TWI651519B - 溫度量測校正方法、電子系統及校正迴歸係數表的產生方法 - Google Patents

溫度量測校正方法、電子系統及校正迴歸係數表的產生方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI651519B
TWI651519B TW106145603A TW106145603A TWI651519B TW I651519 B TWI651519 B TW I651519B TW 106145603 A TW106145603 A TW 106145603A TW 106145603 A TW106145603 A TW 106145603A TW I651519 B TWI651519 B TW I651519B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
temperature
sensing device
thermal radiation
regression coefficient
focal plane
Prior art date
Application number
TW106145603A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201928319A (zh
Inventor
湯相峰
顏順隆
羅堃旂
林文仁
Original Assignee
國家中山科學研究院
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 國家中山科學研究院 filed Critical 國家中山科學研究院
Priority to TW106145603A priority Critical patent/TWI651519B/zh
Priority to US16/122,890 priority patent/US10969280B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI651519B publication Critical patent/TWI651519B/zh
Publication of TW201928319A publication Critical patent/TW201928319A/zh

Links

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
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/06—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity
    • 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
    • G01J5/52—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using comparison with reference sources, e.g. disappearing-filament pyrometer
    • G01J5/56—Electrical features thereof
    • 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
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/06—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity
    • G01J5/064—Ambient temperature sensor; Housing temperature sensor; Constructional details thereof
    • 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
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
    • G01J5/22—Electrical features thereof
    • G01J5/24—Use of specially adapted circuits, e.g. bridge 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
    • G01J5/52—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using comparison with reference sources, e.g. disappearing-filament pyrometer
    • G01J5/53—Reference sources, e.g. standard lamps; Black bodies
    • 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
    • G01J2005/0077—Imaging
    • 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
    • G01J5/80—Calibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

一種溫度量測校正方法，用於一溫度感測裝置，該溫度感測裝置包含有一機殼以及設置於該機殼內部之一焦平面陣列模組，該溫度量測校正方法包含有：量測一環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列模組之操作溫度；根據該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列模組之操作溫度，決定出複數個熱輻射校正迴歸係數；利用該溫度感測裝置感測一物體所輻射出之紅外線能量，以產生一電子訊號；以及根據該複數個熱輻射校正迴歸係數以及該電子訊號計算出該物體之一實際溫度值。

Description

溫度量測校正方法、電子系統及校正迴歸係數表的產生方法
本發明係指一種溫度量測校正方法、電子系統及校正迴歸係數表的產生方法，尤指一種可提昇量測精準度之溫度量測校正方法、電子系統及校正迴歸係數表的產生方法。
習知紅外線有著極強的穿透力，能應用在通訊、醫療、探測或軍事等方面，用途廣泛，針對非大氣窗的應用，則常被使用在氣體偵測器，能夠偵測特定氣體的吸收波長進而判斷該氣體的濃度或是否有外洩的情形；若使用紅外線來做成像系統，所選的波長一般為8~15微米的長紅外線，因為該波段紅外線不需要額外照射，能在常溫下使用，不需通過額外的冷卻手段來抑制雜訊，另一方面，人體的黑體輻射波長峰值在10微米左右，因此在應用方面軍事可做為單兵夜間作戰射擊時使用，而在民生部分可作為車用的夜視 輔助，例如自動駕駛等。簡言之，紅外線感測技術已被廣泛地應用於各種領域中。
室溫型熱像機(uncooled thermal camera)是一種藉由微測熱輻射感測器(microbolometer)之焦平面陣列(focal plane array)來接收輻射熱後，再由讀出電路依據分子結構發生變化所產生電阻上的改變，來量測出相應的電子訊號。接著，利用所測出的電子訊號之訊號值來計算出實際量測到的溫度。不過有鑑於感測器之製程變異以及焦平面陣列溫度的影響，常會使讀出電路所測出電子訊號存有誤差的情況而導致量測溫度不準確。
傳統的校正方法為快門位準(shutter offset)校正補償法，其係使用光學快門(optical shutter)在運作時的開關操作來改善量測時的熱漂移影響，進而得以提昇準確性。不過傳統快門位準校正補償法必須額外設置快門硬體設備，這在體積微小的感測器中將是一大缺點與限制。另一種校正方法為無快門位準校正補償法，其係透過複雜的多階方程式(多個2階以及3階方程式)來修正因不同肇因之熱因素所造成的量測溫度飄移。但是過於複雜的多階方程式運算將會損耗過多的系統資源以及運算時間。因此，習知技術實有改進的必要，若能在不需額外設置快門硬體設備，又不需大量系統的運算情況下實現量測校正目的，則有利於進一步發展相關技術。
因此，本發明之主要目的之一即在於提供可提昇量測精準度之度量測校正方法、電子系統及校正迴歸係數表的產生方法，以解決上述問題。
本發明提供一種溫度量測校正方法，用於一溫度感測裝置，該溫度感測裝置包含有一機殼以及設置於該機殼內部之一焦平面陣列模組，該溫度量測校正方法包含有：量測一環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列模組之操作溫度；根據該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列模組之操作溫度，決定出複數個熱輻射校正迴歸係數；利用該溫度感測裝置感測一物體所輻射出之紅外線能量，以產生一電子訊號；以及根據該複數個熱輻射校正迴歸係數以及該電子訊號計算出該物體之一實際溫度值。
本發明另提供一種電子系統，包含有：一第一溫度感測裝置，包含有：一機殼；一焦平面陣列模組，設置於該機殼內部，包含有：一焦平面陣列，包含有複數個紅外線感測器，用以感測一物體所輻射出之紅外線能量；一讀出電路，用來響應於該複數個紅外線感測器所感測到之紅外線能量產生一電子訊號；一第二溫度感測裝置，用來量測一環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列模組之操作溫度；以及一處理器，用來根據該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平 面陣列模組之操作溫度決定出複數個熱輻射校正迴歸係數，並根據該複數個熱輻射校正迴歸係數與該電子訊號計算出該物體之一實際溫度值。
本發明另提供一種校正迴歸係數表的產生方法，用於一溫度感測裝置，該溫度感測裝置包含有一機殼以及設置於該機殼內部之一焦平面陣列模組，該校正迴歸係數表的產生方法包含有：於同一量測環境下，利用該溫度感測裝置量測不同溫度之物體以產生複數個電子訊號；根據該複數個電子訊號以及一黑體輻射公式計算出對應於該量測環境之熱輻射校正迴歸係數；以及儲存對應於該量測環境之熱輻射校正迴歸係數以建立一校正迴歸係數表。
以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本創作達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本創作的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。
1‧‧‧電子系統
10、20‧‧‧溫度感測裝置
102‧‧‧機殼
104‧‧‧焦平面陣列模組
1042‧‧‧焦平面陣列
1044‧‧‧讀出電路
30‧‧‧處理器
40‧‧‧儲存裝置
2、3‧‧‧流程
S200、S202、S204、S206、S208、S210、S300、S302、S304、S306、S308‧‧‧步驟
第1圖為本發明實施例之一電子系統之示意圖。
第2圖為本發明實施例之一溫度校正流程之示意圖。
第3圖為本發明實施例之一校正迴歸係數表之產 生流程之示意圖。
以下係藉由特定的具體實例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之優點及功效。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例之一電子系統1之示意圖。電子系統1包含有溫度感測裝置10及20、一處理器30及一儲存裝置40。溫度感測裝置10包含有一機殼102以及一焦平面陣列(Focal Plane Array，FPA)模組104。焦平面陣列模組104係設置於機殼102之內部，機殼102用以支持焦平面陣列模組104。焦平面陣列模組104包含有一焦平面陣列1042及一讀出電路1044。焦平面陣列1042包含有複數個紅外線感測器(未繪示於圖中)，焦平面陣列1042之紅外線感測器可用以感測一物體所輻射出之紅外線能量。讀出電路1044用來響應於焦平面陣列1042之紅外線感測器所感測到的紅外線能量而產生一電子訊號。
舉例來說，焦平面陣列1042之紅外線感測器可吸收來自待測物體所輻射出之紅外線能量，進而使紅外線感測器元件特性改變，讀出電路1044依據紅外線感測器所感測到之紅外線能量而產生相應之電子訊號。讀出電路1044所產生之電子訊號可為一電壓訊號、一電流訊號或其他形式之電子 訊號。讀出電路1044所產生之電子訊號可被提供至處理器30以供後續運作。讀出電路1044所產生之電子訊號亦可被轉換成一數位訊號強度值，以提供後續運作。溫度感測裝置10可為一室溫型熱像機(uncooled thermal camera)。溫度感測裝置20可為基於微測熱輻射感測器(microbolometer)之感測裝置，且焦平面陣列1042之紅外線感測器可為微測熱輻射感測器，但本發明並不以此為限。溫度感測裝置10亦可為一低溫型熱像機(cooled thermal camera)。
溫度感測裝置20用來量測一環境背景溫度(ambient temperature)、機殼102之溫度以及焦平面陣列模組104之操作溫度。例如，機殼102之溫度可為溫度感測裝置10之機殼102之一內部溫度或機殼102之一外部溫度。焦平面陣列模組104之操作溫度可為焦平面陣列1042之紅外線感測器之內部元件溫度、讀出電路1044之內部元件溫度或焦平面陣列模組104之相關元件之溫度。此外，溫度感測裝置20可包含至少一溫度量測器，以量測環境背景溫度、機殼102之溫度以及焦平面陣列模組104之操作溫度。例如，溫度感測裝置20包含一溫度量測器，以量測環境背景溫度、機殼102之溫度以及焦平面陣列模組104之操作溫度。或是，視實際量測環境需求，溫度感測裝置20包含複數個溫度量測器，分別設置於電子系統1之使用環境、溫度感測裝置10之機殼102及溫度感測裝置10之焦平面陣列模組104當中之至少一者上，以量測環境背景 溫度、機殼102之溫度以及焦平面陣列模組104之操作溫度。溫度感測裝置20可為一熱電偶(thermocouple)感測器、一電阻溫度感測器(Resistance Temperature Detector，RTD)、一熱敏電阻(thermistor)溫度感測器或其組合，但本發明並不以此為限。在一實施例中，相較於溫度感測裝置10，溫度感測裝置20可以低成本之感測器來實現。
處理器30用來根據溫度感測裝置20所量測出之環境背景溫度、機殼102之溫度以及焦平面陣列模組104之操作溫度決定出複數個熱輻射校正迴歸係數，並根據複數個熱輻射校正迴歸係數與溫度感測裝置10產生之電子訊號計算出待測物體之一實際溫度值。儲存裝置40用來儲存一校正迴歸係數表。校正迴歸係數表可記載每一組環境背景溫度、機殼102之溫度以及焦平面陣列模組104之操作溫度之組合所對應的熱輻射校正迴歸係數。
簡言之，本發明之電子系統1可依據環境背景溫度、機殼102之溫度以及焦平面陣列模組104之操作溫度來調整熱輻射校正迴歸係數並據以計算出待測物體之實際溫度值，進而改善溫度感測裝置10量測待測物體時的感測偏移現象，以提昇量測的準確性。
關於電子系統1的運作方法，可歸納為一流程2，請參考第2圖，第2圖為本發明實施例之一流程2之示意圖。流程2包含以下步驟：
步驟S200：開始。
步驟S202：量測環境背景溫度、機殼102之溫度及焦平面陣列模組104之操作溫度。
步驟S204：根據環境背景溫度、機殼102之溫度及焦平面陣列模組104之操作溫度決定出熱輻射校正迴歸係數。
步驟S206：利用溫度感測裝置10感測待測物體所輻射出之紅外線能量以產生電子訊號。
步驟S208：根據熱輻射校正迴歸係數及電子訊號計算出待測物體之實際溫度值。
步驟S210：結束。
根據流程2，於步驟S202中，利用溫度感測裝置20量測環境背景溫度、機殼102之溫度及焦平面陣列模組104之操作溫度，並將該些溫度資訊提供至處理器30。
於步驟S204中，處理器30根據環境背景溫度、機殼102之溫度及焦平面陣列模組104之操作溫度決定熱輻射校正迴歸係數(例如熱輻射校正迴歸係數R、B、F、O)。例如。處理器30可依據事先建置之一校正迴歸係數表以及步驟S202中溫度感測裝置20所量測出之環境背景溫度、機殼102之溫度及焦平面陣列模組104之操作溫度來決定出熱輻射校正迴歸係數。舉例來說，儲存裝置40儲存一校正迴歸係數表。其中校正迴歸係數表記載有每一組環境背景溫度、機殼102之溫度以 及焦平面陣列模組104之操作溫度之組合所對應的熱輻射校正迴歸係數。其中，校正迴歸係數表係有關於該溫度感測裝置10量測不同溫度之物體時所產生之電子訊號與該複數個熱輻射校正迴歸係數中之至少一熱輻射校正迴歸係數為固定值的情況下所計算出之結果。在此情況下，處理器30可查詢儲存裝置40所儲存之校正迴歸係數表，並由校正迴歸係數表查找出對應於步驟S202中所量測出之環境背景溫度、機殼102之溫度及焦平面陣列模組104之操作溫度的熱輻射校正迴歸係數。換言之，處理器30可依據環境背景溫度、機殼102之溫度及焦平面陣列模組104之操作溫度等溫度資訊來選擇出不同熱輻射校正迴歸係數。
於步驟S206中，利用溫度感測裝置10感測待測物體所輻射出之紅外線能量以產生電子訊號。也就是說，基於溫度感測裝置20所量測出之環境背景溫度、機殼102之溫度及焦平面陣列模組104之操作溫度的環境下，溫度感測裝置10感測待測物體所輻射出之紅外線能量並據以產生電子訊號。
於步驟S208中，處理器30根據步驟S204中所取得之熱輻射校正迴歸係數及以及步驟S206中溫度感測裝置10所量測產生之電子訊號計算出待測物體之實際溫度值。舉例來說，假設於步驟S204中，處理器30根據環境背景溫度、機殼102之溫度及焦平面陣列模組104之操作溫度決定出4個熱輻射校正迴歸係數，分別為R、B、F、O。於步驟S206中，焦平面陣 列1042之紅外線感測器吸收來自一待測物體所出之紅外線能量。讀出電路1044讀出電路1044依據紅外線感測器所感測到之紅外線能量而產生一電壓訊號，並將電壓訊號轉換為一數位形式之量測電壓值VD。處理器30可依據一普朗克曲線近似公式(Planck curve approximate equation)來計算出計算待測物體之一實際溫度值TO。其中普朗克曲線近似公式表示如下式(1)。
其中，VD為溫度感測裝置10所量測到之量測電壓值，R、B、F、O為熱輻射校正迴歸係數。例如熱輻射校正迴歸係數R表示溫度感測裝置10的接收外界能量之系統響應、熱輻射校正迴歸係數B為溫度感測裝置10的吸收光譜參數、熱輻射校正迴歸係數F為溫度感測裝置10的非線性校準參數、熱輻射校正迴歸係數O是偏移量參數。TO為待測物體之實際溫度值。其中式(1)之逆函數可表示成式(2)。
因此，處理器30透過將溫度感測裝置10所量測到之量測電壓值VD以及步驟S204中所取得之熱輻射校正迴歸係數代入式(2)進行運算即可求解得到待測物體之實際溫度值TO。簡言之，將溫度感測裝置10基於所感測到的紅外線能量而 產生的原始電子訊號值與基於環境背景溫度、機殼102之溫度及焦平面陣列模組104之操作溫度所決定出之熱輻射校正迴歸係數，依據式(2)進行運算，即可取得校正後之物體實際溫度。
關於校正迴歸係數表之產生方法，可歸納為一流程3，請參考第3圖，第3圖為本發明實施例之一流程3之示意圖。流程3包含以下步驟：
步驟S300：開始。
步驟S302：於同一量測環境下，量測不同溫度之物體以產生複數個電子訊號。
步驟S304：根據複數個電子訊號以及黑體輻射公式計算出對應於該量測環境之熱輻射校正迴歸係數。
步驟S306：儲存對應於該量測環境之熱輻射校正迴歸係數以建立一校正迴歸係數表。
步驟S308：結束。
根據流程3，於步驟S302中，當電子系統處於一校正迴歸係數表之一建置期間時，利用溫度感測裝置10在同一量測環境下量測不同溫度之物體以產生複數個電子訊號，並將該些電子訊號提供至處理器30。所述量測環境可包括於環境背景溫度為一第一溫度、溫度感測裝置10之機殼102之溫度為一第二溫度及溫度感測裝置10之焦平面陣列模組104之操 作溫度為一第三溫度之環境。舉例來說，於環境背景溫度為TA1、溫度感測裝置10之機殼102之溫度為TC1以及溫度感測裝置10之焦平面陣列模組104之操作溫度為TF1的環境中，溫度感測裝置10量測具有溫度為T1之一第一物體，以產生一量測電壓值VD1。於環境背景溫度為TA1、溫度感測裝置10之機殼102之溫度為TC1以及溫度感測裝置10之焦平面陣列模組104之操作溫度為TF1的環境中，溫度感測裝置10量測具有溫度為T2之一第二物體，以產生一量測電壓值VD2。其中溫度T1不同於溫度T2。
於步驟S304中，處理器30根據步驟S302中所量測到之電子訊號以及一黑體輻射公式計算出對應於該量測環境之熱輻射校正迴歸係數。舉例來說，處理器30依據式(1)且在熱輻射校正迴歸係數R、B、F、O中之至少一熱輻射校正迴歸係數為固定值的情況下計算出對應於該量測環境之熱輻射校正迴歸係數。例如，假設熱輻射校正迴歸係數B1與F1分別為一固定值，將第一物體溫度之溫度T1以及量測電壓值VD1代入式(1)後，可表示為式(3)。
其中，R'與O1'為校正後之熱輻射校正迴歸係數。將第二物體溫度之溫度T2以及量測電壓值VD2代入式(1)後，可表示為式(4)。
由於熱輻射校正迴歸係數B1與F1分別為一固定值，且第一物體溫度之溫度T1、量測電壓值VD1、第二物體溫度之溫度T2以及量測電壓值VD2為已知的情況下，將式(3)與式(4)聯立求解即可求得校正後之熱輻射校正迴歸係數R1'與O1'。請參考下列表1，處理器30便可將熱輻射校正迴歸係數B1與F1以及校正後之熱輻射校正迴歸係數R1'與O1'設定為對應於之此量測環境(環境背景溫度為TA1、溫度感測裝置10之機殼102之溫度為TC1以及溫度感測裝置10之焦平面陣列模組104之操作溫度為TF1之量測環境)之熱輻射校正迴歸係數。
於步驟S306中，依據量測環境之資訊以及對應於此量測環境之熱輻射校正迴歸係數以建立一校正迴歸係數表。處理器30可將每一量測環境中所取得之對應熱輻射校正迴歸係數儲存於儲存裝置40以建立該校正迴歸係數表。其中校正迴歸係數表可以一查找表(lookup table)形式被儲存於儲存裝置40中。例如下列表1即為本發明中之校正迴歸係數表之一實施例。其中表1為假設式(1)中之熱輻射校正迴歸係數B為一固定值B1與熱輻射校正迴歸係數F為一固定值F1之情況下所計算出之熱輻射校正迴歸係數。
表1
簡言之，本發明可於各種不同量測環境下，依據根據流程3之步驟建置每一量測環境中所對應之熱輻射校正迴歸係數。不同量測環境下所對應的熱輻射校正迴歸係數將會隨之不同。當校正迴歸係數表被建置好而存放於儲存裝置40後，當電子系統1於正常操作期間利用溫度感測裝置10來測量待測物體之溫度時，可依據流程3之步驟，先由溫度感測裝置20量測環境背景溫度、機殼102之溫度以及焦平面陣列模組104之操作溫度。處理器30查詢儲存裝置40中之校正迴歸係數 表以讀取相應之熱輻射校正迴歸係數。當溫度感測裝置10來感測待測物體之溫度而產生相應之電子訊號後，將相應之電子訊號與相應之熱輻射校正迴歸係數代入式(2)，即可取得精確之物體實際溫度。
在一實施例中，以應用於一小範圍之低溫區段為例，例如使用黑體輻射源溫度範圍為：0~50℃，於建置校正迴歸係數表之期間可使用平面式標準黑體輻射源來當校正時的標準溫度基準，例如，於建置校正迴歸係數表之期間，讓黑體輻射面全部涵蓋溫度感測裝置10鏡頭的可視角，同時可調整黑體輻射源於不同溫度，並以黑體輻射源為標準溫度來執行校正。於環境背景溫度為19.2℃、溫度感測裝置10之機殼102之溫度為23.32℃以及溫度感測裝置10之焦平面陣列模組104之操作溫度為22℃的環境中，執行高低雙溫度點(45℃及20℃)區域校正，來決定熱輻射校正迴歸係數R、B、F、O。其中熱輻射校正迴歸係數R表示溫度感測裝置10的接收外界能量之系統響應、熱輻射校正迴歸係數B為溫度感測裝置10的吸收光譜參數以及熱輻射校正迴歸係數F為溫度感測裝置10的非線性校準參數。
在黑體輻射源20℃時溫度感測裝置10之焦平面陣列1042之紅外線感測器感測黑體輻射源所輻射出之紅外線能量，使讀出電路1044據以產生相應之平均電壓訊號並將平均電壓訊號轉換成平均電壓值VD1，例如平均電壓值VD1為 3109.25 counts@14bits。同樣地，在黑體輻射源45℃時溫度感測裝置10之焦平面陣列1042之紅外線感測器感測黑體輻射源所輻射出之紅外線能量，使讀出電路1044據以產生相應之平均電壓訊號並將平均電壓訊號轉換成平均電壓值VD2，例如平均電壓值VD2為4538 counts@14bits。在此情況下，將溫度T1=20以及電壓值VD1=3109.25代入式(3)，將溫度T2=45以及電壓值VD2=4538代入式(4)，將熱輻射校正迴歸係數B設為1428以及將熱輻射校正迴歸係數F設為1並代入式(3)與式(4)，將(3)與式(4)聯立求解此二元一次方程式，可得熱輻射校正迴歸係數R為392760以及熱輻射校正迴歸係數O為83.5158(如下表2所示)。
接著，在同一量測環境下，將黑體輻射源分別調整至下列四個溫度：20℃、30℃、40℃、50℃，根據流程2之步驟S206，利用溫度感測裝置10感測黑體輻射源所輻射出之紅外線能量以產生平均電壓值VD如表2所示。再將熱輻射校正迴歸係數R為392760、熱輻射校正迴歸係數O為83.5158、輻射校正迴歸係數B為1428、將熱輻射校正迴歸係數F為1以及平均電壓值VD代入式(2)即可得到逆運算後之溫度值，此值即為溫度感測裝置10量測黑體源輻射所得到的實際溫度值。
在一實施例中，以應用於一大範圍之高溫區段為例，例如使用黑體輻射源溫度範圍為：0~500℃，於建置校正迴歸係數表之期間可使用平面式標準黑體輻射源來當校正時的標準溫度基準，例如，於建置校正迴歸係數表之期間，讓黑體輻射面全部涵蓋溫度感測裝置10鏡頭的可視角，同時可調整黑體輻射源於不同溫度，並以黑體輻射源為標準溫度來執行校正。於環境背景溫度為18.8℃、溫度感測裝置10之機殼102之溫度為23.76℃以及溫度感測裝置10之焦平面陣列模組104之操作溫度為22.4℃的環境中，執行高低雙溫度點(30 ℃及90℃)區域校正，來決定熱輻射校正迴歸係數R、B、F、O。
在黑體輻射源30℃時溫度感測裝置10之焦平面陣列1042之紅外線感測器感測黑體輻射源所輻射出之紅外線能量，使讀出電路1044據以產生相應之平均電壓訊號並將平均電壓訊號轉換成平均電壓值VD1，例如平均電壓值VD1為3794 counts@14bits。同樣地，在黑體輻射源90℃時溫度感測裝置10之焦平面陣列1042之紅外線感測器感測黑體輻射源所輻射出之紅外線能量，使讀出電路1044據以產生相應之平均電壓訊號並將平均電壓訊號轉換成平均電壓值VD2，例如平均電壓值VD2為7480.5counts@14bits。在此情況下，將溫度T1=30以及電壓值VD1=3794代入式(3)，將溫度T2=90以及電壓值VD2=7480.5代入式(4)，將熱輻射校正迴歸係數B設為1428以及將熱輻射校正迴歸係數F設為1並代入式(3)與式(4)，並將(3)與式(4)聯立求解此二元一次方程式，可得熱輻射校正迴歸係數R為338281以及熱輻射校正迴歸係數O為729.066(如下表3所示)。
接著，在同一量測環境下，將黑體輻射源分別調整至下列四個溫度：25℃、50℃、75℃、100℃，根據流程2之步驟S206，利用溫度感測裝置10感測黑體輻射源所輻射出之紅外線能量以產生平均電壓值VD如表3所示。再將熱輻射校正迴歸係數R為338281、熱輻射校正迴歸係數O為729.066、輻射 校正迴歸係數B為1428、將熱輻射校正迴歸係數F為1以及平均電壓值VD代入式(2)即可得到逆運算後之溫度值，此值即為溫度感測裝置10量測黑體源輻射所得到的實際溫度值。
由上述表2與表3所述之兩個實施例可以驗證出本發明依據環境背景溫度、機殼102之溫度以及焦平面陣列模組104之操作溫度來決定不同的熱輻射校正迴歸係數(R、B、F、O)，並據以計算出待測物體之實際溫度值，實際上精度可高達±0.4℃以內而具有極優異的量測準確性。
值得注意的是，上述處理器30所執行的步驟，包 括所建議的步驟，可通過硬體、韌體(即硬體裝置與計算器指令的組合，硬體裝置中的資料為唯讀軟體資料)或處理系統等方式實現。硬體可包括類比、數位及混合電路(即微電路、微晶片或矽晶片)。處理系統可包括系統單晶片(system on chip，SOC)、系統封裝(system in package，SIP)、計算器模組(computer on module，COM)及處理器30。
綜上所述，本發明之電子系統1可依據環境背景溫度、機殼102之溫度以及焦平面陣列模組104之操作溫度來調整熱輻射校正迴歸係數並據以計算出待測物體之實際溫度值，進而改善溫度感測裝置10量測待測物體時的感測偏移現象而提昇量測的準確性。相較於傳統技術，本發明不需額外設置快門硬體設備，同時也不需進行大量系統運算來處理複雜的多階方程式，即可有效提昇溫度量測的準確性。。
上述之實施例僅為例示性說明本創作之特點及功效，非用以限制本創作之實質技術內容的範圍，任何熟悉此技藝之人士均可在不違背創作之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化，因此，本創作之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (9)

  1. 一種溫度量測校正方法，用於一溫度感測裝置，該溫度感測裝置包含有一機殼以及設置於該機殼內部之一焦平面陣列模組，該溫度量測校正方法包含有：量測一環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列模組之操作溫度；根據該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列模組之操作溫度，決定出複數個熱輻射校正迴歸係數，該步驟包含有：查詢一校正迴歸係數表，以讀取對應於該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列模組之操作溫度之該複數個熱輻射校正迴歸係數，其中，該校正迴歸係數表係有關於該溫度感測裝置量測不同溫度之物體時所產生之電子訊號與該複數個熱輻射校正迴歸係數中之至少一熱輻射校正迴歸係數為固定值的情況下所計算出之結果；利用該溫度感測裝置感測一物體所輻射出之紅外線能量，以產生一電子訊號；以及根據該複數個熱輻射校正迴歸係數以及該電子訊號計算出該物體之一實際溫度值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之溫度量測校正方法，其中該溫度感測裝置為基於微測熱輻射感測器之感測裝置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之溫度量測校正方法，其另包含：於同一量測環境下，利用該溫度感測裝置量測不同溫度之物體以產生複數個第一電子訊號；根據該複數個第一電子訊號以及一黑體輻射公式計算出對應於該量測環境之熱輻射校正迴歸係數；以及儲存對應於該量測環境之熱輻射校正迴歸係數以建立一校正迴歸係數表。
  4. 一種電子系統，包含有：一第一溫度感測裝置，包含有：一機殼；一焦平面陣列模組，設置於該機殼之內部，包含有：一焦平面陣列，包含有複數個紅外線感測器，用以感測一物體所輻射出之紅外線能量；一讀出電路，用來響應於該複數個紅外線感測器所感測到之紅外線能量產生一電子訊號；一第二溫度感測裝置，用來量測一環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列模組之操作溫度；以及一處理器，用來根據該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列模組之操作溫度決定出複數個熱輻射校正迴歸係數，並根據該複數個熱輻射校正迴歸係數與該電子訊號計算出該物體之一實際溫度值。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電子系統，其中該處理器查詢一校正迴歸係數表以讀取相應於該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列模組之操作溫度之該複數個熱輻射校正迴歸係數。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之電子系統，其中該溫度感測裝置為基於微測熱輻射感測器之感測裝置，以及該複數個紅外線感測器為微測熱輻射感測器。
  7. 一種校正迴歸係數表的產生方法，用於一溫度感測裝置，該溫度感測裝置包含有一機殼以及設置於該機殼內部之一焦平面陣列模組，該校正迴歸係數表的產生方法包含有：於同一量測環境下，利用該溫度感測裝置量測不同溫度之物體以產生複數個電子訊號；根據該複數個電子訊號以及一黑體輻射公式計算出對應於該量測環境之熱輻射校正迴歸係數；以及儲存對應於該量測環境之熱輻射校正迴歸係數以建立一校正迴歸係數表。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之產生方法，其中根據該複數個電子訊號以及該黑體輻射公式計算出對應於該量測環境之熱輻射校正迴歸係數之步驟包含有：於該複數個熱輻射校正迴歸係數中之至少一熱輻射校正迴歸係數為固定值的情況下，依據該黑體輻射公式以及該複數個電子訊號計算出對應於該量測環境之熱輻射校正迴歸係數。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之產生方法，其中該溫度感測裝置為基於微測熱輻射感測器之感測裝置。
TW106145603A 2017-12-26 2017-12-26 溫度量測校正方法、電子系統及校正迴歸係數表的產生方法 TWI651519B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW106145603A TWI651519B (zh) 2017-12-26 2017-12-26 溫度量測校正方法、電子系統及校正迴歸係數表的產生方法
US16/122,890 US10969280B2 (en) 2017-12-26 2018-09-06 Temperature measurement correction method, electronic system and method of generating correction regression coefficient table

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW106145603A TWI651519B (zh) 2017-12-26 2017-12-26 溫度量測校正方法、電子系統及校正迴歸係數表的產生方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI651519B true TWI651519B (zh) 2019-02-21
TW201928319A TW201928319A (zh) 2019-07-16

Family

ID=66213922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106145603A TWI651519B (zh) 2017-12-26 2017-12-26 溫度量測校正方法、電子系統及校正迴歸係數表的產生方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10969280B2 (zh)
TW (1) TWI651519B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI731708B (zh) * 2020-06-08 2021-06-21 創意電子股份有限公司 溫度感測裝置以及溫度感測方法
TWI820633B (zh) * 2022-03-09 2023-11-01 國家中山科學研究院 不受快門干擾熱影像模組測溫校正方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110631710B (zh) * 2019-10-18 2020-12-04 海视英科光电（苏州）有限公司 一种无挡片红外测温方法及装置
TWI714357B (zh) * 2019-11-19 2020-12-21 英業達股份有限公司 溫度感測裝置及伺服器
US20220061675A1 (en) * 2020-08-28 2022-03-03 Pixart Imaging Inc. Forehead temperature measurement system with high accuracy
CN112113671B (zh) * 2020-08-31 2021-08-20 武汉高德智感科技有限公司 一种红外探测器质量检测方法及装置
CN114136447B (zh) * 2020-09-04 2024-06-18 华为技术有限公司 一种测量温度的方法、电子设备及计算机可读存储介质
CN112229521B (zh) * 2020-09-29 2022-02-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种具有温度自校正的红外探测器电子学系统及校正方法
US20220146319A1 (en) * 2020-11-11 2022-05-12 Radiant Innovation Inc. Temperature calibration method of infrared thermal image camera and calibration method of temperature sensing system of infrared thermal image camera
TWI811989B (zh) * 2022-01-27 2023-08-11 國家中山科學研究院 在環境溫度變動下測溫穩定的方法
CN115824427B (zh) * 2023-02-20 2023-05-12 四川大学华西医院 温度校正方法、装置、设备及存储介质

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103424192A (zh) * 2013-07-16 2013-12-04 电子科技大学 一种红外测温仪温度漂移补偿的方法
TW201601536A (zh) * 2014-06-23 2016-01-01 Guang Qian Prec Co Ltd 紅外線焦平面陣列模組的性能參數量測方法及壞點偵測方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5150969A (en) * 1990-03-12 1992-09-29 Ivac Corporation System and method for temperature determination and calibration in a biomedical probe
IL152425A (en) * 2000-05-01 2006-12-10 Bae Systems Information Methods and apparatus for compensating a radiation sensor for temperature variations of the sensor
IL157344A0 (en) * 2003-08-11 2004-06-20 Opgal Ltd Internal temperature reference source and mtf inverse filter for radiometry
US20080179520A1 (en) * 2007-01-30 2008-07-31 Northrop Grumman Corporation Direct-view focal plane array
US20090272888A1 (en) * 2008-01-25 2009-11-05 Nugent Paul W Thermal infrared imaging system and associated methods for radiometric calibration
US8235590B2 (en) * 2008-08-21 2012-08-07 Fluke Corporation Thermal instrument engine
US8374821B2 (en) * 2010-12-22 2013-02-12 Utility Risk Management Corporation, Llc Thermal powerline rating and clearance analysis using thermal imaging technology
US10079982B2 (en) * 2011-06-10 2018-09-18 Flir Systems, Inc. Determination of an absolute radiometric value using blocked infrared sensors
US10389953B2 (en) * 2011-06-10 2019-08-20 Flir Systems, Inc. Infrared imaging device having a shutter
US20140378843A1 (en) * 2012-01-20 2014-12-25 The Trustees Of Dartmouth College Method And Apparatus For Quantitative Hyperspectral Fluorescence And Reflectance Imaging For Surgical Guidance
US10996542B2 (en) * 2012-12-31 2021-05-04 Flir Systems, Inc. Infrared imaging system shutter assembly with integrated thermister
WO2014197073A2 (en) * 2013-03-14 2014-12-11 Drs Rsta, Inc. Integrated radiation shield and radiation stop
US11229370B2 (en) * 2014-05-05 2022-01-25 Healthy.Io Ltd. Portable device with multiple integrated sensors for vital signs scanning
US10309835B2 (en) * 2016-01-21 2019-06-04 Honeywell International Inc. Body core temperature measurement
US10325370B1 (en) * 2016-05-31 2019-06-18 University Of New Brunswick Method and system of coregistration of remote sensing images
WO2018070100A1 (ja) * 2016-10-14 2018-04-19 三菱電機株式会社 画像処理装置、画像処理方法、及び撮影装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103424192A (zh) * 2013-07-16 2013-12-04 电子科技大学 一种红外测温仪温度漂移补偿的方法
TW201601536A (zh) * 2014-06-23 2016-01-01 Guang Qian Prec Co Ltd 紅外線焦平面陣列模組的性能參數量測方法及壞點偵測方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Calibration of uncooled thermal infrared cameras Budzier, H.;Gerlach, G.J. Sens. Sens. Syst. 2015, 4, 187–197.
Calibration of uncooled thermal infrared cameras Budzier, H.;Gerlach, G.J. Sens. Sens. Syst. 2015, 4, 187–197. FPA camera standardization Horny, N. Infrared Phys. Technol., 44, 109–119, 2003. *
FPA camera standardization Horny, N. Infrared Phys. Technol., 44, 109–119, 2003.

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI731708B (zh) * 2020-06-08 2021-06-21 創意電子股份有限公司 溫度感測裝置以及溫度感測方法
US11448556B2 (en) 2020-06-08 2022-09-20 Global Unichip Corporation Temperature sensing device and temperature sensing method
TWI820633B (zh) * 2022-03-09 2023-11-01 國家中山科學研究院 不受快門干擾熱影像模組測溫校正方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10969280B2 (en) 2021-04-06
US20190195694A1 (en) 2019-06-27
TW201928319A (zh) 2019-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI651519B (zh) 溫度量測校正方法、電子系統及校正迴歸係數表的產生方法
KR101236551B1 (ko) 비냉각 마이크로 볼로미터 검출기를 사용하는 방사 측정을 이용한 적외선 카메라
RU2523775C2 (ru) Способ и система коррекции на основе квантовой теории для повышения точности радиационного термометра
CN106679817B (zh) 一种用于标定红外热像仪的方法
US8143574B2 (en) Method and apparatus for compensating infrared sensor for temperature
TWI716229B (zh) 高精準度非接觸式溫度量測裝置
US8748808B2 (en) Detection and correction of a loss of calibration of microbolometer thermal imaging radiometers
US7807968B2 (en) Method and system for measuring and compensating for the case temperature variations in a bolometer based system
Tempelhahn et al. Shutter-less calibration of uncooled infrared cameras
US9255846B1 (en) Digital temperature determination using a radiometrically calibrated and a non-calibrated digital thermal imager
JP2013531248A (ja) 赤外線温度測定、及び、その安定化
US20060221568A1 (en) Apparatus for determining temperature of a portable computer system
JP5702101B2 (ja) 赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置
Bieszczad et al. Measurement of thermal behavior of detector array surface with the use of microscopic thermal camera
JP2016133305A (ja) 赤外線検知装置
JPH11337415A (ja) 放射温度検出素子
TW202146862A (zh) 紅外線攝影裝置
JP2012154845A (ja) 温度測定装置における補正データの取得方法およびこれを行う、温度測定方法、及び、温度測定装置。
CN108613746A (zh) 一种基于铁路车辆红外探测的光子探测器校准装置及校准方法
JP7318049B1 (ja) 感温素子の温度変動下で黒体の温度測定を修正する方法
JP7271604B2 (ja) 赤外線撮像装置
KR102364226B1 (ko) 온도측정장치 및 그 장치의 써모파일 어레이 센서의 크로스토크 간섭 보정 방법
US11543298B1 (en) Temperature calibration method for a temperature measuring device
US20230123056A1 (en) Temperature measuring device having a temperature calibration function
WO2022188099A1 (zh) 探测器、探测装置及方法、可移动平台、可读存储介质