JPS6058816B2 - automatic brightness thermometer - Google Patents

automatic brightness thermometer

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JPS6058816B2
JPS6058816B2 JP55062595A JP6259580A JPS6058816B2 JP S6058816 B2 JPS6058816 B2 JP S6058816B2 JP 55062595 A JP55062595 A JP 55062595A JP 6259580 A JP6259580 A JP 6259580A JP S6058816 B2 JPS6058816 B2 JP S6058816B2
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JP
Japan
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output
circuit
integrator
thermometer
switch
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JP55062595A
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Japanese (ja)
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JPS56158924A (en
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光夫 永田
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPS6058816B2 publication Critical patent/JPS6058816B2/en
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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
    • G01J5/52Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using comparison with reference sources, e.g. disappearing-filament pyrometer

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、フォトダイオードを光電変換素子として用い
た自動輝度温度計に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an automatic brightness thermometer using a photodiode as a photoelectric conversion element.

一般に、自動輝度温度計とは光高温計を自動化したもの
をいうが、この自動輝度温度計は、被測定物体と比較放
射体の輝度判別を人間の目から光電変換素子に置き換え
たものである。
In general, an automatic brightness thermometer is an automated optical pyrometer, but this automatic brightness thermometer replaces the human eye with a photoelectric conversion element to determine the brightness of the object to be measured and the comparison radiator. .

従来の自動輝度温度計は、被測定物体と比較放射体の放
射エネルギーを回転セクタを介して交互に光電変換素子
に導いて、被測定物体及び比較放射体の輝度の偏差が零
となるように比較放射体の輝度制御を自動的に行うよう
にしたものが多い。しかしながらこのような回転セクタ
を用いたものは、回転機構を採用しているため動作寿命
に問題があつた。本発明は、このような点に鑑みてなさ
れたもので、上述した回転セクタの代わりに光学系利得
の高いフォトダイオードを用いて回転セクタと同一の作
用効果をもたせかつ低輝度の場合でも安定な出力が得ら
れる自動輝度温度計を実現したものである。以下、本発
明を図面を参照して詳しく説明する。第1図は、本発明
の一実施例を示ず電気的接続図である。
Conventional automatic brightness thermometers alternately guide the radiant energy of the object to be measured and the comparison radiator to the photoelectric conversion element via a rotating sector, so that the deviation in the brightness of the object to be measured and the comparison radiator becomes zero. Many of them automatically control the brightness of the comparison radiator. However, such a device using a rotating sector has a problem with its operating life because it employs a rotating mechanism. The present invention has been made in view of these points, and uses a photodiode with a high optical system gain instead of the above-mentioned rotating sector to provide the same effect as the rotating sector and to be stable even at low brightness. This is an automatic brightness thermometer that can provide output. Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an electrical connection diagram showing one embodiment of the present invention.

レンズ、ミラー等で構成された光学系1は、被測定物体
Xの光学像をフォトダイオードD、に結像する。同様に
して、比較放射体Rの光学像はフォトダイオードD2に
結像する。比較放射体Rとしては例えばタングステン電
球が用いられる。ここで、フォトダイオードD、とD。
は特性が揃つたものが必要である。最近の半導体製作技
術の進歩により、特性の揃つたフォトダイオードを得る
ことは容易てある。フォトダイオードD、及びD2の各
々の光電変換出力は、スイッチSW、及ひSW。
An optical system 1 composed of lenses, mirrors, etc. forms an optical image of an object to be measured X onto a photodiode D. Similarly, the optical image of the comparison radiator R is formed on the photodiode D2. As the comparison radiator R, for example, a tungsten light bulb is used. Here, photodiodes D and D.
It is necessary to have a set of characteristics. Recent advances in semiconductor manufacturing technology have made it easy to obtain photodiodes with uniform characteristics. The photoelectric conversion outputs of the photodiodes D and D2 are output from the switches SW and SW.

を介して第1の積分器2及び第2の積分器3に入力する
。第1の積・分器2は、演算増幅器20、キャパシタC
l及びスイッチSW3とで構成されている。キャパシタ
Clは演算増幅器20の入出力端子間に接続され、スイ
ッチSWaは該キャパシタClの両端に接続されている
。第2の積分器3も第1の積分器2、と同様演算増幅器
30、キャパシタCo及びスイッチSW。とで構成され
ている。5は、前記第1の積分器2の出力信号と基準電
圧上sとを比較する比較器である。
The signal is inputted to the first integrator 2 and the second integrator 3 via. The first integrator/divider 2 includes an operational amplifier 20 and a capacitor C.
1 and a switch SW3. A capacitor Cl is connected between the input and output terminals of the operational amplifier 20, and a switch SWa is connected to both ends of the capacitor Cl. Like the first integrator 2, the second integrator 3 also includes an operational amplifier 30, a capacitor Co, and a switch SW. It is made up of. 5 is a comparator that compares the output signal of the first integrator 2 and the reference voltage s.

4は、前記比較器5の出力で前記第2の積分器3の出力
を保持するホールド回路である。
A hold circuit 4 holds the output of the second integrator 3 using the output of the comparator 5.

6は該ホールド回路4の出力と前記基準電圧上sとの差
を増幅する増幅器である。
Reference numeral 6 denotes an amplifier that amplifies the difference between the output of the hold circuit 4 and the reference voltage s.

7は、前記比較器5とパルス発生器8の各々の出力を受
けてスイッチSWl〜SW4のオン・オフを制御する第
1の制御回路である。
Reference numeral 7 designates a first control circuit that receives the outputs of the comparator 5 and the pulse generator 8 and controls the on/off of the switches SW1 to SW4.

9は、前記増幅器6の出力を受けて前記比較放射体Rを
駆動する第2の制御回路である。
Reference numeral 9 denotes a second control circuit that receives the output of the amplifier 6 and drives the comparison radiator R.

10は、該制御回路9の出力を受けてこれを対応した温
度信号に変換する温度変換回路である。
10 is a temperature conversion circuit that receives the output of the control circuit 9 and converts it into a corresponding temperature signal.

11は、該温度変換回路10の出力を外部に取出すため
の出力端子である。
11 is an output terminal for taking out the output of the temperature conversion circuit 10 to the outside.

このように構成された回路の動作を以下に説明する。被
測定物体Xの光学像が、光学系1を介してフォトダイオ
ードD1に結像すると該フォトダイオードには被測定物
体Xの放射エネルギーに応じた光電流が流れる。
The operation of the circuit configured in this way will be explained below. When an optical image of the object to be measured X is formed on the photodiode D1 via the optical system 1, a photocurrent corresponding to the radiant energy of the object to be measured X flows through the photodiode.

また、放射エネルギーは、放射源の温度により指数関数
的な変化をするのでフォトダイオードの光電流は大幅に
変化する。従つて、前記フォトダイオードの光電流を受
ける回路には自動利得制御を行う必要がある。今、スイ
ッチSWlが閉じているものとすると、フォトダイオー
ドD1の光電流は積分器2に入力する。
Furthermore, since the radiant energy changes exponentially with the temperature of the radiation source, the photocurrent of the photodiode changes significantly. Therefore, it is necessary to perform automatic gain control on the circuit that receives the photocurrent of the photodiode. Assuming that the switch SWl is now closed, the photocurrent of the photodiode D1 is input to the integrator 2.

ここでスイッチSWl及びSW3は、第2図aに示すよ
うにパルス発生器8の出力の周期T。に同期した第1の
制御回路7の出力によりオン・オフする。第2図bはス
イッチSWlの、CはスイッチSW3のそれぞれオン・
オフ特性を示す図である。これら特性図において、゛゜
1゛レベルがスイッチオンに、460おレベルがスイッ
チオフにそれぞれ対応している。第2図bにおいてTs
はスイ.ツチSWlがオンになつている期間を示してい
る。第2図dは、前記スイッチSWl,SW3によつて
制御された積分器2の出力波形を示す。スイッチSWl
がオンになつている間スイッチSW3はオフで、前記フ
ォトダイオードD1の光電流は積分器J2により積分さ
れる。積分器2の出力は図に示すように負方向に漸次増
大する。この積分器2の出力は続く比較器5の一方の入
力に接続されている。積分器2の出力が上sに達した瞬
間に比較器5の出力は反転する。第2図eは該比較器5
の(出力波形を示す。比較器5の反転出力を受けて、第
1の制御回路7はスイッチSWlをオフにし、一定時間
経過後スイッチSW3をオンにする。スイッチSW3が
オンになると、積分器2はリセットされ従つて比較器5
の出力も変化前の状態に戻る。ここで、スイッチSWl
が閉じている期間Tsは被測定物体からの放射エネルギ
ーの大きさに反比例する。即ち、放射エネルギーが大き
いと期間Tsは短くなり、小さいと長くなる。即ち、フ
ォトダイオードD1、スイッチSWl、積分器2、比較
器5、第1の制御回路7とで構成される回路は、積分器
2の最終光電流積分出力か常に基準電圧上sと等しくな
るように積分時間Tsが変ノ化する自動利得制御回路を
構成している。即ち、低輝度の場合でも安定動作をする
ことができることを示す。一方、スイッチSW2及びS
W4も前記スイッチSWl及びSW3にそれぞれ同期し
てオン・オフ動作・をしている。
Here, the switches SW1 and SW3 are connected to the period T of the output of the pulse generator 8 as shown in FIG. 2a. It is turned on and off by the output of the first control circuit 7 which is synchronized with . Figure 2b shows switch SWl and C shows switch SW3 on and off.
FIG. 3 is a diagram showing off characteristics. In these characteristic diagrams, the ゛゜1゛ level corresponds to switch-on, and the 460 level corresponds to switch-off. In Figure 2b, Ts
Sui. This shows the period during which the switch SWl is on. FIG. 2d shows the output waveform of the integrator 2 controlled by the switches SWl and SW3. Switch SWl
is on, the switch SW3 is off, and the photocurrent of the photodiode D1 is integrated by the integrator J2. The output of the integrator 2 gradually increases in the negative direction as shown in the figure. The output of this integrator 2 is connected to one input of the following comparator 5. The moment the output of the integrator 2 reaches upper s, the output of the comparator 5 is inverted. FIG. 2e shows the comparator 5
The first control circuit 7 turns off the switch SWl and turns on the switch SW3 after a certain period of time. When the switch SW3 is turned on, the integrator 2 is reset and therefore comparator 5
The output also returns to the state before the change. Here, switch SWl
The period during which Ts is closed is inversely proportional to the magnitude of the radiant energy from the object to be measured. That is, when the radiant energy is large, the period Ts becomes short, and when the radiant energy is small, the period Ts becomes long. That is, the circuit composed of the photodiode D1, the switch SWl, the integrator 2, the comparator 5, and the first control circuit 7 is configured so that the final integrated photocurrent output of the integrator 2 is always equal to the reference voltage s. This constitutes an automatic gain control circuit in which the integration time Ts is varied. That is, it shows that stable operation can be performed even in the case of low luminance. On the other hand, switches SW2 and S
W4 also performs on/off operations in synchronization with the switches SW1 and SW3, respectively.

第2のfはスイッチSW2の、gはスイッチSW4のそ
れぞれ動作を示す図である。第2の積分器3は、前述し
た期間Tsの間比較放射体Rの放射エネルギーを受けた
フォトダイオードD2の光電流を積分している。第2図
のhは第2“の積分器3の出力波形を示す図である。そ
してこの第2の積分器3の最終出力は、比較器5からの
信号によりホールド回路4でホールドされる。増幅器6
は、該ホールド回路の出力と基準電圧一Esとの偏差が
零になるように第2の制御回路9に信号を送る。第2図
1はホールド回路4の出力が基準電圧上sに近づいてい
くさまを示す図である。第2の制御回路9は増幅器6の
出力を受けて、基準電圧上sとホールド回路4の出力と
が等しくなるように比較放射体Rを駆動する。
The second f is a diagram showing the operation of the switch SW2, and the second g is a diagram showing the operation of the switch SW4. The second integrator 3 integrates the photocurrent of the photodiode D2 which has received the radiation energy of the comparison radiator R during the above-mentioned period Ts. 2 is a diagram showing the output waveform of the second integrator 3.The final output of the second integrator 3 is held in the hold circuit 4 by the signal from the comparator 5. amplifier 6
sends a signal to the second control circuit 9 so that the deviation between the output of the hold circuit and the reference voltage -Es becomes zero. FIG. 2 is a diagram showing how the output of the hold circuit 4 approaches the reference voltage s. The second control circuit 9 receives the output of the amplifier 6 and drives the comparison radiator R so that the reference voltage s becomes equal to the output of the hold circuit 4.

そして、基準電圧上sとホールド回路4の出力とが等し
くなつた時、被測定物体Xと比較放射体Rの放射エネル
ギーは対応したものとなる。温度変換回路10は前記第
2の制御回路9の出力を受けてこれを温度に対応し信号
に変換して出力端子11に出力する。このようにして出
力端子11には温度に対した信号出力が生じ、輝度温度
計として利用することができる。更に以上の動作は全て
自動で行われるので自動輝度温度計として利用すること
ができる。以上、詳細に説明したように、本発明によれ
ば回転セクタ等の機構部を用いずかつ低輝度の場合ても
安定な出力が得られる自動輝度温度計を実現することが
できる。
Then, when the reference voltage s becomes equal to the output of the hold circuit 4, the radiant energy of the object to be measured X and the comparison radiator R correspond to each other. The temperature conversion circuit 10 receives the output of the second control circuit 9, converts it into a signal corresponding to the temperature, and outputs the signal to the output terminal 11. In this way, a signal output corresponding to the temperature is generated at the output terminal 11, and it can be used as a brightness thermometer. Furthermore, since all of the above operations are performed automatically, it can be used as an automatic brightness thermometer. As described above in detail, according to the present invention, it is possible to realize an automatic brightness thermometer that does not use a mechanical part such as a rotating sector and can provide a stable output even at low brightness.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の一実施例を示す電気的接続図、第2
図は第1図に示す回路図の各部の動作波形を示す図であ
る。 1・・・・・光学系、2,3・・・・・・積分器、4・
・・・・・ホールド回路、5・・・・・・比較器、6・
・・・・・増幅器、8・・・・パルス発生器、7,9・
・・・・・制御回路、10・・・・・・温度変換回路、
11・・・・・・出力端子、20,30・・・・演算増
幅器、SWl〜SW4・・・・・スイッチ、Dl,D2
・・フォトダイオード、上s・・・・・・基準電源、X
・・・・・被測定物体、R・・・・・・比較放射体。
FIG. 1 is an electrical connection diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG.
This figure is a diagram showing operating waveforms of each part of the circuit diagram shown in FIG. 1. 1...Optical system, 2, 3...Integrator, 4...
...Hold circuit, 5...Comparator, 6.
...Amplifier, 8...Pulse generator, 7,9...
...control circuit, 10 ...temperature conversion circuit,
11... Output terminal, 20, 30... Operational amplifier, SWl to SW4... Switch, Dl, D2
...Photodiode, upper S...Reference power supply, X
...Measurement object, R...Comparison radiator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 2つのフォトダイオードと、被測定物体及び比較放
射体からの放射エネルギーを各々前記2つのフォトダイ
オードに導く光学系と、前記各々のフォトダイオードの
出力電流を積分する2つの積分器と、被測定物体に対応
したフォトダイオード側の積分器出力信号と基準信号と
を比較する比較器と、該比較器出力信号により前記2つ
の積分器の積分時間を制御する回路と、前記比較放射体
に対応したフォトダイオード側の積分器出力信号と前記
基準信号との偏差が零となるように該比較放射体の放射
エネルギーを制御する回路と、前記比較放射体の制御信
号を温度に対応した信号に変換する回路とにより構成さ
れた自動輝度温度計。
1. Two photodiodes, an optical system that guides the radiant energy from the object to be measured and the comparison radiator to the two photodiodes, two integrators that integrate the output current of each of the photodiodes, and a device to be measured. a comparator for comparing an integrator output signal on the photodiode side corresponding to the object with a reference signal; a circuit for controlling the integration time of the two integrators based on the comparator output signal; a circuit that controls the radiant energy of the comparison radiator so that the deviation between the integrator output signal on the photodiode side and the reference signal becomes zero; and a circuit that converts the control signal of the comparison radiator into a signal corresponding to temperature. An automatic brightness thermometer consisting of a circuit.
JP55062595A 1980-05-12 1980-05-12 automatic brightness thermometer Expired JPS6058816B2 (en)

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