KR950006224B1 - Temperature measuring device using optics - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 주파수 발생기의 블록도.1 is a block diagram of a frequency generator.
제2도는 본 발명의 광학을 이용한 온도측정장치 원리를 보인 블록도.2 is a block diagram showing the principle of the temperature measuring device using the optical of the present invention.
제3도는 본 발명의 광학을 이용한 온도측정장치 구성예를 보인 블록도.3 is a block diagram showing a configuration example of a temperature measuring device using the optical of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 비교기 2 : 적분기1: Comparator 2: Integrator
10 : 비교기 21 : 광원10: comparator 21: light source
22 : 형광물질 23 : 광검지기22: fluorescent material 23: photo detector
24 : 이색성 필터 25 : 렌즈24 dichroic filter 25 lens
26 : 광섬유 27 : 주파수측정 및 연산장치26: optical fiber 27: frequency measuring and computing device
28 : 표시장치28: display device
본 발명은 형광물질의 발광수명시간이 온도에 의존하는 광학적 특성을 이용하여 온도를 측정하는 온도측정장치에 관한것으로, 특히 주파수 발생원리에 따라 형광물질의 여기동작을 제어하여, 그 형광 물질의 여기주기에 따른 주파수를 측정함으로써 온도를 측정할 수 있게한 광학을 이용한 온도측정장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature measuring device for measuring temperature by using an optical characteristic in which the light emission lifetime of a fluorescent material depends on temperature. The present invention relates to a temperature measuring device using optics, which makes it possible to measure temperature by measuring a frequency according to a period.
형광물질의 발광수명시간을 측정하여 온도를 측정하는 장치가 미국특허 제4,789,992호 광학온도 측정장치(optical temperature measurement Techniques)에 알려져 있는것으로, 이 측정원리에 대하여 설명한다.An apparatus for measuring the temperature by measuring the emission lifetime of the fluorescent material is known from US Pat. No. 4,789,992 optical temperature measurement techniques, which describes the measuring principle.
펄스광 또는 주기적으로 세기가 변하는 광원으로 온도검지기 역할을 하는 형광물질을 여기시킨후 그 광원을 급격히 차단하게되면, 그 형광물질로부터 발광되는 형광의 빛 세기는 수명시간에 관계되는 함수로 점점 감쇄하게 된다.When the fluorescent material acting as a temperature detector is excited by a pulsed light or a light source whose intensity is periodically changed, and then the light source is suddenly blocked, the light intensity of the fluorescent light emitted from the fluorescent material is gradually attenuated as a function related to the life time. do.
이때 형광의 빛 세기가 감쇄하기 시작한 직후의 형광의 빛 세기를 측정하고, 그 세기에 대하여 일정한 비율로 형광의 빛 세기가 줄어든 때의 시간을 측정하여 두 측정위치의 시간차를 구한다.At this time, the light intensity of the fluorescence immediately after the light intensity of the fluorescence starts to attenuate is measured, and the time difference between the two measurement positions is obtained by measuring the time when the light intensity of the fluorescence decreases at a constant ratio with respect to the intensity.
이와같이 구한 시간차는 형광의 수명시간에 비례하고, 또한 그 형광물질의 발광수명 시간은 온도에 의존하는 광학적 특성을 갖게 되므로 상기 구한 시간차가 온도에 의존하게 된다.The time difference thus obtained is proportional to the lifetime of the fluorescence, and the light emission life time of the fluorescent material has an optical characteristic depending on the temperature, so the time difference obtained is dependent on the temperature.
따라서, 상기 구한 시간차로부터 적당한 연산과정을 거쳐 온도를 산출할 수 있게된다.Therefore, it is possible to calculate the temperature through a suitable calculation process from the obtained time difference.
그러나, 이와같이 종래의 온도측정장치는 형광의 빛 세기가 일정한 비율로 감쇄될 때까지의 시간차를 측정한 후 그 시간차로부터 온도를 산출하게 되므로 그의 구성이 복잡하여 질뿐아니라 연산과정이 복잡하여지는 결점이 있다.However, since the conventional temperature measuring device measures the time difference until the light intensity of the fluorescence is attenuated at a constant rate and calculates the temperature from the time difference, it is not only complicated in composition but also complicated in the calculation process. have.
따라서, 본 발명의 목적은 비교기 및 적분기로 이루어지는 주파수 발생원리에 의해 형광물질의 여기동작을 제어하고, 그 형광물질의 여기동작에 따른 주파수를 곧바로 측정한 후 그 주파수로부터 온도를 산출할 수 있는 간단한 구조의 광학을 이용한 온도 측정장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a simple method of controlling the excitation operation of a fluorescent material by the frequency generating principle consisting of a comparator and an integrator, and immediately measuring the frequency according to the excitation operation of the fluorescent material and calculating a temperature from the frequency. It is to provide a temperature measuring device using the optical structure.
이와같은 본 발명의 목적은 형광물질의 여기광을 발생하는 광원과, 형광물질에서 발생되는 형광을 전기적인 신호로 검출하는 광 검지기와, 이 광검지기의 검출신호를 인가함과 아울러 주파수 측정 신호로 인가하는 비교기에 의해 달성되는 것으로, 이를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The object of the present invention is to provide a light source for generating excitation light of the fluorescent material, an optical detector for detecting fluorescence generated by the fluorescent material as an electrical signal, and a detection signal of the photodetector as a frequency measurement signal. This is achieved by applying a comparator, which will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 일반적인 주파수 발생기의 블록도로서, 이에 도시한 바와같이 비교전압을 기준전압과 비교하는 비교기(1)와, 이 비교기(1)의 출력신호에 따라 충, 방전되어 그 비교기(1)에 비교전압으로 궤환시키는 적분기(2)로 구성된것으로, 적분기(2)를 이루는 저항 및 콘덴서의 용량에 의해 결정되는 시정수에 반비례하게 비교기(1)에서 소정주기의 주파수신호가 출력되게 된다.FIG. 1 is a block diagram of a general frequency generator. As shown in FIG. 1, a comparator 1 for comparing a comparison voltage with a reference voltage and a comparator 1 are charged and discharged according to the output signal of the comparator 1, Comprising an integrator 2 for feeding back to the comparison voltage, the frequency signal of a predetermined period is output from the comparator 1 in inverse proportion to the time constant determined by the resistance of the integrator 2 and the capacitance of the capacitor.
즉, 전원이 인가되면, 비교기(1)에서 고전위 신호가 출력되어 적분기(2)에 인가되고, 이에따라 그 적분기(2)는 충전상태가 되어 그이 충전시정수에 해당하는 속도로 그의 출력전압이 증가되고, 이 출력전압은 비교기(1)에 비교전압으로 궤환되어 기준전압과 비교되며, 이때 그 비교전압이 기준정압보다 낮은 상태에서는 그 비교기(1)에서 계속 고전위신호가 출력되므로 적분기(2)는 충전상태를 유지하여 그의 출력전압이 점차 증가된다.That is, when power is applied, a high potential signal is output from the comparator 1 and applied to the integrator 2, whereby the integrator 2 is charged and its output voltage is increased at a speed corresponding to the charging time constant. This output voltage is fed back to the comparator 1 as a comparison voltage and compared with the reference voltage. In this state, the high potential signal is continuously output from the comparator 1 when the comparison voltage is lower than the reference constant voltage. ) Maintains the state of charge and its output voltage gradually increases.
이와같은 적분기(2)의 출력전압이 증가되어 비교기(1)의 기준전압보다 높게되면, 이때 비로서 그 비교기(1)에서 저전위신호가 출력되므로 적분기(2)는 방전상태로 되어 그이 출력전압이 점차 감소된다.When the output voltage of such integrator 2 increases and becomes higher than the reference voltage of the comparator 1, at this time, since the low potential signal is output from the comparator 1, the integrator 2 is discharged and the output voltage Is gradually reduced.
이와같이 적분기(2)의 출력전압이 다시 감소되어 비교기(1)의 기준전압보다 낮게되면, 그 비교기(1)에서 다시 고전위신호가 출력 되므로 적분기(2)는 다시 충전상태로 된다.In this way, when the output voltage of the integrator 2 decreases again and becomes lower than the reference voltage of the comparator 1, since the high potential signal is output from the comparator 1 again, the integrator 2 is charged again.
이와같이 상태를 반복함에 따라 적분기(2)의 시정수에 관계되는 주파수 신호가 비교기(1)에서 출력되어 출력단자(OUT)로 출력되고, 이때 적분기(2)의 시정수에 비하여 다른 소자들이 전기적 특성이 충분히 빠르다면, 비교기(1)에서 출력되는 주파수신호는 적분기(2)의 시정수에 반비례하게 된다.As the state is repeated, a frequency signal related to the time constant of the integrator 2 is output from the comparator 1 and output to the output terminal OUT, where other elements have different electrical characteristics than the time constant of the integrator 2. If this is fast enough, the frequency signal output from the comparator 1 is inversely proportional to the time constant of the integrator 2.
본 발명은 이상에서 설명한 바와같은 주파수 발생원리를 이용하여 형광물질의 여기동작을 제어하고, 그 형광물질의 여기동작에 따른 주파수를 측정할 수 있게 한 것이다.The present invention is to control the excitation operation of the fluorescent material using the frequency generation principle as described above, and to be able to measure the frequency according to the excitation operation of the fluorescent material.
제2도는 본 발명의 광학을 이용한 온도측정장치 원리를 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와같이 비교전압을 기준전압과 비교하는 비교기(10)와, 이 비교기(10)의 출력신호에 따라 여기광을 발생하는 광원(21)과, 이 광원(21)에서 발생되는 여기광에 의해 여기되어 형광을 발생하는 형광물질(22)과, 이 형광물질(22)에서 발생되는 형광을 전기적인 신호로 검출한 후 증폭하여 상기 비교기(10)에 비교전압으로 인가하는 광검지기(23)로 구성한것으로, 상기 광원(21), 형광물질(22) 및 광검지기(23)가 상기 제1도에서 설명한 적분기(2)의 역할을 수행하게 되고, 비교기(10)에서 출력되어 출력단자(OUT)로 출력되는 신호가 형광물질(22)의 여기동작에 따른 주파수 신호가 된다.2 is a block diagram showing the principle of the temperature measuring device using the optical of the present invention, as shown in the comparator 10 for comparing the comparison voltage to the reference voltage, and the excitation light according to the output signal of the comparator 10 The light source 21 which generates light, the fluorescent material 22 which is excited by the excitation light generated by the light source 21 to generate fluorescence, and the fluorescence generated by the fluorescent material 22 are detected by an electrical signal. And then amplified and applied to the comparator 10 as a photodetector 23. The light source 21, the fluorescent material 22, and the photodetector 23 have an integrator described in FIG. 2), a signal output from the comparator 10 and output to the output terminal OUT becomes a frequency signal according to the excitation operation of the phosphor 22.
이와같이 구성된 본 발명의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured as described above is as follows.
전원이 인가되면, 비교기(10)에서 고전위신호가 출력되어 광원(21)에 인가되고, 이에따라 그 광원(21)에서 광이 발생되어 형광물질(22)에 여기광으로 인가되므로 그 형광물질(22)이 여기되어 형광이 발생되고, 이 형광은 광원(21)에서 여기광이 인가되는 시간에 따라 점차 증가하게 된다.When power is applied, a high potential signal is output from the comparator 10 and applied to the light source 21. Accordingly, light is generated from the light source 21 and applied to the fluorescent material 22 as excitation light. 22) is excited to generate fluorescence, and the fluorescence gradually increases with time when the excitation light is applied from the light source 21.
이와같이 발생되는 형광은 광검지기(23)에서 전기적인 신호로 검출된 후 증폭되어 비교기(10)에 비교전압으로 인가되고, 이때 그 비교전압이 비교기(10)의 기준전압으로 보다 낮은 상태에서는 비교기(10)에서 고전위신호가 출력되는 상태를 유지하게 되어 상기 상태를 유지하게되고, 이에따라 광검지기(23)에서 출력되는 비교전압이 점차 증가하게 된다.The fluorescence generated as described above is detected as an electrical signal by the photodetector 23 and then amplified and applied to the comparator 10 as a comparison voltage. In this state, the comparator (if the comparison voltage is lower than the reference voltage of the comparator 10) At 10), the high potential signal is maintained and the state is maintained, and accordingly, the comparison voltage output from the photodetector 23 gradually increases.
이와같이 광검지기(23)에서 출력되는 비교전압이 비교기(10)의 기준전압보다 높게되면, 이때 비로소 비교기(10)에서 저전위신호가 출력되고, 이에따라 광원(21)에서 광이 발생되지 않아 형광물질(22)에 여기광이 인가되지 않으므로 그 형광물질(22)의 형광이 점차 감쇄되고, 이 형광은 광검지기(23)에서 전기적인 신호로 검출되고 증폭된 후 비교기(10)에 비교전압으로 인가되어, 기준전압과 비교되고, 이때 비교전압이 기준전압보다 높은상태에서는 비교기(10)에서 저전위신호가 출력되는 상태를 유지하게 되어 상기에서와 같이 비교전압이 점차 감소되고, 이와같이 감소되는 비교전압이 기준전압보다 낮게되면, 이때 비로소 비교기(10)에서 다시 고전위신호가 출력되어 상기 과정을 반복하게 된다.As such, when the comparison voltage output from the photodetector 23 is higher than the reference voltage of the comparator 10, the low potential signal is output from the comparator 10, and accordingly, light is not generated from the light source 21. Since excitation light is not applied to (22), the fluorescence of the fluorescent material 22 is gradually attenuated, and this fluorescence is detected by an electrical signal in the photodetector 23, amplified, and then applied to the comparator 10 as a comparison voltage. When the comparison voltage is higher than the reference voltage, the low voltage signal is output from the comparator 10 so that the comparison voltage gradually decreases as described above, and thus the comparison voltage decreases. When the voltage is lower than the reference voltage, the high potential signal is output from the comparator 10 again to repeat the process.
결국, 비교기(10)에서 출력되는 신호의 주기는 형광물질(22)의 형광 수명시간에 의존하고, 이 형광수명시간은 온도에 의존하게 되며, 이에따라 비교기(10)로부터 출력단자(OUT)에 출력되는 신호는 온도의 함수인 주파수신호로 나타나게되어, 그 주파수 신호로부터 온도를 산출할 수 있게된다.As a result, the period of the signal output from the comparator 10 depends on the fluorescence lifetime of the fluorescent material 22, and the fluorescence lifetime depends on the temperature, thereby outputting from the comparator 10 to the output terminal OUT. The signal to be represented is represented as a frequency signal that is a function of temperature, allowing the temperature to be calculated from the frequency signal.
제3도는 본 발명의 광학을 이용한 온도측정장치 구성예를 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와같이 비교전압을 기준전압관 비교하는 비교기(10)와, 이 비교기(10)의 출력신호에 따라 광을 발생하여 여기광으로 공급하는 광원(21)과, 이 광원(21)에서 공급되는 여기광에 의해 여기되어 형광을 발생하는 형광물질(22)과, 이 형광물질(22)에서 발생되는 형광을 전기적인 신호로 검출한 후 상기 비교기(10)에 비교전압으로 인가하는 광검지기(23)와, 상기 광원(21)에서 공급되는 여기광을 순차로 통해 상기 형광물질(22)에 공급하고 그 형광물질(22)에서 발새되는 형광을 역으로 통해 상기 광검지시(23)에 인가하는 이색성 필터(24), 렌즈(25) 및 광섬유(26)와, 상기 비교기(10)의 출력신호로부터 주파수를 측정하여 온도를 산출하는 주파수 측정 및 연산장치(27)와, 이 주파수 측정 및 연산장치(27)의 연산결과를 표시하는 표시장치(28)로 구성한것으로, 이와같이 구성된 본 발명의 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.3 is a block diagram showing a configuration example of a temperature measuring device using the optical of the present invention. As shown in FIG. 3, a comparator 10 for comparing a comparison voltage with a reference voltage pipe and an optical signal according to the output signal of the comparator 10 are shown. Generates a light source 21 for supplying the excitation light, the fluorescent material 22 that is excited by the excitation light supplied from the light source 21 to generate fluorescence, and the fluorescence generated by the fluorescent material 22 After detecting with an electrical signal, the photodetector 23 applying the comparison voltage to the comparator 10 and the excitation light supplied from the light source 21 are sequentially supplied to the fluorescent material 22 and the fluorescence The frequency from the output signal of the dichroic filter 24, the lens 25 and the optical fiber 26, and the comparator 10 applied to the photodetector 23 through the fluorescence emitted from the material 22 is reversed. Frequency measurement and arithmetic unit 27 which measures and calculates temperature, and this frequency side The operation and effect of the present invention configured as described above, which is configured as a display device 28 for displaying the calculation result of the tablet and computing device 27, is described in detail as follows.
전원이 인가되면, 비교기(10)에서 고전위신호가 출력되어 광원(21)에 인가되고, 이에따라 그 광원(21)에서 광이 발생되어 형광물질(22)에 여기광으로 공급된다.When power is applied, a high potential signal is output from the comparator 10 and applied to the light source 21. Accordingly, light is generated from the light source 21 and supplied to the fluorescent material 22 as excitation light.
즉, 이때 광원(21)에서 공급되는 여기광은 이색성필터(24) 및 렌즈(25)를 통해 광섬유(26)에 입사된후 그 광섬유(26)를 통해 유도되어 형광물질(22)을 여기시키게 된다.That is, at this time, the excitation light supplied from the light source 21 is incident on the optical fiber 26 through the dichroic filter 24 and the lens 25 and then guided through the optical fiber 26 to excite the fluorescent material 22. Let's go.
따라서, 이때 그 형광물질(22)의 여기에 의해 형광이 발생되는데, 그 형광의 비빛 세기는 고유의 수명시간에 의하면 증가하게 된다.Therefore, at this time, fluorescence is generated by excitation of the fluorescent substance 22, and the non-light intensity of the fluorescence increases with an inherent life time.
이와같이 형광물질(22)에서 발생되는 형광은 광섬유(26)를 통해 유도된 후 렌즈(25)를 통하고, 이색성필터(24)에서 반사되어 광검지기(23)에 입력되고, 이와같이 광검지기(23)에 입력되는 형광은 전기적 신호로 검출되고, 증폭된 후 비교기(10)에 비교전압으로 인가되고, 이때 그 비교전압이 기준전압보다 낮은 상태에서는 그 비교기(10)에서 고전위신호가 출력되는 상태를 유지하여 상기 상태를 유지하게 되므로 광검지기(23)에서 출력되는 비교전압은 점차 증가된다.In this way, the fluorescence generated in the fluorescent material 22 is guided through the optical fiber 26 and then through the lens 25 and reflected by the dichroic filter 24 and input to the photodetector 23, and thus the photodetector ( 23 is detected as an electrical signal, amplified and applied to the comparator 10 as a comparison voltage. At this time, when the comparison voltage is lower than the reference voltage, the high potential signal is output from the comparator 10. Since the state is maintained by maintaining the state, the comparison voltage output from the photodetector 23 gradually increases.
이와같이 비교전압이 증가되어 비교기(10)의 기준전압보다 높게되면, 이때 비로소 그 비교기(10)에서 저전위신호가 출력되므로 광원(21)에서 여기광이 발생되지 않게 되고, 이에따라 형광물질(22)에 여기광이 공급되지 않으므로 그 형광물질(22)의 형광이 그의 수명 시간에 의하여 점차 감쇄되고, 이와같이 감쇄되는 형광은 광섬유(26) 및 렌즈(25)를 통한 후 이색성필터(24)에서 반사되고, 그 형광은 광검지기(23)에서 전기적 신호로 검출되고, 증폭된 후 비교기(10)에 비교전압으로 인가되어 기준전압과 비교되며, 이때 비교전압이 기준전압보다 높은 상태에서는 비교기(10)에서 상기와 같이 저전위신호가 출력되는 상태를 유지학 되어, 상기에서와 같이 광검지기(23)에서 출력되는 비교전압이 점차 감소되고, 이와같이 감소되는 비교전압이 기준전압보다 낮게되면, 이때 비로소 비교기(10)에서 다시 고전위신호가 출력되어 상기 과정을 반복하게 된다.As such, when the comparison voltage is increased to be higher than the reference voltage of the comparator 10, the low potential signal is output from the comparator 10 so that no excitation light is generated from the light source 21. Since the excitation light is not supplied to the fluorescent material 22, the fluorescence of the fluorescent material 22 is gradually attenuated by its life time, and the fluorescence thus attenuated is reflected by the dichroic filter 24 through the optical fiber 26 and the lens 25. The fluorescence is detected as an electrical signal by the photodetector 23, amplified and applied to the comparator 10 as a comparison voltage to be compared with a reference voltage. In this state, the comparator 10 is higher than the reference voltage. As described above, the state in which the low potential signal is output is maintained, so that the comparison voltage output from the photodetector 23 gradually decreases as described above, and the reduced comparison voltage is lower than the reference voltage. , Until this time is again output a high potential signal from the comparator 10 it will repeat the above procedure.
결국, 비교기(10)에서 출력되는 고전위 및 저전위 신호 주기는 온도에 의존하는 형광물질(22)의 형광수명시간에 의존하게되고, 이에 따라 그 비교기(10)의 출력신호는 온도의 함수인 주파수 신호로 나타나게 되므로, 그 비교기(10)의 출력신호로부터 온도를 산출할 수 있게 된다.As a result, the high potential and low potential signal periods output from the comparator 10 depend on the fluorescence lifetime of the fluorescent material 22 depending on the temperature, and thus the output signal of the comparator 10 is a function of the temperature. Since it appears as a frequency signal, the temperature can be calculated from the output signal of the comparator 10.
즉, 비교기(10)의 출력신호를 주파수 측정 및 연산장치(27)에서 입력받아 주파수를 측정하게 되는데, 이 주파수를 측정할 때의 시간간격이 형광물질(22)의 발광수명시간이 누적과 같게되어, 그로부터 온도를 산출할 수 있게되고, 그 산출된 온도는 표시장치(28)에 표시된다.That is, the output signal of the comparator 10 is inputted from the frequency measuring and calculating device 27 to measure the frequency, and the time interval when measuring the frequency is such that the light emitting life time of the fluorescent material 22 is cumulative. The temperature can be calculated therefrom, and the calculated temperature is displayed on the display device 28.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 주파수 발생원리에 의해 형광물질의 여기동작을 제어하고, 그 형광물질의 여기동작에 따른 주파수를 곧 바로 측정하여, 그 주파수로부터 온도를 산출하게 되므로 그 온도측정장치가 간단히 구성되고, 또한, 주파수를 측정할때의 시간간격이 바로 발광수명시간의 누적과 같게 되어 평균화가 자동적으로 이루어지므로 그 온도 연산과정이 간단해지는 효과 있게된다.As described in detail above, the present invention controls the excitation operation of the fluorescent material according to the frequency generating principle, immediately measures the frequency according to the excitation operation of the fluorescent material, and calculates the temperature from the frequency. Is simply configured, and the time interval when measuring the frequency is the same as the accumulation of the light emitting life time, and the averaging is automatically performed, thereby simplifying the temperature calculation process.
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-
1993
- 1993-04-13 JP JP5086459A patent/JPH0626941A/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR930022068A (en) | 1993-11-23 |
| JPH0626941A (en) | 1994-02-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| G160 | Decision to publish patent application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 19970829 Year of fee payment: 6 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |