專利名稱：溫度檢測(cè)系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及溫度斗企測(cè)系統(tǒng)和方法，特別涉及為了安全目的或
者為了控制照明和HVAC (加熱、通風(fēng)和空調(diào))，檢測(cè)區(qū)域中人是否存 在以使得這些特征僅在人存在時(shí)工作的系統(tǒng)。
2. 相關(guān)技術(shù)
為了減少家里和其它建筑物中的能量消耗，常常使用自動(dòng)系統(tǒng)來 控制照明和HVAC ("加熱、通風(fēng)和空調(diào)")，以使得這些舒適便利的特 征僅在人存在的時(shí)候工作。自動(dòng)系統(tǒng)采用傳感器來確定人的存在。通 常，使用某些類型的運(yùn)動(dòng)傳感器，包括電紅外(PIR)運(yùn)動(dòng)傳感器和主 動(dòng)多普勒運(yùn)動(dòng)傳感器(或者基于微波或者基于超聲波)。通常使用的傳 感器具有共同的特性它們被設(shè)計(jì)為檢測(cè)人的運(yùn)動(dòng)。
在大多數(shù)情況下(尤其在由HVAC系統(tǒng)控制氣候的戶內(nèi))，人比 周圍的對(duì)象(通常指墻壁、地板和天花板)更暖和。因?yàn)橛蓪?duì)象產(chǎn)生 的紅外(IR)輻射依賴于溫度，人通常比周圍的對(duì)象發(fā)射更多的紅外 (IR)輻射。這種IR輻射能夠由探測(cè)器監(jiān)控，探測(cè)器在8-14微米IR 波長范圍內(nèi)敏感。通常被稱為熱電紅外探測(cè)器的 一類IR探測(cè)器通過壓 電效應(yīng)起作用。入射到IRJ笨測(cè)器的檢測(cè)元件的IR輻射的變化引起該 元件的變形，并且隨后可測(cè)量的變化在該元件的兩"板"之間傳遞。 這類探測(cè)器是高靈敏度的探測(cè)器，但是僅針對(duì)輻射強(qiáng)度的變化，而不 針對(duì)絕對(duì)輻射強(qiáng)度。由于具有高靈敏度，熱電探測(cè)器廣泛用于運(yùn)動(dòng)傳 感器中。運(yùn)動(dòng)傳感器采用 一組或多組將輻射從視場(chǎng)導(dǎo)向IR探測(cè)器的光 學(xué)元件。當(dāng)人進(jìn)入和離開視場(chǎng)時(shí)，探測(cè)器分別報(bào)告IR輻射強(qiáng)度的變化， 首先從輻射較少的背景的IR輻射強(qiáng)度變化到輻射較多的人的IR輻射 強(qiáng)度，然后再回到背景的IR輻射強(qiáng)度。這一順序能夠由探測(cè)器解釋為起因于人的運(yùn)動(dòng)。由于熱電探測(cè)器不響應(yīng)靜態(tài)的輻射強(qiáng)度，因此這種 探測(cè)器就不能檢測(cè)到已經(jīng)停止移動(dòng)的人的繼續(xù)存在。
如上所述，運(yùn)動(dòng)傳感器不能夠完全有效地檢測(cè)人的存在。例如， 在住所中，人可能在移動(dòng)不足以由運(yùn)動(dòng)傳感器檢測(cè)到的情況下坐在椅 子中讀幾個(gè)小時(shí)的書。在商業(yè)樓中，會(huì)議可能在任何參會(huì)者都不顯著 移動(dòng)的情況下持續(xù)幾個(gè)小時(shí)。在這些情況下，自動(dòng)系統(tǒng)可能在人存在
的時(shí)候熄滅房間的照明或停用HVAC而造成較小的妨害。
其它探測(cè)器(例如熱電偶陣列)能夠測(cè)量靜態(tài)IR輻射強(qiáng)度。這些
探測(cè)器能夠用于檢測(cè)房間內(nèi)"較暖和"的對(duì)象(例如人)的靜態(tài)存在。 然而，它們相對(duì)于熱電探測(cè)器具有某些缺點(diǎn)，包括具有相對(duì)較高的成 本。因而它們不用于商用的人存在傳感器。
因此，需要一種減少或克服在上述常規(guī)系統(tǒng)中存在的這些嚴(yán)重問 題的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種用于檢測(cè)區(qū)域中的對(duì)象的溫度或相對(duì)溫度的系 統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)能夠用于檢測(cè)由升高的溫度的區(qū)域指示的人的存 在，或者筒單地用于通常的溫度測(cè)量或監(jiān)控目的。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，提出了一種溫度檢測(cè)系統(tǒng)，包括至少一個(gè) 紅外(IR)探測(cè)器；至少一個(gè)掃描光學(xué)組件，其被配置為穿越監(jiān)控區(qū) 域掃描所述探測(cè)器視場(chǎng)，由此所述IR探測(cè)器從所述監(jiān)控區(qū)域中的連續(xù) 對(duì)象接收IR輻射，當(dāng)穿越所述區(qū)域掃描所述探測(cè)器視場(chǎng)時(shí)所述對(duì)象位 于所述探測(cè)器的所述視場(chǎng)內(nèi)；信號(hào)處理模塊，其接收所述探測(cè)器的輸 出信號(hào)并被配置為產(chǎn)生所述監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的對(duì)象的相對(duì)溫度的輸出輪 廓。所述掃描光學(xué)組件可包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件，其被配置為將IR 輻射導(dǎo)向所述IR探測(cè)器；以及驅(qū)動(dòng)組件，其被配置為相對(duì)于所述探測(cè) 器移動(dòng)所述光學(xué)元件或者相對(duì)于所述光學(xué)元件移動(dòng)所述探測(cè)器，以穿 越所述監(jiān)控區(qū)域掃描所述探測(cè)器的所述視場(chǎng)。
所述IR探測(cè)器可以是熱電探測(cè)器，或者在其它實(shí)施方式中可以是 另一類型的IR探測(cè)器，例如熱堆探測(cè)器。所述IR探測(cè)器通常工作在8至14微米范圍，盡管在5至20微米的范圍內(nèi)它可以是靈敏的并且 在這一較寬的范圍內(nèi)可用于檢測(cè)IR輻射。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述掃描光學(xué)組件具有一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件， 例如被導(dǎo)向探測(cè)器并且安裝在底板上的鏡子，所述底板連接至驅(qū)動(dòng)組 件，以來回移動(dòng)所述組件，從而穿越所述監(jiān)控區(qū)域掃描所述探測(cè)器的 所述視場(chǎng)。在可選的實(shí)施方式中可使用 一個(gè)以上的探測(cè)器以穿越所述 區(qū)域掃描幾個(gè)視場(chǎng)，并且每個(gè)被掃描的視場(chǎng)創(chuàng)建不同的探測(cè)器信號(hào)。 在該情況中，能夠由信號(hào)處理模塊產(chǎn)生二維數(shù)據(jù)陣列或圖片。
熱電探測(cè)器響應(yīng)溫度級(jí)別的變化而不響應(yīng)靜態(tài)的輻射強(qiáng)度。同時(shí) 對(duì)穿越監(jiān)控區(qū)域掃描熱電探測(cè)器的視場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控，能夠確定所述區(qū)域 中的靜態(tài)對(duì)象的相對(duì)溫度。從相對(duì)層面考慮，可以將探測(cè)器的視場(chǎng)看 作是靜態(tài)的，將監(jiān)控存在的區(qū)域看作在視場(chǎng)中"滾動(dòng)(scrolled)"。監(jiān) 控區(qū)域中的對(duì)象可以是靜態(tài)的，但是它們?cè)谝晥?chǎng)中"滾動(dòng)"，探測(cè)器通 過監(jiān)控區(qū)域中的各個(gè)對(duì)象和特征(feature)之間的任何溫度差來創(chuàng)建 信號(hào)。在通常條件下，在建筑物屮以及建筑物周圍，所述區(qū)域中的人 可通過與周圍對(duì)象之間的溫度差來創(chuàng)建非常明顯的信號(hào)。由于人通常 比他們的背景發(fā)射更多的IR輻射，冋此人的存在將導(dǎo)致探測(cè)器輸出信 號(hào)中出現(xiàn)升高的點(diǎn)或級(jí)別，而不管他們是移動(dòng)的還是靜止的。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)包括發(fā)射已知的絕對(duì)IR輻射強(qiáng)度并 位于監(jiān)控區(qū)域中的至少 一個(gè)參考對(duì)象。溫度傳感器附接至參考對(duì)象并 連接至信號(hào)處理模塊，并且提供輸出以確定對(duì)象的IR輻射強(qiáng)度。然后 將所述IR輻射強(qiáng)度與通過掃描參考對(duì)象上的IR探測(cè)器產(chǎn)生的相對(duì)輻 射強(qiáng)度進(jìn)行比較來確定A r 。因而能夠確定區(qū)域中的所有對(duì)象的絕對(duì)輻 射強(qiáng)度而不僅僅是相對(duì)強(qiáng)度。IR探測(cè)器視場(chǎng)周期地指向參考對(duì)象以便 于僅從所述對(duì)象接收IR輻射。如果需要更高的精確度，則可將工作在 不同溫度的兩個(gè)參考對(duì)象置于所述區(qū)域內(nèi)，每個(gè)參考對(duì)象具有附接的 溫度傳感器。所述兩個(gè)參考對(duì)象共同提供參考溫度差，以用于探測(cè)器 相對(duì)溫度(Ar )測(cè)量的校準(zhǔn)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述IR探測(cè)器連接至增大探測(cè)器的頻率響應(yīng) 的頻率增強(qiáng)的放大器電路，以便允許快速地掃描。當(dāng)所述探測(cè)器是熱
10電探測(cè)器時(shí)，所述頻率增強(qiáng)的放大器可以是跨導(dǎo)放大器以增大常規(guī)熱電IR探測(cè)器的頻率響應(yīng)。可選地，所述頻率增強(qiáng)的放大器可以是AC 放大器高頻截止提升電路。AC放大器高頻截止提升電路可以以電壓 輸出模式與熱電探測(cè)器 一起使用，或者與另 一 類型的IR探測(cè)器(例如 熱堆探測(cè)器)一起使用。不時(shí)地將所述系統(tǒng)中的探測(cè)器掃過或?qū)虮O(jiān)控區(qū)域中的所有部 分。通過隨時(shí)間改變探測(cè)器與將輻射從所述監(jiān)控區(qū)域引向探測(cè)器的光 學(xué)元件之間的并置關(guān)系而引起所述探測(cè)器視場(chǎng)的移動(dòng)。當(dāng)所述傳感器 掃描監(jiān)控區(qū)域時(shí)，所述探測(cè)器通過監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的靜態(tài)對(duì)象和特征之間 的溫度差來創(chuàng)建信號(hào)。在探測(cè)器是響應(yīng)于溫度變化的熱電探測(cè)器的實(shí) 施方式中，探測(cè)器視場(chǎng)的掃描創(chuàng)建一類"運(yùn)動(dòng)"，允許它產(chǎn)生與監(jiān)控區(qū) 域中的靜態(tài)對(duì)象的相對(duì)溫度相關(guān)的信息。由于人通常比他們的背景發(fā) 射更多的IR輻射，因此即使不動(dòng)的人也能夠由該系統(tǒng)檢測(cè)到。在閱讀下面詳細(xì)的描述和附圖之后，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì) 本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將變得更顯而易見。


通過對(duì)附圖的研究可部分地得到本發(fā)明的細(xì)節(jié)，它的結(jié)構(gòu)和附圖，在附圖中，相同的標(biāo)號(hào)指相同的部件，其中圖1是根據(jù)第一實(shí)施方式的溫度檢測(cè)系統(tǒng)在第一方向的示意圖； 圖2是圖1的系統(tǒng)在與第一方向垂直的方向的示意圖； 圖3是根據(jù)另一實(shí)施方式的溫度檢測(cè)系統(tǒng)的示意圖； 圖4是用于前述實(shí)施方式中的溫度檢測(cè)系統(tǒng)中的跨導(dǎo)放大器電路的示意圖；圖5A是用于前述實(shí)施方式中的溫度檢測(cè)系統(tǒng)中的可選的AC放大 器電路的示意圖，其中，熱電探測(cè)器以電壓輸出模式連接至放大器電 路輸入端；圖5B圖示了代替熱電探測(cè)器連接至圖5A的放大器電路的輸入端 的熱堆探測(cè)器；圖5C圖示了與圖5A的AC放大器電路一起使用的IR探測(cè)器高頻截止的曲線圖；圖6A是用于前述實(shí)施方式的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的可選的AC放大器 電路的示意圖；以及圖6B圖示了與圖6A的AC放大器電路一起使用的IR探測(cè)器的 高頻截止的曲線圖。
具體實(shí)施方式
本文公開的某些實(shí)施方式提供了檢測(cè)溫度的系統(tǒng)和方法，或者用表示監(jiān)控區(qū)域中的位置已經(jīng)上升到危險(xiǎn)的溫度。例如本文公開了 一種 系統(tǒng)和方法允許使用紅外(IR)熱電探測(cè)器來感應(yīng)移動(dòng)或靜止的人的 存在。在閱讀了本說明書之后，在各種可選實(shí)施方式和可選應(yīng)用中實(shí)現(xiàn) 本發(fā)明的重要性對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將變得更加顯而易見。然而， 盡管本文描述了本發(fā)明的各種實(shí)施方式，但是可以理解這些實(shí)施方式 僅是通過實(shí)施例的方式給出的，而并非作為限制。因而，各種可選的 實(shí)施方式的詳細(xì)描述不應(yīng)該構(gòu)成對(duì)權(quán)利要求書指出的本發(fā)明的范圍或 廣度的限制。圖1和2示意性地圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的溫度檢測(cè)裝置或系 統(tǒng)15,溫度檢測(cè)裝置或系統(tǒng)15可用作檢測(cè)人是否存在的檢測(cè)系統(tǒng)， 以控制公用設(shè)施如照明或HVAC,或者用于入侵警報(bào)系統(tǒng)，或者可選 地簡單用于溫度監(jiān)控目的。探測(cè)器IO安裝在適當(dāng)?shù)耐鈿せ蛑?2內(nèi)， 并且與包括光學(xué)元件20的光學(xué)掃描組件相關(guān)聯(lián)。在該實(shí)施方式中，光 學(xué)元件安裝在可移動(dòng)的底板30上，可沿著預(yù)定的線性路徑來回驅(qū)動(dòng)底 板30，以貫穿監(jiān)控區(qū)域來回掃描4笨測(cè)器10的視場(chǎng)。在示出的實(shí)施方 式中，可移動(dòng)的底板30由驅(qū)動(dòng)設(shè)備70沿著接近探測(cè)器10的線路22 來回驅(qū)動(dòng)，從而將視場(chǎng)40內(nèi)的紅外(IR)輻射導(dǎo)引至探測(cè)器。外殼 12具有用于從監(jiān)控區(qū)域接收IR輻射的窗口 16。底板30由適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)或傳動(dòng)裝置70來回驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)或傳動(dòng)裝置 可以是線性的電磁電動(dòng)機(jī)等。當(dāng)?shù)装?0移動(dòng)時(shí)，根據(jù)來自光學(xué)元件的入射角和反射角，貫穿待監(jiān)控區(qū)域來回掃描視場(chǎng)40。外殼的窗口被定 位為沿著掃描路徑接收來自監(jiān)控區(qū)域中的對(duì)象的IR輻射，即，當(dāng)視場(chǎng)40穿越監(jiān)控區(qū)域掃描時(shí)。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述光學(xué)元件可以是一個(gè)或多個(gè)鏡子，例如衍射鏡、拋物柱面鏡或球面鏡，但是在可選的實(shí) 施方式中可使用其它的光學(xué)反射器件，例如一個(gè)或多個(gè)透鏡，該透鏡可以是衍射透鏡。該實(shí)施方式中的探測(cè)器IO可以是熱電IR探測(cè)器。 在另一實(shí)施方式中，探測(cè)器IO可以是另一類IR探測(cè)器，例如熱堆探 測(cè)器。盡管在圖示的實(shí)施方式中，光學(xué)元件來回移動(dòng)以穿越監(jiān)控區(qū)域掃 描探測(cè)器10的視場(chǎng)，^f旦是在可選的實(shí)施方式中，探測(cè)器10可沿著相 對(duì)于光學(xué)元件而言為直線的^各徑來回移動(dòng)以便于掃描^L場(chǎng)以及從監(jiān)控 區(qū)域的不同區(qū)域接收IR輻射。在可選的實(shí)施方式中，光學(xué)元件或探測(cè) 器的移動(dòng)路徑可以是曲線路徑或旋轉(zhuǎn)路徑而不是直線。探測(cè)器10連接至信號(hào)放大器電路50，信號(hào)放大器電路50被設(shè)計(jì) 為增大探測(cè)器的頻率響應(yīng)以允許更快的掃描和放大信號(hào)。在如圖4所 示的一個(gè)實(shí)施方式中所述放大器電路可以是跨導(dǎo)電路(這將在下文進(jìn) 行描述)，在其它的實(shí)施方式中放大器電路可以是AC放大器電路。圖 5A和6A圖示了可用作電路50的可選的AC放大器電路，該AC放大 器電路被設(shè)計(jì)為放大IR探測(cè)器輸出并且增大頻率響應(yīng)。所述放大器電路將輸出信號(hào)傳輸至處理模塊60，處理模塊60根 據(jù)時(shí)間和移動(dòng)的底板30的位置解析探測(cè)器信號(hào)，底板30的移動(dòng)由處 理模塊60通過傳動(dòng)或驅(qū)動(dòng)裝置70控制。掃描數(shù)據(jù)(隨時(shí)間/位置變化 的IR信號(hào))從處理模塊60輸出到數(shù)據(jù)輸出模塊62，數(shù)據(jù)輸出模塊62 可以是視頻顯示器輸出、打印機(jī)等。將任選的參考對(duì)象80和82置于 探測(cè)器外殼內(nèi)、視場(chǎng)40的來回掃描的盡頭?？蛇x地，這些對(duì)象可置于 監(jiān)控區(qū)域內(nèi)。溫度傳感器81和83可附接至參考對(duì)象80和82，并且 由處理模塊60監(jiān)控。處理模塊60還可控制加熱器84以將參考對(duì)象 82維-持在比參考對(duì)象80更高的溫度處。在可選的實(shí)施方式中，可省 略一個(gè)參考對(duì)象或兩個(gè)參考對(duì)象都被省略，尤其對(duì)于不需要絕對(duì)溫度輸出的監(jiān)控系統(tǒng)。處理沖莫塊60可包括用于確定人是否存在、檢測(cè)非常13高的溫度和/或使溫度分布數(shù)據(jù)格式化的算法，從而將該數(shù)據(jù)發(fā)送到顯 示器顯示為圖片并且由操作員解析。在圖2中，在垂直于圖2的頁面的掃描方向觀察探測(cè)器和光學(xué)元 件。該視圖示出了創(chuàng)建了視場(chǎng)40、 41和42的三個(gè)鏡子20、 21和22。 使用多個(gè)鏡子使得傳感器能夠掃描更大的區(qū)域而仍然采用由移動(dòng)的底 板30提供的簡單的一維運(yùn)動(dòng)。在可選的實(shí)施方式中，根據(jù)監(jiān)控區(qū)域的 大小可使用較多或較少數(shù)量的鏡子，在某些情況中可僅使用一個(gè)鏡子。 當(dāng)使用多個(gè)鏡子時(shí)，探測(cè)器的輸出是每個(gè)視場(chǎng)40、 41和42中的IR輻 射強(qiáng)度的組合。通過掃描監(jiān)控區(qū)域，基于在掃描路徑上從熱電探測(cè)器接收的輸出 信號(hào)，由處理模塊評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)的對(duì)象及特征(feature)的相對(duì)溫度。 通過進(jìn)一步任選地提供至少一個(gè)發(fā)出已知的絕對(duì)IR輻射強(qiáng)度的參考 對(duì)象，可確定監(jiān)控區(qū)域中的所有對(duì)象和特征的絕對(duì)IR輻射強(qiáng)度。在一 個(gè)實(shí)施方式中，參考對(duì)象是一塊材料，該材料具有已知的輻射系數(shù)， 并且具有連接至處理模塊的附接的溫度傳感器。所述溫度傳感器產(chǎn)生 與參考對(duì)象的IR輻射強(qiáng)度成比例的輸出信號(hào)。將參考對(duì)象置于探測(cè)器 外殼內(nèi)，從而在常規(guī)掃描的過程中，IR探測(cè)器的視場(chǎng)有時(shí)對(duì)準(zhǔn)參考對(duì) 象以便于僅從參考對(duì)象接收IR輻射。因此，在掃描過程中，探測(cè)器由 于其視場(chǎng)首先經(jīng)過第一參考對(duì)象、隨后又經(jīng)過監(jiān)控區(qū)域中的對(duì)象和特 征，因而連續(xù)產(chǎn)生信號(hào)。這些信號(hào)表示參考對(duì)象與監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的那些 對(duì)象和特征的IR輻射強(qiáng)度差和溫度差(在由掃描的對(duì)象的不同輻射系 數(shù)而導(dǎo)致的誤差內(nèi))。因此能夠按如下方法計(jì)算監(jiān)控區(qū)域中的對(duì)象的溫 度1. 在掃描參考時(shí)刻，獲得從參考對(duì)象讀取的穩(wěn)態(tài)(d/dtK))。2. 在掃描參考時(shí)刻，獲得參考對(duì)象的溫度(Tref)。3. 在任意其它時(shí)刻，對(duì)探測(cè)器信號(hào)求和(求dt的積分)；計(jì)算Ar。4. 求a:t與Tref的和以獲得在此時(shí)掃描的對(duì)象的溫度。 普通的熱電IR探測(cè)器的靈敏度可能沒有其它廣泛可用的溫度傳感器的靈敏度精確。對(duì)于需要更高靈敏度的情況，如圖1所示，可提 供兩個(gè)分離的參考對(duì)象80和82,每個(gè)參考對(duì)象工作在不同的溫度，每個(gè)參考對(duì)象具有附接的溫度傳感器。這兩個(gè)參考對(duì)象共同提供了參 考溫度差，用于傳感器的相對(duì)溫度(AT)測(cè)量的校準(zhǔn)。當(dāng)圖1和2的溫度檢測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)人是否存在時(shí)，通過識(shí)別和 "記錄，，處理模塊60的輸出中正在改變其位置坐標(biāo)的升高溫度的"點(diǎn)" 來檢測(cè)移動(dòng)的人，此時(shí)傳感器輸出"存在"信號(hào)。如果該點(diǎn)停止移動(dòng)， 則當(dāng)來回掃描探測(cè)器視場(chǎng)時(shí)該點(diǎn)仍被記錄為升高溫度的點(diǎn)，并且傳感 器繼續(xù)輸出"存在"信號(hào)，直到該點(diǎn)移出監(jiān)控區(qū)域。提供長期的"超 時(shí)"以在點(diǎn)長時(shí)間不移動(dòng)的情況下消除"存在，，信號(hào)，并彌補(bǔ)傳感器 錯(cuò)誤地記錄該,g的情況，這種情況例如實(shí)際上由于改變無生命的對(duì)象 的溫度而產(chǎn)生的。溫度檢測(cè)系統(tǒng)15還可用于常規(guī)的溫度測(cè)量應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施方式 中，該系統(tǒng)可用于例如發(fā)出信號(hào)表示監(jiān)控區(qū)域中的位置已經(jīng)到達(dá)危險(xiǎn) 溫度。這種情況會(huì)發(fā)生在住宅中，由于腐蝕和伴隨的高阻抗，電插座 上升到高溫，從而能夠引起火災(zāi)。該系統(tǒng)可連接至適當(dāng)?shù)木瘓?bào)器，當(dāng) 檢測(cè)到監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的位置的危險(xiǎn)高溫時(shí)激活該警報(bào)器。然后將輸出用 于確定已經(jīng)上升到高溫的對(duì)象的位置。盡管在上述實(shí)施方式中描述的IR探測(cè)器為熱電探測(cè)器，但是其它 類型的探測(cè)器也可適用于該熱電探測(cè)器，當(dāng)使用其它類型的IR探測(cè)器 例如熱堆探測(cè)器時(shí)，使用一個(gè)或多個(gè)參考對(duì)象對(duì)于提高圖l的系統(tǒng)的 精確度仍然有益。圖3圖示了在另一實(shí)施方式中可用于圖1的系統(tǒng)中的修改的探測(cè) 器和光學(xué)元件組件。在該實(shí)施方式中，幾個(gè)IRJ笨測(cè)器IO、 11和12用 于通過安裝在如先前的實(shí)施方式的來回移動(dòng)的底板30上的光學(xué)元件 20產(chǎn)生對(duì)準(zhǔn)各個(gè)探測(cè)器的視場(chǎng)44、 44和45,從而穿越監(jiān)控區(qū)域掃描 每個(gè)一見場(chǎng)?？梢圆捎靡粋€(gè)或多個(gè)光學(xué)元件20，光學(xué)元件20可以是拋 物柱面鏡或球面鏡。該系統(tǒng)與圖1的系統(tǒng)在其他方面是一致的。在圖 3的實(shí)施方式中，每個(gè)掃描的視場(chǎng)產(chǎn)生不同的探測(cè)器信號(hào)，從而能夠 由處理模塊60產(chǎn)生二維數(shù)據(jù)陣列(或"圖片")。該實(shí)施方式中的IR 探測(cè)器可以是熱電探測(cè)器或者可以可選地包括熱堆探測(cè)器或其它類型 的探測(cè)器。上述實(shí)施方式的任一個(gè)中的IR探測(cè)器可連接至頻率增強(qiáng)的放大器，例如在高頻截止-提升電路(cutoff-raising circuit)中的AC放大器。 如果IR探測(cè)器是熱電探測(cè)器，則頻率增強(qiáng)的放大器可選地可以是跨導(dǎo) 放大器。當(dāng)在上述實(shí)施方式中使用一個(gè)或多個(gè)熱電IR探測(cè)器時(shí)，這些 熱電IR探測(cè)器可被配置為跨導(dǎo)電路，與信號(hào)隨頻率增加而減少的常規(guī) 的IR探測(cè)器電路相比，隨頻率變化的跨導(dǎo)電路的信號(hào)響應(yīng)允許快速的 掃描。圖4圖示了適當(dāng)?shù)目鐚?dǎo)電路50的實(shí)施例。圖4的跨導(dǎo)電路包括跨導(dǎo)放大器90，跨導(dǎo)放大器90在它的輸出 端與負(fù)輸入端之間的反饋回^各中連接有電阻器RT。正輸入端連接有參 考電壓，放大器90的正輸入線與負(fù)輸入端之間連接有IR探測(cè)器10。 在該實(shí)施方式中，探測(cè)器10是熱電探測(cè)器。在該電路中，探測(cè)器元件中的電流流過電阻器RT并且產(chǎn)生信號(hào)電 壓。在該配置中，IR4笨測(cè)器僅有頻率響應(yīng)極限或截止頻率fc是它的熱 堆響應(yīng)。對(duì)于通常的熱電IR #果測(cè)器，該截止頻率為100Hz級(jí)別。可 使用其它跨導(dǎo)電路代替圖4中的跨導(dǎo)電路。圖5A圖示了用于連接至IR探測(cè)器IO的輸出端的AC放大器電路 中的可選的頻率增強(qiáng)的放大器。在該情況下，探測(cè)器10可以是如圖5 所示以電壓輸出模式連接的熱電探測(cè)器，或者可以是如圖5B所示連 接至放大器電路信號(hào)輸入端的熱堆探測(cè)器IOA。 AC放大器電路具有放 大器92，放大器92具有并聯(lián)連接在輸出端與負(fù)輸入端之間的反饋回 路中的電阻器Rf和電容器Cf,電阻器Rf和電容器Cf從負(fù)的放大器輸 入端串聯(lián)接地。在圖5A中，熱電IR探測(cè)器IO具有連接在探測(cè)器10 與放大器92的正(信號(hào))輸入端之間作為輸出電壓緩存器的場(chǎng)效應(yīng)晶 體管(FET) 94，而電阻器RraT被連接作為FET源負(fù)載電阻器。在圖 5B中，熱堆探測(cè)器10A直接連接至放大器92的正輸入端。圖5A的 AC放大器電路的其它部分在圖5B中被省略但是與圖5A所示的那些 元件一致。圖5C圖示了用于該電路IR探測(cè)器高頻截止fc。圖6 A圖示了用于連接至IR探測(cè)器的信號(hào)輸出端的可選的頻率增 強(qiáng)的AC放大器電路。如果IR探測(cè)器是熱電探測(cè)器，則在圖6A中， 它以圖5A中的電壓輸出模式配置被連接至放大器92的正放大器輸入端。如果IR探測(cè)器是另一類型的探測(cè)器(例如，熱堆探測(cè)器)，則如圖5B所示它被直接連接至放大器輸入端。除了圖5A中的元件以外， 圖6A的電路具有串聯(lián)在放大器92的負(fù)輸入端與地之間的附加的電阻 器Rr和電容器d'。在該情況下，如圖6B所示，截止頻率將從f;增大 到fh，放大器增益從fc增大至fh,其中簡單的微分電路也可以達(dá)到該增強(qiáng)效果。上述實(shí)施方式中的探測(cè)器和光學(xué)元件可以以多種方式配置，例如， 一個(gè)或多個(gè)元件的探測(cè)器與鏡子、透鏡或其它光學(xué)元件組合。此外， 存在許多可能的方法，隨時(shí)間改變探測(cè)器以及將來自監(jiān)控區(qū)域的輻射 引向探測(cè)器的光學(xué)元件的鄰接關(guān)系。還存在許多可能的掃描配置(例 如，在二維中掃描的單個(gè)探測(cè)器元件，在一維中掃描的一維多元件探 測(cè)器陣列)或者其它配置的實(shí)施方式。隨時(shí)間改變探測(cè)器和光學(xué)元件的并置關(guān)系(juxtaposition)以穿越監(jiān)控區(qū)域來回掃描探測(cè)器視場(chǎng)的方 法可以是轉(zhuǎn)動(dòng)、往復(fù)或其它驅(qū)動(dòng)機(jī)制。該并置關(guān)系的傳動(dòng)和控制可以 由電磁或其它裝置實(shí)現(xiàn)。得到的掃描數(shù)據(jù)(隨時(shí)間/位置變化的IR探 測(cè)器信號(hào))可被組織為輸出設(shè)備中的多種結(jié)構(gòu)之 一 ，例如笛卡爾坐標(biāo)、 極坐標(biāo)或另一種結(jié)構(gòu)。在任意情況中，數(shù)據(jù)能夠提供與監(jiān)控區(qū)域中的 不同溫度處的對(duì)象和特征相關(guān)的位置信息。在可選的實(shí)施方式中可使 用一個(gè)或多個(gè)熱電IR探測(cè)器或其它類型的IR探測(cè)器。溫度檢測(cè)系統(tǒng)可用于監(jiān)控區(qū)域中人是否存在以便于控制照明和/ 或HVAC僅當(dāng)人存在(無論人移動(dòng)還是靜止)時(shí)工作?？蛇x地，如上 所述，溫度檢測(cè)系統(tǒng)可用于監(jiān)控區(qū)域中的沒有生命的對(duì)象的溫度以在 任意對(duì)象(例如，電設(shè)備或開關(guān)出線器)到達(dá)危險(xiǎn)高溫度時(shí)產(chǎn)生警告， 在其它實(shí)施方式中，該系統(tǒng)可用于檢測(cè)入侵者，該入侵者在系統(tǒng)輸出 中看作高強(qiáng)度或在監(jiān)控區(qū)域移動(dòng)的溫度點(diǎn)。在后一種情況中，可將輸 出數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控房間的搖動(dòng)鏡頭/俯仰/變焦攝像機(jī)(pan/tih/zoom camera )，從而能夠?qū)⒃摂z像機(jī)導(dǎo)向高強(qiáng)度對(duì)象。提供了公開的實(shí)施方式的上述描述以使本領(lǐng)域的任意技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施方式的各種修改將對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù) 人員來說是顯而易見的，在不偏離本發(fā)明的精神或范圍的情況下能夠 將本文描述的普通原理應(yīng)用到其它實(shí)施方式中。可理解本文給出的描 述和附圖代表本發(fā)明當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方式，從而代表由本發(fā)明寬泛預(yù) 見的主題。還應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的范圍完全包括可對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員 來說變得顯而易見的其它實(shí)施方式，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求來限制。
權(quán)利要求
1.一種溫度檢測(cè)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)紅外(IR)探測(cè)器；光電掃描組件，其與所述IR探測(cè)器相關(guān)聯(lián)并且被配置為穿越監(jiān)控區(qū)域掃描所述IR探測(cè)器的視場(chǎng)，由此所述IR探測(cè)器接收來自于所述監(jiān)控區(qū)域中的連續(xù)對(duì)象的IR輻射，當(dāng)穿越監(jiān)控區(qū)域掃描所述探測(cè)器的視場(chǎng)時(shí)所述對(duì)象位于所述探測(cè)器的所述視場(chǎng)內(nèi)；頻率響應(yīng)增強(qiáng)的放大器，其與所述IR探測(cè)器相關(guān)聯(lián)，所述頻率響應(yīng)增強(qiáng)的放大器被配置為放大所述探測(cè)器的輸出并且增大所述探測(cè)器的頻率響應(yīng)；信號(hào)處理模塊，其接收所述頻率響應(yīng)增強(qiáng)的放大器的輸出，并且被配置為產(chǎn)生所述監(jiān)控區(qū)域中的對(duì)象的相對(duì)溫度的輸出輪廓。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述IR探測(cè)器是熱電IR探測(cè)器。
3. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述IR探測(cè)器是熱堆IR探測(cè)器。
4. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述放大器被配置在與所述 IR探測(cè)器相關(guān)并具有連接至所述信號(hào)處理模塊的輸出端的AC放大器 高頻截止提升電路中。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括搖動(dòng)鏡頭/俯仰/變焦攝像機(jī)， 用于監(jiān)控所述區(qū)域并具有與所述探測(cè)器的輸出相關(guān)聯(lián)的控制模塊，所 迷控制模塊將所述攝像機(jī)導(dǎo)向所述監(jiān)控區(qū)域中檢測(cè)到的任何高強(qiáng)度對(duì)
6.如權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)掃描組件包括至少一個(gè)光學(xué)元件以及驅(qū)動(dòng)設(shè)備，所述至少一個(gè)光學(xué)元件 被定位成將IR輻射從所述視場(chǎng)內(nèi)的監(jiān)控區(qū)域中的對(duì)象導(dǎo)引至所述IR 探測(cè)器，所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備被配置為產(chǎn)生所述光學(xué)元件與所述IR探測(cè)器之 間的相對(duì)移動(dòng)以穿越監(jiān)控區(qū)域掃描所述探測(cè)器的視場(chǎng)。
7. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述掃描組件還包括可移動(dòng) 地安裝的底板，所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備被配置為在預(yù)定路徑上驅(qū)動(dòng)所述底板， 所述光學(xué)元件安裝在所述底板上，以便當(dāng)所述底板沿著所述路徑移動(dòng) 時(shí)^v所述監(jiān)控區(qū)域的連續(xù)區(qū)域接收IR輻射。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)元件包括至少一個(gè) 反射鏡。
9. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)元件包括至少一個(gè)衍射鏡。
10. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)元件包括至少一個(gè)透鏡。
11. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)元件包括至少一個(gè)衍射透鏡。
12. 如權(quán)利要求7至11中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述路徑 是直線路徑，并且所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備被配置為沿著所述直線路徑來回驅(qū)動(dòng) 所述底板。
13. 如權(quán)利要求7至11中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述路徑 是曲線路徑，并且所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備被配置為沿著所述曲線路徑來回驅(qū)動(dòng) 所述底板。
14. 如權(quán)利要求7至11中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述路徑 是曲線路徑，并且所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備被配置為沿著所述曲線路徑轉(zhuǎn)動(dòng)所述 底板。
15. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)掃描組件包括可 移動(dòng)地安裝的底板，所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備被配置為在預(yù)定路徑上驅(qū)動(dòng)所述底 板，所述探測(cè)器安裝在所述底板上，用于當(dāng)所述底板沿著所述路徑移 動(dòng)時(shí)從所述監(jiān)控區(qū)域的連續(xù)區(qū)域接收由所述光學(xué)元件反射的IR輻射。
16. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，所述光學(xué)元件包括至少一個(gè)反射鏡。
17. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)元件包括至少一 個(gè)衍射鏡。
18. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)元件包括至少一 個(gè)透鏡。
19. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)元件包括至少一 個(gè)4汙射透鏡。
20. 如權(quán)利要求15至19中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述路 徑是直線路徑，并且所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備被配置為沿著所述直線路徑來回驅(qū) 動(dòng)所述底板。
21. 如權(quán)利要求15至19中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述路 徑是曲線路徑，并且所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備被配置為沿著所述曲線路徑來回驅(qū) 動(dòng)所述底板。
22. 如權(quán)利要求15至19中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述路徑是曲線路徑，并且所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備被配置為沿著所述曲線路徑轉(zhuǎn)動(dòng)所 述底板。
23. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述掃描組件具有多個(gè)光 學(xué)元件，用于將IR輻射從不同視場(chǎng)導(dǎo)向所述探測(cè)器，由此所述掃描組 件穿越所述監(jiān)控區(qū)域掃描所述不同視場(chǎng)。
24. 如權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，包括多個(gè)IR探測(cè) 器以及用于將不同視場(chǎng)導(dǎo)向相應(yīng)探測(cè)器的至少一個(gè)光學(xué)元件，所述信 號(hào)處理模塊被配置為基于來自所述探測(cè)器的所述輸出信號(hào)產(chǎn)生二維數(shù) 據(jù)陣列。
25. 如權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括位于所述 監(jiān)控區(qū)域中的至少一個(gè)參考對(duì)象，溫度傳感器被附接至所述參考對(duì)象 并具有提供給所述信號(hào)處理模塊的輸出，所述信號(hào)處理模塊被配置為 基于所述溫度傳感器的輸出確定所述對(duì)象的第一 IR輻射強(qiáng)度并且確 定通過掃描所述參考對(duì)象上的所述IR探測(cè)器產(chǎn)生的第二相對(duì)輻射強(qiáng) 度，由此所述IR輻射強(qiáng)度差能夠用于確定所述監(jiān)控區(qū)域中的對(duì)象的溫 度。
26. 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)掃描組件被配置
27. 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，還包括工作在不同溫度下并且位 于所述監(jiān)控區(qū)域中的間隔位置處的第 一參考對(duì)象和第二參考對(duì)象、附 接于所述第一參考對(duì)象的第一溫度傳感器、以及附接于所述第二參考 對(duì)象的第二溫度傳感器，其中每個(gè)溫度傳感器具有提供給所述信號(hào)處 理模塊的輸出。
28. 如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，還包括與所述第一參考對(duì)象相關(guān)聯(lián)的加熱器，由此將所述第一參考對(duì)象維持在比所述第二參考對(duì)象高 的溫度。
29. 如權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括外殼，所 述探測(cè)器、光學(xué)掃描組件和處理模塊位于所述外殼內(nèi)，所述外殼具有 用于傳輸IR輻射的窗口。
30. —種用于4企測(cè)監(jiān)控區(qū)域中的對(duì)象的相對(duì)溫度的方法，包括 穿越監(jiān)控區(qū)域重復(fù)地掃描至少一個(gè)紅外(IR)探測(cè)器的視場(chǎng)，所述IR探測(cè)器的輸出表示由所述監(jiān)控區(qū)域中的對(duì)象產(chǎn)生的IR輻射強(qiáng)度 的變化；通過接收所述探測(cè)器的輸出信號(hào)的頻率響應(yīng)增強(qiáng)的放大器，以增 強(qiáng)所述IRJ笨測(cè)器的頻率響應(yīng)；以及處理所述頻率響應(yīng)增強(qiáng)的放大器的輸出，以產(chǎn)生與所述監(jiān)控區(qū)域 中隨時(shí)間/位置變化的所述IR探測(cè)器的輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的掃描數(shù)據(jù)輸出。
31. 如權(quán)利要求30所述的方法， 在AC放大器高頻截止提升電路中。
32. 如4又利要求30所述的方法，探測(cè)器。
33. 如沖又利要求32所述的方法, 在AC放大器高頻截止提升電路中。其中，所述熱電IR探測(cè)器連接其中，所述IR探測(cè)器是熱堆IR其中，所述熱堆IR探測(cè)器連接
34. —種檢測(cè)監(jiān)控區(qū)域中的對(duì)象的相對(duì)溫度的方法，包括 貫穿監(jiān)控區(qū)域重復(fù)地掃描至少一個(gè)紅外(IR)探測(cè)器的視場(chǎng)，所述IR探測(cè)器的輸出表示由所述監(jiān)控區(qū)域中的對(duì)象產(chǎn)生的IR輻射強(qiáng)度的變化；處理所述IR纟笨測(cè)器的輸出，以產(chǎn)生與所述監(jiān)控區(qū)域中隨時(shí)間/位置變化的所述IR探測(cè)器的輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的掃描數(shù)據(jù)輸出；分析所述掃描數(shù)據(jù)輸出以識(shí)別所述監(jiān)控區(qū)域中的任何高強(qiáng)度對(duì)象；以及將搖動(dòng)鏡頭/俯仰/變焦攝像機(jī)導(dǎo)向所述監(jiān)控區(qū)域中的任何高強(qiáng)度 對(duì)象。
35. —種溫度^f金測(cè)系統(tǒng)，包括 至少一個(gè)紅外(IR)熱堆探測(cè)器；光學(xué)掃描組件，與所述熱堆探測(cè)器相關(guān)聯(lián)并且被配置為穿越監(jiān)控 區(qū)域掃描所述探測(cè)器的視場(chǎng)，所述熱堆探測(cè)器從所述監(jiān)控區(qū)域中的連 續(xù)對(duì)象接收IR輻射，當(dāng)穿越所述區(qū)域掃描所述探測(cè)器的視場(chǎng)時(shí)所述對(duì) 象位于所述4笨測(cè)器的所述碎見場(chǎng)內(nèi)；以及信號(hào)處理模塊，其接收所述探測(cè)器輸出信號(hào)并且被配置為產(chǎn)生所 述監(jiān)控區(qū)域中的對(duì)象的相對(duì)溫度的輸出輪廓。
全文摘要
一種用于檢測(cè)監(jiān)控區(qū)域中的對(duì)象的相對(duì)或絕對(duì)溫度的溫度檢測(cè)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)紅外(IR)探測(cè)器和用于將探測(cè)器視場(chǎng)內(nèi)的IR輻射引向紅外探測(cè)器的至少一個(gè)光學(xué)元件。掃描系統(tǒng)被配置為在光學(xué)元件與IR探測(cè)器之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，使得穿越監(jiān)控區(qū)域掃描探測(cè)器視場(chǎng)，以從監(jiān)控區(qū)域中的對(duì)象接收IR輻射。用于接收探測(cè)器輸出信號(hào)的信號(hào)處理模塊被配置為產(chǎn)生監(jiān)控區(qū)域中的對(duì)象的相對(duì)溫度的輸出輪廓。IR探測(cè)器可以是熱電探測(cè)器。
文檔編號(hào)G01J5/52GK101600947SQ200780045914
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
發(fā)明者埃里克·斯科特·米科 申請(qǐng)人:西榮科技有限公司