JPS58113822A - 赤外線検出装置 - Google Patents

赤外線検出装置

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JPS58113822A
JPS58113822A JP21291781A JP21291781A JPS58113822A JP S58113822 A JPS58113822 A JP S58113822A JP 21291781 A JP21291781 A JP 21291781A JP 21291781 A JP21291781 A JP 21291781A JP S58113822 A JPS58113822 A JP S58113822A
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infrared
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shutter
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infrared rays
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Masao Kasahara
笠原 征夫
Ritsuo Inaba
律夫 稲葉
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/38Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using extension or expansion of solids or fluids
    • G01J5/44Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using extension or expansion of solids or fluids using change of resonant frequency, e.g. of piezoelectric crystals

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 不発明は六十≠←赤外i藏検出装置に関するものである
従来、加外森検出装置には、感型、光童子型がある。こ
れらのうち、生活空間温度の測定には、波長の長い領域
(5μm以上)で、比較的感度が高く、また低IIII
I格の熱部検出装置tが使用されている。代表的なもの
をあげると、電子レンジや防犯用装置などの用途に用い
られる焦電型素子がある。
その他にも、サーミスタボロメータ、サーモパイル等が
ある。しかし、これらの装置あるいは素子はいずれもア
ナログ出力を得るものであり、耐雑音性に難点がある。
そのため、デジタル出力をMする赤外=WI検出装置の
山塊が望まれていた。
さらに一方で、マイクロコンビーータの発達によシ、@
接デジタル信号をマイクロコンビーータに入力できるよ
うな素子の出現が希望てれている。
不発明はこれらの巽求を満足するものであって、デジタ
ル出力信号を発生する、高感度で低価格な熱部の赤外線
検出感度を提供するものである。以下に図面を用い、そ
の詳細について説明する。
第1図は、本発明の原理的な構成を示すものである。図
において、1はニオブwリチウム等の圧電体からなる基
板で、この圧電体基板1の研磨表面に、弾性波送波用ト
ランスデーーサ2、および受波用トランスデー−サ3が
蒸着等の方法により付設されて、弾性波素子が構成され
ている。トランスデー−サ2.3には、それぞれ増幅器
4の出力端、入力端が接続されて、帰還型発振露5が構
成される。
圧電体基板1の弾性波伝搬表面上に赤外線が照射される
と、この圧電体基板1の温度が上昇する。
このときの圧電体基板1の温度上昇分は、70”Cの物
体(図示せず)をその狭面から7cIrL離した位置に
おいたとき、約171000 ”Cである。 この17
1000℃の微小温度上昇分は、通常の熱膨張測定など
では測定困難な量である。
この温度上昇分により、圧電体基板1における弾性波の
速度が要化し、この弾性波の速度変化により、トランス
デー−ザ2からトランスデー−ザ3へ伝搬する弾性波(
弾性表面波)の、トランスデー−サ3に到着するときの
位相が変化し、その位相変化分だけ、発振器6の出力信
号の周波数が変化する。この出力信号を、コンデンサ6
を通して出力端子7よりとり出す。
このときの周波数の変化分は、上記のような70℃の物
体を761rL離して置いたとき、発振器6の発振周波
数が176M)lzである場合、約700 Hzであっ
た。この周波数変化分は、発振器5の周波数が高いほど
、また圧電体基板1の温度係数が大きいほど、犬さくな
る。すなわち、周波数変化分Δfは、次式で与えられる
12 Δf=−α、f、 T ここでαは圧電体基板1の温度係叙、fは発振器5の発
振周波数、kは圧電体基板1の熱伝導率、Eはトランス
デー−サ2.3間距離のIA%Qは圧電体基板1に与え
られる赤外線のエネルギーを表わす。上式によるとα、
f、O,IJが太き+1’、kの頭の小てい圧電体基板
1を用いた構成にすると、亦外昧照射による周波数変化
が大きくなる。このとき、圧電体基板1へ赤外;課を照
射する物体の温度が圧電体基板1のそれに比べて高けれ
ば高いほど、周波数変化は大きくなる。すなわち、圧電
体基板1と同程度の温度の物体に対しては、その発振周
波数変化が小さくなり、周波数変化の検出がむずかしく
なる。これはたとえば室温(25℃位)において人体温
(30℃位)を検出したいときなどに相当する。
不発明は、このように検出器の圧電体と被検出l物体の
温度差が小さいときの、発振周波数変化を太キくシ、赤
外線検出感度を高めることができるものである。
第2図は、第1図に示す薄酸の装置において、シャッタ
を用いて、赤外鈑の照射を断続させたときの周波dff
化の様子を示している。因において、曲成11.13は
シャッタを開いたときの発振周波数の変化を示し、曲線
12はシャッタを閉じたときの周波数の変化を示す。f
aは171 MHzであり、Inはシャッタを1いたと
きに発振局波数が変化(低下)したときの最小値であり
、またtlはシャッタ開閉の時間間隔を示す。すなわち
、発振器6はt<oではfoすなわち17114Izの
周波数で発振している。1=0でシャッタを開くと、圧
電体基板1は赤外線の照射を受け、次第に発振器5の発
振周波数が低下して行く。そして、1=t1では発振周
波数は最初から(fo  ?n)だけ変化する。このと
きの発振周波数の減衰の状態が曲線11に示されている
わけである。を二t1  になったときに、シャッタを
閉じると、圧電体基板1には昼外線が照射されなくなシ
、発振周波数は再びf、 = 171 Ml−12に上
昇する。この状態を曲線12を示す。t:2tlで再び
シャッタを開くと、前述と同様にして、発振周波数が低
下し、曲線13をたどる。これをくシ返す。このとき、
赤外線の検出をするのに、単なる同波式でなくて、発振
器からの出力波の波頭を計数するようにし、計数時間を
延長すると、それだけ感度が上がることになる。そして
、シャッタの開閉に伴う波頭の計式の差(開の時の計数
1葭と閉の時のhI数1直との灼を計測することにより
、赤外庫を感度よく検出することができる。つまり、図
のtl が1秒より長いときには、曲線11と縦軸、横
軸で囲まれる領域の面積すなわち斜紡を付した領域14
.15の面積の和と、tlからt2までの曲線12と横
軸で囲まれる領域の面積すなわち斜線を付した領域16
.17の面積の和との差が、出力11式値として出力て
れることになる。ところが、このときタイミング全ψだ
けずらして削゛数すると、上記面積差すなわち出力計数
値をより大きく(すなわちより高感度)にすることがで
きる。すなわち、この^計数のタイミングをψだけずら
し、シャッタを開いた時間に相当する計数を領域15.
16の面積の和とし、シャッタを閉じた時間に相当する
計数を図の領域1T、18の面積の和とするものである
。このタイミングずれ量ψは圧電体基板に用いる材料、
その構成等によシ異なるが、発明者らの実験によればそ
れが約0.05秒から0.7秒のときに出力がもつとも
大きくなる。なお、この実験においては、圧電体基板材
料としてニオブtik’)チウムを用い、トランスデー
−サの間隔を約2.6藺とし、発振周波数を1711j
j)(z(ただし赤外光の非照射時)としたとき、第2
図のtlが1〜2秒であった。
第3図には、上述の計測を果略するための装置の構成の
一例を示す。図において、赤外線検出器21は第1図に
示した構成のものである。周囲温度の変動等による赤外
線検出器21の発振周波数の変化を除去するために、赤
外線検出器21の近くにそれと同じ構成の参照用発振器
22が配置ざ□ ・1 れている。そして、シールド35によって、赤外線検出
器21に赤外線が照射され、参照用発振器腺 22に弥外轡が照射されないように構成されている。赤
外縁検出’a7F” 1 +参照用発振器22からの出
力は、それぞれバッファ23.24を介して、ミキサ2
6に印加され、赤外線検出器21および参照用発振器2
2のそれぞれの発振周波数の差の周波数の出力がミキサ
25から得られる。これらによって温度などのドリフト
分による影響を低減することができる。
一万、水晶発振子などを用いた発振器26からの出力を
分周器27で分周し、シャツタ開閉時間のタイミング信
号を作る。分周器27からの出力はシャツタ開閉駆動部
28に印加され、このシャッタ開閉、駆動部28はンヤ
ッタ29を駆動する。
さらに、分局#27からの信号は、第2図において述べ
たタイミングずれ食ψだけ移相する移相器3oでタイミ
ングずれ信号とされ、ゲート回路31.32をそれぞれ
制御する。この二つのゲート31.32の動作タイミン
グは、それぞれ第2図におけるψからt1+ψまで、t
1+ψから2tl+ψまでに相当し、この時間に入るミ
キサ25からの出力波の波頭を計数する時間を決定する
。したがって、これらのゲート向路31.32をそれぞ
れ通過した信号は、アップ/ダウンカウンタ33に入力
され、その信号の差分がR1数される。
このアップ/ダウンカウンタ33は移相器30からの信
号により動作し、その出力信号は辰示器34により表示
される。
第4図は、との辰示器34によって得られた結果を示し
たものである。この図より、感度は、40)127℃と
なり、単にシャッタ開閉による発振器6からの周波数変
化前に比べて約1o倍の感度となった。勿論、赤外線検
出器に光学系たとえはレンズ系、あるいはカセグレンな
どの反射系を用いて赤外椋を巣束照躬すれば、それだけ
感度を向上させることができる。
以上説明したように、不発明にかかる赤外線検出装置は
、弾性波素子と指巾器とで帰還型発振器を構成し、この
弾性波素子に照射される赤外線をシャッタで断続すると
ともに、このシャッタの開閉時刻より一足の時間遅れて
互いに反対位相で動作する第1.第2のゲート回路で、
帰還型発振器の出力を通過させ、これらゲート回路の出
力の周波数差から赤外線、さらにはそのエネルギーを検
出するものである。この装置は、弾性波素子への赤外線
の照射の断続のタイミングに対して一定時向遅れて第1
.第2のゲートN路で、前記帰還型発振器の出力を交互
に通過させ、その通過信号の周波数差から赤外線全検出
しているので、その検出感度が非常に高いという特長を
有する。そして、周波数差が赤外線のエネルギーに対応
することから、被測足対象に接触することなく、その温
度を測定することができる。さらに、前記帰還型発振器
に、それと実質的に同じ構成で赤外線の照射されない参
照用発振器を並置し、これら二つの発振器の周波数差の
信号を、第1.第2のゲート回路に印加することによっ
て、温度変化等による影響を転職でき、測定精度を高め
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は不発明にかかる赤外線検出装置の原理的な構造
を示す斜視図である。第2図は本発明にかかる赤外線検
出装置の原理を説明するための図、第3図はその一実施
例の構成を示すブロック図、第4図はその被測足対家の
温度と出力との関係の一1+Oを示す凶である。 1・・・・・・圧電体泰板、2,3・・・・・・トラン
スデーーザ、4・・・−・・増巾器、6・・・・・・帰
還型発振器、21・・・・・・赤外線検出器、22・・
・・・・参照用発振器、25・・・・・・ミキサ、26
・・・・・・発振器、27・・・・・・分周器、28−
・・・・・シャツタ開閉駆動部、29・・・・・・シャ
ッタ、3o・・・・・・移相−1i、31r32・・・
・・・ゲート回路、33・・・・・・アップ/ダウンカ
ウンタ、34・・・・・・表示器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)弾性波素子と増巾器とで構成された帰還型発振器
    を肩する赤外域検出器、前記弾性波素子に照射されるべ
    き赤外線をl=;=rF3eするシャッタ、および、前
    記シャッタの開閉時刻より一定時間遅れて互いに反対位
    相で動作し、前記赤外線検出器の出力を通過させる第1
    、第2のゲート回路を具備し、前記第1.第2のゲート
    回路の出力の周波数差から赤外線を検出することを特徴
    とする赤外縁検出装置。
  2. (2)弾性波素子と増巾器とで構成された帰還型発振器
    を有する赤外線検出器、前記弾性波素子に照射されるべ
    き赤外線をし「続するシャッタ、前記帰還型帰還発振器
    と笑質的に同じ構成で、赤外ん、;が照射されない参照
    用発振器、前記赤外線検出器の出力と前記参照用発振器
    の出力が印加され、これら二つの周波数差を有する出力
    を発生ずるミキサ、および、前記シャッタの開閉時刻よ
    り一定時間遅れて互いに反対位相で動作し、前記ミキサ
    の出力を通過させる第1.第2のゲート回路を具備し、
    前記第1.第2のゲート回路の周波数差から赤外縁を検
    出することを特徴とする赤外線検出装置。
JP21291781A 1981-12-28 1981-12-28 赤外線検出装置 Granted JPS58113822A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1984000812A1 (en) * 1982-08-10 1984-03-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Infrared detector

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1984000812A1 (en) * 1982-08-10 1984-03-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Infrared detector
US4602159A (en) * 1982-08-10 1986-07-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Infrared detector

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JPH037055B2 (ja) 1991-01-31

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