KR19990052844A - Method of measuring radiation temperature in non-contact temperature distribution measuring device - Google Patents

Method of measuring radiation temperature in non-contact temperature distribution measuring device Download PDF

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KR19990052844A KR1019970072375A KR19970072375A KR19990052844A KR 19990052844 A KR19990052844 A KR 19990052844A KR 1019970072375 A KR1019970072375 A KR 1019970072375A KR 19970072375 A KR19970072375 A KR 19970072375A KR 19990052844 A KR19990052844 A KR 19990052844A
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황원호
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이구택
포항종합제철 주식회사
신현준
재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

본 발명은 일차원 배열의 적외선 센서를 이용하는 비접식식 온도분포 측정장치에서 신호처리할 데이타량을 현저히 줄임으로써, 복사온도측정을 고속으로 수행할 수 있도록하는 비접촉식 온도분포 측정장치에서의 복사온도 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring radiation temperature in a non-contact temperature distribution measuring apparatus which can perform radiation temperature measurement at a high speed by significantly reducing the amount of data to be processed in the non-contact temperature distribution measuring apparatus using a one-dimensional array of infrared sensors. It is about.

본 발명에 의하면, 종래의 일차원 배열 적외선 센서를 사용하는 복사온도계에서와 같은 방대한 양의 데이터 처리에 필요한 별도의 장치를 갖추지 않고도 쉽게 복사온도 분포를 계산할 수 있는 새로운 복사온도 계산법을 제안했다. 그리고 이 방법에서는 일차원 배열 적외선 센서의 중앙에 위치한 센서의 정보로부터 다른 센서의 복사온도값을 계산하는 방법을 사용하기 때문에 별도의 고속 신호처리 장치없이 복사온도 분포를 계산할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, a novel radiation temperature calculation method has been proposed that can easily calculate the radiation temperature distribution without having a separate device for processing a large amount of data as in a radiation thermometer using a conventional one-dimensional array infrared sensor. In this method, since the radiation temperature value of another sensor is calculated from the information of the sensor located in the center of the one-dimensional array infrared sensor, the radiation temperature distribution can be calculated without a separate high speed signal processing device.

Description

비접촉식 온도분포 측정장치에서의 복사온도 측정방법Method of measuring radiation temperature in non-contact temperature distribution measuring device

본 발명은 일차원 배열의 적외선 센서를 이용하는 비접촉식 온도분포 측정장치에서의 복사온도 측정방법에 관한 것으로, 특히 일차원 배열의 적외선 센서를 이용하는 비접식식 온도분포 측정장치에서 신호처리할 데이타량을 현저히 줄임으로써, 복사온도측정을 고속으로 수행할 수 있도록하는 비접촉식 온도분포 측정장치에서의 복사온도 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of measuring radiation temperature in a non-contact temperature distribution measuring apparatus using an infrared sensor in a one-dimensional array, and in particular, by significantly reducing the amount of data to be processed in a non-contact temperature distribution measuring apparatus using an infrared sensor in a one-dimensional array, The present invention relates to a method for measuring radiation temperature in a non-contact temperature distribution measuring apparatus capable of performing radiation temperature measurement at high speed.

도 1은 종래 비접촉식 온도분포 측정장치에서의 복사온도 측정장치의 구성도로서, 도 1을 참조하면, 종래의 일차원 배열의 적외선 센서를 이용하는 비접촉식 온도분포 측정장치는 적외선센서로부터 출력되는 신호를 이용하여 복사온도를 계산할때는 일차원 배열센서 각각에 대해서 흑체로(blackbody furnace)를 사용하여 흑체 복사온도와 센서출력과의 상관관계를 구해서 각각의 센서에 대한 흑체 복사온도와 센서출력과의 상관관계를 자체 저장소에 저장을 하고 있다가 매 측정시마다 하나하나 불러와서 온도를 계산해야만 했다. 그리고, 또한 거리변화에 대한 출력변화에 대한 정보도 동시에 가지고 있다가 온도계산할 때마다 반영을 해주여야 했다.1 is a configuration diagram of a radiation temperature measuring apparatus in a conventional non-contact temperature distribution measuring apparatus. Referring to FIG. 1, a non-contact temperature distribution measuring apparatus using a conventional one-dimensional array of infrared sensors may use a signal output from an infrared sensor. When calculating the radiation temperature, use the blackbody furnace for each one-dimensional array sensor to find the correlation between the blackbody radiation temperature and the sensor output, and then store the correlation between the blackbody radiation temperature and the sensor output for each sensor. I had to store it in and then load it one by one for every measurement and calculate the temperature. In addition, it also had to have information about the change in output with respect to the change in distance, and had to reflect it every time the temperature was calculated.

그러나, 종래의 기술에서는 비접촉식 온도분포 측정장치에서 적외선 센서로부터 출력되는 신호를 이용하여 복사온도를 계산할때는 매번 일차원 배열센서 각각에 대한 흑체 복사온도와 센서 출력과의 상관관계 및 거리변화에 대한 출력변화에 대한 정보를 자체 저장소로부터 불러와서 각각의 센서에 대한 온도를 계산하기 때문에 방대한 양의 정보처리를 매번 처리해야만 했다. 따라서 이러한 방법에서는 매번 방대한 양의 데이터를 처리해야 하기 때문에 온도계산에 오랜 시간이 소요되며 따라서 별도의 고속 신호처리장치를 갖추어야 하는 문제점이 있었다.However, in the related art, when calculating the radiant temperature by using a signal output from an infrared sensor in a non-contact temperature distribution measuring device, the output change for the correlation and distance change between the blackbody radiant temperature and the sensor output for each one-dimensional array sensor each time Because the information about is retrieved from its own storage and the temperature is calculated for each sensor, a huge amount of information must be processed each time. Therefore, this method requires a long time to calculate the temperature because a large amount of data must be processed each time, and thus there is a problem that a separate high-speed signal processing device must be provided.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 일차원 배열의 적외선 센서를 이용하는 비접식식 온도분포 측정장치에서 신호처리할 데이타량을 현저히 줄임으로써, 복사온도측정을 고속으로 수행할 수 있도록하는 비접촉식 온도분포 측정장치에서의 복사온도 측정방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and therefore, an object of the present invention is to reduce the amount of data to be processed in a non-contact temperature distribution measuring apparatus using a one-dimensional array of infrared sensors, thereby speeding up radiant temperature measurement. The present invention provides a method of measuring radiation temperature in a non-contact temperature distribution measuring apparatus that can be performed.

도 1은 종래 비접촉식 온도분포 측정장치에서의 복사온도 측정장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a radiation temperature measuring apparatus in a conventional non-contact temperature distribution measuring apparatus.

도 2는 본 발명에 따른 비접촉식 온도분포 측정장치에서의 복사온도 측정장치의 구성도이다.2 is a block diagram of a radiation temperature measuring apparatus in a non-contact temperature distribution measuring apparatus according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 복사온도 측정방법을 설명하기 위한 개념도이다.3 is a conceptual diagram for explaining a radiation temperature measuring method according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 일차원 배열센서의 출력과 센서위치와의 상관관계에 대한 설명도이다.4 is an explanatory view of the correlation between the output and the sensor position of the one-dimensional array sensor according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 일차원 배열센서 하나의 출력과 측정거리와의 상관관계에 대한 설명도이다.5 is an explanatory diagram of the correlation between the output of one-dimensional array sensor and the measurement distance according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 비접촉식 온도분포 측정장치에서의 복사온도 측정방법을 보이는 플로우챠트이다.6 is a flowchart illustrating a method of measuring radiation temperature in a non-contact temperature distribution measuring apparatus according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1 : 복사온도 측정대상체 11 : 카메라1: radiant temperature measuring object 11: camera

12 : A/D변환기 13 : 비디오메모리12: A / D converter 13: Video memory

14 : 마이크로프로세서 15 : D/A변환기14 microprocessor 15 D / A converter

16 : 그래픽카드 17 : 모니터16: graphics card 17: monitor

18 : 제어기 19 : 전원부18: controller 19: power supply

20 : 구동부 21 : 온도보상LUT20: drive unit 21: temperature compensation LUT

22 : 보상LUT 23 : 암전류보상부22: compensation LUT 23: dark current compensation unit

24 : 불균일보상부24: non-uniform compensation part

32 : 측정대상체 한쪽가장자리 위치로부터 전파된 복사에너지32: radiated energy propagated from one edge of the measurement object

33 : 측정대상체 중앙위치로부터 전파된 복사에너지33: radiant energy propagated from the center of measurement object

34 : 측정대상체 다른쪽 가장자리 위치로부터 전파된 복사에너지34: radiant energy propagated from the position of the other edge of the measurement object

35 : 온도분포 측정장치의 광학계35: Optical system of temperature distribution measuring device

36 : 일차원 배열의 적외선센서36: infrared sensor in one-dimensional array

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명의 방법은 카메라과 A/D변환기를 통해서 측정대상체에 대한 복사에너지에 대한 데이타를 입력받는 제1단계; 상기 제1단계에서 입력받은 복사에너지에 해당하는 데이타에 대해서 측정거리에 대한 복사에너지 감쇠율을 각각 보상하는 제2단계; 상기 제2단계에서 복사에너지 감쇠율이 보상된 데이타중 상기 측정대상체의 중앙에 해당하는 데이타에 기초해서 각 센서의 데이타를 각 위치에 따라 출력감쇠율을 보상하는 제3단계; 상기 제2단계와 제3단계에서 복사에너지 감쇠율과 센서의 출력감쇠율을 각각 보상한후, 상기 각 센서에 해당하는 데이타출력에 기초해서 각 센서의 흑체 복사온도에 대한 출력을 구하는 제4단계; 상기 제4단계에서 구한 각 센서의 흑체 복사온도에 대한 출력으로부터 최종적으로 각 센서의 복사온도를 구하고, 이 복사온도를 출력하는 제5단계; 로 이루어짐을 특징으로 한다.As a technical means for achieving the above object of the present invention, the method of the present invention comprises a first step of receiving data on the radiant energy for the measurement object through the camera and the A / D converter; A second step of compensating the attenuation ratio of the radiant energy with respect to the measurement distance with respect to the data corresponding to the radiant energy input in the first step; A third step of compensating the output attenuation rate according to each position of the data of each sensor based on data corresponding to the center of the measurement object among the data whose radiation attenuation rate is compensated in the second step; A fourth step of compensating the radiant energy decay rate and the output decay rate of the sensor in the second and third steps, and then calculating the output of the blackbody radiation temperature of each sensor based on the data output corresponding to each sensor; A fifth step of finally obtaining the radiation temperature of each sensor from the output of the blackbody radiation temperature of each sensor obtained in the fourth step, and outputting the radiation temperature; Characterized in that made.

이하, 본 발명에 따른 비접촉식 온도분포 측정장치에서의 복사온도 측정방법을 수행하기 위한 장치의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a configuration of an apparatus for performing a radiation temperature measuring method in a non-contact temperature distribution measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 비접촉식 온도분포 측정장치에서의 복사온도 측정장치의 구성도로서, 도 2를 참조하면, 본 발명을 수행하기 위한 복사온도 측정장치는 복사온도 측정대상체(1)에 대한 복사에너지를 촬영하는 카메라(11)와, 상기 카메라(11)로부터의 아날로그신호를 디지탈로 변환하는 A/D변환기(16비트)(12)와, 상기 A/D변환기(12)로부터의 디지탈데이타에 대해 암전류를 보상하는 암전류보상부(23)와, 상기 암전류보상된 디지탈데이타에 대해 뷸균일성을 보상하는 불균일보상부(24)와, 상기 보상된 디지탈데이타를 저장하는 비디오메모리(13)와, 상기 뷸균일보상부(24)가 참조하는 보상데이타가 저장된 보상LUT(22)와, 상기 온도보상시 참조될 데이타를 저장하고 있는 온도보상LUT(21)와, 카메라(11)의 동작을 위해 제어기(18)를 제어하고, 상기 온도보상LUT(21)를 참조하여 상기 비디오메모리(13)에 저장된 데이타를 온도에 대해 보상하며, 또한 복사온도 측정장치내의 각종 블록을 제어하는 마이크로프로세서(14)와, 상기 제어기(18)의 제어에 따라 상기 카메라(11)를 동작시키는 구동부(20)와, 상기 카메라(11)에 전원을 공급하는 전원부(19)와, 상기 마이크로프로세서(14)로부터의 디지탈데이타를 아날로그로 변환하는 D/A변환기(15)와, 상기 마이크로프로세서(14)의 제어에 따라 모니터의 그래픽출력을 지원하는 그래픽카드(16)와, 상기 그래픽카드(16)를 통한 데이타를 화면으로 출력하는 모니터(17)로 구성한다.FIG. 2 is a configuration diagram of a radiation temperature measuring apparatus in a non-contact temperature distribution measuring apparatus according to the present invention. Referring to FIG. 2, a radiation temperature measuring apparatus for performing the present invention is a radiation for a radiation temperature measuring object 1. To the camera 11 for photographing energy, the A / D converter (16 bits) 12 for converting the analog signal from the camera 11 into digital, and the digital data from the A / D converter 12. A dark current compensator 23 for compensating for the dark current, a nonuniform compensator 24 for compensating for the uniformity of the dark current compensated digital data, and a video memory 13 for storing the compensated digital data; A controller for the operation of the camera 11 and the compensation LUT 22 storing the compensation data referred to by the uneven compensation part 24, the temperature compensation LUT 21 storing data to be referred to for the temperature compensation, and the camera 11. (18) to control the temperature compensation LUT 21 The microprocessor 14 which compensates the data stored in the video memory 13 with reference to temperature and controls various blocks in the radiation temperature measuring device, and the camera 11 under the control of the controller 18. A driving unit 20 for operating a power source, a power supply unit 19 for supplying power to the camera 11, a D / A converter 15 for converting digital data from the microprocessor 14 to analog, and The graphics card 16 supports the graphics output of the monitor under the control of the microprocessor 14, and the monitor 17 outputs the data through the graphics card 16 to the screen.

도 3은 본 발명에 따른 복사온도 측정방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 4는 본 발명에 따른 일차원 배열센서의 출력과 센서위치와의 상관관계에 대한 설명도이며, 도 5는 본 발명에 따른 일차원 배열센서 하나의 출력과 측정거리와의 상관관계에 대한 설명도이다. 그리고, 도 6은 본 발명에 따른 비접촉식 온도분포 측정장치에서의 복사온도 측정방법을 보이는 플로우챠트이다.3 is a conceptual diagram illustrating a method of measuring radiation temperature according to the present invention, and FIG. 4 is an explanatory diagram of a correlation between an output of a one-dimensional array sensor and a sensor position according to the present invention, and FIG. 5 is according to the present invention. An explanatory diagram of the correlation between the output of one-dimensional array sensor and the measurement distance. 6 is a flowchart showing a radiation temperature measuring method in a non-contact temperature distribution measuring apparatus according to the present invention.

이와같이 구성된 본 발명에 따른 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.Operation according to the present invention configured as described above will be described in detail below based on the accompanying drawings.

도 2에서 도 6까지를 참조하여 본 발명에 따른 비접촉식 온도분포 측정장치에서의 복사온도 측정방법에 대해서 설명하기 전에, 본 발명을 수행하기 위한 장치에 대한 동작을 간단히 설명하면, 먼저, 전원부(19)에서 전원이 카메라(11)로 공급됨과 동시에, 마이크로프로세서(14)가 제어기(18)로 카메라의 동작을 명령하면, 상기 제어기(18)가 구동부(20)를 통해서 카메라(11)를 동작시키면, 상기 카메라(11)는 복사온도 측정대상체(1)에 대한 복사에너지를 카메라(11)가 촬영하는 A/D변환기(12)로 제공하면, 상기 A/D변환기(12)는 상기 카메라(11)로부터의 아날로그신호를 디지탈신호로 변환하고, 이 변환된 디지탈데이타는 암전류보상부(23)를 통해 암전류보상된후 불균일보상부(24)에서 보상LUT(22)를 참조하여 뷸균일을 보상한후 비디오메모리(13)에 저장된다. 상기 비디오메모리(13)에 저장된 디지탈데이타에 대해 마이크로프로세서(14)가 본 발명의 방법에 따라 복사온도를 계산하여 D/A변환기(15)와 그래픽카드(16)를 통해서 모니터(17)로 출력하게 되는데, 이하 본 발명의 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.Before describing the radiation temperature measuring method in the non-contact temperature distribution measuring apparatus according to the present invention with reference to FIGS. 2 to 6, the operation of the apparatus for performing the present invention will be briefly described. When power is supplied to the camera 11 at the same time, the microprocessor 14 commands the operation of the camera to the controller 18, the controller 18 operates the camera 11 through the drive unit 20. When the camera 11 provides the radiant energy for the radiation temperature measuring object 1 to the A / D converter 12 photographed by the camera 11, the A / D converter 12 is connected to the camera 11. The analog signal from the digital signal is converted into a digital signal, and the converted digital data is compensated for the unevenness by referring to the compensation LUT 22 in the nonuniformity compensator 24 after compensating the dark current through the dark current compensator 23. Then stored in the video memory 13. For the digital data stored in the video memory 13, the microprocessor 14 calculates the radiation temperature according to the method of the present invention and outputs it to the monitor 17 through the D / A converter 15 and the graphics card 16. The method of the present invention is described in detail below.

본 발명에서 제안하고자 하는 도 2에서와 같은 일차원 배열의 적외선 센서를 이용하는 비 접촉식 온도분포 측정장치에서 새로운 복사온도 측정법을 설명하기 위해서는 우선 측정 물체에서 방사되는 복사에너지와 일차원 배열의 적외선 센서의 출력사이에 상관관계를 이해해야만 한다. 하기 수학식1에서 측정물체에서 방사되는 복사에너지와 일차원 배열의 적외선 센서의 출력사이에 상관관계를 설명하도록 하겠다.In the non-contact temperature distribution measuring apparatus using a one-dimensional array infrared sensor as shown in FIG. 2 to be proposed in the present invention, first, the radiant energy emitted from a measuring object and the output of the one-dimensional array infrared sensor are described. You must understand the correlation between them. In the following Equation 1 will be described the correlation between the radiant energy emitted from the measuring object and the output of the infrared sensor of the one-dimensional array.

Vi=Gi×Sit.ib.i(Tt.i))+(1-εt.i)×Eb.i(Tb.i)]V i = G i × S itibi (T ti )) + (1-ε ti ) × E bi (T bi )]

여기서 Vi = 일차원 배열의 적외선 센서의 i번째의 출력[V]here V i = I-th output of the infrared sensor in one-dimensional array [V]

εt.i = i번째 센서에 해당하는 측정체의 방사율 ε ti = emissivity of the measuring object corresponding to the i-th sensor

(1-εt.i)=ρt.i=i 번째 센서에 해당하는 측정체의 반사율 (1-ε ti ) = ρ ti = i Reflectance of the measuring object corresponding to the first sensor

Eb.i(Tt.i)=i 번째 센서에 해당하는 측정체의 흑체 복사에너지 E bi (T ti ) = i Black body radiation of the measuring object corresponding to the first sensor

Eb.i(Tb.i)=i 번째 센서에 해당하는 주위배경의 흑체복사에너지 E bi (T bi ) = i Black body radiation energy of the ambient background corresponding to the first sensor

Si=i 번째 센서의 감응도 S i = i Sensitivity of the first sensor

Gi=i 번째 센서출력의 이득(gain) G i = i Of the first sensor output

상기 수학식1을 살펴보면, 일차원 배열의 적외선 센서의 출력은 측정체의 방사율, 센서의 감응도, 센서출력의 이득, 측정체의 흑체 복사에너지, 주위배경의 흑체 복사에너지 등에 의존해서 변화되는 것을 알 수 있다.Looking at Equation 1, it can be seen that the output of the infrared sensor of the one-dimensional array is changed depending on the emissivity of the measuring object, the sensitivity of the sensor, the gain of the sensor output, the black body radiation energy of the measuring body, and the black body radiation energy of the surrounding background. have.

여기서, 센서의 감응도는 복사온도계를 설계할 때 선정한 광학필터의 파장과 일차원 배열의 적외선 센서에 의존하는 값이기 때문에 광학계가 일단 결정이 되면 고정된 값이 된다. 그리고 이 값은 복사에너지를 전기적 신호로 변환할때의 비례상수와 같은 역할을 하기 때문에 복사에너지에 포함하여 이해해도 무방하다.Here, the sensitivity of the sensor is a value that depends on the wavelength of the optical filter selected when designing the radiation thermometer and the infrared sensor of the one-dimensional array, so that the optical system is determined once, and is a fixed value. And since this value plays the same role as the proportional constant when converting the radiant energy into an electrical signal, it can be included in the radiant energy.

그리고, 다른 변수인 측정체의 방사율, 주위 배경의 온도로부터 결정할 수 있는 주위배경의 흑체 복사에너지 등의 값들은 측정장치 외부에서 복사온도를 측정하기 전에 지정하여 입력하고 자체 내장장치에 저장하게 된다.In addition, other variables such as emissivity of the measuring object and black body radiation energy of the surrounding background, which can be determined from the temperature of the surrounding background, are designated and inputted before the measurement of the radiant temperature from the outside of the measuring device and stored in its own internal device.

또 다른 변수인 센서출력의 이득은 미리 아는 값으로 측정온도 범위에 맞게 지정하여 설계가 가능하기 때문에 이 경우 고정된 변수로 생각할 수 있다. 그래서 최종적으로 일차원 배열의 적외선 센서의 출력은 측정체의 흑체 복사에너지에 의존해서 변화되는 것을 알 수 있다.The gain of the sensor output, another variable, is known in advance and can be designed according to the measured temperature range. Therefore, it can be seen that the output of the infrared sensor in the one-dimensional array is finally changed depending on the black body radiation energy of the measuring object.

그런데, 이 흑체 복사에너지가 일차원 배열의 적외선 센서를 이용하는 온도분포 측정장치에서는 같은 온도의 흑체에 대해서도 측정하는 적외선 센서의 위치에 따라 도 4에서와 같이 다르게 나타나게 된다.However, in the temperature distribution measuring apparatus using the infrared sensor of the one-dimensional array, the black body radiant energy appears differently as shown in FIG. 4 according to the position of the infrared sensor which measures the black body of the same temperature.

이는 도 3에 나타낸 그림 설명에서 볼 수 있는 것과 같이 측정대상체(1)로부터 방사된 복사에너지는 측정체의 위치에 따라 다르게 나타나게 된다. 즉 측정체의 중앙에서 방사되는 복사에너지 33과 측정체의 가장자리에서 방사되는 복사에너지 32,34가 같은 온도에 대해서도 다르게 나타나게 된다.This can be seen in the figure shown in Figure 3, the radiant energy radiated from the measurement object (1) will appear different depending on the position of the measurement object. In other words, the radiant energy 33 radiated from the center of the measuring body and the radiant energy 32,34 radiated from the edge of the measuring body appear differently for the same temperature.

이는 광각을 사용하는 온도분포 측정장치에서는 같은 면적으로부터 방사되는 측정체의 중앙과 측정체의 가장자리에서의 복사에너지가 센서까지 서로 다른 거리에 기인해서 달라지게 된다. 이것에 대한 수학적인 정의가 수학식2에 보인 바와같이 다음의 입체각(solid angle)의 개념을 도입하여 설명가능하다.This is because in a temperature distribution measuring device using a wide angle, the radiant energy at the center of the measuring object and the edge of the measuring object radiated from the same area is changed due to different distances to the sensor. The mathematical definition of this can be explained by introducing the following solid angle concept as shown in equation (2).

여기서 Ω = 입체각(solid angle)here Ω = Solid angle

An = 측정체의 입사각에 수직한 요소면적 A n = Element area perpendicular to the incident angle of the measuring body

R = 측정체와 센서와의 거리 R = Distance between measuring object and sensor

상기 수학식2에서 입체각 Ω 가 같은 측정체의 온도에 대해서 크면 클수록 더 큰 복사에너지를 방사하게 된다. 따라서 도 3에서 중앙에서 방사되는 복사에너지와 가장자리에서 방사되는 복사에너지는 이러한 입체각의 차이 때문에 복사에너지가 달라지게 된다.Solid angle in Equation 2 Ω The larger the temperature is for the same measuring object, the larger the radiated energy. Therefore, in FIG. 3, the radiant energy radiated from the center and the radiant energy radiated from the edge of the radiant energy are changed due to the difference in solid angle.

그래서 종래의 복사온도 계산에서는 이러한 달라지는 값을 보상하기 위해서 일차원 배열 센서 각각에 대해서 흑체로를 사용하여 흑체 복사온도와 각 센서의 출력사이의 상관관계를 구해야만 한다.Therefore, in the conventional radiation temperature calculation, a correlation between the blackbody radiation temperature and the output of each sensor must be obtained by using a blackbody path for each one-dimensional array sensor in order to compensate for these different values.

그런데 본 발명에 제안하고자 하는 방법에서는 첫째로 같은 측정조건, 즉 흑체 복사온도, 측정거리등이 같은 조건에서 흑체로를 사용하여 일차원 배열센서의 출력과 측정센서의 위치와의 상관관계를 도 4에서와 같이 구한다. 이때 구해진 센서위치에 대한 센서 출력의 분포는 도 4에서와 같이 일차원 배열센서의 중앙을 중심으로 같은 온도에 대해서 대칭적으로 분포되는 것을 알 수 있다. 즉 하기 수학식3에 보인 관계가 만족한다.However, in the method proposed in the present invention, first, the correlation between the output of the one-dimensional array sensor and the position of the measuring sensor is shown in FIG. 4 using the blackbody furnace under the same measurement conditions, that is, the same blackbody radiation temperature and measuring distance. Obtain as At this time, it can be seen that the distribution of the sensor output with respect to the obtained sensor position is symmetrically distributed about the same temperature with respect to the center of the one-dimensional array sensor as shown in FIG. 4. In other words, the relationship shown in Equation 3 below is satisfied.

V=f(Xcenter-1)=f(Xcenter+1)V = f (X center -1) = f (X center +1)

따라서 일차원 배열센서의 중앙을 기준으로 한쪽에 대한 정보만 알면 다른쪽의 정보도 자동적으로 알 수 있다. 그리고 수학식3은 중앙센서출력에 대한 각 센서의 출력의 감쇄율에 대한 정보를 준다.Therefore, if you know the information on one side with respect to the center of the one-dimensional array sensor, the information on the other side can be known automatically. Equation 3 gives information on the decay rate of the output of each sensor with respect to the central sensor output.

두 번째 이렇게 도 4에서의 관계식이 구해지면 이제는 일차원 배열센서의 중앙에 위치한 센서에 대해서 흑체로를 사용하여 흑체 복사온도에 대한 센서출력과의 상관관계를 구한다. 하기 수학식4에 보인 바와같이 방사율 1인 흑체에 대해서 관계식을 얻을 수 있다.Secondly, when the relational expression in FIG. 4 is obtained, the correlation with the sensor output with respect to the black body radiation temperature is obtained using the black body furnace for the sensor located in the center of the one-dimensional array sensor. As shown in Equation 4 below, a relational expression can be obtained for a black body having an emissivity of 1.

Vcenter=f(Tt.center)V center = f (T t.center )

세 번째는 흑체로의 온도를 고정하고 측정거리를 변화시켜서 각각의 일차원 배열센서의 출력과 측정거리에 대한 상관관계를 도 5에 나타낸 것과 같이 측정거리의 함수로 하기 수학식5와 같이 구한다.Third, by fixing the temperature in the black body and changing the measurement distance, the correlation between the output of each one-dimensional array sensor and the measurement distance is calculated as a function of the measurement distance as shown in FIG.

Vi=fi(D)V i = f i (D)

위의 수학식5를 이용하여 측정거리에 따라 같은 온도에 대한 일차원 배열의 각 센서에 대한 복사에너지 감쇠율을 결정할 수 있다. 이렇게 하여 수학식4와 수학식5에서와 같은 관계식이 결정이 되면 위의 관계식을 이용하여 쉽게 온도분포를 계산할 수 있다.Using Equation 5 above, the radiation attenuation rate of each sensor in the one-dimensional array for the same temperature can be determined according to the measurement distance. In this way, when the relations are determined as in Equations 4 and 5, the temperature distribution can be easily calculated using the above relations.

상기한 이론과 수학식에 기초해서 측정한 복사에너지에 대한 데이타로 복사온도를 구하는 방법을 도 6을 참조하여 설명하면, 먼저, 제1단계(61,62,63,64)에서는 카메라(11)와 A/D변환기(12)를 통해서 측정대상체(1)에 대한 복사에너지에 대한 데이타를 입력받는다.Referring to FIG. 6, a method of obtaining a radiant temperature from data on radiant energy measured based on the above theory and equation is described. First, in a first step 61, 62, 63, 64, the camera 11 is used. And the A / D converter 12 receives the data on the radiant energy for the measurement object (1).

제2단계(65,66)에서는 일차원 배열의 각 센서의 출력으로부터 수학식5를 이용하여 측정거리에 대한 복사에너지 감쇠율을 우선 보상해준다.In the second steps 65 and 66, the radiation attenuation rate with respect to the measurement distance is first compensated using Equation 5 from the output of each sensor in the one-dimensional array.

그리고, 제3단계(67,68)에서는 수학식3의 관계식을 사용하여 중앙센서에서 출력에 대한 각 센서의 출력의 감쇠율을 보상해 준다.In the third steps 67 and 68, the attenuation rate of the output of each sensor with respect to the output from the central sensor is compensated for by using the relational expression of Equation (3).

제4단계(69)에서는 상기 제2단계(65,66)와 제3단계(67,68)를 통해 보상하는 모든 과정이 끝나면 각 센서의 출력으로부터 (1)식을 사용하여 각 센서의 흑체 복사온도에 대한 출력을 구한다.In the fourth step 69, when all the processes of the compensation through the second steps 65 and 66 and the third steps 67 and 68 are completed, the black body radiation of each sensor is expressed using the equation (1) from the output of each sensor. Find the output for temperature.

최종적으로, 제5단계(70,71)에서는 위에서 구한 각 센서의 흑체 복사온도에 대한 출력으로 부터 수학식4의 관계식을 이용하여 최종적으로 각 센서의 복사온도를 구하고 이 값을 출력하게 된다.Finally, in the fifth step (70, 71), the radiation temperature of each sensor is finally obtained by using the relational expression of Equation 4 from the output of the blackbody radiation temperature of each sensor obtained above, and outputs this value.

상수한 바와같은 본 발명에 의하면, 종래의 일차원 배열 적외선 센서를 사용하는 복사온도계에서와 같은 방대한 양의 데이터 처리에 필요한 별도의 장치를 갖추지 않고도 쉽게 복사온도 분포를 계산할 수 있는 새로운 복사온도 계산법을 제안했다.According to the present invention as constant, a novel radiation temperature calculation method is proposed which can easily calculate the radiation temperature distribution without having a separate device for processing a large amount of data as in a radiation thermometer using a conventional one-dimensional array infrared sensor. did.

그리고 이 방법에서는 일차원 배열 적외선 센서의 중앙에 위치한 센서의 정보로부터 다른 센서의 복사온도값을 계산하는 방법을 사용하기 때문에 별도의 고속 신호처리 장치없이 복사온도 분포를 계산할 수 있는 장점이 있다.In this method, since the radiation temperature value of another sensor is calculated from the information of the sensor located in the center of the one-dimensional array infrared sensor, the radiation temperature distribution can be calculated without a separate high speed signal processing device.

Claims (1)

카메라(11)와 A/D변환기(12)를 통해서 측정대상체(1)에 대한 복사에너지에 대한 데이타를 입력받는 제1단계;A first step of receiving data on radiant energy for the measurement object 1 through the camera 11 and the A / D converter 12; 상기 제1단계에서 입력받은 복사에너지에 해당하는 데이타에 대해서 측정거리에 대한 복사에너지 감쇠율을 각각 보상하는 제2단계;A second step of compensating the attenuation ratio of the radiant energy with respect to the measurement distance with respect to the data corresponding to the radiant energy input in the first step; 상기 제2단계에서 복사에너지 감쇠율이 보상된 데이타중 상기 측정대상체(1)의 중앙에 해당하는 데이타에 기초해서 각 센서의 데이타를 각 위치에 따라 출력감쇠율을 보상하는 제3단계;A third step of compensating the output attenuation rate according to each position of the data of each sensor based on data corresponding to the center of the measurement object (1) among the data whose radiation energy attenuation rate is compensated in the second step; 상기 제2단계와 제3단계에서 복사에너지 감쇠율과 센서의 출력감쇠율을 각각 보상한후, 상기 각 센서에 해당하는 데이타출력에 기초해서 각 센서의 흑체 복사온도에 대한 출력을 구하는 제4단계;A fourth step of compensating the radiant energy decay rate and the output decay rate of the sensor in the second and third steps, and then calculating the output of the blackbody radiation temperature of each sensor based on the data output corresponding to each sensor; 상기 제4단계에서 구한 각 센서의 흑체 복사온도에 대한 출력으로부터 최종적으로 각 센서의 복사온도를 구하고, 이 복사온도를 출력하는 제5단계; 로 이루어짐을 특징으로 하는 비접촉식 온도분포 측정장치에서의 복사온도 측정방법.A fifth step of finally obtaining the radiation temperature of each sensor from the output of the blackbody radiation temperature of each sensor obtained in the fourth step, and outputting the radiation temperature; Radiation temperature measurement method in a non-contact temperature distribution measuring device, characterized in that consisting of.
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