JP6963488B2 - Temperature measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、温度計測装置に関する。 The present invention relates to a temperature measuring device.
従来、ダイオードやサーミスタ等を温度センサとして用い、周囲環境の温度変化に伴い温度センサが出力する電気信号の変化を利用し、周囲環境の温度を計測する技術が知られている(例えば、特許文献1を参照)。 Conventionally, a technique has been known in which a diode, a thermistor, or the like is used as a temperature sensor, and the temperature of the ambient environment is measured by utilizing the change in the electric signal output by the temperature sensor as the temperature of the ambient environment changes (for example, patent documents). See 1).
ここで、温度センサの特性によっては、周囲の温度変化に応じた電気信号の取り得る電圧範囲が、当該電気信号をA/D変換するA/D変換回路の変換対象の入力電圧範囲と合致しない場合があった。この場合、A/D変換回路において変換されたデジタル値が示す温度の分解能が、このA/D変換回路が本来有する分解能よりも低くなってしまうという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、周囲環境の温度変化に応じた電気信号を高い分解能によってA/D変換することができる温度計測装置を提供することを目的とする。
Here, depending on the characteristics of the temperature sensor, the voltage range that the electric signal can take according to the ambient temperature change does not match the input voltage range of the conversion target of the A / D conversion circuit that A / D-converts the electric signal. There was a case. In this case, there is a problem that the resolution of the temperature indicated by the digital value converted in the A / D conversion circuit becomes lower than the resolution originally possessed by the A / D conversion circuit.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a temperature measuring device capable of A / D converting an electric signal corresponding to a temperature change in an ambient environment with high resolution.
上記課題を解決するために、本発明の1態様に係る、温度計測装置は、温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部によって検出された前記温度を示す温度信号と、第1基準電圧との差に基づいて、前記温度信号を増幅する第1増幅器と、前記第1増幅器によって増幅された第1増幅信号と、第2基準電圧との差に基づいて、前記第1増幅信号を増幅する第2増幅器と、前記第2増幅器によって増幅された信号のA/D変換を行うA/D変換回路と、を備え、前記第1基準電圧は、所定の電圧に固定され、前記A/D変換回路がA/D変換が可能な入力電圧範囲の下限に対応する電圧であって、前記第2基準電圧は、所定の電圧に固定され、前記A/D変換回路がA/D変換が可能な入力電圧範囲の上限に対応する電圧である。 In order to solve the above problems, the temperature measuring device according to one aspect of the present invention includes a temperature detecting unit for detecting a temperature, a temperature signal indicating the temperature detected by the temperature detecting unit, and a first reference voltage. Amplifies the first amplified signal based on the difference between the first amplifier that amplifies the temperature signal, the first amplified signal amplified by the first amplifier, and the second reference voltage based on the difference between the two. The first reference voltage is fixed to a predetermined voltage, and the A / D is provided. The conversion circuit is a voltage corresponding to the lower limit of the input voltage range capable of A / D conversion, the second reference voltage is fixed to a predetermined voltage, and the A / D conversion circuit is capable of A / D conversion. This is the voltage corresponding to the upper limit of the input voltage range.
前記第1基準電圧とは、接地電位と同電位の電圧であってもよい。 The first reference voltage may be a voltage having the same potential as the ground potential.
前記第2基準電圧とは、前記A/D変換回路に印加される基準電圧と同電位の電圧であってもよい。 The second reference voltage may be a voltage having the same potential as the reference voltage applied to the A / D conversion circuit.
前記第2基準電圧とは、前記A/D変換回路の動作基準電圧を供給する基準電圧供給部から供給される電圧であってもよい。 The second reference voltage may be a voltage supplied from a reference voltage supply unit that supplies an operation reference voltage of the A / D conversion circuit.
前記温度検出部とは、ダイオードであって、前記温度信号には、ある基準温度における前記ダイオードの順方向電圧がオフセットとして含まれてもよい。 The temperature detection unit is a diode, and the temperature signal may include the forward voltage of the diode at a certain reference temperature as an offset.
前記温度検出部とは、サーミスタであって、前記温度信号には、ある基準温度における前記サーミスタの両端に生じる電圧がオフセットとして含まれてもよい。 The temperature detection unit is a thermistor, and the temperature signal may include a voltage generated across the thermistor at a certain reference temperature as an offset.
温度の計測対象が放射する赤外線を受光する又は前記計測対象に対して赤外線を発光する受発光部と、前記受発光部によって受光又は発光された前記赤外線の強度に基づいて、前記計測対象との赤外線エネルギー差を取得する赤外線エネルギー差取得部と、前記A/D変換回路によって出力された値に基づいて、自装置の周囲環境の温度を取得する周囲環境温度取得部と、前記赤外線エネルギー差取得部によって取得された前記赤外線エネルギー差と、前記周囲環境温度取得部によって取得された前記周囲環境の温度とに基づいて、前記計測対象の温度を取得する対象温度取得部と、前記対象温度取得部によって取得された前記計測対象の温度を示す情報を出力する出力部と、を備えてもよい。 A light receiving / emitting unit that receives infrared rays emitted by a temperature measurement target or emits infrared rays to the measurement target, and the measurement target based on the intensity of the infrared rays received or emitted by the light receiving / emitting unit. The infrared energy difference acquisition unit that acquires the infrared energy difference, the ambient environment temperature acquisition unit that acquires the temperature of the ambient environment of the own device based on the value output by the A / D conversion circuit, and the infrared energy difference acquisition unit. The target temperature acquisition unit that acquires the temperature of the measurement target and the target temperature acquisition unit based on the infrared energy difference acquired by the unit and the temperature of the ambient environment acquired by the ambient environment temperature acquisition unit. An output unit that outputs information indicating the temperature of the measurement target acquired by the above may be provided.
前記受発光部とは、サーモパイルセンサであってもよい。 The light receiving / receiving unit may be a thermopile sensor.
本発明の各態様に係る温度計測装置は、周囲環境の温度変化の範囲内で、温度センサの電気信号を適切に変化させることができる。 The temperature measuring device according to each aspect of the present invention can appropriately change the electric signal of the temperature sensor within the range of the temperature change in the ambient environment.
[実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る温度計測装置について詳細に説明する。
[Embodiment]
Hereinafter, the temperature measuring device according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<1.温度計測装置の概要>
図1は、本実施形態の温度計測装置1の一例を示す図である。
温度計測装置1は、温度計測の対象物(図示する計測対象物P)の温度を計測する。具体的には、温度計測装置1は、温度計測装置1やセンサ等が計測対象物Pに接することなく、非接触で計測対象物Pの温度を計測する。図1に示される通り、周囲温度計測処理部10と、エネルギー差計測処理部20と、制御部30と、を備える。
<1. Overview of temperature measuring device>
FIG. 1 is a diagram showing an example of the
The
周囲温度計測処理部10は、温度計測装置1が設置される周囲環境の温度(以下、周囲環境温度)の計測を行う電気回路である。周囲温度計測処理部10は、温度検出回路11と、オフセットゲイン調整回路12と、A/D変換回路13とを備える。温度検出回路11は、例えば、温度を検出する温度検出部と、当該温度検出部を動作させるための周辺回路とを備える。温度検出回路11は、温度検出部が出力する電気信号であって、周囲環境温度を示す電気信号を出力する。以降の説明において、温度検出回路11が出力する電気信号を、単に温度信号とも記載する。
The ambient temperature
オフセットゲイン調整回路12は、温度信号に重畳するオフセット電圧に基づいて、温度信号を調整する回路である。A/D変換回路13は、オフセットゲイン調整回路12が出力する温度信号をデジタル信号に変換する。A/D変換回路13は、変換したデジタル信号を、周囲環境温度を示す情報として制御部30に供給する。
The offset
ここで、A/D変換回路13がアナログ信号をデジタル信号に変換することが可能なアナログ信号の電圧の範囲(以下、入力電圧範囲)と、温度信号が取り得る電圧範囲が異なる場合がある。例えば、A/D変換回路13の入力電圧範囲に対して、温度信号が取り得る電圧範囲が狭い場合がある。この場合、A/D変換回路13は、周囲環境温度の変化を高い分解能によってA/D変換することが困難である可能性がある。オフセットゲイン調整回路12は、温度信号が取り得る範囲が、A/D変換回路13の入力電圧範囲と合致するように温度信号を調整する。本実施形態では、入力電圧範囲は、接地電位から電圧VDである。電圧VDは、周囲温度計測処理部10を動作させる際に用いられる電圧である。具体的には、入力電圧範囲は、0〜4.1[V]である。
Here, the voltage range of the analog signal (hereinafter referred to as the input voltage range) in which the A /
エネルギー差計測処理部20は、サーモパイルセンサ21と、増幅回路22と、A/D変換回路23とを備え、計測対象物Pとサーモパイルセンサ21との赤外線エネルギーの差の計測を行う電気回路である。計測対象物Pがサーモパイルセンサ21の温度より高い場合、サーモパイルセンサ21は、計測対象物Pが放射する赤外線を受光する。この場合、サーモパイルセンサ21は、受光した赤外線の強度に応じた正の電圧を出力する。また、計測対象物Pがサーモパイルセンサ21の温度より低い場合、サーモパイルセンサ21は、計測対象物Pに赤外線を発光する。この場合、サーモパイルセンサ21は、発光した赤外線の強度に応じた負の電圧を出力する。つまり、サーモパイルセンサ21は、計測対象物Pと、サーモパイルセンサ21との赤外線エネルギー差を示す電気信号を生成する。増幅回路22は、サーモパイルセンサ21から出力された電気信号を所定の増幅率によって増幅する。A/D変換回路23は、増幅回路22によって増幅された電気信号をデジタル信号に変換する。A/D変換回路23は、変換したデジタル信号を、赤外線エネルギー差を示す情報として制御部30に供給する。
The energy difference
制御部30は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などのハードウェアプロセッサが記憶部(不図示)に記憶されるプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。制御部30は、周囲環境温度取得部31と、赤外線エネルギー差取得部32と、対象温度取得部33と、出力部34と、をその機能部として備える。これらの構成要素のうち一部または全部(内包する記憶部を除く)は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)などのハードウェアによって実現されてもよく、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
The
周囲環境温度取得部31は、周囲温度計測処理部10から供給される周囲環境温度を示す情報を取得する。赤外線エネルギー差取得部32は、エネルギー差計測処理部20から供給される赤外線エネルギー差を示す情報を取得する。対象温度取得部33は、周囲環境温度取得部31によって取得された周囲環境温度と、赤外線エネルギー差取得部32によって取得された赤外線エネルギー差とに基づいて、計測対象物Pの温度(以下、対象温度)を取得する。具体的には、対象温度取得部33は、取得された周囲環境温度と、赤外線エネルギー差と、エネルギーを温度に換算する換算式とに基づいて、対象温度を取得する。当該換算式は、式(1)によって示される。
The ambient
Vo=A×Tbb^4−B×Ta^4+C…(1)
対象温度:Tbb,周囲環境温度:Ta,サーモパイルの出力電圧:Vo
A,B,C:放射率等を含む定数
Vo = A × Tbb ^ 4-B × Ta ^ 4 + C ... (1)
Target temperature: Tbb, ambient temperature: Ta, thermopile output voltage: Vo
A, B, C: Constants including emissivity, etc.
対象温度取得部33は、取得した対象温度を示す情報を出力部34に供給する。出力部34は、対象温度取得部33から取得した対象温度を示す情報を出力する。出力部34は、例えば、液晶ディスプレイパネル、あるいは、有機EL(ElectroLuminescence)ディスプレイパネルを含む表示装置に対象温度を出力し、表示させる。また、出力部34は、例えば、対象温度を収集する収集装置とネットワークを介して接続されており、収集装置に対して対象温度を示す情報を出力する。
The target
<2.周囲温度計測処理部10の構成>
図2は、本実施形態の周囲温度計測処理部10の構成の一例を示す図である。図2に示される通り、温度検出回路11は、抵抗Ruと、ダイオード部Duと、を備える。抵抗Ruと、ダイオード部Duとは、電圧VDと接地電位との間に、抵抗Ruとダイオード部Duとの順に直列に接続される。ダイオード部Duは、少なくとも1つ以上(図示する例では、3つ)のダイオード(図示するダイオードD)を備える。ダイオードDは、例えば、サーマルダイオードである。ダイオードDは、温度検出部の一例である。抵抗Ruに電圧VDが印加されると、ダイオード部Duには、抵抗Ruの抵抗値と、ダイオードDの順方向電圧による電圧降下分に応じた大きさの所定の電流が流れる。
<2. Configuration of ambient temperature
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the ambient temperature
図3は、本実施形態のダイオードDの温度特性の一例を示す図である。図3の縦軸は、ダイオードDに流れる順方向電流の大きさを示し、横軸は、ダイオードDの順方向電圧の大きさを示す。ダイオード部Duは、周囲環境温度に応じて、バンドギャップと順方向電流の特性が変化する。具体的には、ダイオード部Duは、周囲環境温度が低い場合、バンドギャップが大きくなり、かつ順方向電流の電流量が少なくなる。また、ダイオード部Duは、周囲環境温度が高い場合、バンドギャップが小さくなり、かつ順方向電流の電流量が多くなる。したがって、ダイオード部Duに所定の電流を流し、ダイオード部Duの両端に生じる電位差の変化を計測することにより、周囲環境温度の変化を電圧の変化として計測することができる。抵抗Ruと、ダイオード部Duとの接続点には、出力端子が接続される。温度検出回路11は、抵抗Ru及びダイオード部Duの接続点と、接地電位との間に生じる電圧(つまり、ダイオード部Duの両端に生じる電位差)を、温度信号として出力端子から出力する。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the temperature characteristics of the diode D of the present embodiment. The vertical axis of FIG. 3 indicates the magnitude of the forward current flowing through the diode D, and the horizontal axis indicates the magnitude of the forward voltage of the diode D. In the diode section Du, the characteristics of the band gap and the forward current change according to the ambient temperature. Specifically, when the ambient temperature of the diode portion Du is low, the band gap is large and the amount of forward current is small. Further, when the ambient temperature of the diode portion Du is high, the band gap becomes small and the amount of forward current increases. Therefore, by passing a predetermined current through the diode portion Du and measuring the change in the potential difference occurring at both ends of the diode portion Du, the change in the ambient temperature can be measured as the change in the voltage. An output terminal is connected to the connection point between the resistor Ru and the diode portion Du. The
図4は、本実施形態の温度信号の調整のレンジ一例を示す図である。図4の縦軸は、電圧を示し、横軸は、温度を示す。図4には、温度信号の電圧と、温度変化との対応を示す波形(図示する波形W1)が示される。図4に示す通り、0〜80[℃]の間において、温度信号が取り得る電圧範囲(図示する電圧範囲RV1)は、1.39[V]〜1.95[V]である。ここで、温度信号には、ある基準温度におけるダイオードDの順方向電圧がオフセット電圧として重畳する。このオフセット電圧とは、例えば、周囲環境温度が0[℃]において、0.65[V]程度である。上述したように、ダイオード部Duには、3つのダイオードDが直列に接続される。このため、温度信号には、周囲環境温度が0[℃]時において、1.95[V]程度のオフセット電圧が重畳する。 FIG. 4 is a diagram showing an example of a range for adjusting the temperature signal of the present embodiment. The vertical axis of FIG. 4 indicates the voltage, and the horizontal axis indicates the temperature. FIG. 4 shows a waveform (shown waveform W1) showing the correspondence between the voltage of the temperature signal and the temperature change. As shown in FIG. 4, the voltage range (the shown voltage range RV1) that the temperature signal can take between 0 and 80 [° C.] is 1.39 [V] to 1.95 [V]. Here, the forward voltage of the diode D at a certain reference temperature is superimposed on the temperature signal as an offset voltage. This offset voltage is, for example, about 0.65 [V] when the ambient temperature is 0 [° C.]. As described above, three diodes D are connected in series to the diode section Du. Therefore, an offset voltage of about 1.95 [V] is superimposed on the temperature signal when the ambient temperature is 0 [° C.].
図2に戻り、オフセットゲイン調整回路12は、第1増幅器OP1と、第2増幅器OP2と、第1増幅器OP1の増幅率を決定する抵抗R1と、第1増幅器OP1の増幅率を決定する抵抗R2と、第2増幅器OP2の増幅率を決定する抵抗R3と、第2増幅器OP2の増幅率を決定する抵抗R4と、を備える。第1増幅器OP1及び第2増幅器OP2とは、例えば、オペアンプである。第1増幅器OP1の非反転入力端子と、温度検出回路11の出力端子とが接続される。抵抗R1の一端は、第1増幅器OP1の反転入力端子に接続され、他の一端は、接地される。抵抗R2の一端は、第1増幅器OP1の反転入力端子に接続され、他の一端は、第1増幅器OP1の出力端子に接続される。第2増幅器OP2の非反転入力端子と、第1増幅器OP1の出力端子とが接続される。抵抗R3の一端は、電圧VDに接続され、他の一端は、第2増幅器OP2の反転入力端子に接続される。抵抗R4の一端は、第2増幅器OP2の反転入力端子に接続され、他の一端は、第2増幅器OP2の出力端子に接続される。
Returning to FIG. 2, the offset
上述した構成により、第1増幅器OP1の反転入力端子は、抵抗R1を介して接地される。したがって、第1増幅器OP1の反転入力端子の電位は、入力電圧範囲の下限電位(つまり、接地電位)に基づく電位である。具体的には、第1増幅器OP1の反転入力端子の電位は、接地電位と、第1増幅器OP1の電位との和を抵抗R1と、抵抗R2とによって分圧された電位である。
第1増幅器OP1の増幅率は、増幅後の温度信号が入力電圧範囲の上限(この一例では、4.1[V])を超えない程度の増幅率となるように設定される。この一例では、第1増幅器OP1の増幅率は、抵抗R1及び抵抗R2によって2倍に設定される。これにより、第1増幅器OP1は、接地電位を基準として、温度信号と、接地電位との差分を2倍に増幅する。以降の説明において、第1増幅器OP1が温度信号を増幅した信号を第1増幅信号と記載する。ここで、接地電位とは、第1基準電位の一例である。
図4には、第1増幅信号の電圧と、温度変化との対応を示す波形(図示する波形W2)が示される。図4に示す通り、0〜80[℃]の間において、第1増幅信号が取り得る電圧範囲(図示する電圧範囲RV2)は、2.78[V]〜3.90[V]である。
なお、測定対象の温度範囲(この一例では、0〜80[℃])において、第1増幅信号が入力電圧範囲を越えなければ、第1増幅器OP1の増幅率は、2倍以外の値に設定されてもよい。
With the above configuration, the inverting input terminal of the first amplifier OP1 is grounded via the resistor R1. Therefore, the potential of the inverting input terminal of the first amplifier OP1 is a potential based on the lower limit potential (that is, the ground potential) of the input voltage range. Specifically, the potential of the inverting input terminal of the first amplifier OP1 is the potential obtained by dividing the sum of the ground potential and the potential of the first amplifier OP1 by the resistor R1 and the resistor R2.
The amplification factor of the first amplifier OP1 is set so that the temperature signal after amplification does not exceed the upper limit of the input voltage range (4.1 [V] in this example). In this example, the amplification factor of the first amplifier OP1 is doubled by the resistors R1 and R2. As a result, the first amplifier OP1 amplifies the difference between the temperature signal and the ground potential twice with reference to the ground potential. In the following description, the signal obtained by amplifying the temperature signal by the first amplifier OP1 will be referred to as the first amplified signal. Here, the ground potential is an example of the first reference potential.
FIG. 4 shows a waveform (shown waveform W2) showing the correspondence between the voltage of the first amplified signal and the temperature change. As shown in FIG. 4, the voltage range that the first amplified signal can take (voltage range RV2 in the figure) between 0 and 80 [° C.] is 2.78 [V] to 3.90 [V].
If the first amplification signal does not exceed the input voltage range in the temperature range of the measurement target (0 to 80 [° C.] in this example), the amplification factor of the first amplifier OP1 is set to a value other than double. May be done.
上述した構成により、第2増幅器OP2の反転入力端子は、抵抗R3を介して電圧VDに接続される。したがって、第2増幅器OP2の反転入力端子の電位は、入力電圧範囲の上限電位(つまり、電圧VDの電位)に基づく電位である。具体的には、第2増幅器OP2の反転入力端子の電位は、電圧VDの電位と、第2増幅器OP2の電位との和を抵抗R3と、抵抗R4とによって分圧された電位である。
第2増幅器OP2の増幅率は、増幅後の温度信号が入力電圧範囲の下限(この一例では、0[V])を超えない程度の増幅率となるように設定される。この一例では、第2増幅器OP2の増幅率は、抵抗R3及び抵抗R4によって3倍に設定される。これにより、第2増幅器OP2は、電圧VDの電位を基準として、第1増幅信号との差分を3倍に増幅する。以降の説明において、第2増幅器OP2が第1増幅信号を増幅した信号を第2増幅信号と記載する。ここで、電圧VDの電位とは、第2基準電位の一例である。
図4には、第2増幅信号の電圧と、温度変化との対応を示す波形(図示する波形W3)が示される。図4に示す通り、0〜80[℃]の間において、第2増幅信号が取り得る電圧範囲(図示する電圧範囲RV3)は、0.14[V]〜3.50[V]である。オフセットゲイン調整回路12は、第2増幅信号をA/D変換回路13に出力する。A/D変換回路13は、オフセットゲイン調整回路12から入力される第2増幅信号を、デジタル信号に変換する。
なお、測定対象の温度範囲(この一例では、0〜80[℃])において、第2増幅信号が入力電圧範囲を越えなければ、第2増幅器OP2の増幅率は、3倍以外の値に設定されてもよい。
With the above configuration, the inverting input terminal of the second amplifier OP2 is connected to the voltage VD via the resistor R3. Therefore, the potential of the inverting input terminal of the second amplifier OP2 is a potential based on the upper limit potential of the input voltage range (that is, the potential of the voltage VD). Specifically, the potential of the inverting input terminal of the second amplifier OP2 is the potential obtained by dividing the sum of the potential of the voltage VD and the potential of the second amplifier OP2 by the resistor R3 and the resistor R4.
The amplification factor of the second amplifier OP2 is set so that the temperature signal after amplification does not exceed the lower limit of the input voltage range (0 [V] in this example). In this example, the amplification factor of the second amplifier OP2 is tripled by the resistors R3 and R4. As a result, the second amplifier OP2 amplifies the difference from the first amplified signal three times with reference to the potential of the voltage VD. In the following description, the signal obtained by amplifying the first amplified signal by the second amplifier OP2 will be referred to as a second amplified signal. Here, the potential of the voltage VD is an example of the second reference potential.
FIG. 4 shows a waveform (shown waveform W3) showing the correspondence between the voltage of the second amplified signal and the temperature change. As shown in FIG. 4, the voltage range that the second amplification signal can take (voltage range RV3 in the figure) between 0 and 80 [° C.] is 0.14 [V] to 3.50 [V]. The offset
If the second amplification signal does not exceed the input voltage range in the temperature range of the measurement target (0 to 80 [° C.] in this example), the amplification factor of the second amplifier OP2 is set to a value other than triple. May be done.
上述したように、A/D変換回路13の入力電圧範囲は、0〜4.1[V]である。温度検出回路11が出力する温度信号が取り得る電圧範囲は、1.39[V]〜1.95[V]である。オフセットゲイン調整回路12が出力する第2増幅信号が取り得る電圧範囲は、0.14[V]〜3.50[V]である。
ここで、A/D変換回路13が0〜4.1[V]を0〜255の256段階によって示す場合、温度検出回路11が出力する温度信号が取り得る電圧範囲の1.39[V]〜1.95[V]は、86〜121の範囲によって示される。これに対し、オフセットゲイン調整回路12が出力する第2増幅信号が取り得る電圧範囲の0.14[V]〜3.50[V]は、9〜218の範囲である。したがって、オフセットゲイン調整回路12は、温度検出回路11が出力する温度信号を、A/D変換回路13の入力電圧範囲に合致する広い範囲に調整することができる。
As described above, the input voltage range of the A /
Here, when the A /
なお、上述では、第1増幅器OP1が接地電位を基準として、温度信号を増幅し、第2増幅器OP2が電圧VDを基準として第1増幅信号を増幅する場合について説明したが、これに限られない。例えば、第1増幅器OP1が電圧VDを基準として温度信号を増幅し、第2増幅器OP2が接地電位を基準として第1増幅信号を増幅する構成であってもよい。 In the above description, the case where the first amplifier OP1 amplifies the temperature signal with reference to the ground potential and the second amplifier OP2 amplifies the first amplification signal with reference to the voltage VD has been described, but the present invention is not limited to this. .. For example, the first amplifier OP1 may be configured to amplify the temperature signal with reference to the voltage VD, and the second amplifier OP2 may be configured to amplify the first amplified signal with reference to the ground potential.
<3.実施形態のまとめ>
以上説明したように、本実施形態の温度計測装置1は、温度を検出する温度検出部(この一例では、ダイオードD)と、ダイオードDによって検出された周囲環境温度を示す温度信号と、第1基準電圧(この一例では、接地電位)との差に基づいて、温度信号を増幅する第1増幅器OP1と、第1増幅器OP1によって増幅された第1増幅信号と、第2基準電圧(この一例では、電圧VD)との差に基づいて、第1増幅信号を増幅する第2増幅器OP2と、第2増幅器OP2によって増幅された第2増幅信号のA/D変換を行うA/D変換回路13と、を備える。また、接地電位は、A/D変換回路13がA/D変換が可能な入力電圧範囲の下限に対応する電圧であって、電圧VDは、A/D変換回路13がA/D変換が可能な入力電圧範囲の上限に対応する電圧である。
<3. Summary of embodiments>
As described above, in the
上述したように、温度信号には、ダイオードDのオン電圧がオフセット電圧として重畳される。このため、温度信号を入力電圧範囲に合致させるため、単に増幅した場合(例えば、第1増幅信号の場合)、オフセット電圧も増幅されてしまう。この場合、温度信号が取り得る電圧範囲は、入力電圧範囲のうち、上限値(この一例では、4.1[V])に近い値に偏ってしまう。したがって、温度信号を単に増幅した場合、入力電圧範囲のうち、オフセット電圧以下の範囲を用いることができない。これに対し、本実施形態の温度計測装置1は、温度信号を増幅して温度信号(第1増幅信号)が取り得る電圧の範囲を広げた後、電圧VDを基準に更に増幅する。これにより、本実施形態の温度計測装置1は、入力電圧範囲のうち、温度信号を単に増幅した場合と比較して、温度信号(第2増幅信号)が取り得る電圧の範囲を更に広げることができる。したがって、本実施形態の温度計測装置1によれば、周囲環境温度の変化を高い分解能によってA/D変換することができる。
As described above, the on-voltage of the diode D is superimposed on the temperature signal as an offset voltage. Therefore, in order to match the temperature signal with the input voltage range, the offset voltage is also amplified when simply amplified (for example, in the case of the first amplified signal). In this case, the voltage range that the temperature signal can take is biased toward a value close to the upper limit value (4.1 [V] in this example) of the input voltage range. Therefore, when the temperature signal is simply amplified, the range below the offset voltage cannot be used in the input voltage range. On the other hand, the
また、本実施形態の温度計測装置1において、接地電位とは、A/D変換回路13に印加される基準電圧と同電位の電圧である。また、電圧VDとは、A/D変換回路13に印加される基準電圧と同電位の電圧である、これにより、本実施形態の温度計測装置1は、A/D変換回路13の入力電圧範囲を設定するために別途基準電位を設けることなく、簡便な回路構成によって、周囲環境温度の変化を高い分解能によってA/D変換することができる。
Further, in the
また、本実施形態の温度計測装置1は、温度の計測対象が放射する赤外線を受光する又は前記計測対象に対して赤外線を発光する受発光部(この一例では、サーモパイルセンサ21)と、サーモパイルセンサ21によって受光又は発光された赤外線の強度に基づいて、計測対象物Pとの赤外線エネルギー差を取得する赤外線エネルギー差取得部32と、A/D変換回路13によって出力された値に基づいて、温度計測装置1の周囲環境温度を取得する周囲環境温度取得部31と、赤外線エネルギー差取得部32が取得した赤外線エネルギー差と、周囲環境温度取得部31によって取得された周囲環境温度とに基づいて、計測対象物Pの温度を取得する赤外線エネルギー差取得部32と、赤外線エネルギー差取得部32によって取得された計測対象物Pの温度を示す情報を計測対象物Pの放射温度を示す情報として出力する出力部34と、を備える。
Further, the
ここで、サーモパイルセンサ21は、計測対象物Pとの赤外線エネルギー差を計測するセンサである。したがって、計測対象物Pの対象温度を把握したい場合、赤外線エネルギー差と、周囲環境温度と、エネルギーを温度に換算する換算式とに基づいて、求める必要がある。本実施形態の温度計測装置1によれば、周囲環境温度と、赤外線エネルギー差とに基づいて、計測対象物Pの対象温度を取得することができる。
Here, the thermopile sensor 21 is a sensor that measures the infrared energy difference from the measurement object P. Therefore, when it is desired to grasp the target temperature of the measurement target object P, it is necessary to obtain it based on the infrared energy difference, the ambient environment temperature, and the conversion formula for converting the energy into the temperature. According to the
<4.温度検出部がサーミスタである場合>
なお、上述では、温度検出部がダイオードDである場合について説明したが、これ限られない。温度検出部は、例えば、ダイオードDに代えて、サーミスタであってもよい。サーミスタは、周囲環境温度に応じて、その抵抗値が変化する素子である。したがって、サーミスタに所定の電流を流し、サーミスタの両端に生じる電位差の変化を計測することにより、周囲環境温度の変化を電圧の変化として計測することができる。また、温度信号には、所定の周囲環境温度(例えば、0[℃])におけるサーミスタの抵抗値に応じて、オフセット電圧が生じる。本実施形態の周囲温度計測処理部10によれば、サーミスタのオフセット電圧に応じて第1増幅信号及び第2増幅信号の増幅率を設定し、温度信号(第2増幅信号)が取り得る電圧の範囲を、高電圧の範囲から定電圧の範囲まで更に広げることができる。したがって、本実施形態の温度計測装置1によれば、周囲環境温度の変化を高い分解能によってA/D変換することができる。
<4. When the temperature detector is a thermistor>
In the above description, the case where the temperature detection unit is the diode D has been described, but the present invention is not limited to this. The temperature detection unit may be, for example, a thermistor instead of the diode D. A thermistor is an element whose resistance value changes according to the ambient temperature. Therefore, by passing a predetermined current through the thermistor and measuring the change in the potential difference occurring at both ends of the thermistor, the change in the ambient temperature can be measured as the change in the voltage. Further, an offset voltage is generated in the temperature signal according to the resistance value of the thermistor at a predetermined ambient temperature (for example, 0 [° C.]). According to the ambient temperature
<5.A/D変換回路13に動作基準電圧を供給する場合>
また、上述では、A/D変換回路13の入力電圧範囲が、接地電位から電圧VDである。場合について説明したが、これに限られない。A/D変換回路13の入力電圧範囲の基準となる電圧は、別途設けられる電圧源から供給される構成であってもよい。
図5は、本実施形態のA/D変換回路13の基準電圧の一例を示す図である。
図5に示される通り、この一例において、周囲温度計測処理部10は、基準電圧を生成する電圧源(図示する電圧源PW)を備える。電圧源PWとは、例えば、低損失(Low Drop-Out)型リニアレギュレータである。電圧源PWとは、基準電圧供給部の一例である。電圧源PWは、A/D変換回路13の動作基準電圧を供給する。
<5. When supplying an operation reference voltage to the A /
Further, in the above description, the input voltage range of the A /
FIG. 5 is a diagram showing an example of a reference voltage of the A /
As shown in FIG. 5, in this example, the ambient temperature
電圧源PWの出力端子は、電圧VDに代えて、抵抗R3の一端に接続される。また、電圧源PWの出力端子は、A/D変換回路13の入力電圧範囲が入力される端子(図示するAD_REFH(エーディーリファレンス))に接続される。ここで、電圧VDは、周囲温度計測処理部10を駆動する電圧であるため、A/D変換回路13以外の他の回路の動作によっては、電圧が安定しない場合がある。周囲温度計測処理部10が電圧源PWを備えることにより、A/D変換回路13は、安定した動作基準電圧によって、適切に入力電圧範囲を保ち、第2増幅信号(温度信号)をデジタル信号に変換することができる。また、第2増幅器OP2は、電圧源PWが生成する動作基準電圧に基づいて、第1増幅信号を第2増幅信号に増幅する。したがって、本実施形態の温度計測装置1は、A/D変換回路13の入力電圧範囲の上限値を電圧源PWが生成する動作基準電圧に合致させることにより、より安定に動作する回路において、周囲環境温度の変化を計測することができる。
The output terminal of the voltage source PW is connected to one end of the resistor R3 instead of the voltage VD. Further, the output terminal of the voltage source PW is connected to a terminal (AD_REFH (AD reference) shown in the figure) to which the input voltage range of the A /
以上、本発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。上述した各実施形態に記載の構成を組み合わせてもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment and may be appropriately modified without departing from the spirit of the present invention. can. The configurations described in each of the above-described embodiments may be combined.
1…温度計測装置、10…周囲温度計測処理部、11…温度検出回路、12…オフセットゲイン調整回路、13、23…A/D変換回路、20…エネルギー差計測処理部、21…サーモパイルセンサ、22…増幅回路、30…制御部、31…周囲環境温度取得部、32…赤外線エネルギー差取得部、33…対象温度取得部、34…出力部、D…ダイオード、Du…ダイオード部、OP1…第1増幅器、OP2…第2増幅器、P…計測対象物、PW…電圧源、R1、R2、R3、R4、Ru…抵抗 1 ... Temperature measuring device, 10 ... Ambient temperature measurement processing unit, 11 ... Temperature detection circuit, 12 ... Offset gain adjustment circuit, 13, 23 ... A / D conversion circuit, 20 ... Energy difference measurement processing unit, 21 ... Thermopile sensor, 22 ... Amplifier circuit, 30 ... Control unit, 31 ... Ambient environment temperature acquisition unit, 32 ... Infrared energy difference acquisition unit, 33 ... Target temperature acquisition unit, 34 ... Output unit, D ... Diode, Du ... Diode unit, OP1 ... No. 1 amplifier, OP2 ... 2nd amplifier, P ... measurement object, PW ... voltage source, R1, R2, R3, R4, Ru ... resistor
Claims (8)
前記温度検出部によって検出された前記温度を示す温度信号と、第1基準電圧との差に基づいて、前記温度信号を増幅する第1増幅器と、
前記第1増幅器によって増幅された第1増幅信号と、第2基準電圧との差に基づいて、前記第1増幅信号を増幅する第2増幅器と、
前記第2増幅器によって増幅された信号のA/D変換を行うA/D変換回路と、
を備え、
前記第1基準電圧は、所定の電圧に固定され、前記A/D変換回路がA/D変換が可能な入力電圧範囲の下限に対応する電圧であって、
前記第2基準電圧は、所定の電圧に固定され、前記A/D変換回路がA/D変換が可能な入力電圧範囲の上限に対応する電圧である、
温度計測装置。 A temperature detector that detects the temperature and
A first amplifier that amplifies the temperature signal based on the difference between the temperature signal indicating the temperature detected by the temperature detection unit and the first reference voltage.
A second amplifier that amplifies the first amplified signal based on the difference between the first amplified signal amplified by the first amplifier and the second reference voltage.
An A / D conversion circuit that performs A / D conversion of the signal amplified by the second amplifier, and
With
The first reference voltage is a voltage that is fixed at a predetermined voltage and corresponds to the lower limit of the input voltage range in which the A / D conversion circuit can perform A / D conversion.
The second reference voltage is a voltage that is fixed at a predetermined voltage and corresponds to the upper limit of the input voltage range in which the A / D conversion circuit can perform A / D conversion.
Temperature measuring device.
請求項1に記載の温度計測装置。 The first reference voltage is a voltage having the same potential as the ground potential.
The temperature measuring device according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載の温度計測装置。 The second reference voltage is a voltage having the same potential as the reference voltage applied to the A / D conversion circuit.
The temperature measuring device according to claim 1 or 2.
請求項1又は請求項2に記載の温度計測装置。 The second reference voltage is a voltage supplied from a reference voltage supply unit that supplies an operation reference voltage of the A / D conversion circuit.
The temperature measuring device according to claim 1 or 2.
前記温度信号には、ある基準温度における前記ダイオードの順方向電圧がオフセットとして含まれる、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の温度計測装置。 The temperature detection unit is a diode, and the temperature detection unit is a diode.
The temperature signal includes the forward voltage of the diode at a reference temperature as an offset.
The temperature measuring device according to any one of claims 1 to 4.
前記温度信号には、ある基準温度における前記サーミスタの両端に生じる電圧がオフセットとして含まれる、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の温度計測装置。 The temperature detection unit is a thermistor.
The temperature signal includes as an offset the voltage generated across the thermistor at a reference temperature.
The temperature measuring device according to any one of claims 1 to 4.
前記受発光部によって受光又は発光された前記赤外線の強度に基づいて、前記計測対象との赤外線エネルギー差を取得する赤外線エネルギー差取得部と、
前記A/D変換回路によって出力された値に基づいて、自装置の周囲環境の温度を取得する周囲環境温度取得部と、
前記赤外線エネルギー差取得部によって取得された前記赤外線エネルギー差と、前記周囲環境温度取得部によって取得された前記周囲環境の温度とに基づいて、前記計測対象の温度を取得する対象温度取得部と、
前記対象温度取得部によって取得された前記計測対象の温度を示す情報を出力する出力部と、
を備える請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の温度計測装置。 A light receiving / receiving unit that receives infrared rays radiated by the temperature measurement target or emits infrared rays to the measurement target.
An infrared energy difference acquisition unit that acquires an infrared energy difference from the measurement target based on the intensity of the infrared rays received or emitted by the light receiving / receiving unit.
An ambient environment temperature acquisition unit that acquires the temperature of the ambient environment of the own device based on the value output by the A / D conversion circuit.
A target temperature acquisition unit that acquires the temperature of the measurement target based on the infrared energy difference acquired by the infrared energy difference acquisition unit and the temperature of the ambient environment acquired by the ambient environment temperature acquisition unit.
An output unit that outputs information indicating the temperature of the measurement target acquired by the target temperature acquisition unit, and an output unit.
The temperature measuring device according to any one of claims 1 to 6.
請求項7に記載の温度計測装置。 The light receiving / receiving unit is a thermopile sensor.
The temperature measuring device according to claim 7.
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