DE112021007873T5

DE112021007873T5 - Temperaturmesseinrichtung, temperaturmessverfahren und elektrische vorrichtung

Info

Publication number: DE112021007873T5
Application number: DE112021007873.9T
Authority: DE
Inventors: Yuka TSUDA; Takahiro Nakai; Yudai Nakamura; Masaaki Shimada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2024-04-25
Also published as: WO2022269781A1; JPWO2022269781A1; CN117501075A; JP7442743B2

Abstract

In einem Raum (99) mit einer oberen Oberfläche (6) und einer unteren Oberfläche (5) sind ein Wärmebildsensor (1) zum Erfassen einer relativen Temperatur und ein Temperatursensor (2) zum Erfassen einer absoluten Temperatur in dem Raum (99) vorgesehen; ein Referenzpunkt wird an einer Position festgelegt, die sich von einer Position unterscheidet, an der der Temperatursensor (2) installiert ist; und eine absolute Temperatur des Referenzpunktes aus einem Messwert des Temperatursensors (2), einer vertikalen Komponente eines Abstandes von einer Installationsposition des Temperatursensors (2) zu dem Referenzpunkt, einer vertikalen Komponente eines Abstandes von der oberen Oberfläche (6) zu der unteren Oberfläche (5) und einem Temperaturkoeffizienten des Raumes geschätzt wird. Aus der von einer Referenzpunkt-Temperaturschätzeinheit (3) geschätzten absoluten Temperatur des Referenzpunktes und der vom Wärmebildsensor erfassten relativen Temperatur des Referenzpunktes wird ein Korrekturwert bestimmt, und aus der vom Wärmebildsensor (1) erfassten relativen Temperaturverteilung und dem Korrekturwert wird eine absolute Temperaturverteilung erzeugt. Dies ermöglicht die berührungslose Messung der absoluten Temperatur eines Messobjekts mit einer einfachen Konfiguration, ohne durch den Installationsort eingeschränkt zu sein.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Temperaturmesseinrichtung, ein Temperaturmessverfahren und eine elektrisches Vorrichtung, an der ein Wärmebildsensor angebracht ist.
HINTERGRUND ZUM STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren wurden Techniken und Produkte zur berührungslosen Temperaturmessung vorgeschlagen, bei denen Infrarotkameras eingesetzt werden, um die von der Oberfläche von Objekten ausgehende Infrarotstrahlung zu erfassen. Infrarotkameras messen jedoch relative Temperaturen, und es ist schwierig, absolute Temperaturen zu messen.
Dann wurde eine Technik zur Korrektur einer von einer Infrarotkamera gemessenen relativen Temperatur auf eine absolute Temperatur untersucht. In Patentdokument 1 wird beispielsweise ein Schwarzkörperofen, der zur absoluten Temperaturmessung fähig ist, in eine Vorrichtung zur Überwachung von Sicherheitsbehältern eingebaut, und durch Messung der Temperatur des Schwarzkörperofens wird die relative Temperatur eines von einer Infrarotkamera erfassten Messungsziels auf eine absolute Temperatur korrigiert, was eine berührungslose, absolute Temperaturmessung des Messungsziels ermöglicht. Im Patentdokument 2 ist auf der dem temperaturgesteuerten Infrarotdetektor zugewandten Seite ein hochglanzpolierter Verschluss angebracht, an der die vom Infrarotdetektor selbst emittierte Infrarotstrahlung reflektiert wird, um als Referenzwärmequelle zu dienen, mit der die relative Temperatur eines Messungsziels auf seine absolute Temperatur korrigiert wird; dies ermöglicht eine berührungslose Messung der absoluten Temperatur des Messungsziels.
DOKUMENT ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTDOKUMENT

[Patentdokument 1] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. H 9-79910
[Patentdokument 2] Japanisches Ungeprüftes Patent Veröffentlichungsnummer 2000-131149

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Wenn jedoch ein schweres Objekt, wie z. B. ein Schwarzkörperofen, in der Vorrichtung installiert wird, gibt es Einschränkungen hinsichtlich des Installationsortes. Darüber hinaus wird die Vorrichtung komplexer, wenn ein hochglanzpolierter Verschluss, ein Verschlusstreiber usw. in die Vorrichtung eingebaut werden.
Die vorliegende Offenbarung dient der Lösung der vorgenannten Probleme und zielt darauf ab, eine Temperaturmesseinrichtung bereitzustellen, das keine Beschränkung des Installationsortes aufweist und mit einer einfachen Konfiguration realisiert werden kann. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Vorrichtung bereitzustellen, bei dem die Temperaturmesseinrichtung angewendet wird.
MITTEL ZUR LÖSUNG VON PROBLEMEN
Eine Temperaturmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung dient zur Messung der Temperatur in einem Raum mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche, und die Temperaturmesseinrichtung umfasst: einen Wärmebildsensor zur Erfassung einer relativen Temperatur und einen Temperatursensor zur Erfassung einer absoluten Temperatur in dem Raum; eine Referenzpunkt-Temperaturschätzeinheit, um, wenn ein Referenzpunkt an einer Position festgelegt ist, die sich von einer Position unterscheidet, an der der Temperatursensor installiert ist, eine absolute Temperatur des Referenzpunktes aus einem Messwert des Temperatursensors, einer vertikalen Komponente eines Abstandes von einer Installationsposition des Temperatursensors zu dem Referenzpunkt, einer vertikalen Komponente eines Abstandes von der oberen Oberfläche zu der unteren Oberfläche und einem Temperaturkoeffizienten des Raumes zu schätzen; und eine Erzeugungseinheit einer absoluten Temperaturverteilung, um einen Korrekturwert aus der absoluten Temperatur des Referenzpunktes, die von der Referenzpunkt-Temperaturschätzeinheit geschätzt wird, und der relativen Temperatur des Referenzpunktes, die von dem Wärmebildsensor erfasst wird, zu bestimmen und eine absolute Temperaturverteilung aus der relativen Temperaturverteilung, die von dem Wärmebildsensor erfasst wird, und dem Korrekturwert zu erzeugen.
Ein Temperaturmessverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst: einen Referenzpunkt-Einstellschritt zum Einstellen eines Referenzpunktes an einer Position, die sich von einer Position unterscheidet, an der ein Temperatursensor zur Erfassung einer absoluten Temperatur installiert ist; einen Referenzpunkt-Temperaturschätzschritt, bei dem eine absolute Temperatur des Bezugspunkts aus einem Messwert des Temperatursensors, einer vertikalen Komponente eines Abstands von einer Installationsposition des Temperatursensors zu dem Bezugspunkt, einer vertikalen Komponente eines Abstands von der oberen Oberfläche zu der unteren Oberfläche und einem Temperaturkoeffizienten des Raums geschätzt wird; und einen Erzeugungsschritt einer absoluten Temperaturverteilung, bei dem ein Korrekturwert aus der absoluten Temperatur des Referenzpunktes, die in dem Referenzpunkt-Temperaturschätzschritt geschätzt wurde, und einer relativen Temperatur des Referenzpunktes, die von einem Wärmebildsensor erfasst wurde, bestimmt wird, und eine absolute Temperaturverteilung aus einer relativen Temperaturverteilung, die von dem Wärmebildsensor erfasst wurde, und dem Korrekturwert erzeugt wird.
Eine elektrische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung steuert Funktionen auf der Grundlage der Temperaturmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung und einer absoluten Temperatur, die aus einer absoluten Temperaturverteilung ausgewählt wird, die von der Erzeugungseinheit einer absoluten Temperaturverteilung der Temperaturmesseinrichtung erzeugt wird.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die absolute Temperatur eines Messungsziels mit einer einfachen Konfiguration berührungslos gemessen werden, ohne durch den Installationsort eingeschränkt zu sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration einer Temperaturmesseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Raumes, in dem die Temperaturmesseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 installiert ist.
3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil des Raums zeigt, in dem die Temperaturmesseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 installiert ist.
4 ist ein Bilddiagramm eines Wärmebildes, das von einem Wärmebildsensor gemäß Ausführungsform 1 aufgenommen wurde.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Temperaturmessverfahren gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
6 ist ein Blockdiagramm einer Temperaturmesseinrichtung gemäß Ausführungsform 2.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Temperaturmessverfahren gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
8 ist ein Blockdiagramm einer Temperaturmesseinrichtung gemäß Ausführungsform 3.
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Temperaturmessverfahren gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
10 ist ein Blockdiagramm einer elektrischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 3.

[Ausführungsformen der Erfindung]
Ausführungsform 1
Eine Temperaturmesseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Temperaturmesseinrichtung 100 einen Wärmebildsensor 1, wie z. B. eine Infrarotkamera, um eine relative Temperatur zu erfassen, einen Temperatursensor 2, wie z. B. ein Thermoelement, um eine absolute Temperatur zu erfassen, sowie eine Referenzpunkt-Temperaturschätzeinheit 3 und eine Erzeugungseinheit einer absoluten Temperaturverteilung 4, die z. B. mit einem Mikroprozessor, einer Mikroverarbeitungseinheit oder dergleichen konfiguriert sind.
Wie in 2 dargestellt, ist die Temperaturmesseinrichtung 100 beispielsweise in einem Raum 99 installiert, der eine Decke als obere Oberfläche 6 und einen Boden als untere Oberfläche 5 aufweist. Der Raum 99 ist durch die obere Oberfläche 6, die untere Oberfläche 5 und die Seitenflächen 7, wie z. B. Wände, abgeschlossen; in diesem Beispiel ist der Raum 99 mit einer Öffnung 8, wie z. B. einem Fenster auf einer Seitenfläche 7, und mit lichtemittierenden Objekten 9, wie z. B. Leuchten, die als Wärmequellen dienen, versehen.
Wie in 3, die einen Teil des Querschnitts A in 2 zeigt, dargestellt, wird ein Referenzpunkt S an einer anderen Position als der Installationsposition des Temperatursensors 2, z.B. auf der unteren Oberfläche 5, gesetzt; die vertikale Komponente des Abstands vom Referenzpunkt S zum Temperatursensor 2 und die vertikale Komponente des Abstands von der oberen Oberfläche 6 zur unteren Oberfläche 5 werden als Installationsdaten in die Temperaturmesseinrichtung 100 eingegeben, z.B. zum Zeitpunkt der Installation. Die vertikale Komponente des Abstands vom Referenzpunkt S zum Temperatursensor 2 ist eine Höhe H1 von der unteren Fläche 5 zum Temperatursensor 2, und die vertikale Komponente des Abstands von der oberen Oberfläche 6 zur unteren Oberfläche 5 ist eine Höhe H von der unteren Oberfläche 5 zur oberen Oberfläche 6.
Die von dem Wärmebildsensor 1 erfasste relative Temperaturverteilung wird anhand von 4 beschrieben. Der Wärmebildsensor 1 erfasst die Strahlungswärme, die von der Oberfläche eines Objekts ausgeht. Der Wärmebildsensor 1 stellt die erfasste Strahlungswärme als Graustufenbild dar; er zeigt z. B. wie in 4 Messungsziele wie die untere Oberfläche 5, die obere Oberfläche 6, die Öffnung 8, die lichtemittierenden Objekte 9, eine stationäre Wärmequelle 10 und eine bewegliche Wärmequelle 11 als Bilder an. Hier ist z. B. die untere Oberfläche 5 der Boden, die obere Oberfläche 6 die Decke, die Öffnung 8 das Fenster, die lichtemittierenden Objekte 9 die Lampen, die stationäre Wärmequelle 10 ein Heizgerät, ein Kochgerät usw. und die bewegliche Wärmequelle 11 ein Lebewesen wie ein Mensch oder ein Haustier. Da der Boden und die Wände, die durch das durch das Fenster einfallende Sonnenlicht erwärmt werden, ebenfalls höhere Oberflächentemperaturen aufweisen, erfasst der Wärmebildsensor 1 neben den Wärmequellen auch diese mit höheren relativen Temperaturen. Im Beispiel von 4 bedeutet eine dunklere Farbe eine geringere Strahlungswärme, d. h. eine niedrigere Oberflächentemperatur, und eine weißere Farbe eine größere Strahlungswärme, d. h. eine höhere Oberflächentemperatur. Der Wärmebildsensor 1 nimmt Bilder innerhalb des Raums 99 auf, so dass der Raum 99 überblickt werden kann.
Ein Temperaturmessverfahren in der Temperaturmesseinrichtung 100 wird anhand von 5 beschrieben. In Schritt S11 schätzt der Wärmebildsensor 1 die absolute Temperatur des Referenzpunktes S. In Schritt S12 wird ein Referenzpunkt S an einer von der Installationsposition des Temperatursensors 2 abweichenden Position gesetzt (Referenzpunkt-Einstellschritt). In Schritt S13 werden die vertikale Komponente des Abstands von der Installationsposition des Temperatursensors 2 zum Referenzpunkt S und die vertikale Komponente des Abstands von der oberen Oberfläche 6 zur unteren Oberfläche 5 erfasst. In Schritt S14 wird ein Messwert der Temperatur vom Temperatursensor 2 erfasst. In Schritt S15 wird die absolute Temperatur des Referenzpunktes S aus dem Messwert des Temperatursensors 2, der Vertikalkomponente des Abstandes von der Installationsposition des Temperatursensors 2 zum Referenzpunkt S, der Vertikalkomponente des Abstandes von der oberen Oberfläche 6 zur unteren Oberfläche 5 und einem Temperaturkoeffizienten geschätzt (Referenzpunkt-Temperaturschätzschritt). In Schritt S16 wird aus der geschätzten absoluten Temperatur des Referenzpunktes S und der vom Wärmebildsensor 1 erfassten relativen Temperatur des Referenzpunktes S ein Korrekturwert ermittelt. In Schritt S17 wird aus der vom Wärmebildsensor 1 erfassten relativen Temperaturverteilung und dem Korrekturwert eine relative Temperaturverteilung ermittelt (Erzeugungsschritt einer absoluten Temperaturverteilung).
Das heißt, die Temperaturmessung wird durchgeführt durch: den Referenzpunkt-Einstellschritt S an einer Position, die sich von einer Position unterscheidet, an der der Temperatursensor 2 zur Erfassung einer absoluten Temperatur installiert ist; den Referenzpunkt-Temperaturschätzschritt S durch Schätzen der absoluten Temperatur des Referenzpunkts S aus dem Messwert des Temperatursensors 2, der vertikalen Komponente des Abstands von der Installationsposition des Temperatursensors 2 zu dem Referenzpunkt S, der vertikalen Komponente des Abstands von der oberen Oberfläche 6 zu der unteren Oberfläche 5 und dem Temperaturkoeffizienten des Raums 99; und den Erzeugungsschritt einer absoluten Temperaturverteilung, bei dem ein Korrekturwert aus der absoluten Temperatur des Referenzpunktes S, die in dem Referenzpunkt-Temperaturschätzschritt geschätzt wurde, und der relativen Temperatur des Referenzpunktes S, die von dem Wärmebildsensor 1 erfasst wurde, bestimmt wird, und eine absolute Temperaturverteilung aus der relativen Temperaturverteilung, die von dem Wärmebildsensor 1 erfasst wurde, und dem Korrekturwert erzeugt wird.
Dabei ist die vertikale Komponente des Abstandes von der oberen Oberfläche 6 zur unteren Oberfläche 5 ein positiver Zahlenwert H, unabhängig davon, ob sich der Referenzpunkt S auf dem Boden oder an der Decke befindet. Die vertikale Komponente des Abstandes von der Installationsposition des Temperatursensors 2 zum Referenzpunkt S ist ein positiver Zahlenwert, wenn der Referenzpunkt S unterhalb des Temperatursensors 2 liegt, und ein negativer Zahlenwert, wenn der Referenzpunkt S oberhalb des Temperatursensors 2 liegt.
Für den Temperaturkoeffizienten an der S15 der Stufe kann beispielsweise ein Wärmeisolationskoeffizient D verwendet werden, der der Temperaturdifferenz zwischen der Deckenfläche und der Bodenfläche entspricht, wenn die ZEH-Norm (Nullenergiehaus des Wirtschafts-und Industrieministeriums und des Umweltministeriums) erfüllt ist. Wenn die ZEH-Norm erfüllt ist, wird die Wärmeisolationseigenschaft aufrechterhalten, indem z. B. Wärmeisolationsmaterialien in den Wänden oder unter dem Fußboden angebracht werden, so dass der Temperaturunterschied zwischen der Deckenfläche und der Bodenfläche 3,0 °C oder weniger beträgt. Wenn der Wärmedämmungskoeffizient D 3,0 °C beträgt, ist die Temperaturänderung pro Höhe D/H und somit der Temperaturkoeffizient (der Wärmeisolationskoeffizient) / (die vertikale Komponente des Abstands zwischen der oberen Oberfläche 6 und der unteren Oberfläche 5). Der Wärmeisolationskoeffizient D kann im Voraus in eine Speichereinheit oder dergleichen der Temperaturmesseinrichtung 100 eingegeben werden. Es kann eine Tabelle mit Wärmeisolationskoeffizienten D erstellt werden, und die Auswahl kann je nach den Bedingungen des Raums 99 erfolgen.
Es wird ein Verfahren zur Schätzung der absoluten Temperatur des Referenzpunktes S in Schritt S15 beschrieben. Normalerweise ist die Temperaturverteilung vom Boden bis zur Decke im Wesentlichen gleichmäßig. Anhand dieses Merkmals wird die absolute Temperatur des Referenzpunktes S geschätzt. Wenn der Messwert des Temperatursensors 2 Tm ist, wird die absolute Temperatur Ts des Referenzpunktes S durch die folgende Gleichung (1) ermittelt. $Ts = Tm - (D / H) \times H1$
Der Referenzpunkt S sollte sich an einer anderen Position befinden als die Installationsposition des Temperatursensors 2, und der Referenzpunkt S kann sich an der Decke befinden. Wenn der Referenzpunkt S oberhalb des Temperatursensors 2 liegt, wird ein negativer Zahlenwert H1 in die Gleichung (1) eingesetzt.
Ein Verfahren zur Erzeugung der absoluten Temperaturverteilung in Schritt S17 wird beschrieben. In der vom Wärmebildsensor 1 eingegebenen relativen Temperaturverteilung ist die relative Temperatur am Referenzpunkt S als die von der Referenzpunkt-Temperaturschätzeinheit 3 berechnete Referenzpunkttemperatur definiert; außerdem wird der Korrekturwert z. B. als Temperaturdifferenz zwischen der Referenzpunkttemperatur und der vom Wärmebildsensor 1 erfassten relativen Temperatur am Referenzpunkt S bestimmt. Die absolute Temperatur jeder vom Referenzpunkt S abweichenden Position wird z. B. durch Addition des Korrekturwertes zu der vom Wärmebildsensor 1 erfassten relativen Temperatur berechnet, und die absolute Temperaturverteilung des gesamten vom Wärmebildsensor 1 erfassten Bereichs wird als absolute Temperatur jeder Position erzeugt. Es kann eine relative Temperaturverteilung für einen Teil der Fläche erstellt werden. Befindet sich also ein Messungsziel im Raum 99, kann die absolute Temperatur des Messobjekts anhand der erzeugten absoluten Temperaturverteilung ermittelt werden.
Die absolute Temperatur kann berechnet werden, indem der Korrekturwert von der vom Wärmebildsensor 1 erfassten relativen Temperatur abgezogen wird. Wenn der vom Wärmebildsensor 1 erfasste numerische Wert nicht in eine Temperatur umgewandelt wird, kann der Korrekturwert so bestimmt werden, dass der numerische Wert in eine Temperatur umgewandelt wird. Der Korrekturwert darf keine Konstante sein. Es kann sich zum Beispiel um eine Funktion wie eine gewichtete Formel im Raum 99 handeln.
Wie oben beschrieben, kann die Temperaturmesseinrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 die absolute Temperatur eines Messungsziels berührungslos messen, ohne dass ein schweres Objekt wie ein Schwarzkörperofen oder eine Hilfsvorrichtung wie ein Verschluss installiert werden muss. So kann die absolute Temperatur des Messungsziels mit einer einfachen Konfiguration berührungslos gemessen werden, ohne durch den Installationsort eingeschränkt zu sein.
Obwohl ein Beispiel beschrieben wurde, bei dem zunächst die vertikale Komponente H des Abstands von der oberen Oberfläche 6 zur unteren Oberfläche 5 und die vertikale Komponente H1 des Abstands vom Referenzpunkt S zum Temperatursensor 2 eingegeben werden, kann in der Temperaturmesseinrichtung 100 beispielsweise ein Laserverstellungsmesser zur Messung der Abstände vorgesehen sein. Darüber hinaus kann der Referenzpunkt S an einer beliebigen Position gesetzt und automatisch erfasst werden. In diesem Fall kann die Temperaturmesseinrichtung 100 mit einer Abstandsmesseinheit, einer Referenzpunkt-Einstelleinheit und dergleichen ausgestattet sein, die nicht dargestellt sind. Obwohl ein Beispiel beschrieben wurde, bei dem die gesamte Temperaturmesseinrichtung 100 innerhalb des Raums 99 installiert ist, kann sich ein Teil der Temperaturmesseinrichtung 100 auch außerhalb des Raums 99 befinden, solange sich zumindest der Temperatursensor 2 in dem Raum 99 befindet.
Es ist zu beachten, dass ein Beispiel beschrieben wurde, bei dem der Schritt S14, in dem eine Temperatur durch den Temperatursensor 2 gemessen wird, vor dem Schritt S15, in dem die absolute Temperatur des Referenzpunktes S geschätzt wird, durchgeführt wird; die Reihenfolge kann jedoch geändert werden, so dass beispielsweise der Schritt S14 nach dem Schritt S12, in dem die Position des Referenzpunktes S bestimmt wird, durchgeführt wird. Das heißt, die Temperaturmessung durch den Temperatursensor 2 sollte vor dem Referenzpunkt-Temperaturschätzschritt durchgeführt werden.
Ausführungsform 2
Eine Temperaturmesseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 wird unter Bezugnahme auf 6 und 7 beschrieben.
Wie in 6 gezeigt, umfasst die Temperaturmesseinrichtung 100: einen Wärmebildsensor 1, wie z.B. eine Infrarotkamera, um eine relative Temperatur zu erfassen; einen Temperatursensor 2, wie z.B. ein Thermoelement, um eine absolute Temperatur zu erfassen; und eine Referenzpunkt-Temperaturschätzeinheit 3, eine Erzeugungseinheit einer absoluten Temperaturverteilung 4, eine räumliche Temperaturdifferenz-Datenerfassungseinheit 21 und eine räumliche Temperaturdifferenz-Datenbestimmungseinheit 22, die z.B. mit einem Mikroprozessor, einer Mikroverarbeitungseinheit oder ähnlichem ausgestattet sind. Die Temperaturmesseinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration wie die in Ausführungsform 1 gezeigte Temperaturmesseinrichtung 100, mit der Ausnahme, dass die räumliche Temperaturdifferenz-Datenerfassungseinheit 21 und die räumliche Temperaturdifferenz-Datenbestimmungseinheit 22 weiterhin vorgesehen sind.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung des Temperaturkoeffizienten zeigt, das beispielsweise zwischen Schritt S11 und Schritt S12, die in Ausführungsform 1 beschrieben sind, durchgeführt wird, wobei Schritt S11 der Schritt ist, in dem die relative Temperaturverteilung von dem Wärmebildsensor 1 erhalten wird, und Schritt S12 der Schritt ist, in dem ein Referenzpunkt S an einer Position gesetzt wird, die sich von einer Position unterscheidet, an der der Temperatursensor 2 zur Erfassung einer absoluten Temperatur installiert ist. Ein Verfahren zur Bestimmung des Temperaturkoeffizienten wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
In Schritt S21 werden die relative Temperatur der oberen Oberfläche 6 und die relative Temperatur der unteren Oberfläche 5 aus der vom Wärmebildsensor 1 erfassten relativen Temperaturverteilung ermittelt, und die räumliche Temperaturdifferenz, die die Differenz zwischen der relativen Temperatur der oberen Oberfläche 6 und der relativen Temperatur der unteren Oberfläche 5 ist, wird berechnet. In Schritt S22 wird dann festgestellt, ob die räumliche Temperaturdifferenz einen vorbestimmten ersten Schwellenwert Tth1 überschreitet. Beispielsweise wird der erste Schwellenwert Tth1 auf den Wärmeisolationskoeffizient D gemäß der in Ausführungsform 1 dargestellten ZEH-Norm festgelegt, und wenn die räumliche Temperaturdifferenz größer ist als der Wärmeisolationskoeffizient D, wird festgestellt, dass die räumliche Temperaturdifferenz den ersten Schwellenwert Tth1 überschreitet. Wenn in Schritt S22 festgestellt wird, dass die räumliche Temperaturdifferenz den ersten Schwellenwert Tth1 (Ja) überschreitet, wird ein Wert, der sich aus der Division der räumlichen Temperaturdifferenz durch die vertikale Komponente des Abstands zwischen der oberen Oberfläche 6 und der unteren Oberfläche 5 ergibt, als Temperaturkoeffizient definiert. Wenn in Schritt S22 festgestellt wird, dass die räumliche Temperaturdifferenz gleich oder kleiner als der erste Schwellenwert Tth1 (Nein) ist, wird der Temperaturkoeffizient nicht geändert oder durch das in Ausführungsform 1 beschriebene Verfahren erhalten.
Das heißt, in der räumlichen Temperaturdifferenz-Datenerfassungseinheit 21 wird die Raumtemperaturdifferenz, die die Differenz zwischen der relativen Temperatur der oberen Oberfläche 6 und der relativen Temperatur der unteren Oberfläche 5 ist, aus der relativen Temperaturverteilung erfasst, die durch den Wärmebildsensor 1 erfasst wird (räumlicher Temperaturdifferenz-Erfassungsschritt), und in der räumlichen Temperaturdifferenz-Datenbestimmungseinheit 22 wird, wenn die Raumtemperaturdifferenz den ersten Schwellenwert Tth1 überschreitet, ein Wert, der durch Dividieren der Raumtemperaturdifferenz durch die vertikale Komponente des Abstands von der oberen Oberfläche 6 zur unteren Oberfläche 5 erhalten wird, als der Temperaturkoeffizient definiert. (räumlicher Temperaturdifferenz-Bestimmungsschritt).
Wie oben beschrieben, erhält die Temperaturmesseinrichtung 100 gemäß Ausführungsform 2 die Temperaturänderung pro Höhe aus der Temperaturdifferenz zwischen der oberen Oberfläche 6 und der unteren Oberfläche 5 des Raums 99 und definiert die Temperaturänderung pro Höhe als Temperaturkoeffizient; daher kann die absolute Temperatur des Referenzpunkts S genauer geschätzt und die absolute Temperatur genauer erzeugt werden.
Es ist zu beachten, dass ein Beispiel beschrieben wurde, in dem das Temperaturkoeffizient-Bestimmungsverfahren zwischen Schritt S11, in dem die relative Temperaturverteilung vom Wärmebildsensor 1 erhalten wird, und Schritt S12, in dem der Referenzpunkt S an einer anderen Position als der Position, an der der Temperatursensor 2 installiert ist, festgelegt wird, durchgeführt wird; die Reihenfolge kann jedoch geändert werden, so dass das Temperaturkoeffizient-Bestimmungsverfahren beispielsweise nach Schritt S14, in dem der Temperaturmesswert vom Temperatursensor 2 erhalten wird, durchgeführt werden kann. Das heißt, das Temperaturkoeffizient-Bestimmungsverfahren sollte vor dem Referenzpunkt-Temperaturschätzschritt durchgeführt werden.
Ausführungsform 3
Eine Temperaturmesseinrichtung gemäß Ausführungsform 3 wird unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben.
Wie in 8 gezeigt, umfasst die Temperaturmesseinrichtung 100: einen Wärmebildsensor 1, wie z.B. eine Infrarotkamera, um eine relative Temperatur zu erfassen; einen Temperatursensor 2, wie z.B. ein Thermoelement, um eine absolute Temperatur zu erfassen; und eine Referenzpunkt-Temperaturschätzeinheit 3, eine Erzeugungseinheit einer absoluten Temperaturverteilung 4, eine relative Temperaturverteilung-Sammeleinheit 31 und eine Referenzpunkt-Änderungseinheit 32, die z.B. mit einem Mikroprozessor, einer Mikroverarbeitungseinheit oder dergleichen konfiguriert sind. Die Temperaturmesseinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration wie die in Ausführungsform 1 gezeigte Temperaturmesseinrichtung 100, außer dass die relative Temperaturverteilung-Sammeleinheit 31 und die Referenzpunkt-Änderungseinheit 32 zusätzlich vorgesehen sind.
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung des Referenzpunktes zeigt, das beispielsweise zwischen Schritt S11 und Schritt S12, die in Ausführungsform 1 beschrieben sind, durchgeführt wird, wobei Schritt S11 der Schritt ist, in dem die relative Temperaturverteilung vom Wärmebildsensor 1 erhalten wird, und Schritt S12 der Schritt ist, in dem der Referenzpunkt S an einer Position festgelegt wird, die sich von einer Position unterscheidet, an der der Temperatursensor 2 zur Erfassung einer absoluten Temperatur installiert ist. Ein Verfahren zur Bestimmung des Referenzpunktes S wird anhand von 9 beschrieben. In Schritt S31 wird die von dem Wärmebildsensor 1 erfasste relative Temperaturverteilung-Sammeleinheit 31 für ein vorbestimmtes Zeitintervall Δt akkumuliert. In Schritt S32 wird ermittelt, ob die relative Temperaturdifferenz zwischen dem Zeitpunkt t und dem Zeitpunkt (t + Δt) einen vorbestimmten zweiten Schwellenwert Tth2 überschreitet oder nicht, und es wird der Bereich ermittelt, in dem der zweite Schwellenwert Tth2 überschritten wird. Wenn beispielsweise der zweite Schwellenwert Tth2 auf 5 Grad Celsius eingestellt ist und die relative Temperaturdifferenz zwischen dem Zeitpunkt t und dem Zeitpunkt (t + Δt) größer als 5 Grad Celsius ist, wird festgestellt, dass die relative Temperaturdifferenz den zweiten Schwellenwert Tth2 überschreitet, und es werden beispielsweise seine Koordinaten oder ähnliches in dem Bild identifiziert, das die relative Temperaturverteilung des Wärmebildsensors 1 zeigt. Der zweite Schwellenwert Tth2 kann ein negativer Wert sein, und die Bestimmung kann auf der Grundlage der Beziehung zwischen der relativen Temperaturdifferenz und dem zweiten Schwellenwert Tth2 erfolgen. Wenn in Schritt S32 festgestellt wird, dass die relative Temperaturdifferenz zwischen dem Zeitpunkt t und dem Zeitpunkt (t + Δt) den zweiten Schwellenwert Tth2 (Ja) übersteigt, wird in Schritt S33 festgestellt, ob der Referenzpunkt S in dem Bereich liegt, in dem der zweite Schwellenwert Tth2 überschritten wird oder nicht. Wenn in Schritt S33 festgestellt wird, dass ein Punkt in dem Bereich, in dem der zweite Schwellenwert Tth2 überschritten wird, als Referenzpunkt S (Ja) festgelegt wird, wird in Schritt S34 der Referenzpunkt S an einer Position im Raum 99 festgelegt, die den Bereich ausschließt, in dem der zweite Schwellenwert Tth2 überschritten wird. Wenn beispielsweise festgestellt wird, dass die Koordinaten in dem in Schritt S32 identifizierten Bild mit denen des Referenzpunktes S übereinstimmen oder dass der Referenzpunkt S im identifizierten Bereich liegt, werden die X- und Y-Koordinaten des Referenzpunktes S um Δx und Δy verschoben, und diese Routine wird wiederholt, um den Referenzpunkt S zu verschieben, bis Koordinaten außerhalb des identifizierten Bereichs gefunden werden. Wenn in Schritt S32 festgestellt wird, dass die relative Temperaturdifferenz zwischen dem Zeitpunkt t und dem Zeitpunkt (t + Δt) den zweiten Schwellenwert Tth2 (Nein) nicht überschreitet, oder wenn in Schritt S33 festgestellt wird, dass der Referenzpunkt nicht in dem Bereich liegt, in dem der zweite Schwellenwert Tth2 überschritten wird (Nein), wird der Bezugspunkt S nicht verschoben, und das Verfahren fährt mit dem in Ausführungsform 1 beschriebenen Schritt 12 fort. Das heißt, in der relativen Temperaturverteilung-Sammeleinheit 31 wird die vom Wärmebildsensor 1 erfasste Relativtemperaturverteilung für ein vorbestimmtes Zeitintervall Δt (relativer Temperaturverteilung-Sammelschritt) akkumuliert; in der Referenzpunkt-Änderungseinheit 32, wenn der Bereich, in dem die Temperaturdifferenz innerhalb des Zeitintervalls Δt den zweiten Schwellenwert Tth2 in der relativen Temperaturverteilung, die in der relativen Temperaturverteilung-Sammeleinheit 31 akkumuliert wurde, überschreitet, identifiziert wird und der Referenzpunkt S in dem Bereich liegt, in dem der zweite Schwellenwert Tth2 überschritten wird, wird der Referenzpunkt S an eine Position in dem Raum 99 gesetzt, der den Bereich ausschließt, in dem der zweite Schwellenwert Tth2 überschritten wird (Referenzpunkt-Änderungsschritt).
Wie oben beschrieben, kann die absolute Temperatur des Referenzpunktes S genauer geschätzt und die absolute Temperatur genauer erzeugt werden, weil die Temperaturmesseinrichtung 100 gemäß Ausführungsform 3 die Position ausschließt, an der die relative Temperaturdifferenz zu der des Referenzpunktes S groß ist.
In den Ausführungsformen 1 bis 3 können die Daten zu einem beliebigen Zeitpunkt eingegeben und ausgegeben werden; die Temperaturmesseinrichtung 100 kann mit einer Zeitsteuerungseinheit ausgestattet sein, um den Zeitpunkt zu steuern, zu dem der Wärmebildsensor 1 die relative Temperaturverteilung erfasst. Obwohl ein Beispiel beschrieben wurde, bei dem die obere Oberfläche 6 und die untere Oberfläche 5 eine Decke und ein Boden mit ebenen Oberflächen sind, können die obere Oberfläche 6 und die untere Oberfläche 5 auch gekrümmte Oberflächen sein.
Darüber hinaus kann die Temperaturmesseinrichtung 100 der vorliegenden Offenbarung die absolute Temperatur des Messungsziels berührungslos mit einer einfachen Konfiguration messen, ohne durch den Installationsort eingeschränkt zu sein; so kann beispielsweise, wie in 10 gezeigt, durch Bereitstellung einer Vorrichtungssteuerungseinheit 40 zur Steuerung einer elektrischen Vorrichtung 1000 eine erweiterte Steuerung verschiedener Arten der elektrischen Vorrichtung 1000 durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Heizfunktion einer Klimaanlage dadurch gesteuert werden, dass die Temperaturmesseinrichtung 100 in der Klimaanlage vorgesehen ist und anhand der absoluten Temperaturverteilung des Raums 99 im Zimmer einen Bereich erkennt, in dem die Temperatur unter der eingestellten Temperatur der Klimaanlage liegt. Die Kühlfunktion kann durch Erkennung eines Bereichs gesteuert werden, in dem die Temperatur die eingestellte Temperatur der Klimaanlage überschreitet. Die Stärke und Temperatur des Windes, der auf das Messungsziel bläst, kann auf der Grundlage der erzeugten absoluten Temperaturverteilung gesteuert werden.
Die Temperaturmesseinrichtung 100 kann in einem Fahrerüberwachungssystem zur Überwachung eines Fahrers eines Fahrzeugs, z. B. eines Autos, eines Zugs, eines Flugzeugs oder eines Schiffs, eingesetzt werden. Die Temperaturmesseinrichtung 100 kann beispielsweise auf dem Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs installiert werden, um die Körperoberflächentemperatur des Fahrers anhand der absoluten Temperaturverteilung zu ermitteln, und wenn die ermittelte Temperatur einen vorbestimmten Schwellenwert über- oder unterschreitet, kann eine Warnung ausgegeben oder die Bremse betätigt werden.
Wie oben beschrieben, ermöglicht die elektrische Vorrichtung 1000, die mit der Temperaturmesseinrichtung 100 eingerichtet ist, eine erweiterte Steuerung der Funktionen der elektrischen Vorrichtung 1000 auf der Grundlage der absoluten Temperatur, die aus der absoluten Temperaturverteilung ausgewählt wird, die von der Erzeugungseinheit einer absoluten Temperaturverteilung 4 erzeugt wird.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Ausführungsformen können die Ausführungsformen frei kombiniert werden, oder beliebige Komponenten in den Ausführungsformen können verändert werden oder beliebige Komponenten in den Ausführungsformen können weggelassen werden.
BESCHREIBUNG DER BEZUGSZEICHEN

1: Wärmebildsensor,
2: Temperatursensor,
3: Referenzpunkt-Temperaturschätzeinheit,
4: Erzeugungseinheit einer absoluten Temperaturverteilung,
5: untere Oberfläche,
6: obere Oberfläche,
7: Seitenfläche,
8: Öffnung,
9: lichtemittierende Objekte,
10: stationäre Wärmequelle,
11: bewegliche Wärmequelle,
21: räumliche Temperaturdifferenz-Datenerfassungseinheit,
22: räumliche Temperaturdifferenz-Datenbestimmungseinheit,
31: relative Temperaturverteilung-Sammeleinheit,
32: Referenzpunkt-Änderungseinheit,
99: Raum,
100: Temperaturmesseinrichtung,
1000: elektrische Vorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 979910 [0003]
JP 2000131149 [0003]

Claims

Temperaturmesseinrichtung zum Messen der Temperatur in einem Raum mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche, wobei die Temperaturmesseinrichtung umfasst: einen Wärmebildsensor zur Erfassung einer relativen Temperatur im Raum und einen Temperatursensor zur Erfassung einer absoluten Temperatur im Raum; eine Referenzpunkt-Temperaturschätzeinheit, um, wenn ein Referenzpunkt an einer Position festgelegt ist, die sich von einer Position unterscheidet, an der der Temperatursensor in dem Raum installiert ist, eine absolute Temperatur des Referenzpunktes aus einem Messwert des Temperatursensors, einer vertikalen Komponente eines Abstandes von einer Installationsposition des Temperatursensors zu dem Referenzpunkt, einer vertikalen Komponente eines Abstandes von der oberen Oberfläche zu der unteren Oberfläche und einem Temperaturkoeffizienten des Raumes zu schätzen; und eine Erzeugungseinheit einer absoluten Temperaturverteilung, um einen Korrekturwert aus der absoluten Temperatur des Referenzpunktes, die von der Referenzpunkt-Temperaturschätzeinheit geschätzt wird, und der relativen Temperatur des Referenzpunktes, die von dem Wärmebildsensor erfasst wird, zu bestimmen und eine absolute Temperaturverteilung aus der relativen Temperaturverteilung, die von dem Wärmebildsensor erfasst wird, und dem Korrekturwert zu erzeugen.
Temperaturmesseinrichtung nach Anspruch 1, wobei sich der Referenzpunkt auf der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche befindet.
Temperaturmesseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Temperaturkoeffizient eine Temperaturänderung pro Höhe im Raum ist.
Temperaturmesseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Temperaturkoeffizient D/H ist, wobei D ein Wärmeisolationskoeffizient ist und H eine Höhe von der oberen Oberfläche zur unteren Oberfläche ist, und die absolute Temperatur Ts des Referenzpunktes durch die folgende Gleichung (1) erhalten wird, wobei Tm ein Messwert des Temperatursensors ist und H1 eine Höhe von der unteren Oberfläche zum Temperatursensor ist. $Ts = Tm - (D / H) \times H1$
Temperaturmesseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Korrekturwert eine Temperaturdifferenz zwischen der absoluten Temperatur des Referenzpunktes, die von der Referenzpunkt-Temperaturschätzungseinheit geschätzt wird, und der relativen Temperatur des Referenzpunktes in der relativen Temperaturverteilung ist, die von dem Wärmebildsensor erfasst wird, und die absolute Temperaturverteilung erzeugt wird, indem die relative Temperatur des Referenzpunktes in der vom Wärmebildsensor erfassten relativen Temperaturverteilung durch die geschätzte absolute Temperatur des Referenzpunktes ersetzt wird und der Korrekturwert und die relative Temperatur an einer vom Referenzpunkt abweichenden Position zu der relativen Temperatur an einer vom Referenzpunkt abweichenden Position addiert oder davon subtrahiert wird.
Temperaturmesseinrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine räumliche Temperaturdifferenz-Datenerfassungseinheit zum Erfassen einer räumlichen Temperaturdifferenz, die eine Differenz zwischen einer relativen Temperatur der oberen Oberfläche und einer relativen Temperatur der unteren Oberfläche ist, aus der durch den Wärmebildsensor erfassten relativen Temperaturverteilung; und eine räumliche Temperaturdifferenz-Datenbestimmungseinheit, um einen Wert, der durch Division der räumlichen Temperaturdifferenz durch die vertikale Komponente des Abstands von der oberen Oberfläche zur unteren Oberfläche erhalten wird, als den Temperaturkoeffizienten zu definieren, wenn die räumliche Temperaturdifferenz einen ersten Schwellenwert überschreitet.
Temperaturmesseinrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine relative Temperaturverteilung-Sammeleinheit, um die von dem Wärmebildsensor erfasste relative Temperaturverteilung zu akkumulieren; und eine Referenzpunkt-Änderungseinheit, um, wenn ein Bereich, in dem eine Temperaturdifferenz innerhalb eines Zeitintervalls einen zweiten Schwellenwert überschreitet, in der in der relativen Temperaturverteilung-Sammeleinheit akkumulierten relativen Temperaturverteilung identifiziert wird und der Referenzpunkt in dem Bereich liegt, in dem der zweite Schwellenwert überschritten wird, den Referenzpunkt an eine Position in dem Raum zu setzen, die sich von dem Bereich unterscheidet, in dem der zweite Schwellenwert überschritten wird.
Temperaturmessverfahren zum Messen der Temperatur in einem Raum mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche, wobei das Temperaturmessverfahren umfasst: einen Referenzpunkt-Einstellschritt, bei dem ein Referenzpunkt an einer Position gesetzt wird, die sich von einer Position unterscheidet, an der ein Temperatursensor zum Erfassen einer absoluten Temperatur installiert ist; einen Referenzpunkt-Temperaturschätzungsschritt zum Schätzen einer absoluten Temperatur des Referenzpunktes aus einem Messwert des Temperatursensors, einer vertikalen Komponente eines Abstandes von einer Installationsposition des Temperatursensors zu dem Referenzpunkt, einer vertikalen Komponente eines Abstandes von der oberen Oberfläche zu der unteren Oberfläche und einem Temperaturkoeffizienten des Raumes; und einen Erzeugungsschritt einer absoluten Temperaturverteilung, bei dem ein Korrekturwert aus der absoluten Temperatur des Referenzpunktes, die in dem Referenzpunkt-Temperaturschätzungsschritt geschätzt wurde, und der relativen Temperatur des Referenzpunktes, die von einem Wärmebildsensor zur Erfassung einer relativen Temperatur in dem Raum erfasst wurde, bestimmt wird, und eine absolute Temperaturverteilung aus einer relativen Temperaturverteilung, die von dem Wärmebildsensor erfasst wurde, und dem Korrekturwert erzeugt wird.
Elektrische Vorrichtung, dessen Funktion auf der Grundlage der Temperaturmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und einer absoluten Temperatur gesteuert wird, die aus einer absoluten Temperaturverteilung ausgewählt wird, die von der Erzeugungseinheit einer absoluten Temperaturverteilung der Temperaturmesseinrichtung erzeugt wird.