WO2017108230A1 - Verfahren und system zur berührungslosen temperaturmessung - Google Patents

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WO2017108230A1
WO2017108230A1 PCT/EP2016/075043 EP2016075043W WO2017108230A1 WO 2017108230 A1 WO2017108230 A1 WO 2017108230A1 EP 2016075043 W EP2016075043 W EP 2016075043W WO 2017108230 A1 WO2017108230 A1 WO 2017108230A1
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infrared
temperature
time
measuring system
measurement system
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PCT/EP2016/075043
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Michael Frank
Bodo Forg
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • 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
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    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/80—Calibration

Definitions

  • the invention relates to a non-contact temperature measurement.
  • the invention relates to a temperature measurement by means of infrared radiation.
  • thermal imaging camera is set up to visualize a temperature distribution on an object and to measure radiometrically temperatures of the object spatially resolved.
  • the thermal imaging camera comprises an infrared sensor, which can be embodied in particular as a silicon sensor, preferably in the FPA (Focal Plane Array) design.
  • the infrared sensor comprises a matrix of measuring cells which in each case depending on an incoming infrared radiation
  • An infrared optic which may include, for example, a lens, aperture, shutter, or lens holder, provides for a correct mapping of the infrared radiation emanating from the object on the matrix of the infrared sensor.
  • the elements of the optics in turn have a certain temperature and therefore radiate infrared light onto the infrared sensor.
  • the signal determined by the sensor represents a superposition of the useful signal emitted by the object with the interference signal emanating from the optical system.
  • an attempt is made to determine the interference signal as accurately as possible.
  • the interference signal can be measured, for example, by means of the infrared sensor if the useful signal is shielded by means of a mechanical shutter, a so-called shutter, from the infrared sensor.
  • a mechanical shutter a so-called shutter
  • the shutter is potentially costly and error prone.
  • the present invention has for its object to provide an improved technique for non-contact temperature measurement without a shutter gets along.
  • the invention solves this problem by means of the subjects of the independent claims. Subclaims give preferred embodiments again.
  • An infrared measuring system for the non-contact determination of the temperature of an object comprises an infrared sensor for scanning an incident infrared radiation, a temperature sensor for sensing a temperature of the infrared measuring system and a processing device for carrying out a measuring method.
  • a measuring method comprises at least steps of determining the infrared radiation impinging on the infrared sensor; determining a temperature of the infrared measurement system; determining the temperature of the object based on the determined radiation and temperature of the infrared measurement system, and time correcting the determined temperature of the infrared measurement system to compensate for the influence of temperature distribution in the infrared measurement system.
  • Scanning is to be understood as a single measurement, ie a process in which a variable to be measured is quantified once.
  • the temperature measurement of the infrared measurement system provides a numerical value of the temperature of the measurement system related to a single sampling instant.
  • An interfering signal that can act on the infrared sensor by elements of the infrared measuring system is typically closely correlated with the temperature of the infrared measuring system. However, this only applies if the infrared measuring system is in a thermally stable state, that is to say that a thermal equilibrium has been established so that the individual components of the infrared measuring system no longer change their temperatures, for example by heat conduction. Different elements of the infrared measuring system can also have different temperatures in the steady state. It may take about 3 to 5 minutes for an infrared measuring system to thermally equilibrate. The error superimposed on the measurement signal up to settling is also called a transient error.
  • the invention is based on the idea that the thermal settling of the infrared measuring system comprises a substantially time-dependent, inverse exponential function (e-function), which describes the strength of the interfering signal.
  • e-function inverse exponential function
  • Determining the temperature of the object preferably comprises compensating the determined radiation for a portion emanating from the infrared measurement system.
  • Compensating and possibly converting the determined infrared radiation into a temperature of the object can, for example, be carried out on the basis of a table of values which determine a temperature of the object as a function of the temperature of the infrared measuring system and of the particular infrared impinging on the infrared sensor Radiation determined.
  • a two-parameter function may be provided, for example a polynomial.
  • each area can be treated individually in the manner described.
  • the individual areas can also be treated similarly based on their distance from a central optical axis.
  • individual calibration is also possible.
  • the time-dependent correction is applied to the particular infrared radiation.
  • the signal provided by the infrared sensor can therefore be amplified or attenuated on the basis of a time-dependent function, for example. This correction can be easily done by a processing system.
  • the time-dependent correction is applied to the specific temperature of the infrared measuring system. Since the compensation in the above embodiment is dependent on the temperature of the infrared measuring system, a simplified processing can be achieved by the time-dependent influencing of the specific temperature of the infrared measuring system.
  • the time-dependent correction comprises the thermal influence of an active electrical component of the infrared measuring system.
  • the electrical component can comprise, for example, a processing device which in particular carries out the described method or parts thereof.
  • the electrical component comprises the infrared sensor itself. Other electrical components of the infrared measuring system may also be affected, for example a lighting device or a display device.
  • the active electrical component When the infrared measuring system is put into operation, the active electrical component is usually switched on. This results in a disturbance of the thermal balance of the infrared measuring system and the heat spreads over a time over the components of the infrared measuring system.
  • a programmable microcomputer may have a thermal power dissipation of 2 to 3 watts, which may result in a temperature differential between two elements of the infrared measurement system of about 5 to 10 Kelvin.
  • the thermal power dissipation of the active component can be applied to the time-dependent correction to achieve improved compensation.
  • time-dependent corrections for a warm-up phase and a cool-down phase are performed.
  • the warm-up phase one element of the infrared measuring system is raised above the temperature of the remaining components, so that the remaining components gradually heat up.
  • the cooling phase the heating is withdrawn or one of the elements of the infrared measuring system is lowered below a temperature of the remaining elements, so that they gradually lower their temperature as well.
  • the warm-up phase may mean that the electrical component is on and the cooling-down phase that the electrical component is off.
  • the time-dependent corrections for the warm-up phase and the cool-down phase can be different from each other.
  • different time-dependent functions for the two corrections can be provided. Takes a warm-up phase or a cool-down phase less long than for the thermal one
  • the time-dependent correction can be predetermined in different embodiments in the form of a polynomial or a characteristic field. Other expressions are also possible.
  • the infra-red measuring system described above can be set up, in particular, to carry out the method described above. As a result, an infrared measuring system can be specified, which is rapidly available and versatile in practical use.
  • Fig. 1 an infrared measuring system
  • FIG. 2 shows curves on the measuring system of FIG. 1
  • Fig. 3 shows a thermal transient on the infrared measuring system of
  • FIG. 4 shows a flow chart of a measuring method for the infrared measuring system of FIG. 1 in a first embodiment
  • FIG. 5 shows a flow chart of a measuring method for the infrared measuring system of FIG. 1 in a second embodiment
  • Fig. 6 shows an error caused by intermittent heating of the infrared measuring system of Fig. 1;
  • FIGS. 7-9 illustrate error traces on an exemplary infrared measurement system corresponding to that of FIG.
  • FIG. 1 shows an infrared measuring system 100, which is set up, for example, for the visualization of temperatures or temperature distributions on an object 105.
  • the object 105 radiates infrared radiation 110 as a function of its own temperature, which can be detected by the infrared measuring system 100.
  • the measuring system 100 comprises an infrared sensor 115.
  • the measuring system 100 usually also comprises further components, such as, in particular, an optic 120, which may comprise, for example, a lens, a diaphragm, a retaining element or a tube. These components are within the field of view of the infrared sensor 115, so that their infrared generated due to self-heat
  • Interference radiation 112 additionally arrives at the infrared sensor 115.
  • the influence of the interference radiation 112 on the optics 120 or other elements in the field of view of the infrared Sensor 115 depending on a temperature in the infrared measuring system 100 can be determined.
  • a temperature sensor 125 may be provided, which may be mounted at different locations of the infrared measurement system 100.
  • a processing device 130 By means of a processing device 130, a portion of the infrared radiation 110, 112 detected by the infrared interference radiation 112 of the optics 120 can be isolated and the temperature of the object 105 can be determined on the basis of the signal of the infrared sensor 115 be determined.
  • the infrared sensor 15 and the processing device 130 are designed to be integrated with one another. The two components may in particular be located on a common chip or arranged in a common chip housing.
  • the measuring system 100 typically includes a plurality of individual infrared-sensitive areas on the infrared sensor 115, which may be arranged in particular in matrix form.
  • a spatially resolved area of the object 105 can be determined in terms of its temperature in a large number of individual measurements.
  • the infrared sensor 115 may comprise a matrix of 80 rows and 60 columns.
  • the described compensation of the infrared interference radiation 112 emanating from the optics 120 is usually clearly dependent on the temperature of an element of the infrared measurement system 100 only when the infra- Red measuring system 100 is in a thermally steady state. If the infrared measuring system 100 is heated at a component, then this heat propagates over time through the measuring system 100 until the thermally stabilized state is reached again.
  • FIG. 2 illustrates this relationship on the basis of curves 200 on the measuring system 100 of FIG. 1.
  • a first curve 205 is shown, which represents an uncompensated relationship between the temperature determined for the object 105 over time compared to an actual temperature 210.
  • In the vertical direction is a temperature and in the horizontal direction a time plotted.
  • a second curve 215 is indicated, which indicates a time-dependent correction of the specific temperature of the object 105.
  • In the horizontal direction is a time and in the vertical direction a correction plotted.
  • the first curve 205 whose distance from the actual temperature 210 of the object 105 represents an error term, sounds in the manner of an inverse exponential function.
  • a time constant is used, which is usually called tau ( ⁇ ) and the amount of which depends on the design of the infrared measurement system 100. It is assumed that the error term has decayed to about 90% when a time has elapsed, which corresponds to about 3 ⁇ .
  • the correction 215 is modeled on the basis of an exponential function in order to correct the error term described above as accurately as possible when the curves 205 and 215 are added together.
  • the correction 215 determined on the basis of the model indicates which value is to be subtracted from the specific temperature in order to compensate for the effect of the infrared interference radiation 12 as far as possible.
  • FIG. 3 shows a thermal transient process on the infrared measurement system 100 of FIG. 1.
  • two illustrations of the infrared sensor 115 and a holding element 305 are shown at the top and bottom, with which the infrared sensor 115 is connected to the remaining components of the infrared sensor.
  • Measuring system 100 is connected.
  • corresponding temporal courses of temperatures of the infrared sensors 115 and the embedded temperature sensors 125 shown.
  • a thin insulator 310 is selected between the infrared sensor 115 and the holding member 305, which has a low thermal resistance. In the embodiment shown below, a thicker insulator 310 is used that has greater thermal resistance.
  • the processing device 130 starts to convert a predetermined electric power into heat. This waste heat reaches the infrared sensor 115 via the insulator 310. Due to the different thermal resistances, the infrared sensor 15 in the embodiment shown above heats up faster than that in the embodiment shown below, as the associated warm-up curves show.
  • the correction of the measurement error can be determined during the duration of a thermal transient of the infrared measurement system 100 improved.
  • the steepness of the warm-up curve can be expressed by the time constant ⁇ ; their shape essentially follows an inverse exponential function.
  • the exact behavior of the infrared measurement system 100 during a thermal transient can be modeled in different ways.
  • the system behavior is once characterized and accepted as valid for a larger number of devices.
  • one or more warm-up curves such as those of FIG. 3, under known conditions on a representative infrared measurement system 100 can each be determined as a function of time. Then, based on the warm-up curves, the time-dependent error is determined in order to use it for compensation on a plurality of identically constructed infrared measurement systems 100.
  • the system behavior may also depend on further parameters, for example, a self-temperature of the infrared measurement system 100.
  • the self-temperature can be determined, for example, by means of a further temperature sensor 125, which may be remote from the infrared sensor 115 and / or the processing device 130 , In yet another embodiment, those for the Measurement errors causal variables are determined.
  • temperature sensors 125 could be mounted at various positions in the infrared measurement system 100, and the system function can be deduced from the detected temperatures or temperature differences.
  • the device-specific behavior of the infrared measurement system 100 is determined individually during a calibration.
  • device-specific variations of the time-dependent error may arise, for example because of geometric tolerances of components that cause variations in thermal contact resistances of the measurement system 100. Therefore, identical measurement systems 100 can differ from one another with regard to their system behavior.
  • Each infrared measurement system 100 can be individually calibrated to better describe the individual time-dependent error. The basic procedure for this can correspond in particular to that of alternative 1, but no transfer of a specific system behavior from one system 100 to another takes place.
  • Adaptation (calibration) of the specific system behavior is preferably carried out once in the context of the production of the system 100, but can also be carried out or renewed periodically or event-controlled.
  • a simplified calibration can be carried out by, for example, varying a number of parameters compared with the first alternative for determining the system behavior. Alternatively, a shorter observation period or other simplification may be used.
  • the device-specific system behavior of the infrared measurement system 100 can be determined not only within the framework of production, but also during operation of the infrared measurement system 100.
  • the temperature gradient or the warming-up curve during switching on of the infrared measuring system 100 can be determined via further temperature sensors 125 in the infrared measuring system 100 and can be determined from a comparison, for example plus an absolute value or a phase position, to which system behavior is concluded.
  • FIG. 4 shows a flow chart of a measuring method 400 for the infrared measuring system 100 of FIG. 1 in a first embodiment.
  • the method 400 is set up in particular for running on the processing device 130 and performs a determination of the temperature of the object 105 by calculating or processing sampled measured values on the basis of a mathematical model.
  • a system temperature of the infrared measurement system 100 is scanned. This can be done on the basis of measurements of one or more temperature sensors 125.
  • the sampled system temperature is calibrated, that is, there is a correction of the sampled system temperature based on calibration values, which may in particular be determined individually for the infrared measurement system 100.
  • a step 415 the signal of the infrared sensor 115 is sampled as a function of the infrared radiation 110, 112 striking it.
  • a calibration may again be performed which may be performed substantially as described above with respect to step 410.
  • the sampled-and possibly calibrated-infrared signal is corrected in a time-dependent manner in a step 425.
  • the time dependent correction 425 is determined by the system behavior described in greater detail above with reference to FIG.
  • a temperature of the object 105 is then determined in a step 430.
  • a map here in the form of a two-dimensional table, can be used.
  • FIG. 5 shows a flowchart of the measuring method 400 of FIG. 4 in a further embodiment.
  • the time-dependent correction is applied in step 425 to the sampled system temperature and not to the sampled infrared radiation signal.
  • the remaining processing corresponds to the steps described above.
  • the time-dependent correction in steps 425 may be on the basis of a relative time base, which may be determined in particular since the last time the processing device 130 was switched on.
  • clock signals of a constant clock basis can be counted for this purpose.
  • time may be based on an absolute time base (real time
  • the time is indirectly determined by determining the time from a temperature of a component of the infrared measurement system 100, in particular the infrared sensor 15, absolutely or relatively, for example, to an environment.
  • a separate subsystem can be provided in the measuring system 100. Its samples can be used to determine the time of turn-on of the measurement system 100, so that a time base or a time adjustment is available in this way.
  • an intermittent operation of the infrared measurement system 100 may be considered.
  • the error temperature that is to say the correction value in step 420 of the method 400, can not only be dependent on a relative switch-on time of the processing device 130, but additionally also on how long the infrared measuring system 100 has been in front of it
  • FIG. 6 shows the corresponding relationship.
  • a temperature error ie the deviation between the actual and the determined temperature
  • a time in the horizontal direction is plotted. This value is also called error temperature or T err .
  • T err error temperature
  • the infrared measurement system 100 is turned off, whereupon it is another thermal one until a subsequent time t2
  • This phase which lasts until the time h, is referred to herein as the cooling phase 620.
  • FIG. 7 shows error temperatures on an exemplary infrared measurement system 100.
  • the left-hand area shows uncorrected error temperatures and corrected error temperatures in the right-hand area.
  • the upper figures refer to unfiltered measurements and the lower figures show moving averages. In each presentation, a large number of runs were summarized.
  • FIG. 8 shows further courses of fault temperatures on an exemplary infrared measuring system 100. It is assumed that a matrix-shaped arrangement is used. For example, a matrix with 80 rows and 60 columns, totaling 4800 infrared "pixels" can be used.
  • FIG. 8 illustrates the error of the particular temperature of the object 105 over time.
  • no time-dependent correction takes place; in a lower illustration, a time-dependent correction corresponding to step 425 is provided in one of the variants of the method 400.
  • the error temperatures of all infrared pixels of the infrared sensor 115 are assumed averaged.
  • FIG. 9 shows an exemplary correction of a measurement of the infrared sensor 15 of the infrared measuring system 100 of FIG. 1. Only one infrared-sensitive region of the infrared sensor 115 is considered in each case.
  • n recording number (at constant recording rate)
  • Co, C T depend on the design of the measuring system 100 and may additionally depend on the temperature of the measuring system 100 or one of its components.
  • the time dependence of the compensation C is modeled by assuming a constant sampling rate, so that individual recordings are made by means of the infrared sensor 115 at fixed time intervals.

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Abstract

Ein Infrarot-Messsystem (100) zur berührungslosen Ermittlung der Temperatur eines Objekts (105) umfasst einen Infrarot-Sensor (115) zur Abtastung einer auftreffenden Infrarot-Strahlung (110), einen Temperatursensor (125) zur Abtastung einer Temperatur des Infrarot-Messsystems und eine Verarbeitungseinrichtung zur Durchführung eines Messverfahrens. Ein Messverfahren umfasst Schritte des Bestimmens der auf den Infrarot-Sensor treffenden Infrarot-Strahlung; des Bestimmens einer Temperatur des Infrarot- Messsystems; des Bestimmens der Temperatur des Objekts auf der Basis der bestimmten Strahlung und der bestimmten Temperatur des Infrarot-Messsystems, und des zeitabhängigen Korrigierens der bestimmten Temperatur des Infrarot-Messsystems, um den Einfluss einer Temperaturverteilung im Infrarot-Messsystem zu kompensieren.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und System zur berührungslosen Temperaturmessung Die Erfindung betrifft eine berührungslose Temperaturmessung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Temperaturmessung mittels Infrarot-Strahlung.
Stand der Technik Eine Wärmebildkamera ist dazu eingerichtet, eine Temperaturverteilung an einem Objekt zu visualisieren und Temperaturen des Objekts ortsaufgelöst radiometrisch zu messen. Dazu umfasst die Wärmebildkamera einen Infrarot-Sensor, der insbesondere als Siliziumsensor, vorzugsweise in der Bauform FPA (Focal Plane Array), ausgeführt sein kann. Der Infrarot-Sensor umfasst eine Matrix von Messzellen, die in Abhängigkeit einer eintreffenden Infrarot-Strahlung jeweils ein
Signal abgeben können. Eine Infrarot-Optik, die beispielsweise eine Linse, eine Blende, einen Verschluss oder einen Linsenhalter umfassen kann, sorgt für eine korrekte Abbildung der Infrarot-Strahlung, die von dem Objekt ausgeht, auf der Matrix des Infrarot-Sensors. Die Elemente der Optik weisen ihrerseits eine ge- wisse Temperatur auf und strahlen daher Infrarot- Li cht auf den Infrarot-Sensor.
Das durch den Sensor bestimmte Signal repräsentiert eine Überlagerung des vom Objekt ausgehenden Nutzsignals mit dem von der Optik ausgehenden Störsignal. Um das Nutzsignal zu rekonstruieren, wird versucht, das Störsignal möglichst genau zu bestimmen.
Das Störsignal kann beispielsweise mittels des Infrarot-Sensors gemessen werden, wenn das Nutzsignal mittels eines mechanischen Verschlusses, eines sogenannten Shutters, vom Infrarot-Sensor abgeschirmt wird. Als mechanisches Element ist der Shutter jedoch potentiell kostenintensiv und fehleranfällig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Technik zur berührungslosen Temperaturmessung anzugeben, die ohne einen Shutter auskommt. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Offenbarung der Erfindung
Ein Infrarot-Messsystem zur berührungslosen Ermittlung der Temperatur eines Objekts umfasst einen Infrarot-Sensor zur Abtastung einer auftreffenden Infrarot- Strahlung, einen Temperatursensor zur Abtastung einer Temperatur des Infrarot- Messsystems und eine Verarbeitungseinrichtung zur Durchführung eines Messverfahrens. Ein Messverfahren umfasst zumindest Schritte des Bestimmens der auf den Infrarot-Sensor treffenden Infrarot-Strahlung; des Bestimmens einer Temperatur des Infrarot-Messsystems; des Bestimmens der Temperatur des Objekts auf der Basis der bestimmten Strahlung und der bestimmten Temperatur des Infrarot-Messsystems, und des zeitabhängigen Korrigierens der bestimmten Temperatur des Infrarot-Messsystems, um den Einfluss einer Temperaturverteilung im Infrarot-Messsystem zu kompensieren.
Unter einer Abtastung ist eine einzelne Messung zu verstehen, also ein Vorgang, bei dem einmalig eine zu messende Größe quantifiziert wird. Die Abtastung der Temperatur des Infrarot-Messsystems liefert beispielsweise einen numerischen Wert der Temperatur des Messsystems, der auf einen einzelnen Abtastzeitpunkt bezogen ist.
Ein Störsignal, das durch Elemente des Infrarot-Messsystems auf den Infrarot- Sensor wirken kann, ist typischerweise mit der Temperatur des Infrarot- Messsystems eng korreliert. Dies gilt jedoch nur, wenn sich das Infrarot- Messsystem in einem thermisch eingeschwungenen Zustand befindet, das heißt, dass sich ein thermisches Gleichgewicht eingestellt hat, sodass die einzelnen Komponenten des Infrarot-Messsystems ihre Temperaturen nicht mehr weiter ändern, beispielsweise durch Wärmeleitung. Unterschiedliche Elemente des Infrarot-Messsystems können auch im eingeschwungenen Zustand unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Es kann ca. 3 bis 5 Minuten dauern, bis ein Infrarot-Messsystem thermisch eingeschwungen ist. Der bis zum Einschwingen dem Messsignal überlagerte Fehler wird auch transienter Fehler genannt. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass das thermische Einschwingen des Infrarot-Messsystems eine im Wesentlichen von der Zeit abhängige, inverse Exponentialfunktion (e-Funktion) umfasst, die die Stärke des Störsignals beschreibt. Durch Anwenden einer zeitabhängigen Korrektur der bestimmten Tem- peratur des Objekts kann der Einfluss einer insbesondere ungleichen Temperaturverteilung im Infrarot-Messsystem kompensiert werden. Ein Infrarot- Messsystem kann dadurch schneller einsatzbereit sein bzw. nach seiner Inbetriebnahme eine Messung mit deutlich verringerten Fehlern ermöglichen.
Das Bestimmen der Temperatur des Objekts umfasst bevorzugterweise ein Kompensieren der bestimmten Strahlung um einen vom Infrarot-Messsystem ausgehenden Anteil. Das Kompensieren und ggf. das Umsetzen der bestimmten Infrarot-Strahlung in eine Temperatur des Objekts kann beispielsweise auf der Basis einer Wertetabelle erfolgen, die eine Temperatur des Objekts in Abhängigkeit der Temperatur des Infrarot-Messsystems und der bestimmten, auf den Infrarot-Sensor treffenden Infrarot-Strahlung bestimmt. In einer anderen Ausführungsform kann anstelle der Wertetabelle eine zweiparametrige Funktion vorgesehen sein, beispielsweise ein Polynom.
Allgemein gilt, dass bei einem Infrarot-Sensor mit einer Vielzahl Infrarot-sensibler Bereiche jeder Bereich einzeln auf die beschriebene Weise behandelt werden kann. Um Verarbeitungsaufwand zu sparen, können die einzelnen Bereiche auch anhand ihres Abstands einer optischen Mittelachse ähnlich behandelt werden. Wie unten noch genauer ausgeführt wird, ist auch eine individuelle Kalibrierung möglich.
In einer Ausführungsform wird die zeitabhängige Korrektur auf die bestimmte Infrarot-Strahlung angewandt. Das durch den Infrarot-Sensor bereitgestellte Signal kann also beispielsweise auf der Basis einer zeitabhängigen Funktion verstärkt oder abgeschwächt werden. Diese Korrektur kann einfach von einem Verarbeitungssystem durchgeführt werden.
In einer anderen Variante wird die zeitabhängige Korrektur auf die bestimmte Temperatur des Infrarot-Messsystems angewandt. Da die Kompensation in der oben genannten Ausführungsform von der Temperatur des Infrarot-Messsystems abhängig ist, kann durch das zeitabhängige Beeinflussen der bestimmten Temperatur des Infrarot-Messsystems eine vereinfachte Verarbeitung erzielt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die zeitabhängige Korrektur den thermischen Einfluss einer aktiven elektrischen Komponente des Infrarot-Messsystems. Die elektrische Komponente kann beispielsweise eine Verar- beitungseinrichtung umfassen, die insbesondere das beschriebene Verfahren oder Teile davon durchführt. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die elektrische Komponente den Infrarot-Sensor selbst. Auch andere elektrische Komponenten des Infrarot-Messsystems können betroffen sein, beispielsweise eine Beleuchtungs- oder eine Anzeigevorrichtung. Wird das Infrarot-Messsystem in Betrieb genommen, so wird die aktive elektrische Komponente üblicherweise eingeschaltet. Dadurch entsteht eine Störung des thermischen Gleichgewichts des Infrarot-Messsystems und die Wärme breitet sich in Abhängigkeit einer Zeit über die Komponenten des Infrarot-Messsystems aus. Ein programmierbarer Mikrocomputer kann beispielsweise eine thermische Verlustleistung von 2 bis 3 Watt aufweisen, was zu einem Temperaturunterschied zwischen zwei Elementen des Infrarot-Messsystems von ca. 5 bis 10 Kelvin führen kann. Die thermische Verlustleistung der aktiven Komponente kann auf die zeitabhängige Korrektur angewandt werden, um eine verbesserte Kompensation zu erzielen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden zeitabhängige Korrekturen für eine Aufwärmphase und eine Abkühlphase durchgeführt. In der Aufwärm- phase wird ein Element des Infrarot-Messsystems über die Temperatur der restlichen Komponenten angehoben, sodass sich die restlichen Komponenten sukzessive erwärmen. In der Abkühlphase wird die Erwärmung zurückgenommen oder eines der Elemente des Infrarot-Messsystems wird unter eine Temperatur der restlichen Elemente abgesenkt, sodass diese ihre Temperatur allmählich ebenfalls absenken. In der letztgenannten Ausführungsform mit der aktiven elektrischen Komponente kann die Aufwärmphase bedeuten, dass die elektrische Komponente eingeschaltet ist, und die Abkühlphase, dass die elektrische Komponente ausgeschaltet ist.
Die zeitabhängigen Korrekturen für die Aufwärmphase und die Abkühlphase können unterschiedlich voneinander sein. Insbesondere können unterschiedliche zeitabhängige Funktionen für die beiden Korrekturen vorgesehen sein. Dauert eine Aufwärmphase oder eine Abkühlphase weniger lang als für das thermische
Einschwingen des Infrarot-Messsystems erforderlich ist, so kann eine Zwischentemperatur bestimmt werden, um beim Anwenden der folgenden Korrektur darauf Rücksicht zu nehmen, dass noch kein thermisch eingeschwungener Zustand vorliegt. Dadurch kann eine verbesserte Korrektur von Fehlern, die durch das thermische Einschwingen des Infrarot-Messsystems herrühren, auch dann durchgeführt werden, wenn der thermische Einfluss auf eines der Elemente des Infrarot- Messsystems sich häufiger ändert als für das thermische Einschwingen des Infrarot-Messsystems erforderlich ist.
Die zeitabhängige Korrektur kann in unterschiedlichen Ausführungsformen in der Form eines Polynoms oder eines Kennfelds vorgegeben sein. Andere Aus- drucksformen sind ebenfalls möglich.
Das eingangs beschriebene Infrarot-Messsystem kann insbesondere dazu eingerichtet sein, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Dadurch kann ein Infrarot-Messsystem angegeben werden, das rasch verfügbar und im praktischen Einsatz vielfältig nutzbar ist.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrie- ben, in denen:
Fig. 1 ein Infrarot-Messsystem;
Fig. 2 Verläufe am Messsystem von Fig. 1
Fig. 3 einen thermischen Einschwingvorgang am Infrarot-Messsystem von
Fig. 1 ;
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines Messverfahrens für das Infrarot- Messsystem von Fig. 1 in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Messverfahrens für das Infrarot- Messsystem von Fig. 1 in einer zweiten Ausführungsform; Fig. 6 einen durch intermittierende Erwärmung bewirkten Fehler des Infrarot-Messsystems von Fig. 1 ; und
Fign. 7-9 Fehlerverläufe an einem beispielhaften Infrarot-Messsystem entsprechend dem von Fig. 1 darstellt.
Genaue Beschreibung von Ausführungsbeispielen Figur 1 zeigt ein Infrarot-Messsystem 100, das beispielsweise zur Visualisierung von Temperaturen oder Temperaturverteilungen an einem Objekt 105 eingerichtet ist. Das Objekt 105 strahlt in Abhängigkeit seiner eigenen Temperatur Infrarot- Strahlung 1 10 ab, die vom Infrarot-Messsystem 100 detektiert werden kann. Dazu umfasst das Messsystem 100 einen Infrarot-Sensor 115. Üblicherweise um- fasst das Messsystem 100 noch weitere Komponenten wie insbesondere eine Optik 120, die beispielsweise eine Linse, eine Blende, ein Halteelement oder einen Tubus umfassen kann. Diese Komponenten liegen im Gesichtsfeld des Infra- rot-Sensors 115, sodass deren aufgrund von Eigenwärme erzeugte Infrarot-
Störstrahlung 112 zusätzlich am Infrarot-Sensor 115 eintrifft. Um auf der Basis eines gemessenen Signals für am Infrarot-Sensor 115 eintreffende Infrarot- Strahlung 110, 1 12 eine Temperatur des Objekts 105 bestimmen zu können, kann der Einfluss der Störstrahlung 112 von der Optik 120 oder anderen Elemen- ten im Gesichtsfeld des Infrarot-Sensors 115 in Abhängigkeit einer Temperatur im Infrarot-Messsystem 100 bestimmt werden. Dazu kann ein Temperatursensor 125 vorgesehen sein, der an unterschiedlichen Stellen des Infrarot-Messsystems 100 angebracht sein kann. Mittels einer Verarbeitungseinrichtung 130 kann ein durch die Infrarot-Störstrahlung 112 der Optik 120 bedingter Teil der am Infrarot- Sensor 115 erfassten Infrarot-Strahlung 110, 1 12 isoliert werden und die Temperatur des Objekts 105 kann auf der Basis des Signals des Infrarot-Sensors 115 bestimmt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Infrarot-Sensor 1 15 und die Verarbeitungseinrichtung 130 miteinander integriert ausgeführt. Die beiden Komponenten können insbesondere auf einem gemeinsamen Chip liegen oder in einem gemeinsamen Chip-Gehäuse angeordnet sein.
Das Messsystem 100 umfasst üblicherweise eine Vielzahl einzelner Infrarotsensibler Bereiche auf dem Infrarot-Sensor 115, die insbesondere matrixförmig angeordnet sein können. Dadurch kann insbesondere in Verbindung mit der Inf- rarot-Optik 120 ein örtlich aufgelöster Bereich des Objekts 105 in einer Vielzahl von Einzelmessungen in seiner Temperatur bestimmt werden. Beispielsweise kann der Infrarot-Sensor 115 eine Matrix von 80 Zeilen und 60 Spalten umfassen.
Die beschriebene Kompensation der von der Optik 120 ausgehenden Infrarot- Störstrahlung 112 ist jedoch üblicherweise erst dann eindeutig von der Temperatur eines Elements des Infrarot-Messsystems 100 abhängig, wenn sich das Infra- rot-Messsystem 100 in einem thermisch eingeschwungenen Zustand befindet. Wird das Infrarot-Messsystem 100 an einer Komponente erwärmt, so pflanzt sich diese Wärme über die Zeit durch das Messsystem 100 fort, bis der thermisch eingeschwungene Zustand wieder erreicht ist.
Figur 2 verdeutlicht diesen Zusammenhang anhand von Verläufen 200 am Messsystem 100 von Figur 1. Im oberen Bereich ist ein erster Verlauf 205 gezeigt, der einen unkompensierten Zusammenhang zwischen der für das Objekt 105 bestimmten Temperatur über die Zeit im Vergleich zu einer tatsächlichen Temperatur 210 darstellt. In vertikaler Richtung ist eine Temperatur und in horizontaler Richtung eine Zeit angetragen.
In einem unteren Bereich von Figur 2 ist ein zweiter Verlauf 215 angetragen, der eine zeitabhängige Korrektur der bestimmten Temperatur des Objekts 105 angibt. In horizontaler Richtung ist eine Zeit und in vertikaler Richtung eine Korrektur angetragen.
Der erste Verlauf 205, dessen Abstand zur tatsächlichen Temperatur 210 des Objekts 105 einen Fehlerterm darstellt, klingt nach Art einer inversen Exponentialfunktion ab. Dabei wird eine Zeitkonstante verwendet, die üblicherweise tau (τ) genannt wird und deren Betrag von der Bauart des Infrarot-Messsystems 100 abhängig ist. Es wird davon ausgegangen, dass der Fehlerterm zu ca. 90 % abgeklungen ist, wenn eine Zeit verstrichen ist, die etwa 3τ entspricht.
Die Korrektur 215 ist auf der Basis einer Exponentialfunktion modelliert, um den oben beschriebenen Fehlerterm möglichst genau zu korrigieren, wenn die Verläufe 205 und 215 zusammenaddiert werden. Die auf der Basis des Modells bestimmte Korrektur 215 gibt an, welcher Wert von der bestimmten Temperatur zu subtrahieren ist, um den Effekt der Infrarot-Störstrahlung 1 12 möglichst zu kompensieren.
Figur 3 zeigt einen thermischen Einschwingvorgang am Infrarot-Messsystem 100 von Figur 1. Auf der linken Seite sind oben und unten zwei Darstellungen des Infrarot-Sensors 115 und eines Halteelements 305 dargestellt, mit dem der Infrarot- Sensor 115 mit den restlichen Komponenten des Infrarot-Messsystems 100 verbunden ist. Im rechten Bereich von Figur 3 sind zu den jeweils dargestellten Aus- führungsformen korrespondierende zeitliche Verläufe von Temperaturen der Infrarot-Sensoren 115 bzw. der eingebetteten Temperatursensoren 125 dargestellt.
In der oben dargestellten Ausführungsform ist ein dünner Isolator 310 zwischen dem Infrarot-Sensor 115 und dem Halteelement 305 gewählt, der einen geringen Wärmewiderstand aufweist. In der unten dargestellten Ausführungsform ist ein dickerer Isolator 310 verwendet, der einen größeren Wärmewiderstand aufweist.
Wird das Infrarot-Messsystem 100 in Betrieb genommen, so beginnt die Verarbeitungseinrichtung 130 eine vorbestimmte elektrische Leistung in Wärme umzusetzen. Diese Abwärme erreicht den Infrarot-Sensor 115 über den Isolator 310. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmewiderstände erwärmt sich der Infrarot- Sensor 1 15 in der oben dargestellten Ausführungsform schneller als der in der unten dargestellten Ausführungsform, wie die zugeordneten Aufwärmkurven zeigen.
Ist die Steilheit der rechts dargestellten Aufwärmkurve bekannt, so kann die Korrektur des Messfehlers während der Dauer eines thermischen Einschwingvorgangs des Infrarot-Messsystems 100 verbessert bestimmt werden. Die Steilheit der Aufwärmkurve kann durch die Zeitkonstante τ ausgedrückt werden; ihre Form folgt im Wesentlichen einer inversen Exponentialfunktion.
Das genaue Verhalten des Infrarot-Messsystems 100 während eines thermischen Einschwingvorgangs kann auf unterschiedliche Weisen modelliert werden.
In einer ersten Alternative wird das Systemverhalten einmal charakterisiert und als gültig für eine größere Anzahl von Geräten angenommen. Dazu können eine oder mehrere Aufwärmkurven wie die von Figur 3 unter bekannten Bedingungen an einem repräsentativen Infrarot-Messsystem 100 jeweils in Abhängigkeit der Zeit bestimmt werden. Dann wird auf der Basis der Aufwärmkurven der zeitabhängige Fehler bestimmt, um ihn zur Kompensation an einer Vielzahl baugleicher Infrarot-Messsysteme 100 verwenden zu können. Neben der Zeit kann das Systemverhalten auch noch von weiteren Parametern abhängen, beispielsweise von einer Eigentemperatur des Infrarot-Messsystems 100. Die Eigentemperatur kann beispielsweise mittels eines weiteren Temperatursensors 125 bestimmt werden, der vom Infrarot-Sensor 115 und/oder der Verarbeitungseinrichtung 130 entfernt sein kann. In noch einer weiteren Ausführungsform können auch die für den Messfehler ursächlichen Größen bestimmt werden. Beispielsweise könnten Temperatursensoren 125 an verschiedenen Positionen im Infrarot-Messsystem 100 angebracht werden und aus den erfassten Temperaturen bzw. Temperaturdifferenzen kann auf die Systemfunktion geschlossen werden.
In einer zweiten Alternative wird das gerätespezifische Verhalten des Infrarot- Messsystems 100 während einer Kalibrierung individuell ermittelt. Bei der Serienproduktion von Infrarot-Messsystemen 100 können gerätespezifische Variationen des zeitabhängigen Fehlers entstehen, beispielsweise wegen geometrischer Toleranzen von Bauelementen, die Variationen in thermischen Übergangswiderständen des Messsystems 100 hervorrufen. Deshalb können sich baugleiche Messsysteme 100 bezüglich ihrer Systemverhalten voneinander unterscheiden. Jedes Infrarot-Messsystem 100 kann individuell kalibriert werden, um den individuellen zeitabhängigen Fehler verbessert zu beschreiben. Die grundsätzliche Vorgehensweise hierfür kann insbesondere der von Alternative 1 entsprechen, allerdings erfolgt keine Übertragung eines bestimmten Systemverhaltens von einem System 100 auf ein anderes.
In einer dritten Alternative wird von einem allgemeinen Systemverhalten wie dem von Alternative 1 ausgegangen, zusätzlich erfolgt jedoch eine gerätespezifische
Anpassung (Kalibrierung) des bestimmten Systemverhaltens. Die Kalibrierung erfolgt bevorzugterweise im Rahmen der Herstellung des Systems 100 einmalig, kann aber auch periodisch oder ereignisgesteuert durchgeführt oder erneuert werden. Um einen Aufwand für die Kalibrierung im Rahmen einer Serienfertigung von Infrarot-Messsystemen 100 zu verkleinern kann eine vereinfachte Kalibrierung durchgeführt werden, indem beispielsweise eine gegenüber der ersten Alternative verringerte Anzahl von Parametern zur Ermittlung des Systemverhaltens variiert werden. Alternativ kann auch ein kürzerer Beobachtungszeitraum oder eine andere Vereinfachung angewandt werden.
Alternativ oder ergänzend zu den vorgenannten Alternativen kann in einer vierten Alternative das gerätespezifische Systemverhalten des Infrarot-Messsystems 100 nicht nur im Rahmen einer Herstellung, sondern auch während eines Betriebs des Infrarot-Messsystems 100 ermittelt werden. Hierzu kann beispielswei- se über weitere Temperatursensoren 125 im Infrarot-Messsystem 100 der Temperaturgradient bzw. die Aufwärmkurve während des Einschaltens des Infrarot- Messsystems 100 ermittelt werden und aus einem Vergleich, beispielsweise be- züglich eines Absolutwerts oder einer Phasenlage, auf das Systemverhalten geschlossen werden.
Weiterhin wäre es denkbar, aus dem zeitlichen Verlauf der Temperatur des Infrarot-Sensors 115 auf die Systemfunktion zu schließen, die hauptsächlich durch den Wärmeübergangswiderstand des Isolators 310 definiert ist. Dieser Ansatz kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Verarbeitungseinrichtung 130 als Wärmequelle und der Infrarot-Sensor 115 als Sensorelement auf dem gleichen Halbleitermaterial angeordnet sind. Dieses Kalibrierungsprinzip kann auch auf weitere Sensoren übertragen werden, die im Infrarot-Messsystem 100 vorhanden sind.
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Messverfahrens 400 für das Infrarot- Messsystem 100 von Figur 1 in einer ersten Ausführungsform. Das Verfahren 400 ist insbesondere zum Ablaufen auf der Verarbeitungseinrichtung 130 eingerichtet und führt eine Bestimmung der Temperatur des Objekts 105 mittels Berechnung oder Verarbeitung von abgetasteten Messwerten auf der Basis eines mathematischen Modells durch.
In einem ersten Schritt 405 wird eine Systemtemperatur des Infrarot- Messsystems 100 abgetastet. Dies kann auf der Basis von Messungen eines o- der mehrerer Temperatursensoren 125 erfolgen. In einem optionalen Schritt 410 wird die abgetastete Systemtemperatur kalibriert, das heißt, es erfolgt eine Korrektur der abgetasteten Systemtemperatur auf der Basis von Kalibrierungswerten, die insbesondere individuell für das Infrarot-Messsystem 100 bestimmt sein können.
In einem Schritt 415 wird das Signal des Infrarot-Sensors 115 in Abhängigkeit der auf ihn treffenden Infrarot-Strahlung 110, 112 abgetastet. In einem optionalen Schritt 420 kann wieder eine Kalibrierung erfolgen, die im Wesentlichen so ausgeführt sein kann wie oben mit Bezug auf den Schritt 410 beschrieben ist.
In der dargestellten Ausführungsform wird das abgetastete - und ggf. kalibrierte - Infrarot-Signal in einem Schritt 425 zeitabhängig korrigiert. Die zeitabhängige Korrektur 425 bestimmt sich aus dem Systemverhalten, das oben mit Bezug auf Figur 3 genauer beschrieben wurde. Auf der Basis des korrigierten Infrarot-Signals und der abgetasteten Systemtemperatur wird dann in einem Schritt 430 eine Temperatur des Objekts 105 bestimmt. Dazu kann insbesondere ein Kennfeld, hier in Form einer zweidimensionalen Tabelle, verwendet werden. In einer Ausführungsform, in der der Infrarot- Sensor 1 15 eine Vielzahl Infrarot-empfindlicher Bereiche aufweist, kann jedem
Bereich oder jeder Gruppe von mehreren Bereichen ein eigenes Kennfeld zugeordnet sein.
Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm des Messverfahrens 400 von Figur 4 in einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zu der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform wird hier die zeitabhängige Korrektur im Schritt 425 auf die abgetastete Systemtemperatur und nicht auf das abgetastete Infrarot-Strahlungssignal appliziert. Die restliche Verarbeitung entspricht jedoch den oben beschriebenen Schritten.
Die zeitabhängige Korrektur in den Schritten 425 kann auf der Basis einer relativen Zeitbasis erfolgen, die insbesondere seit dem letzten Einschalten der Verarbeitungseinrichtung 130 bestimmt sein kann. Dazu können insbesondere Taktsignale einer konstanten Taktbasis gezählt werden. In einer anderen Ausfüh- rungsform kann die Zeit auf der Basis einer absoluten Zeitbasis (Real Time
Clock, RTC) bestimmt werden, die auch dann weiterläuft, wenn die Verarbeitungseinrichtung 130 ausgeschaltet ist. In noch einer weiteren Ausführungsform wird die Zeit indirekt bestimmt, indem die Zeit aus einer Temperatur einer Komponente des Infrarot-Messsystems 100, insbesondere des Infrarot-Sensors 1 15, absolut oder relativ beispielsweise zu einer Umgebung, bestimmt wird. Zur Analyse seiner Eigentemperatur kann ein eigenes Subsystem im Messsystem 100 vorgesehen sein. Dessen Abtastungen können verwendet werden, um den Zeitpunkt des Einschaltens des Messsystems 100 zu bestimmen, sodass auf diese Weise eine Zeitbasis bzw. ein Zeitabgleich verfügbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein intermittierender Betrieb des Infrarot- Messsystems 100 berücksichtigt werden. Die Fehlertemperatur, also der Korrekturwert im Schritt 420 des Verfahrens 400, kann nicht nur von einer relativen Einschaltzeit der Verarbeitungseinrichtung 130 abhängig sein, sondern zusätzlich auch davon, wie lange das Infrarot-Messsystem 100 nach einer davor liegenden
Einschaltzeit auskühlen konnte. Figur 6 zeigt den entsprechenden Zusammenhang. In vertikaler Richtung ist ein Temperaturfehler, also die Abweichung zwischen der tatsächlichen und der bestimmten Temperatur, und in horizontaler Richtung eine Zeit angetragen. Dieser Wert wird auch Fehlertemperatur oder Terr genannt. Zu einem Zeitpunkt to, in dem es sich im thermischen Gleichgewicht befindet, wird das Infrarot-Messsystem
100 eingeschaltet. Zur Korrektur der bestimmten Temperaturen um den Effekt des thermisch noch nicht eingeschwungenen Systems 100 wird ein initialer Korrekturwert 605, der bis zu einem folgenden Zeitpunkt ti nach einer inversen Exponentialfunktion abfällt, auf die bestimmten Temperaturen appliziert. Es wird davon ausgegangen, dass sich das Infrarot-Messsystem 100 nach dem Einschalten erwärmt, sodass die Phase zwischen to und ti hier auch Aufwärmphase 615 genannt wird.
Zum Zeitpunkt ti wird das Infrarot-Messsystem 100 ausgeschaltet, woraufhin es sich bis zu einem nachfolgenden Zeitpunkt t2 einem anderen thermischen
Gleichgewicht annähert. Diese bis zum Zeitpunkt h andauernde Phase wird vorliegend Abkühlphase 620 genannt.
Dieses Gleichgewicht erreicht das Infrarot-Messsystem 100 jedoch nicht, weil es vorher zu einem Zeitpunkt t2 wieder eingeschaltet wird. Die zum Zeitpunkt t2 zu applizierende Fehlertemperatur Terr ist wegen des nur teilweisen Einschwingens jedoch nicht so groß wie der initiale Korrekturwert 605. Stattdessen wird ein kleinerer Korrekturwert 610 appliziert wird, dessen Betrag davon abhängig ist, wie lang der Abkühlvorgang zwischen den Zeitpunkten ti und t2 war.
Weitere Ein- und Ausschaltphasen sind mit Bezug auf die Zeitpunkte k und t dargestellt.
Figur 7 zeigt Fehlertemperaturen an einem exemplarischen Infrarot-Messsystem 100. Im linken Bereich sind unkorrigierte Fehlertemperaturen und im rechten Bereich korrigierte Fehlertemperaturen dargestellt. Die jeweils oberen Darstellungen beziehen sich auf ungefilterte Messungen und die unteren Darstellungen zeigen gleitende Durchschnitte. Dabei wurden in jeder Darstellung eine Vielzahl Durchläufe zusammengefasst.
Figur 8 zeigt weitere Verläufe von Fehlertemperaturen an einem exemplarischen Infrarot-Messsystem 100. Es wird ausgegangen von einer matrixförmigen Anord- nung einzelner Infrarot-sensitiver Bereiche auf dem Infrarot-Sensor 115. Beispielsweise kann eine Matrix mit 80 Zeilen und 60 Spalten, insgesamt also 4800 lnfrarot-„Pixeln", verwendet werden.
Im linken Bereich von Figur 8 sind übereinander drei Darstellungen zeitlicher Verläufe von Fehlertemperaturen zu sehen. In der oberen Darstellung sind Fehlertemperaturen aller individuellen Bereiche der Matrix gemittelt dargestellt. In der mittleren Darstellung sind Fehlertemperaturen einer obersten Zeile Infrarotsensitiver Bereiche und in der untersten Darstellung Fehlertemperaturen einer mittleren Reihe der Matrix dargestellt.
Im rechten Bereich von Figur 8 ist der Fehler der bestimmten Temperatur des Objekts 105 im Verlauf über die Zeit dargestellt. In einer oberen Darstellung erfolgt keine zeitabhängige Korrektur, in einer unteren Darstellung ist eine zeitabhängige Korrektur entsprechend dem Schritt 425 in einer der Varianten des Verfahrens 400 vorgesehen. Die Fehlertemperaturen aller Infrarot-Pixel des Infrarot- Sensors 115 sind dabei gemittelt angenommen.
Figur 9 zeigt eine beispielhafte Korrektur einer Messung des Infrarot-Sensors 1 15 des Infrarot-Messsystems 100 von Figur 1 . Es wird jeweils nur ein Infrarotsensitiver Bereich des Infrarot-Sensors 115 betrachtet.
Die Fehlerkompensation erfolgt gemäß folgender Formel:
Figure imgf000015_0001
Dabei bedeuten:
n = Aufnahmenummer (bei konstanter Aufnahmerate)
Co = individueller Wert
CT = individueller Wert
Co, CT sind von der Bauart des Messsystems 100 abhängig und können zusätzlich von der Temperatur des Messsystems 100 oder eines seiner Komponenten abhängig sein. Die Zeitabhängigkeit der Kompensation C wird dadurch modelliert, dass von einer konstanten Abtastrate ausgegangen wird, sodass in fest vorgegebenen zeitlichen Abständen einzelne Aufnahmen mittels des Infrarot-Sensors 115 erstellt werden.
Um zu beurteilen, wie die Fehlertemperaturen von der Lage des betrachteten Infrarot-empfindlichen Bereichs auf einer Matrix abhängt, sind in Figur 9 in der oberen Darstellung der Wert Co und in der mittleren Darstellung der Wert CT der oben angegebenen Formel über eine Spaltennummer der Matrix dargestellt.
In der unteren Darstellung ist die bestimmte Fehlertemperatur C über die Aufnahmenummer angetragen.

Claims

Verfahren (400) zum berührungslosen Bestimmen der Temperatur eines Objekts (105) mittels eines Infrarot-Messsystems (100) mit einem Infrarot- Sensor (1 15), wobei das Verfahren (400) folgende Schritte umfasst:
- Abtasten (415) der auf den Infrarot-Sensor (115) treffenden Infrarot- Strahlung (110, 112);
- Abtasten (405) einer Temperatur des Infrarot-Messsystems (100);
- Bestimmen (430) der Temperatur des Objekts (105) auf der Basis der abgetasteten Infrarot-Strahlung (110, 112) und der bestimmten Temperatur des Infrarot-Messsystems (100),
dadurch gekennzeichnet, dass
- eine zeitabhängige Korrektur (425) der bestimmten Temperatur des Objekts (105) erfolgt, um den Einfluss einer Temperaturverteilung im Infrarot-Messsystem (100) zu kompensieren.
Verfahren (400) nach Anspruch 1 , wobei das Bestimmen (430) der Temperatur des Objekts (105) ein Kompensieren der abgetasteten Infrarot-Strahlung (1 10, 1 12) um einen vom Infrarot-Messsystem (100) ausgehenden Anteil (1 12) umfasst.
Verfahren (400) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zeitabhängige Korrektur (425) auf die bestimmte Infrarot-Strahlung (110, 112) angewandt wird.
Verfahren (400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zeitabhängige Korrektur (425) auf die bestimmte Temperatur des Infrarot- Messsystems (100) angewandt wird.
5. Verfahren (400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zeitabhängige Korrektur (425) den thermischen Einfluss einer aktiven elektrischen Komponente (1 15, 130) des Infrarot-Messsystems (100) umfasst.
6. Verfahren (400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zeitabhängige Korrekturen für (425) eine Aufwärmphase (615) und eine Abkühlphase (620) durchgeführt werden. 7. Verfahren (400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zeitabhängige Korrektur (425) auf der Basis mehrerer, an unterschiedlichen Stellen des Infrarot-Messsystems (100) bestimmten Temperaturen erfolgt.
8. Verfahren (400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zeit- abhängige Korrektur (425) in Form eines Polynoms vorgegeben ist.
9. Verfahren (400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zeitabhängige Korrektur (425) in Form eines Kennfelds vorgegeben ist. 10. Infrarot-Messsystem (100) zur berührungslosen Ermittlung der Temperatur eines Objekts (105), wobei das System folgendes umfasst:
- einen Infrarot-Sensor (115) zur Abtastung einer auftreffenden Infrarot- Strahlung (1 10, 1 12);
- einen Temperatursensor (125) zur Abtastung einer Temperatur des Infra- rot-Messsystems (100), und
- eine Verarbeitungseinrichtung (130), die dazu eingerichtet ist,
o die Temperatur des Objekts (105) auf der Basis der bestimmten Strahlung und der bestimmten Temperatur des Infrarot-Messsystems (100) zu bestimmen (430), und
o die bestimmte Temperatur des Objekts (105) zeitabhängig zu korrigieren (425), um den Einfluss einer Temperaturverteilung im Infrarot- Messsystem (100) zu kompensieren.
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