技术摘要：
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  全部
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 3 CN 111556959 A 说　明　书 2/5 页 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。 继而，文献EP0836905B1中公开的发明涉及一种表面处理方法，该表面处理方法借 助于由以一个接一个前后布置成排的形式彼此相邻地分布的二极管/激光器的系统生成的 激光辐射通过温度进行控制。辐射集中在被处理物品的表面，借助于对红外辐射敏感的二 极管监测该物品的温度，然后将激光辐射强度的分布调整到所需的温度曲线。通过控制和/ 或启用和停用反馈回路中的各排二极管或激光器——该反馈回路具有对从被处理表面发 射的辐射的长度进行测量的二极管——可以将激光辐射强度的分布调整到所需的温度曲 线。 另一个专利文献US006122440A公开了一种用于快速热处理硅晶片的设备。所公开 的解决方案的本质是基于盘形的多区域热辐射源的加热系统。该源包括在两个圆(其中一 个圆位于中心)的包封件(envelope)上同心布置的灯。每个灯单独供电。经处理的硅材料被 源的整个表面照亮。借助于与灯的控制器耦合的传感器进行温度测量。控制器检查传递到 晶片表面的热能的量，如该热能的量指示偏离给定温度，则控制器可以在给定区域内改变 灯的功率(减小或增加)，从而修改晶片表面上的温度曲线。
技术实现要素：
本发明面对的技术问题涉及提出这样一种温度控制方法，该方法使得能够在给定 点以远程方式——即无需使对象直接接触电磁波源(加热器)和测温工具(检测器)——来 传递适当量的热能，以便在该点处提供恒定值的电磁波通量。还应当可以以选择性方式调 节从若干个源的系统传递的能量的量，以便能够对被照射表面上或给定体积中的温度进行 成形。加热器和传感器应当放置在反馈回路中，以便能够改变局部入射到对象上的辐射的 幅值。出人意料地，本发明解决了前述技术需求。 本发明的第一个目的是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，如激光器或二极管或超声波发生器，所述电磁波源通过线连接到具有微处理器的 专用控制器，所述具有微处理器的专用控制器通过线连接到热辐射检测器，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α介于0°至 180°之间。在反馈系统中，电磁波源、检测器和控制器借助于线彼此连接，该反馈系统可以 调节和稳定源的功率，从而调节和稳定被照射对象的温度。 本发明的第二个目的是一种用于生成电磁辐射波阵面曲线的方法，其特征在于， 通过将所述电磁辐射源彼此叠置，或者通过改变传递到所述电磁辐射源的功率而不超过所 述源的最大功率，或者通过将透镜或透镜的系统放置在一个或更多个电磁波源之前，而根 据电磁辐射源的系统来生成所述波阵面曲线的形状。在本发明的第一实施例中，具有发射 相等电磁波的通量值的电磁波源彼此叠置。在电磁波源的这种位置产生了电磁辐射的平面 波阵面。在本发明的另一实施例中，电磁波源被叠置，其中，至少一个电磁波源与其余电磁 波源的区别在于它们发射的电磁波的通量值；产生了除平面以外的波阵面。产生的波阵面 4 CN 111556959 A 说　明　书 3/5 页 可以具有正形状或负形状。在本发明的另一实施例中，在单个电磁波源之前存在发射电磁 波的透镜，该透镜扩大了电磁波的通量，并且产生了电磁辐射的波阵面曲线，其中，透镜壁 的形状相对于电磁辐射波源是相反的。 本发明的第三个目的是本发明第一个目的中定义的装置的以下用途：用于使用根 据本发明第二个目的中定义的方法生成的波阵面曲线来生成温度场曲线。检测器和电磁波 源如本发明第一个目的中所定义的被放置并彼此连接。检测器与电磁波源之间的连接在它 们之间产生了反馈回路。来自一个或更多个电磁波源的能量以根据本发明第二个目的定义 的方法之一生成的波阵面的形式被传递到空间中的点(其坐标为Δx,Δy,Δz)或平面上的 点(其坐标为Δx,Δy,Δz＝0)或平面(其大小为Δx,Δy)。以电磁波形式传递的能量被空 间中的点(其坐标为Δx,Δy,Δz)或平面上的点(其坐标为Δx,Δy,Δz＝0)或平面(其大 小为Δx,Δy)吸收。电磁波的吸收引起温度升高。温度的变化由检测器记录。检测器的软件 将在空间中的点(其坐标为Δx,Δy,Δz)或平面上的点(其坐标为Δx,Δy,Δz＝0)或平面 (其大小为Δx,Δy)处测量的温度值与给定的温度值做比较。如果温度值不同，则传递给一 个或更多个电磁波源的功率的变化由专用控制器执行。这引起传递到空间中的点(其坐标 为Δx,Δy,Δz)或平面上的点(其坐标为Δx,Δy,Δz＝0)或平面(其大小为Δx,Δy)的电 磁波的通量的大小的变化。温度值的另一读取由检测器实施。重复温度读取-功率变化顺 序，直到测量的温度值与检测器上给定的温度值相对应为止。 检测器与电磁波源的连接使得能够选择性地调节由源发射的辐射的幅值。因此， 随着时间的变化，以电磁辐射的通量形式传递给对象的能量的量保持恒定，这意味着温度 恒定。检测器(1)与保持叠置的许多独立的电磁波源耦合，可以实现独立调节它们各自的强 度，从而引起波阵面曲线成形，并因此引起产生的温度场曲线成形。 根据本发明的温度控制方法可以用于在下述应用中控制和调节温度：其中，由于 在具有良好隔热性能的材料的表面和体积上生成大的温度梯度的体积很小或表面很小，所 以难以在受控对象中制造(安装)热源和温度传感器。根据本发明的方法的一个优点是可以 在封闭的环境(例如带有微生物的瓶子或密封的塑料培养管)中加热和测量温度。而且，根 据本发明的方法可以应用于许多科学领域。例如，在生物学中，用于PCR反应和其他需要温 度恒定或温度随时间变化而变化并以非接触方式控制温度的过程。通过利用可编程曲线来 精确地控制人体指定部位的温度，这可以是用于破坏肿瘤细胞的有用工具。根据本发明的 方法的另一种可能的应用涉及控制和引发化学反应、研究化学反应的平衡状态等。在物理 学中，用于材料研究、相变或作为无接触炉。本发明的另一个优点是消除了线缆入口、插座、 湿度和温度对加热器和温度传感器的材料的影响所带来的问题。 根据本发明的温度控制方法可以用于在空间中的任何区域中(例如，在放置在真空中 沉入石英管中的坩埚中)或在隔离环境中放置的工作台的表面上测量几摄氏度和几千摄氏 度之间范围内的温度值。 附图说明 附图中呈现了本发明的实施例，其中，图1呈现了用于控制空间任意点或体积处的 物质的温度的方法，图2呈现了用于实现温度曲线的各种辐射能量源的叠置使用，图3呈现 了借助于能量源的幅值使温度场曲线成形，图4呈现了透镜用于使温度场成形的使用，图5 5 CN 111556959 A 说　明　书 4/5 页 呈现了平面的横截面中的温度的相关性，图6呈现了温度对于电流的各种值随电流变化，图 7呈现了温度值与供应热源的电流的相关性，图8A和图8B呈现了在三维投影及其二维图中 100mA电流的温度曲线，图9A和图9B呈现了在三维投影及其二维图中200mA电流的温度曲 线，图10A和图10B呈现了在三维投影及其二维图中300mA电流的温度曲线，图11A和图11B呈 现了在三维投影及其二维图中400mA电流的温度曲线，图12A和图12B呈现了在三维投影及 其二维图中500mA电流的温度曲线，图13A和图13B呈现了在三维投影及其二维图中600mA电 流的温度曲线，图14A和图14B呈现了对于具有透镜的系统而言在三维投影及其二维图中 50mA电流的温度曲线，图15A和图15B呈现了对于具有透镜的系统而言在三维投影及其二维 图中100mA电流的温度曲线，图16A和图16B呈现了对于具有透镜的系统而言在三维投影及 其二维图中150mA电流的温度曲线，图17A和图17B呈现了对于具有透镜的系统而言在三维 投影及其二维图中200mA电流的温度曲线，图18A和图18B呈现了对于具有透镜的系统而言 在三维投影及其二维图中250mA电流的温度曲线，图19A和图19B呈现了对于具有透镜的系 统而言在三维投影及其二维图中300mA电流的温度曲线，图20A和图20B呈现了对于具有透 镜的系统而言在三维投影及其二维图中350mA电流的温度曲线，图21呈现了对于具有透镜 的系统而言温度值与供应热源的电流的相关性，图22呈现了对于具有透镜的系统而言温度 对于电流的各种值随电流变化，图23呈现了对于具有透镜的系统而言平面的横截面中的温 度的相关性，图呈现了具有透镜(■)的系统和不具有透镜(▲)的系统的温度曲线的比较， 图25呈现了不具有透镜的测量系统，其中：15-MLX90614检测器，16和17LZ1-00DB05二极管 (最大工作电流为1200mA)，18-利用电磁辐射照射的平面(由铜制成并覆盖有氧化铜的板)， 图26图25是不具有透镜的测量系统，其中：19-MLX90614检测器，20UV二极管，21透镜，22利 用电磁辐射照射的平面(聚合物板)。