KR20010036287A - 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치의 온도 보상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주위 온도에 영향을 받지 않고 정확하게 적외선을 측정할 수 있는 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치의 온도 보상 방법에 관한 것으로, 저항기를 구비한 볼로미터형 적외선 센서에 있어서, 상기 저항기 자신의 발열에 의해 주위 온도보다 높은 온도를 유지하도록 상기 저항기에 최대 전력을 공급한 것이다.

Description

볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치의 온도 보상 방법{method for compensating a temperature in apparatus for determining a temperature using a Bolometer type Infrared Rays sensor}

본 발명은 볼로미터(Bolometer)형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치에 관한 것으로, 특히 주위 온도에 영향을 받지 않고 정확하게 적외선을 측정할 수 있는 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치의 온도 보상 방법에 관한 것이다.

사회가 복잡해지고 과학이 발전함에 따라, 환경 및 주위의 변화를 감지하여 자동으로 경보해주고 감지된 결과에 따라 자동 제어하는 시스템들이 널리 사용되고 있다. 이와 같은 시스템들이 대표적인 것들이 화재 경보기, 침입경보기, 조리기의 온도 측정기, 인동 위성용 및 의료 진단용 추적 장치, 또는 적외선 현미경 등이다.

이와 같은 시스템에서 주위 환경 및 온도 등의 변화를 센싱하기 위한 소자로 사용되는 것들이 적외선 센서(Infrared Rays Sensor)이다.

상기 적외선 센서는 크게 써모파일형 센서(Thermopile type sensor)와 볼로미터형 센서(Bolometer type sensor)로 구분할 수 있다.

상기 써모파일형 센서와 볼로미터형 센서는 구성면에서 거의 유사하지만, 써모파일형 센서는 적외선 입사시 전압을 가변하고, 볼로미터형 센서는 적외선 입사시 저항값이 가변한다. 그리고, 써모파일형 센서는 감도가 약 100V/W이고, 볼로미터형 센서는 감도가 500V/W이므로 써모파일형 센서보다 볼로미터형 센서의 감도가 높기 때문에 최근에는 볼로미터 센서를 선호하고 있는 추세이다.

이와 같은 종래의 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치의 회로적 구성도이다.

종래의 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치는 정전압단(Vcc)과 접지단(GND) 사이에 직렬 연결되어 적외선 량을 감지하여 제 1 분압 전압(V1)을 출력하는 보상센서(Rc) 및 감지 센서(Rb)와, 상기 정전압단(Vcc)과 접지단(GND) 사이에 직렬 연결되고 상기 보상센서(Rc) 및 감지 센서(Rb)에 병렬 연결되어 제 2 분압 전압(V2)을 출력하는 제 1, 제 2 저항(R1, R2)과, 상기 제 1, 제 2 분압 전압을 차동 증폭하여 출력하는 차동 증폭기(OP1)를 구비하여 구성된다.

여기서, 감지 센서(Rb)는 적외선 량을 감지하여 적외선의 양에 따라 저항 값이 가변되고, 상기 보상 센서(Rc)는 상기 감지 센서(Rb)와 동일한 구성은 갖고 적외선이 조사되지 않은 상태에서 주위 온도를 보상하기 위한 것이다.

따라서, 적외선이 상기 감지 센서에만 조사되고 상기 보상 센서에는 조사되지 않도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 종래의 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치의 동작은 다음과 같다.

먼저, 도 1에서 각 분압 전압(V1,V2) 및 차동증폭기(OP1)의 출력 전압(V0)은 다음과 같다.

, 그리고

이다.

여기서, A는 차동증폭기의 증폭 이득이고, Rc는 보상 센서의 저항값이며, Rb는 감지 센서의 저항값이다.

따라서, 적외선이 상기 감지 센서에 조사되면, 적외선 조사 양에 따라 감지 센서(Rb)의 저항값이 변화(증가)되므로 V1의 전압도 변화(증가)하게 된다. 하지만, 변화(증가)하는 폭이 아주 미세하므로 상기 차동증폭기(OP1)가 상기 두 전압 차를 증폭하여 출력한다.

따라서, 상기 차동 증폭기에서 출력되는 전압에 의해 적외선을 감지하게 된다.

그러나 이와 같은 종래의 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 종래의 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치는 2개의 저항을 이용하여 차동증폭기의 기준 전압으로 이용하였으나, 상기 저항들이 주위의 온도에 따라 저항값이 변하게 되므로 오차가 발생되어 정확한 적외선 량 및 온도를 센싱이 어려웠다.

즉, 저항(R1, R2)은 ±100PPM/℃인 특성을 갖고, 0℃에서 각각 1㏀의 저항값을 갖는 저항을 사용하였다고 가정하면, 100℃에서는 저항(R1)이 1.01㏀의 저항값을 갖고, 저항(R2)는 0.99㏀의 저항값을 갖을 수 있다. 따라서, 주위 온도가 0℃일 때 전압(V1)은 Vcc/2이지만, 주위 온도가 100℃일 때 전압(V1)은 0.99Vcc/2가 된다. 이와 같이 전압(V1)이 온도에 따라 0.12mV가 변하게 되고 차동증폭기의 증폭 이득이 1000이라고 가정하면 실제 차동증폭기에서 출력되는 전압은 120mV만큼 주위 온도에 따라 차이가 난다.

이는 감지 센서의 감도를 14mV/℃라고 가정하면, 약 8℃의 오차가 발생하게 되고, 주변 온도가 20℃ ~ 80℃까지 변한다고 가정하면, 120mV*80 = 9.6V까지 변하게 된다.

다시 말하면, 주위 온도에 따라 저항에 의한 전압이 미세하게 변하지만, 감지 센서도 조사되는 적외선 량에 따라 미세하게 저항이 변하게 되므로 적외선 량을 감지하기 위해서 큰 증폭 이득으로 증폭하게 되고, 결국, 저항이 온도 변화에 미세하게 변한다고 하더라도 그 변화량은 차동증폭기에서 증폭되므로 실제 차동증폭기의 출력은 크게 변하게 되어 정확한 적외선 량 및 온도를 센싱할 수 없다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 주위 온도에 영향을 받지 않고 정확하게 적외선을 센싱할 수 있는 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치의 온도 보상 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치의 구성도

도 2는 본 발명의 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치의 온도 보상 방법을 설명하기 위한 주변 온도와 저항 온도의 관계도

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치의 온도 보상 방법은, 저항기를 구비한 볼로미터형 적외선를 이용한 온도 측정 장치에 있어서, 상기 저항기 자신의 발열에 의해 주위 온도보다 높은 온도를 유지하도록 상기 저항기에 최대 전력을 공급함에 그 특징이 있다.

상기와 같은 본 발명의 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치의 온도 보상 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치의 온도 보상 방법을 설명하기 위한 주변 온도와 저항 온도의 관계도이다.

본 발명의 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치의 구성은 종래와 동일하게 구성된다. 그러나, 상기 저항(R1, R2)에 높은 전류를 인가하여 저항 자신의 발열에 의한 저항의 온도를 높은 온도로 유지하도록 한 것이다.

즉, 종래에는 일반 저항을 사용하였으나, 본 발명에서는 일반 저항에 비하여 주변 온도에 따른 저항 편차가 적은 탄소 저항(W 저항)을 사용하고, 상기 저항에 최대 전압을 인가하여 저항 자신의 발열에 의해 저항의 온도가 높은 온도로 유지되도록 한다.

따라서 저항 자신의 발열에 의하여 저항이 높은 온도를 유지하게 되면, 저항이 주위의 온도에 영향을 받지 않고 일정한 저항값을 유지하게 된다.

즉, 상기 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치가 -20℃ ~ 80℃의 범위에서 작동하게 되는 경우에는 저항 자신의 발열에 의해 저항의 온도가 80℃이상이 되도록 상기 저항에 높은 전압을 인가하여 온도를 보상하는 방법이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치의 온도 보상 방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

종래는 감지 센서와 보상 센서 이외에 두 개의 저항을 이용하였고, 상기 두 개의 저항은 온도에 따라 서로 다른 값으로 가변되기 때문에 정확한 적외선 감지가 어려웠다. 그러나, 본 발명에서는 일반저항보다 주변 온도에 따른 저항 변동율이 적은 탄소 저항을 이용하였고, 상기 2개의 저항에 최대 전압을 인가하여 조항 자신의 발열에 의해 주변 온도보다 저항이 더 높은 온도를 유지하도록 하여 주변 온도에 영향을 받지 않도록 하였다.

따라서, 정확한 적외선 량을 감지할 수 있다.

Claims (2)

1. 저항기를 구비한 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치에 있어서, 상기 저항기 자신의 발열에 의해 주위 온도보다 높은 온도를 유지하도록 상기 저항기에 최대 전력을 공급함을 특징으로 하는 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치의 온도 보상 방법.
2. 서로 직렬 연결되어 제 1 분압 전압을 출력하는 제 1, 제 2 저항기와, 정전압단과 접지단 사이에 직렬 연결되고 상기 제 1, 제 2 저항기 와 병렬 연결되어 적외선을 감지하여 제 2 분압 전압을 출력하는 보상센서 및 감지 센서를 구비한 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치에 있어서, 상기 제 1, 제 2 저항기 자신의 발열에 의해 주위 온도보다 높은 온도를 유지하도록 상기 제 1, 제 2 저항기에 최대 전력을 공급함을 특징으로 하는 볼로미터형 적외선 센서를 이용한 온도 측정 장치의 온도 보상 방법.