[发明专利]红外温度测量及其稳定化

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2010年7月8日提交的、名为“INFRARED TEMPERATURE MEASUREMENT AND STABILIZATION THEREOF”、申请系列号No.61/362,623的美国临时专利申请的权益，还要求2011年7月7日提交的、名为“INFRARED TEMPERATURE MEASUREMENT AND STABILIZATION THEREOF”的专利申请号为No.13/178,077的美国专利申请的权益。上述申请的全部内容通过引用结合于此。

背景技术

红外（IR）温度传感器可监测红外光，然后该红外光被转换为电信号且最终转换为温度读数。在不使用特别设计的使得频谱可视的设备的情况下，人类不易于看到红外辐射的频谱。红外波的测量在从0.7到1000微米范围内被校准。如今，可使用红外温度传感器来测量几乎所有类型的移动部件或物体的温度，包括很多被相关车辆而使用。

一个最基本的IR温度传感器设计包括将IR能量聚焦在检测器上的透镜。该检测器可将所测得的能量转换为电信号，该电信号可以温度单位来显示。物体发射率与所捕捉的能量一起被用于将所测得的能量转换为温度。如今，更为复杂的传感器可被动地补偿环境温度变化以实现目标物体的准确测量。

IR传感器的一个非常有用的特征是在例如没有物理接触的情况下的测温能力。这个温度监测能力在其中物体处于运动中（如，在车辆应用中）的情况下是特别有用的。不幸的是，对于传感器的环境影响要求安装有保护性外壳等以保护传感器免于环境因素的影响。保护性外壳等包括随温度变化且对传感器的IR能量路径有所影响的材料，藉此使得难以作出准确和有效的温度测量。

相关于常规IR温度传感器，当IR传感器，如热电偶，承受传感区域或路径中的诸如较广范围的操作温度、温度变化率、或静态热梯度之类的热条件时，经常出现显著的测量误差。在传感元件和测量目标之间的路径中的任何IR可视的物体将传递能量值传感器以及阻碍由物体目标发射的热能量的一部分；导致准确的且低效的温度测量。

发明内容

以下提供了本创新的简化概述以提供对本创新的某些方面的基本理解。该概述不是本创新的广泛概览。它既不旨在标识本创新的关键/重要元素，也不旨在描绘本创新的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现本创新的一些概念，作为后面给出的更加详细的描述的序言。

此处公开且要求保护的创新，在其一个方面，包括红外（IR）温度测量与稳定化系统，以及与之相关的方法。该创新主动地稳定化IR传感器和目标物体之间路径中的物体的温度。采用温度监测器和控制器来调节至电阻性温度设备（RTD）的电源，藉此调节传送至该RTD的电流（和功率）。作为结果，对于变化，例如，环境温度的变化，可主动地稳定化IR可视物体的温度。

相关于传统红外（IR）温度传感器，当IR传感器，如热电偶，承受传感区域中的诸如较广范围的操作温度、温度变化率、或静态热梯度之类的热条件时，经常出现显著的测量误差。在传感元件和测量目标之间的路径中的IR可视的物体将传递能量值传感器以及阻碍由物体目标发射的热能量的一部分。根据本创新，维持中间介质（诸如光学透镜和保护窗）的热稳定，藉此允许它们的能量贡献是已知的且由测量系统准确地进行补偿。还有，经由RTD可稳定化传感区域内的其他元件，如，传感器外壳、基座等。

因此，通过主动稳定化关键的测量元件，本创新可给出显著减少的最终温度显示响应时间。通过以RTD结合温度控制元件和电路来主动地稳定化关键测量元件，可显著地被减少或消除温度补偿，包括传感器稳定态温度和变化率依赖性。

在其他方面，该创新被动地稳定化了传感器和目标物体之间路径中的物体的温度。在这些方面，经由将传感器导电地耦合至光学元件可完成被动热稳定化。

为了为实现上述及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述本创新的某些说明性方面。但是，这些方面仅仅是指示了可采用该创新的原理的各种方式中的若干种，并且本发明创新旨在涵盖所有此类方面及其等效方案。通过结合附图参考对本创新的以下详细描述，本创新的其它优点和新颖特征将变得显而易见。

附图简述

图1示出根据本创新的各方面，能实现元件稳定化的示例性红外（IR）温度传感器系统。

图2示出根据本创新的各方面的自加热温度传感器系统的示例性仰视图。

图3示出根据本创新的各方面的自加热温度传感器系统的示例性俯视图。

图4示出根据本创新的各方面，有助于温度稳定化的元件和电路的示例性电示意图。