DE1914468A1

DE1914468A1 - Method and device for non-contact temperature measurement

Info

Publication number: DE1914468A1
Application number: DE19691914468
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl-Phys Dr Bernt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-03-21
Filing date: 1969-03-21
Publication date: 1970-11-12
Also published as: DE1914468B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung.Method and device for non-contact temperature measurement.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Temperaturmesaung, bei der die Temperatur eines Objektausschnittes aus dessen Strahlung mit einem Strahlungsdetektor bestimmt wird und elne Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for contactless temperature measurement, at which the temperature of an object section from its radiation with a radiation detector is determined and a device for performing the method.

Die Messung lokaler Temperaturänderungen an der Oberfläche ausgedehnter Objekte bietet für industrielle und für medizinische Aufgaben ein wichtiges Analyse-Hilfsmittel. Die seit mehreren Jahren auch für den zivilen Bedarf verfügbaren, ursprünglich für militärische Aufgaben entwickelten Infrarot-Bildwandler lösen diese Aufgabe in idealer Weise, in dem sie ein sichtbares Bild der Temperaturvertailung der Meßobjekte aufzeichnen. Dem weiteren Anwendungsbereich dieser Geräte steht aber ihr hoher Anschaffungspreis und außerdem der bei schnellen Geräten erforderliche Kühlanfwand, welcher zudem eine Anlaufzeit von einigen Minuten @edingt und bei den ungekühlten Geräten die längere Aufnahmedauer entgehen.The measurement of local temperature changes on the surface more extensive Objects is an important analysis tool for industrial and medical tasks. Those that have been available for civilian use for several years, originally for Infrared image converters developed for military tasks ideally solve this task Way in which they record a visible image of the temperature distribution of the objects to be measured. However, their high purchase price is another area of application for these devices and also the cooling requirements required for fast devices, which also a start-up time of a few minutes and for uncooled devices the miss longer recording times.

In vielen Anwendungsfällen genügt es, die Temperaturverteilung mit einem einzelnen Thermometer abzutaste. Voraussetzung ist labei, deß das Meßgerët als Sonde leicht zu handhaben ist und hinreichend schnell anzeigt, um beim Überstreichen einzelner A@s@@@@itte des Meßobjektes den Temperaturänderungen folgen zu k@m@en. A@ßerdem muß solbetve@ständlich der von der Sonde regl-@trie@t@ @eßfelddur@nmesser hinreichsnd klein sein, so daß noch eine lef@nierts A@ssage über die örbliche Temperaturv. rtellung @o@@@ @@@@t. Für @edds'@i@chs @@ecke, beispielsweise sur Fest-@tell@@ on @nt@lndun gebieten, @eicht ein Me@felddurch@@ a@r noch @@ kle@ner als 5 @m ist.In many applications it is sufficient to use the temperature distribution a single thermometer. The prerequisite is that the measuring device as a probe is easy to use and shows quickly enough to be scanned over individual A @ s @@@@ itte of the measuring object follow the temperature changes to k @ m @ en. In addition, the solbetve @ must of course be regulated by the probe be sufficiently small so that there is still a written statement about the local temperature. rtstellung @o @@@ @@@@ t. For @ edds' @ i @ chs @@ ecke, for example sur Fest- @ tell @@ on @ nt @ lndun, @eight a measurement field by @@ a @ r is still @@ smaller than 5 @m.

Verschiedene Strahlungsthermometer ("IR-Radiometer") für Temperaturen bis herab zu Zimmertemperatur sind bereits im Handel erhältlech. Keines der Geräte ist in die medizinische Technik eingeführt worden. Dies liegt teilweise daran, daß die für Flächenmessungen konzipierten Geräte einen zu großen Meßfelddurchmesser haben, daß ihre Empfindlichkeit im 30°C-Bereich nicht ausreicht und daß die für Absolutmessungen ausgelegten Geräte sehr teuer sind. Außerdem können diese Geräte nicht von einer Person allein bediont werden, was ihre Anwendung stark einschränkt.Various radiation thermometers ("IR radiometers") for temperatures down to room temperature are already available in stores. None of the devices has been introduced to medical technology. This is in part because the devices designed for area measurements have a measuring field diameter that is too large have that their sensitivity in the 30 ° C range is insufficient and that the for Devices designed for absolute measurements are very expensive. In addition, these devices can cannot be operated by one person alone, which greatly limits their use.

Es besteht die Aufgabe, insbesondere für medizinische Zwecke, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine optimale Ausführbarkeit bereits durch eine Person gegeben ist.There is the task, especially for medical purposes, a Process of the type mentioned to be designed so that an optimal feasibility is already given by a person.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die mit dem Strahlungsdetektor gemessene Strahlungsleistung akustisch angezeigt wird.According to the invention this object is achieved in that the with the Radiation power measured by the radiation detector is displayed acoustically.

Di@ses akustische Anzeigverfahren hat den Vorteil, daß die Aufmerksamkeit des Auges ungehindert für andere Tätigkeiten, belspielsweise zur Justierung des als "Thermoskop" wirkenden Strahlungsdetektors, freigchalten wird. Dadurch wird die Anwendung in der medizinischen Diagn@@tik und für industrielle Meßaufgaben weßentlich vereinfacht. Anzuführen ist hier, daß beispielsweise dem Arzt das "Abhörverfahren" vom Stethoskop her vertraut ist.This acoustic display method has the advantage that it attracts attention of the eye unhindered for other activities, for example to adjust the acting as a "thermoscope" radiation detector. This will the application in medical diagnostics and for industrial measurement tasks simplified. It should be mentioned here that, for example, the "wiretapping procedure" is familiar from the stethoscope.

V@@@ugew@i@@ wird @le @it dem Strehlungsdetedtor erzeugte Gl@lehopan@@ng in @lnem Üpannung@-Fr@quenzwandler in ein Ton-Prequenzel @n@@ @ng@@@ndelt, wobel hier unter Tonfrequenzsigo@l Ar@quen@@n la ßerelch ron ungerähr 1 bl@ 20,000 Hz zu @era@enen @@@ dei @ n@@@ nlor registrier@@r Strchlungsleistung @@@n die Prequenz des Tores anstelgen.V @@@ ugew @ i @@ will @le @ with the Strehlungsdetedtor generated Gl @ lehopan @@ ng in @lnem overvoltage @ -Fr @ quenzwandler in a tone pre-sequencing @ n @@ @ng @@@ ndelt, wobel here under Tonfrequenzsigo @ l Ar @ quen @@ n la ßerelch ron about 1 bl @ 20,000 Hz to @ era @ enen @@@ dei @ n @@@ nlor registrier @@ r Strchlungsleistungs @@@ n the sequence of the gate.

@o @@llhaft lst @@@ die tiefate F@@ relienz d@e @tr@'ilnegs-@@l@tung tines testi@@cen Objektau @alttes absustl@@en. D@-@urch wl@@ li@ fle@ste T@strequer@ @@ eine bestimmte Objekttemperatur To geeicht. Dem akustische Anzeigesignal kann eine konstante Zernackerfrequenz überlagert werden, die eine Rechteckimpulsfolge sein kann, mit einer Impulsfolgefrequenz klerner 10 Hz. Damit let elne Erweiterung der akustischen Temperaturanzeige für Temperaturbereiche möglich, die kleiner als To sind, falls man beim Unterschreiten von T0 die überlagernde Zerhackerfrequenz einschaltet und für T kleiner T0 die Tonfrequenz mit abnegmender registrierter Strahlungsleistung ansteigen läßt. Mit der zweiten überlagerten konstanten Frequenz wird beispielsweise ein intermittierendes Tonsignal erzeugt, dessen Tonfrequenz im Bereich unterhalb von T0 mit abnehmender regictrierter Strahlungeleletung ansteigt Bie einer vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Strahlung eines Objektausschnittes auf einen Strahlungsdetektor abbildbsr, dem Strahlungsdetektor cin Verstärker und ein Tongenerator nachgeschaltet und das Signal des Tongenerators einem Fernhörer. zuführbar Fernhörer kznn ein Lantsprecher oder ein Kopfhörer sein, und es kann dem Fernhörer da Signal einet zweiten Prequenzgenerators su£Uhrbar sein Die Abbildungsoptik, der Strahlungsdetektor, die Bauelemente des VerstErkere und der Frequenzgeneratoren und dic Znergieversorgung können zu einer handlichen Baueinheit zusammengefaßt sein Vorzugsweise ist die Abbildungsoptlk xit einem Rohr versehen, durch dessen innerem Durchmesser der ObJektaussehnitt, d.h. das Meßfeld,bestimmt ist. Das Rohr kann sich konisch auf die ObJektebene su verjüngen.@o @@ llhaft lst @@@ die tiefate F @@ relienz d @ e @ tr @ 'ilnegs - @@ l @ tung tines testi @@ cen Objektau @alttes absustl @@ en. D @ - @ urch wl @@ li @ fle @ ste T @ strequer @ @@ a particular Object temperature calibrated To. The acoustic signal a constant grapple frequency can be superimposed on a square-wave pulse train can be, with a pulse repetition frequency of 10 Hz. So let elne expansion the acoustic temperature display possible for temperature ranges that are smaller than To are if the superimposed chopper frequency when falling below T0 switches on and for T less than T0 the audio frequency with decreasing registered radiation power increases. With the second superimposed constant frequency, for example an intermittent sound signal is generated with a sound frequency in the range below from T0 with decreasing registered radiation line increases Bie an advantageous one The device for carrying out the method according to the invention is radiation an object section on a radiation detector abbildbsr, the radiation detector cin amplifier and a tone generator connected downstream and the signal of the tone generator a remote receiver. The remote receiver can be supplied as a loudspeaker or headphones, and the remote listener can see the signal from a second frequency generator The imaging optics, the radiation detector, the components of the amplifier and the frequency generators and the energy supply can be combined into one handy unit be summarized The imaging optics are preferably provided with a tube, the object section, i.e. the measuring field, is determined by its inner diameter is. The tube can taper conically to the object level.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren an Hand der Fig.1 und 2 näher erläutert.The method according to the invention is described below with reference to FIG and 2 explained in more detail.

In Fig.1 ist das vereinfachte Schaltbild eines akustisch anzeigenden Strahlungsthermometers für Abtastzwecke, eines "Thermoskopsz", dargestellt. Die von einem Ausschnitt 1 des Objektes 2 ausgesandte Infrarotstrahlung 3 wird mit einer Abbildungsoptik 4, beispielsweise einer Siliziumlinse, auf einen Strahlungsdetektor 5 abgebildet. Dem Strahlungsdetektor 5 ist ein Verstärker 6 nachgeschaltet. Am Ausgang des Verstärkers 6 liegt eine Gleichspannung an, die der mit dem Strahlungsdetektor 5 nachgewiesenen Infrarot-Strahlungsleistung proportional ist. Diese Gleichspannung wird einem Spannungs-Frequenzwandler.In Fig.1 is the simplified circuit diagram of an acoustically indicating Radiation thermometer for scanning purposes, a "Thermoskopsz" shown. the from a section 1 of the object 2 emitted infrared radiation 3 is with a Imaging optics 4, for example a silicon lens, onto a radiation detector 5 pictured. The radiation detector 5 is a Amplifier 6 connected downstream. At the output of the amplifier 6 there is a DC voltage that is the same as that with the radiation detector 5 proven infrared radiation power is proportional. This DC voltage becomes a voltage-frequency converter.

der beispielsweise ein Tonfrequenzgeneretor 7 ist, zugeführt, der die Gleichepannung in eine der Strahlungsleistung proportionale Frequenz, die im Hörbereich liegt, transformiert. Dieses Frequenzeignal wird auf den Tonabnehmer-Eingang 8 eines Fernhörers 9, der beispielsweise ein Kopfhörer sein kann, gegeben und so akustisch zur Anzeige gebracht. Dieses Gerät ist von einer Person optimal bedienbar und relativ billig. Die bisher bekannten Strahlungsthermometer mit visueller Anzeige, z.B. mit Zeigeinstrument oder Schreiber, sind für gleichzeitimes Anvisieren des Meßfleckes und Ablesen der Temperaturanzeige durch eine Person ungeeignet. Das Temperaturprofil einet Meßobjektes läßt sich mit dem vorgeschlagenen Verfahren in einfacher Weise dadurch gewinnen, daß verschiedene Objektausschnitte 1 nacheinander abgetastet werden. Hierzu ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der vorgeschlagenen Vorrichtung ein geringer wirtschaftlicher Aufwand nötig. Der Anschaffungspreis ist relativ gering und aufwendige KUhlungsmaSnahmen, beispielsweise mit Stickstoff, wie sie bei den Infrarot-Bildwandlern notig sind, werden vermieden.which is, for example, a tone frequency generator 7, supplied to the the same voltage into a frequency proportional to the radiated power, which in Listening area is transformed. This frequency signal is sent to the pickup input 8 of a telephone 9, which can be headphones, for example, and so on acoustically displayed. This device can be optimally operated by one person and relatively cheap. The previously known radiation thermometers with visual display, e.g. with pointing instrument or scribe, are for simultaneous sighting of the Measurement spot and reading of the temperature display by a person unsuitable. The temperature profile A measurement object can be easily carried out with the proposed method win by the fact that different object sections 1 are scanned one after the other. This is the case with the method according to the invention and the proposed device a low economic outlay is necessary. The purchase price is relatively low and complex cooling measures, for example with nitrogen, as is the case with the Infrared imagers are needed are avoided.

Als Strahlungedetektor kann ein Halbleiterphotoelement mit photoelektromagnetischem Effekt vorgesehen sein, wie es beispielsweise in den deutschen Patent 1214 807 beschrieben ist, oder es kann ein Halbleiterphotowiderstand benutzt werden, wie er beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzichen P 16 14 535.0 beschrieben ist. Diese Halbleiterdetektoren bestehen vorzugsweise aus InSb, insbesondere mit Einschlüssen einer gut leitenden, nadelförmigen zweiten Phase, wie NiSb. Mit#Detektoren läßt sich eine Ansprechzeitkonstante kleiner als 0,3 sec verwirklichen. Wird ein Halbleiterphotowiderstand in einer monolithischen Detektorbrücke benutzt. wie sie beispielsweise in der deutschen Anmeldung. . . . . . .A semiconductor photocell with photoelectromagnetic Effect can be provided, as described, for example, in German Patent 1,214,807 or a semiconductor photoresist such as is described in the German patent application with the file number P 16 14 535.0. These semiconductor detectors are preferably made of InSb, in particular with inclusions a highly conductive, needle-shaped second phase, such as NiSb. With # detectors leaves a response time constant of less than 0.3 sec can be achieved. Becomes a semiconductor photoresistor used in a monolithic detector bridge. like for example in the German Sign up. . . . . . .

(PLA 68/1725) besch@i@ben ist, so @ann eine Temperaturnachweis empfindlich@eit erreie@t werden, die in der Größenordnung von 0,1°C liegt.(PLA 68/1725) is bad, so a temperature detection is sensitive that are in the order of magnitude of 0.1 ° C.

In Fig.2 ist ein Meßgerät im Schnitt dargestellt, mit dem sich insbesondere ein kleiner Meßfelddurchmesser und eine sichere Markierung des Meßfeldes und der optimalen Objektebene, d.h.In Figure 2, a measuring device is shown in section, with which in particular a small measuring field diameter and a reliable marking of the measuring field and the optimal object plane, i.e.

derjenigen Objektebene, die den kleinsten Meßfelddurchmesser besitzt, erreichen läßt. Außerdem besitzt das dargestellte Gerät eine handliche, leichte Bauform ("Pistolenform") In ein zylinderförmiges Metallteil 10 ist eine Fassung 11 eingeschraubt,die den Strahlungsdetektor 5, der beispielsweise eine monolithische Detektorbrücke sein kann, trägt. Auf die Fassung 11 ist die Linsenfassung 1Z aufgeschraubt, mit der die Abbildungsoptik 4, die eine lichtstarke Siliziumlinse mit großem Öffnungsverhältnis ist, gehalten wird Weiterhin ist auf C7en zylindrischen Tragteil 10 ein konisches Rohr 13 sufgeschraubt, durch desen inneren Durchmesser an der Spitze 14 der Meßfelddurchmesser des Objektausschnittes 1 bestimmt wird. So ist durch die Länge des Rohres 13 die Lage der Abblldungsoptik @ bezüglich des Objektes 2 festgelegt und dieses wird scharf auf dem Strahlungsdetektor 5 abgebildet. An dem Tragteil 10 und dem konischen Rohr 13 ist ein Handgriff 15 befestigt, der mit einer Einschaltklinke 16 versehen int. In den Pistolengriff 15 sind die elektronischen Bauteile, nämlich der Verstärker 6 und der Tonfrequenzgenerator 7 und die Energieversorgung des Gerätes, beispielsweise Batterien 18, untergebracht. Über ein Kabel 17 wird das Meßsignal einem Kopfhörer zur akustischen Anzeige zugeführt.the object plane with the smallest measuring field diameter can achieve. In addition, the device shown has a handy, lightweight Design ("pistol shape") In a cylindrical metal part 10 is a holder 11 screwed in, the radiation detector 5, which is for example a monolithic Detector bridge can be, carries. The lens mount 1Z is screwed onto the mount 11, with the imaging optics 4, which are a high-intensity silicon lens with a large aperture ratio is, is held. Furthermore, on C7en cylindrical support part 10 is a conical one Tube 13 screwed on, through whose inner diameter at the tip 14 the measuring field diameter of the object section 1 is determined. So is through the length of the tube 13 Position of the Abblldungsoptik @ established with respect to the object 2 and this becomes sharp imaged on the radiation detector 5. On the support part 10 and the conical tube 13, a handle 15 is attached, which is provided with an engaging pawl 16 int. The electronic components, namely the amplifier, are in the pistol grip 15 6 and the audio frequency generator 7 and the power supply of the device, for example Batteries 18, housed. The measurement signal is sent to headphones via a cable 17 supplied for acoustic display.

Das dargestellte Gerät kann von einer Bedienungsperson in ein-4sehster Weise gehandhabt werden. Ein Abtasten auch größerer Flächen ist ohne Ermüdungserscheinungen möglich. Insbesondere iot auf den kleinen Meßfelddurchmesser 14 hinzuweisen, der Kleiner als 5 mm gehalten werden kann. Das Gerät ist daher filr die medizinische Diagnostik, bei der die Spitze 14 direkt Uber die Staut der Untersuchung@@erson geführt wird, hervorragend geeignet.The device shown can be viewed by an operator Wise to be handled. Scanning even larger areas is without any signs of fatigue possible. In particular iot to point out the small measuring field diameter 14, the Can be kept smaller than 5 mm. The device is therefore designed for medical use Diagnostics, in which the tip 14 directly over the jams of the investigation @@ erson is performed, excellently suited.

11 Patentansprüche 2 Figuren11 claims 2 figures

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 0 Procedure for contactless temperature measurement, at which the temperature of an object section from its radiation with a Radiation detector is determined, characterized in that the with the radiation detector (5) the measured radiation power is displayed acoustically.

2. The method according to claim 1, characterized in that the with the radiation detector (5) generated DC voltage in a voltage-frequency converter (7) is converted into a tone frequency.

3. The method according to claim 2, characterized in that with increasing, registered radiation power the frequency of the tone increases.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the lowest audio frequency is due to the radiated power of a certain section of the object (1) is voted.

5. The method according to claim 4, characterized in that the acoustic A constant Zerbacker frequency is superimposed on the display signal.

6. Device for performing the method according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the radiation from an object section (1) on a Strahlendesk gate (5) is mapped that the radiation detector is an amplifier (6) and a tone generator (7) downstream and that the signal of the tone generator can be fed to a remote receiver (9).

7. Apparatus ech claim 6, characterized in that ale remote receiver (9) headphones are provided.

8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the signal of a second frequency generator can be fed to the remote receiver (9).

9. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that that the imaging optics (4), the radiation detector (5), the components of the amplifier (6) and the frequency generators (7) and the power supply to a handy one Beueinheit are summarized (Fig.2).

10. Apparatus according to claim 9, characterized in that the imaging optics (4) is provided with a tube (13), through whose inner diameter the object section (1) is determined.

11. The device according to claim 10, characterized in that the Tube (13) tapers conically to the object plane (4).

L e r s e i t e