JPH0244378B2 - - Google Patents
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- JPH0244378B2 JPH0244378B2 JP58016423A JP1642383A JPH0244378B2 JP H0244378 B2 JPH0244378 B2 JP H0244378B2 JP 58016423 A JP58016423 A JP 58016423A JP 1642383 A JP1642383 A JP 1642383A JP H0244378 B2 JPH0244378 B2 JP H0244378B2
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- pyroelectric
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 101100484930 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) VPS41 gene Proteins 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910003781 PbTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
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- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
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- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/34—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using capacitors, e.g. pyroelectric capacitors
- G01J5/35—Electrical features thereof
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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- G01J5/34—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using capacitors, e.g. pyroelectric capacitors
Landscapes
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は定温式および差動式の両方の性能を合
せもつ補償式スポツト型熱感知器に関するもので
ある。
せもつ補償式スポツト型熱感知器に関するもので
ある。
従来例の構成とその問題点
従来の熱感知器は定温式、差動式、補償式の３
方式がある。その内、定温式、差動式はいろいろ
な作動原理のものがあるが、補償式には空気・金
属膨張併用式しか知られていない。火災の発生に
おいては燃焼状態では差動式、燻焼状態では定温
式が有利であるが、両方の欠点を補つた補償式の
方が確実に火災を発見できる。このように機能の
複合化によつて単一機能では誤動作をおこした
り、見出せなかつたものをより確実に知ることが
できる。
方式がある。その内、定温式、差動式はいろいろ
な作動原理のものがあるが、補償式には空気・金
属膨張併用式しか知られていない。火災の発生に
おいては燃焼状態では差動式、燻焼状態では定温
式が有利であるが、両方の欠点を補つた補償式の
方が確実に火災を発見できる。このように機能の
複合化によつて単一機能では誤動作をおこした
り、見出せなかつたものをより確実に知ることが
できる。
発明の目的
本発明は簡単な構成により温度と温度変化率の
両方を検知し、定温式、差動式を合わせもつた補
償式の熱感知器、安定な動作をする温度コントロ
ール用センサ等を実現するための新規な熱感知器
を提供することを目的とする。
両方を検知し、定温式、差動式を合わせもつた補
償式の熱感知器、安定な動作をする温度コントロ
ール用センサ等を実現するための新規な熱感知器
を提供することを目的とする。
発明の構成
本発明はインピーダンス変換を行なつた焦電素
子の直流電圧レベルの変動により周囲温度および
温度上昇率の両者を検知するようにした熱感知器
である。
子の直流電圧レベルの変動により周囲温度および
温度上昇率の両者を検知するようにした熱感知器
である。
実施例の説明
以下本発明を実施例にもとづいて詳細に説明す
る。
る。
焦電形赤外線検出器は被測温物体からでる赤外
線エネルギーを焦電素子でうけ、それによる温度
上昇を電圧に変換して読み出す。焦電素子は絶縁
体で抵抗が高いので取扱いにくいため、第１図に
示すように、FET２を用いたインピーダンス変
換回路を焦電素子１に接続し、この回路をTO−
５等のヘツダー、キヤツプに組込む。ここで３は
入力抵抗、４は出力抵抗である。印加電圧VCに
12Vを加えFET２を動作状態にすれば、常温TO
で直流バイアス電圧VO（TO）は約1Vとなる。こ
の時焦電素子１に赤外透過窓を通つてチヨツピン
グされて入つてきた被測温物体の放射赤外エネル
ギーによりVO（TO）の上に重畳れた交流信号とし
て出力がとりだされる。ここでVO（Ｔ）は周囲温
度（Ｔ）が変動すると変化し、温度が上昇するに
従つて、大きくなる。その様子を第２図に示す。
この上昇の仕方はFET２の種類によつて変る。
そしてそのFET２の使用温度上限近傍で印加電
圧VCに達し、ラツチアツプ状態になり動作しな
くなる。このようにVO（Ｔ）は周囲温度によつて
変化するので一定電圧で作動するように温度を設
定すれば、定温式の熱感知器となる。
線エネルギーを焦電素子でうけ、それによる温度
上昇を電圧に変換して読み出す。焦電素子は絶縁
体で抵抗が高いので取扱いにくいため、第１図に
示すように、FET２を用いたインピーダンス変
換回路を焦電素子１に接続し、この回路をTO−
５等のヘツダー、キヤツプに組込む。ここで３は
入力抵抗、４は出力抵抗である。印加電圧VCに
12Vを加えFET２を動作状態にすれば、常温TO
で直流バイアス電圧VO（TO）は約1Vとなる。こ
の時焦電素子１に赤外透過窓を通つてチヨツピン
グされて入つてきた被測温物体の放射赤外エネル
ギーによりVO（TO）の上に重畳れた交流信号とし
て出力がとりだされる。ここでVO（Ｔ）は周囲温
度（Ｔ）が変動すると変化し、温度が上昇するに
従つて、大きくなる。その様子を第２図に示す。
この上昇の仕方はFET２の種類によつて変る。
そしてそのFET２の使用温度上限近傍で印加電
圧VCに達し、ラツチアツプ状態になり動作しな
くなる。このようにVO（Ｔ）は周囲温度によつて
変化するので一定電圧で作動するように温度を設
定すれば、定温式の熱感知器となる。
この焦電形赤外検出器は周囲温度が一定の温度
変化率で変化した時に直流バイアス電圧は一定量
だけ変化する。基板上にのつた２mm×２mmの
PbTiO3素子１と、1011Ωの入力抵抗３をTO−５
型の容器に入れた構成の時の様子を第３図に示
す。これは次の様に説明される。分極をＰ、焦電
係数をｐ、温度をＴ、時間をｔ、素子面積をＡ、
焦電流ip、温度変化率dT／dtをαとすると ｐ＝dP／dT＝dP／dt／dT／dt＝ip／Aα……(1) とあらわされる。だから ip＝Aα・ｐ ……(2) となりFETのゲートに生ずる電圧Vpは入力抵抗
３の値をR1とすると Vp＝ip・R1＝Ap・R1・α ……(3) とあらわされる。従つて温度変化率αと温度変化
によつて生じた焦電圧Vpは比例する。ｐ＝2.5×
10-8coul／cm2・〓（PbTiO3）、Ａ＝４mm2、R1＝
1011Ωとし、αを℃／minであらわすと、(3)式よ
り Vp≒1.67α〔Ｖ〕 ……(4) となる。出力電圧ＶはFET特性に依存する。
変化率で変化した時に直流バイアス電圧は一定量
だけ変化する。基板上にのつた２mm×２mmの
PbTiO3素子１と、1011Ωの入力抵抗３をTO−５
型の容器に入れた構成の時の様子を第３図に示
す。これは次の様に説明される。分極をＰ、焦電
係数をｐ、温度をＴ、時間をｔ、素子面積をＡ、
焦電流ip、温度変化率dT／dtをαとすると ｐ＝dP／dT＝dP／dt／dT／dt＝ip／Aα……(1) とあらわされる。だから ip＝Aα・ｐ ……(2) となりFETのゲートに生ずる電圧Vpは入力抵抗
３の値をR1とすると Vp＝ip・R1＝Ap・R1・α ……(3) とあらわされる。従つて温度変化率αと温度変化
によつて生じた焦電圧Vpは比例する。ｐ＝2.5×
10-8coul／cm2・〓（PbTiO3）、Ａ＝４mm2、R1＝
1011Ωとし、αを℃／minであらわすと、(3)式よ
り Vp≒1.67α〔Ｖ〕 ……(4) となる。出力電圧ＶはFET特性に依存する。
FETのID−VGS曲線と出力抵抗４の値R2に依存
する負荷直線の交点のIDをIDOとすれば、Ｖ＝
IDO・R2で示される。ここでIDOがVpにより変わ
り、Vpが大きくなるとIDOが大きくなる。FETの
ID−VGS曲線は直線ではないので厳密にはＶはVp
と直線的には比例しないが、実験的には直線で十
分近似できる。これはID−VGS曲線の温度依存性
から見掛上gmがあまり変らないようになるため
と思われる。ID−VGS曲線を直線近似すると、 Ｖ＝gmR2・Vp−VT／１＋gmR2 ……(5) となる。一般的にgmR2≫１となるようにとるか
ら、 Ｖ≒Vp−VT ……(6) と近似され、出力電圧ＶはVpと直線比例する。
ここでVTはFETのピンチオフ電圧である。
する負荷直線の交点のIDをIDOとすれば、Ｖ＝
IDO・R2で示される。ここでIDOがVpにより変わ
り、Vpが大きくなるとIDOが大きくなる。FETの
ID−VGS曲線は直線ではないので厳密にはＶはVp
と直線的には比例しないが、実験的には直線で十
分近似できる。これはID−VGS曲線の温度依存性
から見掛上gmがあまり変らないようになるため
と思われる。ID−VGS曲線を直線近似すると、 Ｖ＝gmR2・Vp−VT／１＋gmR2 ……(5) となる。一般的にgmR2≫１となるようにとるか
ら、 Ｖ≒Vp−VT ……(6) と近似され、出力電圧ＶはVpと直線比例する。
ここでVTはFETのピンチオフ電圧である。
実測値は第３図から
Ｖ＝VO（Ｔ）≒1.3α〔Ｖ〕 ……(7)
となり、(4)式と良い一致を示す。このように温度
変化率が数℃／min以上では実験的にも直線にの
るので、出力電圧Ｖの変動を捕えることにより温
度変化率を知ることができる。(7)式から印加電圧
VCに12Vを使うとα≒９℃／minでラツチしてし
まい火災検知器の作動試験条件の温度変化率10〜
15℃／minで動作しない。そこでこの直線の傾き
を変えるには、(3)式を見ればわかるように素子面
積Ａ又は入力抵抗値R1を変えることによりVpを
変化させる。また外の周囲温度変化が直接素子に
伝わらないようにケースの熱容量を大きくするこ
とにより直線の傾きは小さくなり、0.3V／℃／
min位にするのは容易である。
変化率が数℃／min以上では実験的にも直線にの
るので、出力電圧Ｖの変動を捕えることにより温
度変化率を知ることができる。(7)式から印加電圧
VCに12Vを使うとα≒９℃／minでラツチしてし
まい火災検知器の作動試験条件の温度変化率10〜
15℃／minで動作しない。そこでこの直線の傾き
を変えるには、(3)式を見ればわかるように素子面
積Ａ又は入力抵抗値R1を変えることによりVpを
変化させる。また外の周囲温度変化が直接素子に
伝わらないようにケースの熱容量を大きくするこ
とにより直線の傾きは小さくなり、0.3V／℃／
min位にするのは容易である。
このように温度変化率に対する直流バイアス電
圧変動量は、素子、ケースを設計し、入力抵抗を
選択することにより要求仕様を満たすことができ
る。一定電圧に設定レベルをとると、温度及び温
度変化いずれか又は両方を感知できる。この場合
周囲温度が高い時に感知できる温度変化率は周囲
温度が低い時に感知できる温度変化率にくらべて
小さい。もしこの現象をさけて一定の温度変化率
を検知したい場合は、急激な温度変化率が生じる
直前の電圧レベルを記憶しておいて、その値を基
準とするような電気的な処理を行なえばよい。こ
のように目的に応じて容易に感知機能、レベルを
変えることが可能である。
圧変動量は、素子、ケースを設計し、入力抵抗を
選択することにより要求仕様を満たすことができ
る。一定電圧に設定レベルをとると、温度及び温
度変化いずれか又は両方を感知できる。この場合
周囲温度が高い時に感知できる温度変化率は周囲
温度が低い時に感知できる温度変化率にくらべて
小さい。もしこの現象をさけて一定の温度変化率
を検知したい場合は、急激な温度変化率が生じる
直前の電圧レベルを記憶しておいて、その値を基
準とするような電気的な処理を行なえばよい。こ
のように目的に応じて容易に感知機能、レベルを
変えることが可能である。
またこの直流バイアス電圧のみを用いるだけで
なく、本来の赤外線検出器の効果も合せて用いる
ことも可能である。例えば特定波長のみをぬきだ
す赤外光学フイルターを用いて炎の放射エネルギ
ーを検知し得る。このようにすると炎の検知、温
度、温度変化率を同時に検知できるより確実な火
災検知器となる。またこの熱感知器は感度を任意
の値にするように設計でき、設定値も容易に変え
られる利点をもつので、火災検知だけでなく民生
用機器に多く利用されることが期待される。例え
ばエアコン用温度センサーとして周囲温度又は急
激な温度変化率を検知するのでこの機能を用いて
温度コントロールを行なうことができる。この熱
感知器による温度コントロールにいわゆるON／
OFFコントロールでなく、PID方式の温度コント
ロールに相当するため、複雑な構成がいらずにな
めらかなリツプルの少ない温度コントロールを行
なうことができる。なお赤外エネルギー検知が特
に必要でない場合は窓のないキヤツプで封じれば
良い。
なく、本来の赤外線検出器の効果も合せて用いる
ことも可能である。例えば特定波長のみをぬきだ
す赤外光学フイルターを用いて炎の放射エネルギ
ーを検知し得る。このようにすると炎の検知、温
度、温度変化率を同時に検知できるより確実な火
災検知器となる。またこの熱感知器は感度を任意
の値にするように設計でき、設定値も容易に変え
られる利点をもつので、火災検知だけでなく民生
用機器に多く利用されることが期待される。例え
ばエアコン用温度センサーとして周囲温度又は急
激な温度変化率を検知するのでこの機能を用いて
温度コントロールを行なうことができる。この熱
感知器による温度コントロールにいわゆるON／
OFFコントロールでなく、PID方式の温度コント
ロールに相当するため、複雑な構成がいらずにな
めらかなリツプルの少ない温度コントロールを行
なうことができる。なお赤外エネルギー検知が特
に必要でない場合は窓のないキヤツプで封じれば
良い。
なお、焦電素子をケースに封入するのは、第３
図の傾斜を正確に得るためであるから、シールド
効果さえあればケース封入以外の方法によつても
よい。
図の傾斜を正確に得るためであるから、シールド
効果さえあればケース封入以外の方法によつても
よい。
また、熱輻射以外に熱伝導による場合にも本発
明は使用できる。
明は使用できる。
発明の効果
以上のように、本発明はインピーダンス変換を
行なつた焦電素子による焦電形熱検出器の直流バ
イアス電圧の変動を検出して、周囲温度および温
度上昇率の両方を検出するようにした熱感知器
で、温度と温度変化率両方を同時にとらえ、火災
検知器としては定温式、差動式を合わせもつた補
償式の熱感知器とすることができ、又民生用の温
度コントロール用センサーとしても用いられる安
定確実な動作を行なう新規な熱感知器である。
行なつた焦電素子による焦電形熱検出器の直流バ
イアス電圧の変動を検出して、周囲温度および温
度上昇率の両方を検出するようにした熱感知器
で、温度と温度変化率両方を同時にとらえ、火災
検知器としては定温式、差動式を合わせもつた補
償式の熱感知器とすることができ、又民生用の温
度コントロール用センサーとしても用いられる安
定確実な動作を行なう新規な熱感知器である。
第１図は本発明による焦電型熱感知器の構成を
示す結線図、第２図は第１図の熱感知器における
直流バイアス電圧の温度依存性を示す特性図、第
３図は第１図の直流バイアス電圧の温度変化率依
存性を示す特性図である。 １……焦電素子、２……FET、３……入力抵
抗、４……出力抵抗。
示す結線図、第２図は第１図の熱感知器における
直流バイアス電圧の温度依存性を示す特性図、第
３図は第１図の直流バイアス電圧の温度変化率依
存性を示す特性図である。 １……焦電素子、２……FET、３……入力抵
抗、４……出力抵抗。
Claims (1)
- １ インピーダンス変換回路を備えた焦電素子を
有する焦電形検出器の直流電圧を検出して周囲温
度及び温度上昇率の両方を検出することを特徴と
する熱感知器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58016423A JPS59142427A (ja) | 1983-02-02 | 1983-02-02 | 熱感知器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58016423A JPS59142427A (ja) | 1983-02-02 | 1983-02-02 | 熱感知器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59142427A JPS59142427A (ja) | 1984-08-15 |
| JPH0244378B2 true JPH0244378B2 (ja) | 1990-10-03 |
Family
ID=11915826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58016423A Granted JPS59142427A (ja) | 1983-02-02 | 1983-02-02 | 熱感知器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59142427A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63269028A (ja) * | 1987-04-25 | 1988-11-07 | Murata Mfg Co Ltd | 温度検知器 |
| EP2343524B1 (en) | 2009-12-24 | 2013-02-13 | Seiko Epson Corporation | Infrared detection circuit, sensor device, and electronic instrument |
| JP5747498B2 (ja) | 2010-01-06 | 2015-07-15 | セイコーエプソン株式会社 | センサーデバイス及び電子機器 |
| JP5578045B2 (ja) | 2010-01-26 | 2014-08-27 | セイコーエプソン株式会社 | 検出装置、センサーデバイス及び電子機器 |
| JP5736744B2 (ja) | 2010-01-26 | 2015-06-17 | セイコーエプソン株式会社 | 熱センサーデバイス及び電子機器 |
| JP5533638B2 (ja) | 2010-12-24 | 2014-06-25 | セイコーエプソン株式会社 | 検出装置、センサーデバイス及び電子機器 |
| JP2012134415A (ja) | 2010-12-24 | 2012-07-12 | Seiko Epson Corp | 検出装置、センサーデバイス及び電子機器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5677729A (en) * | 1979-11-29 | 1981-06-26 | Sanyo Electric Co Ltd | Noncontact type infrared-ray detector |
| JPS5638835B2 (ja) * | 1972-07-10 | 1981-09-09 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5638835U (ja) * | 1979-08-31 | 1981-04-11 |
-
1983
- 1983-02-02 JP JP58016423A patent/JPS59142427A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5638835B2 (ja) * | 1972-07-10 | 1981-09-09 | ||
| JPS5677729A (en) * | 1979-11-29 | 1981-06-26 | Sanyo Electric Co Ltd | Noncontact type infrared-ray detector |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59142427A (ja) | 1984-08-15 |
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| JPH0330955Y2 (ja) |