CN1253287A

CN1253287A - 温度感测装置

Info

Publication number: CN1253287A
Application number: CN99122327A
Authority: CN
Inventors: 李君锡; 林定铉
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 1998-10-31
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2000-05-17
Also published as: GB2343246A; GB9925850D0; KR100370001B1; JP2000146701A; KR20000029342A

Abstract

一种能有效防止传感器被污染并能够精确感测温度的温度感测装置,包括:用于将待感测物体产生的红外线转换为电信号的传感器,和内部装有传感器的传感器罩,在传感器罩的上部开有用于通过红外线的感测孔。

Description

温度感测装置

本发明涉及温度感测装置，并具体涉及一种利用其温度待感测的物体(待感测物体)产生的红外线来感测温度的温度感测装置。

通常，温度感测装置被广泛应用于各种领域。例如，温度感测装置被用于如煤气炉和微波炉等烹饪用具中以感测食物的温度。特别地，食物的温度由烹饪用具的自动模式来感测，而烹饪用具的工作状况由食物的温度来控制。然而，在这些烹饪用具中，难以使用普通的温度感测装置，如与待感测物体直接接触的水银温度计。在这方面，使用另一种温度感测装置，其利用待感测物体辐射出的电磁波，如红外线，来感测温度。

参见图1说明现有技术中的一种利用红外线的温度感测装置。

该利用红外线的现有技术温度感测装置包括：传感器5，反射镜3，和红外线滤光器1。

传感器5感测由待感测物体产生的红外线并将感测到的红外线转换为电信号。具有预定曲率的反射镜3装在传感器5的上部，用于将红外线会聚到传感器5上。红外线滤光器1安装在反射镜3的通光口，并只滤过各种电磁波中的红外线。

传感器5包括由红外线加热的黑体，和通过黑体的热量产生热电动势的热电堆。

同时，由于传感器5产生的电信号非常微弱，因此传感器5与能够放大电信号的信号处理器10相连接。也就是说，待感测物体的温度通过信号处理器10的输出信号来感测。

参见图2说明现有技术中的另一种利用红外线的温度感测装置。

壳体4安装在传感器5的上部。在壳体4的通光口处安装一面凸透镜以将红外线会聚到传感器5上。传感器5与信号处理器10相连。在这种现有技术中的温度感测装置中，采用凸透镜2替代反射镜。它的工作过程与第一种现有技术的温度感测装置的工作过程相同，因而省略对其的详细描述。

前述的现有技术中的利用红外线的温度感测装置存在一些问题。

首先，在如图1所示的温度感测装置中，必须精密地加工反射镜3的内部，以便精确地将待感测物体产生的红外线会聚到传感器5上。然而，在实际中难以按照所需的精度加工反射镜3的内部。如果要使反射镜3的加工精度超过预定的精度，则生产成本将会很昂贵。如果反射镜3的加工精度低于预定的精度，将会在反射镜3的表面上发生不规则的反射，从而难于精确地感测温度。

其次，红外线滤光器1只滤过红外线，同时防止如蒸汽等异物附着在传感器5上。然而，难以防止异物附着在红外线滤光器1的表面。而且，考虑到反射镜型温度感测装置的结构，红外线滤光器1应具有预定或更大的尺寸，所以红外线滤光器1很可能被污染。在那种情况下，由于待感测物体产生的红外线是部分地入射到传感器5上，因而难于精确地感测温度。

类似地，在如图2所示的温度感测装置中，存在例如以下问题：难于按预定或更高的精度加工凸透镜2，以及凸透镜2被异物污染等，从而降低了温度测量的精度。

同时，为了防止红外线滤光器1或凸透镜2被污染，可以在它们的前面放一道保护窗。然而，在这种情况下，难以完全防止保护窗被污染，因此难以精确地感测温度。

最后，现有技术中的温度感测装置还存在另一个问题，即设计的自由度降低了，也就是说，在设计温度感测装置过程中，必须考虑温度感测装置所应用的温度感测范围和空间，以及待感测物体的特性，如尺寸和形状。然而，在现有技术中的温度感测装置中，由于难以按照所需的精度来设计和加工反射镜或凸透镜的尺寸或曲率，因而难以设计和制造出满足这些设计要求的反射镜或凸透镜。

因此，本发明致力于一种温度感测装置，它充分地消除了由现有技术中的局限和缺点所带来的一个或多个问题。

本发明的目的之一是提供一种温度感测装置，它具有便于设计的简单结构，并能够精确地感测待感测物体的温度。

本发明的另一个目的是提供一种温度感测装置，它能够有效地防止传感器被污染。

本发明的其它特点和优点将在下面的说明中进行阐述，其部分地可以从以下说明中获得，或可以通过实践本发明来掌握。本发明的目的和其它优点可以通过文字说明，权利要求以及附图中特别指出的结构来实现或获得。

为了实现这些和其它的优点，并按照本发明的意图，如所具体体现和广泛说明的，根据本发明的温度感测装置包括：传感器，用于将待感测物体产生的红外线转换为电信号；传感器罩，其内部装有传感器，并在上部开有用于通过红外线的感测孔。

优选地，传感器罩为中空的圆柱形，感测孔的中心线与传感器的传感器窗(sensor window)的中心线基本相同，而感测孔的尺寸大于传感器窗的尺寸。更为优选地，传感器罩的内壁进一步具有可吸收红外线的非反射层。在本发明的温度感测装置中，能够精确地感测待感测物体的温度，并能够获得简单的构造。

应当理解，上面的概括说明以及下面的具体说明都是示例性和解释性的，其是用于对本发明权利要求作进一步解释。

所含的附图提供了对本发明的进一步理解，被结合进说明书并构成了说明书的一部分。这些附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

附图中：

图1为展示现有技术中的一种利用红外线的温度感测装置的示意图；

图2为展示现有技术中的另一种利用红外线的温度感测装置的示意图；

图3为依照本发明第一实施例的温度感测装置的剖视图；

图4为图3中的传感器罩的立体图；

图5为依照本发明第一实施例的温度感测装置的一种变型的剖视图；

图6为依照本发明第二实施例的温度感测装置的剖视图；

图7为依照本发明第三实施例的温度感测装置的剖视图；

图8为依照本发明第三实施例的温度感测装置的工作过程的剖视图；和

图9为展示本发明第一和第三实施例的视角与输出电压关系的曲线图。

下面将详细评述本发明的优选实施例，其中示例在附图中加以展示。

下面参照图3和图4说明依照本发明一个实施例的温度感测装置。

图3为依照本发明一个实施例的温度感测装置的剖视图，图4为图3中的传感器罩的立体图。

不同于现有技术中的温度感测装置，本发明不采用反射镜或凸透镜。换言之，本发明的温度感测装置包括传感器30和传感器罩20。传感器30将红外线转换为电信号，传感器罩20用于容纳传感器30，并开有一个用于通过红外线的感测孔22。

由于传感器30与现有技术的温度感测装置中的传感器相同，因此将省略对其的详细描述。

下面具体说明传感器罩20。

传感器罩20包括用于容纳传感器30的空腔。用于通过红外线的感测孔22开在传感器罩20的上部，在传感器罩20的下部有一开口，用于将传感器罩20安装在电路衬底36上。

换言之，依照本发明的传感器罩20内部中空以容纳传感器30，并具有感测孔22，用于通过射向传感器罩20的红外线。考虑到制造方面的因素，传感器罩20最好为圆柱形，即圆柱截面。

同时，感测孔22的中心线最好与传感器30的传感器窗32的中心线基本相同，而感测孔22的尺寸D1最好大于传感器窗32的尺寸，以便将射向感测孔22的红外线有效地会聚在传感器窗32上，而不需要反射镜或凸透镜。

而且，感测孔22的尺寸D1最好相对小于传感器罩20的尺寸D，从而可以防止任何异物进入到传感器罩20中。

同时，应设置对应于能够测量待感测物体温度的范围的视角θ，以精确感测待感测物体的温度。也就是说，设置视角θ时应当考虑到待感测物体的特性，如它的尺寸和形状，以及温度感测装置的位置，并且温度感测装置应当被设计为具有所设定的视角θ。

在现有技术的温度感测装置中，由于视角θ是反射镜或凸透镜的尺寸和曲率的函数，因此这些因数应当被设计为满足所需的视角θ。然而，将反射镜或凸透镜的尺寸和曲率设计为满足所需的视角θ并不容易。即使能够设计反射镜或凸透镜的尺寸和曲率，制造满足所需视角θ的反射镜或凸透镜也会非常困难。

然而，在本发明的温度感测装置中，视角θ由传感器罩20上的感测孔的尺寸D1和传感器罩的高度H来决定。设定能够满足所需视角θ的感测孔尺寸D1和传感器罩高度H相对比较简单。而且，由于传感器罩的形状简单，因而制造满足要求的传感器罩并不困难。

同时，如果设置温度感测装置，使待感测物体在视角θ的范围内，则由视角范围外的路径入射到感测孔22中的红外线，将被当作不是由待感测物体产生的干扰红外线(图3中的虚线)。如果这种干扰红外线入射到传感器罩20的内部，则难以精确感测待感测物体的温度。因此，传感器罩20的内壁最好具有非反射层24，以吸收干扰红外线，从而防止干扰红外线入射到传感器30上。通过在内壁涂上一种能够吸收红外线而不反射红外线的材料或通过在传感器罩20内提供一单独部件，得到非反射层24。

同时，利用红外线的温度感测装置的原理是基于热电动势。在这方面，传感器30最好只依靠待感测物体产生的红外线来产生热电动势，以精确感测待感测物体的温度。也就是说，最好在温度感测装置与其外围环境之间没有温度偏差，而且温度感测装置本身也没有温度偏差。为此，传感器罩20最好采用良好导热材料。在这种情况下，如果传感器罩20，例如在它的上部与下部之间，产生温度偏差，则热平衡会快速进行，以至于传感器罩20的温度偏差可以最小化。结果，在包含传感器30的传感器罩内部的温度偏差可以最小化。

如图5所示，最好在传感器罩20的外壁上进一步提供热屏蔽装置40，以便热屏蔽装置40有效地防止外部的热量传入传感器罩20的内部。

虽然利用红外线的温度感测装置已在上述实施例中加以说明，但本发明并不限于此。例如，可以使用在不直接与待感测物体接触的情况下利用待感测物体辐射的其它电磁波(而不是红外线)的温度感测装置。

图6展示了依照本发明第二实施例的温度感测装置。

本发明第二实施例在结构上类似于本发明第一实施例。然而，在本发明第二实施例中，在传感器罩20上部的外圆周上提供一个防入射部件26，用于防止干扰红外线入射到感测孔22中。从而，可以防止干扰红外线进入传感器罩20。

如图6所示，将防入射部件26的高度H1设定在使视角θ不受影响的范围内。可以进一步在传感器罩20的内壁上形成非反射层24，以精确感测待感测物体的温度。而且，最好在防入射部件26的内壁上也形成非反射层24，以便更精确地感测待感测物体的温度。

图7为依照本发明第三实施例的温度感测装置的剖视图。

在本发明的第三实施例中，温度感测装置包括传感器30，和具有感测孔22的传感器罩20。感测孔22有一预定梯度。此时，由于感测孔的尺寸越向下越小，因此感测孔的上部尺寸D1大于感测孔的下部尺寸。最好将感测孔22的内壁28抛光处理以反射红外线。

同时，感测孔22最好具有由上向下的梯度形状，特别是考虑到制造方面的因素，最好为圆锥形。

下面将参照图8说明依照本发明第三实施例的温度感测装置的工作情况。

红外线对感测孔的入射角(θ₀/2，以下称作“感测孔入射角”)与红外线经过感测孔内壁反射后射向传感器的入射角(θ₁/2，以下称作“传感器入射角”)之间的关系表述如下：

θ₁/2＝θ₀/2+n(其中，为感测孔的梯度角，而n为在感测孔内反射的次数)

在上面的关系式中，注意到传感器入射角θ₁大于感测孔入射角θ₀。这意味着当以预定角度进入感测孔22的红外线，经过感测孔22中的反射后入射到传感器30上时，入射角变大。

因此，值得注意的是增加了传感器30上的入射光量。传感器30上的入射光量与红外线对传感器30的入射角，即，与传感器入射角θ₁的最大范围成比例。在本发明第三实施例中，由上面的关系式中可知，传感器入射角θ₁将变大，因此增加了传感器30的入射光量。

因此，与第一实施例相比，在相同的视角下，能够增加传感器的入射光量。因此，在第三实施例中，提高了聚焦效率，从而能够更精确地感测温度。

感测孔22的梯度角可以通过控制感测孔的厚度L以及感测孔的尺寸D1和D2来控制。然而，为了有效地防止异物进入传感器罩20，最好使感测孔的尺寸D1和D2较小，而使它的厚度较大。

同时，在第三实施例中，可以在传感器罩20的内部形成非反射层，以防止干扰红外线入射到传感器30上。而且，可以在传感器罩20的上部加装防入射部件，以防止干扰红外线入射到传感器罩20中。

然而，不同于第一实施例，并不在感测孔22的内壁28上形成非反射层。

下面将说明第一实施例与第三实施例的比较结果。

对比实验基于以下条件进行。

在第一与第三实施例中，感测孔22为圆剖面，而传感器罩的高度H为13.7mm。在第一实施例中感测孔的直径D1为3.4mm。在第三实施例中，感测孔的上端直径D1为3.4mm，而下端直径D2为2.4mm，感测孔的厚度L为6.7mm，而感测孔底部与传感器窗的距离G为3.7mm。

结果如图9所示，当在第一与第三实施例中感测相同物体的温度时，由传感器窗产生的电压在感测孔的中央0°位置时最大，而向着感测孔的边缘处降低。应注意，第一与第三实施例在感测待感测物体时没有差别，因为第一与第三实施例的输出电压几乎相似。

然而值得注意的是，在第三实施例中，射向传感器30的红外线的归一化IR强度提高了63％。

最后，在第三实施例中，能够提高聚焦效率，并同时有效地防止异物进入传感器罩。

上述的温度感测装置具有以下优点。

首先，由于传感器装在传感器罩中并且传感器罩上的感测孔很小，因而能够防止传感器被异物污染。因此，即便温度感测装置被使用了很长时间，依然能够精确地感测温度。

其次，由于能够使传感器周围的温度偏差最小化，并能够防止干扰红外线入射到传感器，因而在感测温度时能够提高精确度。

最后，由于可以通过控制传感器罩的高度和感测孔的尺寸来控制视角，因而能够提高设计的自由度。而且，由于本发明的温度感测装置不使用昂贵的反射镜或凸透镜，并且制造工艺简单，因而可以节省制造成本。

对于本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以对依照本发明的温度感测装置进行各种改进和变换。然而，只要这些改进和变换出自附属权利要求及其等同物的范围之内，则将被本发明所覆盖。

Claims

1.一种温度感测装置，包括：

传感器，用于将待感测物体产生的红外线转换为电信号；和

传感器罩，其内部装有传感器，其上部开有用于通过红外线的感测孔。

2.如权利要求1所述的温度感测装置，其特征在于传感器罩为中空圆柱形，感测孔的中心线与传感器的传感器窗的中心线基本相同，而感测孔的尺寸大于传感器窗的尺寸。

3.如权利要求1所述的温度感测装置，其特征在于在传感器罩的内壁形成用于吸收红外线的非反射层。

4.如权利要求1所述的温度感测装置，其特征在于传感器罩由高导热材料制成。

5.如权利要求4所述的温度感测装置，其特征在于在传感器罩的外壁上形成有热屏蔽装置。

6.如权利要求1所述的温度感测装置，其特征在于在传感器罩的上部提供有防入射部件，以防止干扰红外线入射到传感器罩中。

7.如权利要求1所述的温度感测装置，其特征在于感测孔具有预定的梯度，由其上部向下部逐渐变窄。