KR100395617B1 - temperature revision equipment of thermopile sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판에 증착되어 적외선이 검지되면 표면온도가 상승하고 초전효과에 의해 표면전하가 발생하는 초전소자와, 이 초전소자에서 발생한 표면전하를 증폭하도록 열전대판에 증착된 제1증폭부와, 상기 초전소자의 온도를 검출하도록 된 제1써미스터와, 소정위치로부터 방사되는 적외선 중 필요 적외선만 통과 시키는 제1광학필터가 설치되며, 기판과 초전소자와 써모파일 써미스터를 수용보호하도록 된 딥타입과 캔타입 중 어느 하나로 된 본체를 포함하는 써모파일 센서의 온도보상장치에 관한 것으로, 특히, 상기 써모파일 센서의 초전소자를 항온조에 수용시키지 않고도 항상 일정한 온도가 유지될 수 있도록 써모모듈로서 온도를 제어하여 써모파일 센서의 감도가 안정된 상태로 유지될 수 있도록 함과 동시에 써모모듈의 흡, 발열로 초전소자가 온도제어되는 동안에도 초전소자 동작에 의한 자체 발열로 인해 발생되는 온도오차까지도 보상하여 감도를 향상시킬 수 있도록 하는 써모파일 센서의 온도보상장치를 제공한다.The present invention is a pyroelectric element is deposited on the substrate and the infrared temperature is detected, the surface temperature rises and the surface charge is generated by the pyroelectric effect, the first amplifier portion deposited on the thermocouple plate to amplify the surface charge generated in the pyroelectric element, A first thermistor configured to detect the temperature of the pyroelectric element, a first optical filter configured to pass only necessary infrared rays among infrared rays emitted from a predetermined position, and a dip type configured to receive and protect a substrate, a pyroelectric element, and a thermopile thermistor; The present invention relates to a temperature compensating device for a thermopile sensor including a main body made of any one of can types, and particularly, to control temperature as a thermo module to maintain a constant temperature without accommodating the pyroelectric element of the thermopile sensor in a thermostat. The thermopile sensor's sensitivity can be maintained in a stable state, while the thermoelectric element It is also provided a temperature compensation apparatus of the thermopile sensor that compensates even temperature error caused by self-heating to enhance the sensitivity of the pyroelectric element operation while the temperature control.
Description
본 발명은 써모파일 센서의 온도보상장치에 관한 것으로, 특히, 써모파일 센서가 외부환경의 온도변화에 따라 영향을 받지 않도록 함과 동시에 초전소자 자체에서 발열되는 온도변화에 의해서도 영향을 받지 않도록 써모모듈(Thermoelectric Module)로써 온도를 제어하여 감도를 극대화 하기 위한 써모파일 센서의 온도보상장치에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature compensating device of a thermopile sensor. In particular, the thermopile sensor is not affected by the temperature change of the external environment and at the same time the thermopile is not affected by the temperature change generated by the pyroelectric element itself. (Thermoelectric Module) relates to a temperature compensation device of a thermopile sensor for maximizing sensitivity by controlling temperature.
일반적으로, 적외선 센서는 비접촉식 온도측정방법으로서, 회전하는 측정대상물이나 고온이어서 접촉이 사실상 불가능한 경우에 사용되어 왔다.In general, the infrared sensor is a non-contact temperature measuring method, and has been used in a case where contact is virtually impossible due to a rotating measurement object or a high temperature.
아울러, 특정 물체를 감지하여 소정의 신호로서 동작을 유발하는 각종 전자장비에도 사용되고 있는 이러한 적외선 센서로는 광기전력 효과(photovoltaic effedt)나 광전도 효과(photoconductive effect)를 이용한 양자형(photonic type)센서와 볼로미터(bolometer), 초전 센서(pyroelectric sensor), 써모파일센서(thermopile sensor)와 같은 열형(thermal type)센서가 있다.In addition, such infrared sensors, which are used in various electronic devices that sense specific objects and cause operation as predetermined signals, include photovoltaic effedt or photonic type sensors using photoconductive effects. And thermal type sensors such as bolometers, pyroelectric sensors, and thermopile sensors.
양자형 센서는 입사파(incident radiation)가 전자를 여기(excite)시켜 센서의 전기적 특성을 변화시키는 것을 이용하는 것으로서, 일반적으로 선택된 파장범위에서 감지성능이 매우 뛰어나고 빠른 응답특성(responsivity)을 가지고 있다.The quantum sensor uses incident radiation to excite electrons to change the electrical characteristics of the sensor. In general, the quantum sensor has excellent sensing performance and fast response in a selected wavelength range.
그러나, 아직 관련 제조기술이 확립되어 있지 못하고, 고가이며, 소정의 적외선 감도를 얻기 위해서는 액체질소(liquid-N2)온도범위인 초저온 상태에서 동작시켜야 하는 단점이 있다.However, related manufacturing techniques have not yet been established, it is expensive, there is a disadvantage to operate in a cryogenic state in the liquid nitrogen (liquid-N 2 ) temperature range in order to obtain a predetermined infrared sensitivity.
따라서, 산업적으로 적외선 센서를 이용하기 위해서는 냉각이 필요없고 값이 싸며 신뢰성 있는 소자가 필요하게 되었다.Therefore, in order to use the infrared sensor in the industry, there is no need for cooling, low cost and reliable devices.
이러한 단점을 보완할 수 있는 써모파일 센서란, 이종의 다른 물질을 한쪽은 접점(juction)을 만들고 다른 쪽은 떼어놓은(open)구조로 형성하여 이 접점부분과 개방된 부분에 온도차가 생기면 이 온도차의 크기에 비례하여 기전력(thermoelectric power)이 발생한다는 제백효과(seebeck effect)를 이용함으로써 온도를 감지하는 센서를 말한다.A thermopile sensor that can compensate for this drawback is to form a structure in which different kinds of materials are made of contacts on one side and an open side on the other side, so that a temperature difference occurs between these contacts and an open part. It refers to a sensor that senses temperature by using the Seebeck effect that thermoelectric power occurs in proportion to the size of.
이 써모파일 센서는 직류방사에 대하여 안정된 응답특성을 나타내며 넓은 적외선 스펙트럽에 응답하고 바이어스 전압이나 바이어스 전류가 필요없는 장점을 가진다.This thermopile sensor has a stable response to DC radiation, responds to a wide infrared spectrum, and does not require bias voltage or bias current.
상기한 써모파일 센서의 동작원리는 "모든 물체는 절대온도의 4승에 비례하는 에너지를 표면으로부터 방사한다"고 하는 스테판-볼츠만의 법칙(Stefan-Boltzmann's law)에 근거를 두고 있다.The principle of operation of the thermopile sensor is based on Stefan-Boltzmann's law: "All objects radiate energy from the surface proportional to the fourth power of absolute temperature."
즉, 물체의 절대온도를 T, 물체에서 방사되는 에너지를 P, 방사율을 ε이라 하면 P∝εσT4과 같이 된다.That is, if the absolute temperature of the object is T, the energy radiated from the object is P, and the emissivity is ε, then P∝εσT 4 .
이때, σ는 스테판-볼츠만 상수(5.67×10-8Wm-2K-4)이다.Is the Stefan-Boltzmann constant (5.67 x 10 -8 Wm -2 K -4 ).
결국, 써모파일 센서는 T4에 비례하는 에너지를 검출하여 온도를 측정하는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 초전소자(1)에 입사되는 에너지는 측정대상물(2)로부터 방사되는 에너지(A), 측정대상물(2) 주위의 온도에 의해 발생한 에너지가 측정대상물(2)에 반사되어 초전소자(1)로 입사되는 에너지(B), 센서 패키지(3) 주위의 온도에 의해 센서 패키지(3)의 캡에서 방사되어 초전소자(1)로 입사되는 에너지(C), 센서 패키지(3)를 통한 열전도(D), 그리고 초전소자(1) 자체에서 방사되는 에너지(E) 등이 있다.As a result, the thermopile sensor detects energy proportional to T 4 and measures temperature. As shown in FIG. 1, the energy incident on the pyroelectric element 1 radiates energy A emitted from the measurement object 2. ), The energy generated by the temperature around the measurement object 2 is reflected by the measurement object 2, the energy B incident on the pyroelectric element 1, and the temperature of the sensor package 3 by the temperature around the sensor package 3. The energy (C) radiated from the cap of the ()) is incident on the pyroelectric element (1), the heat conduction (D) through the sensor package 3, and the energy (E) radiated from the pyroelectric element 1 itself.
따라서, 고온인 측정대상물(2)을 측정하는 경우, 초전소자(1)의 출력은 상기에 설명한 수식 P∝εσT4에 따라서 측정대상물(2) 온도(T)의 4승에 비례한 값이 얻어진다.Therefore, when measuring the measurement object 2 which is high temperature, the output of the pyroelectric element 1 has a value proportional to the square of the temperature T of the measurement object 2 according to the above-described formula P∝εσT 4 . Lose.
하지만, 저온인 측정대상물(2)을 측정하는 경우, 초전소자(1)의 출력은 수식 P∝εσT4에 따른 측정대상물(2)의 온도(T)값이 얻어지지 않는다.However, when measuring the measurement object 2 which is low temperature, the output of the pyroelectric element 1 does not obtain the temperature T value of the measurement object 2 according to the expression P∝εσT 4 .
그 이유는 스테판-볼츠만의 법칙에 의한 측정대상물(2)로부터 초전소자(1)에 입사되는 에너지(A) 뿐만 아니라 초전소자(1) 자신도 동일한 법칙에 의해에너지(E)를 방사하기 때문이다.This is because not only the energy A incident on the pyroelectric element 1 from the measurement object 2 by Stefan-Boltzmann's law, but also the pyroelectric element 1 itself radiates energy E by the same law. .
이것을 수식으로 표현하면 P∝σ(εT4+ RTS 4- T0 4)과 같이 된다.This expression is expressed as P∝σ (εT 4 + RT S 4 -T 0 4 ).
이때, T0는 초전소자 자체의 온도이고, TS는 측정대상물 주위의 온도이며, R은 반사율이다.At this time, T 0 is the temperature of the pyroelectric element itself, T S is the temperature around the measurement object, R is the reflectance.
즉, 측정대상물(2)의 온도(T)가 초전소자 자체의 온도(T0)보다 매우 높은(T≫T0) 고온영역에서는 상기 수식에서 T0 4을 무시할 수 있으므로 측정대상물(2)의 온도를 측정할 수 있지만 측정대상물(2)의 저온영역에서는 T0 4을 무시할 수 없으므로 측정대상물(2)의 온도를 정확히 측정할 수 없다.That is, in the high temperature region where the temperature T of the measurement object 2 is much higher than the temperature T 0 of the pyroelectric element itself (T''T 0 ), T 0 4 may be ignored in the above equation, Although the temperature can be measured, T 0 4 cannot be ignored in the low temperature region of the measurement object 2, so that the temperature of the measurement object 2 cannot be accurately measured.
그러므로 이러한 T0 4와 같은 성분을 보상하기 위하여 종래에는 초전소자의 온도를 검출하여 회로적으로 보상하는 방법과 센서를 항온조와 같은 곳에 넣어서 센서의 온도를 항상 일정하게 유지하는 방법을 사용하였다.Therefore, in order to compensate such components such as T 0 4 , conventionally, a method of detecting and compensating circuit temperature of a pyroelectric element and a method of putting a sensor in a thermostat such as maintaining a constant temperature of a sensor are always used.
현재는 회로적으로 보상하는 방법을 널리 이용하고 있으며, 그 방법은 도2에 도시된 바와 같이 측정대상물의 온도를 검지하는 초전소자(21)와, 초전소자(21)의 출력신호를 증폭하는 센서증폭부(22)와, 측정대상물의 주위온도를 검지하는 온도보상 소자(23)과, 온도보상 소자(23)의 출력신호를 증폭하는 온도보상부(24)와, 센서증폭부(22)와 온도 보상부(24)의 출력신호들을 가산하여 출력하는 가산 출력부(25)와, 센서증폭부(22)와 온도 보상부(24) 및 가산 출력부(25)에 전원을 인가하는 정전압 전원부(26)로 구성된다.Currently, a circuit compensation method is widely used. The method includes a pyroelectric element 21 for detecting a temperature of a measurement target and a sensor for amplifying an output signal of the pyroelectric element 21, as shown in FIG. An amplifier 22, a temperature compensating element 23 for detecting the ambient temperature of the measurement object, a temperature compensating part 24 for amplifying the output signal of the temperature compensating element 23, a sensor amplifying part 22, An adder output unit 25 for adding and outputting output signals of the temperature compensator 24, and a constant voltage power supply unit for applying power to the sensor amplifier 22, the temperature compensator 24, and the adder output unit 25 ( 26).
그러나, 이러한 회로적 보상방법은 온도 보상을 위한 회로 구성이 복잡하고 제조단가가 높으며, 써모파일 센서의 감도가 클 경우, 초전소자의 출력이 온도에 따라서 특성곡선이 다르게 나타나므로 이들 온도에 의한 변화를 원할하게 보상하기위해서는 온도보상 소자와 비슷한 출력특성을 갖도록 써모파일 센서의 감도를 낮추어야 하는 불편함이 있다.However, such a circuit compensation method has a complicated circuit configuration for high temperature compensation, a high manufacturing cost, and a high temperature characteristic of the pyroelectric element. In order to compensate for this problem, it is inconvenient to lower the sensitivity of the thermopile sensor to have an output characteristic similar to that of the temperature compensating element.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 항온조에 수용되지 않은 종래의 써모파일 센서의 초전소자와 회로부가 일정한 온도에서 동작할 수 있도록 하여 감도가 변하지 않도록 하며, 초전소자의 자체발열과 항온조정 시 발생하는 미세한 온도 차까지도 보정하여 감도를 향상시킴으로써, 간단한 회로구성으로 인한 제조공정의 단축과 생산단가의 저하로 저렴한 가격에 감도가 우수한 제품이 공급될 수 있도록 하는 목적을 제공한다.The present invention has been made in order to solve the above problems, the pyroelectric element and the circuit portion of the conventional thermopile sensor not accommodated in the thermostat to operate at a constant temperature so that the sensitivity does not change, self-heating and constant temperature of the pyroelectric element By improving the sensitivity by correcting even the minute temperature difference that occurs during the adjustment, it provides the purpose of supplying a product with excellent sensitivity at a low price due to the shortening of the manufacturing process and lowering the production cost due to the simple circuit configuration.
도1은 종래 기술에 따른 써모파일 센서의 개략적 구조 및 입사되는 에너지를 나타낸 도면이고,1 is a view showing a schematic structure and incident energy of a thermopile sensor according to the prior art,
도2는 종래 써모파일 센서의 온도 보상을 나타낸 블록도이며,2 is a block diagram showing temperature compensation of a conventional thermopile sensor;
도3은 본 발명에 의한 써모파일 센서의 온도보상장치를 나타낸 블록도이며,3 is a block diagram showing a temperature compensation device of a thermopile sensor according to the present invention;
도4는 본 발명에 의한 써모파일 센서의 온도보상장치를 개략적으로 도시한 도면이고,4 is a view schematically showing a temperature compensation device of a thermopile sensor according to the present invention;
도5는 본 발명에 따른 제1실시예를 도시한 도면이고,5 is a diagram showing a first embodiment according to the present invention;
도6은 본 발명에 따른 제2실시예이고,6 is a second embodiment according to the present invention;
도7은 본 발명에 따른 제3실시예이고,7 is a third embodiment according to the present invention;
도8은 본 발명에 따른 온도(신호)보상전과 보상후의 출력상태를 도시한 도면이다.8 is a diagram showing the output state before and after temperature (signal) compensation according to the present invention.
-도면의 주요 부호에 대한 설명-Description of the main symbols in the drawings
10 : 기판 20 : 제1광학필터10 substrate 20 first optical filter
30 : 본체(써모파일 센서 본체)30: main body (thermopile sensor main body)
100 : 열전대판 101 : 하우징100: thermocouple plate 101: housing
102 : 써모모듈 103 : 초전소자102: thermo module 103: pyroelectric element
104 : 제1증폭부 105 : 제2광학필터104: first amplifier 105: second optical filter
106 : 제2써미스터 107 : 제2증폭부106: second thermistor 107: second amplifier
108 : 온도제어부 109 : 온도설정부108: temperature control unit 109: temperature setting unit
110 : 제1써미스터 111 : 제3증폭부110: first thermistor 111: third amplifier
112 : 레벨설정부 113 : 차폐부112: level setting section 113: shielding section
114 : 방열부재 115 : 보상부114: heat dissipation member 115: compensation part
기판(10)에 증착되어 적외선이 검지되면 표면온도가 상승하고 초전효과에 의해 표면전하가 발생하는 초전소자(103)와, 이 초전소자(103)에서 발생한 표면전하를 증폭하도록 열전대판(100)에 증착된 제1증폭부(104)와, 상기 초전소자(103)의 온도를 검출하도록 된 제1써미스터(110)와, 제1써미스터(110)에서 검출된 신호를 증폭하도록 열전대판(100)에 증착된 제3증폭부(111)와, 소정위치로부터 방사되는 적외선 중 필요 적외선만 통과 시키는 제1광학필터(20)가 설치되며, 기판(10)과 초전소자(103)와 제1써미스터(110)를 수용보호하도록 된 딥타입과 캔타입 중 어느 하나로 된 본체(30)를 포함하는 써모파일 센서의 온도보상장치에 있어서, 상기 본체(30)의 하부에 장착되며 열전도율이 우수한 재질의 열전대판(100)과; 상기 열전대판(100)의 저부에 방열판(102a)과 냉열판(102b) 중 어느 하나가 장착되어 전류의 전환공급에 따라 방열판(102a)과 냉열판(102b)이 선택적으로 흡, 발열하여 초전소자(103)의 온도를 조절하도록 된 써모모듈(102)과; 상기 열전대판(100)에 장착되어 열전대판(100)과 써모모듈(102)의 온도를 검출하도록 된 제2써미스터(106)와; 상기 제2써미스터(106)에서 검출된 신호를 소정 크기로 증폭하도록 된 제2증폭부(107)와; 상기 제2증폭부(107)에서 증폭된 전압과 기 설정된 기준전압과의 비교값에 따라 써모모듈(102)로 공급되는 전류의 공급방향을 제어하여 냉열판(102b)이 흡열과 발열 중 어느 하나로 동작되도록 제어하는 온도제어부(108)와; 상기 제1써미스터(110)가 온도를 검출하여 발생시킨 신호를 소정크기로 증폭하도록 된 제3증폭부(111)와; 상기 제3증폭부(111)에서 증폭된 전압의 크기 만큼을 제1증폭부(104)에서 증폭된 전압에서 가감하여 온도오차를 보상하도록 하는 보상부(115)를 포함하는 것을 특징으로 하는 써모파일 센서의 온도보상장치에 의해 달성된다.When the infrared light is detected by being deposited on the substrate 10, the surface temperature rises and the pyroelectric element 103 generates surface charge by the pyroelectric effect, and the thermocouple plate 100 to amplify the surface charge generated in the pyroelectric element 103. The thermocouple plate 100 to amplify the signal detected by the first amplification unit 104, the first thermistor 110 to detect the temperature of the pyroelectric element 103, and the first thermistor 110 deposited thereon. The third amplifier 111 deposited on the first optical filter 20 to pass only the required infrared rays of the infrared radiation emitted from a predetermined position is provided, the substrate 10, the pyroelectric element 103 and the first thermistor ( In the temperature compensation device of the thermopile sensor comprising a main body 30 of any one of the dip type and the can type to accommodate and protect the 110, the thermocouple plate of the material is mounted on the lower portion of the main body 30 and excellent in thermal conductivity 100; One of the heat sink 102a and the cold plate 102b is mounted on the bottom of the thermocouple plate 100 to selectively absorb and heat the heat sink 102a and the cold plate 102b according to the switching supply of current. A thermo module 102 adapted to adjust the temperature of the 103; A second thermistor (106) mounted to the thermocouple plate (100) to detect temperatures of the thermocouple plate (100) and the thermo module (102); A second amplifier 107 configured to amplify the signal detected by the second thermistor 106 to a predetermined magnitude; According to a comparison value between the voltage amplified by the second amplifier 107 and a preset reference voltage, the supply direction of the current supplied to the thermo module 102 is controlled to allow the cooling plate 102b to have one of endothermic and heat generation. A temperature control unit 108 for controlling the operation; A third amplifier 111 for amplifying a signal generated by the first thermistor 110 by detecting a temperature to a predetermined size; A thermopile including a compensator 115 configured to compensate for a temperature error by subtracting or subtracting the voltage amplified by the third amplifier 111 from the voltage amplified by the first amplifier 104. Achieved by the temperature compensation device of the sensor.
그리고, 상기 온도제어부(108)에 연결되어 써모모듈(102)의 온도를 설정하도록 된 온도설정부(109)를 더 포함한다.In addition, the temperature control unit 108 further includes a temperature setting unit 109 configured to set the temperature of the thermo module 102.
또한, 상기 써모모듈(102)의 방열판(102a) 저부에 결합되어 방열판(102a)의 흡, 발열효과를 증대시키도록 다수개의 날개부가 형성된 방열부재(114)를 더 포함한다.In addition, the heat dissipation member 114 coupled to the bottom of the heat dissipation plate 102a of the thermo module 102 further includes a heat dissipation member 114 having a plurality of wings formed therein to increase the suction and heat generating effect of the heat dissipation plate 102a.
그리고, 상기 제3증폭부(111)에 연결되어 온도설정부(109)에서 설정된 온도범위에 따라 제1써미스터(110)의 증폭된 신호가 조절되도록 증폭레벨을 설정하도록 된 레벨설정부(112)를 포함한다.In addition, the level setting unit 112 is connected to the third amplifier 111 to set an amplification level so that the amplified signal of the first thermistor 110 is adjusted according to the temperature range set by the temperature setting unit 109. It includes.
또한, 상기 써모모듈(102)과 열전대판(100)을 수용보호하되, 방열판(102a)이 외부로 노출되도록 딥 타입과 캔 타입 중 어느 하나로 된 하우징(101)과; 상기 하우징(101)의 상부에 결합되어 원적외선을 선택적으로 투과시키는 제2광학필터(105)와; 상기 써모모듈(102)의 방열판(102a)과 냉열판(102b)이 하우징(101) 내에서 냉열판(102b)과 하우징(101)사이가 차폐단열되도록 단열부재로 형성된 차폐부(113)를 포함한다.In addition, the housing 101 of one of a dip type and a can type to accommodate and protect the thermo module 102 and the thermocouple plate 100 so that the heat sink 102a is exposed to the outside; A second optical filter 105 coupled to an upper portion of the housing 101 to selectively transmit far infrared rays; The heat dissipation plate 102a and the cooling plate 102b of the thermo module 102 include a shielding portion 113 formed of a heat insulating member such that the heat insulating plate 102b and the housing 101 are shielded from each other within the housing 101. do.
아울러, 상기 방열판(102a) 저부에 결합되어 방열판(102a)의 흡, 발열효과를 증대시키도록 다수개의 날개부가 형성된 방열부재(114)를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to further include a heat dissipation member 114 coupled to the bottom of the heat dissipation plate 102a and having a plurality of wings formed therein so as to increase the absorption and heat generating effect of the heat dissipation plate 102a.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면 도3 내지 도8을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, FIGS. 3 to 8.
먼저, 열전도율이 우수한 열전대판(100)의 상부에는 통상의 써모파일 센서를 장착하는 바, 상기 써모파일 센서에는 열감응에 따라 기전력을 발생시키는 초전소자(103)와 이 초전소자(103)의 자체발열온도를 검출하도록 된 제1써미스터(110)가 도4와 같이 내장되어 있다.First, an ordinary thermopile sensor is mounted on an upper portion of the thermocouple plate 100 having excellent thermal conductivity, and the thermopile sensor itself and the pyroelectric element 103 that generate electromotive force in response to thermal sensitivity are themselves. The first thermistor 110 is configured to detect the heating temperature as shown in FIG.
그리고, 상기 열전대판(100)에는 초전소자(103)의 열감응에 의해 발생된 기전력을 신호처리에 적당한 크기의 전압레벨로 증폭하는 제1증폭부(104)가 장착되며, 이 제1증폭부(104)에서 증폭된 전압은 하술하는 보상부(115)로 인가되어 초전소자(103)의 온도변화에 의해 발생되는 온도오차를 보상하게 되는 바, 상기 제1증폭부(104)와 보상부(115)는 통상적으로 본체(30)에 내설되는 기판(10)에 회로구성 될 수 있으며, 경우에 따라서는, 본체(30)외부의 열전대판(100)에 위치되어 결선될 수도 있는 것으로, 본 발명은 이를 한정하지 않는다.In addition, the thermocouple plate 100 is equipped with a first amplifier 104 for amplifying the electromotive force generated by the thermal response of the pyroelectric element 103 to a voltage level suitable for signal processing. The voltage amplified by 104 is applied to the compensator 115 to be described below to compensate for the temperature error caused by the temperature change of the pyroelectric element 103, the first amplifier 104 and the compensator ( 115 may be a circuit configuration in the substrate 10 is usually built in the main body 30, and in some cases, may be located in the thermocouple plate 100 outside the main body 30 to be connected, the present invention Does not limit this.
한편, 상기 열전대판(100)의 저부에는 방열판(102a)과 냉열판(102b) 중 어느 하나가 장착되며, 전류의 전환공급에 따라 방열판(102a)과 냉열판(102b)이 선택적으로 흡, 발열하여 초전소자(103)의 온도를 낮추거나 높이도록 조절하는 써모모듈(102)이 장착되는 바, 이 써모모듈(102)은 냉열반도체라고도 하여 이미 주지된 관용의 기술이므로 그 상세한 설명은 생략하기로 하며, 설명상의 편의를 위해 본 발명에서는 열전대판(100)의 저부에 배치되는 것을 냉열판(102b)이라 가칭하고 설명하기로 한다.On the other hand, any one of the heat sink 102a and the cold plate 102b is mounted on the bottom of the thermocouple plate 100, and the heat sink 102a and the cold plate 102b are selectively absorbed and generated according to the switching supply of current. The thermo module 102 is adjusted to lower or increase the temperature of the pyroelectric element 103. Since the thermo module 102 is also known as a cold-heating semiconductor, the detailed description thereof will be omitted. For the convenience of description, in the present invention, what is disposed at the bottom of the thermocouple plate 100 will be referred to as a cold plate 102b and will be described.
그리고, 상기 열전대판(100)에는 열전대판(100)의 온도와 써모모듈(102)의 온도를 검출하도록 된 제2써미스터(106)가 설치되며, 이 제2써미스터(106)가 검출한 신호는 신호처리에 적당한 크기의 전압레벨로 증폭하는 제2증폭부(107)가 제2써미스터(106)에 연결되고, 이 제2증폭부(107)에서 증폭된 전압을 기 설정된 소정의 온도를 나타내는 기준전압과 비교하여 써모모듈(102)에 공급되는 전류의 공급방향을 선택적으로 전환하도록 된 온도제어부(108)가 제2증폭부(107)와 써모모듈(102)사이에 연결는 바, 상기 제2증폭부(107)와 온도제어부(108)도 통상적으로 본체(30)에 내설되는 기판(10)에 회로구성 될 수 있으며, 경우에 따라서는, 본체(30)외부의 열전대판(100)에 위치되어 결선될 수도 있는 것으로, 본 발명은 이를 한정하지 않는다. 아울러 열전대판(100)에 회로 구성된 제1증폭부(104)와, 제2증폭부(107)와, 제3증폭부(111)와, 제2써미스터(106)와, 온도제어부(108)와, 보상부(115)와, 본체(30)은 써모모듈(102)의 냉열판(102b)에 직접 증착 실시하여도 무방하며, 본 발명은 다양하게 변형 실시 될 수 있고, 여러 가지의 형태를 취할 수 있으나 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다.그러므로, 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 인정되어야 한다.In addition, the thermocouple plate 100 is provided with a second thermistor 106 for detecting the temperature of the thermocouple plate 100 and the temperature of the thermo module 102, and the signal detected by the second thermistor 106 is provided. A second amplifier 107 that amplifies to a voltage level of a magnitude suitable for signal processing is connected to the second thermistor 106, and the reference signal representing the predetermined temperature is amplified by the voltage amplified by the second amplifier 107. The second amplifier 107 and the thermo module 102 are connected by the temperature controller 108 to selectively switch the supply direction of the current supplied to the thermo module 102 as compared to the voltage. The unit 107 and the temperature control unit 108 may also be circuit-configured in the substrate 10, which is typically embedded in the main body 30, and in some cases, is located on the thermocouple plate 100 outside the main body 30. As may be wired, the present invention is not limited thereto. In addition, the first amplifier 104, the second amplifier 107, the third amplifier 111, the second thermistor 106, the temperature control unit 108 In addition, the compensation unit 115 and the main body 30 may be directly deposited on the cold plate 102b of the thermo module 102, and the present invention may be variously modified and may take various forms. However, in the detailed description of the present invention, only specific embodiments thereof have been described. Therefore, it should be appreciated that the present invention is not limited to the specific forms mentioned in the detailed description.
온도제어는, 상기 초전소자(103)가 항상 10℃에서 동작하도록 하여 초전소자(103)의 감도를 안정화 시키기 위해서 온도제어부(108)의 기준전압을 10℃에 부합되는 전압으로 설정하고, 이 설정된 전압과 제2증폭부(107)에서 증폭된 전압을 서로 비교하여 기준전압보다 1℃ 낮을 경우에는 써모모듈(102)의 냉열판(102b)이 발열하게 하고, 이에 따라 열전도율이 높은 열전대판(100)을 통해 초전소자(103)의 온도가 상승하게 되며, 제2증폭부(107)에서 증폭된 전압을 기 설정한 전압과 서로 비교하여 기준전압보다 1℃ 높을 경우에는 써모모듈(102)의 냉열판(102b)이 흡열하도록 하여 열전대판(100)과 초전소자(103)의 온도를 하강시켜 항상 10℃가 유지될 수 있도록 제어하는 것이다.In the temperature control, in order to stabilize the sensitivity of the pyroelectric element 103 by operating the pyroelectric element 103 at 10 ° C at all times, the reference voltage of the temperature control unit 108 is set to a voltage corresponding to 10 ° C. When the voltage and the voltage amplified by the second amplifier 107 are compared with each other, when the temperature is 1 ° C. lower than the reference voltage, the cold plate 102b of the thermo module 102 generates heat, and thus the thermocouple plate 100 having high thermal conductivity. When the temperature of the pyroelectric element 103 is increased, and the voltage amplified by the second amplifier 107 is higher than the preset voltage by 1 ° C., the cold heat of the thermo module 102 is increased. By controlling the plate 102b to endotherm, the temperature of the thermocouple plate 100 and the pyroelectric element 103 is lowered so that 10 ° C. may be maintained at all times.
여기서, 본 발명에 의한 써모파일 센서의 사용 및 적용환경이 겨울철이나 여름철, 열대지방이나 한대지방의 경우 주위환경의 온도차가 발생하기 때문에 초전소자(103)가 주위환경과 대응되는 온도가 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 이에 따라, 본 발명에서는 상기 온도제어부(108)에 온도설정부(109)를 연결하여 제2증폭부(107)에서 증폭된 전압과 비교하도록 하는 기준전압을 온도설정부(109)에서 사용환경에 따라 적절한 온도를 선택하여 조정할 수 있도록 함으로써, 주변온도와 열전대판(100)이나 초전소자(103)의 온도차로 응결수가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있게 된다.Here, in the case of the use and application environment of the thermopile sensor according to the present invention in the winter or summer, the tropical region or the large region, the temperature difference of the surrounding environment occurs, so the pyroelectric element 103 can maintain the temperature corresponding to the surrounding environment. Preferably, in the present invention, by connecting the temperature setting unit 109 to the temperature control unit 108, the reference voltage for comparing the voltage amplified by the second amplifier 107 with the temperature setting unit ( By allowing the proper temperature to be selected and adjusted in accordance with the use environment in step 109, it is possible to prevent condensation water from occurring due to a temperature difference between the ambient temperature and the thermocouple plate 100 or the pyroelectric element 103.
아울러, 상기 본체(30)내의 초전소자(103)가 사용환경에 적정한 온도로 유지될 수 있도록 함으로써, 온도제어부(108)의 잦은 동작과 써모모듈(102)의 동작을 최소화 시킬 수 있게 된다.In addition, by allowing the pyroelectric element 103 in the main body 30 to be maintained at an appropriate temperature for the use environment, it is possible to minimize the frequent operation of the temperature control unit 108 and the operation of the thermo module 102.
그리고, 상기 온도제어부(108)에서 써모모듈(102)에 공급되는 전류는 제1써미스터와 온도설정부(109) 전위차인 온도제어폭의 높낮이에 따라 자동조절되어 공급되도록 함으로써 온도제어에 따르는 온도변화 감소와 에너지 효율을 상승시킬 수 있게 된다.The temperature supplied from the temperature controller 108 to the thermo module 102 is automatically regulated and supplied according to the height of the temperature control width which is the potential difference between the first thermistor and the temperature setting unit 109. Reduction and energy efficiency.
한편, 상기 초전소자(103)가 열감응에 의하여 동작하게 되고, 이에 따라 자체적으로 발열하게 되면, 내장된 제1써미스터(110)가 초전소자(103)의 온도를 검출하여 소정크기의 신호를 발생시키는 바, 이 신호는 제3증폭부(111)가 신호처리가 가능한 정도의 전압으로 증폭하여 보상부(115)로 그 신호를 인가한다.On the other hand, when the pyroelectric element 103 is operated by heat sensitivity, and thus generates heat by itself, the built-in first thermistor 110 detects the temperature of the pyroelectric element 103 and generates a signal having a predetermined size. This signal is amplified to a voltage that the third amplifier 111 can process the signal and applies the signal to the compensator 115.
여기서, 제3증폭부(111)에서 증폭되는 신호는 기 설정된 신호의 크기나 하술하는 레벨설정부(112)에서 설정된 신호의 크기로 조절되어 도8(c)와 같은 신호가 보상부(115)로 인가되는 바, 상기 제3증폭부(111)와 보상부(115)도 통상적으로 기판(10)위에 회로구성할 수 있지만 경우에 따라서는 초전소자(103)의 온도감응능력과 항온력을 상승시키기 위해 본체(30)외부의 열전대판(100)에 회로구성할 수도 있는 것으로 본 발명은 이를 한정하지는 않는다.아울러, 상기 레벨설정부(112)는 사용자가 조정가능하여야 하므로 열전대판(100)의 상부나 하술하게 되는 딥타입과 캔타입으로 된 하우징(101) 외부에 노출되도록 회로구성함은 물론이거니와, 상술한 온도설정부(109)도 사용자가 조정가능하여야 하므로 하술하게 되는 딥타입과 캔타입으로 된 하우징(101)에 노출되도록 구성되는 것이 바람직하다 할 수 있으며, 본 발명에서는 사용자가 조정가능한 위치이면 목적달성에 충분한 것이며, 이를 한정하지는 않는다.한편, 상기 제1증폭부(104)에서 증폭된 전압은 도8의 (a)에 도시된 바와 같이 써모모듈(102) 온도나 초전소자(103)의 온도변화가 없을 경우 제1증폭부(104)에서 출력되는 신호는 일정한 것이 가장 이상적이다.Here, the signal amplified by the third amplifier 111 is adjusted to the size of the preset signal or the signal set by the level setting unit 112 described below, so that the signal as shown in FIG. The third amplifier 111 and the compensator 115 may also be generally configured on a circuit board 10, but in some cases, the temperature sensitive capability and the constant temperature of the pyroelectric element 103 may be increased. The present invention does not limit the present invention to the thermocouple plate 100 outside the main body 30 so that the level setting unit 112 may be adjustable by the user. As well as the circuit configuration to be exposed to the outside of the housing 101 of the top or the dip type and can type described below, the above-described temperature setting unit 109 also needs to be adjustable by the user so that the dip type and the can type will be described below. To expose the housing 101 In the present invention, the position adjustable by the user is sufficient to achieve the object, and the present invention is not limited thereto. On the other hand, the voltage amplified by the first amplifier 104 is shown in FIG. As shown in the figure, when there is no temperature change of the thermo module 102 or the pyroelectric element 103, the signal output from the first amplifier 104 is most ideal.
그러나, 상기 초전소자(103)의 자체발열이나 써모모듈(102)의 온도제어와 초전소자의 미세한 온도변화에 따라 제1증폭부(104)로부터 출력되는 신호는 도8(b)와 같이 변화하게 된다.However, according to the self-heating of the pyroelectric element 103 or the temperature control of the thermo module 102 and the minute temperature change of the pyroelectric element, the signal output from the first amplifier 104 changes as shown in FIG. 8 (b). do.
그러므로, 상술한 바와 같이 제3증폭부(111)에서 증폭된 신호는 보상부(115)에 연결하여 입력되도록 하고, 제1증폭부(104)에서 증폭된 신호도 보상부(115)에 연결되도록 하여, 온도변화에 따른 초전소자(103)의 신호와 제1써미스터(110)의 온도변화에 따른 신호가 설정된 값에 따라 조절되어 보상부(115)로 입력되고 입력된 신호는 보상부(115)에서 차동되어 그 출력이 도8(d)와 같이 써모모듈(102) 온도제어에 의한 온도변화 만큼 가감되어 신호가 일정하게 유지(즉, 측정대상물의 온도를 그대로 출력)하게된다.Therefore, as described above, the signal amplified by the third amplifier 111 is connected to the compensator 115 to be input, and the signal amplified by the first amplifier 104 is also connected to the compensator 115. The signal of the pyroelectric element 103 according to the temperature change and the signal according to the temperature change of the first thermistor 110 are adjusted according to the set value, and are input to the compensator 115, and the input signal is compensated. Differential from and the output is added or subtracted by the temperature change by the thermo module 102 temperature control as shown in Figure 8 (d) to maintain a constant signal (that is, output the temperature of the measurement object as it is).
한편, 상술한 바와 같이 상기 제3증폭부(111)에서 증폭되는 제1써미스터(110)의 검출신호는 온도설정부(109)에서 설정된 온도범위에 따라 그 오차도 미소한 차이가 발생하는 바, 이는 실험치에 의하여 얻을 수 있는 것으로, 이러한, 온도범위에 따라 발생하는 온도편차는 ±0.5℃이하로서, 온도범위에 따라 제1써미스터(110) 신호의 증폭레벨을 설정할 수 있도록 레벨설정부(112)를 제3증폭부(111)에 연결하여 변화하는 적용환경에 따라 적정한 증폭레벨을 조정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.Meanwhile, as described above, a slight difference occurs in the detection signal of the first thermistor 110 amplified by the third amplifier 111 according to the temperature range set by the temperature setting unit 109. This can be obtained by an experimental value, the temperature deviation generated according to the temperature range is ± 0.5 ℃ or less, the level setting unit 112 to set the amplification level of the first thermistor signal 110 according to the temperature range It is preferable to connect to the third amplifier 111 to adjust the appropriate amplification level according to the changing application environment.
아울러, 상기 초전소자(103)는 비교적 낮은 온도에서 그 감도가 향상되기 때문에 써모파일 센서가 항온상태를 유지하기 위해서는 외부온도변화에 따라 써모모듈(102)의 발열만으로 온도를 유지시키기 보다는 신속한 냉각으로 초전소자(103)의 온도를 유지시켜주는 것이 바람직하므로, 써모모듈(102)의 방열판(102a)저부에는 도5에 도시된 바와 같이 다수개의 날개부가 형성된 방열부재(114)를 장착하여 냉열판(102b)의 냉각효율을 상승시키는 것이 바람직하다.In addition, since the sensitivity of the pyroelectric element 103 is improved at a relatively low temperature, in order to maintain the constant temperature state of the thermopile sensor, the pyroelectric element 103 may be cooled quickly rather than maintaining the temperature only by heat generation of the thermo module 102 according to an external temperature change. Since it is preferable to maintain the temperature of the pyroelectric element 103, the heat dissipation plate 102a of the thermo module 102 is mounted with a heat dissipation member 114 having a plurality of wings formed thereon as shown in FIG. It is desirable to increase the cooling efficiency of 102b).
또 한편으로는, 상기 써모모듈(102)을 방열판(102a)의 저부에서 적어도 하나 이상 적층함으로써 냉각능력 및 방열능력을 향상시키는 것도 바람직하다 할 수 있겠다. 또한, 방열능력을 향상시키기 위한 다른 방법으로 방열부재(114)날개부에 팬(FAN)을 설치하는 것도 무방하다.On the other hand, it may be desirable to improve the cooling capacity and the heat dissipation capacity by stacking at least one of the thermo modules 102 at the bottom of the heat sink 102a. In addition, as another method for improving the heat dissipation ability, it is also possible to install a fan (FAN) in the heat dissipation member (114) wings.
아울러, 상기 써모모듈(102)과 기판(10)을 수용보호하기 위해서 딥 타입과 캔 타입 중 어느 하나로 된 하우징(101)을 마련하고, 상기 하우징(101)의 상부에는 원적외선을 선택적으로 투과시키는 제2광학필터(105)를 결합시킨다.In addition, in order to receive and protect the thermo module 102 and the substrate 10, a housing 101 made of any one of a dip type and a can type is provided, and an agent for selectively transmitting far infrared rays on the housing 101. The two optical filters 105 are combined.
그리고, 상기 하우징(101)내부에 설치된 써모모듈(102)의 냉열판(102b)과 방열판(102a)에서 동시에 흡, 발열하게 됨으로써 온도가 상쇄되는 것을 방지하기 위해서는 하우징(101)의 내부에서는 방열판(102a)과 냉열판(102b)이 차폐단열되도록 냉열판(102b)과 하우징(101)사이에 단열부재가 게재된 차폐부(113)를 도6과 같이 형성함으로써, 냉열판(102b)과 방열판(102a)에서 동시 흡, 발열이 이루어지더라도 본체(30)의 초전소자(103)에는 영향을 미치지 않도록 하는 것이 바람직하다.In order to prevent the temperature from being canceled by simultaneously absorbing and generating heat from the cooling plate 102b and the heat sink 102a of the thermo module 102 installed inside the housing 101, a heat sink ( By forming a shield 113 with a heat insulating member disposed between the cold plate 102b and the housing 101 such that the heat shield 102a and the cold plate 102b are shielded from each other, the cold plate 102b and the heat sink ( Even if simultaneous absorption and heat generation are performed at 102a, it is preferable not to affect the pyroelectric element 103 of the main body 30.
그리고, 상기 방열판(102a) 저부에는 방열판(102a)의 흡, 발열효과를 증대시키도록 도7과 같이 방열부재(114)를 결합시키는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to couple the heat dissipation member 114 to the bottom of the heat dissipation plate 102a as shown in FIG. 7 to increase the suction and heat generation effect of the heat dissipation plate 102a.
따라서, 본체(30)에 내장된 초전소자(103)의 항온조절의 제어가 수월하게 이루어질 수 있도록 함과 동시에 하우징(101) 내부온도의 미세한 변화에 의해서도 써모모듈(102)의 제어로 내부온도가 일정하게 유지될 수 있도록 하여 초전소자(103)의 안정성 및 감도를 향상시키고, 초전소자(103)의 동작 시 발생되는 자체발열에 의한 미세한 오차를 보상부(115)에서 보정하여 감도를 더욱 더 향상시킬 수 있게 된다.참고로, 본 발명은 다양하게 변형 실시될 수 있고, 여러 가지의 형태를 취할 수 있으나 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다.그러므로, 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 인정되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.즉 써모 모듈 온도제어를 위해 콘트롤 전압을 공급하는데 있어 제어방식에 따라 아날로그 제어방식과 펄스제어 방식으로 구분 할 수 있으며, 아날로그 제어방식은 설정온도에 따라 D.C전압 크기를 제어하는 방식이고, 펄스제어 방식은 선택한 일정주기로 발생하는 펄스의 주기폭은 설정 온도와 온도설정용 써미스터 온도차 따른 주기폭으로 제어되며, 이 주기의 D.C전압 공급시간(주기폭)을 제어하는 방식으로 구분된다. 이는 또한 제어방법에 따라 디지털 제어방법과 프로세서 제어방법으로 써모 모듈 온도제어를 할 수 있으며, 일반적인 종래기술로 보아 상세한 설명을 하지 않았으며, 아날로그 제어방식, 펄스제어 방식, 디지털 제어방법, 프로세서 제어방법 모두 [도3]과 같은 블록도의 제어가 가능하기 때문에 본 발명에서 이를 한정하지는 않는다.Therefore, the temperature control of the thermoelectric element 103 built in the main body 30 can be easily performed, and the internal temperature is controlled by the control of the thermo module 102 by a slight change in the internal temperature of the housing 101. It can be kept constant to improve the stability and sensitivity of the pyroelectric element 103, and the compensation unit 115 further improves the sensitivity by compensating for minute errors due to self-heating generated during operation of the pyroelectric element 103. For reference, the present invention may be modified in various ways and may take various forms. However, in the detailed description of the present invention, only specific embodiments thereof have been described. It should be recognized that it is not limited to the particular forms mentioned in the above, but rather within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is to be understood that all variants, equivalents, and substitutes are included, i.e., to provide a control voltage for thermo module temperature control, according to the control method, it can be divided into analog control method and pulse control method. The DC voltage is controlled according to the set temperature, and the pulse control method is controlled by the period width of the pulse generated by the selected constant period according to the set temperature and the thermistor temperature difference for the temperature setting. Cycle width). It can also control the temperature of the thermo-module by the digital control method and the processor control method according to the control method, and it does not have a detailed description in view of the general prior art, analog control method, pulse control method, digital control method, processor control method Since all of the block diagrams shown in FIG. 3 can be controlled, the present invention is not limited thereto.
상기한 바와 같이 본 발명은 써모파일 센서가 일정한 온도조건에서 센싱을 할 수 있도록 함으로써 초전소자의 감도를 향상시킴과 동시에 주변의 환경변화에 대응되게 기준온도를 조정할 수 있도록 하여 환경에 따른 호환성을 향상시키고, 나아가서, 감도가 변하지 않도록 하는 안정적인 센싱은 물론, 하우징 내의 온도유지를 위한 써모모듈의 온/오프제어와 초전소자 동작 시의 자체발열에 따라 발생하는 미소한 온도의 차를 별도로 센싱하여 이 온도차에 따라 특성곡선이 다르게 나타나는 것을 보정함으로써 더욱더 안정되고 정밀한 센싱을 이루어 낼 수 있도록 하는 효과를 가진다.As described above, the present invention improves the sensitivity of the pyroelectric element by allowing the thermopile sensor to sense at a constant temperature condition and at the same time adjusts the reference temperature in response to changes in the surroundings, thereby improving compatibility according to the environment. In addition, the temperature difference can be sensed separately by sensing the temperature difference caused by the on / off control of the thermo module for maintaining the temperature in the housing and the self-heating during the operation of the pyroelectric element. By correcting the appearance of the characteristic curve differently according to have an effect to achieve a more stable and precise sensing.
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| KR10-2001-0076404A KR100395617B1 (en) | 2001-12-05 | 2001-12-05 | temperature revision equipment of thermopile sensor |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR100395617B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100759353B1 (en) * | 2006-03-29 | 2007-09-17 | 국방과학연구소 | Aircraft temperature measurement device with temperature compensation function and temperature compensation device for thermocouple |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5852529A (en) * | 1981-09-23 | 1983-03-28 | Horiba Ltd | Temperature compensating method of thermopile |
| JPS63286729A (en) * | 1987-05-20 | 1988-11-24 | Chino Corp | Thermopile detector |
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2001
- 2001-12-05 KR KR10-2001-0076404A patent/KR100395617B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5852529A (en) * | 1981-09-23 | 1983-03-28 | Horiba Ltd | Temperature compensating method of thermopile |
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Also Published As
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