專利名稱：監(jiān)視溫度穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法
技術領域：
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：
諸如制造廠、化工廠和煉油廠之類的加工設施典型地使用過程控制系統(tǒng)進行管 理。閥門、泵、電動機、加熱/冷卻裝置以及其它工業(yè)設備典型地執(zhí)行為在加工設施中加工 材料所需的動作。除了別的功能之外，過程控制系統(tǒng)往往管理加工設施中的工業(yè)設備的使用。在常規(guī)的過程控制系統(tǒng)中，往往使用控制器來控制加工設施中的工業(yè)設備的操 作。這些控制器典型地可以通過使用各種傳感器來監(jiān)視工業(yè)設備和/或產(chǎn)品或相關材料的 操作，并且基于從各種傳感器獲取的信息來給工業(yè)設備提供控制信號。然而，控制步驟往往 高度依賴于來自傳感器的所測量的或以其它方式感測的數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)接收的不準確性或 延遲可能對控制過程具有顯著的影響。一個這樣的可以用于控制過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，包括指向光開關元件，其中色散效應可忽略不計。自由空 間激光脈沖的使用存在缺點，諸如被物體或人偏轉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，可能要求諸如對對準機構的材料性質進行頻率重對準。工業(yè)和其它環(huán)境可能對太赫茲監(jiān)視系統(tǒng)造成其它問題。溫度波動、振動和大氣影 響(例如，濕度和/或空氣湍流)的存在可能對獲得準確且可重復測量的能力有不利影響。 溫度波動可能引起太赫茲收發(fā)器的漂移，這對實現(xiàn)測量不利。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)容簡要地指出發(fā)明的本質 和實質。其是以如下理解提交的其不將用來解釋或限制權利要求的范圍或含義。在本公開的一個示例性實施例中，一種處理參數(shù)的溫度穩(wěn)定感測的方法可以包 括把電磁波耦合到至少一個外殼中，其中該外殼在其中具有輻射發(fā)生器系統(tǒng)和輻射檢測 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)中的樣品引導該輸出輻射；感測與外殼相關聯(lián)的溫度條件，同時接收 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的溫度條件來控制外 殼內(nèi)的溫度。在另一個示例性實施例中，提供一種用于監(jiān)視樣品或過程的裝置。該裝置可以 包括外殼，在操作時連接到光纖光纜，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量的溫度條件來調節(jié)外殼 內(nèi)的溫度。在進一步的示例性實施例中，提供一種用于監(jiān)視樣品或過程的系統(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)射器向樣品或過程施加輻 射；接收器，用于接收并處理向樣品或過程施加的輻射；以及空氣凈化(airpurging)裝置， 與樣品或過程流體連通。該空氣凈化裝置可以向鄰近樣品或過程的輻射路徑施加惰性氣 體。技術效果包括但不限于通過成像或光譜學的方式實現(xiàn)精確的且可重復的測量。技 術效果還包括但不限于使測量裝置中及其周圍的溫度穩(wěn)定以實現(xiàn)精確的且可重復的測量。本領域的技術人員從以下的詳細描述、附圖和所附權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。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實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)明實施例的使用圖1到7的系統(tǒng)和/或裝置來進行太赫茲收 發(fā)器的溫度穩(wěn)定的示例性方法的流程圖。
具體實施例方式參照附圖并且具體參照圖1，依據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的監(jiān)視系統(tǒng)被示出 并且大體上由附圖標記10表示。監(jiān)視系統(tǒng)10可以用于各種加工設施、各種過程和/或各 種樣品，包括制造過程、化工廠、煉油廠和紙產(chǎn)品。不旨在限制待監(jiān)視或測量的特定類型的 設施或過程和/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)可以提供過程控制，包括多變量過程。在一個實施例中，監(jiān)視系 統(tǒng)10可以獲得與非線性過程相關聯(lián)的數(shù)據(jù)，但是本公開還考慮把監(jiān)視系統(tǒng)10用于測量或 以其它方式感測線性過程中的各方面。監(jiān)視系統(tǒng)10可以生成并檢測用于監(jiān)視過程或樣品的各種性質的電磁波，諸如太 赫茲(THz)波。系統(tǒng)10可以包括脈沖激光器16，諸如摻鈦藍寶石(Ti 藍寶石)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或其它光導管耦合到第一 THz收發(fā)器29并且經(jīng)由光學延遲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， 但是本領域的普通技術人員應當理解這些裝置卻可以是獨立的專用裝置，每個裝置僅執(zhí)行 發(fā)送和接收中的一個。THz發(fā)射器29可以生成THz輻射，所述THz輻射傳播經(jīng)過第一光學系統(tǒng)17、經(jīng)過 加工設施50的樣品26、經(jīng)過第二光學系統(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。光學延遲22可以確定信號的哪個時間部分由在 THz接收器29的脈沖來選通(gate)。在一個實施例中，光學延遲22可以由控制器28 (例 如，臺式計算機)控制，該控制器28也可以接收THz接收器29的輸出信號。光學系統(tǒng)27 可以是各種類型的，包括準直光學元件。系統(tǒng)10考慮到把收發(fā)器29定位在諸如造紙廠中的遠程位置或難以到達的位置， 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。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 (例如設施中的溫度波動)或對準偏移的顯著影響。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可以具有一對被結合到半導體襯底(諸如低溫生長的砷化鎵襯底)的電極。 收發(fā)器29還可以包括中繼光學器件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) 器部件以保護它們免受環(huán)境變量和粗處理的影響。在一個實施例中，外殼40可以被氣密 密封。在另一個實施例中，外殼40可以包含干燥惰性氣體，諸如氮氣。多個電導體管腳 49可以結合到電絕緣襯套52，所述電絕緣襯套52被壓入并結合到外殼40中的襯套孔口 (aperture) 540光纖孔口 56可以被設置在外殼40中并且被配置成接收套圈(ferrule)62， 所述套圈62具有與其結合的光纖32。多個安裝孔口 58可以被提供在外殼40中以把收發(fā) 器29機械地固定到安裝表面。外殼40可以具有多種形狀和大小，包括符合標準的部件形 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47、光纖32和/或太赫茲裝置36固定在適當?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。在一個實施 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 由于振動而可能發(fā)生的未對準。在另一個實施例中，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 上以用于減少從太赫茲裝置36發(fā)出的電磁波輻射的發(fā)散。該透鏡31可以是硅、藍寶石、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的適當高度，從而確保光纖與中繼光學器件30和太赫茲裝置36的對準。在一個實施例中， 光纖軸臺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47 結合到安裝板42，或者利用其它連接結構或技術把光纖軸臺47結合到安裝板42。這可以 允許操縱光纖32直到THz信號被優(yōu)化為止。焊料或環(huán)氧樹脂然后可以被沉積到光纖軸臺 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促進從光纖32經(jīng)過軸臺47 和板42的熱傳遞。光纖32可以被安裝成遠離中繼光學器件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使用焊料、環(huán)氧樹脂或其它適當?shù)慕Y合劑把光纖結合到中 繼光學器件而把光纖32與中繼光學器件30集成以產(chǎn)生光纖組件。然后可以通過主動操縱 整個組件而不只是操縱光纖來實現(xiàn)光纖組件的對準。在另一個實施例(未示出)中，諸如 通過用光纖材料形成中繼光學器件并且將其配置成產(chǎn)生將起到與中繼光學器件相同作用 的縮倍透鏡(demagnifying lens)，中繼光學器件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)器的目標部件，諸如光繼電器30、光纖32和/或 太赫茲裝置36。在另一個實施例中，裝置200可以冷卻外殼40的內(nèi)體積以補償諸如由電部 件生成的熱和/或設施50中的熱。本公開還考慮熱管理裝置200能夠諸如通過使電流反 向流過熱電裝置(例如可逆的珀耳帖(Peltier)裝置)來加熱各個部件和/或加熱外殼40 的內(nèi)體積。在另一個實施例中，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)射來獲得冷卻，其中該阻擋層典型地是半導體。這樣的裝置可 以具有大約在一和二之間的預期效率，這類似于基于氟利昂(Freon)的致冷?？梢酝ㄟ^線路210給熱電冷卻器200提供功率和/或控制信號。傳感器250，諸如 溫度換能器和/或濕度檢測器，可以用于檢測外殼40內(nèi)的條件。在一個實施例中，傳感器 250可以諸如通過有線線路和/或無線鏈路而耦合到控制器28，以向控制器提供關于THz 收發(fā)器條件的數(shù)據(jù)，包括收發(fā)器的各個部件的溫度和/或外殼40內(nèi)的溫度?？刂破?8可 以提供控制信號和/或調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。在另一個實施例中，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并且諸如通過電流調整來控制外殼40中的溫度。在又一 個實施例中，熱電冷卻器200可以諸如通過導體管腳49和跳線57來利用被提供到收發(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中的一個或多個可以直接 連接到與熱電冷卻器200直接接觸的板42。在另一個實施例中，熱電冷卻器200可以被定 位成通過形成在外殼40中的開口，并且通過多種結構和技術(包括焊接或結合)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)多個因素(包括收 發(fā)器部件的預期熱負荷)而變化。例如，圖2-4的示例性實施例示出被定位在板42之下的單一熱電冷卻器200，其中冷側被包含在外殼40內(nèi)。熱電冷卻器200的熱側可以被定位在 外殼40的外部和/或與外殼的外部熱接觸。在另一個示例性實施例中，熱電冷卻器200的 熱側可以與外殼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 以促進相對于板42和/或目標部件(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 響應時間。閉環(huán)中的溫度傳感器250可以直接和/或熱接觸到該板。另外參照圖5，熱電冷卻器200可以具有沿冷側的散熱器或其它導熱材料515、彼 此串聯(lián)的一個或多個N摻雜半導體535和一個或多個P摻雜半導體535、以及沿熱側的散熱 器或其它導熱材料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可以通過熱界面材料520 (例如，熱脂、熱墊、熱油灰或焊料)、用于充當熱導體和電 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的銅跡線530中 的一個或多個而分別與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。參照圖6，其中類似的特征由與圖2-4中的相同的附圖標記進行標記，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 用來自傳感器250的數(shù)據(jù)來調節(jié)光繼電器30、光纖32和太赫茲裝置36中的一個或多個的 冷卻和/或加熱，和/或調節(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 個或多個散熱器610。散熱器610可以根據(jù)多個因素(包括要管理的熱負荷以及外殼40的 大小和形狀)而具有多種大小和形狀。散熱器610可以諸如通過使用可以穿過外殼40中 的開口的導管620而與用于從其除去熱的冷卻流體實現(xiàn)流體連通。導管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，不過其它的冷卻回路也被考慮，包括強 制空氣對流、強制流體對流和/或自然對流。在一個實施例中，流體熱管理裝置60可以把熱管或導熱管例如用于導管620。熱 管620可以是由諸如銅或鋁之類的導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。在管側壁的內(nèi)側上，毛細結構 (wickstructure)可以對液相的工作流體施加毛細管力。該毛細結構可以是能夠吸收工作 流體的任何材料或結構，諸如燒結的金屬粉末或與管軸平行的一系列凹槽。可以調節(jié)工作 流體的量以控制冷卻或加熱的量。參照圖7，其中類似的特征由與圖2-4中的相同附圖標記進行標記，所示的收發(fā)器 29使用強制空氣熱管理裝置700。類似于上面描述的裝置200，裝置700可以使用來自傳感 器250的數(shù)據(jù)來調節(jié)光繼電器30、光纖32和太赫茲裝置36中的一個或多個的冷卻和/或 加熱，和/或調節(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 的一個或多個散熱器710。散熱器710可以被部分地設置在外殼40中且部分地設置在外 殼的外部。散熱器710可以根據(jù)多個因素(包括要管理的熱負荷以及外殼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 單一結構。在另一個實施例中，散熱器710可以是環(huán)，其中光纖32和/或光繼電器30通過 該環(huán)中的開口進行定位。散熱器710可以與用于使用強制空氣對流來從其除去熱的一個或 多個風扇720流體連通。一個或多個風扇720的數(shù)量、大小和配置可以根據(jù)多個因素(包
7括要管理的熱負荷以及外殼40的大小和形狀)而變化。在一個實施例中，風扇720可以是變頻驅動(VFD)風扇，其允許通過控制供應給 使風扇葉片旋轉的交流電動機的電功率的頻率來控制該交流電動機的旋轉速度。VFD風扇 720可以允許例如由控制器28響應于由外殼40中的傳感器250提供的數(shù)據(jù)而連續(xù)地調節(jié) 風扇速度。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。本領域的普通技術人員會明白，在不偏離所附權利要求的范圍的情況下， 圖8中未描繪的其它實施例是可能的。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 個實施例中，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。在另一個實施例中，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節(jié)的間隔向每個傳感器發(fā)送輪詢信號以獲取對應的數(shù)據(jù)。在另 一個實施例中，傳感器250可以以調度的間隔來提供對應的數(shù)據(jù)。該間隔的特定長度以及 其是否可調節(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的收發(fā)器的熱負荷。在步驟806中，控制器28可以確定外殼40中的或與外殼40相關聯(lián)的溫度和/或 收發(fā)器的一個或多個部件的溫度。在步驟808中，控制器28可以確定收發(fā)器當前操作溫度 是否在目標范圍之外。如果當前操作溫度不在目標范圍之外，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，如果當前操作溫度在目標范圍之 外，則在步驟810中，控制器28可以啟動或以其它方式調節(jié)熱管理裝置200，并且返回到系 統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)視。與確定當前操作溫度是否不同于目標溫度形成對照，收發(fā)器29的當前操作 溫度是否在目標范圍之外的確定可以包括確定當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)。在一個實施例中，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，可以實時地呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以以各種形式(諸如圖形等等) 來呈現(xiàn)，并且可以是包括提供與數(shù)據(jù)相關聯(lián)的歷史信息的操縱數(shù)據(jù)。作為另一個示例，歷史 上具有較高外殼溫度或熱負荷的特定時間段可以被呈現(xiàn)給技術員，同時也呈現(xiàn)當前外殼溫 度或熱負荷。在另一個實施例中，在步驟814中，控制器28可以監(jiān)視過程負荷或過程的活動。過 程負荷或活動可以用來預測與外殼40相關聯(lián)的溫度的變化。該信息可以用于調節(jié)熱管理 裝置200。例如，控制器28可以監(jiān)視造紙過程中的干燥步驟，其中在設施50中生成可能提 高收發(fā)器29中的及其周圍的溫度的熱。在另一個實施例中，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 員呈現(xiàn)警報。
監(jiān)視系統(tǒng)10可以提供溫度穩(wěn)定的測量和/或感測系統(tǒng)，其可以和多種樣品和/或 過程一起使用。監(jiān)視系統(tǒng)10可以提供系統(tǒng)10的收發(fā)器29的實時溫度穩(wěn)定以避免諸如經(jīng) 過溫度波動的測量中的不準確性。雖然示例性實施例是關于在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監(jiān)視。另外，熱管理裝置200、 600和700的示例性實施例可以單獨或彼此結合使用。本公開還考慮使用其它熱管理裝置 和技術來用于收發(fā)器29的溫度穩(wěn)定。監(jiān)視系統(tǒng)10還考慮通過使用單獨地或與熱管理裝置200、600和700組合使用的 其它部件和技術來改進監(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。可以使用多種裝置和技術，包括把樣品 26暴露于來自空氣凈化裝置75 (圖1)的惰性氣體，諸如氮氣。例如，在造紙過程中可能存 在高濕度水平，這可以實現(xiàn)通過使用太赫茲輻射所進行的監(jiān)視。盡管存在高濕度水平，但系 統(tǒng)10通過降低并穩(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算機系統(tǒng)，在該計算機系統(tǒng)內(nèi)指令集在被執(zhí)行時可以使機器 執(zhí)行上面討論的一個或多個方法。計算機指令可以被包含在存儲介質中。在一些實施例 中，機器作為獨立式裝置進行操作。在一些實施例中，機器可以(例如使用網(wǎng)絡)連接到 其它機器。在聯(lián)網(wǎng)的部署中，機器可以作為服務器-客戶端用戶網(wǎng)絡環(huán)境中的服務器或客 戶端用戶機器進行操作，或者作為對等(或分布式)網(wǎng)絡環(huán)境中的對等機器進行操作。所 述機器可以包括服務器計算機、客戶端用戶計算機、個人計算機(PC)、平板PC、膝上型計算 機、臺式計算機、控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡路由器、交換機或網(wǎng)橋、或者任何能夠執(zhí)行(順序的或以其 它方式的)指令集的機器，所述指令指定該機器要采取的動作。而且，術語“機器”應視為 包括單一機器或任何機器集合，所述機器單獨地或聯(lián)合地執(zhí)行一個(或多個)指令集以執(zhí) 行本文討論的一個或多個方法。計算機可讀存儲介質可以在其上存儲一個或多個指令集(例如軟件)，以具體實 施本文描述的一個或多個方法或功能，包括上面說明的那些方法。計算機可讀存儲介質可 以是機電介質，諸如普通磁盤驅動；或者是沒有移動部分的大容量存儲介質，諸如閃存或比 如非易失性存儲器。這些指令還可以完全或至少部分地駐留在主存儲器、靜態(tài)存儲器內(nèi)或 者在由計算機系統(tǒng)對其執(zhí)行期間駐留在處理器內(nèi)。主存儲器和處理器也可以構成計算機可 讀存儲介質。同樣可以構造專用的硬件實施方式來實施本文描述的方法，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€實施例的設備和系統(tǒng)的應用廣 義上包括各種電子和計算機系統(tǒng)。一些實施例將功能實施在兩個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模塊傳送相關控制和數(shù)據(jù)信號，或者將功能實施為 專用集成電路的一部分。因而，示例系統(tǒng)可應用于軟件、固件和硬件實施方式。依據(jù)本公開的各個實施例，本文描述的方法旨在作為運行在計算機處理器上的軟 件程序進行操作。而且，軟件實施方式可以包括但不限于分布式處理或部件/對象分布式 處理、也可以構造并行處理或虛擬機處理來實施本文描述的方法。本公開考慮機器可讀介 質，所述機器可讀介質包含指令或者接收并執(zhí)行來自傳播信號的指令以便諸如連接到網(wǎng)絡 環(huán)境的裝置可以發(fā)送或接收數(shù)據(jù)并且使用指令通過網(wǎng)絡進行通信。
雖然計算機可讀存儲介質可以是單一介質，但是術語“計算機可讀存儲介質”應當 視為包括存儲一個或多個指令集的單一介質或多個介質(例如，集中式或分布式數(shù)據(jù)庫、 和/或相關聯(lián)的高速緩存和服務器)。術語“計算機可讀存儲介質”還應視為包括任何能夠 存儲、編碼或承載供機器執(zhí)行的指令集并且使機器執(zhí)行本公開的任何一個或多個方法的介 質。術語“計算機可讀存儲介質”因而應視為包括但不限于固態(tài)存儲器，諸如存儲卡或其 它容納一個或多個只讀(非易失性)存儲器、隨機存取存儲器或其它可重寫(易失性)存 儲器的封裝件(package)；磁光或光學介質，諸如磁盤或磁帶；以及載波信號，諸如在傳輸 介質中實現(xiàn)計算機指令的信號；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 檔案集被認為是與有形存儲介質等效的分布介質。因而，該公開被認為包括如本文列舉的 且包括本領域公認的等效物和后續(xù)介質的、其中存儲本文的軟件實施方式的計算機可讀存 儲介質或分布介質中的任何一個或多個。本文描述的實施例的圖示旨在提供各個實施例的結構的一般理解，并且它們不旨 在用作可能利用本文描述的結構的設備和系統(tǒng)的所有元件和特征的完整描述。許多其它實 施例對本領域的技術人員在回顧上面描述后將是顯而易見的?？梢岳貌⑶覐闹袑С銎渌?實施例，以致可以在不偏離該公開的范圍的情況下做出結構與邏輯的替換和變化。附圖也 僅僅是代表性的并且可能沒有按比例繪制。其某些比例可能被夸大，而其它可能被最小化。 因而，說明書和附圖要視為說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 體實施例，但是應當明白，為獲得相同目的而設想的任何布置可以替換所示的具體實施例。 該公開旨在覆蓋各個實施例的任何及所有修改或變型。上面實施例以及本文未具體描述的 其它實施例的組合對本領域的技術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施本發(fā)明所考慮的最佳模式的(一個或多個)特定實施例，而 是本發(fā)明將包括落入所附權利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。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 技術公開的本質。其是以如下理解提交的其不將用來解釋或限制權利要求的范圍或含義。
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權利要求
一種用于監(jiān)視樣品或過程(26)的裝置(29)，所述裝置(29)具有外殼(40)，所述外殼在操作時連接到光纖光纜(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)測量的溫度條件來調節(jié)外殼(40)內(nèi)的溫度。
2.權利要求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 器件(30)、輻射裝置(36)和光纖光纜(32)中的至少一個被安裝到安裝板(42)；熱電裝置 (200)與安裝板(42)熱連通；以及與外殼(40)相關聯(lián)的溫度條件包括安裝板(42)的溫度。
3.權利要求1的裝置(29)，其特征在于所述熱電裝置(200)具有設置在外殼(40)內(nèi) 部的第一部分和設置在外殼(40)外部的第二部分。
4.權利要求1的裝置(29)，其特征在于所述熱管理裝置(200，600，700)通過強制流體 對流和強制空氣對流中的至少一個來調節(jié)外殼(40)內(nèi)的溫度。
5.權利要求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)送到遠離所述 裝置(29)定位的控制器(28)。
6.權利要求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)通過熱電冷卻、強制流體對流和強制空氣對流中 的至少一個從散熱器(515、540、610、710)中除去熱來調節(jié)外殼(40)內(nèi)的溫度。
7.權利要求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程 (26)流體連通以向鄰近所述樣品或過程(26)的輻射路徑施加惰性氣體。
8.權利要求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 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)測量的溫度條件來調節(jié)外殼(40)內(nèi)的溫度。其它實施例也被公開。
文檔編號G05B23/02GK101903842SQ200880121529
公開日2010年12月1日 申請日期2008年10月17日 優(yōu)先權日2007年10月19日
發(fā)明者D·R·熱茲, F·M·哈蘭 申請人:霍尼韋爾阿斯卡公司