CN101646485A - 微丝控制的高压釜和方法 - Google Patents

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Abstract

提供改进的处理装置(120、152)，其用于处理(例如，模制、加热和/或固化)诸如零件或零件前体(148、170)之类的物体，包括在物体处理过程中无线探测与物体相关的温度参数。物体包括相关联的微丝型的传感器(150、174)，其在施加的交变磁场的影响下具有特有的再磁化响应。该装置(120、152)具有大小可容纳待处理物体的处理腔室(122、153)，一个或多个天线(132、124、166)靠近这样的物体，且可工作以产生询问的交变磁场并探测传感器(150、174)的响应。探测到的温度参数信息被装置的控制器(146)使用，以在处理腔室(122、153)内保持所要求的环境条件。

Description

微丝控制的高压釜和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求对以下各个美国专利申请的权益：2007年1月23日提交的题为“微丝控制的高压釜和方法(Microwire-Controlled Autoclave and Method)”的S/N 60/881,866；2007年3月22日提交的题为“微丝控制的服务品加热系统和方法(Microwire-Controlled Servingware Warming System and Method)”的S/N60/919,345；2007年5月7日提交的题为“磁性元件温度传感器(MagneticElement Temperature Sensors)”的S/N 11/745,348；以及2008年1月22日提交的题为“微丝控制的高压釜和方法(Microwire-Controlled Autoclave andMethod)”的S/N 12/018,100.上述各个申请的全部内容以参见的方式纳入本文。
发明背景
技术领域
本发明广义地涉及磁性元件温度传感器、使用这种传感器的探测器、利用传感器和探测器来无线地确定与正在处理的物体相关的温度参数的闭环物体处理系统，以及相应的方法。具体来说，本发明涉及闭环的这样一种类型的模制/加热/固化系统，其用于制作诸如飞机和汽车部件的复合零件，并包括无线温度参数传感器/探测器装置。这种系统包括加压的高压釜、非加压的加热炉型系统，以及树脂模制系统。
背景技术
高压釜模制法是已知的压力袋和真空袋模制技术的改进。由于零件固化采用更均匀和有控制的加热以及更加均匀和有控制的压力条件，先进的高压釜复合过程得以产生致密的无空隙的模制件。该过程广泛地应用于航天工业中，从预浸渍的高强度纤维中制造出强度/重量比高的零件，诸如用于飞机、航天器和导弹中的零件。高压釜实质上是加热的压力容器，其通常装备有真空系统，并设计成接受放在内部模具上或模具内的复合的叠层。然后加热这种叠层并在高压釜中固化形成最终成品。固化压力范围一般在50至150psi内，固化循环时间通常包括许多个小时。高压釜方法适应诸如环氧树脂那样较高温度的基体树脂，与常规树脂相比，其具有较高的强度特性。
树脂转移模制法(RTM)是用于中等产量的低压、低排放的闭模模制过程，填补了缓慢、接触式模制过程和需要较高加工成本的较快的压缩式模制过程之间的空白。在RTM中，连续的绞股垫子和编织的加强材料干燥地层叠在下半部模具上。预成形的玻璃加强材料常用于复杂的模具形状。然后，模具关闭并夹紧，将低粘度的树脂和催化剂混合物泵送到模具内，通过策略地布置的排气孔排出空气。使用计量的混合设备来控制树脂/催化剂比例，使用不运动的/静止的混合器来混合树脂和催化剂，然后，将混合物注入到模具端口内。普通的基体树脂包括聚酯、乙烯基酯、环氧树脂以及酚醛树脂。RTM模制件有均匀的厚度并呈现两个光滑侧面。为了优化零件表面光洁度，可在模制之前将凝胶涂层涂敷到模具表面上。由RTM生产出的高质量零件包括汽车车身零件、浴缸和容器。
其它类型的加热炉也可用来实施“压力袋”或“真空袋”的模制过程。这些加热炉用热空气来固化复合零件，这些零件通常放置在塑料袋内或在与相邻的加工表面密封的薄塑料片下方。这允许由塑料袋或塑料片以及加工表面形成的腔室被抽成真空。
此外，对封闭在由薄塑料片形成的腔室内的未固化复合材料部分(相邻于先前已固化的复合材料)，常常还需实施修理过程。还有，在由零件和其封装的塑料“护罩”或“袋”形成的腔室内，通常需抽取真空，以除去会造成最后固化的修理品中的空隙的空气。可通过许多种方法将热量施加到未固化的复合材料上，这样的方法诸如电阻加热毯、热空气、高强度光照、微波以及树脂内碳纤维或碳颗粒的感应加热等。
所有上述技术中一直存在的问题是，在加热、模制和/或固化循环过程中需要精确地监测零件的温度。在大多数的固化过程的生产中，只有空气和/或工具的温度在固化过程中得到监测，而固化过程遵循着一个由固化试验零件预确定的时间和空气/工具温度的“处方”，所述固化试验零件已经在零件内嵌入了传感器，以使零件的温度与空气/工具温度以及驻留时间相互关联起来。如果在特殊情况下采用温度传感器来监测当下生产零件的固化过程中的零件温度(通常用于非常厚零件的固化)，则温度传感器是施加在策略上考虑的表面部位上的表面热电偶或是嵌入在非主要的溢料内的常规热电偶。在任一种情形中，如果仅温度监测是其目标，则这些热电偶必须实体地连接到监测系统，或为了固化控制目的，这些热电偶必须实体地连接到高压釜、加热炉或RTM控制系统。将热电偶施加到零件上并将它们连接到监测和/或控制系统是一个复杂和费时的过程，还可损害到真空袋和/或高压釜的压力完整性。不管是用于高压釜、加热炉，还是用于修理过程，“压力袋”或“真空袋”的模制过程常利用热电偶的引线，这些引线延伸穿过真空袋装置延伸到外部监测的电子器件。穿透真空袋或片的引线通常会造成真空泄漏，这不仅干扰理想真空水平的维持，而且会让潮气进入真空袋或片，导致不良的固化后果。
因此，本技术领域内需要有改进的物体处理装置和方法，其包括无线的温度参数感测，这种感测允许实时地非接触地监测腔室内诸如零件和零件前体之类的物体，以便确定物体处理(例如，加热、模制，和/或固化)过程中的温度参数，由此允许使用闭环的反馈无需任何类型的传感器引线来控制处理装置。此外，如果这些传感器可深入地放置在厚零件内且无线探测器(读取器)可远离零件以便不干扰固化过程，则会是有利的。最后，如果固化之后传感器可在零件寿命期间内一直保持在生产零件内而不造成零件任何的结构损坏，则就会很有利。
发明内容
本发明克服上述诸问题，并提供用于处理物体的改进装置，其包括物体处理过程中无线探测与物体相关的温度参数。广义上说，本发明装置包括一腔室，其构造成容纳一待处理的物体，其中该物体具有相关联的磁性敏感的微丝传感器元件，该微丝传感器元件在物体处理过程中可工作以感测与物体温度相关的参数。该装置还具有探测器，其包括靠近腔室的天线组件，该天线组件可工作以在物体传感器区域内产生交变磁场，并探测传感器的磁性响应作为对温度相关参数的测量。该传感器(或多个传感器)嵌入在复合部分的内部，较佳的是嵌入在CFRP复合结构内层的树脂层内，因为这些传感器可被读取器穿过碳层无线地读取。传感器可在固化或修理过程中手工地放置在复合部分内，或可在制造过程中较早地(诸如在预孕材料制造过程中)放置在复合层内。
在各种优选形式中，本发明的装置是从以下装置组中选出的一个或多个：高压釜腔室、树脂转移模具、非加压的加热炉以及压力袋或真空袋组件。在高压釜的情形中，腔室呈厚壁可加压的腔室形式，而采用可以放置也可不放置在加热炉或高压釜内的袋子组件(为了修理，袋子组件常通过热空气鼓风机、放置成抵靠在袋子组件上的热毯内的电阻元件、高强度的灯以及许多其它的热源进行加热)，该腔室利用柔性袋、片或盖子以及通常一相邻的基底来形成。天线组件可以部分地或全部地位于腔室内，或可位于腔室外面。然而，在所有这些情形中，天线组件(一个天线或多个天线)相对于物体传感器定向在一个位置内，以便通过产生的交变磁场允许传感器进行询问，并探测传感器的特有磁性响应。
在处理循环过程中，装置控制器使用感测到的温度相关的参数，这些参数由与天线组件相关联的解码电子器件(合起来形成“读取器”的解码电子器件、电源、发送和接收电气器件以及天线组件)进行探测和/或计算，以便为物体建立和维持合适的处理条件。读取器通常使用微处理器来解码由接收天线收集的再磁化信号信息。解码算法可以是最佳拟合公式也可以是查找表信息，前者使传感器得到的再磁化信息与传感器经受的实际温度关联起来，而后者已经从所述最佳拟合公式中预先计算出或已用经验方法加以确定。解码算法可简单地利用这样的事实：当传感器温度超过居里温度时，每个磁性元件传感器的居里温度致使再磁化响应消失，或者也可利用这样的事实：该再磁化响应的参数(诸如探测到的电压值、电压脉冲形状、脉冲持续时间等)以非常可预见的和容易辨别的方式变化，且传感器温度在低于传感器的居里温度的温度小范围之内。在任一种情形中，读取器将温度参数输出到装置的控制器的微处理器内以用于控制的目的(如果解码算法和装置的控制算法两者都存在的话，读取器和装置的控制器也可共享同一微处理器)。较佳的是从以下参数组中选择温度参数；物体的温度，物体要求的温度，物体的温度范围，物体要求的温度范围，物体最低温度，物体最高温度，物体加热特性，以及物体所支承的材料温度。
在特别优选的形式中，传感器包括在施加的交变磁场影响下具有再磁化响应的磁性敏感的传感器微丝元件，其中，该再磁化响应由至少一个短的可探测的定义持续时间的磁场扰动的脉冲来定义，且在低于和高于约400℃之下的至少一个设定值温度时是不同的。此外，该可探测的磁场扰动脉冲在居里温度前的整个小的温度范围上在诸如探测电压的大小、形状和时间之类的容易探测的特性中发生变化，从而，相对来自其特性在要求的传感器温度范围内不变化的另一微丝的参考脉冲进行正则化之后，可从这些与由传感器经受的准确温度关联的可探测的特性中推论出可量化的值。例如，通过对探测到的脉冲的相对时间的电压进行积分，正则化生成的值，并将该正则化的值与和传感器温度关联的查找表的值相比较(或实时地进行实际的相关计算)，就可由磁性敏感的传感器微丝元件在低于居里温度(此温度以上探测不到再磁化的脉冲)的小温度范围(通常为40至50℃)中探测到精确的温度。
此外，较佳的传感器包括多个微丝传感器元件，至少某些传感器元件具有不同于其它传感器元件的居里温度。通过将不同的居里温度布置成使得每个不同的居里温度相邻于最接近(居里温度方面)的相伴传感器元件可有效地探测温度的小温度范围，由此可形成在一定温度范围上带有连续温度测量能力的传感器，该温度范围从低于最低居里温度微丝传感器元件的居里温度的大约40℃直到最高居里温度传感器元件的居里温度。当然，读取器的解码电子器件可使用一种算法，该算法仅在每个传感器的再磁化脉冲在其对应的居里温度下消失时进行探测(下文中称之为“简单解码算法”)，或可使用更复杂的算法，其确定相继的元件居里温度之间的传感器温度(下文中称之为“复杂解码算法”)。微丝元件通常由不定形的或毫微结晶的金属性材料制成为最大横截面尺寸约为100μm的细长金属丝或细的条带。较佳的金属是选自以下的合金组：铁基合金，钴基合金和其混合物，其中带有可调整如此合金的居里温度的铬或其它元素。金属体通常具有围绕金属丝或条带玻璃涂层。通过将传感器施加到物体表面或在物体中嵌入传感器，就可将本发明的传感器通常放置成与待处理物体热接触。
各种物体可根据本发明进行处理，尤其是由复合的和/或合成的树脂材料制成的高价值的汽车或飞机零件或零件前体。如此的零件或零件前体通常可在封闭的腔室装置内用模制、加热和/或固化过程进行处理。
附图说明
图1是部分剖视的局部图，显示适用于本发明的现有技术的磁性微丝元件；
图2是适用于本发明的微丝在低于微丝合金的居里(Curie)温度之下的温度处的磁性特征的曲线图；
图3A是通常用于常规防入店行窃的EAS标记或标签的不定形带的时间对再磁化的曲线图；
图3B是具有大的巴克豪森(Barkhausen)不连续性的不定形微丝的时间对再磁化的曲线图，其可用于从Sensormatic公司(Sensormatic Co.)购得的标记或标签内；
图3C是用泰勒方法生产的涂敷玻璃的不定形的磁性微丝的时间对再磁化的曲线图；
图4是根据本发明第一实施例的附连在待感测物体上的磁性温度传感器的主要示意的剖视图；
图4A是类似于图4的主要示意的剖视图，但示出设计成彼此靠近放置的两个物体之间拼合的磁性微丝温度传感器的部件；
图5是根据本发明第二实施例的一温度感测元件的示意剖视图，示出一个被铁磁性金属或铁氧体材料的圆柱形护套包围并具有理想居里温度的涂敷玻璃的不定形的微丝磁性元件；
图6是根据本发明的磁性温度传感器的主要示意剖视图，其利用图1所示类型的微丝数据元件和如图5所示的温度感测元件；
图7是根据本发明第三实施例的另一温度感测元件的示意剖视图，其中，涂敷玻璃的微丝磁性元件如图1所示，并位于与具有理想的居里温度的铁磁性金属或铁氧体材料的护罩相邻处；
图8是根据本发明第三实施例的一磁性元件温度传感器的主要示意剖视图，其包括如图1所示的数据元件和如图7所示的温度感测元件；
图9是显示居里温度对适于用作本发明第二实施例的温度感测元件的护套或是适用于本发明第三实施例的温度感测元件的护罩的镍-铜合金中铜百分比含量的曲线图；
图10是根据本发明的温度读取器的示意方框图，其操作时与磁性元件温度传感器互相作用；
图11是显示根据本发明的基于磁性元件传感器的闭路的反馈温度控制感应加热单元的示意图；
图12是显示根据本发明的装备有闭环的温度反馈装置的高压釜的示意图；以及
图13是显示根据本发明的具有闭环的温度反馈装置的部分(读取器天线和传感器)的真空袋处理腔室的示意图。
具体实施方式
现有技术的磁性元件和探测系统
为了更好地理解本发明，理解现今的EAS和使用磁性元件(常称之为“磁性标记”)的鉴定系统及其对应探测系统的特性和操作是有帮助的。
经常在使用的一种类型的磁性元件是涂敷玻璃的不定形的微丝。这种微丝、其生产、磁性特性和低于居里温度的性状在技术和专利文献中都已公开。例如，可见美国专利Nos.6,441,737和6,747,559；Horia Chirac所著的“玻璃覆盖的磁性金属丝的制备和特性(Preparation and Characterization of Glass CoveredMagnetic Wires)”，《材料科学和工程(Materials Science and Engineering)》，A304-306，166-71(2001)；Donaled等人的“用泰勒金属丝过程制备的某些涂敷玻璃的金属细丝的制备、特性和应用(The Preparation，Properties andApplications of Some Glass Coated Metal Filaments Prepared by the Taylor-WireProcess)”，《材料科学杂志(Journal of Materials Science)》，31，1139-48(1996)；Wiesner和Schneider的“含有镓、锗和砷的不定形铁-磷合金的磁性特性(Magnetic Properties of Amorphous Fe--P Alloys Containing Ga，Ge，andAs)”，《物理统计(Phys.Stat.Sol.)》(a)26，71(1974)；以及Antonenko等人的“涂敷玻璃的微丝的高频特性(High Frequency Properties of Glass-CoatedMicrowires)”，《应用物理杂志(Journal of Applied Physics)》，第83卷，6587-89。连续微丝段已经通过行内一般称之为泰勒工艺过程低成本地生产了出来，由此预先成合金的锭块或要求的基本成分在底部密封的大致垂直设置的玻璃管内熔化。一旦合金转化为熔化状态，就用射频(“rt”)进行加热，抓住玻璃管的变软的底部拉成连续的微丝。迅速减小合金的横截面，同时使用第二冷却装置，致使合金在拉拔过程中变成不定形或毫微结晶体。
图1中示出典型的微丝20，总直径从十微米或不到至几十个微米。微丝20具有合金芯22和玻璃涂层24，其中，合金芯22和玻璃涂层24可以实体地彼此连续地联接，或仅在几个空间分离点上联接。虽然玻璃对金属的比例可以变化，但可严密地加以控制。例如，玻璃涂层24的一般厚度对于45-60微米芯直径的微丝可以是约1-5微米，通常地对于30微米芯直径的微丝约为1-3微米。用于现有技术的EAS和鉴定标签的微丝元件通常切成范围在15mm至75mm的长度。
通过改变合金的成分和玻璃对金属的直径比例可控制微丝的磁性特性和合成的磁滞回线。图2示出适用于以下所述的本发明的具有大的巴克豪森不连续性的典型微丝20的理想的磁磁滞回线响应。当这种微丝20暴露在外部交变的磁场内时，与元件的瞬时磁极化相反方向的磁场强度大于矫顽力Hc，这里该矫顽力理想地显示为小于10A/m，再磁化过程导致产生容易探测到的强谐波脉冲。脉冲过程中磁通量的变化会引起磁通对时间导数的峰值。因此，放置在元件附近的接收线圈内可看到一电压峰值，读取器可使该电压峰值与磁场内微丝元件的存在关联起来。
现有技术用泰勒方法制造出的涂敷玻璃的不定形微丝20可制作成呈现：非常低的矫顽性(基本上小于10A/m)，高的相对磁导率(基本上高于20000)，基本为零或稍正的磁致伸缩，以及大的巴克豪森不连续性(这意味着微丝基本上仅存在于双态的磁状态中)。
微丝20的再磁化特性也很重要，并将这种微丝和其它类型的现有技术的磁性元件区分开。参照图3C(见美国专利No.6,556,139)，可见对于涂敷玻璃的不定形微丝来说，再磁化峰值宽度(在半幅值高度上测量)在25-80微秒范围内。相比之下(见图3B)，从Sensormatic公司购得的标记或标签包括具有大的巴克豪森不连续性的水中铸造的不定形丝，峰值宽度约在200-500微秒或以上范围内。最后(见图3A)，对于通常用于防入店行窃的标记或标签(例如，Meto有限公司(Meto GmbH)32-mm标记或标签)的不定形条带，峰值宽度约为1-2毫秒。因此，图1所示类型的微丝显示出极其短的再磁化峰值，这允许从诸如与其它外部物体互相作用的场所造成的背景噪音中辨别出微丝的响应。
Zhukov等人的J.Mater.Res.15No.10月(2000)描述了使用多不定形的涂敷玻璃的微丝段时的多位标记的生产，各段具有不同的尺寸(长度、毛直径等)或磁性特性(例如，矫顽力场)。例如，如果多个磁性微丝元件分别显示不同的矫顽力，则它们每个独特的再磁化峰值可在每个磁场周期内进行探测，例如，可用美国专利No.4,203,544中描述的方法来识别其图形。美国专利No.5,729,201描述了区分这种多个微丝的方法，即使它们具有相同的磁性特性和尺寸也可进行区分的方法。微丝附近的永恒磁体偏磁场元件用来区分由读取器产生的外磁场的幅值，外磁场被要求通过其靠近每根单独的微丝段的不同程度，而其超过每个磁性元件再磁化的矫顽力。这导致可探测到的再磁化峰值的相位差，因此允许区分各个元件。
美国专利No.4,134,538描述了由磁性元件构造的多元件的标签(标记)，各元件的特征在于不同的矫顽力，由此，允许对任何附连的物体赋予字符与所利用磁性元件一样多的参考码。一旦这样按照它们相应矫顽力值的顺序对磁性元件分别地赋予参考码的各个字符则对应于各个磁性元件的信号就出现在探测装置中，其相位移后的顺序与矫顽力的顺序相同，且每个信号的幅值对应于编码之时赋予的值，因此，再生出排列和幅值方面的完全编码。
美国专利No.6,622,913介绍了可使用不同直径或磁导率的微丝元件，将数据信息编码为二进位形式，这样，它们对由传送器产生的交变磁场可产生相当不同的响应。因此，一种类型的微丝可呈二进位的“0”，而另一个呈二进位的“1”。例如，一个四个微丝的阵列，其中各微丝带有连续较大的矫顽力使得它们各容易地在相关的交变磁场的一段时间内被其探测到的相差所区别出来，可制成为产生交变的高的和低的幅值的磁场混乱(和在探测器内的交变的高和低的电压幅值)，于是它们代表了一个二进制的型式1010。
美国专利申请No.2005/0109435描述了几种在单个微丝上进行多位信息编码的磁性方法和光学方法。铁磁性的不定形涂敷玻璃的微丝的应力敏感性可有利地用作影响磁畴结构的物理基础。铁磁性的不定形涂敷玻璃的微丝编码可由该磁畴结构的局部交变而形成。该交变可容易地通过施加局部应力或不定形合金的有选择的结晶来实现。这种变化受多种措施的影响，包括通过脉冲激光的局部加热、玻璃涂层化学减薄、玻璃上的涂层等。铁磁性的不定形涂敷玻璃的微丝的涂敷玻璃的局部修改可用来在不定形合金芯的磁畴结构内有效地产生受控的变化，由此能够进行编码。较佳的方法是使用激光脉冲来局部加热玻璃或合金(独立的加热可通过选择波长来实现)，造成两者中一个或两个的结构发生变化，由此改变现存应力场或基本磁性的特性。
现有技术中与用作为磁性标记的所有类型磁性元件一起使用的EAS或鉴定系统的探测器装置通常使用磁场发送器单元和磁场探测器单元。场发送器一般地具有一频率发生器和一场发生器线圈(一起构成一个交变磁场源)，用来在标记的询问区域内形成交变的磁场。探测器单元通常具有一个场接收线圈和一个通常触发报警装置的信号处理单元。
在现有技术的EAS系统中，当磁性标记位于线圈附近时，询问AC场致使切换磁性元件的磁化。因此，场接收线圈接收到非常短脉冲的磁场扰动。这些脉冲被信号处理电路探测到，该电路产生一输出来启动报警。
第一实施例：用于居里温度感测的改性化学的微丝
本发明的第一微丝实施例包括一具有至少一个和通常为多个磁性敏感的微丝的磁性微丝温度传感器，至少某些微丝的各个合金具有改性化学特性和随之的不同的居里温度，通常低于约400℃。此外，该实施例包括一微丝读取器/探测器，其能对从传感器微丝中得到的温度信息进行解码。正如指出的，该读取器/探测器可使用一“简单解码算法”，其返回从传感器得到的离散的温度，这些温度对应于各个磁性敏感的微丝的居里温度。或者，该读取器/探测器可使用一“复杂解码算法”，其返回从传感器得到的连续的温度，这些温度不仅对应于各个所包括的磁性敏感的微丝的居里温度，而且对应于从相继的温度感测微丝的居里温度之间脉冲参数中的可辨别的变化中得到的温度信息。
化学改性的各个微丝较佳的是加工成使改性的微丝在其相应居里温度以下保持大的巴克豪森不连续性、极其低的矫顽力和极其高的磁导率(具有如图2所示类型的合成的磁滞特性)。这些改性的微丝在其居里温度之上基本上完全失去其铁磁性。传感器阵列之内的其它微丝不需具有改性的化学特性，但可根据上述的单位或多位码的任何现有技术的方法作为数据元件工作。
现有技术的不定形微丝中使用的铁基和/或钴基合金的最佳的化学改性是调整其中的铬的原子百分比。不定形的铁基(Fe80-xCrx)(PC)20合金中的铬对于其磁性特性有很大的影响。铬百分比的增加降低了居里温度、平均的超精细场以及其饱和磁化，另一方面，显著地增加其初始磁导率。例如，在某些试样中，铬百分比从0％增加到6.5％使居里温度从330℃降到155℃。可见Henry等人所著的“含有铬的富铁不定形合金的磁性测量：Mossbauer研究和B-H环路(Magnetic Measurements of Iron-Rich Amorphous Alloys ContainingChromium：Mossbauer Study and B-H Loops)”，《材料科学学报(Journal ofMaterials Science)》19：1000-06(1984)；以及Wiin所著的“金属-d-元素、合金和化合物的磁性特性(Magnetic Properties of Metals--d-Elements，Alloys，and Compounds)”，Springer出版社，柏林(1991)。
铁基和钴基合金的其它化学改变也可用于改变不定形微丝元件的磁性特性。例如，钴可替代某些FCZBN合金中的铁，而生成的居里温度随着钴含量的增加而显现正弦特性，在钴的原子百分比为3和12.5处出现两个最大值，而在钴的原子百分比为7.5处出现最小值(Yao等人所著的“带有高玻璃形成能力的不定形FeCoZrBNb中居里温度的钴依赖性(Co Dependence of CurieTemperature in Amorphous Fe Co Zr B Nb Alloys With High Glass FormingAbility)”，《物理科学学报(Journal ofPhysical Science)》：缩印本Vol.166325-34(2004))。《(美国)电气和电子工程师学会磁学学报(IEEE Transactionson Magnetics)》，第22卷，1349-51(1986)提出一种工艺过程，由此含有高磷量的钴-磷(Co-P)不定形合金可用电解方法获得。这些合金的居里温度显现居里温度对高达28-29％磷成分的线性特性。对于较高的浓度，可观察到恒定不变的居里温度。
如上所述，第一实施例较佳地利用多个化学特性已经改变的磁性微丝温度感测元件，使得微丝在整个温度传感器的特定设计温度范围内在各个温度处(通常在400℃以上或以下)变得顺磁性的特性。例如，图4示出一温度传感器26，其具有形成一阵列36的总共四个温度感测微丝28-34。每个微丝28-34具有使用上述任何工艺进行改性的化学特性，例如，增加铬的原子百分比，其结果，各个微丝的居里温度不尽相同，并且在传感器26的正常工作的温度范围期间都被超过。其余两个微丝38和40是数据元件。也可使用可选的永久磁铁偏磁场元件41。
在图4实施例中，微丝28-34以平行关系布置，其中，间距42等于各相邻微丝半径之和(间距42可大于该半径之和)，微丝28-34用一导热粘结剂(未示出)固定在一起，该粘结剂也将微丝粘结到一需监测温度的物体44上。
在该示例的实施例中，通过在其合金中合适地进行化学改性，具体来说，各合金的铬含量，来改变各个微丝28-34和38-40的磁性矫顽力，以确保六个微丝中的每个微丝在每个时间段内可按照整个阵列内的其位置顺序被唯一地感测。当然，为此目的也可使用现有技术的其它改变合金化学特性的工艺以及调整矫顽性的工艺。此外，除了微丝38之外，六个微丝28-34和38-40中的每个微丝长度相等(例如，20mm)，除了微丝38特别地长一些(例如，40mm)。微丝38的额外长度确保从该数据元件微丝中探测到的再磁化峰值在幅值上大于其它再磁化峰值。
图10示出用来探测被传感器26感测到的温度的示范的探测器装置46，所述温度对应于物体44的温度。探测器46广义地包括一交变磁场发送器单元，其呈与场发生器线圈50耦合的频率发生器48的形式，以操作发送器单元可对询问传感器26形成一个交变磁场。整个装置46还包括一场接收线圈52，其可工作地联接到数字信号处理单元54和温度显示器56。如图所示，处理单元54装备有通讯端口58和60，并通过连接器62可工作地联接到频率发生器48。此外，频率发生器48可装备有允许遥控发生器的可选的输入装置61。
数字信号处理单元54使用一解码算法进行操作，该算法具有对询问传感器26接收到磁场扰动信息进行解码的能力。较佳地，根据本发明，该解码算法呈针对不同传感器的一个或多个查找表，它们存储在与单元54相关的存储器内。在专用于传感器26的探测器46的情形中，其信号处理器单元54使用一“简单解码算法”，温度查找表对四个温度感测微丝元件28-34的各个元件将具有预期的相位(从停止位和/或从彼此得到的相位关系)，以及对从微丝20的阵列36中报告给各个可接收的探测到的位码(某些位码可能是不可接受的，这是因为它们根据居里温度的定相微丝顺序没作逻辑的感测，因而是由探测器46误读取的产物)的温度。在探测器46的信号处理单元54使用一“复杂解码算法”的情形中，查找表包括用于“简单解码算法”内的所有信息，以及独特的正则化的脉冲参数值和低于居里温度的小范围的温度内的各温度的互关联温度(所述温度之间有一选择的间隔)。因此，例如，如果通过使用“复杂解码算法”的数字信号处理单元54来确定从微丝20的阵列36中得到的可接受的位码，则数字信号处理单元54将访问查找表中使诸脉冲参数值与传感器温度互关联的部分，所述传感器温度介于其再磁化脉冲已经消失的最高居里温度的微丝的居里温度和其再磁化响应仍可探测到的最低居里温度的微丝的居里温度之间。“复杂解码算法”允许信号处理单元将当前探测到的和计算得到的脉冲参数值与查找表中的所述合适范围的值进行比较，以达到传感器的温度：该传感器温度是现可辨别达到低于其再磁化响应仍可探测到的最低居里温度的微丝的居里温度之下的小范围温度之内的高分辨度。
如上所述，传感器26和探测器装置46互关联，使得装置46通过传感器26的合适询问来断定物体44的温度。如此的互关联通常包括至少传感器26的位逻辑与解码算法匹配，在此情形中，解码算法是储存在信号处理单元54的存储器内的温度查找表。本技术领域内的技术人员将会认识到，对于这里所述的“简单解码算法”和“复杂解码算法”都可提供各种各样的位逻辑和对应的算法表。然而，以下讨论对于图10的传感器26和探测器装置46的情形提供了一个使用“简单解码算法”的示范系统。
再参照图4，假定四个温度感测元件微丝34-38的最不重要的位是微丝28，其可命名为“第一”微丝。因此，当物体44低于第一微丝28的居里温度时，微丝28将仍在装置46产生的交变磁场的影响下产生其特有的短的再磁化脉冲。因此，当物体44具有高于第一微丝28的居里温度时，微丝28将不再在施加的交变磁场的影响下产生其短的再磁化脉冲，因此，其位将从探测到的温度感测单元的位阵列中缺失(“0”值)。
其余的温度感测元件微丝30-34各具有相应的化学改性的合金，于是，微丝的居里温度是相继的并以步进方式的略高于第一微丝28的居里温度。因此，“第二”微丝30具有略高于第一微丝28的居里温度，而“第三”和“第四”微丝32和34各具有相继的略高于低阶微丝的居里温度。这样，在各高于第一微丝28的居里温度以及所有前面的低阶的微丝的居里温度的相应温度处，在由探测器46施加的磁场影响下，微丝30-34的再磁化脉冲(位)将消失(即，变为“0”值)。
例如，如果物体44的温度低于第一和第二微丝28和30的居里温度，则阵列36的所有位将由装置46读取(即，变为“1”值)。如果物体44的温度高于第一微丝28的居里温度但低于第二微丝30的居里温度，则第一位将对装置46消失为“0”值，对应于微丝30-34的其余的位将由装置46读取为“1”值。
如上所指出的，装置46含有呈查找表形式的算法，其可识别第一温度位的消失和第二及所有较高温度位的出现意味着物体44的温度在于第一和第二微丝(温度位)28和30的第一和第二居里温度之间的某处(如这里使用的，传感器或物体温度的探测或确定可称之为单个温度或温度范围内的近似温度)。由此，通过读取由阵列36产生的感测温度的位数据并使该数据的二进制值与所关注的查找表互关联起来，就可在由第一和第二微丝居里温度之间的间隔定义的温度范围之内确定物体44的温度。当然，该逻辑适用于图4简单例子的所有四个微丝28-34。
如果给定磁性元件温度传感器上的温度感测微丝数量N已经设别出已知递增序列的居里温度，且这些居里温度被选择为至少在其增量上在一定程度上彼此一致，则传感器可从第一至第N的居里温度中探测温度。比较读取器采用“简单解码算法”的这样的传感器的分辨率是顺序居里温度之间的增量。应该认识到，即使顺序的居里温度不是准确地相一致，也可构造相关的查找表且传感器可合适地发挥功能。应该理解到，在读取器使用“复杂解码算法”的情形中，达到的分辨率大得多，并由诸如最佳拟合公式的精度之类的许多因素来确定分辨率。
本实施例的微丝合金的居里温度可在合金处理为微丝之前或之后进行量化。此外，发生在居里温度之下发生的再磁化脉冲内的可探测的变化，可对诸如读取距离和精心控制环境中的发送器场强度之类的因素进行量化和正则化。完全的微丝传感器可以此方式对温度感测进行标定。
在某一温度感测微丝在与其它微丝合适的顺序下不出现的情形中(由于读取器/探测器的误读、缺乏与其它的热接触或其它原因)，缺乏可接受的查找表值较佳的是致使装置46的读取器/探测器算法试图再次读取传感器26。如果连续的再读取显示相同的不规则温度数据，则读取器/探测器算法可抹去温度数据，使用最后测得的温度(或最后测得的温度加上基于计算得到的温差，包括最后测得的温度变化率和读取时间间隔)，然后在下一计划的读取间隔中再试一次。较佳地，采取各种步骤来确保所有微丝彼此之间以及与温度待测量的物体44之间有良好的热接触。一个这样的步骤是将所有微丝附连到薄的导热基底。另一步骤是如下文中描述地使用导热的外壳或封装材料。
已知多达40个微丝可在一个时间段内进行探测，因此，本实施例的磁性元件温度传感器可含有比四个温度感测的微丝20多许多和比一个(不计停止位)多许多的数据元件。尤其是如果每个数据元件用多位数据编码，则数据元件可用来储存互相关信息(诸如线性或非线性关系的常数)，互相关信息可允许探测器算法将“特殊数值”(温度位)解码到其相关的温度值。在不使用查找表方法的情况中这是特别有价值的。因此，磁性元件温度传感器26可在其数据元件中储存诸如永久ID码或“物体等级”码之类的数据。该种储存“物体等级”码的能力允许单个读取器/探测器算法读取好几个不同类型的丝温度传感器，每个传感器有其自己独特的查找表，并仍解码出准确的温度。
应该认识到，假定各个温度感测微丝设计成在高于居里温度下失去其在装置46产生的交变磁场影响下的再磁化脉冲特性，则可在传感器26和装置46中使用诸多不同的编码/解码数量策略，而不脱离本发明的范围。一种选择就是使用偏磁场元件41，其用于区分由装置46产生的外磁场幅值，由于磁场元件不同地靠近各个微丝28-34和38-40，该幅值需要超过每个微丝再磁化的矫顽力。这导致探测器46探测到的再磁化峰值内的相位差，因此，便于区分六个独特的微丝。其它的变化可包括不用限制装置来确定温度感测元件和数据元件之间的停止或“描绘”位，非温度数据的编码和解码，以及使某些或所有微丝的长度不同以改变微丝的磁性响应。此外，在靠近各个温度感测微丝的居里温度的某些温度处的磁性特性的变化可以改变，但不完全消除其可探测的再磁化的脉冲。对于居里温度下的特殊温度范围上有可预见的特性的这样的改变的再磁化脉冲也可用于解码温度信息。当在读取器的解码电子器件内使用“复杂解码算法”时，这可允许每个温度感测微丝准确地感测一个以上的温度，例如，从低于居里温度的小区间直到居里温度为止。
第二实施例：温度感测用的带有铁磁性护套的微丝
该第二实施例包括具有多个复合温度感测微丝66的磁性元件温度传感器64，每个微丝包括上述现有技术型的磁性敏感的微丝，其没有特意减小居里温度，以在传感器64整个操作范围内保持如图2所示的其大的巴克豪森不连续性和其它磁性特性。该微丝结构还包括周围管状的结构68。整个第二实施例还包括类似于探测器64的微丝温度探测器，其具有能够解码从传感器64的询问中得出的温度信息的储存的算法。
尤其是每个复合微丝66具有一被中间玻璃涂层72包围的最内的合金70，以使复合微丝66的该内部部分在概念上与上述现有技术的微丝20相同。此外，微丝66的结构68包括一包围涂层72的铁磁性金属或铁氧体材料(诸如NiZn或MnZn)的管状护套74，以及一包围该管状护套74的可选的最外的玻璃涂层76。护套74具有一小心选择的居里温度，使得单独内部微丝合金70仅在微丝放置在由探测器产生的交变磁场内时，然后，仅在高于铁磁性护套74的居里温度(或高于靠近居里温度的某个温度)时，才产生其特征扰动(和因此在探测器处的再磁化电压脉冲)。因此，当复合微丝66经历低于铁磁性护套74的居里温度的温度(或低于靠近该居里温度的某个温度)时，护套74是铁磁性的，由此改变微丝66的特征脉冲。这可防止由于护套74造成的磁饱和而产生的复合微丝66的再磁化，或可允许生成再磁化为从复合微丝66偏置的或“改变的”信号。例如，再磁化脉冲在相位上可偏离其高于护套居里温度时的位置，或护套的偏置效应可允许低于和高于多个不同设定值温度时的改变的再磁化响应。
当复合微丝66经历高于护套74的居里温度的某一温度时，护套变得顺磁性的并因此对合金70的信号脉冲没有影响。因此，在护套74的各个居里温度之上(或高于靠近这些居里温度的某些温度)，复合微丝66正常作用(即，它们致使探测器46探测电压脉冲，如以相位、幅值等所预见的，如记录在查找表内，或通过某些其它的解码算法)。然而，当复合微丝66经历低于其护套74的各个居里温度的某些温度时，微丝或不可由探测器探测，或可探测但其磁性特性有变化，尤其是，相对于在其护套74的居里温度的温度之上探测到的信号脉冲。如果读取器使用“简单解码算法”，则如此改变的磁性特性不拟合查找表的参数，或如果读取器使用“复杂解码算法”，则如此改变的磁性特性可用来与低于居里温度的某一温度互关联。
如果构成管状护套74的材料是铁磁性的金属，则护套74可以仅几微米厚，或使内部微丝合金70饱和以及达到可制造性所需的厚度。形成铁磁性护套74的一种方法可见题为“不定形微丝及其制造方法(Amorphous Microwire andMethod for Manufacture Thereof)”的美国专利No.7,011,911。其它的方法包括火焰喷溅或喷射。当使用这些方法来形成护套74时，不一定需要有最外的涂层76。也可使用修正的泰勒方法，其中，一内部玻璃管和一外部玻璃管同轴地和可伸缩地对齐，以使内部玻璃管位于外部玻璃管壁内。合金70在中心玻璃管内呈铸锭形(棒形)或是组分金属形式，而构成管状护套74的材料位于两个互配的玻璃管之间。该护套材料可以是铸锭(可能几个棒)或是组分金属形式。用磁感应或其它合适的方法加热合金使其熔化，迅速地抽出生成的熔化金属和玻璃以形成复合微丝66。
本技术领域内公知有各种技术，其通过添加特殊金属的微量元素来调整铁磁性合金的居里温度。因此，可使用任何数量的合金来构成管状护套74。图9示出将少量的某些金属(在此情形中为铜)添加到铁磁性金属元素(在此情形中为镍)，以便形成真正的合金，可以可预见的方式改变生成的铁磁性合金的居里温度。还有，少量的铬添加到铁中可得出其居里温度可预见的合金。可见美国专利No.5,954,984，该专利讨论用铜和铝来修正镍的居里温度。
制造管状护套74所用的合金或铁氧体材料可具有在合金或铁氧体材料加工为管状护套74之前或之后量化的居里温度(或靠近其居里温度的调节温度)。因此，磁性元件温度探测器46可容易地为温度的感测进行标定。如以前的那样，对于给定的待测量温度范围，护套居里温度量化并近乎等间距分布在温度范围内的温度感测复合微丝越多，则温度传感器的分辨率越高。较佳的是至少有20个温度感测复合微丝66，每个微丝具有顺序地增高的护套居里温度，最多高于下一最低级护套5℃。当然，如果护套74在靠近护套74的居里温度的温度范围上改变微丝66的再磁化脉冲(比如说，通过再磁化脉冲的可探测相移)，则探测器可使用“复杂解码算法”对某一范围内的各个微丝66感测和解码多个温度，因此，需要较少的微丝66让传感器精确地测量宽范围上的温度。
如果构成管状护套74的材料是铁氧体或与铁氧体混合的某种混合材料，则护套可附着到玻璃层72、分开的圆柱形边上或带有中心孔的其它烧结的铁氧体圆柱形物体，以使合金70和周围的玻璃72可放置在其中。或者，管状护套74可通过对于玻璃层72其使用玻璃-铁氧体材料代替使用纯玻璃而形成为玻璃层72的一部分。题为“雷达吸收涂层”的美国专利No.6,909,395描述了铁氧体/玻璃复合材料，其可用于直接附连到金属丝或其它形状的金属物体，或可附连到已经附连到金属上的纯玻璃层上。
现参照图6，传感器64包括呈一数据元件阵列78的多个微丝20，以及形成一复合微丝阵列80的多个温度感测复合微丝66。微丝20和复合微丝66附连到一传感器或标签的基底82，该基底尽可能薄和传热，以使传感器64为了进行温度测量而放置成与物体(未示出)紧密地热接触。
构成阵列78的微丝20具有各种化学性质，其给予高于通常小于约400℃的传感器64计划的工作温度范围的各个居里温度。阵列80内的复合微丝66较佳的是间距开一距离84，从而一旦各个复合微丝66的铁磁性或铁氧体管状护套74经历高于其居里温度的某一温度，则使各个的复合微丝66的铁磁性或铁氧体管状护套74不影响其相邻的复合微丝。
在此简单实施例中，其中，读取器使用一“简单解码算法”，假定阵列78的每个数据元件用激光编码为“1”或“0”的逻辑状态。此外，假定每个数据元件长度相等(例如，20mm)，但终端元件83和86为例外，它们比较长(例如，40mm)。这额外的长度确保从数据元件83和86探测到的再磁化峰值的幅值大于其它数据元件的幅值。最后，假定数据元件83用激光编码为逻辑值“1”，而数据元件86用激光编码为逻辑值“0”。如第一实施例所述，将两个阵列78和80的各个元件做成：探测到的相位次序匹配于所示的从顶(微丝83)到底(复合微丝88)的排列次序，底(复合微丝88)具有阵列80的复合微丝的最高护套居里温度。在此情形中，探测器46将作为起始位的具有逻辑电平“1”的最高幅值赋予第一探测到的脉冲(相位关系中而言)(这里显示为微丝83)，而将作为停止位的具有逻辑电平“0”的最高幅值赋予最后探测到的数据微丝86。起始位和停止位83和86之间的所有数据微丝被微丝温度读取器/探测器探测为数据位。如第一实施例所述，对于诸如标签识别号和“物体等级”编码之类的各种功能，可采用插入的数据微丝。
为了使用“简单解码算法”的实例来解码来自传感器64的温度信息，假定从阵列80中有“N”个复合微丝，它们具有铁磁性的护套74，以使所有相应的护套74具有在传感器64正常工作范围期间被超过的居里温度(或具有“靠近”居里温度的调节温度)。这些N个复合微丝66中的最不重要的位，其在相位关系中为刚好在停止位86之后被探测到，并处于离开停止位86的特殊的相位关系，被认为是“第一”复合微丝89。因此，第一复合微丝89将只在高于其护套74的居里温度的温度下才开始产生其正常的短脉冲扰动，因此，探测器46将只探测其电压脉冲(位)。第一复合微丝89在低于其护套74的居里温度下将不会产生正常的短脉冲扰动，因此，其位或是从探测器46探测的位中失去，或是其脉冲将改变为可被探测器46清晰地探测为一“改变的”微丝。
一相位关系中离停止位86(紧接最不重要的位)的“第二”复合微丝90具有一铁磁性护套74，其居里温度略高于复合微丝90的居里温度。复合微丝90的位在低于该较高护套居里温度(或靠近护套的居里温度的较高温度)的温度时不会被探测器46读取，或其电压信号将被探测为“变化的”，但复合微丝90的位在比第一复合微丝89的温度高的温度时将在相位和持续时间上如预期地出现。
因此，如果传感器64经受低于第一和第二复合微丝89和90的居里温度(或低于居里温度的指定温度)的某一温度，则探测器46将探测不到复合微丝(假定阵列80内所有其后更高阶的复合微丝都具有更高居里温度的护套74)。如果传感器64经受高于第一复合微丝89的护套居里温度(或相关温度)但低于第二复合微丝90的护套居里温度(或相关温度)的某一温度，则探测器46将读取第一位但第二位将仍不被探测器46读取或其具有一被探测器读取的“改变的”信号。最后，如果传感器64经受高于第一和第二复合微丝89和90的护套居里温度(或相关温度)的某一温度，则第一和第二复合微丝两者都将被探测器46读取。
探测器46含有一“简单解码算法”，其识别出第一复合微丝89的第一温度位的出现，但缺乏(或改变)第二复合微丝90的第二温度位，以及由此通过显示器56的发送信号，表示传感器温度存在于第一护套居里温度和第二护套居里温度之间某处。因此，如果传感器64放置成与关注其温度的物体紧密热接触，则通过读取传感器64的复合微丝阵列位的输出，探测器46就确定物体温度在由第一和第二护套居里温度之间(或靠近其居里温度的其相应温度之间)的区间定义的温度范围之内。
如果具有已知为递增序列的护套居里温度的传感器64上的复合微丝66的数量增加到“N”个复合微丝，并选择这些护套居里温度使其至少在其增量中彼此在一定程度上相一致，则传感器64具有从第一至第N的护套居里温度的可探测的温度范围，并具有由相继护套居里温度之间的增量定义的温度分辨率。
更一般来说，探测器46解码算法构造成了解，由相应复合微丝66在其正常脉冲状态中产生的第一至第N-1的温度位的出现，以及在其正常脉冲状态中对应于第N复合微丝66的第N温度位的不出现，确定传感器温度处于第N-1护套居里温度和第N护套居里温度之间(或靠近其护套居里温度的相应温度之间)的某个温度。探测器算法较佳的是报告该传感器温度成为第N-1和第N居里温度之间的中间温度。
较佳地，可接受的复合微丝位组合和其对应的传感器温度都储存在探测器46的存储器内的查找表中。因此，当探测器46从一相关的传感器64中探测到可接受的位组合时，该型式与查找表比较以找出互关联的传感器温度。再者，“简单解码算法”或“复杂解码算法”都可由读取器使用，其中，“复杂解码算法”使用改变的脉冲信息已经早先在本文中描述过。
在阵列80的一个或多个复合微丝66不以与其它微丝合适顺序以其正常状态出现的情形中(由于被探测器46误读，缺乏与其它复合微丝热接触，或某些其它的原因)，该探测器算法较佳的是试图再次读取传感器64。如果连续的再读取显示相同的不规则的位组合，则探测器算法可放弃该温度数据，使用最后测得的温度(或最后测得的温度加上基于计算的温差，该计算包括最后测得的温度变化率和读取时间间隔)，然后，在下一计划的读取间隔处再试一次。
第三实施例：用于温度感测的带有分开但相邻的铁磁性饱和元件的微丝
第三实施例在概念上非常类似于第二实施例，不同之处在于，作为分开的实体使用铁磁性护套的饱和或偏置元件，其与第二实施例中的护套74结合或以其它方式附连到微丝中心结构的情况相比，这些实体不需接触相邻感测温度的微丝的表面。参照图7，示出一组合的微丝92，该微丝92包括上述类型的不特地减小其居里温度的微丝20，以使其将保持在传感器全部工作范围内如图2所示的其大的巴克毫森不连续性以及其它磁性特性。再者，组合的微丝92包括相邻的铁磁性护套94。该护套94足够靠近相关的微丝20定位，以防止微丝20的磁性饱和或偏置的再磁化，以及随之发生的符号差扰动，直到组合的微丝92经历高于护罩94的居里温度的温度(或高于靠近居里温度的某个温度)。再者，如在第二实施例的情形中，护套94可设计成使相关的微丝20在低于和高于护套居里温度以下的设定值温度时显现出一系列不同的再磁化响应，如果需要的话，如此多个不同的响应可用于温度感测和温度确定。
更具体来说，护套94较佳的是呈矩形的铁磁性金属薄片的形式，其尺寸不明显宽于相关微丝20的宽度，其平表面可弯曲成半圆形(或在铁氧体的情形中，可烧结成半圆形或某些其它合适的形状)。小心地选择护套94的居里温度，从而当组合的微丝92放置在探测器46的交变磁场内时，且仅当组合微丝92经历高于护套94的居里温度的温度(或在靠近居里温度的某些固定温度以上的温度范围内可被探测)时，使相关的微丝20产生其信号扰动(和由此的电压的再磁化脉冲)。护套94只需是几微米厚，或是相关微丝20饱和和便于制造所需的厚度。结合第二实施例所述的同样类型的合金或铁氧体也可用于护套94的制造。此外，(使用铁磁性粉末或铁氧体粉末)的磁性墨水也是合适的，并具有对组合微丝92的支承基底上可进行印刷的优点。
参照图8，图中示出温度传感器96，其在所有方面等同于传感器64，例外的是使用了组合微丝92代替复合微丝66。因此，图6中相同的附图标记用于图8中以表示同样的部件，且标记“a”用来区分组合微丝92和复合微丝66。传感器96的操作等同于传感器64的操作，并利用与传感器96相关联的具有合适解码算法(较佳的是是查找表)的类似探测器46。
上述三个实施例以及实际上本发明范围内的其它实施例可在许多不同的方面变化。例如，图4A示出一有利于某些产品应用的替代结构。具体来说，在图4A中，提供一传感器26a，其中，微丝数据元件40附连到第一物体44a，而其余的数据微丝38和温度感测微丝28-34以及可选的偏置元件41附连到第二物体44b。传感器26a的位逻辑与传感器26的相同，意味着即使传感器26a的部件分开到物体44a和44b上，整个传感器26a也只当所有的传感器部件在探测器46产生的交变磁场内时才工作。如果该条件不存在，则会发生使用探测器46不成功的读取。该结构例如可用于由一加热器控制两个部分物体的加热，只要加热器的探测器探测传感器的两部分(以及因此探测物体44a和44b)，并且相应地防止任何的加热，除非存在传感器的两部分并在探测器46的磁场内。在如此情形中，加热器的控制通常可与探测器46的信号处理单元54结合。
当然，当有两个以上物体存在时，可使用该同样的设计概念。此外，可使用如上所述的更加复杂的数据编码方法来使整个传感器26a中的一个或多个部件与其相匹配的部件互关联起来。如此的方法可包括对第一数据元件40的激光编码，对停止数据位38采用匹配的多位编码。
尽管图4A的替代结构参照第一实施例的传感器26进行了描述，但可以认识到，如果需要的话，也可对第二和第三实施例的传感器64和96作相同的修改。
就像传感器26的微丝20的情形那样，形成传感器64和96一部分的微丝可使用合适的粘结剂连结到物体44或传热的基底(诸如基底82)。在另一替代结构中，微丝20、复合微丝66和/或组合微丝92可被封装在一非常薄非铁磁性的传热的材料内，例如，填充石墨的聚合物材料，其可用压缩或注射进行模制，如由SGL碳公司(SGL Carbon)销售的商标名为
Figure G2008800092665D00221
销售的材料系列中的一种。其它可用的高温材料包括由Aremco公司(Aremco)销售的商标名为Ceramancast 510的陶瓷封装材料，或其它柔性的高温聚合物。利用如此的材料，外壳材料的厚度和总的热力学质量应保持为最小，以便使待进行温度监测的物体和和微丝的合金芯材之间的热延迟最小。
此外，如果合适的话，所述实施例的微丝可以绞合成线或编织成待监测温度的物体的结构。例如，微丝可编织成碳织物布，只要其可保持良好的热接触，并可使用合适的工艺装置来彼此区分各个温度变化的元件，并从各个清楚地识别出的数据元件中区分各个温度变化的元件(以包括停止位)。
用于复合零件生成的闭环反馈高压釜、加热炉和树脂转移模制系统
本发明的无线磁性元件温度传感器和相关的探测器可容易地代替现有技术在闭环反馈处理装置中使用的热电偶丝，这样的处理装置诸如高压釜、加热炉、树脂转移模制系统以及修理过程中使用的真空袋/加热系统。
参照图11，一普通的闭环加热系统98包括纳入在感应加热装置100内的微丝探测器46(见图10)以代替RFID读取器。该装置100包括一控制微处理器102，其可工作地联接到探测器46、固态转换器104和整流器106，以及联接到转换器104的感应线圈108。一AC电源109和电流传感器109a可工作地与整流器104联接。场发生器和接收线圈50和52集成到位于支承元件112下面的传感器部件110内。
系统98设计成用来控制诸如美国专利No.6,657,170所述的石墨加热圆盘114的温度，其具有一个或多个本发明的嵌入式的微丝传感器116。该圆盘114具有石墨层118，如图所示，石墨层在传感器116的上方和下面。当然，也可控制任何其它的可感应加热的物体以代替圆盘114，例如，具有一个或多个嵌入其中的传感器116的多层烹饪器具(例如，锅或平底锅)。探测器46探测到来自传感器116的温度信息的反馈，该信息可用来通过控制微处理器102控制圆盘114的感应发热。此外，诸如加热炉、高压釜或树脂转移模制压机的任何类型的加热装置或加热系统可取代该实例的感应加热器，只要来自探测器46的温度信息被所述加热装置使用而控制其能量的输出就可。
例如，在图12中，图中示出处于门打开状态的高压釜120。该高压釜120包括一由底座124支承的厚壁的高压釜腔室122。该腔室122具有圆形的背壁126和类似构造的前面关闭门(未示出)。在内部，高压釜腔室122装备有一支承零件平台130的安装架128。传统的蒸汽入口和加热元件(未示出)设置有腔室122，以便在其中建立和保持合适的温度和压力状态。此外，高压釜120包括一对位于腔室122内的微丝读取天线132、134。对应的天线132、134安装在支承杆136、138上，后者借助于密封滑动的安装件140、142可沿轴向进行调整。天线132、134可工作地与外部探测器144连接。探测器144又可工作地联接到高压釜微处理器的控制器146，该控制器146设计成用来控制腔室122内的工艺温度。
复合零件148位于腔室122内，并搁置在平台130顶上。该零件148具有一系列上述类型的细长嵌入的微丝传感器150。尽管未予示出，但应该认识到，零件148也可位于定位在高压釜腔室内的袋子和底部之内，以使可在袋内建立真空状态而消除完成零件内的空隙。
在零件148处理过程中，天线132、134相对于零件148移动位置，允许如上所述地进行传感器150合适的询问和读取。当然，也可使用附加的天线，并可分成发射天线用来产生交变询问磁场的发送天线和相应的可工作来探测传感器150再磁化响应的探测器天线。从传感器150探测到的温度参数信息可被高压釜控制器146使用，以在零件148处理过程中保持腔室122内的合适温度和压力状态。
图13示出某种类型的真空袋装置152。如此的装置通常用在高压釜、加热炉或其它的封闭结构内，但在一稍作修改的形式中其可用于修理过程。该装置152包括一由加工底座154(在修理过程中其被零件本身的部分代替)构成的腔室153，该加工底座带有一通过外围密封件158附连到底座154的柔性薄片或盖子156。底座154和盖子156协配地形成内部物体处理区域160。一真空头162位于该区域160内，并向外地延伸通过导管164通向一真空源(未示出)。微丝读取器天线166定位在盖子156外面并通过引线168可工作地联接到探测器(未示出)。
在所示的实施例中，一零件170支承在底座154上，一可选的中间释放层172位于底侧170和底座154之间。该零件170具有多个嵌入其中的细长的微丝传感器174。一通气装置176定位在零件170顶上，使一剥离层178位于其间。
在使用中，用各种方式在区域160内建立和保持温度和真空条件，例如，用底座154的加热和头部162的抽真空来实现。在处理循环过程中，天线166通过产生一合适的交变磁场来询问传感器174，并探测传感器174的再磁化响应。然后，如此探测到的信息被装置152的总体微处理器控制器使用以用于过程控制的目的，或用于简单地监测零件的温度，以便用手工方法或现有技术的方式控制加热。
本文提及到的各个专利和文献参考以引用的方式具体地和全部地纳入到本文内。

Claims (46)

1.用于处理物体的装置，所述装置包括：
腔室，所述腔室构造成容纳待处理的物体，其中设有磁性敏感的微丝传感器元件，所述微丝传感器元件与所述物体相关联，且在所述物体处理过程中可工作以感测与所述物体的温度相关的参数；以及
探测器，所述探测器包括靠近所述腔室的天线组件，所述天线组件可工作以在所述传感器区域内产生交变磁场，并探测所述传感器的磁性响应作为对所述参数的测量。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度参数选自包括以下的参数组：所述物体的温度，所述物体要求的温度，所述物体的温度范围，所述物体要求的温度范围，所述物体最低温度，所述物体最高温度，所述物体加热特性，以及所述物体所支承的材料的温度。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器元件包括在施加的交变磁场影响下具有再磁化响应的磁性敏感的传感器元件，所述再磁化响应由至少一个短的可探测的定义持续时间的磁场扰动的脉冲来定义，且在低于和高于约400℃之下的至少一个设定值温度时是不同的。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，有多个所述传感器元件，至少某些所述传感器元件具有不同于其它的所述传感器元件的设定值温度。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述设定值温度是所述传感器元件的居里温度。
6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述传感器元件在高于和低于多个不同的设定值温度时具有不同的再磁化响应。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述多个不同的设定值温度低于所述传感器元件的居里温度。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器元件包括金属体。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述金属体是不定形的。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述金属体是毫微结晶的。
11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述金属体呈细长丝或细条带形式，具有大到约100μm的最大横截面尺寸。
12.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述金属体由合金制成，所述合金选自以下合金组：铁基合金、钴基合金及其混合物。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述合金中具有铬。
14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器元件包括金属体，所述金属体周围有玻璃涂层。
15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器元件包括金属体，相邻于所述金属体设有铁磁性的护套。
16.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述元件包括金属体，所述金属体具有：小于10A/m的矫顽性，高于20,000的相对磁导率，基本为0或小的正值的磁致伸缩，以及大的巴克豪森不连续性。
17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述元件包括金属体，所述金属体在高于所述相邻的铁磁性护套的居里温度时产生特有的再磁化脉冲，并在低于所述相邻的铁磁性护套的居里温度的一个或多个温度处不产生再磁化脉冲或产生改变的再磁化脉冲。
18.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述物体是零件或零件前体。
19.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述腔室选自以下腔室组：高压釜腔室，树脂转移模具，以及压力袋或真空袋组件。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述腔室是高压釜腔室，所述探测器组件包括至少一个位于所述高压釜腔室范围内的天线，所述天线与所述高压釜腔室外面的探测器可工作地联接。
21.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述腔室是压力袋或真空袋组件，所述探测器组件包括定位在所述压力袋或真空袋组件外面的天线。
22.组合，所述组合包括：
物体处理腔室；
定位在所述腔室内的待处理的物体；
磁性敏感的微丝传感器元件，所述微丝传感器元件与所述腔室内的所述物体相关联，且在所述物体处理过程中可工作以感测与所述物体的温度相关的参数；以及
探测器，所述探测器包括靠近所述腔室的天线组件，所述天线组件可工作以在所述传感器区域内产生交变磁场，并探测所述传感器的磁性响应作为对所述参数的测量。
23.如权利要求22所述的组合，其特征在于，所述物体包括零件或零件前体。
24.如权利要求22所述的组合，其特征在于，所述温度参数选自以下的参数组：所述物体的温度，所述物体要求的温度，所述物体的温度范围，所述物体要求的温度范围，所述物体最低温度，所述物体最高温度，所述物体加热特性，以及所述物体所支承的材料的温度。
25.如权利要求22所述的组合，其特征在于，所述传感器元件包括在施加的交变磁场影响下具有再磁化响应的磁性敏感的传感器微丝元件，所述再磁化响应由至少一个短的可探测的定义持续时间的磁场扰动的脉冲来定义，且在低于和高于约400℃之下的至少一个设定值温度时是不同的。
26.如权利要求22所述的组合，其特征在于，有多个所述传感器元件，至少某些所述传感器元件具有不同于其它的所述传感器元件的设定值温度。
27.如权利要求26所述的组合，其特征在于，所述设定值温度是所述传感器元件的居里温度。
28.如权利要求26所述的组合，其特征在于，所述传感器元件在高于和低于多个不同设定值温度时具有不同的再磁化响应。
29.如权利要求28所述的组合，其特征在于，所述多个不同的设定值温度低于所述传感器元件的居里温度。
30.如权利要求22所述的组合，其特征在于，所述传感器元件包括金属体。
31.如权利要求30所述的组合，其特征在于，所述金属体是不定形的。
32.如权利要求31所述的组合，其特征在于，所述金属体是毫微结晶的。
33.如权利要求30所述的组合，其特征在于，所述金属体呈细长丝或细条带形式，具有大到约100μm的最大横截面尺寸。
34.如权利要求30所述的组合，其特征在于，所述金属体由合金形成，所述合金选自以下合金组：铁基合金、钴基合金及其混合物。
35.如权利要求34所述的组合，其特征在于，所述合金中具有铬。
36.如权利要求22所述的组合，其特征在于，所述传感器元件包括金属体，所述金属体周围有玻璃涂层。
37.如权利要求22所述的组合，其特征在于，所述传感器元件包括金属体，相邻于所述金属体设有铁磁性的护套。
38.如权利要求22所述的组合，其特征在于，所述元件包括金属体，所述金属体具有：小于10A/m的矫顽性，高于20,000的相对磁导率，基本为0或小的正值的磁致伸缩，以及大的巴克豪森不连续性。
39.如权利要求38所述的组合，其特征在于，所述元件包括金属体，所述金属体在高于所述相邻的铁磁性护套的居里温度时产生特有的再磁化脉冲，并在低于所述相邻的铁磁性护套的居里温度的一个或多个温度处不产生再磁化脉冲或产生改变的再磁化脉冲。
40.如权利要求22所述的组合，其特征在于，所述腔室选自以下腔室组：高压釜腔室，树脂转移模具，以及压力袋或真空袋组件。
41.如权利要求40所述的组合，其特征在于，所述腔室是高压釜腔室，所述探测器组件包括至少一个位于所述高压釜腔室范围内的天线，所述天线与所述高压釜腔室外面的探测器可工作地联接。
42.如权利要求40所述的组合，其特征在于，所述腔室是压力袋或真空袋组件，所述探测器组件包括定位在所述压力袋或真空袋组件外面的天线。
43.一种在闭合腔室内至少部分地控制物体处理过程的方法，其包括如下步骤：
提供腔室，其构造成容纳待处理的物体，其中磁性敏感的微丝传感器元件与所述物体相关联，且在所述物体处理过程中可工作以感测与所述物体温度相关的参数；
在所述传感器的区域内产生交变的磁场；
探测所述传感器元件对所述产生的磁场的响应，并使用所述探测到的响应来至少部分地确定所述参数；以及
使用所述探测到的参数来至少部分地控制所述过程。
44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述腔室选自以下腔室组：高压釜腔室，树脂转移模具，以及压力袋或真空袋组件。
45.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述处理过程选自以下处理过程组：加热、模制和固化过程。
46.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述探测到的响应是所述传感器元件的再磁化响应。
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