JP2004301604A - 放射温度測定装置及び光学的測定装置 - Google Patents
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Abstract
【構成】測定対象に参照熱源から放射エネルギーを放射し、測定対象からの放射エネルギーを放射温度計で検出する。参照熱源が測定対象に放射するエネルギーの立体角の可変手段と、放射温度計の出力から放射率、温度を演算する演算手段とを設ける。鏡面反射成分反射率と拡散反射成分反射率から方向半球反射率を求めることにより、放射率、温度をその場測定する。
【選択図】図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、測定対象の放射率、温度を測定する放射温度測定装置に関するものである。また、算出された鏡面反射成分反射率、拡散反射成分反射率より、測定対象の表面粗さを測定する表面光学的測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、本件出願人による特許第3135088号にあるように、放射源から測定対象に放射する放射エネルギーの立体角を可変手段で変化させ、演算手段によりこのときの放射検出器の出力に基づき放射源が測定対象上の全空間を覆ったときの信号値を推定し、装置が大型化することがなく、簡易に測定対象の放射率、温度を演算するようにした放射温度測定装置がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記の放射温度測装置は、あらかじめ放射源と測定対象の立体角と、測定対象に対して対称位置に設けられた放射検出器の出力から得られる信号の関係(捕捉率特性)を求めておかねばならず、反射特性の異なる測定対象が混在する場合は、その異なる測定対象分の数の捕捉率特性を求めておかねばならなかった。また、測定中の測定対象がどの捕捉率特性に該当するかを演算手段に入力する必要があった。本発明は以上の点に鑑み、放射率が未知の測定対象の放射率、温度のその場測定が可能な高精度の能動形放射温度測定装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
この発明は、測定対象に放射エネルギーを放射する参照熱源と、測定対象からの放射エネルギーを検出する放射温度計と、前記参照熱源が測定対象に放射するエネルギーの立体角を可変する可変手段と、放射温度計の出力から放射率、温度を演算する演算手段を備え、鏡面反射成分反射率と拡散反射成分反射率から方向半球反射率を求めることにより、放射率、温度をその場測定する放射温度測定装置である。
【0005】
また、測定対象に放射エネルギーを放射する参照熱源と、測定対象からの放射エネルギーを検出する放射温度計と、前記参照熱源が測定対象に放射するエネルギーの立体角を可変する可変手段と、放射温度計の出力から表面粗さを演算する演算手段を備え、鏡面反射成分反射率と拡散反射成分反射率から表面粗さを求める光学的測定装置である。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、図1、図2を用いて実施の形態を説明する。図1はこの発明の実施の形態を示す構成説明図である。図1において1は放射エネルギーを、少なくとも4つの径の異なる開口を有する回転セクタである立体角可変手段3を介して、温度T、放射率εの測定対象5に放射エネルギーを放射する(削除)温度Tr、放射率εr≒1の参照光源1である。放射温度計2は参照熱源1と対称位置に設けられ、その出力から演算手段4が鏡面反射成分反射率と拡散反射成分反射率から方向半球反射率を求めることにより、放射率、温度をその場測定する。
【0007】
図2は参照熱源1が測定対象に放射するエネルギーの立体角の可変手段である回転セクタの平面図である。図1に示すモータ等の駆動手段301により回転軸9を中心として回転して、開口を参照熱源と測定対象間に位置させる。この実施例では参照熱源の放射エネルギーを遮断する全閉30の他に、4つの径の異なる開口が設けられている。開口の可変手段に他の手段、例えばカメラの絞りのような構造の手段も用いることも可能である。
【0008】
放射温度計2の出力から、放射率、温度の演算方法について説明する。測定対象5が参照光源1からの光を透過しない不透明体の場合、放射率ε、反射率rは次式の関係が成り立つ(キルヒホッフの法則)。
ε=1−r 式(1)
例えば第22回SICE学術講演会 予稿集191、192頁によると、鏡面拡散反射モデルでは、対称面で反射された放射は2つの成分からなると仮定する。1つは入射方向に対応する方向にだけ反射される鏡面反射成分であり、他方は半球空間に拡散的に反射される拡散反射成分である。方向半球反射率をrhとし、鏡面反射成分の反射率をrs、拡散反射成分の反射率をrdとすれば、次式(2)の関係にある。
rh=rs+rd 式(2)
【0009】
また、2方向反射率分布関数fは、f=kcosnθで近似されることが示されている(第22回SICE学術講演会 予稿集191、192頁)。ここでnとkは定数で、n=0は完全拡散面であり、鏡面反射の場合はn≫1である。
【0010】
回転セクタは、測定対象に対する立体角θiの穴が少なくとも4個と参照熱源を完全に遮断する全閉30(L0)が測定可能な部分を有するようにする。回転セクタが回転して、立体角θiを変化させたときの放射温度計の出力Liは以下の各式で表される。立体角θiは、θ1<θ2<θ3<θ4とする。
L0=εL(λ、T) 式(3)
L1=εL(λ、T)+(1−ε)・F(θ1)・εr・L(λ、Tr) 式(4)
L2=εL(λ、T)+(1−ε)・F(θ2)・εr・L(λ、Tr) 式(5)
L3=εL(λ、T)+(1−ε)・F(θ3)・εr・L(λ、Tr) 式(6)
L4=εL(λ、T)+(1−ε)・F(θ4)・εr・L(λ、Tr) 式(7)
?
Li=εL(λ、T)+(1−ε)・F(θi)・εr・L(λ、Tr) 式(8)
【0011】
また、F(θi)は次式(9)で表せる。
ここでF(θi)は全反射エネルギーに対する捕捉率、Fs(θi)は鏡面反射エネルギーに対する捕捉率、Fd(θi)は拡散反射エネルギーに対する捕捉率である。
【0012】
次に拡散反射率rdを求める演算方法を説明する。放射温度計の出力L2より、測定対象から放射された出力L0を除去し、参照熱源の放射エネルギーで割った値をρ2とすると、
以下同様に、
【0013】
式(13)の右辺第1項において、鏡面反射成分はθ2、θ3の立体角で捕捉率がほぼ同じであるので、
ρ3−ρ2≒rd{Fd(θ3)−Fd(θ2)} 式(14)
同様に、
ρ4−ρ2≒rd{Fd(θ4)−Fd(θ2)} 式(15)
【0014】
ここで、差の比DRdを
とすると、
θ2、θ3、θ4は既知であるので、cosndθで近似した場合の捕捉率の差の比DRdとndの関係はあらかじめ幾何学的計算で求めておくことができる。よって、
nd=G(DRd) 式(18)
ここでGは求めたndとDRdの関数である。
式(16)よりDRdは測定値より求まり、式(18)よりndを一義的に求めることができる。
【0015】
よって、
式(19)と式(14)から、
となりrdが求まる。
【0016】
一方、鏡面反射率rsはrd及びFd(θi)が求められているので、以下のようにして求めることができる。
【0017】
鏡面反射成分の捕捉率の比DRsをとすると、
ns=G(DRs) 式(24)
nsは鏡面反射のべき数である。よって、
となりrsが求まる。
rh=rs+rdであるから、ε=1−rhで放射率が求まる。よって、式(3)より
から温度Tを求めることができる。
【0018】
また、2方向反射率分布関数の近似式f=kcosnθのべき数nd、nsが得られることから、あらかじめ表面粗さとべき数nd、nsの関係を求めておけば、表面粗さの測定が可能である。
【0019】
【発明の効果】
以上の構成により、測定対象の反射特性をあらかじめ求めておいたり、測定中の測定対象がどの捕捉率特性に該当するかを演算手段に入力する必要なしに、個々の測定対象における放射率、温度のその場測定が可能となる。
【0020】
また、2方向反射率分布関数の近似式f=kcosnθのべき数nd、nsが得られることから、あらかじめ表面粗さとべき数nd、nsの関係を求めておけば、表面粗さの測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態を示す構成説明図
【図2】可変手段(回転セクタ)の平面図
【符号の説明】
1…参照熱源
2…放射温度計
3…可変手段
4…演算手段
5…測定対象。
Claims (2)
- 測定対象に放射エネルギーを放射する参照熱源と、測定対象からの放射エネルギーを検出する放射温度計と、前記参照熱源が測定対象に放射するエネルギーの立体角を可変する可変手段と、放射温度計の出力から放射率、温度を演算する演算手段を備え、鏡面反射成分反射率と拡散反射成分反射率から方向半球反射率を求めることにより、放射率、温度をその場測定する放射温度測定装置。
- 測定対象に放射エネルギーを放射する参照熱源と、測定対象からの放射エネルギーを検出する放射温度計と、前記参照熱源が測定対象に放射するエネルギーの立体角を可変する可変手段と、放射温度計の出力から表面粗さを演算する演算手段を備え、鏡面反射成分反射率と拡散反射成分反射率から表面粗さを求める光学的測定装置。
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JP2003093874A JP2004301604A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | 放射温度測定装置及び光学的測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003093874A JP2004301604A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | 放射温度測定装置及び光学的測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2004301604A true JP2004301604A (ja) | 2004-10-28 |
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ID=33406563
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2003093874A Pending JP2004301604A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | 放射温度測定装置及び光学的測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011079484A1 (de) * | 2011-07-20 | 2013-01-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und System zur Emissivitätsbestimmung |
WO2022091541A1 (ja) * | 2020-10-27 | 2022-05-05 | Jfeスチール株式会社 | 表面温度計測方法、表面温度計測装置、亜鉛系溶融めっき鋼板の製造方法、及び亜鉛系溶融めっき鋼板の製造設備 |
CN115265825A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-11-01 | 东北大学 | 内表面温度测量方法及装置、存储介质、终端 |
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2003
- 2003-03-31 JP JP2003093874A patent/JP2004301604A/ja active Pending
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JPWO2022091541A1 (ja) * | 2020-10-27 | 2022-05-05 | ||
JP7276515B2 (ja) | 2020-10-27 | 2023-05-18 | Jfeスチール株式会社 | 表面温度計測方法、表面温度計測装置、亜鉛系溶融めっき鋼板の製造方法、及び亜鉛系溶融めっき鋼板の製造設備 |
CN115265825A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-11-01 | 东北大学 | 内表面温度测量方法及装置、存储介质、终端 |
CN115265825B (zh) * | 2022-07-06 | 2024-04-16 | 东北大学 | 内表面温度测量方法及装置、存储介质、终端 |
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