用于光源的智能型歧管組件、包括智能型歧管組件的光源及操作智能型歧管組件的方法與流程

相關申請的交叉引用

本申請要求2015年1月15日提交的美國臨時專利申請號62/103,936及2016年1月13日提交的美國專利申請案序列號14/994,253的權益，這些兩項申請的內容均以其全文通過引用并入本文。

本發明涉及用于為光源分配冷卻流體的歧管組件，并且更具體地，涉及用于與光源一起使用的智能型歧管組件。

背景技術：

包括光產生元件(例如，紫外輻射led，亦稱為uvled)的燈系統結合諸如像uv固化應用(例如，油墨、諸如粘合劑的粘結劑、涂層等的uv固化)的許多應用來使用。某些光產生裝置(例如，一組uvled)產生大量熱量，并且通常使用冷卻流體加以冷卻。

例如，冷卻流體可以是由冷卻器系統提供的水。通常需要維持冷卻流體的某些特性(例如，水流率)。此外，在某些情況下，需要切斷用來冷卻燈系統的冷卻流體的流動。

現有冷卻流體分配系統以及對此類系統的監測、控制和操作不足以解決業內出現的復雜問題。

因此，將需要提供改進的冷卻流體分配系統、包括此類改進的冷卻流體分配系統的光源以及操作此類改進的冷卻流體分配系統的方法，以克服業內的缺陷中的一或多者。

技術實現要素：

根據本發明的示例性實施方案，提供一種用于分配冷卻流體的歧管組件。所述歧管組件被配置用于與光源一起使用。所述歧管組件包括：流體歧管，所述流體歧管用于將冷卻流體提供至光源的燈頭組件；至少一個傳感器，所述至少一個傳感器用于感測流體歧管中的冷卻流體的至少一個特性；以及微處理器，所述微處理器用于從至少一個傳感器接收與至少一個特性相關的信息。

根據本發明的另一示例性實施方案，提供一種光源。所述光源包括：(a)燈頭組件，所述燈頭組件包括至少一個光產生裝置；以及(b)歧管組件，所述歧管組件用于分配冷卻流體，所述歧管組件被配置用于與光源一起使用，所述歧管組件包括：(i)流體歧管，所述流體歧管用于將冷卻流體提供至燈頭組件；(ii)至少一個傳感器，所述至少一個傳感器用于感測流體歧管中的冷卻流體的至少一個特性；以及(iii)微處理器，所述微處理器用于從至少一個傳感器接收與冷卻流體的至少一個特性相關的信息。

根據本發明的又一示例性實施方案，提供一種操作用于分配冷卻流體的歧管組件的方法。所述歧管組件被配置用于與光源一起使用。所述方法包括以下步驟：(a)將冷卻流體提供至歧管組件以用于冷卻光源；(b)使用至少一個傳感器來感測歧管組件處的冷卻流體的至少一個特性；以及(c)將數據傳輸至歧管組件中所包括的微處理器，所述數據包括與由至少一個傳感器感測的至少一個特性相關的信息。

附圖說明

當結合附圖來閱讀以下詳細描述時，根據以下詳細描述最佳地理解本發明。應強調，根據慣例，附圖的各種特征并非按比例繪制。相反，為清晰起見，任意地擴大或縮小各種特征的尺寸。附圖中包括以下各圖：

圖1為根據本發明的示例性實施方案的歧管組件的頂視圖；

圖2為根據本發明的示例性實施方案的圖1的歧管組件的前透視圖；

圖3為根據本發明的示例性實施方案的圖1的歧管組件的后透視圖；

圖4為根據本發明的示例性實施方案的圖形用戶接口的方塊圖視圖；

圖5為根據本發明的示例性實施方案的光源的方塊圖視圖，所述光源包括歧管組件和相關元件；以及

圖6為例示根據本發明的示例性實施方案的操作歧管組件的方法的流程圖，所述歧管組件被配置用于與光源一起使用。

具體實施方式

本發明可特別適用于被配置用于與諸如uv光源的光源一起使用的歧管組件。示例性uv光源包括uv激光器、uvled光源以及垂直腔面發射激光器(vcsel)。盡管如此，考慮到諸如可見光源的其他光源。

如本文所使用，術語“處理器”和“微處理器”可互換使用，且應廣泛理解為指代包括執行計算機程序指令的處理單元(例如，中央處理單元)或其他硬件的任何裝置。“處理器”和“微處理器”的實例包括微控制器、數字信號處理器(dsp)、可編程邏輯控制器(plc)、計算機等。如本領域的技術人員所理解的，“處理器”和“微處理器”可包括諸如隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)及周邊裝置的元件。

本發明的某些實施方案涉及一種用于與光源一起使用(和/或包括于光源中)的智能型歧管組件，所述光源諸如紫外(uv)光源或可見光源。智能型歧管組件可被配置來報告與歧管組件(或光源的其他元件)中的冷卻流體相關的某些特性，這些特性諸如像：冷卻流體的入口流率、冷卻流體的出口流率、冷卻流體的ph值、冷卻流體的壓力、冷卻流體的入口溫度、冷卻流體的出口溫度以及系統的環境溫度。可通過監測此類特性來提供各種益處。例如，系統可用來確保冷卻流體(例如，冷卻水)在整個系統內的均勻流動。此外，歧管組件還可在以下情況時切斷冷卻流體(例如，通過操作或一或多個閥)：(i)光源的燈頭(包括光產生元件)不在操作中；(ii)冷卻流體軟管/管意外遭切開或泄漏；(iii)歧管組件未維持所需要水平的冷卻流體壓力；等等。如將在本文中解釋的，在一或個多個實施方案中，歧管組件可包括傳感器、冷卻流體軟管/管、管道器具、電纜/通信電纜、閥(例如，電磁閥)以及印刷電路板。

如本領域的技術人員將了解的，燈系統(及相關聯的冷卻流體系統)常常具有某些限制和挑戰。例如，希望地維持冷卻流體壓力、冷卻流體ph值、冷卻流體流率、冷卻流體溫度等的特定值以確保系統的優選性能。

另一挑戰是：在系統啟動期間控制冷卻流體壓力，這往往會在系統打開時產生冷卻流體壓力峰值。燈頭組件常常包括可對相對大的啟動壓力峰值敏感的元件。根據本發明，冷卻流體壓力可根據初始啟動期間的預定義壓力曲線斜升。因此，需要對冷卻流體壓力進行準確的閉環控制。

又一挑戰涉及對冷卻流體源的擴展測試(例如，對冷卻器的壽命測試，所述測試可整夜發生)。這種測試可在系統中的某處產生壓力泄漏。若這種泄漏發生，并且冷卻器在干燥狀態下運行，則這可對光源系統及/或冷卻系統的元件造成損壞(并且可能導致永久性故障)。

又一挑戰涉及以下情形，其中冷卻流體線路遭切開，從而產生壓力損失，這可導致互鎖件切斷燈系統(包括切斷諸如dc功率的能量，所述能量由電源供應器提供來為燈頭的光產生元件供給能量)。盡管可在這種情形下保護燈頭系統的元件，但冷卻流體(例如，來自冷卻器的水)可連續流過泄漏的冷卻流體分配系統，從而產生潛在安全危害。

又一挑戰涉及在燈關閉時分配冷卻流體。即使不存在實質性安全風險或設備損壞風險，但如果冷卻流體在不需要時繼續操作，那么這導致對燈系統的浪費的冷卻(以及相關聯的能量及相關資源的浪費)。

為解決某些上述問題和挑戰，根據本發明的某些示例性實施方案，基于系統的預期性能發展出曲線(例如，追蹤系統的操作的基于時間的曲線)。所述曲線對應于燈系統的操作，其中使用包括于歧管組件中的傳感器，結合所述曲線對多個冷卻流體特性中的每一個的閾值(或可接受范圍)進行監測(及潛在控制)。示例性特性包括冷卻流體壓力、冷卻流體溫度、冷卻流體ph值以及冷卻流體流率。

包括于歧管組件中的某些傳感器可希望地設置成與冷卻流體供應(例如，來自冷卻器的水)對齊，其中傳感器(例如，通過敷設電纜)連接至歧管組件的印刷電路板。這種印刷電路板可包括信號調節電路以用于接收、轉換并且以其他方式操縱來自傳感器的信號。來自信號調節電路的輸出可在本地(在歧管組件處)使用和/或可通過通信鏈路發送至遠程位置，諸如電源(例如，電源供應器)的中央處理單元，所述電源提供能量來照亮燈頭的光產生元件。

根據本發明的某些示例性實施方案，并且基于所希望(例如，最佳)的系統性能，可針對每一個傳感器特性建立可接受的(或不可接受的)閾值，或可針對每一個傳感器特性建立可接受的(或不可接受的)范圍。實時數據由多個傳感器收集，其中所述數據可儲存于在歧管組件本地的存儲器中，和/或可發送至在歧管組件本地的印刷電路板上的處理器(例如，微控制器)。如上文所提供的，來自傳感器的數據(可重新調節、重訂格式、匯總、以數學方式操縱等)隨后可通過電纜傳輸至遠程處理器(例如，電源供應器的中央處理單元)，所述遠程處理器將所述數據與所感測的特定特性的預定指標進行比較。若傳感器數據超出可接受的預定義值(如使用閾值、范圍等所確定的)，則可使用軟件來(i)通過用戶接口(例如，圖形用戶接口等)發起警告；(ii)接合互鎖件以切斷水流(例如，通過閥操作)；等等。可由本地處理器(在歧管組件處)而不是遠程處理器來完成傳感器數據是否可接受的確定(和/或警告的發起或互鎖件的接合)。

圖1至圖3提供根據本發明的一個或多個實施方案的歧管組件100的各種視圖，這些視圖例示各種示例性部件。提供安裝架102以支撐歧管組件100的各種元件。歧管組件100將冷卻流體(例如，來自冷卻器的冷卻水，所述冷卻器諸如閉環冷卻器系統、簡單的熱交換器冷卻器系統等)提供至燈頭(未在圖1至圖3中示出)。由冷卻器提供的冷卻流體在歧管組件100的冷卻劑供應線路106處被接收。冷卻流體繼續行進至入口歧管118，并且冷卻流體從入口歧管118繼續行進以通過連接件120a、120b向燈頭的部分(未在圖103中示出)提供冷卻。如本領域的技術人員將了解的，冷卻流體在燈頭中的分配可遵循任何所需要路徑，并且可包括鄰近光產生元件提供的熱交換器元件中的微通道以冷卻系統。

冷卻流體通過連接件126a、126b從燈頭返回至出口歧管124，并且然后繼續行進至冷卻劑返回線路108。冷卻流體從冷卻劑返回線路108返回至冷卻流體供應器(例如，冷卻器)。包括于歧管組件100中的多個傳感器(這些傳感器可與冷卻流體供應對齊)監測冷卻流體(和/或光源的其他部分)的特性，并且將與所監測的特性相關的信號提供至包括于歧管組件100中的歧管板104(例如，印刷電路板)。

歧管組件100還包括閥110(例如，電磁閥)、壓力調節器112、壓力計114以及冷卻流體過濾器116。圖1至圖3中所示的示例性多個傳感器包括冷卻流體壓力/溫度傳感器122、冷卻流體ph值傳感器128以及冷卻流體流量傳感器130a、130b。當然，考慮到另外的傳感器。

具體地參考圖3，在歧管電路板104上展示示例性電路元件，這些示例性電路元件包括微處理器130、靜態存儲器裝置132(例如，電可擦除可編程只讀存儲器，即eeprom)、調節電路134以及通信端口136。來自多個傳感器的信號(包括與所監測的特性相關的信息)在由調節電路134調節之后由微處理器130接收。

用戶接口可以是所需要的，以使得光源(包括歧管組件)的用戶可在視覺上監測某些特性(例如，包括冷卻流體的某些所監測的特性)的狀態。圖4例示示例性圖形用戶接口(gui)，所述gui用于包括水作為冷卻流體的系統。歧管接口400例示所監測的水壓力、水ph值、入口水流率、出口水流率、水閥位置、燈狀態、入口水溫度、出口水溫度、環境溫度以及與歧管板104的通信狀態。盡管圖4主要例示狀態信息(例如，與所感測的冷卻流體特性相關的信息)，但應理解，這種接口可提供其他功能性，諸如像用戶輸入功能性(例如，冷卻流體特性設定點的用戶控制、冷卻流體閥的用戶控制、緊急停止功能等)。

圖5為光源系統500(例如uvled系統，所述uvled系統例如用于提供uv能量來進行固化，等等)的方塊圖，其中在不考慮參考數字差異的情況下，圖5中的類似元件具有與結合圖1至圖3所描述的相同元件類似的功能。系統500包括光源520、冷卻器502、顯示器514以及電源516。光源520包括：燈頭組件508(例如，包括諸如uvled的多個光產生元件)；歧管組件504；以及殼體518，所述殼體518包括燈頭組件和歧管組件。歧管組件504包括流體歧管510(例如，包括諸如圖1至圖3中的歧管118的入口歧管，以及諸如圖1至圖3中的歧管124的出口歧管)和歧管板512。流體歧管510通過入口導管506a從冷卻器502接收冷卻流體。冷卻流體通過出口導管506b返回至冷卻器502。盡管圖5僅以方塊圖形式例示元件，但應理解，冷卻流體以所需要的方式流過流體歧管510以冷卻燈頭組件508的元件(例如，以提取由諸如uvled的光產生元件產生的熱量)。圖5例示用于感測流體歧管510的特性的各種示例性傳感器，這些特性包括由冷卻器502提供并且流過流體歧管510的冷卻流體的特性。所例示的傳感器包括壓力傳感器510a、ph值傳感器510b、入口流量傳感器510c、出口流量傳感器510d、水閥控制510e(例如，可以是閥位置指示、閥控制等)、入口溫度傳感器510f、出口溫度傳感器510g以及環境溫度傳感器510h。當然，在本發明之范疇內考慮到另外的或不同的傳感器。

來自各種傳感器的信號在歧管板512上的一個或多個調節電路512d處被接收。來自調節電路512d的信號由處理器512b(例如，微處理器)接收。處理器512b與eeprom512c(或另一靜態存儲器裝置)通信，其中eeprom512c包括與以下各項中的至少一項相關的信息：(i)與歧管組件傳感器中的一個或多個相關的只讀數據；以及(ii)由微處理器寫入的與至少一個傳感器的操作相關的數據。也就是說，如本文中所使用的，術語靜態存儲器裝置(包括eeprom)旨在指代可包括只讀數據系統以及用于寫入另外數據的存儲器。儲存于eeprom512c中的只讀數據可包括例如，這些傳感器中的一個或多個的傳感器數據(例如，傳感器校準數據、諸如條形碼和型號的傳感器制造商數據、傳感器服務數據、傳感器保證數據、傳感器庫存數據等)或與歧管組件的其他部分相關的類似信息。由微處理器寫入至eeprom512c的數據可包括例如，與每一個傳感器的操作小時數相關的信息、與由每一個傳感器感測的冷卻流體的特性相關的數據，等等。可由微處理器寫入至eeprom512c的數據的具體實例可包括與超過預定指標(例如，報警條件等)的冷卻流體特性相關的信息。

處理器512b通過通信鏈路512a(例如，有線通信鏈路、無線通信鏈路等)傳輸并接收信息。例如，通過通信鏈路512a將信息提供至顯示器514(可以是類似于圖4所示接口400的接口)。可由顯示器514的用戶將信息通過通信鏈路512a提供至處理器512b(例如，用戶可通過顯示器514提供用于光源520的元件的控制指令)。也可將信息通過通信鏈路512a從處理器512b傳輸至電源516(例如，傳輸至電源516的中央處理單元)。同樣地，可將信息通過通信鏈路512a從電源516傳輸至處理器512b。

如圖5所示，電源516(例如，dc電源供應器)將能量提供至燈頭組件508。如本領域的技術人員所理解的，使用由電源516提供的能量為光產生元件(例如，uvled)供給能量。

盡管將顯示器514和電源516例示為彼此分離，但應理解，顯示器514可能：在電源516本地；在光源520本地(并且甚至被包括作為光源520的部分)；或位于與光源520和電源516兩者不同的位置處。

圖6為根據本發明的某些示例性實施方案的流程圖。如本領域的技術人員所理解的，可省略包括于流程圖中的某些步驟；可添加某些另外的步驟；并且步驟的順序可與所例示的順序不同。

具體參考圖6中的流程圖，提供一種操作用于提供冷卻流體的歧管組件的方法。所述歧管組件被配置用于與光源一起使用。在步驟600處，將冷卻流體(例如，來自冷卻器的水)提供至歧管組件(諸如圖1至圖3所示的歧管組件100、圖5所示的歧管組件504等)以用于冷卻光源(例如，用于執行固化操作的uvled光源)。在步驟602處，使用至少一個傳感器(例如，用于感測冷卻流體壓力的壓力傳感器、用于感測進入流體歧管的冷卻流體流量值的入口流量傳感器、用于感測離開流體歧管的冷卻流體流量值的出口流量傳感器、用于測量歧管組件中的冷卻流體溫度的溫度傳感器，以及用于測量歧管組件中的冷卻流體ph值的ph值傳感器)來感測歧管組件處的冷卻流體的至少一個特性。在步驟604處，將數據傳輸至包括于歧管組件中的微處理器(例如，圖3中的微處理器130、圖5所示的處理器512b等)，所述數據包括與由至少一個傳感器感測的至少一個特性相關的信息。在步驟606處，將在步驟604中傳輸的數據與預定指標進行比較，其中預定指標可包括可接受的(或不可接受的)閾值水平、可接受的(或不可接受的)范圍等。例如，所傳輸的數據可被格式化(例如，以數學方式操縱)以便與預定指標進行比較。在步驟608處，基于步驟606的結果來控制冷卻流體的流量。例如，若確定歧管組件的冷卻流體系統中存在泄漏(例如，如由超出可接受的預定范圍的壓力值確定的，所述壓力值由歧管組件中的冷卻流體壓力傳感器提供)，則可關閉燈頭(例如，由電源的中央處理單元，所述電源諸如圖4中的電源516)，并且可停止冷卻流體的流動(例如，通過閉合歧管組件中的一個或多個閥，所述一個或多個閥諸如圖1至圖3所示的閥110)。步驟606中的比較可由歧管組件處的微處理器(例如，圖3中的微處理器130)或由另一微處理器(例如，電源處的中央處理單元)完成。

因此，如本文中所述的，本公開的實施方案可通過建構智能型歧管系統來為冷卻器提供前瞻性方法。智能型歧管系統可前瞻性地監測關鍵指示符以確保系統健康，提升安全性，并且容許用戶對其系統維護進行排程。還可監測冷卻流體源(例如，冷卻器)的性能。

本發明的某些實施方案可提供以下優點中的一個或多個。提供模塊化歧管組件以及包括歧管組件的模塊化光源，所述模塊化歧管組件和模塊化光源可應用于多種應用，并且與多種冷卻流體源一起應用。本發明由于以下原因而為歧管組件維護提供前瞻性途徑：(i)對歧管組件的各種流體特性的監測；和/或(ii)可在流體歧管處的靜態存儲器裝置(例如，eeprom)中獲得的信息(例如，與歧管組件相關的維護指令，例如，需要更換過濾器)。本發明提供實時數據監測，并且可用來確保大體均勻的流量分配。本發明可包括其中感測入口冷卻流體溫度和出口冷卻流體溫度兩者以例如確定冷卻器是否發生故障或被低估的實施方案。如上所述，若冷卻流體線路損壞(例如，遭切開)，則可使用閥來切斷去往和來自燈頭組件的冷卻流體。同樣地，若燈頭組件關閉，則可使用閥來關閉冷卻流體的供應，進而節省能量。

盡管主要結合歧管組件的印刷電路板處的處理器對本發明進行描述，但應理解，所述處理器可位于光源的另一位置處，所述位置諸如像包括燈頭驅動電路的電路板。此外，可提供多個電路板以包括歧管組件的各種電路元件。

盡管已主要結合固態光源對本發明進行描述，但本發明不限于此。也就是說，本發明的教義可應用于包括利用主動冷卻的任何系統的廣范圍的光源系統，并且優選地通過連續監測光源系統和/或光源系統的冷卻系統的特性來實現。

盡管在本文中參考特定實施方案對本發明進行例示和描述，但本發明并不旨在局限于所示細節。相反，可在權利要求書的范疇及其等效物的范圍內作出細節方面的各種修改而不脫離本發明。