用于检测热发射对象的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于检测热发射对象的存在或不存在的系统和方法，诸如用于检测热 发射对象的存在或不存在的基于热电效应的系统。
【背景技术】
[0002] 市场上存在着各种用于检测对象的存在或不存在的系统。例如，这些系统中的一 些系统用于安全性应用并且利用运动检测设备。一些其他系统利用机械感测技术。在这 些其他系统中，可以使用压力传感器或电感电容式近距离传感器（inductive-capacitive proximitysensor)。虽然这些传感器在一定程度上有效，但是它们具有一定的局限性。例 如，它们趋向于具有更短的使用寿命。另外，压力传感器不能区分所检测到的对象是人还是 仅仅是非生物对象。对于电感电容式传感器，它们通常是消耗（电）能量的并且将使它们的 应用复杂化。进一步地，现有感测技术中的许多技术或许并不适用于在繁忙或拥挤的区域 中使用。对于电感电容式近距离传感器，典型地需要使用电极。然而，如果电感电容式近距 离传感器被偶然地暴露或接地，例如当有水的情况下，则检测将变得不准确。而且，这种传 感器所产生的电磁场会受到环绕它的外部场的干扰。
[0003] 本发明致力于解决上面的问题，或者至少提供对公众有用的替代。
【发明内容】
[0004] 根据本发明的第一方面，提供一种用于检测热发射对象的存在或不存在的系统， 该系统包括：用于容纳对象的平台，该平台定义该对象的温度梯度可以存在于其中的区域； 热电设备，用于生成指示温度梯度的存在或不存在和/或温度梯度的幅度的电压；以及指 示器，用于指示将被检测的对象的存在或不存在。热电设备可以作为传感器来用于检测温 度梯度。
[0005] 优选地，热电设备可以包括一个p-n二极管或者p-n二极管阵列，一个或多个二极 管可以适用于将热功率转换成电功率以生成信号。
[0006] 适当地，该系统可以包括功率放大器，用于放大由传感器和/或热电设备所产生 的信号。
[0007] 有利地，该系统可以包括用于记录由传感器和/或热电设备所产生的信号和数据 的装置。该系统可以加载计算机程序，该计算机程序用于处理由传感器和/或热电设备所 产生的数据以确定温度梯度的存在或不存在和/或温度梯度的幅度并且确定对象的存在 或不存在。
[0008] 传感器可以包括使用由热电材料制成的热电生成器。
[0009] 在特定的实施方式中，由热电设备产生的电压的范围可以为大致4mV至70mV。该 电压实际上可以更大，尤其是当该系统提供有电压放大器时。然而，更大电压的检测通常在 技术上不是问题。
[0010] 在该系统的第一实施方式中，该系统可以是车辆并且平台可以是车辆中用于容纳 乘客的乘客座椅，其中传感器被布置在当使用时坐在座椅上的乘客与其热接触的座椅位置 处，从而在乘客与座椅之间产生了温度梯度。该位置可以是在使用时乘客的大腿和/或臀 部与座椅相接触的位置。指示器可以被布置在可被潜在的乘客看到的车辆外部。指示器可 以是单独的显示设备，但是其可操作地链接到热电设备，从而提供关于车辆的占用状态的 信息。
[0011] 在该系统的第二实施方式中，该系统可以是公共盥洗室设施系统。在特定实施方 式中，平台可以是抽水马桶的马桶座圈，并且传感器可以被布置在在使用时使用者与其热 接触的马桶座圈位置处，从而在使用者与马桶座圈之间产生温度梯度。在另一特定实施方 式中，平台可以是小便器，并且传感器可以被布置在在使用时使用者与其热接触的小便器 位置处，从而在使用时在使用者与小便器之间产生温度梯度。应当指出的是，在本发明的上 下文中，术语"平台"具有广泛的含义，并且泛指使用者或者使用者的某些东西与其有温度 梯度的结构。
[0012] 在该系统的第三实施方式中，该系统可以是气炉。平台可以是在烹饪期间烹饪炊 具位于其上的支撑结构。在这种实施方式中，传感器在使用时可以被布置在与在烹饪期间 位于支撑结构上的烹饪炊具具有一定距离的位置处，并且适用于检测烹饪炊具与传感器之 间的温度梯度。该系统可以包括用于监控在使用期间流向气炉的气流的装置。该系统可以 包括在使用期间用于监控并比较由传感器和/或热电设备以及气流监控装置所产生的数 据的装置。该系统可以包括用于在检测到关于气流和温度梯度的异常时关闭气炉的气体供 应的装置。
[0013] 根据本发明的第二方面，提供一种操作如上所述的系统的方法。
[0014] 根据本发明的第三方面，提供一种可操作地耦合到如上所述的检测系统的信号切 换与控制系统。
[0015] 根据本发明的第三方面，提供一种检测热发射对象的存在或不存在的方法，该方 法包括：a)提供用于容纳对象的平台，该平台定义对象的温度梯度可以存在于其中的区域； b)提供用于检测温度梯度的传感器；以及c)提供用于产生电压的热电设备，该电压用于指 示温度梯度的存在或不存在和/或温度梯度的幅度。
【附图说明】
[0016] 现在将参照附图来解释本发明的一些实施方式，其中：
[0017] 图1是示出了根据本发明的系统的布置的实施方式的示意图；
[0018] 图2a是示出了布置在座椅表面上的热电传感器的位置的图示；
[0019] 图2b是示出了布置在座椅表面上的热电传感器的一个模型的图示；
[0020] 图2c是示出了布置在座椅表面上的热电传感器的另一模型的图示；
[0021] 图3是示出了具有热电传感器的座椅并且有人坐在座椅上的图示；
[0022] 图4是示出了当传感器被布置在当使用时使用者的大腿与该传感器相接触的座 椅位置处时由热电传感器产生的电压与时间之间的关系的图示；
[0023] 图5是示出了当传感器被布置在当使用时使用者的臀部与该传感器相接触的座 椅位置处时由热电传感器产生的电压与时间之间的关系的图示；
[0024] 图6是示出了在一系列不同阶段情况下当热电传感器(模型号TEC12703)接触时 由该传感器所产生的电压的图示；
[0025] 图7是示出了在一系列阶段情况下当热电传感器(模型号MARLOWTG12-4L)接触 时由该传感器所产生的电压的图示；
[0026] 图8是示出了当热电传感器(模型号MARLOWTG12-4L)处于两个不同接触条件下 时由该传感器所产生的电压的图示；
[0027] 图9至14是示出了由热电传感器(模型号MARLOWTG12-4L)所产生的电压随着时 间变化的一系列图示，其中传感器处于不同的接触条件下，即条件A至F;以及
[0028] 图15是示出了两个传感器被布置在公共交通车辆的座椅表面上以用于检测温度 梯度的图示。
【具体实施方式】
[0029] 本发明的一些方面利用热电传感器来检测热发射对象的存在或不存在。这些传感 器可以采取热电设备的形式，或者在特定实施方式中可以采取在座椅上使用以用于信号切 换和控制的"热座椅传感器"的形式。热电传感器通常利用热电材料的属性来将热变量转换 成电信号。在某些实施方式中，本发明可以应用于用于检测乘客是否存在或通常车辆、公交 车或地铁的占用状态的系统中。当使用时，传感器的热电材料被布置在车辆的座椅处。传 感器的位置被布置成使得在使用时传感器与坐在座椅上的乘客物理地或至少热接触。在实 施方式中，热电材料的"冷侧"面向座椅，并且热电材料的"热侧"面向坐着的乘客的身体。 应当理解，当例如热从乘客的身体流向支撑乘客的座椅时，传感器的热电材料能够将来自 乘客的热能(热功率)转换成电能（电压)。检测系统包括连接到热电传感器以接收由热电材 料产生的随时间变化的电压的数据记录器。当例如电压快速增加时，例如当由数据记录器 登记时，其典型地意味着存在着从热电设备的热侧流向冷侧的热，这表明乘客刚刚坐下。在 乘客已经坐在座椅上之后，来自乘客的热流将达到最大值。在所产生的电压已经达到最大 值之后，所产生的电压将逐渐减小(衰减）至更低的电