KR970003679B1 - 열화상검출장치 - Google Patents

Abstract

요약 없음

Description

열화상검출장치

제1도는 본 발명의 실시예의 블록구성도.

제2도는 동 실시예에 있어서의 적외선센서의 구성도.

제3도(a),(b)는 열화상을 얻는 짜임새의 설명도.

제4도는 동 실시예에 있어서의 초퍼의 분해사시도.

제5도는 동 실시예에 있어서의 듀티보정부의 동작을 설명하는 순서도.

제6도는 동 실시예에 있어서의 고장검출부의 동작을 설명하는 순서도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 적외선센서2 : 적외투과렌즈

3 : 초퍼6 : 초퍼동작검출부

7 : 듀티보정부8 : 고장검출부

본 발명은 가정내의 거실의 온도분포 및 인체의 거동검출등 열화상에 의한 복사온도검출 및 인체거동검출에 관한 것이다.

종래, 비접촉으로 온도를 측정하는 방식으로서는 양자형적외선센서에 의한 것과 열형적외선센서가 있었다. 양자형적외선센서는 감도가 높고, 응답은 빠르지만, 냉각이 필요하고 (-200℃정도), 민생용으로는 부적합하다. 한편 열형적외선센서는 비교적 감도는 낮고, 응답속도는 느리지만 냉각이 불필요하기 때문에 민생시장에서는 실용화되고 있다.

열형적외선센서중에서는 초전효과를 이용한 초전형적외선센서가 자주 사용되고 있다. 초전형적외선센서는 미분형변화출력특성을 가지고 있고, 입사온도가 변화했을 때만 출력을 발생한다. 예를 들면, 이 초전형적외선센서의 앞을 인체가 횡단했을 때, 초전형적외선센서에는 인체의 방사온도가 출현, 소멸, 출현, 소멸, …과 같은 시간입력으로서 입력된다. 따라서, 초전형적외선센서에는 이 시간변화에 등기해서 출력된다. 또 세라믹의 초전형적외선센서와 초퍼를 사용하는 포인트 온도센서도 있으나, 이것도 감도가 낮고, 또한 응답 속도가 매우 느리기 때문에, 1~2초동안에 수십개의 온도 데이터를 검출할 수 없었다.

또, 2차원열화상을 얻는 수단으로서는, 초전형적외선센서를 2차원으로 배치하는 방식도 생각되고 있었다.

초전형적외선센서를 2차원으로 배치하면 시스템이 복잡하게 되어버린다.

또, 직선상에 배치된 초전형열검출소자군을 주사하는 방식에 의한 시스템을 구성하는 경우, 광학계가 열검출소자군의 외부에 있으면 광학계는 주사범위전력을 커버하지 않으면 안되기 때문에, 큰 것이 될 수밖에 없고, 설사 주사범위전역을 커버해도 광학축이 어긋남으로써 시야전체의 감도가 균일하게 되지 않는 등의 문제가 있다.

본 발명은, 초전형열검출소자로 구성되는 적외선센서를 사용한 소형이며 비교적 간단한 구성 구조의 시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 직선축상에 1차원으로 배치된 복수의 초전형열검출소자군과, 이 초전형열검출소자군과 일체로 된 적외투과렌즈와, 적외투과렌즈를 개재하여 상기 초전형열검출소자군에 입사하는 적외선의 양을 제한하는 초퍼와, 초퍼의 동작을 검출하는 초퍼동작검출부와, 직선축에 평행 혹은 일정한 각도만큼 경사지게한 회전축을 가지고, 이 회전축을 중심으로 해서 초전형열검출소자군 및 적외투과렌즈를 회전시켜 2차원 열화상을 얻는 것이다.

또, 본 발명은, 초퍼로서 광 및 적외선을 투과하지 않는 셔터를 사용해서 구성되고, 초퍼동작검출부는 이 셔터의 개방상태 내지 폐쇄상태를 광투과의 유무에 따라서 판단하는 광검출소자를 사용해서 구성되는 것이다.

또, 본 발명은, 회전에 의한 2차원열화상검출시에 입력되는 초퍼동작검출부로부터의 신호에 의해, 초퍼의 개방제어시간과 폐쇄제어시간을 가변함으로써 초퍼의 개방상태와 폐쇄상태의 시간비를 소정범위내로 유지하는 듀티보정부를 구비한 것이다.

또, 본 발명은, 회전에 의한 2차원열화상검출전에 초퍼를 구동하여, 초퍼동작검출부로부터의 신호에 의해 초퍼의 개방제어시간과 폐쇄제어시간을 가변함으로써 초퍼의 개방상태와 폐쇄상태의 시간비를 소정범위내로 유지하는 듀티보정부를 구비한 것이다.

또, 본 발명은, 회전에 의한 2차원열화상검출시에 입력되는 초퍼동작검출부로부터의 신호에 의해, 초퍼의 고장을 검출하는 고장검출부를 구비한 것이다.

또 본 발명은 회전에 의한 2차원열화상검출전에 초퍼를 구동하여, 초퍼동작검출부로부터의 신호에 의해 초퍼의 고장을 검출하는 고장검출부를 구비한 것이다.

본 발명은, 직선상에 1차원배치된 초전형열검출소자군과 광학계를 일체로해서 회전시킴으로써, 소형 또한 간단한 구성의 2차원의 열화상검출장치를 제공하는 것이다. 또 초퍼의 동작을 검출하는 초퍼동작검출부가, 초퍼의 기계적동작에 의해서 실제로 발생한 개방상태와 폐쇄상태를 확인하기 때문에 피측정대상과 초퍼의 온도차가 보다 정밀도 좋게 검출된다. 특히 듀티보정부를 설치함으로써 실제의 초퍼의 개폐듀티를 자동으로 소정범위내로 유지한다. 고장검출부를 설치함으로써 초퍼개폐동작에 관한 고장을 즉시 검출한다.

이하 실시예에 있어서의 2차원열화상검출장치에 대해서 제1도~제6도를 사용해서 설명한다.

제1도에 있어서, (1)은 초전형열검출소자군으로 구성된 적외선센서이며, 예를 들면 제2도중(1a)~(1e)에 표시한 바와 같이 직선상에 5개의 초전형열검출소자기 배열되고, 수직방향으로 시야각을 5분할하도록 되어 있다. (2)는 이 각 초형열검출소자에 열화상을 연결하도록 배치된 적외투과렌즈이고, 광축이 복수의 초전형열검출소자군의 중심을 통과하도록 적외투과렌즈(2)와 적외선센서(1)는 일체가 되는 구조를 위한다. (3)은 광 및 적외선을 투과하지 않는 셔터를 사용한 초퍼이며, (4)는 이 초퍼(3)의 온도를 검출하는 초퍼온도검출부이다. (5)는 초퍼(3)의 개폐동작에 따라서 적외선센서(1)로 부터 출력되는 미소전압을 대역증폭하는 대역 증폭부이고, 각 초전형열검출소자에 대응해서 구비되어 있다. (6)은 초퍼(3)에 있어서의 셔터의 실제의 개방상태내지 폐쇄상태를 광투과의 유무에 의해서 판단하는 광검출소자로 이루어진 초퍼동작검출보이며, 듀티보정부(7) 및 고장검출부(8)에 접속된다. (9)는 수평구동부이며, 상기 (1)부터 (8)의 전체구성요소와 일체로 되어 있다.

제2도에 표시한 바와 같은 세로방향일렬로 배열된 각 초전형열검출소자로부터 2차원열화상을 얻는 짜임새를 제3도를 사용해서 설명한다. 제3도 (a)는 검출하는 열화상의 입체시야각을 나타내고, 제3도 (b)는 검출열화상을 표시한다. 초전형열검출소자군으로 이루어진 적외선센서(1)는 검출열화상을 표시한다. 초전형열검출소자군으로 이루어진 적외선센서(1)는 수평방향으로는 시야각을 좁게 설정하고 있으며, 수평구동부(9)의 회전에 의해서 수평방향의 시야각을 순차이동시킨다. 또 수평방향으로의 회전에 동기해서 적외선센서(1)가 순차수직방향의 온도를 계측하도록, 초퍼(3)에 있어서의 셔터의 개폐를 균일하게 또한 연속적으로 반복함으로써, 제3도(b)에 표시하는 2차원열화상 얻을 수 있다.

제4도에 초퍼(3)의 조립구성도를 표시하다. (3a)(3b)가 광 및 적외선을 투과하지 않는 금속의 셔터날개이고, S연동관(3c)이 회전함으로써 개폐한다. 셔터날개(3a)(3b)의 폐쇄상태로부터 개방상태로의 변화직후 내지 개방상태로부터 폐쇄상태로의 변화직후에, 적외선센서(1)는 피측정대상과 셔터날개의 온도차에 따른 전압을 발생한다. S연동판(3c)의 회전은 사선으로 표시하는 가역모터(3d)의 회전축에 접속된 캠(3e)을 개재해서 전달된다. (3f)(3g)(3h)는 장착용 압압판이고, (3i)는 비스, (3j)는 금속스프링이다. 금속스프링의 잡아당기는 힘에 의해 가역모터(3d)에 개폐동작지시신호를 인가하고 있지 않을 때에는 셔터날개(3a)(3b)는 폐쇄상태로 유지된다. 제4도에 있어서, 셔터개폐동작중에 기동하는 부분은 화살표로 나타낸다.

또한, 광검출소자로 이루어진 초퍼동작검출부(6)는 셔터날개(3b)의 블록부를 끼우도록 형성되고, 이 셔터가 개방상태이면 광은 투과하지만 폐쇄상태이면 광은 투과하지 않는다는 것을 이용해서, 초퍼(3)의 동작을 검출한다. 광검출소자로서는, 포토트랜지스터나 포토인터럽터등이 있다.

제1도에 있어서 듀티보정부(7)는, 초퍼동작검출부(6)로부터의 신호에 의해서 초퍼(3)의 개방상태와 폐쇄상태의 시간비를 산출하고, 초퍼(3)의 개방제어시간과 폐쇄제어시간을 가변함으로써 이 시간비를 항상 50%로 유지하는 것이다. 혹은 수평방향으로의 회전에 의해서 2차원열화상검출하기 전에 초퍼(3)를 구동하고, 초퍼 동작검출부(6)로부터의 신호에 의해서 초퍼(3)의 개방상태와 폐쇄상태의 시간비를 산출하고, 초퍼(3)의 개방 동작시간과 폐쇄동작시간을 가변함으로써 이 시간비가 미리 50%가 되도록 보정하는 것이다.

듀티보정부(7)의 동작에 대해서 제5도의 순서도를 사용해서 설명한다. 여기서 초퍼(3)의 개폐주파수는 가령 10Hz고정으로 하고, 2차원열화상검출전의 사전동작에 대해서만 설명하기로 한다. 스텝 501에서는 초퍼(3)에 있어서의 가역모터(3d)를 개방상태로 이행시켜 유지하는 개방제어시간 To의 초기치를 50ms, 가역모터(3d)를 폐쇄상태로 이행시켜 유지하는 폐쇄제어시간 Tc의 초기치를 50ms 및 보정계수 K를 1로 설정한다. 스텝 502에서는 정해진 개방제어시간 To, 폐쇄제어시간 Tc를 사용하여 사전초퍼개폐동작을 행한다. 사전초퍼개폐동작중에는 수평방향으로의 회전은 시키지 않는 것으로 하고, 또 적외선센서(1)로부터 출력되는 전압도 온도데이터로서 채용하지 않는다. 스텝 503에서는 초퍼동작검출부(6)로부터의 신호에 의해서 실측된 초퍼(3)의 개방상태의 시간으로부터 듀티 R(=개방검출시간/0.1초)을 산출하다. 또 스텝 504에서 ΔR(=R-0.5)을 산출한 후, 만약 ΔR이 0.01보다 크면(스텝 505)스텝 507로, ΔR이 -0.01보다 작으면(스텝 506), 스텝 509로 이행한다. 그, 어느 것도 아니면 (-0.01ΔR0.01)실제의 듀티 R은 대략 50%라고 간주하고 종료한다. 스텝 507,508에서는 개방시간이 너무 크다고 간주할 수 있으므로, 이제까지의 개방제어시간 To로부터 보정량 ΔT(=KㆍΔR)만큼 줄이는 설정을 행한다(To=To-ΔT). 한편 스텝 509,510에서는 실제의 개방시간이 너무 짧다고 간주할 수 있으므로, 이제까지는 개방제어시간 To에 보정량 ΔT(=KㆍΔR)만큼 더하는 설정을 행한다(To=To+ΔT). 스텝 511에서는 스텝 508 내지 스텝 510에 있어서의 개방제어시간 To의 재설정에 대응하고, 개폐주파수는 10Hz고정이므로 폐쇄제어시간 Tc를 Tc=10ms-To라고 정한다. 또 스텝 512에서 보정계수 K를 K=Kㆍ0.8로 변경한 후, 스텝 502로 점프한다. 이 루프를 반복함으로써, 실제의 듀티 R을 확실하게 대략 50%로 수속시킬 수 있다.

그런데 개폐듀티를 보정하는 방법은 이것에 한정되는 것이 아님은 말할 나위도 없다. 예를 들면 보정량 ΔT를 상기 이외의 사출식에 의해서 도출해도 되고, 표를 사용해도 된다. 초퍼(3)나 초퍼동작검출부(6)의 구성상, R이나 ΔR의 판정조건도 이것에 한정되지 않는다. 또 보정을 반복하는 횟수나 개방제어시간 To나 폐쇄제어시간 Tc에 제한을 두어도 된다. 또 2차원열화상검출동작 즉 수평방향회전중 리얼타임에 초퍼동작 검출부(6)로부터의 신호를 피드백함으로써 듀티보정을 실시해도 된다.

지금, 적외선센서(1)의 출력전압을 Vs, 초퍼(3)의 온도를 Ta, 피측정대상의 온도를 Tb로 하였을 경우, 스테판 볼쯔만의 법칙에 의해 Vs=Kㆍ(Tb4-Ta4) 여기서 K는 정수가 되나 1차원배치된 초전형열검출소자로 이루어진 적외선센서(1)를 수평방향으로 회전시킴으로써 2차원열화상을 얻으려고 하는 경우, 수평방향으로의 회전에 동기해서 균일한 셔터의 개폐동작을 연속적으로 반복하지 않으면 안된다. 즉 가역모터(3d)에 부여하는 개폐제어신호의 듀티를 50%로 유지하는 것이 아니라 초퍼(3)의 실제의 개폐듀티를 50%로 유지하는 것이다. 한편 제4도에 표시한 구성에서는, 개방상태로부터 폐쇄상태로 이행하는 시간지연과 폐쇄상태로부터 개방상태로 이행하는 시간지연이 다르다. 주위 온도나 장치마다의 불균일, 경시변화도 있다. 이와 같이 초퍼동작검출부(6) 및 듀티보정부(7)를 설치함으로써, 가역모터(3d)에 부여하는 개폐제어신호에 대해서 셔터날개(3a)(3b)가 실제로 폐쇄할 때까지의 기계적지연시간이나 실제의 개방상태시간, 폐쇄상태시간을 장치마다 매회실축하고, 초퍼(3)의 실제의 개폐듀티를 50%로 유지하므로, 계측하고 싶은 피측정대상의 온도를 항상 고정밀도로 얻을 수 있다.

고장검출부(8)는, 수평방향으로의 회전에 의해서 2차원열화상검출전에 초퍼(3)를 구동하고, 초퍼동작검출부(6)로부터의 신호에 의해서 피측정대상에 대한 초퍼(3)의 개방상태와 폐쇄상태의 시간비를 산출하고, 초퍼(3)의 고장을 검출하는 것이다.

고장검출부(8)의 동작에 대해서 제6도의 순서도를 사용해서 설명한다. 이것도, 제5도에서 표시한 듀티보정부(7)의 동작과 마찬가지로, 초퍼(3)의 개폐주파수는 가령 10Hz 고정으로 한다. 스텝 601에서는 초퍼(3)에 있어서의 가역모터(3d)를 개방상태로 이행시켜 유지하는 개방제어시간 To의 초기치를 50ms, 가역모터(3d)를 폐쇄상태로 이행시켜 유지하는 폐쇄제어시간 Tc의 초기치를 50ms로 설정한다. 스텝 602에서는 정해진 개방제어시간 To, 폐쇄제어시간 Tc를 사용하여 사전초퍼개폐동작을 행한다. 사전초퍼개폐동작중에는 수평방향으로의 회전은 시키지 않는 것으로 하고, 또 적외선센서(1)로부터 출력되는 전압도 온도데이터로서 채용하지 않는다. 스텝 603에서는 초퍼동작검출부(6)로 부터의 신호에 의해서 실측된 초퍼(3)의 개방상태의 시간으로부터 듀티 R(=개방검출시간/0.1초)을 산출한다. 또 스텝 604에서 ΔR(=R-0.5)을 산출한 후, 만약 ΔR이 0.2보다 크고 혹은 ΔR이 -0.2보다 작으면(스텝 605,606), 초퍼(3)의 고장이라고 간주하고, 스텝 607로 이행한다. 그 어느 것도 아니면 (-0.2ΔR0.2)초퍼(3)는 정상으로 기능하고 있다고 간주하여 종료하다. 스텝 608에서는 본 장치가 고장이라는 것을 알리고, 이후 2차원열화상검출동작으로는 진행하지 않는다. 예를 들면 개폐제어에 관계없이, ΔR이 1.0 그대로이면 초퍼(3)는 개방상태 그대로이고 ΔR이 0.0인 그대로이면 폐쇄상태 그대로가 되고 있다는 것을 알 수 있으므로, 적외선센서로부터 출력전압을 무의미하게 된다. 또 보정이 안될 정도로 ΔR이 절대치가 큰 경우도 마찬가지로 사전에 고장이라는 것을 알 수 있기 때문에 본 장치의 신뢰성을 대폭으로 향상시킬 수 있다.

그런데 고장을 검출하는 방법은 이것에 한정되는 것이 아님은 말할 나위도 없다. 예를 들면 동일한 개방제어시간 To, 폐쇄제어시간 Tc를 사용한 사전초퍼개폐동작을 복수회 반복하고, 얻어진 ΔR의 불균일이 소정치이상일 경우에 이상이라고 간주해도 된다. 또 2차원열화상검출동작 즉 수평방향회전중 리얼타임에 초퍼동작검출부(6)로부터의 신호를 피드백함으로써 고장 검출을 행하여도 된다.

본 발명에 의하면, 1차원에 배치된 초전형열검출소자군과 광학계를 일체로서 회전시킴으로써, 소형 또한 간단한 구성으로 2차원의 열화상을 검출할 수 있다.

또, 초퍼의 동작을 검출하는 초퍼동작검출부가, 초퍼의 기계적동작에 의해서 실제로 발생한 개방상태와 폐쇄상태를 확인하기 위하여 피측정대상과 초퍼의 온도차가 정밀도좋게 검출된다.

특히 2차원열화상검출시에 리얼타임에 초퍼의 개폐듀티를 일정하게 유지하므로, 기계적불균일을 최소한으로 억제할 수 있다.

또 2차원열화상검출전에 가장 적합한 초퍼의 개폐듀티를 설정하므로, 장치마다의 전기적, 기계적불균일이나 주위온도변화나 경시변화등을 대응할 수 있다.

또 2차원열화상검출시에 리얼타임에 초퍼의 고장을 검출하므로, 동작중의 순간정전이나 단선, 초퍼의 기계적록 등 고장을 즉시 발견할 수 있다. 잘못 온도를 측정하는 일이 없어지고, 신뢰성도 대폭으로 향상한다.

또 2차원열화상검출전에 초퍼의 고장을 검출하므로, 쓸데없는 온도측정동작을 하지 않는 등 에너지절약도 된다.

Claims (6)

1. 직선축상에 1차원으로 배치된 복수의 초전형열검출소자군과, 이 초전형열검출소자군과 일체로 된 적외투과렌즈와, 상기 적외투과렌즈를 개재하여 상기 초전형열검출소자군에 입사하는 적외선의 양을 제한하는 초퍼와, 상기 초퍼의 동작을 검출하는 초퍼동작검출부와, 상기 직선축에 평행 혹은 일정한 각도만큼 경사지게한 회전축을 가지고, 상기 회전축을 중심으로 해서 상기 초전형열검출소자군을 회전시켜 2차원 열화상을 얻는 것을 특징으로 하는 열화상검출장치.
2. 제1항에 있어서, 초퍼는 광 및 적외선을 투과하지 않는 셔터를 사용해서 구성되고, 초퍼동작검출부는 이 상기 셔터의 개방상태내지 폐쇄상태를 광투과의 유무에 따라서 판단하는 광검출소자를 사용해서 구성되는 것을 특징으로 하는 열화상검출장치.
3. 제1항에 있어서, 회전에 의한 2차원열화상검출시에 입력되는 초퍼동작검출부로부터의 신호에 의해 초퍼의 개방제어시간과 폐쇄제어시간을 가변함으로써 상기 초퍼의 개방상태와 폐쇄상태의 시간비를 소정범위 내로 유지하는 듀티보정부를 구비한 것을 특징으로 하는 열화상검출장치.
4. 제1항에 있어서, 회전에 의한 2차원열화상검출전에 초퍼를 구동하여, 초퍼동작검출부로부터의 신호에 의해 초퍼의 개방제어시간과 폐쇄제어시간을 가변함으로써 상기 초퍼의 개방상태와 폐쇄상태의 시간비를 소정범위내로 유지하는 듀티보정부를 구비한 것을 특징으로 하는 열화상검출장치.
5. 제1항에 있어서, 회전에 의한 2차원열화상검출시에 입력되는 초퍼동작검출부로부터의 신호에 의해, 초퍼의 고장을 검출하는 고장검출부를 구비한 것을 특징으로 하는 열화상검출장치.
6. 제1항에 있어서, 회전에 의한 2차원열화상검출전에 초퍼를 구동하여, 초퍼동작검출부로부터의 신호에 의해 초퍼의 고장을 검출하는 고장검출부를 구비한 것을 특징으로 하는 열화상검출장치.