TW496951B - Infrared sensor stabilisable in temperature, and infrared thermometer with a sensor of this type - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 496951 A7 B7_ 五、發明說明（1 ) 本發明與溫度穩定之紅外線感測器及具此感測器之紅外 線溫度計有關，尤其適用於測量耳内溫度。 DE 199 13 672所述之紅外線溫度計具一探針，該探針具 一紅外線波導及位於其末梢之輻射感測器。探針及/或探針 套以習知方式嵌於探針本身上以使此設計僅探針或探針套 之溫度可大致增溫至對應於耳孔内正常溫度。由於探針内 之紅外線感測器視界僅侷限於一小塊區域，只要與耳孔熱 接觸之探針部分位於紅外線感測器之視界範圍内，即可降 低探針與耳孔溫度間之誤差。該相當小的可增溫區只有在 該區與探針之非可增溫區具熱隔絕時，才可用節省能量方 式來增溫，然而，卻會導致探針之設計複雜度之增加。 GB 2090054 A揭示之輻射探測器，其所具之電熱調節器 係由兩個昇溫元件來維持定溫。該昇溫元件與一連結環形 成一封套環繞於該電熱調節器。其封套爲一具輻射可穿透 之窗口之框罩所環繞，所測得之輻射經由框罩進入，行經 昇溫元件之一之小孔，進入封套，而後抵達電熱調節器。 此輻射探測器之製程複雜，因而相當昴貴。 1；8-八-5,010,315揭示一具有兩個負溫度係數"丁(：）電阻之 熱輻射感測器元件，其定溫係由各自之控溫層維持。控溫 層間以及負溫度係數電阻間均具隔離層。 DD 147872揭示一具一框罩之溫差電堆（thermopile)感測器 ，框罩並具一輻射可穿透之窗口。納於框罩内之感測器元 件位於支撑體之上，該支撑體之中膛爲薄膜所覆。感測器 元件之冷卻、加溫點位於薄膜之上，換言之，冷卻點位於 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------iU 裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) » 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ---------B7 —_____ 五、發明說明（2 ) 支撑體區，加溫點位於腔膛區。僅有加溫點可由不少於一 具昇溫元件加熱之。 、本發明I目的在提供一簡易型可昇及/或可降溫之紅外線 感測器及特別容易建構之紅外線溫度計。 本發月之紅外線感測器包含至少一紅外線感測器元件， 昇及/或卩牛/里元件，以及一具紅外線可穿透性窗口之框罩 例如，冒口之材質爲輝銅鍺氮化物玻璃（ChalC0genit _s)，紅外線輕射可穿透之，並且容易製造。感測器元件 置於框罩内，當紅外線光經窗口進入時，即可達感測器元 件。昇及/或降溫和窗口及/或框罩以熱傳導性方式相接。將 罩 < 冲爲其本身具低溫度梯度是特別有利的。因此，昇/ P牛/m 7G件心最佳配置方式係使昇溫或降溫過程中，框罩與 έ 可均勻加熱或冷卻。爲達此目的，窗口與框罩間具熱 傳導性連接，並以高度熱傳導性材質製成，例如，框罩與 自口分別以銅、矽製之。此外，亦具多個昇/降溫元件，其 一或更多之昇/降溫元件配置於框罩之上，並有至少一個另 外义昇/降溫元件配置於紅外線感測器之窗口上。舉例之 昇/降溫兀件’’係指一由負溫度係數或正溫度係數（PTC)電阻 或電晶體組成之昇溫元件，昇溫與降溫元件亦可由波耳帖 (ehier)元件組成。昇/降溫元件採以通電方式來加溫或冷 卻爲取佳。 最好將昇/降溫元件安裝於紅外線感測器之框罩上。昇/降 /皿元件亦各 治片’例如：複硫亞氣（polyimide)箔片，覆 在羯片表面的是做爲導電路徑之用的成型金屬層，該金屬 -5- 本紙張尺度適用中關冢標準（CNS)A4規格了2ig χ 297公爱y- ' -- -------肩，：----裝----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

n ·1 an ϋ I t n ϋ n ·ϋ n n MMmmm I · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 496951 A7 B7__ 五、發明說明（3 ) 諸如銘、銅、金、或錄絡合金、或銀/石墨板。諸如由做爲 導電路徑之用的成型金屬層或具導電性之可塑性材質層所 製之加熱元件亦可直接覆在窗口表面。在本發明之紅外線 感測器之另一具體實施例中，窗口可由增溫之鎳銅合金 (constantan)絲加熱之，例如，將增溫之鎳銅合金絲佈於窗 口週邊，並與窗口具良好之熱傳導連結。本發明之紅外線 感測器，在特殊之精心設計下，窗口係由半導體組成，尤 其是以石夕組成之，其中由掺雜（doping)所成之導電路徑可做 爲阻抗昇溫元件之用。 紅外線感測器包含至少一溫度感測器，較佳地，其以習 知方式使得溫度感測器與紅外線感測器元件具熱傳導性連 結。在本發明之紅外線感測器之另一具體實施例中，昇/降 溫元件本身係做爲溫度感測器之用。如紅外線感測器元件 爲一溫差電堆，該溫差電堆本身即可用自EP 0502 277所知 之方法充作溫度感測器。在這種情況下，紅外線感測器具 有對紅外線感測器元件及昇溫元件之連結。在昇溫元件與 紅外線感測器元件不用做溫度感測器的狀況下，紅外線感 測器對溫度感測器具另外的連結。溫度感測器可藉其接線 與控制裝置相連。 該控制裝置自溫度感測器、昇/降溫元件、或紅外線感測 器元件所測之特性大小，諸如：電阻値、臨界電壓、或順 相偏壓，來決定溫度感測器之溫度，.進而決定紅外線感測 器之溫度。控制裝置之昇/降溫元件最好均具控制電路，該 電路嚮應於標稱溫度値，分別輸予昇溫元件昇溫、降溫及/ -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 丨：----------·裝-------- I I I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) % 496951 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（4 ) 或維持定溫所需之能量。以上述方式，玎將紅外線感測器 之溫度設定爲一定値，並保持穩定。此外，可將控制裝置 與能量源相連，例如，電池。 控制裝置亦可.配置於紅外線感測器中，在這樣的狀況下 ，控制裝置須與對紅外線感測器元件之接線，更包括對椽 稱溫度値輸入端之接線，以及對能量源之接線° 紅外線感測器包含一或多组紅外線感測器元件，尤其是 相關之先前技藝中所揭示之溫差電堆。例如，EP 〇 566 156 B 1揭示之紅外線感測器即具兩組紅外線感測性元件’其中 一組受到覆蓋，以防紅外線輻射。比較該兩組元件所傳信 號後，可在幾乎不受電子雜訊與熱干擾的狀況下，依入射 之紅外線輪射量得到一信號測量値。然而，紅外線感測器 元件亦可採用DE 197 10 946所揭示之設計方式爲之。 在本發明之紅外線感測器之較佳具體實施例中，將多組 紅外線感測器元件以矩陣方式排列。在這樣的狀況下，紅 外線感測器之窗口之最佳設計爲一透鏡。紅外線感測器元 件則以置於透鏡之聚焦平面爲佳。 在本發明之紅外線溫度計中，紅外線感測器係直接安裝 於探針前端。本設計之優點係歸因於可昇/降溫紅外線感測 器位置之獨特性，其位於探針之全前端，或至少位於探針 之前表面。因此，在探針***耳孔時，耳孔内之熱平衡特 別穩定，進而降低測量上的誤差，該探針 所知方式；主要爲可彎曲一形式的探二= 588 63 i A2爲例，其中所述之可彎曲式探針外型狹長或具 —!----------裝--------訂--------. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 496951

凹陷 A7 發明說明（5 ) 皺摺，俾增其彎曲度。此外，探針外部 等....。 本發明中更深入的特性與優點，可東 』麥閲下述如附圖所千 之本發明之紅外線感測器與紅外線溫度計之较佳1邮隹7^ 例。圖中各部件均以對應之參考數字標示、。“肖且只施 圖概略敘述之。 τ 丁 I Μ下對各附

圖1爲本發明之紅外線感測器之第_ I 罘具體實施例之剖面 圖。 圖2爲圖1之紅外線感測器俯視圖。 圖3所示爲圖2中紅外線感測器與紅外線溫度計之第一探 針。 圖4爲本發明之紅外線感測器之第二具體實施例，其中該 紅外線感測器配置於紅外線溫度計之第二探針前端。 圖5爲本發明之紅外線感測备之第三具體實施例，其中該 紅外線感測器配置於紅外線溫度計之第三探針前端。 圖6爲本發明之紅外線感測器之第四具體實施例之剖面 圖。 圖1具體實施例所示爲依本發明之第一紅外線感測器1〇， 其框罩14具一紅外線可穿透之窗口 12。窗口 12最好以矽製 之升’里元件16與溫度感測為18設計於窗口 12上。用來將 所感測到的紅外線輻射轉換爲電流輸出信號之紅外線感測 器兀件20，位於框罩14内，並與窗口 12相接。位於窗口 12 邊緣的兩組接線22分別供輸紅外線感測器元件2〇與溫度感 測器18之輸出信號，並供應電流予昇溫元件16。紅外線感 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -- -------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，器元件20與溫度感測器18之輸出信號經電子測量系統計 算後（圖中未標不），即由顯示器顯示所測得之輻射溫度（圖 中未標示）。 '如圖2之具體實施例所示，窗口丨^爲長方形。昇溫元件^6 所i導電路|爲環型’ g己置於窗口 i2邊緣。溫度感測器Μ 亦呈一導電路徑，並與昇溫元件16平行延伸於其内。加熱 凡件16與溫度感測器18之相鄰，使其對紅外線感測器…之 溫度控制十分精確且敏感。紅外線感測器元件2〇最好爲一 或多個溫差電堆，其所在位置爲窗口 12中央。 紅外線溫度計之第一探針3〇，如圖3所簡示，其前端内含 如圖1及圖2所示之紅外線感測器1〇。感測器1〇係以金屬環 β固足於冒口 12。該金屬環與柄34相連，柄最好爲塑膠製 品，且外型、尺寸適於人之耳孔。 圖4具體實施例所示爲依本發明之紅外線溫度計之第二探 針50 ’因本發明之第二紅外線感測器4〇直接安裝在柄34上 ’故探針50之前端全部爲紅外線感測器4〇，並隨所受冷熱 而改夂。感測备40所具窗口 12 ’外部爲一曲面，該窗口將入 射之紅外線輕射集像於由數個紅外線感測器元件所成之組 件24 ’该組件以矩陣型組爲佳。昇/降溫元件丨6、溫度感測 器18、以及紅外線感測器元件均安裝於紅外線感測器4〇之 框罩14底部，並與一箔片（未圖示）相接合。紅外線感測器元 件之組件24以置於箔片上方爲佳，並在箔片下方安裝至少 一昇/降溫元件，如有所需，並安裝一或多個傳導路徑構成 之溫度感測器，其可供與外框底部之良熱傳導。有關紅外 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） ------------裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂i % 496951 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____B7__ 五、發明說明（7 ) 線感測器元件之組件24之接線22僅簡述之，其對外係藉連 結栓2 1來導通。 圖5具體實施例所示爲依本發明之紅外線溫度計之第三探 針60 ’其並具有本發明之第三紅外線感測器。該探針具有 一柄j 4 ’紅外線感測器則固定於柄上，如此一來，紅外線 感測器之側壁26與窗口 12之外緣即爲柄34所圍繞。單—紅 外線感測器元件20或數個紅外線感測器元件之組件與窗口 12相對安置於紅外線感測器之框罩底部2 8。紅外線感測器 元件採以溫差電堆組成爲佳。溫度感測器（未示於圖5)係以 習知方式與溫差電堆之冷卻點相鄰，同置於框罩底部2 §， 而一升及/或降溫元件16則位於紅外線感測器框罩外部。 圖6具體實施例所示爲依本發明之紅外線感測器7 〇，其包 含一框罩頂27、一紅外線可穿透之窗口 12、及一框罩底28 。單一或一組紅外線感測器元件20，與一溫度感測器丨8附 接於框罩内之機架23。紅外線感測器元件20與溫度感測器 18之接線22僅簡略示之，其接線藉連結栓2 1延伸至外部， 途經框罩底28之導管29。昇/降溫元件16與散熱板15相連， 該散熱板並以熱傳導方式附接於框罩底28外部。然而，亦 可將该散熱板15安裝於框罩内任何位置。框罩頂2 7所本開 孔爲窗口 12所覆。該開孔之侧壁2 5呈一斜角，俾紅外線库s 射進入窗口 12後，反射至紅外線感測器元件20方向。 由上述具體實施例之一者所揭示之紅外線感測器與紅外 線溫度計特徵，可由其它之具體實施例，而據以實現。 -10- ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) " " ' --- r I ------------裝----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} ϋ 1 ϋ —9 鳙 I I 糖 訂-

Claims (1)

1. 496951 ABCD

   第89117023號專利申請案 中文申凊專利範圍修正本(91年2月) 六、申請專利範圍 1· 一種紅外線感測器，包含至少一紅外線感測器元件（2〇， 24)，至少一昇/降溫元件（16)，與一框罩（14，26 , 27， 28) ’該框罩具有一紅外線可穿透之窗口（12)，其中昇/降 溫元件（16)和框罩（14，26，27，28)具熱傳導性連結。 2·如申請專利範圍第1項之紅外線感測器， 其中該感測器包含至少一溫度感測器（1 8)，該溫度感測 器與感測器元件（20)及/或框罩（14 , 26，27，28)具熱傳 導性連結。 3 ·如申請專利範圍第2項之紅外線感測器， 其中昇/降溫元件（16)或紅外線感測器元件（20)可做為溫 度感測器（18)。 4·如申請專利範圍第2或3項之紅外線感測器， 其中窗口（12)係一半導體，以及窗口内之昇/降溫元件 (16)及/或溫度感測器（1 8)係將一區域摻雜並形成一傳導 路徑而製成。 5·如申請專利範圍第2或3項之紅外線感測器， 其中昇/降溫元件（16)及/或溫度感測器（1 8)包含一敷於一 辖片之傳導路徑或導電板。 6·如申請專利範圍第5項之紅外線感測器， 其中該紅外線感測器元件（20)係配置於一箔片上方，以 及昇/降溫元件（16)及/或溫度-感測器（18)係配置於該箔片 下方。 7 ·如申請專利範圍第1，2或3項之紅外線感測器， 其中孩昇/降溫元件（16)與一散熱板（15)具熱傳導性連結

   A8 B8 C8T D8 申請專利範圍 ’以及該散熱板（15)與框罩間亦具熱傳導性連結。 8·如申請專利範圍第1、2或3項之紅外線感測器， 其中該窗口（12)與該框罩（14，26，27，28)之連結具熱傳 導性，並以高熱傳導性材質製成。 如申请專利範圍第1、2或3項之紅外線感測器， 其中該窗口（12)之設計為一透鏡。 〇 ·如申请專利範圍第1、2或3項之紅外線感測器， 其中該紅外線感測器之框罩頂（27)之開口處侧壁（25)呈一 斜角。 1.如申請專利範圍第6項之紅外線感測器， 其中該紅外線感測器元件（2〇)或該組件（24)中之紅外線感 測器元件均具有至少一溫差電堆。 12· —種紅外線溫度計，做為測量耳内溫度之用，包含一探 針與一如申請專利範圍第1、2或3項之紅外線感測器，該 感測器係安裝於該探針前端。 13.如申請專利範圍第1、2或3項之紅外線感測器， 其中該感測器所含之控制裝置，該裝置係用以控制昇/降 溫元件（16)之昇/降溫程度。 14 ·如申請專利範圍第13項之紅外線感測器， 其中該控制裝置藉由量測昇/降溫元件（丨6)或紅外線感測 器元件（20)，或溫度感測器（u)所訂之特性大小，來決定 紅外線感測器之溫度。 1 5 ·如申請專利範圍第12項之紅外線溫度計， 其中该探針為可彎曲式。 -2 -