JPS6375530A - 赤外線検出装置 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は抵抗変化型赤外線センサを用いた赤外線温度
測定装置に関し、さらに詳細にいえば、雰囲気温度によ
る影響を補償して赤外線のみを検出するための赤外線検
出装置に関する。

〈従来の技術〉 従来からロウづけ温度等を非接触で測定するために、赤
外線検出装置が使用されている。

この種の赤外線検出装置は、Ｐｂ５ｅ、ＰｂＳ等からな
る抵抗変化型赤外線センサが赤外線線量に対応して抵抗
変化することに着目して、」１記抵抗変化型赤外線セン
サの端子間電圧を取出し、この端子間電圧に基いて測定
対象物からの放射赤外線量、すなわち、測定対象物の温
度を測定するようにしている。

ところが、上記抵抗変化型赤外線センサは、赤外線のみ
ならず、雰囲気温度によっても抵抗が変化する特性を有
しているので、」１記端子間電圧には、雰囲気温度に起
因する誤差が含まれていることになり、正確な赤外線線
量の検出を行なうことができない。

このような実情を考慮して、 ■　ベルチェ素子を用いて抵抗変化型赤外線センサを冷
却することにより、雰囲気温度の変動による影響を除去
し、正確な赤外線量の検出を行なおうとするもの、およ
び ■　抵抗変化型赤外線センサが配置されている雰囲気の
温度をサーミスタにより検出し、サーミスタの端子間電
圧に基づいて抵抗変化型赤外線センサから出力される検
出信号を補正することにより、雰囲気温度の変動による
影響を除去し、正確な赤外線線量の検出を行なおうとす
るもの（センサ技術１９８５年５列部時増刊号Ｖｏ１．
５．Ｎｏ、Ｂ　Ｐ、８Ｂ　〜ｐ、ｌ１１８参照）、およ
び ■抵抗変化型赤外線センサの温度係数をコンピータに記
憶させておき、測定データに応じて温度計数に基づき演
算することにより温度補償するものか提供されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 １−記■の構成の赤外線検出装置においては、雰囲気温
度の急激な変化に追従させてベルチェ素子による冷却を
制御し、抵抗変化型赤外線センサの温度を一定に保持す
ることは、はとんど不可能であるとともに、ベルチェ素
子を制御するための制御回路、および雰囲気温度を検出
するための検出回路か必須となり、構成が複雑化すると
いう問題点を有している。

また、上記■の構成の赤外線検出装置においては、雰囲
気温度の変化に対する追従性を向」ニさせることができ
るのであるが、サーミスタと抵抗変化型センサとでは温
度係数が相違するので、雰囲気温度の変化に起因する誤
差を完全に補償することは不可能であり、特定の温度条
件下においてのみ誤差が全くない正確な赤外線検出を行
なうことかできるという問題点がある。

さらに詳細に説明すると、■の赤外線検出装置のセンサ
部は第４図に示されるように、抵抗変化型赤外線センサ
（４１）と抵抗（４２）を直列に接続し、接続点にコン
デンサ（４３）を接続した構成である。

そして、接続点の電位ｖ１は、 ｖｌ−［ｒ／　（Ｒ十ｒ）］　ｖ となる。但し、ｒは抵抗変化型赤外線センサ（４１）の
抵抗値、Ｒは抵抗（４２）の抵抗値を示す。

ここで、抵抗変化型赤外線センサ（４１）は温度時α／
Ｔ 性を持っているので、ｒ−ｒｅ　　　とすると、α／Ｔ
　　　　　　α／Ｔ ｖ　　−［ｒ　　ｅ　　　／（Ｒ十ｒ　　ｅ　　　）］
ｖとなる。

そして、入射赤外線線量をＦとし、赤外線入射による抵
抗変化型赤外線センサの抵抗変化係数をｋとすると、赤
外線が照射された場合における接続点の電位Ｖ、は、 ｎ α／Ｔ ｖ　　＝［（１，−Ｆｋ）ｒ　　ｅ　　　／Ｉｎ　　　
　　　　　　　。

α／Ｔ ｆＲ＋（１−Ｆｋ）ｒ　　ｅ　　　ｌ］ｖとなる。

ここで、抵抗変化係数ｋにも温度特性があるのβ／Ｔ で、ｋ＝ｋ　　ｅ　　　とすると、 β／Ｔ　　　　α／Ｔ ｆＲ＋（１−Ｆｋ　　ｅ　　　）ｒ　　ｅ　　　ｌ］ｖ
となる。

そして、コンデンサ（４３）を通過した点の出力電位ｖ
２は、赤外線入射による抵抗変化は雰囲気温度による抵
抗変化に比して非常に小さいので１−Ｆｋｅβ／Ｔ−１
と近似できることを考慮すれば、 １１ｎ ＃［Ｆｋ　　ｅβ／Ｔ　　　　ａバ１ ０　　　ｒＯｅ （Ｒ＋ｒ　　ｅ　ａ／Ｔ）　］　ｖ となる。

」１式の結果から分かるように、出力電位ｖ２には、２
つの温度特性があり、単純にサーミスタ等で温度補償し
たところで、限られた範囲しが正確に赤外線線量を検出
することはできない。

さらに、上記■の構成の赤外線検出装置においでは、温
度補償回路が大きくなり、コスト、および装置の簡略化
に問題点がある。

即ち、抵抗変化型赤外線センサは、赤外線照射により約
０．１％程度の抵抗値変化を生ずるのに対して、雰囲気
温度により約５０％程度の抵抗値−６＝ 変化（例えば２０°Ｃの場合）を生ずるのであるから、
雰囲気温度に起因する誤差を正確に補償しなければ、赤
外線線量とは全く無関係のデータを提供することになる
ので、上記の問題は到底無視し得ないことになる。特に
、上記赤外線照射による約０，１％の抵抗変化は、雰囲
気温度の影響を受けて変化した抵抗値を基準として発生
するものであるから、０．１％という割合いは変化しな
くても、実際に得られる抵抗値はかなり大幅に変化する
ことになってしまうのである。

〈発明の目的〉 この発明は」１記の問題点に鑑みてなされたものであり
、雰囲気温度の変動に対して高い追従性を有していると
ともに、広い温度範囲にわたって正確な補償を行うこと
かできる赤外線検出装置を提供することを目的としてい
る。

く問題点を解決する為の手段〉 １−２目的を達成するための、この発明の赤外線検出装
置は、」−記抵抗変化型赤外線センサと同じ温度特性を
有する温度センサを上記抵抗変化型赤外線センサと直列
に接続し、センサの接続点に直流成分を除去するハイパ
スフィルタを接続し、赤外線線量に対する抵抗変化型赤
外線センサの抵抗値変化量を温度補償する温度補償手段
をハイパスフィルタに接続したものである。

く作用〉 以−Ｌの構成の赤外線検出装置であれば、抵抗変化型赤
外線センサは雰囲気温度の影響を受けて抵抗値が温度特
性に従って変化するとともに、チョッパにより断続され
た赤外線の照射を受けて照射線量に対応して抵抗値が変
化する。したがって、抵抗変化型赤外線センサは雰囲気
温度の影響を受けて変化する非常に低い周波数の交流成
分の一トに、赤外線線量に対応する振幅の交流信号とを
出力する。一方、温度センサは、雰囲気温度の影響を受
けて抵抗変化型赤外線センサと同じ温度特性に従って抵
抗値が変化する。

α／Ｔ いま、雰囲気温度をＴ、温度特性をｅ　　とすると、雰
囲気温度の影響を受けて変化する抵抗変化型赤外線セン
サの抵抗値ｒ、及び温度センサの抵抗値Ｒは、　　　′ ｒ＝ｒ　　ｅα／Ｔ Ｒ＝Ｒｅａ／Ｔ となる。

そして、抵抗変化型赤外線センサと温度センサの直列接
続した点の電位は、 Ｖ　　＝　［ｒ　　ｅａ／Ｔ／　（Ｒｅ”１、　　　　
ｏ　　　　　　　□ ＋ｒ　　ｅａ／Ｔ）］ｖ −［ｒ　　／（Ｒ十ｒ　　）］ｖ となる。但し、■は両センサの直列回路に加えられる直
流電圧である。

−に式の結果から、接続点の電位ｖ１は雰囲気温度に影
響されない電位となることが分る。

そして、測定対象物からの赤外線の照射を受けたとき、
接続点の出力信号は、」二式の電位■１を基準に変化す
る。上記接続点からの出力信号を入力とする。ハイパス
フィルタの出力信号ｖ２は、β／Ｔ／ ｖ２−［ｒ　Ｆｋｏｅ （Ｒ十ｒ　　）］ｖ となる。但し、Ｆは赤外線入射量、ｋｅβバは抵抗変化
係数である。

」１記の如くハイパスフィルタから取り出された信号に
は、補償すべき係数として抵抗変化係数ｋｅβ／Ｔのみ
が含まれることになる。即ち、出力信号ｖ２は簡単な関
数にプロットされ、温度補償手段は、実験結果に基づき
簡単に温度補償を行うが可能になる。

従って、抵抗変化型赤外線センサが受ける雰囲気温度の
影響を補償し、この補償された交流信号に基づいて赤外
線線量を正確に検出することができる。

〈実施例〉 以下、実施例を示す添附図面によって詳細に説明する。

第１図はこの発明の赤外線検出装置の一実施例を示すブ
ロック図であり、雰囲気温度に対応して変化する直流成
分（周波数が非常に低く直流に近い）を除去し、赤外線
の照射周期に対応する交流信号（比較的周波数が高い成
分）を出力するセンサ部（１）を有している。そして、
センサ部（１）から出力される交流信号を増幅部（２）
に供給して所定レベルまで増幅し、バンドパスフィルタ
（３）によりノイズ成分を除去し、同期整流部【４）に
より所定間隔毎に整流し、平滑部【５］により」二足整
流した信号を平滑化する。そして、温度補正部（６）に
より平滑化された信号を温度補償して赤外線線量のみに
依存する検出信号を得る。

第２図は上記センサ部（１）の詳細を示す回路図である
。

センサ部（１）は、互に同一の温度特性を有する抵抗変
化型赤外線センサ（１ａ）と温度センサ（ｌｂ）を直列
に接続し、センサの接続点と増幅部（２）の間にハイパ
スフィルタ（９］を設け、上記両センサの直列接続回路
に直流電圧を供給している。そして、抵抗変化型赤外線
センサ（ｌａ）と測定対象物（′７）との間に、測定対
象物（７）から放射される赤外線を断続するチョッパ（
８）を配置している。

尚、上記温度センサ（１ｂ）としては、抵抗変化型赤外
線センサ（１ａ）と同一の温度特性を有するものであれ
ばよく、具体的には、赤外線の影響を受けないようにマ
スキングを施した抵抗変化型赤外線センサを使用するこ
とが好ましい。そして、ハイパスフィルタ（９）として
、コイル、コンデンサおよび抵抗等の素子を組合せたも
のが考えられるか、構成の簡素化の点から、単にコンデ
ンサのみを使用することが好ましい。

また、上記チョッパ（８）としては、測定物（刀の放射
する赤外線を断続して抵抗変化型赤外線センサ（１ａ）
に入射させるものであればよく、別車のような回転式の
もの、バイモルフ素子のような振動式のものが使用可能
であり、また、赤外線を断続させる周期についても、駆
動源、開口ピッチ等を適宜選択することにより、所望の
周期とすることができる。

」二記チョッパ［８）により測定物から放射される赤外
線を断続して抵抗変化型赤外線センサ（１ａ）に照射さ
せれば、抵抗変化型赤外線センサ（１ａ）の抵抗値が赤
外線線量に対応して変化する。また、抵抗変化型赤外線
センサ（１，ａ　）の抵抗値は、雰囲気温度の影響にも
対応して変化する。換言すれば、抵抗変化型赤外線セン
サ（ｌａ）の抵抗値は雰囲気温度に応じて変化するので
、抵抗変化型赤外線センサ（ｌａ）に赤外線が照射され
た場合には、雰囲気温度により変化した抵抗値を基準と
してさらに変化することになる。

一方、温度センサ（１ｂ）はマスクにより赤外線が完全
に遮断されているため、抵抗値は雰囲気温度のみに応じ
て一定の温度特性に従って変化する。

いま、雰囲気温度に対する抵抗変化型赤外線センサ（１
ａ）の抵抗値ｒの関係、および温度センサ（Ｉｂ）の抵
抗値Ｒの関係を、 ｒ＝ｒ　　ｅα／Ｔ Ｒ−Ｒｅａ／Ｔ（但し、ｅ　　は雰囲気温度にα／Ｔ よるセンサの温度特性である）とし、抵抗変化型赤外線
センサ（１ａ）と温度センサ（１ｂ）間の接続点の出力
電位ｖ１は、 α／Ｔ ｖ＝［ｒｅ　　　　　／ １゜ （Ｒｅａ／Ｔ＋ｒ　　　ｅα／Ｔ）　　］　　Ｖ＝［ｒ
　　　／（Ｒ＋ｒ　　　）ｌｖ ｏ　　　　　　　　　０　　　　　　０（但し、■は電
源端子間電圧である）となり、出力電位は雰囲気温度と
は無関係となる。

次に、赤外線が照射されるたときを詳説する。

いま、入射赤外線線量をＦとし、抵抗変化係数をｋとす
ると、赤外線が入射したときの抵抗変化型赤外線センサ
（１ａ）の抵抗値は、Ｆｋｒ　　ｅａ／Ｔたけ変化し、
さらに、抵抗変化係数には、β／Ｔ ｋ＝ｋ　　ｅβ１０（但し、ｅ　　は抵抗変化係数の温
度特性である）であるから、赤外線が照射されたときの
抵抗変化型赤外線センサ（］ａ）と抵抗変化型赤外線セ
ンサ（ｉｂ）間の接続点の出力電位ｖ１ｎは、β／Ｔ　
　　　　　α／Ｔ ｖ　　　＝［（１−Ｆｋ　　　ｅ　　　　）ｒ　　　ｅ
　　　　／Ｉｎ　　　　　　　　　　　　　　ｏ　　　
　　　　　　　　。

α／Ｔ　　　　　　βバ ｆＲｅ　　　　　＋（１−Ｆｋ　　　ｅ　　　　　）ｒ
　　ｅａ／Ｔｌ］ｖ となり、上記出力信号Ｖ、がコンデンサ（９）を通過ｎ したときの出力信号■２は、 １−Ｆｋｅβ／１−１であることを考慮すれば、２　　
　　１　　　　　ｉｎ β／Ｔ ：［ｒ　　　Ｆｋ　　　ｅ　　　　　／（Ｒ＋ｒ　　　
）］ｖとなる。

」二足のハイパスフィルタ（９）を通過した出力信号■
２は、」１式から明らかなように、抵抗変化係数にのみ
が雰囲気温度Ｔの影響を受けている。

以下、この出力信号ｖ２を第１図のブロック図に示され
るように、増幅部（２）、バンドパスフィルタ（３）、
同期整流部（４）、平滑化回路（５）を介して最終段の
温度補正部（６）に供給する。

第３図は温度補正部（６）の回路図を示し、温度補正部
（６）は、上記出力信号ｖ２の抵抗変化係数ｋによる影
響を四則演算して補償する為のものであり、上記平滑化
部（５）からの直流信号をサーミスタ（１０）と抵抗（
■１）を並列に接続した回路に供給し、乗算器（１２）
により、抵抗（１３）に対するサーミスタ（１０）と抵
抗（１１）の並列回路の合成抵抗の比率で乗算して温度
補償し、赤外線にのみ依存した信号を取出している。

但し、」二層温度補正部（６）としては、乗算に代えて
、除算を行うことにより温度補償することもできる。そ
して、何れの場合においても雰囲気温度の影響を受ける
のは、抵抗変化係数にのみであるため、簡単にかつ正確
な温度補償を行うことかできる。

以ト要約すれば、雰囲気温度による影響を受けて抵抗変
化型赤外線センサ（Ｉａ）の基準抵抗値が変化するのを
、赤外線に対するマスキングが施された抵抗変化型赤外
線センサからなる温度センサ（ｌｂ）を直列に接続する
ことにより温度補償しているので、雰囲気温度に起因す
る基準抵抗値変化を補償することができ、次に、赤外線
線量に対する抵抗値変化のうち、雰囲気温度に依存する
変化量を補償することにより赤外線線量にのみ依存する
信号を得ることができる。

〈発明の効果〉 以上のように、この発明の赤外線検出装置によれば、抵
抗変化型赤外線センサと、抵抗変化型赤外線センサと同
じ温度特性を有する温度センサを直列に接続し、接続点
電圧をハイパスフィルタにより直接取り出しているので
、雰囲気温度による影響を受けて抵抗変化型赤外線セン
サの基準抵抗値か変化するのを、広い範囲にわたって補
償することができ、さらに、赤外線線線量に対する抵抗
値変化の雰囲気温度に依存する変化線量を補償すること
により、赤外線線線量の正確な検出ができるという特有
の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示すブロック図、 第２図は、上記ブロック図のセンサ部を示す回路図、 第３図は、温度補正部を示す回路図、 第４図は、従来例を示す回路図である。 （１）・・・センサ部、（１ａ）・・・抵抗変化型赤外
線センサ、（ｌｂ）・・・温度センサ、（９）・・・ハ
イパスフィルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、抵抗変化型赤外線センサに照射され る赤外線をチョッパにより断続し、抵抗 変化型赤外線センサからの出力信号を温 度補償する赤外線検出装置において、上 記抵抗変化型赤外線センサと同じ温度特 性を有する温度センサを上記抵抗変化型 赤外線センサと直列に接続し、センサの 接続点に直流成分を除去するハイパスフ ィルタを接続し、赤外線線量に対する抵 抗変化型赤外線センサの抵抗値変化量を 温度補償する温度補償手段を上記ハイパ スフィルタに接続したことを特徴とする 赤外線検出装置。 ２、温度センサが、赤外線の照射を受け ない抵抗変化型赤外線センサである上記 特許請求の範囲第１項記載の赤外線検出 装置。