JP2011252799A - Temperature measurement apparatus using infrared sensor and correction method of the same - Google Patents
Temperature measurement apparatus using infrared sensor and correction method of the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011252799A JP2011252799A JP2010126925A JP2010126925A JP2011252799A JP 2011252799 A JP2011252799 A JP 2011252799A JP 2010126925 A JP2010126925 A JP 2010126925A JP 2010126925 A JP2010126925 A JP 2010126925A JP 2011252799 A JP2011252799 A JP 2011252799A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- infrared sensor
- measurement
- unit
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、温度測定装置およびその補正方法に関し、より詳細には、赤外線センサ部を用いた温度測定において簡易な操作で高精度の測定値を得ることが可能な温度測定装置およびその補正方法に関する。 The present invention relates to a temperature measurement device and a correction method thereof, and more particularly to a temperature measurement device capable of obtaining a highly accurate measurement value by a simple operation in a temperature measurement using an infrared sensor unit and a correction method thereof. .
従来から、赤外線センサ部を用いて対象物の温度を非接触で測定する温度測定装置が知られている。
それらの具体例として、非接触温度計（もしくは放射温度計）、サーモグラフィ、赤外線カメラ等が製品化されている。
これらの製品群における温度測定の原理は概ね以下の通りである。即ち、一般に、赤外線センサ部は、対象物の温度と赤外線センサ部自体の温度、及び赤外線センサ部が対象物を見込む立体角（両者の相互距離と相互の向き）によって出力が定まる。赤外線センサ部の持つこの性質を利用して、立体角を一定に保つことにより対象物の温度を測定する。
Conventionally, a temperature measurement device that measures the temperature of an object in a non-contact manner using an infrared sensor unit is known.
As specific examples thereof, non-contact thermometers (or radiation thermometers), thermography, infrared cameras, and the like have been commercialized.
The principle of temperature measurement in these product groups is as follows. That is, in general, the output of the infrared sensor unit is determined by the temperature of the object, the temperature of the infrared sensor unit itself, and the solid angle (the mutual distance and the mutual direction) at which the infrared sensor unit looks at the object. Using this property of the infrared sensor unit, the temperature of the object is measured by keeping the solid angle constant.
しかしながら、上述のように立体角を一定に維持した状態で対象物の温度を測定する場合、仮に赤外線センサ部自体の温度を一定にすることができたとしても、通常、対象物の温度と赤外線センサ部の出力値とは比例関係にはない。
その理由は、電磁波のエネルギーと温度とが比例関係にはないからである。周知の通り、通常の赤外線センサ部の出力は、赤外線センサ部が吸収する電磁波のエネルギーと赤外線センサ部が放出する電磁波のエネルギーの差分（に比例する何がしかの物理量）として得られる。このため、他の方式のセンサでは一般的である比例関係式を適用して出力を得ることができない。
However, when the temperature of the object is measured with the solid angle kept constant as described above, even if the temperature of the infrared sensor unit itself can be made constant, the temperature of the object and the infrared ray are usually detected. It is not proportional to the output value of the sensor unit.
The reason is that the energy of electromagnetic waves and temperature are not in a proportional relationship. As is well known, the output of a normal infrared sensor unit is obtained as the difference between the energy of electromagnetic waves absorbed by the infrared sensor unit and the energy of electromagnetic waves emitted by the infrared sensor unit (some physical quantity proportional to the energy). For this reason, it is not possible to obtain an output by applying a proportional relational expression, which is common in other types of sensors.
この対策として、電磁波のエネルギーと温度（絶対温度）との関係について黒体放射に関するステファンボルツマンの法則が成立することを利用した温度測定方法がよく知られている。
ステファンボルツマンの法則に従えば、赤外線センサ部の出力Ｖは、赤外線センサ部自体の温度をＴｒ、対象物の温度をＴｂとすると、
Ｖ＝ｋ・（Ｔｂ4−Ｔｒ4）………………（１）
で与えられることとなる。ここに、ｋは適当な変換係数であるが、特別な場合にはステファンボルツマン定数と呼ばれる物理定数となる。
As a countermeasure against this, a temperature measurement method using the fact that Stefan Boltzmann's law regarding black body radiation is established with respect to the relationship between electromagnetic energy and temperature (absolute temperature) is well known.
According to Stefan-Boltzmann's law, the output V of the infrared sensor unit is represented by Tr as the temperature of the infrared sensor unit itself and Tb as the temperature of the object.
V = k · (Tb 4 −Tr 4 ) (1)
Will be given. Here, k is an appropriate conversion coefficient, but in a special case, k is a physical constant called a Stefan Boltzmann constant.
但し、上記のステファンボルツマンの法則を利用する場合には、赤外線センサ部がすべての波長の電磁波を吸収・放出できるという重要な前提条件を満たしている必要がある。
このような前提条件を充足するような赤外線センサ部を作ることは事実上不可能であるばかりか、赤外線領域（一般には、波長が０．７マイクロメートルから１ミリメートルの電磁波）の一部分のみ、更には、ごく僅かな波長領域のみが吸収・放出可能な赤外線センサ部も存在する。
従って、赤外線センサ部を用いた温度測定においては、上掲の式（１）からのずれが、測定による偶然誤差ではなく理論的な系統誤差として生じることとなる。
However, when using the above Stefan-Boltzmann law, it is necessary to satisfy an important precondition that the infrared sensor unit can absorb and emit electromagnetic waves of all wavelengths.
It is practically impossible to make an infrared sensor unit that satisfies such preconditions, and only a part of the infrared region (generally, an electromagnetic wave having a wavelength of 0.7 to 1 millimeter), There is also an infrared sensor unit that can absorb and emit only a very small wavelength region.
Accordingly, in temperature measurement using the infrared sensor unit, a deviation from the above equation (1) occurs as a theoretical systematic error rather than a coincidence error due to measurement.
また、仮に、全ての波長の電磁波を吸収・放出できる赤外線センサ部を製造することが可能であったとしても、その赤外線センサ部をそのまま放射温度計に適用することには、次のような問題がある。即ち、空気中の水蒸気（Ｈ２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ２）などの分子が或る特定の波長の赤外線を吸収するという自然現象により、対象物と赤外線センサ部間の距離の変化に伴い、上述の各分子等の分子数が変わり、赤外線吸収量が変化する。このため、結果的に、対象物の温度が変化していないにもかかわらず赤外線センサ部の出力が変化してしまうという問題が生じる。この問題に対処すべく、現在製造されている殆どの放射温度計には、上述のような問題が生じない範囲内の波長のみを透過させる赤外線フィルタが設けられている。従って、赤外線センサ部を用いた放射温度計では、上掲の式（１）におけるステファンボルツマンの法則からの誤差を一掃することは原理的に不可能である。 Moreover, even if it is possible to manufacture an infrared sensor unit that can absorb and emit electromagnetic waves of all wavelengths, there are the following problems in applying the infrared sensor unit to a radiation thermometer as it is. There is. That is, due to the natural phenomenon that molecules such as water vapor (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2) in the air absorb infrared rays of a specific wavelength, the above-described change in the distance between the object and the infrared sensor unit causes The number of molecules such as each molecule changes, and the amount of infrared absorption changes. For this reason, as a result, there arises a problem that the output of the infrared sensor unit changes even though the temperature of the object does not change. In order to cope with this problem, most radiation thermometers currently manufactured are provided with an infrared filter that transmits only wavelengths within a range in which the above-described problems do not occur. Therefore, in a radiation thermometer using an infrared sensor unit, it is impossible in principle to wipe out an error from Stefan Boltzmann's law in the above equation (1).
一方、この誤差を小さくする補正方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１の提案では、上掲の式（１）からのずれを解消するため、測定対象物の基準温度、赤外線センサ部の基準温度、赤外線センサ部の基準出力値、に加えて、赤外線センサ部の基準温度からの差分、赤外線センサ部の基準出力値からの差分、を測定し、それらの測定結果に基づいて、測定対象物の温度を上記２種類の差分の関数に当てはめ、その関数の係数値を最小二乗法で求めている。
On the other hand, a correction method for reducing this error has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In the proposal of
しかしながら、特許文献１に開示された手法には、以下に示すような４つの問題点がある。
第１の問題点は、特許文献１に開示された手法だけでは上掲の式（１）に対応するようなセンサ出力と各温度との間に成立する関数形として、４次より大きい次数（冪指数）を持った多項式の次数を定めることができないことである。そして、更に、冪指数として任意の実数を持った関数形を定めることも不可能なことである。仮に４次式でなく更に高次の多項式で補正しようとしても、いったい何次の補正が適切なのかがそもそもこの手法だけで導くことができない。特許文献１に開示された手法では、冪指数として自然数だけを用いているのであるから、実数を用いた場合に比し真値との差異が含まれてしまい高い測定精度が得られない。
However, the technique disclosed in
The first problem is that the order larger than the fourth order (ie, the function form established between the sensor output and each temperature corresponding to the above-described equation (1) only by the method disclosed in Patent Document 1 (order 4). It is impossible to determine the degree of a polynomial having a power index. Furthermore, it is impossible to define a function form having an arbitrary real number as a power index. Even if an attempt is made to correct with a higher order polynomial instead of a quartic equation, it is impossible to derive from this method only what degree of correction is appropriate. In the method disclosed in
第２の問題点は、特許文献１に開示された手法では基準となる測定対象温度に係る情報が必要なことである。即ち、赤外線センサ部を使って本来の測定対象の温度を測定する際に、予め本来の目的である測定と同じ測定をせざるを得ず、さらにその測定結果を記憶する必要まである。従って、本来の目的たる測定対象の温度の測定を行うには非常に効率が悪い。
The second problem is that the method disclosed in
第３の問題点は、上述の基準温度或いは基準出力値を非常に多く必要とすることである。既述の通り、一般の赤外線センサ部そのものが既にステファンボルツマンの法則から系統的にずれた出力を出すのであるから、特許文献１に開示された手法では基準温度および基準出力値にごく近い条件下でしか精度の高い測定は実現できない。換言すれば、広い温度範囲で精度の高い測定を可能にするためには、極めて多数の基準温度或いは基準出力値が必要であり手間がかかる。
The third problem is that the above-mentioned reference temperature or reference output value is very large. As described above, since the general infrared sensor unit itself already outputs an output systematically deviated from Stefan Boltzmann's law, the method disclosed in
第４の問題点は、仮に関数を上掲の式（１）のような４次式の多項式で近似できたとしても、その係数を求めるのに基準温度や基準出力値だけでなく、更にそれらの差分の測定までもが必要なことである。しかも、特許文献１に開示された手法では、赤外線センサ部の温度と赤外線センサ部の出力の一方を基準点に固定し、他方を変化させる必要がある（この点については後に詳述する）。従って、誤差補正のために非常に多くの測定を非常に複雑な制御条件のもとで行わねばならなくなり、必然的に装置自体のコスト高に直結する。
本発明は、上述のような状況に鑑みてなされたものであり、十分な測定精度を確保しつつ、測定作業が簡素化され、構成が簡単でコスト低減をはかることが可能な、赤外線センサを用いた温度測定装置およびその補正方法を提供することを目的とする。
The fourth problem is that even if the function can be approximated by a quaternary polynomial such as the above equation (1), not only the reference temperature and the reference output value but also the coefficients can be obtained. It is also necessary to measure the difference between the two. Moreover, in the method disclosed in
The present invention has been made in view of the above-described situation, and an infrared sensor that can simplify measurement, simplify the configuration, and achieve cost reduction while ensuring sufficient measurement accuracy. It is an object of the present invention to provide a temperature measuring device and a correction method thereof.
上記課題を解決するために、ここに、次に列記するような技術を提案する。
（１）測定対象の温度を非接触で測定する温度測定装置であって、
赤外線センサ部と、
前記測定対象の温度をＴｂ、前記赤外線センサ部の出力をＶ、前記赤外線センサ部の出力に関するオフセットをｃ、温度係数をｂ、前記赤外線センサ部の温度をＴｒ、温度の演算式における冪指数をαとするとき、
Ｔｂ＝｛（Ｖ―ｃ）／ｂ＋Ｔｒα｝1/α
なる演算によって測定対象の温度Ｔｂを算出する測定対象温度演算部と、
前記赤外線センサ部の出力Ｖを測定して前記測定対象温度演算部に供給する赤外線センサ出力測定部と、
前記赤外線センサ部の温度Ｔｒを測定して前記測定対象温度演算部に供給する赤外線センサ温度測定部と、
前記冪指数の値αを保持し該保持した値を前記測定対象温度演算部に供給する冪指数保持部と、
前記温度係数の値ｂを保持し該保持した値を前記測定対象温度演算部に供給する温度係数値保持部と、
前記赤外線センサ部の出力に関するオフセットｃの値を保持し該保持した値を前記測定対象温度演算部に供給するオフセット値保持部と、
を備えたことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
In order to solve the above problems, the following technologies are proposed here.
(1) A temperature measuring device that measures the temperature of a measurement object in a non-contact manner,
An infrared sensor unit;
The temperature of the measurement target is Tb, the output of the infrared sensor unit is V, the offset relating to the output of the infrared sensor unit is c, the temperature coefficient is b, the temperature of the infrared sensor unit is Tr, and the power exponent in the temperature calculation formula is When α is
Tb = {(V−c) / b + Trα} 1 / α
A measurement target temperature calculation unit that calculates the temperature Tb of the measurement target by the calculation
An infrared sensor output measurement unit that measures the output V of the infrared sensor unit and supplies the measured output temperature to the measurement target temperature calculation unit;
An infrared sensor temperature measurement unit that measures the temperature Tr of the infrared sensor unit and supplies the temperature Tr to the measurement target temperature calculation unit;
A power index holding unit that holds the power value α of the power index and supplies the stored value to the measurement target temperature calculation unit;
A temperature coefficient value holding unit that holds the temperature coefficient value b and supplies the held value to the measurement target temperature calculation unit;
An offset value holding unit that holds the value of the offset c related to the output of the infrared sensor unit and supplies the held value to the measurement target temperature calculation unit;
A temperature measuring device using an infrared sensor characterized by comprising:
（２）前記冪指数保持部は、前記赤外線センサ出力測定部と等しい測定特性を有する測定器により赤外線センサ部の出力Ｖを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ出力データと、前記赤外線センサ温度測定部と等しい測定特性を有する測定器により赤外線センサ部の温度Ｔｒを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ温度データと、前記測定対象の温度Ｔｂを既定の回数以上繰り返し実測して得た測定対象温度データとの各データに基づいて、ばらつきを表す既定の関数の値を最小とする４以外の値に設定された当該冪指数の値αを保持していることを特徴とする（１）に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置。 (2) The power index holding unit includes infrared sensor output data obtained by repeatedly measuring the output V of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more with a measuring instrument having measurement characteristics equal to those of the infrared sensor output measurement unit, and the infrared ray Infrared sensor temperature data obtained by repeatedly measuring the temperature Tr of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more with a measuring instrument having the same measurement characteristics as the sensor temperature measurement unit, and repeatedly measuring the temperature Tb of the measurement target a predetermined number of times or more And holding the value α of the power index set to a value other than 4 that minimizes the value of a predetermined function representing variation based on each data with the measurement target temperature data obtained A temperature measuring device using the infrared sensor according to (1).
（３）前記温度係数値保持部は、前記赤外線センサ出力測定部と等しい測定特性を有する測定器により赤外線センサ部の出力Ｖを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ出力データと、前記赤外線センサ温度測定部と等しい測定特性を有する測定器により赤外線センサ部の温度Ｔｒを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ温度データと、前記測定対象の温度Ｔｂを既定の回数以上繰り返し実測して得た測定対象温度データとの各データに基づいて、ばらつきを表す既定の関数の値を最小とする値に設定された当該温度係数の値ｂを保持していることを特徴とする（１）または（２）に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置。 (3) The temperature coefficient value holding unit is infrared sensor output data obtained by repeatedly measuring the output V of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more with a measuring instrument having measurement characteristics equal to the infrared sensor output measurement unit, Infrared sensor temperature data obtained by repeatedly measuring the temperature Tr of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more by a measuring instrument having the same measurement characteristics as the infrared sensor temperature measurement unit, and the actual measurement of the temperature Tb of the measurement object more than the predetermined number The temperature coefficient value b, which is set to a value that minimizes the value of a predetermined function representing the variation, is stored based on each data with the measurement target temperature data obtained in this manner ( A temperature measuring device using the infrared sensor according to 1) or (2).
（４）前記オフセット値保持部は、前記赤外線センサ出力測定部と等しい測定特性を有する測定器により赤外線センサ部の出力Ｖを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ出力データと、前記赤外線センサ温度測定部と等しい測定特性を有する測定器により赤外線センサ部の温度Ｔｒを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ温度データと、前記測定対象の温度Ｔｂを既定の回数以上繰り返し実測して得た測定対象温度データとの各データに基づいて、ばらつきを表す既定の関数の値を最小とする値に設定された当該オフセット値ｃを保持していること特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置。 (4) The offset value holding unit includes infrared sensor output data obtained by repeatedly measuring the output V of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more with a measuring instrument having measurement characteristics equal to those of the infrared sensor output measurement unit, and the infrared ray Infrared sensor temperature data obtained by repeatedly measuring the temperature Tr of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more with a measuring instrument having the same measurement characteristics as the sensor temperature measurement unit, and repeatedly measuring the temperature Tb of the measurement target a predetermined number of times or more The offset value c set to a value that minimizes the value of a predetermined function representing variation is held based on each data with the measurement target temperature data obtained in (1) to ( A temperature measuring device using the infrared sensor according to any one of 3).
（５）前記ばらつきを表す既定の関数は、赤外線センサ部の出力の実測値と予測値との差を２乗して前記既定の回数Ｎ分の和をとったものであることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれか一に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置。 (5) The predetermined function representing the variation is obtained by squaring the difference between the actual measurement value and the predicted value of the output of the infrared sensor unit and taking the sum of the predetermined number N. (1) The temperature measurement apparatus using the infrared sensor as described in any one of (4).
（６）赤外線センサ部を用いて測定対象の温度を非接触で測定する温度測定装置の補正方法であって、
前記測定対象の温度をＴｂ、前記赤外線センサ部の出力をＶ、前記赤外線センサ部の出力に関するオフセットをｃ、温度係数をｂ、前記赤外線センサ部の温度をＴｒ、温度の演算式における冪指数をαとするとき、
Ｔｂ＝｛（Ｖ―ｃ）／ｂ＋Ｔｒα｝1/α
なる演算式によって測定対象の温度Ｔｂを算出するようにし、且つ、
前記演算式における冪指数αを、前記赤外線センサ部の出力Ｖの測定に適用する測定器と等しい測定特性を有する測定器により赤外線センサ部の出力Ｖを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ出力データと、前記赤外線センサ部の温度の測定に適用する測定器と等しい測定特性を有する測定器により前記赤外線センサ部の温度Ｔｒを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ温度データと、前記演算と同じ演算により前記測定対象の温度Ｔｂを既定の回数以上繰り返し算出して得た測定対象温度データとの各データに基づいて、ばらつきを表す既定の関数の値を最小とする４以外の値として設定し、
前記演算式における温度係数の値ｂを、前記赤外線センサ部の出力Ｖの測定に適用する測定器と等しい測定特性を有する測定器により赤外線センサ部の出力Ｖを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ出力データと、前記赤外線センサ部の温度の測定に適用する測定器と等しい測定特性を有する測定器により前記赤外線センサ部の温度Ｔｒを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ温度データと、前記演算と同じ演算により前記測定対象の温度Ｔｂを既定の回数以上繰り返し算出して得た測定対象温度データとの各データに基づいて、ばらつきを表す既定の関数の値を最小とする値として設定し、
前記演算式におけるオフセット値ｃを、前記赤外線センサ部の出力Ｖの測定に適用する測定器と等しい測定特性を有する測定器により赤外線センサ部の出力Ｖを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ出力データと、前記赤外線センサ部の温度の測定に適用する測定器と等しい測定特性を有する測定器により前記赤外線センサ部の温度Ｔｒを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ温度データと、前記演算と同じ演算により前記測定対象の温度Ｔｂを既定の回数以上繰り返し算出して得た測定対象温度データとの各データに基づいて、ばらつきを表す既定の関数の値を最小とする値として設定することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
(6) A method for correcting a temperature measuring device that measures the temperature of an object to be measured in a non-contact manner using an infrared sensor unit,
The temperature of the measurement target is Tb, the output of the infrared sensor unit is V, the offset relating to the output of the infrared sensor unit is c, the temperature coefficient is b, the temperature of the infrared sensor unit is Tr, and the power exponent in the temperature calculation formula is When α is
Tb = {(V−c) / b + Trα} 1 / α
The temperature Tb of the object to be measured is calculated by the following equation, and
The infrared ray obtained by repeatedly measuring the output V of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more by a measuring device having measurement characteristics equal to the measuring device applied to the measurement of the output V of the infrared sensor unit. Sensor output data and infrared sensor temperature data obtained by repeatedly measuring the temperature Tr of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more by a measuring device having the same measurement characteristics as the measuring device applied to the temperature measurement of the infrared sensor unit; Other than 4 which minimizes the value of a predetermined function representing variation based on each data with measurement target temperature data obtained by repeatedly calculating the temperature Tb of the measurement target more than a predetermined number of times by the same calculation as the above calculation As the value of
The temperature coefficient value b in the arithmetic expression is obtained by repeatedly measuring the output V of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more by a measuring device having the same measurement characteristics as the measuring device applied to the measurement of the output V of the infrared sensor unit. Infrared sensor temperature obtained by repeatedly measuring the temperature Tr of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more by a measuring device having the same measurement characteristics as the measurement device applied to the measurement of the temperature of the infrared sensor unit. Based on the data and the measurement target temperature data obtained by repeatedly calculating the temperature Tb of the measurement target a predetermined number of times or more by the same calculation as the calculation, the value of the predetermined function representing the variation is minimized. Set as value,
An infrared ray obtained by repeatedly measuring the output V of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more by a measuring device having the same measurement characteristics as the measuring device applied to the measurement of the output V of the infrared sensor unit. Sensor output data and infrared sensor temperature data obtained by repeatedly measuring the temperature Tr of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more by a measuring device having the same measurement characteristics as the measuring device applied to the temperature measurement of the infrared sensor unit; Based on the data with the measurement target temperature data obtained by repeatedly calculating the temperature Tb of the measurement target a predetermined number of times or more by the same calculation as the above calculation, the value of the predetermined function representing the variation is minimized. A correction method for a temperature measuring device using an infrared sensor, wherein the infrared sensor is set.
（７）前記ばらつきを表す既定の関数は、赤外線センサ部の出力の実測値と予測値との差を２乗して前記既定の回数Ｎ分の和をとったものであることを特徴とする（６）に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。 (7) The predetermined function representing the variation is obtained by squaring the difference between the actual measurement value and the predicted value of the output of the infrared sensor unit and taking the sum of the predetermined number N. A method for correcting a temperature measuring device using the infrared sensor according to (6).
十分な測定精度を確保しつつ、測定作業が簡素化され、構成が簡単でコストが低減可能な、温度測定装置および温度測定方法を実現することができる。 It is possible to realize a temperature measuring device and a temperature measuring method that can simplify measurement work, have a simple configuration, and can reduce costs while ensuring sufficient measurement accuracy.
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態につき詳述する。これにより本発明を明らかにする。
（本発明の実施の形態としての温度測定装置の構成）
図１は、本発明の一つの実施の形態としての温度測定装置を表す機能ブロック図である。
この温度測定装置１０は、図示しない測定対象から放射される赤外線を受光して測定出力を得る赤外線センサ部１を用いて、測定対象温度演算部２における演算によって非接触で当該測定対象の温度を測定する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. This clarifies the present invention.
(Configuration of temperature measuring apparatus as an embodiment of the present invention)
FIG. 1 is a functional block diagram showing a temperature measuring apparatus as one embodiment of the present invention.
This temperature measuring device 10 uses an
この赤外線センサ部１としては、量子型、熱型等種類の如何を問わず適用可能である。また、赤外線センサ部を用いて対象物の温度を非接触で測定する温度計（放射温度計ないしは非接触温度計）においては、対象物の一部分の領域のみを測定の対象とするために赤外線集束レンズを併用することが一般的である。また、対象物との距離によって測定誤差が生じるのを防止するために赤外線透過フィルタを併用すること等も一般的である。しかしながら、本発明の技術思想においては、上述のような赤外線集束レンズや赤外線透過フィルタ等の適用の有無を問わない。
The
測定対象温度演算部２は、上記測定対象の温度をＴｂ、赤外線センサ部１の出力（後述するように該出力に対応する赤外線センサ出力測定部３による測定出力）をＶ、赤外線センサ部１の出力に関するオフセットをｃ、温度係数をｂ、赤外線センサ部１（赤外線センサ部１自体）の温度をＴｒ、温度の演算式における冪指数をαとするとき、
Ｔｂ＝｛（Ｖ−ｃ）／ｂ＋Ｔｒα｝1/α………………（２）
なる演算によって測定対象の温度Ｔｂを算出する。
The measurement target temperature calculation unit 2 sets the temperature of the measurement target to Tb, the output of the infrared sensor unit 1 (measurement output by the infrared sensor output measurement unit 3 corresponding to the output as described later) V, and the
Tb = {(V−c) / b + Trα} 1 / α (2)
The temperature Tb to be measured is calculated by the following calculation.
そして、赤外線センサ部１の出力Ｖを測定して測定対象温度演算部２に供給する赤外線センサ出力測定部３、赤外線センサ部の温度Ｔｒを測定して前記測定対象温度演算部に供給する赤外線センサ温度測定部４、冪指数の値αを保持し該保持した値を測定対象温度演算部２に供給する冪指数保持部５、温度係数の値ｂを保持し該保持した値を記測定対象温度演算部２に供給する温度係数値保持部６、および、赤外線センサ部１の出力に関するオフセットの値ｃを保持し該保持した値を測定対象温度演算部２に供給するオフセット値保持部７、が設けられている。
And the infrared sensor output measurement part 3 which measures the output V of the
赤外線センサ出力測定部３は、一般的には微小な値である赤外線センサ部１の出力Ｖを電気的に増幅して測定するために設けられている。このため、例えば、赤外線センサ部１の出力Ｖをオペアンプ（Operational Amplifier）等の電子デバイスを用いて電気的に増幅する構成を採る。また必要に応じて、該増幅された電気的信号をＡＤ（Analog to Digital）変換回路によってデジタル値に変換する構成を採る。尚、赤外線センサ出力測定部３で得られた測定出力値を、これ以降、適宜Ｖと表記する。このＶは、ＡＤ変換前のアナログ値でも変換後のデジタル値でもよい。また、Ｖと表記しているが電圧出力と限る必要もなく、電流出力でもよい。一般的には、熱型の赤外線センサ部を適用する場合には電圧出力を、量子型の赤外線センサ部を適用する場合には電流出力を測定するのがよい。
The infrared sensor output measuring unit 3 is provided to electrically amplify and measure the output V of the
赤外線センサ温度測定部４は、最も一般的には赤外線センサパッケージの内部にサーミスタを内蔵する態様を採る。この態様の場合には、サーミスタが赤外線センサ部の直近に存在するため、赤外線センサ部の温度を非常に精度よく測定することが可能である。
尚、赤外線センサ温度測定部４によって測定される赤外線センサ部１自体の温度Ｔｒ、および、これ以降の説明で用いる温度に関する表記は（別段の注記を伴わない場合には）全て絶対温度であるものとする。周知の如く、摂氏０℃は絶対温度では２７３．１５Ｋ（ケルビン）である。
The infrared sensor temperature measuring unit 4 most commonly takes a form in which a thermistor is built in an infrared sensor package. In the case of this aspect, since the thermistor exists in the immediate vicinity of the infrared sensor unit, it is possible to measure the temperature of the infrared sensor unit with very high accuracy.
In addition, the temperature Tr of the
一方、測定対象温度演算部２における演算の式（２）は以下の式（３）をＴｂについて解いたものである。
Ｖ＝ｂ・（Ｔｂα−Ｔｒα）＋ｃ………………（３）
式（２）および式（３）において、αを４なる定数として扱う方法が従来から公知の方法である（例えば、特許文献１の式１参照）。
しかしながら、冪指数αを４なる定数として扱う方法は、上掲の式（１）によって表されるステファンボルツマンの法則に依拠したものである。そして、この法則に依拠する限り、赤外線センサ部の感度波長帯域が全波長帯域（０〜＋∞）に渡って検出可能であるという特別な条件下においてのみ適合し、この条件が充足されない場合には、温度測定において系統誤差を生じることは既述の通りである。
On the other hand, the calculation formula (2) in the measurement target temperature calculation unit 2 is obtained by solving the following formula (3) for Tb.
V = b · (Tbα−Trα) + c (3)
In formula (2) and formula (3), a method of treating α as a constant of 4 is a conventionally known method (for example, see
However, the method of treating the power exponent α as a constant of 4 relies on Stefan Boltzmann's law expressed by the above equation (1). As long as this rule is followed, the sensitivity wavelength band of the infrared sensor unit is only applicable under special conditions that it can be detected over the entire wavelength band (0 to + ∞), and this condition is not satisfied. As described above, a systematic error is caused in the temperature measurement.
即ち、赤外線センサ部の感度波長帯域が有限の場合、もしくは赤外線フィルタを併用することにより感度波長帯域を制限している場合にα＝４と予め決定してしまう限りは、少なくとも理論的には正確な測定ができない。また、実際の放射温度計への適用を想定した場合に（感度波長帯域が無限に及ぶものでない限り）、赤外線センサ部がすでに理論から外れた測定値を出力するのであるから、ある一定以上の誤差が（偶発的に発生する）偶然誤差としてではなく（必然的に発生する）系統誤差として生じてしまうことになる。 In other words, if the sensitivity wavelength band of the infrared sensor unit is finite or if the sensitivity wavelength band is limited by using an infrared filter together, as long as α = 4 is determined in advance, it is at least theoretically accurate. Can not be measured properly. In addition, when the application to an actual radiation thermometer is assumed (unless the sensitivity wavelength band reaches infinite), the infrared sensor section outputs a measured value that is already out of theory, The error will occur as a systematic error (which inevitably occurs) rather than as a random error (which occurs accidentally).
本発明では、冪指数αを無条件で４なる定数として扱うことはせず、様々な感度波長帯域を持った赤外線センサ部、及びその赤外線センサ部で構成された放射温度計等の様々なフィルタで波長帯域制限を施した温度測定装置において、上掲の式（２）を適用することによって既述のような系統誤差が根本的に生じない温度測定を可能にしている。
また、本発明では、冪指数αを無条件で４なる定数として扱うことをしないため、当然ながら、このαの値は別段の手段を講じることなくして定まることがない。従って、本発明では、冪指数αを如何様に設定するかの具体的手法を与えることを一つの特徴としており、この手法については次に図２等を参照して詳述する。
In the present invention, the power exponent α is not treated as a constant of 4 unconditionally, but various filters such as an infrared sensor unit having various sensitivity wavelength bands and a radiation thermometer configured by the infrared sensor unit. In the temperature measuring device in which the wavelength band is limited in (1), the above-described equation (2) is applied to enable temperature measurement that does not cause a systematic error as described above.
In the present invention, since the power exponent α is not treated as a constant of 4 unconditionally, naturally, the value of α is not determined without taking other measures. Therefore, one feature of the present invention is to provide a specific method for setting the power index α. This method will be described in detail with reference to FIG.
（測定対象温度演算の各定数を得るための定数算出装置）
図２は、図１の温度測定装置に保持される上述の冪指数の値α、温度係数の値ｂ、および、オフセットの値ｃである各定数を得るための定数算出装置２０を表す機能ブロック図である。なお、図２では説明の便宜上、定数算出装置２０だけでなく、これに接続して用いられる赤外線センサ部及び測定対象物も併せて描いてある。図示のように、この定数算出装置２０は、赤外線センサ出力繰り返し測定部２２、赤外線センサ温度繰り返し測定部２３、対象物温度繰り返し測定部２４、測定データ蓄積部２５、および、ばらつき最小化演算部２６の各機能ブロックを含む。
(Constant calculation device to obtain each constant for temperature calculation of measurement object)
FIG. 2 is a functional block showing a constant calculation device 20 for obtaining each constant which is the above-mentioned power index value α, temperature coefficient value b, and offset value c held in the temperature measurement device of FIG. FIG. In FIG. 2, for convenience of explanation, not only the constant calculation device 20 but also an infrared sensor unit and a measurement object used in connection with the device are drawn. As shown in the figure, the constant calculation device 20 includes an infrared sensor output
赤外線センサ部２１は図１の温度測定装置１０に適用される赤外線センサ部１と同一物であり、この赤外線センサ部２１の出力が赤外線センサ出力繰り返し測定部２２に入力され、該出力が測定されるように構成されている。この赤外線センサ出力繰り返し測定部２２は、図１における赤外線センサ出力測定部３とその測定特性が同様であり、且つ、測定を繰り返し行う。
The
また、赤外線センサ部２１自体の温度を測定する赤外線センサ温度繰り返し測定部２３が設けられている。この赤外線センサ温度繰り返し測定部２３は、図１の赤外線センサ温度測定部４とその測定特性が同様であり、且つ、測定を繰り返し行う。
更にまた、測定対象物１００の温度を測定する対象物温度繰り返し測定部２４が設けられている。この対象物温度繰り返し測定部２４は、既述の赤外線センサ温度繰り返し測定部２３による赤外線センサ部２１自体の温度の測定と同様に、測定対象物１００の温度をサーミスタ等の温度測定素子を用いて測定する。即ち、このような温度測定素子を測定対象物１００に取り付けて温度の測定を行う。
Moreover, the infrared sensor temperature
Furthermore, an object temperature
上述の赤外線センサ出力繰り返し測定部２２、赤外線センサ温度繰り返し測定部２３、および、対象物温度繰り返し測定部２４は、図示しないコントローラ等によって、繰り返し行う各測定のタイミングが同期するように管理される。また、この定数算出装置２０によって、上述の冪指数の値α、温度係数の値ｂ、および、オフセットの値ｃの３つの定数を求めることから、各測定は３回以上繰り返される。そして、各測定のタイミングの同期をとることによって測定値の同時性が確保され、赤外線センサ出力繰り返し測定部２２の各測定値が赤外線センサ温度繰り返し測定部２３の各対応する測定値によって適切に補償され得る。同様に、対象物温度繰り返し測定部２４の各測定値に関し、赤外線センサ出力繰り返し測定部２２および赤外線センサ温度繰り返し測定部２３の各対応する測定値の同時性が確保され、後の処理において、適切な演算が実行され得る。
The infrared sensor output
このようにして得られた、赤外線センサ出力繰り返し測定部２２による測定データ、赤外線センサ温度繰り返し測定部２３による測定データ、および対象物温度繰り返し測定部２４による測定データは、測定データ蓄積部２５に転送され、ここに蓄積される。本例では、上述の３通りの各測定項目毎にＮ個のデータを取得した場合、合計３Ｎ個のデータが蓄積されることになる。
そして、測定データ蓄積部２５に蓄積されたこれらのデータに基づいて、ばらつき最小化演算部２６における演算処理によって、冪指数の値α、温度係数の値ｂ、および、オフセットの値ｃの各定数が算出される。
The measurement data obtained by the infrared sensor output
Based on these data stored in the measurement
ばらつき最小化演算部２６においてこれら各定数の割り出しに適用される方法について次に説明する。
上述のＮ個のデータのうち、赤外線センサ出力繰り返し測定部２２によるｉ番目の測定データをＶｉ、赤外線センサ温度繰り返し測定部２３によるｉ番目の測定データをＴｒｉ、対象物温度繰り返し測定部２４によるｉ番目の測定データをＴｂｉとすれば、上掲の式（３）と全く同様の考察により、未知数α、ｂ、および、ｃに関して、次の方程式が成立する。
Ｖｉ＝ｂ・（Ｔｂｉα−Ｔｒｉα）＋ｃ （ｉ＝１〜Ｎ）…………（４）
この式（４）の方程式は、未知数３個、本数Ｎ本の連立方程式である。このような場合には一般に３変数の最小２乗法（もしくは重回帰分析）が用いられる。この連立方程式から上述の未知数α、ｂ、および、ｃを求める。
ばらつき最小化演算部２６において、先ず始めに式（４）に鑑み以下の値Ｓを定義する。
Next, a method applied to the determination of each of these constants in the variation minimizing
Of the N pieces of data described above, Vi is the i-th measurement data by the infrared sensor output
Vi = b · (Tbiα−Triα) + c (i = 1 to N) (4)
The equation (4) is a simultaneous equation with three unknowns and N number. In such a case, a three-variable least square method (or multiple regression analysis) is generally used. From the simultaneous equations, the above-mentioned unknowns α, b, and c are obtained.
In the variation minimizing
式（５）おいてＳは、実測値Ｖｉと予測値ｂ・（Ｔｂｉα−Ｔｒｉα）との差を２乗して上述のデータ取得回数Ｎ分の和をとったものであるから、ばらつきの指標を表す関数である。従って、α、ｂ、および、ｃの最適値は、このＳ値が最小となる場合の値である。
Ｓ値が最小となるためには、α、ｂ、および、ｃの全てに関する偏微分の値が０とならなければならない。従って、以下の式（６）、（７）、および、（８）が成り立つ。
In Equation (5), S is the difference between the actual measurement value Vi and the predicted value b · (Tbiα−Triα) and squared to obtain the sum of the above-mentioned N times of data acquisition. Is a function that represents Accordingly, the optimum values of α, b, and c are values when the S value is minimized.
In order for the S value to be minimized, the partial differential values for all of α, b, and c must be zero. Therefore, the following expressions (6), (7), and (8) are established.
尚、式（６）におけるｌｏｇは、全てｅを底とする自然対数である。
上掲の式（６）、（７）、および、（８）は、未知数α、ｂ、および、ｃに関する３元連立方程式であるが、未知数αが絶対温度の冪指数となっているため、非線形の連立方程式である。従って、クラメールの解法等の解析的な手法ではこれら未知数を演算することはできない。このため、ニュートン・ラプソン法などの反復数値計算法で求めるのがごく一般的な手法である。但し、この手法には次の２つの弱点がある。
第１点は、初期値が真の解から離れていると収束せず、解がいつになっても求まらないということである。
第２点は、仮に初期値が近くても収束が遅い場合がり、この場合には計算に時間がかかるということである。
It should be noted that log in equation (6) is a natural logarithm with e as the base.
The above equations (6), (7), and (8) are ternary simultaneous equations concerning the unknowns α, b, and c, but the unknown α is a power exponent of absolute temperature. It is a nonlinear simultaneous equation. Therefore, these unknowns cannot be calculated by analytical methods such as the Kramer solution. For this reason, it is a very common method to obtain by an iterative numerical calculation method such as Newton-Raphson method. However, this method has the following two weak points.
The first point is that if the initial value is far from the true solution, it does not converge and cannot be obtained anytime.
The second point is that convergence may be slow even if the initial value is close, and in this case, the calculation takes time.
上述のような弱点を克服するために、上掲の式（６）〜（８）の方程式の形に鑑み、以下のような手法を用いることも可能である。この手法によれば確実に解が求まる。
即ち、上掲の（６）〜（８）の方程式は、αを未知数でなく既知の定数と仮定すれば、全てｂとｃに関する線型連立方程式である。一方で、αは４と決め付けることこそできないものの、負の数になることは理論上あり得ない。また、赤外線領域を感度波長帯域とする限り、冪指数であるαが２０以上という大きな数になったりすることは通常ない。この物理的要請を利用する。
先ず、式（６）は以後すべて無視する。一方で、式（７）と式（８）でαを０に近い数字（たとえばα＝０．１）と仮定すると、これら２本の式はｂ、ｃに関する線型連立方程式である。従って、上記クラメールの解法などによって解析的に解くことができる。
In order to overcome the above-mentioned weak points, it is also possible to use the following method in view of the equations (6) to (8) above. According to this method, a solution can be obtained reliably.
That is, the above equations (6) to (8) are linear simultaneous equations relating to b and c, assuming that α is not an unknown but a known constant. On the other hand, although α cannot be determined to be 4, it cannot theoretically be a negative number. In addition, as long as the infrared wavelength region is a sensitivity wavelength band, α, which is a power index, does not normally become a large number of 20 or more. Use this physical request.
First, all the expressions (6) are ignored thereafter. On the other hand, assuming that α is a number close to 0 (for example, α = 0.1) in Equations (7) and (8), these two equations are linear simultaneous equations relating to b and c. Therefore, it can be solved analytically by the above-mentioned Kramer solution.
次に、この解いたｂとｃの値、及び仮定したαの値を用いて、式５（５）Ｓ値を算出する。そして、得られたα、ｂ、ｃとＳ値を記憶しておく。続いて、式（７）と式（８）において、αを先に仮定した値よりも少し増加させる（たとえばα＝０．２）。このような仮定のもとで再びクラメールの解法などを用いてｂ、ｃを解き、同様に式５のＳ値を算出する。 Next, using the solved values of b and c and the assumed value of α, Equation 5 (5) S value is calculated. Then, the obtained α, b, c and S value are stored. Subsequently, in Expressions (7) and (8), α is slightly increased from the previously assumed value (for example, α = 0.2). Under these assumptions, b and c are solved again using the Kramer solution, and the S value of Equation 5 is similarly calculated.
以上のような計算をαが２０程度になるまで繰り返すと、式（５）のＳ値がαの関数として（離散的に）定められる。その中でＳ値を最小（乃至は極小でもよい）にするαの値、更にそのα値のときのｂとｃが、取りも直さず式（６）〜（８）の非線型連立方程式の解である。
ここでα値を更に精度よく求めたければ、その要求精度に応じてαの増加分割量を小さく設定して分解能を高めた操作をすればよい。即ち、既述の例では、α値を０．１ずつ変化させていたところ、これを、例えば、０．０１もしくは０．００１とすればよい。
When the above calculation is repeated until α reaches about 20, the S value of Equation (5) is determined (discretely) as a function of α. Among them, the value of α that minimizes the S value (or may be minimal), and b and c at that α value are not corrected, but the nonlinear simultaneous equations of equations (6) to (8) are not corrected. It is a solution.
Here, if it is desired to obtain the α value with higher accuracy, an operation may be performed in which the resolution is increased by setting the increased division amount of α to be small in accordance with the required accuracy. That is, in the example described above, the α value is changed by 0.1, and this may be set to 0.01 or 0.001, for example.
（実施の形態における作用・効果のまとめ）
以上に述べた本発明の実施の形態としての温度測定装置に関する作用・効果について要約的に列記する。
（１）ステファンボルツマンの法則からずれる現実の赤外線センサ部に対しても精度の高い温度測定が可能となる。一般に、室温付近（摂氏２５℃、絶対温度３００ケルビン程度）の環境および測定対象物に対して、吸収・放出可能な波長領域が１０ミクロン以下の赤外線センサ部を用いて測定すると、ステファンボルツマンの法則である４乗則よりも高いべき乗値が得られる。この場合には、特に本発明装置および方法が有用である。この場合、冪指数を「４」等の自然数だけに限定していないため、４乗に近い特性を示す赤外線センサ部に対してもさらに精密な補正が可能となる。
(Summary of actions and effects in the embodiment)
The actions and effects relating to the temperature measuring apparatus as the embodiment of the present invention described above will be summarized.
(1) Highly accurate temperature measurement is possible even for an actual infrared sensor unit that deviates from Stefan Boltzmann's law. In general, when measuring an environment around room temperature (25 degrees Celsius, absolute temperature of about 300 Kelvin) and an object to be measured using an infrared sensor with a wavelength range of 10 microns or less, Stefan Boltzmann's law A power value higher than the fourth power law is obtained. In this case, the apparatus and method of the present invention are particularly useful. In this case, since the power index is not limited to only a natural number such as “4”, it is possible to perform more precise correction even for an infrared sensor unit exhibiting characteristics close to the fourth power.
（２）精度の高い温度測定をするための前準備として、３個の未知数を決めることができればよい。即ち、最小測定回数は３回である。
（３）一旦演算式における各定数を決めると、基準となる測定対象温度の測定や記憶などは一切必要なく、測定の回数を大幅に低減できる。因みに、上掲の特許文献１所載の手法では、基準値（調整点）を１点につき３個、さらに差分に係る情報として４次式の係数が上記基準値１点につき１０個必要であり、それらの基準値を予め求めるための測定回数は最低でも１３回必要である。
（４）測定条件には何の束縛もない。従って、測定条件は用途や特性に合わせて自由に決めることが可能である。
（５）上記を総じて、利便性の向上とコストの低減との双方が実現可能となる。
(2) It is sufficient that three unknowns can be determined as preparations for measuring temperature with high accuracy. That is, the minimum number of measurements is three.
(3) Once each constant in the arithmetic expression is determined, there is no need to measure or store the reference temperature to be measured, and the number of measurements can be greatly reduced. Incidentally, in the method described in the above-mentioned
(4) There are no restrictions on the measurement conditions. Therefore, the measurement conditions can be freely determined according to the application and characteristics.
(5) Overall, it is possible to achieve both improvement in convenience and reduction in cost.
（応用例について）
最後に、これまで説明した本発明の温度測定装置は、前述のさまざまな装置、非接触温度計、サーモグラフィ、赤外線カメラ等の製品への適用が可能である。以下に３つの例を挙げて説明する。
第一の例としては、１個の赤外線センサ部にレンズとアダプタを取り付けて向きを変えながらデータを取得すると、平面内の温度分布を取得することが可能となる。この取得された温度分布はまさに「サーモグラフィ」とほぼ同等のものである。
第二の例としては、赤外線センサ複数個を平面状に（アレイ状）に配置し、レンズとアダプタを取り付けると「赤外線カメラ」が完成する。
第三の例としては、赤外線センサ複数個を直線状に配置し、レンズとアダプタを取り付けるとともに、たとえば上記直線と直交する方向に対して向きを変えながらデータを取得すると、やはり平面内の温度分布を取得することが可能となる。この第三の例は、エアコンの風向制御等によく適用されているものである。
(Application examples)
Finally, the temperature measuring device of the present invention described so far can be applied to products such as the various devices described above, non-contact thermometers, thermography, infrared cameras, and the like. Three examples will be described below.
As a first example, if a lens and an adapter are attached to one infrared sensor unit and data is acquired while changing the direction, it is possible to acquire a temperature distribution in a plane. This acquired temperature distribution is exactly equivalent to “thermography”.
As a second example, an “infrared camera” is completed when a plurality of infrared sensors are arranged in a plane (array) and a lens and an adapter are attached.
As a third example, when a plurality of infrared sensors are arranged in a straight line, a lens and an adapter are attached, and data is acquired while changing the direction with respect to a direction orthogonal to the straight line, for example, the temperature distribution in the plane is also obtained. Can be obtained. This third example is often applied to air direction control of an air conditioner.
（本発明の実施の形態としての温度補正方法）
図３は、本発明の実施の形態としての温度補正測定方法の一例を表すフローチャートである。特に、このフローの順番に従って測定する必要はなく、あくまで一例である。 この温度測定方法では、測定対象の温度をＴｂ、前記赤外線センサ部の出力をＶ、前記赤外線センサ部の出力に関するオフセットをｃ、温度係数をｂ、前記赤外線センサ部の温度をＴｒ、温度の演算式における冪指数をαとするとき、
Ｔｂ＝｛（Ｖ―ｃ）／ｂ＋Ｔｒα｝1/α
なる上掲の式（２）によって測定対象の温度Ｔｂを算出するべく、各定数α、ｂ、および、ｃを得る。
このために、上掲の式（５）で定義されるばらつきＳの関数値を最小とする条件を充足する値として、定数α、ｂ、および、ｃを得る（ステップＳ３０１）。
次いで、ステップＳ３０１で取得した定数α、ｂ、および、ｃを上掲の式（２）に適用する（ステップＳ３０２）。
ステップＳ３０２で各定数α、ｂ、および、ｃが定まった式（２）における変数ＶおよびＴｒを測定し、該測定値に基づいて式（２）の演算を実行し、測定対象の温度をＴｂを算出する（ステップＳ３０３）。
(Temperature correction method as an embodiment of the present invention)
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a temperature correction measurement method as an embodiment of the present invention. In particular, it is not necessary to measure according to the order of this flow, and is merely an example. In this temperature measurement method, the temperature of the measurement target is Tb, the output of the infrared sensor unit is V, the offset related to the output of the infrared sensor unit is c, the temperature coefficient is b, the temperature of the infrared sensor unit is Tr, and the temperature is calculated. When the power index in the equation is α,
Tb = {(V−c) / b + Trα} 1 / α
The constants α, b, and c are obtained in order to calculate the temperature Tb to be measured by the above-described equation (2).
For this purpose, constants α, b, and c are obtained as values that satisfy the condition that minimizes the function value of the variation S defined by the above equation (5) (step S301).
Next, the constants α, b, and c acquired in step S301 are applied to the above equation (2) (step S302).
In step S302, the variables V and Tr in the equation (2) in which the constants α, b, and c are determined are measured, the calculation of the equation (2) is performed based on the measured value, and the temperature of the measurement target is determined as Tb. Is calculated (step S303).
１，２１………………………………………赤外線センサ部
２………………………………………………測定対象温度演算部
３………………………………………………赤外線センサ出力測定部
４………………………………………………赤外線センサ温度測定部
５………………………………………………冪指数保持部
６………………………………………………温度係数値保持部
７………………………………………………オフセット値保持部
１０……………………………………………温度測定装置
２０……………………………………………定数算出装置
２２……………………………………………赤外線センサ出力繰り返し測定部
２３……………………………………………赤外線センサ温度繰り返し測定部
２４……………………………………………対象物温度繰り返し測定部
２５……………………………………………測定データ蓄積部
２６……………………………………………ばらつき最小化演算部
1, 21 ……………………………………… Infrared sensor unit 2 ……………………………………………… Measurement target temperature calculation unit 3 ………… …………………………………… Infrared sensor output measuring unit 4 ……………………………………………… Infrared sensor temperature measuring unit 5 ……………… ……………………………… 冪
Claims (7)
赤外線センサ部と、
前記測定対象の温度をＴｂ、前記赤外線センサ部の出力をＶ、前記赤外線センサ部の出力に関するオフセットをｃ、温度係数をｂ、前記赤外線センサ部の温度をＴｒ、温度の演算式における冪指数をαとするとき、Ｔｂ＝｛（Ｖ―ｃ）／ｂ＋Ｔｒα｝1/αなる演算によって測定対象の温度Ｔｂを算出する測定対象温度演算部と、
前記赤外線センサ部の出力Ｖを測定して前記測定対象温度演算部に供給する赤外線センサ出力測定部と、
前記赤外線センサ部の温度Ｔｒを測定して前記測定対象温度演算部に供給する赤外線センサ温度測定部と、
前記冪指数の値αを保持し該保持した値を前記測定対象温度演算部に供給する冪指数保持部と、
前記温度係数の値ｂを保持し該保持した値を前記測定対象温度演算部に供給する温度係数値保持部と、
前記赤外線センサ部の出力に関するオフセットｃの値を保持し該保持した値を前記測定対象温度演算部に供給するオフセット値保持部と、
を備えたことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。 A temperature measuring device that measures the temperature of a measurement object in a non-contact manner,
An infrared sensor unit;
The temperature of the measurement target is Tb, the output of the infrared sensor unit is V, the offset relating to the output of the infrared sensor unit is c, the temperature coefficient is b, the temperature of the infrared sensor unit is Tr, and the power exponent in the temperature calculation formula is a measurement target temperature calculator that calculates a temperature Tb of the measurement target by a calculation of Tb = {(V−c) / b + Trα} 1 / α, where α is
An infrared sensor output measurement unit that measures the output V of the infrared sensor unit and supplies the measured output temperature to the measurement target temperature calculation unit;
An infrared sensor temperature measurement unit that measures the temperature Tr of the infrared sensor unit and supplies the temperature Tr to the measurement target temperature calculation unit;
A power index holding unit that holds the power value α of the power index and supplies the stored value to the measurement target temperature calculation unit;
A temperature coefficient value holding unit that holds the temperature coefficient value b and supplies the held value to the measurement target temperature calculation unit;
An offset value holding unit that holds the value of the offset c related to the output of the infrared sensor unit and supplies the held value to the measurement target temperature calculation unit;
A temperature measuring device using an infrared sensor characterized by comprising:
前記測定対象の温度をＴｂ、前記赤外線センサ部の出力をＶ、前記赤外線センサ部の出力に関するオフセットをｃ、温度係数をｂ、前記赤外線センサ部の温度をＴｒ、温度の演算式における冪指数をαとするとき、Ｔｂ＝｛（Ｖ―ｃ）／ｂ＋Ｔｒα｝1/αなる演算式によって測定対象の温度Ｔｂを算出するようにし、且つ、
前記演算式における冪指数αを、前記赤外線センサ部の出力Ｖの測定に適用する測定器と等しい測定特性を有する測定器により赤外線センサ部の出力Ｖを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ出力データと、前記赤外線センサ部の温度の測定に適用する測定器と等しい測定特性を有する測定器により前記赤外線センサ部の温度Ｔｒを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ温度データと、前記演算と同じ演算により前記測定対象の温度Ｔｂを既定の回数以上繰り返し算出して得た測定対象温度データとの各データに基づいて、ばらつきを表す既定の関数の値を最小とする４以外の値として設定し、
前記演算式における温度係数の値ｂを、前記赤外線センサ部の出力Ｖの測定に適用する測定器と等しい測定特性を有する測定器により赤外線センサ部の出力Ｖを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ出力データと、前記赤外線センサ部の温度の測定に適用する測定器と等しい測定特性を有する測定器により前記赤外線センサ部の温度Ｔｒを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ温度データと、前記演算と同じ演算により前記測定対象の温度Ｔｂを既定の回数以上繰り返し算出して得た測定対象温度データとの各データに基づいて、ばらつきを表す既定の関数の値を最小とする値として設定し、
前記演算式におけるオフセット値ｃを、前記赤外線センサ部の出力Ｖの測定に適用する測定器と等しい測定特性を有する測定器により赤外線センサ部の出力Ｖを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ出力データと、前記赤外線センサ部の温度の測定に適用する測定器と等しい測定特性を有する測定器により前記赤外線センサ部の温度Ｔｒを既定の回数以上繰り返し測定して得た赤外線センサ温度データと、前記演算と同じ演算により前記測定対象の温度Ｔｂを既定の回数以上繰り返し算出して得た測定対象温度データとの各データに基づいて、ばらつきを表す既定の関数の値を最小とする値として設定することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。 A temperature measuring device correction method for measuring the temperature of an object to be measured in a non-contact manner using an infrared sensor unit,
The temperature of the measurement target is Tb, the output of the infrared sensor unit is V, the offset relating to the output of the infrared sensor unit is c, the temperature coefficient is b, the temperature of the infrared sensor unit is Tr, and the power exponent in the temperature calculation formula is When α is set, Tb = {(V−c) / b + Trα} 1 / α is used to calculate the temperature Tb to be measured, and
The infrared ray obtained by repeatedly measuring the output V of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more by a measuring device having measurement characteristics equal to the measuring device applied to the measurement of the output V of the infrared sensor unit. Sensor output data and infrared sensor temperature data obtained by repeatedly measuring the temperature Tr of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more by a measuring device having the same measurement characteristics as the measuring device applied to the temperature measurement of the infrared sensor unit; Other than 4 which minimizes the value of a predetermined function representing variation based on each data with measurement target temperature data obtained by repeatedly calculating the temperature Tb of the measurement target more than a predetermined number of times by the same calculation as the above calculation As the value of
The temperature coefficient value b in the arithmetic expression is obtained by repeatedly measuring the output V of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more by a measuring device having the same measurement characteristics as the measuring device applied to the measurement of the output V of the infrared sensor unit. Infrared sensor temperature obtained by repeatedly measuring the temperature Tr of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more by a measuring device having the same measurement characteristics as the measurement device applied to the measurement of the temperature of the infrared sensor unit. Based on the data and the measurement target temperature data obtained by repeatedly calculating the temperature Tb of the measurement target a predetermined number of times or more by the same calculation as the calculation, the value of the predetermined function representing the variation is minimized. Set as value,
An infrared ray obtained by repeatedly measuring the output V of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more by a measuring device having the same measurement characteristics as the measuring device applied to the measurement of the output V of the infrared sensor unit. Sensor output data and infrared sensor temperature data obtained by repeatedly measuring the temperature Tr of the infrared sensor unit a predetermined number of times or more by a measuring device having the same measurement characteristics as the measuring device applied to the temperature measurement of the infrared sensor unit; Based on the data with the measurement target temperature data obtained by repeatedly calculating the temperature Tb of the measurement target a predetermined number of times or more by the same calculation as the above calculation, the value of the predetermined function representing the variation is minimized. A correction method for a temperature measuring device using an infrared sensor, wherein the infrared sensor is set.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010126925A JP2011252799A (en) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | Temperature measurement apparatus using infrared sensor and correction method of the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010126925A JP2011252799A (en) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | Temperature measurement apparatus using infrared sensor and correction method of the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011252799A true JP2011252799A (en) | 2011-12-15 |
Family
ID=45416846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010126925A Pending JP2011252799A (en) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | Temperature measurement apparatus using infrared sensor and correction method of the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2011252799A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113701901A (en) * | 2021-08-23 | 2021-11-26 | 北京市计量检测科学研究院 | Infrared temperature measurement method for reducing ambient temperature contrast |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07140006A (en) * | 1993-11-19 | 1995-06-02 | Nec San-Ei Instr Co Ltd | Method of measuring temperatures of multiple colors |
| JP2007198745A (en) * | 2006-01-23 | 2007-08-09 | Seiko Npc Corp | Apparats and method for temperature detection |
-
2010
- 2010-06-02 JP JP2010126925A patent/JP2011252799A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07140006A (en) * | 1993-11-19 | 1995-06-02 | Nec San-Ei Instr Co Ltd | Method of measuring temperatures of multiple colors |
| JP2007198745A (en) * | 2006-01-23 | 2007-08-09 | Seiko Npc Corp | Apparats and method for temperature detection |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JPN6014000718; ＫＡＬＭＡ．Ｊ．Ｄ． 他: '"ＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮ ＯＦ ＳＭＡＬＬ ＩＮＦＲＡ-ＲＥＤ ＳＵＲＦＡＣＥ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ"' Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ Ｖｏｌｕｍｅ ４３, 1988, Ｐａｇｅｓ ８３-９８ * |
| JPN6014000722; ＦＡＮＧ，Ｔ．: '"ＮＥＷ ＲＥＬＡＴＩＯＮＳＨＩＰＳ ＦＯＲ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹ ＯＦ ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ"' Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｈｅａｔ ａｎｄ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｖｏｌｕｍｅ ３０， Ｎｕｍｂｅｒ ２, 2003, Ｐａｇｅｓ １７３-１８４ * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113701901A (en) * | 2021-08-23 | 2021-11-26 | 北京市计量检测科学研究院 | Infrared temperature measurement method for reducing ambient temperature contrast |
| CN113701901B (en) * | 2021-08-23 | 2023-09-12 | 北京市计量检测科学研究院 | Infrared temperature measurement method for reducing ambient temperature contrast |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2523775C2 (en) | Method and system for correction on basis of quantum theory to increase accuracy of radiation thermometer | |
| Zhang et al. | An experimental method for improving temperature measurement accuracy of infrared thermal imager | |
| ES2705433T3 (en) | Method for temperature drift compensation of temperature measurement device using thermocouple | |
| CN203216634U (en) | High temperature measurement and temperature field reconstruction device based on turnable diode laser absorption spectroscopy | |
| US10018517B2 (en) | Optical fiber temperature distribution measuring device | |
| Zhang et al. | An improved algorithm for spectral emissivity measurements at low temperatures based on the multi-temperature calibration method | |
| JP6996879B2 (en) | Radiation temperature measuring device | |
| US20110310925A1 (en) | Optical fiber temperature distribution measuring device | |
| JP5975064B2 (en) | Optical fiber temperature distribution measuring device | |
| CN103528694A (en) | Method for measuring temperature of target object by using thermal infrared imager | |
| WO2022104816A1 (en) | Temperature compensation method and system for thermal camera | |
| US7630835B2 (en) | Terahertz sensor to measure humidity and water vapor | |
| Grgić et al. | Analysis of thermal imagers | |
| CN111272290B (en) | Temperature measurement thermal infrared imager calibration method and device based on deep neural network | |
| JP2006053024A (en) | Temperature correction processing device | |
| CN111947785A (en) | Temperature measurement thermal infrared imager noise equivalent temperature difference calibration method | |
| JP5737210B2 (en) | Temperature measuring method and temperature measuring system using radiation thermometer | |
| CN110702274A (en) | Space calibration method based on accurate miniature phase-change fixed point blackbody model | |
| CN103256999B (en) | Distributed type optical fiber temperature measuring method | |
| CN114018416A (en) | Thermal infrared camera radiation calibration method and system | |
| JP2011252799A (en) | Temperature measurement apparatus using infrared sensor and correction method of the same | |
| CN113588099B (en) | Infrared thermopile array environment temperature compensation method and related components | |
| Boivin et al. | Wideband filter radiometers for blackbody temperature measurements | |
| JP6418028B2 (en) | Optical fiber temperature distribution measuring device | |
| JP2011089983A (en) | Temperature measuring device using infrared sensor, and correction method therefor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130530 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131213 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140114 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140227 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140520 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140715 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20141111 |