JPH09257587A - 非接触型温度計 - Google Patents
非接触型温度計Info
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- JPH09257587A JPH09257587A JP8070632A JP7063296A JPH09257587A JP H09257587 A JPH09257587 A JP H09257587A JP 8070632 A JP8070632 A JP 8070632A JP 7063296 A JP7063296 A JP 7063296A JP H09257587 A JPH09257587 A JP H09257587A
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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
- G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
- G01J5/22—Electrical features thereof
- G01J5/24—Use of specially adapted circuits, e.g. bridge circuits
Abstract
(57)【要約】
【課題】 サーミスタ素子自体の自己発熱を抑えつつ検
出感度及び測定精度を向上させる。 【解決手段】 パルス電圧出力回路１５からは、サーミ
スタボロメータ素子の熱容量に応じ、このサーミスタボ
ロメータ素子の自己発熱の影響を無視できる程度のパル
ス波高、パルス幅、パルス周期を有する矩形波状のパル
ス電圧を出力するように構成してある。検出回路２０で
は、このパルス電圧を入力して、赤外線検出用のサーミ
スタボロメータ素子Ｒｓの赤外線入射量に応じた抵抗値
の変化から生じる差動電圧を出力し、この差動電圧を差
動増幅器２４によって増幅する。電圧加算回路３０は、
パルス電圧発生回路１５から出力されるパルス電圧のパ
ルス周期と同期して差動増幅器２４から出力されるパル
ス電圧を入力し、これを所定パルス数分だけ加算して最
終的な測定電圧とする。
出感度及び測定精度を向上させる。 【解決手段】 パルス電圧出力回路１５からは、サーミ
スタボロメータ素子の熱容量に応じ、このサーミスタボ
ロメータ素子の自己発熱の影響を無視できる程度のパル
ス波高、パルス幅、パルス周期を有する矩形波状のパル
ス電圧を出力するように構成してある。検出回路２０で
は、このパルス電圧を入力して、赤外線検出用のサーミ
スタボロメータ素子Ｒｓの赤外線入射量に応じた抵抗値
の変化から生じる差動電圧を出力し、この差動電圧を差
動増幅器２４によって増幅する。電圧加算回路３０は、
パルス電圧発生回路１５から出力されるパルス電圧のパ
ルス周期と同期して差動増幅器２４から出力されるパル
ス電圧を入力し、これを所定パルス数分だけ加算して最
終的な測定電圧とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非接触で対象物の
温度を測定することができる非接触型温度計に関する。
温度を測定することができる非接触型温度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、温度検出器の感温部に赤外線セン
サを用い、測定対象物が放射する赤外線を受光して感温
部を加熱し、この温度上昇による赤外線センサの出力の
変化から対象物の温度を測定することが行われている。
サを用い、測定対象物が放射する赤外線を受光して感温
部を加熱し、この温度上昇による赤外線センサの出力の
変化から対象物の温度を測定することが行われている。
【０００３】このような熱型の赤外線センサを小型化，
高感度化するために種々の提案がされているが（たとえ
ば特開昭６３−２７３０２４号公報参照）、特に対象物
の温度が室温近傍あるいはそれ以下の場合には、受光で
きる赤外線がごく微弱であるため、サーミスタ型の赤外
線センサを用いた場合には、サーミスタ定数の高い赤外
線センサを利用すると共に、赤外線センサの熱容量を低
減するなど、受光した赤外線により生じる熱エネルギー
をできるだけ散逸しないように赤外線センサの構造に工
夫が施されている。
高感度化するために種々の提案がされているが（たとえ
ば特開昭６３−２７３０２４号公報参照）、特に対象物
の温度が室温近傍あるいはそれ以下の場合には、受光で
きる赤外線がごく微弱であるため、サーミスタ型の赤外
線センサを用いた場合には、サーミスタ定数の高い赤外
線センサを利用すると共に、赤外線センサの熱容量を低
減するなど、受光した赤外線により生じる熱エネルギー
をできるだけ散逸しないように赤外線センサの構造に工
夫が施されている。
【０００４】赤外線センサの熱容量を低減するための工
夫の１つには、例えば、特開昭６３−２７３０２４号公
報に開示されているような、開口部を具備する基板と、
多結晶シリコン膜に対し不純物拡散させて形成された抵
抗膜を具備するセンサ部と、該センサ部を該開口部内に
おいて宙吊状態で該基板に対し支持するメタルブリッジ
とを有する構成とした非接触型半導体温度センサがあ
る。
夫の１つには、例えば、特開昭６３−２７３０２４号公
報に開示されているような、開口部を具備する基板と、
多結晶シリコン膜に対し不純物拡散させて形成された抵
抗膜を具備するセンサ部と、該センサ部を該開口部内に
おいて宙吊状態で該基板に対し支持するメタルブリッジ
とを有する構成とした非接触型半導体温度センサがあ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、サーミスタ
型の赤外線センサは、赤外線の入射によるサーミスタ素
子の温度上昇をサーミスタ素子の電気抵抗の変化により
検出するものである。したがって、従来の技術のように
センサ部を宙吊りにして熱容量の低減を図れば、確かに
高感度化が可能であるが、一方で、サーミスタ抵抗の測
定のために印加される電圧（電流）によりサーミスタ素
子自体が加熱されやすくなり、これが逆に測定精度に悪
影響を与えることが懸念される。
型の赤外線センサは、赤外線の入射によるサーミスタ素
子の温度上昇をサーミスタ素子の電気抵抗の変化により
検出するものである。したがって、従来の技術のように
センサ部を宙吊りにして熱容量の低減を図れば、確かに
高感度化が可能であるが、一方で、サーミスタ抵抗の測
定のために印加される電圧（電流）によりサーミスタ素
子自体が加熱されやすくなり、これが逆に測定精度に悪
影響を与えることが懸念される。
【０００６】また、温度補償用のサーミスタ素子と赤外
線検出用のサーミスタ素子とで温度検出手段を構成する
ものにあっても、感度を高めるため大きな電圧を印加す
ると自己発熱が過大になり、双方のサーミスタ素子間の
温度差がそれぞれ他方のサーミスタ素子の温度に影響を
与えるため、サーミスタ素子自体の加熱が測定精度に悪
影響を与えることが懸念される。
線検出用のサーミスタ素子とで温度検出手段を構成する
ものにあっても、感度を高めるため大きな電圧を印加す
ると自己発熱が過大になり、双方のサーミスタ素子間の
温度差がそれぞれ他方のサーミスタ素子の温度に影響を
与えるため、サーミスタ素子自体の加熱が測定精度に悪
影響を与えることが懸念される。
【０００７】この悪影響を防止するためには、サーミス
タ素子に印加する電圧を極力少なくする方法が考えられ
るが、サーミスタ素子の出力電圧は印加電圧に比例する
ため、発熱量が無視できる程度に印加電圧を低減してし
まうと、これに伴ってその出力電圧も低下してしまうこ
とから、十分な感度を得ることが困難になるという問題
がある。
タ素子に印加する電圧を極力少なくする方法が考えられ
るが、サーミスタ素子の出力電圧は印加電圧に比例する
ため、発熱量が無視できる程度に印加電圧を低減してし
まうと、これに伴ってその出力電圧も低下してしまうこ
とから、十分な感度を得ることが困難になるという問題
がある。
【０００８】本発明は、このような従来の相反する問題
を共に解決するためになされたものであり、サーミスタ
素子自体の自己発熱を抑えつつ検出感度及び測定精度を
向上させた非接触型温度計の提供を目的とする。
を共に解決するためになされたものであり、サーミスタ
素子自体の自己発熱を抑えつつ検出感度及び測定精度を
向上させた非接触型温度計の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は次のように構成されている。
の本発明は次のように構成されている。
【００１０】請求項１に記載の発明は、パルス状に電圧
を出力するパルス電圧出力手段と、当該パルス電圧出力
手段から出力されたパルス状の電圧を入力し、被測定対
象物の温度に対応して入射する赤外線量に応じた大きさ
のパルス状の電圧を出力する赤外線検出手段と、当該赤
外線検出手段から出力されるパルス状の電圧を加算する
加算手段とを有することを特徴とする非接触型温度計で
ある。
を出力するパルス電圧出力手段と、当該パルス電圧出力
手段から出力されたパルス状の電圧を入力し、被測定対
象物の温度に対応して入射する赤外線量に応じた大きさ
のパルス状の電圧を出力する赤外線検出手段と、当該赤
外線検出手段から出力されるパルス状の電圧を加算する
加算手段とを有することを特徴とする非接触型温度計で
ある。
【００１１】このように構成すると、赤外線検出手段に
はパルス状の電圧が印加されることから、定常的に電圧
を印加する場合に比較して単位時間当りの自己発熱量を
小さくすることができる。また、赤外線検出手段から出
力されるパルス状の電圧は加算手段によって加算される
ので、パルスの加算数を最適な回数に設定することによ
って、１つのパルスから得られる電圧が微小であって
も、所望の測定精度を得ることができる。なお、「赤外
線量」とは、赤外線の強度と入射する面積等によって決
定される値である。
はパルス状の電圧が印加されることから、定常的に電圧
を印加する場合に比較して単位時間当りの自己発熱量を
小さくすることができる。また、赤外線検出手段から出
力されるパルス状の電圧は加算手段によって加算される
ので、パルスの加算数を最適な回数に設定することによ
って、１つのパルスから得られる電圧が微小であって
も、所望の測定精度を得ることができる。なお、「赤外
線量」とは、赤外線の強度と入射する面積等によって決
定される値である。
【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のパルス電圧出力手段は、前記赤外線検出手段の熱時定
数に応じ、前記赤外線検出手段の自己発熱の影響を無視
できる程度のパルス波高、パルス幅、パルス周期を有す
る矩形波状のパルス電圧を出力することを特徴とするも
のである。
のパルス電圧出力手段は、前記赤外線検出手段の熱時定
数に応じ、前記赤外線検出手段の自己発熱の影響を無視
できる程度のパルス波高、パルス幅、パルス周期を有す
る矩形波状のパルス電圧を出力することを特徴とするも
のである。
【００１３】このようなパルス波高、パルス幅、パルス
周期を有する矩形波状のパルス電圧を赤外線検出手段に
印加するようにすれば、赤外線検出手段の自己発熱の影
響がなくなるので、検出感度が向上することになる。
周期を有する矩形波状のパルス電圧を赤外線検出手段に
印加するようにすれば、赤外線検出手段の自己発熱の影
響がなくなるので、検出感度が向上することになる。
【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の赤外線検出手段は、直列接続された抵抗器からなる第
１回路と少なくとも被測定対象物の温度に対応して入射
する赤外線量に感応して自己の抵抗値を変化させる赤外
線検出素子を含み当該第１回路に並列に接続される第２
回路とからなる検出回路と、当該検出回路における前記
第１回路の抵抗器間の任意の点と前記第２回路の前記赤
外線検出素子と他の回路構成要素との間の任意の点との
電位差を増幅する増幅手段とから構成され、前記第１回
路と第２回路との接続点には、前記パルス出力手段が接
続されるものであることを特徴とするものである。
の赤外線検出手段は、直列接続された抵抗器からなる第
１回路と少なくとも被測定対象物の温度に対応して入射
する赤外線量に感応して自己の抵抗値を変化させる赤外
線検出素子を含み当該第１回路に並列に接続される第２
回路とからなる検出回路と、当該検出回路における前記
第１回路の抵抗器間の任意の点と前記第２回路の前記赤
外線検出素子と他の回路構成要素との間の任意の点との
電位差を増幅する増幅手段とから構成され、前記第１回
路と第２回路との接続点には、前記パルス出力手段が接
続されるものであることを特徴とするものである。
【００１５】このように構成すると、検出回路から出力
されるパルス状の電圧は増幅手段で増幅されることにな
るので、同一の測定精度を維持するとした場合には、増
幅手段の増幅率分だけパルス出力手段から出力されるパ
ルスの波高値を低下させることができるため、その分自
己発熱の影響が低減され、検出感度が向上することにな
る。
されるパルス状の電圧は増幅手段で増幅されることにな
るので、同一の測定精度を維持するとした場合には、増
幅手段の増幅率分だけパルス出力手段から出力されるパ
ルスの波高値を低下させることができるため、その分自
己発熱の影響が低減され、検出感度が向上することにな
る。
【００１６】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の赤外線検出手段を構成する前記第１回路は、２つの抵
抗器が直列に接続されてなり、一方、前記第２回路は、
赤外線検出用の赤外線検出素子と温度補償用の赤外線検
出素子とが直列に接続されてなることを特徴とするもの
である。
の赤外線検出手段を構成する前記第１回路は、２つの抵
抗器が直列に接続されてなり、一方、前記第２回路は、
赤外線検出用の赤外線検出素子と温度補償用の赤外線検
出素子とが直列に接続されてなることを特徴とするもの
である。
【００１７】請求項５に記載の発明は、請求項３又は請
求項４に記載の赤外線検出素子は、空洞部を有し、該空
洞部上に形成された絶縁性の薄膜部に薄膜半導体材料か
ら成る薄膜サーミスタ素子を用いた感温部が設けられた
ものであることを特徴とする。
求項４に記載の赤外線検出素子は、空洞部を有し、該空
洞部上に形成された絶縁性の薄膜部に薄膜半導体材料か
ら成る薄膜サーミスタ素子を用いた感温部が設けられた
ものであることを特徴とする。
【００１８】このような構成にすると、赤外線検出素子
の熱容量を小さくすることができ、検出感度が良好とな
る。
の熱容量を小さくすることができ、検出感度が良好とな
る。
【００１９】請求項６に記載の発明は、請求項３から請
求項５のいずれかの請求項において、前記パルス電圧出
力手段は、前記赤外線検出素子の熱時定数よりも十分短
いパルス幅のパルス電圧を出力することを特徴とする。
求項５のいずれかの請求項において、前記パルス電圧出
力手段は、前記赤外線検出素子の熱時定数よりも十分短
いパルス幅のパルス電圧を出力することを特徴とする。
【００２０】このようなパルス幅のパルス電圧とする
と、赤外線検出素子の自己発熱をなくすことができ、検
出感度が向上することになる。
と、赤外線検出素子の自己発熱をなくすことができ、検
出感度が向上することになる。
【００２１】請求項７に記載の発明は、請求項１に記載
の加算手段は、前記赤外線検出手段から出力されるパル
ス状の電圧を所定パルス数分加算することを特徴とす
る。
の加算手段は、前記赤外線検出手段から出力されるパル
ス状の電圧を所定パルス数分加算することを特徴とす
る。
【００２２】このようにしてパルスの加算を行うと、そ
の加算数に応じた出力電圧を得ることができるので、赤
外線検出手段から出力されるパルスの波高値やパルス幅
を小さくすることができ、また、パルス周期を長くする
ことができるので、赤外線検出手段の自己発熱量を小さ
くし、検出感度を向上させることができることになる。
の加算数に応じた出力電圧を得ることができるので、赤
外線検出手段から出力されるパルスの波高値やパルス幅
を小さくすることができ、また、パルス周期を長くする
ことができるので、赤外線検出手段の自己発熱量を小さ
くし、検出感度を向上させることができることになる。
【００２３】請求項８に記載の発明は、請求項３に記載
の加算手段は、前記増幅手段から出力されるパルス状の
電圧を前記パルス電圧出力手段から出力されるパルス状
の電圧の出力タイミングと同期して入力し、当該入力し
た電圧を所定パルス数分加算することを特徴とする。
の加算手段は、前記増幅手段から出力されるパルス状の
電圧を前記パルス電圧出力手段から出力されるパルス状
の電圧の出力タイミングと同期して入力し、当該入力し
た電圧を所定パルス数分加算することを特徴とする。
【００２４】このようにパルス電圧出力手段から出力さ
れるパルスの出力タイミングと、加算手段が入力するパ
ルスの入力タイミングとを合わせると、電圧の加算が効
率良く行える。したがって、測定精度を向上させること
ができるようになる。
れるパルスの出力タイミングと、加算手段が入力するパ
ルスの入力タイミングとを合わせると、電圧の加算が効
率良く行える。したがって、測定精度を向上させること
ができるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明を詳細に説明する前に、本
発明の概要を説明する。
発明の概要を説明する。
【００２６】本発明では、赤外線センサとしてサーミス
タボロメータ素子を用いている。本発明では、このサー
ミスタボロメータ素子に印加する電圧（または電流）に
よる自己発熱量を低減するために印加電圧を下げるので
はなく、サーミスタボロメータ素子の熱時定数より十分
短い時間だけ電圧（パルス電圧）を印加することによ
り、従来技術で問題となっていた自己発熱の効果を無視
できる程度に低減している。
タボロメータ素子を用いている。本発明では、このサー
ミスタボロメータ素子に印加する電圧（または電流）に
よる自己発熱量を低減するために印加電圧を下げるので
はなく、サーミスタボロメータ素子の熱時定数より十分
短い時間だけ電圧（パルス電圧）を印加することによ
り、従来技術で問題となっていた自己発熱の効果を無視
できる程度に低減している。
【００２７】すなわち、本発明は、サーミスタボロメー
タ素子のインピーダンスを測定するためには、定常的に
電圧（または電流）を印加しておく必要はなく、瞬間的
に電圧を印加し、そのパルス時間幅の間で適当なサンプ
リングおよびピークホールド等の手段を用いてインピー
ダンスを測定すれば良いとの考え方に基づき、また、印
加するパルスを複数個用いれば、各々のパルスごとに出
力電圧を得て、それらを電気的に加算することにより大
きな出力電圧を得ることができ、感度を向上させること
ができるであろうとの考え方に基づいてなされたもので
ある。
タ素子のインピーダンスを測定するためには、定常的に
電圧（または電流）を印加しておく必要はなく、瞬間的
に電圧を印加し、そのパルス時間幅の間で適当なサンプ
リングおよびピークホールド等の手段を用いてインピー
ダンスを測定すれば良いとの考え方に基づき、また、印
加するパルスを複数個用いれば、各々のパルスごとに出
力電圧を得て、それらを電気的に加算することにより大
きな出力電圧を得ることができ、感度を向上させること
ができるであろうとの考え方に基づいてなされたもので
ある。
【００２８】以下に、本発明の１実施形態を図面を参照
しつつ詳細に説明する。
しつつ詳細に説明する。
【００２９】図１は、本発明の非接触型温度計の概略構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【００３０】同図に示すパルス電圧発生回路１５は、図
３に示すようなパルス状の電圧を発生するものであり、
パルス電圧出力手段として機能するものである。このパ
ルス電圧発生回路１５からは、後述するサーミスタボロ
メータ素子の熱容量に応じ、このサーミスタボロメータ
素子の自己発熱の影響を無視できる程度のパルス波高、
パルス幅、パルス周期を有する矩形波状のパルス電圧を
出力するように構成してある。特に、このパルス幅は、
サーミスタボロメータ素子の熱時定数よりも十分短いパ
ルス幅としている。
３に示すようなパルス状の電圧を発生するものであり、
パルス電圧出力手段として機能するものである。このパ
ルス電圧発生回路１５からは、後述するサーミスタボロ
メータ素子の熱容量に応じ、このサーミスタボロメータ
素子の自己発熱の影響を無視できる程度のパルス波高、
パルス幅、パルス周期を有する矩形波状のパルス電圧を
出力するように構成してある。特に、このパルス幅は、
サーミスタボロメータ素子の熱時定数よりも十分短いパ
ルス幅としている。
【００３１】このパルス電圧発生回路１５から出力され
るパルス状の電圧は、被測定対象物の温度に対応して入
射する赤外線量に応じた大きさのパルス状の電圧を出力
する赤外線検出手段２０に入力される。この赤外線検出
手段２０は、検出回路２２と差動増幅器２４とから構成
される。
るパルス状の電圧は、被測定対象物の温度に対応して入
射する赤外線量に応じた大きさのパルス状の電圧を出力
する赤外線検出手段２０に入力される。この赤外線検出
手段２０は、検出回路２２と差動増幅器２４とから構成
される。
【００３２】検出回路２２は、同図に示すように、抵抗
器Ｒ１と抵抗器Ｒ２とが直列接続されてなる第１回路及
び赤外線を検出するサーミスタボロメータ素子Ｒｓ（検
出素子）と環境温度を検出して温度補償を行うためのサ
ーミスタボロメータ素子Ｒｃ（補償素子）とが直列接続
されてなる第２回路が並列接続されてホイートストンブ
リッジを構成している回路である。
器Ｒ１と抵抗器Ｒ２とが直列接続されてなる第１回路及
び赤外線を検出するサーミスタボロメータ素子Ｒｓ（検
出素子）と環境温度を検出して温度補償を行うためのサ
ーミスタボロメータ素子Ｒｃ（補償素子）とが直列接続
されてなる第２回路が並列接続されてホイートストンブ
リッジを構成している回路である。
【００３３】差動増幅器２４は、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ
２との接続点と、サーミスタボロメータ素子Ｒｓ（検出
素子）とサーミスタボロメータ素子Ｒｃ（補償素子）と
の接続点とに接続され、両接続点間の電位差を増幅して
出力するものである。なお、この検出回路２２にはパル
ス電圧発生回路１５からパルス状の電圧が印加されるの
で、前記両接続点間に現れる電位差もパルス状に変化し
たものとなる。したがって、差動増幅器２４は、このパ
ルス状に変化する電位差を増幅することになる。
２との接続点と、サーミスタボロメータ素子Ｒｓ（検出
素子）とサーミスタボロメータ素子Ｒｃ（補償素子）と
の接続点とに接続され、両接続点間の電位差を増幅して
出力するものである。なお、この検出回路２２にはパル
ス電圧発生回路１５からパルス状の電圧が印加されるの
で、前記両接続点間に現れる電位差もパルス状に変化し
たものとなる。したがって、差動増幅器２４は、このパ
ルス状に変化する電位差を増幅することになる。
【００３４】ところで、前述の２つの抵抗器Ｒ１とＲ２
は温度係数の小さい固定抵抗器であり、これらの抵抗値
は基準温度（室温）でホイートストンブリッジが平衡状
態になるように、サーミスタボロメータ素子Ｒｓ（検出
素子）と環境温度を検出して温度補償を行うためのサー
ミスタボロメータ素子Ｒｃ（補償素子）との抵抗値に合
わせて設定されている。
は温度係数の小さい固定抵抗器であり、これらの抵抗値
は基準温度（室温）でホイートストンブリッジが平衡状
態になるように、サーミスタボロメータ素子Ｒｓ（検出
素子）と環境温度を検出して温度補償を行うためのサー
ミスタボロメータ素子Ｒｃ（補償素子）との抵抗値に合
わせて設定されている。
【００３５】ここで用いられているサーミスタボロメー
タ素子Ｒｓ，Ｒｃのそれぞれは、図２に示すように、空
洞部１を有し、該空洞部１上に形成された絶縁性の薄膜
部９に薄膜半導体材料から成る薄膜サーミスタ素子を用
いた感温部３，４を設けたものであり、この感温部３，
４の熱容量を低減し、かつ支持梁５を伝わってセンサ基
体６に散逸する熱量を極小にするため、薄く（厚さ４μ
ｍ）、細い（幅１０μmおよび２０μm）支持梁５で幅広
（直径６００μm）の感温部３，４を吊った構造、すな
わち架橋構造にしてある。
タ素子Ｒｓ，Ｒｃのそれぞれは、図２に示すように、空
洞部１を有し、該空洞部１上に形成された絶縁性の薄膜
部９に薄膜半導体材料から成る薄膜サーミスタ素子を用
いた感温部３，４を設けたものであり、この感温部３，
４の熱容量を低減し、かつ支持梁５を伝わってセンサ基
体６に散逸する熱量を極小にするため、薄く（厚さ４μ
ｍ）、細い（幅１０μmおよび２０μm）支持梁５で幅広
（直径６００μm）の感温部３，４を吊った構造、すな
わち架橋構造にしてある。
【００３６】この薄膜部９の上面には表蓋７が接合され
ているが、この表蓋７の表面には赤外線遮光膜８が成膜
され、この赤外線遮光膜８の感温部３に対向する位置に
は、赤外線を内部に導くための入射窓１０が設けてあ
る。また、センサ基体６の下面には裏蓋１１が接合され
ている。
ているが、この表蓋７の表面には赤外線遮光膜８が成膜
され、この赤外線遮光膜８の感温部３に対向する位置に
は、赤外線を内部に導くための入射窓１０が設けてあ
る。また、センサ基体６の下面には裏蓋１１が接合され
ている。
【００３７】このように、感温部３，４の片側の感温部
３のみに入射窓１０を介して赤外線が入射されるように
しているので、感温部３を有するサーミスタボロメータ
素子Ｒｓは赤外線を検出する素子として、また、感温部
４を有するサーミスタボロメータ素子Ｒｃは温度補償素
子として機能することになる。
３のみに入射窓１０を介して赤外線が入射されるように
しているので、感温部３を有するサーミスタボロメータ
素子Ｒｓは赤外線を検出する素子として、また、感温部
４を有するサーミスタボロメータ素子Ｒｃは温度補償素
子として機能することになる。
【００３８】電圧加算回路３０は、差動増幅器２４から
出力されるパルス状の電圧を所定パルス数分加算するも
のであって、そのパルスの取込みタイミングは、パルス
電圧発生回路１０からパルスが出力されるタイミングに
同期している。この同期は、パルス電圧発生回路１５と
電圧加算回路３０とを接続している信号線を介して行わ
れる。
出力されるパルス状の電圧を所定パルス数分加算するも
のであって、そのパルスの取込みタイミングは、パルス
電圧発生回路１０からパルスが出力されるタイミングに
同期している。この同期は、パルス電圧発生回路１５と
電圧加算回路３０とを接続している信号線を介して行わ
れる。
【００３９】表示装置３５は、電圧加算回路３０からの
出力電圧を温度に変換して表示するものである。
出力電圧を温度に変換して表示するものである。
【００４０】図３は、図１及び図２に示したサーミスタ
ボロメータ素子において、赤外線検出用のサーミスタボ
ロメータ素子Ｒｓの感温部３の温度の時間的変化の状況
と、このサーミスタボロメータ素子Ｒｓに印加する矩形
波状のパルス電圧を模式的に示したものである。
ボロメータ素子において、赤外線検出用のサーミスタボ
ロメータ素子Ｒｓの感温部３の温度の時間的変化の状況
と、このサーミスタボロメータ素子Ｒｓに印加する矩形
波状のパルス電圧を模式的に示したものである。
【００４１】なお、このパルス電圧の電圧値とそのパル
ス幅の調整により、赤外線検出用のサーミスタボロメー
タ素子Ｒｓ及び温度補償用のサーミスタボロメータ素子
Ｒｃのいずれの素子のジュール熱による温度上昇を、無
視できる程度に小さくすることも可能であるが、本実施
の形態において例示している検出回路２２によれば、た
とえ温度上昇しても温度補償用のサーミスタボロメータ
素子Ｒｃにも全く同じタイミングで矩形波状のパルス電
流が流れるので、両素子間の差動出力を得ることによ
り、そのジュール熱による自己発熱効果を無視できる程
度にすることができる。
ス幅の調整により、赤外線検出用のサーミスタボロメー
タ素子Ｒｓ及び温度補償用のサーミスタボロメータ素子
Ｒｃのいずれの素子のジュール熱による温度上昇を、無
視できる程度に小さくすることも可能であるが、本実施
の形態において例示している検出回路２２によれば、た
とえ温度上昇しても温度補償用のサーミスタボロメータ
素子Ｒｃにも全く同じタイミングで矩形波状のパルス電
流が流れるので、両素子間の差動出力を得ることによ
り、そのジュール熱による自己発熱効果を無視できる程
度にすることができる。
【００４２】本実施の形態において例示しているサーミ
スタボロメータ素子Ｒｓ，Ｒｃの熱時定数は、図３に示
してあるように、約１秒であるため、パルス電圧発生回
路１５から出力される１個目（最初）のパルス電圧は、
その温度の上昇が十分飽和してから印加するようにして
いる。たとえば、温度計の図示していないスイッチをＯ
Ｎして１秒以上経ってからパルス電圧発生回路１５から
パルス電圧が出力されることになる。このようにすれ
ば、極めて正確な測定をすることができるようになるか
らである。
スタボロメータ素子Ｒｓ，Ｒｃの熱時定数は、図３に示
してあるように、約１秒であるため、パルス電圧発生回
路１５から出力される１個目（最初）のパルス電圧は、
その温度の上昇が十分飽和してから印加するようにして
いる。たとえば、温度計の図示していないスイッチをＯ
Ｎして１秒以上経ってからパルス電圧発生回路１５から
パルス電圧が出力されることになる。このようにすれ
ば、極めて正確な測定をすることができるようになるか
らである。
【００４３】従来は、検出回路２２に定常的に電圧を印
加しながら、その出力電圧を測定していた。その際、架
橋構造状に形成したサーミスタボロメータ素子の自己発
熱を考慮し、比較的低い電圧（約１Ｖ）を用いていた
が、検出回路２２の出力電圧は印加電圧に比例するた
め、測定精度が低下しないような電圧を得ることは上記
自己発熱との兼ね合いで非常に困難であった。
加しながら、その出力電圧を測定していた。その際、架
橋構造状に形成したサーミスタボロメータ素子の自己発
熱を考慮し、比較的低い電圧（約１Ｖ）を用いていた
が、検出回路２２の出力電圧は印加電圧に比例するた
め、測定精度が低下しないような電圧を得ることは上記
自己発熱との兼ね合いで非常に困難であった。
【００４４】計算によりサーミスタボロメータ素子の自
己発熱量とそれに由来するサーミスタボロメータ素子の
温度上昇を求めると、次のように、測定しようとする温
度の精度（±０．０１℃）に比べて無視できない大きさ
であることがわかる。
己発熱量とそれに由来するサーミスタボロメータ素子の
温度上昇を求めると、次のように、測定しようとする温
度の精度（±０．０１℃）に比べて無視できない大きさ
であることがわかる。
【００４５】本実施の形態で例示している，架橋構造に
形成したサーミスタボロメータ素子の熱容量Ｃｖは、そ
の材質の比熱，密度，大きさから、３．５９×１０-6Ｊ
／Ｋと求められる。
形成したサーミスタボロメータ素子の熱容量Ｃｖは、そ
の材質の比熱，密度，大きさから、３．５９×１０-6Ｊ
／Ｋと求められる。
【００４６】一方、定常電圧Ｖをこのサーミスタボロメ
ータ素子に印加したときの発熱量Ｑは、Ｑ＝Ｖ2 ／Ｒ
（Ｒはサーミスタボロメータ素子のインピーダンス）で
あるから、Ｖ＝１（Ｖ）のとき、Ｑ＝１．４３×１０-6
Ｗである。
ータ素子に印加したときの発熱量Ｑは、Ｑ＝Ｖ2 ／Ｒ
（Ｒはサーミスタボロメータ素子のインピーダンス）で
あるから、Ｖ＝１（Ｖ）のとき、Ｑ＝１．４３×１０-6
Ｗである。
【００４７】従って、サーミスタボロメータ素子の自己
発熱による温度上昇ΔＴは、熱の逃げを無視すると、Δ
Ｔ＝Ｑｔ／Ｃｖ＝０．４０Ｋ と考えられる。
発熱による温度上昇ΔＴは、熱の逃げを無視すると、Δ
Ｔ＝Ｑｔ／Ｃｖ＝０．４０Ｋ と考えられる。
【００４８】（ｔは時間で、熱時定数の１秒とした） なお、本実施の形態の上記サーミスタボロメータ素子
は、前述の通り真空中で架橋構造としてあるので、熱の
逃げを無視できる。
は、前述の通り真空中で架橋構造としてあるので、熱の
逃げを無視できる。
【００４９】これに対して、本発明では、印加電圧をパ
ルスにしてごく短い時間だけ印加するようにしているの
で、正味の発熱量が低減できることになる。さらに、１
パルスのピーク電圧を従来の定常的な印加電圧より高く
したので、それに比例して大きな出力電圧が得られた。
さらに、電圧加算回路３０においては、複数個のパルス
による出力電圧を加算するようになっているので、パル
ス数倍の大きさの総合出力電圧が得られることになる。
ルスにしてごく短い時間だけ印加するようにしているの
で、正味の発熱量が低減できることになる。さらに、１
パルスのピーク電圧を従来の定常的な印加電圧より高く
したので、それに比例して大きな出力電圧が得られた。
さらに、電圧加算回路３０においては、複数個のパルス
による出力電圧を加算するようになっているので、パル
ス数倍の大きさの総合出力電圧が得られることになる。
【００５０】図１に示したパルス電圧発生回路１５から
出力される矩形波状のパルス電圧は、図３に示すよう
に、パルス波高（ピーク電圧）が５Ｖでパルス幅が１ｍ
ｓであり、このような波高値とパルス幅を有するパルス
電圧を１秒間に５パルス出力、つまりパルス周期を２０
０ｍｓとしている。
出力される矩形波状のパルス電圧は、図３に示すよう
に、パルス波高（ピーク電圧）が５Ｖでパルス幅が１ｍ
ｓであり、このような波高値とパルス幅を有するパルス
電圧を１秒間に５パルス出力、つまりパルス周期を２０
０ｍｓとしている。
【００５１】このようなパルス電圧をサーミスタボロメ
ータ素子に印加するようにしたので、その温度上昇ΔＴ
は、ΔＴ＝０．００９９２Ｋとなって、従来の１／４０
以下となり、測定温度精度より小さく抑えられた。その
結果、図４に示すように、総合出力電圧は従来の２５倍
の電圧が得られ、高感度な非接触型温度計が実現され
た。
ータ素子に印加するようにしたので、その温度上昇ΔＴ
は、ΔＴ＝０．００９９２Ｋとなって、従来の１／４０
以下となり、測定温度精度より小さく抑えられた。その
結果、図４に示すように、総合出力電圧は従来の２５倍
の電圧が得られ、高感度な非接触型温度計が実現され
た。
【００５２】さらに、赤外線検出用のサーミスタボロメ
ータ素子Ｒｓ及び温度補償用のサーミスタボロメータ素
子Ｒｃ検出素子の形状を全く同一にすることにより、更
に大きな矩形波状のパルス電圧を印加して、ジュール熱
（自己発熱）による温度上昇が０．４Ｋになったとして
も、両素子の温度差を１×１０-4Ｋ以下にすることが可
能になった。
ータ素子Ｒｓ及び温度補償用のサーミスタボロメータ素
子Ｒｃ検出素子の形状を全く同一にすることにより、更
に大きな矩形波状のパルス電圧を印加して、ジュール熱
（自己発熱）による温度上昇が０．４Ｋになったとして
も、両素子の温度差を１×１０-4Ｋ以下にすることが可
能になった。
【００５３】このように構成された本発明の非接触型温
度計は、次のように動作することになる。
度計は、次のように動作することになる。
【００５４】まず、本発明の非接触型温度計を対象物に
向けてから図示されていないスイッチがＯＮされると、
サーミスタボロメータ素子Ｒｓの温度上昇の飽和（本実
施の形態では１秒以上）を待って、パルス電圧出力回路
１５から図３に示したようなパルス波高，パルス幅，パ
ルス周期のパルス電圧が出力される。検出回路２０で
は、このパルス電圧を入力して、赤外線検出用のサーミ
スタボロメータ素子Ｒｓの赤外線（入射）量に応じた抵
抗値の変化から生じる差動電圧を出力し、この差動電圧
が差動増幅器２４によって増幅される。電圧加算回路３
０は、パルス電圧発生回路１５から出力されるパルス電
圧のパルス周期と同期して差動増幅器２４から出力され
るパルス電圧を入力し、これを図４に示したように所定
パルス数分だけ加算して最終的な測定電圧とする。表示
装置３５では、この測定電圧を受けてこの電圧に応じた
温度表示をする。
向けてから図示されていないスイッチがＯＮされると、
サーミスタボロメータ素子Ｒｓの温度上昇の飽和（本実
施の形態では１秒以上）を待って、パルス電圧出力回路
１５から図３に示したようなパルス波高，パルス幅，パ
ルス周期のパルス電圧が出力される。検出回路２０で
は、このパルス電圧を入力して、赤外線検出用のサーミ
スタボロメータ素子Ｒｓの赤外線（入射）量に応じた抵
抗値の変化から生じる差動電圧を出力し、この差動電圧
が差動増幅器２４によって増幅される。電圧加算回路３
０は、パルス電圧発生回路１５から出力されるパルス電
圧のパルス周期と同期して差動増幅器２４から出力され
るパルス電圧を入力し、これを図４に示したように所定
パルス数分だけ加算して最終的な測定電圧とする。表示
装置３５では、この測定電圧を受けてこの電圧に応じた
温度表示をする。
【００５５】以上に記載した本実施の形態一例は、本発
明を説明するためのものであり、本発明がこの実施例に
のみ限定されるものではない。したがって、以下のよう
な態様でも本発明の適用は可能である。
明を説明するためのものであり、本発明がこの実施例に
のみ限定されるものではない。したがって、以下のよう
な態様でも本発明の適用は可能である。
【００５６】パルス波高（ピーク電圧）は、従来の定常
電圧の数倍の電圧が印加できるので、従来の数倍の感度
で十分な用途では、一度の測定でパルスは一個でもよ
い。
電圧の数倍の電圧が印加できるので、従来の数倍の感度
で十分な用途では、一度の測定でパルスは一個でもよ
い。
【００５７】また、高速の差動増幅器や電圧加算回路等
を用いれば、パルス幅はより狭くてもよく、それだけ電
圧印加によるサーミスタボロメータ素子の自己発熱を低
減することが可能である。
を用いれば、パルス幅はより狭くてもよく、それだけ電
圧印加によるサーミスタボロメータ素子の自己発熱を低
減することが可能である。
【００５８】また、上記の例では、検出回路２２は定電
圧駆動としたが、これは定電流駆動としても発明の趣旨
は何ら変わることなく適用できる。
圧駆動としたが、これは定電流駆動としても発明の趣旨
は何ら変わることなく適用できる。
【００５９】また、たとえば本発明の非接触型温度計に
おいても、輻射光検出（赤外線検出用），温度補償（温
度補償用）両方のサーミスタボロメータ素子を真空中に
パッケージングして、感温部から周囲の空気への熱伝導
による熱の散逸を低減すれば、より高い感度が得られる
ことは従来技術と同様である。
おいても、輻射光検出（赤外線検出用），温度補償（温
度補償用）両方のサーミスタボロメータ素子を真空中に
パッケージングして、感温部から周囲の空気への熱伝導
による熱の散逸を低減すれば、より高い感度が得られる
ことは従来技術と同様である。
【００６０】なお、本実施の形態では、サーミスタボロ
メータ素子をホイートストンブリッジとする構成を記載
したが、これをインピーダンスブリッジとしても良い。
インピーダンスブリッジは位相調整が可能なため、パル
ス幅を狭めることができる。
メータ素子をホイートストンブリッジとする構成を記載
したが、これをインピーダンスブリッジとしても良い。
インピーダンスブリッジは位相調整が可能なため、パル
ス幅を狭めることができる。
【００６１】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、赤外線
検出手段にはパルス状の電圧が印加されることから、定
常的に電圧を印加する場合に比較して自己発熱量を小さ
くすることができる。また、赤外線検出手段から出力さ
れるパルス状の電圧は加算手段によって加算されるの
で、パルスの加算数を最適な回数に設定することによっ
て、１つのパルスから得られる電圧が微小であっても、
所望の測定精度を得ることができる。
検出手段にはパルス状の電圧が印加されることから、定
常的に電圧を印加する場合に比較して自己発熱量を小さ
くすることができる。また、赤外線検出手段から出力さ
れるパルス状の電圧は加算手段によって加算されるの
で、パルスの加算数を最適な回数に設定することによっ
て、１つのパルスから得られる電圧が微小であっても、
所望の測定精度を得ることができる。
【００６２】請求項２及び請求項６に記載の発明によれ
ば、赤外線検出手段の自己発熱の影響がなくなるので、
検出感度が向上することになる。
ば、赤外線検出手段の自己発熱の影響がなくなるので、
検出感度が向上することになる。
【００６３】請求項３及び請求項４に記載の発明によれ
ば、検出回路から出力されるパルス状の電圧は増幅手段
で増幅されることになるので、同一の測定精度を維持す
るとした場合には、増幅手段の増幅率分だけパルス出力
手段から出力されるパルスの波高値を低下させることが
できるため、その分自己発熱の影響が低減され、検出感
度が向上することになる。
ば、検出回路から出力されるパルス状の電圧は増幅手段
で増幅されることになるので、同一の測定精度を維持す
るとした場合には、増幅手段の増幅率分だけパルス出力
手段から出力されるパルスの波高値を低下させることが
できるため、その分自己発熱の影響が低減され、検出感
度が向上することになる。
【００６４】請求項５に記載の発明によれば、赤外線検
出素子の熱容量を小さくすることができ、検出感度が良
好となる。
出素子の熱容量を小さくすることができ、検出感度が良
好となる。
【００６５】請求項７に記載の発明によれば、パルスの
加算数に応じた出力電圧を得ることができるので、赤外
線検出手段から出力されるパルスの波高値やパルス幅を
小さくすることができ、また、パルス周期を長くするこ
とができるので、赤外線検出手段の自己発熱量を小さく
し、検出感度を向上させることができることになる。請
求項８に記載の発明によれば、パルス電圧出力手段から
出力されるパルスの出力タイミングと、加算手段が入力
するパルスの入力タイミングとが一致するので、電圧の
加算が効率良く行えるようになり、測定精度を向上させ
ることができるようになる。
加算数に応じた出力電圧を得ることができるので、赤外
線検出手段から出力されるパルスの波高値やパルス幅を
小さくすることができ、また、パルス周期を長くするこ
とができるので、赤外線検出手段の自己発熱量を小さく
し、検出感度を向上させることができることになる。請
求項８に記載の発明によれば、パルス電圧出力手段から
出力されるパルスの出力タイミングと、加算手段が入力
するパルスの入力タイミングとが一致するので、電圧の
加算が効率良く行えるようになり、測定精度を向上させ
ることができるようになる。
【図１】 本発明の非接触型温度計の概略構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図２】 一組の同一形状の架橋構造に形成したサーミ
スタボロメータ素子の概観図である。
スタボロメータ素子の概観図である。
【図３】 赤外線検出用のサーミスタボロメータ素子の
温度の時間変化とサーミスタボロメータ素子に印加する
パルス電圧を表す図である。
温度の時間変化とサーミスタボロメータ素子に印加する
パルス電圧を表す図である。
【図４】 総合出力電圧の時間変化を従来の測定法によ
る出力電圧と比較して表した図である。
る出力電圧と比較して表した図である。
１…空洞部、 ２…薄膜部、３，４…感温部、５…
支持梁、６…センサ基体、 ７…表蓋、８…赤外線遮光
膜、９…赤外線受光部、１０…入射窓、 １１…裏
蓋、１５…パルス電圧出力手段、２０…赤外線検出手
段、２２…検出回路、 ２４…差動増幅回路、３０…電
圧加算回路、３５…表示装置 Ｒｓ…赤外線検出用サーミスタボロメータ素子、Ｒｃ…
温度補償用サーミスタボロメータ素子。
支持梁、６…センサ基体、 ７…表蓋、８…赤外線遮光
膜、９…赤外線受光部、１０…入射窓、 １１…裏
蓋、１５…パルス電圧出力手段、２０…赤外線検出手
段、２２…検出回路、 ２４…差動増幅回路、３０…電
圧加算回路、３５…表示装置 Ｒｓ…赤外線検出用サーミスタボロメータ素子、Ｒｃ…
温度補償用サーミスタボロメータ素子。
Claims (8)
- 【請求項１】 パルス状に電圧を出力するパルス電圧出
力手段と、 当該パルス電圧出力手段から出力されたパルス状の電圧
を入力し、被測定対象物の温度に対応して入射する赤外
線量に応じた大きさのパルス状の電圧を出力する赤外線
検出手段と、 当該赤外線検出手段から出力されるパルス状の電圧を加
算する加算手段とを有することを特徴とする非接触型温
度計。 - 【請求項２】 前記パルス電圧出力手段は、前記赤外線
検出手段の熱時定数に応じ、前記赤外線検出手段の自己
発熱の影響を無視できる程度のパルス波高、パルス幅、
パルス周期を有する矩形波状のパルス電圧を出力するこ
とを特徴とする請求項１に記載の非接触型温度計。 - 【請求項３】 前記赤外線検出手段は、直列接続された
抵抗器からなる第１回路と少なくとも被測定対象物の温
度に対応して入射する赤外線量に感応して自己の抵抗値
を変化させる赤外線検出素子を含み当該第１回路に並列
に接続される第２回路とからなる検出回路と、当該検出
回路における前記第１回路の抵抗器間の任意の点と前記
第２回路の前記赤外線検出素子と他の回路構成要素との
間の任意の点との電位差を増幅する増幅手段とから構成
され、前記第１回路と第２回路との接続点には、前記パ
ルス出力手段が接続されるものであることを特徴とする
請求項１に記載の非接触型温度計。 - 【請求項４】 前記赤外線検出手段を構成する前記第１
回路は、２つの抵抗器が直列に接続されてなり、一方、
前記第２回路は、赤外線検出用の赤外線検出素子と温度
補償用の赤外線検出素子とが直列に接続されてなること
を特徴とする請求項３に記載の非接触型温度計。 - 【請求項５】 前記赤外線検出素子は、空洞部を有し、
該空洞部上に形成された絶縁性の薄膜部に薄膜半導体材
料から成る薄膜サーミスタ素子を用いた感温部が設けら
れたものであることを特徴とする請求項３または請求項
４に記載の非接触型温度計。 - 【請求項６】 前記パルス電圧出力手段は、前記赤外線
検出素子の熱時定数よりも十分短いパルス幅のパルス電
圧を出力することを特徴とする請求項３から請求項５の
いずれかに記載の非接触型温度計。 - 【請求項７】 前記加算手段は、前記赤外線検出手段か
ら出力されるパルス状の電圧を所定パルス数分加算する
ことを特徴とする請求項１に記載の非接触型温度計。 - 【請求項８】 前記加算手段は、前記増幅手段から出力
されるパルス状の電圧を前記パルス電圧出力手段から出
力されるパルス状の電圧の出力タイミングと同期して入
力し、当該入力した電圧を所定パルス数分加算すること
を特徴とする請求項３に記載の非接触型温度計。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8070632A JPH09257587A (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 非接触型温度計 |
| US08/826,796 US6048092A (en) | 1996-03-26 | 1997-03-25 | Noncontacting thermometer |
| DE69721886T DE69721886T2 (de) | 1996-03-26 | 1997-03-26 | Kontaktloses Thermometer |
| EP97400680A EP0798545B1 (en) | 1996-03-26 | 1997-03-26 | Noncontacting thermometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8070632A JPH09257587A (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 非接触型温度計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09257587A true JPH09257587A (ja) | 1997-10-03 |
Family
ID=13437219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8070632A Pending JPH09257587A (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 非接触型温度計 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6048092A (ja) |
| EP (1) | EP0798545B1 (ja) |
| JP (1) | JPH09257587A (ja) |
| DE (1) | DE69721886T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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