JPS5931423A - 赤外線検出装置 - Google Patents

赤外線検出装置

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JPS5931423A
JPS5931423A JP57139419A JP13941982A JPS5931423A JP S5931423 A JPS5931423 A JP S5931423A JP 57139419 A JP57139419 A JP 57139419A JP 13941982 A JP13941982 A JP 13941982A JP S5931423 A JPS5931423 A JP S5931423A
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infrared
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shutter
pulse
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JPH0353569B2 (ja
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Masao Kasahara
笠原 征夫
Ritsuo Inaba
律夫 稲葉
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02Constructional details
    • G01J5/08Optical arrangements
    • G01J5/0803Arrangements for time-dependent attenuation of radiation signals
    • G01J5/0805Means for chopping radiation

Landscapes

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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は赤外線検出装置に関するものである。
従来例の構成とその間頂点 従来、赤外線検出装置には、熱型、光袖子型がある。こ
れらのうち、生活空間温度の測定には、波長の長い領域
(5μm以上)で、比較的感度が高く、また低価格の熱
型検出装置が使用されている。代表的なものをあげると
、電子レンジや防犯用装置などの用途に用いられる焦電
型素子がある。
その他にも、サーミスタホロメータ、サーモパイル等が
ある。しかし、これらの装置あるいは素子ばいず汎もア
ナログ出力を得るものであり、耐雑音性に難点がある。
そのため、デジタル出力を有する赤外線検出装置のU」
現が望丑れでいた。
さらに一方で、マイクロコンピュータの発達により、直
接デジタル信号をマイクロコンピュータに入力できるよ
うな素子の出現が希望さ汎ている。
発明の目的 発明 本+4はとnらの要求を満足するものであって、デジタ
ル出力信号を発生する、高感度で低価格な熱型の赤外線
検出装置を提供することを目的とするものである。
発明の構成 本発明にかかる赤外線検出装置は、弾性波素子と増巾器
とで構成さ汎た帰還型発振器を有する赤、外線検出器1
弾性波素子に照射されるべき赤外線を断続するシャッタ
、および、シャッタの閉時刻あるいは閉時刻より一定時
間さかのぼった時刻から、開時刻捷での時間における赤
外線検出器からの開時間出力パルス数と、閉時刻までの
時間における赤外線検出器からの閉時間出力パルス数と
をそれぞれ計数する計数器をそなえ、開数器により前開
時間出力パルス数と閉時間出力パルス数との差を計数す
ることにより、弾性波素子に照射さ扛る赤外線もしくは
赤外線を放射する物体の温度を測定検出するものである
。この装置によれば、測定検出温度に応じた出力パルス
が得られるので、直接出力信号をデジタル処理するのに
適している。
実施例の説明 以下、図面を用いて、本発明の装置の一実施例について
説明する。
第1図は、本発明の原理的な構成を示すものである。図
において、1はニオブ酸リチウム等の圧電体からなる基
板で、この圧電体基板1の研磨表面に、弾性波送波用ト
ランスデユーサ2、および受波用トランスデユーサ3が
蒸着等の方法により付設されて、弾性波素子が構成され
ている。トランスデユーサ2,3には、それぞれ増幅器
4の出力端、入力端が接続されて、帰還型発振器6が構
成さnる。
圧電体基板1の弾性波伝搬表面上に赤外線が照射される
と、この圧電体基板1の温度が上昇する。
このときの圧電体基板1の温度上昇分け、70℃の物体
(図示せず)をその表面から7c1n離した位置におい
たとき、約1/1000℃である。この1/10oo℃
の微小温度上昇分は、通常の熱膨張測定などでは測定困
難な量である。
この温度上昇分により、圧電体基板1における弾性波の
速度が変化し、この弾性波の速度変化により、トランス
デユーサ2からトランスデユーサ3へ伝搬する弾性波(
たとえば弾性表面波)の、トランスデユーサ3に到着す
るときの位相が変化し、その位相変化分たけ、発振器5
の出力信号の周波数が′変化ずろ。この出力信弓を、コ
ンデンサ6にi;i山して出))端子7より取り出す。
このときの周波数の変化分は、70゛Cの物体を7 t
tnガ1して11′′1゛いたとき、発振器5の発振周
波数が1761ルである場合、約700 Hz  であ
−〕た。この周t1に数変化外し1、発振器5の周波数
が高いほど、−・1に月:′llL体基IIノ1の?7
11を度係数が大きいほど、大きくなる。−ノーな71
っち、周波数変化分、Jfば、次式でりえらtlろ。(
[1本学術振興会第131委員会資料昭和56年10月
23日(仙台))。
ここでαは圧電体基板1の温度係数、fは発振器5の発
振周波数、kは圧電体基板1の熱伝導率、体基板1に与
えらnる赤外線のエネルギーを表わす。上式によるとα
l f j◇、2が大きく、kの値の小さい圧電体基板
1を用いた構成にすると、赤外線照射による周波数変化
が大きくなる。このとき、圧電体基板1へ赤外線を照射
する物体の温度が圧電体基板1のそれに比べて高ければ
高いほど、周波数変化は大きくなる。すなわち、圧電体
基板1と同程度の温度の物体に対しては、その発振周波
数変化が小さくなり、周波数変化の検出がむずかしくな
る。これはたとえば室温(26℃位)において人体温(
30℃位)を検出したいときなどに和尚する。
本廃明は、このように赤外線検出器の圧電体と被検出物
体の温度差が小さいときの、発振周波数変化を大きくし
、赤外線検出感度を高めることができるものである。
第2図は、第1図に示す構成の装置において、シャッタ
を用いて、赤外線の照射を断続させたときの周波数変化
の様子を示している。図において、曲線11.13はシ
ャッタを開いたときの発振周波数の変化を示し、曲線1
2はシャッタを閉じたときの周波数の変化を示す。fo
は171肌であり、fnはシャッタを開いたときに発振
周波数が変化(低下)したときの最小値であり、またt
1C1ンヤノタ開閉の時間間隔を示す。すなわち、発振
器5はt〈○てはf。すなわち17111IIIの周波
数で発振している。を−〇でシャッタを開くと、月−重
体基板1は赤外線の照射を受け、次第に発振z35の発
振周波数が低下して行く。そして、1−t では発振周
波数は最初から(fo−、fn)だけ変化する。このと
きの発振周波数の減衰の状態が曲@11に示されている
わけである。t−11になったときに、シャッタを閉じ
ると、圧電体基板1には赤外線が照射されなくなり、発
振周波数は再びf。−171比に上昇する。この状態を
曲線12を示す。t=2t1 で再びシャッタを開く゛
と、前述と同様にして、発振周波数が低下し、曲線13
をたどる。以下赤外線の断続に従ってこれをくり返す。
このとき、シャッタを閉じる時刻t1から時間t2だけ
さかのぼった時刻14と時刻t1との期間のみの発振器
5からの発振出力信号をパルス化した信号と、一方、シ
ャッタを開ける時刻2t1から、同じく時間t2だけさ
かのぼった時刻16との期間のみの発振出力信号をパル
ス化した信号との差を、アンプダウンカウンタで計測す
る。このアップダウンカウンタによるカウント信号すな
わち前述の二つのパルス信号のパルス数の差は、赤外線
を輻射する対象物の温度により変化する。
逆にこのカウント信号を開側すると、測定したい対象物
の温度を測定することができる。
第3図には、上記測定回路の構成図の一例を示す。図に
おいて、31は第1図の帰還型発振器6で構成された赤
外線検出器を示す。この弾性表面波発振器31の出力は
、パルス化回路32に導かれパルス化される。一方、赤
外線検出器31の前方から、」11定されるべき対象物
からの輻射赤外光が入射され、その途中にシャッタ33
を設けである。このシャッタ33は、シャツタ開閉駆動
回路34によって駆動される0パルス化回路32の出力
は、アップダウンカウンタ36に入力され、シャツタ開
閉駆動回路34か争のタイミング信号すなわち第2図に
おける時刻t1,2t1,3t1,14 。
16などに応じたタイミング信号でパルス化回路32か
らの出力パルスをカウントするようになっている。この
アップダウンカウンタ35によって、第2図に示した、
時刻15から2【1までの時間に1、・けるパルス信号
(閉時間出力・ぐルス数)と、時41114からt17
1での時間におけるノzルス信号(開時間1′11カパ
ルス数)者の差を計7111する3、この計測出力は、
マイクロコンピュータ36に導かれ、演や処理されて、
その結果が表示器37により表示される0マイクロコン
ピユータ36には、ンヤノタ開閉、駆動回路34からの
タイミング信号を入力してもよく、このタイミング信号
を入力すれば、アップダウンカウンタ36の出力計測ノ
々ルス数のR量変化を、マイクロコンピータ36で記憶
し、各種制御に用いることができる。たとえば、食品加
熱調理器等に用いると、食品の温度を赤外線検出器31
で検出し、出力パルス数の時間変化をマイクロコンピュ
ータで計測していて、一定のノくルス数に到達したら、
加熱を停止させるなどの用途に用いられる。
第4図には、さらに、赤外線検出器自体の温度上昇によ
って発振出力周波数が変化しないように改良した装置の
概略図を示す。図において、41は上述と同様の構成の
赤外線検出器を示し、42はこの赤外線検出器41と同
一の構成の帰還型発振器を示す。赤外線はシャッタ43
を介して赤外線検出器41のみに入射する。帰還型発振
器42は周辺温度の変動が赤外線検出器41の特性に及
ぼす影響を相殺するために用いられる。赤外線検出器4
1、帰還型発振器42からの出力信号は、それぞれバッ
ファ増幅器44.46を通して、ミキサ46に入力され
る。なお、バッファ増幅器44.45は必要に応じて設
ければよいものであって、つねに必要というものではな
い。ミキサ46では、赤外線検出器41と帰還型発振器
42からの出力信号の周波数差信号がとり出される。赤
外線検出器41と帰還型発振器42とは前述したように
同一の構成となっているので、はぼ同じ周波数信号を発
生する。そのため、ミキサ46の出力信号周波数は、両
者の出力周波数よりもかなり低い周波数となる。実験で
は、赤外線検出器41、帰還型究振器42の出力がそれ
ぞれ約1711jhであり、ミキサ46の出力は約13
0に117であった。ミキサ46の出力信局゛は、パル
ス化回路47によって、・Sルス信号ニ;2 ルu  
/’7 、シャッタ43ilj1、ツヤツタ開閉、駆動
回路48によって駆動される。同時に、ツヤツタ開閉、
駆動回路48からのタイミング信シ″i(時刻t1,2
t1,3t1,14 、15などでの)に応l〕て、パ
ルス化回路47からの・;ルス信号をカウントするアッ
プダウンカウンタを含む、マイクロコンビコータ48に
よって、パルス化回路47の出力を監視する(熱論1.
逆にマイクロコンピュータ48からの指令により、シャ
ッタ開閉、駆動回路48の動作を制御するように構成し
てもよい)Qマイクロコンピュータ48による計数ノく
ルス数を表示器49により表示する。あるいは必要に応
じて加熱調理器の」=うな制御すべき対象をマイクロコ
ンピュータ48により制御することもできる0第6図に
上記の装置において、測定対象物の温度変化に対する計
数パルス数の変化の様子を示し ′たものである。なお
、ここでは、第2図の0−tlを2秒とし、t2を1秒
とした。これから、計数パルス数から測定対象物温度を
精度よく測定することができる。図で、計数パルス数に
負の記号を付しているのは、アップダウンカウンタ36
の入力パルス数の差に対応させている。
発明の効果 以−ト説明したように、本発明にかかる赤外線検出装置
は、弾性波素子と増巾器とで帰還型発振器を構成し、こ
の弾性波素子に照射される赤外線を、シャッタで断続す
るとともに、このシャッタの開閉時刻より一定時間さか
のぼった時刻からこの開閉時刻までの時間におけるそれ
ぞれの信号の周波数に応じたパルス数(開時間出力パル
ス数、および閉時間出力パルス数)の差を計測すること
により、棋[1定対象物温度を測定するよう構成してい
るう ので、その検出感度が非常に高いといも特長を有し、そ
の上に、出力信号がパルスであるため、耐雑音性が非常
に良好であるという特長を有する。
そして、周波数変化が赤外線エネルギーに対応すること
から、温度測定すべき対象物に接触することなく、その
温度を測定することができる。1だ、7ヤノタの開閉に
よる)(ルス計数時間を、弾性波素子の熱時定数にあわ
せて、適当な値にすることにより、より高感度にするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に−かかる赤外線検出装置の原理的な構
造を示す斜視図である。第2図は本発明にかかる赤外線
検出装置の原理を説明するための図、第3図、第4図は
その一実施例の構成を示すブロック図、第5図はその被
測定対象の温度と出力との関係の一例を示す図である。 1・・・・・・圧電体基板、2,3・・・・・・トラン
ステユーザ、4・・・・・増巾器、6・・・・・・帰還
型発振器、31・・・・・・赤外線検出器、32・・・
・・・パルス化回路、33・・・・・・シャッタ、34
・・・・・・シャッタ開閉、駆動回路、35・・・・・
アップダウンカウンタ、36・・・・・マイクロコンピ
ュータ、37・・・・・・表示器、41・・・・・・赤
外線検出器、42・・・・・・帰還型発振器、43・・
・・・・シャッタ、44.46・・・・・・バッファ増
幅器、46・・・・・・ミキサ、47・・・・・パルス
化回路、48・・・・・・アップダウンカウンタを含む
マイクロコンピー、−タ、49・・・・・・表示器。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 は力・1名第
2図 ■キ7S+’l +

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. す!it性σだ素子と増幅器とで構成された帰還型発振
    器をイJする赤外線検出器、前記弾性波素子に照射さ;
    ルるべき赤外線を断続するツヤツタ、および、前記ツヤ
    ツタの閉時刻あるいは閉時刻より一定時間さかのぼった
    時刻から、前記開時刻捷での時間における前記赤外線検
    出器からの開時間出力パルス数と、前記閉時刻までの時
    間における前記赤外線検出器からの閉時間出力パルス数
    とをそれぞれ開数する泪数器をそなえ、前記計数器によ
    シ前記開時間出力パルス数と前記閉時間出力パルス数と
    の差を計数することにより、前記弾性波素子に照射され
    る赤外線もしくは赤外線を放射する物体の温度を測定検
    出することを特徴とする赤外線検出装置。
JP57139419A 1982-08-10 1982-08-10 赤外線検出装置 Granted JPS5931423A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57139419A JPS5931423A (ja) 1982-08-10 1982-08-10 赤外線検出装置
DE8383902575T DE3380794D1 (en) 1982-08-10 1983-08-10 Infrared detector
US06/606,775 US4602159A (en) 1982-08-10 1983-08-10 Infrared detector
EP83902575A EP0118563B1 (en) 1982-08-10 1983-08-10 Infrared detector
PCT/JP1983/000259 WO1984000812A1 (en) 1982-08-10 1983-08-10 Infrared detector

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JPH0353569B2 JPH0353569B2 (ja) 1991-08-15

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