KR101257749B1 - 적외선 방사 온도계 관측시스템 - Google Patents

적외선 방사 온도계 관측시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101257749B1
KR101257749B1 KR1020120077092A KR20120077092A KR101257749B1 KR 101257749 B1 KR101257749 B1 KR 101257749B1 KR 1020120077092 A KR1020120077092 A KR 1020120077092A KR 20120077092 A KR20120077092 A KR 20120077092A KR 101257749 B1 KR101257749 B1 KR 101257749B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
radiation thermometer
infrared radiation
infrared
temperature
measurement object
Prior art date
Application number
KR1020120077092A
Other languages
English (en)
Inventor
강태길
권윤경
Original Assignee
한국지노 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국지노 주식회사 filed Critical 한국지노 주식회사
Priority to KR1020120077092A priority Critical patent/KR101257749B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101257749B1 publication Critical patent/KR101257749B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/0266—Field-of-view determination; Aiming or pointing of a photometer; Adjusting alignment; Encoding angular position; Size of the measurement area; Position tracking; Photodetection involving different fields of view for a single detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/60—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature
    • G01J5/602—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature using selective, monochromatic or bandpass filtering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4446—Type of detector
    • G01J2001/448—Array [CCD]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/60—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature
    • G01J5/602—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature using selective, monochromatic or bandpass filtering
    • G01J2005/604—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature using selective, monochromatic or bandpass filtering bandpass filtered

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 적외선 방사 온도계 관측시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 사람의 눈으로 확인 불가능한 어두운 영역의 물체도 정확하게 CCD카메라로 영상화하여 관찰하는 것이 가능하도록 된 적외선 방사 온도계 관측시스템에 관한 것이다.
본 발명인 적외선 방사 온도계 관측시스템은, 측정물체에서 방출되는 열방사를 이용하여 온도를 측정하고, PC 및 어플리케이션 소프트웨어를 이용하여 측정물체의 영상과 온도 확인을 가능케 하는 적외선방사 온도계의 관측시스템에 있어서, 상기 측정물체에 적외선을 방사하는 적외선 방사기와 상기 적외선 방사기로부터 적외선을 조사받은 상기 측정물체가 반사하는 적외선 중 0.9㎛대역의 파장의 80% 이상은 투과시키고, 1.55㎛ 대역의 파장의 80% 이상은 반사시키도록 설계된 빔스프릿터와 상기 빔스프릿터에 흡수된 상기 0.9㎛대역의 파장을 이용하여 빛이 거의 없는 0.001룩스에서도 상기 측정물체의 영상을 구현하는 CCD카메라와 상기 빔스프릿터에서 반사된 상기 1.55㎛ 대역의 파장을 이용하여 측정물체의 온도를 측정하는 적외선 방사 온도계와 상기 CCD카메라가 구현하는 영상이 적외선 광원에 의하여 영향을 받지 않도록 반사를 차단하는 슬리브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 빛이 거의 없어 사람의 눈으로 물체를 확인할 수 없는 암실 상태에서도 측정 대상 물체의 영상을 사람의 눈으로 볼 수 있도록 구현할 수 있고, 동시에 그 물체의 온도까지 확인하는 것이 가능하다.

Description

적외선 방사 온도계 관측시스템{Infrared Radiation Thermometer Observation System}
본 발명은 적외선 방사 온도계 관측시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 사람의 눈으로 확인 불가능한 어두운 영역의 물체도 정확하게 CCD카메라로 영상화하여 관찰 하는 것이 가능 하도록 된 적외선 방사 온도계 관측 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 적외선방사기란 빛이 거의 없는 상태인 0.001룩스에서도 적외선을 이용해 물체를 촬영할 수 있는 카메라로, 0.9㎛ 파장 대역의 적외선을 측정 물체에 조사한 후, 물체로부터 반사된 적외선 영상을 CCD카메라에서 영상화하는 장치로 일반적인 야간촬영 기술로 활용되고 있다. (방범용CCTV, 야간 카메라 촬영)
또한 방사온도계는 온도계의 한 종류로서, 우리가 일반적으로 생각하는 접촉식 온도계와 가장 큰 차이점은 측정물체와 접촉하지 않고, 온도를 측정하는 비접촉식 온도계이다. 즉, -273℃ 이상의 물체는 “열방사”를 하게 되는데 이것을 이용하여 온도를 측정한다. 따라서, 온도계를 접촉과 비접촉의 관점에서 분류하면 하기와 같다.
a. 열전도를 이용한 온도계 : 측정대상과의 접촉에 의하여 대상과 동일한 온도가 된 물질이 보이는 일정한 성질이 온도와 관계가 있는 것. 예)열전대, 측온저항체, 유리제온도계
b. 열방사를 이용한 온도계 : 측정대상에서 방출되는 전자파 성질이 측정대상의 온도와 관계가 있는 것. 예)방사온도계
참고로, 열방사란 전자파의 일종으로 물체의 열적 상태에 따라 방사되는 전자파이다. 열방사 영역은 자외선~적외선영역이며, 방사온도계는 적외선 영역의 파장을 이용하며, 적외선 영역의 특정 파장을 측정할 수 있다.
열방사의 법칙성에 관해서는 “물체로부터 발산하는 열방사 에너지는 물체의 온도와 방사 파장에 의존하고 있다”는 것을 Planck(플랑크)라는 물리학자에 의해서 엄밀하게 정식화 되어 특정파장을 검출소자로 검출하여 방사휘도를 측정하고, 그것을 온도로 환산하는 것이 방사온도계의 원리이다.
열방사는 공간을 전파하기 때문에 측정 물체를 접촉하지 않고 온도를 측정할 수 있다는 것과, 열방사는 광속으로 전파되기 때문에 측정하고자 하는 물체의 온도를 고속으로 측정할 수 있다는 2가지 장점이 있다. 방사온도계의 측정대상과 용도는 하기의 표 1과 같다.
장점 측정 대상 용도
①비접촉 측온 원격 측정 원거리 물체 기상관측
격리 물체 진공화로
이동 물체 연속열처리
고온 물체 1,500℃ 이상의 물체
열 요란을 일으키지 않는 측정 소열용량 물체 필름
저열전도 물체 고분자
체적 표면 금속
②고속 측온 고주파 가열
우선 <비접촉 측온>의 장점에 관해서는, <원격측정>과 <열 요란을 일으키지 않는 측정>으로 나누어진다. <원격측정>에는 구름의 온도를 지상에서 측정하고, 비행체로 해수 온도를 측정하는 등 기상관측 상의 <원거리 측정>, 진공화로 내의 시료 온도를 창문 너머에서 측정하는 <격리측정>, 철강업에서 필요로 하는 열간압연 등 이동 중인 연속열처리 강재의 온도를 측정하는 <이동물체 측정>, 접촉식 온도계의 센서부가 녹는 약 1,500℃ 이상의 <고온물체 측정>이 가능하다.
<열 요란을 일으키지 않는 측정>이란, 접촉식 온도계로는 측정대상에 센서부가 접촉하여, 측정대상 물체의 온도를 변화시킬 수가 있어, 정확한 측정을 할 수 없게 되는 것을 말한다. 방사온도계라면 열 요란을 일으키지 않고서 측정하는 것이 가능하다. 적용 분야로는 필름 등의 <소열용량 물체>의 온도측정이나 금속 등의 <표면온도> 측정에 효과적이다.
<고속측온>의 장점에 관해서는, 접촉식 온도계의 경우, 측정대상과 온도센서가 접촉해야 하고, 측정 대상과 온도센서의 온도가 동일해지기 위해서는 일정한 시간이 필요한데 반해, 방사온도계로는 기다릴 필요없이, 고속으로 온도를 측정할 수 있다. 예를들어 수은식 체온계라면 최저 3분간은 기다려야 하지만, 방사온도계는 1초 이하는 통상의 사양이며, 0.001초 이하로도 온도 측정이 가능하다.
[종래 기술의 문제점]
도 6은 종래기술에 의한 적외선 방사 온도계의 관측 예시도이다. 도 6에 나타난 바와 같이 종래기술에 의한 적외선방사온도계는 측정물체의 온도만을 측정하고, 표시할 뿐 실제로 측정물체를 보고자 하는 경우에는 방사온도계에 내장되어 있는 뷰파인더로 보거나, 사람이 눈으로 식별 가능한 가시광을 영상화한 CCD카메라를 설치하여 영상화한 측정물체와 적외선방사 온도계가 측정하고 있는 온도를 별도로 보게된다.
그러나, 사람의 눈으로 볼 수 없는 어두운 영역의 물체를 측정할 경우, 뷰파인더, CCD카메라로는 측정 물체를 영상으로 볼 수 없는 문제점이 있었다. 즉, 물체의 온도가 낮아 약400℃ 미만인 경우 적외선 영역 중에서 1㎛이하 파장에 대한 에너지량은 거의 없으며 1㎛이상의 장파장 영역의 에너지만(분광방사 휘도) 발생된다. 물론 온도가 낮아도 밝은 곳(외부광원에 의해서 밝게 보임)에서는 가시광선을 이용하여 영상구현이 가능하지만 어두운 곳에서는 가시광을 이용한 영상 자체가 구현 불가능하게 된다. 즉 온도가 낮으면 자체의 가시광선 영역의 에너지가 거의 없어서 외부의 광원에 의존하지 않고는 영상구현이 불가능 하다.
따라서 빛이 거의 없거나, 어두운 영역의 측정물체의 영상을 볼 수 있는 적외선방사기와 적외선 방사 온도계를 접목하여 측정물체의 영상과 온도를 동시에 정확하게 확인할 수 있는 관측 시스템의 필요성이 대두되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명은 빛이 거의 없어 사람의 눈으로 물체를 확인할 수 없는 암실 상태에서도 측정 대상 물체의 영상을 구현할 수 있고, 동시에 그 물체의 온도까지 확인 가능한 적외선 방사 온도계 관측시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 적외선 방사 온도계 관측 시스템은, 측정물체에서 방출되는 열방사를 이용하여 온도를 측정하고, PC 및 어플리케이션 소프트웨어를 이용하여 측정물체의 영상과 온도 확인을 가능케 하는 적외선방사 온도계의 관측시스템에 있어서, 상기 측정물체에 적외선을 방사하는 적외선 방사기와; 상기 적외선 방사기로부터 적외선을 조사받은 상기 측정물체가 반사하는 적외선 중 0.9㎛ 대역의 파장의 80% 이상은 투과시키고, 1.55 ㎛ 대역의 파장의 80% 이상은 반사시키도록 설계된 빔스프릿터와; 상기 빔스프릿터 에 흡수된 상기 0.9㎛ 대역의 파장을 이용하여 빛이 거의 없는 0.001룩스에서도 상기 측정물체의 영상을 구현하는 CCD카메라와; 상기 빔스프릿터에서 반사된 상기 1.55 ㎛ 대역의 파장을 이용하여 측정물체의 온도를 측정하는 적외선 방사 온도계와; 상기 CCD카메라가 구현하는 영상이 적외선 광원에 의하여 영향을 받지 않도록 반사를 차단하는 슬리브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서, 상기 빔스프릿터는 45도 직각 프리즘 2개를 접합하여 정사각 기둥 형태로 형성되는 것을 특징으로 하고, 또한 상기 상기 적외선 방사기, CCD카메라 및 적외선 방사 온도계는 동일한 광로에 설치되어, 온도측정 광로와 영상구현 광로가 동일하도록 설계된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서, 상기 적외선 방사 온도계는, 단자타입 또는 컨넥터 타입인 것을 특징으로 하고, 또한 상기 적외선 방사 온도계에는, InGaAs (1.5 ㎛ 영역) 검출소자가 사용되는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 슬리브는 내부파이프, 외부파이프, 적외선 방사 온도계 체결부를 포함하여 구성되고, 길이조절이 가능하도록 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 빛이 거의 없어 사람의 눈으로 물체를 확인할 수 없는 암실 상태에서도 측정 대상 물체의 영상을 사람의 눈으로 볼 수 있도록 구현할 수 있고, 동시에 그 물체의 온도까지 확인하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명에 의한 적외선 방사 온도계 관측 시스템의 전체 개요도이다.
도 2는 본 발명에 의한 적외선 방사기를 접목한 적외선방사 온도계 구조 및 내부 사진이다.
도 3은 본 발명에 의한 적외선 방사 온도계 내부의 빔스프릿터의 구조 개념도이다.
도 4는 측정물체에 대한 측온을 위하여 본 발명의 적외선 방사 온도계가 설치되는 전체 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5은 본 발명에 의한 슬리브의 분해 구조 사진이다.
도 6은 종래기술에 의한 적외선 방사 온도계의 관측 예시도이다.
이하 본 발명의 구체적인 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명한다.
우선 본원발명을 요약하면, 본원발명인 적외선 방사 온도계 관측 시스템은, 적외선방사기를 접목한 적외선방사온도계 관측시스템으로서 사람의 눈으로 확인 불가능한 어두운 영역의 물체를 측정할 경우에 적합하다. 또한, 적외선방사기와 적외선방사온도계의 광로가 일직선 상에 위치하도록 일체형으로 제작되었기 때문에 현재 영상화되고 있는 측정물체의 측정온도를 표시하고 있다는 장점도 있다.
다시 말하자면, 현재에도 적외선방사온도계가 측정하고 있는 물체를 보고자 하는 경우에 가시광을 영상화한 CCD카메라를 설치하여 보고 있지만, 어두운 영역은 표시되지 않는 문제점이 있고, 또한 동일 기기의 동일 광로에 설치되는 것이 아니기 때문에 실제로 측정하고 있는 물체의 온도와 보고 있는 물체의 위치가 정확히 일치한다고 단언할 수 없다.
그러나, 본원발명인 적외선 방사 온도계 관측 시스템은, 동일한 기기의 동일한 광로에 적외선방사기와 CCD카메라, 적외선방사온도계를 설치하였기 때문에 측정하고 있는 물체의 영상 표시와 동시에 조준점의 온도가 측정되도록 설계되었다.
즉, 본원발명은 측정물체의 온도측정 광로와 영상구현 광로가 동일하다. 부연 설명하자면, 광로(光路) 즉, 빛이 지나가는 길로써, 슬리브를 통해 적외선 파장이 흡수되어 CCD카메라 영상으로 구현되기 까지의 길을 의미하는데, 선단 부분인 슬리브를 통해 들어온 파장이 적외선방사기, 적외선방사온도계, CCD카메라까지의 광로가 일직선상에 위치하게 된다. 본원 발명의 적외선방사온도계는 그 외형을 단자타입 또는 컨넥터타입으로 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 적외선 방사 온도계 관측 시스템의 전체 개요도이다. 도 2는 본 발명에 의한 적외선방사기를 접목한 적외선방사온도계의 구조 및 내부 사진이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 측정물체에서 방출되는 열방사를 이용하여 온도를 측정하고, PC 및 어플리케이션 소프트웨어를 이용하여 측정물체의 영상과 온도 확인을 가능케 하는 적외선방사 온도계의 관측시스템은, 적외선 방사기(3), 적외선 방사 온도계(1), CCD카메라(2), 슬리브(5)를 포함하여 구성된다.
적외선 방사기(3)는 측정물체에 적외선을 방사하는 것으로, 적외선 방사모듈과 함께 가시광선 방사 모듈이 함께 결합되기도 한다. 상기 적외선 방사기의 후방(도면상 오른 쪽) 끝단부에는 적외선 방사온도계(1)가 결합된다. 이 적외선 방사온도계(1) 및 전체 관측 시스템의 구성부분들을 제어, 운전하기 위한 전자부품들이 실장된 기판이 적외선 방사온도계(1)의 하우징 내부에 내장되어 있으며, 상기 기판에는 빔스프릿터(20)가 장착된다.
상기 적외선방사 온도계(1)의 후방 (도면상 오른 쪽) 끝단부의 온도계의 뷰화인더에는 CCD카메라가 결합된다. 또한 상기 적외선 방사기(3)의 전방 (도면상 왼쪽) 끝단부에는 상기 CCD카메라가 구현하는 영상이 적외선 광원에 의하여 영향을 받지 않도록 반사를 차단하는 슬리브(5)가 결합된다.
도 3은 본 발명에 의한 적외선 방사 온도계 내부의 빔스프릿터의 구조 개념도이다.
도 3 을 참조하면, 본 발명에서 상기 적외선 방사기(3), 적외선 방사 온도계(1) 및 CCD카메라(2)는 동일한 일직선상의 광로에 설치되어, 온도측정 광로와 영상구현 광로가 동일하도록 구성된다.
또한, 본 발명에서 상기 적외선 방사 온도계(1)는 상기 빔스프릿터(20)에서 반사된 상기 1.55 ㎛ 대역의 파장을 이용하여 측정물체의 온도를 측정하도록 구성되며, 상기 CCD카메라(2)는 상기 빔스프릿터(20)에서 반사된 상기 0.9 ㎛ 대역의 파장을 이용하여 측정물체의 영상을 구현하도록 구성된다.
따라서, 상기 적외선 방사기(3)에서 측정물체에 조사된 적외선은 동일한 일직선상의 광로로 반사되어 방사온도계(1)의 빔스프릿터(20)까지 전달되며, 이 빔스프릿터(20)에서 파장에 따라 분해되면서, 1.55 ㎛ 대역의 파장은 측정물체의 온도를 측정하게 되고, 상기 빔스프릿터(20)에서 반사된 상기 0.9 ㎛ 대역의 파장은 그대로 동일광로를 따라 CCD카메라(2)로 전달되어 측정물체의 영상을 구현하도록 구성된다.
상기 빔스프릿터(20)는 45도 직각 프리즘 2개를 접합하여 정사각 기둥 형태로 형성되어, 적외선을 조사받은 상기 측정물체가 반사하는 적외선 중 0.9㎛ 대역의 파장의 80% 이상은 투과시키고, 1.55 ㎛대역의 파장의 80% 이상은 반사시키도록 구성되어 있다. 상기 CCD카메라(2)는, 빔스프릿터(20)에 흡수된 상기 0.9㎛ 대역의 파장을 이용하여 빛이 거의 없는 0.001룩스에서도 상기 측정물체의 영상을 구현할 수 있게 된다.
상기 적외선 방사 온도계(1)는, 단자타입 또는 컨넥터 타입으로 구성할 수 있으며, 상기 적외선 방사 온도계(1)에는, InGaAs (1.5 ㎛ 영역) 검출소자가 사용된다. 또한 상기 슬리브(4)는 내부파이프, 외부파이프, 적외선 방사 온도계 체결부를 포함하여 구성되고, 길이조절이 가능하도록 형성된다. 상기 빔스프릿터(20) 및 기판이 내장된 적외선 방사 온도계(1)와 상기 CCD카메라(2)는 하나의 외장박스에 내장되도록 할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면서 상기 적외선 방사 온도계 관측시스템의 작동 과정을 상세하게 설명한다.
1) 적외선방사온도계의 동작:
0K(캘빈)이상 즉, -273.15℃ 이상의 모든 물체는 “열방사”를 하게 되는데, 이것을 이용하여 온도를 측정하는 것이 바로 상기의 적외선방사 온도계이다. 따라서, 종례의 선방사온도계로 측정하고자 하는 물체의 온도 영역에 맞게 검출소자(InGaAs-1.5㎛영역)를 이용하여 온도를 계측한다. 즉, 종례의 적외선방사온도계의 온도 측정의 역할을 수행한다.
2) 적외선방사기의 동작:
적외선방사기는 0.9㎛ 대역(0.8 ~1.0 ㎛범위, 이하0.9㎛ 대역 )의 적외선을 발생시키는 적외선 IR-LED가 부착되어 있어, 이를 측정하고자 하는 물체에 조사하고, 조사된 적외선은 다시 반사되어 본 발명품의 슬리브를 통해 본체로 흡수되어 적외선방사 온도계의 0.9㎛ 대역의 파장이 80%이상 투과되도록 설계된 빔스프릿터에 의해 투과된 후, CCD카메라의 영상구현에 필요한 파장으로 사용된다.
3) CCD카메라의 동작:
적외선방사기를 통해 흡수한 파장을 영상으로 구현하는 역할을 한다.
4) 빔스프릿터의 동작:
빔스프릿터의 구조는 45° 직각프리즘 2개를 접합하여 만든 것으로, 도 3과 같이 단면이 정사각형 형태를 하고 있으며, 입사되는 파장을 둘로 나누는 광학소자로써, 투과 및 반사율의 정도는 GLASS 입사면에 원하는 사양에 따라 광학 박막을 설계하고 이를 토대로 산화물을 증착하여 그 특성을 얻는다. 종례의 적외선방사온도계의 빔스프릿터의 역할은, 적외선과 가시광선을 나누어, 적외선은 반사시켜, 온도측정에 이용하고, 가시광선은 투과시켰다. 본 발명품은 적외선 파장 중, 1.55㎛파장의 80% 이상은 반사시켜 온도구현에 사용하고, 0.9㎛파장의 80% 이상은 투과시켜 영상구현을 하도록 하는 역할을 하고 있다.
이하에서는 본 발명인 적외선 방사 온도계 관측시스템의 주요 구성 및 역할에 관하여 설명한다.
1) 검출소자
본원발명의 적외선방사 온도계는 적외선 영역의 파장을 이용하여 온도를 측정하기 때문에, 적외선 영역의 특정 파장을 측정할 수 있는 검출소자 선정이 중요하다. 본 발명품 적외선방사 온도계는 InGaAs(1.5㎛영역) 검출소자를 이용하여, 방사온도계를 제작하는 동시에 0.9㎛ 대역의 적외선을 발생시키는 적외선 IR-LED를 조합시켜, 이를 측정하고자 하는 피측정 물체에 조사되도록 하여 영상구현에 필요한 파장정보를 카메라에서 인식하도록 한다.
2) 빔스프릿터 (BEAM SPLITTER)
도 3은 본 발명의 적외선방사온도계 내부의 빔스프릿터의 구조 개념도이다. 우선 적외선방사기에서 측정하고자 하는 물체에 0.9㎛적외선이 방사되고, 측정물체는 모든 대역의 파장을 방사하지만, 본 발명의 적외선방사 온도계는 상기에서 언급했듯이 검출소자 특성상 측정물체로부터 방사되는 열방사의 1.55㎛영역의 적외선 파장만을 흡수하게 된다.
기존의 빔스프릿터의 역할은 적외선과 적외선 이외의 모든 전자파 영역을 나누어 주는 역할을 했으나, 본 발명에서는 특수코팅기술을 이용하여 영상과 온도에 필요한 두 파장을 선별하기 위한 빔스프릿터(20)를 새로이 창안하였다. 주된 내용으로는 반사와 투과 2가지를 모두 고려하여, 우선 빔스프릿터에 반사된 1.55㎛의 파장은 온도를 구현하는 적외선방사온도계에 사용되도록 하고, 반사가 안된 이외의 모든 파장은 투과되는데, 이중 0.9㎛의 적외선을 이용하여 영상을 구현하도록 했다.
상기와 같은 선별적 반사와 투과를 실현하기 위하여, 상기 특수코팅기술을 이용한 표면처리에는 파장에 따라 빛을 투과시킬 것인지 또는 반사시킬 것인지를 선별할 수 있는 다이크로닉 필터 (Dichroic Filter) 방식에 준하여 빔스프릿터(20)에 대한 표면처리를 실시하였다. 다이크로닉 필터 기술은 일반적으로 롱패스 필터(long-pass filter) 나 숏패스 필터(short-pass filter)의 어플리케이션을 위해서 일반적으로 이용되는 기술이다.
3)씰링 윈도우 (SEALING WINDOW)
도 4는 측정물체에 대한 측온을 위하여 본 발명의 적외선 방사 온도계가 설치되는 전체 구조를 설명하기 위한 도면이다. 여기서 원씰링 윈도우는 「설치 예」 4번 항에 해당되는 것으로, 그 역할은 측정물체의 온도, 압력 등이 온도측정에 영향을 주지 않도록 막아주는 역할을 하는 글라스(GLASS)이다.
피측정물에의 조사를 목적으로 하는 적외선방사기와 온도측정을 목적으로 하는 적외선 유입 광로가 동일(일직선)하고, 피측정물의 측정 환경이 눈으로 식별 불가능한 어두운 환경에서는 통상 씰링 윈도우 자체가 거울 역할을 하여, 영상구현이 불가능하게 된다.
따라서, 본원발명에서는 IR-LED(적외선방사기)가 씰링 윈도우에 조사된 후, 씰링 윈도우 표면을 통해 반사되는 경로 (피측정물의 영상 구현을 목적으로 조사하는 적외선광원)과 피측정물의 온도에 해당하는 적외선 광로와의 간섭이 발생하지 않도록 슬리브 형태의 구조물을 추가하여 간섭을 방지한다.
4) 슬리브
적외선 방사기에서 조사되는 적외선 광원은 매질차이에 의하여 일부는 투과되고 일부는 흡수되고 일부는 씰링 윈도우 표면을 통해 반사될 수 밖에 없으며, 씰링 윈도우 전후의 현저한 밝기 차이에 의하여 거울효과를 야기하여 대부분 반사된다.
이에 피측정물의 영상구현을 목적으로 강제로 조사하는 적외선 광원과 피측정물의 온도에 의하여 자연 발생하는 적외선 광로와의 간섭이 발생하지 않도록 길이 조절이 가능한 슬리브 형태의 구조물을 추가하여 간섭을 방지한다. 즉 적외선 광원의 반사를 차단하여 CCD카메라의 영상구현에 영향을 미치지 않도록 한다. 이를 위하여 본원발명의 슬리브는 도 5에 나타난 바와 같이 내부파이프와 외부파이프, 적외선방사온도계 부분과 연결하는 체결부로 구성되어 있다.
또한, 추가된 구조물 형태의 슬리브로 인해 측정거리에 따른 에너지의 감쇄를 초래하지 않도록, 슬리브의 길이와 구경과의 제한적 파라미터 요소가 결정된다. 측정경과 방사방지를 위한 슬리브 제작 관련하여 적외선 방사온도계의 경우 온도측정을 위하여 요구되는 피측정물의 최소 측정면적은 일반적으로 하기와 같다:
*유효면적(측정경)= 측정거리/거리계수로 정의되고, 측정면적과 검출기의 수광면적의 관계를 고려하여야 한다. 이때 렌즈의 위치를 조절해서 측정면의 상을 검출기의 수광면에 결상시켜 측정하는 가동초점방식과 고정초점 방식의 산출 방법이 다르다.
[가동 초점방식의 거리계수]
물체의 거리a, 상거리b, 렌즈의 초점거리 f
Figure 112012056450524-pat00001
측정물체거리a에서의 거리계수 F
Figure 112012056450524-pat00002
측정물체거리 a가 초점거리 f보다 매우 클경우
Figure 112012056450524-pat00003
이므로
Figure 112012056450524-pat00004
이다.
Figure 112012056450524-pat00005
는 계기의 고유값이며, 이것을 거리계수라 한다. 따라서 거리계수 F는 물체의 거리에 무관하다.
거리계수가 주어지면
Figure 112012056450524-pat00006
식을 이용하여 측정거리에서의 측정면적을 계산할 수 있게 된다.
[고정 초점방식의 거리계수]
(a)측정거리가 물체거리(실상거리)보다 작은경우(a1≤a)
Figure 112012056450524-pat00007
여기서,
Figure 112012056450524-pat00008
는 측정거리 a(실상거리)에서의 표적크기이다.
(b)측정거리가 물체거리(실상거리)보다 작은경우(a2≥a)
Figure 112012056450524-pat00009
(c)측정거리가 물체거리(실상거리)와 같은 경우
Figure 112012056450524-pat00010
단, F는 거리계수
Figure 112012056450524-pat00011
는 시야각의 1/2이다.
Figure 112012056450524-pat00012
는 시야각
Figure 112012056450524-pat00013
가0.25rad(14.3도)이하의 경우 이어야 한다.
실제 측정결과에 의한 온도영향 조사결과, 반사 방지용 슬리브의 내경에 의한 온도영향이 관측되고 있으며, 이는 방사온도계측의 대물렌즈 사이즈와 밀접한 관계가 존재한다.
즉, 복사온도계는 렌즈와 구면경 등으로 광학계를 구성하여 측정대상의 복사휘와 검출기로 입사하는 복사속과 비례하는 관계를 실현해서 온도를 표시하므로, 이와같은 구성에서 유효면적 이상의 크기를 갖는 피측정물에 대해서는 면적의 대소에 영향을 받지않고 온도를 측정하는 것이 가능하다. 따라서 측정거리에 따라 요구되는 최소의 유효면적(최소의 표적사이즈 크기)이 결정되며 광학계로 구성된 복사온도계는 [*유효면적 = 측정거리/거리계수]로 정의된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 기초로 상세히 설명되었지만, 본 발명에 기재된 실시 형태는 하나의 예시로서 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 점은 분명하다. 또한, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
1 : 방사온도계(본체) 2 : CCD카메라 3 : 적외선 방사기
4 : PC 5: 슬리브
10 : 적외선 방사 온도계 20: 빔스프릿터
100: 적외선 방사 온도계 관측시스템

Claims (7)

  1. 측정물체에서 방출되는 열방사를 이용하여 온도를 측정하고, PC 및 어플리케이션 소프트웨어를 이용하여 측정물체의 영상과 온도 확인을 가능케 하는 적외선방사 온도계의 관측시스템에 있어서,
    상기 측정물체에 적외선을 방사하는 적외선 방사기;
    45도 직각 프리즘 2개를 접합하여 정사각 기둥 형태로 형성되며, 상기 적외선을 조사받은 상기 측정물체가 반사하는 적외선 중 0.9㎛대역의 파장의 80% 이상은 투과시키고, 1.55㎛ 대역의 파장의 80% 이상은 반사시키는 빔스프릿터;
    상기 적외선 방사기의 후방 끝단부에 결합되고, 상기 빔스프릿터 및 제어 전자부품이 실장된 기판이 내장되며, 상기 빔스프릿터에서 반사된 상기 1.55㎛ 대역의 파장을 이용하여 상기 측정물체의 온도를 측정하는 적외선방사 온도계;
    상기 측정물체의 온도 및 압력이 상기 적외선방사 온도계가 상기 측정물체의 온도를 측정하는데 영향을 주지 않도록 막아주는 씰링 윈도우;
    상기 적외선방사 온도계의 후방 끝단부의 뷰화인더에 결합되며, 상기 빔스프릿터를 투과한 상기 0.9㎛대역의 파장을 이용하여 빛이 거의 없는 0.001 룩스에서도 상기 측정물체의 영상을 구현하는 CCD카메라;및
    상기 적외선 방사기의 전방 끝단부에 결합되며, 상기 CCD카메라가 구현하는 영상이 적외선 광원에 의하여 영향을 받지 않도록 반사를 차단하는 슬리브;를 포함하되,
    상기 적외선 방사기, 상기 적외선 방사 온도계 및 상기 CCD카메라는 동일한 광로에 설치되어, 온도측정 광로와 영상구현 광로가 동일하도록 구성된 것을 특징으로 하는 적외선 방사 온도계 관측 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 방사 온도계는, 단자타입 또는 컨넥터 타입인 것을 특징으로 하는 적외선 방사 온도계 관측 시스템
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 방사 온도계에는, InGaAs (1.5 ㎛영역) 검출소자가 사용되는 것을 특징으로 하는 적외선 방사 온도계 관측 시스템
  6. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브는 내부파이프, 외부파이프, 적외선 방사 온도계 체결부를 포함하여 구성되고, 길이조절이 가능하도록 형성된 것을 특징으로 하는 적외선 방사 온도계 관측 시스템
  7. 제1항에 있어서,
    상기 빔스프릿터 및 기판이 내장된 적외선 방사 온도계와 상기 CCD카메라는 하나의 외장박스에 내장되는 것을 특징으로 하는 적외선 방사 온도계 관측 시스템.













KR1020120077092A 2012-07-16 2012-07-16 적외선 방사 온도계 관측시스템 KR101257749B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120077092A KR101257749B1 (ko) 2012-07-16 2012-07-16 적외선 방사 온도계 관측시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120077092A KR101257749B1 (ko) 2012-07-16 2012-07-16 적외선 방사 온도계 관측시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101257749B1 true KR101257749B1 (ko) 2013-04-24

Family

ID=48443720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120077092A KR101257749B1 (ko) 2012-07-16 2012-07-16 적외선 방사 온도계 관측시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101257749B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022087263A1 (en) * 2020-10-21 2022-04-28 The Regents Of The University Of California Surface sensitization for high-resolution thermal imaging

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100117359A (ko) * 2009-04-24 2010-11-03 (주)씨프로 조도센서가 필요없는 적외선ｌｅｄ카메라
JP2011185774A (ja) * 2010-03-09 2011-09-22 Shinko Engineering & Maintenance Co Ltd 移動物体の温度測定装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100117359A (ko) * 2009-04-24 2010-11-03 (주)씨프로 조도센서가 필요없는 적외선ｌｅｄ카메라
JP2011185774A (ja) * 2010-03-09 2011-09-22 Shinko Engineering & Maintenance Co Ltd 移動物体の温度測定装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022087263A1 (en) * 2020-10-21 2022-04-28 The Regents Of The University Of California Surface sensitization for high-resolution thermal imaging

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3401631B1 (en) Thermal reflex sight
CN110487514A (zh) 一种共孔径多光谱光电探测系统的光轴平行性校准系统
US20110079713A1 (en) Uni-axis type lens module for thermal imaging camera
CN109100876A (zh) 多光轴平行调节装置及多光轴平行调节方法
US20110233404A1 (en) Optical switch window for uncooled fpa package
US9924114B2 (en) Integrated radiation shield and radiation stop
Lawson A new infrared imaging device
US11375143B1 (en) Device for non-uniformity correction
US8860831B1 (en) Brightness tracking light sensor
KR101257749B1 (ko) 적외선 방사 온도계 관측시스템
GB2517068A (en) Collimator device and method for testing and adjusting at least one optical device
JP2014219199A (ja) レーザビーム観測装置
Chang et al. Calibration algorithm for cooled mid-infrared systems considering the influences of ambient temperature and integration time
US5485012A (en) Method and apparatus for blind optical augmentation
KR102470560B1 (ko) 온도 측정 장치 및 이를 이용한 사물의 온도 측정 방법
KR20200083037A (ko) 열화상 장치
Müller Close range 3D thermography: real-time reconstruction of high fidelity 3D thermograms
CN205642622U (zh) 热红外分孔径偏振成像光学系统
US7511273B2 (en) Image converter with heatable converter layer
CN204330129U (zh) 内置光源的亮度检测仪
US7910889B2 (en) Wavelength-conversion system with a heated or cooled wavelength-conversion target
CN109579988A (zh) 一种微弱平行光照度的测量装置及测量方法
WO2017183558A1 (ja) ガス観測方法
JP6969542B2 (ja) 温度計測システム及び温度計測方法
Cao et al. Research on NETD test system of medical infrared thermal imager based on CCD imaging technology

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160418

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170412

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180412

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200311

Year of fee payment: 8