CN1287267A - 温度稳定的红外线传感器和使用这种传感器的温度计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于在温度上稳定的红外线传感器,和一种使用这种适用于在温度上稳定的红外线传感器的红外线温度计,尤其用于在耳朵中温度测量的临床用红外线温度计。所述红外线传感器具有一个有一对红外线辐射透明的窗口(12)的壳(14),壳由导热性能良好的材料制造并且与加热/冷却元件(16)导热连接。另外,所述红外线传感器包括一个温度传感器(18),后者可等同于加热和/或冷却元件(16)。

Description

温度稳定的红外线传感器和使用这种传感器的温度计
本发明涉及一种适用于在温度上稳定的红外线传感器，和一种使用这种传感器的红外线温度计，尤其是带有在耳朵中测量温度的传感器的红外线温度计。
DE199 136 72描述了一种红外线温度计，它具有一个包括安排在其末端的红外波导和辐射传感器的探头。探头和/或用于安装在所述探头上的探头罩以本质上公知的方式设计，使得只有探头或者探头罩的前区可加热到大致与耳道温度大体相等的温度。由于放置在探头中的红外线传感器只有有限的视埸，所以仅仅与在红外线视埸中的耳道进入热相互作用的那部分探头与耳道的温度相同就足够了。只要可加热区相对于探头的不可加热区热绝缘，相对小的可加热区可以以节能的方式加热，但是这会使探头的结构更加复杂。
GB2090054A公开了一种具有通过两个加热元件保持恒定温度的热敏元件的辐射检测器。加热元件和一个安装环一起形成一个包容此热敏元件的包壳。此包壳容纳在一个具有一个对辐射透明的窗口的包壳中，受检测的辐射经所述窗口接收到包壳内，并且，经一个加热元件中的孔进入所述包壳中然后抵达热敏元件。这种辐射检测器需要较复杂的制造，因此相当地贵。
US-A-5，010，315公开了一种具有两个负温度系数电阻的热辐射传感器元件，其温度由一个相关的加热层保持恒定。在加热层和负温度系数电阻器之间***绝缘层。
DD147872公开了一个具有一个包括辐射透明的窗口的包壳的热电传感器。包壳中容纳了一个传感器元件，此元件在一个设有由一个膜蒙上的中心孔的支承构件上。传感器元件的冷点和热点置于所述膜上，即，冷点在支承的膜区域，而热点在孔的区域。只有热点才能由至少一个加热元件加热。
本发明的目的是提供一种简单的可加热和/或冷却的红外线传感器和一种结构特别简洁的红外线温度计。
本发明的红外线传感器至少包括：一个红外线传感器元件、一个加热和/或冷却元件和一个具有一对红外线辐射透明的窗口的壳。所述窗口可以，例如由对红外线透明而且易于成型的硫族玻璃制造。传感器元件安排在壳中，使红外线经窗口接收到传感器元件上。加热/冷却元件以导热的方式连接到窗口和/或壳上。如果设计得使壳内只能有低的温度梯度是特别有利的。因此，优选地安排加热/冷却元件，使得在加热或者冷却的过程中，壳和窗口受到均匀的加热或者冷却。为此目的，窗口和壳导热地相互连接并且用高导热系数的材料制造，例如用铜制造壳并且用硅制造窗口。还可以设多个加热/冷却元件，其一或者多个安排在壳上，至少另有一个安排在红外线传感器的窗口上。词语“加热/冷却元件”指，例如，构形为负温度系数或者正温度系数电阻或者晶体管的加热元件以及还有，构形为珀尔贴元件的加热兼冷却元件。优选地，加热/冷却元件可以电加热或者冷却。
加热/冷却元件优选地装配在红外线传感器壳上。它还可以包含薄膜，例如聚酰亚胺薄膜，在其上施加传导通道形的金属层例如铝、铜、金或者铬镍合金、或者银/石墨膏。还可以直接在窗口上施加由例如传导通道形金属层或者导电塑料层制成的加热元件。在本发明的红外线传感器的另一个实施例中，窗口可以由例如绕以窗口并对之有良好的导热连系的受(电)加热的康铜电热丝加热。在本发明的红外线传感器的一个特别精致的设计中，所述窗口包含一个半导体，尤其是硅半导体，其中通过搀杂制成的导电通道用作电阻加热元件。
所述红外线传感器包括至少一个，优选地具有以公知的方式与红外线传感器元件有热传导联系的温度传感器。在本发明的红外线传感器的另一个实施例中，把加热/冷却元件本身用作温度传感器。当温度传感器是热电元件时，热电偶本身可由EP0 502 277所公知的方式起温度传感器的作用。在此情况下，红外线传感器具有用于红外线传感器元件和加热元件的连线。在加热元件或者说红外线传感器元件不用作温度传感器时，红外线传感器另外具有温度传感器的连线。温度传感器可以凭借其连线连接到控制装置上。
所述控制装置根据温度传感器、加热/冷却元件或者红外线传感器元件的可测特性值，诸如电阻值、阈值电压、或者正向电压降等，确定温度传感器的温度，并且从而也确定红外线传感器的温度。优选地，控制装置包括各个加热/冷却元件的控制电路，控制电路响应可调节的标称温度值、向加热元件发送加热、冷却和/或保持温度恒定相应要求的能量。以此方式，可以把红外线传感器调节到确定的温度并且在温度上稳定。而且可以把控制装置连接到能源上，例如电池上。
控制装置还可以安排进红外线传感器中，在此情况下，除了红外线传感器元件的连线之外，它还包括输入标称温度值的连线和连接到能源的连线。
红外线传感器包括一或者多个红外线传感器元件，尤其是热电元件，如相关在先技术所普遍公知的。例如，EP0566156B1公开了一个具有两个红外线敏感元件的红外线传感器，其中之一对红外线屏蔽。比较两个元件发出的信号使之可以得到对应于入射的红外线辐射量，并实际上摆脱电噪声和热扰动的测量信号。但是，红外线传感器元件还可以具有DE19710946所公开的设计。
在本发明的红外线传感器的一个优选实施例中，多个红外线传感器元件安排成矩阵样。在此情况下，所述红外线传感器的窗口优选地设计成一个透镜。红外线传感器元件优选地放置在所述透镜的聚焦平面上。
在本发明的红外线温度计中，红外线传感器直接安排在探头的前端。这个构造的优点包括，由于可加热/可冷却的红外线传感器，实际上整个探头的前端，或者说至少在探头前面，可以调节到所要求的温度。所以，在把探头放进耳道中时，耳道中的热平衡实际上不受干扰，这就避免了测量误差。探头可以是实际上公知的形状或者实际上公知的结构；特别地，它可以是挠性的。作为这种探头的一个例子提到EP0588631A2，它是一种挠性探头，椐说明，通过一个槽或者设在其外周上的皱皮膜增加了它的挠性。另外，所述探头可以在其外侧有肋、凹槽等。
从以附图所示的本发明所述红外线传感器和红外线温度计的优选实施例可以了解本发明的其它特征和优点。附图中相同的元件标以相同的标号，附图中包括：
图1是本发明的红外线传感器的第一实施例的剖面图；
图2是图1的红外线传感器的顶视图；
图3是带有图2所示的红外线传感器的红外线温度计的第一探头；
图4是安排在红外线温度计的第二探头前面的本发明红外线传感器的第二实施例；
图5是安排在红外线温度计的第三探头前面的本发明红外线传感器的第三实施例；和
图6是本发明的红外线传感器的第四实施例的截面图。
图1的实施例示出本发明的第一个红外线传感器10，具有一个包括一对红外线辐射透明的窗口的壳14。窗口12优选地由硅材料制造。在窗口12中设计有一个加热元件16和一个温度传感器18。用于把检测到的红外线辐射转换成一个电输出信号的一个红外线传感器元件20附着在壳14中的窗口12上。在窗口12的边缘上相应地为红外线传感器元件20和温度传感器18的输出信号以及加热元件16的电流供应分别设置两个连线22。红外线传感器元件20和温度传感器18的输出信号可以通过电子测量***(图中未示)分析，而且辐射的温度测量值可以显示一个在显示器(图中未示)上。
如图2的实施例所示，窗口12是平板形的。加热元件16是导体路径形式的并且环形地安排在窗口12的边缘上。温度传感器18也是导体路径形式的，并且平行于加热元件而更向内延伸。加热元件16接近于温度传感器18使之能够以较低的惯性非常精确地控制红外线传感器的温度。优选地为一或多个热电元件的红外线传感器元件20放置在窗口12的中间。
如图3所示意，红外线温度计的第一探头30在其前端包括图1和2所示的红外线传感器10。传感器10借助于一个金属环32固定在其窗口12上。这个金属环附着在一个优选地由塑料制造的柱状体34上，所述环的外形和尺寸做得适于人的耳道。
图4的实施例表示本发明红外线温度计的第二探头50，其中，第二红外线传感器40直接座落在柱状体34上，从而探头50的整个前端由红外线传感器40形成并且做得适于被加热或者冷却。传感器40包括向外凸曲的窗口12＇，它描画入射在一个由几个红外线传感器元件做成的优选为矩阵样组件24上的红外线辐射。加热/冷却元件16、温度传感器18和红外线传感器元件安排在红外线传感器40的壳14的底上内侧。它们还可以装配到一个薄膜上(未示)，这里红外线传感器元件的组件24优选地放置在薄膜的顶侧，而在薄膜的底侧至少安排一个加热/冷却元件，并且，如果需要，安排一个或者多个与壳的底之间提供良好的热传导的传导通道形式的温度传感器。图上只示意地画出了红外线传感器元件的组件24的连线22；连线通过连接插销21引出。
图5的实施例示出一个具有根据本发明的第三红外线传感器的本发明红外线温度计的第三探头60。所述探头包括一个其中安装所述红外线传感器的柱状体34，从而红外线传感器的侧壁26和窗口12的外边缘被柱状体34包绕。红外线传感器的壳底部28，在窗口的对面安排了一个红外线传感器元件20或者几个红外线传感器元件的组件。红外线传感器元件优选地包括热电元件。一个温度传感器(在图5中未示)以公知的方式接近热电元件的冷点安排。将一个加热和/或冷却元件16类似地于红外线传感器壳外部装配在壳底28上。
图6的实施例示出一个根据本发明的第四红外线传感器70，包括一个壳顶27、一个对红外线辐射透明的窗口12和一个壳底28。一个红外线传感器元件20或者几个红外线传感器元件的组件和一个温度传感器18在壳内附着在一个框架23上。红外线传感器元件20和温度传感器18的连线22仅示意性画出，连线通过连接插销21经过壳底28上的通道29伸到外部。加热/冷却元件16安装在一个以导热的方式附着在壳底28外侧的散热板15上。然而，散热板15还可以装配在壳的其它任何位置。壳顶27包括一个由窗口12封闭的开口。把所述开口的侧壁25斜切成，使经窗口12进入的红外线辐射被反射到红外线传感器元件20的方向。
关联所公开的一个实施例进行说明的红外线传感器或者红外线温度计的特征可以相应地在任何其它的实施例中实行。

Claims (15)

1．一种红外线传感器，具有至少一个红外线传感器元件(20；24)，至少一个加热和/或冷却元件(16)和一个包括一个对红外线辐射透明的窗口(12)的壳(14；26；27；28)，其特征在于，加热/冷却元件(16)与窗口(12)和/或壳(14；26、27、28)导热连接。
2．根据权利要求1的红外线传感器，其特征在于，传感器至少包括一个与传感器元件(20)和/或窗口(12)和/或壳(14；26、27、28)导热连接的温度传感器(18)。
3．根据权利要求2的红外线传感器，其特征在于，加热/冷却元件(16)或者红外线传感器元件(20)可以用作温度传感器(18)。
4．根据权利要求2或3的红外线传感器，其特征在于，窗口(12)是一个半导体，且窗口中的加热/冷却元件(16)和/或温度传感器(18)可以通过对导体路径形式的区域进行掺杂形成。
5．根据权利要求2或3的红外线传感器，其特征在于，窗口中的加热/冷却元件(16)和/或温度传感器(18)包含一个导体路径或者施加在薄膜上的导电膏。
6．根据权利要求5的红外线传感器，其特征在于，传感器元件(20)安排在一个薄膜的顶侧，并且加热/冷却元件(16)和/或温度传感器(18)安排在薄膜的底侧。
7．根据权利要求1、2或3的红外线传感器，其特征在于，加热/冷却元件(16)与一个散热板(15)导热连接，而散热板(15)与壳导热连接。
8．根据以上权利要求任一项的红外线传感器，其特征在于，窗口(12)和壳(14；26、27、28)以导热的方式互相连接并且用高导热性材料制造。
9．根据以上权利要求任一项的红外线传感器，其特征在于，窗口(12)设计成一个透镜。
10．根据以上权利要求任一项的红外线传感器，其特征在于，红外线传感器的壳顶(27)有一个其侧壁(25)斜切的开口。
11．根据权利要求9或10的红外线传感器，其特征在于，红外线传感器元件(20)或者红外线传感器元件的组件(24)包含至少一个热电元件。
12．一种红外线温度计，特别是，在耳朵中测量温度的红外线温度计，包括一个探头和一个安排在所述探头前端的如以上权利要求任一项所述的红外线传感器。
13．根据权利要求12的红外线温度计或者权利要求1-11中任一项的红外线传感器，其特征在于，所述温度计或者传感器包括一个用于控制加热和/或冷却元件(16)的加热/冷却能力的控制装置。
14．根据权利要求13的红外线温度计或者红外线传感器，其特征在于，控制装置能够通过测量加热/冷却元件(16)或者红外线传感器元件(20)或者温度传感器(18)的某些特征值来确定红外线传感器的温度。
15．根据权利要求12的红外线传感器，其特征在于，所述探头是挠性的。
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