DE10143651C1 - Device for contactless ground, especially road, temperature measurement has infrared sensor in concave opening, at least partly of funnel shape, in which static air volume is bounded by walls - Google Patents
Device for contactless ground, especially road, temperature measurement has infrared sensor in concave opening, at least partly of funnel shape, in which static air volume is bounded by wallsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Bestimmung der Temperatur einer Bodenfläche, insbesondere einer Fahrbahn, mittels eines gegenüber einer Öffnung eines Ge häuses zurückgesetzten Infrarot-Sensors.The invention relates to a device for contactless determination of the temperature of a Floor area, in particular a roadway, by means of an opposite of an opening of a Ge reset infrared sensor.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise Gegenstand der WO 96/29 686 A1, durch die es bereits bekannt ist, einen Infrarot-Sensor an einem Fahrzeug anzuordnen, um so eine mögliche Vereisung der Oberfläche rechtzeitig zu erkennen und gegebenenfalls ein Warnsignal auszulö sen. Ebenso wird eine Anwendung für Schienenfahrzeuge vorgeschlagen. Durch den auf die zu messende Oberfläche gerichteten Infrarot-Sensor wird hierzu die von der Bodenfläche abge strahlte Infrarot-Strahlung bestimmt, so daß nicht lediglich die bodennahe Lufttemperatur, son dern die Temperatur der Bodenfläche selbst bestimmt werden kann. Prinzipbedingt ist für eine zuverlässige Messung ein ungehinderter Strahlengang zwischen der Bodenfläche und dem In frarot-Sensor erforderlich. Bereits eine geringfügige Verunreinigung oder ein Niederschlag auf dem Infrarot-Sensor bzw. auf einem die Öffnung verschließenden Fenster führen zu fehlerhaf ten Meßwerten. Dieser Nachteil wirkt sich insbesondere dann besonders nachteilig aus, wenn es bei Temperaturen um den Gefrierpunkt verstärkt zu Feuchtigkeitsniederschlag auf dem Infra rot-Sensor kommen kann, weil in diesem Temperaturbereich eine genaue Kenntnis der Tempe ratur von entscheidender Bedeutung ist.Such a device is the subject of WO 96/29 686 A1, for example it is already known to arrange an infrared sensor on a vehicle in order to create a possible one Detect icing of the surface in good time and, if necessary, trigger a warning signal sen. An application for rail vehicles is also proposed. By the towards For this purpose, the measuring surface facing the infrared sensor is measured from the bottom surface radiated infrared radiation determined, so that not only the ground-level air temperature, son the temperature of the floor surface itself can be determined. The principle is for one reliable measurement of an unobstructed beam path between the floor surface and the in infrared sensor required. Already a slight contamination or precipitation the infrared sensor or on a window that closes the opening lead to errors measured values. This disadvantage is particularly disadvantageous when at temperatures around freezing it intensifies moisture precipitation on the infra red sensor can come because in this temperature range an exact knowledge of the tempe raturation is crucial.
Um Verschmutzung zu verhindern ist der Infrarot-Sensor gegenüber einer Öffnung des Gehäu ses zurückgesetzt angeordnet, so daß eindringender Schmutz weitgehend abgehalten wird. Um jedoch auch gegen Feuchtigkeit einen ausreichenden Schutz zu erreichen, wird zusätzlich eine Luftströmung erzeugt, durch die Feuchtigkeit zuverlässig abgeführt und zugleich ein Beschla gen des Infrarot-Sensors verhindert wird. Hierzu tritt die Luftströmung durch die Öffnung in das Gehäuse ein und wird anschließend durch mehrere seitliche Durchbrechungen abgeführt. Da bei wird die während der Fahrt auftretende Luftströmung durch eine geschickte Anordnung der Vorrichtung an dem Fahrzeug genutzt.To prevent contamination, the infrared sensor is opposite an opening in the housing ses reset arranged so that penetrating dirt is largely prevented. Around however, achieving adequate protection against moisture will also result in a Air flow generated, reliably evacuated by the moisture and at the same time a fitting against the infrared sensor. For this purpose, the air flow enters through the opening Housing and is then discharged through several side openings. because at is the air flow occurring during the journey by a clever arrangement of the Device used on the vehicle.
Als nachteilig hat sich erwiesen, daß in der Praxis oftmals eine ausreichende Luftströmung nicht vorhanden ist. In solchen Fällen tritt eine Verschmutzung auf, deren Reinigung durch die zu rückgesetzte Position des Infrarot-Sensors erschwert ist. Man könnte daran denken, die Luft strömung nicht durch die Fahrbewegung, sondern durch ein Gebläse zu erzeugen, um so eine gleichbleibende Luftströmung zu erreichen. Hierzu ist jedoch eine zusätzliche elektrische Ener gieversorgung erforderlich, wodurch der Einsatz der Vorrichtung in unerwünschter Weise einge schränkt wird.It has proven to be disadvantageous that in practice an adequate air flow is often not is available. In such cases, pollution occurs, the cleaning of which by reset position of the infrared sensor is difficult. You could think of the air to generate flow not by the driving movement, but by a fan, in order to create one to achieve constant air flow. For this, however, there is an additional electrical energy Power supply required, whereby the use of the device turned on in an undesirable manner is limited.
Die DE 30 44 104 A1 beschreibt einen Strahlungsfühler zum Messen der Temperaturen von erhitzten Schüttgütern, insbesondere von bituminösem Mischgut. Ein Strahlungsfühler ist dabei in einem Staurohr untergebracht. Der Einsatz dieser Messvorrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Bodenfläche führt jedoch zu Messfehlern, weil dabei die Eigentemperatur des Rohres in die Messwerterfassung einfließen und damit zu Messfehlern führen würde.DE 30 44 104 A1 describes a radiation sensor for measuring the temperatures of heated bulk materials, especially bituminous mix. A radiation sensor is included housed in a pitot tube. The use of this measuring device to determine the However, the temperature of a floor surface leads to measurement errors because the intrinsic temperature of the Would flow into the measured value acquisition and thus lead to measurement errors.
Die US 60 14 263 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Tem peratur einer heißen, aggressiven Umgebung. Insbesondere soll dabei die Schleierbildung auf der Linse eines Pyrometers durch Zusätze in dem Linsenmaterial sowie durch eine Beschich tung vermieden werden.US 60 14 263 A1 describes an apparatus and a method for determining the temperature temperature of a hot, aggressive environment. In particular, the formation of fog should the lens of a pyrometer through additives in the lens material and through a coating tion can be avoided.
Die DE 40 39 007 A1 beschreibt ein Infrarottemperaturmessgerät zur Erfassung der von min destens einem temperaturmäßig zu messenden Objekt in einer Verfahrenskammer ausge sandten Infrarotstrahlen unter Verwendung mindestens einer Infrarotbildeinrichtung und zur Messung einer zweidimensionalen Temperaturverteilung des Messobjektes. Das Gerät weist hierzu Streulichtbeseitigungsmittel zur Reduzierung anderer infraroter Streustrahlen auf.DE 40 39 007 A1 describes an infrared temperature measuring device for detecting the min at least one object to be measured in terms of temperature in a process chamber sent infrared rays using at least one infrared imaging device and Measurement of a two-dimensional temperature distribution of the measurement object. The device points to this end stray light eliminators for reducing other infrared scattered rays.
Ferner offenbart die DE 198 54 964 A1 einen optischen Temperatursensor für ein Fahrzeug, durch den zugleich mit der Meßwerterfassung eines Reflexionssensors eine Bestimmung des Fahrbahnzustandes vor dem Fahrzeug durchgeführt wird. Furthermore, DE 198 54 964 A1 discloses an optical temperature sensor for a vehicle, through the determination of the measurement value of a reflection sensor Road condition is carried out in front of the vehicle.
Durch die DE 297 01 998 U1 ist es auch bekannt, einen Infrarot-Sensor als Fahrzeugdetektor einzusetzen, indem der Temperaturunterschied zwischen einem Kraftfahrzeug und der Fahr bahn erfaßt wird, um so ein Fahrzeug zu identifizieren. Hierbei ist ein möglicherweise auftreten der Meßfehler durch Verschmutzung jedoch von untergeordneter Bedeutung. Eine solche als Fahrzeugdetektor ausgeführte Vorrichtung eignet sich jedoch nicht zur Temperaturbestimmung, sondern lediglich zur abstrakten Fahrzeugidentifizierung, aufgrund der Temperaturdifferenz, weil Fehlereinflüsse bei der Temperaturbestimmung nicht ausgeschlossen sind.From DE 297 01 998 U1 it is also known to use an infrared sensor as a vehicle detector use by the temperature difference between a motor vehicle and the driving track is detected so as to identify a vehicle. This is a possible occurrence the measurement error due to contamination is of minor importance. Such as However, the device designed as a vehicle detector is not suitable for determining the temperature, but only for abstract vehicle identification, based on the temperature difference, because the influence of errors when determining the temperature cannot be excluded.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, eine Verschmutzung oder einen Niederschlag auf dem Infrarot-Sensor, der zu einer Meßwertabweichung führen kann, zu vermeiden, ohne daß hierzu eine Luftströmung erforderlich ist. Insbesondere soll die Vorrichtung ohne ein zusätzliches Gebläse auskommen.The invention has for its object to provide a way to pollution or a precipitation on the infrared sensor, which leads to a measurement deviation can be avoided without the need for air flow. In particular, the Device can do without an additional fan.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patent anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved with a device according to the features of the patent claim 1 solved. The subclaims relate to particularly useful further training the invention.
Erfindungsgemäß ist also eine Vorrichtung vorgesehen, deren Infrarot-Sensor in einer konka ven Ausformung der Vorrichtung angeordnet ist, die zumindest abschnittsweise trichterförmig ausgeführt ist und durch deren umlaufende, geschlossene Wandfläche ein stillstehendes Luft volumen begrenzt ist. Überraschenderweise hat sich hierbei herausgestellt, daß sich der ge wünschte Effekt zur Vermeidung eines Niederschlages an dem Infrarot-Sensor in optimaler Weise durch ein stillstehendes Luftvolumen erreichen lässt. Dabei verhindert die thermische Isolation des so geschaffenen Luftpolsters zuverlässig einen möglichen Niederschlag auf dem Infrarot-Sensor auch bei stark schwankenden Temperaturen. Innerhalb des Luftvolumens auf tretende Konvektionsströmungen beeinflussen die Messwerterfassung dabei nicht. Hierdurch eignet sich die Vorrichtung neben dem Einsatz bei Fahrzeugen insbesondere auch zur Anord nung in Bereichen, in denen eine ausreichende Luftströmung nicht sichergestellt werden kann. Die einzelnen Luftschichten weisen hierzu eine der Trichterform entsprechende unterschiedli che Fläche auf, so daß ein nach dem Stand der Technik auftretender Niederschlag ausge schlossen ist. Dabei ist ein zusätzliches Gebläse, ebenso wie ein Heizelement, nicht erforder lich, so daß die Vorrichtung problemlos für unterschiedliche Einsatzzwecke verwendet werden kann. Einen wesentlichen Bestandteil der Vorrichtung kann dabei ein an sich bekanntes Pyro meter bilden. According to the invention, a device is therefore provided, the infrared sensor of which is in a concave ven formation of the device is arranged, the funnel-shaped at least in sections is executed and through the surrounding, closed wall surface a still air volume is limited. Surprisingly, it has been found that the ge desired effect to avoid precipitation on the infrared sensor in optimal Way through a stationary volume of air. The thermal prevents Isolation of the air cushion thus created reliably a possible precipitation on the Infrared sensor even with strongly fluctuating temperatures. Within the air volume Incoming convection currents do not influence the measured value acquisition. hereby In addition to use in vehicles, the device is also particularly suitable for arrangement in areas where sufficient air flow cannot be ensured. For this purpose, the individual air layers have a difference corresponding to the shape of the funnel surface, so that a precipitation occurring according to the prior art is closed. An additional fan, like a heating element, is not required Lich, so that the device can be used easily for different purposes can. An essential part of the device can be a pyro known per se form meters.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ausformung rotationssymmetrisch ausgeführt ist. Hierdurch weist das den Infrarot-Sensor umgebende Luftpolster eine gleichbleibende Stärke auf, wodurch eine weitere verbesserte Isolationswirkung erreicht werden kann. Auf diese Weise kann der Schutz des Infrarot-Sensors vor einem Feuchtigkeitsniederschlag auf der Oberfläche deutlich verbessert werden. Zudem ist die Funktion der Vorrichtung durch die symmetrische Ausformung unabhängig von einer Fixierposition.It is particularly advantageous if the shape is rotationally symmetrical. As a result, the air cushion surrounding the infrared sensor has a constant strength on, whereby a further improved insulation effect can be achieved. In this way can protect the infrared sensor from moisture condensation on the surface be significantly improved. In addition, the function of the device is symmetrical Formation independent of a fixing position.
Dabei ist es besonders praxisnah, wenn die Ausformung einen lediglich geringfügig größer als der Erfassungsbereich des Infrarot-Sensors bemessenen Öffnungswinkel aufweist, um so eine optimale Schichtenbildung des eingeschlossenen Luftvolumens, beispielsweise durch einen geringer als 10 : 1 bemessenen Öffnungswinkel zu erreichen.It is particularly practical if the shape is only slightly larger than the detection area of the infrared sensor has a measured opening angle, so as to optimal stratification of the enclosed air volume, for example by a to achieve less than 10: 1 dimensioned opening angle.
Es ist weiterhin besonders günstig, wenn die Ausformung einen den Infrarot-Sensor aufneh menden Boden umfaßt, der einen stetigen Übergang zu der Wandfläche aufweist, um so mögli che Sprünge in der Temperatur oder Luftfeuchtigkeitsverteilung des den Infrarot-Sensor ein schließenden Luftvolumens zu vermeiden. Hierzu weist die Ausformung einen fließenden Über gang zwischen der Wandfläche und dem flachen oder konkaven Boden auf.It is also particularly favorable if the shape receives the infrared sensor menden floor, which has a continuous transition to the wall surface, so as possible jumps in the temperature or humidity distribution of the infrared sensor to avoid closing air volume. For this purpose, the formation has a flowing over between the wall surface and the flat or concave floor.
Eine andere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird auch dann erreicht, wenn die Wandfläche der Ausformung außerhalb des Erfassungsbereiches des Infra rot-Sensors angeordnet ist. Hierdurch führt eine mögliche Erwärmung der Wandfläche, bei spielsweise verursacht durch Wärmestrahlung, nicht zu einer Messwertabweichung bei der Temperaturbestimmung. Mögliche Fehlereinflüsse durch die Wandfläche oder sonstige Berei che des Gehäuses sind daher ausgeschlossen.Another particularly advantageous embodiment of the present invention is also then reached when the wall surface of the formation outside the detection area of the infra red sensor is arranged. This leads to possible heating of the wall surface caused, for example, by heat radiation, not to a measurement deviation in the Temperature determination. Possible error influences from the wall surface or other area che of the housing are therefore excluded.
Weiterhin hat sich eine Weiterbildung als besonders vorteilhaft erwiesen, bei der die Vorrichtung zur stationären Fixierung vertikal oberhalb der Bodenfläche ausgeführt ist. Hierbei entfällt die unerwünschte Luftströmung aufgrund einer beweglichen Anordnung, wodurch die Genauigkeit bei der Messwerterfassung weiter verbessert werden kann. Dabei ist eine Luftströmung, bei spielsweise verursacht durch Wettereinflüsse, ohne Wirkung auf das isolierende Luftpolster.Furthermore, a further development has proven to be particularly advantageous in which the device is designed for stationary fixation vertically above the floor surface. This does not apply unwanted air flow due to a movable arrangement, increasing accuracy can be further improved in the measurement value acquisition. There is an air flow at for example caused by weather influences, without effect on the insulating air cushion.
Bei einer weiteren, besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Steuereinheit auf, durch welche die mittels des Infrarot-Sensors bestimmte Temperatur von Fahrzeugen als Störsignal erfasst und von einer weiteren Signalverarbeitung ausgeschlossen ist. Hierdurch wird die unerwünscht erfaßte Temperatur der den Erfassungsbereich passieren den Kraftfahrzeuge von einer Weiterleitung bzw. einer Signalerstellung ausgeschlossen, wobei diese Signale beispielsweise zum Zweck einer quantitativen Erfassung von Fahrzeugen nutzbar sein können. Auf diese Weise kann zuverlässig die Temperatur der Bodenfläche erfaßt werden.In a further, particularly favorable embodiment of the invention, the device has a Control unit by which the temperature determined by means of the infrared sensor Vehicles recorded as an interference signal and excluded from further signal processing is. This will cause the undesirably sensed temperature to pass through the sensing area the motor vehicles excluded from forwarding or signal generation, whereby these signals can be used, for example, for the purpose of quantitative detection of vehicles could be. In this way, the temperature of the floor surface can be reliably detected.
Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend anhand einer Prinzipdarstellung beschrieben. Diese zeigt inThe invention allows various embodiments. To further clarify your The basic principle is shown in the drawing and is described below using one Principle description described. This shows in
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung; Figure 1 is a side view of a device according to the invention.
Fig. 2 eine Vorderansicht der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung. Fig. 2 is a front view of the device shown in Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur berührungslosen Bestimmung der Tem peratur einer nicht dargestellten Fahrbahn oder Gleisbahn. Hierzu wird die von der Fahrbahn emittierte Infrarot-Strahlung mittels eines Infrarot-Sensors 2 der Vorrichtung 1 erfaßt, um so beispielsweise bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur ein Signal auszulösen. Der Infra rot-Sensor 2 ist zur Vermeidung einer möglichen Verschmutzung gegenüber einem Gehäuse 3 der Vorrichtung 1 zurückgesetzt angeordnet, wobei die Infrarot-Strahlung durch eine Öffnung 4 ungehindert eintreten und durch den Infrarot-Sensor 2 erfaßt werden kann. Um den für die zu verlässige Temperaturbestimmung erforderlichen ungehinderten Strahlengang der Infrarot strahlung zu gewährleisten, ist der Infrarot-Sensor 2 an einem Boden 5 einer den Infrarot- Sensor 2 einschließenden Ausformung 6 angeordnet. Hierdurch wird die Ausbildung einer im wesentlichen stillstehenden Luftschicht begünstigt, durch die der Infrarot-Sensor 2 gleichmäßig eingeschlossen ist. Ein möglicher Feuchtigkeitsniederschlag auf dem Infrarot-Sensor 2 ist daher ausgeschlossen. Im Gegensatz zu der nach dem Stand der Technik bekannten Nutzung einer Luftströmung, zur Vermeidung des unerwünschten Beschlagens, wird bei der Vorrichtung 1, die in der Praxis beispielsweise durch ein Pyrometer gegeben ist, eine zu verlässige Meßwerterfassung ohne Luftströmung erreicht, so daß die Positionierung nahezu beliebig, insbesondere auch stationär, oberhalb der Fahrbahn erfolgen kann. Durch eine geeig nete Abstimmung eines Öffnungswinkels der Ausformung 6, die in der Praxis das Verhältnis von 8 : 1, bezogen auf die Fahrbahn, aufweist, wird zudem eine unerwünschte Erwärmung einer Wandfläche 7 der Ausformung 6 und eine damit verbundene Meßwertabweichung vermieden, um so die Signalerstellung mittels einer Steuereinheit 8 zu verbessern. Zugleich wird durch die Neigung der Wandfläche 7 eine unerwünschte Erwärmung des stillstehenden Luftvolumens 9 weitgehend vermieden. Fig. 1 shows a device 1 for non-contact determination of the temperature of a roadway or track, not shown. For this purpose, the infrared radiation emitted by the roadway is detected by an infrared sensor 2 of the device 1 in order to trigger a signal, for example, when a predetermined temperature is reached. The infrared sensor 2 is arranged to avoid possible contamination with respect to a housing 3 of the device 1 , the infrared radiation entering through an opening 4 unhindered and being detected by the infrared sensor 2 . In order to ensure the unobstructed beam path of the infrared radiation required for the reliable temperature determination, the infrared sensor 2 is arranged on a base 5 of a shape 6 including the infrared sensor 2 . This favors the formation of an essentially stationary air layer, through which the infrared sensor 2 is evenly enclosed. A possible moisture precipitation on the infrared sensor 2 is therefore excluded. In contrast to the use of an air flow known from the prior art to avoid undesirable fogging, the device 1 , which in practice is provided, for example, by a pyrometer, achieves a reliable measurement value acquisition without air flow, so that the positioning is almost complete any, especially stationary, above the road. By a suitable adjustment of an opening angle of the formation 6 , which in practice has the ratio of 8: 1, based on the road surface, an undesirable heating of a wall surface 7 of the formation 6 and a measurement deviation associated therewith is avoided, so that To improve signal generation by means of a control unit 8 . At the same time, the inclination of the wall surface 7 largely prevents undesired heating of the stationary air volume 9 .
In Fig. 2 ist ergänzend die Vorrichtung 1 in einer Vorderansicht dargestellt. Zu erkennen ist die rotationssymmetrische Ausführung der Ausformung 6, in deren Zentrum der Infrarot-Sensor 2 angeordnet ist. Hierdurch bildet sich ein Luftpolster aus, welches, bezogen auf den Infrarot- Sensor 2, eine einheitliche Schichtdicke aufweist, wodurch der Isolationseffekt unabhängig von der Einbaulage erreicht wird. Das Luftvolumen liegt dabei auf der Wandfläche 7 auf, deren Oberflächenbeschaffenheit, beispielsweise durch eine erhöhte Rauhigkeit, zusätzlich eine Strömung im Bereich der Ausformung 6 verhindert. Die durch die Öffnung 4 des Gehäuses 3 eindringende Luft gelangt daher nicht bis zu dem Infrarot-Sensor 2.In FIG. 2, the device 1 is shown in a front view in addition. The rotationally symmetrical design of the formation 6 can be seen , in the center of which the infrared sensor 2 is arranged. This forms an air cushion which, based on the infrared sensor 2 , has a uniform layer thickness, as a result of which the insulation effect is achieved regardless of the installation position. The air volume rests on the wall surface 7 , the surface condition of which, for example due to increased roughness, additionally prevents a flow in the region of the formation 6 . The air entering through the opening 4 of the housing 3 therefore does not reach the infrared sensor 2 .
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