DE19921518A1

DE19921518A1 - Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Temperaturverteilung in geschlossenen oder teilgeschlossenen Räumen oder Raumbereichen, insbesondere den Insassenzellen von Kraftfahrzeugen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19921518A1
Application number: DE19921518A
Authority: DE
Inventors: Werner Gross; Hans Scheuerpflug; Thomas Hierl
Original assignee: ZAE Bayern Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV
Current assignee: ZAE Bayern Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2000-11-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Temperaturverteilung in geschlossenen oder teilgeschlossenen Räumen oder Raumbereichen, insbesondere den Insassenzellen von Kraftfahrzeugen, unter Verwendung eines infrarotsensitiven thermographischen Aufnahmegerätes, wobei als thermographisches Aufnahmegerät eine Infrarotkamera verwendet wird, deren Optik mit einer gesonderten beweglichen Schwenkspiegelanordnung zusammenwirkt, durch die der zu untersuchende Raum oder Raumbereich insbesondere abschnittsweise infrarotoptisch abgetastet oder abgescannt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem infrarotsensitiven thermographischen Aufnahmegerät, wobei im Strahlengang des thermographischen Aufnahmegerätes (IR-Kamera 4) mindestens eine motorisch steuerbare, schwenkbare Infrarot-Schwenkspiegelanordnung 6 angeordnet ist, die den Raum oder Raumbereich abschnittsweise abtastet und ein Ausgang des Aufnahmegerätes (IR-Kamera 4) mit einer elektronischen Bildspeichereinrichtung verbunden ist, deren Ausgangssignale einer computergesteuerten Bildverarbeitungseinrichtung 30 zuführbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Temperaturverteilung in geschlossenen oder teilgeschlossenen Räumen oder Raumbereichen. Mit solchen Räumen oder Raumbereichen sind im vorlie genden Fall insbesondere Insassenzellen von Fahrzeugen aller Art und Flug zeugen angesprochen. Insbesondere soll das Verfahren im Bereich der Au tomobilindustrie eingesetzt werden. Das Verfahren soll ein infrarotsensitives thermographisches Aufnahmegerät zur Anwendung bringen, um unterschied liche Bereiche oder Teilbereiche des interessierenden Raumes zu erfassen.

Die Optimierung der klimatischen Verhältnisse in Fahrzeugen wurde in letz ter Zeit mit immer höherem Entwicklungsaufwand bedacht. Moderne Kraft fahrzeuge haben bezogen auf die Sitzverteilung und Anordnung oftmals ein hochkompliziertes Klimatisierungssystem. Unterschiedliche Luft-, Heizungs- und Klimakanäle können geöffnet und geschlossen werden oder werden durch eine sogenannte "Klimaautomatik" geregelt.

Abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, von der Besetzungsdich te, von Sonneneinstrahlung, Außentemperatur, Fahrgeschwindigkeit, Einsatz von Luftfiltern und dgl. verändern sich die klimatischen Verhältnisse in einem solchen Raum oder Raumbereich gravierend innerhalb kürzester Zeit. Die herkömmlichen Methoden, die im wesentlichen auf der Verwendung von ein zelnen Thermosensoren aufbauen oder bereits mit infrarotsensitiven thermo graphischen Einzelaufnahmen arbeiten, sind nicht in der Lage, die sehr kom plexe Temperaturverteilungssituation in solchen Raumbereichen, insbesonde re von Kraftfahrzeugen wiederzugeben. Die Meßaufbauten sind zu kompli ziert, die Meßgeschwindigkeit ist zu langsam und die Meßergebnisse sind zu ungenau.

Darüber hinaus hat sicher herausgestellt, daß Meßeinbauten in die Insassen zellen von Kraftfahrzeugen das Strömungsbild gravierend verändern können, so daß die Meßergebnisse nicht mit den realen einbaufreien Verhältnissen in Kraftfahrzeugen übereinstimmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß es schnell durchführbar ist, reproduzierbare Ergebnisse liefert und die Strö mungsverhältnisse in Kraftfahrzeugen nicht negativ beeinflußt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichenden Merkmale des Patentan spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Un teransprüchen 2-22.

Der Kern der Erfindung wird im wesentlichen darin gesehen, daß als thermo graphisches Aufnahmegerät eine Infrarotkamera verwendet wird, deren Op tik mit einer gesonderten beweglichen Schwenkspiegelanordnung zusam menwirkt, durch die der zu untersuchende Raum oder Raumbereich, insbe sondere abschnittsweise infrarotoptisch abgetastet oder abgescannt wird und zu einem Gesamtbild zusammenfügbare Einzelbilder gewonnen werden. Schwenkspiegelanordnung und Infrarotkamera sollen dabei vorzugsweise räumlich getrennt sein.

Durch die Kombination dieser Merkmale lassen sich auf relativ schnelle Wei se eine Vielzahl von Bildern, die die Temperaturverhältnisse und Verteilun gen in einzelnen Raumabschnitten wiedergeben, gewinnen und zusammenflä gen. Durch die Verwendung einer beweglichen Schwenkspiegelanordnung kann die Infrarotkamera fest eingebaut werden. Sie ist in der Lage, unmittel bar einen gewissen Raumbereich mit ihrer Optik zu erfassen.

Durch Reflexion des Strahlenganges über die Schwenkspiegelanordnung läßt sich der erfaßbare Raumwinkelbereich zusätzlich stark erweitern und insbe sondere auch umlenken, so daß z. B. eine in einem hinteren Bereich eines Raumes angeordnete Infrarotkamera einen gewissen Raumbereich von hinten erfassen kann, wobei bei einer motorisch gesteuerten Schwenklagerung der Infrarotkamera auch einzelne Raumsegmente gezielt erfaßbar sind und dann, wenn der Strahlengang der Infrarotkamera auf die Schwenkspiegelanordnung gerichtet wird und die Schwenkspiegelanordnung in Funktion tritt, der Raumbereich von vorne abgetastet wird. Dies bedeutet, daß beispielsweise Fahrzeuginsassen oder Dummys hinsichtlich der auf ihren Oberflächen vor - liegenden Wärmeverteilung einmal von vorne und einmal von hinten abgeta stet werden können, und dies mit ein und derselben Infrarotkamera.

Dabei ist es möglich, Bilder ein und derselben Raumbereiche übereinanderzu legen, wodurch sich Temperaturgradienten an Objekten feststellen lassen, woraus z. B. die Erkenntnis gewonnen werden kann, daß die Front eines Dummys sehr viel wärmer ist als seine Rückseite.

Die Infrarotkamera kann beispielsweise an einer Raumwandung, z. B. einer Rückwandung, befestigt sein. Es ist aber auch möglich, die Infrarotkamera zentral an der Decke eines Fahrzeuges zu befestigen und mit einer Dreh schwenklagerung zu versehen, so daß sie von oben bereits sehr viele Raum bereiche abscannen kann. Durch einen oder mehrere Schwenkspiegelanord nungen ist es dann möglich, weitere Raumbereiche in Reflexionstechnik zu erfassen.

Um die Strömungsverhältnisse insbesondere im sensitiven Bereich der Wind schutzscheibe eines Fahrzeuges nicht negativ zu beeinflussen, ist es vorteil haft, daß die Schwenkspiegelanordnung anstelle des Innenspiegel eines Kraftfahrzeuges montiert wird oder der Innenspiegel des Kraftfahrzeuges in frarotreflektierend ausgebildet und die Abtastung des Raumes oder des Raumbereiches vornimmt. Der Schwenkspiegel müß dann nur eine räumlich nicht auftragende Motorsteuerung aufweisen.

Das Verfahren sieht mit besonderem Vorteil vor, daß eine sukzessive Abta stung mehrerer Raumbereiche vorgenommen werden kann und dann die da bei aufgenommene Einzelbilder abgespeichert und zu einem Gesamtbild zu sammengesetzt und/oder überlagert werden.

Es ist möglich, als Infrarotkamera eine hochauflösende PtSi-FPA- Wärmebildkamera zu verwenden, wobei weitere Kameratypen ebenfalls bei entsprechender Eignung in Betracht gezogen werden können.

Das Verfahren kann ferner dadurch weitergebildet werden, daß über den ab zutastenden Raum oder Raumbereich ein optisches Raster projiziert wird, das von der Infrarotkamera erfaßt wird. Die Infrarotkamera oder eine Bedie nungsperson an einem Monitor, auf dem das Bild der Infrarotkamera darge stellt wird, sieht das optische Raster und kann die Infrarotkamera oder den Schwenkspiegel entsprechend steuern, was durch eine manuelle Steuerein richtung nach Art eines Joysticks oder dgl. geschehen kann.

Es ist aber auch möglich, daß sich die Infrarotkamera computergesteuert selbst die durch die Linien festgelegten Bildausschnitte sucht und sich ledig lich automatisch am Linienraster orientiert. Das Linienraster kann ein Infra rotlinienraster sein.

Der Einsatz einer Bildverarbeitungssoftware ist möglich, wobei die Software die Lage und die Stärke der projizierten Linien des Linienrasters erkennt und die Position der Infrarotkamera und/oder der Schwenkspiegelanordnung ent sprechend steuert. Linienraster lassen sich durch eine Laserdiode erzeugen, die im entsprechenden Wellenlängenbereich emittiert.

Das Verfahren eignet sich auch ganz besonders dazu, sehr schnell dynami sche Veränderungen zu erfassen, wobei nach ganzer oder teilweiser Abraste rung des Raumes oder des Raumbereiches und daraus gewonnener thermo graphischer Gesamtaufnahme die klimatischen Verhältnisse in dem Raum oder Raumbereich gezielt verändert werden. Dies kann dadurch geschehen, daß beispielsweise die Temperatur sehr schnell nach oben oder nach unten gefahren wird (Winter/Kaltstart - Herunterklimatisieren eines in der Sonne stehendes Fahrzeug im Sommer und dgl.) oder z. B. nach einer ersten Auf nahmeserie das Schiebedach eines Fahrzeuges im Fahrbetrieb etwas geöffnet wird, um sich dann ein erneutes Bild von der Temperaturverteilung im Kraftfahrzeug zu verschaffen.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungsfigu ren näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeuges mit einer darin eingebauten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Temperaturverteilung im Kraftfahrzeuginnenbereich;

Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung des Innenbe reichs des Kraftfahrzeugs gemäß Fig. 1 mit den wesentli chen Komponenten der Vorrichtung.

Die Insassenzelle 1 des Kraftfahrzeuges 2 ist in ihrem hinteren Bereich 3 mit einer Infrarotkamera 4 versehen, deren Optik 5 mit einer gesonderten be weglichen Schwenkspiegelanordnung 6 zusammenwirkt, durch die der zu untersuchende Innenraum abschnittsweise infrarotoptisch abgetastet oder ab gescannt wird. Infrarotkamera 4 und Schwenkspiegelanordnung 6 sind räumlich voneinander derart getrennt, daß bei Anordnung der Infrarotkamera 4 in einem hinteren Bereich 3 die Schwenkspiegelanordnung 6 die infraro toptische Abtastung von einer im wesentlichen gegenüberliegenden Raum- oder Raumbereichrandseite vornimmt, die dann zweckdienlicherweise im Be reich der Fahrzeugfront liegt.

Die Schwenkspiegelanordnung 6 wird durch den Innenspiegel des Kraftfahr zeuges 2 gebildet. Dadurch ist es möglich, daß die Infrarotkamera 4 sowohl nach hinten gerichtete Flächen, wie beispielsweise die Rückseiten 9 der Sitze 10, erfaßt und über die Schwenkspiegelanordnung 6 über reflektierte Strah len die Frontseiten der Sitze 10.

Die Schwenkspiegelanordnung 6 ist motorisch angetrieben und wirkt über eine Steuerleitung 20 mit einer Auswerteeinrichtung 30 zusammen, in der ei ne Steuervorrichtung 31 enthalten ist, die mit einer Bildverarbeitungssoft ware zusammenwirkt und die Schwenkspiegelanordnung 6 entsprechend steuert.

Es ist ferner eine Datenleitung 32 von der Infrarotkamera 4 vorgesehen, über die die von der Kamera erfaßten Meßdaten der Auswerteeinrichtung 30 zu geführt und dort abgespeichert werden.

In Fig. 2 ist ferner schematisch ein Linienraster 50 angedeutet, das durch eine Laserdiode im Infrarotbereich erzeugt wird. Die Laserdiode kann beispiels weise im Bereich der Schwenkspiegelanordnung 6 angeordnet sein.

Die Position der Infrarotkamera 4 ist nicht notwendigerweise auf den Rück bereich des Fahrzeuges 2 festgelegt. Es ist auch möglich, eine oder mehrere Infrarotkameras 4 in den Innenbereich eines Fahrzeugs 2 zu montieren und mit einer Mehrzahl von unterschiedlich angeordneten Schwenkspiegelanord nungen 6 zusammenwirken zu lassen.

BEZUGSZEICHEN

1

Insassenzelle

2

Kraftfahrzeug

3

hinterer Bereich

4

Infrarotkamera

5

Optik

6

Schwenkspiegelanordnung

9

Rückseite

10

Sitze

20

Steuerleitung

30

Auswerteeinrichtung

31

Steuervorrichtung

32

Datenleitung

50

Linienraster

Claims

1. Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Temperaturverteilung in geschlossen oder teilgeschlossenen Räumen oder Raumbereichen, insbesondere den Insassenzellen von Kraftfahrzeugen, unter Verwen dung eines infrarotsensitiven thermographischen Aufnahmegerätes, dadurch gekennzeichnet, daß als thermographisches Aufnahmegerät eine Infrarotkamera verwendet wird, deren Optik mit einer gesonderten beweglichen Schwenkspiegel anordnung zusammenwirkt, durch die der zu untersuchende Raum oder Raumbereich, insbesondere abschnittsweise infrarotoptisch abge tastet oder abgescannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotkamera und die Schwenkspiegelanordnung in räumlicher Trennung verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotkamera in einem ersten Randbereich des zu untersuchenden Raumes oder Raumbereiches angeordnet ist und die Schwenkspiege lanordnung die infrarotoptische Abtastung von einer dem ersten Rand bereich im wesentlichen gegenüberliegenden Raum- oder Raumbe reichrandseite vornimmt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlengang den Raum oder Raumbereich von einer Raumwan dung kommend durchsetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlengang der Infrarotkamera eine Insassenzelle eines Kraftfahr zeuges von deren Decke oder deren Rückwandung her durchsetzt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung in der Insassenzelle eines Kraftfahrzeuges, wobei der Innenspiegel des Kraftfahrzeuges infrarotreflektiv ausgebildet ist und die Abtastung des Raumes vornimmt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlengang der Infrarotkamera die Fahrgastzelle zunächst von ei ner Seite her, insbesondere von hinten durchsetzt und nach Reflexion in der Schwenkspiegelanordnung, insbesondere dem Innenspiegel zur Front- oder Rückseite in der Fahrgastzelle hingerichtete Elemente und/oder Einbauten der Fahrgastzelle abgetastet werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkspiegelanordnung, insbesondere Innenspiegel, motorisch angetrieben wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die Schwenkspiegelanordnung, insbesondere den Innenspiegel, ein bestimmter oder vorbestimmbarer Raumbereich abgetastet wird, so dann eine Infrarotaufnahme vorgenommen wird und dann vom Infra rotspiegel nachfolgend und sukzessive weitere, insbesondere angren zende Raumbereiche abgetastet und von der Infrarotkamera aufge nommen werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Raumbereichen aufgenommenen Einzelbilder abgespeichert und zu einem Gesamtbild zusammengesetzt und/oder überlagert wer den.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung einer hochauflösenden PtSi-FPA- Wärmebildkamera.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Infrarotkamera im Wellenlängenbereich von 1,9-5,0 µm einge setzt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über den abzutastenden Raum oder Raumbereich ein optisches Raster projiziert wird, das von der Infrarotkamera erfaßt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterpositionen der IR-Schwenkspiegelanordnung und damit die Lage der einzelnen IR-Bilder durch das projizierte Linienraster festge legt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Linienraster ein Infrarotlinienraster ist.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Infrarotlinienraster die Rasterpositionen der Schwenkspiegel anordnung automatisch festgelegt werden.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotkamera über eine Bildverarbeitungssoftware gesteuert wird, wobei über die Software die Lage und die Stärke der projizierten Lini en des Linienrasters erkennt und die Position der IR-Kamera und/oder der IR-Schwenkspiegelanordnung entsprechend steuert.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Linienraster durch eine Laserdiode erzeugt wird.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Sitze der Fahrgastzelle personenähnliche Gegenstände (Dummy) gesetzt werden, damit die temperatur- und klimarelevanten Stahlungs- und Strömungsverhältnisse an besetzte Kraftfahrzeuginsassenzellen an gepaßt werden.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach ganzer oder teilweiser Abrasterung des Raums oder Raumberei ches und daraus gewonnener thermographischer Gesamtaufnahme die klimatischen Verhältnisse in dem Raum oder Raumbereich dynamisch gezielt verändert werden und danach mindestens eine weitere Aufnah me erfolgt, um dynamische Vorgänge zeitaufgelöst zu erfassen.

21. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorher gehenden Ansprüche, mit mindestens einem infrarotsensitiven thermo graphischen Aufnahmegerät, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des thermographischen Aufnahmegerätes (IR-Kamera 4) mindestens eine motorisch steuerbare, schwenkbare Infrarot- Schwenkspiegelanordnung (6) angeordnet ist, die den Raum oder Raumbereich abschnittsweise abtastet und ein Ausgang des Aufnahme gerätes (IR-Kamera 4) mit einer elektronischen Bildspeichereinrichtung verbunden ist, deren Ausgangssignale einer computergesteuerten Bild verarbeitungseinrichtung (30) zuführbar sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Projektionseinrichtung vorgesehen ist, durch die ein optisch erfaß bares, über den zu vermessenden Raum oder Raumbereich gelegtes Gitter (50) erzeugt wird.