JP2006343120A - 温度検出装置、赤外線検出装置及び温度検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】赤外線を検知する検知手段からの出力信号中のノイズを有効に除去することにより、被加熱物の温度を正確に測定可能な温度検出装置を提供する。
【課題手段】被加熱物から放射される赤外線を受光する赤外線検出手段と、前記赤外線検出手段からの出力信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段からの出力信号に基づいて前記被加熱物の温度を算出する演算制御手段と、を備え、前記演算制御手段は、前記被加熱物から放射される赤外線の強度に応じて前記増幅手段の増幅率を可変に設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、被加熱物の温度を非接触状態で検出する温度検出装置に関し、特に、ガス又は電気等を利用した加熱調理器により加熱される鍋、フライパン等の調理器具の底面温度を非接触で検出する赤外線センサを組み込んだ赤外線検出装置と、この赤外線検出装置を用いた温度検出装置及び温度検出方法に関する。

ガスコンロ等の調理器においては、加熱対象である鍋やフライパン等の被加熱物の温度検知を、当該被加熱物の底面に接触配置された温度センサにより行い、被加熱物の温度をユーザにより適宜設定された温度に維持するようにガスバーナへのガス供給量を制御する機能を備えたものが実用化され広く利用されている（例えば、特許文献１）。

また、温度測定の対象である鍋等の被加熱物の温度を、当該被加熱物に接触させずに被加熱物における測定箇所から放射される赤外線強度に基づいて検出するようにしたガスコンロも提案されている（例えば、特許文献２）。
特開平７−２６９８７１号公報 特開２００２−３４０３３９号公報

しかし、特許文献１に記載のように、被加熱物に直接接触するサーミスタ等の温度センサを使用する温度検知装置は、温度センサ自身が高温の燃焼ガスにさらされるので故障する可能性が高くその耐久性に問題があるばかりでなく、鍋底に凹凸があったり又は煮こぼれ等による異物の付着があって、温度センサと被加熱物との接触性が悪い場合は正確な温度測定ができなかった。

また、特許文献２に記載の温度検出装置は、被加熱物から放射される赤外線を複数の波長帯域に分け１又は複数の波長帯域における赤外線強度を検出し、測定した赤外線強度の関係から被測定物の温度を検出しようとするものであるが、赤外線センサの赤外線検出面には被測定物から連続的に赤外線が照射されることから、温度測定の開始と共にその出力信号の中にノイズ成分が累積的に重畳してしまい、被測定物の温度を正確に測定することが困難であった。

本願発明は、赤外線検出器の出力信号へのノイズ成分の重畳を極力排除するように構成した赤外線検出手段を提供すると共に、当該赤外線検出手段からの出力信号の中におけるノイズを有効に除去することにより、被測定物の温度を正確に測定することが可能な温度検出装置及び温度検出方法を提供することを目的とするものである。

このため、本願は、被加熱物の温度を非接触状態で検出する温度検出装置であって、前記被加熱物から放射される赤外線を受光する赤外線検出手段と、前記赤外線検出手段からの出力信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段からの出力信号に基づいて前記被加熱物の温度を算出する演算制御手段と、を備え、前記演算制御手段は、前記被加熱物から放射される赤外線の強度に応じて前記増幅手段の増幅率を可変に設定することを特徴とする温度検出装置を提供するものである。

このように、本温度検出装置においては、被加熱物から放射される赤外線の強度に応じて増幅手段の増幅率を可変に設定することにより赤外線検出手段からの出力信号の中におけるノイズを有効に除去し、被測定物の温度を正確に検出することを可能にしたのである。

ここで、本装置における前記増幅手段の増幅率の可変は、直列接続された複数段の増幅器の段数を変えることにより行うようにしている。また、本装置における赤外線検出手段は、複数に区分けされた波長域の赤外線の強度を別個に検出する複数の赤外線センサを備えたので、火炎に含まれる二酸化酸素や水蒸気等から発生する赤外線中の波長域毎に異なるレベルのノイズ成分を有効に除去できたのである。そして、前記増幅手段は、前記複数の赤外線センサの出力信号を個別に受信する前記複数段の増幅器により構成される。

また、本装置においては、前記複数の赤外線センサからの複数の出力信号を前記増幅手段の入力端子に順次的に切り替え接続するスイッチ手段を備える構成とすることができる。これにより、必要な増幅器の数を削減することができるのである。

さらに、赤外線センサの出力信号中に含まれるノイズ成分は、前記増幅手段の出力端側に接続され所定の領域外の周波数成分をカット又は減衰させるフィルタ手段と、前記フィルタ手段からの出力信号を整流し平滑化する波形整形手段を備えたことにより削減するようにしたのである。

そして、本装置を構成する前記演算制御手段は、前記スリット回転体の回転速度を検出し、前記赤外線センサの特性に基づいて設定された所定の回転数に自動制御するのである。

さらに、本願は、被加熱物から放射される赤外線の強度を検出する赤外線検出装置であって、複数に区分けされた波長域の赤外線を別個に受光する複数の赤外線センサと、前記赤外線センサの赤外線受光面を所定の周期で開閉させるスリット回転体と、前記スリット回転体を回転駆動する駆動手段と、を有する赤外線検出装置を提供するものである。

ここで、前記複数の赤外線センサのそれぞれは、検出しようとする赤外線の波長域を通過させてその他の波長域をカットする色フィルタをその受光面に備えた構成としている。また、前記複数の赤外線センサは、前記スリット回転体の同一円周部に隣接して配置されたことを特徴とするものである。

本願は、さらに、被加熱物の温度を赤外線検出手段を用いて非接触状態で検出する温度検出方法であって、（ａ）前記赤外線検出手段からの出力信号のレベルを検出するステップと、（ｂ）前記出力信号のレベルが所定の閾値を超えているか否かを判定するステップと、（ｃ）前記出力信号のレベルが前記閾値以上である場合には前記出力信号を第１増幅率で増幅し、前記出力信号のレベルが前記閾値未満である場合には前記出力信号を第２増幅率で増幅するステップと、（ｄ）前記増幅された信号における所定の領域外の高周波領域成分と低周波領域成分を減衰又はカットするステップと、（ｅ）前記ステップ（ｄ）により得た信号を整流し平滑化させるステップと、（ｆ）前記ステップ（ｅ）により得た信号のレベルと、前記ステップ（ｃ）において使用した前記増幅率の値とに基づいて前記被加熱物の温度を演算して算出するステップと、の各ステップを有することを特徴とする温度検出方法を提供するものである。

本発明に係る温度検出装置においては、被加熱物から放射される赤外線の強度に応じて増幅手段の増幅率を可変に設定することにより赤外線強度検出手段からの出力信号の中におけるノイズを有効に除去し、被測定物の温度を正確に測定することができたのである。

以下、本発明に係る温度検出装置、赤外線検出装置及び温度検出方法の詳細を図面の記載に基づいて説明する。

図１は、本発明が適用される加熱調理器としてガスコンロ１００の例を説明するものである。ここで、本発明の赤外線検出装置１０の配置位置は、図１に示したように加熱調理器の中心位置に限定されるものではなく、炎自体から放射される赤外線の照射を直接受けることなく非加熱物から放射される赤外線を有効に受け得る位置に配置される。また、本発明は、ガスコンロ１００の構成に限らず電気コンロ等に他の加熱調理器にも適用可能である。

図１において、ガスコンロ（以下、「コンロ」という）１００には、平面状の上面を有する天板１と、天板１に設けられた加熱口２と、加熱口２の上方に離間させて鍋等の被加熱物Ｎを搭載可能な五徳４と、燃料ガスＧを燃焼させ加熱口２から上方に燃焼ガスＦを排出して被加熱物Ｎを加熱するバーナ３とが設けられている。また、加熱口２は、天板１に形成された円形の開口であり、バーナ３からの燃焼ガスＦが良好に上方に排出される大きさに形成されている。

図１において、バーナ３はブンゼン燃焼式の内炎式バーナであり、燃料ガスＧを噴出させるガスノズル６と、ガスノズル６からの燃料ガスＧの噴出により、内部に燃料ガスＧと空気との混合気が供給される混合管５と、加熱口２の下方に設けられ混合気が内部に供給される環状ケーシング部材３ｂと、環状ケーシング部材３ｂの環状の内面に形成され、混合気を環状の内向きに噴出させて燃焼させる複数の炎口３ａとを有して構成されている。

このようなバーナ３においては、混合管５から環状ケーシング部材３ｂ内に供給された燃料ガスＧと空気との混合気は炎口３ａから環状の内向きの概略水平方向に噴出され、その噴出された燃料ガスＧと空気との混合気が燃焼した一次火炎は浮力により上方の加熱口２側に向きを変えて加熱口２を良好に通過し、二次火炎が加熱口から上方に向かって形成されることになり、燃焼ガスＦは、加熱口２を介して被加熱物Ｎ側に良好に排出される。さらに、コンロ１００には、ガスノズル６に供給される燃料ガスＧの流量を調整可能なバーナ調整弁２１と、この調整弁２１を制御してバーナ３における燃焼量を調整可能な演算制御手段２０とが設けられている。

また、バーナ３の環状ケーシング部材３ｂ内の下方には、加熱口２を介して落下した煮零れ等を受けるための汁受け皿８が設けられている。

さらに、コンロ１００には、被加熱物Ｎから放射された赤外線の照射を受ける赤外線検出装置１０が取り付けられる。

ところで、本発明に係る温度検出装置７（図３及び図４）は、被加熱物Ｎから放射された赤外線の赤外線強度に基づいて被加熱物Ｎの温度を検出するようにしているが、赤外線における一つの波長域における赤外線強度は、被加熱物Ｎの輻射率は様々であり、測定対象の被加熱物Ｎの輻射率が既知でなければ被加熱物Ｎから放射された赤外線の赤外線強度を検出しても温度の算出はできないこととなる。しかし、本発明においては、被加熱物Ｎの輻射率が予測できない場合においても、この被加熱物Ｎの温度の検出を可能としている。

すなわち、後述するように、赤外線検出装置１０は、被加熱物Ｎの底部から放射される赤外線中に含まれる複数の異なる波長域における赤外線強度を別個に検出し、さらに、本発明の赤外線強度検出手段１５は、赤外線検出装置１０により検出された複数の波長域における赤外線強度の関係（例えば、夫々の赤外線強度の比）に基づいて被加熱物Ｎの温度を検出するように構成したことにより、被加熱物Ｎの輻射率に依存することなく、正確に被加熱物Ｎの底部の温度を検出することを可能にしたのである。

ところで、以下説明する本実施の形態の例においては、被加熱物Ｎの底部から放射される赤外線を２つの波長域に区分けして測定する場合について説明しているが、３つ以上の異なる波長域に区分けすることにより、さらに正確に被加熱物Ｎの底部の温度を検出することも可能である。

図２は、被加熱物Ｎから放射された赤外線の照射を受ける赤外線検出装置１０の構成を説明するための分解図である。図２に示すように、赤外線検出装置１０は、図１に示したコンロ１００の汁受け皿８の中央部に形成された開口の下方に並設されて赤外線を受光する二つの赤外線センサ１２ａ、１２ｂと、この二つの赤外線センサ１２ａ、１２ｂの赤外線受光面の上に配置されそれぞれが所定の波長域の赤外線のみを選択的に透過させる二つのフィルタ１１ａ、１１ｂと、駆動手段（モータ）２３と、少なくとも駆動手段２３と二つの赤外線センサ１２ａ、１２ｂを搭載する取付基板２２と、これらを覆うカバー２７と、から構成される。そして、このカバー２７には、取付基板２２上の二つの赤外線センサ１２ａ、１２ｂの取り付け位置に対応した箇所に被加熱物Ｎからの赤外線を通過させるための切穴２８が設けられている。

上記した二つのフィルタ１１ａ、１１ｂが選択的に透過させて赤外線センサ１２ａ、１２ｂにおいて検出する赤外線の波長域の具体値とその区分けについては後に詳しく説明する。

駆動手段２３の回転軸２４には、スリット回転体２５が固定的に取り付けられており、駆動手段２３の回転と共に回転する。そして、このスリット回転体２５には、複数のスリット穴２６が等間隔で設けられる。図２に示したスリット回転体２５には、８個のスリット穴が設けられているが、必ずしも８個に限定されるものではなく、８個未満であっても９個以上であってもよい。

図２において、スリット回転体２５が回転してスリット回転体２５の個々のスリット穴２６が赤外線センサ１２ａ、１２ｂの検出面の上に重なったときは被加熱物Ｎからの赤外線がカバー２７の切穴２８を通過して赤外線センサ１２ａ、１２ｂに入射されるが、スリット穴２６が赤外線センサ１２ａ、１２ｂの検出面の上に重なっていないときは遮光されることとなる。これにより、被加熱物Ｎからの赤外線は、所定の周期でチョッピングされて赤外線センサ１２ａ、１２ｂに入射されることとなる。

赤外線センサ１２ａ、１２ｂに入射される被加熱物Ｎからの赤外線のチョッピング周波数は、例えば、スリット回転体２５の回転数が１５００ＲＰＭであって、スリット回転体２５に設けられたスリット穴２６の個数が８であった場合は、２００（１５００×８÷６０）Ｈｚとなる。また、スリット回転体２５におけるスリット穴２６の面積とそれ以外の部分の面積が半々であると仮定すれば、それぞれの赤外線センサ１２ａ、１２ｂは、被加熱物Ｎからの赤外線を、１秒間に２００回、そして各回２．５ミリ秒間だけ受光することとなる。これにより、赤外線センサ１２ａ、１２ｂの出力信号に時間の経過と共に重畳するノイズ成分の累積を大幅にカットし得たのである。

図３は、本発明の温度検出装置７の全体構成の第１の例を示すものである。本発明の温度検出装置７は、図２に示した赤外線検出装置１０と、この赤外線検出装置１０からの出力信号を加工して赤外線強度信号を出力する赤外線強度検出手段１５と、この赤外線強度検出手段１５からの赤外線強度信号に基づいて被加熱物Ｎの底部の温度を算出する演算制御手段２０と、から構成される。そして、この演算制御手段２０は、算出された温度に基づいてバーナ調整弁２１等を制御して被加熱物Ｎを一定の温度に加熱する自動制御や過昇温時の緊急停止等の制御等を行うのである。

図３において、赤外線強度検出手段１５は、被加熱物Ｎから放射される赤外線を受光した赤外線センサ１２ａ、１２ｂからの出力信号をそれぞれ個別に増幅する増幅手段２２、２３と、増幅手段２２、２３からの出力信号に基づいて被加熱物Ｎの温度を算出する演算制御手段２０と、を備え、この演算制御手段２０は、被加熱物Ｎから放射される赤外線の強度に応じてそれぞれの増幅手段２２、２３の増幅率を可変に設定するのである。

ここで、前記増幅手段２２、２３のそれぞれは、第１の増幅率μ１を有する第１の増幅器２２ａ、２３ａと、第２の増幅率μ２を有する第２の増幅器２２ｂ、２３ｂとにより構成される。ここで、第１の増幅器２２ａ、２３ａにおける第１の増幅率μ１は、例えば、２０００を中心とする１８３３乃至２０８９の範囲であり、第２の増幅器２２ｂ、２３ｂにおける第２の増幅率μ２は、１０倍程度とする。従って、それぞれの増幅手段２２、２３において、第１の増幅器２２ａ、２３ａと第２の増幅器２２ｂ、２３ｂとを直列に接続すると、赤外線センサ１２ａ、１２ｂからの出力信号はそれぞれ「μ１×μ２」に増幅されることとなる。

しかし、本発明においては、赤外線センサ１２ａ、１２ｂからの出力信号が高い場合には、第２の増幅器２２ｂ、２３ｂを切り離すことにより、増幅手段２２、２３の増幅率をμ１とするようにしている。このため、赤外線強度検出手段１５は、直列接続されたそれぞれの増幅器２２、２３の段数を２段から１段に切り替えるスチッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２を有する。図３に示したスイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２の例では、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をそれぞれ図面の上側にした場合は、増幅率２２、２３の増幅率は、「μ１×μ２」となり、図面の下側にした場合は、増幅率２２、２３の増幅率は、「μ１」となる。そして、スイッチＳＷ１、ＳＷ２のそれぞれは、演算制御装置２０から出力されるＳＷ１コントロール信号とＳＷ２コントロール信号によってその切り替えが制御される。

ところで、図３に示したように、二つの増幅器２２、２３の増幅率は、スチッチ手段ＳＷ１とＳＷ２により別個に設定することが可能であるので、例えば、増幅器２２の増幅率を「μ１×μ２」にする一方で増幅器２３の増幅率を「μ１」にしたり、増幅器２２の増幅率を「μ１」にする一方で増幅器２３の増幅率を「μ１×μ２」にすることも可能である。

また、二つの増幅器２２、２３における赤外線センサ１２ａ、１２ｂの出力信号の増幅は、それぞれの赤外線センサ１２ａ、１２ｂに割り当てられた赤外線中の帯域以外の周波数成分をカットする周波数特性を持たせるようにする。これにより、正確な温度検出に有害な帯域のノイズ信号をカットするのである。

二つの増幅器２２、２３において増幅されたそれぞれの信号は、さらに、フィルタ回路２４、２５において個別に不要な周波数成分をカット又は減衰させる。そして、フィルタ回路２４、２５からの出力信号は、整流／平滑回路２６、２７において整流され波形整形されることとなる。このようにして、所定の増幅率で増幅されて波形整形された赤外線センサ１２ａ、１２ｂの出力信号は、図３に示すインタフェース回路２８内のＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）によりデジタル信号に変換され、演算制御装置に読み込まれて、被加熱物Ｎの温度が算出されることとなるのである。

ところで、演算制御手段２０は、インタフェース回路におけるＤ／Ａ変換器（デジタル／アナログ変換器）を介して、モータ駆動装置２９にモータ駆動信号を供給することにより駆動装置２３を回転させると共に、スリット回転体２５の回転速度を検出し、駆動手段２３の回転数を予め設定された所定の回転数に維持するべく自動制御するために、赤外線検出装置１０からスリット回転体の回転数に同期したパルス信号を受信するようにしている。

図４は、本発明の温度検出装置７の全体構成の第２の例を示すものである。図４に示した第２の例は、図３に示した第１の例の回路構成を簡易化したものであって、一つの増幅器２２と、一つのフィルタ回路２４及び一つの整流／平滑回路２６のみで、二つの赤外線センサ１２ａ、１２ｂからの出力信号を時系列的に処理（増幅、濾過、整流及び平滑化）するものである。このため、この第２の例による温度検出装置７においては、二つの赤外線センサ１２ａ、１２ｂからの出力信号を選択的に増幅器２２に入力するスイッチ手段ＳＷ３が設けられ、このスイッチ手段ＳＷ３は、演算制御装置２０から出力されるＳＷ３コントロール信号によってその切り替えが制御されるのである。

ところで、この第２の例に係る温度検出装置７においても、先に説明した第１の例による温度検出装置７と同様に、赤外線センサ１２ａの出力信号と赤外線センサ１２ｂの出力信号は、スチッチ手段ＳＷ１を個別に切り替えることにより、異なる増幅率に設定することが可能である。

図５は、本発明の温度検出方法の制御フローの例を示す図である。ここでは、図３に示した温度検出装置７における制御フローの例を示すが、図４に示した温度検出装置７の場合も同様である。図５において、被加熱物Ｎの温度検出プロセスがスタートすると、演算制御手段（装置）２０（図３）は、二つの増幅器２２、２３の増幅率を、例えば「μ１」になるようにスイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２（図３の下方にする）を制御すると共に、スリット回転体２５の回転数を設定する（Ｓ１）。スリット回転体２５の回転数を変更しても、赤外線センサ１２ａ、１２ｂが被加熱物Ｎから照射される赤外線受光のデューティ比は変わらないが、赤外線センサ１２ａ、１２ｂの連続受光時間を設定することができる。このため、使用する赤外線センサ１２ａ、１２ｂの感度特性に応じてスリット回転体２５の回転数を設定するが、高感度のものほどスリット回転体２５の回転数を高回転にしてノイズの重畳を軽減することができる。

次に、演算制御装置２０は、赤外線強度検出手段１５において処理（増幅、濾過、整流及び平滑）された出力信号のレベルを読み取る（Ｓ２）。そして、上記した初期設定の条件下に基づいて予め設定された閾値と前記処理された出力信号のレベルとを比較するのである（Ｓ３）。この比較ステップで使用される閾値は、当然のことながら、ステップ１において設定された二つの増幅器２２、２３の増幅率に応じて異なる閾値が使用される。

そして、上記比較の結果、前記出力信号のレベルが閾値以上である場合には前記出力信号を第１増幅率で増幅し（Ｓ５）、前記出力信号のレベルが閾値未満である場合には前記出力信号を第２増幅率で増幅することとなる（Ｓ６）。このような出力信号の閾値とのレベル比較と増幅処理は、赤外線センサ１２ａ、１２ｂの信号毎に行われる。

そして、このようにして増幅された信号は、当該信号中に含まれる所定の領域外の高周波領域成分と低周波領域成分が減衰又はカットされて（Ｓ７）、整流されて平滑化される（Ｓ８）。この平滑化処理は、応答性を悪化させないために多少のリップル（脈流分）を含んでいてもよい。次に、この平滑化された二つの信号はアナログ／デジタル変換されて（Ｓ９）、演算制御装置２０によって読み込まれるのである（Ｓ１０）。そして、演算制御装置２０は、この読取値を、先に設定した増幅率や、使用した赤外線センサ１２ａ、１２ｂの特性値に基づいて補正し、被加熱物Ｎから照射された赤外線における二つの波長域における赤外線強度として取り扱うのである。

次に、このようにして得られた二つの波長域における赤外線強度に基づいて、被加熱物Ｎの温度を検出する手法について述べる。

図６は、図１に示したような実際のバーナ３で形成される火炎の赤外線強度スペクトル分布図に示すものである。図６に示すように、二つのフィルタ１１ａ、１１ｂ（図２乃至４）が選択的に透過させ夫々の赤外線センサ１２ａ、１２ｂで赤外線強度を検出する赤外線の互いに異なる波長域は、火炎のＣＯ₂やＨ₂Ｏ等の発光による赤外線発光の影響が少ない波長範囲における互いに異なる波長域とすることが好ましく、具体的には、１．５μｍ以上且つ１．８μｍ以下の範囲内、２．０μｍ以上且つ２．４μｍ以下の範囲内、３．１μｍ以上且つ４．２μｍ以下の範囲内、及び８．０μｍ以上且つ１２．０μｍ以下の範囲内における互いに異なる波長域とすることが好ましい。このような波長範囲における互いに異なる波長域の赤外線の強度を検出することで、赤外線検出装置１０及び赤外線強度検出手段１５における火炎の赤外線発光に伴うノイズの影響を除去することができ、正確な温度検出が可能となる。

また、上記１．５μｍ以上且つ１．８μｍ以下の範囲、２．０μｍ以上且つ２．４μｍ以下の範囲の短波長範囲においては、被加熱物Ｎから放射される赤外線強度が比較的小さいが、火炎のＣＯ₂やＨ₂Ｏ等の発光による赤外線発光の影響も小さいので、赤外線センサ１２ａ、１２ｂにより被加熱物Ｎが放射したその短波長範囲における赤外線強度を検出することができる。一方、上記３．１μｍ以上且つ４．２μｍ以下の範囲、及び８．０μｍ以上且つ１２．０μｍ以下の範囲の長波長範囲においては、火炎のＣＯ₂やＨ₂Ｏ等の発光による赤外線発光の影響が若干あるが、被加熱物Ｎから放射される赤外線強度が比較的大きいので、赤外線センサ１２ａ、１２ｂにより被加熱物Ｎが放射したその長波長範囲における赤外線強度を検出することができる。

また、上記のような波長域の赤外線強度を検出する赤外線センサ１２ａ、１２ｂとしては、検知対象の赤外線の波長が０．８μｍから２．６μｍの範囲内である場合には、Ｇｅ（ゲルマニウム）若しくはＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）を赤外線セルとして用いたもの、検知対象の赤外線の波長が１．５μｍから５．０μｍの範囲内である場合には、ＰｂＳ（硫化鉛）若しくはＰｂＳｅ（セレン化鉛）を赤外線セルとして用いたもの、また、検知対象の赤外線の波長が９μｍから１１．５μｍの範囲内である場合には、比較的高価であるがＨｇＣｄＴｅ（水銀カドミウムテルル）を赤外線セルとして用いたものを利用することができる。

さらに、コンロ１００において被加熱物Ｎの温度が常温付近から３００℃程度までであること、及び、ＣＯ₂及びＨ₂Ｏの赤外線発光を避けること、上記の赤外線セルのコスト等を考慮すると、赤外線センサ１２ａ、１２ｂで赤外線強度を検出するために選択される赤外線の波長域は、２．０μｍ以上且つ２．４μｍ以下の範囲内、及び、３．１μｍ以上且つ４．２μｍ以下の範囲内における互いに異なる波長域とすることが好ましい。即ち、このような波長範囲においては、火炎のＣＯ₂やＨ₂Ｏ等の発光による赤外線発光の影響が殆ど無いので、被加熱物Ｎから放射される赤外線強度を正確に検出することができる。さらに、上記３．１μｍ以上且つ４．２μｍ以下の範囲内における波長域においては、比較的大きな赤外線強度を得ることができるので、検出素子１２ａ、１２ｂの少なくとも一方で検出する赤外線の波長域をこの範囲内とすることがより好ましい。さらに、夫々の赤外線センサ１２ａ、１２ｂで検出する上記の赤外線の波長域の範囲は、常温から３００℃程度の範囲で加熱された鍋の輻射スペクトル分布において、充分な輻射強度を有する範囲となっている。

図７は、ガラス製鍋の輻射スペクトル分布図を示し、図８は、アルマイト製鍋の輻射スペクトル分布図に示す。図７及び図８で示されたように、ガラス及びアルマイトの一般的な材質の鍋は、例えば３００℃程度において、１．５μｍ以上数十μｍ以下の範囲内の波長域において輻射強度を有しており、例えば、３．５μｍ以上且つ４．０μｍ以下の範囲内の波長域、及び８μｍ以上且つ１０μｍ以下の範囲内の波長域において、充分な輻射強度を有している。そして、夫々の波長域の赤外線強度は、常温から３００℃程度において、温度に依存して好ましい状態で変化する。よって、例えば鍋の材質が予め分かっているときは、両波長域の一方の赤外線強度を検出するだけで、その鍋の温度を検出することができるが、本発明のコンロにおいては、鍋の材質が判っていないときでもその鍋の温度を検出することができる。

即ち、鍋から放射される赤外線において、３．５μｍ以上且つ４．０μｍ以下の範囲内、及び８μｍ以上且つ１０μｍ以下の範囲内の波長域の赤外線強度の比は、後述する図１０の赤外線強度の比と温度の関係を示すグラフ図に示すように、常温から３００℃程度の温度範囲において、共にほぼ同じ状態で温度に依存して変化しており、夫々の赤外線センサ１２ａ、１２ｂで赤外線強度を検出する上記の赤外線の波長域を上記の範囲内とし、それらの赤外線強度の比を検出することで、鍋の温度を検出することができるのである。

図９は、鉄製で表面に黒色塗装が施された鍋の輻射スペクトル分布図に示すものである。図９に示されたように、黒色塗装が施された鉄製の鍋は、例えば３００℃程度において、上記ガラス製及びアルマイト製の鍋と同様に、１．５μｍ以上数十μｍ以下の範囲内の波長域において輻射強度を有しており、例えば、２．１μｍ以上且つ２．４μｍ以下の範囲内、及び３．５μｍ以上且つ４．２μｍ以下の範囲内の波長域において、充分な輻射強度を有している。そして、夫々の波長域の赤外線強度は、常温から３００℃程度において、温度に依存して好ましい状態で変化する。

そして、鍋から放射される赤外線において、２．１μｍ以上且つ２．４μｍ以下の範囲内、及び３．５μｍ以上且つ４．２μｍ以下の範囲内の波長域の赤外線強度の比は、後述する図１１の赤外線強度の比と温度の関係を示すグラフ図に示すように、常温から３００℃程度の温度範囲において、共にほぼ同じ状態で温度に依存して変化しており、夫々の赤外線センサ１２ａ、１２ｂで赤外線強度を検出する上記の赤外線の波長域を上記の範囲内とし、それらの赤外線強度の比を検出しても、鍋の温度を検出することができる。

具体的には、赤外線検出装置１０において、赤外線センサ１２ａでは、上記２．１μｍ以上且つ２．４μｍ以下の範囲内の波長域の赤外線の赤外線強度を検出して赤外線強度検出手段１５（図３、図４）に出力し、赤外線センサ１２ｂでは、上記３．５μｍ以上且つ４．２μｍ以下の範囲内の波長域の赤外線の赤外線強度を検出して演算制御手段２０（図３、図４）に出力する。

そして、演算制御手段２０には、その記憶手段内に赤外線強度比と温度との対応関係を示すデータが予め格納されている。

図１０は、赤外線強度比と温度の対応関係を示す第１のグラフである。

また、図１１は、赤外線強度比と温度の対応関係を示す第２のグラフである。

演算制御手段２０（図３、図４）は、夫々の赤外線センサ１２ａ、１２ｂで検出された夫々の赤外線強度の比を求め、予め記憶している図１０又は図１１に示すような赤外線強度の比と温度の関係から、被加熱物Ｎの温度を算出するのである。

また、上記のように選択される２つの波長域を、１．５μｍ以上且つ１．８μｍ以下の範囲内において互いに異なる２つの波長域としても、２．０μｍ以上且つ２．４μｍ以下の範囲内において互いに異なる２つの波長域としても、３．１μｍ以上且つ４．２μｍ以下の範囲内において互いに異なる２つの波長域としても、及び８．０μｍ以上且つ１２．０μｍ以下の範囲内において互いに異なる２つの波長域としてもよい。

尚、図１に示したコンロ１００の例において、フィルタ１１ａ、１１ｂの上方には、上記赤外線検出装置１０等の保護等を行うための耐熱ガラス製等の窓部材１３が設けられている。窓部材１３の上面は、汁受け皿８の上面よりも上方に突出した位置にあるので、被加熱物Ｎの煮零れ等が汁受け皿８に入ったときでも、汁受け皿８に溜まっている煮零れが、窓部材１３における赤外線の透過を阻害することを抑制でき、窓部材１３の透過率低下を抑制できる。また、窓部材１３において、夫々の赤外線センサ１２ａ、１２ｂに入射される赤外線が透過する夫々の窓部が、互いに隣接しているので、夫々の窓部の汚れ等による透過率低下の程度差が少なく、その透過率低下の程度差に起因する夫々の赤外線強度の比の誤差が少ないので、正確に被加熱物Ｎの温度を検出することができるのである。

本発明は、ガス又は電気等を利用した加熱調理器により加熱される鍋、フライパン等の調理器具の底面温度を非接触で検出する温度検出装置に関するものであり、産業上の利用可能性を有するものである。

本発明が適用される加熱調理器としてガスコンロ１００の例を示す。 被加熱物Ｎから放射された赤外線の照射を受ける赤外線検出装置１０の構成を説明するための分解図を示す。 本発明の温度検出装置７の全体構成の第１の例を示す。 本発明の温度検出装置７の全体構成の第２の例を示す。 本発明の温度検出方法の制御フローの例を示す。 実際のバーナ３で形成される火炎の赤外線強度スペクトル分布図に示す。 ガラス製鍋の輻射スペクトル分布図を示す。 アルマイト製鍋の輻射スペクトル分布図に示す。 鉄製で表面に黒色塗装が施された鍋の輻射スペクトル分布図に示す。 赤外線強度比と温度の対応関係を示す第１のグラフである。 赤外線強度比と温度の対応関係を示す第２のグラフである。

符号の説明

３：バーナ
７：温度検出装置（全体）
１０：赤外線検出装置
１１ａ、１１ｂ：色フィルタ
１２ａ、１２ｂ：赤外線センサ
１５：赤外線強度検出手段
２０：演算制御手段
２１：バーナ調整弁
２２、２３：増幅回路
２４、２５：フィルタ回路
２６、２７：整流／平滑回路
２８：インタフェース回路（Ａ／Ｄ変換器を含む）
１００：コンロ

Claims (16)

1. 被加熱物の温度を非接触状態で検出する温度検出装置であって、
   前記被加熱物から放射される赤外線を受光する赤外線検出手段と、
   前記赤外線検出手段からの出力信号を増幅する増幅手段と、
   前記増幅手段からの出力信号に基づいて前記被加熱物の温度を算出する演算制御手段と、を備え、
   前記演算制御手段は、前記被加熱物から放射される赤外線の強度に応じて前記増幅手段の増幅率を可変に設定することを特徴とする温度検出装置。
2. 前記増幅手段の増幅率の可変は、直列接続された複数段の増幅器の段数を変えることにより行われることを特徴とする請求項１に記載の温度検出装置。
3. 前記赤外線検出手段は、複数に区分けされた波長域の赤外線を別個に受光する複数の赤外線センサを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度検出装置。
4. 前記増幅手段は、前記複数の赤外線センサの出力信号を個別に受信する前記複数段の増幅器により構成される請求項３に記載の温度検出装置。
5. 前記複数の赤外線センサからの複数の出力信号を前記増幅手段の入力端子に順次的に切り替え接続するスイッチ手段を備える請求項３に記載の温度検出装置。
6. 前記増幅手段の出力端側に接続され、所定の領域外の周波数成分をカット又は減衰させるフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段からの出力信号を整流し平滑化する波形整形手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかの項に記載の温度検出装置。
7. 前記赤外線検出手段は、前記赤外線センサの受光面を所定の周期で開閉させるスリット回転体を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れかの項に記載の温度検出装置。
8. 前記演算制御手段は、前記スリット回転体の回転速度を検出し、前記赤外線センサの特性に基づいて設定された所定の回転数に自動制御することを特徴とする請求項７に記載の温度検出装置。
9. 前記被加熱物は、ガス又は電気等により加熱される鍋、フライパン等の調理器具であり、前記赤外線強度検出手段は、当該調理器具の底面側下方に配置されることを特徴とする請求項１乃至８の何れかの項に記載の温度検出装置。
10. 被加熱物から放射される赤外線の強度を検出する赤外線検出装置であって、
    複数に区分けされた波長域の赤外線を別個に受光する複数の赤外線センサと、
    前記赤外線センサの赤外線受光面を所定の周期で開閉させるスリット回転体と、
    前記スリット回転体を回転駆動する駆動手段と、
    を有することを特徴とする赤外線検出装置。
11. 前記複数の赤外線センサのそれぞれは、検出する赤外線の波長域を通過させてその他の波長域をカットする色フィルタをその受光面に備えたことを特徴とする請求項１０に記載の赤外線検出装置。
12. 前記複数の赤外線センサは、前記スリット回転体の同一円周部に隣接して配置されたことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の赤外線検出装置。
13. 前記被加熱物は、ガス又は電気等により加熱される鍋、フライパン等の調理器具であり、当該調理器具の底面側下方に配置されて使用されることを特徴とする請求項１０乃至１２の何れかの項に記載の赤外線検出装置。
14. 被加熱物の温度を赤外線検出手段を用いて非接触状態で検出する温度検出方法であって、
    （ａ）前記赤外線検出手段からの出力信号のレベルを検出するステップと、
    （ｂ）前記出力信号のレベルが所定の閾値を超えているか否かを判定するステップと、
    （ｃ）前記出力信号のレベルが前記閾値以上である場合には前記出力信号を第１増幅率で増幅し、前記出力信号のレベルが前記閾値未満である場合には前記出力信号を第２増幅率で増幅するステップと、
    （ｄ）前記増幅された信号における所定の領域外の高周波領域成分と低周波領域成分を減衰又はカットするステップと、
    （ｅ）前記ステップ（ｄ）により得た信号を整流し平滑化させるステップと、
    （ｆ）前記ステップ（ｅ）により得た信号のレベルと、前記ステップ（ｃ）において使用した前記増幅率の値と、に基づいて前記被加熱物の温度を算出するステップと、
    の各ステップを有することを特徴とする温度検出方法。
15. 前記ステップ（ｃ）における前記第１増幅率と前記第２増幅率の選択は、直列接続された複数段の増幅器の段数を変えることにより行われることを特徴とする請求項１４に記載の温度検出方法。
16. 前記赤外線検出手段は、複数に区分けされた波長域の赤外線の強度を別個に検出する複数の赤外線センサを備え、
    前記ステップ（ａ）乃至（ｆ）においては、当該複数に区分けされた波長域の赤外線の強度を検出する当該複数の赤外線センサの出力信号毎に行うことにより前記被加熱物の温度を算出するようにした請求項１４又は１５に記載の温度検出方法。

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