专利名称：辐射温度计的制作方法
技术领域：
本发明涉及辐射温度计，所述温度计通过检测从待测对象物中辐射出来的红外线能量而测量所述对象物的温度。
背景技术：
迄今为止，已存在这样一种辐射温度计(例如，参考日本专利公开公报No.7-324981)其检测从待测量对象物中辐射出来的红外线能量，并且用所述对象物的发射率校正所述红外线能量，从而测量待测量对象物的实际温度。
通常，辐射温度计通过热敏元件(诸如热电堆(thermopile)等)检测红外线能量。所述热电堆包括具有多个串联连接的热电偶的红外线接收部分(热接点)。在该热电堆中，当红外线入射到红外线接收部分时，根据入射的红外线量而在热接点与冷接点之间产生温度差，并且产生与该温度差相应的热电动势。该热电动势对应于待测量对象物的温度。
在此，热电堆的冷接点的温度根据所述热电堆的内部温度而改变。这样，在用热敏电阻测量热电堆内部温度的同时，根据所述热电堆的内部温度校正由所述热电堆测量到的对象物的温度。从而可以获得待测量对象物的准确温度。
在这种辐射温度计中，由于从待测量对象物中辐射的红外线能量是看不见的，因此使用者不能辨认正在测量待测量对象物的哪个位置。
已研发出这样一种辐射温度计即，其能通过光源(诸如激光二极管(LD)或发光二极管(LED))指示出测量位置，以便使用者辨认测量位置。
然而，由于这种能指示出测量位置的辐射温度计包含诸如激光二极管或发光二极管等的光源，因此这种辐射温度计往往尺寸增大。
另外，当光源所产生的用于指示测量位置的热量被局部地传输到热电堆时，热电堆的内部温度变得不均匀。在这种情况下，热敏电阻不能检测出准确的热电堆的内部温度。
另外，还存在这样的情况即，从热电堆的外围部件(例如，热电堆的保持部件等)中辐射出的红外线入射到红外线接收部分。当外围部件的温度与热电堆的内部温度一致时，可根据热电堆的内部温度计算入射到红外线接收部分中的外围部件的红外线量。通过从入射到红外线接收部分中的所有红外线量中减去外围部件的红外线量，就可精确地获得仅来自待测量对象物的红外线量。
然而，当外围部件的温度随着光源的热量而变得不均匀时，或者当外围部件的温度不同于热电堆的内部温度时，不能根据热电堆的内部温度计算出入射到红外线接收部分中的外围元件的红外线量。这样，就不能从入射到红外线接收部分的所有红外线量中精确地获得仅来自待测量对象物的红外线量。
为了测量到待测量对象物的准确温度，必须将热电堆与光源之间的距离设定得尽可能远，从而不会局部地向热电堆传输热量，并且使得热电堆附近的大气温度等于热电堆的内部温度。因此，使得辐射温度计的小型化愈加困难。
另外，由于热电堆的输出信号非常小，因此不得不用高放大系数对热电堆的输出信号进行放大。这样，当热电堆的输出信号受到噪声的影响时，明显降低了测量精度。
发明内容
本发明的目的是提供这样一种辐射温度计其可指示出测量位置，并且在实现小型化的同时确保高的测量精度。
根据本发明的辐射温度计是用于测量待测量对象物的温度的辐射温度计，其包括壳体，其具有相互面对的第一和第二表面以及相互面对的第三和第四表面，并且在所述第一表面上包括红外线通过单元，从所述待测量对象物中辐射出的红外线通过所述红外线通过单元；检测元件，其设置于所述壳体内，用于检测已通过所述红外线通过单元的红外线能量；第一基板，其沿所述第二表面设置在所述壳体内，位于所述第二表面与所述检测元件之间，所述第一基板具有安装于其上的第一回路，所述第一回路用于放大所述检测元件的输出信号；第二基板，其沿所述第三表面设置在所述壳体内，位于所述第三表面与所述检测元件之间，所述第二基板具有安装于其上的第二回路，所述第二回路用于根据所述第一基板的第一回路给予的信号计算所述待测量对象物的温度；第三基板，其沿所述第四表面设置在所述壳体内，位于所述第四表面与所述检测元件之间，所述第三基板具有安装于其上的第三回路，所述第三回路用于向所述第一和第二回路提供电力；第一和第二光源，其设置在所述壳体内，所述光源向所述待测量对象物发射光线；以及热扩散部件，其设置在所述壳体内，其中，在所述壳体内形成红外线通路，该红外线通路将红外线从所述红外线通过单元引导至所述检测元件，所述第一光源和所述第二光源分别设置在所述红外线通路与所述第三表面之间以及所述红外线通路与所述第四表面之间，并且所述热扩散部件设置在所述红外线通路与所述第一光源之间、所述红外线通路与所述第二光源之间、所述第二基板与所述检测元件和所述第一基板中的每一个之间、以及所述第三基板与所述检测元件和所述第一基板中的每一个之间。
根据本发明的辐射温度计，所述第一和第二光源向待测量对象物发射光线。从待测量对象物中辐射出来的红外线通过壳体的第一表面上的红外线通过单元和壳体内的红外线通路入射到所述检测元件。由所述检测元件检测入射的红外线能量。由第一基板上的第一回路放大所述检测元件的输出信号。第二基板上的第二回路根据第一回路给予的信号计算待测量对象物的温度。
根据本发明的辐射温度计，由第一和第二光源发射到待测量对象物的光线指示出待测量对象物的测量位置。特别是，使用两个光源第一和第二光源，通过从两个光源中发射出的光线适当地设定测量位置的指示形式，能够高精度地指示出测量位置，并且能够以更高的精度测量所述温度。
另外，在所述壳体内，由于第一基板沿第二表面设置在所述壳体的第二表面与所述检测元件之间，因此可缩短所述检测元件与第一基板之间的距离。在这种情况下，由于可缩短所述检测元件与第一基板之间的配线，因此所述检测元件的输出信号几乎不受噪声的影响。结果，所述辐射温度计可以高精度地计算待测量对象物的温度。
在所述壳体内，由于热扩散部件设置在第二基板与所述检测元件和第一基板中的每一个之间，因此甚至在第二基板中产生热量时，所述热量也通过热扩散部件扩散。
设置在第三基板上的第三回路用于提供电力且易于产生热量。由于热扩散部件设置在第三基板与所述检测元件和第一基板中的每一个之间，甚至在第三基板中产生热量时，所述热量也可以通过热扩散部件扩散。
第一和第二光源发射光线，因此产生热量。由于热扩散部件设置在第一光源和第二光源中的每一个与红外线通路之间，因此第一和第二光源的热量可以通过热扩散部件扩散。
由于通过热扩散部件对第二和第三基板以及第一和第二光源产生的热量进行扩散，因此壳体内的大气温度基本保持均匀。结果，能够防止对所述检测元件的局部热传输，并且能够以高精度测量温度。
特别是，由于第一和第二光源设置成靠近于壳体内的红外线通路而不邻近于所述检测元件，因此可进一步防止对所述检测元件的局部热传输。
这样，由于热扩散元件的设置而可以防止对所述检测元件的局部热传输，因此在所述壳体内可相互邻近地设置第一和第二光源、第一、第二和第三基板以及检测元件。这样，可使得所述辐射温度计充分地小型化。
此外，由于第一和第二光源设置在壳体内的红外线通路周围的空间中，因此可防止由于设置第一和第二光源而导致的辐射温度计的大型化。
所述壳体还具有第五和第六表面。热扩散部件可以设置在第五表面与所述检测元件、第一基板和红外线通路中的每一个之间。热扩散部件也可以设置在第六表面与所述检测元件、第一基板和红外线通路中的每一个之间。
在这种情况下，由于热扩散部件设置在第五表面与所述检测元件、第一基板和红外线通路中的每一个之间以及第六表面与所述检测元件、第一基板和红外线通路中的每一个之间，因此第二和第三基板以及第一和第二光源所产生的热量在广范围上被扩散。这样，壳体内的温度可保持均匀。结果，可以进一步防止对所述检测元件的局部热传输，并且可以实现高精度的温度测量。
在热扩散部件与检测元件和第一基板中的每一个之间，以及在热扩散部件与检测元件和第二基板、第三基板、第一光源和第二光源中的每一个之间可以提供空隙。
在这种情况下，在热扩散部件与检测元件和第一基板中的每一个之间的空隙中，以及在热扩散部件与第二基板、第三基板、第一光源及第二光源中的每一个之间的空隙中存在空气层。该空气层用作绝热层，并且第二基板、第三基板、第一光源及第二光源中所产生的热量难以被传输到所述检测元件上。在这种状态下，第二基板、第三基板、第一光源及第二光源中所产生的热量通过热扩散部件扩散。这样，所述壳体内的温度可保持均匀，并且可限制壳体内温度上升。
第二回路可包括用于驱动第一光源的第一驱动回路和控制回路，所述控制回路用于根据第一回路给予的信号计算待测量对象物的温度，并且控制第一驱动回路。
在这种情况下，在具有第二回路安装在其上的第二基板中，用于驱动第一光源的第一驱动回路易于产生热量。由于热扩散部件设置在第二基板与所述检测元件和第一基板中的每一个之间，因此甚至在第二基板中产生热量时，所述热量也可以通过热扩散部件扩散。
第二回路可包括指示元件，并且控制回路可根据计算出的待测量对象物的温度控制所述指示元件。
在这种情况下，在具有第二回路安装在其上的第二基板中，指示元件易于产生热量。由于热扩散部件设置在第二基板与所述检测元件和第一基板中的每一个之间，因此甚至在第二基板中产生热量时，所述热量也可以通过热扩散部件扩散。
第三回路可包括用于驱动第二光源的第二驱动回路，并且控制回路可以控制第二驱动回路。在这种情况下，在具有第三回路安装在其上的第三基板中，用于驱动第二光源的第二驱动回路易于产生热量。由于热扩散部件设置在第三基板与所述检测元件和第一基板中的每一个之间，因此甚至在第三基板中产生热量时，所述热量也可以通过热扩散部件扩散。
图1是根据第一实施例的辐射温度计的框图。
图2是图1的头部的框图。
图3是图1的主体部分的框图。
图4是用于描述根据第一实施例的辐射温度计的头部的基本结构的视图。
图5是用于描述根据第一实施例的辐射温度计的头部的基本结构的视图。
图6是用于描述根据第一实施例的辐射温度计的头部的基本结构的视图。
图7A和7B是用于描述根据第一实施例的辐射温度计的头部的详细结构的视图。
图8是用于描述根据第一实施例的辐射温度计的头部的详细结构的视图。
图9是用于描述根据第一实施例的辐射温度计的头部的详细结构的视图。
图10是用于描述图7的头部的装配程序的透视图。
图11是用于描述图7的头部的装配程序的透视图。
图12是用于描述图7的头部的装配程序的透视图。
图13是用于描述图7的头部的装配程序的透视图。
图14是用于描述图7的头部的装配程序的透视图。
图15是用于描述图7的头部的装配程序的透视图。
图16A和16B是用于描述图7的头部的装配程序的透视图。
图17A到17C是示出了用图8的激光二极管指示测量位置的状态的视图。
图18是根据第二实施例的沿YZ平面剖取的辐射温度计的头部的详细剖面图。
图19是根据第二实施例的沿XZ平面剖取的辐射温度计的头部的详细剖面图。
图20是示出了装配用于根据第二实施例的辐射温度计的头部的红外线会聚单元的状态的视图。
图21A和21B是根据第二实施例的辐射温度计的红外线会聚单元的侧视图(从X方向所看到的YZ平面图)和前视图。
图22是根据第二实施例的辐射温度计的红外线会聚单元的外观透视图。
图23是沿图22的红外线会聚单元的D-D线剖取的剖视图。
图24是图23的虚线示出部分的放大剖面图。
具体实施例方式
在下文中，将参照图1到图24描述根据本发明实施例的辐射温度计。
第一实施例(1)辐射温度计的功能结构图1是根据第一实施例的辐射温度计的框图。如图1所示，根据第一实施例的辐射温度计100包括头部100A和主体部分100B。
头部100A和主体部分100B通过电缆80相互连接。另外，主体部分100B通过电缆81连接于未示出的外部装置。
图2是图1的头部100A的框图以及图3是图1的主体部分100B的框图。
如图2所示，头部100A包括热电堆10、前置放大器基板20、主基板30、电源基板40、连接基板50、以及两个激光二极管60和70。
热电堆10包括红外线接收部分11(红外线检测芯片)和热敏电阻(thermistor)12。前置放大器基板20包括第一信号放大器21和第二信号放大器22。主基板30包括第三信号放大器31、模拟-数字转换器(在下文中，简称为AD转换器)32和33、CPU(中央处理单元)34、存储单元35、指示灯36以及激光驱动回路37。
电源基板40包括电源回路41、通信回路42、以及激光驱动回路43。电源基板40与包含电源线和信号线的电缆80相连接。
连接基板50设有具有多个配线的配线表面，所述配线表面将主基板30电连接于电源基板40上。而且，连接基板50设有后述的接地传导表面，所述接地传导表面连接于头部100A的各组成部分的接地端子上。
在热电堆10中，红外线接收部分11检测从待测量对象物中辐射的红外线能量。热敏电阻12检测热电堆10的内部温度。
在前置放大器基板20中，第一信号放大器21放大红外线接收部分11的输出信号。第二信号放大器22放大热敏电阻12的输出信号。
在主基板30中，第三信号放大器31放大第一信号放大器21的输出信号。AD转换器32将第一信号放大器21的输出信号转换成数字信号，并且将所述数字信号作为待测量对象物的检测温度提供到CPU34中。
AD转换器33将第二信号放大器22的输出信号转换成数字信号，并且将所述数字信号作为热电堆10的内部温度提供到CPU34中。
存储单元35存储关于热电堆10的信息和CPU34利用来计算待测量对象物的温度的算术表达式。关于热电堆10的信息包括这样的信息即，例如红外线接收部分11的增益和偏移量、热敏电阻12的增益和偏移量、以及热电堆的测量温度范围和温标。
主体部分100B通过电缆80和通信回路42将待测量对象物的发射率和后述的检查信号提供到CPU34中。CPU34根据从AD转换器32中给予的检测温度、从AD转换器33中给予的内部温度、从主体部分100B中给予的发射率以及储存于存储单元35中的各种信息和算术表达式，计算待测量对象物的实际温度(在下文中，称之为测量温度)。然后，CPU34通过通信回路42和电缆80将测量温度提供到主体部分100B中。
此外，CPU34根据AD转换器32的输出信号的电平而对第三信号放大器31的增益进行反馈控制。
再者，CPU34控制指示灯36、激光驱动回路37以及电源基板40的激光驱动回路43的操作。指示灯36根据CPU34的控制而点亮/熄灭来指示检查信号的ON/OFF状态。激光驱动回路37根据CPU34的控制而驱动激光二极管60。
在电源基板40中，电源回路41将通过电缆80从主体部分100B供给的电力供给到头部100A的各组成部分中。
通信回路42和激光驱动回路43都通过连接基板50与主基板30的CPU34相连接。
如上所述，通信回路42通过电缆80与CPU34和主体部分100B进行通信。激光驱动回路43根据CPU34的控制而对激光二极管70进行驱动。并将从激光二极管60和70中发射出的激光束照射在待测量对象物的测量位置处。
如图3所示，主体部分100B包括电源回路91、通信回路92、CPU93、显示单元94、存储单元95、操作设定单元96、外部输出回路97以及模拟输出回路98。
电缆80连接于电源回路91和通信回路92上。电源回路91具有电源(诸如电池等)，并且将其电力供给到主体部分100B和头部100A的各组成部分中。通信回路92通过电缆80与CPU93和头部100A进行通信。
存储单元95储存待测量对象物的发射率、算术表达式以及用于判断的阈值。使用者可以通过操作操作设定单元96设定待测量对象物的发射率和阈值。并将所设定的发射率和阈值存储到存储单元95中。
CPU93控制主体部分100B的各组成部分的操作。另外，CPU93将头部100A给予的测量温度与存储于存储单元95中的阈值进行比较，并且通过外部输出回路97将比较结果作为检查信号供给电缆81。
例如当测量温度高于阈值时检查信号变成0N状态(例如高电平)，而当测量温度低于阈值时检查信号变成OFF状态(例如低电平)。
此外，CPU93通过外部输出回路97将头部100A给予的测量温度供给电缆81，并且通过模拟输出回路98将与测量温度对应的模拟信号供给电缆81。
据此，根据本实施例的辐射温度计100可显示并输出待测量对象物的温度，并且可以显示并输出关于测量温度是否高于阈值的检查结果(ON状态或OFF状态)。
(2)辐射温度计的头部的示意性结构图4到图6是用于描述根据第一实施例的辐射温度计100的头部100A的基本结构的视图。图4示出了头部100A的外观透视图。图5示出了沿图4的A-A线剖取的示意性剖面图，以及图6示出了沿图4的B-B线剖取的示意性剖面图。
头部100A的各组成部分被装在基本上为长方体形的头壳体K中。头壳体K具有上表面KU、下表面KD、前表面KF、后表面KB以及侧面KS1和KS2。
在以下描述中，如图4中的箭头X、Y、和Z所指示的，将垂直于侧面KS1和KS2的方向称作X方向、将垂直于前表面KF和后表面KB的方向称作Y方向、以及将垂直于上表面KU和下表面KD的方向称作Z方向。在图4后面的附图中也类似地定义这些方向。
在图4中，头壳体K的前表面KF装有红外线会聚单元KH和激光辐射单元K60和K70，其上表面KU装有由发光二极管形成的指示灯36，并且其后表面KB装有电缆连接KJ。由于将指示灯36设置在上表面KU上，因此使用者可容易地辨别指示灯36的点亮/熄灭状态或闪烁状态。
红外线会聚单元KH接收从待测量对象物中辐射出来的红外线。图2中激光二极管60和70产生的激光束分别通过激光辐射单元K60和K70而照射在测量位置上。后面将描述详细结构和操作。
电缆连接KJ具有连接于其上的电缆80。电缆80接于如上所述的主体部分100B上。
作为示例，根据本实施例的头部100A的尺寸如下在图4中，头部100A的高度h大约为34mm、宽度w大约为20mm、以及深度1大约为48mm。
如图5和图6中所示，插入到在平行于Y方向上基本为圆筒状的热电堆架110中的热电堆10被大体设置在头部100A的中部，热电堆10在平行于Y方向上基本为圆柱形。而且，在热电堆10的后表面KB侧，将前置放大器基板20设置得靠近热电堆10且与后表面KB平行。
使用用作热电堆10的外围部件的热电堆架110的目的是为了将热电堆10的内部温度保持得几乎与周围温度相等。因此，热电堆架110必须用高导热性材料制成。将在后面描述其细节。
另外，热扩散部件90被布置得围绕热电堆10、热电堆架110和前置放大器基板20。热扩散部件90具有如图5所示的沿头部100A的YZ平面基本为C形的截面，并且还可具有如图6中所示的沿XZ平面基本为C形的截面。
具体地，热扩散部件90具有上表面90u、下表面90d、后表面90b以及侧面90s，而且，热扩散部件90在头部100A的前表面KF侧开口，并且在一个侧面KS1侧开口。
这使得从待测量对象物中辐射出来的红外线通过红外线会聚单元KH被导入热电堆10的红外线接收部分11(参照图2)中。
热扩散部件90是用高导热性材料制成的。特别是，热扩散部件90最好用诸如铜、银、铝、铁或金等的金属制成。另外，在本实施例中，热扩散部件90是用涂有一层镍的铜制成的。在这种情况下，铜可实现较高的导热性，并且所涂覆的镍可防止铜氧化以及提高抗蚀性能。
如图6中所示，连接基板50以与侧面KS1平行的方式被设置于热扩散部件90在侧面KS1侧的开口位置处。如上所述，连接基板50包括配线表面50C和接地传导表面50G。配线表面50C被设置在热电堆10侧，而接地传导表面50G被设置在侧面KS1侧。
与热扩散部件90相似，接地传导表面50G也是用高导热性材料制成的，最好是用诸如铜、银、铝、铁或金等的金属制成。在本实施例中，接地传导表面50G的材料与热扩散部件90的材料相同。
据此，在除前表面KF以外的所有方向上，热电堆10、热电堆架110和前置放大器基板20被高导热性材料的热扩散部件90和接地传导表面50G围绕。虽然热电堆架110沿Y方向具有矩形形状，但是没有从热扩散部件90在前表面KF侧的开口突出。
如图5中所示，主基板30和激光二极管60被设置在头壳体K的上表面KU与热扩散部件90的上表面90u之间。激光二极管60邻近于激光辐射单元K60且距热电堆10预定距离。因此，可以有效地将激光二极管60产生的激光束通过激光辐射单元K60照射在待测量对象物上。主基板30以平行于上表面KU的方式被设置得靠近头壳体K的后表面KB侧。
另外，电源基板40和激光二极管70被设置在头壳体K的下表面KD与热扩散部件90的下表面90d之间。激光二极管70邻近于激光辐射单元K70且距热电堆10预定距离。因此，可以有效地将激光二极管70产生的激光束通过激光辐射单元K70照射在待测量对象物上。电源基板40以平行于下表面KD的方式被设置得靠近头壳体K的后表面KB侧。
热电堆10、热电堆架110被设置得不与热扩散部件90接触。另外，主基板30、电源基板40和激光二极管60及70也被设置得不与热扩散部件90接触。因此，在热扩散部件90与热电堆10插入其中的热电堆架110之间，以及热扩散部件90与每一个主基板30、电源基板40和激光二极管60、70之间存在各自的空气层。这些空气层用作绝热层。此外，电缆80电连接于电源基板40上。
如上所述，在根据本实施例的辐射温度计100中，两个激光二极管60和70产生的激光束通过头壳体K的激光辐射单元K60和K70照射在待测量对象物上。因此，由激光束指示出测量位置。特别地，当使用这两个激光二极管60和70时，通过适当地设定这两个激光束指示的测量位置的指示形式，可测量出更精确的温度。后面将描述测量位置的指示形式。
在本实施例中，热电堆10被设置得靠近前置放大器基板20。这可缩短热电堆10与前置放大器基板20之间的配线。因此，热电堆10的微弱输出信号几乎不受噪声的影响。因此，CPU34能够以高精度计算待测量对象物的温度。
在本实施例中，在头部100A的头壳体K内，热扩散部件90和接地传导表面50G被设置成围绕热电堆10与前置放大器基板20。另外，主基板30、电源基板40和激光二极管60及70被设置在热扩散部件90和头壳体K之间。
在这种情况下，由于在热电堆10与主基板30、电源基板40以及激光二极管60、70中的每一个之间存在用作绝热层的空气层，因此主基板30、电源基板40以及激光二极管60、70所产生的热量难以被传输到热电堆10上。
从主基板30、电源基板40和激光二极管60、70传输到热扩散部件90上的热量散布性地遍布在热扩散部件90上。因此，热量难以被传输到热电堆10上，并且头壳体K内的大气温度基本保持均匀。
这可防止对热电堆10的局部热传输，并且使得热电堆10的内部温度基本等于热电堆10的外围部件(例如，热电堆架110)的温度。因此，CPU34能够以高精度计算待测量对象物的温度。
如上所述，在根据本实施例的辐射温度计100的头部100A中，由于热扩散部件90和接地传导表面50G的上述布置可防止对热电堆10的局部热传输，因此可将各组成部分彼此邻近地设置在头壳体K内。
另外，由于将激光二极管60和70设置在头壳体K内的红外线通路周围的开放空间中，并且不邻近于热电堆10，因此可防止对热电堆10的局部热传输。此外，可防止由于激光二极管60和70的设置而导致头部100A的大型化。
因此，能够以高精度计算待测量对象物的温度，并且使得整个辐射温度计100小型化。
(3)辐射温度计的头部的详细结构下面，将描述根据本实施例的辐射温度计100的具体结构和操作。
图7到图9中的各图都示出了根据第一实施例的辐射温度计100的头部100A的详细结构，以及图10到图16中的各图都示出了图7的头部100A的装配程序的透视图。
图7A示出了头部100A的前视图(前表面)，图7B示出了头部100A的侧视图。图8是沿图7A的A-A线剖取的详细剖视图，图9是沿图7B的B-B线剖取的详细剖面图。在图7后面的各图中，都省略了与头部100A连接的电缆80。
在该示例的头部100A中，如图7B的侧视图所示，将通孔KT分别设置在头壳体K的各侧面KS1和KS2的上部和下部。这些通孔KT用于将头部100A安装在预期位置处。
如图8中所示，在上表面KU上形成有用于使得指示灯36的光穿过的开口36C。前表面KF上的红外线会聚单元KH是由红外线会聚透镜200L形成的，并且激光辐射单元K60和K70分别由激光透镜盖LC形成。
如图8和图9中所示，在头壳体K内，热电堆10由热电堆架110支撑。热电堆10将以下述的方式被安装在热电堆架110中。
图10示出了将热电堆10安装于热电堆架110中的状态。
如图10中所示，热电堆架110具有筒状部分111和固定块部分112。固定块部分112具有基本为长方体形的形状，筒状部分111以这样的方式与固定块部分112成一体即，从固定块部分112中平行于XZ平面的一个表面沿Y方向延伸的方式。
在固定块部分112中钻有热电堆容纳孔112H。热电堆容纳孔112H与筒状部分111的内部空间连通。
在筒状部分111的内表面中形成有第一环状裂口部件111S。第二环状裂口部件112S安装在筒状部分111的第一环状裂口部件111S的前方侧上。
如图8中所示，形成在第一环状裂口部件111S中的圆形裂口(孔)的直径小于形成在第二环状裂口部件112S中的圆形裂口(孔)的直径。第一环状裂口部件111S和第二环状裂口部件112S限制红外线的通路，以使由红外线会聚透镜200L会聚的红外线可入射到热电堆10中。
据此，从外部通过红外线会聚透镜200L入射到头部100A中的红外线可在不会被头部100A中的各种部件(热电堆架110的内表面和后面描述的透镜架)反射的情况下入射到热电堆10的红外线接收部分11中。因此，只有直接从待测量对象物中辐射的红外线才能入射到红外线接收部分11中。
如图10中所示，将固定环120、热电堆10、以及固定后盖130顺序地插入到固定块部分112的热电堆容纳孔112H中。这样，如图8中所示，热电堆10被固定在热电堆架110中。
热电堆架110、第二环状切口部件112S、以及固定后盖130是用诸如铜、银、铝、铁或金等的高导热性和高导电性材料制成的。这可将热电堆10周围的温度保持得均匀，并且可使得热电堆10的内部温度基本等于热电堆架110、第二环状裂口部件112S、以及固定后盖130的温度。
甚至当从热电堆10的外围部件(热电堆架110、第二环状裂口部件112S等)中辐射的红外线入射到红外线接收部分11中时，CPU34也可根据热电堆10的内部温度计算外围部件的红外线量。另外，可以从入射到红外线接收部分11的所有红外线量中减去外围部件的红外线量。因此，可以精确地测量入射到红外线接收部分11的所有红外线量中仅来自待测量对象物的红外线量，因此可获得准确的测量温度。
另外，由于热电堆架110、第二环状开口部件112S、以及固定后盖130是用高导电性材料制成的，因此产生微弱输出信号的热电堆10可以通过各部件的接地而电屏蔽于外部电磁环境。
如上所述，固定环120被插入到热电堆容纳孔112H中。通过调节固定环120的形状和材料，可调节从热电堆架110到热电堆10的热传输条件以及热电堆10与红外线会聚透镜200L之间的距离。
如图8中所示，透镜架200和放大器连接隔套140被安装于具有热电堆10插入其中的热电堆架110上。
透镜架200和放大器连接隔套140以下述方式被安装在热电堆架110上。
图11示出了将透镜架200和放大器连接隔套140安装于热电堆架110上的状态。另外，图12示出了在完成将透镜架200和放大器连接隔套140安装于热电堆架110中之后的红外线会聚单元的外观。图13是沿图12的C-C线剖取的红外线会聚单元的剖面图。为了便于理解，图13以虚线示出了透镜架200的一部分。
如图11中所示，红外线会聚透镜200L通过透镜固定环210被安装在透镜架200的前端上。激光器支撑柱260(参考图8)和激光器支撑柱270沿Z方向以突出的方式形成在透镜架200的外表面上。激光器支撑柱260支撑激光二极管60，而激光器支撑柱270支撑激光二极管70。
而且，支架固定片201和202形成在透镜架200的后端处。透镜架200被安装在热电堆架110的筒状部分111上。这样，固定了热电堆架110和透镜架200。
此外，放大器连接隔套140安装在热电堆架110的后端上。放大器连接隔套140具有两个基板保持架141和142。基板保持架141和142用于支撑前置放大器基板20(参照图8和图12)。这样，完成了红外线会聚单元900的装配。
透镜架200和放大器连接隔套140是由诸如树脂等的材料制成的。特别是，当使用低导热性的树脂时，激光二极管60和70产生的热量难以被传输到透镜架200上。这可减少激光二极管60和70产生的热量向热电堆10的传输。
如图13中所示，在红外线会聚单元900中，热电堆10的多个端子10T与前置放大器基板20之间的距离J被缩短了。因此，可缩短热电堆10的端子10T与前置放大器基板20之间的配线长度。
如图8和图9中所示，红外线会聚单元900通过主框架300被固定在头壳体K内。主框架300用于支撑主基板30和电源基板40。
图14示出了将红外线会聚单元900安装在主框架300中以及将主基板30和电源基板40安装在主框架300上的状态。
如图14中所示，主框架300由四个支撑架301、302、303和304以及四个保持架305、306、307和308一体形成。四个支撑架301～304相互连接成基本为正方形的形状，而保持架305～308分别垂直地与各支撑架的接合点接合。
主基板30被安装在支撑架302和保持架305及306上，电源基板40被安装在支撑架304和保持架307及308上，并且红外线会聚单元900的热电堆架110被插入到由支撑架303和保持架306及307所形成的空间中。
红外线会聚单元900的热电堆架110被容纳在由支撑架301～304和保持架305～308所围绕的空间中。此外，红外线会聚单元900的基板保持架141和142(参照图11)被安装在保持架305和308上。
此外，连接基板50由主框架300固定。连接基板50电连接于头壳体K内固定于主框架300上的主基板30和电源基板40上。
另外，在主基板30、电源基板40和红外线会聚单元900固定于主框架300中的情况下，主基板30通过软线配线回路基板(未示出)电连接于前置放大器基板20上。
包含主基板30、电源基板40、连接基板50、主框架300和红外线会聚单元900的装配体被容纳在头壳体K内。此时，也进一步将热扩散部件90和激光二极管60和70安装在该装配体上。
图15示出了将图14的装配体容纳于头壳体K内的状态。图16示出了将激光二极管60和70安装于装配体800中的状态。
如图15和图16中所示，激光二极管60和70安装在装配体800中。将如下所述那样执行该操作。
将突出部分271形成为这样即，从透镜架200的激光器支撑柱270的端面延伸。如图16A中所示，激光器保持部件72通过连接部件71连接于突出部分271上。
连接部件71具有沿X方向的孔71X和沿Z方向的孔71Z。因此，如图16B中所示，连接部件71沿箭头R1的方向被可转动地安装于透镜架200的突出部分271上。
激光器保持部件72用于保持激光二极管70和激光透镜70L。如图16A中所示，在激光器保持部件72上形成有沿X方向延伸的突出部分72T。
据此，如图16B中所示，激光器保持部件72沿箭头R2的方向以可转动的方式被插入到连接部件71的孔71X中。因此，易于调节激光二极管70所产生的激光束的照射方向。
尽管在图16中未示出安装在激光器支撑柱260(参照图8)的连接部件61和激光器保持部件62，但是连接部件61和激光器保持部件62的结构与连接部件71和激光器保持部件72的结构相同。相似地，也将连接部件61和激光器保持部件62插入到激光器支撑柱260中。
上述热扩散部件90安装在具有激光二极管60和70的装配体800中。
在图15中的装配体800中，在主框架300的支撑架304与电源基板40之间具有空间SD，而在主框架300的支撑架302与主基板30之间具有空间SU。热扩散部件90的一个上表面90u和一个下表面90d分别被插入到空间SU和空间SD中。
另外，热扩散部件90设有与激光器支撑柱260对应的切除部分。在将热扩散部件90安装在装配体800上时，将热扩散部件90的上表面90u和下表面90d布置在透镜架200和激光二极管60、70之间。
因此，装配主体800的上表面、下表面、后表面和一个侧面由热扩散部件90覆盖，并且将热扩散部件90设置在热电堆架110与主基板30、电源基板40和激光二极管60、70中的每一个之间。
最后，具有热扩散部件90安装于其上的装配体800容纳在包含两个部件的头壳体K内。在头壳体K内的上述结构中，主基板30和电源基板40通过软线配线回路基板(未示出)分别与激光二极管60和激光二极管70电连接。
图17是用图8的激光二极管60和70指示测量位置的状态的视图。在以下的描述中，激光束L1和L2分别从头部100A的激光二极管60和70中发射出来。
例如，如图17A中所示，激光束L1指示测量位置SP的上端而激光束L2指示测量位置SP的下端。在这种情况下，使用者可容易地知道测量位置SP的范围。
另外，如图17B中所示，激光二极管60和激光二极管70的各出射角都被这样设定即，使激光束L1和激光束L2在测量位置SP的中心交叉。在这种情况下，使用者可容易地知道头部100A和测量位置SP之间的距离Q是否适当。
此外，如图17C中所示，激光二极管60和激光二极管70的各出射角都被这样设定即，使激光束L1和激光束L2在测量位置SP的中心交叉，并且同时使激光束L1和激光束L2展开具有预定宽度。在这种情况下，使用者可容易地知道头部100A和测量位置SP之间的距离Q是否适当，并且容易地知道测量位置SP的范围。
在根据本实施例的辐射温度计100中，由于图16A和16B中所示的头部100A的结构而使得可容易地调节激光二极管60和70所产生的激光束L1和L2的各个发射方向。另外，指示测量位置SP的方法也不限于图17A、17B和17C的示例。
第二实施例根据第二实施例的辐射温度计在以下几点上不同于第一实施例的辐射温度计100。另外，在根据本实施例的辐射温度计中，头部的外观形状与根据第一实施例的辐射温度计100的头部100A相同。
图18是根据第二实施例的沿YZ平面剖取的辐射温度计的头部的详细剖面图，并且该图相当于沿A-A线剖取的图7A的详细剖面图。图19是根据第二实施例的沿XZ平面剖取的辐射温度计的头部的详细剖面图，并且该图相当于沿B-B线剖取的图7B的详细剖面图。
如图18和图19中所示，在根据本实施例的辐射温度计的头部100A中，包含在头壳体K内的红外线会聚单元900的结构不同于在第一实施例中使用的红外线会聚单元900的结构。下面将描述用于本实施例的红外线会聚单元900的结构。
图20是示出了装配用于根据第二实施例的辐射温度计的头部100A的红外线会聚单元900的状态的视图。另外，在后面的附图(图20到图24)中，没有示出红外线会聚单元900的放大器连接隔套140(图18)和前置放大器基板20(图18)。
如图20中所示，热电堆架410具有前筒状部分411a、后筒状部分411b和固定块部分412。固定块部分412沿Y方向被形成为筒状。后筒状部分411b和前筒状部分411a以这样的方式一体形成即，从固定块部分412中平行于XZ平面的一个表面沿Y方向延伸的方式。
固定块部分412被形成为这样即，在沿XZ平面(参照图19)剖取的截面中，沿Z方向的厚度比沿X方向的厚度厚。固定块部分412沿Z方向的厚度比根据第一实施例的固定块部分112的厚度厚很多。
后筒状部分411b沿Y方向形成为基本上是筒状，其外径小于固定块部分412。与固定块部分412相似，后筒状部分411b也被形成为这样即，沿Z方向的厚度比沿X方向的厚度厚。后筒状部分411b沿Z方向的厚度比根据第一实施例的筒状部分111的厚度厚很多。
虽然前筒状部分411a沿Y方向形成为筒状，但其外径远小于后筒状部分411b。另外，前筒状部分411a被形成为具有均匀的厚度。
另外，在本实施例中，热电堆架410是用诸如铜、银、铝、铁或金等高导热性和高导电性材料制成的。
如上所述，由于热电堆架410的厚度相当厚，因此其具有比第一实施例的热电堆架110更高的热容量。
因此，当将热电堆10插入到热电堆架410中时，可将热电堆10附近的温度保持均匀，并且可使得热电堆10的内部温度等于后述的热电堆10的外围部件的温度。因此，使用热电堆架410可获得更精确的测量温度。
热电堆容纳孔412H设置在固定块部分412中。固定块部分412与前筒状部分411a和后筒状部分411b的内部空间连通。
如图20中的箭头F1所示，固定环420、热电堆10以及固定后盖430被顺序地插入到固定块部分412的热电堆容纳孔412H中。
如图20中的箭头F2所示，第一环状裂口部件411S和第二环状裂口部件412S被插入到前筒状部分411a和后筒状部分411b中。第三环状裂口部件413S沿Y方向安装在筒状部分411a的端部。
在这种状态下，将透镜架500安装在热电堆架410的前筒状部分411a上。将红外线会聚透镜200L安装在透镜架500的端部上。透镜架500在Y方向上的长度比第一实施例的透镜架200的长度短。
与第一实施例相似，将放大器连接隔套140安装在包含热电堆10及其外围部件的装配体内，并且通过放大器连接隔套140保持前置放大器基板20，完成红外线会聚单元900的装配(参照图18)。下面将详细描述红外线会聚单元900的内部结构。
图21是根据第二实施例的辐射温度计的红外线会聚单元900的侧视图(从X方向所看到的YZ平面图)和前视图，图22是根据第二实施例的辐射温度计的红外线会聚单元900的外观透视图。
图23是图22的红外线会聚单元900的沿D-D线剖取的剖面图，以及图24是由图23的虚线N示出的部分的放大剖面图。
如图21和22中所示，支架固定片501和502形成在透镜架500的后端，并且透镜架500通过支架固定片501和502固定在热电堆架410的端部上。
与第一实施例的透镜架200相似，透镜架500具有沿Z方向突出的激光器支撑柱560和激光器支撑柱570。
如图23中所示，在前筒状部分411a和后筒状部分411b的内表面中，从固定块部分412侧起顺序形成裂口突出部411T、第一节部411f和第二节部412f。
裂口突出部411T从后筒状部分411b的内表面中朝其中心突出，并且具有圆形裂口(孔)。
第一环状裂口部件411S安装在第一节部411f上。第二环状裂口部件412S安装在第二节部412f上。
第三环状裂口部件413S、第二环状裂口部件412S、第一环状裂口部件411S和裂口突出部411T的各圆形裂口(孔)按该顺序变小。
此外，在固定块部分412的热电堆容纳孔412H的前端处形成有后裂口部421S。该后裂口部421S中的裂口(孔)远小于裂口突出部411T的裂口。
这些第一环状裂口部件4115、第二环状裂口部件412S、第三环状裂口部件413S、裂口突出部411T以及后裂口部421S限制了红外线的通路，以使得由红外线会聚透镜200L会聚的红外线可进入热电堆10中。
这样，在本实施例中，由于五个裂口限制了红外线的通路，因此，通过红外线会聚透镜200L从外部入射到头部100A中的红外线可在不会被头部100A中的各种部件反射的情况下入射到热电堆10的红外线接收部分11中。因此，只有直接从待测量对象物中辐射的红外线可确实地入射到红外线接收部分11上。
如图24的放大剖面图所示，在热电堆容纳孔412H中，安装在后裂口部4215后部的固定环420形成为基本上是筒状。固定环420的后端略有些向内突出。以下，将该突出部分称作后突出部分420t。
热电堆10具有这样的结构即，具有圆形窗的金属盖16被安装在圆形基底15的一侧上，红外线接收部分11固定在圆形基底15的该侧上。多个端子10T从圆形基底15的另一侧沿Y方向延伸。
具有上述结构的热电堆10具有边缘10R，该边缘10R围绕作为圆形基底15与金属盖16的连接部分的圆形基底15的整个外周(参考图24和图20的虚线)。
这里，固定后盖430具有用于将热电堆10牢固地固定于其中的阶状部分432。
如上所述，当将固定环420、热电堆10以及固定后盖430顺序地插入到热电堆容纳孔412H中时，边缘10R被夹在固定环420的后突出部分420t与固定后盖430的阶状部分432之间并被固定在那里。
热电堆10的金属盖16被设置成用于覆盖红外线接收部分11。
因此，当位于红外线接收部分11的检测表面侧的金属盖16周围的温度发生变化时，在检测温度中可能存在误差。
金属盖16的局部温度变化易于在用于固定热电堆10的固定环420和金属盖16的接触部分中发生。
在本实施例的红外线会聚单元900中，固定环420和热电堆10的接触部分被局限于作为圆形基底15与金属盖16的接触部分的边缘10R。这可充分地抑制位于红外线接收部分11的检测表面侧的金属盖16中的局部温度变化，以及充分地抑制在检测温度中产生误差。
这里，与热电堆架410一体形成的后裂口部421S的圆形裂口被形成得小于金属盖16的圆形窗。
如上所述，根据固定环420和固定后盖430将热电堆10牢固地设置在热电堆架410内。因而，与金属盖16的圆形窗的形状无关，金属盖16内的红外线接收部分11的前表面KF侧的视角(参照图7)由后裂口部421S精确地设定。
与第一实施例相似，上述装配的红外线会聚单元900与主基板30、电源基板40、连接基板50以及主框架300一起作为装配体被安装在头壳体K内。这样，完成了根据第二实施例的辐射温度计100的头部100A的装配(参考图18和图19)。
另外，在该实施例中，将热电堆架410设置为不与热扩散部件90接触。因此，在其中插有热电堆10的热电堆架410与热扩散部件90之间存在空气层。该空气层用作绝热层。因此，主基板30、电源基板40和激光二极管60、70所产生的热量难以通过热扩散部件90被传输到热电堆架410和热电堆10上。
在本实施例中，第一环状裂口部件411S、第二环状裂口部件412S、第三环状裂口部件413S以及固定后盖430也是用诸如铜、银、铝、铁或金等高导热性和高导电性材料制成的。另外，在本实施例中，与第一实施例相似，可将热电堆10周围的温度保持均匀。
与第一实施例的透镜架200相似，上述透镜架500是用诸如树脂等低导热性材料制成的。这可使得难于将激光二极管60及70所产生的热量传输到透镜架500上。因而，激光二极管60及70所产生的热量难以被传输到热电堆10上。
在根据第一实施例和第二实施例的辐射温度计100中，头壳体K相当于壳体、前表面KF相当于第一表面、后表面KB相当于第二表面、上表面KU相当于第三表面、下表面KD相当于第四表面、侧面KS1相当于第五表面、侧面KS2相当于第六表面、以及红外线会聚单元KH相当于红外线通过单元。
另外，热电堆10相当于检测元件、第一信号放大器21和第二信号放大器22相当于第一回路、前置放大器基板20相当于第一基板、包含CPU34的回路相当于第二回路、主基板30相当于第二基板、包含电源回路41的回路相当于第三回路，以及电源基板40相当于第三基板。
此外，热扩散部件90和连接基板50的接地传导表面50G相当于热扩散部件、激光二极管60相当于第一光源、激光二极管70相当于第二光源、激光驱动回路37相当于第一驱动回路、以及激光驱动回路43相当于第二驱动回路。
CPU34相当于控制回路、指示灯36相当于指示元件、以及热电堆10与热扩散元件90之间的空气层，以及主基板30、电源基板40、和激光二极管60、70中的每一个与热扩散部件90之间的空气层相当于空隙。
本发明适用于检测从对象物中辐射的红外线能量。
在不脱离本发明的精神或保护范围的前提下，本领域的技术人员可对本发明所述的优选实施例作出各种修改和变形。因此，本发明其意在于覆盖与所附权利要求及它们的等同替代的保护范围一致的本发明的所有修改和变形。
权利要求
1.一种用于测量待测量对象物的温度的辐射温度计，包括壳体，其具有相互面对的第一和第二表面以及相互面对的第三和第四表面，并且在所述第一表面上包括红外线通过单元，从所述待测量对象物中辐射出的红外线通过所述红外线通过单元；检测元件，其设置于所述壳体内，用于检测已通过所述红外线通过单元的红外线能量；第一基板，其沿所述第二表面设置在所述壳体内，位于所述第二表面与所述检测元件之间，所述第一基板具有安装于其上的第一回路，所述第一回路用于放大所述检测元件的输出信号；第二基板，其沿所述第三表面设置在所述壳体内，位于所述第三表面与所述检测元件之间，所述第二基板具有安装于其上的第二回路，所述第二回路用于根据所述第一基板的第一回路给予的信号计算所述待测量对象物的温度；第三基板，其沿所述第四表面设置在所述壳体内，位于所述第四表面与所述检测元件之间，所述第三基板具有安装于其上的第三回路，所述第三回路用于向所述第一和第二回路提供电力；第一和第二光源，其设置在所述壳体内，用于向所述待测量对象物发射光线；以及热扩散部件，其设置在所述壳体内，其中，在所述壳体内形成红外线通路，所述红外线通路将红外线从所述红外线通过单元引导至所述检测元件，所述第一光源设置在所述红外线通路与所述第三表面之间，所述第二光源设置在所述红外线通路与所述第四表面之间，并且所述热扩散部件设置在所述红外线通路与所述第一光源之间、所述红外线通路与所述第二光源之间、所述第二基板与所述检测元件和所述第一基板中的每一个之间、以及所述第三基板与所述检测元件和所述第一基板中的每一个之间。
2.根据权利要求1所述的辐射温度计，其中，所述壳体还具有第五和第六表面，并且所述热扩散部件设置在所述第五表面与所述检测元件、所述第一基板和所述红外线通路中的每一个之间，以及设置在所述第六表面与所述检测元件、所述第一基板和所述红外线通路中的每一个之间。
3.根据权利要求1或2所述的辐射温度计，其中，在所述热扩散部件与所述检测元件和所述第一基板中的每一个之间，以及在所述热扩散部件与所述第二基板、所述第三基板、所述第一光源及所述第二光源中的每一个之间提供空隙。
4.根据权利要求1或2所述的辐射温度计，其中，所述第二回路包括第一驱动回路和控制回路，所述第一驱动回路用于驱动所述第一光源，所述控制回路用于根据所述第一回路给予的信号计算所述待测量对象物的温度，并且控制所述第一驱动回路。
5.根据权利要求3所述的辐射温度计，其中，所述第二回路包括第一驱动回路和控制回路，所述第一驱动回路用于驱动所述第一光源，所述控制回路用于根据所述第一回路给予的信号计算所述待测量对象物的温度，并且控制所述第一驱动回路。
6.根据权利要求4所述的辐射温度计，其中，所述第二回路包括指示元件，并且所述控制回路根据计算出的所述待测量对象物的温度控制所述指示元件。
7.根据权利要求5所述的辐射温度计，其中，所述第二回路包括指示元件，并且所述控制回路根据计算出的所述待测量对象物的温度控制所述指示元件。
8.根据权利要求4所述的辐射温度计，其中，所述第三回路包括用于驱动所述第二光源的第二驱动回路，并且所述控制回路控制所述第二驱动回路。
9.根据权利要求5所述的辐射温度计，其中，所述第三回路包括用于驱动所述第二光源的第二驱动回路，并且所述控制回路控制所述第二驱动回路。
10.根据权利要求6所述的辐射温度计，其中，所述第三回路包括用于驱动所述第二光源的第二驱动回路，并且所述控制回路控制所述第二驱动回路。
全文摘要
本发明公开一种辐射温度计。热电堆基本设置在辐射温度计的头部中心。前置放大器基板设置得靠近于所述热电堆。由高导热性材料制成的热扩散部件设置成围绕所述热电堆和前置放大器基板。主基板和激光二极管设置在头壳体的上表面与热扩散部件的上表面之间。电源基板和激光二极管设置在头壳体的下表面与热扩散部件的下表面之间。所述热电堆、前置放大器基板、主基板、电源基板和激光二极管都设置成不与热扩散部件相接触。
文档编号G01J5/16GK1800795SQ20061000023
公开日2006年7月12日 申请日期2006年1月6日 优先权日2005年1月7日
发明者鸟井友成, 吴哲庸 申请人:株式会社其恩斯