KR101221403B1 - 비접촉식 적외선 온도 측정장치 - Google Patents

비접촉식 적외선 온도 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 측정 대상물에서 방사되는 적외선의 파장 범위를 검출하여 측정 대상물의 온도를 측정하는 비접촉식 적외선 온도 측정장치에 관한 것이다.
본 발명의 비접촉식 적외선 온도 측정장치는 내부가 비어 있는 밀페된 케이싱과, 상기 케이싱 내부측에 설치되고, 측정 대상물로부터 방사되는 적외선을 수광하기 위해 일정 높이와 직경을 갖는 홈으로 이루어진 수광부가 형성되며, 상기 수광부의 내면 둘레에는 나사산 형상의 요철부가 길이 방향으로 연속적으로 형성된 수광체와, 상기 수광부의 바닥면에 형성된 구멍측에 설치되어 수광부로 수광된 적외선 파장을 감지하여 전압으로 변환하는 적외선 센서와, 상기 케이싱 내부에 설치되고, 상기 적외선 센서와 전기적으로 연결되어 상기 적외선 센서에서 변환된 전압과 기준 전압을 비교하여 측정 대상물의 온도를 연산하는 제어부가 실장되는 pcb 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

비접촉식 적외선 온도 측정장치{Non-contact type apparatus of dectecting temperature using infrared ray}
본 발명은 물체의 온도를 측정하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 측정 대상물에서 방사되는 적외선의 파장 범위를 검출하여 측정 대상물의 온도를 측정하는 비접촉식 적외선 온도 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 온도를 측정하기 위한 장치는 크게 접촉식과 비접촉식으로 구분된다.
접촉식 온도 측정장치는 온도를 측정하는 센서의 감온 지점이 측정 대상물에 직접 접촉되는 방식으로서, 측정 대상물의 온도를 정확하게 검출하기 위해서는 충분한 접촉면적이 확보되어야 한다.
그러나, 이러한 접촉 방식의 측정방법은 온도 센서를 측정 대상물에 접촉함에 따라 측정 대상물의 온도가 변화할 수 있다. 즉, 측정 대상물에 접촉된 온도 센서를 통해 측정 대상물의 열에너지가 전도되어 측정 대상물의 열에너지에 대한 손실분이 발생하게 되며, 이러한 에너지 손실에 대한 영향은 측정 대상물체의 크기가 소형이고, 열에너지가 적을 경우에 더 크게 나타나게 되므로 일반적으로 접촉식으로 온도를 측정하고자 하는 경우에는 열에너지가 충분히 크고 측정 대상물이 대형일 경우에 널리 사용된다.
또한, 구조적으로 열이 전도되어야 하는 전달 경로를 갖고 있으며, 빠른 응답특성을 얻기 어렵고 상대적으로 긴 지연 시간을 가지며, 측정 온도 범위가 다소 제한되어 고온 측정이 불가능하며 운동하는 물체에 대한 온도 측정이 용이하지 않다.
이에 반해, 비접촉식 온도 측정장치는 측정 대상물에서 방사되는 열에너지로부터 온도를 측정하는 방식으로 측정 대상물에 직접적으로 접촉하지 않음에 따라 측정 대상물의 온도 변화가 없고 고온에서 측정이 가능하며 또한 빠른 응답 속도를 가지므로 움직이는 물체에 대한 온도 측정이 가능한 장점이 있다.
비접촉식 온도 측정장치로는 측정 대상물에서 방사되는 적외선량을 측정하여 측정 대상물의 온도를 측정하는 비접촉식 적외선 온도 측정장치가 널리 사용되고 있다.
이러한 비접촉식 적외선 온도 측정장치는 크게 물체로부터 방출되는 적외선 파장을 감지하여 전압으로 변환하는 적외선 센서부와, 적외선 센서부와 전기적으로 연결되어 적외선 센서부에서 측정된 전압과 기준 전압을 비교하여 물체의 온도를 감지하는 제어부를 포함하는 PCB 기판과, 장치의 전체 외관을 형성하면서 적외선 센서부와 PCB 기판이 내장되는 케이스와, 케이스의 전면에 물체로부터 방출되는 적외선 파장을 집광해주는 필터부와, 필터부에서 집광된 빛을 적외선 센서로 안내하기 위한 수광부를 포함하도록 구성된다.
이와 같이 구성된 종래의 비접촉식 적외선 온도 측정장치에서 적외선을 수광하는 수광부의 내벽은 그 표면이 매끄럽기 때문에 적외선 센서부로 진행하는 적외선의 일부는 수광부의 매끄러운 표면에 부딪히면서 입사각과 동일한 각도로 반사되어 적외선 센서부로 감지되는데, 수광부 내벽에 반사되어 적외선 센서부로 들어오는 적외선은 수광부 내벽에서 반사로 인해 그 파장에 왜곡이 발생하기 때문에 정확한 온도를 측정할 수 없는 문제점이 있다.
그리고, 비접촉식 온도 측정장치는 접촉시에 비해 복잡한 주변 회로와 전자 부품이 많이 내장되어 있어 전자 부품들이 발열에 의해 장치 내부의 온도가 증가하여 외부의 온도와 온도 편차가 발생하여 정확한 온도를 측정할 수 없는 문제점이 있다.
마지막으로, 필터부로 집광되는 적외선은 측정 대상물에서 방사되는 적외선뿐만 아니라 주변의 수분 및 기타 가스에서 방출되는 적외선도 함께 집광되어 정확한 온도를 측정할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 창출한 것으로, 수광부에서 수광되는 적외선이 수광부 내벽면에 반사되어 적외선 센서로 유입되는 것을 최소화함과 동시에 장치의 내부와 외부의 온도 편차를 최소화하고, 또한 측정 대상물 이외의 주변 환경에서 방사되는 적외선을 제외한 측정 대상물에서 방사되는 적외선만을 집광하여 보다 정확한 온도를 측정할 수 있는 비접촉식 적외선 온도 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 비접촉식 적외선 온도 측정장치는 내부가 비어 있고 전면과 후면이 개방된 케이싱과, 상기 케이싱 내부측에 설치되고, 측정 대상물로부터 방사되는 적외선을 수광하기 위해 일정 높이와 직경을 갖는 홈으로 이루어진 수광부가 형성되며, 상기 수광부를 형성하는 내벽면 둘레에는 나사산 형상의 요철부가 길이 방향으로 연속적으로 형성된 수광체와, 상기 수광부의 바닥면에 형성된 구멍측에 설치되어 수광부로 수광된 적외선 파장을 감지하여 전압으로 변환하는 적외선 센서와, 상기 케이싱 내부에 설치되고, 상기 적외선 센서와 전기적으로 연결되어 상기 적외선 센서에서 변환된 전압과 기준 전압을 비교하여 측정 대상물의 온도를 연산하는 제어부가 실장되는 pcb 기판을 포함하여, 수광부 내벽면에 형성된 요철부에 의해 수광부로 수광되는 적외선의 반사를 최소화하도록 하여 반사에 의한 적외선 파장 범위의 왜곡 형상을 최소화할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 pcb 기판에는 pcb 기판 측에서 발생하는 열을 상기 케이싱 외부로 방출하기 위해 상기 케이싱 내면과 접촉하는 열방출부를 더 포함하고, 상기 열방출부와 케이싱은 열전도성이 우수한 금속 재질로 이루어져, 비접촉식 적외선 온도 측정장치의 내부와 외부의 온도 편차를 최소할 수 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열방출부는 상기 pcb 기판에서 발생하는 열을 외부로 신속히 빼내기 위해 pcb 기판에 실장되는 전자 부품 중에서 상대적으로 열이 많이 발생하는 전자 부품들을 전체적으로 밀폐되게 감싸는 실드 케이싱과, 일단이 상기 실드 케이싱의 상부에 고정 결합되는 고정단과 상기 고정단으로부터 상향 경사지면서 케이싱 내벽과 접촉하는 접촉부와 상기 접촉부로부터 하향 경사진 자유단부로 이루어진 열전도판으로 구성되어, 케이싱 내부의 열을 신속히 케이싱 외부로 배출함과 동시에 열방출부가 구비된 pcb 기판의 케이싱으로의 조립성을 향상시킨 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 케이싱을 바닥면으로부터 일정 거리 이격시킨 상태에서 수평 설치될 수 있도록 지면에 접촉하는 바닥판과, 상기 바닥판의 양측으로 수직 절곡되어 케이싱이 관통 설치되는 관통 구멍이 각각 형성된 한 쌍의 수직판으로 이루어진 받침대를 더 포함하여, 측정 대상물의 온도 측정시에 적외선 온도 측정장치를 측정 대상물과 수평을 유지한 상태로 측정 대상물과 일직선으로 정렬을 용이하게 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 케이싱의 외주면 둘레에는 상기 받침대에 케이싱의 설치 위치를 제한하는 스톱퍼가 구비되어 받침대에 케이싱의 중심을 용이하게 맞출 수 있는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 수광체에는 수광체의 길이 방향 전체로 길게 뚫려있는 레이저홀이 형성되어 있어, 상기 레이저홀 하부에 설치된 레이저 발광부로부터 조사되는 레이저빔이 상기 레이저홀을 통해 측정 대상물로 조사하여 사용자가 온도를 측정하는 타겟(target) 측정 대상물을 용이하게 식별할 수 있는 것을 특징으로 한다. 한편, 상기 적외선 센서는 상기 pcb 기판에 일체로 설치되어 상기 수광체의 하면에 형성된 센서 설치홈에 끼움 고정 결합되어, 케이싱 내부에 부품의 조립 및 분해를 용이하게 할 수 있도록 하는 특징으로 한다.
마지막으로, 상기 수광부의 전면에는 측정 대상물에서 측정 대상물로부터 방사되는 적외선을 집광하기 위한 필터부가 설치되고, 상기 필터부는 게르마늄 렌즈에 8~14 ㎛의 파장 범위 대역만을 통과시키도록 코팅 처리되어, 측정 대상물의 주변에 존재하는 수분 및 기타 기체 등에 방출되는 적외선을 차단함으로써 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제공하는 비접촉식 적외선 온도 측정장치는 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 측정 대상물의 적외선을 수광하는 수광부의 내벽의 표면이 요철부로 이루어지기 때문에 수광부 내벽에 부딪히는 적외선이 요철부에 의해 반사되어 적외선 센서로 유입되는 것이 최소화되어 종래와 같이 반사에 의해 파장의 범위가 왜곡된 적외선이 적외선 센서부로 전달되는 것을 줄일 수 있기 때문에 보다 정확한 온도를 측정할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 열전도성이 우수한 금속재질로 이루어진 열방출부가 PCB 기판에서 발생되는 열을 열전도성이 우수한 케이싱을 통해 외부로 방출하기 때문에 장치의 내외부 온도 편차가 줄어들어 보다 정확한 온도를 측정할 수 효과가 있다.
셋째, 적외선 센서부로 측정 대상물체서 방사되는 적외선만을 감지하고 측정 장치의 주변 환경 요소를 배제하기 때문에 보다 정확한 온도를 측정할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 케이싱 내부에 설치되는 각종 부품의 조립 구조를 단순화함에 따라 조립 및 분해가 용이하며, 그리고 장치의 제조 및 유지 보수 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 적외선 온도 측정장치의 전체 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 적외선 온도 측정장치의 분해 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 적외선 온도 측정장치의 전체 단면도
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 적외선 온도 측정장치에서 집광부에서 적외선을 수광하는 상태를 도시한 개념도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 적외선 온도 측정장치에서 적외선 센서, pcb 기판 및 열방출부를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하의 설명에서 "전, 후", "전방", "전면", "후면", "수평", "길이방향" 그리고 이에 상응하는 용어들은 도면에서 나타나는 방향을 기준으로 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 적외선 온도 측정장치의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 적외선 온도 측정장치의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 적외선 온도 측정장치의 전체 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비접촉식 적외선 온도 측정장치는 크게 장치의 전체 외관을 형성하는 케이싱(10)과, 케이싱(10) 내부에 설치되어 측정 대상물로부터 방사되는 적외선을 수광하는 수광체(20)와, 수광체(20)에서 수광되는 적외선 파장을 감지하는 적외선 센서(30)와, 적외선 센서(30)에서 감지된 데이터에 의해 측정 대상물의 온도를 연산하는 제어부 등의 전자 부품이 실장되는 pcb 기판(40)을 포함하여 구성된다.
보다 상세하게, 케이싱(10)은 일정 길이를 갖는 원통 형상으로 전면과 후면이 개방되고 내부가 비어 있는 구조이다. 케이싱(10)의 내부에는 수광체(20), 적외선 센서(30), pcb 기판(40) 등이 케이싱(10)의 전면에서 후면측으로 차례로 배열되도록 설치된다.
또한, 케이싱(10)의 후면에는 후면 개방부를 개폐하는 후면덮개(11)가 착탈가능하게 결합되고, 케이싱(10) 전면측 내면 둘레에는 내부에 설치되는 수광체(20)와의 결합력과 기밀성을 향상시키기 위한 고무재질의 링(13)이 설치된다.
여기서, 케이싱(10)은 후술하는 열방출부(70)에서 전도되는 열을 케이싱(10) 외부로 방출할 수 있도록 구리 등과 같은 열전도성이 우수한 금속 재질로 제작된다.
한편, 본 발명은 적외선 센서(30) 등이 설치되는 케이싱(10)을 지면으로부터 일정 높이로 이격시키면서 수평 자세로 측정 대상물과 서로 마주보게 고정 설치될 수 있는 구조로 이루어져 있어, 측정 대상물과의 거리 및 위치 등에 따라 능동적으로 대처하면서 측정 대상물로부터 조사되는 적외선을 효과적으로 수광할 수 있다.
이를 위해 본 발명에서는 온도 측정시에 케이싱(10)을 지면으로부터 일정 높이 이격시키면서 수평으로 설치될 수 있도록 받침대(50)가 구비된다.
받침대(50)는 지면에 접촉하는 평판 형상의 바닥판(51)과, 이 바닥판(51)의 양 측면으로부터 수직 절곡되어 일정 높이를 갖으면서 서로 마주보는 한 쌍의 수직판(52)으로 이루어진 것으로 전체적으로 'ㄷ'자 형상을 옆으로 세워놓은 구조를 갖는다.
여기서, 서로 마주보는 한 쌍의 수직판(52)의 상부에는 케이싱(10)이 각 수직판(52)에 수평자세로 관통 설치될 수 있도록 케이싱(10)의 외경에 대응하는 직경을 갖는 관통구멍(52a)이 각각 형성되어 있다.
이때, 케이싱(10)의 외주면 둘레에는 각 수직판(52)의 관통구멍(52a) 직경보다 큰 직경을 갖도록 외측으로 돌출 연장된 스톱퍼(12)가 구비된다. 이때 스톱퍼(12)는 받침대(50)에 설치되는 케이싱(10)이 어느 한쪽으로 편중되게 설치되는 것을 방지하여 그 중심이 잡힌 상태에서 안정적으로 설치될 수 있도록 케이싱(10)의 설치 위치, 즉 케이싱(10)의 관통 길이를 규제하는 역할을 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 케이싱(10)의 전방측 내부에는 측정 대상물로부터 방사되는 적외선을 수광하는 수광체(20)가 설치된다.
수광체(20)는 합성수지 재질로 이루어진 원통형 부품으로 케이싱(10)의 전면에 배치되는 수광체(20)의 전면에는 측정 대상물로부터 방사되는 적외선을 수광하기 위한 공간을 제공해주는 수광부(21)가 형성된다. 이러한 수광부(21)는 일정 직경을 갖는 홈으로 이루어져 수광체의 길이 방향으로 길게 형성된다.
수광부(21)가 형성된 위치의 수광체(20) 바닥면에는 적외선 센서(30)가 설치되는 센서 설치홈(23)이 마련된다. 이때 센서 설치홈(23)과 수광부(21)의 바닥면에는 구멍(22)이 뚫려 있어 수광부(21)로 수광된 적외선이 구멍(22)을 통해 센서 설치홈(23)에 설치된 적외선 센서(30)로 안내될 수 있다.
그리고, 수광체(20) 바닥면에는 센서 설치홈(23)을 중심으로 양측에 후술하는 pcb 기판(40)의 끼움돌기(43)가 끼움 결합되는 끼움홈(24)이 각각 형성된다.
또한, 수광체(20)의 전방측 외면 둘레에는 상기 케이싱(10)의 내면에 설치된 고무 링(13)이 끼워지는 홈(27)이 형성된다.
특히, 본 발명에서는 수광부(21)로 수광되어 수광부를 형성하는 내벽면에서 반사되는 적외선이 적외선 센서(30)로 도달하는 것을 최소화할 수 있도록 수광부(21)를 형성하는 내벽면에는 다수의 요철부(21a)가 형성된다. 보다 상세하게, 수광부(21)를 형성하는 내벽면 둘레에는 나사산 형상의 요철부(21a)가 수광부(21)의 길이 방향으로 연속적으로 배열되도록 형성된다.
이로 인해, 도 4에 도시된 바와 같이, 수광부(21) 내부로 수광되는 적외선 중에서 수광부 내벽면으로 들어오는 적외선의 일부는 요철부(21a)의 경사면에 입사되어 다시 수광부(21) 외측으로 반사되어 나감으로써 적외선 센서(30)로 진행되지 않기 때문에 종래와 같이 매끄러운 표면에서 반사되어 파장의 범위가 왜곡된 적외선이 적외선 센서로 전달되는 것을 최소화할 수 있어 종래에 비하여 보다 정확한 대상물체의 온도를 측정할 수 있게 된다.
또한, 수광체(20)에는 수광부(21)의 한쪽 옆에 수광체(20)의 길이 방향 전체로 길게 뚫린 레이저홀(25)이 형성된다. 그리고 레이저홀(25)의 하부에는 레이저빔을 발생시키는 발광부(26)가 설치된다. 발광부(26)에서 발광되는 레이저빔은 레이저홀(25)을 따라 안내되어 온도를 측정하고자하는 측정 대상물에 조사된다.
이때, 레이저홀(25)은 조사되는 레이저빔의 직진성을 향상시키면서 발광부(26)의 설치 면적을 확보할 수 있도록 레이저홀(25)의 상부에서 하부로 내려갈수록 그 직경이 커지도록 설계된다.
이와 같이, 레이저빔이 측정 대상물에 조사됨으로써 사용자는 먼 거리의 물체를 측정하는 경우에도 측정하고자 하는 측정 대상물을 쉽게 확인해가면서 적외선 센서와 측정 대상물이 직선 상태로 일치되도록 조정할 수 있기 때문에 사용자 편의성은 물론 측정의 정밀도를 높일 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 적외선 온도 측정장치에서 적외선 센서, pcb 기판 및 열방출부를 도시한 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 적외선 센서(30)는 pcb 기판(40)과 일체로 제작되어 수광체(20) 저면에 형성된 센서 설치홈(23)에 억지 끼움 방식으로 고정 설치된다.
이러한 적외선 센서(30)는 물체에서 방출되는 적외선 파장을 검지하여 이를 신호처리가 가능한 전기량(전압)으로 변환시키는 공지의 센서로 그 작동 원리는 당해 기술분야에서 널리 알려져 있으므로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
pcb 기판(40)은 적외선 센서(30)와 전기적으로 연결되어 적외선 센서(30)에서 변환되는 전압과 기 설정된 기준 전압을 비교하여 측정 대상물의 온도를 연산하는 제어부 등의 각종 전기 부품이 실장된다.
이러한 pcb 기판(40)은 각종 전자 부품이 실장되는 사각 평판형의 보드판(41)과 이 보드판(41)의 일측 단부에 결합되며 그 중심부 측에 적외선 센서(30)가 설치되는 원판형의 센서 설치판(42)이 일체로 이루어진다.
여기서, 센서 설치판(42)은 적외선 센서(30)를 중심으로 양측에 수광체(20)의 저면에 형성된 각 끼움홈(24)에 끼움 결합되는 끼움돌기(43)가 형성된다.
이와 같이, 적외선 센서(30)가 pcb 기판(40)에 일체로 구비됨에 따라 적외선 센서(30)와 pcb 기판(40)을 수광체(20)에 개별적으로 연결할 필요가 없어 전체 조립이 간단해지고, 특히 적외선 센서(30)가 수광체(20)의 저면에 마련된 센서 설치홈(23)에 끼움 고정되면 pcb 기판(40)은 별도의 체결 수단 없이도 수광체(20)에 연결되는 구조여서 조립 공정 및 부품이 현저히 줄어들게 되어 제조 시간 및 단가가 줄어드는 이점이 있다.
또한, 본 발명과 같은 적외선 온도 측정장치는 정확한 온도를 측정하기 위해 케이싱 내부와 외부를 같게 하는 것이 중요하다. 이를 위해 본 발명은 케이싱(10) 내부에 설치된 pcb 기판(40)에서 발생하는 열을 케이싱(10) 외부로 방출하는 열방출부(70)가 마련된다.
보다 상세하게, 열방출부(70)는 pcb 기판(40)에서 발생하는 열을 케이싱(10) 외부로 신속히 빼내기 위해 pcb 기판(40)에 실장되는 전자 부품 중에서 상대적으로 열이 많이 발생하는 전자 부품들을 전체적으로 밀폐되게 감싸는 실드 케이싱(71)과, 이 실드 케이싱(71)의 상부에 결합되고 케이싱(10)의 내벽과 접촉하여 실드 케이싱(71) 내부의 열을 케이싱(10)으로 전도하는 열전도판(72)으로 이루어진다.
실드 케이싱(71)은 일측이 개방된 직육면체 형상의 케이싱으로 개방부가 pcb 기판(40) 측을 향하도록 결합되어서 pcb 기판(40)에 실장된 전자 부품들을 완전히 밀폐되게 덮어서 pcb 기판(40)에서 발생하는 열을 다른 곳으로 확산되는 것을 방지하면서 케이싱(10) 외부로 신속히 빼내는 역할을 한다.
열전도판(72)은 일단이 실드 케이싱(71)에 밀착 고정 결합되는 고정단(72a), 이 고정단(72a)으로부터 상향 경사지는 탄성부(72b)와, 이 탄성부(72b)의 끝단부를 이루고 열전도판(72)의 정점을 이루면서 케이싱(10) 내벽과 접촉하는 접촉부(72c)와, 이 접촉부(72c)로부터 하향 경사지도록 연장되는 자유단(72d)으로 이루어진다. 이로 인해 접촉부(72c)는 탄성부(72b)의 탄성력에 의해 케이싱(10) 내벽에 항상 밀착된다. 다시 말해, 접촉부(72c)가 케이싱(10) 내벽과 접촉에 의해 아래로 눌려질 때 탄성부(72b)의 탄성력에 의해 바깥방향으로 벌어지려는 힘을 항시 보유하여 접촉부(72c)를 케이싱(10) 내벽측으로 가세하는 힘이 발휘되어 접촉부(72c)가 항시 케이싱(10) 내벽과의 밀착 접촉을 유지하게 된다.
그리고 열전도판(72)은 접촉부(72c)를 중심으로 양측에 경사부로 이루어져 있기 때문에 케이싱(10) 내부로 용이하게 진입 및 후퇴할 수 있어 부품의 손상 없이 조립 및 분해가 이루어질 수 있다.
여기서, 실드 케이싱(71)과 열전도판(72)은 pcb 기판(40)에서 발생되는 열을 케이싱(10)으로 신속하게 전달하기 위해 구리 등과 같은 열전도성이 우수한 금속재질로 이루어진다.
한편, 본 발명은 집광체(20)의 전면에 설치되어 적외선을 집광하는 필터부(60)에서 측정 대상물의 주변 환경에 존재하는 수분 또는 기타 가스 등에서 방출되는 적외선 파장 범위를 배제하고 순수히 측정 대상물에서 방출되는 자외선 파장 범위만을 집광함으로써 종래 측정 대상물의 주변 환경에 존재하는 수분 또는 기체 등 측정 오류 요소들을 제거함으로써 측정 정밀도가 향상된다.
이를 위해, 필터부(60)는 렌즈에 AR 코팅(무반사 코팅) 시에 수분의 적외선 파장 범위대인 2.5~2.9 ㎛의 범위와 기체(특히, 질소)의 파장 범위대인 4.0~4.54 ㎛의 범위를 차단하고 8~14 ㎛의 파장 범위대만을 통과시키는 8~14 ㎛ 밴드패스 필터를 갖도록 코팅된다.
이때, 필터부(60)에 사용되는 렌즈는 적외선 파장의 흡수율을 좋게 하기 위하여 게르마늄 재질로 이루어진 렌즈를 사용한다.
여기서, 필터부에서 렌즈가 특정 범위대의 파장 범위만을 통과시키기 위한 배드패스 필터 코팅 기술은 당해 기술분야에서 통상적으로 알려져 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 적외선 온도 측정장치의 조립 상태 및 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.
조립 상태를 살펴보면, 먼저 pcb 기판(40)을 구성하는 센서 설치판(42)에 일체로 설치된 적외선 센서(30)와 이 적외선 센서(30)의 양측에 설치된 끼움돌기(43)를 수광체의 저면에 설치된 센서 설치홈(23)과 끼움 홈(24)에 각각 끼움 방식으로 고정 결합시킨다.
다음으로, 수광체(20)에 연결된 적외선 센서(30)와 pcb 기판(40)을 케이싱(10) 후면 개방부로 넣어서 수광체(20)의 전면이 케이싱(10)의 전면에 위치될 때까지 계속하여 밀어 넣는다. 이때, 케이싱(10)의 전방 내주면에 설치된 고무링(13)이 수광체(20) 외주면 둘레에 형성된 홈(27)에 끼워지면서 케이싱(10) 내부에 설치된 수광체(20)의 결합력과 기밀성이 향상된다.
그리고, 케이싱(10)의 후면 개방부를 후면덮개(11)로 밀폐하면 전체 조립 작업이 완료된다.
작동 상태를 살펴보면, 조립이 완료된 케이싱(10)을 받침대(50)의 관통구멍에 관통 설치한 후에 측정 대상물과 일정 거리 떨어진 위치에서 수광부(21)의 전면, 즉 적외선 센서(30)가 측정 대상물과 일직선을 이루도록 적외선 온도 측정장치를 배치한다.
다음으로, 적외선 온도 측정장치에 전원을 인가시키면 발광부(26)가 발광되어 레이저빔이 온도 측정 대상이 되는 타겟 대상물에 조사되어 사용자가 측정 대상물을 정확하게 인식할 수 있다. 이때 측정 대상물에서 방출되는 적외선은 수광체(20)의 수광부(21)로 도입된다.
수광부(21)로 도입되는 적외선은 수광부(21)의 전면에 설치된 필터부(60)에 의해 8~14 ㎛ 범위를 갖는 적외선 파장 대역만을 통과시킨다.
그리고, 필터부(60)를 통과한 적외선 중에서 수광부(21)를 형성하는 내벽면을 향하여 들어오는 적외선의 일부는 요철부(21a)의 경사면에 입사되어 수광부(21)의 외부로 반사되어 되돌아 나감으로써 적외선 센서(30)로 진행되지 않기 때문에 반사로 인해 파장의 범위가 왜곡된 적외선이 적외선 센서(30)로 전달되는 것을 최소화할 수 있다.
적외선 센서(30)는 유입된 적외선 파장을 감지하여 전압으로 변환한 후에 이를 제어부로 보내고, 제어부는 적외선 센서(30)에서 변환된 전압과 기준 전압을 비교하여 측정 대상물의 온도를 연산하여 외부로 표시함으로써 측정 작업이 완료된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
10 : 케이싱 12 : 스톱퍼
20 : 수광체 21 : 수광부
22 : 구멍 23: 센서 설치홈
24 : 끼움 홈 25 : 레이저홀
26 : 발광부 30 : 적외선 센서
40: pcb 기판 41 : 보드판
42 : 센서 설치판 43 : 끼움돌기
50 : 받침대 60: 필터부
70 : 열방출부 71 : 실드 케이싱
72 : 열전도판

Claims (9)

  1. 내부가 비어 있고, 전면과 후면이 개방된 케이싱(10);
    상기 케이싱(10) 내부측에 설치되고, 측정 대상물로부터 방사되는 적외선을 수광하기 위해 일정 높이와 직경을 갖는 홈으로 이루어진 수광부(21)가 형성되며, 상기 수광부(21)를 형성하는 내벽면 둘레에는 나사산 형상의 요철부(21a)가 길이 방향으로 연속적으로 형성된 수광체(20);
    상기 수광부(21)의 바닥면에 형성된 구멍(22)측에 설치되어 수광부(21)로 수광된 적외선 파장을 감지하여 전압으로 변환하는 적외선 센서(30); 및
    상기 케이싱(10) 내부에 설치되고, 상기 적외선 센서(30)와 전기적으로 연결되어 상기 적외선 센서(30)에서 변환된 전압과 기준 전압을 비교하여 측정 대상물의 온도를 연산하는 제어부가 실장되는 pcb 기판(40);을 포함하여 구성되되,
    상기 pcb 기판(40)에는 pcb 기판(40) 측에서 발생하는 열을 상기 케이싱(10) 외부로 방출하기 위해 상기 케이싱(10) 내면과 접촉하는 열방출부(70)를 더 포함하고, 상기 열방출부(70)와 케이싱(10)은 열전도성이 우수한 금속 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 비접촉식 적외선 온도 측정장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 열방출부(70)는 상기 pcb 기판(40)에서 발생하는 열을 외부로 신속히 빼내기 위해 pcb 기판(40)에 실장되는 전자 부품 중에서 상대적으로 열이 많이 발생하는 전자 부품들을 전체적으로 밀폐되게 감싸는 실드 케이싱(71)과, 일단이 상기 실드 케이싱(71)의 상부에 고정 결합되는 고정단(72a)과 상기 고정단(72a)으로부터 상향 경사진 탄성부(72b)와 이 탄성부(72b)의 단부를 이루면서 케이싱(10) 내벽과 접촉하는 접촉부(72c)와 상기 접촉부(72c)로부터 하향 경사진 자유단부(72d)로 이루어진 열전도판(72)으로 구성된 것을 특징으로 하는 비접촉식 적외선 온도 측정장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 수광부(21)의 전면에는 측정 대상물에서 방사되는 적외선을 집광하기 위한 필터부(60)가 설치되고, 상기 필터부(60)는 게르마늄 렌즈에 8~14 ㎛의 파장 범위 대역만을 통과시키도록 코팅 처리된 것을 특징으로 하는 비접촉식 적외선 온도 측정장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 케이싱(10)을 지면으로부터 일정 거리 이격시킨 상태에서 수평 설치될 수 있도록 지면에 접촉하는 바닥판(51)과, 상기 바닥판(51)의 양측으로 수직 절곡되어 케이싱(10)이 관통 설치되는 관통 구멍(52a)이 각각 형성된 한 쌍의 수직판(52)으로 이루어진 받침대(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 적외선 온도 측정장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 케이싱(10)의 외주면 둘레에는 상기 받침대(50)에 케이싱(10)의 설치 위치를 제한하는 스톱퍼(12)가 구비된 것을 특징으로 하는 비접촉식 적외선 온도 측정장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 수광체(20)에는 수광체(20)의 길이 방향 전체로 길게 뚫려있는 레이저홀(25)이 형성되어 있어, 상기 레이저홀(25) 하부에 설치된 레이저 발광부(26)로부터 조사되는 레이저빔이 상기 레이저홀(25)을 통해 측정 대상물로 조사되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 적외선 온도 측정장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 pcb 기판(40)은 전자 부품이 실장되는 사각 평판형의 보드판(41)과, 상기 보드판(41)의 일측 단부에 결합되며 그 중심부 측에 적외선 센서(30)가 설치되는 원판형의 센서 설치판(42)이 일체로 이루어진 것을 특징으로 하는 비접촉식 적외선 온도 측정장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 센서 설치판(42)에는 상기 적외선 센서(30)를 중심으로 양측에 각각 형성되고, 상기 수광체(20) 하면의 센서 설치홈(23)을 중심으로 양측에 형성된 끼움홈(24)에 각각 끼움 결합되는 끼움돌기(43)가 구비된 것을 특징으로 하는 비접촉식 적외선 온도 측정장치.
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