辐射来进行温度测量。随后，借助于光纤(或成束的光纤)通过偏振将该红外辐射传送到测量该红外辐射波长的分光光度计。基于此和普朗克定律来确定温度。模拟温度信号被转换成数字信号，随后被传送到控制器，该控制器对处理晶片的束的功率进行调节。