專利名稱：磁性元件溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明寬泛地涉及磁性元件溫度傳感器、使用這種傳感器的檢測器、利用 這種傳感器和檢測器無線地確定物體溫度并控制物體溫度的閉環(huán)加熱系統(tǒng)以 及相應(yīng)的方法。更具體地講，本發(fā)明涉及由至少一個易磁化的傳感器元件構(gòu)成 的溫度傳感器，較佳地，這種傳感器由非晶或納米晶體金屬構(gòu)成并且在所加的 交變磁場的影響下具有重新磁化響應(yīng)，這種重新磁化響應(yīng)在至少一個設(shè)置點溫 度(比如傳感器元件的居里溫度)之下或之上是不同的。這些溫度傳感器可以 與用于溫度檢測的相關(guān)檢測器一起使用，并且作為閉環(huán)加熱系統(tǒng)的一部分。
背景技術(shù)：
在市場上，可無線地讀取的溫度傳感器有各種各樣的應(yīng)用。這些應(yīng)用包括 檢測并報告家畜的內(nèi)部溫度以及作為閉環(huán)溫度反饋系統(tǒng)的一部分，這種閉環(huán)溫 度反饋系統(tǒng)允許磁感應(yīng)加熱器精確地控制絕熱食物遞送盒的溫度。美國專利 5,954,984、 6,232,585、 6,320,169和6,953,919揭示了許多這樣的應(yīng)用。
許多這樣的應(yīng)用目前使用的是射頻標(biāo)識(RFID)溫度檢測系統(tǒng)。這些RFID 溫度檢測系統(tǒng)包括RFID讀取器及其相關(guān)的RFID "標(biāo)簽"，由此該標(biāo)簽具有某 一類型的溫度傳感器并且以之為其電路的一部分。
這些現(xiàn)有的RFID系統(tǒng)往往因標(biāo)簽成本的緣故而相對較貴，并且在超過125 。C時就無法連續(xù)工作了。此外，它們在金屬或其它導(dǎo)電材料附近無法發(fā)送信息，
9特別是當(dāng)RFID標(biāo)簽被嵌入導(dǎo)電材料之內(nèi)的時候。
磁性元件標(biāo)記(或"標(biāo)簽")常常被用作電子物件監(jiān)視(EAS)系統(tǒng)或 其它驗證系統(tǒng)的一部分。這些標(biāo)記或標(biāo)簽是無源的，通常比RFID標(biāo)簽要小且 更便宜，并且可以在高溫下工作，還可以采用某些形式將其信息無線地發(fā)送給 檢測器，即使是在被嵌入導(dǎo)體中的時候。
例如，美國專利4，484，184揭示了由軟磁非晶合金條帶制成的EAS標(biāo)記或
標(biāo)簽。這些條帶的成分由表達(dá)式MaNbOeXdYeZf構(gòu)成，其中M是鐵和鈷中的至少
一種，N是鎳，O是鉻和鉬中的至少一種，X是硼和磷中的至少一種，Y是硅，Z 是碳，"a"-"r是原子百分比，a大約介于35-85之間，b大約介于0-45之間，c大約 介于0-7之間，d大約介于5-22之間，e大約介于0-15之間，f大約介于0-2之間， 并且d+e+f之和大約介于15-25之間。上述標(biāo)記條帶能夠按一些頻率產(chǎn)生場擾動， 這些頻率是場發(fā)射器所產(chǎn)生的入射交變磁場的頻率的諧波。安排一檢測裝置， 來檢測在詢問區(qū)域附近因其內(nèi)存在標(biāo)記而產(chǎn)生的諧波的選定音調(diào)的磁場擾動。 上述標(biāo)記產(chǎn)生諧波的過程是由該標(biāo)記對入射磁場具有非線性磁化響應(yīng)而導(dǎo)致 的。
本領(lǐng)域需要一種利用小巧且便宜的溫度檢測元件的無線溫度檢測系統(tǒng)， 這種系統(tǒng)可以在超過125'C的溫度下連續(xù)地工作并且即使在金屬或其它導(dǎo)電材 料附近也能夠發(fā)送信息。此外，如果這種改進(jìn)的溫度檢測元件能夠攜帶與傳感 器自身有關(guān)的預(yù)定數(shù)據(jù)或者攜帶與待測溫度的物體有關(guān)的預(yù)定數(shù)據(jù)(比如物體 的身份、物體特征、或加熱指令)，則將更為有利。最后，如果這種檢測元件 可以被用作閉環(huán)反饋加熱系統(tǒng)的一部分從而能夠控制加熱設(shè)備的輸出并由此 控制物體的溫度，則將會實現(xiàn)許多優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種全新類型的溫度傳感器、溫度檢測方法和閉環(huán)加熱系 統(tǒng)。在發(fā)現(xiàn)通過使用磁性溫度檢測元件就可以獲得可靠的溫度檢測時，就預(yù)計 到本發(fā)明，其中每一個磁性溫度檢測元件在所加的交變磁場的影響下都具有特 征性的重新磁化響應(yīng)，這些響應(yīng)對溫度很敏感并且可以很容易地被監(jiān)控。更具體地講，較佳的傳感器被配置成與物體熱接觸以便檢測其溫度，并 且包括至少一個易磁化的傳感器元件，它在所加的交變磁場的影響下具有重新 磁化響應(yīng)，這種重新磁化響應(yīng)是由至少一個很短的可檢測的磁場擾動脈沖來定 義的，這種磁場擾動脈沖具有已定義的很短的持續(xù)時間，這種重新磁化響應(yīng)在 至少一個設(shè)置點溫度之下和之上是不同的。較佳地，該設(shè)置點溫度是傳感器元 件的居里溫度或接近該居里溫度的溫度(通常在大約25'C以內(nèi))。在大多數(shù)應(yīng)
用中，該設(shè)置點溫度大約低于40(TC。
當(dāng)這種溫度傳感器元件與待測溫度的物體熱接觸并且向該傳感器元件施 加足夠大的交變磁場以引發(fā)期望的重新磁化響應(yīng)時，該傳感器元件就以"溫度開 關(guān)"的方式操作。即，當(dāng)物體低于該傳感器元件的設(shè)置點溫度時，就觀察到來自
該傳感器元件的重新磁化響應(yīng)；當(dāng)物體溫度達(dá)到或超過設(shè)置點溫度時，要么觀 察不到重新磁化響應(yīng)，要么該響應(yīng)發(fā)生變化。
通常，本發(fā)明的溫度傳感器利用多個傳感器元件，每一個傳感器元件都 具有與其它傳感器元件不同的設(shè)置點溫度。較佳地，這些傳感器元件被設(shè)計成 具有連續(xù)不同的設(shè)置點溫度，這些連續(xù)不同的設(shè)置點溫度從最低變換到最高并 且遵照一種至少稍微均勻的方式，使得可以在與溫度傳感器的設(shè)計相對應(yīng)的溫 度范圍中監(jiān)控物體的溫度。在這種情況下，相鄰設(shè)置點之間的差異的大小定義 了溫度傳感器的分辨率。
為了最有效地利用本發(fā)明的溫度傳感器，還利用了與傳感器元件相關(guān)的 檢測器。這種檢測器通常具有一種用于產(chǎn)生足夠大的交變磁場以詢問這些傳感 器元件(即，基于物體的溫度引發(fā)傳感器元件的重新磁化響應(yīng))的設(shè)備以及用 于檢測這種響應(yīng)的設(shè)備。事實上，這種檢測器具有磁場產(chǎn)生線圈以及磁場接收 線圈，它們都耦合到信號處理單元。在使用過程中，檢測器產(chǎn)生必需的交變磁 場，并且磁場接收線圈檢測傳感器元件的重新磁化響應(yīng)，從而向信號處理單元 發(fā)出輸出信號。信號處理單元最好采用數(shù)字微處理器的形式，并且使用一種用 于確定物體溫度的解碼算法。在較佳的形式中，解碼算法包括一個或多個查詢 表格，這些查詢表格將傳感器元件的重新磁化響應(yīng)與物體溫度關(guān)聯(lián)起來。
易磁化的傳感器元件最好形成非晶或納米晶體狀態(tài)的金屬體。這種金屬 體最好采用非常薄的細(xì)長導(dǎo)線或條帶的形式，其最大橫截面尺寸(比如直徑)高達(dá)約100納米，并且可以按各種方式來生產(chǎn)。金屬體的一種特別適合的形式
是微絲(microwire)形式，它由內(nèi)部金屬芯和任選的外部玻璃涂層構(gòu)成。這種 微絲可以通過公知的Taylor方法來生產(chǎn)或者作為水-澆非晶體。然而，在本發(fā) 明中不是必須要使用微絲，只要這些傳感器包括必需的易磁化傳感器元件就可 以。
在本發(fā)明的另一個方面中，提供了新的基于微絲的復(fù)合物或組合式微 絲。在這些結(jié)構(gòu)中，通過已知居里溫度的相鄰的鐵磁鞘，屏蔽了由細(xì)長金屬體 構(gòu)成的內(nèi)部微絲，這防止或至少改變了相關(guān)微絲金屬體在鞘的居里溫度以下的 溫度處(或在接近鞘的居里溫度的己知溫度處)的重新磁化響應(yīng)。鞘可以圍繞 著內(nèi)部微絲，或者至少部分地設(shè)置在內(nèi)部微絲附近且與之留有間隔。 一種特別 適合的復(fù)合物微絲包括最里面的易磁化的微絲體以及圍在外面的玻璃套。該鞘 是管狀的并且圍繞著玻璃套，還具有圍繞著該鞘的最外面的玻璃套。通過使用 修改的Taylor方法，可以很容易地生產(chǎn)這種復(fù)合物設(shè)計。具體地講， 一對內(nèi)玻 璃管和外玻璃管被套疊在一起，易磁化的金屬位于該內(nèi)管之內(nèi)，鐵磁鞘材料位 于該內(nèi)管和外管之間。使這些部件熔化，并且迅速地拉伸，從而產(chǎn)生期望的復(fù) 合物結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的另一個方面中，提供了一種檢測物體溫度的方法。該方法寬 泛地包括放置溫度傳感器使其與所述物體熱接觸，所述傳感器包括至少一個易 磁化的傳感器元件，該傳感器元件在所加的交變磁場的影響下具有重新磁化響 應(yīng)，其中該重新磁化響應(yīng)在至少一個設(shè)置點溫度之下和之上是不同的。接下來， 在該傳感器的區(qū)域中產(chǎn)生足夠大的交變磁場，以引發(fā)該傳感器元件的重新磁化 響應(yīng)。于是，該傳感器元件的重新磁化響應(yīng)被檢測到，并且被用于至少部分地 確定該微絲體的溫度(并且因此確定該物體的溫度)是在設(shè)置點溫度之上還是 在設(shè)置點溫度之下(例如，在溫度確定過程中，其它信息也可以與檢測到的重 新磁化響應(yīng)一起使用)。
如上所述，該傳感器一般具有多個易磁化的傳感器元件，每一個傳感器 元件在所加的交變磁場的影響下都具有不同的重新磁化響應(yīng)，并且每一個重新 磁化響應(yīng)在設(shè)置點溫度之下和之上都是不同的，其中這些傳感器元件的設(shè)置點溫度是彼此不同的。在這種情況下，至少某些傳感器元件的重新磁化響應(yīng)被檢 測到，并且被用于測量傳感器元件的溫度以及物體的溫度。
在使用帶鞘的復(fù)合物或組合式微絲檢測元件的情況下，相關(guān)的鐵磁鞘通 過使相關(guān)的微絲體磁飽和或偏置，來防止該微絲體的重新磁化響應(yīng)，直到該傳 感器元件和該物體達(dá)到鐵磁鞘的居里溫度以上的一個溫度或者達(dá)到某一個接 近該居里溫度的固定溫度。該鞘使傳感器元件磁飽和或偏置的程度可以被設(shè)計 成在接近該鞘的居里溫度的溫度范圍中產(chǎn)生一系列不同的或變化的重新磁化 響應(yīng)。假定相關(guān)的檢測器具有足夠大的分辨率和鑒別力，則這些不同的或變化 的響應(yīng)可以被檢測到，并且被用于溫度檢測。由此，在這種情況下，單個微絲 檢測元件可以呈現(xiàn)出多個不同的設(shè)置點溫度。
本發(fā)明也提供了一種獨特的結(jié)構(gòu)和方法以便于選擇性地測量由至少一 對彼此靠得很近的部件構(gòu)成的物體的溫度，這些部件中的至少一個是可加熱 的。例如，根據(jù)本發(fā)明，可以對加熱器和相關(guān)的可加熱消耗品(比如感應(yīng)加熱 器和填充有可加熱的剃須膏的容器)進(jìn)行溫度監(jiān)控和控制。在這種設(shè)計中，將 為可感應(yīng)-加熱噴嘴配備一種本發(fā)明的溫度傳感器，該噴嘴被設(shè)計成連接到上 述容器并且對從該容器中出來的流體進(jìn)行加熱，而該容器將被配備一種與加到 噴嘴上的溫度傳感器相關(guān)聯(lián)的磁場-響應(yīng)式數(shù)據(jù)元件(比如常規(guī)的微絲)。該 溫度傳感器和數(shù)據(jù)元件是相關(guān)聯(lián)的，使得如果該溫度傳感器和數(shù)據(jù)元件同時經(jīng) 歷一種詢問的交變磁場，則可以僅對該溫度傳感器的重新磁化響應(yīng)進(jìn)行解碼。 通常，這是通過改變上述檢測設(shè)備的解碼算法來實現(xiàn)的，使得它將不檢測并報 告物體溫度，除非上述溫度傳感器和數(shù)據(jù)元件都存在。當(dāng)該容器位于用于加熱 目的的感應(yīng)加熱器上時，上述溫度傳感器和數(shù)據(jù)元件靠得很近，并且該傳感器 的重新磁化響應(yīng)可以被檢測到，并且被用于溫度檢測。
本發(fā)明的這一方面是特別有優(yōu)勢的，因為加熱器的制造商可以確保只有 它制造的消耗品才可以與該加熱器一起使用；即，如果另一個制造商的消耗品 與該加熱器一起使用，則不可能發(fā)生溫度監(jiān)控，因為其它制造商的消耗品不包 括必需的相關(guān)聯(lián)的磁場-響應(yīng)式數(shù)據(jù)元件。另外，該加熱器可以被設(shè)計成，使 得它將根本不工作，除非使用合適的消耗品。本發(fā)明也提供通過利用本發(fā)明的溫度傳感器對物體進(jìn)行加熱的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還包括對物體進(jìn)行加熱的裝置，比如感應(yīng)加熱單元或其它類型的加熱單元，這種系統(tǒng)還包括所述類型的重新磁化響應(yīng)檢測器。還提供了與檢測器和加熱裝置相耦合的控制器，以便接收來自檢測器的輸出信號并且響應(yīng)于這些輸出信號來控制該加熱裝置的操作。在這些類型的系統(tǒng)中，物體的溫度被接連地或連續(xù)地監(jiān)控，并且該控制器改變該加熱裝置的操作，以便加熱該物體或者使其維持在期望的溫度范圍中。


圖l是示出了適用于本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)的磁性微絲元件的部分截面的片
段圖2示出了適用于本發(fā)明的微絲在微絲合金的居里溫度以下的溫度處的磁特性；
圖3A是常規(guī)的防竊EAS標(biāo)記或標(biāo)簽中所使用的非晶條帶的"時間-重新磁化"關(guān)系圖3B是從Sensormatic公司購得的標(biāo)記或標(biāo)簽中所使用的一種具有很大的巴克豪森不連續(xù)性的非晶微絲的"時間-重新磁化"關(guān)系圖3C是通過Taylor方法生產(chǎn)的涂敷有玻璃的非晶磁性微絲的"時間-重新磁化"關(guān)系圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的貼到待測物體上的磁性溫度傳感器的示意性橫截面圖4A是與圖4相似的的示意性橫截面圖，但示出了分別設(shè)置在兩個被設(shè)計成靠得很近的物體上的磁性微絲溫度傳感器的各個部件；
圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的溫度檢測元件的示意性橫截面圖，描繪了一種涂有玻璃的非晶微絲磁性元件，其周圍包裹著鐵磁金屬或鐵氧體材料的圓柱形鞘，且具有期望的居里溫度；
圖6是根據(jù)本發(fā)明的磁性溫度傳感器的示意性橫截面圖，它利用了圖1所示那種類型的微絲數(shù)據(jù)元件以及圖5所示的溫度檢測元件；圖7是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的另一種溫度檢測元件的示意性橫截面圖，其中涂有玻璃的非晶微絲磁性元件如圖l所示那樣，且靠近具有期望的居里溫度的鐵磁金屬或鐵氧體材料的鞘；
圖8是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的磁性溫度傳感器的示意性橫截面圖，其中包括圖1所示的數(shù)據(jù)元件以及圖7所示的溫度檢測元件；
圖9示出了在適用于本發(fā)明第二實施方式的溫度檢測元件的鞘或適用于本發(fā)明第三實施方式的溫度檢測元件的鞘的鎳-銅合金中"銅的百分比-居里溫度"的關(guān)系圖10是根據(jù)本發(fā)明的溫度讀取器的示意性框圖，這種溫度讀取器可與它的磁性元件溫度傳感器交互作用；
圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的基于磁性元件傳感器的封閉反饋溫度控制感應(yīng)加熱單元的示意具體實施例方式
觀夯茲術(shù)游磁絲i斧浙襝激系統(tǒng)
為了最佳地理解本發(fā)明，理解現(xiàn)有的使用磁性元件(常常被稱為"磁性標(biāo)記")的EAS和驗證系統(tǒng)及其相應(yīng)的檢測系統(tǒng)的本質(zhì)和操作是有益的。
一種常用的磁性元件是涂有玻璃的非晶微絲。在技術(shù)和專利文獻(xiàn)中，已揭示了這種微絲及其生產(chǎn)過程、磁學(xué)性質(zhì)和居里溫度以下的行為。例如，參見
下列文獻(xiàn):美國專利6,441,737和6,747,559; Horia Chirac的文章"P，畫"o"awd C7wra"eWzfl"'o" o/ G7ow Covered Magwe"c ， Materials Science and
Engineering, A304-306, 166-71 (2001); Donald等人的文章"77 e尸，,"o/7,fVopeW/es J/jp/Zcc^/ows o/ Some G7aws Coaled Mefa/ i^7amewAs /Vepared
r一or-,e尸露m，， ， Journal of Materials Science, 31, 1139-48 (1996);Wiesner禾口 Schneider的文章"Afagwe"'c iVo/ er"es o/ ^mo^p/zoz^ j〃o;asCo齒/m'"g Gfl, Ge， cw" ， ， Phys. Stat. Sol. (a) 26, 71 (1974);以及Antonenko等人的文章"Wg/j F，wewcj; /V0/7eWes o/G7ow-Co她dM〖cz-oiWms" ， Journal ofApplied Physics,巻83, 6587-89。通過本領(lǐng)域通稱的Taylor工藝，可以便宜地生產(chǎn)出連續(xù)多段微絲，由此在底部密封的大致垂直設(shè)置的玻璃管中使預(yù)先形成合金的錠或所需的元素成分熔化。 一旦用射頻("rf')進(jìn)行加熱使該合金轉(zhuǎn)換成熔融狀態(tài)，則抓住玻璃管的軟化底部并將其拉成連續(xù)的微絲。在拉伸的過程中，迅速減小合金橫截面并且使用輔助冷卻裝置，就使該合金變?yōu)榉蔷У幕蚣{米晶體。
圖1描繪了典型的微絲20，其總直徑從10微米或更小到數(shù)十微米。微絲20具有合金芯22和玻璃涂層24，其中合金芯22和玻璃涂層24可以連續(xù)地彼此物理耦合著，或者僅在若干個空間分離的點處彼此物理耦合著。玻璃-金屬比例盡管是可變的，但是可以對其進(jìn)行密切地控制。例如，對于45-60微米芯直徑微絲而言，玻璃涂層24的典型厚度可以大約是1-5微米；對于30微米芯直徑微絲而言，玻璃涂層24的典型厚度大約是l-3微米。用于現(xiàn)有技術(shù)的EAS和驗證標(biāo)簽的微絲元件通常被切割成多個15mm到75mm的段。
通過改變合金成分以及玻璃-金屬直徑比例，可以控制微絲磁學(xué)性質(zhì)以及所得的磁滯回線。圖2示出了具有很大的巴克豪森不連續(xù)性(Barkhausendiscontinuity)的典型微絲20的理想化的磁滯回線響應(yīng)，適用于下述的本發(fā)明。當(dāng)這種微絲20暴露于外部交變磁場(其磁場強(qiáng)度在該元件的瞬時磁極化的相反方向上大于矯頑磁力He，此處所顯示的是理想情況下小于10 A/m)時，重新磁化過程導(dǎo)致了易于檢測到的諧波強(qiáng)脈沖的產(chǎn)生。該脈沖期間的磁通量變化引起了通量對時間的導(dǎo)數(shù)的峰值。相應(yīng)地，在該元件附近的接收線圈中將會觀察到電壓峰值，并且讀取器可以使該電壓峰值與該磁場中存在微絲元件關(guān)聯(lián)起來。
現(xiàn)有技術(shù)通過Taylor方法生產(chǎn)的涂有玻璃的非晶微絲20可以被制造成呈現(xiàn)出非常低的矯頑磁力(基本上小于10A/m)、很高的相對磁導(dǎo)率(基本上高于20000)、基本上為零或稍微為正的磁致伸縮以及很大的巴克豪森不連續(xù)性(這意味著該微絲基本上僅以雙模磁性狀態(tài)存在)。
微絲20的重新磁化性質(zhì)也是很重要的，并且將這種微絲與其它類型的現(xiàn)有技術(shù)磁性元件區(qū)分開。參照圖3C (參照美國專利6,556,139)，可以看到，對于涂有玻璃的非晶微絲而言，重新磁化峰值寬度(在半振幅水平處測得的)處于25-80微秒的范圍中。相反(參照圖3B)，可從Sensormatic公司買到的標(biāo)記或標(biāo)簽包括一種"在水中澆鑄"的非晶絲，它具有很大的巴克豪森不連續(xù)約200-500微秒的范圍中。最后(參照圖3A)，對于防竊標(biāo)記或標(biāo)簽(比如MetoGmbH32-mm標(biāo)記或標(biāo)簽)中常用的非晶條帶而言，峰值寬度大約是l-2微秒。由此，圖l所示類型的微絲呈現(xiàn)出極短的重新磁化峰值，這允許將微絲響應(yīng)與背景噪聲區(qū)分開，比如，與其它外部物體的場交互作用而導(dǎo)致的背景噪聲。
Zhukov等人在J. Mater. Res. 15 No. 10 Oct. (2000)上的文章描述了在使用多個非晶的涂有玻璃的絲段時生產(chǎn)多位標(biāo)記的過程，每一個絲段都具有不同
的尺寸(長度、總直徑等)或磁學(xué)性質(zhì)(比如矯頑磁力)。例如，如果多個磁性微絲元件分別呈現(xiàn)出不同的矯頑磁力，則通過使用美國專利4,203,544所描述的方法，在每一個磁場周期內(nèi)都可以檢測到它們獨特的重新磁化峰值，并且可以識別它們的圖案。美國專利5,729,201描述了一種用于區(qū)分這樣的多個微絲的方法，即使它們具有相同的磁學(xué)性質(zhì)和尺寸。在微絲附近的永磁體偏置場元件通過它與每一個單獨的絲段靠近的程度的不同，來區(qū)分由讀取器所產(chǎn)生的外部磁場的振幅(該振幅被要求要超過用于使每一個磁性元件重新磁化的矯頑磁力)。這導(dǎo)致了檢測到的重新磁化峰值中的相位差，由此允許對單獨的元件進(jìn)行區(qū)分。
美國專利4,134，538描述了由多個磁性元件構(gòu)成的多元件標(biāo)簽(標(biāo)記)，每一個元件具有不同的矯頑磁力，由此允許向任何粘貼的物體分配一個參考代碼，該代碼具有與所使用的磁性元件一樣多的字符。 一旦按照各磁性元件的矯
頑磁力的值的順序向每一個磁性元件分配該參考代碼中的一個字符，與每一個磁性元件相對應(yīng)的信號接下來就出現(xiàn)在檢測裝置中，其移相順序與矯頑磁力的順序一樣，并且每一個信號都具有與編碼時所分配的值相對應(yīng)的振幅，由此在排列和振幅方面再現(xiàn)了完整的代碼。
美國專利6,622,913揭示了通過使用不同直徑或磁導(dǎo)率的微絲元件可以按二進(jìn)制形式對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編碼，使得它們對發(fā)射器所產(chǎn)生的交變磁場產(chǎn)生相當(dāng)不同的響應(yīng)。相應(yīng)地， 一種類型的微絲可以呈現(xiàn)出二進(jìn)制"0",而另一種類型的微絲可以呈現(xiàn)出二進(jìn)制"1"。例如，可以制造四種微絲的陣列(這四種微絲具有越來越大的矯頑磁力，使得通過在入射交變磁場的周期內(nèi)檢測它
們的相差就可以很容易地對它們進(jìn)行區(qū)分)，以產(chǎn)生交變的高振幅場擾動和低
17振幅場擾動(由此在檢測器處就有交變的高電壓振幅和低電壓振幅)，使得它 們呈現(xiàn)出IOIO這樣的二進(jìn)制模式。
美國專利申請2005/0109435描述了若干種在單個微絲上編碼多位信息的 磁學(xué)和光學(xué)方法。鐵磁非晶玻璃涂敷型微絲的應(yīng)力敏感性可以有利地被用作影 響磁疇結(jié)構(gòu)的物理基礎(chǔ)。鐵磁非晶玻璃涂敷型微絲編碼可以源于這種疇結(jié)構(gòu)的 局部變化。通過強(qiáng)加局部應(yīng)力或通過非晶合金的選擇性結(jié)晶，很容易實現(xiàn)上述 這種變化。這種變化可以受許多方式影響，其中包括通過脈沖激光進(jìn)行局部加 熱、玻璃涂層的化學(xué)薄化、玻璃上的涂層等。鐵磁非晶玻璃涂敷型微絲的玻璃 涂層的局部修改可以被用于有效地產(chǎn)生非晶合金芯的磁疇結(jié)構(gòu)的受控變化，由 此能夠進(jìn)行編碼。較佳的方法是使用激光脈沖對玻璃或合金進(jìn)行局部加熱(通 過選擇波長可以實現(xiàn)獨立的加熱)，從而引起玻璃或合金之一或兩者的結(jié)構(gòu)變 化，并由此改變了現(xiàn)存的應(yīng)力場或基本的磁學(xué)特性。
現(xiàn)有技術(shù)EAS或驗證系統(tǒng)檢測器設(shè)備(這些設(shè)備與被用作磁性標(biāo)記的所 有類型的磁性元件相結(jié)合著使用)通常使用場發(fā)射器單元和磁場檢測器單元。 場發(fā)射器通常具有頻率發(fā)生器和場發(fā)生器線圈(一起構(gòu)成交變磁場源)，用于 在該標(biāo)記的詢問區(qū)域中產(chǎn)生交變的磁場。檢測器單元通常具有場接收線圈和信 號處理單元，該信號處理單元通常觸發(fā)報警設(shè)備。
在現(xiàn)有技術(shù)的EAS系統(tǒng)中，當(dāng)磁性標(biāo)記位于上述線圈附近時，詢問的AC 場引起了磁性元件的磁化的切換。相應(yīng)地，非常短的磁場擾動脈沖被場接收線 圈接收。這些脈沖被信號處理電路檢測到，該信號處理電路產(chǎn)生一個輸出以激 活警報。
第一實i方式；^f居f溢度澄漱游眾學(xué)性廣經(jīng)參改游錄遂
本發(fā)明的第一實施方式包括磁性微絲溫度傳感器，它具有至少一個且通 常多個易磁化的微絲，至少某些微絲的各個合金具有經(jīng)修改的化學(xué)性質(zhì)以及相 應(yīng)的不同的居里溫度，通常大約低于40(TC。另外，本實施方式包括微絲讀取 器或檢測器，它能夠?qū)膫鞲衅魑⒔z中獲得的溫度信息進(jìn)行解碼。
化學(xué)性質(zhì)經(jīng)修改的各個微絲最好被制造成使得在它們各自的居里溫度 以下，經(jīng)修改的微絲保留很大的巴克豪森不連續(xù)性、極低的矯頑磁力和極高的 磁導(dǎo)率(所得的磁滯回線行為是圖2所描繪的類型)。這些經(jīng)修改的微絲在其居里溫度以上通常會完全失去其鐵磁性。傳感器陣列內(nèi)的其它微絲不需要具有 經(jīng)修改的化學(xué)性質(zhì)，但是可以根據(jù)任何上述現(xiàn)有技術(shù)的單或多位編碼方法而作 為數(shù)據(jù)元件進(jìn)行操作。
關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的非晶微絲中所使用的基于鐵和/或基于鈷的合金，最佳 的化學(xué)性質(zhì)修改就是調(diào)節(jié)其中的鉻的原子百分比。在非晶的基于鐵
(Fe80-xCrx)(PC)20的合金中，鉻對其磁學(xué)性質(zhì)有著相當(dāng)大的影響。鉻百分比的 增大會使居里溫度、平均超精細(xì)場及其飽和磁化強(qiáng)度下降，并且另一方面，會 使其初始磁導(dǎo)率顯著增大。例如，在某些經(jīng)測試的樣品中，鉻百分比從0%增 大到6.5%就會使居里溫度從330'C減小到155°C。參照Henry等人的文章
Mos5^awer 5Vw(^ 5-i/丄oo/w" ， Journal of Materials Science 19: 1000-06 (1984);還可以參照Wijn的書"Mag"e"c /VopeW/w o/A/eto/s—d-五/eme"&,爿〃o;^y, ^mc/CompowwW ， Springer-Verlag， Berlin (1991)。
對基于鐵和基于銅的合金所作的其它化學(xué)性質(zhì)改變也可以被用于改變 非晶微絲元件的磁學(xué)特性。例如，在某些FCZBN合金中，鈷可以替換鐵，并 且所得的居里溫度隨著鈷含量的增大而呈現(xiàn)出像正弦曲線那樣的行為，并且在 鈷原子百分比為3%和12.5%處顯露出兩個最大值，在鈷原子百分比為7.5% 處顯露出一個最小值(Yao等人的文章"Co Depew<ie ce o/Cwn'e rempera^w /" y4wor/ /zoMs Co 5 7V6 /1//oj^ Pf/f/ /f,g/z G/ass Form/"g」6//"_y" ， Journal of Physical Science: Condensed Matter, Vol. 16 6325-34 (2004)) 。 77wwac"'o似 o" Mflg"W"， Vol. 22， 1349-51 (1986)提出一種工藝，由此具有高P含量的Co-P 非晶合金可以通過電解而獲得。這些合金的居里溫度在"居里溫度-成分(高 達(dá)28-29。/。的P)"關(guān)系圖中顯示出線性行為。對于更高的濃度，觀察到恒定的 居里溫度。
如上所述，第一實施方式最好利用多個磁性微絲溫度檢測元件，其化學(xué) 性質(zhì)己發(fā)生變化，使得這些微絲在整個溫度傳感器的特定設(shè)計溫度范圍中的各 個溫度(通常約為40(TC或更低)處變?yōu)轫槾判缘摹＠?，圖4描繪了溫度傳 感器26，它具有總共4個溫度檢測微絲28-34，從而構(gòu)成陣列36。通過使用任 何上述技術(shù)(比如增大鉻的原子百分比)，微絲28-34的化學(xué)性質(zhì)已被修改，
19其結(jié)果是，這些微絲的居里溫度是不同的并且在傳感器26正常工作的溫度范
圍中全部被超過。其余兩個微絲38和40是數(shù)據(jù)元件。還使用了任選的永久磁 性偏置場元件41。
在圖4的實施方式中，微絲28-34是并行排列的，其中間距42等于每一 個相鄰微絲的半徑之和(間距42可以大于這些半徑之和)，并且通過導(dǎo)熱粘 合劑(未示出)而固定到一起，該粘合劑也將微絲粘貼到將要對其進(jìn)行溫度監(jiān) 控的物體44上。
在這種典型實施方式中，微絲28-34和38-40的矯頑磁力因其合金中的 化學(xué)性質(zhì)的變化(尤其是每一種合金的鉻含量)而發(fā)生變化，以便確保這6個 微絲中的每一個微絲在每一個周期內(nèi)可以按其在整個陣列中的位置的順序被 唯一地檢測到。當(dāng)然，用于改變合金化學(xué)性質(zhì)和用于調(diào)節(jié)矯頑磁力的其它現(xiàn)有 技術(shù)也是可以使用的。另外，除了微絲38以外(它明顯長很多，比如40mm)， 這6個微絲28-34和38-40都具有相同的長度(比如20mm)。微絲38的這種
額外的長度確保了，來自該數(shù)據(jù)元件微絲的檢測到的重新磁化峰值在振幅方面 大于所有其它重新磁化峰值。
圖10示出了典型的檢測器設(shè)備46，用于檢測由傳感器26所檢測到的溫 度，與物體44的溫度相對應(yīng)。檢測器46寬泛地包括交變磁場發(fā)射器單元，其 形式是頻率發(fā)射器48且與場發(fā)生器線圈50相耦合，使得該發(fā)射器單元可產(chǎn)生 用于詢問傳感器26的交變磁場。整個設(shè)備46還包括場接收線圈52，可操作地 耦合到數(shù)字信號處理單元54和溫度顯示器56。如圖所示，處理單元54配有通 信端口58和60，并且可以通過連接62可操作地耦合到頻率發(fā)生器48。另外， 頻率發(fā)生器48可以配有任選的輸入61，從而允許對該發(fā)生器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
信號處理單元54使用一種解碼算法來工作，該解碼算法能夠?qū)υ儐杺?感器26時所接收到的磁場擾動信息進(jìn)行解碼。較佳地，根據(jù)本發(fā)明，該解碼 算法的形式是用于多個傳感器的一個或多個査詢表格，都被存儲在與該單元54 相關(guān)聯(lián)的存儲器內(nèi)。對于專用于傳感器26的檢測器46而言，溫度查詢表格將 具有用于上述四個溫度檢測微絲元件28-34的預(yù)期的相位位置(來自停止位 和/或來自彼此的相位關(guān)系)；以及針對來自微絲20的陣列36的可接受的檢測
20到的位代碼進(jìn)行報告的溫度(一些位代碼可能是不可接受的，因為根據(jù)居里溫 度的定相微絲順序它們不符合邏輯，由此是檢測器46誤讀的結(jié)果)。
如上所述，傳感器26和檢測器設(shè)備46相互關(guān)聯(lián)，使得設(shè)備46可以通 過對傳感器26進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑儐杹泶_定物體44的溫度。這種相互關(guān)聯(lián)包括將傳 感器26的位邏輯與解碼算法(在這種情況下，即信號處理單元54的存儲器內(nèi) 所存儲的溫度查詢表格)匹配起來。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以提供各種 位邏輯和相應(yīng)的算法表格。然而，下面的討論在圖10的傳感器26和檢測器設(shè) 備46的上下文中提供了一種典型的系統(tǒng)。
再次參照圖4，假定上述四個溫度檢測元件微絲34-38中最低有效位是 微絲28，它可以被命名為"第一"微絲。由此，當(dāng)物體44處于第一微絲28的 居里溫度以下時，在設(shè)備46所產(chǎn)生的交變磁場的影響下，微絲28仍然將產(chǎn)生 其特征性的短重新磁化脈沖。當(dāng)物體44的溫度高于第一微絲28的居里溫度時， 在所加的交變磁場的影響下，微絲28將不再產(chǎn)生它的短重新磁化脈沖，因此， 在檢測到的溫度檢測元件位陣列中將沒有它的位("0"值)。
其余的溫度檢測微絲30-34都具有各自的化學(xué)性質(zhì)經(jīng)修改的合金，使得 這些微絲的居里溫度是連續(xù)地且逐步地高于第一微絲28的居里溫度。由此， "第二"微絲30具有比第一微絲28稍高的居里溫度，"第三"和"第四"微 絲32和34具有連續(xù)的、比低階的微絲稍高的居里溫度。這樣，在來自檢測器 46的所加磁場的影響下，在比第一微絲28和所有之前的低階微絲要高的各個 溫度處，微絲30-34的重新磁化脈沖(位)將消失(即變?yōu)?0"值)。
例如，如果物體44的溫度低于第一和第二微絲28和30的居里溫度， 則陣列36的所有的位都將被設(shè)備46讀取(即變?yōu)?1"值)。如果物體44的 溫度高于第一微絲28的居里溫度但低于第二微絲30的居里溫度，則對于設(shè)備 46而言第一位將消失即"0"值，但與微絲30-34相對應(yīng)的其余的位都將被.設(shè) 備46讀取即"1"值。
如上所述，設(shè)備46包含以查詢表為形式的算法，該算法識別出，第一 溫度位的消失以及第二和所有更高溫度位的出現(xiàn)意味著物體44的溫度介于第 一和第二微絲(溫度位)28和30的第一和第二居里溫度之間(如本文所使用 的那樣，傳感器或物體溫度的檢測或確定可以是指某一溫度范圍中的單一溫度或近似溫度)。由此，通過讀取由陣列36所產(chǎn)生的溫度檢測位數(shù)據(jù)，并且使 該數(shù)據(jù)的二進(jìn)制值與感興趣的查詢表格關(guān)聯(lián)起來，就可以將物體44的溫度確 定為處于第一和第二微絲居里溫度之間的間隔所定義的溫度范圍之內(nèi)。當(dāng)然，
該邏輯應(yīng)用于圖4示例中所有四個微絲28-34。
如果給定的磁性元件溫度傳感器上的溫度檢測微絲的數(shù)目N具有己標(biāo)識 好的具有已知不斷增大的次序的居里溫度，并且這些居里溫度被選擇成彼此之 間的增量至少稍微一致些，則該傳感器可以檢測從第一到第N居里溫度之間的 各溫度。這種傳感器的分辨率就是連續(xù)的居里溫度之間的增量。應(yīng)該理解，即 使連續(xù)的居里溫度并非完全一致，相關(guān)的査詢表格也可以被構(gòu)建出來，并且該 傳感器也可以適當(dāng)?shù)仄鹱饔谩?br> 本實施方式的微絲合金可以在這些合金被處理成微絲之前或之后，對它 們的居里溫度進(jìn)行量化。這樣，就可以針對溫度檢測，來校準(zhǔn)這種完整的微絲 傳感器。對于待測的給定溫度范圍而言，其居里溫度被量化且在上述溫度范圍 中接近等間距的那些微絲的數(shù)目越大，該微絲溫度傳感器的分辨率就越高。較 佳地，本實施方式的溫度傳感器具有至少20個溫度檢測微絲，從第一微絲到 第N微絲具有連續(xù)更高的居里溫度，并且連續(xù)的微絲之間的增量不大于5°C。
在某一個溫度檢測微絲并不按照與其它微絲相適宜的順序消失的情況 下(原因可能是讀取器的誤讀、缺少與其它的熱接觸等)，缺少可接受的查詢 表格值最好使設(shè)備46的讀取器算法嘗試傳感器26的重新讀取。如果連續(xù)的重 新讀取顯示出同樣不規(guī)則的溫度數(shù)據(jù)，則讀取器算法可以丟棄該溫度數(shù)據(jù)，使 用上一次測得的溫度(或者上一次測得的溫度加上一溫度增量，該溫度增量基 于一種包括上一次測量的溫度變化率和讀取時間間隔的計算過程)，接下來， 在下一次計劃好的讀取間隔處重新嘗試。較佳地，采取多個步驟，以確保所有 的微絲彼此有著良好的熱接觸并與待測溫度的物體44有著良好的熱接觸。一 種這樣的步驟就是將所有的微絲粘貼到一個薄的導(dǎo)熱基板上。另一個步驟是使 用下述的導(dǎo)熱外殼或封裝材料。
已知，在一個周期內(nèi)可以檢測多達(dá)40個微絲，相應(yīng)地，本實施方式的磁 性元件溫度傳感器可以包含多于4個溫度檢測微絲20以及不止一個(停止位不 計入在內(nèi))數(shù)據(jù)元件。數(shù)據(jù)元件(尤其是如果每一個數(shù)據(jù)元件都是用多位數(shù)據(jù)編碼的話)可以被用于存儲關(guān)聯(lián)信息(比如線性或非線性關(guān)系常量)，該信息 可以允許檢測器算法將"特定的數(shù)值"(溫度位)解碼成與之相關(guān)聯(lián)的溫度值。 這在沒有使用查詢表格方法的情況下特別有價值。由此，磁性元件溫度傳感器
26可以在其數(shù)據(jù)元件內(nèi)存儲數(shù)據(jù)，比如永久ID代碼或"物體的類別"代碼。這種
存儲"物體的類別"代碼的能力允許單個讀取器算法讀取若干種不同類型的微絲 溫度傳感器，每一個傳感器都具有其自身獨特的査詢表格，并且仍然對正確的 溫度進(jìn)行解碼。
應(yīng)該理解，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，在傳感器26和設(shè)備46中可 以使用許多不同的編碼/解碼策略，只要每一個溫度檢測微絲被設(shè)計成在設(shè)備 46所產(chǎn)生的交變磁場的影響下在其居里溫度以上會失去其重新磁化脈沖性質(zhì)。 一個選擇將會是使用偏置場元件41，該元件41用于區(qū)分由設(shè)備46所產(chǎn)生的外部 磁場的振幅(該振幅被要求超過用于使每個微絲重新磁化的矯頑磁力)，因為 它離每個單獨的微絲28-34和38-40的靠近程度不一樣。這導(dǎo)致了由檢測器46所 檢測到的重新磁化峰值中的相位差，由此幫助區(qū)分上述6個單獨的微絲。其它 變化將會包括但不限于確定在溫度檢測元件和數(shù)據(jù)元件之間的停止或"劃界 線"位；對非溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和解碼；以及使一些或所有微絲的長度不相同以 便改變其磁學(xué)響應(yīng)。另外，在接近于單獨的溫度檢測微絲的居里溫度的溫度處， 磁學(xué)性質(zhì)的變化可以改變但不會完全消除其可檢測的重新磁化脈沖。這種經(jīng)改 變的重新磁化脈沖在居里溫度以下特定的溫度范圍內(nèi)具有可預(yù)測的行為，也可 以被用于對溫度信息進(jìn)行解碼。這可以允許每一個溫度檢測微絲準(zhǔn)確地檢測不 止一個溫度，例如，從居里溫度以下一個小間距直到該居里溫度。
第二實應(yīng)方式，藶f溢度檢M游4存鐵磁激游徵絲
該第二實施方式包括磁性元件溫度傳感器64，它具有多個復(fù)合的溫度檢 測微絲66，每一個微絲都包括上述現(xiàn)有技術(shù)類型的易磁化的微絲，這種類型的 微絲沒有故意減小其居里溫度，使得它在傳感器64的整個工作范圍中將保持如 圖2所描繪的很大的巴克豪森不連續(xù)性和其它磁學(xué)性質(zhì)。這種微絲結(jié)構(gòu)進(jìn)一步 包括環(huán)繞的管狀的結(jié)構(gòu)68。整個第二實施方式還包括與檢測器46相似的微絲溫度檢測器，其中所存儲的算法能夠?qū)膫鞲衅?4的詢問中所獲得的溫度信息進(jìn) 行解碼。
特別是，每個復(fù)合微絲66都具有最里面的合金70，中間玻璃涂層72圍繞 著合金70，使得復(fù)合微絲66的內(nèi)部在概念上與先前描述的現(xiàn)有技術(shù)的微絲20完 全一樣。另外，微絲66的結(jié)構(gòu)68包括由鐵磁金屬或鐵氧體材料(比如NiZn或 MnZn)構(gòu)成的管狀的鞘74，該鞘74圍繞著涂層72;該結(jié)構(gòu)68還包括任選的最 外面的玻璃涂層76，用于圍繞著管狀的鞘74。鞘74具有經(jīng)仔細(xì)選擇的居里溫度， 使得僅當(dāng)該微絲被置于檢測器所產(chǎn)生的交變磁場中時，且僅在該鐵磁鞘74的居 里溫度以上(或在接近于居里溫度的某一溫度以上)，內(nèi)部微絲合金70才會產(chǎn) 生其特征性的擾動(由此，在檢測器處就有重新磁化電壓脈沖)。因此，當(dāng)復(fù) 合微絲66處于鐵磁鞘74的居里溫度以下(或接近于居里溫度的某一溫度以下) 的溫度時，鞘74是鐵磁性的，由此，改變了微絲66的特征性脈沖。這可以防止 復(fù)合微絲66因鞘74所引起的磁飽和而重新磁化，或者允許所得的重新磁化作為 來自復(fù)合微絲66的偏置或"改變"的信號。例如，在鞘居里溫度以上，重新磁化 脈沖可能在相位方面偏離其位置，或者，該鞘的偏置效應(yīng)可以允許在多個不同 的設(shè)置點溫度以下和以上有經(jīng)改變的重新磁化響應(yīng)。
當(dāng)復(fù)合微絲66處于鞘74的居里溫度以上的一溫度時，該鞘變?yōu)轫槾判?的，由此對合金70的特征性脈沖沒有影響。因此，在鞘74的各個居里溫度以上 (或者在接近于這些居里溫度的某些溫度以上)，復(fù)合微絲66表現(xiàn)正常(即， 它們使檢測器46檢測如所預(yù)期的相位、振幅等的電壓脈沖，就像查詢表格中或 通過某種其它解碼算法所記錄的那樣)。然而，當(dāng)復(fù)合微絲66處于鞘74的各個 居里溫度以下的溫度時，它們無法被檢測器檢測到，或者是可檢測到的但其磁 學(xué)性質(zhì)已改變，特別是涉及到在鞘74的居里溫度以上的溫度處檢測到的特征性 脈沖的情況。這種經(jīng)改變的磁學(xué)性質(zhì)將不符合查詢表格或其它解碼算法的參 數(shù)，比如與來自頻率發(fā)生器48的交變電流的相位關(guān)系、或脈沖持續(xù)時間。
如果構(gòu)成管狀鞘74的材料是鐵磁金屬，則鞘74可能僅僅幾個微米厚，或 者是內(nèi)部微絲合金70飽和以及可制造性所需的那么厚。題為"Amorphous Microwire and Method for Manufacture Thereof，的美國專利7,011,911描述了一 種用于形成鐵磁鞘74的方法。其它方法包括火焰噴射或濺射。當(dāng)使用這些用于
24創(chuàng)建鞘74的方法時，有一個最外面的涂層76并不是必要的。 一種經(jīng)修改的Taylor 方法也是可以使用的，其中內(nèi)部玻璃管和外部玻璃管是共軸地且套疊地對齊 的，使得內(nèi)部玻璃管處于外部玻璃管的壁之內(nèi)。合金70以錠(棒狀的)或構(gòu)成 金屬的形式處于中心玻璃管的內(nèi)部，而構(gòu)成管狀鞘74的材料則位于相互嵌套的 玻璃管之間。該鞘材料的形式可以是錠(有可能是若干個棒)或構(gòu)成金屬。通 過磁感應(yīng)或其它合適的手段，將這些合金加熱到熔融，并且所得的熔融金屬和 玻璃被迅速拉動從而形成符合微絲66。
本領(lǐng)域已知許多種技術(shù)可通過添加特定金屬的痕量元素來調(diào)節(jié)鐵磁合 金的居里溫度。由此，可以使用任何數(shù)目的合金來構(gòu)成管狀鞘74。圖9示出了 向鐵磁金屬元素(在這種情況下是鎳)少量添加某些金屬(在這種情況下是銅) 以便形成真正的合金從而可以按可預(yù)測的方式來改變所得的鐵磁合金的居里 溫度。此外，向鐵添加少量鉻，就可產(chǎn)生其居里溫度是可預(yù)測的合金。參照美 國專利5,954，989，其中討論了用銅和鋁來修改鎳的居里溫度。
制造管狀鞘74的過程中所使用的合金或鐵氧體材料可以在被處理成管 狀鞘74之前或之后將其居里溫度(或接近于它們的居里溫度的調(diào)節(jié)溫度)量化。 由此，磁性元件溫度傳感器46可以很容易被校準(zhǔn)以便于溫度檢測。如上文那樣， 對于待測的給定溫度范圍，其鞘居里溫度被量化且在上述溫度范圍中接近等間 距的溫度檢測復(fù)合微絲66的個數(shù)越多，該溫度傳感器的分辨率就越高。最好具 有至少20個溫度檢測復(fù)合微絲66，每一個微絲都具有越來越高的鞘居里溫度， 比下一個最低階的鞘最多大5r。當(dāng)然，如果鞘74在其居里溫度附近的溫度范 圍中改變微絲66的重新磁化脈沖(比如，通過可檢測地移動重新磁化脈沖的相 位)，則檢測器有可能在某一范圍中檢測并解碼用于每一個微絲66的多個溫度， 由此需要更少的微絲66來允許傳感器在很寬的范圍中準(zhǔn)確地測量溫度。
如果構(gòu)成管狀鞘74的材料是鐵氧體或具有鐵氧體的材料混合物，則該鞘 可以被粘貼到玻璃層72、單獨的圓柱珠子、或其它具有中心孔的燒結(jié)的鐵氧體 圓柱形物體，使得合金70和周圍的玻璃72可以被置于其中?；蛘?，通過將玻璃 -鐵氧體材料用于層72以替代純粹的玻璃，則可以構(gòu)成管狀鞘74并使其成為玻璃 層72的一部分。題為"Radar Absorbing Coatings"的美國專利6,909,395描述了鐵氧體/玻璃復(fù)合材料，這種材料可以被直接粘貼到金屬絲或其它形狀的金屬物體，或者可以被粘貼到一層已粘貼到金屬上的純玻璃。
現(xiàn)在參照圖6，傳感器64包括多個微絲20，用于呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)元件的陣
列78;以及多個溫度檢測復(fù)合微絲66，用于形成其陣列80。微絲20和復(fù)合微絲66被粘貼到傳感器或標(biāo)簽基板82，標(biāo)簽基板82是盡可能薄其盡可能導(dǎo)熱的，使得傳感器64可以與物體(未示出)密切地?zé)峤佑|以便進(jìn)行溫度測量。
用于構(gòu)成陣列78的微絲20具有一定的化學(xué)性質(zhì)，從而給出在所計劃的工作溫度范圍以上的各個居里溫度，對于傳感器64而言通常小于約400。C。陣列80內(nèi)的復(fù)合微絲66最好間隔開一距離84，使得一旦每一個單獨的復(fù)合微絲66處于其居里溫度以上的溫度，該單獨的微絲的鐵磁或鐵氧體管狀鞘74不影響其鄰近的復(fù)合微絲。
在這個簡單的實施方式中，假定陣列78的每個數(shù)據(jù)元件被激光編碼成邏輯狀態(tài)"1"或"0"。此外，假定除了末端元件83和86(它們明顯長很多，比如40mm)以外，每個數(shù)據(jù)元件都一樣長(比如20mm)。這種額外的長度確保了來自數(shù)據(jù)元件83和86的檢測到的重新磁化峰值在振幅方面比其它的要大。最后，假定數(shù)據(jù)元件83被激光編碼成邏輯"1"值，而數(shù)據(jù)元件86被激光編碼成邏輯"0"值。如第一實施方式中所描述的那樣，制造陣列78和80中的每一個元件，使得檢測到的相位順序匹配于所描繪的從頂部(微絲83)到底部(復(fù)合微絲88)的對齊順序，后者具有陣列80中的復(fù)合微絲中的最高鞘居里溫度。在這種情況下，檢測器46對第一檢測脈沖(同相關(guān)系)分配了具有邏輯電平"l"的最高振幅并以之為開始位(此處被描繪成微絲83)，并且最后檢測的數(shù)據(jù)微絲86具有最高振幅且具有邏輯電平"0"并作為停止位。在開始位83和停止位86之間所有的數(shù)據(jù)微絲均被微絲溫度讀取器檢測到，并且作為數(shù)據(jù)位。如第一實施方式中所描述的那樣，中間的數(shù)據(jù)微絲可以被用于各種功能，比如標(biāo)簽標(biāo)識號和"物體的類別"代碼。
為了對來自傳感器64的溫度信息進(jìn)行解碼，假定有"N"個來自陣列80的復(fù)合微絲具有鐵磁鞘74，使得各個鞘74具有在傳感器64的正常工作范圍中被超過的居里溫度(或具有"接近于"居里溫度的調(diào)節(jié)溫度)。這N個復(fù)合微絲66中最低有效位(剛剛在停止位86之后以同相關(guān)系來檢測，并且離停止位86有指定的相位關(guān)系)被視為"第一"復(fù)合微絲89。由此，第一復(fù)合微絲89將僅僅在其鞘74的居里溫度以上的溫度處才開始產(chǎn)生其正常的短脈沖擾動，因此，檢測器46將僅僅檢測其電壓脈沖(位)。第一復(fù)合微絲89在其鞘74的居里溫度以下將不產(chǎn)生其正常的短脈沖擾動，因此，在檢測器46所檢測到的多個位中沒有它的位，或者它的脈沖將被如此改變以至于可被檢測器46清晰地檢測到并作為"改變的"微絲。
與停止位86保持同相關(guān)系的"第二"復(fù)合微絲90 (緊挨著最低有效位)具有鐵磁鞘74，該鐵磁鞘74的居里溫度比第一復(fù)合微絲89的居里溫度稍高。在這種較高的鞘居里溫度(或接近于鞘居里溫度的較高溫度)以下的溫度處，復(fù)合微絲90的位將不被檢測器46讀取，或者它的電壓信號將被檢測成"改變的"，但是在比第一復(fù)合微絲89的居里溫度更高的溫度處將會在相位和持續(xù)時間方面
按預(yù)期的那樣出現(xiàn)。
由此，如果傳感器64處于第一和第二復(fù)合微絲89和90的居里溫度(或低于居里溫度的指定溫度)以下的一溫度，則檢測器46將檢測不到任何復(fù)合微絲(假定陣列80中后續(xù)更高階的復(fù)合微絲都具有更高居里溫度的鞘74)。如果傳感器64處于第一復(fù)合微絲89的鞘居里溫度(或相關(guān)溫度)以上且第二復(fù)合微絲90的鞘居里溫度(或相關(guān)溫度)以下的一溫度處，則第一位將被檢測器46讀取，但第二位仍然不被檢測器46讀取或者檢測器所讀取的是"改變的"信號。最終，如果傳感器64處于比第一和第二復(fù)合微絲89和90的鞘居里溫度(或相關(guān)溫度)要高的一溫度處，則第一和第二復(fù)合微絲將被檢測器46讀取。
檢測器46包含一種解碼算法，這種解碼算法識別出第一復(fù)合微絲89的第一溫度位的出現(xiàn)以及第二復(fù)合微絲90的第二溫度位的缺少(或變化)，由此通過顯示器56發(fā)出信號，該信號表明傳感器溫度介于第一鞘居里溫度和第二鞘居里溫度之間。由此，如果傳感器64與對其溫度感興趣的物體密切熱接觸，則通過讀取傳感器64的復(fù)合微絲陣列位輸出，檢測器46確定物體的溫度處于第一和第二鞘居里溫度之間(或接近于它們的居里溫度的各個溫度之間)的間隔所定義的溫度范圍中。
如果傳感器64上的復(fù)合微絲66的個數(shù)增大到"N"個復(fù)合微絲且其鞘居里溫度已知是按順序不斷增大的，并且這些鞘居里溫度被選擇成彼此之間的增量
27至少稍微一致些，則傳感器64就具有從第一到第N鞘居里溫度的可檢測溫度范圍，并且其溫度分辨率由連續(xù)的鞘居里溫度之間的增量所定義。
更一般地講，檢測器46的解碼算法被構(gòu)造成能夠理解由相應(yīng)復(fù)合微絲
66在其正常脈沖狀態(tài)中所產(chǎn)生的第一到第N-1溫度位的出現(xiàn)以及第N復(fù)合微絲66在其正常脈沖狀態(tài)中所對應(yīng)的第N溫度位的缺失證明了，傳感器溫度處于第N-1鞘居里溫度和第N鞘居里溫度之間(或接近于鞘居里溫度的各個溫度之間)。該檢測器算法最好將該傳感器溫度報告成介于第N-1和第N居里溫度之間的中間溫度。
較佳地，可接受的復(fù)合微絲位圖案及其相應(yīng)的傳感器溫度被存儲在檢測器46的存儲器內(nèi)的査詢表格中。由此，當(dāng)檢測器46從相關(guān)聯(lián)的傳感器64中檢測
到可接受的位圖案時，將該位圖案與查詢表格進(jìn)行比較以便找出相關(guān)聯(lián)的傳感器溫度。
在陣列80中的一個或多個復(fù)合微絲66沒有按照與其它微絲相適宜的順序以其正常狀態(tài)出現(xiàn)的情況下(其原因可能是檢測器46的誤讀、沒有與其它復(fù)合微絲熱接觸等)，上述檢測器算法最好嘗試傳感器64的重新讀取。如果連續(xù)的重新讀取顯示出同樣不規(guī)則的位圖案，則上述檢測器算法可以丟棄該溫度數(shù)據(jù)，使用上一次測得的溫度(或者上一次測得的溫度加上一溫度增量，該溫度增量基于一種包括上一次測量的溫度變化率和讀取時間間隔的計算過程)，接下來，在下一次計劃好的讀取間隔處重新嘗試。
第三實1方式.* ^存分庸游但樹鄰游錄磁泡浙^斧i^f溢度澄粼游徵遂第三實施方式在概念上非常相似于第二實施方式，不同之處在于，將鐵磁鞘飽和或偏置元件用作單獨的實體而不需要接觸相鄰的溫度檢測微絲的表面，相比之下，第二實施方式的鞘74接合到或以其它方式粘附于中心微絲結(jié)構(gòu)。參照圖7，示出了復(fù)合微絲92并且包括先前描述過的那種類型的微絲20，這種微絲20沒有故意減小其居里溫度，使得它在該傳感器的整個工作范圍中保持了很大的巴克豪森不連續(xù)性和圖2所描繪的其它磁學(xué)性質(zhì)。此外，復(fù)合微絲92包括相鄰的鐵磁鞘94。鞘94足夠接近于相關(guān)聯(lián)的微絲20，以便通過磁飽和或偏置來防止微絲20的重新磁化和隨之而來的特征性擾動的產(chǎn)生，直到組合微絲92處于鞘94的居里溫度以上(或接近于居里溫度的某一溫度以上)的溫度處。同樣，
如第二實施方式中那樣，鞘94可以被設(shè)計成使得相關(guān)聯(lián)的微絲20在低于鞘居里
溫度的不同設(shè)置點溫度以下和以上呈現(xiàn)出一系列不同的重新磁化響應(yīng)，并且如果期望的話，這種多個不同的響應(yīng)可以被用于溫度檢測和確定。
更具體地講，鞘94的形式最好是薄矩形鐵磁金屬片，其尺寸并不比相關(guān)的微絲20寬多少，并且其平面可以彎成半圓形(或者，對于鐵氧體而言，可以被燒結(jié)成半圓形或其它合適的形狀)。鞘94的居里溫度是經(jīng)仔細(xì)選擇的，使得當(dāng)組合微絲92處于檢測器46的交變磁場中時，僅當(dāng)組合微絲92處于鞘94的居里溫度以上(或接近于居里溫度的某一固定溫度以上)的一溫度時，相關(guān)的微絲20才會產(chǎn)生其信號擾動(由此，產(chǎn)生了電壓的重新磁化脈沖)。鞘94僅需要幾個微米厚，或者就像相關(guān)微絲20的飽和所需的那么厚以及便于制造微絲20所需的那么厚。結(jié)合第二實施方式所描述的同一類型的合金或鐵氧體可以被用于制造鞘94。此外，磁性墨(使用了鐵磁粉末或鐵氧體粉末)也是合適的，并且其優(yōu)點是可以在用于組合微絲92的支撐基板上進(jìn)行印刷。
參照圖8，示出了溫度傳感器96，除了用組合微絲92替代了復(fù)合微絲66以外，它與傳感器64在所有的方面都完全一樣。相應(yīng)地，來自圖6的相同的標(biāo)號被用在圖8中以表示完全一樣的部件，并且使用標(biāo)記"a"來區(qū)分組合微絲92和復(fù)合微絲66。
傳感器96的操作與傳感器64的操作完全一樣，并且利用了相似的檢測器46，該檢測器46具有與傳感器96相關(guān)聯(lián)的合適的解碼算法(較佳地，是查詢表格)。相應(yīng)地，這種操作的詳細(xì)描述是不必要的。
上述三個實施方式以及本發(fā)明的范圍之內(nèi)的其它實施方式都可以在許多不同的方面進(jìn)行變化。例如，圖4A描繪了有利于某些產(chǎn)品應(yīng)用的備選排列方式。具體來講，在圖4A中，提供了傳感器26a，其中微絲數(shù)據(jù)元件40粘附于第一物體44a，而其余的數(shù)據(jù)微絲38和溫度檢測微絲28-34以及任選的偏置元件41均被粘附于第二物體44b上。傳感器26a的位邏輯與傳感器26完全一樣，這意味著，即使傳感器26a的各個部件被分開到物體44a和44b上，整個傳感器26a也僅僅是在所有的傳感器部件都處于檢測器46所產(chǎn)生的交變磁場內(nèi)時才工作。如果該條件不存在，則不可能用檢測器46進(jìn)行成功的讀取。例如，這種構(gòu)造可以用于控制僅當(dāng)加熱器的檢測器檢測到傳感器的兩個部分(由此檢測到兩個物體44a 和44b)時才用加熱器對雙-部分物體進(jìn)行加熱的過程，并且相應(yīng)地防止任何加 熱操作，除非傳感器的兩個部分都存在且都處于檢測器46的磁場之中。在這種 情況下，這種加熱器控制通常將耦合到檢測器46的信號處理單元54。
當(dāng)然，當(dāng)存在不止兩個物體時，也可以使用這一相同的設(shè)計概念。另外， 可以使用更成熟的數(shù)據(jù)編碼方法(比如上述的那些)，將整個傳感器26a的一 個或多個片與其相匹配的片關(guān)聯(lián)起來。這種方法可以包括用停止數(shù)據(jù)位38的 匹配多位代碼，對第一數(shù)據(jù)元件40進(jìn)行激光編碼。
盡管已結(jié)合第一實施方式的傳感器26描述了圖4A的備選方案，但是應(yīng)該 理解，如果需要的話，相同的修改也可以應(yīng)用于第二和第三實施方式的傳感器 64和96。
正如傳感器26的微絲20的情況那樣，用于構(gòu)成傳感器64和96的一部分的 微絲可以通過使用合適的粘合劑而被接合到物體44或?qū)峄?比如基板82) 上。在另一個備選方案中，微絲20、復(fù)合微絲66和/或組合微絲92可以被裝入 非常薄的非鐵磁性的導(dǎo)熱材料中，比如可模壓或注入的填充有石墨的聚合物材 料，比如SGL Carbon公司所出售的標(biāo)號為RIDURID 的材料族中的 一 種材料。 其它可用的高溫材料包括Aremco公司所出售的標(biāo)號為Ceramamcast 510的陶瓷 灌注材料或其它柔性高溫聚合物。在使用這些材料的情況下，外殼材料的厚度 和總的熱容量應(yīng)該保持最小，以使待對其溫度進(jìn)行監(jiān)控的物體與微絲的芯合金 材料之間的熱延遲達(dá)到最小。
另外，如果合適的話，所描述的實施方式中的微絲可以被扭成線或被編 織到將要對其進(jìn)行溫度監(jiān)控的物體的結(jié)構(gòu)之中。例如，這些微絲可以被編織到 碳纖維布料中，只要可以維持良好的熱接觸就可以，并且使用合適的技術(shù)手段 將每一個溫度-變化元件彼此區(qū)分開并將它們與每一個清晰標(biāo)識過的數(shù)據(jù)元件 (包括停止位)區(qū)分開。
*顏沒吝游歷if《鎮(zhèn),統(tǒng) 在美國專利6,320,169和6,953,919所描述的閉環(huán)溫度調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱系統(tǒng) 中，可以很容易地使用本發(fā)明的磁性元件溫度傳感器及其相關(guān)聯(lián)的檢測器，以替代RFID標(biāo)簽及其相關(guān)聯(lián)的RFID讀取器。由此，使用溫度-調(diào)節(jié)磁性元件技術(shù) 感應(yīng)加熱系統(tǒng)就可以實現(xiàn)大量的加熱應(yīng)用，這種系統(tǒng)相似于現(xiàn)有技術(shù)的RFID系 統(tǒng)，但RFID部件已被本發(fā)明的傳感器和檢測器部件所替代。例如，根據(jù)本發(fā)明， 可以對下列進(jìn)行修改美國專利6,953，919中所描述的智能灶；美國專利 6,822,204所描述的熱分配系統(tǒng)；美國專利6,504,135、 6,444,961、 6,274,856和 6,232，585所描述的食物遞送系統(tǒng)；以及各種加溫設(shè)備，比如杯子、碗、很熱的 大淺盤、盤子、滑雪靴和美國專利5,594,984所描述的其它物體。此外，相同的 部件(傳感器和檢測器)可以被集成到并非基于感應(yīng)的其它類型的閉環(huán)加熱系 統(tǒng)中，比如閉環(huán)溫度控制紅外線、鹵素、電阻加熱系統(tǒng)。
參照圖ll，閉環(huán)感應(yīng)加熱系統(tǒng)98包括微絲檢測器46 (參照圖IO)，微絲 檢測器46被并入感應(yīng)加熱設(shè)備100中以替代RFID讀取器。該設(shè)備100包括控制 微處理器102，可操作地耦合到檢測器46、固態(tài)反相器104和整流器106;以及 感應(yīng)工作線圈108，耦合到反相器104。 AC電源109和電流傳感器109a可操作地 耦合到整流器106。場發(fā)生器和接收線圈50、 52被集成到支撐元件112下方的傳 感器部件110中。
系統(tǒng)98被設(shè)計成控制石墨加熱盤114 (比如，美國專利6，657，170所描述 的)的溫度，該加熱盤上或其中嵌入了本發(fā)明的微絲傳感器116。如圖所示， 盤114具有在傳感器116上方和下方的石墨層118。當(dāng)然，任何其它可感應(yīng)加熱 的物體都可以受到控制，而非只是盤114，比如多層烹飪用具(比如，罐或平 底鍋)，其中嵌入了一個或多個傳感器116。來自傳感器116的溫度信息反饋被 檢測器46檢測到，并且該信息可以被用于通過控制微處理器102來控制盤114的 感應(yīng)加熱。
如果期望的話，本發(fā)明的微絲傳感器和檢測器可以被用于控制其它類型 的加熱設(shè)備，比如鹵素或電阻加熱器或燃?xì)庠罨螂娫睢?br> 本文所提及的每一個專利和文獻(xiàn)都全部引用在此作為參考。
權(quán)利要求
1. 一種溫度傳感器，被配置成與物體熱接觸以便檢測物體的溫度，所述傳感器包括至少一個易磁化的傳感器元件并且在所加的交變磁場的影響下具有重新磁化響應(yīng)，這種重新磁化響應(yīng)是由至少一個很短的可檢測的磁場擾動脈沖來定義的，這種磁場擾動脈沖具有已定義的持續(xù)時間，這種重新磁化響應(yīng)在大約低于400℃的至少一個設(shè)置點溫度之下和之上是不同的。
2. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，有多個傳感器元件，至少某些傳感器元件具有與其它傳感器元件不同的設(shè)置 點溫度。
3. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于， 所述設(shè)置點溫度是傳感器元件的居里溫度。
4. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，在多個不同的設(shè)置點溫度以上和以下，所述傳感器元件具有不同的重新磁化 響應(yīng)。
5. 如權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于， 所述多個不同的設(shè)置點溫度是在傳感器元件的居里溫度以下。
6. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于， 所述磁性元件包括金屬體。
7. 如權(quán)利要求6所述的傳感器，其特征在于， 所述金屬體是非晶的。
8. 如權(quán)利要求6所述的傳感器，其特征在于， 所述金屬體是納米結(jié)晶的。
9. 如權(quán)利要求6所述的傳感器，其特征在于，所述金屬體的形式是拉長的絲或薄的條帶，其最大橫截面尺寸大約達(dá)到100 納米。
10. 如權(quán)利要求6所述的傳感器，其特征在于，所述金屬體是由選自下列的合金構(gòu)成的基于鐵的合金；基于鈷的合金；以 及它們的混合物。
11. 如權(quán)利要求10所述的傳感器，其特征在于， 所述合金含有鉻。
12. 如權(quán)利要求l所述的傳感器，其特征在于， 所述傳感器元件包括由玻璃涂層圍繞著的金屬體。
13. 如權(quán)利要求l所述的傳感器，其特征在于， 所述傳感器元件包括金屬體，該金屬體旁邊有鐵磁性的鞘。
14. 如權(quán)利要求13所述的傳感器，其特征在于， 所述鞘圍繞著所述金屬體。
15. 如權(quán)利要求13所述的傳感器，其特征在于， 所述鞘被設(shè)置成至少部分地圍繞著所述金屬體且兩者之間留有間隔。
16. 如權(quán)利要求l所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器元件包括金屬體，該金屬體具有小于10A/m的矯頑磁力、20,000 以上的相對磁導(dǎo)率、基本上為零或稍微為正值的磁致伸縮以及很大的巴克豪森不連 續(xù)性。
17. 如權(quán)利要求13所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器元件包括金屬體，該金屬體在相鄰的鐵磁性鞘的居里溫度以上產(chǎn) 生特征性的重新磁化脈沖，并且在相鄰的鐵磁性鞘的居里溫度以下的一個或多個溫 度處不產(chǎn)生重新磁化脈沖或產(chǎn)生改變的重新磁化脈沖。
18. —種用于檢測物體的溫度的溫度傳感器，包括 多個單獨的微絲，每一個微絲包括拉長的金屬體，該金屬體的最大橫截面尺寸大約達(dá)到100 nm，并且在所加的交變磁場的影響下每一個金屬體都具有重新 磁化響應(yīng)，每一個金屬體的重新磁化響應(yīng)在相應(yīng)金屬體的居里溫度以下和以上是不 同的；以及至少一個導(dǎo)熱基板，用于支撐所述微絲并被配置成與所述物體熱接觸。
19. 如權(quán)利要求18所述的傳感器，其特征在于，至少某些金屬體在低于其居里溫度的多個不同的設(shè)置點溫度以上和以下具有 不同的重新磁化響應(yīng)。
20. 如權(quán)利要求18所述的傳感器，還包括 在所述基板上支撐著的磁場-響應(yīng)數(shù)據(jù)元件。
21. 如權(quán)利要求18所述的傳感器，其特征在于，所述多個微絲包括復(fù)合微絲的陣列，每一個復(fù)合微絲包括圍繞著金屬體的鐵 磁性鞘。
22. 如權(quán)利要求18所述的傳感器，其特征在于，所述多個微絲包括組合微絲的陣列，每一個組合微絲包括設(shè)置在所述金屬體 旁邊且與之保持一定的間隔的鐵磁性鞘。
23. 如權(quán)利要求18所述的傳感器，其特征在于， 至少某些金屬體是非晶的。
24. 如權(quán)利要求18所述的傳感器，其特征在于， 至少某些金屬體是納米結(jié)晶的。
25. 如權(quán)利要求18所述的傳感器，其特征在于，所述金屬體的形式是拉長的絲或薄的條帶，其最大橫截面尺寸大約達(dá)到100 納米。
26. 如權(quán)利要求18所述的傳感器，其特征在于，所述金屬體是由選自下列的合金構(gòu)成的基于鐵的合金；基于鈷的合金；以 及它們的混合物。
27. 如權(quán)利要求25所述的傳感器，其特征在于，所述合金含有鉻。
28. 如權(quán)利要求18所述的傳感器，其特征在于，所述微絲的金屬體按照從最低居里溫度到最高居里溫度的連續(xù)的順序而具有 不同的居里溫度。
29. —種拉長的微絲，它包括拉長的非晶或納米結(jié)晶金屬合金體以及圍 繞著該金屬合金體的玻璃涂層，該金屬合金體具有大約40(TC的居里溫度。
30. 如權(quán)利要求29所述的微絲，其特征在于，所述金屬合金體的形式是拉長的絲或薄的條帶，其最大橫截面尺寸大約達(dá)到 100納米。
31. 如權(quán)利要求29所述的微絲，其特征在于，所述金屬合金體是由選自下列的合金構(gòu)成的基于鐵的合金；基于鈷的合金; 以及它們的混合物。
32. 如權(quán)利要求31所述的微絲，其特征在于， 所述合金含有鉻。
33. —種用于檢測物體的溫度的方法，包括如下步驟 放置溫度傳感器使其與所述物體熱接觸，所述傳感器包括至少一個易磁化的傳感器元件，該傳感器元件在所加的交變磁場的影響下具有重新磁化響應(yīng)，該重 新磁化響應(yīng)在大約低于400。C的至少一個設(shè)置點溫度之下和之上是不同的；在該傳感器的區(qū)域中產(chǎn)生足夠大的交變磁場，以引發(fā)該傳感器元件的重新 磁化響應(yīng)；以及檢測傳感器元件的重新磁化響應(yīng)，并且使用檢測到的響應(yīng)至少部分地確定 該物體的溫度是在設(shè)置點溫度以上還是以下。
34. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述傳感器具有多個易磁化的傳感器元件，每一個傳感器元件在所加的交變 磁場的影響下都具有不同的重新磁化響應(yīng)，并且每一個重新磁化響應(yīng)在不同的設(shè)置 點溫度以下是不同的，并且使用不同的重新磁化響應(yīng)來確定所述物體的溫度。
35. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，檢測步驟包括如下步驟使用場接收線圈來檢測重新磁化響應(yīng)并產(chǎn)生與檢測 到的重新磁化響應(yīng)相對應(yīng)的輸出信號。
36. 如權(quán)利要求35所述的方法，還包括如下步驟 使用可操作地耦合到場接收線圈的信號處理單元，來接收輸出信號并從中至少確定該物體的大約的溫度。
37. 如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述不同的設(shè)置點依次從最低的設(shè)置點或設(shè)置點范圍到最高的設(shè)置點或設(shè)置 點范圍。
38. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述傳感器元件包括金屬體，所述設(shè)置點溫度就是所述金屬體的居里溫度。
39. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述傳感器元件包括具有一居里溫度的金屬體，鐵磁性的鞘位于該金屬體旁 邊，所述鐵磁性的鞘的居里溫度低于相鄰的金屬體的居里溫度，所述方法還包括如 下步驟防止所述金屬體的重新磁化響應(yīng)，直到所述物體達(dá)到鞘的居里溫度以上的一 溫度或鞘的居里溫度附近的某一固定的溫度。
40. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述傳感器元件包括具有一居里溫度的金屬體，鐵磁性的鞘位于該金屬體旁 邊，所述鐵磁性的鞘的居里溫度低于相鄰的金屬體的居里溫度，所述方法還包括如下步驟當(dāng)所述物體的溫度低于鞘的居里溫度或低于接近于鞘的居里溫度的某一溫度 時，改變所述金屬體的重新磁化響應(yīng)。
41. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述物體包括一對部件，這對部件被設(shè)計成彼此靠得很近以形成該物體，這對部件之一是可加熱的，所述方法還包括如下步驟放置所述溫度傳感器使其與可加熱的部件熱接觸，并且使另一個部件與磁場-響應(yīng)數(shù)據(jù)元件關(guān)聯(lián)起來，該磁場-響應(yīng)數(shù)據(jù)元件與所述溫度傳感器有關(guān)，使得僅當(dāng) 溫度傳感器和數(shù)據(jù)元件同時處于所產(chǎn)生的交變磁場中時才可能確定所述溫度傳感 器的正確的溫度。
42. 如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)部件包括至少一個微絲，所述微絲包括拉長的金屬體，所述金屬體 在所產(chǎn)生的交變磁場的影響下具有重新磁化響應(yīng)，所述方法包括如下步驟檢測所述數(shù)據(jù)元件的重新磁化響應(yīng)以及所述溫度傳感器的重新磁化響應(yīng)。
43. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，在多個不同的設(shè)置點溫度以上和以下，所述傳感器元件具有多個重新磁化響 應(yīng)，檢測步驟包括如下步驟檢測多個重新磁化響應(yīng)中的至少一些；以及 使用檢測到的重新磁化響應(yīng)來確定該物體的溫度。
44. 如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于， 所述多個不同的設(shè)置點溫度是在傳感器元件的居里溫度以下。
45. 如權(quán)利要求43所述的方法，確定物體的溫度的步驟還包括如下步驟在一溫度范圍中確定該溫度。
46. —種組合，包括溫度傳感器，可用于檢測物體的溫度并且包括至少一個易磁化的傳感器元 件，該傳感器元件在所加的交變磁場的影響下具有重新磁化響應(yīng)，所述重新磁化響 應(yīng)在設(shè)置點溫度以下和以上是不同的；以及檢測器，它包括用于產(chǎn)生足夠大的交變磁場以引起傳感器元件的重新磁化 響應(yīng)的設(shè)備以及用于檢測所述重新磁化響應(yīng)的設(shè)備。
47. 如權(quán)利要求46所述的組合，其特征在于，所述檢測設(shè)備可用于產(chǎn)生與所述重新磁化響應(yīng)有關(guān)的輸出信號，所述檢測器 包括耦合到所述檢測設(shè)備的信號處理單元，用于接收所述輸出信號并且從中至少確 定所述物體的大約的溫度。
48. —種用于對物體進(jìn)行加熱的系統(tǒng)，包括溫度傳感器，所述溫度傳感器被設(shè)計成與所述物體熱接觸并且可用于檢測 物體的溫度，所述傳感器包括至少一個易磁化的傳感器元件，該傳感器元件在所加 的交變磁場的影響下具有重新磁化響應(yīng)，所述重新磁化響應(yīng)在設(shè)置點溫度以下和以 上是不同的；用于對所述物體進(jìn)行加熱的裝置；檢測器，它包括可用于產(chǎn)生交變磁場的設(shè)備以及可用于檢測重新磁化響應(yīng) 并產(chǎn)生與檢測到的重新磁化響應(yīng)有關(guān)的輸出信號的設(shè)備；以及控制器，所述控制器耦合到檢測器和加熱裝置并且可接收所述輸出信號并 根據(jù)所述輸出信號來控制加熱裝置的操作。
49. 如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述加熱裝置包括感應(yīng)加熱單元。
50. —種溫度傳感器，被配置成與物體熱接觸以便檢測該物體的溫度， 所述傳感器包括至少一個金屬體，所述至少一個金屬體在所加的交變磁場的影響下具有重 新磁化響應(yīng)，這種重新磁化響應(yīng)由至少一個較短的可檢測的磁場擾動脈沖來定義， 這種磁場擾動脈沖具有定義好的持續(xù)時間；以及在所述金屬體旁邊且具有一居里溫度的鐵磁性的鞘，所述鞘可用于防止或改變所述金屬體的重新磁化響應(yīng)，直到所述鞘達(dá)到一個接近于其居里溫度的溫度。
51. 如權(quán)利要求50所述的溫度傳感器，其特征在于，所述金屬體是微絲的一部分。
52. 如權(quán)利要求50所述的溫度傳感器，其特征在于， 所述金屬體是非晶的或納米結(jié)晶的。
53. 如權(quán)利要求50所述的溫度傳感器，其特征在于， 所述鞘的居里溫度大約低于400° C。
54. 如權(quán)利要求50所述的溫度傳感器，其特征在于， 所述鐵磁性的鞘圍繞著所述金屬體。
55. 如權(quán)利要求50所述的溫度傳感器，其特征在于， 所述鐵磁性的鞘被設(shè)置成至少部分地圍繞著所述金屬體且兩者之間留有間隔。
56. 如權(quán)利要求50所述的溫度傳感器，其特征在于， 所述金屬體的形式是拉長的絲或薄的條帶，其最大橫截面尺寸大約達(dá)到100納米。
57. 如權(quán)利要求50所述的傳感器，其特征在于，所述金屬體是由選自下列的合金構(gòu)成的基于鐵的合金；基于鈷的合金；以 及它們的混合物。
58. 如權(quán)利要求57所述的傳感器，其特征在于，所述合金含有絡(luò)。
59. 如權(quán)利要求50所述的傳感器，其特征在于，所述金屬體具有小于10 A/m的矯頑磁力、20,000以上的相對磁導(dǎo)率、基本上 為零或稍微為正值的磁致伸縮以及很大的巴克豪森不連續(xù)性。
60. 如權(quán)利要求50所述的傳感器，還包括多個所述的溫度傳感器，并且 其中每一個傳感器的鐵磁鞘都具有不同的居里溫度。
61. 如權(quán)利要求60所述的傳感器，其特征在于，多個溫度傳感器的鐵磁鞘具有不同的居里溫度，這些不同的居里溫度從最低 的居里溫度到最高的居里溫度連續(xù)排列著。
全文摘要
提供了小的低成本的無線溫度傳感器(26，64，96)以便檢測物體(44)的溫度。溫度傳感器(26，64，96)最好包括多個單獨的易磁化的溫度傳感器元件(28-34，66，92)以及任選的磁場-響應(yīng)數(shù)據(jù)元件(38，40，20)，適于粘貼到物體(44)上，或者適于粘貼到基板(82)上再轉(zhuǎn)而粘貼到物體(44)上。溫度傳感器元件(28-34，66，92)最好具有磁體(22，70)，從而在所加的交變磁場的影響下呈現(xiàn)出重新磁化響應(yīng)，這種重新磁化響應(yīng)在設(shè)置點溫度以下和以上是不同的，通常該設(shè)置點溫度就是磁體(22)或相鄰的鞘(74，94)的居里溫度。溫度傳感器(26，64，96)可以與檢測器(46)結(jié)合著使用，可用于產(chǎn)生足夠大的交變磁場以引起溫度傳感器元件(28-34，66，92)和任選的數(shù)據(jù)元件(38，40，20)的重新磁化響應(yīng)，檢測這種響應(yīng)，并且使用檢測到的響應(yīng)通過解碼算法來確定物體(44)的溫度。溫度傳感器(26，64，96)可以被用在閉環(huán)加熱系統(tǒng)(98)中，這種系統(tǒng)能夠控制物體(114)的加熱。
文檔編號G01K7/00GK101484785SQ200780024723
公開日2009年7月15日 申請日期2007年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月9日
發(fā)明者B·L·科羅西亞, E·T·阿貝特 申請人:熱溶體股份有限公司