专利示意图
一、技术领域
热学参数测量领域
二、专利介绍
1.专利信息
专利类型：发明
专利权人：清华大学深圳国际研究生院
申请号：202310663556.8
发明人：张旻、马天成
2.专利说明书摘要
一种基于热通量的热物性参数测量系统和方法，该系统包括热通量传感器、温度传感器和加热器，热通量传感器的一侧与被测物体的表面接触，热通量传感器的另一侧设置加热器，加热器对被测物体的传热面覆盖热通量传感器，加热器产生的热量通过热通量传感器传导到被测物体，热通量传感器用于测量通过被测物体边界的热流密度，温度传感器以等效于放置在热通量传感器与被测物体接触的那一侧的方式设置在被测物体的表面上，温度传感器用于测量被测物体边界的温度；其中，所测的热流密度和温度用于确定被测物体的热物性参数。本发明具有精度高、小型化、稳定性好等优点，能够准确、快速测量出不同物体的热导率和热扩散率。
3.创新点
（1）本发明涉及热触觉感知与热学参数测量领域，针对目前热觉定性测量与识别模式的不足，以及为智能触觉反馈提供更多维度的信息，提出一种基于热通量与离散瞬态模型的热测量系统。
（2）该方法、系统能够实现不同材料物体的热物性参数准确测量，且仅需获取在接触过程中短时间内的数据信息，其测量速度快、精度高，且系统体积小、重量轻，具有便携性，易于使用与集成。
（3）本系统的测量稳定性好，所提出的模型基于目标物体的边界温度与边界热流密度，是一种很有潜力和前景的热学参数测量方法。
4.痛点问题
（1）解决了便携式热觉感知模式下对物体的热学参数定量测量问题。
（2）解决了在不同室温下物体的定量识别问题，无需精确的初始温度测量与温度补偿。
（3）解决以往模型过余复杂，变量过多导致的误差。
5.技术优势
（1）本发明能够实现便携式热学参数测量，所提出的测量方案基于离散瞬态传热模型，结合高精度的热通量传感器获取物体边界热流量，能够明显提高测量的准确性。
（2）热通量与边界温度的测量方案简化了传热模型，同时能够提高定量热觉感知的稳定性，对于识别感知、触觉再现、虚拟现实等有重大意义。
（3）通过研究系统的传热过程，对实际物理过程进行了合理建模，分析、设计了热觉测量系统，为实现大规模的商用消费电子的发展奠定了基础。
（4）本系统方案在不同环境下应用的稳定性好，且易于集成，发展前景大。
三、产业化信息
1.应用场景
（1）机器人物体识别和抓取：机器人可以通过该系统配合其它传感器来感知被测物体的形状、大小、颜色等特征，并且获取物体的热学信息，从而可以更加精确地抓取和处理物体。
（2）触觉再现与虚拟现实：所发明的测量系统具有小型化、便携式等优点，可以被用于触觉再现，例如在虚拟现实中模拟真实的触觉体验。系统可以检测现实物体物理信息，并将这些信息传输到虚拟现实环境中，同时配合震动反馈设备等技术，实现触觉再现。用于感知用户的手部动作和触摸操作或用于感知周围环境的温度和热量信息，以便在虚拟现实中模拟真实的热感知体验。
（3）远程热感知再现：所发明的系统可以被用于远程热感知再现，例如远程医疗、远程探测等领域。在这些场景中，传感器可以感知远程物体的温度和热量信息，并将这些信息传输到远程用户的设备上，以便用户可以感知到远程物体的热感知体验。
（4）工业自动化：在工业自动化场景中，本系统可以被用于感知工业设备和生产线上的物体，用于物体分类、计数、分拣等任务。此外，该系统也可以被用于检测工业设备的温度、热量等参数，以便进行设备状态监测和预测性维护。
（5）智能家居、物联网、消费电子等：在智能家居、物联网中，该系统可以被用于感知周围环境的温度、热量信息、接触物体的热学参数信息，并将这些信息传输到智能家居系统中，以便进行智能化的温控和能耗管理。在消费电子中，系统为薄膜结构，可集成于智能手环，结合对人体的热学数据进行纹理识别、健康监测。
2.商业价值
此项技术拥有巨大的商业前景，对于机器人抓取识别、自动化、触觉再现、虚拟现实等行业有以下市场价值：
（1）本系统为小型化、贴附式，易于集成于现有的机器人设备上，为智能机器人、自动化控制设备的提升提供了一种高效、低成本、模块化的实现方案；
（2）本系统能够在接触下实现物体热学参数的测量，为热觉感知提供了更多维度的信息，识别的准确度以及对物体信息、物理特征的获取能力大大提升；
（3）本发明的系统依据物理传热模型，能够在虚拟现实中模拟真实的触觉体验，也可以用于远程的触觉再现，极大地增强用户体验感，增强现有产品竞争力。
3.发展规划
（1）该技术未来可应用至智能机器人、智能制造、触觉再现、虚拟现实等领域，实现机器人高精度识别感知，物体的物理信息与特征参数感知，远程触觉再现，快速提高我国在触觉信息测量领域的水平。
（2）该技术通过推广传感系统及相关技术服务、工程咨询等方式均可能占据市场。该传感系统在机器人、智能制造、智能家居等领域中的应用前景广阔，有望成为相关行业发展的重要推动力量。同时，随着传感器技术的不断创新和发展，相关的产品也将得到推广和应用，本发明的系统能为市场提供更加完整的、模块化的解决方案和服务，如与其他智能设备相结合，如智能手机、智能手表等。总之，该传感系统在未来有着广泛的应用前景和市场潜力，有望成为相关行业的关键技术领导者。
4.合作方式
横向合作、技术转让、技术许可
注:所有成果未经授权，请勿转载
联系方式：ttc@sz.tsinghua.edu.cn
