JPS6159447B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、オーブンレンジ等の食品から放射さ
れる赤外線を検出して食品の温度を検知する赤外
線温度検知装置において、赤外線検出素子に入射
する赤外線を断続するチヨツパのチヨツパモータ
として商用電源に同期して回転する同期モータを
用いた場合に、商用電源周波数が変つても出力の
レベルが変化しないようにした赤外線温度検知装
置に関する。

一般に、物体から放射される赤外線を検出して
物体の温度を検出する赤外線温度検知装置は、入
射赤外線量に応じた信号を出力する赤外線検出素
子、赤外線検出素子への入射赤外線を断続して赤
外線検出素子から連続的に出力されるようにする
チヨツパ、チヨツパを駆動するチヨツパモータお
よびチヨツパの位置を検出するフオトインタラプ
タ等により構成されており、また、チヨツパモー
タとしては、供給される商用電源に同期して回転
する同期モータが用いられ、通常、24極のもので
は、商用電源がそれぞれ100v／50Hzおよび
100V／60Hzの時に250rpmおよび300rpmの速度で
回転し、この時、チヨツパが３枚の羽根を有する
形状であるとすると、チヨツパ周波数は、商用電
源周波数が50Hzの時に（250×３）÷60＝12.5Hzと
なり、かつ60Hzの時に（300×３）÷60＝15Hzとな
る。すなわち、商用電源周波数に応じてチヨツパ
周波数が異なる。ところで、チヨツパ周波数と赤
外線検出素子の出力電圧とは、第１図に示すよう
な関係にあり、図から明らかなように、赤外線検
出素子の出力電圧は、チヨツパ周波数が低い程大
きくかつ高い程小さくなる。例えば、チヨツパ周
波数が12.5Hzの時には44mVとなり、かつ15Hzの
時には38mVとなり、チヨツパ周波数が12.5Hzの
時には、15Hzの時に比し赤外線検出素子の出力電
圧が約14％程高くなる。そして、この赤外線検出
素子の出力電圧が増幅等の信号処理を行なつたの
ち、物体の温度に対応する信号として出力される
が、この時の物体の温度と赤外線温度検知装置の
出力電圧とは、第２図に示すような関係になり、
同図にＡおよびＢでそれぞれ示す曲線は、チヨツ
パ周波数が12.5Hzおよび15Hzの時の特性を示す。
すなわち、商用電源周波数が異なることにより、
物体の温度に対する出力電圧のレベルが異なり、
不都合である。

本発明は、前記従来の問題点に留意し、赤外線
検出素子の信号処理系のバンドパスフイルタとし
てアクテイブフイルタを用いるとともに、前記バ
ンドパスフイルタの中心周波数を、電源周波数が
50Hzと60Hzの時のそれぞれのチヨツパ周波数の間
の周波数に設定することにより、電源周波数の違
いにより異なる赤外線検出素子の出力を、バンド
パスフイルタにより電源周波数に応ぞて増減し、
物体の同一温度に対しほぼ同一レベルの電圧を出
力するようにしたものであり、つぎにこの発明
を、その１実施例を示した図面とともに詳細に説
明する。

まず、本発明が適用されたオーブンレンジを、
その切断正面図を示した第３図により説明する
と、マイクロ波による電子レンジ加熱を行なう場
合、マグネトロン１のアンテナ２より発振された
マイクロ波が、導波管３を通つて給電口４からキ
ヤビテイ５内に供給され、このマイクロ波によ
り、キヤビテイ５内のターンテーブル６上に載置
された食品（図示せず）が加熱される。一方、ヒ
ータ加熱を行なう場合、ヒータ（図示せず）によ
り加熱された熱風が、断熱材７で被装されたノズ
ルケース８に内装されキヤビテイ５の天板５′に
装着されたノズル９により、キヤビテイ５内に送
り込まれ、食品に焦げ目がつけられる。また、前
述の食品への加熱時、モータ等の駆動源によりベ
ルト１０を介してプーリ１１が回転され、プーリ
シヤフト１１′に固着された連結体１２の突部１
２′が下面の凹部（図示せず）に嵌挿されたター
ンテーブル６が、キヤビテイ５の底部に設けられ
たローラ１３に支持されながら回転し、食品の加
熱むらや焦げ目むらが生じないようになつてい
る。

ところで、一般に、絶対温度より高い物体から
は、すべてその物体の温度に対応した赤外線が放
射されており、単位面積当りの放射赤外線量Ｗ
は、 Ｗ＝ε・σ・T⁴ の式で表わされる。但し、前式において、εは放
射率、σはステフアン・ボルツマンの定数、Ｔは
絶対温度をそれぞれ示す。

つぎに、この原理に基づいて構成されたこの発
明の食品の赤外線温度検知装置を、第３図および
第４図により説明する。すなわち、食品から放射
された赤外線が、キヤビテイ５の天板５′に取付
けられマイクロ波のほぼ遮断波長の長さに形成さ
れてマイクロ波が洩れないようになつているマイ
クロ波カツトオフパイプ１４を通過し、さらに、
天板５′上に固着された検知ボツクス台１５に取
り付けられている検知ボツクス１６に内設された
シールドケース１７の入射口１７′を介して、シ
ールドケース１７に内装されたタンタル酸リチウ
ム等の単結晶を用いた焦電形の赤外線検出素子１
８に入射し、赤外線の入射された赤外線検出素子
１８は、温度が変化して表面電荷に変化をきた
し、入射赤外線量に応じた信号を出力する。しか
し、赤外線検出素子１８の表面電荷は、ある時間
が経過すると中和して消滅するため、連続的に出
力を得るには、赤外線検出素子１８に入射する赤
外線を断続する必要がある。すなわち、赤外線検
出素子１８は断続光に対してのみ感応する。そこ
で、取付金具１９により商用電源に同期して回転
する同期モータからなるチヨツパモータ２０がシ
ールドケース１７の外側面に吊設されるととも
に、チヨツパモータ２０により回転されるチヨツ
パ２１が、マイクロ波カツトオフパイプ１４の開
口部１４′とシールドケース１７の入射口１７′と
の間に位置するよう設けられている。そして、チ
ヨツパ２１は同一幅の複数個の羽根が、放射状に
かつ羽根の幅と同一に等間隔に配設された形状に
なつている。したがつて、赤外線検出素子１８に
入射される赤外線は、一定周期の断続光となり、
食品から放射された赤外線とチヨツパ２１から発
する赤外線とが、一定時間毎に交互に赤外線検出
素子１８に入射される。

なお、第３図および第４図において、２２は赤
外線検出素子１８に接続された雑音防止用の貫通
コンデンサ、２３は検知ボツクス台１５に載置固
定されたソレノイドであり、赤外線検出素子１８
の動作時に給電されてプランジヤ２４を吸引す
る。２５はプランジヤ２４に固着されマイクロ波
カツトオフパイプ１４の端面を摺接してマイクロ
波カツトオフパイプ１４の開口部１４′を開閉す
るシヤツタ、２６はシヤツタ２５をマイクロ波カ
ツトオフパイプ１４の方向に付勢するスプリング
であり、赤外線検出素子１８が非動作状態になつ
てソレノイド２３への給電が停止された時、例え
ば、食品温度に達して赤外線検出素子１８が非動
作状態になつた時、食品を時間制御で加熱する時
または加熱動作が終了した時に、シヤツタ２５を
左方向に移動させてシヤツタ２５によりマイクロ
波カツトオフパイプ１４の開口部１４′を閉塞
し、食品から発生する水蒸気や炭化粒子が、マイ
クロ波カツトオフパイプ１４を通つて赤外線検出
素子１８に付着するのを防止する。２７はマイク
ロ波カツトオフパイプ１４の端面に突設されたシ
ヤツタ２５の位置決め用のストツパ、２８はチヨ
ツパ２１の両側に対置して取付金具１９に取り付
けられたチヨツパ２１の位置検出用のフオトイン
タラプタ、２９はフオトインタラプタ２８の近傍
に装着されその温度特性により検知ボツクス１６
内の温度を検出する温度補償用ダイオード、３
０，３１はそれぞれキヤビテイ５の吸気口および
排気口、３２はキヤビテイ５に連通された送風管
であり、プロワモータ（図示せず）により冷却風
が送風管３２を通じてキヤビテイ５内に送り込ま
れ、この冷却風が矢印で示す径路に流通して検知
用または制御用の各素子を冷却するとともに、赤
外線検出素子１８による赤外線の検出動作時、検
知ボツクス１６に送り込まれた冷却風が、マイク
ロ波カツトオフパイプ１４を通つてキヤビテイ５
内に送られ、このマイクロ波カツトオフパイプ１
４内の冷却風の流れにより、加熱された食品から
発生する水蒸気や炭化粒子等がマイクロ波カツト
オフパイプ１４を通つて赤外線検出素子１８に付
着するのを防止する。

つぎに、信号処理系を示した第５図において、
チヨツパ２１の回転により断続光となつた赤外線
が赤外線検出素子１８に入射されると、赤外線検
出素子１８に、自発分極により、食品とチヨツパ
２１との温度差に応じた振幅を有する交流信号が
発生し、この交流信号が、正の直流電源（＋
Vcc）、第1FET（F1）および第１、第２抵抗Ｒ
１，Ｒ２により、直流バイアスをかけられてシー
ルドケース１６から導出されたのち、第１コンデ
ンサＣ１により直流カツトされ、さらに、第１コ
ンデンサＣ１により得られる信号は微弱であるか
ら、第１演算増幅器OP１、帰還用の第３抵抗Ｒ
３およびゲイン決定用の第４、第５抵抗Ｒ４，Ｒ
５からなる第１増幅回路Ａ１により増幅され、そ
の後、第２演算増幅器OP２、ゲイン調整用の第
１、第２可変抵抗VR１，VR２、第２、第３コン
デンサＣ２，Ｃ３および第６ないし第10抵抗Ｒ６
〜Ｒ１０により構成されたアクテイブフイルタか
らなる狭帯域のバンドパスフイルタBPFを通るこ
とにより、赤外線のノイズおよび商用電源の誘導
ノイズがカツトされてＳ／Ｎ比が改善されるとと
もに、正弦波の信号波形に変換される。

一方、両端が限流用の第11抵抗Ｒ１１を介して
接地端子と負の直流電源−Vccに接続されたフオ
トインタラプタ２８の発光ダイオードＬの光が、
チヨツパ２１で断続され、この断続された光を受
光してフオトインタラプタ２８のフオトトランジ
スタFQがオンオフされる。すなわち、フオトイ
ンタラプタ２８によりチヨツパ２１の回転位置が
検出される。そして、フオトインタラプタ２８の
出力信号が、フオトトランジスタFQにダーリン
トン接続された第１トランジスタＱ１および第１
トランジスタＱ１のコレクタ抵抗である第12抵抗
Ｒ１２により増幅されたのち、ツエナダイオード
ZD、第２トランジスタＱ２および第13ないし第
15抵抗Ｒ１３〜Ｒ１５からなる波形整形回路WS
により波形整形され、さらに、同期整流器SRの
バイアス用の第16抵抗Ｒ１６を介して第2FET、
Ｆ２のゲートに印加され、一方、第2FET、Ｆ２
のドレインにはバンドパスフイルタBPFの出力信
号が印加されている。そして、同期整流器SRに
おいて、バンドパスフイルタBPFから入力された
正弦波信号が、波形整流回路WSからのチヨツパ
２１の位置検出信号により同期整流され、同期整
流器SRからは、食品温度がチヨツパ２１の温度
に比し高い場合に正の差電圧が第17抵抗Ｒ１７を
介して出力され、かつ食品温度がチヨツパ２１の
温度に比し低い場合に負の差電圧が出力される。
つぎに、同期整流器SRの出力信号が、第３演算
増幅器OP３、ゲイン決定用の第18抵抗Ｒ１８、
帰還用の第４コンデンサＣ４および第19抵抗Ｒ１
９により衆知の回路に構成された積分回路ICに
より積分されて直流レベルの信号に変換され、さ
らに、第４演算増幅器OP４、第３可変抵抗VR３
および第20ないし第22抵抗Ｒ２０〜Ｒ２２により
構成された第２増幅回路Ａ２により増幅され、出
力端子に、食品温度に対応した電圧が得られ、こ
の電圧に基づいてマグネトロン１の駆動が制御さ
れて加熱出力が制御される。

ところで、バンドパスフイルタBPFは、前述の
ように、赤外線のノイズおよび商用電源の誘導ノ
イズをカツトする目的で設けられるものであるか
ら、チヨツパ周波数に適合するよう設計されるの
が通常であり、また、CR回路に構成すると、入
力信号が微弱であるから誘導ノイズや外来ハムに
弱いため、フイルタ自体がゲインを有するアクテ
イブフイルタに構成されている。さらにまた、周
波数特性を示した第６図のように、バンドパスフ
イルタBPFの中心周波数_０は、チヨツパモータ
２０に供給される商用電源周波数が50Hzと60Hzの
時のそれぞれのチヨツパ周波数である12.5Hzと15
Hzの中点の13.75Hzに設定されている。したがつ
て、同図のａ点およびｂ点から明らかなように、
チヨツパ周波数が12.5Hzの時と15Hzの時とでは、
バンドパスフイルタBPFの出力にｃで示す差が生
じる。換言すれば、チヨツパ周波数が12.5Hzの時
と15Hzの時とでは、バンドパスフイルタBPFのゲ
インに差が生じ、この両ゲインの割合をα、商用
電源周波数が50Hzと60Hzの時のそれぞれの赤外線
検出素子１８の出力のゲインの割合をβとすれ
ば、α＝βとなるよう設定されている。したがつ
て、同一の食品温度に対し商用電源周波数が50Hz
の特と60Hzの時とで生じる赤外線検出素子１８の
出力電圧の差が、バンドパスフイルタBPFを通す
ことにより零となり、出力端子には、第７図に示
すように、電源周波数が異なつても同一温度に対
しては同一の電圧が得られる。

以上の説明から明らかな如く、本発明赤外線温
度検知装置によると、物体から放射される赤外線
を検出する赤外線検出素子と物体と赤外線検出素
子との間に配設されたチヨツパと、商用電源に同
期して回転する同期モータからなるチヨツパモー
タと、赤外線検出素子の出力信号が入力されたチ
ヨツパモータに供給する商用電源周波数が50Hzと
60Hzの時のそれぞれのチヨツパ周波数の間の周波
数に中心周波数が設定されたアクテイブフイルタ
からなるバンドパスフイルタとを備えることによ
り、チヨツパモータに供給される商用電源周波数
が50Hzと60Hzに異なつても、被測定物の物体の同
一温度に対し同一レベルの信号を得ることがで
き、温度の検出レベルが同一となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はチヨツパ周波数と赤外線検出素子の出
力電圧の関係図、第２図は従来の赤外線温度検知
装置の物体の温度と出力電圧の関係図、第３図以
下はオーブンレンジに適用した本発明の赤外線温
度検知装置の１実施例を示し、第３図はオーブン
レンジの切断正面図、第４図は第３図の要部の拡
大図、第５図は信号処理系のブロツク図、第６図
はチヨツパ周波数とバンドバスフイルタの出力の
関係図、第７図は物体の温度と出力電圧の関係図
である。 １８……赤外線検出素子、２０……チヨツパモ
ータ、２１……チヨツパ、BPF……バンドパスフ
イルタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 物体から放射される赤外線を検出する赤外線
   検出素子と、前記物体と前記赤外線検出素子との
   間に配設されたチヨツパと、商用電源に同期して
   回転する同期モータからなるチヨツパモータと、
   前記赤外線検出素子の出力信号が入力され前記チ
   ヨツパモータに供給する商用電源周波数が50Hzと
   60Hzの時のそれぞれのチヨツパ周波数の間の周波
   数に中心周波数が設定されたアクテイブフイルタ
   からなるバンドパスフイルタとを備えた赤外線温
   度検知装置。