用于无接触式确定温度的方法以及红外测量系统技术方案

所提出的用于无接触式确定表面（22）的温度、尤其无接触式确定表面（22）的温度分布的方法从以下红外测量系统（10，10a）出发：其至少具有：具有探测器阵列衬底（72）的红外探测器阵列（36）并具有多个测量像元，测量像元分别以第一热学导热能力λMP（120）连接到所述探测器阵列衬底（72）上，其中，所述测量像元（62）对于红外辐射是灵敏的并且分别提供测量信号，用于确定与入射的红外辐射的强度相关的温度测量值TMP（66），并且具有多个参考像元（64），所述多个参考像元分别以第二热学导热能力λBP（122）连接到所述探测器阵列衬底（72）上，并且所述多个参考像元分别提供测量信号，用于确定温度测量值TBP（68），并且其中所述方法至少包括以下步骤：确定多个参考像元（64）的温度测量值TBP（68）；确定多个测量像元（62）的温度测量值ΤΜΡ（66）；分别以像元所属的温度漂移分量Tdrift（46）来校正温度测量值ΤΜΡ（66）。根据本发明专利技术，所述参考像元（64）作为对于红外辐射基本上是不灵敏的盲像元来实现，其中，所述第二热学导热能力λBP（122）比所述第一热学导热能力λMP（120）更大，并且在使用温度测量值TBP（68）的情况下确定所述温度漂移分量Tdrift（46）。此外提出一种利用所述方法来运行的红外测量系统（10）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于无接触式确定温度的方法以及红外测量系统
本专利技术涉及一种用于无接触式确定表面的温度、尤其用于无接触式确定表面的温度分布的方法，以及一种相应的红外测量系统。
技术介绍
用于无接触式确定表面的温度、尤其用于无接触式确定表面的温度分布的设备和方法在现有技术中已知并且多样地得到应用，例如用于电路的安全性检查、用于机器流程中的故障查找或者用于标识在绝热和/或绝冷范围内的不充分的热隔离。红外温度计相对于传统的温度测量设备具有无接触式和快速的测量的优点并且尤其可以当待测量的区域仅仅能困难地达到或甚至完全不能达到时应用。借助红外敏感的温度计的温度测量在此基于对热辐射、也即尤其在3μm和50μm之间的波长范围内的红外辐射的探测，所述热辐射由每个物体根据其温度、尤其其表面温度以不同的强度来发射。从所发射的热辐射的借助温度测量设备所测量的强度可以确定进行发射的主体的表面温度。在现有技术中已知的红外温度计基本上可以区分为两种实施方式。第一种类型的设备、即所谓的点温度计典型地包括红外传感器、透镜和显示装置并且典型地具有锥状的、优选小的测量体积，从所述测量体积中证实热辐射。US6,659,639A1和US2009/0304042A1描述这种类型的设备和这种类型的测量设备的方法。相反，第二类型的红外温度计、即所谓的热图像摄像机典型地具有红外敏感的图像传感器、透镜系统以及屏幕并且类似于以可见光谱范围来工作的摄像机地允许检查在辐射光谱的红外范围中的物体并且在屏幕上作为所述物体的二维的、彩色编码的成像来输出。US2009/0302219A1和US7,652,251A1描述所述第二类型的设备和方法。由DE202013008745U1中已知一种热图像摄像机，所述热图像摄像机具有传感区域，所述传感区域具有传感像元，其中，在热图像摄像机的光程中布置有遮光板，所述遮光板借助其投影和/或借助其阴影将传感区域划分成包含至少一个所述传感像元的至少一个被遮暗区域和至少一个未被遮暗的区域。借助由至少一个被遮暗的传感像元确定的测量值和/或参考值，可以在没有至少暂时覆盖全部传感像元的快门（闭锁元件）的情况下执行热图像摄像机的偏移校正。此外，由DE102008041750A1已知一种用于传感器的经微结构化的、使电特性在其值方面取决于温度地进行改变的参考像元，所述参考像元与衬底热耦合，但相对于该衬底是电隔离的。在使用该参考像元的情况下，在一种用于运行温度传感器的方法中确定待测量的温度，其中，将参考像元考虑用于参考。
技术实现思路
本专利技术从一种用于无接触式确定表面的温度、尤其用于无接触式确定表面的温度分布的红外测量系统、尤其手持式热图像摄像机出发。根据本专利技术，所述红外测量系统具有：带有探测器阵列衬底的至少一个红外探测器阵列，以及具有：﹒多个测量像元，所述多个测量像元分别以第一热学导热能力λMP连接到探测器阵列衬底上，其中，所述测量像元对于红外辐射是灵敏的并且分别提供测量信号，用于确定与入射的红外辐射的强度相关的温度测量值TMP；﹒多个参考像元，其分别以第二热学导热能力λBP连接到所述探测器阵列衬底上，并且，所述多个盲像元分别提供测量信号，用于确定温度测量值TBP，其中，参考像元作为对于红外辐射基本上不灵敏的盲像元来实现，其中，第二热学导热能力λBP分别比所述第一热学导热能力λMP更大。此外，红外测量系统的评估设备被设立用于，执行根据本专利技术的用于无接触式确定表面的温度、尤其用于无接触式确定表面的温度分布的方法。所述方法基于一种用于无接触式确定表面的温度分布的红外测量系统、尤其手持式热图像摄像机，就如在下文中描述的那样。红外测量系统、尤其手持式热图像摄像机被设立用于，尤其无触碰地从测量区域探测在表面上辐射的热辐射。红外测量系统设置用于输出涉及表面的温度的信息。该信息可以有利地作为一个或多个温度说明或者作为温度分布、特别有利地作为由位置分辨地确定的多个温度说明组成的热图像来实现。“测量区域”理解为有限的几何区域，所述几何区域包括物体的小部分或区域的集合，所述小部分或区域的热辐射朝红外测量系统的方向离开物体并且由红外测量系统至少部分地检测。根据物体的材料而定、尤其根据物体对于红外辐射的透明度而定，小部分或区域可以由红外测量系统检测，所述小部分或区域不同远地位于物体中。除固体以外“物体”尤其也可以理解为流体、尤其液体和气体，其温度可以以类似的方式来测量。为了简化下面的描述，以“测量区域”尤其标记物体表面上的以下区域，所述区域基本上由测量体积和待检查的物体的表面之间的交集得出，其中所述测量体积即为以下体积，根据本专利技术的设备从所述体积中检测热辐射。但是，根据物体的材料特性而定，所述测量区域也可以包括来自物体的更深的层中的热辐射。红外测量系统、尤其手持式热图像摄像机具有至少一个红外探测器阵列以及评估设备。此外，在红外测量系统的一种实施方式中，红外测量系统可以具有光学系统、尤其进行成像的光学系统。光学系统设置用于，将在红外光谱中、优选在3μm和50μm之间的波长范围中的中等红外光谱中的从测量区域发射的热辐射投影到红外测量系统的从物体角度看布置在光学系统之后的红外探测器阵列的表面上。在红外测量系统的一种实施方式中，光学系统也可以设置用于，将测量区域的成像投影到红外探测器阵列的表面上，优选将测量区域的成像聚焦到红外探测器阵列的表面上。光学系统可以为此具有使热辐射转向、引导、聚束和/或在其他方面在空间传播中影响热辐射的光学部件，例如透镜、镜等。此外，在一种实施方式中，光学系统可以设置用于，在使用光学系统的情况下可变地调节、尤其无级地“可变焦地（zoombar）”调节位于表面上的测量区域的大小。“设置”在下文中应特殊地理解为“编程”、“设计”、“构想”和/或“配备”。将对象“设置”用于确定的功能尤其应理解为，所述对象在至少一个应用状态和/或运行状态中履行和/或实施确定的功能或设计用于履行该功能。红外探测器阵列用于检测从测量区域所辐射的并且被引导到红外探测器阵列的表面上的红外辐射，尤其是热辐射（注意：在该文中，概念“红外辐射”和“热辐射”同义地使用）。红外探测器阵列具有至少一个探测器阵列衬底以及多个测量像元和多个参考像元。在红外测量系统的一种实施方式中，所述红外探测器阵列例如作为硅传感芯片来实现，其作为探测器阵列衬底具有硅。所述测量像元分别布置在探测器阵列衬底的面向待检查的物体的表面上。测量像元对于从测量区域入射的红外辐射是灵敏的，其中，每个测量像元是辐射灵敏的、尤其是红外光灵敏的元件。对于红外光灵敏的元件的实力尤其是光电二极管、热辐射仪、热电传感器、P/N二极管、PIN二极管、雪崩光电二极管（APD）、(经调制的)CCD芯片和CMOS像元，但是也可以理解为是其他的、对于专业人员看来有意义的、例如基于硅传感器、铟镓砷化物传感器、硫化铅传感器、铟锑传感器、镉水银碲化物传感器、镓砷化物量子阱传感器、镉水银碲化物传感器等的红外光灵敏的元件。在红外测量系统的一种实施方式中，测量像元作为P/N二极管或所谓的热二极管来实现。测量像元设置用于检测来自红外范围、尤其在3μm和50μm之间的波长范围中的中等红外范围的辐射并且将所述辐射转换成测量信号、尤其电测量信号。每个测量像元以第一热学导热能力λM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于借助红外测量系统（10）无接触式确定表面（22）的温度、尤其用于无接触式确定表面（22）的温度分布的方法，其中，所述红外测量系统（10）至少具有：红外探测器阵列（36），所述红外探测器阵列具有探测器阵列衬底（72），并且﹒具有多个测量像元（62），所述多个测量像元分别以第一热学导热能力λMP（120）连接到所述探测器阵列衬底（72）上，其中，所述测量像元（62）对于红外辐射是灵敏的并且分别提供测量信号，用于确定与入射的红外辐射的强度相关的温度测量值TMP（66），并且﹒具有多个参考像元（64），所述多个参考像元分别以第二热学导热能力λBP（122）连接到所述探测器阵列衬底（72）上，并且，所述多个参考像元分别提供测量信号，用于确定温度测量值TBP（68），其中所述方法至少包括以下步骤：﹒确定多个参考像元（64）的温度测量值TBP（68）；﹒确定多个测量像元（62）的温度测量值ΤΜΡ（66）；﹒分别以像元所属的温度漂移分量Tdrift（46）来校正温度测量值ΤΜΡ（66），其特征在于，﹒所述参考像元（64）作为对于红外辐射基本上是不灵敏的盲像元来实现，其中，所述第二热学导热能力λBP（122）比所述第一热学导热能力λMP（120）更大，并且在使用温度测量值TBP（68）的情况下确定所述温度漂移分量Tdrift（46）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.30 DE 102016211821.81.一种用于借助红外测量系统（10）无接触式确定表面（22）的温度、尤其用于无接触式确定表面（22）的温度分布的方法，其中，所述红外测量系统（10）至少具有：红外探测器阵列（36），所述红外探测器阵列具有探测器阵列衬底（72），并且﹒具有多个测量像元（62），所述多个测量像元分别以第一热学导热能力λMP（120）连接到所述探测器阵列衬底（72）上，其中，所述测量像元（62）对于红外辐射是灵敏的并且分别提供测量信号，用于确定与入射的红外辐射的强度相关的温度测量值TMP（66），并且﹒具有多个参考像元（64），所述多个参考像元分别以第二热学导热能力λBP（122）连接到所述探测器阵列衬底（72）上，并且，所述多个参考像元分别提供测量信号，用于确定温度测量值TBP（68），其中所述方法至少包括以下步骤：﹒确定多个参考像元（64）的温度测量值TBP（68）；﹒确定多个测量像元（62）的温度测量值ΤΜΡ（66）；﹒分别以像元所属的温度漂移分量Tdrift（46）来校正温度测量值ΤΜΡ（66），其特征在于，﹒所述参考像元（64）作为对于红外辐射基本上是不灵敏的盲像元来实现，其中，所述第二热学导热能力λBP（122）比所述第一热学导热能力λMP（120）更大，并且在使用温度测量值TBP（68）的情况下确定所述温度漂移分量Tdrift（46）。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以时间间隔重复地、尤其有规律地、优选连续地或准连续地确定所述温度漂移分量Tdrift（46）。3.根据以上权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，为了确定所述温度漂移分量Tdrift（46），由所述参考像元（64）的温度测量值TBP（66）确定所述参考像元（64）的温度漂移行为mBP（102）。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，为了确定所述温度漂移分量Tdrift（46），将所述参考像元（64）的所述温度漂移行为mBP（102）作为所述参考像元（64）的初始的测量偏差TBP,offset（98）和所述参考像元（64）的温度测量值TBP（68）之间的比例常数来确定。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，为了确定所述温度漂移分量Tdrift（46），将所述参考像元（64）的所述温度漂移行为mBP（102）作为所述初始的测量偏差相对于所述参考像元（64）的老化影响的灵敏性（112）和所述参考像元（64）的温度测量值TBP（68）之间的比例常数来确定。6.根据权利要求3至5中任意一项所述的方法，其特征在于，为了确定所述温度漂移分量Tdrift（46），使测量像元（62）的温度漂移行为mΜP（100）与所述参考像元（64）的温度漂移行为mBP（102）处于数学关联性中，并且由所述数学关联性确定测量像元（62）的所述温度漂移行为mMP（100）。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，使所述测量像元62）的所述温度漂移行为mMP（100）同等于所述参考像元（64）的所述温度漂移行为mBP（102）。8.根据权利要求6或7中任意一项所述的方法，其特征在于，由测量像元（62）的所述温度漂移行为mMP（100）来确定所述温度漂移分量Tdrift（46）。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，由所述温度漂移行为mMP（100）来确定所述温度漂移分量Tdrift（46），其方式为，以作为所述温度漂移行为mMP（100）和相应的所述测量像元（62）的初始的测量偏差TMP,offset（96）的乘积的函数形式计算所述相应的测量像元（62）的所述温度漂移分量Tdrift（46）。10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，由所述温度漂移行为mMP（100）来确定所述温度漂移分量Tdrift（46），其方式为，以作为所述温度漂移行为mMP（100）和所述初始的测量偏差相对于相应的所述测量像元（62）的老化影响的灵敏性（110）的乘积的函数形式计算所述相应的测量像元（62）的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M弗兰克，V森茨，M巴德贾，A伦贝格，M克吕格，H迪特默，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE