DE29819056U1

DE29819056U1 - Infrared thermometer

Info

Publication number: DE29819056U1
Application number: DE29819056U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-10-26
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 1999-02-25
Anticipated expiration: 2008-10-27

Description

TERMEER STEINMEISTER & PARTNER GbRTERMEER STEINMEISTER & PARTNER GbR

PATENTANWÄLTE-EUROPEAN PATENT ATTORNEYSPATENT ATTORNEYS-EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Dr. Nicolaus tor Meer. Dipl.-Chem. Helmut Steinmeister, Dipl.-Ing.Dr. Nicolaus tor Meer. Dipl.-Chem. Helmut Steinmeister, Dipl.-Ing.

Peter Urner, Dipl.-Phys. Manfred WiebuschPeter Urner, Dipl.-Phys. Manfred Wiebusch

Gebhard Merkle, Dipl.-Ing. (FH)Gebhard Merkle, Dipl.-Ing. (FH)

Mauerklrcherstrasse 45 Artur-Ladebeck-Strasse 51Mauerklrcherstrasse 45 Artur-Ladebeck-Strasse 51

D-81679 MÜNCHEN D-33617 BIELEFELDD-81679 MUNICH D-33617 BIELEFELD

Case: P-0014GE Ur/Js/hoCase: P-0014GE Ur/Js/ho

26. Oktober 199826 October 1998

Chao-Wang ChenChao-Wang Chen

- 2-4F, No. 8, Lane 44- 2-4F, No. 8, Lane 44

Wan An Street
Taipei, Taiwan, Republik ChinaWan An Street
Taipei, Taiwan, Republic of China

InfrarotthermometerInfrared thermometer BeschreibungDescription

Die Erfindung betrifft ein Infrarotthermometer.The invention relates to an infrared thermometer.

Herkömmliche Thermometer vom Kontakttyp, wie Quecksilberoder elektronische Thermometer, leiden unter ihrer langsamen Ansprechgeschwindigkeit und ihrem unzweckdienlichen Gebrauch. Durch Anwenden einer Sensortechnik mittels Infrarotstrahlung ist jedoch seit einiger Zeit kontaktfreie Temperaturerfassung möglich.Conventional contact type thermometers, such as mercury or electronic thermometers, suffer from their slow response speed and inconvenient use. However, by applying a sensor technology using infrared radiation, contactless temperature detection has recently become possible.

Der menschliche Körper oder andere Objekte mit einer Temperatur über der absoluten Nulltemperatur (O K) emittieren Wärmestrahlung. Gemäß dem Wienschen Gesetz hat die maximale Strahlungswellenlänge den Wert Xmax == 2900/T, wobei Xmax in der Einheit m gemessen wird und T die absolute TemperaturThe human body or other objects with a temperature above absolute zero (O K) emit thermal radiation. According to Wien's law, the maximum radiation wavelength has the value Xmax == 2900/T, where Xmax is measured in the unit m and T is the absolute temperature

(K) ist. So liegt die maximale Wellenlänge menschlicher(K). The maximum wavelength of human

CHEN, Chao-Wang; P-0014GE «**··** ·» · "· J* ··,.·CHEN, Chao-Wang; P-0014GE «**··** ·» · "· J* ··,.·

Strahlung (35 - 40⁰C) bei ungefähr 8 - 10 it in der Infrarotzone. Radiation (35 - 40 ⁰ C) at approximately 8 - 10 it in the infrared zone.

Ferner kann gemäß dem Stefan-Boltzmann-Gesetz die Strahlungsenergie E durch die Gleichung E = &egr;&rgr;&Tgr;⁴ berechnet werden, wobei &egr; das Emissionsvermögen des Materials ist, wobei dieser Wert für die menschliche Haut z. B. 0,98 beträgt. Die Konstante &rgr; hat den Wert 5,67 &khgr; 10~⁸ W/m²(K)⁴.Furthermore, according to the Stefan-Boltzmann law, the radiation energy E can be calculated by the equation E = ερΔ ⁴ , where ε is the emissivity of the material, this value being 0.98 for human skin, for example. The constant ρ has the value 5.67 × 10~ ⁸ W/m ² (K) ⁴ .

Daher wird die von einem Sensor erfcisste Strahlungsenergie eines menschlichen Körpers oder eines Objekts q = ep (Tb⁴ - Ts⁴), wobei Tb die Temperatur des Körpers oder des Objekts ist und Ts die Umgebungstemperatur ist.Therefore, the radiant energy of a human body or an object detected by a sensor is q = ep (Tb ⁴ - Ts ⁴ ), where Tb is the temperature of the body or object and Ts is the ambient temperature.

Gemäß dieser Beschreibung kann die Temperatur eines Objekts mittels eines Sensors aufgrund der Strahlung des Objekts gemessen werden. Jedoch sollte in der Praxis eine sorgfältige Konstruktion hinsichtlich des Einleitens der Strahlung, des Abschirmens störender Strahlung sowie der Verstärkung des 0 Strahlungssignals gewählt werden, um ein korrektes Messergebnis zu erzielen.According to this description, the temperature of an object can be measured by a sensor based on the radiation of the object. However, in practice, careful design should be chosen with regard to the introduction of the radiation, the shielding of interfering radiation and the amplification of the 0 radiation signal in order to achieve a correct measurement result.

Zu Infrarot-Strahlungssensoren gehören hauptsächlich pyroelektrische Sensoren und Thermosäulensensoren. Für jeweils 5 unterschiedliche Sensoren oder unterschiedliche Erfordernisse hinsichtlich Genauigkeit oder des Messbereichs sind die Thermometerkonstruktionen ziemlich verschieden.Infrared radiation sensors mainly include pyroelectric sensors and thermopile sensors. For each 5 different sensors or different requirements regarding accuracy or measuring range, the thermometer designs are quite different.

Bei einem Thermometer mit pyroelektrischem Sensor, wie im US-Patent 4,797,840 offenbart, ist ein Verschluss erforderlich, um das Durchlassen von Infrarotstrahlung zum Sensor zu steuern. Die Anordnung des mechanischen Verschlusses erzeugt , im Betrieb Geräusche und wird leicht abgenutzt.In a thermometer with a pyroelectric sensor, as disclosed in US Patent 4,797,840, a shutter is required to control the passage of infrared radiation to the sensor. The mechanical shutter arrangement generates noise during operation and is easily worn.

5 Ohrthermometer unter Verwendung von Thermosäulensensoren5 Ear thermometers using thermopile sensors

CHEN, Chao-Wang; P-0014GECHEN, Chao-Wang; P-0014GE

sind in den US-Patenten 4,895,164 und 4,993,419 offenbart. Die Thermometer sind zusammen mit einem Thermistor in einer leitenden Wärmemasse montiert. Eine Gasumgebung mit niedriger Leitfähigkeit umgibt ein Wellenleiterrohr, das in der Wärmemasse vorhanden ist, um Strahlung in die Thermosäule einzuleiten. Dann erzeugt eine elektronische Einheit ein dem Strahlungssignal der Thermosäule und dem Umgebungstemperatursignal des Thermistors entsprechendes Ausgangssignal. Die Thermosäule und der Thermistor sind gesonderte Teile, die mit einem Epoxidharz guter Wärmeleitfähigkeit verbunden werden müssen. Daher ist der Herstellprozess kompliziert und teuer.are disclosed in U.S. Patents 4,895,164 and 4,993,419. The thermometers are mounted in a conductive thermal mass together with a thermistor. A low conductivity gas environment surrounds a waveguide tube present in the thermal mass to introduce radiation into the thermopile. Then an electronic unit generates an output signal corresponding to the radiation signal from the thermopile and the ambient temperature signal from the thermistor. The thermopile and thermistor are separate parts that must be bonded together with an epoxy resin of good thermal conductivity. Therefore, the manufacturing process is complicated and expensive.

Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, ein Thermometer mit einer Thermosäule anstelle eines pyroelektrischen Sensors als Strahlungssensor sowie ohne störenden Verschlussmechanismus zu schaffen.A first object of the invention is to provide a thermometer with a thermopile instead of a pyroelectric sensor as a radiation sensor and without an annoying locking mechanism.

Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, ein Thermometer unter Verwendung eines Thermosäulensensors zu schaffen, das in derselben Einheit einen Umgebungstemperatursensor enthält, um den Zusammenbau zu vereinfachen und besseres Ansprechverhalten zu erzielen.A second object of the invention is to provide a thermometer using a thermopile sensor which includes an ambient temperature sensor in the same unit to simplify assembly and achieve better response.

Eine dritte Aufgabe der Erfindung ist es, ein Thermometer zu schaffen, bei dem ein Wellenleiter des Sensors gut wärmeisoliert ist.A third object of the invention is to provide a thermometer in which a waveguide of the sensor is well thermally insulated.

Eine vierte Aufgabe der Erfindung ist es, ein Thermometer zu schaffen, bei dem ein Mikrochip so konzipiert ist, dass er Temperaturberechnungen und einschlägige Funktionen, insbesondere eine Kalibrierfunktion, ausführt.A fourth object of the invention is to provide a thermometer in which a microchip is designed to perform temperature calculations and related functions, in particular a calibration function.

Diese Aufgaben sind durch das Thermometer gemäß der Erfindung gelöst.These objects are solved by the thermometer according to the invention.

CHEN, Chao-Wang; P-OOHGE .**.CHEN, Chao-Wang; P-OOHGE .**.

t_t_

Weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen deutlich.
5Further objects and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings.
5

Fig. 1 ist eine perspektivische Schnittansicht eines Thermosäulensensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;Fig. 1 is a perspective sectional view of a thermopile sensor according to an embodiment of the invention;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Sondenbaugruppe in einem Thermometer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ;Fig. 2 is a sectional view of a probe assembly in a thermometer according to an embodiment of the invention;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Schaltungsanordnung eines Thermometers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;Fig. 3 is a block diagram showing a circuit arrangement of a thermometer according to an embodiment of the invention;

Fig. 4 ist ein detailliertes Schaltbild des Ausführungsbeispiels von Fig. 3;Fig. 4 is a detailed circuit diagram of the embodiment of Fig. 3;

Fig. 5 ist ein Beispiel eines LCD-Layouts für ein Thermometer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;Fig. 5 is an example of an LCD layout for a thermometer according to an embodiment of the invention;

Fig. 6 ist ein Flussdiagramm, das einen Kalibrierprozess mittels eines Mikrochips während der Herstellung eines Ther-5 mometers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht; Fig. 6 is a flow chart illustrating a calibration process using a microchip during the manufacture of a thermometer according to an embodiment of the invention;

Fig. 7 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Anordnung für manuelle Kalibrierung eines Thermometers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;Fig. 7 is an explanatory diagram showing an arrangement for manual calibration of a thermometer according to an embodiment of the invention;

Fig. 8 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Anordnung für automatische Kalibrierung eines Thermometers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
35Fig. 8 is an explanatory diagram showing an arrangement for automatic calibration of a thermometer according to an embodiment of the invention.
35

CHEN, Chao-Wang; P-OOHGE · JJ,. *i i . . · ..CHEN, Chao-Wang; P-OOHGE · JJ,. *i i . . · ..

Der in Fig. 1 dargestellte Sensor 1 verfügt über eine Thermosäule 13 und einen Umgebungstemperatursensor 12, wie einen Thermistor, die in einem Gehäuse 15 untergebracht sind, das an seinem Boden 10 vier Ausgangsstifte 11 aufweist. Die Thermosäule 13 und der Temperatursensor 12 sind auf einem Siliziumsubstrat 131 angeordnet, das den kalten Verbindungspunkt der Thermosäule bildet. Ein heißer Verbindungspunkt 13 2 ist dadurch thermisch gegen den kalten Verbindungspunkt 131 isoliert, dass eine extrem dünne selbsttragende Membran geätzt wurde. Eine Absorptionsfläche an der heißen Verbindungsstelle 132 wandelt eintreffende Strahlung, die durch ein Filterfenster 14 in das Gehäuse 15 eintritt, in Wärme um. Durch den Seebeckeffekt, wie er für herkömmliche Thermoelemente verwendet wird, wird eine Spannung proportional zur Strahlung erzeugt. Der Temperatursensor 12 liefert die Momentantemperatur eines temperaturempfindlichen Widerstands, die als Bezugstemperatur für den kalten Verbindungspunkt 131, d. h. das Sensorsubstrat, verwendet wird. Diese Doppelsensoreinheit sorgt für hohe Empfindlichkeit und hohes Sig-0 nal/Rauschsignal-Verhältnis. Es können einige handelsübliche Erzeugnisse gewählt werden, wie TPS 434 von Heimann oder TS 10060 von HL Planar.The sensor 1 shown in Fig. 1 comprises a thermopile 13 and an ambient temperature sensor 12, such as a thermistor, housed in a housing 15 having four output pins 11 at its bottom 10. The thermopile 13 and the temperature sensor 12 are arranged on a silicon substrate 131 which forms the cold junction of the thermopile. A hot junction 132 is thermally isolated from the cold junction 131 by etching an extremely thin self-supporting membrane. An absorption surface at the hot junction 132 converts incoming radiation entering the housing 15 through a filter window 14 into heat. The Seebeck effect, as used for conventional thermocouples, produces a voltage proportional to the radiation. The temperature sensor 12 provides the instantaneous temperature of a temperature sensitive resistor, which is used as a reference temperature for the cold junction 131, i.e. the sensor substrate. This dual sensor unit provides high sensitivity and high signal-to-noise ratio. Some commercially available products can be selected, such as TPS 434 from Heimann or TS 10060 from HL Planar.

Gemäß Fig. 2 umfasst die dort dargestellte Sonde 99 einen Außenmantel 90, der allgemein aus Kunststoff besteht, sowie eine darin befestigte Sensorbaueinheit. Der Sensor 1 ist mittels eines Halters 91 am Innenende eines Wellenleiterrohrs 92 befestigt. Der Halter 91 besteht vorzugsweise aus Metall, um die Temperaturdifferenz zwischen dem Rohr 92 und dem Sensor 1 zu minimieren. Das Wellenleiterrohr 92 besteht vorzugsweise aus Metall, und es ist mit Gold beschichtet, um sein Reflexionsvermögen hinsichtlich Wärmestrahlung zu verbessern. Das Rohr und die Sensorbaueinheit werden durch einen Abstandshalter 93 in einer konusförmigen Metallabschirmung 94 gehalten. Die Abschirmung 94 bildet eine WärmemasseAccording to Fig. 2, the probe 99 shown therein comprises an outer casing 90, which is generally made of plastic, and a sensor assembly mounted therein. The sensor 1 is mounted by means of a holder 91 at the inner end of a waveguide tube 92. The holder 91 is preferably made of metal in order to minimize the temperature difference between the tube 92 and the sensor 1. The waveguide tube 92 is preferably made of metal and is coated with gold in order to improve its reflectivity with regard to thermal radiation. The tube and the sensor assembly are held by a spacer 93 in a conical metal shield 94. The shield 94 forms a thermal mass

CHEN, Chao-Wang; P-OOHGECHEN, Chao-Wang; P-OOHGE

* i *—*- * i *—*-

zum Isolieren der Sensorbaueinheit gegen jede mögliche Wärmestrahlung mit Ausnahme derjenigen, die von einem Außenende des Rohrs 92 in dieses eintritt. Ferner sind Lufträume 98 zwischen dem Halter 91 und der Abschirmung 94, zwischen dieser und dem Rohr 92 sowie zwischen der Abschirmung und dem Außenmantel 90 vorhanden, um Doppelisolierfunktion zu erzielen, d. h., um die Wärmeisolierung zwischen den Komponenten zu erhöhen und das Signal/Rauschsignal-Verhältnis der Sondenanordnung zu verbessern. Es existiert eine am distalen Ende der Abschirmung 94 befestigte Filterlinse 95, um eine Verunreinigung des Rohrs 92 zu verhindern. Ferner ist eine wegwerfbare Abdeckung 96 vorhanden, die zu Hygienezwecken verwendet wird, wenn die Ohrtemperatur erfasst wird. Die Linse 95 und die Abdeckung 96 bestehen vorzugsweise aus Polyethylen oder Polypropylen. Signale des Sensors 1 werden zur Verarbeitung an eine PCB(Printed Circuit Board = gedruckte Leiterplatte)-Anordnung 120 cfeliefert.to isolate the sensor assembly from any possible thermal radiation except that entering the tube 92 from an outer end thereof. Air spaces 98 are also provided between the holder 91 and the shield 94, between the shield and the tube 92, and between the shield and the outer jacket 90 to provide a double insulation function, i.e. to increase the thermal insulation between the components and to improve the signal to noise ratio of the probe assembly. There is a filter lens 95 attached to the distal end of the shield 94 to prevent contamination of the tube 92. There is also a disposable cover 96 which is used for hygiene purposes when the ear temperature is sensed. The lens 95 and cover 96 are preferably made of polyethylene or polypropylene. Signals from sensor 1 are supplied to a PCB (printed circuit board) assembly 120 for processing.

Gemäß Fig. 3 werden Signale vom einstückigen Thermosäule- und Temperatursensor 1 mittels einer Verstärker- und Filterschaltung 2 verstärkt und gefiltert und dann durch einen Mikrochip 3 verarbeitet. Der Mikrochip 3 enthält Analog-Digital-Wandler 31 zum Umsetzen der Sensorsignale in digitale Signale; eine CPU mit einem ROM und einem RAM 32 zum Verarbeiten der digitalen Signale und zum Erzeugen von Messausgangssignalen, wobei eine Aktivierung durch einige Bedienungstasten 5 erfolgt, einen LCD-Treiber 33 für eine Anzeige des Messergebnisses mittels eines LCD 6/ sowie eine Kommunikationsschnittstelle 3 4 für Eingabe- und Ausgabezwecke hinsichtlich einiger peripherer Bauelemente 8 wie einer Kalibriervorrichtung oder einer Überwachungsvorrichtung. Die CPU mit ROM und RAM 32 ist speziell zum Berechnen der Temperatur aus den Eingangssignalen, zum Lesen und Schreiben von Systemparametern unter Verwendung eines EEPROM 4, zum Erzeugen 5 von Tonausgangssignalen an einen Summer oder Lautsprecher 7According to Fig. 3, signals from the integrated thermopile and temperature sensor 1 are amplified and filtered by an amplifier and filter circuit 2 and then processed by a microchip 3. The microchip 3 contains analog-to-digital converters 31 for converting the sensor signals into digital signals; a CPU with a ROM and a RAM 32 for processing the digital signals and generating measurement output signals, activated by some operation keys 5, an LCD driver 33 for displaying the measurement result by means of an LCD 6/, and a communication interface 34 for input and output purposes with respect to some peripheral devices 8 such as a calibration device or a monitoring device. The CPU with ROM and RAM 32 is specifically designed for calculating the temperature from the input signals, reading and writing system parameters using an EEPROM 4, generating 5 sound output signals to a buzzer or speaker 7

CHEN, Chao-Uang; P-OOHGE »'*·· " *I ! · &iacgr; ·*··*CHEN, Chao-Uang; P-OOHGE »'*·· " *I ! · &iacgr; ·*··*

und zum Kommunizieren mit den peripheren Bauteilen 8 konzipiert. and designed to communicate with the peripheral components 8.

Gemäß Fig. 4 werden Signale des Sensors 1, d. h. Signale vom Thermosäule- und Temperatursensor durch Operationsverstärker 21 bzw. 2 2 verstärkt, bevor eine Verarbeitung durch den Mikrochip 3 erfolgt. Zwei Tasten 51 und 52 werden dazu verwendet, Befehle "Einschalten" und dann "Auswählen" und "Ausführen" zu aktivieren. Zum Beispiel wird eine Funktion aus den folgenden ausgewählt und ausgeführt: "Erfassen der Ohrtemperatur", "Erfassen einer anderen Objekttemperatur", "Abspeichern der Temperatur" und "Abrufen der Temperatur aus dem Speicher". Wenn beide Tasten 51 und 52 betätigt werden, wird für weitere Auswähl- und Ausführungszwecke ein Zustand eingestellt, der für folgende Einstellungen dient: "Datum", "Zeit" oder "Anzeige in ⁰C oder ⁰F". Das LCD 6 zeigt die Betriebszustände. Nachdem die Tasten einige Zeit nicht betätigt wurden, geht die Einheit in einen Ruhezustand oder den abgeschalteten Zustand über. In den EEPROM 4 werden mittels des Mikrochips 30 Systemparameter eingeschrieben, und aus ihm gelesen, wie Messkalibrierfaktoren und Systembedingungen. Tonausgangssignale, die einige Systemzustände repräsentieren, wie Messbereitschaft oder Vorliegen des Messergebnisses, werden über den Lautsprecher 7 abgespielt. Ein Stiftkopf 34 wird als Verbindungsschnittstelle für den Mikrochip 3 zur Verbindung mit möglichen äußeren Bauteilen verwendet, wie mit einer Kalibriereinheit während des Herstellprozesses des Thermometers. Eine Spannungsversorgungsschaltung 100 stellt verschiedene Spannungen Vl, V2, V3 und 0 Va von einer Quelle Vn bereit, wie dargestellt. Ein Transistor Ql wird durch ein Steuerungssignal Ct vom Mikrochip 3 so gesteuert, dass das Ein- oder Ausschalten der Einheit ausgeführt wird.Referring to Fig. 4, signals from the sensor 1, i.e. signals from the thermopile and temperature sensors, are amplified by operational amplifiers 21 and 22 respectively before being processed by the microchip 3. Two buttons 51 and 52 are used to activate "power on" and then "select" and "execute" commands. For example, a function is selected and executed from the following: "detect ear temperature", "detect another object temperature", "store temperature" and "recall temperature from memory". When both buttons 51 and 52 are pressed, a state is set for further selection and execution purposes which is used for setting "date", "time" or "display in ⁰ C or ⁰ F". The LCD 6 shows the operating states. After the buttons are not pressed for some time, the unit goes into a sleep state or the power down state. System parameters such as measurement calibration factors and system conditions are written into and read from the EEPROM 4 by means of the microchip 30. Sound output signals representing some system states such as measurement readiness or presence of the measurement result are played through the loudspeaker 7. A pin head 34 is used as a connection interface for the microchip 3 for connection to possible external components such as a calibration unit during the manufacturing process of the thermometer. A power supply circuit 100 provides various voltages Vl, V2, V3 and 0 Va from a source Vn as shown. A transistor Ql is controlled by a control signal Ct from the microchip 3 to perform switching on or off of the unit.

5 Gemäß dem LCD-Layout von Fig. 5 verfügt das LCD 6 über Da-5 According to the LCD layout of Fig. 5, the LCD 6 has data

CHEN, Chao-Wang; P-0014GECHEN, Chao-Wang; P-0014GE

turns- und Zeitstellen 65, Funktionszeichen 61, 62, 63 und 64, Temperaturstellen 66, Zeichen 67 für ⁰C oder ⁰F, Zeichen 68 für Abtasten oder Registrieren sowie ein Zeichen 69 für "schwache Batterie".
5turn and time digits 65, function characters 61, 62, 63 and 64, temperature digits 66, character 67 for ⁰ C or ⁰ F, character 68 for scanning or recording and a character 69 for "weak battery".
5

Der Kalibrierprozess gemäß dem Flussdiagramm von Fig. 6, wie er während der Herstellung des Thermometers mittels des Mikrochips ausgeführt wird, kann die folgenden Abläufe umfassen: The calibration process according to the flow chart of Fig. 6, as carried out during the manufacture of the thermometer using the microchip, may include the following procedures:

a) Lesen eines Spannungswerts zum Einstellen eines Schwellenwerts für den Anzeigezustand "schwache Batterie";
b) Lesen mindestens zweier Paare von Daten für den Widerstand über der Temperatur, um eine Ansprechlinie des Temperatursensors zu erzeugen;a) Reading a voltage value to set a threshold for the low battery indication condition;
b) reading at least two pairs of resistance versus temperature data to generate a temperature sensor response curve;

c) Überprüfen des tatsächlichen Ansprechverhaltens des Temperatursensors, um die Ansprechlinie des Temperatursensors zu versetzen, falls erforderlich;c) Check the actual response of the temperature sensor, in order to relocate the response line of the temperature sensor if necessary;

d) Einlesen mindestens zweier Paare von Daten für die Spannung über der Temperatur, um eine Ansprechlinie der Thermosäule zu erzeugen; undd) reading at least two pairs of voltage versus temperature data to produce a thermopile response line; and

e) Prüfen des tatsächlichen Ansprechverhaltens der Thermosäule, um die Ansprechlinie der Thermosäule zu versetzen, falls erforderlich.e) Check the actual response of the thermopile, to relocate the thermopile response line if necessary.

5 Der Kalibrierprozess kann von Hand oder automatisch so abgeschlossen werden, wie dies unten beschrieben ist.5 The calibration process can be completed manually or automatically as described below.

Gemäß der Anordnung von Fig. 7 für manuelle Kalibrierung umfasst das Thermometer eine Sondenanordnung 99 und eine PCB-0 Anordnung 12 0, die den Mikrochip 3, den EEPROM 4, die Tasten 5, das LCD 6 und die Schnittstelle 34 enthält. Das Thermometer ist über die Schnittstelle 34 mit einer Eingabeeinrichtung 81 verbunden, die mehrere Bedienertasten 810 zum Eingeben von Kalibrierdaten aufweist. Für die Sonde 99 des Ther-5 mometers werden zumindest zwei Schwarzkörper-Strahlungsquel-According to the arrangement of Fig. 7 for manual calibration, the thermometer comprises a probe assembly 99 and a PCB assembly 120 containing the microchip 3, the EEPROM 4, the keys 5, the LCD 6 and the interface 34. The thermometer is connected via the interface 34 to an input device 81 which has a plurality of operator keys 810 for entering calibration data. At least two blackbody radiation sources are used for the probe 99 of the thermometer.

CHEN, Chao-Uang; P-0014GECHEN, Chao-Wang; P-0014GE

len 82 verschiedener Bezugstemperaturen, von denen jede aus einem wärmegeregelten Metallkörper 821, einem Heizer 822, einer Temperatursonde 824 für Regelung, einer Regelungseinheit 825 und einer Bedienkonsole mit Anzeige 826 besteht, verwendet, auf die zu zeigen ist, um die Bezugstemperaturen einzeln zu erfassen. Bei einer Steuerungsabfolge gemäß dem Mikrochip 3 überwacht der Benutzer die Anzeige auf dem LCD, die das Ansprechverhalten der Sensoreinheit in der Sonde 99 zeigt, und dann gibt er über die Tasten 810 und die Tasten 5 korrigierende Eingaben ein, um das Ansprechverhalten der Sensoreinheit zu kalibrieren. Danach werden die Kalibrierungsparameter unter Steuerung durch den Mikrochip 3 beim oben beschriebenen Kalibrierprozess gemäß Fig. 6 im EEPROM 4 eingespeichert.len 82 different reference temperatures, each of which consists of a heat-controlled metal body 821, a heater 822, a temperature probe 824 for control, a control unit 825 and a control panel with display 826, which is to be pointed at to detect the reference temperatures individually. In a control sequence according to the microchip 3, the user monitors the display on the LCD showing the response of the sensor unit in the probe 99 and then enters corrective inputs via the keys 810 and the keys 5 to calibrate the response of the sensor unit. Thereafter, the calibration parameters are stored in the EEPROM 4 under the control of the microchip 3 in the calibration process described above as shown in Fig. 6.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Anordnung für automatische Kalibrierung des Thermometers enthalten die Eingabeeinrichtung und die Schwarzkörper-Strahlungsquellen 82, wie sie hier verwendet sind, ferner jeweils einen Sendeempfänger 813, 828 sowie einen Codierer/Decodierer 814, 827. Jeder der Sendeempfänger kann eine nicht dargestellte Photodiode und einen Empfänger für eine optische Übertragungsstrecke verwenden, oder er kann andernfalls eine Funkübertragungsstrecke verwenden. Beim Ablauf der automatische Kalibrierung 5 steuert der Mikrochip 3 den Sendeempfänger 813 über den Codierer/Decodierer 814 so, dass er mit den Schwarzkörper-Strahlungsquellen 82 zusammenwirkt, um die Temperatur zu erfassen und die Ansprechverhalten sequentiell und automatisch zu korrigieren. Tasten 810 der Eingabeeinrichtung 81 werden 0 nur dazu verwendet, den Ablauf zu aktivieren oder aufzuheben. Der Sendeempfänger 813 und der Codierer/Decodierer 814 können auch in die PCB-Anordnung 12 0 des Thermometers eingebaut sein, so dass keine gesonderte Befestigung 81 erforderlich ist.
35In the arrangement for automatic calibration of the thermometer shown in Fig. 8, the input device and the black body radiation sources 82 as used here further include a transceiver 813, 828 and an encoder/decoder 814, 827, respectively. Each of the transceivers may use a photodiode and a receiver (not shown) for an optical transmission link, or may otherwise use a radio transmission link. During the automatic calibration 5 procedure, the microchip 3 controls the transceiver 813 through the encoder/decoder 814 to cooperate with the black body radiation sources 82 to sense the temperature and correct the responses sequentially and automatically. Keys 810 of the input device 81 are used only to activate or cancel the procedure. The transceiver 813 and the encoder/decoder 814 may also be incorporated into the thermometer PCB assembly 120 so that no separate mounting 81 is required.
35

CHEN, Chao-Wang; P-0014GE ,'*. **'*CHEN, Chao-Wang; P-0014GE ,'*. **'*

Da der Kalibrierprozess durch den Mikrochip 3 gesteuert ist, der einen EEPROM enthält, können der Kalibrierprozess und die Daten geeignet beschaffen sein, um höhere Genauigkeit und einen größeren Sicherheitsbereich für Messungen zu erzielen. Zum Beispiel gewährleisten mehrere Kalibrierpunkte um die Temperatur des menschlichen Körpers herum hohe Genauigkeit der Messung der Körpertemperatur, während andere Kalibrierpunkte im Bereich höherer oder niedrigerer Temperaturen dafür sorgen, dass das Thermometer auch in einem anderen Temperaturbereich arbeitet, wie von 0⁰C bis 100⁰C.Since the calibration process is controlled by the microchip 3, which contains an EEPROM, the calibration process and data can be appropriately designed to achieve higher accuracy and a larger safety margin for measurements. For example, several calibration points around the temperature of the human body ensure high accuracy of the measurement of body temperature, while other calibration points in the range of higher or lower temperatures ensure that the thermometer also works in a different temperature range, such as from 0 ⁰ C to 100 ⁰ C.

Claims

CHEN. Chao-Uang; P-DD14GE ► &diams; · · •&Igr;&igr; · · ' Claims

1. Infrared radiation thermometer with:

- a one-piece sensor unit (1);

- a metal shield (94) and an outer jacket (90) for covering an optical guide sensor by air spaces formed therebetween in order to ensure double insulation of the optical guide;

- a signal amplification and filtering device (2) for processing signals from the sensor to be processed by a microprocessing device (3) which has at least an A/D converter, a CPU, memory and an LCD driver to calculate temperature measurement results and generate output signals;

- an EEPROM (4) controlled by the microprocessor for registering system and calibration parameters, as they are to be used by the microprocessor; and

- an output device for outputting at least one temperature reading.

2. Thermometer according to claim 1, characterized in that the one-piece sensor unit (1) consists of a thermopile (13) and an ambient temperature sensor (12).

3. Thermometer according to one of the preceding claims, characterized in that the microprocessing device (3) further comprises a date and time signal unit for storing and retrieving measured values by means of the EEPROM together with date and time signals.

4. Thermometer according to one of the preceding claims, characterized in that the microprocessing device (3) further comprises a sound output device (7).

CHEN, Chao-Wang; P-OOKGECHEN, Chao-Wang; P-OOKGE

5. Thermometer according to one of the preceding claims, characterized by a communication interface for communication with external components, which include at least one calibration device.

6. Thermometer according to claim 5, characterized in that the calibration device has at least one blackbody radiation source (82).

7. Thermometer according to one of claims 5 or 6, characterized in that the microprocessing device (3) further comprises a calibration control device for carrying out at least one of the following sequences:

a) reading at least two pairs of resistance versus temperature data to generate an ambient temperature sensor response line;

b) Check the actual response of the ambient temperature sensor in order to offset its response line;

c) reading at least two pairs of resistance versus temperature data to produce a thermopile response curve;

d) Check the actual response of the thermopile in order to offset its response line.

8. A thermometer according to claim 7, characterized in that the calibration control means in the microprocessing device (3) further comprises a process for reading the voltage value of a battery to set a threshold value for indicating a low battery condition.

CHEN, Chao-Uang; P-OOHGECHEN, Chao-Uang; P-OOHGE

9. Thermometer according to one of claims 7 or 8, characterized in that the calibration control device operates via an input device connected to the microprocessing device (3) for entering calibration data and that at least two radiation sources (82) of different reference temperatures are present in order to provide radiation input into the sensor unit.

10. Thermometer according to one of claims 7 to 9, characterized by a data transmission and reception device (813, 828) by means of which the input device and the radiation sources (82) automatically communicate with each other.