JP3074880B2 - 温度分布測定装置 - Google Patents

温度分布測定装置

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JP3074880B2 JP03344424A JP34442491A JP3074880B2 JP 3074880 B2 JP3074880 B2 JP 3074880B2 JP 03344424 A JP03344424 A JP 03344424A JP 34442491 A JP34442491 A JP 34442491A JP 3074880 B2 JP3074880 B2 JP 3074880B2
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信幸 吉池
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、焦電型の赤外線サンサ
をもちいた輻射温度分布の測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、セキュリティや空調制御におい
て、室内にいる人間の有無や活動量を検知するために室
内の温度分布の計測への要求が高まりつつ有る。
【0003】従来、赤外線を用いた空間の温度分布を測
定する装置には、2次元の量子型固体撮像赤外線センサ
を用いて温度分布を求める方法が有る。
【0004】一方、焦電センサを用いて、空間温度分布
を求める方法には、特開昭64−88391、特開昭5
7−185695、特開平2−183752、特開平2
−196932等に記載のごとく、単一の焦電センサを
用いて、機構的に縦方向および横方向に方向走査させて
各方向毎の入力エネルギーを検知し、温度分布を求める
方法が有る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記、量子型のセンサ
の場合、測定温度精度と解像度は高いがセンサ部分の冷
却が必要であることから高価なものとなり家庭用機器へ
の利用にはそぐわないものである。一方、後者の焦電セ
ンサを用いたものは、センサ感度が低いという問題と機
構の複雑さおよび信号処理の複雑さから、空間分解能お
よび温度分解能が低いという解決すべき課題が有った。
【0006】本発明は、上述の問題に鑑みて試されたも
ので、焦電センサ等の赤外線アレイセンサを用いて低コ
ストで小型の信頼性が高い温度分布測定装置を提供する
ものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するため、複数個の検出部をアレイ状に設けた赤外線
アレイセンサと、前記センサに入射する赤外線を断続的
に遮断するチョッピング手段と、前記赤外線アレイセン
サの入射面方向を段階的に回転させるセンサ回転手段を
備え、前記チョッピング手段と前記回転手段が1つのモ
ータの起動により駆動することを特徴とするものであ
る。
【0008】
【作用】本発明は上述の構成によって、1つの駆動源に
よりチョッピングおよび回転動作を行なうことを可能と
し、センサ機構部の小型化を達成するものである。
【0009】
【実施例】以下本発明の具体的実施例について説明す
る。
【0010】(実施例1)図1(A)(B)は本発明の一実施
例を説明するための概略構成を示すものであって、(A)
は上面図、(B)は側断面図である。センサ回転部3には
受光部を複数個ライン状に設けた焦電型の赤外線アレイ
センサ1と、該アレイセンサの前面に赤外線を該焦電セ
ンサアレイに集光するための赤外線レンズ2を設け、さ
らに、レンズ前面には該レンズ2に入射する赤外線を断
続的に遮断するためのチョッパ用窓部11を有するチョ
ッパー4を設ける。前記チョッパ4にはチョッパ回転用
内接歯車部8が設けられ、チョッパ用歯車7を介してモ
ータ5に直結した出力用歯車6に機械的に接続してい
る。前記センサ回転部3にはセンサ回転用内接歯車部1
0が設けられ、センサ回転用送り爪9に機械的に接続し
ている。
【0011】図2にチョッパの外見図を示す。また、セ
ンサ回転用送り爪9は図3(A)(B)(C)に示したように、
回転体に多数付けてもよく、爪の数はチョッパ4の窓数
との関係で決定されるものである。今、前記アレイセン
サ1の長軸方向を縦方向に設置した状態で、モータを駆
動するとチョッパ4が連続的に回転し、赤外線レンズ2
に入射する赤外線を断続的に遮断するためレンズが面し
ている方向の縦列の輻射熱量の分布、すなわち、温度分
布が測定できる。測定できる空間範囲はレンズの画角と
センササイズによるものである。
【0012】同時に、センサ回転用送り爪9も回転して
いるので、送り爪がセンサ回転用内接歯車部10に当っ
たときに、センサ回転部3を一定の回転角(例えばθ
度)だけ断続的に回転させる。すなわち、センサ回転部
を断続的に前進回転させることによりセンサおよびレン
ズが面している方向を走査させながら、チョッパーを駆
動させて次の面の温度分布を測定する。測定後、電気信
号処理により各方向の縦の温度分布をつなぎ合わせる
と、空間の2次元の反転温度分布が得られる。
【0013】最終入射面方向の測定が終了後、モータを
逆回転させ、初期の入射面方向に戻し、次の測定に対す
る待機状態をつくる。
【0014】上記測定手順をより詳しく説明する。図4
に測定装置の電気信号に関するブロック図の一例を示
す。I/Oポート17にはモータ5およびクロック発生
部、演算部、メモリを内蔵しているCPU16に電気的
に接続している。赤外線センサ1からの信号はフィルタ
ー12及びアンプ13で増幅後、マルチプレクサー14
で選択され、選択されたエレメントの信号がA/Dコン
バータ15で処理されCPU16に入力される。モータ
5の回転によりセンサ回転部3の断続的回転とチョッパ
4の連続回転によりセンサ出力が、図5に示す電気信号
波形(a)(b)(c)のタイミングで得られるものである。
【0015】センサ受光部の数をnとすると、データの
番地は例えば、S01,S02,−−−,S0nとし、それぞ
れのステップ毎にデータを保存し、m回方向を前進回転
させて測定し、そのときのデータの番地をSm1,Sm2,
−−−,Smnとする。最終入射面方向の測定(m番目の
測定)が終了後、CPUからの信号により、モータ駆動
方向信号を後進方向とし、モータをトータル(m×θ)
度逆回転し、初期の入射面方向に戻し、次の測定に対す
る待機状態に入る。逆回転速度は、できる限り、速い方
がよい。次に、測定データをCPUに送信し、 S01,S02,−−,S0n S11,S12,−−,S1n −− −− −− −− Sm1,Sm2,−− Smn のマトリックスとして処理することにより、空間の温度
分布をn×mの分解能で測定処理できる。
【0016】具体的測定例として、今、アレイセンサ1
の長軸方向を縦方向に設置し、センサ回転送り、チョッ
パを10Hzで駆動すると1/10sec毎に1方向の
縦列の温度分布が測定できる。測定できる空間範囲はレ
ンズの画角とセンササイズによるものであり、また、縦
列の空間分解能はアレイセンサ中に設けて赤外線受光部
の電極の数に依存するものであり、例えば、レンズの画
角を80度とし、アレイセンサに10個の受光部を設け
た場合には、縦の分解能は10でそれぞれ8度の範囲の
温度を測定することになる。
【0017】つぎに、回転部を断続的に前進回転させる
ことによりセンサおよびレンズが面している方向を走査
させながら、前述と同様にチョッパーを駆動させて温度
分布を測定する。測定後、電気信号処理により各方向の
縦の温度分布をつなぎ合わせると、空間の2次元の反転
温度分布が得られる。横(左右)方向の空間分解能はセ
ンサの回転送り角度に依存するものであり、例えば、
3.6度回転毎に信号入力し、トータル180度回転さ
せた場合には、横方向の空間分解能は50となり、セン
サ位置から見て縦80度、横180度の空間を10×5
0の分解能で数分の間隔で温度分布を測定できた。
【0018】(実施例2)実施例1においては、チョッ
パ用歯車7およびセンサ回転用送り爪9を1つ設けた
が、図6に示すように前記チョッパ用歯車およびセンサ
回転用送り爪を2箇所に設けることにより、回転駆動が
よりスムーズとなり、駆動時のがたつきも解消出来た。
【0019】(実施例3)実施例1においては、モータ
の前進および後進回転の回転数をCPUにより設定した
が、前記の図1におけるセンサ回転部3が接触するスト
ップ用スイッチを設け、最終入射面方向に対して計測終
了後、センサ回転部が前進回転したときに第1のストッ
プ用スイッチに接触し、その信号を受けて、モータを一
気に逆回転させる。逆回転により、初期の入射面方向に
センサが面する位置でセンサ回転部3が接するように第
2のストップ用スイッチを設け、逆回転を停止させる。
この時、当然のことながら、チョッパも逆方向に回転す
る者である。
【0020】なお、前進回転もしくは後進回転(逆回
転)のどちらか一方だけをストップ用スイッチで制御し
てもよい。また、チョッパは後進回転時にストップさせ
ても、連続駆動させてもよい。さらには、逆回転は歯車
切り替により別の歯車系を用いて一気にセンサ回転部3
だけを逆回転させてもよい。
【0021】(実施例4)実施例1に示した方法によ
り、まず、順方向の測定を行ない、回転部を断続的に前
進回転させることによりセンサおよびレンズが面してい
る方向を走査させながら、前述と同様にチョッパを駆動
させて温度分布を測定し、 S01,S02,−−,S0n S11,S12,−−,S1n −− −− −− −− Sm1,Sm2,−− Smn のマトリックスとして処理することにより、空間の温度
分布をn×mの分解能で測定処理する。
【0022】つぎに、最終入射面方向の測定(m番目の
測定)が終了後、CPUからの信号により、モータ駆動
方向信号を後進方向とし、モータを度逆回転しながら、
初期の入射面方向に順次測定し、 Sm1,Sm2,−− Smn −− −− −− −− S11,S12,−−,S1n S01,S02,−−,S0n のマトリックスとして処理することにより、空間の温度
分布をn×mの分解能で測定処理する。
【0023】この測定データは順方向の測定データとは
鏡面反転像となっているので、CPUにおいて、反転処
理する必要が有るが、実施例1に示した方法におけるセ
ンサ回転部の逆回転操作が有効に利用できるものであ
る。
【0024】(実施例5)図7は本発明の他の一実施例
を説明するための概略構成を示すものであって、センサ
回転部3には受光部を複数個ライン状に設けた焦電型の
赤外線アレイセンサ1と、該アレイセンサの前面に赤外
線を該焦電センサアレイに集光するための赤外線レンズ
2を設け、さらに、レンズ前面には該レンズ2に入射す
る赤外線を断続的に遮断するためのチョッパ用窓部11
を有するチョッパー4を設ける。前記チョッパ4にはチ
ョッパ回転用内接歯車部8が設けられ、チョッパ用歯車
7を介してモータ5に直結した出力用歯車6に機械的に
接続している。前記センサ回転部3にはセンサ回転用外
接歯車部21が設けられ、センサ回転用送り爪22に機
械的に接続している。図8にセンサ回転用送り爪22の
形状をより詳しく示す。
【0025】以上の構成による機構を用いても実施例1
と同様に温度分布が測定できた。
【0026】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、赤外線を検知するアレイセンサと、該センサ部に入
射する赤外線を断続的に遮断するチョッピング手段と、
センサ部を回転させる回転手段を有する温度分布測定装
置において、1つのモータ制御により、センサの入射面
方向を自動的に変えることを特徴とするものであるか
ら、単純な回転手段により、連続的に空間の温度分布
(輻射熱分布)が測定可能となるという効果を有するも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の温度分布測定装置の一実施例の構成図
【図2】同装置におけるチョッパの外見図
【図3】同装置におけるセンサ回転用送り爪の一実施例
の概略図
【図4】同装置における電機回路系の概略図
【図5】同電気回路系における電気信号のタイミング図
【図6】同装置における歯車部の一実施例の概略図
【図7】本発明の他の実施例の温度分布測定装置の構成
【図8】同他の実施例における回転用送り爪の概略図
【符号の説明】
1 赤外線アレイセンサ 2 赤外線レンズ 3 センサ回転部 4 チョッパ 5 モータ 6 出力用歯車 7 チョッパ用歯車 8 チョッパ回転用内接歯車部 9 センサ回転用送り爪 10 センサ回転用内接歯車部 11 チョッパ用窓部 12 フィルター 13 アンプ 14 マルチプレクサー 15 A/Dコンバータ 16 CPU 17 I/Oポート 21 センサ回転用外接歯車部 22 センサ回転用送り爪
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−18819(JP,A) 特開 平5−18825(JP,A) 特開 平5−18826(JP,A) 特開 平3−187582(JP,A) 特開 昭63−65328(JP,A) 特開 昭61−170717(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 1/00 - 1/60 G01J 5/00 - 5/62

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数個の検出部をアレイ状に設けた赤外線
    アレイセンサと、前記センサに入射する赤外線を断続的
    に遮断するチョッピング手段と、前記赤外線アレイセン
    サの赤外線入射面方向を段階的に回転させるセンサ回転
    手段を備え、前記チョッピング手段と前記回転手段が1
    つのモータにより駆動することを特徴とする温度分布測
    定装置。
  2. 【請求項2】各体入射方向に対して各検出部の出力を計
    測後、モータにより1ステップ一定角度前進回転させ、
    前記計測を順次繰り返し、最終入射面方向に対して計測
    終了後、初期入射面方向まで逆回転させることを特徴と
    する請求項1記載の温度分布測定装置。
  3. 【請求項3】送り爪を有する連続回転体と歯車の組み合
    せにより赤外線アレイセンサの入射面方向を段階的に回
    転させるセンサ回転手段を有することを特徴とする請求
    項1記載の温度分布測定装置。
  4. 【請求項4】赤外線アレイセンサに入射する赤外線を断
    続的に遮断するチョッピング手段が、前記センサの周囲
    を回転する円筒であって、窓開き部が一定の間隔で設け
    てあることを特徴とする請求項1記載の温度分布測定装
    置。
  5. 【請求項5】段階的に回転しているセンサの入射面方向
    に対して、チョッピング手段により一回の開状態−閉状
    態が達成されることを特徴とする請求項1記載の温度分
    布測定装置。
  6. 【請求項6】最終入射面方向の測定が終了後、モータを
    逆回転させ、反対方向から初期の入射面方向に測定する
    ことを特徴とする請求項2記載の温度分布測定装置。
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