JPH09257588A

JPH09257588A - 放射温度計

Info

Publication number: JPH09257588A
Application number: JP8068591A
Authority: JP
Inventors: Mitsutoshi Yaegashi; 光俊八重樫
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】専用の恒温設備なしにボロメータの経時変化を
補償するための校正機能を持った放射温度計を提供す
る。【解決手段】ボロメータ１０２のサーミスタ特性のパラ
メータであるＲ₂₅とＢ定数のうちＲ₂₅が経時変化の面で
支配的であることを利用する。遮光と断熱を行うアタッ
チメント１０４を鼓膜温度計のセンサ部外装１０１に装
着して温度安定度のよい測定系を作るとともに、小型サ
ーミスタ１０３をボロメータ１０２と熱的に結合させて
ボロメータ温度をモニタする。小型サーミスタ１０３の
温度変化がある一定の範囲に収まったところでボロメー
タ１０２内のサーミスタの抵抗値を求め、Ｒ₂₅を計算
し、結果をＲＡＭに記憶する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サーミスタを用い
た赤外線センサにより、鼓膜などの測定対象から放射さ
れる赤外線を感知し、その測定対象の温度を非接触で測
定する放射温度計に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、感温部に赤外線センサを設け非接
触で温度を測定するようにした放射温度計が種々の分野
で用いられている。赤外線センサには、赤外線を吸収し
たときの温度上昇を利用したものとして、サーモパイ
ル、ボロメータなどがある。サーモパイルは放射エネル
ギーに対応した電圧（熱起電力）を出力する素子であ
り、ボロメータは放射エネルギーに対応した抵抗値を出
力する素子である。一般にボロメータは温度によって電
気抵抗が変化するサーミスタで構成されている（サーミ
スタボロメータ）。

【０００３】これらのセンサを用いた非接触放射温度計
は、人体の深部温度を代表する鼓膜温の温度計（以下、
鼓膜温度計という。）としても用いられている。鼓膜温
度計は、たとえば、センサ部（感温部）に微小なサーミ
スタボロメータを設けて構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鼓膜温
度計に、従来の婦人体温計以上の分解能（０．０１℃以
下）と精度を要求すると、センサの経時変化が問題にな
る。つまり、分解能が粗い場合にはセンサの経時変化は
あまり問題とならないが、一般にサーミスタは経時変化
を有するため、高いレベルで分解能と精度を維持するた
めには一定期間ごとの校正が必要であり、実際上もその
ようにして使用されている。

【０００５】たとえば、サーミスタボロメータ（以下、
単にボロメータという。）を用いた鼓膜温度計の場合、
ボロメータのサーミスタ特性を表わす２つのパラメータ
（後述するＲ₂₅、Ｂ定数）に経時変化が起こると、同じ
放射エネルギーに対する抵抗値の変化が商品出荷時のそ
れと異なってしまうので、初期の精度が維持できなくな
る。したがって、鼓膜温度計に対し、高分解能・高精度
を要求する場合には、センサ（サーミスタから成る）の
経時変化を補償するための校正機能を持つことが要求さ
れる。

【０００６】本発明は、鼓膜温度計などのサーミスタを
用いた放射温度計における上記課題に着目してなされた
ものであり、サーミスタの経時変化を補償するための校
正機能を持った放射温度計を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、サーミスタを用いた赤外線センサによ
り、測定対象から放射される赤外線を感知し、その測定
対象の温度を測定する放射温度計において、前記赤外線
センサの温度を検出するセンサ温度検出手段と、校正モ
ード時に使用され、前記赤外線センサを外部の赤外線か
ら遮断する着脱自在の赤外線遮断手段と、前記赤外線遮
断手段が使用されている状態における前記センサ温度検
出手段の出力変化が所定の温度範囲内に収まった時のそ
の出力値および前記赤外線センサの出力値により、前記
サーミスタの所定の特性パラメータの値を算出する演算
手段と、前記演算手段の結果を記憶する記憶手段とを有
することを特徴とする。

【０００８】本発明の放射温度計の構成にあっては、赤
外線センサのサーミスタの経時変化を補償するための校
正を行う際に、まず、赤外線遮断手段を使用して赤外線
センサを外部の赤外線から遮断する。これにより、赤外
線センサは遮光されかつ周囲の雰囲気との十分な断熱が
行われるため、温度安定度のよい測定系が作られる。セ
ンサ温度検出手段は赤外線センサと熱的に結合されてお
り、赤外線センサ自体の温度を検出する。つまり、セン
サ温度検出手段によって赤外線センサの温度がモニタさ
れる。演算手段は、赤外線遮断手段が使用されている状
態におけるセンサ温度検出手段の出力変化が所定の温度
範囲内に収まった時のその出力値（赤外線センサの温
度）および赤外線センサの出力値（サーミスタの抵抗
値）により、サーミスタの所定の特性パラメータの値を
演算する。この結果は記憶手段に記憶され、次回以降の
測定に用いられる。こうして、赤外線センサ（サーミス
タ）の経時変化が補償される。なお、校正対象となるサ
ーミスタの特性パラメータは経時変化の面で支配的なも
のに設定しておく。

【０００９】作用をより詳細に説明すると、次のとおり
である。なお、ここでは、赤外線センサとしてボロメー
タを例にとる。一般にボロメータは複数個のサーミスタ
を内蔵している。サーミスタ特性は下記の式１に示され
るように２つのパラメータ（Ｒ₂₅、Ｂ定数）を持ってい
る。Ｒ＝Ｒ₂₅ｅｘｐ｛Ｂ（Ｔ^-1−Ｔ₂₅ ^-1）｝ …式１ここで、Ｒ：サーミスタの抵抗値Ｒ₂₅：２５℃におけるサーミスタの抵抗値Ｂ：Ｂ定数Ｔ：絶対温度Ｔ₂₅：２５℃の絶対温度（298.15[K]) この式で変数はＲとＴである。

【００１０】式１はＲの自然対数ｌｎＲがＴ^-1の一次関
数になっていることを示している。すなわち、傾きがＢ
定数、関数の通る点が（Ｔ₂₅，Ｒ₂₅）であり、この２つ
がパラメータになっている。

【００１１】ところで、ボロメータを高温の雰囲気に放
置してサーミスタ特性の変化を調べる高温試験などの加
速試験の結果から、上記の２つのパラメータ（Ｒ₂₅、Ｂ
定数）は同程度の割合で変化するのではなく、Ｒ₂₅の経
時変化が支配的であることがわかっている。したがっ
て、Ｂ定数は一定で、Ｒ₂₅のみ変化するものとみなすこ
とができる。

【００１２】通常、サーミスタ特性を求めるには、パラ
メータが２つあるため、異なる２点の温度におけるサー
ミスタの抵抗値を求める必要がある（なお、３点以上の
温度で抵抗値を測定して、最小二乗法によりＲ₂₅とＢ定
数を求めるようにすればより一層望ましい）。この場
合、測定系には異なる２点の温度において時間的、空間
的に温度変化が小さいことが要求される。

【００１３】このような測定系は専用の恒温設備になる
ため、臨床の現場に常備するのはスペース、コスト、メ
ンテナンスの面で難しい。しかし、前述のようにＲ₂₅と
Ｂ定数の２つのパラメータのうち１つは変化しないとみ
なすことができれば（現実的にはＢ定数が変化しないと
みなせる）、ある１点の温度における抵抗値を測定する
だけでサーミスタ特性を求めることができる。１点なら
ば、時間的、空間的に温度変化の小さい測定系を用意す
るのは比較的容易である。

【００１４】すなわち、本発明のように、取付け取外し
自在の赤外線遮断手段（たとえば、後述するアタッチメ
ント）を用いてボロメータ（赤外線センサ）を外部の赤
外線から遮断して、ボロメータの遮光および周囲の雰囲
気との十分な断熱を行い、温度安定度のよい測定系を作
る。この系では温度変化さえ小さければよく、温度の絶
対値に精度は必要ない。したがって、専用の恒温設備を
設けることなく、比較的容易に上記の条件を満たす測定
系が得られる。

【００１５】一方、ボロメータ（赤外線センサ）にはボ
ロメータ自体の温度をモニタするためのセンサ温度検出
手段（たとえば、後述する小型サーミスタ）を熱的に結
合させておき、このセンサ温度検出手段（小型サーミス
タ）の温度変化がある一定の範囲（たとえば、±０．０
０５℃）に収まったところでボロメータ内のサーミスタ
の抵抗値を求める。なお、センサ温度検出手段を小型の
サーミスタで構成した場合には、ボロメータと異なり熱
的定数が大きいので、ボロメータ温度の測定にはある程
度の時間がかかる。また、ボロメータよりも経時変化の
小さいことが要求される。

【００１６】その後、校正手段（たとえば、後述するＣ
ＰＵなど）により、得られた抵抗値と温度を上記の式１
に代入してＲ₂₅を計算し、たとえば商品出荷時に設定さ
れていたＲ₂₅を変更して、ボロメータの経時変化を補償
する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を使って、本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明の放射温度計の要部
構成および校正モード時の使用状態を概略的に示す概略
要部断面図である。

【００１８】この放射温度計は、たとえば、赤外線セン
サとしてボロメータ１０２を用いた鼓膜温度計である。
ボロメータ１０２はこの鼓膜温度計のセンサ部（感温
部）の外装１０１の中に収容されている。ボロメータ１
０２にはセンサ温度検出手段としてこのボロメータ自体
の温度をモニタするための小型のサーミスタ１０３がボ
ロメータ１０２と熱的に結合するように取り付けられて
いる。モニタ用の小型サーミスタ１０３の寸法は、たと
えば、１×１×２［mm］である。鼓膜温度計を校正する
モードのときは、鼓膜温度計のセンサ部外装１０１に赤
外線遮断手段としてのアタッチメント１０４を装着す
る。アタッチメント１０４は遮光と断熱を行うものであ
る。このアタッチメント１０４を用いることで、鼓膜温
度計のボロメータ１０２を遮光しかつ周囲の雰囲気との
十分な断熱を行って、温度安定度のよい測定系を作る。

【００１９】図２は図１に示す鼓膜温度計の回路構成を
示すブロック図である。ボロメータ１０２は２個の微小
なサーミスタ２０１ａと２０１ｂを内蔵している。一方
のサーミスタ２０１ａは図示しないアパーチャ（開口部
または入射窓）により外部からの赤外線を受光可能なサ
ーミスタであり、もう一方のサーミスタ２０１ｂはサー
ミスタ２０１ａと同じサーミスタ特性を持つが、アパー
チャを持たないため赤外線の影響を受けないサーミスタ
である。このように、赤外線を受光可能なサーミスタ２
０１ａと赤外線の影響を受けないサーミスタ２０１ｂの
２つのサーミスタを設けることにより、両者の抵抗値Ｒ
s 、Ｒr の差分を検出することで、電気的なノイズおよ
び熱的な外乱を除去して正味の赤外線量を得ることがで
き、高精度の温度測定が可能となる。また、モニタ用の
小型サーミスタ１０３は１個のサーミスタ２０２のみか
ら成っている。

【００２０】ボロメータ１０２内の２つのサーミスタ２
０１ａ、２０１ｂの各抵抗値Ｒs 、Ｒr と、ボロメータ
１０２と熱的に結合しているボロメータ温度モニタ用の
小型サーミスタ１０３内のサーミスタ２０２の抵抗値Ｒ
t とは、抵抗／電圧変換回路２０３ａ、２０３ｂ、２０
３ｃにより、おのおのの抵抗値に対応した電圧Ｖs 、Ｖ
r 、Ｖt に変換される。

【００２１】鼓膜温度計が鼓膜温の測定を行うモードの
ときには、ボロメータ１０２にもとづく電圧Ｖs 、Ｖr
のみがマルチプレクサ２０４およびＡ／Ｄ変換部２０５
を通ってＣＰＵ２０６に入力される。ＣＰＵ２０６は、
入力したデータＶs 、Ｖr にもとづいて、測定プログラ
ムが書き込まれているＲＯＭ２０８と、データの一時的
な記憶を行う非パックアップＲＡＭ２０９と、前回の校
正データを記憶しているバックラップＲＡＭ２１０とに
よって鼓膜温を算出し、結果をＬＣＤ（液晶表示装置）
２０７に表示する。

【００２２】鼓膜温度計が校正を行うモードのとき（校
正モード時）、ＣＰＵ２０６は演算手段として機能す
る。そのため、このＣＰＵ２０６には校正データの記憶
を行う記憶手段としてのバックアップＲＡＭ２１０が接
続されている。

【００２３】図３は校正モード時の動作を示すフローチ
ャートである。鼓膜温度計が校正を行うモードのときに
は、あらかじめ、図１に示すように、鼓膜温度計のセン
サ部外装１０１に遮光と断熱を行うアタッチメント１０
４を装着する。ここで、遮光を行うのはサーミスタ２０
１ａが外部からの赤外線を受光しないようにするためで
ある（正確には、サーミスタ２０１ａの視野角内に赤外
線が入射しなければよい）。

【００２４】校正を開始すると、電圧データＶs 、Ｖr
、Ｖt がマルチプレクサ２０４およびＡ／Ｄ変換部２
０５を通ってＣＰＵ２０６に入力される（ステップＳ
１）。ＣＰＵ２０６は入力したデータＶt からサーミス
タ２０２の温度Ｔt を計算する（ステップＳ２）。そし
て、温度Ｔt の変化がＲＯＭ２０８内に書き込まれてい
る校正プログラムの中で設定されている温度範囲（たと
えば、±０．００５℃）内に収まっているかどうかを判
断する（ステップＳ３）。この判断の結果としてＮＯで
あればステップＳ１に戻るが、ＹＥＳであれば、すなわ
ち、温度Ｔt の変化が上記の所定の温度範囲内（±０．
００５℃）に収まったときには、ＣＰＵ２０６は、ボロ
メータ１０２の温度が一定になったものとみなして、す
なわち、サーミスタ２０２はボロメータ１０２内のサー
ミスタ２０１ａ、２０１ｂと熱的に結合しているのでこ
れらのサーミスタ２０１ａ、２０１ｂの温度Ｔs 、Ｔr
が上記の検出温度Ｔt と等しい（Ｔs ＝Ｔr ＝Ｔt ）も
のとみなして、上記の式１により、サーミスタ２０１
ａ、２０１ｂのおのおののパラメータＲ₂₅を計算し（ス
テップＳ４）、結果をバックアップされているＲＡＭ２
１０に書き込んで次回以降の測定に用いる（ステップＳ
５）。なお、パラメータＲ₂₅のみを求めるのは、前述し
たように、このＲ₂₅のパラメータが経時変化の面で支配
的だからである。

【００２５】ＣＰＵ２０６にリセットをかけたときは、
サーミスタ２０１ａ、２０１ｂのおのおのの商品出荷時
のＲ₂₅を用いて測定を行う。

【００２６】なお、上記の例では、簡便さを考慮して校
正を空気中で行うことを想定しているが、これに限定さ
れるわけではない。温度安定度をより一層増すために、
ボロメータを液中に浸して校正を行うことも可能であ
る。このときに用いる液体（赤外線遮断手段）として
は、電気的絶縁性を持ったフロリナートなどが候補に挙
げられる。

【００２７】また、上記の例では、サーミスタのパラメ
ータのうちＲ₂₅が経時変化の面で支配的であることを利
用して、Ｒ₂₅のみを校正しているが、これに限定される
わけではない。ボロメータの素材変更などにより、Ｂ定
数の方が経時変化の面で支配的になり、Ｂ定数のみの校
正が必要になったとしても、Ｒ₂₅の場合と同様に対応可
能である。

【００２８】また、上記の例では、放射温度計として鼓
膜温度計について説明したが、これに限定されないこと
はもちろんである。サーミスタを用いた放射温度計であ
れば本発明はどのような種類のものにも適用可能であ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明によれば、放射温度計に、専用の恒温設備なしに赤外
線センサのサーミスタの経時変化を補償するための校正
機能を持たせたので、安価な構成で高精度の温度測定が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放射温度計の要部構成および校正モー
ド時の使用状態を概略的に示す概略要部断面図である。

【図２】図１に示す鼓膜温度計の回路構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】校正モード時の動作を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１０１…鼓膜温度計のセンサ部外装１０２…ボロメータ（赤外線センサ）１０３…モニタ用小型サーミスタ（センサ温度検出手
段）１０４…アタッチメント（赤外線遮断手段）２０１ａ、２０１ｂ、２０２…サーミスタ２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ…抵抗／電圧変換回路２０４…マルチプレクサ２０５…Ａ／Ｄ変換部２０６…ＣＰＵ（演算手段）２０７…ＬＣＤ２０８…ＲＯＭ２０９…非バックアップＲＡＭ２１０…バックアップＲＡＭ（記憶手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サーミスタを用いた赤外線センサにより、
測定対象から放射される赤外線を感知し、その測定対象
の温度を測定する放射温度計において、前記赤外線センサの温度を検出するセンサ温度検出手段
と、校正モード時に使用され、前記赤外線センサを外部の赤
外線から遮断する着脱自在の赤外線遮断手段と、前記赤外線遮断手段が使用されている状態における前記
センサ温度検出手段の出力変化が所定の温度範囲内に収
まった時のその出力値および前記赤外線センサの出力値
により、前記サーミスタの所定の特性パラメータの値を
算出する演算手段と、前記演算手段の結果を記憶する記憶手段と、を有することを特徴とする放射温度計。