專利名稱：溫度校正處理裝置的制作方法
技術區域本發明涉及通過由物體放射的熱，例如遠紅外線等，進行熱線圖像檢測、測出火災和人的存在等或物體的溫度的溫度校正處理裝置。
背景技術：
熱電偶是即使對人體產生的微小的遠紅外線，也可將入射的遠紅外線變換為熱，采用將熱直接變換為電的賽貝克效應，產生直流電壓的裝置。
上述所謂賽貝克效應是，連接不同物質的不同種金屬線的兩端，若加熱一端接點、冷卻另一端節點，則產生熱電動勢。稱之產生該熱電動勢的特性。將利用該效應用于由熱電動勢的大小測量接點間溫度差的傳感器稱為熱電偶。而將連接多個熱電偶、輸出更高電壓的稱為熱電堆(thermopile)。
將上述熱電堆縱橫組合，可測量一定區域熱變化量的情況，稱之為二維熱電堆陣列。
此外，以往的二維熱電堆陣列被裝設在電子測量儀等的頂部，用作不直接接觸地測量微溫的被測物溫度的裝置。
具體地，電子測量儀以轉臺作為二維熱電堆陣列的測量區域，可以測量放置在轉臺上的被測物溫度分布。上述技術記載在參考文獻1中。
另外，上述二維熱電堆陣列技術作為人體檢測方法被采用，建議用內置有二維熱電堆陣列的照明燈。
熱電堆可根據熱的變化量檢測出火災和人的存在，作為顯示信號處理裝置是有用的。近年來，熱電堆即使作為火災報警器和人體檢測的安全裝置也被寄予很大的期望。人體檢測技術記載在參考文獻2中。
〖專利文獻1〗特開2001-355853號公報。
〖專利文獻2〗特開2000-223282號公報。
但是，在上述背景技術中，產生了如下問題為了得到被探測區域的區域中的溫度信息，需要在由熱電堆產生的被探測區域的區域和熱電堆自身的相對溫度差中，加上由熱敏電阻產生的熱敏電阻自身溫度。熱電堆將多個由在硅基板上以P型和N型為對的多晶硅構成的薄膜熱電對串聯連接的。而熱電堆通過在基板中央部正下方形成空洞部，成為使溫接點部的熱容量非常小的構造，在熱電堆中，在制造階段各制品產生標準偏差。預計在成品中內置熱電堆的特性各成品相異。
此外，同樣在溫度傳感器中使用的熱敏電阻由電阻成分而構成，在熱敏電阻中，在制造階段各制品產生標準偏差。預計在成品中內置熱敏電阻的特性各成品相異。
而假設既便使內置的熱敏電阻及熱敏電阻均為一致的精度，但因裝配階段的裝配的標準離差等，會對溫度的測量結果、精度有微妙的影響。因此，將所有成品的溫度測量精度集中在所定的精度范圍內是非常困難的。
在進行嚴格的選擇試驗時，產生較多不合格品的產品，引起成品銷售價格上升，故成為難以提供高精度、低價格產品的問題。亦即，對價格低的產品存在難以保證高溫度測量精度這一問題。
發明內容
涉及本發明的主要發明，其特征在于配置為分割監視區域并進行監視，在具有測量上述監視區域內熱量的多個受光單元的溫度校正處理裝置中，具有受光部，通過非接來觸測量與上述被分割為各受光單元的上述各監視區域之間的相對溫度差；測量電路，測量上述受光部自身溫度的溫度；計算電路，由該溫度測量電路運算溫度與上述相對溫度差，計算出上述各監視區域的溫度、并輸出計算結果；和保持電路，將上述監視區域內設定為已知的基準溫度，保持來自測量被設定為該基準溫度的上述監視區域內熱量時的上述計算電路的計算結果與上述基準溫度之差的修正信息，其中，測量結果根據上述修正信息修正上述計算結果。
此外，本發明的其他特征通過附圖和本說明書的記載能了解。
如上所述，根據本發明，可以抑制所有成品溫度測量結果的標準離差，可將溫度測量結果控制在某一定的范圍內、保證成品的溫度測量精度。
由于可校正，使以往是不合格品而成為廢棄的產品變成合格品，可以降低造價，還可提供低價產品。可舉出用戶可以同時利用高測量精度可放心地使用這一優點。
此外，還可舉出通過采用熱線探測器可制成精度好的火災報警器或人體檢測的安全裝置這一優點。
圖1是表示涉及本發明的一實施例的顯示信號處理裝置的構成框圖。
圖2是表示涉及本發明的一實施例的具體動作的圖。
圖3是表示涉及本發明的一實施例的具體動作的圖。
圖4是表示涉及本發明的一實施例的具體動作的圖。
圖中1-熱電堆陣列，2-二維熱電堆陣列，3-掃描電路，4-溫度傳感器器件具體實施方式
按照附圖具體說明本發明的詳細情況。圖1為表示本發明的顯示信號處理裝置框圖。在同圖中所示的顯示信號處理裝置中，熱電堆型遠紅外線區域傳感器1，在內部具有二維熱電堆陣列2、掃描電路3、溫度傳感器器件4。
被探測區域5表示進行溫度測量并成為目標的區域。被探測區域5通過透鏡6，縮小并取入熱電堆型遠紅外線區域傳感器1的內部。二維熱電堆陣列2將由透鏡6縮小的被探測區域5分割為各32(縱)×32(橫)的區域，得到按遠紅外線量比例的微弱電動勢。
根據上述微弱的電動勢，二維熱電堆陣列2可以取得被探測區域5各區域的溫度信息。
實際二維熱電堆陣列2得到的被探測區域5的各區域的溫度信息，為被探測區域5和二維熱電堆陣列2自身的溫度差。二維熱電堆陣列2可以僅知各所分割的被探測區域5的區域與自身的溫度差。
二維熱電堆陣列2自身的溫度可由溫度傳感器器件4測量。
因此，微型計算機9通過由來自溫度傳感器器件4的溫度信息，計算在二維熱電堆陣列2中得到的被探測區域5的各區域的溫度信息，可得到被分割為被探測區域5的32(縱)×32(橫)各區域的溫度信息。
內置熱電堆型遠紅外線區域傳感器1的掃描電路3，從外部輸入時鐘信號和復位信號。掃描電路3在每個復位信號來時，將配置于上述掃描電路3內部的計數器值初始化并回零。
配置于上述掃描電路3內部的計數器與所輸入的時鐘信號的上升沿同步，一個一個地增加計數值。
以二維熱電堆陣列2的32(縱)×32(橫)分割的區域，從左上角起依次所有了地址。掃描電路3利用上述逐個增加的計數值，將分配給二維熱電堆陣列2的地址值依次輸出至二維熱電堆陣列2。
接受上述地址的二維熱電堆陣列2，將依次對應的各區域所取得的溫度差信息作為電位差(電壓)輸出。
上述電位差從熱電堆型遠紅外線區域傳感器1的輸出端子P端子、N端子輸出。P端子是P溝道端子，意為正極性；N端子是N溝道端子，意為負極性。
從熱電堆型遠紅外線區域傳感器1輸出的P端子、N端子輸入放大器7。放大器7為差分放大電路，根據P端子和N端子的電位差，放大電位差并從放大器7作為輸出信號輸出。
由于在二維熱電堆陣列2產生的電動勢微弱，故需在放大器7中用高放大倍數放大。
本實施例的放大器7，將P端子與N端子的電位差放大約數千倍，輸出至低通濾波器(LPF)8。
LPF8為由電阻和電容器構成的低通濾波器。LPF8將在由放大器7放大后的電位差內所包含的信號中急劇變高的噪聲成分平滑化，輸出至微型計算機9內部的12位A/D轉換器10。
12位A/D轉換器10將由LPF8輸入的模擬信號變換為12位數字數據。
此外，溫度傳感器器件4將二維熱電堆陣列2自身的溫度信息作為電位差輸出。
二維熱電堆陣列2自身的溫度信息被輸入12位A/D轉換器11，由12位A/D轉換器11變換為12位數字數據。
CPU12計算表示來自12位A/D轉換器11的二維熱電堆陣列2自身的溫度信息、和來自12位A/D轉換器10的各所分割區域的二維熱電堆陣列2之間的溫度差的電壓輸出，得到被分割為32(縱)×32(橫)的每個區域的溫度信息。
其中的溫度信息為表示被探測區域5的每個區域溫度與二維熱電堆陣列2之間的溫度差的相對溫度差。也就是說，被探測區域5的每個區域的溫度如果與二維熱電堆陣列相比較，就可知溫度相對高多少、低多少。
為了得到被探測區域5的每個區域中的溫度信息，CPU12在表示被探測區域5的每個區域的溫度和二維熱電堆陣列2之間的溫度差的相對溫度差中，附加并求出二維熱電堆陣列2自身的溫度信息。
所求得的每個被探測區域5的區域中的溫度信息，由CPU12通過CPU總線記憶到SRAM1(14)中。1次所測量的每個32×32區域的溫度信息被稱為1幀，作為1個信息單位被收集處理。
在本實施例中，被檢測區域5的溫度測量定為1秒測量3次，在SRAM1(14)中，記憶了過去3次的測量結果。SRAM1(14)在每次新測量溫度是隨時刪除最早的測量結果并繼續更新。相關的一系列處理程序被記憶在PROM13中。PROM13由被稱之為閃爍ROM的非易失性存儲器構成。因此，在修正程序時可重寫、使用方便。
此外，圖1所示的SRAM1(14)和SRAM2(15)被分開圖示。在CPU中所用的存儲器中，一般將所有存儲器區分為幾個并進行管理。若由CPU要求向存儲器存取，則根據存儲器的地址信息等從所區分的存儲器的集合中選擇1個區分對象，執行讀出或寫入。將此時的存儲器區分稱之為存儲單元。
采用上述存儲單元將存儲器分為2個存儲單元，將每個設為SRAM1(14)及SRAM2(15)，可將1個SRAM分為2個使用。
在利用該存儲單元時，與單個設SRAM1(14)及SRAM2(15)的情況相比，可共有部分內置的存儲器地址編碼的一部分，故可減小微型機9的芯片面積。
另外，被探測區域5的每個區域的溫度信息，因二維熱電堆陣列2及溫度傳感器4的標準離差，有時每個完成品在測量精度上具有固有特性。因此，在對完成品保證相同的精度時，需要通過檢查嚴格選擇，或通過校正進行校正。在通過檢查嚴格選擇的情況下，成為廢品的成品多，會影響制造成本。因此，為了盡量降低成品的制造成本，可以說通過校正進行修正是最好的選擇。
作為通過具體的修正進行修正的措施，采用可忠實地再現設定的溫度的裝置(黑體爐)，一般試驗測量溫度。例如，將圖1的黑體爐19設定到某設定溫度，將黑體爐19設置到被探測區域5。
采用本實施例測量黑體爐19的溫度。如果二維熱電堆陣列2及溫度傳感器器件4的精度好的話，溫度測量結果應為設定了黑體爐19的溫度。
但是，在二維熱電堆陣列2及溫度傳感器器件4中，含有制造階段的標準離差或裝配階段的標準離差，有時每個完成品具有不同的溫度特性。如上所述，為了抑制每個制品的標準離差，有必要進行嚴格的選擇或校正每個制品。在本實施例中，通過校正來校正每個制品的溫度特性，可抑制每個制品的標準離差、保持納入一定范圍內的一致性、低價向消費者提供。
作為具體的每個制品的溫度特性，可涉及因制品測量結果為較高的情況、為較低的情況、用測量的溫度低的溫度和測量溫度高的溫度特性不同的情況等多方面。
為了了解每個完成品的溫度特性，需要從低溫到高溫的范圍內，在不同的溫度中，至少進行2次以上測量對采用了黑體爐19的溫度試驗。例如在低溫范圍內設為攝氏5度，在高溫范圍內設為攝氏40度進行試驗。根據試驗結果，當實際測量的值發生偏移時，進行將實際值接近實際黑體爐19的溫度的理想值的校正。
圖2至圖4對具體的校正方法進行詳細說明。
在圖2的(1)、(2)中，從低溫到高溫具體說明以一定比例校正高或低的情況。在低溫、高溫進行測量，如果在低溫、高溫范圍為大致相同程度的誤差，則可僅以一定的比例單純地將所有的實測值進行升高或降低而進行有效的校正。
在圖2(1)中，在由采用黑體爐19的實測值的測量結果中，相對理想的直線高出一定的比例來所測量的。因此，進行降低一定數值的校正。在圖2(1)中，在低溫及高溫的范圍內，相對理想的溫度，由于測量出高出5度，故進行將由實測值減5度的值作為測量結果的校正。此時，相對理想的溫度，校正的溫度被保持在PROM13中。
在圖2(2)中，與圖2(1)相反，因采用黑體爐19的實測值的測量結果低，故進行升高一定數值的校正。在圖2(2)中，在低溫及高溫的范圍內，相對理想的溫度，由于測量低5度，故進行將由實測值加5度的值作為測量結果的校正。
在圖2的(1)及(2)中，是通過校正溫度減少誤差的考慮方法，而在圖4中，表示無理想值自身的情況。只測量2點實測值，之后所測量的結果以所在連接該實測值2點的直線上作為過程決定實際溫度。
在圖3中，在被檢測地區域5的區域中設置黑體爐19，作為不同的2個已知的第1溫度和第2溫度。第1溫度為低溫的5度，第2溫度為高溫的40度。
將由來自第1溫度、第2溫度中的A/D轉換器10及A/D轉換器11的輸出得到的測量結果分別作為第1基準計算結果、第2基準計算結果。
求出連接第1溫度中的第1基準計算結果和第2溫度中的第2基準計算結果的直線。在每次測量被檢測地區域5的區域時，采用線性關系預測實際溫度。
具體為，測量被檢測地區域5的區域，將得到的計算結果作為y軸的點，由與直線相交的點求出垂直下落到x軸上的點，以比例關系為基礎預測實際溫度。
在圖2及圖3中，是采用黑體爐19對已知的溫度進行2點測量，由2點求出直線、并校正與理想直線間的偏差的方法。由2點求出根據實測值的直線，進行如成為理想直線的校正。
對高溫和低溫2點進行試驗，由2點求出根據實測值的直線、并校正為理想直線時，在測量2點實測值的時刻，有時包含測量誤差。
所謂該測量誤差，是在每次測量時每次不同的主要原因，例如，有根據噪聲影響的大小，在測量結果中較多包含測量誤差的情況和幾乎不含測量誤差的情況。
在較多包含測量誤差的情況下，其后由于根據試驗時的結果進行校正，故在校正后所測量的所有測量結果中，成為追加試驗時的測量誤差的情況。
為了避免較多包含測量誤差的情況，希望對由黑體爐19的試驗不是2點，而是進行許多試驗。
但是，如圖4所示，通過許多試驗難以得到近似直線。因此，進行利用最小二乘法的溫度校正。
此外，二維熱電堆陣列2自身的溫度特性有時也不是嚴格的直線，而是2次曲線。在溫度特性為2次曲線時，通過利用最小二乘法進行的溫度校正，可將測量誤差控制在最小限度內。
以下顯示利用最小二乘法的溫度校正方法。對由黑體爐19產生的基準溫度進行攝影，將此時的數據設為x、測量溫度設為y，使黑體爐19的溫度依次變化，將7個采樣的結果表示為式1。連接實測值的近似函數(近似曲線)與理想的直線(近似直線)不能完全吻合的理由是考慮了上述測量誤差的影響等。
若對黑體爐19依次設定基準溫度為x1、x2、x3…，將此時的測量結果設為y1、y2、…，則對基準溫度的每個變化進行N個采樣的結果可以表示為式1。
〖式1〗(xn，yn)，n＝0，1，…，N-1另外，由式2表示求出的近似函數〖式2〗f(x)＝c0+c1x+c2x2+…cnxn在理想的直線中，將測量1中的x座標設為x1，此時的y座標為a(x1)+b。用測量1在實測值中，x座標為x1，y座標為y1。理想值與實測值的差被稱為預測誤差，可用S1＝y1-{a(x1)+b}表示。
正如由式2所示的近似函數(近似曲線)的預測誤差為最小，式2的系數c0～cn采用平方誤差，可表示為式3。
〖式3〗
S=Σn=0N-1(yn-f(xn))2]]>在式3中，如果忽略x的系數比3次大的情況，則可表示為式4。
〖式4〗Sn＝(yn-c0-c1xn-c2xn2)2在式4中，有關系數c0～cn，在成為最小的點中，偏微分的值為零。有關系數c0～c2在成為最小的點中，偏微分的值為零，故可導出式5、式6、式7。
〖式5〗dSdc0=0→Σn=0N-1(yn-c0-c1xn-c2xn2)=0]]>〖式6〗dSdc1=0→Σn=0N-1(yn-c0-c1xn-c2xn2)xn=0]]>〖式7〗c0N+c1Σn=0N-1xn+c2Σn=0N-1xn2=Σn=0N-1yn]]>而且，若解式5則為式8，若解式6則為式9，若解式7則為式10。
〖式8〗c0Σn=0N-1xn+c1Σn=0N-1xn2+c2Σn=0N-1xn3=Σn=0N-1xnyn]]>〖式9〗c0Σn=0N-1xn2+c1Σn=0N-1xn3+c2Σn=0N-1xn4=Σn=0N-1xn2yn]]>
〖式10〗NΣxnΣxn2ΣxnΣxn2Σxn3Σxn2Σxn3Σxn4c0c1c2=ΣynΣxnynΣxn2yn]]>若用矩陣變換表示式8、式9、式10則成為式11。
〖式11〗(Ai，j)(ci)＝(Bi)由式11可得到以c0～c2為未知數的連立方程式。若設系數矩陣為Aij、未知數向量為ci、常數向量為Bi，則式11表示為式12。
〖式12〗(Ai，j)(ci)＝(Bi)當式12時，近似函數的最高次數為n次時，A、B的要素可表示為式13。
〖式13〗Ai,j=Σn=0N-1xni+j,Bi=Σn=0N-1xniyn(i=0,1,···,n,j=0,1,···,n)]]>由基準輸入數據式1求出二次最小平方多項式、導出連立方程式，若解其便可得到ci。通過將ci代入式2，將新輸入的數據作為x代入，可計算出溫度。
由于熱電堆的輸出特性取二次曲線，故由采樣的數點構成連立方程式，通過將所得到的c0～c2登錄到ROM，可從輸入數據得到還包含并校正熱電堆特性的溫度。
由于不需要這樣多次校正用采樣，故可進行高精度的高速變換。但是，為了提高精度，需要在每個像素單位進行上述處理，得到校正后的溫度。通過采用最小2除法，可將實際測得的溫度更接近理想值。
以上針對本發明的實施方式，根據其實施方式進行了具體的說明，但并不限定于此，在不脫離其主要意思的范圍內可作種種變更。
權利要求
1.一種溫度校正處理裝置，其特征在于，配置為分割監視區域并監視，在具有測量上述監視區域內熱量的多個受光單元的溫度校正處理裝置中，具有受光部，通過非接觸測量與上述各被分割為受光單元的上述各監視區域相對之間的溫度差；測量電路，測量上述受光部自身溫度的溫度；計算電路，由該溫度測量電路運算溫度與上述相對溫度差，計算出上述各監視區域的溫度、并輸出計算結果；和保持電路，將上述監視區域內設定為已知的基準溫度，保持來自測量被設定為該基準溫度的上述監視區域內熱量時的上述計算電路的計算結果與上述基準溫度之差的校正信息；其中，測量結果根據上述修正信息校正上述計算結果。
2.根據權利要求1所述的溫度校正處理裝置，其特征在于利用連接來自上述計算電路的第1計算結果及來自上述計算電路的第2計算結果的直線進行溫度校正。
3.根據權利要求1所述的溫度校正處理裝置，其特征在于作為各自不同的2個已知的第1溫度和第2溫度，在上述監視區域內設定為已知的基準溫度，將來自上述計算電路的計算結果作為第1基準計算結果、第2基準計算結果，在每次求出連接上述第1基準計算結果和上述第2基準計算結果的直線的斜率并測量上述受光部的溫度時，利用上述線性關系預測上述監視區域的溫度。
4.根據權利要求1所述的溫度校正處理裝置，其特征在于進行多次溫度測量，根據來自上述計算電路的結果，求出表示溫度特性的函數，根據該函數校正來自上述計算電路的溫度。
5.根據權利要求4所述的溫度校正處理裝置，其特征在于上述函數采用了最小2乘法。
6.根據權利要求1至5所述的溫度校正處理裝置，其特征在于采用了熱線探測器。
全文摘要
熱電堆及熱敏電阻在制造階段，在每個產品中產生標準離差。預想內置于完成品中的熱電堆及熱敏電阻的特性因每個產品而異。而且，在組裝階段的組裝也存在標準離差等的影響，如果保障完成品的測量精度，則存在不能廉價提供的問題。本發明提供的溫度校正處理裝置，具有測量相對溫度差的受光部；測量上述受光部溫度的溫度測量電路；和在上述受光部中加上與上述每個監視區域之間的相對溫度差、計算出該每個監視區域的溫度、并輸出計算結果的計算電路；其中在每次測量時，根據上述受光部的溫度校正上述計算結果。
文檔編號G01J1/02GK1734242SQ20051008355
公開日2006年2月15日 申請日期2005年7月11日 優先權日2004年8月11日
發明者竹井洋次, 月澤正雄 申請人:三洋電機株式會社
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
