JP2014169935A - Temperature measuring method, and temperature measuring apparatus - Google Patents

Temperature measuring method, and temperature measuring apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To highly accurately measure a surface temperature of a measuring object without calculating a combination solution of emissivity and without being influenced by fluctuation in the emissivity.SOLUTION: A temperature measuring apparatus 1 performs spectrometric measurement of radiation energy emitted from a measuring object (steel plate 5) and performs signal-processing of obtained optical spectrum information to measure a surface temperature of the measuring object. In the temperature measuring apparatus 1, an FTIR (Fourier Transform Infrared) spectrometer 2 measures the optical spectrum information of the radiation energy emitted from the measuring object. A regression equation creation part 3 and a temperature estimation part 4 perform base decomposition of the optical spectrum information of the measuring object and calculate the surface temperature of the measuring object by using a coefficient to be multiplied to the obtained base.

Description

本発明は、測定対象物から発せられる放射エネルギーを分光測定し、得られた分光スペクトル情報を信号処理して測定対象物の表面温度を測定する温度測定方法および温度測定装置に関する。   The present invention relates to a temperature measurement method and a temperature measurement apparatus that spectroscopically measure radiant energy emitted from a measurement object and measure the surface temperature of the measurement object by performing signal processing on the obtained spectrum information.

測定対象物の温度を測定するための技術には様々なものがある。そのうち放射温度測定技術は、測定対象物からの放射光を利用して測定対象物の表面温度を非接触で測定する技術であり、放射温度計として実用化されている。放射温度計は、光電変換素子と光学フィルタとを備え、所定の波長帯域における測定対象物の放射エネルギーを測定し、測定した放射エネルギー値を温度に変換することによって、測定対象物の表面温度を測定する。このような放射温度計には、単一の波長で放射エネルギーを測定する単色放射温度計、2波長で放射エネルギーを測定する2波長式放射温度計(2色放射温度計)、さらに多くの波長で放射エネルギーを測定する多波長式放射温度計(多色放射温度計)がある。   There are various techniques for measuring the temperature of an object to be measured. Among them, the radiation temperature measurement technique is a technique for measuring the surface temperature of the measurement object in a non-contact manner using the radiated light from the measurement object, and is practically used as a radiation thermometer. The radiation thermometer includes a photoelectric conversion element and an optical filter, measures the radiant energy of the measurement object in a predetermined wavelength band, and converts the measured radiant energy value into temperature, thereby determining the surface temperature of the measurement object. taking measurement. Such radiation thermometers include monochromatic radiation thermometers that measure radiant energy at a single wavelength, two-wavelength radiation thermometers that measure radiant energy at two wavelengths (two-color radiation thermometers), and many more wavelengths. There is a multi-wavelength radiation thermometer (multi-color radiation thermometer) that measures radiant energy.

測定対象物の放射エネルギーは、理想的な黒体からの放射エネルギーに測定対象物の放射率を乗じた値になるため、放射温度計を利用して測定対象物の表面温度を測定する際には、測定対象物の放射率の値が必要になる。このため、単色放射温度計では、測定対象物の放射率を予め測定しておき、予め測定した放射率を用いて測定対象物の表面温度を測定している。また、特許文献1には、放射源が測定対象物に放射する放射エネルギーの寄与率を変更しながら測定対象物の放射エネルギーを測定することにより、放射率と測定対象物の表面温度とを共に測定する技術が開示されている。   Since the radiant energy of the measurement object is the value obtained by multiplying the radiant energy from the ideal black body by the emissivity of the measurement object, when measuring the surface temperature of the measurement object using a radiation thermometer, Requires the value of the emissivity of the object to be measured. For this reason, in the monochromatic radiation thermometer, the emissivity of the measurement object is measured in advance, and the surface temperature of the measurement object is measured using the emissivity measured in advance. Patent Document 1 discloses that both the emissivity and the surface temperature of the measurement object are obtained by measuring the radiant energy of the measurement object while changing the contribution ratio of the radiant energy emitted from the radiation source to the measurement object. Techniques for measuring are disclosed.

一方、上述のような放射源を有さない放射温度計として、以下のような2波長式放射温度計がある。すなわち、この2波長式放射温度計は、2波長での放射率の比を予め測定して設定しておくか、あるいは、近接した2波長では放射率が等しいと仮定し、その上で測定対象物の表面温度を測定する。しかしながら、放射率は測定対象物の状態に応じて変化するため、特に、測定対象物の放射率が時間的に変化する場合、温度測定誤差は大きくなる。このため、2波長式放射温度計および多波長式放射温度計では、温度測定誤差を小さくするために様々な提案がなされている。   On the other hand, as a radiation thermometer having no radiation source as described above, there are the following two-wavelength radiation thermometers. In other words, this two-wavelength type radiation thermometer pre-measures and sets the ratio of emissivity at two wavelengths, or assumes that the emissivities are the same at two adjacent wavelengths, and then the object to be measured Measure the surface temperature of the object. However, since the emissivity changes according to the state of the measurement object, the temperature measurement error becomes large especially when the emissivity of the measurement object changes with time. For this reason, in the two-wavelength radiation thermometer and the multi-wavelength radiation thermometer, various proposals have been made to reduce the temperature measurement error.

具体的には、特許文献2〜4や非特許文献1には、測定対象物の放射率を動的に補正し、動的に補正された放射率を用いて測定対象物の表面温度を測定する技術が開示されている。詳しくは、これらの文献の技術では、実験による測定データから得られた実験式または分光放射率の理論式を用いて、一種の検量線を作る、あるいは、関係式(実験式、理論式)を満たすような放射率の組み合わせ解を決定するという方法によって、放射率を動的に補正している。   Specifically, in Patent Documents 2 to 4 and Non-Patent Document 1, the emissivity of the measurement object is dynamically corrected, and the surface temperature of the measurement object is measured using the dynamically corrected emissivity. Techniques to do this are disclosed. In detail, in the techniques of these documents, a kind of calibration curve is made using an empirical formula obtained from experimental measurement data or a theoretical formula of spectral emissivity, or a relational formula (experimental formula, theoretical formula) is created. The emissivity is dynamically corrected by a method of determining a combined emissivity solution that satisfies the above.

特開平2−245624号公報JP-A-2-245624 特公平3−4855号公報Japanese Patent Publication No. 3-4855 特開平2−85730号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-85730 特開平2−238333号公報JP-A-2-238333

J.L.gardner, T.P.Jones and R.Davis, "A six-wavelength radiation pyrometer", High Temp-High pressure, vol.13, No.5, p.459-466(1981)J.L.gardner, T.P.Jones and R.Davis, "A six-wavelength radiation pyrometer", High Temp-High pressure, vol.13, No.5, p.459-466 (1981)

従来技術では、放射率の実際値に対して小さな誤差を有する放射率の初期値を関係式(実験式、理論式)に与えて繰り返し計算を行うことによって、放射率の組み合わせ解を決定することから、演算精度が放射温度計の測定精度を決定する。このため、測定精度が高い放射温度計を構成するためには、高精度の関係式を用いる必要がある。しかしながら、特に関係式として実験式を用いる場合には、高精度の実験式を求めるために多くの実験を行う必要があり、多くの時間と手間とを要する。また、放射率の組み合わせ解を求めるためには、ソフトウェアおよびハードウェアが必要であり、特に繰り返し計算は時間が掛かる演算であるために、高速処理が可能なソフトウェアおよびハードウェアが要求される。また、放射率が時間的に変化する場合には、繰り返し計算が必ず放射率の実際値に収束するという保証がない。   In the prior art, the combined emissivity solution is determined by giving the initial value of the emissivity having a small error to the actual value of the emissivity to the relational expression (empirical formula, theoretical formula) and performing the calculation repeatedly. Therefore, the calculation accuracy determines the measurement accuracy of the radiation thermometer. For this reason, in order to construct a radiation thermometer with high measurement accuracy, it is necessary to use a highly accurate relational expression. However, in particular, when an empirical formula is used as a relational expression, it is necessary to perform many experiments in order to obtain a highly accurate empirical formula, which requires a lot of time and labor. In addition, in order to obtain a combined solution of emissivity, software and hardware are required. Especially, since iterative calculations are time-consuming operations, software and hardware capable of high-speed processing are required. In addition, when the emissivity changes with time, there is no guarantee that repeated calculations will always converge to the actual value of emissivity.

このように、従来技術には、放射率の組み合わせ解を計算によって決定することに起因する問題がある。このため、放射率の組み合わせ解を計算せずに、放射率の変動の影響を受けることなく測定対象物の表面温度を高精度に測定可能な技術の提供が期待されていた。   As described above, the prior art has a problem caused by determining the combined emissivity solution by calculation. Therefore, it has been expected to provide a technique capable of measuring the surface temperature of the measurement object with high accuracy without calculating the emissivity combination solution and without being affected by the change in emissivity.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、放射率の組み合わせ解を計算せずに、放射率の変動の影響を受けることなく測定対象物の表面温度を高精度に測定可能な温度測定方法および温度測定装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to calculate the surface temperature of the measurement object without being influenced by fluctuations in emissivity without calculating a combined solution of emissivities. Is to provide a temperature measuring method and a temperature measuring apparatus capable of measuring the temperature with high accuracy.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる温度測定方法は、測定対象物から発せられる放射エネルギーを分光測定し、得られた分光スペクトル情報を信号処理して測定対象物の表面温度を測定する温度測定方法であって、測定対象物から発せられる放射エネルギーの分光スペクトル情報を測定する測定ステップと、前記測定対象物の分光スペクトル情報を基底分解し、該基底分解された基底に乗ぜられる係数を用いて前記測定対象物の表面温度を算出する温度推定ステップと、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a temperature measurement method according to the present invention performs spectroscopic measurement of radiant energy emitted from a measurement object, and performs signal processing on the obtained spectral spectrum information to measure the measurement object. A temperature measurement method for measuring a surface temperature, a measurement step for measuring spectral spectrum information of radiant energy emitted from a measurement object, and a base decomposition of the spectral spectrum information of the measurement object. And a temperature estimation step of calculating a surface temperature of the measurement object using a coefficient multiplied by.

また、本発明にかかる温度測定方法は、上記発明において、前記温度推定ステップは、前記測定対象物の分光スペクトル情報を2つ以上の基底に基底分解することを特徴とする。   The temperature measurement method according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the temperature estimation step base-decomposes spectral spectrum information of the measurement object into two or more bases.

また、本発明にかかる温度測定方法は、上記発明において、前記温度推定ステップは、主成分分析を用いて前記基底分解を行うことを特徴とする。   In the temperature measurement method according to the present invention as set forth in the invention described above, the temperature estimation step performs the basis decomposition using principal component analysis.

また、本発明にかかる温度測定方法は、上記発明において、前記温度推定ステップは、第2主成分以降の主成分に乗ぜられる係数を用いて前記測定対象物の表面温度を算出することを特徴とする。   The temperature measurement method according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the temperature estimation step calculates a surface temperature of the measurement object using a coefficient multiplied by a main component after the second main component. To do.

また、本発明にかかる温度測定装置は、測定対象物から発せられる放射エネルギーを分光測定し、得られた分光スペクトル情報を信号処理して測定対象物の表面温度を測定する温度測定装置であって、測定対象物から発せられる放射エネルギーの分光スペクトル情報を測定する測定手段と、前記測定対象物の分光スペクトル情報を基底分解し、該基底分解された基底に乗ぜられる係数を用いて前記測定対象物の表面温度を算出する温度推定手段と、を備えることを特徴とする。   The temperature measuring device according to the present invention is a temperature measuring device that spectroscopically measures radiant energy emitted from a measuring object and measures the surface temperature of the measuring object by performing signal processing on the obtained spectral spectrum information. A measurement means for measuring spectral spectrum information of radiant energy emitted from the measurement object; and a base decomposition of the spectral spectrum information of the measurement object, and the measurement object using a coefficient multiplied by the basis-resolved base Temperature estimation means for calculating the surface temperature of the liquid crystal.

また、本発明にかかる温度測定装置は、上記発明において、前記温度推定手段は、前記測定対象物の分光スペクトル情報を2つ以上の基底に基底分解することを特徴とする。   In the temperature measurement apparatus according to the present invention as set forth in the invention described above, the temperature estimation means base decomposes spectral information of the measurement object into two or more bases.

また、本発明にかかる温度測定装置は、上記発明において、前記温度推定手段は、主成分分析を用いて前記基底分解を行うことを特徴とする。   In the temperature measuring apparatus according to the present invention as set forth in the invention described above, the temperature estimating means performs the basis decomposition using principal component analysis.

また、本発明にかかる温度測定装置は、上記発明において、前記温度推定手段は、第2主成分以降の主成分に乗ぜられる係数を用いて前記測定対象物の表面温度を算出することを特徴とする。   Moreover, the temperature measuring device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the temperature estimating means calculates a surface temperature of the measurement object using a coefficient multiplied by a main component after the second main component. To do.

本発明に係る温度測定方法および温度測定装置によれば、放射率の組み合わせ解を計算せずに、放射率の変動の影響を受けることなく測定対象物の表面温度を高精度に測定することができる。   According to the temperature measuring method and the temperature measuring apparatus according to the present invention, it is possible to measure the surface temperature of the measurement object with high accuracy without calculating the combined emissivity solution and without being affected by the variation of the emissivity. it can.

図1は、ある集団の構成員の身長と体重との関係を示す散布図である。FIG. 1 is a scatter diagram showing the relationship between the height and weight of members of a certain group. 図2は、多点の波長情報と第1主成分との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between multi-point wavelength information and the first principal component. 図3Aは、7段階の温度に対する黒体放射エネルギースペクトルを示す図である。FIG. 3A is a diagram showing a black body radiant energy spectrum with respect to seven stages of temperature. 図3Bは、図3Aに示す黒体放射エネルギースペクトルに対して対数演算を施した結果を示す図である。FIG. 3B is a diagram illustrating a result of logarithmic calculation performed on the blackbody radiant energy spectrum illustrated in FIG. 3A. 図4は、図3Bに示す放射エネルギーの対数演算値に対して主成分分析を実行することによって得られた第1主成分および第2主成分を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the first principal component and the second principal component obtained by performing the principal component analysis on the logarithm calculation value of the radiant energy illustrated in FIG. 3B. 図5Aは、第1主成分を用いた黒体放射エネルギースペクトルの再構成例を示す図である。FIG. 5A is a diagram illustrating a reconstruction example of a black body radiant energy spectrum using the first principal component. 図5Bは、第1主成分と第2主成分とを用いた黒体放射エネルギースペクトルの再構成例を示す図である。FIG. 5B is a diagram illustrating a reconstruction example of a black body radiant energy spectrum using the first principal component and the second principal component. 図6は、放射率変動の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of emissivity fluctuation. 図7は、測定対象物から取得された分光エネルギースペクトルを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a spectral energy spectrum acquired from the measurement object. 図8は、理想的な黒体放射エネルギースペクトルに対して主成分分析を実行することによって得られた第2主成分に対するスコアと測定対象物の温度との関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the score of the second principal component obtained by executing the principal component analysis on the ideal black body radiant energy spectrum and the temperature of the measurement object. 図9Aは、図8に示す関係に基づいて測定対象物の表面温度を測定した結果を示す図である。FIG. 9A is a diagram showing the results of measuring the surface temperature of the measurement object based on the relationship shown in FIG. 図9Bは、従来技術を用いて測定対象物の表面温度を測定した結果を示す図である。FIG. 9B is a diagram illustrating a result of measuring the surface temperature of the measurement object using the conventional technique. 図10は、本発明の一実施形態である温度測定装置の構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a temperature measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. 図11は、図11に示すFTIRの内部構成を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing the internal configuration of the FTIR shown in FIG. 図12は、本発明の一実施形態である回帰式作成処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart showing the flow of regression equation creation processing according to an embodiment of the present invention. 図13は、本発明の一実施形態である温度推定処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart showing the flow of temperature estimation processing according to an embodiment of the present invention.

〔本発明の概念〕
測定対象物の放射エネルギーを利用した測定対象物の表面温度測定においては、以下の数式(1)に示すように、黒体放射エネルギースペクトルL(λ,T)に予め仮定した放射率のスペクトルε(λ)を乗じた測定値L(λ,T)が測定される。なお、数式(1)中のパラメータλは放射エネルギーの測定波長を示し、パラメータTは測定対象物の表面温度を示している。
[Concept of the present invention]
In the measurement of the surface temperature of the measurement object using the radiant energy of the measurement object, the spectrum of the emissivity preliminarily assumed in the black body radiant energy spectrum L B (λ, T) as shown in the following formula (1). A measurement value L (λ, T) multiplied by ε (λ) is measured. Note that the parameter λ in the formula (1) indicates the measurement wavelength of the radiant energy, and the parameter T indicates the surface temperature of the measurement object.

Figure 2014169935
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ここで、数式(1)の両辺のlog(自然対数)を取り変形すると、以下に示す数式(2)が得られる。したがって、数式(2)の右辺に測定値L(λ,T)と放射率のスペクトルε(λ)とを代入することによって、黒体放射エネルギースペクトルの自然対数logL(λ,T)の推定値を算出することができる。なお、ここで“推定値”と表現する理由は、予め仮定した放射率のスペクトルε(λ)が正確かどうかわからないためである。すなわち、放射率のスペクトルε(λ)が仮定した値からずれている場合には、算出した黒体放射エネルギースペクトルの自然対数logL(λ,T)の値は正しい値ではない。 Here, when the log (natural logarithm) of both sides of the formula (1) is taken and deformed, the following formula (2) is obtained. Therefore, the natural logarithm logL B (λ, T) of the blackbody radiant energy spectrum is estimated by substituting the measured value L (λ, T) and the emissivity spectrum ε (λ) into the right side of Equation (2). A value can be calculated. Here, the reason for expressing it as “estimated value” is because it is not known whether the spectrum ε (λ) of emissivity assumed in advance is accurate. That is, when the emissivity spectrum ε (λ) deviates from the assumed value, the calculated natural logarithm logL B (λ, T) of the black body radiant energy spectrum is not a correct value.

Figure 2014169935
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ただし、黒体放射エネルギースペクトルL(λ,T)は、本来、以下の数式(3)に示すプランクの放射則で表現される。なお、数式(3)中のパラメータc,cは物理定数を示している。したがって、黒体放射エネルギースペクトルの自然対数logL(λ,T)に放射率のスペクトルε(λ)に起因する誤差が含まれていたとしても、本来取り得る黒体放射エネルギースペクトルの自然対数logL(λ,T)の形は決まっているので、放射率のスペクトルε(λ)に起因する誤差にかかわらず黒体放射エネルギースペクトルの自然対数logL(λ,T)の真の形を推定できる可能性がある。そこで、黒体放射エネルギースペクトルの自然対数logL(λ,T)の形に着目するための一手法として、主成分分析を例に挙げ、基底分解を行うことを考える。 However, the black body radiant energy spectrum L B (λ, T) is originally expressed by Planck's radiation law expressed by the following formula (3). Note that the parameters c 1 and c 2 in Equation (3) indicate physical constants. Therefore, even if the natural logarithm logL B (λ, T) of the black body radiant energy spectrum includes an error due to the emissivity spectrum ε (λ), the natural logarithm logL of the black body radiant energy spectrum that can be originally taken. Since the shape of B (λ, T) is determined, the true shape of the natural logarithm logL B (λ, T) of the blackbody radiant energy spectrum is estimated regardless of the error caused by the emissivity spectrum ε (λ). There is a possibility. Therefore, as a technique for paying attention to the shape of the natural logarithm logL B (λ, T) of the blackbody radiant energy spectrum, consider principal component analysis as an example and consider performing base decomposition.

Figure 2014169935
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始めに、図1を参照して、一般的な主成分分析手法について説明をする。図1は、ある集団の構成員の身長Xと体重Xとの関係を示す散布図である。一般に、身長Xが大きい人は体重Xが重いと言えるので、図1に示す散布図は右上がりの分布を有している。図1中に挿入した右上がりの線分Lはこの分布の中心を通る線であり、いわば「体の大きさ」という尺度を表している。主成分分析手法とは、この身長Xと体重Xとの組合せデータ(2次元情報)の本質的解釈が、「体の大きさt」という1次元の尺度で代表されるということを統計的に導く手法である。数学的には、この「体の大きさ」は第1主成分であり、この第1主成分と直交する、第1主成分の次に本質的な情報が第2主成分となる。図1に示す例では、第2主成分は物理的には「肥満度t」なる尺度(線分L)と言える。 First, a general principal component analysis method will be described with reference to FIG. Figure 1 is a scatter diagram showing the relationship between the height X 1 and weight X 2 members of a population. In general, since the person is large stature X 1 is said to weight X 2 is heavy, scatter diagram shown in FIG. 1 has a distribution of right-up. Line L 1 of the inserted upper right in FIG. 1 is a line passing through the center of the distribution, so to speak represent a measure of "body size". The principal component analysis method means that the essential interpretation of the combination data (two-dimensional information) of the height X 1 and the weight X 2 is represented by a one-dimensional scale “body size t 1 ”. This is a statistically derived method. Mathematically, this “body size” is the first principal component, and the essential information next to the first principal component orthogonal to the first principal component is the second principal component. In the example shown in FIG. 1, the second principal component can be physically referred to as a scale (line segment L 2 ) of “obesity level t 2 ”.

図1に示す例では、元々の2次元情報(身長、体重)が主成分分析によって「体の大きさ」という1次元情報に縮約される。したがって、この本質を抜き出すという情報処理を表面温度推定における放射エネルギースペクトル波形に適用すれば、多点の波長情報から本質を抽出することができる。この場合、多点の波長情報は、図2に示すように測定波長の数と同じ次元数の空間上の1点として表現される。例えば7つの温度に対するn波長(n=250)の分光スペクトルデータが与えられたとすると、n次元空間(250次元空間)上の7つの点が与えられることになる。したがって、この7つの点のn次元空間における分布の広がりを考えて、最も広がりの大きな方向が第1主成分の方向となり、これが前述の7つの点を区別する、つまり7つの温度を区別する最も有力な手がかりとなる。   In the example shown in FIG. 1, the original two-dimensional information (height and weight) is reduced to one-dimensional information “body size” by principal component analysis. Therefore, the essence can be extracted from wavelength information of multiple points by applying the information processing of extracting the essence to the radiant energy spectrum waveform in the surface temperature estimation. In this case, the multi-point wavelength information is expressed as one point on the space having the same number of dimensions as the number of measurement wavelengths as shown in FIG. For example, if spectral data of n wavelengths (n = 250) for seven temperatures are given, seven points on an n-dimensional space (250-dimensional space) are given. Accordingly, considering the spread of the distribution of these seven points in the n-dimensional space, the direction with the largest spread becomes the direction of the first principal component, which distinguishes the aforementioned seven points, that is, most distinguishes the seven temperatures. It will be a powerful clue.

ここで、図3Aに示す7つの温度に対する黒体放射エネルギースペクトルL(λ,T)(これは黒体炉を測定することにより得られる)に対数演算を施した結果であるlogL(λ,T)(図3B)に対して主成分分析を行ったときに得られた第1主成分および第2主成分を図4に示す。図4に示す第1主成分は、7つの温度に対する黒体放射エネルギースペクトルの自然対数logL(λ,T)を最も代表するスペクトル波形である。なお、黒体放射エネルギースペクトルL(λ,T)に対数演算を施した理由は、測定対象物の表面温度を実際に測定した場合に黒体放射エネルギースペクトルL(λ,T)に乗じた形で影響する放射率ε(λ)をlogε(λ)の加算という形で分離するためである。 Here, logL B (λ, which is the result of logarithmic operation on the black body radiant energy spectrum L B (λ, T) (obtained by measuring the black body furnace) for the seven temperatures shown in FIG. 3A. , T) (FIG. 3B) shows the first principal component and the second principal component obtained when the principal component analysis is performed. The first principal component shown in FIG. 4 is a spectrum waveform most representative of the natural logarithm logL B (λ, T) of the black body radiant energy spectrum for seven temperatures. The reason why the black body radiant energy spectrum L B (λ, T) is logarithmically calculated is that the black body radiant energy spectrum L B (λ, T) is multiplied when the surface temperature of the measurement object is actually measured. This is to separate the emissivity ε (λ) that affects in the form of addition of log ε (λ).

次に、この第1主成分に直交するベクトル空間で7点のばらつきが2番目に大きな方向を取り出したものが第2主成分であり、これを同図に示す。直観的には、第1主成分が、温度とともに増大する平均的なエネルギーを表現する基底で、第2主成分が、細かな形を表現するための基底のように見える。以降、同様にして第3主成分以降の主成分も求めることができる。これら低次の主成分情報は、元の7つの黒体放射エネルギースペクトルlogL(λ,T)の本質的なスペクトル情報(基底スペクトル)である。 Next, the second principal component is a vector space orthogonal to the first principal component, in which the second largest variation of seven points is extracted, which is shown in FIG. Intuitively, the first principal component looks like a basis expressing average energy that increases with temperature, and the second principal component looks like a basis for expressing a fine shape. Thereafter, the main components after the third main component can be obtained in the same manner. These low-order principal component information is essential spectral information (base spectrum) of the original seven blackbody radiant energy spectra logL B (λ, T).

これら低次の主成分情報が、確かに元の7つの黒体放射エネルギースペクトルL(λ,T)の本質的なスペクトル情報(基底スペクトル)であるということを検証するため、基底スペクトルから元の7つの黒体放射エネルギースペクトルL(λ,T)を再構成した際の当てはまり具合を図5A、図5Bに示す。再構成とは、基底ベクトルを係数倍して足し合わせるという積和演算、つまり線形操作を行うことによって元のスペクトルを構成するものである。元の7つの黒体放射エネルギースペクトルL(λ,T)に、低次の基底ベクトル情報がどの位含まれているかにより再構成した際の当てはまり具合が変化する。図5Aは第1主成分のみで再構成した結果、図5Bは第2主成分までで再構成した結果を示している。 In order to verify that these low-order principal component information is indeed essential spectral information (basic spectrum) of the original seven blackbody radiant energy spectra L B (λ, T), FIG. 5A and FIG. 5B show the fit when the seven blackbody radiant energy spectra L B (λ, T) are reconstructed. Reconstruction is to construct the original spectrum by performing a product-sum operation in which the basis vectors are multiplied and added, that is, a linear operation. Depending on how much low-order basis vector information is included in the original seven blackbody radiant energy spectra L B (λ, T), the degree of fit at the time of reconstruction changes. FIG. 5A shows the result of reconstruction with only the first principal component, and FIG. 5B shows the result of reconstruction with the second principal component.

図5Bから明らかなように、第2主成分までを使用することによって、7つの黒体放射エネルギースペクトルL(λ,T)のどれもが非常に良く再構成されていることがわかる。これは、1つ1つの黒体放射エネルギースペクトルL(λ,T)はN点(N=250)の波長情報、つまりN次元(250次元)の各座標で表現する必要はなく、2つの基底ベクトルの線形和という2つの係数分の2点の情報だけで表現できるということを意味している。換言すれば、N次元データが2次元データに圧縮されたとも言える。この際、次元数は大幅に圧縮されてはいるが、「基底ベクトル」という本質的なスペクトル形で再構成されているということが重要で、先に述べた放射率変動といった外乱には影響されにくいことが想定される。 As is clear from FIG. 5B, it can be seen that by using up to the second principal component, all of the seven blackbody radiant energy spectra L B (λ, T) are reconstructed very well. This is because each blackbody radiant energy spectrum L B (λ, T) does not need to be expressed by wavelength information of N points (N = 250), that is, by coordinates of N dimensions (250 dimensions). It means that it can be expressed only by information of two points corresponding to two coefficients, ie, a linear sum of basis vectors. In other words, it can be said that N-dimensional data is compressed into two-dimensional data. At this time, although the number of dimensions is greatly compressed, it is important that it is reconstructed in an essential spectral form called a “basis vector”, and it is affected by disturbances such as the emissivity fluctuation described above. It is assumed that it is difficult.

図3Bに示す対数演算結果を改めて数式の形で補足する。図3Bに示す対数演算結果は、例えば波長2〜10μmの波長範囲内で0.32μm毎に測定された波長方向(横軸)N点における放射エネルギーに対数演算を施したものである。ここで、放射エネルギーのlog値をx(i,j)として表すことにする。なお、パラメータi(=1〜250)は測定波長番号を表し、パラメータj(=1〜7)は温度番号を示す。パラメータjに対する温度はy(j)であるとする。さらに、放射エネルギーのlog値x(i,j)に対して主成分分析を実施した結果得られた主成分ベクトルをw(i,k)とする。主成分ベクトルw(i,k)の決め方の説明は主成分解析の一般的文献に譲るが、簡単に説明すると、以下に示す数式(4)中のパラメータjについてのばらつきが最大になるように第1主成分w(i,1)が決定され、第1主成分w(i,1)と直交するベクトルの中で以下に示す数式(5)中のパラメータjについてのばらつきが最大になるように第2主成分w(i,2)が決定されるといった具合である。   The logarithmic calculation result shown in FIG. 3B will be supplemented in the form of a mathematical formula. The logarithmic calculation result shown in FIG. 3B is obtained by performing logarithmic calculation on the radiant energy at N points in the wavelength direction (horizontal axis) measured every 0.32 μm within the wavelength range of 2 to 10 μm, for example. Here, the log value of the radiant energy is expressed as x (i, j). Parameter i (= 1 to 250) represents the measurement wavelength number, and parameter j (= 1 to 7) represents the temperature number. It is assumed that the temperature for the parameter j is y (j). Further, a principal component vector obtained as a result of performing the principal component analysis on the log value x (i, j) of the radiant energy is defined as w (i, k). The description of how to determine the principal component vector w (i, k) is left to the general literature of principal component analysis. However, in brief, the variation for the parameter j in the following formula (4) is maximized. The first principal component w (i, 1) is determined so that the variation with respect to the parameter j in the following formula (5) among vectors orthogonal to the first principal component w (i, 1) is maximized. The second principal component w (i, 2) is determined.

Figure 2014169935
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各主成分の大きさ(i=1〜250の各成分の二乗和の平方根)は1とする。なお、パラメータkは主成分番号を表す。主成分ベクトルw(i,k)において、パラメータiは1〜250の範囲、パラメータkは数学的には1〜7の範囲で考えることができるが、本例ではk=1,2の範囲で考える。一般に、パラメータkがより小さい(低次の主成分)場合がより放射エネルギーのlog値x(i,j)の本質を表すことになるが、パラメータkの範囲の選び方に関しては本発明では特に限定しない。なお、第1主成分w(i,1)のみで元の放射エネルギーデータを再構成した値は以下に示す数式(6)によって表される。   The size of each principal component (i = 2 square root of the sum of squares of each component) is 1. The parameter k represents the main component number. In the principal component vector w (i, k), the parameter i can be considered in the range of 1 to 250, and the parameter k can be mathematically considered in the range of 1 to 7. In this example, in the range of k = 1, 2. Think. Generally, the case where the parameter k is smaller (low-order principal component) represents the essence of the log value x (i, j) of the radiant energy, but the method of selecting the range of the parameter k is particularly limited in the present invention. do not do. A value obtained by reconstructing the original radiant energy data using only the first principal component w (i, 1) is expressed by the following formula (6).

Figure 2014169935
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数式(6)中のパラメータa(k,j)は数学的には主成分得点若しくはスコアと呼ばれる定数(スカラー)である。そして、数式(6)を対数演算を施す前の状態、すなわち、以下に示す数式(7)で表される値として表示したものが図5Aに示した再構成例である。なお、数式(7)中のeは自然対数の底を表している。   The parameter a (k, j) in the equation (6) is a constant (scalar) mathematically called a principal component score or score. The state before the logarithmic calculation is performed on the mathematical formula (6), that is, the value represented by the mathematical formula (7) shown below is the reconstruction example shown in FIG. 5A. Note that e in Equation (7) represents the base of the natural logarithm.

Figure 2014169935
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同様に、第1主成分w(i,1)に第2主成分w(i,2)を加えて元の放射エネルギーデータを再構成した値は以下に示す数式(8)によって表される。そして、同様に、数式(8)を対数演算を施す前の状態で表示したものが図5Bに示した再構成例である。この第2主成分w(i,2)までを使って再構成した放射エネルギーデータでほぼ元の放射エネルギーのlog値x(i,j)を再現することができる。このことは、実温度y(j)を推定する場合、250点のデータから構成される放射エネルギーのlog値x(i,j)を使用する代わりに、たかだか2点のデータであるスコアa(k,j)を使用しても情報の質が落ちないということを意味している。   Similarly, a value obtained by adding the second principal component w (i, 2) to the first principal component w (i, 1) and reconstructing the original radiant energy data is expressed by the following formula (8). Similarly, the reconfiguration example shown in FIG. 5B is obtained by displaying Equation (8) in a state before logarithmic calculation. The log value x (i, j) of the original radiant energy can be reproduced with the radiant energy data reconstructed using the second principal component w (i, 2). This is because, when the actual temperature y (j) is estimated, instead of using the log value x (i, j) of the radiant energy composed of 250 points of data, the score a () which is data of at most 2 points. This means that the quality of information does not deteriorate even if k, j) is used.

Figure 2014169935
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なお、スコアa(k,j)は、主成分ベクトルw(i,k)と元の放射エネルギーのlog値x(i,j)との内積を算出することによって導出され、個々の成分は、以下に示す数式(9)によって導出される。   The score a (k, j) is derived by calculating the inner product of the principal component vector w (i, k) and the log value x (i, j) of the original radiant energy. It is derived by the following formula (9).

Figure 2014169935
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上述の概念に基づいて、放射率の大きさが図6に示すように変化する測定対象物の温度測定シミュレーションを行った例について説明する。このように放射率が変化する場合、測定される放射エネルギーは、図3Aに示すような黒体放射エネルギーに放射率が乗じられた値として測定される。800℃の場合の各放射率に対応して測定される分光エネルギースペクトルを図7に示す。図から明らかなように、800℃で放射率が低い場合には、750℃で放射率が想定値通りであった場合と波形が類似しており、従来方式では、このように放射率が変化している測定対象物を精度よく測定することは難しい。   Based on the above concept, an example in which a temperature measurement simulation of a measurement object whose emissivity changes as shown in FIG. 6 will be described. When the emissivity changes as described above, the measured radiant energy is measured as a value obtained by multiplying the black body radiant energy as shown in FIG. 3A by the emissivity. A spectral energy spectrum measured corresponding to each emissivity at 800 ° C. is shown in FIG. As is clear from the figure, when the emissivity is low at 800 ° C., the waveform is similar to that when the emissivity is as expected at 750 ° C. In the conventional method, the emissivity changes in this way. It is difficult to accurately measure the measuring object.

そこで、これらの波形を対数演算後、想定している放射率データであるlogε(λ)を減算した波形に対し、黒体放射エネルギースペクトルを表現するのに本質的な基底(第1主成分および第2主成分)を用いて表現する。そして、その基底に乗ぜられる係数に着目する。その理由は、第1主成分および第2主成分に対応する係数は、それぞれが黒体放射エネルギースペクトル波形を表現するために本質的な情報を有していると考えられるからである。ただし、本発明が想定しているのは放射率の増減という現象であるため、平均的なエネルギー量を表現していると考えられる第1主成分は、放射率の増減の影響を受け易いと考えられる。逆に、第1主成分と直行する第2主成分は、放射率の増減の影響は受け難いと考えられる。   Therefore, after logarithmically calculating these waveforms, an essential basis for expressing the blackbody radiant energy spectrum (the first principal component and the first principal component and the waveform obtained by subtracting log ε (λ) which is the assumed emissivity data) is obtained. The second principal component) is used for the expression. Then, pay attention to the coefficient multiplied to the base. This is because the coefficients corresponding to the first principal component and the second principal component are considered to have essential information in order to express the blackbody radiation energy spectrum waveform. However, since the present invention assumes a phenomenon of increase / decrease in emissivity, the first principal component considered to represent the average amount of energy is likely to be affected by increase / decrease in emissivity. Conceivable. Conversely, the second principal component that is orthogonal to the first principal component is unlikely to be affected by the increase or decrease in emissivity.

そこで、ここでは、第2主成分の係数に注目して見る。すると、理想的な黒体放射エネルギースペクトルに主成分分析を適用した際の、第2主成分に対する係数(スコア)と測定対象物の温度との関係が図8に示すような関係であることがわかった。このため、図8に示す関係から、第2主成分に対する係数と測定対象物の温度との関係を表す検量線を計算しておき、放射率が増減した場合の測定放射エネルギースペクトルから計算した第2主成分に対する係数を用いて測定対象物の表面温度を推定した。その結果、図6に示したような放射率の増減があった場合でも、図9Aに示すような誤差に収まることが確認された。なお、単波長(この場合は波長2μm)で測定を行った場合の誤差は、図9Bに示すように大きいことが確認された。したがって、検量線は、第2主成分に対応する係数、あるいは、第2主成分以降に対応する係数を用いて計算するのがより望ましい。   Therefore, here, attention is paid to the coefficient of the second principal component. Then, when the principal component analysis is applied to the ideal black body radiant energy spectrum, the relationship between the coefficient (score) for the second principal component and the temperature of the measurement object is as shown in FIG. all right. For this reason, a calibration curve representing the relationship between the coefficient for the second principal component and the temperature of the object to be measured is calculated from the relationship shown in FIG. 8, and the second calculated from the measured radiant energy spectrum when the emissivity increases or decreases. The surface temperature of the measurement object was estimated using the coefficient for the two main components. As a result, it was confirmed that even when the emissivity was increased or decreased as shown in FIG. 6, it was within the error as shown in FIG. 9A. In addition, it was confirmed that the error when measuring at a single wavelength (in this case, a wavelength of 2 μm) is large as shown in FIG. 9B. Therefore, it is more desirable to calculate the calibration curve using a coefficient corresponding to the second principal component or a coefficient corresponding to the second principal component and the subsequent components.

以上説明したように、本発明の目的である温度推定のための元情報としては、多数の波長からなる分光情報に対して主成分分析を行い、低次の主成分で元分光情報を再構成した場合の、基底ベクトルの係数倍という情報(主成分得点)が有効であることが確認された。先の例に照らし合わせて換言すると、元の(オリジナルの)N点(250点)波長データから温度を推定する代わりに、N点波長データを第2主成分までの主成分得点である2点データに次元圧縮し、その2点情報から温度データを通常の重回帰手法で推定する。図5A、5Bで示したように、この2点情報から十分にN点波長データを再現できることを考えると、この2点情報には温度を推定するための十分な情報が入っているからである。   As described above, as the original information for temperature estimation, which is the object of the present invention, principal component analysis is performed on spectral information consisting of a large number of wavelengths, and the original spectral information is reconstructed with lower-order principal components. In this case, it is confirmed that the information (principal component score) of the coefficient multiplication of the basis vector is effective. In other words, in light of the previous example, instead of estimating the temperature from the original (original) N-point (250 points) wavelength data, the N-point wavelength data is the two main component scores up to the second principal component. The data is dimensionally compressed, and temperature data is estimated from the two-point information by a normal multiple regression method. This is because, as shown in FIGS. 5A and 5B, considering that the N-point wavelength data can be sufficiently reproduced from the two-point information, the two-point information contains sufficient information for estimating the temperature. .

数式の形で補足すると、オリジナルのN点波長データから温度を推定する以下に示す数式(10)の代わりに、第2主成分までの主成分得点である2点データから温度を推定する以下に示す数式(11)を用いて温度を推定する。   Supplemented by the formula, the temperature is estimated from the two-point data that is the principal component score up to the second principal component instead of the following equation (10) that estimates the temperature from the original N-point wavelength data. The temperature is estimated using Equation (11) shown.

Figure 2014169935
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以下、図面を参照して、上記の本発明の概念に基づき想到された本発明の一実施形態である温度測定装置およびその温度測定方法について詳しく説明する。   Hereinafter, a temperature measuring device and a temperature measuring method thereof according to an embodiment of the present invention conceived based on the concept of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

〔温度測定装置の構成〕
始めに、図10、図11を参照して、本発明の一実施形態である温度測定装置の構成について説明する。
[Configuration of temperature measurement device]
First, with reference to FIG. 10 and FIG. 11, a configuration of a temperature measurement device according to an embodiment of the present invention will be described.

図10は、本発明の一実施形態である温度測定装置の構成を示すブロック図である。図11は、図10に示すFTIRの内部構成を示す模式図である。図10に示すように、本発明の一実施形態である温度測定装置1は、FTIR(フーリエ変換赤外分光光度計)2、回帰式作成部3、および温度推定部4を備えている。   FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a temperature measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 11 is a schematic diagram showing the internal configuration of the FTIR shown in FIG. As shown in FIG. 10, the temperature measurement device 1 according to an embodiment of the present invention includes an FTIR (Fourier transform infrared spectrophotometer) 2, a regression equation creation unit 3, and a temperature estimation unit 4.

FTIR2は、測定手段として、測定対象物である鋼板5からの放射エネルギーの分光スペクトルを測定するものである。図11に示すように、FTIR2は、ミラー11、ハーフミラー12、可動ミラー13、ミラー14、ミラー15,16、および検出器17を備え、ミラー11、ハーフミラー12、可動ミラー13、およびミラー14〜16は干渉計18を構成している。鋼板5から発せられた放射光は干渉計18に導かれ、検出器17が干渉計18から出た光の光量を測定する。   FTIR2 measures the spectrum of the radiant energy from the steel plate 5 which is a measuring object as a measuring means. As shown in FIG. 11, the FTIR 2 includes a mirror 11, a half mirror 12, a movable mirror 13, a mirror 14, mirrors 15 and 16, and a detector 17, and the mirror 11, the half mirror 12, the movable mirror 13, and the mirror 14. ˜16 constitute an interferometer 18. The emitted light emitted from the steel plate 5 is guided to the interferometer 18, and the detector 17 measures the amount of light emitted from the interferometer 18.

このとき、干渉計18の可動ミラー13を移動しながら時系列的に測定した検出器17の信号をフーリエ変換することにより、鋼板5からの放射エネルギーの分光スペクトル情報が得られる。この場合、1つの分光スペクトル情報を得るために、可動ミラー13を移動させるだけの時間を要するが、その間の温度変動が十分小さければ問題ない。分光スペクトルを測定する方法は、これ以外にも、回折格子を利用する方法、波長選択フィルタを利用する方法など種々考えられるが、いずれの方法を利用しても構わない。また、波長域についても、一般的な放射温度計で行われているように、高温の測定対象物の場合にはより短波長の波長域、例えば可視域や近赤外域を使用することも可能である。   At this time, the spectral spectrum information of the radiant energy from the steel plate 5 is obtained by Fourier-transforming the signal of the detector 17 measured in time series while moving the movable mirror 13 of the interferometer 18. In this case, it takes time to move the movable mirror 13 to obtain one piece of spectral spectrum information, but there is no problem if the temperature fluctuation during that time is sufficiently small. In addition to this, various methods such as a method using a diffraction grating and a method using a wavelength selection filter are conceivable as methods for measuring a spectral spectrum, but any method may be used. As for the wavelength range, as is the case with general radiation thermometers, it is possible to use shorter wavelength ranges, such as the visible range and the near-infrared range, for high-temperature objects. It is.

温度推定手段としての回帰式作成部3および温度推定部4は、マイクロコンピュータなどの情報処理装置によって構成されている。回帰式作成部3は、後述する回帰式作成処理を実行することによって、温度推定部4が鋼板5の表面温度を推定する際に使用する基礎データ(基底スペクトルおよび重回帰係数)を算出する。温度推定部4は、後述する温度推定処理を実行することによって、回帰式作成部3によって算出された基礎データを用いて鋼板5の表面温度を測定する。   The regression equation creation unit 3 and the temperature estimation unit 4 as temperature estimation means are configured by an information processing device such as a microcomputer. The regression formula creation unit 3 calculates basic data (base spectrum and multiple regression coefficient) used when the temperature estimation unit 4 estimates the surface temperature of the steel sheet 5 by executing a regression formula creation process described later. The temperature estimation unit 4 measures the surface temperature of the steel plate 5 using the basic data calculated by the regression equation creation unit 3 by executing a temperature estimation process described later.

このような構成を有する温度測定装置1は、以下に示す回帰式作成処理および温度推定処理を実行することによって、鋼板5の表面温度を推定する。以下、図13および図14に示すフローチャートを参照して、回帰式作成処理および温度推定処理を実行する際の温度測定装置1の動作について説明する。   The temperature measuring device 1 having such a configuration estimates the surface temperature of the steel plate 5 by executing the regression equation creation process and the temperature estimation process described below. Hereinafter, with reference to the flowcharts shown in FIGS. 13 and 14, the operation of the temperature measurement apparatus 1 when executing the regression equation creation process and the temperature estimation process will be described.

〔回帰式作成処理〕
始めに、図12に示すフローチャートを参照して、回帰式作成処理を実行する際の温度測定装置1の動作について説明する。
[Regression formula creation process]
First, with reference to the flowchart shown in FIG. 12, the operation of the temperature measurement device 1 when executing the regression equation creation process will be described.

図12は、本発明の一実施形態である回帰式作成処理の流れを示すフローチャートである。図12に示すフローチャートは、鋼板5の表面温度を測定する前の調整過程における所定のタイミングで開始となり、回帰式作成処理はステップS1の処理に進む。なお、この回帰式作成処理を実行する際、図10に示す鋼板5は黒体炉に置き換えられるものとする。   FIG. 12 is a flowchart showing the flow of regression equation creation processing according to an embodiment of the present invention. The flowchart shown in FIG. 12 starts at a predetermined timing in the adjustment process before measuring the surface temperature of the steel plate 5, and the regression equation creation process proceeds to step S1. In addition, when performing this regression equation creation process, the steel plate 5 shown in FIG. 10 shall be replaced with a blackbody furnace.

ステップS1の処理では、回帰式作成部3が、FTIR2を介して黒体炉から発せられる放射エネルギーの分光スペクトル情報を検量線作成用の分光スペクトル情報として取得する。これにより、ステップS1の処理は完了し、回帰式作成処理はステップS2の処理に進む。   In the process of step S1, the regression equation creation unit 3 acquires the spectral spectrum information of the radiant energy emitted from the black body furnace via the FTIR 2 as spectral spectrum information for creating a calibration curve. Thereby, the process of step S1 is completed and the regression equation creation process proceeds to the process of step S2.

ステップS2の処理では、回帰式作成部3が、ステップS1の処理によって取得された検量線作成用の分光スペクトル情報と予め記憶されている鋼板の放射率変動データとの対数演算を行う。ここで、放射率変動データは、例えば、種々条件の加熱サンプルの放射エネルギーの分光スペクトルと加熱サンプルに取り付けられた熱電対から把握した真温度に設定された黒体炉の放射エネルギーの分光スペクトルとの比演算を行うことにより蓄積した放射率データから得られる。これにより、ステップS2の処理は完了し、回帰式作成処理はステップS3の処理に進む。   In the process of step S2, the regression equation creation unit 3 performs a logarithmic calculation between the spectral spectrum information for creating a calibration curve acquired by the process of step S1 and the emissivity fluctuation data of the steel sheet stored in advance. Here, the emissivity fluctuation data includes, for example, the spectrum of the radiant energy of the heated sample under various conditions and the spectrum of the radiant energy of the black body furnace set at the true temperature obtained from the thermocouple attached to the heated sample. It is obtained from the accumulated emissivity data by performing the ratio calculation. Thereby, the process of step S2 is completed and the regression equation creation process proceeds to the process of step S3.

ステップS3の処理では、回帰式作成部3が、ステップS2の処理によって算出された放射率変動データに対して主成分分析を実行する。予め、放射率変動の主成分が、おおよそ全ての成分の値が等しいいわゆる直流成分と仮定できる場合には、放射率変動データを用いずに、直流成分と決定してもよい。そして、さらに、回帰式作成部3は、同じくステップS2の処理によって算出された黒体炉の放射エネルギースペクトルに対して、放射率変動データの主成分と直交する条件のもとで主成分分析を実行する。これにより、ステップS3の処理は完了し、回帰式作成処理はステップS4の処理に進む。   In the process of step S3, the regression equation creation unit 3 performs principal component analysis on the emissivity fluctuation data calculated by the process of step S2. If the main component of the emissivity variation can be assumed to be a so-called DC component in which the values of almost all components are approximately equal, the emissivity variation data may be determined as a DC component without using the emissivity variation data. Further, the regression equation creation unit 3 performs principal component analysis on the radiant energy spectrum of the black body furnace similarly calculated by the process of step S2 under the condition orthogonal to the principal component of the emissivity fluctuation data. Run. Thereby, the process of step S3 is completed and the regression equation creation process proceeds to the process of step S4.

ステップS4の処理では、回帰式作成部3が、ステップS3の処理によって得られた主成分分析の結果から、使用する主成分を基底として抽出する。また、回帰式作成部3は、既述の数式(9)を利用して、本発明に係る係数に対応する各基底スペクトルのスコアa(k,j)を算出する。これにより、ステップS4の処理は完了し、回帰式作成処理はステップS5の処理に進む。   In the process of step S4, the regression equation creation unit 3 extracts the principal component to be used as a basis from the result of the principal component analysis obtained by the process of step S3. In addition, the regression equation creation unit 3 calculates the score a (k, j) of each base spectrum corresponding to the coefficient according to the present invention using the above-described equation (9). Thereby, the process of step S4 is completed, and the regression equation creation process proceeds to the process of step S5.

ステップS5の処理では、回帰式作成部3が、ステップS4の処理によって算出されたスコアa(k,j)と検量線作成用の分光スペクトル情報に対応した黒体炉の温度とを既述の数式(11)に適用することによって既述の数式(11)の重回帰式における重回帰係数c(k)を算出する。そして、回帰式作成部3は、基底スペクトル(主成分w(i,k)、k=1,2)および重回帰係数(c(k)、k=1,2)のデータを基礎データとして温度推定部4に出力する。これにより、ステップS5の処理は完了し、一連の回帰式作成処理は終了する。   In the process of step S5, the regression equation creation unit 3 uses the score a (k, j) calculated by the process of step S4 and the temperature of the blackbody furnace corresponding to the spectral spectrum information for creating the calibration curve as described above. By applying the equation (11), the multiple regression coefficient c (k) in the multiple regression equation of the aforementioned equation (11) is calculated. Then, the regression equation creation unit 3 uses the data of the basis spectrum (principal components w (i, k), k = 1, 2) and multiple regression coefficients (c (k), k = 1, 2) as the basic data. Output to the estimation unit 4. Thereby, the process of step S5 is completed and a series of regression equation creation processes are completed.

〔温度推定処理〕
次に、図13に示すフローチャートを参照して、温度推定作成処理を実行する際の温度測定装置1の動作について説明する。
[Temperature estimation processing]
Next, with reference to the flowchart shown in FIG. 13, the operation of the temperature measurement device 1 when executing the temperature estimation creation process will be described.

図13は、本発明の一実施形態である温度推定処理の流れを示すフローチャートである。図13に示すフローチャートは、回帰式作成処理が終了した後の所定のタイミングで開始となり、温度推定処理はステップS11の処理に進む。   FIG. 13 is a flowchart showing the flow of temperature estimation processing according to an embodiment of the present invention. The flowchart shown in FIG. 13 starts at a predetermined timing after the regression equation creation process is completed, and the temperature estimation process proceeds to the process of step S11.

ステップS11の処理では、温度推定部4が、FTIR2を介して鋼板5からの放射エネルギーの分光スペクトル情報を取得する。これにより、ステップS11の処理は完了し、温度推定処理はステップS12の処理に進む。   In the process of step S11, the temperature estimation part 4 acquires the spectral spectrum information of the radiant energy from the steel plate 5 via FTIR2. Thereby, the process of step S11 is completed and the temperature estimation process proceeds to the process of step S12.

ステップS12の処理では、温度推定部4が、ステップS11の処理によって取得した分光スペクトル情報に対して対数演算処理を実行し、既述の数式(2)を利用して対数演算値から想定している放射率のスペクトルε(λ)の対数値を減算する。これにより、ステップS12の処理は完了し、温度推定処理はステップS13の処理に進む。   In the process of step S12, the temperature estimation part 4 performs a logarithmic calculation process with respect to the spectral information acquired by the process of step S11, and assumes from a logarithm calculation value using Formula (2) mentioned above. The logarithmic value of the emissivity spectrum ε (λ) is subtracted. Thereby, the process of step S12 is completed and the temperature estimation process proceeds to the process of step S13.

ステップS13の処理では、温度推定部4が、ステップS12の減算処理結果x(i,j)と回帰式作成部3から入力された基底スペクトル(主成分w(i,k)、k=1,2)とを既述の数式(9)に代入することによって、測定対象物の基底スペクトルのスコアa(k,j)を算出する。これにより、ステップS13の処理は完了し、温度推定処理はステップS14の処理に進む。   In the process of step S13, the temperature estimation unit 4 uses the subtraction process result x (i, j) of step S12 and the basis spectrum (principal component w (i, k), k = 1, By substituting 2) into the above-described equation (9), the score a (k, j) of the base spectrum of the measurement object is calculated. Thereby, the process of step S13 is completed and the temperature estimation process proceeds to the process of step S14.

ステップS14の処理では、温度推定部4が、ステップS13の処理によって算出されたスコアa(k,j)と回帰式作成部3から入力された重回帰係数(c(k)、k=1,2)とを既述の数式(11)に適用することによって回帰演算を行い、鋼板5の表面温度を推定する。これにより、ステップS14の処理は完了し、一連の温度推定処理は終了する。   In the process of step S14, the temperature estimation unit 4 calculates the score a (k, j) calculated by the process of step S13 and the multiple regression coefficient (c (k), k = 1, The regression calculation is performed by applying 2) to the above-described mathematical expression (11), and the surface temperature of the steel plate 5 is estimated. Thereby, the process of step S14 is completed and a series of temperature estimation processes are complete | finished.

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である温度測定装置1では、FTIR2を介して取得した鋼板5からの放射エネルギーの分光スペクトル情報をもとに、温度変化による放射現象を表現するのに本質的な主成分を用いて取得する。これにより、放射率の組み合わせ解を計算せずに、放射率の変動の影響を受けることなく測定対象物の温度を高精度に測定することができる。   As is clear from the above description, in the temperature measuring apparatus 1 according to an embodiment of the present invention, the radiation phenomenon due to the temperature change is detected based on the spectral spectrum information of the radiant energy from the steel plate 5 acquired through the FTIR 2. Acquired using the principal components essential for expression. As a result, the temperature of the measurement object can be measured with high accuracy without calculating the emissivity combination solution and without being affected by variations in emissivity.

1 温度測定装置
2 FTIR(フーリエ変換赤外分光光度計)
3 回帰式作成部
4 温度推定部
5 鋼板
11,14,15,16 ミラー
12 ハーフミラー
13 可動ミラー
17 検出器
18 干渉計
1 Temperature measuring device 2 FTIR (Fourier transform infrared spectrophotometer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Regression formula preparation part 4 Temperature estimation part 5 Steel plate 11, 14, 15, 16 Mirror 12 Half mirror 13 Movable mirror 17 Detector 18 Interferometer

Claims (8)

測定対象物から発せられる放射エネルギーを分光測定し、得られた分光スペクトル情報を信号処理して測定対象物の表面温度を測定する温度測定方法であって、
測定対象物から発せられる放射エネルギーの分光スペクトル情報を測定する測定ステップと、
前記測定対象物の分光スペクトル情報を基底分解し、該基底分解された基底に乗ぜられる係数を用いて前記測定対象物の表面温度を算出する温度推定ステップと、
を含むことを特徴とする温度測定方法。
A temperature measurement method for measuring the surface temperature of a measurement object by spectrally measuring the radiant energy emitted from the measurement object and processing the obtained spectral spectrum information.
A measurement step of measuring spectral spectrum information of radiant energy emitted from the measurement object;
A temperature estimation step of performing base decomposition of spectral spectrum information of the measurement object and calculating a surface temperature of the measurement object using a coefficient multiplied by the basis-resolved base;
A temperature measuring method comprising:
前記温度推定ステップは、前記測定対象物の分光スペクトル情報を2つ以上の基底に基底分解することを特徴とする請求項1に記載の温度測定方法。   The temperature measurement method according to claim 1, wherein the temperature estimation step base-decomposes spectral information of the measurement object into two or more bases. 前記温度推定ステップは、主成分分析を用いて前記基底分解を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の温度測定方法。   The temperature measuring method according to claim 1, wherein the temperature estimating step performs the basis decomposition using principal component analysis. 前記温度推定ステップは、第2主成分以降の主成分に乗ぜられる係数を用いて前記測定対象物の表面温度を算出することを特徴とする請求項3に記載の温度測定方法。   The temperature measuring method according to claim 3, wherein the temperature estimating step calculates a surface temperature of the measurement object using a coefficient multiplied by a main component after the second main component. 測定対象物から発せられる放射エネルギーを分光測定し、得られた分光スペクトル情報を信号処理して測定対象物の表面温度を測定する温度測定装置であって、
測定対象物から発せられる放射エネルギーの分光スペクトル情報を測定する測定手段と、
前記測定対象物の分光スペクトル情報を基底分解し、該基底分解された基底に乗ぜられる係数を用いて前記測定対象物の表面温度を算出する温度推定手段と、
を備えることを特徴とする温度測定装置。
A temperature measurement device that performs spectroscopic measurement of radiant energy emitted from a measurement object, and measures the surface temperature of the measurement object by processing the obtained spectral spectrum information as a signal,
A measuring means for measuring spectral spectrum information of radiant energy emitted from the measurement object;
Temperature estimation means for performing base decomposition of spectral spectrum information of the measurement object, and calculating a surface temperature of the measurement object using a coefficient multiplied by the basis-resolved base;
A temperature measuring device comprising:
前記温度推定手段は、前記測定対象物の分光スペクトル情報を2つ以上の基底に基底分解することを特徴とする請求項5に記載の温度測定装置。   The temperature measuring apparatus according to claim 5, wherein the temperature estimation unit performs base decomposition of spectral information of the measurement object into two or more bases. 前記温度推定手段は、主成分分析を用いて前記基底分解を行うことを特徴とする請求項5または6に記載の温度測定装置。   The temperature measuring apparatus according to claim 5 or 6, wherein the temperature estimation unit performs the basis decomposition using principal component analysis. 前記温度推定手段は、第2主成分以降の主成分に乗ぜられる係数を用いて前記測定対象物の表面温度を算出することを特徴とする請求項7に記載の温度測定装置。   The temperature measuring device according to claim 7, wherein the temperature estimating unit calculates a surface temperature of the measurement object using a coefficient multiplied by a main component after the second main component.
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