JPH03180730A - Temperature measuring instrument - Google Patents
Temperature measuring instrumentInfo
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- JPH03180730A JPH03180730A JP1320168A JP32016889A JPH03180730A JP H03180730 A JPH03180730 A JP H03180730A JP 1320168 A JP1320168 A JP 1320168A JP 32016889 A JP32016889 A JP 32016889A JP H03180730 A JPH03180730 A JP H03180730A
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- temperature
- pyroelectric infrared
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は赤外線を放射する熱源の温度を測定する装置に
関し、特に焦電型赤外線検出素子を用いた温度測定装置
に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a device for measuring the temperature of a heat source that emits infrared rays, and particularly to a temperature measuring device using a pyroelectric infrared detecting element.
焦電型赤外線検出素子は温度変化のみを検出することか
できるだけであるため、従来この検出素子は移動する熱
源の検出等に用いられていた。又赤外線量を検出するた
めには焦電型赤外線検出素子の前面に機械的なチョッパ
機構を設け、入射される赤外線を断続することによって
赤外線量を検出するようにしている。Since a pyroelectric infrared detection element can only detect temperature changes, this detection element has conventionally been used to detect moving heat sources. In order to detect the amount of infrared rays, a mechanical chopper mechanism is provided in front of the pyroelectric infrared detection element, and the amount of infrared rays is detected by cutting off the incident infrared rays.
〔発明が解決しようとする課題]
そのため従来の温度測定装置ではチョッパ機構の駆動部
が必要となり、構成が大きく複雑になるという欠点があ
った。又チョッパ機構の駆動部は寿命が短く、熱源の断
続をあまり高速化できず応答速度を早くすることができ
ないという欠点もあった。[Problems to be Solved by the Invention] Therefore, the conventional temperature measuring device requires a drive section for a chopper mechanism, which has the drawback of making the configuration large and complicated. Furthermore, the drive section of the chopper mechanism has a short lifespan, and the shortcomings are that the heat source cannot be switched on and off very quickly and the response speed cannot be increased.
本発明はこのような従来の焦電型赤外線検出素子をセン
サとし機械的なチョッパ機構を用いた温度測定装置の問
題点に鑑みてなされたものであって、機械的なチョッパ
機構を用いることなく赤外線によって物体の温度を測定
できるようにすることを技術的課題とする。The present invention has been made in view of the problems of the conventional temperature measuring device that uses a pyroelectric infrared detection element as a sensor and uses a mechanical chopper mechanism. The technical challenge is to be able to measure the temperature of objects using infrared rays.
[課題を解決するための手段]
本発明は焦電型赤外線検出素子と、焦電型赤外線検出素
子を所定温度に加熱する加熱手段と、焦電型赤外線検出
素子の共振周波数の周波数成分を有する交流電圧を印加
する電圧印加手段と、焦電型赤外線検出素子の容量変化
に基づいて温度を検出する温度検出手段と、を有するこ
とを特徴とするものである。[Means for Solving the Problems] The present invention includes a pyroelectric infrared detection element, a heating means for heating the pyroelectric infrared detection element to a predetermined temperature, and a frequency component of the resonance frequency of the pyroelectric infrared detection element. The device is characterized in that it includes voltage application means for applying an alternating current voltage, and temperature detection means for detecting temperature based on a change in capacitance of a pyroelectric infrared detection element.
このような特徴を有する本発明によれば、焦電型赤外線
検出素子を所定温度で加熱すると共に、その共振周波数
に対応した周波数成分を持つ交流電圧を印加することに
よって、外部から得られる赤外線からの赤外光によって
静電容量が変化する動作点を選択している。そして外部
から赤外線が与えられれば焦電型赤外線検出素子の温度
が変化し、その温度変化が静電容量の変化として表れる
。According to the present invention having such characteristics, by heating the pyroelectric infrared detecting element to a predetermined temperature and applying an alternating current voltage having a frequency component corresponding to its resonant frequency, infrared light obtained from the outside can be detected. The operating point where the capacitance changes due to infrared light is selected. When infrared rays are applied from the outside, the temperature of the pyroelectric infrared detection element changes, and the temperature change appears as a change in capacitance.
従ってこの静電容量変化を温度検出手段によって検出す
るようにしている。Therefore, this capacitance change is detected by the temperature detection means.
第1図は本発明の一実施例による温度測定装置の全体構
成を示すプロ・ンク図である。本実施例の温度測定装置
では、赤外線を発生する物体に対して赤外線を集光する
ためのフレネルレンズ1を有しており、その焦点部分に
焦電型赤外線検出素子2を設ける。焦電型赤外線検出素
子2の等価回路は図示のように抵抗RとコンデンサCの
並列接続体として表される。この焦電型赤外線検出素子
2は図示のようにヒータブロック3内に収納する。FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a temperature measuring device according to an embodiment of the present invention. The temperature measuring device of this embodiment has a Fresnel lens 1 for focusing infrared rays on an object that generates infrared rays, and a pyroelectric infrared detecting element 2 is provided at the focal point of the Fresnel lens 1. The equivalent circuit of the pyroelectric infrared detection element 2 is expressed as a parallel connection of a resistor R and a capacitor C as shown in the figure. This pyroelectric infrared detection element 2 is housed in a heater block 3 as shown.
ヒータブロック3は加熱装置4により加熱される。Heater block 3 is heated by heating device 4 .
加熱装置4は焦電型赤外線検出素子2を所定の温度、例
えば本実施例では48°Cとなるように所定の電力が供
給されている。さて焦電型赤外線検出素子2の等価回路
で示されるコンデンサCは複数の共振点を持つ周波数特
性を有している。第2図(a)はコンデンサCの静電容
量の周波数特性を示す同第2図(b)はアドミタンスの
周波数特性を示す図であって、この例では約1.04M
Hzの周波数で共振している。ここでは発振器5の発振
周波数をこの共振周波数に等しくなるように選択し、直
流電源6を介してこの直流電圧に重畳させて焦電型赤外
線検出素子2に印加する。ここで直流のバイアス電源と
しては例えば−35Vとし、発振器5は周波数が1.0
4MHz、振幅を0.45Vとする。モして焦電型赤外
線検出素子2の両端にはC/F変換器7を接続する。C
/F変換器7は等価回路で示されるコンデンサCの静電
容量に対応した周波数を発振するものであり、その出力
は周波数測定回路8に与えられる。周波数測定回路8は
所定の闇値が設定された比較器を有し、静電容量の変化
に基づく周波数変化によりその闇値を越えることによっ
て得られる出力を出力トランジスタ9を介して外部に与
えるものである。ここでヒータブロック3と加熱装置4
とは焦電型赤外線検出素子2を所定温度に加熱する加熱
手段IOを構成しており、発振器5と直流量ag6とは
焦電型赤外線検出素子の共振周波数成分を有する交流電
圧を印加する電圧印加手段11を構成している。又C,
/F変換器71周波数測定回路8及び出力トランジスタ
9は焦電型赤外線検出素子の容量変化に基づいて温度を
検出する温度検出手段12を構成している。A predetermined power is supplied to the heating device 4 so that the pyroelectric infrared detecting element 2 is kept at a predetermined temperature, for example, 48° C. in this embodiment. Now, the capacitor C shown in the equivalent circuit of the pyroelectric infrared detection element 2 has frequency characteristics having a plurality of resonance points. Fig. 2(a) shows the frequency characteristics of the capacitance of capacitor C. Fig. 2(b) shows the frequency characteristics of the admittance, which in this example is about 1.04M.
It resonates at a frequency of Hz. Here, the oscillation frequency of the oscillator 5 is selected to be equal to this resonant frequency, and is applied to the pyroelectric infrared detection element 2 via the DC power supply 6 superimposed on this DC voltage. Here, the DC bias power supply is set to -35V, for example, and the frequency of the oscillator 5 is 1.0V.
The frequency is 4MHz and the amplitude is 0.45V. Additionally, a C/F converter 7 is connected to both ends of the pyroelectric infrared detection element 2. C
The /F converter 7 oscillates a frequency corresponding to the capacitance of the capacitor C shown in the equivalent circuit, and its output is given to the frequency measuring circuit 8. The frequency measurement circuit 8 has a comparator to which a predetermined dark value is set, and provides an output to the outside via an output transistor 9 when the frequency exceeds the dark value due to a frequency change based on a change in capacitance. It is. Here, heater block 3 and heating device 4
constitutes a heating means IO that heats the pyroelectric infrared detection element 2 to a predetermined temperature, and the oscillator 5 and the DC amount ag6 are voltages that apply an AC voltage having a resonance frequency component of the pyroelectric infrared detection element. It constitutes the application means 11. Also C,
/F converter 71, frequency measuring circuit 8, and output transistor 9 constitute temperature detecting means 12 that detects temperature based on a change in capacitance of a pyroelectric infrared detecting element.
第3図は焦電型赤外線検出素子2の等価回路のコンデン
サCの静電容量とその温度変化を示す図である。本図に
おいてヒータブロック3内の焦電型赤外線検出素子2の
温度は加熱装置4により48°Cに保たれる。そして温
度を検知すべき物体に対向させてこの温度測定装置を配
置すると、赤外線がフレネルレンズ■を介して焦電型赤
外線検出素子2に入射される。従って検知対象の温度が
この温度の近傍にあり、例えば50°Cとすると焦電型
赤外線検出素子2自体の温度も上昇し、それによってコ
ンデンサCの静電容量が減少する。又検知対象物の温度
が48°Cより低ければ焦電型赤外線検出素子2自体の
温度も低くなり、これによってコンデンサCの静電容量
が図示のように増加する。従ってC/F変換器7の出力
に基づいて温度を検知すべき対象物の48°C周辺の温
度、例えば本実施例では40°C〜53°Cの範囲の温
度を測定し出力を得ることができる。FIG. 3 is a diagram showing the capacitance of the capacitor C in the equivalent circuit of the pyroelectric infrared detection element 2 and its temperature change. In this figure, the temperature of the pyroelectric infrared detection element 2 in the heater block 3 is maintained at 48° C. by the heating device 4. When this temperature measuring device is placed facing the object whose temperature is to be detected, infrared rays are incident on the pyroelectric infrared detecting element 2 through the Fresnel lens (2). Therefore, if the temperature of the object to be detected is in the vicinity of this temperature, for example 50° C., the temperature of the pyroelectric infrared detection element 2 itself will also rise, thereby reducing the capacitance of the capacitor C. Further, if the temperature of the object to be detected is lower than 48° C., the temperature of the pyroelectric infrared detection element 2 itself also becomes low, and thereby the capacitance of the capacitor C increases as shown in the figure. Therefore, based on the output of the C/F converter 7, the temperature around 48°C of the object whose temperature is to be detected, for example, in this embodiment, the temperature in the range of 40°C to 53°C is measured and the output is obtained. I can do it.
尚本実施例では直流電源6より前述したように一35V
のバイアス電圧を与えている。このパイアスミ圧を変化
させたときの静電容量Cの変化は第4図に示される。こ
の図に示されるように20Vを越えるバイアス電圧を印
加すればコンデンサCの静電容量はほとんど変化しない
ことがわかる。又焦電型赤外線検出素子2に印加する交
流電源の周波数として共振点以外の周波数、例えば4M
Hzを選択すると、温度変化に対してコンデンサCの静
電容量は第5図のように示される。この場合には温度変
化に対して静電容量はほとんど変化せず充分な温度検知
をすることができない。従って第2図に示すように交流
電源の周波数として共振点周波数を選択する必要がある
。In this embodiment, as mentioned above, the DC power supply 6 receives -35V.
It gives a bias voltage of . FIG. 4 shows the change in capacitance C when the pie-sumi pressure is changed. As shown in this figure, it can be seen that when a bias voltage exceeding 20 V is applied, the capacitance of the capacitor C hardly changes. Also, as the frequency of the AC power applied to the pyroelectric infrared detection element 2, a frequency other than the resonance point, for example, 4M
When Hz is selected, the capacitance of capacitor C with respect to temperature changes is shown as shown in FIG. In this case, the capacitance hardly changes with respect to temperature changes, making it impossible to perform sufficient temperature detection. Therefore, as shown in FIG. 2, it is necessary to select the resonance point frequency as the frequency of the AC power source.
尚本実施例ではこの周波数を選択するために発振周波数
を手動で変化させる発振器5を用いているが、共振周波
数となるように自動的に発振周波数を追従させるように
してもよい。In this embodiment, the oscillator 5 whose oscillation frequency is manually changed is used to select this frequency, but the oscillation frequency may be automatically made to follow the resonant frequency.
このように本発明によれば、機械的なチョッパ機構を用
いることなく赤外線に基づいて一定範囲の温度を検出で
きる温度測定装置を構成することができる。又機械的な
チョッパを用いずに構成することができるため装置全体
を小型化することも可能となる。As described above, according to the present invention, it is possible to construct a temperature measuring device that can detect temperature within a certain range based on infrared rays without using a mechanical chopper mechanism. Furthermore, since it can be configured without using a mechanical chopper, it is also possible to downsize the entire device.
第1図は本発明の一実施例による温度測定装置の全体構
成を示すブロック図、第2図(a)は焦電型赤外線検出
素子の等価コンデンサCの周波数特性を示す図、第2図
(b)は等価アドミタンスの温度に対する変化を示す図
、第3図はヒータブロックの温度に対する静電容量の変
化を示す図、第4図は直流バイアス電圧に対する静電容
量の変化を示す図、第5図は共振周波数以外の周波数で
の温度変化に対する静電容量の特性を示すグラフである
。
フレネルレンズ 2−−−焦電型赤外線検3−・−・
・ヒータブロック 4・・−−−−一加熱5−・−・
−発振器 6−・−直流電源 7C/F変換器
8−−−−・・周波数測定回路・・−・−出力トランジ
スタ ■0−・−−−−一加熱手段1−−−−−一電
圧印加手段 12・−・−温度検出手段出素子
装置
第
図
?
2
2 −−−−−一 焦、電?!、tヲトaキダヒ出清↓
予10−−−−−一カロ悲8a
11−−−−−− tJEel’1o−8!12−−−
−−−、五り検出−8tえ
第
図(a)
(M日2)
第
図(b)
□□□’r−4z)FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a temperature measuring device according to an embodiment of the present invention, FIG. b) is a diagram showing changes in equivalent admittance with respect to temperature, Figure 3 is a diagram showing changes in capacitance with respect to temperature of the heater block, Figure 4 is a diagram showing changes in capacitance with respect to DC bias voltage, and Figure 5 is a diagram showing changes in capacitance with respect to DC bias voltage. The figure is a graph showing the characteristics of capacitance with respect to temperature changes at frequencies other than the resonant frequency. Fresnel lens 2 --- Pyroelectric infrared detection 3 ---
・Heater block 4...--Heating 5--
-Oscillator 6-・-DC power supply 7C/F converter
8------Frequency measurement circuit---Output transistor ■0------1 Heating means 1---1 Voltage application means 12---Temperature detection means output element device No. figure? 2 2 -------1 Jiao, Den? ! , twoto a kidahi Izuki↓
Preliminary 10----Ichikaro Sad 8a 11---- tJEel'1o-8!12----
---, Detection-8t Figure (a) (M day 2) Figure (b) □□□'r-4z)
Claims (1)
段と、 前記焦電型赤外線検出素子の共振周波数の周波数成分を
有する交流電圧を印加する電圧印加手段と、 前記焦電型赤外線検出素子の容量変化に基づいて温度を
検出する温度検出手段と、を有することを特徴とする温
度測定装置。(1) A pyroelectric infrared detection element, a heating means for heating the pyroelectric infrared detection element to a predetermined temperature, and a voltage application for applying an alternating current voltage having a frequency component of the resonance frequency of the pyroelectric infrared detection element. A temperature measuring device comprising: a temperature detecting means for detecting temperature based on a change in capacitance of the pyroelectric infrared detecting element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1320168A JPH03180730A (en) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | Temperature measuring instrument |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1320168A JPH03180730A (en) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | Temperature measuring instrument |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03180730A true JPH03180730A (en) | 1991-08-06 |
Family
ID=18118458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1320168A Pending JPH03180730A (en) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | Temperature measuring instrument |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03180730A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016192860A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-10 | ダイハツ工業株式会社 | Power generation system |
| WO2017208790A1 (en) * | 2016-05-30 | 2017-12-07 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Variable capacitor |
-
1989
- 1989-12-08 JP JP1320168A patent/JPH03180730A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016192860A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-10 | ダイハツ工業株式会社 | Power generation system |
| WO2017208790A1 (en) * | 2016-05-30 | 2017-12-07 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Variable capacitor |
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