DE202004007140U1

DE202004007140U1 - Temperaturmessvorrichtung

Info

Publication number: DE202004007140U1
Application number: DE202004007140U
Authority: DE
Original assignee: Raytek GmbH
Current assignee: Raytek GmbH
Priority date: 2004-05-05
Filing date: 2004-05-05
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2014-05-06

Abstract

Temperaturmessvorrichtung (1) zur berührungslosen Messung der Temperatur eines Objektes, mit:
einer Optik (3) zur Abbildung von Wärmestrahlung (W) des Objektes auf eine erste Brennebene;
einem im Bereich der ersten Brennebene angeordneten Halter (5) zur Halterung einer Vorrichtung zur Beeinflussung der optischen und/oder spektralen Auflösung der Temperaturmessvorrichtung (1);
einer im weiteren Verlauf des Strahlenganges der Wärmestrahlung (W) angeordneten optischen Abbildungsvorrichtung zum Abbilden der Wärmestrahlung (W) auf eine zweite Brennebene; und
einem im Bereich der zweiten Brennebene angeordneten Detektor (11) zur Detektion der Wärmestrahlung (W).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperaturmessvorrichtung zur berührungslosen Messung der Temperatur eines Objektes.
Bei der berührungslosen Messung der Temperatur eines Objektes wird die von dem Objekt abgestrahlte Wärmestrahlung durch einen Detektor erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Bekannte Messvorrichtungen umfassen eine Optik, mittels derer die in die Vorrichtung einfallende Wärmestrahlung auf einen Brennpunkt abgebildet wird. In bzw. möglichst nahe zu dem Brennpunkt sind eine Blende, ein Filter und der Detektor angeordnet. Die Nähe zum Brennpunkt insbesondere des Detektors ist nötig, um möglichst kleine Bauteile verwenden und die Abmessungen der Messvorrichtung reduzieren zu können. Aus diesem Grund sind Blende, Filter und Detektor in herkömmlichen Vorrichtungen zumeist miteinander verklebt und bilden eine bauliche Einheit.
Nachteilig an solchen herkömmlichen Messvorrichtungen ist, dass für jede gewünschte spektrale oder optische Auflösung der Vorrichtung die gesamte bauliche Einheit samt Detektor ausgetauscht werden muss. Mit anderen Worten erfordert die Verwendung einer anderen Blende (zur Anpassung der optischen Auflösung) oder eines anderen Filters (zur Anpassung der spektralen Auflösung) immer auch einen Austausch des Detektors.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, sich dieser Problematik anzunehmen. Insbesondere soll eine Temperaturmessvorrichtung zur berührungslosen Messung der Temperatur eines Objektes geschaffen werden, die eine Anpassung der spektralen oder optischen Auflösung ermöglicht, ohne gleichzeitig den Austausch des Detektors zu erfordern.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist eine Temperaturmessvorrichtung zur berührungslosen Messung der Temperatur eines Objektes geschaffen, mit: einer Optik zur Abbildung von Wärmestrahlung des Objektes auf eine erste Brennebene; einem im Bereich der ersten Brennebene angeordneten Halter zur Halterung einer Vorrichtung zur Beeinflussung der optischen und/oder spektralen Auflösung der Temperaturmessvorrichtung; einer im weiteren Verlauf des Strahlenganges der Wärmestrahlung angeordneten optischen Abbildungsvorrichtung zum Abbilden der Wärmestrahlung auf eine zweite Brennebene; und einem im Bereich der zweiten Brennebene angeordneten Detektor zur Detektion der Wärmestrahlung.
Durch die Schaffung von zwei Brennebenen sind die Anordnung der Vorrichtung zur Beeinflussung der optischen und/oder spektralen Auflösung einerseits und des Detektors andererseits räumlich voneinander entkoppelt. Dadurch können diese in der Temperaturmessvorrichtung separat (und nicht als bauliche Einheit) und dennoch in der (ersten bzw. zweiten) Brennebene liegend angeordnet werden. Dadurch können die Dimensionen der einzelnen Bauteile reduziert werden. Außerdem kann ein separater Austausch einzelner Bauteile vorgenommen werden, beispielsweise um die spektrale oder optische Auflösung der Messvorrichtung anzupassen.
Die in der ersten Brennebene angeordnete Halterung für die Vorrichtung zur Beeinflussung der optischen und/oder spektralen Auflösung ermöglicht dabei eine besonders einfach vorzunehmende Anpassung der optischen und/oder spektralen Auflösung. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Halterung mit einer Handhabe zum Lösen und Befestigen der entsprechenden Bauteile ausgestattet.
Die Vorrichtung zur Beeinflussung der optischen und/oder spektralen Auflösung der Messvorrichtung ist insbesondere durch eine Blende bzw. einen Filter gebildet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Halterung mehrere Blenden bzw. Filter aufnehmen, wobei ein Verstellmechanismus vorgesehen ist, durch den eine beliebige Blende bzw. ein beliebiger Filter in den Strahlengang der Wärmestrahlung eingeführt werden kann. Dabei wird sich der Umstand zu Nutze gemacht, dass wegen der beiden Brennebenen (im Gegensatz zu nur einer Brennebene) mehr Raum für Bauelemente vorhanden ist, die möglichst nahe oder in der Brennebene angeordnet sein sollten. Mit anderen Worten ermöglichen die beiden Brennebenen die Anordnung eines Blenden- oder Filterwechslers, was bei nur einer Brennebene aus Platzgründen bzw. des Erfordernisses einer Anordnung des Detektors möglichst in der Brennebene nicht oder nur schwierig möglich wäre.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Bereich der ersten Brennebene eine durch einen Antrieb rotierbare Schlitzscheibe zur Modulation der Intensität der Wärmestrahlung angeordnet. Eine solche sich rotierende Schlitzscheibe wird eingesetzt, um den Strahlengang der Wärmestrahlung periodisch zu unterbrechen, z.B. wenn ein Detektor verwendet wird, der Änderungen der Intensität der Wärmestrahlung detektiert (Wechsellichtdetektor). Da der Detektor und die Schlitzscheibe unterschiedlichen Brennebenen zugeordnet sind, kann deren Anordnung unabhängig voneinander in oder nahe der jeweiligen Brennebene erfolgen. Mit anderen Worten erfordert die zusätzliche Anordnung der Schlitzscheibe keine Anpassung der Anordnung des Detektors. Sowohl die Schlitzscheibe als auch der Detektor können damit in oder nahe der jeweiligen Brennebenen angeordnet werden, so dass deren Abmessungen gering gehalten werden können.
Vorzugsweise ist die optische Abbildungsvorrichtung durch einen konkaven Hohlspiegel gebildet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung schließen die optische Achse der Optik und die optische Achse der optischen Abbildungsvorrichtung einen Winkel ein, der kleiner ist als 45°. Dies bedeutet, dass der Strahlengang der Wärmestrahlung innerhalb der Messvorrichtung durch die Abbildungsvorrichtung quasi in die umgekehrte Richtung umgelenkt wird. Dadurch können die Dimensionen der Messvorrichtung gering gehalten werden.
Die Messvorrichtung weist weiterhin vorzugsweise ein zylindrisches Gehäuse auf, in welchem die einzelnen Elemente der Messvorrichtung angeordnet sind.
Erfindungsgemäß ist außerdem eine Temperaturmessvorrichtung zur berührungslosen Messung der Temperatur eines Objektes geschaffen, mit: einer Optik zur Abbildung von durch das Objekt abgestrahlter Wärmestrahlung auf einen ersten Brennpunkt; einer Blende und/oder einem Filter, die im oder nahe des ersten Brennpunktes angeordnet sind; einer bezüglich des ersten Brennpunktes im weiteren Verlauf des Strahlenganges der Wärmestrahlung angeordneten optischen Abbildungsvorrichtung zum Abbilden der Wärmestrahlung auf einen zweiten Brennpunkt; und einem Detektor zur Umwandlung empfangener Wärmestrahlung in ein elektrisches Signal, wobei der Detektor im oder nahe des zweiten Brennpunktes angeordnet ist.
Eine beispielhafte Ausführung der Erfindung wird nun anhand der schematischen Zeichnung erläutert. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine kontaktlose Temperaturmessvorrichtung 1 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Temperaturmessvorrichtung umfasst ein Gehäuse 2, an deren einen Ende eine Optik 3 angeordnet ist, durch welche einfallende Wärmestrahlung W in einen ersten Brennpunkt 4 fokussiert wird. Entlang des Strahlenganges der Wärmstrahlung W ist auf Höhe des Brennpunktes 4 eine Halterung 5 angeordnet. Die Halterung 5 dient zur Aufnahme einer Blende 6 und eines Filters 7. Die Blende 6 und der Filter 7 legen die optische bzw. spektrale Auflösung der Temperaturmessvorrichtung entsprechend der Messanforderungen fest.
Des weiteren umfasst die Temperaturmessvorrichtung gemäß der illustrierten Ausgestaltung eine Schlitzscheibe 8, die durch einen Motor 9 angetrieben und gedreht wird. Die rotierende Schlitzscheibe 8 unterbricht den Strahlengang der Wärmestrahlung W periodisch und ermöglicht so den Einsatz eines Detektors, der Änderungen der Intensität der Wärmestrahlung W detektiert.
In der illustrierten Ausgestaltung ist die Blende 6 bezüglich des Strahlenganges der Wärmestrahlung W auf Höhe des ersten Brennpunktes 4 angeordnet, während der Filter 7 und die Schlitzscheibe 8 dahinter, aber immer noch in der Nähe des Brennpunktes 4 liegen. Selbstverständlich sind alternative Anordnungen möglich, z.B. eine Anordnung des Filters 7 im ersten Brennpunkt 4, und der Blende 6 und der Schlitzscheibe 8 kurz davor bzw. dahinter.
Aus 1 ist erkennbar, dass eine Anordnung eines Detektors in der Nähe des ersten Brennpunktes 4 aus Platzgründen nur dann möglich wäre, wenn die Blende 6, der Filter 7 und die Schlitzscheibe 8 in Richtung des Strahlenganges der Wärmestrahlung W dicht beieinander angeordnet würden, wobei selbst dann der Detektor immer noch relativ weit vom Brennpunkt entfernt wäre. Gemäß der illustrierten Ausgestaltung der Erfindung entfällt diese Restriktion, da der Detektor einem anderen, zweiten Brennpunkt zugeordnet ist, wie nachfolgend beschrieben.
Im bezüglich des ersten Brennpunktes 4 weiteren Verlauf des Strahlenganges ist ein konkaver Hohlspiegel 10 angeordnet, durch welchen die Wärmestrahlung W in Richtung zu einem Detektor 11 umgelenkt und in einen zweiten Brennpunkt 12 fokussiert wird, in dessen Bereich der Detektor 11 angeordnet ist. Der Hohlspiegel 10 leitet die eintreffende Wärmestrahlung W somit quasi in die entgegengesetzte Richtung um, so dass der Detektor 11 nahe der Längsachse des Gehäuses 2 angeordnet werden kann und dessen Abmessungen begrenzt sind.
Der Detektor 11 wandelt die empfangene Wärmestrahlung W in eine elektrische Spannung um, die durch eine nachfolgende an den Detektor 11 angeschlossene Verarbeitungseinrichtung 13 für eine anschließende Signalausgabe weiterverarbeitet wird.
Anzumerken ist dass das beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich beispielhafter Natur ist und die Erfindung Abwandlungen innerhalb des durch die Ansprüche definierten Schutzbereiches umfasst.

Claims

Temperaturmessvorrichtung (1) zur berührungslosen Messung der Temperatur eines Objektes, mit: einer Optik (3) zur Abbildung von Wärmestrahlung (W) des Objektes auf eine erste Brennebene; einem im Bereich der ersten Brennebene angeordneten Halter (5) zur Halterung einer Vorrichtung zur Beeinflussung der optischen und/oder spektralen Auflösung der Temperaturmessvorrichtung (1); einer im weiteren Verlauf des Strahlenganges der Wärmestrahlung (W) angeordneten optischen Abbildungsvorrichtung zum Abbilden der Wärmestrahlung (W) auf eine zweite Brennebene; und einem im Bereich der zweiten Brennebene angeordneten Detektor (11) zur Detektion der Wärmestrahlung (W).
Temperaturmessvorrichtung (1) nach Anspruch 1, mit einer durch den Halter (5) gehaltenen Blende (6) zur Beeinflussung der optischen Auflösung der Temperaturmessvorrichtung (1).
Temperaturmessvorrichtung (1) nach Anspruch 2, mit einer Mehrzahl von durch den Halter (5) gehaltenen Blenden, und einem Verstellmechanismus, durch den eine beliebige der Mehrzahl von Blenden in den Strahlengang der Wärmestrahlung (W) bringbar ist.
Temperaturmessvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem durch den Halter (5) gehaltenen Filter (7) zur Beeinflussung der spektralen Auflösung der Temperaturmessvorrichtung (1).
Temperaturmessvorrichtung (1) nach Anspruch 4, mit einer Mehrzahl von durch den Halter (5) gehaltenen Filtern, und einem Verstellmechanismus, durch den ein beliebiger der Mehrzahl von Filtern in den Strahlengang der Wärmestrahlung (W) bringbar ist.
Temperaturmessvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer im Bereich der ersten Brennebene angeordneten und durch einen Antrieb (9) rotierbaren Schlitzscheibe (8) zur Modulation der Intensität der Wärmestrahlung.
Temperaturmessvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Abbildungsvorrichtung durch einen konkaven Hohlspiegel (10) gebildet ist.
Temperaturmessvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Achse der Optik und die optische Achse der optischen Abbildungsvorrichtung einen Winkel kleiner 45° einschließen.
Temperaturmessvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halter (5) einen Mechanismus zum Lösen und Befestigen der Vorrichtung zur Beeinflussung der optischen und/oder spektralen Auflösung aufweist.
Vorrichtung (1) zur berührungslosen Messung der Temperatur eines Objektes, mit: einer Optik (3) zur Abbildung von durch das Objekt abgestrahlter Wärmestrahlung (W) auf einen ersten Brennpunkt (4); einer Blende (6) und/oder einem Filter (7), die im oder nahe des ersten Brennpunktes (4) angeordnet sind; einer bezüglich des ersten Brennpunktes (4) im weiteren Verlauf des Strahlenganges der Wärmestrahlung (W) angeordneten optischen Abbildungsvorrichtung zum Abbilden der Wärmestrahlung (W) auf einen zweiten Brennpunkt (12); und einem Detektor (11) zur Umwandlung empfangener Wärmestrahlung (W) in ein elektrisches Signal, wobei der Detektor im oder nahe des zweiten Brennpunktes (12) angeordnet ist.