JPH0989672A - 輻射熱センサ - Google Patents
輻射熱センサInfo
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- JPH0989672A JPH0989672A JP7239399A JP23939995A JPH0989672A JP H0989672 A JPH0989672 A JP H0989672A JP 7239399 A JP7239399 A JP 7239399A JP 23939995 A JP23939995 A JP 23939995A JP H0989672 A JPH0989672 A JP H0989672A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】簡単名構成で高精度に被測定物の温度を検出す
る輻射熱センサを得る。 【解決手段】直列接続した２個の感熱素子と２個の抵抗
で構成したブリッジ回路に抵抗を直列接続し、この抵抗
を選択的に短絡して、上記ブリッジ回路の中点間の電位
差を被測定物の温度データとし、この温度データを上記
ブリッジ回路と抵抗の中点の電位として得られる周囲温
度データと予め求めた使用する感熱素子の温度ドリフト
勾配のデータで所定の演算処理により補正して、高精度
に被測定物の温度を検出する。
る輻射熱センサを得る。 【解決手段】直列接続した２個の感熱素子と２個の抵抗
で構成したブリッジ回路に抵抗を直列接続し、この抵抗
を選択的に短絡して、上記ブリッジ回路の中点間の電位
差を被測定物の温度データとし、この温度データを上記
ブリッジ回路と抵抗の中点の電位として得られる周囲温
度データと予め求めた使用する感熱素子の温度ドリフト
勾配のデータで所定の演算処理により補正して、高精度
に被測定物の温度を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボロメータタイプ
の輻射熱センサに係り、特に被測定物の検出温度の測定
精度向上を図った輻射熱センサに関するものである。
の輻射熱センサに係り、特に被測定物の検出温度の測定
精度向上を図った輻射熱センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】輻射熱を測定する手段としては、半導体
の光電効果を利用した量子型センサと、光の輻射熱を吸
収し温度が上昇することを利用した熱効果型センサの２
つに分類される。前者は測定精度が高く、応答性も良い
反面、測定できる光の波長域が狭いことや常温で使用で
きないという欠点を有している。それに対して後者は感
度、応答性とも量子型センサより劣るが、構造が簡単で
機械的強度も強く、広い範囲の光の波長を感知でき、常
温での使用も可能である。
の光電効果を利用した量子型センサと、光の輻射熱を吸
収し温度が上昇することを利用した熱効果型センサの２
つに分類される。前者は測定精度が高く、応答性も良い
反面、測定できる光の波長域が狭いことや常温で使用で
きないという欠点を有している。それに対して後者は感
度、応答性とも量子型センサより劣るが、構造が簡単で
機械的強度も強く、広い範囲の光の波長を感知でき、常
温での使用も可能である。
【０００３】代表的な熱効果型のセンサには、熱電対を
多数直列に接続して起電力を高めた熱電堆を用いた熱電
堆タイプ、圧電体の焦電効果を利用した焦電タイプ、更
にサーミスタの導電率の変化を利用したサーミスタボロ
メータタイプがある。
多数直列に接続して起電力を高めた熱電堆を用いた熱電
堆タイプ、圧電体の焦電効果を利用した焦電タイプ、更
にサーミスタの導電率の変化を利用したサーミスタボロ
メータタイプがある。
【０００４】電熱堆タイプは、放射線温度計として広く
実用化されているが、熱電堆素子が複雑で高価であり、
焦電タイプは圧電体素子が比較的安価であるが、出力を
得るためには光線を断続するチョッパー機構が必要で、
測定システムが高価である。サーミスタボロメータタイ
プの原理そのものは２個のサーミスタと集光部があれば
よく、潜在的なコストダウンの可能性を有している。具
体的には、測定用サーミスタを赤外線の集光部に配置
し、補償用サーミスタを光線が当たらないように考慮し
て測定用サーミスタの近傍に配置する。それらのサーミ
スタをブリッジ回路に組み、出力を増幅して測定値を得
るのが一般的な方法である。
実用化されているが、熱電堆素子が複雑で高価であり、
焦電タイプは圧電体素子が比較的安価であるが、出力を
得るためには光線を断続するチョッパー機構が必要で、
測定システムが高価である。サーミスタボロメータタイ
プの原理そのものは２個のサーミスタと集光部があれば
よく、潜在的なコストダウンの可能性を有している。具
体的には、測定用サーミスタを赤外線の集光部に配置
し、補償用サーミスタを光線が当たらないように考慮し
て測定用サーミスタの近傍に配置する。それらのサーミ
スタをブリッジ回路に組み、出力を増幅して測定値を得
るのが一般的な方法である。
【０００５】しかしながら、サーミスタボロメータをセ
ンサとして使用する場合、測定部の周囲温度変化による
影響は避けられず、また、微小な特性の変化を検出しな
ければならないため、検出信号を高倍率の増幅回路で増
幅しなければならない。これらの課題を解決するため、
特開昭６０−３２２８８号では雰囲気温度を検出してマ
イクロコンピュータ制御で検出温度の補正をしたり、特
公平４−７３０８５号では増幅回路に高精度差動増幅シ
ステムを用いて対応している。
ンサとして使用する場合、測定部の周囲温度変化による
影響は避けられず、また、微小な特性の変化を検出しな
ければならないため、検出信号を高倍率の増幅回路で増
幅しなければならない。これらの課題を解決するため、
特開昭６０−３２２８８号では雰囲気温度を検出してマ
イクロコンピュータ制御で検出温度の補正をしたり、特
公平４−７３０８５号では増幅回路に高精度差動増幅シ
ステムを用いて対応している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、サーミスタを
ペアで取り扱う場合は、これらの問題の他に、素子固有
の特性、主にＢ定数特性（温度変化に対する抵抗値変化
の割合、即ち温度ドリフト勾配の特性）をそろえる必要
がある。Ｂは一般に定数と呼ばれているが、固定値では
なく温度が上昇すると若干増大していく性質があるた
め、メーカではＲ25−Ｒ85間（２５℃、８５℃における
抵抗値）のＢというような注釈の仕方をしている。
ペアで取り扱う場合は、これらの問題の他に、素子固有
の特性、主にＢ定数特性（温度変化に対する抵抗値変化
の割合、即ち温度ドリフト勾配の特性）をそろえる必要
がある。Ｂは一般に定数と呼ばれているが、固定値では
なく温度が上昇すると若干増大していく性質があるた
め、メーカではＲ25−Ｒ85間（２５℃、８５℃における
抵抗値）のＢというような注釈の仕方をしている。
【０００７】仮に、サーミスタをペアで用いて両者のＢ
定数値が数パーセントずれていたとしたら、測定部の周
囲温度が多少変化しただけでも、被測定物温度出力に影
響を及ぼしてしまう。なぜならば、高倍率の増幅回路で
検出信号を増幅しているからである。このような周囲温
度変化によるドリフトを無くすためには、極めてＢ定数
特性のそろったサーミスタをペアで使用せねばならず、
製造上の歩留まりの悪化は避けられない。本発明は、Ｂ
定数が数パーセントずれていても補正が可能な、高精度
サーミスタボロメータタイプの輻射熱センサを提供する
ことを目的とする。
定数値が数パーセントずれていたとしたら、測定部の周
囲温度が多少変化しただけでも、被測定物温度出力に影
響を及ぼしてしまう。なぜならば、高倍率の増幅回路で
検出信号を増幅しているからである。このような周囲温
度変化によるドリフトを無くすためには、極めてＢ定数
特性のそろったサーミスタをペアで使用せねばならず、
製造上の歩留まりの悪化は避けられない。本発明は、Ｂ
定数が数パーセントずれていても補正が可能な、高精度
サーミスタボロメータタイプの輻射熱センサを提供する
ことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の請求項１に記載する輻射熱センサは直列に
接続した２個の感熱素子と、直列に接続した特性の等し
い２個の抵抗とで形成したブリッジ回路手段と、該ブリ
ッジ回路手段に直列に接続した抵抗と、該抵抗をオン、
オフの繰り返し信号により選択的に短絡する短絡手段と
該短絡手段が開成しているときの上記ブリッジ回路手段
と抵抗の中点の電位に応じた値を記憶する第１の記憶手
段と、上記短絡手段が閉成しているときの上記ブリッジ
回路手段内の２個の感熱素子と２個の抵抗のそれぞれの
中点間の電位差に応じた値を記憶する第２の記憶手段
と、上記第１及び第２の記憶手段に記憶されたデータに
基づき、周囲温度の変化による検出温度の誤差の補正を
上記オン、オフの繰り返し信号に同期して繰り返し演算
処理する演算手段と、該演算手段の制御を行う制御手段
とを設けた構成にする。
め、本発明の請求項１に記載する輻射熱センサは直列に
接続した２個の感熱素子と、直列に接続した特性の等し
い２個の抵抗とで形成したブリッジ回路手段と、該ブリ
ッジ回路手段に直列に接続した抵抗と、該抵抗をオン、
オフの繰り返し信号により選択的に短絡する短絡手段と
該短絡手段が開成しているときの上記ブリッジ回路手段
と抵抗の中点の電位に応じた値を記憶する第１の記憶手
段と、上記短絡手段が閉成しているときの上記ブリッジ
回路手段内の２個の感熱素子と２個の抵抗のそれぞれの
中点間の電位差に応じた値を記憶する第２の記憶手段
と、上記第１及び第２の記憶手段に記憶されたデータに
基づき、周囲温度の変化による検出温度の誤差の補正を
上記オン、オフの繰り返し信号に同期して繰り返し演算
処理する演算手段と、該演算手段の制御を行う制御手段
とを設けた構成にする。
【０００９】また、請求項２に記載する輻射熱センサは
直列に接続した２個の感熱素子と、直列に接続した特性
の等しい２個の抵抗とで形成したブリッジ回路手段と、
該ブリッジ回路手段に直列に接続した抵抗と、該抵抗を
オン、オフの繰り返し信号により選択的に短絡する短絡
手段と、該短絡手段が開成しているときの上記ブリッジ
回路手段と抵抗の中点の電位に応じた値を記憶する第１
の記憶手段と上記短絡手段が閉成しているときの上記ブ
リッジ回路手段内の２個の感熱素子と２個の抵抗のそれ
ぞれの中点間の電位差に応じた値を記憶する第２の記憶
手段と、使用する上記感熱素子固有の温度ドリフト勾配
に応じたデータを記憶する第３の記憶手段と、上記第
１、第２及び第３の記憶手段に記憶されたデータに基づ
き周囲温度の変化及び上記感熱素子の温度ドリフト勾配
のばらつきによる温度検出誤差の補正の演算を間欠的に
繰り返し行う演算手段と、該演算手段の制御を行う制御
手段とを設けた構成にする。
直列に接続した２個の感熱素子と、直列に接続した特性
の等しい２個の抵抗とで形成したブリッジ回路手段と、
該ブリッジ回路手段に直列に接続した抵抗と、該抵抗を
オン、オフの繰り返し信号により選択的に短絡する短絡
手段と、該短絡手段が開成しているときの上記ブリッジ
回路手段と抵抗の中点の電位に応じた値を記憶する第１
の記憶手段と上記短絡手段が閉成しているときの上記ブ
リッジ回路手段内の２個の感熱素子と２個の抵抗のそれ
ぞれの中点間の電位差に応じた値を記憶する第２の記憶
手段と、使用する上記感熱素子固有の温度ドリフト勾配
に応じたデータを記憶する第３の記憶手段と、上記第
１、第２及び第３の記憶手段に記憶されたデータに基づ
き周囲温度の変化及び上記感熱素子の温度ドリフト勾配
のばらつきによる温度検出誤差の補正の演算を間欠的に
繰り返し行う演算手段と、該演算手段の制御を行う制御
手段とを設けた構成にする。
【００１０】また、請求項３に記載する輻射熱センサ
は、上記第３の記憶手段が使用する感熱素子の予め測定
した温度ドリフト勾配データを複数ビットの信号として
ビット単位でワンタイム的に書き込める不揮発性メモリ
であることを特徴とするものである。
は、上記第３の記憶手段が使用する感熱素子の予め測定
した温度ドリフト勾配データを複数ビットの信号として
ビット単位でワンタイム的に書き込める不揮発性メモリ
であることを特徴とするものである。
【００１１】請求項１によるとブリッジ回路手段内の直
列に接続された２個の感熱素子の一方が輻射熱を受ける
と、感熱素子がＮＴＣサーミスタの場合には、電気抵抗
が減少するように変化する。このとき、直列に接続され
た２個のサーミスタの中点電位（分圧値）には変化が生
じ、ブリッジ回路手段中の２個のサーミスタと２個の抵
抗のそれぞれの中点間の電位差を増幅させた電位にも変
化が生じる。これは被測定物から放射された赤外線の量
に比例するため、この変化量は被測定物温度として処理
できる。
列に接続された２個の感熱素子の一方が輻射熱を受ける
と、感熱素子がＮＴＣサーミスタの場合には、電気抵抗
が減少するように変化する。このとき、直列に接続され
た２個のサーミスタの中点電位（分圧値）には変化が生
じ、ブリッジ回路手段中の２個のサーミスタと２個の抵
抗のそれぞれの中点間の電位差を増幅させた電位にも変
化が生じる。これは被測定物から放射された赤外線の量
に比例するため、この変化量は被測定物温度として処理
できる。
【００１２】一方、両方のサーミスタとも周囲温度変化
によって電気抵抗が変化するため、常にこの変化量も考
慮して被測定物温度を演算しなければならない。そこ
で、ブリッジ回路手段と直列に接続された抵抗を制御回
路からのオン、オフ信号により選択的に短絡するとブリ
ッジ回路手段と抵抗の中点の電位及びブリッジ回路手段
の中点間の電位差より、周囲温度と被測定物温度を交互
に検出できる。
によって電気抵抗が変化するため、常にこの変化量も考
慮して被測定物温度を演算しなければならない。そこ
で、ブリッジ回路手段と直列に接続された抵抗を制御回
路からのオン、オフ信号により選択的に短絡するとブリ
ッジ回路手段と抵抗の中点の電位及びブリッジ回路手段
の中点間の電位差より、周囲温度と被測定物温度を交互
に検出できる。
【００１３】言い換えれば、ブリッジ回路手段と直列に
接続された抵抗の両端が開放されるとき、このブリッジ
回路手段と抵抗の接続点の電位を周囲温度に相当する電
圧として検出して第１の記憶手段に書き込みまた上記抵
抗の両端が短絡されるとき、ブリッジ回路手段の中点間
の電位差を被測定物温度に相当する電圧として検出して
第２の記憶手段に書き込む。
接続された抵抗の両端が開放されるとき、このブリッジ
回路手段と抵抗の接続点の電位を周囲温度に相当する電
圧として検出して第１の記憶手段に書き込みまた上記抵
抗の両端が短絡されるとき、ブリッジ回路手段の中点間
の電位差を被測定物温度に相当する電圧として検出して
第２の記憶手段に書き込む。
【００１４】このように、ブリッジ回路手段と直列に接
続した抵抗の両端を開放したり短絡すると第１及び第２
の記憶手段に、そのタイミングで周囲温度及び被測定物
温度が交互に書き込まれる。従って、上記第１及び第２
の記憶手段に書き込まれたデータに基づき、所定の演算
処理を行えば周囲温度補正を加えた被測定物温度を算出
できる。
続した抵抗の両端を開放したり短絡すると第１及び第２
の記憶手段に、そのタイミングで周囲温度及び被測定物
温度が交互に書き込まれる。従って、上記第１及び第２
の記憶手段に書き込まれたデータに基づき、所定の演算
処理を行えば周囲温度補正を加えた被測定物温度を算出
できる。
【００１５】また請求項２によると、感熱素子をペアで
用いた場合、両者の温度ドリフト勾配（Ｂ定数値）が数
パーセントずれていると、測定部の周囲温度が多少変化
しただけでも、被測定物温度出力に大きく影響を及ぼし
てしまう。これは高倍率の増幅回路で検出信号を増幅す
るからである。この出力誤差を極力軽減するために、２
個の感熱素子の温度ドリフト勾配データを格納する第３
の記憶手段を設け第１、第２及び第３の記憶手段に書き
込まれた周囲温度、被測定物温度及び感熱素子の温度ド
リフト勾配の各データに基づき、演算手段で所定の演算
処理を行えば周囲温度の補正と共に感熱素子の温度ドリ
フト勾配のばらつきによる補正も併せて行うことがで
き、高精度に被測定物の温度を検出することができる。
用いた場合、両者の温度ドリフト勾配（Ｂ定数値）が数
パーセントずれていると、測定部の周囲温度が多少変化
しただけでも、被測定物温度出力に大きく影響を及ぼし
てしまう。これは高倍率の増幅回路で検出信号を増幅す
るからである。この出力誤差を極力軽減するために、２
個の感熱素子の温度ドリフト勾配データを格納する第３
の記憶手段を設け第１、第２及び第３の記憶手段に書き
込まれた周囲温度、被測定物温度及び感熱素子の温度ド
リフト勾配の各データに基づき、演算手段で所定の演算
処理を行えば周囲温度の補正と共に感熱素子の温度ドリ
フト勾配のばらつきによる補正も併せて行うことがで
き、高精度に被測定物の温度を検出することができる。
【００１６】また請求項３によると、使用する感熱素子
の温度ドリフト勾配を予め測定しておき、このデータを
複数ビットの情報として不揮発性メモリにワンタイム的
に書き込むことができ、半永久的に変化することのない
使用する感熱素子固有の温度ドリフト勾配を簡単確実に
入力することができる。
の温度ドリフト勾配を予め測定しておき、このデータを
複数ビットの情報として不揮発性メモリにワンタイム的
に書き込むことができ、半永久的に変化することのない
使用する感熱素子固有の温度ドリフト勾配を簡単確実に
入力することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施形
態に基いて詳細に説明する。まず、図１の基本回路にお
いて、ＴＨ１は被測定物からの輻射熱を受けるサーミス
タ等の感熱素子、ＴＨ２は周囲温度を感知し、上記輻射
熱を遮断する状態に配設される補償用のサーミスタ等の
感熱素子である。これらの感熱素子を抵抗Ｒ１，Ｒ２と
ともにブリッジに組み、感熱素子ＴＨ１，ＴＨ２の中点
電位と抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点電位の差を高精度差動増幅
器７で増幅させ、Ａ／Ｄ変換してマイクロコンピュータ
９のメモリ２に記憶する。
態に基いて詳細に説明する。まず、図１の基本回路にお
いて、ＴＨ１は被測定物からの輻射熱を受けるサーミス
タ等の感熱素子、ＴＨ２は周囲温度を感知し、上記輻射
熱を遮断する状態に配設される補償用のサーミスタ等の
感熱素子である。これらの感熱素子を抵抗Ｒ１，Ｒ２と
ともにブリッジに組み、感熱素子ＴＨ１，ＴＨ２の中点
電位と抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点電位の差を高精度差動増幅
器７で増幅させ、Ａ／Ｄ変換してマイクロコンピュータ
９のメモリ２に記憶する。
【００１８】また、上記ブリッジと抵抗Ｒ３を直列に接
続し、これの中点電位をＡ／Ｄ変換して、マイクロコン
ピュータ９のメモリ１に記憶する。８は感熱素子ＴＨ
１，ＴＨ２の素子特有の温度ドリフト勾配データをハー
ド的に記録する手段であり、このデータはマイクロコン
ピュータ９のメモリ３で記憶する。１０はマイクロコン
ピュータ９における演算処理部であり、２０は、マイク
ロコンピュータ９の演算制御回路である。
続し、これの中点電位をＡ／Ｄ変換して、マイクロコン
ピュータ９のメモリ１に記憶する。８は感熱素子ＴＨ
１，ＴＨ２の素子特有の温度ドリフト勾配データをハー
ド的に記録する手段であり、このデータはマイクロコン
ピュータ９のメモリ３で記憶する。１０はマイクロコン
ピュータ９における演算処理部であり、２０は、マイク
ロコンピュータ９の演算制御回路である。
【００１９】４は、マイクロコンピュータ９よりＨｉ、
Ｌｏｗを一定周期で出力するＩ／Ｏであり該Ｉ／Ｏ４の
出力が、Ｈｉの場合はトランジスタ５、６ともオンにな
り、抵抗Ｒ３が短絡されるので、高精度差動増幅器７よ
りメモリ２に被測定物の温度に相当する電圧のＡ／Ｄ変
換された値が書き込まれる。これを〈センサモード〉と
いう。
Ｌｏｗを一定周期で出力するＩ／Ｏであり該Ｉ／Ｏ４の
出力が、Ｈｉの場合はトランジスタ５、６ともオンにな
り、抵抗Ｒ３が短絡されるので、高精度差動増幅器７よ
りメモリ２に被測定物の温度に相当する電圧のＡ／Ｄ変
換された値が書き込まれる。これを〈センサモード〉と
いう。
【００２０】Ｉ／Ｏ４の出力がＬｏｗの場合はトランジ
スタ５、６ともオフになり抵抗Ｒ３の短絡が開放される
ので、抵抗Ｒ３と上記ブリッジの中点の電位が周囲温度
に相当する電圧としてＡ／Ｄ変換された後、メモリ１に
書き込まれる。これを〈周囲温度モード〉という。
スタ５、６ともオフになり抵抗Ｒ３の短絡が開放される
ので、抵抗Ｒ３と上記ブリッジの中点の電位が周囲温度
に相当する電圧としてＡ／Ｄ変換された後、メモリ１に
書き込まれる。これを〈周囲温度モード〉という。
【００２１】そして、マイクロコンピュータ９の制御回
路２０よりＩ／Ｏ４を介してＨｉ、Ｌｏｗの信号が０．
５秒刻みで交互に出力し、Ｈｉのとき〈センサモード〉
における電圧を、Ｌｏｗのとき〈周囲温度モード〉にお
ける電圧をそれぞれＡ／Ｄ変換してマイクロコンピュー
タ９のメモリ１、２に取り込むようにする。つまり、１
秒経過した段階で、メモリ２に書き込んだ被測定物温度
に相当する電圧と、メモリ１に書き込んだ周囲温度に相
当する電圧とメモリ３に書き込んだ感熱素子特有の温度
ドリフト勾配データとを用いて、演算処理部１０で演算
するわけであるが、これを〈演算モード〉と呼ぶ。
路２０よりＩ／Ｏ４を介してＨｉ、Ｌｏｗの信号が０．
５秒刻みで交互に出力し、Ｈｉのとき〈センサモード〉
における電圧を、Ｌｏｗのとき〈周囲温度モード〉にお
ける電圧をそれぞれＡ／Ｄ変換してマイクロコンピュー
タ９のメモリ１、２に取り込むようにする。つまり、１
秒経過した段階で、メモリ２に書き込んだ被測定物温度
に相当する電圧と、メモリ１に書き込んだ周囲温度に相
当する電圧とメモリ３に書き込んだ感熱素子特有の温度
ドリフト勾配データとを用いて、演算処理部１０で演算
するわけであるが、これを〈演算モード〉と呼ぶ。
【００２２】以下、モード別に分けて実施形態を説明す
る。輻射熱のセンジングは、図７のようなフローで１秒
毎に繰り返し行われる。この各モードは、マイクロコン
ピュータ９のＩ／Ｏ４の出力によって制御され、この出
力がＨｉのときセンサモードに、また出力がＬｏｗのと
き周囲温度モードになる。そして両モードが０．５秒づ
つ繰り返し行われ、両モードが終る毎に両モードで検出
されたデータに基づき、検出温度の補正演算を行う演算
モードになる。
る。輻射熱のセンジングは、図７のようなフローで１秒
毎に繰り返し行われる。この各モードは、マイクロコン
ピュータ９のＩ／Ｏ４の出力によって制御され、この出
力がＨｉのときセンサモードに、また出力がＬｏｗのと
き周囲温度モードになる。そして両モードが０．５秒づ
つ繰り返し行われ、両モードが終る毎に両モードで検出
されたデータに基づき、検出温度の補正演算を行う演算
モードになる。
【００２３】〈センサモード〉図１において、マイクロ
コンピュータ９のＩ／Ｏ４がＨｉになるとトランジスタ
５、６がオン状態になり、抵抗Ｒ３を短絡する。その結
果サーミスタ等の感熱素子ＴＨ１、ＴＨ２と抵抗Ｒ１，
Ｒ２で形成されるブリッジ回路の中点の電位差に相当す
るメモリ２の値は、感熱素子ＴＨ１に照射される赤外線
の量に比例した値になる。即ち、感熱素子ＴＨ１が輻射
熱を受けると、その電気抵抗ＲTH1が減少する。このと
き、感熱素子ＴＨ１とＴＨ２の中点電位（分圧値）は上
昇し、感熱素子ＴＨ１，ＴＨ２と抵抗Ｒ１，Ｒ２のそれ
ぞれの中点の電位差を増幅させた電位も上昇する。これ
は被測定物から放射された赤外線の量に比例するため、
この変化量は被測定物温度として処理できる。
コンピュータ９のＩ／Ｏ４がＨｉになるとトランジスタ
５、６がオン状態になり、抵抗Ｒ３を短絡する。その結
果サーミスタ等の感熱素子ＴＨ１、ＴＨ２と抵抗Ｒ１，
Ｒ２で形成されるブリッジ回路の中点の電位差に相当す
るメモリ２の値は、感熱素子ＴＨ１に照射される赤外線
の量に比例した値になる。即ち、感熱素子ＴＨ１が輻射
熱を受けると、その電気抵抗ＲTH1が減少する。このと
き、感熱素子ＴＨ１とＴＨ２の中点電位（分圧値）は上
昇し、感熱素子ＴＨ１，ＴＨ２と抵抗Ｒ１，Ｒ２のそれ
ぞれの中点の電位差を増幅させた電位も上昇する。これ
は被測定物から放射された赤外線の量に比例するため、
この変化量は被測定物温度として処理できる。
【００２４】〈周囲温度モード〉図１において、マイク
ロコンピュータ９のＩ／Ｏ４がＬｏｗになると、トラン
ジスタ５、６がオフ状態になり、抵抗Ｒ３の短絡が解放
される。その結果、上記ブリッジと抵抗Ｒ３の中点の電
位は、感熱素子ＴＨ１，ＴＨ２の周囲温度を表わすもの
となる。即ち、測定部の周囲温度が変化すると、感熱素
子ＴＨ１，ＴＨ２の抵抗値ＲTH1，ＲTH2のはいずれも変
化する。例えば仮に測定部の周囲温度が上昇すると、感
熱素子ＴＨ１，ＴＨ２の抵抗値ＲTH1，ＲTH2はいずれも
減少する。この２つのサーミスタの抵抗値ＲTH1，ＲTH2
の平均をとって周囲温度を算出すれば、より正確な周囲
温度データとなるため、本発明ではこの方法を取り入れ
る。サーミスタの基本式、
ロコンピュータ９のＩ／Ｏ４がＬｏｗになると、トラン
ジスタ５、６がオフ状態になり、抵抗Ｒ３の短絡が解放
される。その結果、上記ブリッジと抵抗Ｒ３の中点の電
位は、感熱素子ＴＨ１，ＴＨ２の周囲温度を表わすもの
となる。即ち、測定部の周囲温度が変化すると、感熱素
子ＴＨ１，ＴＨ２の抵抗値ＲTH1，ＲTH2のはいずれも変
化する。例えば仮に測定部の周囲温度が上昇すると、感
熱素子ＴＨ１，ＴＨ２の抵抗値ＲTH1，ＲTH2はいずれも
減少する。この２つのサーミスタの抵抗値ＲTH1，ＲTH2
の平均をとって周囲温度を算出すれば、より正確な周囲
温度データとなるため、本発明ではこの方法を取り入れ
る。サーミスタの基本式、
【００２５】
【数１】
【００２６】但し、Ｂ ：定数 ＲS ：温度ＴS（℃）時の抵抗値 Ｒ ：温度Ｔ （℃）時の抵抗値 より、周囲温度Ｔは
【００２７】
【数２】
【００２８】と表わすことができるが、感熱素子ＴＨ
１，ＴＨ２の抵抗値ＲTH1，ＲTH2の平均をとることか
ら、（２）式において、 ＲS ＝ＲSTH1＋ＲSTH2………………………………（３） Ｒ ＝ＲTH1＋ＲTH2……………………………………（４） Ｂ ＝（ＢTH1＋ＢTH2）／２…………………………（５） とする。但し、ＲSTH1：ＴS（℃）における感熱素子Ｔ
Ｈ１の抵抗値 ＲSTH2：ＴS（℃）における感熱素子ＴＨ１の抵抗値 ＢTH1：感熱素子ＴＨ１のＢ定数 ＢTH2：感熱素子ＴＨ２のＢ定数 ＲTH1：センシング時の感熱素子ＴＨ１の抵抗値 ＲTH2：センシング時の感熱素子ＴＨ２の抵抗値 さらに、図１の回路に於いては、ＲTH1＋ＲTH2は電源電
圧Ｖとメモリ１に書き込まれた周囲温度データを用い
て、
１，ＴＨ２の抵抗値ＲTH1，ＲTH2の平均をとることか
ら、（２）式において、 ＲS ＝ＲSTH1＋ＲSTH2………………………………（３） Ｒ ＝ＲTH1＋ＲTH2……………………………………（４） Ｂ ＝（ＢTH1＋ＢTH2）／２…………………………（５） とする。但し、ＲSTH1：ＴS（℃）における感熱素子Ｔ
Ｈ１の抵抗値 ＲSTH2：ＴS（℃）における感熱素子ＴＨ１の抵抗値 ＢTH1：感熱素子ＴＨ１のＢ定数 ＢTH2：感熱素子ＴＨ２のＢ定数 ＲTH1：センシング時の感熱素子ＴＨ１の抵抗値 ＲTH2：センシング時の感熱素子ＴＨ２の抵抗値 さらに、図１の回路に於いては、ＲTH1＋ＲTH2は電源電
圧Ｖとメモリ１に書き込まれた周囲温度データを用い
て、
【００２９】
【数３】
【００３０】と表され抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３電圧Ｖの値
及びメモリ１に書き込まれた電位より周囲温度を算出す
ることができる。
及びメモリ１に書き込まれた電位より周囲温度を算出す
ることができる。
【００３１】〈演算モード〉１秒経過するごとに、被測
定物温度に相当するメモリ２の電圧と、周囲温度に相当
するメモリ１の電圧と、メモリ３に記憶されている成熟
素子特有の温度ドリフト勾配データとを用いて、演算処
理部１０で所定の演算処理を行う。この場合感熱素子Ｔ
Ｈ１，ＴＨ２特有の温度ドリフト勾配データは例えば予
め出荷段階で以下のようにして求め、この値をデータ発
生装置８に格納しておく。
定物温度に相当するメモリ２の電圧と、周囲温度に相当
するメモリ１の電圧と、メモリ３に記憶されている成熟
素子特有の温度ドリフト勾配データとを用いて、演算処
理部１０で所定の演算処理を行う。この場合感熱素子Ｔ
Ｈ１，ＴＨ２特有の温度ドリフト勾配データは例えば予
め出荷段階で以下のようにして求め、この値をデータ発
生装置８に格納しておく。
【００３２】図１の感熱素子ＴＨ１，ＴＨ２の対を、図
３のようにタオル１４でくるみ、更にナイロン１３で包
み、それをビーカ１１に注がれた熱湯１２の中に入れ
る。熱湯１２が自然冷却する過程で増幅出力を検出する
と、感熱素子ＴＨ１、ＴＨ２の温度ドリフト勾配データ
ＢTH1とＢTH2が等しいＢTH1＝ＢTH2の場合には出力は図
４のＶAで示すようになる。しかし、互いのＢ定数値が
数パーセントでもずれていると、出力はＶBもしくはＶC
のようにドリフトする。（ＢTH1＞ＢTH2のときＶB，Ｂ
TH1＜ＢTH2のときＶCのようになる。）
３のようにタオル１４でくるみ、更にナイロン１３で包
み、それをビーカ１１に注がれた熱湯１２の中に入れ
る。熱湯１２が自然冷却する過程で増幅出力を検出する
と、感熱素子ＴＨ１、ＴＨ２の温度ドリフト勾配データ
ＢTH1とＢTH2が等しいＢTH1＝ＢTH2の場合には出力は図
４のＶAで示すようになる。しかし、互いのＢ定数値が
数パーセントでもずれていると、出力はＶBもしくはＶC
のようにドリフトする。（ＢTH1＞ＢTH2のときＶB，Ｂ
TH1＜ＢTH2のときＶCのようになる。）
【００３３】図５はセンシング後の出力ー被測定物温度
特性を示すが、周囲温度変化がなければＢTH1≠ＢTH2で
あってもＶA’のように表れるが、多少でも周囲温度変
化があれば出力はＶB’、ＶC’のようにドリフトして表
れる。この不具合を解消するため、図３の実験により求
めた図４のデータを、図２の回路を用いてワンタイム的
に記憶して、これをメモリ３に書き込み最終的に検出温
度の補正の演算に用いる。
特性を示すが、周囲温度変化がなければＢTH1≠ＢTH2で
あってもＶA’のように表れるが、多少でも周囲温度変
化があれば出力はＶB’、ＶC’のようにドリフトして表
れる。この不具合を解消するため、図３の実験により求
めた図４のデータを、図２の回路を用いてワンタイム的
に記憶して、これをメモリ３に書き込み最終的に検出温
度の補正の演算に用いる。
【００３４】具体的には図４のドリフトの傾きをペアリ
ング時にメーカで調べて、これを図２の回路を用い、上
記ドリフトの傾きに応じてジャンパー線（ＪＰ１〜ＪＰ
４）を切ることで記憶させる。例えば４ビットで上記ド
リフトの傾斜を表わし、これを格納する場合には、傾き
のＭＡＸ〜ＭＩＮ間を１６段階に分けて出荷時にその値
に応じた上記ジャンパー線ＪＰ１〜ＪＰ４の所定のもの
を切断する。こうしてドリフトデータ発生装置８に使用
する感熱素子特有の温度ドリフト勾配データを格納し、
その値をマイクロコンピュータ９のメモリ３に書き込
み、演算部１０にて検出温度の補正計算に使用する。
ング時にメーカで調べて、これを図２の回路を用い、上
記ドリフトの傾きに応じてジャンパー線（ＪＰ１〜ＪＰ
４）を切ることで記憶させる。例えば４ビットで上記ド
リフトの傾斜を表わし、これを格納する場合には、傾き
のＭＡＸ〜ＭＩＮ間を１６段階に分けて出荷時にその値
に応じた上記ジャンパー線ＪＰ１〜ＪＰ４の所定のもの
を切断する。こうしてドリフトデータ発生装置８に使用
する感熱素子特有の温度ドリフト勾配データを格納し、
その値をマイクロコンピュータ９のメモリ３に書き込
み、演算部１０にて検出温度の補正計算に使用する。
【００３５】演算部１０における演算は以下のようにし
て行われる。図６は（被測定物温度−周囲温度）−出力
電圧の特性を示すものである。基本的にはこの特性曲線
１５に示すように、被測定物温度から周囲温度を差し引
いたものは出力電圧に比例するという関係を利用して周
囲温度補正式を立てる。理論、及び実験結果に基いて式
を立てると、 （被測定物温度）＝ａＶ＋ｂ＋（周囲温度）…………………………（７） となる。但し、ａ，ｂは経験上求められる定数である。
て行われる。図６は（被測定物温度−周囲温度）−出力
電圧の特性を示すものである。基本的にはこの特性曲線
１５に示すように、被測定物温度から周囲温度を差し引
いたものは出力電圧に比例するという関係を利用して周
囲温度補正式を立てる。理論、及び実験結果に基いて式
を立てると、 （被測定物温度）＝ａＶ＋ｂ＋（周囲温度）…………………………（７） となる。但し、ａ，ｂは経験上求められる定数である。
【００３６】さらに感熱素子特有の温度ドリフト勾配デ
ータを考慮すると、（７）式において出力電圧Ｖを Ｖ＝Ｖ−（△周囲温度）×（温度ドリフト勾配）×（増幅率）……（８） と置き換えれば良い。
ータを考慮すると、（７）式において出力電圧Ｖを Ｖ＝Ｖ−（△周囲温度）×（温度ドリフト勾配）×（増幅率）……（８） と置き換えれば良い。
【００３７】但し、△周囲温度は周囲温度の変化分であ
る。つまり、周囲温度に相当するメモリ１に書き込まれ
た電圧と、これにおける一定時間後の変化分と、被測定
物温度に相当するメモリ２に書き込まれた電圧と、メモ
リ３に書き込まれた感熱素子特有の温度ドリフト勾配デ
ータと、経験的に求められた定数ａ，ｂが分れば感熱素
子の周囲温度補正のみならず感熱素子の温度ドリフト勾
配のばらつき即ち、Ｂ定数製造ばらつきの補正も同時に
行い、被測定物温度を高精度に検出することができる。
る。つまり、周囲温度に相当するメモリ１に書き込まれ
た電圧と、これにおける一定時間後の変化分と、被測定
物温度に相当するメモリ２に書き込まれた電圧と、メモ
リ３に書き込まれた感熱素子特有の温度ドリフト勾配デ
ータと、経験的に求められた定数ａ，ｂが分れば感熱素
子の周囲温度補正のみならず感熱素子の温度ドリフト勾
配のばらつき即ち、Ｂ定数製造ばらつきの補正も同時に
行い、被測定物温度を高精度に検出することができる。
【００３８】
【発明の効果】本発明は、請求項１に記載されるように
感熱素子のブリッジと直列に接続した抵抗を、オン、オ
フの繰り返し信号により選択的に短絡して、上記ブリッ
ジの中点間の電位差に基づく被測定物温度データを上記
ブリッジ回路と抵抗の中点の電位に基づく周囲温度デー
タにより演算で補正するので簡単な構成で繰り返し周囲
温度による被測定物の測定温度を補正した高精度の温度
検出を行わせることができる。
感熱素子のブリッジと直列に接続した抵抗を、オン、オ
フの繰り返し信号により選択的に短絡して、上記ブリッ
ジの中点間の電位差に基づく被測定物温度データを上記
ブリッジ回路と抵抗の中点の電位に基づく周囲温度デー
タにより演算で補正するので簡単な構成で繰り返し周囲
温度による被測定物の測定温度を補正した高精度の温度
検出を行わせることができる。
【００３９】また、請求項２に記載されるように、ブリ
ッジ回路に使用する間熱素子の温度ドリフト勾配のデー
タを予め入力し、このデータと周囲温度データにより、
被測定物の測定温度データを演算回路による所定の演算
で補正し、周囲温度と共に感熱素子の温度ドリフト勾配
のばらつきによる補正を行い、高精度の温度検出を行う
ことができる。
ッジ回路に使用する間熱素子の温度ドリフト勾配のデー
タを予め入力し、このデータと周囲温度データにより、
被測定物の測定温度データを演算回路による所定の演算
で補正し、周囲温度と共に感熱素子の温度ドリフト勾配
のばらつきによる補正を行い、高精度の温度検出を行う
ことができる。
【００４０】また、請求項３に記載されるように、使用
する感熱素子の予め測定された温度ドリフト勾配のデー
タは複数ビットの情報として、不揮発性メモリにワンタ
イム的に書き込むことができるので使用する感熱素子固
有の半永久的に変化のない温度ドリフト勾配データを簡
単確実に入力でき、素子特有の特性に基づいた温度ドリ
フト勾配のばらつきによる検出温度の補正を高精度に行
わせることができる。
する感熱素子の予め測定された温度ドリフト勾配のデー
タは複数ビットの情報として、不揮発性メモリにワンタ
イム的に書き込むことができるので使用する感熱素子固
有の半永久的に変化のない温度ドリフト勾配データを簡
単確実に入力でき、素子特有の特性に基づいた温度ドリ
フト勾配のばらつきによる検出温度の補正を高精度に行
わせることができる。
【図１】本発明の輻射熱センサの基本回路図である。
【図２】感熱素子特有の温度ドリフト勾配データをハー
ド的に記録する記憶装置の回路図である。
ド的に記録する記憶装置の回路図である。
【図３】感熱素子特有の温度ドリフト勾配データを求め
る装置の構成図である。
る装置の構成図である。
【図４】図３の装置で求めた温度ドリフト勾配データの
出力特性図である。
出力特性図である。
【図５】本発明の動作説明図である。
【図６】本発明の動作説明図である。
【図７】本発明の動作説明図である。
ＴＨ１ 感熱素子 ＴＨ２ 感熱素子 Ｒ１ 抵抗 Ｒ２ 抵抗 Ｒ３ 抵抗 １ メモリ ２ メモリ ３ メモリ ４ Ｉ／Ｏ ８ 温度ドリフト勾配データ発生手段 ９ マイクロコンピュータ １０ 演算回路 ２０ 制御回路
Claims (3)
- 【請求項１】直列に接続した２個の感熱素子と、直列に
接続した特性の等しい２個の抵抗とで形成したブリッジ
回路手段と、該ブリッジ回路手段に直列に接続した抵抗
と、該抵抗をオン、オフの繰り返し信号により選択的に
短絡する短絡手段と、該短絡手段が開成している時の上
記ブリッジ回路手段と抵抗の中点の電位に応じた値を記
憶する第１の記憶手段と、上記短絡手段が閉成している
時の上記ブリッジ回路手段内の２個の感熱素子と２個の
抵抗のそれぞれの中点間の電位差に応じた値を記憶する
第２の記憶手段と、上記第１及び第２の記憶手段に記憶
されたデータに基づき周囲温度の変化による検出温度の
誤差の補正を上記オン、オフの繰り返し信号に同期して
繰り返し演算処理する演算手段と、該演算手段の制御を
行う制御手段とを設けたことを特徴とする輻射熱セン
サ。 - 【請求項２】直列に接続した２個の感熱素子と、直列に
接続した特性の等しい２個の抵抗とで形成したブリッジ
回路手段と、該ブリッジ回路手段に直列に接続した抵抗
と、該抵抗をオン、オフの繰り返し信号により選択的に
短絡する短絡手段と、該短絡手段が開成しているときの
上記ブリッジ回路手段と抵抗の中点の電位に応じた値を
記憶する第１の記憶手段と、上記短絡手段が閉成してい
るときの上記ブリッジ回路手段内の２個の感熱素子と２
個の抵抗のそれぞれの中点間の電位差に応じた値を記憶
する第２の記憶手段と使用する上記感熱素子固有の温度
ドリフト勾配に応じたデータを記憶する第３の記憶手段
と、上記第１、第２及び第３の記憶手段に記憶されたデ
ータに基づき周囲温度の変化及び上記感熱素子の温度ド
リフト勾配のばらつきによる温度検出誤差の補正を間欠
点に繰り返し行う演算手段と、該演算手段の制御を行う
制御手段とを設けたことを特徴とする輻射熱センサ。 - 【請求項３】上記第３の記憶手段は、使用する感熱素子
の予め測定した温度ドリフト勾配データを複数ビットの
信号としてビット単位でワンタイム的に書き込める不揮
発性メモリであることを特徴とする請求項２記載の輻射
熱センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7239399A JPH0989672A (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 輻射熱センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7239399A JPH0989672A (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 輻射熱センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0989672A true JPH0989672A (ja) | 1997-04-04 |
Family
ID=17044202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7239399A Pending JPH0989672A (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 輻射熱センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0989672A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002004904A1 (en) * | 2000-07-11 | 2002-01-17 | National University Of Singapore | Methods and circuits for providing bolometer bias-heating cancellation |
| JP2016020901A (ja) * | 2014-07-15 | 2016-02-04 | ザ・スウォッチ・グループ・リサーチ・アンド・ディベロップメント・リミテッド | 周囲温度を測定するデバイスが組み込まれている着用可能なデバイス |
-
1995
- 1995-09-19 JP JP7239399A patent/JPH0989672A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002004904A1 (en) * | 2000-07-11 | 2002-01-17 | National University Of Singapore | Methods and circuits for providing bolometer bias-heating cancellation |
| JP2016020901A (ja) * | 2014-07-15 | 2016-02-04 | ザ・スウォッチ・グループ・リサーチ・アンド・ディベロップメント・リミテッド | 周囲温度を測定するデバイスが組み込まれている着用可能なデバイス |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20060119 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060119 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20060119 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060419 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070713 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070724 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20071204 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |