專(zhuān)利名稱(chēng)：估測(cè)與表面接觸而感受到的溫度的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于估測(cè)與表面接觸而感受到的溫度的方法和裝置。雖然本 發(fā)明在機(jī)動(dòng)車(chē)輛工業(yè)中應(yīng)用具有特別的優(yōu)勢(shì)，但是本發(fā)明不限于在機(jī)動(dòng)車(chē)輛工業(yè)中應(yīng) 用。相反，本發(fā)明能夠應(yīng)用于需要將產(chǎn)品質(zhì)量的感知(特別是觸感(feel)和可觸知性 (palpability))最優(yōu)化的所有技術(shù)領(lǐng)域中，也就是說(shuō)還能夠應(yīng)用在例如電子或家具工業(yè) 中。
背景技術(shù)：
為了例如能夠?qū)Σ牧系目梢暫涂捎|知的確實(shí)性和/或真實(shí)性做出定量估測(cè)，對(duì)表 面接觸溫度的測(cè)量和/或估測(cè)是必需的。所謂的熱穿透系數(shù)在此處可以確定為特征參數(shù)。 這里產(chǎn)生的問(wèn)題是通常僅在大型機(jī)器中對(duì)測(cè)試材料確定該熱穿透系數(shù)。然而，特別在機(jī)動(dòng)車(chē)輛中，需要以非破壞性的、非接觸的形式并且不依賴(lài)于表面的 形態(tài)對(duì)與不同材料、特別是車(chē)內(nèi)出現(xiàn)的材料接觸的溫度感覺(jué)進(jìn)行估測(cè)，和/或?qū)?chē)內(nèi)出現(xiàn) 的材料的熱穿透系數(shù)進(jìn)行估測(cè)。同時(shí)，例如，用于此目的的測(cè)量裝置的尺寸應(yīng)當(dāng)可以由測(cè)量 機(jī)器人操控。DE 39 01 377 Al號(hào)專(zhuān)利文件公開(kāi)了一種在通過(guò)已產(chǎn)生溫度梯度的材料上的驅(qū)動(dòng) 器/傳感器系統(tǒng)測(cè)量熱電壓的基礎(chǔ)上確定導(dǎo)熱性的方法。在該方法中，所需的溫度差由作 為帕爾貼元件(Peltier element)運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)器在第一運(yùn)行模式下產(chǎn)生。與電流成比例的 帕爾貼熱的供給和放出被短暫地周期性地中斷，在這些中斷過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)器作為傳感器運(yùn) 行，其通過(guò)電子化地轉(zhuǎn)換到第二運(yùn)行模式來(lái)檢測(cè)與溫度差成比例的瞬時(shí)熱電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種用于估測(cè)與表面接觸而感受到的溫度的方法和 裝置，該方法和/或該裝置能夠使可靠的、不依賴(lài)于諸如表面顏色或傳遞性能的具體表面 形態(tài)的特性描述成為可能，并且同時(shí)能夠以非破壞性和可移動(dòng)的方式使用。本發(fā)明的目的根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1的特征的方法以及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求7的特征 的裝置得以實(shí)現(xiàn)?！N估測(cè)與表面接觸而感受到的溫度的方法具有下述步驟非接觸式加熱表面， 非接觸式測(cè)量表面溫度改變的時(shí)間，以及在溫度改變的時(shí)間的基礎(chǔ)上估測(cè)與表面接觸而感 受到的溫度。由于這樣的事實(shí)，即本發(fā)明的方法以非接觸式和非破壞性的方式操作，所以其確 保所要檢測(cè)的表面不會(huì)發(fā)生改變，并因此無(wú)殘留物存在，所以該方法也適用于對(duì)比研究和/ 或標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。在這種情況下，本發(fā)明的方法使得人感受到的溫度能夠以非破壞性的和能夠 移動(dòng)使用的方式來(lái)估測(cè)，可用于廣泛的多樣性的表面和/或材料，例如，金屬、木頭、塑料、 泡沫塑料等等。用于加熱和/或加熱表面的多種、非接觸式的技術(shù)可以用于本發(fā)明的方法的實(shí)例中。在不限制本發(fā)明的情況下，這些技術(shù)例如可以包括，使用鹵素?zé)艄?、紅外燈光、使用激光 源的燈光、或利用熱傳導(dǎo)(通過(guò)提供加熱的空氣，例如利用風(fēng)扇)。各種處理可以用于使表面標(biāo)準(zhǔn)化，以保證利用本發(fā)明的方法得到的結(jié)果可以客觀(guān) 比較，并且不依賴(lài)于特別的表面形態(tài)，具體說(shuō)，不依賴(lài)于表面的各自的顏色或傳遞性能。這 些改進(jìn)可以包含導(dǎo)熱膏的使用，具有特殊傳遞性能的(紙質(zhì))貼紙或膠帶的使用，適合的液 體(例如具有兩份體積的亞光黑色和一份體積的異丙醇)的使用，或能夠儲(chǔ)存在聚四氟乙 烯過(guò)濾器(Teflon filters)中并由此轉(zhuǎn)移至各樣品上的炭黑微粒的使用，還可以與其他改 進(jìn)以適合的、緊密的方式結(jié)合，以使改進(jìn)和/或標(biāo)準(zhǔn)化不僅可以在實(shí)驗(yàn)室也可以以移動(dòng)的 方式(例如以測(cè)量機(jī)器人的形式)應(yīng)用。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，加熱表面的步驟包含表面的脈沖加熱。此處利用比恒定的、均衡 的加熱更高級(jí)的方案來(lái)區(qū)分要檢測(cè)的不同的表面和/或材料是可能的，因?yàn)榉謩e獲得的、 并且描述依賴(lài)時(shí)間的溫度變化的函數(shù)和/或測(cè)量曲線(xiàn)不僅斜率(各回歸線(xiàn))相互不同，而 且由脈沖加熱產(chǎn)生的各個(gè)衰退曲線(xiàn)也相互不同。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，估測(cè)與表面接觸而感受到的溫度的步驟包含參數(shù)Vl的確定，該 參數(shù)由下式給定vl =
m · a
ιm表示回歸線(xiàn)的斜率，回歸線(xiàn)是為描述依賴(lài)時(shí)間的溫度變化的函數(shù)而確定的，a表 示由脈沖加熱產(chǎn)生的該函數(shù)中的衰退曲線(xiàn)的平均振幅。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，估測(cè)與表面接觸而感受到的溫度的步驟在校準(zhǔn)的基礎(chǔ) 上執(zhí)行，在校準(zhǔn)中為多個(gè)參考表面確定上述參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該校準(zhǔn)包含將為多個(gè)參考表面確定的參數(shù)(vl)分配 至各自的熱穿透系數(shù)(在下文中定義)值，所述熱穿透系數(shù)值對(duì)該參考表面來(lái)說(shuō)是已知的。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明涉及一種用于估測(cè)與表面接觸而感受到的溫度的 裝置，該裝置具有用于非接觸式加熱表面的熱源，用于非接觸式測(cè)量表面溫度的溫度計(jì)，和 評(píng)估單元，其基于表面溫度變化的時(shí)間來(lái)確定與表面接觸而感受到的溫度的特征參數(shù)，其 中所述表面溫度變化由加熱引起。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該裝置設(shè)計(jì)為利用熱源對(duì)表面進(jìn)行脈沖加熱。為了此 目的，該裝置可以特別具有能夠旋轉(zhuǎn)的屏幕，該屏幕具有至少一個(gè)開(kāi)口，可以通過(guò)所述開(kāi)口 將熱能施加至表面。本發(fā)明的進(jìn)一步的改進(jìn)可以從具體實(shí)施方式
和從屬權(quán)利要求中獲悉。


以下參照優(yōu)選實(shí)施例和附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。附圖中圖la-b表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)的主視示意圖(圖la) 和側(cè)視示意圖(Ib)；圖2-3是用于解釋圖1所示的測(cè)量裝置的操作的示意圖；圖4-5表示用于解釋本發(fā)明的方法和圖1所示測(cè)量裝置的校準(zhǔn)的圖表。
具體實(shí)施例方式圖Ia和Ib僅僅是以主視圖(圖la)和側(cè)視圖(圖lb)表示的本發(fā)明的測(cè)量裝置 的設(shè)計(jì)的示意圖。圖1所示的裝置具有熱源20，在示例性實(shí)施例中其配置為鹵素?zé)?，以及由支?5 支撐的(紅外)溫度計(jì)10。盡管下述加熱使用鹵素?zé)糇鳛闊嵩催M(jìn)行，但是本發(fā)明并不受此 限制。因此，根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例(未示出)，使用紅外燈、白熾燈、激光源或使用風(fēng)扇或可 控的熱吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行非接觸式加熱也是可能的。在圖1所示的示例性實(shí)施例中，形成熱源20的鹵素?zé)舻囊徊糠种卧谥Ъ?5上， 支架25(例如使用螺釘)固定在示例性實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)50的外殼上。電動(dòng)機(jī)50的軸35 通過(guò)螺釘和螺母連接36固定在可旋轉(zhuǎn)的盤(pán)或屏幕30上，該盤(pán)或屏幕30具有開(kāi)口 40以使 光和/或熱通過(guò)，而且盤(pán)或屏幕30對(duì)于熱和/或光(至少實(shí)質(zhì)上)是不可穿透的。根據(jù)圖2，溫度計(jì)10配成使其能夠測(cè)量超出可旋轉(zhuǎn)的盤(pán)或屏幕30的樣品60的樣 品表面上的溫度，典型地，與被測(cè)表面之間具有幾厘米(例如5-20厘米)的間隔。為了確保測(cè)量是客觀(guān)的或不依賴(lài)于各自表面的顏色和傳遞性能，提前對(duì)待檢測(cè)樣 品60執(zhí)行適合的均質(zhì)化或表面處理，在此之后所有的樣品具有一致的顏色屬性和表面結(jié) 構(gòu)。例如，市場(chǎng)上可以購(gòu)得的導(dǎo)熱膏、具有適合的傳遞性能(優(yōu)選低反射系數(shù))的(紙質(zhì)) 貼紙或膠帶、適合的液體(例如具有兩份體積的亞光黑色和一份體積的異丙醇)或炭黑微 粒(例如儲(chǔ)存在聚四氟乙烯過(guò)濾器(Teflonfilters)上的)，都能夠?yàn)榇四康挠糜诟髯缘谋?面。下面參照?qǐng)D4和圖5a_d，對(duì)本發(fā)明的對(duì)于待檢測(cè)材料的接觸溫度的測(cè)定和/或與 相關(guān)表面接觸的溫度感覺(jué)的定量化進(jìn)行解釋說(shuō)明。在本發(fā)明的方法的實(shí)例中，使用圖la-b和圖2所示的裝置對(duì)相關(guān)表面進(jìn)行脈沖 加熱，特別地，出于校準(zhǔn)裝置的目的，首先為一系列的參考樣品(所謂的“感受接觸樣品 (sensotact samples)”)進(jìn)行脈沖加熱。各參考樣品包含相互不同的材料(諸如可發(fā)性聚 苯乙烯(Styropor)、木頭、聚四氟乙烯或鋁)。通過(guò)周期性脈沖的加熱此處基于盤(pán)或屏幕30上的開(kāi)口 40獲得，盤(pán)或屏幕30在圖 la-b和圖2所示的裝置中轉(zhuǎn)動(dòng)，并產(chǎn)生與圖4 一致的特征鋸齒形曲線(xiàn)“A”至‘ ”，用于(對(duì) 樣品標(biāo)稱(chēng)為0、20、50、70和100的用于校準(zhǔn)的感受接觸樣品)測(cè)量隨時(shí)間變化的溫度。在 該實(shí)例中，脈沖是可以選擇的，僅作為例子，如可以以IHz的頻率記錄測(cè)量值。根據(jù)圖4，這些鋸齒形曲線(xiàn)首先用于(通過(guò)相對(duì)時(shí)間改變的溫度的測(cè)量曲線(xiàn))計(jì)算 回歸線(xiàn)的斜率，其次用于計(jì)算由于脈沖加熱產(chǎn)生的各“振動(dòng)”的衰退曲線(xiàn)的振幅。比較系數(shù)(comparative coefficient) vl通過(guò)平均振幅值和斜率值計(jì)算如下V/ =-
m-a(1),m表示回歸線(xiàn)的斜率，a表示衰退曲線(xiàn)的平均振幅。此外，用于校準(zhǔn)的參考或感受接觸樣品具有不同的、分別已知的熱穿透系數(shù)b值， 熱穿透系數(shù)b定義如下
權(quán)利要求
1.一種估測(cè)與表面接觸而感受到的溫度的方法，其特征在于，所述方法具有以下步驟a)非接觸式加熱表面；b)非接觸式測(cè)量表面溫度改變的時(shí)間；以及c)在溫度改變的時(shí)間的基礎(chǔ)上估測(cè)與表面接觸而感受到的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在加熱步驟a)之前，將表面進(jìn)行處理以使 表面的顏色和/或傳遞性能標(biāo)準(zhǔn)化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，加熱步驟a)包含脈沖加熱表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，估測(cè)與表面接觸而感受到的溫度的步驟 c)包含參數(shù)(vl)的確定，該參數(shù)由下式給定
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，估測(cè)與表面接觸而感受到的溫度的步驟 c)在校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上執(zhí)行，在校準(zhǔn)中為多個(gè)參考表面確定參數(shù)(vl)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，校準(zhǔn)包含將為多個(gè)參考表面確定的參數(shù) (vl)分配至各熱穿透系數(shù)(b)值，所述熱穿透系數(shù)(b)值對(duì)該參考表面而言是已知的，該熱 穿透系數(shù)定義為
7.一種用于估測(cè)與表面接觸而感受到的溫度的裝置，其特征在于，所述裝置具有 熱源(20)，其用于非接觸式加熱表面；溫度計(jì)(10)，其用于非接觸式測(cè)量表面溫度；以及評(píng)估單元，其基于表面溫度變化的時(shí)間來(lái)確定與表面接觸而感受到的溫度的特征參數(shù) (vl)，所述表面溫度變化由加熱引起。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置設(shè)計(jì)為利用熱源(20)對(duì)表面進(jìn) 行脈沖加熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述用于對(duì)表面進(jìn)行脈沖加熱的裝置具 有能夠旋轉(zhuǎn)的屏幕(30)，屏幕(30)具有至少一個(gè)開(kāi)口(40)，可以通過(guò)所述開(kāi)口(40)將熱 能施加至表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種估測(cè)與表面接觸而感受到的溫度的方法和裝置。本發(fā)明的方法具有如下步驟非接觸式加熱表面，非接觸式測(cè)量表面溫度改變的時(shí)間，以及在溫度改變的時(shí)間的基礎(chǔ)上估測(cè)與表面接觸而感受到的溫度。
文檔編號(hào)G01K13/00GK102116686SQ20101059259
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月6日
發(fā)明者亞歷山大·范·拉克, 馬克·雷內(nèi)·斯賓格勒 申請(qǐng)人:福特全球技術(shù)公司