温度分布測定装置
【課題】 各素子の対象温度対出力特性を広い測定温度範囲において校正し、精度よく被検出対象を検出することができる温度分布測定装置を提供すること。
【解決手段】 赤外線を分布状に検出する複数のサーモパイル素子１２１と、検出範囲から集光するレンズ１１と、検出信号から温度を算出する温度演算部２５とを備える温度分布測定装置において、３点の黒体炉温度より求めた校正データを記憶する校正値記憶部２４を設け、温度演算部２５は、校正データを用いて検出信号から温度を算出する。
【解決手段】 赤外線を分布状に検出する複数のサーモパイル素子１２１と、検出範囲から集光するレンズ１１と、検出信号から温度を算出する温度演算部２５とを備える温度分布測定装置において、３点の黒体炉温度より求めた校正データを記憶する校正値記憶部２４を設け、温度演算部２５は、校正データを用いて検出信号から温度を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を複数素子で検出して、温度を分布で測定する温度分布測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術においては、測定温度を校正するために、測定温度を算出する式に中に黒体炉の温度を組み込んでいる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−５６１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来では、校正される温度が１点であるために、正確に測定できる温度の範囲が狭いという問題点がある。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、各素子の対象温度対出力特性を広い測定温度範囲において校正し、精度よく被検出対象を検出することができる温度分布測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明では、赤外線を分布状に検出する複数の素子と、検出範囲から集光するレンズと、検出信号から温度を算出する温度演算手段と、を備える温度分布測定装置において、３点の黒体炉温度より求めた校正データを記憶する校正値記憶手段を設け、前記温度演算手段は、前記校正データを用いて、前記検出信号から温度を算出する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明では広い測定範囲を精度よく測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明の温度分布測定装置を実現する実施の形態を、実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず構造を説明する。
図１は実施例１の温度分布測定装置のブロック図である。
実施例１は、自動車の車内の温度分布を測定するのに用いられる例である。
実施例１の温度分布測定装置は、サーモパイルモジュール１とマイコン２を主な構成とする。
サーモパイルモジュール１は、レンズ１１、サーモパイルユニット１２、スキャン部１３、増幅部１４、基準温度素子１５を主な構成とする。
レンズ１１は、サーモパイルユニット１２の前方に配置され、検出エリア３から放射される赤外線をサーモパイルユニット１２に集光する。
サーモパイルユニット１２は、赤外線を検出するサーモパイル素子（素子に相当する）１２１を、マトリクス状に配置したものである。
スキャン部１３は、サーモパイル素子１２１からの出力信号をアドレス信号によって選択する。
【０００９】
第１増幅部１４は、スキャン部１３で選択される素子の出力信号と、基準温度素子からの入力の差動増幅を行う。
【００１０】
基準温度素子１５は、周囲温度を示す出力である基準電圧を出力する。
なお、基準温度素子１５は、サーモパイル素子１２１により、一定温度の物を測定するようにしてもよく、一定の温度を示す電圧が出力されるようにしてもよい。
マイコン２は、サーモパイルユニット１２の制御、出力信号の処理、演算を行い、自動車の機器、通信ラインにデータ出力や制御出力を行う。
マイコン２には、信号出力部２１、マルチプレクサ２２、AD変換部２３、校正値記憶部２４、温度演算部２５を備えている。
【００１１】
信号出力部２１は、所定のタイミングでスキャン部１３にサーモパイル素子１２１のマトリクスの配列のアドレス信号を出力する。
マルチプレクサ２２は、増幅部１４からの出力信号を受け取り、サーモパイル素子１２１のマトリクス状の選択・切替を行う。
AD変換部２３は、マルチプレクサ２２で選択される素子の増幅された信号をAD変換する。
校正値記憶部２４は、以下に詳述する３点の温度校正値を記憶し、温度演算部２５へ出力する。
温度演算部２５は、AD変換された測定値と校正値から測定温度を演算する。なお、マルチプレクサ２２の選択・切替により、温度演算部２５は温度分布を演算することになる。
【００１２】
次に作用を説明する。
[精度よく広い範囲の測定を行う作用]
実施例１の温度分布測定装置は、マイコン２の信号出力部２１からのアドレス信号により、スキャン部１３で選択されたサーモパイル素子１２１の出力信号が、増幅部１４における入力信号となる。
基準温度素子１５は、周囲温度を検出し、増幅部１４の入力信号となる。
増幅部１４では、サーモパイル素子１２１の出力信号と基準温度素子１５の周囲温度測定出力との差動増幅を行う。そのため、周囲温度が変化しても検出エリア３の温度を電圧値として正確に検出することができる。
【００１３】
増幅部１４からの出力は、マルチプレクサ２２により選択・切替が行われ、AD変換され、温度演算部２５で温度演算が行われる。
温度演算部２５では、各素子毎に、式Ａにより、温度変換が行われる。
なお、Voはセンサ検出電圧、Tbbは被測定物の絶対温度、Tthはセンサの絶対温度とする。
【００１４】
【数１】
【００１５】
つまり、温度演算部２５では、３点の温度による校正のデータを校正値記憶部２４から得て、温度変換が精度よく行われる。
さらに、詳細に説明する。
図３は、ある素子について黒体炉温度を変化させた際にAD変換された値を示す温度特性である。
図３の特性において、３５℃の値を元に１点で補正した結果と、又、６０℃と３５℃、２０℃の値を元に３点で補正した結果を図２に示す。
１点補正（図２中の線５１）では、３５℃の部分でしか、黒体炉温度による補正と測定が合致しないが、３点補正（図２中の線５２）では、２０℃〜６０℃までがよく合致している。
工場出荷時に黒体炉温度を３点設定して、その時の各素子のAD値を測定し、係数ａ，ｂ，ｃを求める。
【００１６】
Vo1=aTbb14+bTth14+c，Vo2=aTbb24+bTth24+c，Vo2=aTbb24+bTth24+c
【００１７】
【数２】
【００１８】
【数３】
【００１９】
なお、２０℃、３５℃、６０℃での補正は、他の任意の温度であってもよい。
このように３点補正を含む式Ａで、温度演算を行うようにすると、より広い測定範囲を精度よく測定することになる。
【００２０】
次に効果を説明する。
本実施の形態の温度分布測定装置にあっては、次に列挙する効果を得ることができる。
(1)赤外線を分布状に検出する複数のサーモパイル素子１２１と、検出範囲から集光するレンズ１１と、検出信号から温度を算出する温度演算部２５とを備える温度分布測定装置において、３点の黒体炉温度より求めた校正データを記憶する校正値記憶部２４を設け、温度演算部２５は、校正データを用いて検出信号から温度を算出するため、広い測定範囲を精度よく測定できる。
(2)校正データは、工場出荷時に黒体炉温度を３点測定したデータから求めるため、その後の使用に校正する負担なく、精度のよい測定を行うことができる。
【００２１】
本実施例１の作用効果について、さらに説明する。
実施例１では、複数のサーモパイル素子をマトリクス状に配置し、切り替えて測定することにより、温度分布を測定するものである。複数素子には、当然に検出性能にバラツキを有することになり、校正が必要となる。しかし、車両では、その使用の途中で校正を行うことは、使用者に大きな負担となる。
また、車両に求められる温度測定の範囲は、その使用される状況環境の寒暖の幅が大きいことから、広い範囲が要求される。
実施例１では、工場の出荷時に、それぞれのサーモパイル素子の特性を要求される温度範囲から設定された３点の温度校正に基づきａ，ｂ，ｃの値を求め、この値による上記式Ａを出荷後に使用して温度演算を行うのである。そのため、使用者には、校正の負担なく、使用される温度環境を選ぶことなく、精度のよい温度測定が車両機器に使用できることになる。
また、使用される式Ａは、複雑なものではないため、演算回路、ソフトに負担を増やすことなく、広い範囲を正確に測定できる。
【００２２】
（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態を実施例１に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
【００２３】
回路構成は、別のものであってもよく、実施例１中に示す数式を用いてソフト上で行うものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例１の温度分布測定装置のブロック図である。
【図２】１点補正と３点補正を比較したグラフ図である。
【図３】黒体炉温度を変化させた際のAD変換された値を示す温度特性図である。
【符号の説明】
【００２５】
１ サーモパイルモジュール
１１ レンズ
１２ サーモパイルユニット
１２１ サーモパイル素子
１３ スキャン部
１４ 増幅部
１５ 基準温度素子
２ マイコン
２１ 信号出力部
２２ マルチプレクサ
２３ AD変換部
２４ 校正値記憶部
２５ 温度演算部
３ 検出エリア
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を複数素子で検出して、温度を分布で測定する温度分布測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術においては、測定温度を校正するために、測定温度を算出する式に中に黒体炉の温度を組み込んでいる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−５６１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来では、校正される温度が１点であるために、正確に測定できる温度の範囲が狭いという問題点がある。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、各素子の対象温度対出力特性を広い測定温度範囲において校正し、精度よく被検出対象を検出することができる温度分布測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明では、赤外線を分布状に検出する複数の素子と、検出範囲から集光するレンズと、検出信号から温度を算出する温度演算手段と、を備える温度分布測定装置において、３点の黒体炉温度より求めた校正データを記憶する校正値記憶手段を設け、前記温度演算手段は、前記校正データを用いて、前記検出信号から温度を算出する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明では広い測定範囲を精度よく測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明の温度分布測定装置を実現する実施の形態を、実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず構造を説明する。
図１は実施例１の温度分布測定装置のブロック図である。
実施例１は、自動車の車内の温度分布を測定するのに用いられる例である。
実施例１の温度分布測定装置は、サーモパイルモジュール１とマイコン２を主な構成とする。
サーモパイルモジュール１は、レンズ１１、サーモパイルユニット１２、スキャン部１３、増幅部１４、基準温度素子１５を主な構成とする。
レンズ１１は、サーモパイルユニット１２の前方に配置され、検出エリア３から放射される赤外線をサーモパイルユニット１２に集光する。
サーモパイルユニット１２は、赤外線を検出するサーモパイル素子（素子に相当する）１２１を、マトリクス状に配置したものである。
スキャン部１３は、サーモパイル素子１２１からの出力信号をアドレス信号によって選択する。
【０００９】
第１増幅部１４は、スキャン部１３で選択される素子の出力信号と、基準温度素子からの入力の差動増幅を行う。
【００１０】
基準温度素子１５は、周囲温度を示す出力である基準電圧を出力する。
なお、基準温度素子１５は、サーモパイル素子１２１により、一定温度の物を測定するようにしてもよく、一定の温度を示す電圧が出力されるようにしてもよい。
マイコン２は、サーモパイルユニット１２の制御、出力信号の処理、演算を行い、自動車の機器、通信ラインにデータ出力や制御出力を行う。
マイコン２には、信号出力部２１、マルチプレクサ２２、AD変換部２３、校正値記憶部２４、温度演算部２５を備えている。
【００１１】
信号出力部２１は、所定のタイミングでスキャン部１３にサーモパイル素子１２１のマトリクスの配列のアドレス信号を出力する。
マルチプレクサ２２は、増幅部１４からの出力信号を受け取り、サーモパイル素子１２１のマトリクス状の選択・切替を行う。
AD変換部２３は、マルチプレクサ２２で選択される素子の増幅された信号をAD変換する。
校正値記憶部２４は、以下に詳述する３点の温度校正値を記憶し、温度演算部２５へ出力する。
温度演算部２５は、AD変換された測定値と校正値から測定温度を演算する。なお、マルチプレクサ２２の選択・切替により、温度演算部２５は温度分布を演算することになる。
【００１２】
次に作用を説明する。
[精度よく広い範囲の測定を行う作用]
実施例１の温度分布測定装置は、マイコン２の信号出力部２１からのアドレス信号により、スキャン部１３で選択されたサーモパイル素子１２１の出力信号が、増幅部１４における入力信号となる。
基準温度素子１５は、周囲温度を検出し、増幅部１４の入力信号となる。
増幅部１４では、サーモパイル素子１２１の出力信号と基準温度素子１５の周囲温度測定出力との差動増幅を行う。そのため、周囲温度が変化しても検出エリア３の温度を電圧値として正確に検出することができる。
【００１３】
増幅部１４からの出力は、マルチプレクサ２２により選択・切替が行われ、AD変換され、温度演算部２５で温度演算が行われる。
温度演算部２５では、各素子毎に、式Ａにより、温度変換が行われる。
なお、Voはセンサ検出電圧、Tbbは被測定物の絶対温度、Tthはセンサの絶対温度とする。
【００１４】
【数１】
【００１５】
つまり、温度演算部２５では、３点の温度による校正のデータを校正値記憶部２４から得て、温度変換が精度よく行われる。
さらに、詳細に説明する。
図３は、ある素子について黒体炉温度を変化させた際にAD変換された値を示す温度特性である。
図３の特性において、３５℃の値を元に１点で補正した結果と、又、６０℃と３５℃、２０℃の値を元に３点で補正した結果を図２に示す。
１点補正（図２中の線５１）では、３５℃の部分でしか、黒体炉温度による補正と測定が合致しないが、３点補正（図２中の線５２）では、２０℃〜６０℃までがよく合致している。
工場出荷時に黒体炉温度を３点設定して、その時の各素子のAD値を測定し、係数ａ，ｂ，ｃを求める。
【００１６】
Vo1=aTbb14+bTth14+c，Vo2=aTbb24+bTth24+c，Vo2=aTbb24+bTth24+c
【００１７】
【数２】
【００１８】
【数３】
【００１９】
なお、２０℃、３５℃、６０℃での補正は、他の任意の温度であってもよい。
このように３点補正を含む式Ａで、温度演算を行うようにすると、より広い測定範囲を精度よく測定することになる。
【００２０】
次に効果を説明する。
本実施の形態の温度分布測定装置にあっては、次に列挙する効果を得ることができる。
(1)赤外線を分布状に検出する複数のサーモパイル素子１２１と、検出範囲から集光するレンズ１１と、検出信号から温度を算出する温度演算部２５とを備える温度分布測定装置において、３点の黒体炉温度より求めた校正データを記憶する校正値記憶部２４を設け、温度演算部２５は、校正データを用いて検出信号から温度を算出するため、広い測定範囲を精度よく測定できる。
(2)校正データは、工場出荷時に黒体炉温度を３点測定したデータから求めるため、その後の使用に校正する負担なく、精度のよい測定を行うことができる。
【００２１】
本実施例１の作用効果について、さらに説明する。
実施例１では、複数のサーモパイル素子をマトリクス状に配置し、切り替えて測定することにより、温度分布を測定するものである。複数素子には、当然に検出性能にバラツキを有することになり、校正が必要となる。しかし、車両では、その使用の途中で校正を行うことは、使用者に大きな負担となる。
また、車両に求められる温度測定の範囲は、その使用される状況環境の寒暖の幅が大きいことから、広い範囲が要求される。
実施例１では、工場の出荷時に、それぞれのサーモパイル素子の特性を要求される温度範囲から設定された３点の温度校正に基づきａ，ｂ，ｃの値を求め、この値による上記式Ａを出荷後に使用して温度演算を行うのである。そのため、使用者には、校正の負担なく、使用される温度環境を選ぶことなく、精度のよい温度測定が車両機器に使用できることになる。
また、使用される式Ａは、複雑なものではないため、演算回路、ソフトに負担を増やすことなく、広い範囲を正確に測定できる。
【００２２】
（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態を実施例１に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
【００２３】
回路構成は、別のものであってもよく、実施例１中に示す数式を用いてソフト上で行うものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例１の温度分布測定装置のブロック図である。
【図２】１点補正と３点補正を比較したグラフ図である。
【図３】黒体炉温度を変化させた際のAD変換された値を示す温度特性図である。
【符号の説明】
【００２５】
１ サーモパイルモジュール
１１ レンズ
１２ サーモパイルユニット
１２１ サーモパイル素子
１３ スキャン部
１４ 増幅部
１５ 基準温度素子
２ マイコン
２１ 信号出力部
２２ マルチプレクサ
２３ AD変換部
２４ 校正値記憶部
２５ 温度演算部
３ 検出エリア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を分布状に検出する複数の素子と、
検出範囲から集光するレンズと、
検出信号から温度を算出する温度演算手段と、
を備える温度分布測定装置において、
３点の黒体炉温度より求めた校正データを記憶する校正値記憶手段を設け、
前記温度演算手段は、
前記校正データを用いて、前記検出信号から温度を算出する、
ことを特徴とする温度分布測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の温度分布測定装置において、
前記校正データは、
工場出荷時に黒体炉温度を３点測定したデータから求める、
ことを特徴とする温度分布測定装置。
【請求項１】
赤外線を分布状に検出する複数の素子と、
検出範囲から集光するレンズと、
検出信号から温度を算出する温度演算手段と、
を備える温度分布測定装置において、
３点の黒体炉温度より求めた校正データを記憶する校正値記憶手段を設け、
前記温度演算手段は、
前記校正データを用いて、前記検出信号から温度を算出する、
ことを特徴とする温度分布測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の温度分布測定装置において、
前記校正データは、
工場出荷時に黒体炉温度を３点測定したデータから求める、
ことを特徴とする温度分布測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−３００７４８（Ｐ２００６−３００７４８Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２３３０７（Ｐ２００５−１２３３０７）
【出願日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（０００００４７６５）カルソニックカンセイ株式会社 (3,404)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（０００００４７６５）カルソニックカンセイ株式会社 (3,404)
【Ｆターム（参考）】
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