专利名称：能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件及热脉冲器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热电制冷元件及热脉冲器，尤其涉及一种能同时产生两组热脉冲
的热电制冷元件及热脉冲器。
背景技术：
热脉冲信号在生物、医学、农业、工业中都有广泛应用，如热脉冲信号用于测量树 木蒸腾耗水量、动物血液流动速度、超导磁体传热，还用于某些皮肤病的治疗、数字脉冲热 路的驱动等。然而，现有的热脉冲器多具有运动部件，而且往往仅能产生一组热脉冲信号， 因此，迫切需要研发一种能同时产生两组热脉冲信号的器件，以提高效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件。 本发明的另一 目的在于提供一种基于热电制冷元件的热脉冲器。 为了达到上述目的及其他目的，本发明的能同时产生两组热脉冲的热电制冷元
件，包括至少具有由1个P型半导体材料和N型半导体材料构成的热电制冷PN结；分别
与P型半导体材料和N型半导体材料相连接且用于连接不同极性的电源的两导电体；以及
各自贴附于一导电体且自身为非导电材料同时用于当两导电体连接电源的不同极性后在
各自表面产生一组热脉冲的两贴附层。 其中，所述热电制冷PN结可为毫米数量级；所述两导电体的材料可都为金属；所 述两贴附层可都为陶瓷片。 本发明的基于热电制冷元件的热脉冲器，包括上述的能同时产生两组热脉冲的 热电制冷元件；用于供电的直流电源；用于在所述直流电源的供电下提供控制信号和电源 信号的单片机模块；以及输入端与所述单片机模块的输出端相连接、输出端与所述能同时 产生两组热脉冲的热电制冷元件的两导电体相连接、且用于在所述直流电源的供电下将所 述电源信号进行变换以便向所述能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件提供所需的具有 不同极性电源的电源变换电路。 其中，所述单片机模块具有光电隔离芯片、键盘和显示器，所述显示器可为LED显 示器或LCD显示器。 综上所述，本发明的能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件及热脉冲器能同时产 生两组幅值和频率相等、波形形状相同、相位相差90度的热脉冲。
图1为本发明的能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件的结构示意图。 图2为本发明的能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件连接电源的结构示意图。 图3为本发明的基于热电制冷元件的热脉冲器的基本结构示意图。 图4为本发明的基于热电制冷元件的热脉冲器的单片机模块基本结构示意图。
图5为本发明的基于热电制冷元件的热脉冲器的电源转换电路的电路示意图。
具体实施例方式
请参阅图l，本发明的能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件包括热电制冷PN 结、两导电体4、以及两贴附层3。 所述热电制冷PN结，由P型半导体材料和N型半导体材料构成，其尺寸可为毫米 数量级。在本实施例中，所述热电制冷PN结有多个，由互相排列的N型和P型半导体颗粒 所形成。 所述两导电体4分别与P型半导体材料和N型半导体材料相连接，用于连接电源 的不同极性。在本实施例中，所述两导电体4的材料都为金属，设在互相排列的N型和P型 半导体颗粒两侧。 所述两贴附层3各自贴附于一导电体且为非导电材料，用于当两导电体4连接电 源的不同极性后在各自表面产生一组热脉冲。在本实施例中，所述两贴附层3都为陶瓷片， 其具有两端面，即端面1和2。 如图2所示，当两导电体4分别与电源5的正极性端和负极性端相连接时，绝缘陶 瓷片的端面1制热而端面2制冷，改变电源5与两导电体4的连接方式，也就是改变电流方 向，则端面1制冷而端面2制热。 再请参见图3，本发明的基于热电制冷元件的热脉冲器包括能同时产生两组热 脉冲的热电制冷元件17、直流电源10、单片机模块15、及电源变换电路16。
所述能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件17的结构如前所述，在此不再重述。
所述直流电源10用于向单片机模块15和电源变换电路16提供直流电源。
所述单片机模块15用于向电源变换电路16提供控制信号和电源信号，如图4所 示，其包括单片机11和光电隔离芯片14等，且单片机11的外围接设有键盘13和显示器 12，所述显示器12可为LED显示器或LCD显示器，所述光电隔离芯片14具有输出端口 6、7 和8，分别用于输出控制信号和电源波形信号。 如图5所示，所述电源变换电路的输入端IN1、 IN2和ENA分别与所述单片机模块 的光电隔离芯片14输出端口6、7和8相连接，所述电源变换电路的输出端(即P1)与所述 能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件17的两导电体4相连接，用于在所述直流电源10 的供电下将所述电源信号进行变换以便向所述能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件17 提供所需的具有不同极性的电源。所述电源变换电路的输入端IN1、IN2接入光电隔离芯片 14输出端口 6、7两端输出的高低电平信号，由此控制P1输出的电流方向，所述电源变换电 路的输入端ENA接入光电隔离芯片14输出端口 8输出的电源波形信号，Pl得到的电源波 形信号与输出端口 8输出的波形在形状和相位上相同。在本实施例中，所述电源变换电路 包括芯片L298、输出单元Pl、电容C、以及二极管D1、D2、D3和D4等，芯片L298的引脚和各 元件的连接方式如图5所示，在此不再一一详述。 基于热电制冷元件的热脉冲器的工作原理为直流电源10提供两组电源，两组电 源不共地， 一组提供给单片机模块，另一组提供给电源变换电路。单片机模块15带有键盘 和显示器，热脉冲的波形、频率、幅值、功率大小等参数可通过键盘输入，实际的热脉冲的参 数通过显示器显示出来。单片机模块15与电源变换电路16连接，为电源变换电路16提供控制信号。电源变换电路16与热电制冷元件的金属导电体4连接，提供驱动电源。由于电 源变换电路16提供波形频率、波形形状、电流大小、电流方向变化的电源给能同时产生两 组热脉冲的热电制冷元件17，能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件17的端面1和端面2 就产生温度大小、波形、频率变化的热脉冲信号。由于能同时产生两组热脉冲的热电制冷元 件17的端面1和端面2的温度大小相等，方向相反，因此，能同时产生两组热脉冲的热电制 冷元件17的端面1和端面2的热脉冲相位相差90度，而波形、幅值、频率相同。
综上所述，本发明的能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件及热脉冲器利用冷热 循环原理，当两导电体被施加正负脉冲电源后，其两端面会同时产生热脉冲。通过控制正负 脉冲电源输出电压的幅值、波形和频率，可实现热电制冷元件输出热脉冲的幅值、波形和频 率变化，得到幅值、波形和频率可变化的两组热脉冲，两组热脉冲幅值、频率相等，波形相位 相差90度。最小的基于热电制冷元件的热脉冲器的热电制冷元件可只有一个热电制冷PN 结，尺寸为毫米数量级，功率为毫瓦数量级。最大的基于热电制冷元件的热脉冲器的热电制 冷元件可由多个热电制冷PN结组成，尺寸为米数量级，功率为千瓦数量级。
上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉 此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发 明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
权利要求
一种能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件，其特征在于包括至少具有由1个P型半导体材料和N型半导体材料构成的热电制冷PN结；分别与P型半导体材料和N型半导体材料相连接的两导电体，用于连接不同极性的电源；各自贴附于一导电体且自身为非导电材料的两贴附层，用于当两导电体连接不同极性的电源后在各自表面产生一组热脉冲。
2. 如权利要求1所述的能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件，其特征在于所述热 电制冷PN结为毫米数量级。
3. 如权利要求1所述的能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件，其特征在于所述两 导电体的材料都为金属。
4. 如权利要求1所述的能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件，其特征在于所述两 贴附层都为陶瓷片。
5. —种基于热电制冷元件的热脉冲器，其特征在于包括权利要求1至4所述的任一一种能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件； 直流电源，用于供电；单片机模块，用于在所述直流电源的供电下提供控制信号和电源信号； 电源变换电路，输入端与所述单片机模块的输出端相连接、输出端与所述能同时产生 两组热脉冲的热电制冷元件的两导电体相连接，用于在所述直流电源的供电下将所述电源 信号进行变换以便向所述能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件提供所需的具有不同极 性的电源。
6. 如权利要求5所述的基于热电制冷元件的热脉冲器，其特征在于所述单片机模块 具有光电隔离芯片。
7. 如权利要求5所述的基于热电制冷元件的热脉冲器，其特征在于所述单片机模块 接设有键盘和显示器。
8. 如权利要求7所述的基于热电制冷元件的热脉冲器，其特征在于所述显示器为LED 显示器或LCD显示器。
全文摘要
本发明的能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件，包括 至少具有由1个P型半导体材料和N型半导体材料构成的热电制冷PN结；分别与P型半导体材料和N型半导体材料相连接且用于连接不同极性的电源的两导电体；以及各自贴附于一导电体且自身为非导电材料同时用于当两导电体连接电源的不同极性后在各自表面产生一组热脉冲的两贴附层；在此基础上，再增加一用于供电的直流电源、用于提供控制信号和电源信号的单片机模块和用于将所述电源信号进行变换以便向能同时产生两组热脉冲的热电制冷元件提供所需的具有不同极性的电源的电源变换电路，即可构成相应的热脉冲器。
文档编号F25B21/04GK101706177SQ200910199270
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月24日 优先权日2009年11月24日
发明者王振华, 陈进, 黄海燕 申请人:上海第二工业大学