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热传感器的校正的制作方法
【专利摘要】本发明公开了能够校正在热传感器(200)的热电堆(235)的热结(205)的温度改变期间所引入的误差的热传感器(200)。例如，对于在相对于冷结(220)的热传感器(200)的热结(205)处的温度改变的影响进行数学建模，使得有关热电堆(235)、其电输出以及冷结(220)的温度历史和当前温度的给定信息，可以校正对温度测定的影响。通过考虑这些因素，处理器件(230)在校正由数学模型测定的热结处的温度改变所引入的误差的同时，可以修改热传感器(200)的温度测定输出。
【专利说明】
热传感器的校正

【技术领域】
[0001]本发明总体涉及热传感器，并且特别涉及校正热传感器温度测定，以考虑由外部影响所引入的误差。

【背景技术】
[0002]各种电子器件是众所周知的。此外，这些电子器件的每一个包括随时间的使用易于升温的元件。例如，计算器件包括处理器电路，由于在计算器件运行期间流过电路的电流量，随时间以及处理器件增加的使用，该处理器电路将变热。处理器件的发热在计算领域中是已知的人工因素。例如，某种计算设备诸如大型桌面计算机包括温度保护机制，使得处理器件或者系统的其他部件不会过热和瘫痪。
[0003]因此，在某些应用中，温度传感器被嵌入到计算器件，用来感知由于过热而易于瘫痪或者失效的某些部件的温度。例如，可以设置一种红外热探测器，用来收集由器件的加热部分所放出的红外能量。红外传感器收集红外辐射，并且将其转换成电压，通过该电压，计算器件能够确定热传感器从其所收集的红外辐射的材料的温度。在一个示例中，热传感器包括当穿过部件的温度变化率改变时，其电属性(例如，电压)改变的热电堆或者部件。所以被配置地，热电堆的一端被配置为由接收来自温度被感知的材料的红外辐射加热。这边被称作热电堆的“热结”(hot junct1n)。热电堆的另一边被称作“冷结”，并且被保持在相对稳定的温度，使得热电堆的第一边或者“热结”的温度改变将引起能够被跟踪并且与目标材料的温度相关联的热电堆的电属性的改变。
[0004]然而，已知的是，在热电堆的热结温度改变期间，目标材料的温度测定将是不精确的。这是因为热电堆的热结上的热流的一部分被用于改变热结的温度，而不是产生信号。一旦温度稳定，那么该误差消失。在红外传感器中的热结的温度改变的主要源是通过热转移到冷结及热来自冷结。结果，被设计成放置到计算器件的红外传感器例如被设计，使得传感器自身或者至少冷结尽可能地热隔离于剩余系统和计算器件，以便减小可能导致温度传感误差的温度改变。通过以这种方式配置红外传感器，红外传感器自身具有相对庞大的尺寸并且占据相对大的空间量，当红外传感器在计算机或者其他移动电子设备中被实现，或者尺寸和便携性设备可以是高优先级或者考虑时，这可能是不利的。此外，热隔离仅部分地缓解在温度变化期间所引入的误差，因为热隔离不是完美的。


【发明内容】

[0005]一般而言，根据这些各种实施例，将描述能够校正在热传感器的热电堆的温度改变期间所引入的误差的热传感器。一种方法，已知涉及热电堆的物理属性、热电堆的电输出以及冷结的温度历史和当前温度的某些信息，将相对于冷结的热传感器的热结的温度改变的影响进行数学建模，使得包含目标材料的温度测定的输出上的影响能够被校正。通过考虑这些因素，处理器件在校正由通过数学模型测定的温度改变所引入的误差的同时，可以修改热传感器的温度测定输出。如此配置，不仅温度测定更加精确，而且传感器自身不再需要像以前的红外传感器方法那样热隔离于剩余的环境区域或者计算器件。结果，红外传感器封装自身可以大大减小尺寸，以便占据计算器件的较小的覆盖区，并且潜在地相对于涉及温度应当被监测以避免失败的目标材料的布置具有更大的灵活性。

【专利附图】

【附图说明】
[0006]图1是根据本发明的实施例热传感器的操作的示例方法的流程图。
[0007]图2是根据本发明的实施例的热传感器的示例方法的框图。
[0008]图3-6是根据本发明的实施例包括实际的、感知的以及校正的温度测定的温度与时间的图形。
[0009]图7是示出现有技术红外传感器与根据本发明的实施例所制造的示例红外传感器的物理比较的图。

【具体实施方式】
[0010]图1描述了一种示例方法，其中在热传感器的热结100处接收热，以测定器件的一部分的温度。例如，温度被正在监测的器件部分发出由热传感器的材料接收的红外辐射。热传感器的材料变热，并且以这种方式，热结(junct1n)接收来自器件部分的热，器件部分完成温度测定。该方法进一步包括测定120热传感器的冷结的温度。例如，可以在临近冷结处设置分离的温度传感器，或者在另一种方法中，冷结可以被热沉到器件的较大部分，在此器件上设置分离的温度传感器。该方法包括响应于接收第一热传感器的热结处的热使用处理器器件调节130器件的一部分的温度测定。该调节包括考虑在热传感器的热结的温度改变期间所引入的错误。
[0011]可以以多种方法实现考虑在热结处的温度改变期间所引入的错误。一种方法，考虑在热传感器的热结的温度改变期间所引入的错误包括将对应于热结温度和冷结温度的热传感器的输出调节一个量，该量至少部分地依赖于说明材料属性以及在冷结和热结之间转移的热模型的常量，以及冷结的温度随时间的改变的测定。另一种方法，调节热传感器的输出包括至少部分地依赖于在冷结和热结之间的电势随时间改变的测定的量。
[0012]一个示例中，由热传感器的热结处的瞬时温度所引入的误差可以被建模成延迟相对于冷结温度的热结的温度改变的一阶RC滤波器。在这个RC滤波器模型中，在热传感器的冷结和热结之间的热电堆的热电阻代表RC滤波器的电阻项。热电堆的热结的热容量代表RC滤波器模型的容量项。如此配置，可以根据以下的等式数学上表示出RC滤波器模型:
[0013]C ^i1i I TlJot - TCoM I ^X VHot ^Object / _ Q
/Λ dtRthSeebeck x Rlh
[0014]其中“Cth”是热电堆的热容量，“TH。/’是热结的温度，“TC()ld”是冷结的温度，“ Sx[Tt -T^bject) ”相关于从温度被感知的目标转移到热结的红外热，“Seebeck”是考虑热电堆的材料属性的常量系数，并且“Rth”是热电堆的热电阻率。
[0015]针对冷结温度正在改变时在热结和冷结之间的温度差，对等式求解，该结果可以被用于预测由于冷结改变温度弓I起的温度测定的改变。
[0016]Tho -T " = -RthCth - SX ~T^

atSeebeck
[0017]在理想的热隔离传感器中，随着来自器件部分的热被热传感器收集并且加热热结，热电堆的电压还根据等式νυι =Sx(Hri)改变。这部分可以从数学上与其他因素分离，由此，上面等式的其他部分等同于由非来自被感知部分的热的因素引起的电压改变的部分，因此，这代表温度测定中的误差。这种数学过程可以表示如下:

PjrTY
[0018]Ti1t — Tcold = -RthCth

at Seebeck
[0019]O Seebeck x (THot - Tcoli) = -Seebeck x RlliC,,, + Vobj
[0020]o V0ut = Seebeck x {THot - Tcm ) = VEn, + Vobj[0021 ].= -Seebeck x RlliClh


dt
[0022]误差电压在以下的等式中被表示成VE?，并且依赖于相应的常数项SeebeckXRthCth以及热结的温度随时间的改变。因为冷结温度可以使用独立的温度传感器独立地、精确地被监测，并且热电堆两端的电压是精确已知的，所以重写关于冷结温度和电压输出的误差等式是有利的，如下:
[0023]SeebeckX (THot-TCold) = V0ut
[0024]Seebeck x (° ° ) = ° ^ 0,11
Dt dt ' dt
(I T (I TI(11/
[0025]O^^— +-X^—
at dt Seebeck at
f)TPT/?Τ
[0026]? -Seebeck x RlllCll, = —Seebeck x RlllClll — RihCll,
dtdtOt
[0027]? Verr = -Seebeck x RihClh — RlhClli
OtOt
[0028]根据此模型，电压误差依赖于已知常量、冷结温度随时间的改变以及电压输出随时间的改变。通过使用在冷结和热结之间转移的热模型，考虑在热传感器的冷结的温度改变期间所引入的误差包括根据冷结温度将热传感器的输出调节一个量，该量至少部分地依赖于说明材料属性(SeebeckXRthCth)的常量以及冷结的温度随时间的改变的测定(dTMd/dt)。电压输出随时间的改变相关的项(dl^d/dt)与随时间的冷结温度有较小的相关性，并且在某些应用中可以被忽略；然而，该项对更敏感的热传感器更加重要。
[0029]各种方法可以被用于考虑冷结的温度随时间的改变。一种方法，通过确定冷结的温度随时间的改变的相对于随时间已记录的冷结的温度集的估计直线拟合，来实现冷结的温度随时间的改变的测定。在这种方法中，图1的方法包括记录随时间在规则的间隔处冷结的温度，以及数学上确定在改变经过冷结温度的时间的线的拟合，以确定dl^/dt元素。
[0030]在另一方法中，通过应用滤波器到随时间存储的冷结的温度，进行冷结的温度随时间的改变的测定。在这种方法中，通过应用至少部分地基于冷结的当前温度、冷结的先前温度以及先前热转移值的测定的函数，该方法可以进一步包括确定作为冷结的温度随时间的改变的测定的一部分的热转移值。在一个示例中，冷结的温度可以被描述为施加的RC滤波器的电压信号。在这个不例中，

【权利要求】
1.一种热传感器装置，其包括: 被配置为接收来自目标材料的热的热结； 被配置为热短路到基础材料的冷结；以及 与所述热结和所述冷结电通信的处理器器件，所述处理器器件被配置为响应于接收来自所述目标材料的热，基于所述热结和所述冷结之间的热电堆的电属性的变化来测定所述目标材料的温度，包括调节以便考虑在所述热结的温度改变期间所引入的误差。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理器器件被配置为通过将所述温度的测定调节一个量，来考虑在所述热结的温度改变期间所引入的误差，所述量至少部分地依赖于: 考虑材料属性以及在所述冷结和所述热结之间的热转移模型的常量，以及 所述冷结的温度随时间的改变的测定。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述处理器器件被配置为通过将所述温度的测定调节一个量，来考虑在所述热结的温度改变期间所引入的误差，所述量至少部分地依赖于: 所述冷结和所述热结之间的电势随时间的改变的测定。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述处理器器件被配置为通过确定所述冷结的温度随时间的改变相对于随着时间已记录的所述冷结的温度集的估计直线拟合，进行所述冷结的温度随时间的改变的所述测定。
5.根据权利要求2所述的装置，其中所述处理器器件被配置为通过将滤波器应用到随着时间所存储的所述冷结的温度，进行所述冷结的温度的随时间的改变的所述测定。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述处理器器件被配置为通过应用至少部分地基于所述冷结的当前温度、所述冷结的先前温度以及所述滤波器输出的先前测定的函数，确定所述滤波器输出为所述冷结的温度随时间的改变的所述测定的一部分。
7.一种装置，其包括: 主机器件； 设置在所述主机器件中以感知所述主机器件的第一部分的温度的第一热传感器，所述第一热传感器包括: 热短路到所述主机器件的第二部分的冷结，以及被配置为接收来自所述主机器件的所述第一部分的热的热结；以及被配置为测定所述主机器件的所述第二部分的温度的第二热传感器；以及与所述热传感器和所述第二热传感器通信的处理器器件，所述处理器器件被配置为通过考虑所述主机器件的所述第二部分处的温度改变期间所引入的误差，基于所述热传感器的信号来误差校正所述主机器件的所述第一部分的所述温度的测定。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述处理器器件被配置为通过将对应于所述热器件的所述第一部分的所述温度的所述第一热传感器的输出调节一个量，来考虑在所述主机器件的所述第二部分处的温度改变期间所引入的误差，所述量至少部分地依赖于: 考虑材料属性以及在所述第一热传感器的所述冷结和所述热结之间的热转移模型的常量，以及 所述冷结的温度随时间的改变的测定。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述处理器器件被配置为通过将对应于所述热器件的所述第一部分的所述温度的所述第一热传感器的输出调节一个量，来考虑在所述主机器件的所述第二部分处的温度改变期间所引入的误差，所述量至少部分地依赖于: 在所述冷结和所述热结之间的电势随时间的改变的测定。
10.根据权利要求8所述的装置，其中所述处理器器件被配置为通过确定所述冷结的温度随时间的改变相对于随时间已记录的所述冷结的温度集的估计直线拟合，来进行所述冷结的温度随时间的改变的所述测定。
11.根据权利要求8所述的装置，其中所述处理器器件被配置为通过将滤波器施加到随时间存储的所述冷结的温度，进行所述冷结的温度随时间的改变的所述测定。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述处理器被配置为通过使用至少部分地基于所述冷结的当前温度、所述冷结的先前温度以及所述滤波器输出的先前测定的函数，确定所述滤波器的输出为所述冷结的温度随时间的改变的所述测定的一部分。
13.—种方法,其包括: 接收在热传感器的热结处的热，以测定器件的一部分的温度； 测定所述热传感器的冷结的温度；以及 响应于接收在所述热传感器的所述热结处的热，使用处理器器件调节所述器件的一部分的温度的测定，所述调节包括考虑在所述热传感器的所述热结的温度改变期间所引入的误差。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述考虑在所述热传感器的所述热结的温度改变期间所引入的误差包括将对应于所述热结和所述冷结的温度的所述热传感器的输出调节一个量，所述量至少部分地依赖于: 考虑材料属性以及在所述热传感器的所述冷结和所述热结之间的热转移模型的常量，以及 所述冷结的温度随时间的改变的测定。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述考虑在所述热传感器的所述热结的温度改变期间所引入的误差包括将对应于所述热结和所述冷结的温度的所述热传感器的输出调节一个量，所述量至少部分地依赖于: 在所述冷结和所述热结之间的电势随时间的改变的测定。
16.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括通过确定所述冷结的温度随时间的改变相对于随时间已记录的所述冷结的温度集的估计直线拟合，进行所述冷结的温度随时间的改变的所述测定。
17.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括通过向随时间存储的所述冷结的温度施加滤波器，进行所述冷结的温度随时间的改变的所述测定。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括通过应用至少部分地基于所述冷结的当前温度、所述冷结的先前温度以及所述滤波器输出的先前测定的函数，确定所述滤波器的输出为所述冷结的温度随时间的改变的所述测定的一部分。
【文档编号】G01K7/13GK104204748SQ201380015788
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2012年3月22日
【发明者】H·S·卡拉基 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司