專利名稱：監(jiān)視溫度穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開總體上涉及控制系統(tǒng)并且更具體地涉及監(jiān)視溫度穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
諸如制造廠、化工廠和煉油廠之類的加工設(shè)施典型地使用過(guò)程控制系統(tǒng)進(jìn)行管 理。閥門、泵、電動(dòng)機(jī)、加熱/冷卻裝置以及其它工業(yè)設(shè)備典型地執(zhí)行為在加工設(shè)施中加工 材料所需的動(dòng)作。除了別的功能之外，過(guò)程控制系統(tǒng)往往管理加工設(shè)施中的工業(yè)設(shè)備的使用。在常規(guī)的過(guò)程控制系統(tǒng)中，往往使用控制器來(lái)控制加工設(shè)施中的工業(yè)設(shè)備的操 作。這些控制器典型地可以通過(guò)使用各種傳感器來(lái)監(jiān)視工業(yè)設(shè)備和/或產(chǎn)品或相關(guān)材料的 操作，并且基于從各種傳感器獲取的信息來(lái)給工業(yè)設(shè)備提供控制信號(hào)。然而，控制步驟往往 高度依賴于來(lái)自傳感器的所測(cè)量的或以其它方式感測(cè)的數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)接收的不準(zhǔn)確性或 延遲可能對(duì)控制過(guò)程具有顯著的影響。一個(gè)這樣的可以用于控制過(guò)程的傳感器利用諸如由脈沖激光器生成的太赫茲電 磁輻射。激光可以直接指向空間，包括指向光開關(guān)元件，其中色散效應(yīng)可忽略不計(jì)。自由空 間激光脈沖的使用存在缺點(diǎn)，諸如被物體或人偏轉(zhuǎn)以及因大氣影響或其它環(huán)境條件而遭受 惡化。另外，由于環(huán)境影響，可能要求諸如對(duì)對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的材料性質(zhì)進(jìn)行頻率重對(duì)準(zhǔn)。工業(yè)和其它環(huán)境可能對(duì)太赫茲監(jiān)視系統(tǒng)造成其它問(wèn)題。溫度波動(dòng)、振動(dòng)和大氣影 響(例如，濕度和/或空氣湍流)的存在可能對(duì)獲得準(zhǔn)確且可重復(fù)測(cè)量的能力有不利影響。 溫度波動(dòng)可能引起太赫茲收發(fā)器的漂移，這對(duì)實(shí)現(xiàn)測(cè)量不利。因而，需要監(jiān)視溫度穩(wěn)定性的方法和系統(tǒng)。還需要這樣的便于該監(jiān)視系統(tǒng)的使用 (諸如定位在難以到達(dá)的位置)的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
提供發(fā)明內(nèi)容以符合37C. F. R. § 1. 73——要求發(fā)明內(nèi)容簡(jiǎn)要地指出發(fā)明的本質(zhì) 和實(shí)質(zhì)。其是以如下理解提交的其不將用來(lái)解釋或限制權(quán)利要求的范圍或含義。在本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例中，一種處理參數(shù)的溫度穩(wěn)定感測(cè)的方法可以包 括把電磁波耦合到至少一個(gè)外殼中，其中該外殼在其中具有輻射發(fā)生器系統(tǒng)和輻射檢測(cè) 器，且其中輻射發(fā)生器系統(tǒng)接收電磁波并且提供在從IOGHz到IOOTHz的頻率范圍內(nèi)的輸出 輻射；朝向處理系統(tǒng)中的樣品引導(dǎo)該輸出輻射；感測(cè)與外殼相關(guān)聯(lián)的溫度條件，同時(shí)接收 從樣品發(fā)出的輻射，其中使用熱耦合到外殼的熱管理裝置基于所感測(cè)的溫度條件來(lái)控制外 殼內(nèi)的溫度。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供一種用于監(jiān)視樣品或過(guò)程的裝置。該裝置可以 包括外殼，在操作時(shí)連接到光纖光纜，所述光纖光纜向該外殼提供光波；中繼光學(xué)器件， 用于接收該光波并且被定位在外殼中；輻射裝置，用于處理或產(chǎn)生來(lái)自光波的在IOGHz到 IOOTHz的頻率范圍內(nèi)的輻射并且被定位在外殼中；溫度傳感器，與外殼熱連通；以及熱管
3理裝置，與外殼熱連通。該熱管理裝置可以基于由溫度傳感器測(cè)量的溫度條件來(lái)調(diào)節(jié)外殼 內(nèi)的溫度。在進(jìn)一步的示例性實(shí)施例中，提供一種用于監(jiān)視樣品或過(guò)程的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以 包括激光器，用于生成光波；發(fā)射器，通過(guò)用于接收光波的光纖光纜而耦合到激光器，其 中發(fā)射器產(chǎn)生在IOGHz到IOOTHz的頻率范圍內(nèi)的輻射且其中發(fā)射器向樣品或過(guò)程施加輻 射；接收器，用于接收并處理向樣品或過(guò)程施加的輻射；以及空氣凈化(airpurging)裝置， 與樣品或過(guò)程流體連通。該空氣凈化裝置可以向鄰近樣品或過(guò)程的輻射路徑施加惰性氣 體。技術(shù)效果包括但不限于通過(guò)成像或光譜學(xué)的方式實(shí)現(xiàn)精確的且可重復(fù)的測(cè)量。技 術(shù)效果還包括但不限于使測(cè)量裝置中及其周圍的溫度穩(wěn)定以實(shí)現(xiàn)精確的且可重復(fù)的測(cè)量。本領(lǐng)域的技術(shù)人員從以下的詳細(xì)描述、附圖和所附權(quán)利要求中將理解和明白本公 開的上述以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用太赫茲輻射的示例性監(jiān)視系統(tǒng)的示意圖；圖2是圖1的系統(tǒng)的太赫茲收發(fā)器的分解透視圖；圖3是圖1的系統(tǒng)的太赫茲收發(fā)器的透視圖；圖4是圖1的系統(tǒng)的太赫茲收發(fā)器的平面圖；圖5是圖2的太赫茲收發(fā)器的熱電裝置的示意圖；圖6是圖1的系統(tǒng)的另一個(gè)示例性太赫茲收發(fā)器的分解透視圖；圖7是圖1的系統(tǒng)的另一個(gè)示例性太赫茲收發(fā)器的分解透視圖；以及圖8是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用圖1到7的系統(tǒng)和/或裝置來(lái)進(jìn)行太赫茲收 發(fā)器的溫度穩(wěn)定的示例性方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖并且具體參照?qǐng)D1，依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的監(jiān)視系統(tǒng)被示出 并且大體上由附圖標(biāo)記10表示。監(jiān)視系統(tǒng)10可以用于各種加工設(shè)施、各種過(guò)程和/或各 種樣品，包括制造過(guò)程、化工廠、煉油廠和紙產(chǎn)品。不旨在限制待監(jiān)視或測(cè)量的特定類型的 設(shè)施或過(guò)程和/或特定類型的樣品。監(jiān)視系統(tǒng)10可以與控制系統(tǒng)(未示出)通信、耦合到該控制系統(tǒng)或作為該控制系 統(tǒng)的一部分，所述控制系統(tǒng)可以提供過(guò)程控制，包括多變量過(guò)程。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)視系 統(tǒng)10可以獲得與非線性過(guò)程相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，但是本公開還考慮把監(jiān)視系統(tǒng)10用于測(cè)量或 以其它方式感測(cè)線性過(guò)程中的各方面。監(jiān)視系統(tǒng)10可以生成并檢測(cè)用于監(jiān)視過(guò)程或樣品的各種性質(zhì)的電磁波，諸如太 赫茲(THz)波。系統(tǒng)10可以包括脈沖激光器16，諸如摻鈦藍(lán)寶石(Ti 藍(lán)寶石)激光器。 本公開考慮使用其它激光器，包括Cr:LiSAF激光器、Cr = LiSGAF激光器、摻鉺光纖激光器、 摻鐿光纖激光器和增益開關(guān)二極管激光器；以及使用連續(xù)波源，諸如砷化鎵光電混頻器。脈 沖激光器可以入射到光導(dǎo)天線或光整流晶體上，諸如ZnTe。激光器16可以借助光纖光纜18或其它光導(dǎo)管耦合到第一 THz收發(fā)器29并且經(jīng)由光學(xué)延遲22耦合到第二 THz收發(fā)器29。本公開描述了 THz收發(fā)器29的使用，盡管本公 開考慮到使用可以接收和/或發(fā)送沿頻譜的任何部分的電磁波的收發(fā)器。與監(jiān)視系統(tǒng)10 — 起還示出了光學(xué)系統(tǒng)27。第一收發(fā)器29可以用作THz輻射的發(fā)射器，而第二收發(fā)器29可 以用作輻射的接收器。雖然本公開把第一和第二收發(fā)器29描述成既能夠發(fā)送也能夠接收， 但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解這些裝置卻可以是獨(dú)立的專用裝置，每個(gè)裝置僅執(zhí)行 發(fā)送和接收中的一個(gè)。THz發(fā)射器29可以生成THz輻射，所述THz輻射傳播經(jīng)過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)17、經(jīng)過(guò) 加工設(shè)施50的樣品26、經(jīng)過(guò)第二光學(xué)系統(tǒng)27、然后由THz接收器29接收。THz接收器29 可以輸出表示所接收的THz輻射的信號(hào)。光學(xué)延遲22可以確定信號(hào)的哪個(gè)時(shí)間部分由在 THz接收器29的脈沖來(lái)選通(gate)。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)延遲22可以由控制器28 (例 如，臺(tái)式計(jì)算機(jī))控制，該控制器28也可以接收THz接收器29的輸出信號(hào)。光學(xué)系統(tǒng)27 可以是各種類型的，包括準(zhǔn)直光學(xué)元件。系統(tǒng)10考慮到把收發(fā)器29定位在諸如造紙廠中的遠(yuǎn)程位置或難以到達(dá)的位置， 而系統(tǒng)的其它部件諸如激光器16、控制器28和鎖定放大器是可容易接近的，例如以便于系 統(tǒng)的維護(hù)。光纖光纜18的使用允許由激光器16生成的輻射沿光纜傳播而不受大氣條件 (例如設(shè)施中的溫度波動(dòng))或?qū)?zhǔn)偏移的顯著影響。另外參照2到4，更清楚地示出THz收發(fā)器29的部件。收發(fā)器29可以具有被安 裝在收發(fā)器內(nèi)用于生成和/或檢測(cè)電磁輻射的輻射生成系統(tǒng)或裝置，諸如太赫茲裝置36。 太赫茲裝置36可以具有一對(duì)被結(jié)合到半導(dǎo)體襯底(諸如低溫生長(zhǎng)的砷化鎵襯底)的電極。 收發(fā)器29還可以包括中繼光學(xué)器件30(例如，梯度折射率透鏡)，其可以把光纖32的輸出 向下聚焦至最優(yōu)的光斑大小和/或把光纖32從太赫茲裝置36的緊鄰中移開。收發(fā)器還可以包括帶有蓋子41的外殼40，諸如工業(yè)硬殼，所述蓋子41密封收發(fā) 器部件以保護(hù)它們免受環(huán)境變量和粗處理的影響。在一個(gè)實(shí)施例中，外殼40可以被氣密 密封。在另一個(gè)實(shí)施例中，外殼40可以包含干燥惰性氣體，諸如氮?dú)?。多個(gè)電導(dǎo)體管腳 49可以結(jié)合到電絕緣襯套52，所述電絕緣襯套52被壓入并結(jié)合到外殼40中的襯套孔口 (aperture) 540光纖孔口 56可以被設(shè)置在外殼40中并且被配置成接收套圈(ferrule)62， 所述套圈62具有與其結(jié)合的光纖32。多個(gè)安裝孔口 58可以被提供在外殼40中以把收發(fā) 器29機(jī)械地固定到安裝表面。外殼40可以具有多種形狀和大小，包括符合標(biāo)準(zhǔn)的部件形 狀，諸如雙列直插或小外形塑料封裝。收發(fā)器29還可以包括光學(xué)器件安裝板或襯底42和窗口 44。該板42可以支撐或 以其它方式把光繼電器30、光纖軸臺(tái)47、光纖32和/或太赫茲裝置36固定在適當(dāng)?shù)奈恢茫?以及為所述裝置提供電接觸。該板42可以由多種材料(包括氧化鋁)制成。在一個(gè)實(shí)施 例中，太赫茲裝置36、光繼電器30和光纖32全都連接到該板42以減少這些部件之間諸如 由于振動(dòng)而可能發(fā)生的未對(duì)準(zhǔn)。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以提供窗口 44以便于把太赫茲裝置 36組裝到外殼40。窗口 44可以是硅或其它兼容的材料，并且可以諸如沿限定窗口孔口 55 的表面57被焊接、結(jié)合或以其它方式連接到外殼40。太赫茲透鏡31可以被安裝到窗口 44 上以用于減少?gòu)奶掌澭b置36發(fā)出的電磁波輻射的發(fā)散。該透鏡31可以是硅、藍(lán)寶石、氧 化鋁或另一類型，并且透鏡31的配置可以是大體消球差的。收發(fā)器29可以包括光纖軸臺(tái)47，用以把光纖32定位在外殼40的底內(nèi)表面之上
5的適當(dāng)高度，從而確保光纖與中繼光學(xué)器件30和太赫茲裝置36的對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施例中， 光纖軸臺(tái)47可與板42 —體成形。然而，本公開還考慮使用焊料或環(huán)氧樹脂把光纖軸臺(tái)47 結(jié)合到安裝板42，或者利用其它連接結(jié)構(gòu)或技術(shù)把光纖軸臺(tái)47結(jié)合到安裝板42。這可以 允許操縱光纖32直到THz信號(hào)被優(yōu)化為止。焊料或環(huán)氧樹脂然后可以被沉積到光纖軸臺(tái) 47上以包圍光纖32。諸如熱脂或填料之類的其它材料可以用來(lái)促進(jìn)從光纖32經(jīng)過(guò)軸臺(tái)47 和板42的熱傳遞。光纖32可以被安裝成遠(yuǎn)離中繼光學(xué)器件30。電跳線59可以用于板42 和管腳49之間的連接。本公開還考慮諸如通過(guò)使用焊料、環(huán)氧樹脂或其它適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合劑把光纖結(jié)合到中 繼光學(xué)器件而把光纖32與中繼光學(xué)器件30集成以產(chǎn)生光纖組件。然后可以通過(guò)主動(dòng)操縱 整個(gè)組件而不只是操縱光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)光纖組件的對(duì)準(zhǔn)。在另一個(gè)實(shí)施例(未示出)中，諸如 通過(guò)用光纖材料形成中繼光學(xué)器件并且將其配置成產(chǎn)生將起到與中繼光學(xué)器件相同作用 的縮倍透鏡(demagnifying lens)，中繼光學(xué)器件30可以被集成到光纖32中。為提供THz收發(fā)器29的熱管理，可以提供熱管理裝置200。例如，熱管理裝置200 可以是熱電裝置或冷卻器，其可以冷卻收發(fā)器的目標(biāo)部件，諸如光繼電器30、光纖32和/或 太赫茲裝置36。在另一個(gè)實(shí)施例中，裝置200可以冷卻外殼40的內(nèi)體積以補(bǔ)償諸如由電部 件生成的熱和/或設(shè)施50中的熱。本公開還考慮熱管理裝置200能夠諸如通過(guò)使電流反 向流過(guò)熱電裝置(例如可逆的珀耳帖(Peltier)裝置)來(lái)加熱各個(gè)部件和/或加熱外殼40 的內(nèi)體積。在另一個(gè)實(shí)施例中，能夠在特定元件的加熱和冷卻之間快速交替的加熱/冷卻 裝置200可以是熱離子裝置。熱離子致冷由G. D. Manhan和L. M. Woods的〃 Multilayer T hermionicRefrigeration, “ (Physical Review Letters,Vol. 80,Number 184016-4019) (The American Physical Society 1998)描述并且被并入本文以供參考。以在熱激發(fā)的電 子逸出阻擋層后的熱離子發(fā)射來(lái)獲得冷卻，其中該阻擋層典型地是半導(dǎo)體。這樣的裝置可 以具有大約在一和二之間的預(yù)期效率，這類似于基于氟利昂(Freon)的致冷?？梢酝ㄟ^(guò)線路210給熱電冷卻器200提供功率和/或控制信號(hào)。傳感器250，諸如 溫度換能器和/或濕度檢測(cè)器，可以用于檢測(cè)外殼40內(nèi)的條件。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器 250可以諸如通過(guò)有線線路和/或無(wú)線鏈路而耦合到控制器28，以向控制器提供關(guān)于THz 收發(fā)器條件的數(shù)據(jù)，包括收發(fā)器的各個(gè)部件的溫度和/或外殼40內(nèi)的溫度。控制器28可 以提供控制信號(hào)和/或調(diào)整被提供到熱電冷卻器200的功率以便控制外殼40中的溫度或 其它條件。在另一個(gè)實(shí)施例中，熱電冷卻器200可以具有其自己的控制器(未示出)，該控 制器直接連接到溫度傳感器250并且諸如通過(guò)電流調(diào)整來(lái)控制外殼40中的溫度。在又一 個(gè)實(shí)施例中，熱電冷卻器200可以諸如通過(guò)導(dǎo)體管腳49和跳線57來(lái)利用被提供到收發(fā)器 29的其它部件的功率。在圖1-4的示例性實(shí)施例中，熱電冷卻器200可以與將要被溫度穩(wěn)定的部件所位 于的板42直接且熱接觸。光繼電器30、光纖32和太赫茲裝置36中的一個(gè)或多個(gè)可以直接 連接到與熱電冷卻器200直接接觸的板42。在另一個(gè)實(shí)施例中，熱電冷卻器200可以被定 位成通過(guò)形成在外殼40中的開口，并且通過(guò)多種結(jié)構(gòu)和技術(shù)(包括焊接或結(jié)合)而被固定 在其中。熱電冷卻器200的特定大小、數(shù)量、配置和熱管理能力可以根據(jù)多個(gè)因素(包括收 發(fā)器部件的預(yù)期熱負(fù)荷)而變化。例如，圖2-4的示例性實(shí)施例示出被定位在板42之下的單一熱電冷卻器200，其中冷側(cè)被包含在外殼40內(nèi)。熱電冷卻器200的熱側(cè)可以被定位在 外殼40的外部和/或與外殼的外部熱接觸。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，熱電冷卻器200的 熱側(cè)可以與外殼40的壁齊平。散熱器可以被定位成與熱電冷卻器200直接和/或熱接觸 以促進(jìn)相對(duì)于板42和/或目標(biāo)部件(諸如光繼電器30、光纖32和太赫茲裝置36)的熱傳 遞。這種配置可以減少或最小化這些部件之間的熱梯度并且可以減少或最小化控制環(huán)的熱 響應(yīng)時(shí)間。閉環(huán)中的溫度傳感器250可以直接和/或熱接觸到該板。另外參照?qǐng)D5，熱電冷卻器200可以具有沿冷側(cè)的散熱器或其它導(dǎo)熱材料515、彼 此串聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)N摻雜半導(dǎo)體535和一個(gè)或多個(gè)P摻雜半導(dǎo)體535、以及沿?zé)醾?cè)的散熱 器或其它導(dǎo)熱材料540。N摻雜和P摻雜材料535可以變化，包括碲化鉍顆粒。散熱器515 和540可以通過(guò)熱界面材料520 (例如，熱脂、熱墊、熱油灰或焊料)、用于充當(dāng)熱導(dǎo)體和電 絕緣體的陶瓷板525、以及可以串聯(lián)連接N摻雜和P摻雜材料中的每一個(gè)的銅跡線530中 的一個(gè)或多個(gè)而分別與N摻雜和P摻雜材料535隔開。電流可以諸如經(jīng)過(guò)連接到電源或供 電電源的線路210而被施加到N摻雜和P摻雜材料535。每個(gè)散熱器515和540的特定大 小、形狀和材料可以變化，包括鋁散熱片。參照?qǐng)D6，其中類似的特征由與圖2-4中的相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)記，所示的收發(fā) 器29使用流體熱管理裝置600。類似于上面描述的裝置200，流體熱管理裝置600可以使 用來(lái)自傳感器250的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)節(jié)光繼電器30、光纖32和太赫茲裝置36中的一個(gè)或多個(gè)的 冷卻和/或加熱，和/或調(diào)節(jié)外殼40的內(nèi)體積的溫度。裝置600可以包括外殼40中的一 個(gè)或多個(gè)散熱器610。散熱器610可以根據(jù)多個(gè)因素(包括要管理的熱負(fù)荷以及外殼40的 大小和形狀)而具有多種大小和形狀。散熱器610可以諸如通過(guò)使用可以穿過(guò)外殼40中 的開口的導(dǎo)管620而與用于從其除去熱的冷卻流體實(shí)現(xiàn)流體連通。導(dǎo)管620可以是帶有多 種部件的冷卻回路(諸如蒸汽壓縮回路)的一部分，不過(guò)其它的冷卻回路也被考慮，包括強(qiáng) 制空氣對(duì)流、強(qiáng)制流體對(duì)流和/或自然對(duì)流。在一個(gè)實(shí)施例中，流體熱管理裝置60可以把熱管或?qū)峁芾缬糜趯?dǎo)管620。熱 管620可以是由諸如銅或鋁之類的導(dǎo)熱金屬制成的密封中空管，該管包含工作流體(例如， 水、乙醇或汞)，其中該管的其余部分填充有汽相的工作流體。在管側(cè)壁的內(nèi)側(cè)上，毛細(xì)結(jié)構(gòu) (wickstructure)可以對(duì)液相的工作流體施加毛細(xì)管力。該毛細(xì)結(jié)構(gòu)可以是能夠吸收工作 流體的任何材料或結(jié)構(gòu)，諸如燒結(jié)的金屬粉末或與管軸平行的一系列凹槽?？梢哉{(diào)節(jié)工作 流體的量以控制冷卻或加熱的量。參照?qǐng)D7，其中類似的特征由與圖2-4中的相同附圖標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)記，所示的收發(fā)器 29使用強(qiáng)制空氣熱管理裝置700。類似于上面描述的裝置200，裝置700可以使用來(lái)自傳感 器250的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)節(jié)光繼電器30、光纖32和太赫茲裝置36中的一個(gè)或多個(gè)的冷卻和/或 加熱，和/或調(diào)節(jié)外殼40的內(nèi)體積的溫度。裝置700可以包括與板42直接和/或熱接觸 的一個(gè)或多個(gè)散熱器710。散熱器710可以被部分地設(shè)置在外殼40中且部分地設(shè)置在外 殼的外部。散熱器710可以根據(jù)多個(gè)因素(包括要管理的熱負(fù)荷以及外殼40的大小和形 狀)而具有多種大小和形狀。例如，散熱器710可以是被成形為板并被定位在板42之下的 單一結(jié)構(gòu)。在另一個(gè)實(shí)施例中，散熱器710可以是環(huán)，其中光纖32和/或光繼電器30通過(guò) 該環(huán)中的開口進(jìn)行定位。散熱器710可以與用于使用強(qiáng)制空氣對(duì)流來(lái)從其除去熱的一個(gè)或 多個(gè)風(fēng)扇720流體連通。一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇720的數(shù)量、大小和配置可以根據(jù)多個(gè)因素(包
7括要管理的熱負(fù)荷以及外殼40的大小和形狀)而變化。在一個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)扇720可以是變頻驅(qū)動(dòng)(VFD)風(fēng)扇，其允許通過(guò)控制供應(yīng)給 使風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn)的交流電動(dòng)機(jī)的電功率的頻率來(lái)控制該交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。VFD風(fēng)扇 720可以允許例如由控制器28響應(yīng)于由外殼40中的傳感器250提供的數(shù)據(jù)而連續(xù)地調(diào)節(jié) 風(fēng)扇速度。圖8描繪了在監(jiān)視系統(tǒng)10的各部分中操作的示例性方法800。方法800具有如虛 線所描繪的變型。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)明白，在不偏離所附權(quán)利要求的范圍的情況下， 圖8中未描繪的其它實(shí)施例是可能的。方法800是參照熱管理裝置200描述的，但是本公 開考慮使用本文所描述的或以其它方式可與系統(tǒng)10使用的任何熱管理裝置來(lái)穩(wěn)定THz收 發(fā)器29的溫度。方法800始于步驟802，其中控制器28可以監(jiān)視THz收發(fā)器29的參數(shù)或條件。這 些條件可能變化并且可能來(lái)自各種源，包括收發(fā)器29的外殼40中的溫度傳感器250。在一 個(gè)實(shí)施例中，接收數(shù)據(jù)的控制器可以與收發(fā)器29 —起被合并在例如外殼40中以提供收發(fā) 器的熱管理的自主控制。在另一個(gè)實(shí)施例中，在步驟804中，控制器28或其它處理器可以輪詢(poll)傳感 器250，諸如以固定的或可調(diào)節(jié)的間隔向每個(gè)傳感器發(fā)送輪詢信號(hào)以獲取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。在另 一個(gè)實(shí)施例中，傳感器250可以以調(diào)度的間隔來(lái)提供對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。該間隔的特定長(zhǎng)度以及 其是否可調(diào)節(jié)可以變化。例如，縮短的數(shù)據(jù)獲取間隔可以用于頻繁波動(dòng)的收發(fā)器的熱負(fù)荷。在步驟806中，控制器28可以確定外殼40中的或與外殼40相關(guān)聯(lián)的溫度和/或 收發(fā)器的一個(gè)或多個(gè)部件的溫度。在步驟808中，控制器28可以確定收發(fā)器當(dāng)前操作溫度 是否在目標(biāo)范圍之外。如果當(dāng)前操作溫度不在目標(biāo)范圍之外，則方法800可以返回到步驟 802以繼續(xù)監(jiān)視THz收發(fā)器29的參數(shù)或條件。另一方面，如果當(dāng)前操作溫度在目標(biāo)范圍之 外，則在步驟810中，控制器28可以啟動(dòng)或以其它方式調(diào)節(jié)熱管理裝置200，并且返回到系 統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)視。與確定當(dāng)前操作溫度是否不同于目標(biāo)溫度形成對(duì)照，收發(fā)器29的當(dāng)前操作 溫度是否在目標(biāo)范圍之外的確定可以包括確定當(dāng)前操作溫度是否在可能引起極限循環(huán)的 死區(qū)因數(shù)內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟812中，控制器28可以呈現(xiàn)數(shù)據(jù)(例如，外殼40中的溫 度)或數(shù)據(jù)的一部分。例如，可以實(shí)時(shí)地呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以以各種形式(諸如圖形等等) 來(lái)呈現(xiàn)，并且可以是包括提供與數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的歷史信息的操縱數(shù)據(jù)。作為另一個(gè)示例，歷史 上具有較高外殼溫度或熱負(fù)荷的特定時(shí)間段可以被呈現(xiàn)給技術(shù)員，同時(shí)也呈現(xiàn)當(dāng)前外殼溫 度或熱負(fù)荷。在另一個(gè)實(shí)施例中，在步驟814中，控制器28可以監(jiān)視過(guò)程負(fù)荷或過(guò)程的活動(dòng)。過(guò) 程負(fù)荷或活動(dòng)可以用來(lái)預(yù)測(cè)與外殼40相關(guān)聯(lián)的溫度的變化。該信息可以用于調(diào)節(jié)熱管理 裝置200。例如，控制器28可以監(jiān)視造紙過(guò)程中的干燥步驟，其中在設(shè)施50中生成可能提 高收發(fā)器29中的及其周圍的溫度的熱。在另一個(gè)實(shí)施例中，在步驟816中，控制器28可以確定外殼溫度是否在臨界范圍 內(nèi)。如果外殼溫度不在臨界范圍內(nèi)，則控制器28可以以典型的方式(例如在用戶界面的顯 示監(jiān)視器處)呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，但如果參數(shù)在臨界范圍內(nèi)，則在步驟818中，控制器28可以給技術(shù) 員呈現(xiàn)警報(bào)。
監(jiān)視系統(tǒng)10可以提供溫度穩(wěn)定的測(cè)量和/或感測(cè)系統(tǒng)，其可以和多種樣品和/或 過(guò)程一起使用。監(jiān)視系統(tǒng)10可以提供系統(tǒng)10的收發(fā)器29的實(shí)時(shí)溫度穩(wěn)定以避免諸如經(jīng) 過(guò)溫度波動(dòng)的測(cè)量中的不準(zhǔn)確性。雖然示例性實(shí)施例是關(guān)于在IOGHz到IOOTHz的范圍內(nèi) 的輻射被描述的，但是本公開考慮使用電磁輻射的其它頻譜來(lái)監(jiān)視。另外，熱管理裝置200、 600和700的示例性實(shí)施例可以單獨(dú)或彼此結(jié)合使用。本公開還考慮使用其它熱管理裝置 和技術(shù)來(lái)用于收發(fā)器29的溫度穩(wěn)定。監(jiān)視系統(tǒng)10還考慮通過(guò)使用單獨(dú)地或與熱管理裝置200、600和700組合使用的 其它部件和技術(shù)來(lái)改進(jìn)監(jiān)視，包括空氣凈化從收發(fā)器29到樣品26的THz光束路徑?？諝?凈化可以控制或減輕濕度和/或空氣湍流的影響?？梢允褂枚喾N裝置和技術(shù)，包括把樣品 26暴露于來(lái)自空氣凈化裝置75 (圖1)的惰性氣體，諸如氮?dú)?。例如，在造紙過(guò)程中可能存 在高濕度水平，這可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)使用太赫茲輻射所進(jìn)行的監(jiān)視。盡管存在高濕度水平，但系 統(tǒng)10通過(guò)降低并穩(wěn)定在傳感器頭(sensorhead)和紙張之間的THz光束路徑中的濕度而允 許精確的監(jiān)視。本公開還考慮使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)指令集在被執(zhí)行時(shí)可以使機(jī)器 執(zhí)行上面討論的一個(gè)或多個(gè)方法。計(jì)算機(jī)指令可以被包含在存儲(chǔ)介質(zhì)中。在一些實(shí)施例 中，機(jī)器作為獨(dú)立式裝置進(jìn)行操作。在一些實(shí)施例中，機(jī)器可以(例如使用網(wǎng)絡(luò))連接到 其它機(jī)器。在聯(lián)網(wǎng)的部署中，機(jī)器可以作為服務(wù)器-客戶端用戶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的服務(wù)器或客 戶端用戶機(jī)器進(jìn)行操作，或者作為對(duì)等(或分布式)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的對(duì)等機(jī)器進(jìn)行操作。所 述機(jī)器可以包括服務(wù)器計(jì)算機(jī)、客戶端用戶計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)、平板PC、膝上型計(jì)算 機(jī)、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)路由器、交換機(jī)或網(wǎng)橋、或者任何能夠執(zhí)行(順序的或以其 它方式的)指令集的機(jī)器，所述指令指定該機(jī)器要采取的動(dòng)作。而且，術(shù)語(yǔ)“機(jī)器”應(yīng)視為 包括單一機(jī)器或任何機(jī)器集合，所述機(jī)器單獨(dú)地或聯(lián)合地執(zhí)行一個(gè)(或多個(gè))指令集以執(zhí) 行本文討論的一個(gè)或多個(gè)方法。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以在其上存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)指令集(例如軟件)，以具體實(shí) 施本文描述的一個(gè)或多個(gè)方法或功能，包括上面說(shuō)明的那些方法。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可 以是機(jī)電介質(zhì)，諸如普通磁盤驅(qū)動(dòng)；或者是沒(méi)有移動(dòng)部分的大容量存儲(chǔ)介質(zhì)，諸如閃存或比 如非易失性存儲(chǔ)器。這些指令還可以完全或至少部分地駐留在主存儲(chǔ)器、靜態(tài)存儲(chǔ)器內(nèi)或 者在由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)其執(zhí)行期間駐留在處理器內(nèi)。主存儲(chǔ)器和處理器也可以構(gòu)成計(jì)算機(jī)可 讀存儲(chǔ)介質(zhì)。同樣可以構(gòu)造專用的硬件實(shí)施方式來(lái)實(shí)施本文描述的方法，包括但不限于專用集 成電路、可編程邏輯陣列以及其它硬件裝置?？梢园ǜ鱾€(gè)實(shí)施例的設(shè)備和系統(tǒng)的應(yīng)用廣 義上包括各種電子和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一些實(shí)施例將功能實(shí)施在兩個(gè)或更多特定互連的硬件模 塊或裝置中——其中在模塊之間并通過(guò)模塊傳送相關(guān)控制和數(shù)據(jù)信號(hào)，或者將功能實(shí)施為 專用集成電路的一部分。因而，示例系統(tǒng)可應(yīng)用于軟件、固件和硬件實(shí)施方式。依據(jù)本公開的各個(gè)實(shí)施例，本文描述的方法旨在作為運(yùn)行在計(jì)算機(jī)處理器上的軟 件程序進(jìn)行操作。而且，軟件實(shí)施方式可以包括但不限于分布式處理或部件/對(duì)象分布式 處理、也可以構(gòu)造并行處理或虛擬機(jī)處理來(lái)實(shí)施本文描述的方法。本公開考慮機(jī)器可讀介 質(zhì)，所述機(jī)器可讀介質(zhì)包含指令或者接收并執(zhí)行來(lái)自傳播信號(hào)的指令以便諸如連接到網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境的裝置可以發(fā)送或接收數(shù)據(jù)并且使用指令通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。
雖然計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是單一介質(zhì)，但是術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)”應(yīng)當(dāng) 視為包括存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)指令集的單一介質(zhì)或多個(gè)介質(zhì)(例如，集中式或分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、 和/或相關(guān)聯(lián)的高速緩存和服務(wù)器)。術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)”還應(yīng)視為包括任何能夠 存儲(chǔ)、編碼或承載供機(jī)器執(zhí)行的指令集并且使機(jī)器執(zhí)行本公開的任何一個(gè)或多個(gè)方法的介 質(zhì)。術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)”因而應(yīng)視為包括但不限于固態(tài)存儲(chǔ)器，諸如存儲(chǔ)卡或其 它容納一個(gè)或多個(gè)只讀(非易失性)存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器或其它可重寫(易失性)存 儲(chǔ)器的封裝件(package)；磁光或光學(xué)介質(zhì)，諸如磁盤或磁帶；以及載波信號(hào)，諸如在傳輸 介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)指令的信號(hào)；和/或電子郵件的數(shù)字文件附件或其它自含式信息檔案或 檔案集被認(rèn)為是與有形存儲(chǔ)介質(zhì)等效的分布介質(zhì)。因而，該公開被認(rèn)為包括如本文列舉的 且包括本領(lǐng)域公認(rèn)的等效物和后續(xù)介質(zhì)的、其中存儲(chǔ)本文的軟件實(shí)施方式的計(jì)算機(jī)可讀存 儲(chǔ)介質(zhì)或分布介質(zhì)中的任何一個(gè)或多個(gè)。本文描述的實(shí)施例的圖示旨在提供各個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的一般理解，并且它們不旨 在用作可能利用本文描述的結(jié)構(gòu)的設(shè)備和系統(tǒng)的所有元件和特征的完整描述。許多其它實(shí) 施例對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員在回顧上面描述后將是顯而易見的?？梢岳貌⑶覐闹袑?dǎo)出其它 實(shí)施例，以致可以在不偏離該公開的范圍的情況下做出結(jié)構(gòu)與邏輯的替換和變化。附圖也 僅僅是代表性的并且可能沒(méi)有按比例繪制。其某些比例可能被夸大，而其它可能被最小化。 因而，說(shuō)明書和附圖要視為說(shuō)明性的而不是限制性的意義。因此，盡管本文描述并示出了具 體實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)明白，為獲得相同目的而設(shè)想的任何布置可以替換所示的具體實(shí)施例。 該公開旨在覆蓋各個(gè)實(shí)施例的任何及所有修改或變型。上面實(shí)施例以及本文未具體描述的 其它實(shí)施例的組合對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員在回顧上面描述后將是顯而易見的。因此，意圖是 本公開不限于被公開作為實(shí)施本發(fā)明所考慮的最佳模式的(一個(gè)或多個(gè))特定實(shí)施例，而 是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。提供公開的摘要以符合37C. F. R. § 1. 72(b)——要求摘要將允許讀者快速確定本 技術(shù)公開的本質(zhì)。其是以如下理解提交的其不將用來(lái)解釋或限制權(quán)利要求的范圍或含義。
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權(quán)利要求
一種用于監(jiān)視樣品或過(guò)程(26)的裝置(29)，所述裝置(29)具有外殼(40)，所述外殼在操作時(shí)連接到光纖光纜(32)，所述光纖光纜(32)向所述外殼提供光波；中繼光學(xué)器件(30)，用于接收光波并且被定位在外殼(40)中；輻射裝置(36)，用于處理或產(chǎn)生來(lái)自所述光波的在10GHz到100THz的頻率范圍內(nèi)的輻射并且被定位在外殼(40)中；溫度傳感器(250)，與外殼(40)熱連通；以及熱管理裝置(200，600，700)，與外殼(40)熱連通，其特征在于熱管理裝置(200，600，700)基于由溫度傳感器(250)測(cè)量的溫度條件來(lái)調(diào)節(jié)外殼(40)內(nèi)的溫度。
2.權(quán)利要求1的裝置(29)，其特征在于所述熱管理裝置(200)是熱電裝置；中繼光學(xué) 器件(30)、輻射裝置(36)和光纖光纜(32)中的至少一個(gè)被安裝到安裝板(42)；熱電裝置 (200)與安裝板(42)熱連通；以及與外殼(40)相關(guān)聯(lián)的溫度條件包括安裝板(42)的溫度。
3.權(quán)利要求1的裝置(29)，其特征在于所述熱電裝置(200)具有設(shè)置在外殼(40)內(nèi) 部的第一部分和設(shè)置在外殼(40)外部的第二部分。
4.權(quán)利要求1的裝置(29)，其特征在于所述熱管理裝置(200，600，700)通過(guò)強(qiáng)制流體 對(duì)流和強(qiáng)制空氣對(duì)流中的至少一個(gè)來(lái)調(diào)節(jié)外殼(40)內(nèi)的溫度。
5.權(quán)利要求1的裝置(29)，其特征在于所述溫度傳感器(250)把數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)離所述 裝置(29)定位的控制器(28)。
6.權(quán)利要求1的裝置(29)，其特征在于散熱器(515、540、610、710)被定位在外殼(40) 中；以及所述熱管理裝置(200，600，700)通過(guò)熱電冷卻、強(qiáng)制流體對(duì)流和強(qiáng)制空氣對(duì)流中 的至少一個(gè)從散熱器(515、540、610、710)中除去熱來(lái)調(diào)節(jié)外殼(40)內(nèi)的溫度。
7.權(quán)利要求1的裝置(29)，其特征在于凈化裝置(75)被定位成與所述樣品或過(guò)程 (26)流體連通以向鄰近所述樣品或過(guò)程(26)的輻射路徑施加惰性氣體。
8.權(quán)利要求1的裝置(29)，其特征在于所述熱管理裝置(200)是熱電裝置；中繼光學(xué) 器件(30)、輻射裝置(36)和光纖光纜(32)被安裝到安裝板(42)；熱電裝置(200)與安裝 板(42)熱連通；以及與外殼(40)相關(guān)聯(lián)的溫度條件包括安裝板(42)的溫度。
全文摘要
一種監(jiān)視溫度穩(wěn)定性的系統(tǒng)(10)和方法。該系統(tǒng)(10)可以包括外殼(40)，在操作時(shí)連接到光纖光纜(32)，所述光纖光纜(32)向該外殼提供光波；中繼光學(xué)器件(30)，用于接收光波并且被定位在外殼(40)中；輻射裝置(36)，用于處理或產(chǎn)生來(lái)自光波的在10GHz到100THz的頻率范圍內(nèi)的輻射并且被定位在外殼(40)中；溫度傳感器(250)，與外殼(40)熱連通；以及熱管理裝置(200，600，700)，與外殼(40)熱連通。該熱管理裝置(200，600，700)基于由溫度傳感器(250)測(cè)量的溫度條件來(lái)調(diào)節(jié)外殼(40)內(nèi)的溫度。其它實(shí)施例也被公開。
文檔編號(hào)G05B23/02GK101903842SQ200880121529
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者D·R·熱茲, F·M·哈蘭 申請(qǐng)人:霍尼韋爾阿斯卡公司