JP2004333129A - Reference heat source for electromagnetic wave test to infrared radiation measuring device, and method for testing thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、赤外放射計測機器の電磁波試験用参照熱源及びその試験方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、赤外放射計測機器の試験等における参照熱源としては、金属製高放射率の材料を電気ヒーター等により温度制御する「黒体炉」が使用されている。
例えば、特許文献1では放射温度計の校正用空洞形黒体炉として、炭素、銅、ステンレスなどの熱伝導率の良好な素材を使用し、この空洞形黒体の加熱手段として装置内のヒーターにより加熱したオイルが使用されている。空洞形黒体はこの加熱オイルに浸漬されている。
特許文献2では黒体炉を高純度のアルミナで作製し、その周囲を電気加熱ヒーターで囲み、電圧、電流、電力を制御して加熱制御する装置が記載されている。
また、特許文献3では錐状の炭素質棒状体を配列した黒体炉が記載されており、この炉の底部に発熱手段を設け、ニクロム線ヒーターや面状ヒーターで加熱する方法が採用されている。
【0003】
上記の電気加熱ヒーターを使用した従来技術における黒体炉の大きな問題点は、電気加熱ヒーターによる加熱及びその周辺の金属製機器により構成されているため、電磁波を乱すこととなる。
また黒体炉自身も電磁波の影響を受け、正常な温度制御が不能となり、電磁波試験を実施する上で、赤外放射計測機器を正当に評価することが出来ない。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−147162号公報
【特許文献2】
特開平7−270256号公報
【特許文献3】
特開平8−54285号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電気加熱ヒーターを使用する従来の問題に鑑み、電磁波の影響を全く受けない赤外放射計測機器に対する電磁波試験に使用する参照熱源及びその試験方法を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、赤外放射計測機器の電磁波試験に際し、電磁波の影響を全く受けないようにするためには、参照熱源である「黒体部」に電気加熱ヒーターを一切使用せず、また電磁波試験環境内に設置する機器に金属製材料を一切使用しないことによって達成できるとの知見を得た。
本発明は、この知見に基づいて、
1.疑似黒体源となる樹脂製のターゲット、ターゲットを加熱する流動性熱媒体、熱媒体を循環させる樹脂製の装置からなることを特徴とする赤外放射計測機器の電磁波試験用参照熱源
2.電磁波の影響を受ける範囲内の全ての試験機器において、金属材料又は電気回路を使用しないことを特徴とする上記1記載の参照熱源
3.樹脂製のホースにより熱媒体を循環させ、ターゲットを加熱することを特徴とする上記1又は2記載の参照熱源
4.赤外放射計測機器の電磁波環境試験装置として使用する上記1〜3のいずれかに記載の参照熱源
5.可視波長域において透明の樹脂を使用することを特徴とする上記1〜4のいずれかに記載の参照熱源
を提供する。
【0007】
さらに本発明は、
6.赤外放射計測機器の電磁波試験に際し、黒体源となる樹脂製のターゲットを参照用熱源とし、樹脂製の循環装置を使用して流動性熱媒体によりターゲットを加熱することを特徴とする赤外放射計測機器の試験方法
7.電磁波の影響を受ける範囲内の全ての試験機器に、金属材料又は電気回路を使用しないことを特徴とする上記6記載の試験方法
8.樹脂製のホースにより熱媒体を循環させ、ターゲットを加熱することを特徴とする上記6又は7記載の試験方法
9.電磁波の影響を受ける範囲外に設置した液体温度制御装置を使用して、加熱媒体の循環により温度制御を行うことを特徴とする上記6〜8のいずれかに記載の試験方法
10.透明の樹脂を使用することにより、監視用カメラ等による赤外放射計測機器の表示部の確認を容易とする上記6〜9のいずれかに記載の試験方法
を提供する。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の、赤外放射計測機器の電磁波試験用参照熱源は、図1に示すように、黒体源として樹脂製のターゲットを使用する。また、このターゲットを加熱するために流動性熱媒体(水、油等の液体)を使用し、熱媒体を循環させる循環装置には樹脂製ホース等を使用する。なお、ここで言う「樹脂」は電磁波の影響を受けない材質を保有し、高分子材料からなる樹脂を言う。
すなわち、本発明は電磁波の影響を受ける範囲内の全ての試験機器において、電気加熱ヒーター及び金属材料又は電気回路等の電磁波の発生源となる材料は一切使用せず、流体加熱によって黒体を加熱し参照熱源とする。
【0009】
これによって、耳式体温計、放射温度計、熱画像装置(サーモグラフ)等の赤外放射計測機器の電磁波試験用参照熱源として、精度の高い参照熱源とすることができる。
樹脂には、アクリル樹脂等の可視域において透明の樹脂を使用することができる。アクリル樹脂等の高分子材料は可視波長域では透明であるが、赤外放射計測機器が観測する赤外波長域では、強い赤外吸収特性を持つため、高放射率材料としての特徴を持つ。したがって、本発明においては黒化処理を行わずに熱放射源(擬似黒体)を実現することができる。
この点は非常に重要な点であり、本発明において初めて知見され、電磁波の影響を受けることなく赤外放射計測機器の試験が実現可能となった。
【0010】
また、このような透明の樹脂を使用することにより、監視用カメラ等による赤外放射計測機器の表示部の確認が容易となるという優れた効果もある。
なお、上記の通り、付加的な黒体化(黒化)処理は不要であるが、上記透明なアクリル樹脂等に黒化処理をすること自体は妨げるものではない。本発明においては、アクリル樹脂等からなるターゲットの面等に必要に応じて黒化処理することができる。本発明はこれらを全て包含するものである。
加熱媒体の循環には、長尺のホースを使用することができるので、液体温度制御装置を電磁波の影響を受ける範囲外に設置し、温度制御を行うことができる。本発明の装置は、測定波長域3〜20μmの赤外放射線測定に好適である。しかし、特定の測定波長域に限定されるものではなく、測定可能な範囲のものには全て適用できる。
【0011】
現在、耳式体温計に対する製品規格について、ヨーロッパでは現在作業中であるが、ヨーロッパ規格prEN12470−5内では電磁波試験を必須としており、アメリカ規格であるASTM規格E1965−98においても電磁波試験を必須としている。
また、日本では耳式体温計対するJIS規格は、まだ制定されていないが、当JIS原案は完成済みであり、これによると電磁波試験を必須としている。
本発明はこれらに直接的に適用可能であり、以上の動向からみても、電磁波試験が世界的に必要条件であるため、本発明は有用性が極めて高いと言える。
【0012】
次に、本発明の実施例、ターゲットの有無による電界の影響、ターゲットの輝度温度及びターゲットの安定性を調査した結果を説明する。
なお、これらの実施例等は本発明とその効果を容易に理解できるようにするための説明であり、本発明はこれらの説明に限定されるものではない。
したがって、本発明の技術思想に基づく変形、態様、及び他の実施例等はいずれも本発明に包含されるものである。
【0013】
(実施例)
耳式体温計の参照熱源を使用した実施(試験)装置を図1に示す。ターゲット1は外径約24mmφ、ホース2の長さは4.2mであり、材質にはいずれも透明アクリル樹脂を使用した。
参照熱源装置の構造は、図1に示すように筒型になっており、図2はその水平断面の説明図を示す。筒の内部、すなわちターゲット1の内側面に加熱液体(温水)が流れる構造となっている。
液体を加熱する装置(図示せず)が別途設置されており、ホース2に流れる液体の温度を制御する。これによって、参照熱源のターゲット1に温水が循環し、ターゲット1の中心が暖められる。
熱画像装置を用いて温度分布を確認したところターゲットの中心の温度が最も高いことが確認できた。図3にターゲット1の温度分布を示す。直径1.86mmの範囲において、p−pが0.1°Cであった。
【0014】
(ターゲットの有無による電界の影響の調査)
アンテナ3の高さは、アンテナ3の中心を基点に約1.5mに設置した。アンテナ3の向きは水平と垂直のそれぞれについて行った。アンテナ3とターゲット1、電界センサー4、耳式体温計5の間隔はそれぞれ約3mとした。
電界の影響の調査として、まずターゲット1を置かない状態における電界の状態について測定した。このときのアンプの出力値をモニターした(図4)。
次に、ターゲット1を設置した状態のおける電界の影響について測定した。電界センサー4の位置は、耳式体温計5の設置位置と同じ位置に設置した(図5)。
次に、ターゲット1を設置した状態で、耳式体温計5も設置し、できるだけ耳式体温計5の近くに電界センサー4を置き、電界の影響について測定(アンプの出力値をモニター)した(図6)。
以上については、周波数範囲:26〜1000MHz、周波数ステップ方式:等比10%、滞在時間:20秒として測定を実施した。
上記の結果に基づく水平アンプ出力値を図7に、垂直アンプ出力値を図8に示す。いずれもアンプの出力値が大きく変化することがなく、本実施例のターゲットを置くことによる電界の乱れが無いことが確認できた。
【0015】
(ターゲットの輝度温度の調査)
耳式体温計を用いて輝度温度を確認するために、4型式の異なる耳式体温計において輝度測定を行った。その結果を表1に示す。表1から明らかなように、各々の耳式体温計における輝度温度及び測定のばらつきにおいて、大きな差が見られなかった。したがって、本ターゲットは分解能0.1°Cをもつ耳式体温計に対して試験を行う場合に、十分な性能を持っていることが確認できた。
【0016】
【表1】
【0017】
(ターゲットの安定性の調査)
耳式体温計(分解能0.01°C)を用いて、時間間隔10分毎の輝度温度を測定し、1時間の安定性を調べた。この結果を図9に示す。
図9から明らかなように、1時間(60min)において、試験対象としている耳式体温計が分解能0.1°Cに対して、p−pが50mK程度の変動であることから、本ターゲットは十分な安定性を持っていると言える。
【0018】
【発明の効果】
本発明は、参照熱源として、樹脂製の容器、ターゲット、流体加熱等を用い、電気加熱ヒーターを一切使用せず、また周辺の機器に金属製材料を使用しないことによって、電磁波の影響を全く受けないようにすることができる精度の高い赤外放射計測機器の電磁波試験用参照熱源とし、それを用いて電磁波試験を行うことができるという優れた効果を有する。また、アクリル樹脂等の透明の樹脂を使用することによって、監視用カメラ等による赤外放射計測機器の表示部の確認を容易とする効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】耳式体温計の参照熱源を使用した実施(試験)装置の説明図である。
【図2】筒型参照熱源装置の水平断面説明図である。
【図3】熱画像装置によるターゲットの温度分布を示す図である。
【図4】アンプの出力値をモニターする場合の、電界センサーのみを設置し、ターゲットを置かない状態の説明図である。
【図5】アンプの出力値をモニターする場合の、電界センサーとターゲットを設置した状態の説明図である。
【図6】アンプの出力値をモニターする場合の、ターゲット、耳式体温計、該耳式体温計の近くに電界センサーを置いた場合における説明図である。
【図7】水平アンプ出力値を示す図である。
【図8】垂直アンプ出力値を示す図である。
【図9】耳式体温計(分解能0.01°C)を用いて、時間間隔10分毎の輝度温度を測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
1.ターゲット
2.液体を流動させるホース
3.アンテナ
4.電界センサー
5.耳式体温計[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a reference heat source for an electromagnetic wave test of an infrared radiation measuring instrument and a test method thereof.
[0002]
[Prior art]
Generally, as a reference heat source in a test of an infrared radiation measuring instrument or the like, a “black body furnace” that controls the temperature of a metal material having a high emissivity by an electric heater or the like is used.
For example, in
[0003]
The major problem of the blackbody furnace in the related art using the above-described electric heater is that the electromagnetic wave is disturbed because the blackbody furnace is constituted by heating by the electric heater and peripheral metal devices.
In addition, the blackbody furnace itself is also affected by the electromagnetic waves, making it impossible to perform normal temperature control, and making it impossible to properly evaluate the infrared radiation measurement device in conducting the electromagnetic wave test.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-147162 A [Patent Document 2]
JP-A-7-270256 [Patent Document 3]
JP-A-8-54285
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a reference heat source used for an electromagnetic wave test on an infrared radiation measuring device which is not affected by an electromagnetic wave at all, and a test method thereof in view of the conventional problem using an electric heater.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention does not use any electric heater in the "black body" which is a reference heat source in order to completely eliminate the influence of the electromagnetic wave in the electromagnetic wave test of the infrared radiation measuring device. We have found that this can be achieved by not using any metal materials for equipment installed in the environment.
The present invention is based on this finding,
1. 1. A reference heat source for electromagnetic wave testing of infrared radiation measurement equipment, comprising a resin target serving as a pseudo black body source, a fluid heat medium for heating the target, and a resin device for circulating the heat medium. 2. The reference heat source according to 1 above, wherein no metal material or electric circuit is used in all test equipment within the range affected by the electromagnetic waves. 3. The reference heat source according to 1 or 2, wherein the heat medium is circulated by a resin hose to heat the target. 4. The reference heat source according to any one of the
[0007]
Further, the present invention
6. In the electromagnetic wave test of the infrared radiation measuring device, a resin target serving as a black body source is used as a reference heat source, and the target is heated with a fluid heat medium using a resin circulating device. 6. Testing method for radiation measurement equipment 7. The test method according to the above item 6, wherein a metal material or an electric circuit is not used for all test devices within a range affected by the electromagnetic wave. 8. The test method according to the above item 6 or 7, wherein the heat medium is circulated by a resin hose to heat the target. 9. The test method according to any one of the above items 6 to 8, wherein the temperature is controlled by circulating a heating medium using a liquid temperature control device installed outside the range affected by the electromagnetic waves. The test method according to any one of the above items 6 to 9, wherein the use of a transparent resin makes it easy to confirm the display portion of the infrared radiation measuring device with a monitoring camera or the like.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
As shown in FIG. 1, the reference heat source for the electromagnetic wave test of the infrared radiation measuring device of the present invention uses a resin target as a black body source. In addition, a fluid heat medium (a liquid such as water or oil) is used to heat the target, and a resin hose or the like is used as a circulation device for circulating the heat medium. The “resin” referred to here is a resin that has a material that is not affected by electromagnetic waves and is made of a polymer material.
That is, in the present invention, the black body is heated by fluid heating in all the test devices within the range affected by the electromagnetic wave, without using any electric heater, metal material, or material that generates the electromagnetic wave such as an electric circuit. As a reference heat source.
[0009]
As a result, a highly accurate reference heat source can be used as a reference heat source for an electromagnetic wave test of an infrared radiation measurement device such as an ear thermometer, a radiation thermometer, and a thermal imaging device (thermograph).
As the resin, a transparent resin such as an acrylic resin in a visible region can be used. A polymer material such as an acrylic resin is transparent in a visible wavelength range, but has a strong infrared absorption characteristic in an infrared wavelength range observed by an infrared radiation measuring instrument, and thus has a feature as a high emissivity material. Therefore, in the present invention, a heat radiation source (pseudo black body) can be realized without performing the blackening process.
This point is a very important point, and was first discovered in the present invention, and a test of an infrared radiation measuring instrument can be realized without being affected by electromagnetic waves.
[0010]
In addition, the use of such a transparent resin also has an excellent effect that it is easy to confirm the display unit of the infrared radiation measuring device with a monitoring camera or the like.
As described above, the additional blackening (blackening) treatment is unnecessary, but the blackening treatment of the transparent acrylic resin or the like is not a hindrance. In the present invention, the surface of a target made of an acrylic resin or the like can be subjected to a blackening treatment if necessary. The present invention includes all of them.
Since a long hose can be used for circulation of the heating medium, the liquid temperature control device can be installed outside the range affected by the electromagnetic waves to control the temperature. The apparatus of the present invention is suitable for measuring infrared radiation in a measurement wavelength range of 3 to 20 μm. However, the present invention is not limited to a specific measurement wavelength range, but can be applied to any measurement range.
[0011]
At present, the product standard for ear thermometers is currently being worked on in Europe, but an electromagnetic wave test is required in the European standard prEN12470-5, and an electromagnetic wave test is also required in the American standard ASTM standard E1965-98. .
In Japan, a JIS standard for ear thermometers has not been established yet, but this JIS draft has been completed, and according to this, an electromagnetic wave test is required.
The present invention can be directly applied to these, and in view of the above trends, the electromagnetic wave test is a necessary condition worldwide, and thus the present invention can be said to be extremely useful.
[0012]
Next, examples of the present invention, results of investigations on the influence of an electric field due to the presence or absence of a target, the luminance temperature of the target, and the stability of the target will be described.
It should be noted that these examples and the like are for the purpose of facilitating understanding of the present invention and its effects, and the present invention is not limited to these descriptions.
Therefore, all modifications, modes, and other examples based on the technical concept of the present invention are included in the present invention.
[0013]
(Example)
An implementation (test) apparatus using a reference heat source of an ear thermometer is shown in FIG. The
The structure of the reference heat source device is cylindrical as shown in FIG. 1, and FIG. 2 is an explanatory view of a horizontal section thereof. The heating liquid (hot water) flows inside the cylinder, that is, inside the
A device (not shown) for heating the liquid is separately provided, and controls the temperature of the liquid flowing through the
When the temperature distribution was confirmed using a thermal imaging apparatus, it was confirmed that the temperature at the center of the target was the highest. FIG. 3 shows a temperature distribution of the
[0014]
(Survey of influence of electric field depending on presence / absence of target)
The height of the
As a study of the influence of the electric field, first, the state of the electric field without the
Next, the influence of the electric field in the state where the
Next, with the
For the above, the measurement was performed with a frequency range of 26 to 1000 MHz, a frequency step method: an equal ratio of 10%, and a stay time: 20 seconds.
FIG. 7 shows a horizontal amplifier output value based on the above results, and FIG. 8 shows a vertical amplifier output value. In each case, the output value of the amplifier did not change significantly, and it was confirmed that the electric field was not disturbed by placing the target of this example.
[0015]
(Survey of target brightness temperature)
In order to confirm the brightness temperature using an ear thermometer, the brightness was measured using four different types of ear thermometers. Table 1 shows the results. As is evident from Table 1, no significant difference was observed in the luminance temperature and the variation of the measurement in each ear thermometer. Therefore, it was confirmed that this target had sufficient performance when performing a test on an ear thermometer having a resolution of 0.1 ° C.
[0016]
[Table 1]
[0017]
(Investigation of target stability)
Using an ear thermometer (resolution 0.01 ° C.), the luminance temperature was measured at intervals of 10 minutes, and the stability for 1 hour was examined. The result is shown in FIG.
As is clear from FIG. 9, since the ear thermometer to be tested has a fluctuation of about 50 mK with respect to the resolution of 0.1 ° C. for 1 hour (60 min), the target is sufficient. It can be said that it has excellent stability.
[0018]
【The invention's effect】
The present invention uses a resin container, target, fluid heating, or the like as a reference heat source, does not use an electric heater at all, and does not use metal materials for peripheral devices, so that it is completely affected by electromagnetic waves. It has an excellent effect that it can be used as a reference heat source for an electromagnetic wave test of a highly accurate infrared radiation measurement device that can be used to perform an electromagnetic wave test using the reference heat source. In addition, by using a transparent resin such as an acrylic resin, there is an effect that it is easy to check the display unit of the infrared radiation measuring instrument with a monitoring camera or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view of an implementation (test) apparatus using a reference heat source of an ear thermometer.
FIG. 2 is an explanatory horizontal sectional view of a cylindrical reference heat source device.
FIG. 3 is a diagram showing a temperature distribution of a target by a thermal imaging device.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a state in which only an electric field sensor is installed and a target is not installed when monitoring the output value of the amplifier.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a state where an electric field sensor and a target are installed when monitoring an output value of an amplifier.
FIG. 6 is an explanatory diagram when a target, an ear thermometer, and an electric field sensor are placed near the ear thermometer when monitoring the output value of the amplifier.
FIG. 7 is a diagram showing a horizontal amplifier output value.
FIG. 8 is a diagram showing output values of a vertical amplifier.
FIG. 9 is a diagram showing the results of measuring the brightness temperature at time intervals of 10 minutes using an ear thermometer (resolution 0.01 ° C.).
[Explanation of symbols]
1.
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WO2022181259A1 (en) * | 2021-02-24 | 2022-09-01 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Infrared absorber, method for manufacturing same, black-body radiation device, and radiative cooling device |
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