JP2013531248A - 赤外線温度測定、及び、その安定化 - Google Patents

Abstract

赤外線(IR)温度測定及び安定化システム、及びその関連する方法が提供される。
本イノベーションは、赤外線(IR)センサー及びターゲット物体の間の経路付近及び内部の物体の温度を積極的に安定させる。温度モニターとコントローラーは抵抗性の温度装置(RTD)に対する電力を調整するために使用され、それによって、RTDに対する電流(また電力)を調整する。その結果、IR可視の物体の温度は、積極的に、例えば周囲温度の中の変化のような、変化に対して安定させることが可能であり、効率的で正確な温度記録につながる。
【選択図】図１

Description

本出願は、「INFRARED TEMPERATURE MEASUREMENT AND STABILIZATION THEREOF」とタイトルがつけられ、2010年7月8日に提出された米国仮特許出願番号61/362,623の利益を主張し、さらに、「INFRARED TEMPERATURE MEASUREMENT AND STABILIZATION THEREOF」とタイトルがつけられ、2011年7月7日に提出された、係属中の米国特許出願13/178,077番の利益を主張する。上記言及された出願の全体は、参照によってここに組込まれる。

赤外線(IR)温度センサーは赤外線をモニターすることが可能であり、その後、それが電気信号及び最終的に温度示度に変換される。赤外線のスペクトルは、容易にスペクトルを目に見えるようにする特に設計された機器の使用なしで、人間に見ることが可能ではない。赤外線波の測定は、0.7から1000ミクロンまでの範囲のミクロン単位で較正される。今日、赤外線温度センサーは、車両に関する多数の使用を含むほとんど任意のタイプの可動部又は物体の温度を測定するために使用することが可能である。

最も基本的なIR温度センサー設計のうちの1つは、レンズから成り、それは、検出器の上にIRエネルギーを集中させる。検出器は、測定されたエネルギーを電気信号に変換することが可能であり、それは、温度の単位で表示することが可能である。物体の放射率は、測定されたエネルギーを温度に変換するために、取り込まれたエネルギーと共に使用される。今日、より精巧なセンサーは、ターゲット物体の正確な測定の達成のために、周囲の温度変化を受動的に補償することが可能である。

IRセンサーの非常に有用な1つの特徴は、例えば物理的な接触なしで、温度を測定する能力である。この温度モニタリング能力は、例えば乗り物の用途等の、物体が動いている状況において特に役立つ。不運にも、センサーの環境効果は、環境要素からセンサーを保護するために設置される防護ハウジング及びその他同種のものを要求する。防護ハウジングなどは、温度で変化し、センサーのIRエネルギー障害の一因となる材料を含み、それによって、正確で効率的な温度測定を困難にする。

従来のIR温度センサーに関して、IRセンサー(例えば熱電対)が、使用温度中の広い範囲、温度変化率、あるいは、センシング領域又は経路の中の静的な温度勾配のような、熱の状態に従う場合には、著しい測定誤差がしばしば生じる。センシング部品と測定ターゲットの間の経路中の任意のIR可視物体は、物体ターゲットによって放射された熱エネルギーの一部分をブロックすると同様に、両方ともセンサーにエネルギーを送り、不正確で非能率的な温度測定につながるだろう。

下記は、本イノベーションのいくつかの態様についての基本的な理解を提供するために、本イノベーションの単純化された概要を示す。この概要は、本イノベーションの外延的な全体図ではない。それは、本イノベーションの鍵/重大な要素を同定するか又は本イノベーションの範囲を描写するようには意図されない。その唯一の目的は、後で示されるより詳細な説明に対する前駆として単純化された形状の本イノベーションのいくつかの概念を示すことである。

ここに示され請求された本イノベーションは、その1つの態様の中で、赤外線(IR)温度測定及び安定化システム、及び、それに関する方法を含む。本イノベーションは、積極的にIRセンサー及びターゲット物体の間の経路中の物体の温度を安定させる。温度モニターとコントローラーは抵抗性の温度装置(RTD)に対するパワーを規制するために使用され、それによって、RTDに対する電流(また電力)を規制する。その結果、IR可視物体の温度は、例えば、周囲温度の変化等の変化のために積極的に安定させることが可能である。

従来の赤外線(IR)温度センサーに関して、IRセンサー(例えば熱電対)が、センシング領域の中の使用温度、温度変化率又は静的な温度勾配中の広い範囲のような、熱の状態に従う場合には、著しい測定誤差がしばしば生じる。センシング部品と測定ターゲットの間の経路中のIR可視物体は両方とも、物体ターゲットによって放射された熱エネルギーの一部分をブロックすると同様に、センサーにエネルギーを送るだろう。本イノベーションに従う光学用レンズ及び防護ウィンドウのような中間の媒体は熱的に安定しているように保持され、それによって、それらのエネルギー寄付が測定システムによって識別され、かつ正確に補償されることを可能にする。同様に、センシング領域の中の他の部品は、RTD(例えばセンサー・ハウジング、ベースプレートなど)によって安定させることが可能である。

従って、本イノベーションは、積極的に重要な測定部品を安定させることにより、著しく低減される確定的な温度指示応答の時間で伝えることが可能である。センサーの定常的な温度及び変化率依存性の両方を含む温度補正は、温度制御部品及び回路と共にRTDとして積極的に重要な測定部品を安定させることにより著しく低減されるか除去することが可能である。

他の態様において、本イノベーションは、受動的にセンサーとターゲットの物体間の経路中の物体の温度を安定させる。これらの態様の中で、受動的な熱の安定化は、光学部品にセンサーを伝導性で連結することによって遂行される。

前述の及び関連した終わりの達成のために、本イノベーションのある例示の態様は、次の明細書及び付加された図面に関してここに記述され、しかしながら、これらの態様は、本イノベーションの原理を用いることが可能であるが、少数の様々な方法を示し、本主題のイノベーションは、そのような態様及びそれらの等価物をすべて含むように意図される。図面と共に検討された場合、本イノベーションの他の利点及び新しい特徴は本イノベーションの以下の詳細な説明から明らかになるだろう。

図1は、本イノベーションの態様に従う成分安定化対応の赤外線(IR)温度センサー・システムの例を図示する。 図2は、本イノベーションの態様に従う自己発熱温度センサー・システムの下面図の例を図示する。 図3は、本イノベーションの態様に従う自己発熱温度センサー・システムの上面図の例を図示する。 図4は、本イノベーションの態様に従う温度安定化を促進する部品及び回路の電気的な系統図の例を図示する。 図5は、本イノベーションの態様に従う有効な温度安定化を促進する手順のフロー・チャートの例を図示する。 図6は、本イノベーションの態様に従う自己発熱温度IRセンサー・アセンブリの例を図示する。 図7は、本イノベーションの態様に従うセンサー・アセンブリの例の分解図の例を図示する。 図8は、本イノベーションの態様に従うセンサー・アセンブリの例の底部透視図の例を図示する。 図9は、本イノベーションの態様に従うセンサー・アセンブリの例の側面透視図の例を図示する。 図10は、本イノベーションの態様に従う、センサー・アセンブリの例の下面透視図の例を図示する。 図11は、本イノベーションの態様に従うアセンブリの他の例の透視図をさらに図示する。 図12は、本イノベーションの態様に従う伝導性の銅のフレームの配置の例を図示する。 図13は、本イノベーションの態様に従う防護ハウジング及び回路基板基礎部の側面透視図の例を図示する。 図14は、本イノベーションの態様に従う伝導性の銅のフレームの例を図示する。 図15は、本イノベーションの態様に従う導線上に位置したガラス充填材を図示する。 図16は、本イノベーションの態様に従うアセンブリの下面透視図の例である。

本イノベーションはここでは、図面に関して記述され、そこで、同様の部材を全面的に参照するために参照数字が使用される。説明の目的のため次の説明で、本主題のイノベーションについての完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が述べられる。しかしながら、本イノベーションは、これらの特定の詳細なしで実行することが可能であることは、明白かもしれない。他の実例において、本イノベーションについて記述することを容易にするために、よく知られる構造及び装置はブロック・ダイヤグラム形式で示される。

より非常に詳しく以下に記述されるように、本イノベーションは、赤外線(IR)温度測定システムで、他の「可視」物体と同様に、決定的な測定部品の安定化を開示する。本イノベーションは、IRセンサーに隣接する他のIR「可視」部品と同様に、防護キャップ又はハウジングによって引き起こされた干渉を有効に安定させることが可能である。理解されるように、IRの熱の測定は、ターゲット物体経路の中の(かつ、まわりの)検出部及びIR「可視」メディアの両方の熱エネルギー状態、及び、フラックスに非常に侵されやすい。これらのシステムコンポーネントの熱エネルギー又は絶対温度の有効な安定化は、この開示の1つの基礎をなす主物である。この温度安定化は精度を強化し、従来のIRセンサー・システムと比較して、効率的なレートで実行することが可能である。

図面を最初に参照して、図1は、有効な部品温度安定化に対応のIR温度センサー・システム100の例を図示する。概して、システム100は、一体型のウィンドウ又はレンズ104を有する防護ハウジング102(例えば成型されたプラスチック・キャップ)を含むことが可能である。レンズ104(例えば透明窓)がIR温度センサー106(例えば熱電対)によってIRエネルギーの測定を可能にすることが十分に理解される。防護ハウジング102と同じ材料でこのウィンドウを製造することが可能であることが十分に理解される。それによりウィンドウ104の温度変化は、その温度が安定させられるまで、IR測定の正確さに影響を与える。ウィンドウ104が、熱電対106によって検知されたエネルギーの30〜50%にしばしば表わすことが十分に理解される。少なくともこの理由で、本イノベーションが、ウィンドウ104の温度を安定させることが可能であり、その結果、補正は、センシング装置106の正確さを強化するために効率的かつ有効になすことが可能である。示されるように、温度センサー106は光学系108を備え、それはさらに温度において変化し熱電対106の性能に影響を与える。

ウィンドウ104の温度がしばしば動作中に変動するので、熱源はその温度を安定させるために提供され、それによって、IR温度監視機能性の性能を増加させる。さらにウィンドウ104がプラスチックで最もしばしば製造され、プラスチックは熱の効率的な伝導体ではないので、温度の中の変動は遅い。伝導性の金属フレームが抵抗性の温度装置(RTD)を装備した例が、より以下に記述されるだろう。この伝導性の金属は防護ハウジング102の内面を被覆し、ウィンドウ104に熱を集中させることが可能である。それは、他の態様は、RTDを装備した伝導性のソースからの熱を取り込み、ウィンドウ104及びセンサー106の部品にその熱を運ぶ任意の温度指向性手段(例えばコーン状の装置)を含むことが可能であることは十分に理解される。言いかえればいくつかの態様及び環境の中で、ここに記述されるような、熱する効果及び効率は、保護ハウジング内の捕らわれた空気の低い伝導率によって影響される場合がある。温度導入手段(例えばファンネル)(ダッシュライン110として図示)を備えることによって、熱は、コーンの内部の領域内に含むことが可能であり、それによって安定化効果を強化する。

いくらかの程度の測定システムエラーが、現在又は従来の測定技術の下で存在することが十分に理解される。面倒で時間を浪費する高価なキャリブレーション・プロセスは、温度範囲を変えることを補うために要求される。他の技術は、断熱し伝導する材料を使用して、受動的に中間のメディアの温度を制御するために試みられた。不幸にして、これらの技術は複雑になり、遅れた温度の記録につながる。さらに、中間のメディア温度の受動の制御は、しばしばエラー又は不正確な記録につながる。多くの用途が、IR温度測定の高精度を要求することが十分に理解される。本主題イノベーションの有効な温度安定化システムはこの正確さを提供することが可能である。

伝統的に、IR温度測定の固有誤差は黙認された。さらに、光学用レンズ又はむき出しのセンサーは狭いチェンバー又は長いチューブを通して見ることにより環境成分から保護された。まだ、さらに、従来のシステムに従って、環境からの防護バリアは、それらが不正確な記録につながる複雑さに結びつくので除去された。正確さを示すために、装置は、温度が安定した環境の中で長い時間を必要とした。

従来のシステムに従って、広範囲の温度のセンサーの反応を集めることにより、温度補正は一般に処理される。その後、センサー特有の修正率を使用して、表示は調節される。これは両方とも時間消費で、危険にさらされた正確さに結びつく。大きな熱の塊は、温度変化率を遅くし、かつ温度勾配を解消するために付け加えられる。不運にも、このアプローチは強化された装置サイズ及びより長い熱の応答時間に結びつく。

図1の測定システム100は、積極的にIR測定システムのキー部品の温熱環境を制御することが可能である。下記は温度を安定させることが可能であるオプションのレビューである。センサー・システムの1つの技術は、環境温度及び熱源が安定した直後、センサー106が熱平衡に入ることを可能にする。これを遂行するために、熱電対センサー106は、腐食するか苛酷な環境からの保護がほとんどない状態で環境に直接露出される。この直接の露出は、その温度が合理的な量の時間で環境温度を追跡するために必要である。不運にも、直接の露出はセンサー上のダメージ及び腐食する要素につながる。

保護カバー及び環境上のメディア伝熱の間の受動的な熱伝導を強化する一方、他の代替技術は、電子部品を放散するパワーのように、熱源の熱の分離を使用する。従来の製品が広い周囲の温度範囲に関する性能を制限することが理解される。

全体として、図1のIRシステム100は、有効な温度安定化として従来方式を考慮して改善された正確性を提供することが可能である。さらに、より正確な温度はより速い応答時間の中で与えることが可能である。システム100は、キャリブレーション・プロセスに関する低減された時間につながる単純化を用いる。全体的なエンドコストは、本イノベーションの特徴、機能及び利益によって高められた効率のゆえに低減することが可能である。まだ、さらに、センサー106及びシステム100にはより広い適用ベースがありえる。それにより、本イノベーションは広範囲の用途又は用途に適応可能な用途の広いシステムを提供する。

今、図2に移って、自己発熱温度センサー200の例の下面図は示される。アイテム202は図1の熱電対のベースプレートの例示である。熱を検知し発することが可能であるRTD204は、ベースプレート202に熱的に接合することが可能である。従って、熱のパワーの検知に加えて、RTD204はさらに熱を発することが可能であり、それにより、システムの他の部品に加えて、ベースプレート202の温度を安定させる。リード開口206は示され、それにより、熱電対導線が、随伴する回路へベースプレート202を通過することを可能とする手段を提供する。

図3は、本イノベーションの態様に従う安定化システム300の例の平面図を図示する。概して、システム300は、保護カバー(302)のトッププレート上に備わるレンズ304(あるいはウィンドウ)を有する保護カバー302を含む。態様において、ウィンドウ304はカバーに対する一体型であるが、しかしながら、代替の設計において分離した部品でありえる。以前に記述されるように、保護カバー302はIRセンサー・システム(例えば図1のシステム100)の部品を覆う。

レンズ304(あるいはウィンドウ)の温度と温度の変化は、実際上、不正確な記録につながるシステムのIR検知に対するノイズである。それへの調和において、本イノベーションは、レンズ304の温度安定化を提供する。本質的に、レンズ304は、金属化された銅(Cu)フレーム306が接したIR透過ウィンドウ304である。フレーム306は保護カバー302の内側の表面上を被覆し、ウィンドウ304のまわりの熱を集中させることが可能である。正方形のフレームは示されているが、ウィンドウ304に熱を集中させる他の形状及び伝導材料(例えば銅)の付着は、本イノベーションの精神及び/又は範囲から外れずに使用することが可能であることが理解される。さらに、他の伝導性の金属(例えばプラチナ、銀)などは代替の態様の中で使用することが可能である。自己発熱の抵抗性の温度センサー308(例えばRTD)は本イノベーションの自己発熱機能性を制御するように提供することが可能である。温度安定化に適切なように、RTD308は熱のパワーを検知し運ぶことが可能であることが理解される。2つのRTDが示されている一方、ここに添付されたこのイノベーションと請求項の範囲から外れることなしに、他の態様は、追加、又は、より少数のRTDを適切に使用することが可能である。

図4は、本イノベーションの態様に従う電気的な系統図400の例を表す。示されるように、自己発熱温度センサー402(例えばRTD)は、熱制御回路404内に含まれた温度測定と温度制御の部品に電気的に連結することが可能である。所要の温度設定値に従って、RTD402は変化する電力消費だけ温度を測定し制御することが可能である。言いかえれば、RTD402抵抗は一定の温度を表わし、RTD402に提供される電力は、RTD402を通過する電流の平方根に比例するだろう。動作において、特に設定値温度を選択することが可能である(例えば120°F)、それによってRTDは所要の温度を達するように必要な量の電力提供することが可能である。熱制御回路404内では、温度は、示されるように測定することが可能である。この測定された温度に従って、望まれるような温度設定値を達するために、温度制御は自己発熱温度センサー(RTD)402に十分な電力を提供することが可能である。

それにより、温度制御は、現在の及び/又は所要の温度に基づいて電力を変えることが可能である。そのため、ヒートロスは、自動的に又は積極的に補償され、RTD(s)の位置の温熱環境の有効な制御で安定させることが可能である。温度を規制するこのプロセスも、本イノベーションのシステム内に提供されるすべてのRTD、例えば、下記に述べられるような防護ハウジング内の伝導性の金属に接合したRTDに関して利用することが可能であることが理解される。

図5は、本イノベーションの態様に従うIR温度測定システムでの部品を安定させる方法を図示する。説明の単純性の目的のために、ここに示された1つの以上の方法は、例えばフロー・チャートの形式で示され、一連の行為として記述される一方で、本主題イノベーションは行為の順序で制限されておらず、いくつかの行為が、本イノベーションに従って、ここに示され記述されたものから、他の行為と同時に及び/又は異なる順序に生じるかもしれないことは十分に理解される。例えば、当業者は、代わりに、状態ダイヤグラムの中でのような、一連の相互関係があった状態又はイベントとして、方法を表わすことができるかもしれないことを十分に理解する。さらに、すべての図示した行為は、本イノベーションに従って、方法を実行するために要求されるとは限らないかもしれない。

502で、温度設定値を設定することが可能である。例えば、120°Fの設定値は、大部分の任意の周囲の動作条件を超過するように態様の中で選択することが可能である。上に記述されるように、IRセンサー・アセンブリは積極的に成分の温度を安定させるように多くのRTDを装備することが可能である。例えば、伝導性のフレームは保護ハウジング中の透過ウィンドウに熱を集中させるようにRTDを装備することが可能である。同様に、RTDは、熱電対のベースプレートに接合することが可能であり、温度安定化を提供することが可能である。

504で、温度はRTDによってモニターすることが可能である。理解されるように、本イノベーションに関連して用いられるRTDは、所要の熱をモニターし伝えることが可能である。モニターされた温度が所要の温度設定値と一致しているかどうか判断するために、判定は506で下される。イエスの場合、方法は温度をモニターするために504まで戻る。

506で一致していない場合、RTDに対する電力は508で調整することが可能である。それにより、RTDの温度出力を510で調整する(例えば、上げられる)ことが可能である。十分に理解されるように、温度の上昇は有効に調整する、及び/又は、防護ハウジング内の及びIR測定物体ターゲット経路内のIR「可視」部品を安定させることが可能である。

今図6を参照して、本イノベーションに従う自己発熱温度センサー・アセンブリ600の例が図示される。図6の例で示されるように、防護ハウジング602は熱電対又はセンサー604を覆う。例えば、防護ハウジング602は、環境上の影響からセンサー604を防護、シールド及び/又は保護する。回路基板606が備わり、センサー604をその上に搭載することが可能である。回路は、ここに記述されるようなRTDによって温度測定及び熱安定性付与制御のためのセンサー604を制御するように基板に配置することが可能であることが十分に理解される。図示されるように、回路基板606は防護ハウジング602と一致する形状である。金属化されたフレーム608は、本イノベーションの自己発熱機能性を容易にするRTDが備わり装備することが可能である。

図7は、本イノベーションに従うセンサー・アセンブリ700についての各部の関連(及び、組み立てられた)を図示する。図示されるように、アセンブリ700はセンサー部品を覆う防護ハウジング702を含むことが可能である。態様において、防護ハウジングは、大部分を任意のプラスチック又は適当な剛体の材料で製造することが可能である。

防護ハウジング702は、例えば環境上の影響から、センサー・ハウジング704を保護する。センサー・ハウジング704は、ステンレススチール又は大部分を他の適切な剛体の材料で製造することが可能である。以前に説明された図1に図示されたように、センサー光学レンズ706は、センサー・ハウジング704の上に適合することが可能である。レンズ706は透明で、シリコン又は他の適当な透明か半透明の材料で製造することが可能である。

ベースプレート708は、レンズ706の反対のセンサー・ハウジング706の端に配置される。態様において、ベースプレート708はステンレススチールで製造される。しかしながら、本イノベーションとここに添付された請求項の精神及び/又は範囲から外れることなしで、大部分、任意の適当な材料も用いることが可能であることは十分に理解されるだろう。抵抗性の感温体(RTD)710は、ベースプレート708の下に搭載されるか熱的に接合されることが可能であり、それによって、部品(例えば708、706、704)の温度安定化はRTD710によって達成することが可能である。態様において、RTD710はセラミックのRTDになりえる。

本イノベーションのRTDは、温度を測定し、熱を同時に伝えることが可能であるモードで使用できる。それにより、他のIR「可視」部品(例えばハウジング、ベースプレート、光学レンズ、防護ハウジング・ウィンドウなど)の温度を安定させるために同時に働いている間、このただ一つの部品(例えばRTD)は温度を関数的（functionally）に測定することが可能である。RTDは、特に温度又は設定値(例えば120°F)の維持を容易にする回路によって制御することが可能である。

従って、回路は、所要の温度を維持するRTDに対する電力を調整することが可能である。特定の温度及び電源がここに記述されている一方、電力又はワット量を適切に供給することにより、本イノベーションの特徴、機能及び利益は、任意の所要の温度を維持するために使用することが可能である。重大な部品の温度の安定化は、IR温度センシング機能性の正確性及び性能を強化することが十分に理解されるだろう。

図示されるように、ガラス充填材712は、ベースプレート708のホールに入れることが可能である。ガラス充填材712は、回路基板718上にマウントされた防護ハウジング702のシールに加えて、本イノベーションの気密シールを強化することが可能である。製造で、導線（例えば銅リード）714は、ガラス充填材712を通って、及びベースプレート708へ挿入することが可能である。トレース(例えば銅のトレース)716は、実施形態の中で備わることが可能である。回路基板718は、防護ハウジング702の開放端上に適合することが可能であり、それによって、センサー部品を覆う。回路基板718が防護ハウジング702の開放端と一致する形状になりえることが十分に理解されるだろう。他の態様において、防護ハウジング702の開放端の形状と一致している溝は適切な気密シールを提供するように備わることが可能である。

さらに、金属化されたフレーム(例えば銅のフレーム720)が、防護ハウジング702内に含まれている。銅のフレーム720はRTD722を装備することが可能である。1つの態様において、RTD722はセラミックの検出器である。RTD710が温度を検知することが可能であり、ベースプレート708領域に熱を提供することが可能である一方、RTD722は示されるような防護ハウジング・ウィンドウ領域に熱を提供することが可能である。ウィンドウのまわりの熱を導くことが可能である金属化されたフレームにRTD722が熱を提供することが可能であることが十分に理解されるだろう。ウィンドウに熱を集中させることによって、温度はIR測定機能性を強化するために均一に安定させることが可能である。

図8は、本イノベーションの態様に従う、センサー・アセンブリ800の例の底部透視図である。示されるように、センサー・アセンブリ800は防護ハウジング802、回路基板804及びRTD806を含むことが可能である。さらに銅の導線808は、適切に電気接続を容易にするように備わる。

今図9を参照して、センサー・アセンブリ900の例の側面透視図は示される。図示されるように、防護ハウジング902は、センサー又は熱電対によってIRエネルギーを取り込むことが可能である上部の半透明窓904を装備することが可能である。防護ハウジング902の底の部分は開放されており、図7に関して以前に記述されたように、センサー部品を挿入することが可能である。さらに、防護ハウジング902の開放端は、回路基板906につがうように構成することが可能であり、例えば防水又は気密シールを提供する。密閉する機能を支援する又は強化するために、適切なガスケットを備えることが可能であることが理解されるだろう。

図10は、態様に従うセンサー・アセンブリ1000の例の下方透視図を図示する。この有利な位置から、ガラス充填材1002の配置を見ることが可能である。言いかえれば、回路基板1006の中への挿入で、導線1004の各々はガラス充填材1004を通って通過する。

図11は、さらなる態様に従うアセンブリ1100の他の透視図である。示されるように、センサー部品1102は、回路基板1104のセンターに配置することが可能である。他の態様において、センサー部品1102は、回路を含んでいないキャップの上に搭載することが可能である。これらの代替の態様において、回路は、熱電対から遠隔に位置することが可能である。このイラストは典型的で、本イノベーションの代替の態様を制限するようには意図されないことが十分に理解される。

図12は、防護ハウジング1204の閉じた表面の内の銅のフレーム1202の配置の例を図示する。言いかえれば、金属(例えば銅)フレーム1202は、より非常に詳しく以前に記述されるような他のセンサー部品と共に防護ハウジング1204内に覆われる。さらに、金属フレーム1202は示されるようなRTD1206を装備することが可能である。これらのRTD1206は、本イノベーションの特徴、機能及び利益に従って、温度安定化に必要な情報を提供することが可能である。同様に、安定化効果に必要なように、RTD1206は熱を提供することが可能である。

図13〜16は、本イノベーションの特定の態様に従って示される。比熱容量と伝導率が開示されている一方、これらの値とパラメーターは予想のために提供され、任意の方法でも本イノベーションを制限しないことが理解される。

図13のアセンブリ1300をまず参照すると、防護ハウジング1302(例えばプラスチック)は、2200J/kg°Kの比熱容量及び0.5W/m°Kの伝導率を有する。回路基板1304は、1200J/kg°Kの比熱容量及び0.23W/m°Kの伝導率を有する。

図14の銅のフレーム1400は、385J/kg°Kの比熱容量及び398W/m°Kの伝導率を有する。図15のガラス充填材1502は、0.836W/m°Kの伝導率を有する。

最後に、図16に示されるように、センサー・ハウジング1602(例えば鋼ハウジング)は477J/kg°Kの比熱容量を有する。センサー・ハウジング1602は、さらに、16.7W/m°Kの伝導率を有することが可能である。センサー・ハウジング1602と一致しているので、ベースプレート1604(例えば鋼)は、477J/kg°Kの比熱容量及び16.7W/m°Kの伝導率がありえる。導線1606(例えば銅の導線)は385J/kg°Kの比熱容量及び398W/m°Kの伝導率がありえる。

本イノベーションに従って、2つの部品が接触に入るところはいかなるところでも、伝熱は部品を通した伝導であることは理解される。防護ハウジングの外部の表面は周囲温度で熱伝導することが可能である。防護ハウジングの内側の表面、及び防護ハウジング(例えばセンサー・ハウジング)内の他の部品の外部の表面は、保護ハウジングの内部で閉じ込められた捕らわれた空気で熱伝導するだろう。実施形態において、7.9W/M∧2Kの対流伝熱係数は使用される。

前述の熱容量及び伝導率に従って、0.196Wの電源は各RTDで指定された。周囲温度は-20°Cとして固定した。試験に際して、0.196Wの電源は各RTDで適用された。銅のフレームのRTDは、約120°Fの温度に達した。このパワーのためベースプレートの近くのRTDの温度は101°Fである。安定化のこの量が効率的で正確なIR温度測定を可能にするのに十分であることが理解されるだろう。言いかえれば、制御回路は温度変換に対するIRエネルギーにおいて安定した部品温度を使用するように備わることが可能である。その結果、IR「可視」部品の影響が、緩和される。

有効な安定化がここに開示され、詳細に記述された一方、受動的な(あるいは能動及び受動の組み合わせ)安定化の実施形態は開示とここに添付された請求項の範囲内で熟考され含まれることが理解される。例えば、受動的な実施形態において、センサー部品は、受動的な安定化を達成するように光学系に熱的に連結されてよい。言いかえれば、カバー(例えば、光学系を含む)は伝導性の材料(例えば銅)を使用して金属化することが可能である。ここで、伝導性の金属による熱の特性の受動的な伝導率は、ここに記述されたように、温度を安定させるために使用することが可能である。

上に記述されたものは、本イノベーションの例を含む。本主題イノベーションについて記述する目的のために、部品又は方法のすべての考えられる組み合わせについて記述することはもちろん可能ではないが、しかし、当業者は、本イノベーションの多くのさらなる組み合わせ及び置換が可能であることを認識するかもしれない。従って、本イノベーションは、添付された請求項の精神及び範囲以内にあるような変更、改造及びバリエーションをすべて包含するように意図される。更に、用語「includes」は、詳細な説明又は請求項のいずれかの中で使用されるのに対して、請求項で過渡的な単語として用いられた場合には、そのような用語は、「comprising」が解釈されるように、用語「comprising」と同様な慣例で包括的であるように意図される。

Claims (20)

1. センサー・ハウジングを有するIR温度センサーと、
   前記IR温度センサーを覆う、開放端と閉鎖端を有する防護ハウジングと、
   前記防護ハウジングの前記閉鎖端の透過ウィンドウを包含する、前記防護ハウジングの前記閉鎖端の内部に位置した金属のフレームと、
   熱を検知し発する、前記金属のフレームに熱的に接合した複数の抵抗性の感温体(RTD)と、
   前記RTDの1以上によって検知された熱の関数にしたがって、前記複数のRTDの各々の温度制御により、前記透過ウィンドウの温度を積極的に安定させる制御回路と、
   を含む赤外線(IR)温度監視システム。
2. 前記IR温度センサーのベースプレートに熱的に接合した付加的なRTDをさらに含み、
   前記付加的なRTDによる熱生成は、前記制御回路によって積極的に制御され、
   前記熱生成は、積極的に前記ベースプレートの温度を安定させる請求項1のシステム。
3. 回路基板上に位置したIRセンサーをさらに含み、
   前記回路基板は、前記保護ハウジングの前記開放端を密閉する請求項1のシステム。
4. 前記制御回路は実質的に0.196Wを出力し、実質的に120°Fで前記温度を安定させる請求項1のシステム。
5. 前記制御回路は、積極的に前記金属のフレーム、前記複数のRTD、及び、前記IR温度センサーの温度を安定させる請求項1のシステム。
6. 前記防護ハウジングは、円筒形である請求項1のシステム。
7. 前記防護ハウジングは、プラスチックである請求項1のシステム。
8. 前記金属のフレームは、銅のフレームである請求項1のシステム。
9. 前記IR温度センサーは、
   前記ハウジングの一端へマウントされた光学用レンズと、
   前記ハウジングのもう一端へマウントされたベースプレートと、をさらに含み、
   前記ベースプレートは、前記制御回路によって前記IRセンサー部品の各々の温度を安定させる付加的なRTDを含む請求項1のシステム。
10. 前記光学用レンズは、熱的に安定したレンズである請求項8のシステム。
11. 前記IR温度センサーの前記ベースプレートを介して横断する各リードを密閉するガラス充填材をさらに含む請求項8のシステム。
12. 前記金属のフレームから前記IR温度センサーのベースプレートに熱を向ける温度チャネリング手段をさらに含む請求項1のシステム。
13. 前記RTDの各々は、セラミックRTDである請求項1のシステム。
14. 設定温度を選択し、
    前記設定温度に関する複数のRTDの現在の温度をモニターし、
    前記複数のRTDのうちの1つの前記現在の温度が前記設定と一致していない場合には、前記複数のRTDの1つに対する電力を積極的に調整し、
    前記設定に関する前記現在の温度の関数にしたがって、前記複数のRTDの1つの熱出力を調節することを含むIR温度センシング・アセンブリの温度を安定させる方法。
15. 保護ハウジングの透過ウィンドウのまわりに金属のフレームを堆積させ、
    前記金属のフレームに前記複数のRTDを熱的に接合することをさらに含む請求項14の方法。
16. IR温度センサーのベースプレートに付加的なRTDを熱的に接合することをさらに含む請求項15の方法。
17. 前記金属のフレームからIR温度センサーの光学レンズまで熱を導くことをさらに含む請求項15の方法。
18. センサー・ハウジングを有するIR温度センサーを覆う、防護ハウジング内の現在の温度を検知するための手段と、
    あらかじめ選択された設定温度に基づいて現在の温度を調整するための手段と、を含むIRモニタリングシステム中の温度の積極的な制御を容易にするシステム。
19. 前記現在の温度を検知するための手段は、複数のRTDである請求項18のシステム。
20. 前記現在の温度を調整するための手段は、前記RTDの各々を介して電力を調整し、前記電力の調整は前記RTDの各々によって生成された熱を増加する積極的な制御回路、あるいは、受動的な熱安定化手段である請求項18のシステム。