JPS6041291B2 - 赤外線温度検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は赤外線温度検出器に関するものである。

近来、家電製品，調整機器等に於て、雰囲気温度、又、
調理物の温度を検知し、機器，製品の機能を自動化する
傾向がみられる。

しかし調理用機器等に於ては、調理物に直接接触して温
度を検知する事は、人間工学的にみて、嫌われる可能性
が強い。そこで、本発明は非援触で温度が検知できる手
段として、赤外線温度センサーを用いて、家電製品等の
自動化を図ることを目的とするものである。

一般に赤外線温度センサーからの出力信号（温度信号）
は、非常に極微少で、雑音に埋もれ、又超低周波（数Ｈ
Ｚ程度）で、交流信号のバイアス（ゼロ点）が、大きく
狂う事がある。

それを極力抑える手段として電子レンジ赤外線温度セン
サーをマウントしたものを示す。第１図は、電子レンジ
に赤外線温度センサーをマウントした場合の構成図であ
る。

１はオープン、２は調理物と雰囲気温度との差を検出す
る為のチョッパー、３は調理物から赤外線を反射させ、
４の凹面鏡でその光を集光させて５の赤外センサーに入
光させる構成である。

又１００はオープン庫内の穴でその穴から赤外エネルギ
ーをとり入れている。第２図は、その回路例を示す。

５は赤外線温度センサーで、その出力を６の高域通過フ
ィルターを通して７の高ゲイン交流増幅部へ入力してい
る。

この７は一応帯減速過フィルターの構成をとっている。
８はィソピータンス変換であり、９は増幅された温度信
号を同期整流させる為の同期整流部、１０は同期整流さ
れた温度信号を直流化させる為の低域通過フィルターで
あり、１１は赤外線温度センサーは、対象物の温度と、
雰囲気温度の差を出力するので、その雰囲気温度だけ、
温度信号を補正する部分であり、１２から実際の温度信
号が出力される。

第３図は、回路各部の信号波形を示す。

ａは赤外温度センサー５からの出力信号で雑音がのり、
バイアス点が狂ってる波形である（第２図１３）。ｂは
６の高城通過フィル夕（以下日・Ｐ・Ｆと略す）を通っ
た後の１４の波形である。バイアス点が押えられている
。ｃは７の高ゲイン交流増幅部の波形である（第２図１
５）。ｄは、同期整流部９の同期信号であり、ｅは温度
信号波形ｃを同期整流された波形（第２図１７）であり
、次にｆは、低域通過フィルター（以下Ｌ・Ｐ・Ｆと略
す）を通った温度信号の直流波形であり、ｇは雰囲気温
度を補正した、実際の温度信号の直流信号である。一般
にこの様な回路構成をロックィンアンプ形式と言われて
いるが、この特性を解析してみると、今、温度入力信号
をＥｓとして、Ｂｓ＝ｅｓ・Ｃｏｓ（のｓ．ｔ＋ひ）十
ｅｎ・ＣＯＳ（のｎ・ｔ＋Ｑ） とする。

ｅｓ・ｃｏｓ（ｗｓｔ＋８）・・・・・・温度信号ｅｎ
・ｃｏｓ（山ｎｔ＋Ｑ）・・・・・・雑音信号又、同期
信号、ここでは第３図ｄの様な方形波であるのでこれを
Ｅｒとしてフーリエ級数に変換するとＥｒ＝ Ｚａか−
１・ｃｏｓ（２・ｎ−１）・のｎニニ１ｓ・ｔとなる。

よって同期整流された温度信号はＥｓ×Ｅｒである。又
、同期整流した後で、Ｌ・Ｐ・ＦＩＯがあるのでのｓ以
上の周波数帯城の信号は、減衰されるとして、省略する
とＥ。

＝Ｅ９ＸＥｒ・ −夏・ｅＳ十事ｅｎＣ鵬〔（のＶ−のｎ）‐ｔ−Ｑ〕と
なる。

Ｅ。は、直流化された温度信号である（第３図のｆに相
当）が、享ｅｎＣ船〔（のＶ−のｎ）ｔ−Ｑ〕＝△Ｅ。
とおくとこの雑音信号がのることになる。第４図は、Ｌ
・Ｐ・Ｆのゲイン・周波数特性である。

カットオフ周波数をの，とする。今のｎくの１の雑音信
号がのるとすると△Ｅ。＝享ｅｎ‐■Ｓ〔（のｓ−のｎ
）・ｔ一Ｑ〕であるので（■ｓ一のｎ）》》の，となり
、△Ｅ。は、Ｌ・Ｐ・Ｆの減衰度をＡｄｏ／ｄｅｃとす
るとＡｘｌｏｙ（処二地）ｄ８、減〇〇１衰される事に
なる。

しかしの・＜のｎ＜のｓでのｎが山Ｓに近くなるにつれ
て減衰率は抵下し、■ｓ《《のｎの雑音信号についても
同様に減衰される。よってロックインアンプの特性とし
ては、岬（信号周波）の近辺の信号のみを通過させ、そ
れ以外の周波数成分の信号は、減衰させる特性を有して
いる。（第５図参照）つまり一種の帯域通過フィルター
である。しかし前記した様に赤外温度センサーからの信
号は、非常に小さく、又雑音に埋もれ、バイアス点が大
きく変化する場合があり、ロックィンアンプの特性だけ
では、Ｓ／Ｎ的にみて非常に難かしい一面がある。

つまりバイアス点（ゼロ点）が変化するのであるから信
号成分よりも、かなり低い周波数成分の雑音信号と考慮
すると、前記した、−Ａ．ｌｏｇ（単上ユ地）ｄ８の減
衰率しかない。００１ これでは、バイアス点、雑音（信号成分よりも低周波）
が大きく変化した時には、温度信号のｓが、非常に４・
さし、ので、とり出すのが（Ｓ／Ｎ的にみて）、困難と
なる。

そこで、赤外温度センサーの出力から、即、日・Ｐ・Ｆ
を入れる事により、これは緩和される。つまり第６図に
示したのが、日・Ｐ・Ｆの周波数ゲイン特性であるが、
この減衰率を斑８／ｄｅｃとする。すると雑音成分は仇
であるから−Ｂ・ｌｏｇ器ｄ８だけ雑音‘ま減衰され、
ロックィンアンプと組み合わせると、全体として、−Ａ
−ｌｏｇ（単にＪ凶）×Ｂｌｏｇ（竺生）ｄＢ減衰すの
１ のｎる。

つまりＳ／Ｎが上がる分けである。又、日・Ｐ・Ｆを入
れないで、Ｑの高い帯城通過フィルター（以下Ｂ・Ｐ・
Ｆと略す）を用いても良いのであるが、Ｃ，Ｒ等のバラ
ツキにより、実用化が難かしいという事と、本実施例に
於ては、第２図の高ゲイン交流増幅部７に於て、Ｑの低
いＢ・Ｐ・Ｆ的な特性（第７図）を持たせてある（Ｃ，
Ｒのバラツキがあまり影響されない）ので、更にそれだ
けＳ／Ｎが上がる構成になっている。

本実施例における具体的な例を示すと、赤外線温度セン
サーのチョツピング周波数は、赤外線温度センサーの応
答性、又本実施例では、ある温度以上になると、調理物
の油等がとびちりにより反射鏡３を汚す結果となるので
、ある温度でチョツパー２をオーブンーの穴１００をふ
さぐ様にストップする機能を持たせてある事により、高
くする事は出来ない。

そこで本実施例では、チョッピング周波数のＳは５ＨＺ
にとっている。それゆえ、従来の音声領域（２０日２以
上）の回路構成だけでは不充分で、ほぼ回路構成を直流
増幅器的にしなければならない。又雑音も、０．１ＨＺ
，０．２ＨＺといった周波数帝城の雑音がのり、更に赤
外温度センサーの温度特性が、５０〜１００仏Ｖ／℃と
、熱雑音的な範囲であるので、信号を、雑音からとり出
すのが非常に困難であるという背景がある。そこで、本
実施例のロックィンアンプ形式と、赤外温度センサーの
出力の後段に則、高域通過フィルターを入れる事により
、Ｓ／Ｎ、アップが図れる事になる。

このように温度信号が低周波（数ＨＺ）で雑音に埋もれ
た極微小信号であること、およびロックィンアンブ形式
だけではＳ／Ｎがとれないが、本発明の日・Ｐ・Ｆと高
ゲイン交流増幅器にＢ・Ｐ・Ｆ特性を持たせる事により
、又、ロックィンアンプと組み合わせる事により赤外温
度検出器のＳ／Ｎは非常に上がり効果は大なるものがあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施における赤外線温度検出器を用
いた電子レンジの構成図、第２図は同回路図、第３図は
回路各部の波形図、第４図，第５図，第６図，第７図は
各回路各部の周波数。 ゲイン特性図である。１……オーブン、２……チョッパ
ー、３……反射鏡、４・・・…凹面鏡、５・・・・・・
赤外線温度センサー、６・・・・・・高帯域通過フィル
ター、７・・・・・・高ゲイン交流増幅部、８・・・・
・・インピーダンス変換器、９・・…・同期整流部、１
０…・・・低域通過フィルター、１１・・・・・・温度
補正回路部。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 対象物の温度と雰囲気温度との差を検出する赤外線
   温度センサーと、前記センサーからの雑音に埋もれた極
   微少の低周波の交流信号を増幅する高ゲイン交流増幅部
   と、前記センサーからの出力信号と同期した信号で前記
   高ゲイン交流増幅部からの信号を同期整流する同期整流
   部と、前記同期整流された交流信号を直流化する為の低
   域通過フイルターとを有するロツクインアンプ形式の赤
   外線温度検出器に於て、前記高ゲイン交流増幅部の前段
   に雑音を温度信号に対して無視し得る程度に減衰させる
   為の高域通過フイルターを具備した事を特徴とする赤外
   線温度検出器。