JP2020085696A - Infrared detection device, infrared detection method, program to be executed by computer, and computer-readable recording medium in which program is recorded - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、赤外線検出装置、赤外線検出方法、コンピュータに実行させるためのプログラムおよびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。 The present invention relates to an infrared detection device, an infrared detection method, a program to be executed by a computer, and a computer-readable recording medium recording the program.
現在、赤外線の放射エネルギーを検出する赤外線検出器は、放射温度計やガスセンサの構成要素として広く利用されている。放射温度計は、非接触で測定できる赤外線の放射エネルギーを対象物の温度に換算する装置であり、ガスセンサは、対象物の赤外線エネルギーが赤外線検出器に届くまでの減衰率を観測してガス濃度に換算する装置である。 At present, infrared detectors that detect radiant energy of infrared rays are widely used as components of radiation thermometers and gas sensors. A radiation thermometer is a device that converts infrared radiant energy that can be measured in a non-contact manner into the temperature of a target object.A gas sensor observes the attenuation rate until the infrared energy of the target object reaches the infrared detector and measures the gas concentration. It is a device that converts to.
放射温度計およびガスセンサにおいては、さまざまな装置構成、温度およびガス濃度の算出方法が知られている。この理由は、赤外線の放射エネルギーが、対象物の温度、対象物と赤外線検出器間の透過率、および対象物の放射率によって影響されるためである。 For radiation thermometers and gas sensors, various device configurations, methods for calculating temperature and gas concentration are known. The reason for this is that the radiant energy of infrared rays is influenced by the temperature of the object, the transmittance between the object and the infrared detector, and the emissivity of the object.
放射温度計において、赤外線の放射エネルギーから温度を推定する方法は、赤外線検出器が検出する波長の数によって分類される。代表的な方法として、単一の波長の放射エネルギーを検出して、その強度を温度に換算する単色法、2波長の放射エネルギーを検出して、放射エネルギーの比を温度に換算する二色法が知られている。一方、3波長以上の波長の放射エネルギーを検出して温度を算出する多色法も知られている。 In the radiation thermometer, the method of estimating the temperature from the radiant energy of infrared rays is classified by the number of wavelengths detected by the infrared detector. As a typical method, a monochromatic method that detects radiant energy of a single wavelength and converts its intensity into temperature, a two-color method that detects radiant energy of two wavelengths and converts the ratio of radiant energy into temperature It has been known. On the other hand, there is also known a multicolor method in which radiant energy of three or more wavelengths is detected to calculate temperature.
これらの温度の算出方法によって高精度に温度を算出するためには、それぞれの測定方法の前提条件を満たさなければならない。例えば、単色法においては、対象物の放射率と対象物と赤外線検出器との間の透過率が既知でなければ、高精度に温度を算出することはできない。一方、二色法においては、対象物の放射率や対象物と赤外線検出器との間の透過率が波長に依存しない場合、高精度に温度を算出できる。 In order to calculate the temperature with high accuracy by these temperature calculating methods, the prerequisites of the respective measuring methods must be satisfied. For example, in the monochromatic method, the temperature cannot be calculated with high accuracy unless the emissivity of the object and the transmittance between the object and the infrared detector are known. On the other hand, in the two-color method, when the emissivity of the object and the transmittance between the object and the infrared detector do not depend on the wavelength, the temperature can be calculated with high accuracy.
対象物の放射率や対象物と赤外線検出器との間の透過率が波長に依存する場合でも、高精度に温度を算出する方法が特許文献1,2等に記載されている。特許文献1の多色法は、高温の対象物に対して放射率比を算出することで、波長依存性を持つ放射率を補正した温度の算出方法である。一方、他の検出器を用いることで、波長依存性を持つ透過率を補正する方法もある。例えば、特許文献2は、湿度計によって水蒸気の透過効果を補正した放射温度計である。
しかし、対象物の放射率や対象物と赤外線検出器との間の透過率が波長依存性を持つ場合、高精度に温度を算出するためには、ある限られた測定条件が必要である。特許文献1の方法は、対象物が放射する分光放射輝度がウィーンの法則で近似できる場合、すなわち、赤外線検出器の検出波長が短波長である場合のみ、利用することができる。例えば、対象物の温度が780℃である場合、1.4〜1.8μmの波長を検出する赤外線検出器を利用して、波長に依存した放射率を補正して温度を算出することができる。すなわち、常温(0〜100℃)程度の対象物や遠赤外領域の赤外線検出器では、特許文献1の方法を利用できない。一方で、特許文献2の方法に従えば、水蒸気の透過率を補正して高精度に温度を算出できる。しかしながら、追加の測定装置として湿度計が必要であり、装置が複雑化してしまう。
However, when the emissivity of the target object and the transmittance between the target object and the infrared detector have wavelength dependency, certain limited measurement conditions are required to calculate the temperature with high accuracy. The method of
そこで、この発明の実施の形態によれば、遠赤外及び中赤外の領域においても高精度に温度を算出可能な赤外線検出装置を提供する。 Therefore, according to the embodiment of the present invention, there is provided an infrared detection device capable of calculating temperature with high accuracy even in the far infrared region and the mid infrared region.
また、この発明の実施の形態によれば、遠赤外及び中赤外の領域においても高精度に温度を算出可能な赤外線検出方法を提供する。 Further, according to the embodiment of the present invention, there is provided an infrared detecting method capable of calculating temperature with high accuracy even in the far infrared region and the mid infrared region.
更に、この発明の実施の形態によれば、遠赤外及び中赤外の領域においても高精度な温度の算出をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供する。 Further, according to the embodiment of the present invention, there is provided a program for causing a computer to execute highly accurate temperature calculation even in the far infrared region and the mid infrared region.
更に、この発明の実施の形態によれば、遠赤外及び中赤外の領域においても高精度な温度の算出をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。 Further, according to the embodiment of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium in which a program for causing a computer to execute highly accurate temperature calculation in the far infrared region and the mid infrared region is recorded.
(構成1)
この発明の実施の形態によれば、赤外線検出装置は、対象物の温度、対象物から赤外線の検出器までの間に存在する吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つを検出する赤外線検出装置であって、第1および第2の検出器と、算出部とを備える。第1の検出器は、第1の波長を有する第1の赤外線の第1の分光放射照度を検出する。第2の検出器は、第1の波長よりも長い第2の波長を有する第2の赤外線の第2の分光放射照度を検出する。算出部は、第1の分光放射照度と第2の分光放射照度との比である第1の分光放射照度比に基づいて、対象物から第1および第2の検出器までの間における第1の赤外線の透過率である第1の透過率と対象物から第1および第2の検出器までの間における第2の赤外線の透過率である第2の透過率との比である第1の透過率比を算出し、その算出した第1の透過率比に基づいて第1および第2の透過率のいずれか一方の透過率である第3の透過率を算出し、その算出した第3の透過率に基づいて対象物の温度、吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つを算出する。
(Structure 1)
According to the embodiment of the present invention, the infrared detecting device detects at least one of the temperature of the object, the absolute amount of the absorber existing between the object and the infrared detector, and the concentration of the absorber. An infrared detector, which includes first and second detectors and a calculator. The first detector detects a first spectral irradiance of a first infrared ray having a first wavelength. The second detector detects a second spectral irradiance of a second infrared ray having a second wavelength longer than the first wavelength. The calculator calculates a first spectral irradiance ratio, which is a ratio of the first spectral irradiance and the second spectral irradiance, from the object to the first and second detectors. A first transmittance, which is the infrared transmittance of the second infrared ray, and a second transmittance, which is the second infrared ray transmittance between the object and the first and second detectors. A transmittance ratio is calculated, a third transmittance that is either one of the first transmittance and the second transmittance is calculated based on the calculated first transmittance ratio, and the calculated third transmittance is calculated. At least one of the temperature of the object, the absolute amount of the absorber, and the concentration of the absorber is calculated based on the transmittance of the.
(構成2)
構成1において、算出部は、赤外線の透過率および黒体分光放射輝度と、分光放射照度との関係を用いて、第3の透過率に基づいて対象物の温度、吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つを算出する。
(Structure 2)
In the
(構成3)
構成2において、算出部は、対象物が放射する分光放射輝度のうち、第1および第2の検出器が検出する割合である検出割合と、対象物からの第1の赤外線の放射率である第1の放射率と、第3の透過率と、第1の分光放射照度とに基づいて、第1の波長における黒体分光放射輝度である第1の黒体分光放射輝度を算出し、その算出した第1の黒体分光放射輝度に基づいて対象物の温度、吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つを算出する。
(Structure 3)
In the
(構成4)
構成1から構成3のいずれかにおいて、算出部は、対象物から第1および第2の検出器までの間における第1の赤外線の吸光係数と第2の赤外線の吸光係数との比である第1のパラメータと、第1の透過率比と、第3の透過率との関係を用いて、第1の透過率比に基づいて第3の透過率を算出する。
(Structure 4)
In any one of
(構成5)
構成1から構成4のいずれかにおいて、算出部は、更に、第3の透過率に基づいて、対象物の温度と、対象物と検出器との間に存在する水蒸気の濃度とを算出し、水蒸気の濃度および対象物の温度から実質的な温度を算出する。そして、第1の波長は、3.5〜6.0μmの範囲に設定され、かつ、第2の波長は、4.5〜6.0μmの範囲に設定され、または、第1の波長は、3.5〜4.5μmの範囲に設定され、かつ、第2の波長は、6.0〜8.0μmの範囲に設定され、または、第1の波長は、3.5〜4.5μmの範囲に設定され、かつ、第2の波長は、13.0〜16.0μmの範囲に設定され、または、第1の波長は、8.0〜16.0μmの範囲に設定され、かつ、第2の波長は、13.0〜16.0μmの範囲に設定される。
(Structure 5)
In any one of
(構成6)
構成1から構成4のいずれかにおいて、算出部は、更に、第3の透過率に基づいて、対象物の温度と、対象物と検出器との間に存在する二酸化炭素の濃度とを算出し、二酸化炭素の濃度および対象物の温度から快適性の指標を算出する。そして、第1の波長は、3.5〜4.0μmの範囲に設定され、かつ、第2の波長は、4.0〜4.5μmの範囲に設定され、または、第1の波長は、3.5〜4.0μmの範囲に設定され、かつ、第2の波長は、13.5〜16.0μmの範囲に設定され、または、第1の波長は、4.5〜16.0μmの範囲に設定され、かつ、第2の波長は、13.5〜16.0μmの範囲に設定される。
(Structure 6)
In any one of
(構成7)
構成1から構成4のいずれかにおいて、算出部は、第1の波長における黒体分光放射輝度である第1の黒体分光放射輝度と第2の波長における黒体分光放射輝度である第2の黒体分光放射輝度との比の近似値を用いて第1の分光放射照度比に基づいて第1の透過率比を算出する。
(Structure 7)
In any one of
(構成8)
構成1において、赤外線検出装置は、第3の検出器を更に備える。第3の検出器は、第1の波長よりも短い第3の波長を有する第3の赤外線の第3の分光放射照度を検出する。算出部は、第1の波長における黒体分光放射輝度である第1の黒体分光放射輝度と第2の波長における黒体分光放射輝度である第2の黒体分光放射輝度との比の近似値を用いて第1の分光放射照度比に基づいて第1の透過率比を算出し、その算出した第1の透過率比から第3の透過率を算出し、対象物から第1、第2および第3の検出器までの間における第3の赤外線の透過率である第4の透過率を第3の透過率から算出し、その算出した第4の透過率と第3の透過率とに基づいて対象物の温度、吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つを算出する。
(Structure 8)
In
(構成9)
構成7または構成8において、第1および第2の波長は、黒体分光放射輝度の最大値が得られるピーク波長よりも長い。
(Configuration 9)
In the
(構成10)
構成8において、算出部は、対象物から第1、第2および第3の検出器までの間における第1の赤外線の吸光係数と第3の赤外線の吸光係数との比である第2のパラメータと、第3の透過率と、第4の透過率との関係を用いて、第3の透過率から第4の透過率を算出する。
(Configuration 10)
In
(構成11)
構成8または構成10において、算出部は、第3の透過率と第4の透過率との比である第2の透過率比、第1の分光放射照度と第3の分光放射照度との比である第2の分光放射照度比、および対象物の第1の波長における放射率である第1の放射率と対象物の第3の波長における放射率である第2の放射率との比である放射率比に基づいて、第1の波長における黒体分光放射輝度である第1の黒体分光放射輝度と第3の波長における黒体分光放射輝度である第2の黒体分光放射輝度との比である黒体分光放射輝度比を算出し、その算出した黒体分光放射輝度比と温度との関係に基づいて対象物の温度、吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つを算出する。
(Configuration 11)
In the
(構成12)
構成7から構成11のいずれかにおいて、算出部は、更に、第3の透過率に基づいて、対象物の温度と、対象物と検出器との間に存在する水蒸気の濃度とを算出し、水蒸気の濃度および対象物の温度から実質的な温度を算出する。そして、第1の波長は、3.5〜6.0μmの範囲に設定され、かつ、第2の波長は、4.5〜6.0μmの範囲に設定され、または、第1の波長は、8.0〜16.0μmの範囲に設定され、かつ、第2の波長は、13.0〜16.0μmの範囲に設定される。
(Configuration 12)
In any one of
(構成13)
構成7から構成11のいずれかにおいて、算出部は、更に、第3の透過率に基づいて、対象物の温度と、対象物と検出器との間に存在する二酸化炭素の濃度とを算出し、二酸化炭素の濃度および対象物の温度から快適性の指数を算出する。そして、第1の波長は、3.5〜4.0μmの範囲に設定され、かつ、第2の波長は、4.0〜4.5μmの範囲に設定され、または、第1の波長は、4.5〜16.0μmの範囲に設定され、かつ、第2の波長は、13.5〜16.0μmの範囲に設定される。
(Configuration 13)
In any one of the
(構成14)
構成8において、第1から第3の検出器のうちの2つまたは3つの検出器は、量子井戸型または量子ドット型の1つの検出器からなり、赤外線検出装置は、1つの検出器に印加する電圧を制御して、検出する赤外線の波長を第1から第3の波長のうちの2つの波長または3つの波長に制御する制御部を更に備える。
(Configuration 14)
In
(構成15)
構成1において、アレイ状に配置された第1および第2の検出器は、検出器群を構成する。算出部は、第1の分光放射照度比に基づいて第1の透過率比を算出する処理を複数の検出器群によって検出された複数組の第1および第2の分光放射照度について実行して複数の第1の透過率比を算出し、複数の第1の透過率比に基づいて複数の第3の透過率を算出し、複数の第3の透過率に基づいて対象物の複数の領域における複数の温度を算出し、その算出した複数の温度に基づいて記対象物の温度分布を算出する。
(Configuration 15)
In
(構成16)
構成8において、アレイ状に配置された第1から第3の検出器は、検出器群を構成する。算出部は、近似値を用いて第1の分光放射照度比に基づいて第1の透過率比を算出する処理を複数の第1の分光放射照度比について実行して複数の第1の透過率比を算出し、複数の第1の透過率比から複数の第3の透過率を算出し、複数の第4の透過率を複数の第3の透過率から算出し、複数の第3の透過率および複数の第4の透過率に基づいて対象物の複数の領域における複数の温度を算出し、その算出した複数の温度に基づいて対象物の温度分布を算出する。
(Configuration 16)
In the
(構成17)
また、この発明の実施の形態によれば、赤外線検出方法は、対象物の温度、対象物から赤外線の検出器までの間に存在する吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つを検出する検出方法であって、第1の波長を有する第1の赤外線の第1の分光放射照度と、第1の波長よりも長い第2の波長を有する第2の赤外線の第2の分光放射照度とを検出する第1のステップと、第1の分光放射照度と第2の分光放射照度との比である第1の分光放射照度比に基づいて、対象物から第1および第2の赤外線の検出器までの間における第1の赤外線の透過率である第1の透過率と対象物から検出器までの間における第2の赤外線の透過率である第2の透過率との比である第1の透過率比を算出する第2のステップと、算出された第1の透過率比に基づいて第1および第2の透過率のいずれか一方の透過率である第3の透過率を算出する第3のステップと、算出された第3の透過率に基づいて対象物の温度、吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つを算出する第4のステップとを備える。
(Configuration 17)
Further, according to the embodiment of the present invention, the infrared detection method determines at least one of the temperature of the object, the absolute amount of the absorber existing between the target and the infrared detector, and the concentration of the absorber. A detection method for detecting, comprising a first spectral irradiance of a first infrared ray having a first wavelength and a second spectral irradiance of a second infrared ray having a second wavelength longer than the first wavelength. The first and second infrared rays from the object based on the first step of detecting the illuminance and the first spectral irradiance ratio which is the ratio of the first spectral irradiance and the second spectral irradiance. Is the ratio of the first transmittance, which is the first infrared transmittance between the detector and the detector, to the second transmittance, which is the second infrared transmittance between the object and the detector. A second step of calculating the first transmittance ratio and a third transmittance which is one of the first transmittance and the second transmittance based on the calculated first transmittance ratio. A third step of calculating and a fourth step of calculating at least one of the temperature of the object, the absolute amount of the absorber, and the concentration of the absorber based on the calculated third transmittance are provided.
(構成18)
構成17の第2のステップにおいて、第1の透過率比は、第1の波長における黒体分光放射輝度である第1の黒体分光放射輝度と第2の波長における黒体分光放射輝度である第2の黒体分光放射輝度との比の近似値を用いて第1の分光放射照度比に基づいて算出される。
(Structure 18)
In the second step of the
(構成19)
構成17において、検出方法は、対象物から検出器までの間における第1の波長よりも短い第3の波長を有する第3の赤外線の透過率である第4の透過率を第3の透過率から算出する第5のステップを更に備える。、対象物から検出器までの間における第3の赤外線の透過率である第4の透過率を第3の透過率から算出する第6のステップとを更に備える。そして、第1のステップにおいて、第3の赤外線の第3の分光放射照度を更に検出する。また、第2のステップにおいて、第1の透過率比は、第1の波長における黒体分光放射輝度である第1の黒体分光放射輝度と第2の波長における黒体分光放射輝度である第2の黒体分光放射輝度との比の近似値を用いて第1の分光放射照度比に基づいて算出される。更に、第4のステップにおいて、対象物の温度、吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つは、第3の透過率および第4の透過率に基づいて算出される。
(Structure 19)
In
(構成20)
構成19の第2のステップにおいて、第1の透過率比は、黒体分光放射輝度の最大値が得られるピーク波長よりも長い第1の波長における第1の分光放射照度とピーク波長よりも長い第2の波長における第2の分光放射照度とに基づいて算出される。
(Configuration 20)
In the second step of the configuration 19, the first transmittance ratio is longer than the first spectral irradiance and the peak wavelength at the first wavelength longer than the peak wavelength at which the maximum value of the black body spectral radiance is obtained. It is calculated based on the second spectral irradiance at the second wavelength.
(構成21)
構成19の第4のステップにおいて、前記対象物の温度、吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つは、第3の透過率と第4の透過率との比である第2の透過率比、第1の分光放射照度と第3の分光放射照度との比である第2の分光放射照度比、および対象物の第1の波長における放射率である第1の放射率と対象物の第3の波長における放射率である第2の放射率との比である放射率比に基づいて算出された、第1の波長における黒体分光放射輝度である第1の黒体分光放射輝度と第3の波長における黒体分光放射輝度である第2の黒体分光放射輝度との比と温度との関係に基づいて算出される。
(Configuration 21)
In a fourth step of the configuration 19, at least one of the temperature of the object, the absolute amount of the absorber and the concentration of the absorber is a ratio of the third transmittance and the fourth transmittance. The transmittance ratio, the second spectral irradiance ratio that is the ratio of the first spectral irradiance and the third spectral irradiance, and the first emissivity that is the emissivity of the object at the first wavelength and the object The first black body spectral radiation, which is the black body spectral radiance at the first wavelength, calculated on the basis of the emissivity ratio, which is the ratio of the object to the second emissivity at the third wavelength. It is calculated based on the relationship between the temperature and the ratio between the luminance and the second black body spectral radiance that is the black body spectral radiance at the third wavelength.
(構成22)
構成17において、第1の赤外線を検出する第1の検出器および第2の赤外線を検出する第2の検出器は、アレイ状に配置されて検出器群を構成する。そして、第1のステップにおいて、複数の前記検出器群の各々は、第1および第2の分光放射照度を検出し、第2のステップにおいて、第1および第2の分光放射照度に基づいて第1の透過率比を算出する処理を複数組の第1および第2の分光放射照度について実行して複数の第1の透過率比を算出し、第3のステップにおいて、複数の第1の透過率比に基づいて複数の第3の透過率を算出し、第4のステップにおいて、複数の第3の透過率に基づいて対象物の複数の領域における複数の温度を算出し、その算出した複数の温度に基づいて対象物の温度分布を算出する。
(Configuration 22)
In the
(構成23)
構成19において、第1の赤外線を検出する第1の検出器、第2の赤外線を検出する第2の検出器および第3の赤外線を検出する第3の検出器は、アレイ状に配置されて検出器群を構成する。そして、第1のステップにおいて、複数の検出器群の各々は、第1から第3の分光放射照度を検出し、第2のステップにおいて、近似値を用いて第1の分光放射照度比に基づいて第1の透過率比を算出する処理を複数組の第1および第2の分光放射照度について実行して複数の第1の透過率比を算出し、第3のステップにおいて、複数の第1の透過率比に基づいて複数の第3の透過率を算出し、第5のステップにおいて、複数の第3の透過率から複数の第4の透過率を算出し、第4のステップにおいて、複数の第3の透過率および複数の第4の透過率に基づいて対象物の複数の領域における複数の温度を算出し、その算出した複数の温度に基づいて対象物の温度分布を算出する。
(Structure 23)
In the configuration 19, the first detector that detects the first infrared light, the second detector that detects the second infrared light, and the third detector that detects the third infrared light are arranged in an array. Configure a detector group. Then, in the first step, each of the plurality of detector groups detects the first to third spectral irradiances, and in the second step, based on the first spectral irradiance ratio using an approximate value. And calculating a first transmittance ratio for a plurality of sets of first and second spectral irradiances to calculate a plurality of first transmittance ratios, and calculating a plurality of first transmittance ratios in the third step. A plurality of third transmittances are calculated based on the transmittance ratio of, a plurality of fourth transmittances are calculated from a plurality of third transmittances in a fifth step, and a plurality of third transmittances are calculated in a fourth step. The plurality of temperatures in the plurality of regions of the object are calculated based on the third transmittance and the plurality of fourth transmittances, and the temperature distribution of the object is calculated based on the calculated plurality of temperatures.
(構成24)
更に、この発明の実施の形態によれば、プログラムは、対象物の温度、対象物から赤外線の検出器までの間に存在する吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つの検出をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、受付手段が、第1の波長を有する第1の赤外線の第1の分光放射照度と、第1の波長よりも長い第2の波長を有する第2の赤外線の第2の分光放射照度とを受け付ける第1のステップと、算出手段が、第1の分光放射照度と第2の分光放射照度との比である第1の分光放射照度比に基づいて、対象物から第1および第2の赤外線の検出器までの間における第1の赤外線の透過率である第1の透過率と対象物から検出器までの間における第2の赤外線の透過率である第2の透過率との比である第1の透過率比を算出する第2のステップと、算出手段が、算出した第1の透過率比に基づいて第1および第2の透過率のいずれか一方の透過率である第3の透過率を算出する第3のステップと、算出手段が、算出した第3の透過率に基づいて対象物の温度、吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つを算出する第4のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
(Configuration 24)
Further, according to the embodiment of the present invention, the program causes the computer to detect at least one of the temperature of the object, the absolute amount of the absorber existing between the object and the infrared detector, and the concentration of the absorber. And a second infrared ray having a second wavelength longer than the first wavelength, the first spectral irradiance of the first infrared ray having the first wavelength, and the second infrared ray having a second wavelength longer than the first wavelength. The second spectral irradiance of the first spectral irradiance and the calculation means based on the first spectral irradiance ratio, which is a ratio of the first spectral irradiance to the second spectral irradiance. A first transmittance that is a first infrared transmittance between the object and the first and second infrared detectors, and a second transmittance that is a second infrared transmittance between the object and the detector. A second step of calculating a first transmittance ratio, which is a ratio with the transmittance of 2; and a calculating means, based on the calculated first transmittance ratio, one of the first and second transmittances. The third step of calculating the third transmittance, which is one of the transmittances, and the calculating means calculates the temperature of the target object, the absolute amount of the absorber, and the concentration of the absorber based on the calculated third transmittance. And a program for causing a computer to execute the fourth step of calculating at least one.
(構成25)
構成24において、算出手段は、第2のステップにおいて、第1の波長における黒体分光放射輝度である第1の黒体分光放射輝度と第2の波長における黒体分光放射輝度である第2の黒体分光放射輝度との比の近似値を用いて第1の分光放射照度比に基づいて第1の透過率比を算出する。
(Structure 25)
In the
(構成26)
更に、この発明の実施の形態によれば、記録媒体は、構成24または構成25に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
(Configuration 26)
Further, according to the embodiment of the present invention, the recording medium is a computer-readable recording medium in which the program according to the
遠赤外及び中赤外の領域においても高精度に温度を算出できる。 It is possible to calculate the temperature with high accuracy in the far infrared region and the mid infrared region.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts will be denoted by the same reference characters and description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による赤外線検出装置の概略図である。図1を参照して、実施の形態1による赤外線検出装置10は、検出器1,2と、算出部4とを備える。
[Embodiment 1]
1 is a schematic diagram of an infrared detection device according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1,
検出器1,2は、中赤外から遠赤外までの3〜16μmの波長範囲に属する赤外線を検出する。より具体的には、検出器1は、対象物20から放射された赤外線のうち、3〜16μmの波長範囲に属する波長λ1を有する赤外線IFR1の分光放射照度I(λ1,T)を検出し、その検出した分光放射照度I(λ1,T)を算出部4へ出力する。検出器2は、対象物20から放射された赤外線のうち、3〜16μmの波長範囲に属する波長λ2(>λ1)を有する赤外線IFR2の分光放射照度I(λ2,T)を検出し、その検出した分光放射照度I(λ2,T)を算出部4へ出力する。
The
なお、波長λ1,λ2は、ある程度の波長範囲を含んでいてもよい。この場合、波長λ1,λ2は、中心波長が波長λ1,λ2であることを意味する。そして、波長範囲が狭いほど、温度の検出精度が高くなる。 The wavelengths λ 1 and λ 2 may include a certain wavelength range. In this case, the wavelengths λ 1 and λ 2 mean that the center wavelengths are the wavelengths λ 1 and λ 2 . The narrower the wavelength range, the higher the temperature detection accuracy.
算出部4は、輝度テーブル41と、透過率算出テーブル42とを含む。輝度テーブル41は、波長λ1における黒体分光放射輝度の値と温度Tとの関係BT1と、波長λ2における黒体分光放射輝度の値と温度Tとの関係BT2とを含む。透過率算出テーブル42は、透過率の比と透過率との関係を含む。
The
算出部4は、検出器1から分光放射照度I(λ1,T)を受け、検出器2から分光放射照度I(λ2,T)を受ける。そして、算出部4は、輝度テーブル41および透過率算出テーブル42を用いて、後述する方法によって、分光放射照度I(λ1,T),I(λ2,T)に基づいて対象物20の温度T、および/または対象物20と検出器1,2との間に存在する吸収体ABSの絶対量または濃度を算出する。
The
検出器1,2の各々は、InGaAsのバンドギャップで光電変換する検出器、ボロメータのような熱型検出器に波長フィルタを搭載した構成からなる検出器、多層に積層した量子ドットのエネルギー準位を利用して光電変換する量子ドット型検出器および多層に積層した量子井戸のエネルギー準位を利用して光電変換する量子井戸型検出器等からなる。
Each of the
検出器1,2は、相互に同じあっても異なっていてもよい。検出器1,2が同じである場合、即ち、2つの検出器1,2が1つの検出器によって構成される場合、検出器1,2は、量子ドット型検出器または量子井戸型検出器からなる。量子ドット型検出器または量子井戸型検出器は、印加される電圧に応じて検出波長を制御することができる。これによって、1つの検出器で済むため、赤外線検出装置10の小型化および低コスト化が可能である。2つの検出器1,2が1つの検出器によって構成される場合、赤外線検出装置10は、検出する波長を波長λ1に設定するための電圧V1を検出器(量子ドット型検出器または量子井戸型検出器からなる)に印加するとともに、検出する波長を波長λ2に設定するための電圧V2を検出器(量子ドット型検出器または量子井戸型検出器からなる)に印加する制御部を更に備える。
The
[対象物の温度の算出方法]
検出器1が検出する分光放射照度I(λ1,T)は、次式によって表される。
[Calculation method of target temperature]
The spectral irradiance I(λ 1 , T) detected by the
式(1)において、αは、検出割合であり、τ(λ1)は、透過率であり、ε(λ1)は、放射率である。B(λ1,T)は、波長λ1および温度Tにおける黒体分光放射輝度である。 In Equation (1), α is the detection ratio, τ(λ 1 ) is the transmittance, and ε(λ 1 ) is the emissivity. B(λ 1 , T) is the blackbody spectral radiance at wavelength λ 1 and temperature T.
検出割合αとは、対象物20が放射する分光放射輝度のうち、検出器1または検出器2が検出する分光放射輝度の割合である。そして、検出割合αは、対象物20の形状、対象物20と検出器1,2との距離、および検出器1,2の向きで決定される。この発明の実施の形態においては、検出器1,2のキャリブレーションを行って検出割合αを決定してもよいし、レンズの焦点距離等で決まる設計値を検出割合αとして用いてもよい。
The detection ratio α is a ratio of the spectral radiance detected by the
透過率τ(λ1)は、対象物20と検出器1,2との間の赤外線IFR1の透過率であり、対象物20によって放射される分光放射輝度が光路を通して検出器1,2に伝搬される割合である。
The transmittance τ(λ 1 ) is the transmittance of the infrared IFR1 between the
放射率ε(λ1)は、波長λ1における熱放射において、黒体分光放射輝度に対して対象物20によって放射される分光放射輝度の割合である。
The emissivity ε(λ 1 ) is the ratio of the spectral radiance emitted by the
式(1)に示す黒体分光放射輝度B(λ1,T)は、次式(プランクの式)によって表される。 The black body spectral radiance B(λ 1 , T) shown in Expression (1) is expressed by the following expression (Planck's expression).
式(2)において、hは、プランク定数であり、cは、光速であり、kは、ボルツマン定数であり、Tは、絶対温度である。 In equation (2), h is Planck's constant, c is the speed of light, k is the Boltzmann's constant, and T is the absolute temperature.
上述した式(1)および式(2)は、検出器2が検出する分光放射照度I(λ2,T)についても成り立つ。
The equations (1) and (2) described above also hold for the spectral irradiance I(λ 2 , T) detected by the
従って、分光放射照度I(λ1,T)についての式(1)と、分光放射照度I(λ2,T)についての式(1)より、次式が得られる。 Therefore, the following equation is obtained from the equation (1) for the spectral irradiance I(λ 1 , T) and the equation (1) for the spectral irradiance I(λ 2 , T).
このように、透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)は、分光放射照度の比I(λ1,T)/I(λ2,T)、放射率の比ε(λ2)/ε(λ1)および黒体分光放射輝度の比B(λ2,T)/B(λ1,T)によって表される。 Thus, the transmittance ratio τ(λ 1 )/τ(λ 2 ) is the spectral irradiance ratio I(λ 1 , T)/I(λ 2 , T) and the emissivity ratio ε(λ 2 )/Ε(λ 1 ) and the black body spectral radiance ratio B(λ 2 ,T)/B(λ 1 ,T).
実施の形態1においては、放射率ε(λ1),ε(λ2)は、既知であるとする。分光放射照度の比I(λ1,T)/I(λ2,T)は、検出器1,2がそれぞれ検出する分光放射照度I(λ1,T),I(λ2,T)から算出可能である。黒体分光放射輝度B(λ1,T),B(λ2,T)については、輝度テーブル41に含まれる関係BT1,BT2に基づいて、ある温度Txにおける黒体分光放射輝度B(λ1,T),B(λ2,T)を求めることができる。
In the first embodiment, it is assumed that the emissivities ε(λ 1 ) and ε(λ 2 ) are known. The spectral irradiance ratio I(λ 1 , T)/I(λ 2 , T) is calculated from the spectral irradiances I(λ 1 , T) and I(λ 2 , T) detected by the
従って、式(3)によって、透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)を算出することができる。また、式(3)によれば、透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)は、温度Tのみによって決定される。 Therefore, the transmittance ratio τ(λ 1 )/τ(λ 2 ) can be calculated by the equation (3). Further, according to the formula (3), the transmittance ratio τ(λ 1 )/τ(λ 2 ) is determined only by the temperature T.
実施の形態1においては、透過率の比と透過率との間に対応関係がある場合に、透過率を算出する方法を使用する。この一例としては、ランベルト・ベールの法則等、吸収体存在下の赤外線の減衰に関する法則を適用することができる。 In the first embodiment, the method of calculating the transmittance is used when there is a correspondence between the transmittance ratio and the transmittance. As an example of this, a law relating to the attenuation of infrared rays in the presence of an absorber, such as Lambert-Beer's law, can be applied.
ランベルト・ベールの法則は、次式によって表される。 Lambert-Beer's law is expressed by the following equation.
式(4)において、εa(λ1)は、波長λ1を有する赤外線IFR1の吸光係数である。caは、対象物20から検出器1,2までの間に存在する吸収体ABSの濃度である。lは、対象物20から検出器1,2までの距離である。
In Expression (4), ε a (λ 1 ) is the extinction coefficient of the infrared IFR1 having the wavelength λ 1 . c a is the concentration of the absorber ABS existing between the
式(4)は、透過率τ(λ2)についても成立するので、透過率τ(λ1)についての式(4)と、透過率τ(λ2)についての式(4)とにより、濃度caおよび距離lを消去すると、次式が得られる。 Equation (4), since also holds for transmittance tau (lambda 2), and Equation (4) for the transmission tau (lambda 1), by the equation (4) for the transmission tau (lambda 2), Clearing the concentration c a and the distance l, the following equation is obtained.
式(5)は、透過率の比τ(λ2)/τ(λ1)から透過率τ(λ1)を算出できることを意味する。なお、実施の形態1においては、吸光係数εa(λ1),εa(λ2)は、既知であるものとする。 Equation (5) means that the transmittance τ(λ 1 ) can be calculated from the transmittance ratio τ(λ 2 )/τ(λ 1 ). In the first embodiment, the extinction coefficients ε a (λ 1 ) and ε a (λ 2 ) are known.
透過率算出テーブル42は、透過率の比τ(λ2)/τ(λ1)と透過率τ(λ1)との関係を含む。即ち、透過率算出テーブル42は、検出器1,2の利用環境において、透過率の比τ(λ2)/τ(λ1)と透過率τ(λ1)との関係を予め実験によって算出し、その算出した透過率の比τ(λ2)/τ(λ1)と透過率τ(λ1)との関係を含む。
The transmittance calculation table 42 includes the relationship between the transmittance ratio τ(λ 2 )/τ(λ 1 ) and the transmittance τ(λ 1 ). That is, the transmittance calculation table 42 calculates beforehand the relationship between the transmittance ratio τ(λ 2 )/τ(λ 1 ) and the transmittance τ(λ 1 ) in the environment where the
従って、算出部4は、上述した式(3)によって透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)を算出し、既知である吸光係数εa(λ1),εa(λ2)から吸光係数の比εa(λ2)/εa(λ1)を算出し、その算出した透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)の逆数と、吸光係数の比εa(λ2)/εa(λ1)とを式(5)に代入して透過率τ(λ1)を算出する。また、算出部4は、式(3)によって透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)を算出すると透過率算出テーブル42に基づいて透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)に対応する透過率τ(λ1)を検出することによって、透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)から透過率τ(λ1)を算出する。
Therefore, the
算出部4は、透過率τ(λ1)を算出すると、その算出した透過率τ(λ1)、既知である検出割合α、検出器1によって検出された分光放射照度I(λ1,T)、既知である放射率ε(λ1)を式(1)に代入して黒体分光放射輝度B(λ1,T)を算出する。そして、算出部4は、算出した黒体分光放射輝度B(λ1,T)を式(2)に代入し、温度Testを算出する。
When calculating the transmittance τ(λ 1 ), the
実施の形態1においては、算出部4は、ある温度Txを仮定して、上述した方法によって温度Testを算出する動作を、温度Txと温度Testとの差が最小になるまで繰り返し行い、温度Txと温度Testとの差が最小になったときの温度Testを対象物20の温度として算出する。
In the first embodiment, the
また、算出部4は、上述した方法によって算出した透過率τ(λ1)と、対象物20から検出器1,2までの距離lとに基づいて、対象物20から検出器1,2までの間に存在する吸収体ABSの絶対量または濃度を算出する。
In addition, the
図2は、対象物20の温度および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を検出する実施の形態1による検出方法を説明するためのフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart for explaining the detection method according to the first embodiment for detecting the temperature of the
図2を参照して、対象物20の温度および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を検出する動作が開始されると、検出器1,2は、それぞれ分光放射照度I(λ1,T),I(λ2,T)を検出し(ステップS1)、その検出した分光放射照度I(λ1,T),I(λ2,T)を算出部4へ出力する。
With reference to FIG. 2, when the operation of detecting the temperature of the
算出部4は、分光放射照度I(λ1,T),I(λ2,T)をそれぞれ検出器1,2から受ける。そして、算出部4は、温度Tを、ある温度Txに設定する(ステップS2)。
The
その後、算出部4は、輝度テーブル41に基づいて、温度Txに対応する黒体分光放射輝度B(λ1,T),B(λ2,T)を算出する(ステップS3)。
Then, the
引き続いて、算出部4は、分光放射照度I(λ1,T),I(λ2,T)、放射率ε(λ1),ε(λ2)および黒体分光放射輝度B(λ1,T),B(λ2,T)を式(3)に代入して透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)を算出する(ステップS4)。
Subsequently, the
そして、算出部4は、透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)および吸光係数εa(λ1),εa(λ2)に基づいて透過率τ(λ1)を算出する(ステップS5)。より具体的には、算出部4は、透過率算出テーブル42に基づいて、透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)に対応する透過率を検出することによって、透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)から透過率τ(λ1)を算出する。また、算出部4は、透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)の逆数および吸光係数εa(λ1),εa(λ2)を式(5)に代入して透過率τ(λ1)を算出する。
The
ステップS5の後、算出部4は、検出割合α、分光放射照度I(λ1,T)、透過率τ(λ1)および放射率ε(λ1)を式(1)に代入して黒体分光放射輝度B(λ1,T)を算出する(ステップS6)。
After step S5, the
そして、算出部4は、算出した黒体分光放射輝度B(λ1,T)を式(2)に代入して温度Testを算出する(ステップS7)。
Then, the
そうすると、算出部4は、温度Txと温度Testとの差ΔTを算出し(ステップS8)、その算出した差ΔTが最小であるか否かを判定する(ステップS9)。
Then, the
ステップS9において、差ΔTが最小でないと判定されたとき、算出部4は、温度Txを異なる値に設定する(ステップS10)。その後、一連の動作は、ステップS3へ移行し、ステップS9において、差ΔTが最小であると判定されるまで、ステップS3〜ステップS10が繰り返し実行される。
When it is determined in step S9 that the difference ΔT is not the minimum, the
そして、ステップS9において、差ΔTが最小であると判定されると、算出部4は、差Δが最小になったときの温度Testを対象物20の温度とする(ステップS11)。その後、算出部4は、差Δが最小になったときの透過率τ(λ1)に基づいて、吸収体ABSの絶対量または濃度を算出する(ステップS12)。これによって、一連の動作が終了する。
Then, when it is determined in step S9 that the difference ΔT is the minimum, the
式(3)は、透過率τ(λ2)に対する透過率τ(λ1)の比τ(λ1)/τ(λ2)を算出する式であるが、透過率τ(λ1)に対する透過率τ(λ2)の比τ(λ2)/τ(λ1)は、分光放射照度I(λ1,T)についての式(1)と、分光放射照度I(λ2,T)についての式(1)とから次式のように導出される。 Equation (3), the ratio tau (lambda 1) of the transmittance with respect to transmittance τ (λ 2) τ (λ 1) / τ (λ 2) is a formula for calculating a relative transmittance tau (lambda 1) The ratio τ(λ 2 )/τ(λ 1 ) of the transmittance τ(λ 2 ) is calculated by the equation (1) for the spectral irradiance I(λ 1 , T) and the spectral irradiance I(λ 2 , T). It is derived from the equation (1) and the following equation.
そして、透過率τ(λ1)についての式(4)と、透過率τ(λ2)についての式(4)とにより、透過率の比τ(λ2)/τ(λ1)から透過率τ(λ2)を算出する次式が得られる。 Then, according to the equation (4) for the transmittance τ(λ 1 ) and the equation (4) for the transmittance τ(λ 2 ), the transmittance is calculated from the transmittance ratio τ(λ 2 )/τ(λ 1 ). The following equation for calculating the rate τ(λ 2 ) is obtained.
従って、図2に示す検出方法においては、算出部4は、ステップS4において、式(6)によって透過率の比τ(λ2)/τ(λ1)を算出し、ステップS5において、算出した透過率の比τ(λ2)/τ(λ1)に基づいて透過率τ(λ2)を算出してもよい。この場合、ステップS6において、検出割合α、分光放射照度I(λ2,T)、透過率τ(λ2)および放射率ε(λ2)を、分光放射照度I(λ2,T)についての式(1)に代入して黒体分光放射輝度B(λ2,T)を算出し、ステップS7において、算出した黒体分光放射輝度B(λ2,T)を式(2)に代入して温度Testを算出することができる。この場合、算出部4は、ステップS12において、差ΔTが最小になるときの透過率τ(λ2)に基づいて、吸収体ABSの絶対量または濃度を算出する。なお、透過率の比τ(λ2)/τ(λ1)に基づいて透過率τ(λ2)を算出する場合、算出部4は、透過率の比τ(λ2)/τ(λ1)および吸光係数の比εa(λ1)/εa(λ2)を式(7)に代入して透過率τ(λ2)を算出してもよいし、透過率の比τ(λ2)/τ(λ1)と透過率τ(λ2)との関係を含む透過率算出テーブルに基づいて透過率の比τ(λ2)/τ(λ1)から透過率τ(λ2)を算出してもよい。
Therefore, in the detection method shown in FIG. 2, the calculating
なお、実施の形態1においては、対象物20の温度および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を検出する動作は、ソフトウェアによって実行されてもよい。この場合、算出部4は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)を備える。
In the first embodiment, the operation of detecting the temperature of
ROMは、検出器1,2からそれぞれ分光放射照度I(λ1,T),分光放射照度I(λ2,T)を受け付けるステップS1−1と、入力装置(キーボード等)を介して放射率ε(λ1),ε(λ2)および吸光係数εa(λ1),εa(λ2)を受け付けるステップS1−2と、図2に示すステップS2〜ステップS12とを備えるプログラムProg_Aを格納する。また、ROMは、図1に示す輝度テーブル41および透過率算出テーブル42を格納する。RAMは、CPUによって受け付けられた分光放射照度I(λ1,T),分光放射照度I(λ2,T)、放射率ε(λ1),ε(λ2)および吸光係数εa(λ1),εa(λ2)、CPUによって算出された黒体分光放射輝度B(λ1,T),B(λ2,T)、CPUによって算出された透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)、CPUによって算出された透過率τ(λ1)、CPUによって算出された温度Test、および算出された差ΔTを一時的に記憶する。
The ROM receives the spectral irradiance I(λ 1 , T) and the spectral irradiance I(λ 2 , T) from the
CPUは、ROMからプログラムProg_Aを読み出し、その読み出したプログラムProg_AのステップS1−1,S1−2,S2〜S12を順次実行して、上述した方法によって、対象物20の温度および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を検出する。
The CPU reads the program Prog_A from the ROM, sequentially executes steps S1-1, S1-2, S2 to S12 of the read program Prog_A, and the temperature of the
この場合、黒体分光放射輝度B(λ1,T),B(λ2,T)、透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)、透過率τ(λ1)、温度Test、および差ΔTを算出するCPUは、「算出手段」を構成する。また、分光放射照度I(λ1,T),分光放射照度I(λ2,T)、放射率ε(λ1),ε(λ2)および吸光係数εa(λ1),εa(λ2)を受け付けるCPUは、「受付手段」を構成する。 In this case, the black body spectral radiance B(λ 1 , T), B(λ 2 , T), the transmittance ratio τ(λ 1 )/τ(λ 2 ), the transmittance τ(λ 1 ), the temperature T The CPU that calculates est and the difference ΔT constitutes “calculation means”. Further, the spectral irradiance I(λ 1 , T), the spectral irradiance I(λ 2 , T), the emissivity ε(λ 1 ), ε(λ 2 ) and the extinction coefficient ε a (λ 1 ), ε a ( The CPU that accepts λ 2 ) constitutes “accepting means”.
また、プログラムProg_Aは、記録媒体(例えば、CDおよびDVD等)に記録されて流通されてもよい。この場合、コンピュータ(CPU)は、記録媒体からプログラムProg_Aを読み出して実行し、対象物20の温度および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を検出する。従って、プログラムProg_Aを記録したCD,DVD等は、プログラムProg_Aを記録したコンピュータ(CPU)読み取り可能な記録媒体である。
Further, the program Prog_A may be recorded in a recording medium (for example, CD and DVD) and distributed. In this case, the computer (CPU) reads the program Prog_A from the recording medium and executes it to detect the temperature of the
上述したように、実施の形態1においては、検出器1,2が検出した分光放射照度I(λ1,T),I(λ2,T)、既知である放射率ε(λ1),ε(λ2)、既知である吸光係数εa(λ1),εa(λ2)、および輝度テーブル41から算出された黒体分光放射輝度B(λ1,T),B(λ2,T)を用いる。実施の形態1による検出方法は、上述のパラメータを使用し、透過率τ(λ1)および透過率τ(λ2)のいずれか一方を算出し、その算出した透過率(透過率τ(λ1)および透過率τ(λ2)のいずれか一方)に基づいて、対象物20の温度および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を算出するものであればよい。
As described above, in the first embodiment, the spectral irradiance I(λ 1 , T), I(λ 2 , T) detected by the detectors 1 and 2 , the known emissivity ε(λ 1 ), ε(λ 2 ), known extinction coefficients ε a (λ 1 ), ε a (λ 2 ), and black body spectral radiance B(λ 1 , T), B(λ 2 ) calculated from the luminance table 41. , T). The detection method according to the first embodiment uses the above-mentioned parameters to calculate one of the transmittance τ(λ 1 ) and the transmittance τ(λ 2 ) and calculates the calculated transmittance (transmittance τ(λ 1 ) and the transmittance τ(λ 2 ) whichever is required) as long as the temperature of the
このように、赤外線検出装置10は、対象物20の温度を算出する放射温度計および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を算出するガスセンサとして機能する。
In this way, the
赤外線検出装置10においては、検出割合αおよび吸光係数の比εa(λ2)/εa(λ1)(または吸光係数の比εa(λ1)/εa(λ2))は、赤外線検出装置10に予め設定される。
In the
簡単のために、検出割合αを0.1とし、放射率ε(λ1)を1とする。また、対象物20の温度を0〜100℃とする。
For simplicity, the detection rate α is 0.1 and the emissivity ε(λ 1 ) is 1. Moreover, the temperature of the
輝度テーブル41および透過率算出テーブル42を次のようにして予め赤外線検出装置10に設定する。
The brightness table 41 and the transmittance calculation table 42 are set in advance in the
図3は、透過率と波長との関係を示す図である。図3において、縦軸は、透過率を表し、横軸は、波長を表す。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the transmittance and the wavelength. In FIG. 3, the vertical axis represents the transmittance and the horizontal axis represents the wavelength.
図3を参照して、大気中に存在する吸収分子として、水(H2O)、酸素(O2)、オゾン(O3)および二酸化炭素(CO2)が吸収波長に対応付けて示されている。 Referring to FIG. 3, water (H 2 O), oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), and carbon dioxide (CO 2 ) are shown in association with absorption wavelengths as absorption molecules existing in the atmosphere. ing.
図3に示すように、大気の窓の範囲内において、例えば、波長λ1を8.5μmに設定し、波長λ2を13.0μmに設定する。 As shown in FIG. 3, within the range of the atmospheric window, for example, the wavelength λ 1 is set to 8.5 μm and the wavelength λ 2 is set to 13.0 μm.
輝度テーブル41には、温度と、波長8.5μmおよび13.0μmにおける黒体分光放射輝度との関係を設定する。また、図3を参照して吸光係数の比εa(λ2)/εa(λ1)を、例えば、0.37に設定し、その設定した吸光係数の比εa(λ2)/εa(λ1)=0.37を用いて、透過率の比と透過率との関係を透過率算出テーブル42に設定する。なお、吸光係数の比εa(λ2)/εa(λ1)=0.37は、波長8.5μmおよび13.0μmにおける水蒸気の吸光係数の比である。 In the brightness table 41, the relationship between the temperature and the black body spectral radiance at wavelengths of 8.5 μm and 13.0 μm is set. Further, referring to FIG. 3, the extinction coefficient ratio ε a (λ 2 )/ε a (λ 1 ) is set to, for example, 0.37, and the set extinction coefficient ratio ε a (λ 2 )/ The relationship between the transmittance ratio and the transmittance is set in the transmittance calculation table 42 by using ε a (λ 1 )=0.37. The extinction coefficient ratio ε a (λ 2 )/ε a (λ 1 )=0.37 is the ratio of the extinction coefficients of water vapor at wavelengths of 8.5 μm and 13.0 μm.
[温度の算出精度]
シミュレーションに基づいて、実施の形態1における温度の算出精度を説明する。まず、シミュレーションの課題を作成した。採用した吸光係数の比0.37と整合する透過率τ(λ1)=0.77およびτ(λ2)=0.50を設定して、式(1)に基づいて、各温度に対応する分光放射照度I(8.5μm,T),I(13.0μm,T)を算出した。この分光放射照度を、検出器1,2が検出する分光放射照度と定めて、図2に示す検出方法によって対象物20の温度Testを算出した。
[Temperature calculation accuracy]
The calculation accuracy of the temperature in the first embodiment will be described based on the simulation. First, we created a simulation task. Set the transmittances τ(λ 1 )=0.77 and τ(λ 2 )=0.50 that match the adopted extinction coefficient ratio of 0.37, and respond to each temperature based on equation (1). Spectral irradiance I (8.5 μm, T) and I (13.0 μm, T) were calculated. This spectral irradiance was defined as the spectral irradiance detected by the
そして、検出器1に関する式(1)と、輝度テーブル41と、透過率算出テーブル42とに基づいて温度を算出した。
Then, the temperature was calculated based on the equation (1) regarding the
図4は、設定した対象物20の温度とシミュレーションによって得られた算出温度との温度差を示す図である。図4において、縦軸は、算出温度と対象物20の温度との差を表し、横軸は、対象物20の温度を表す。
FIG. 4 is a diagram showing a temperature difference between the set temperature of the
図4を参照して、透過率が波長に依存する場合でも、算出温度が対象物20の温度と+0.3℃から+0.5℃程度の誤差に収まる。従って、吸収体ABSの存在下で高精度に対象物20の温度を算出できることが分かった。
With reference to FIG. 4, even when the transmittance depends on the wavelength, the calculated temperature falls within an error of about +0.3° C. to +0.5° C. with respect to the temperature of the
[実施の形態1における効果]
(放射温度計に関する効果)
赤外線検出装置10を放射温度計として利用した場合の効果について説明する。
[Effects of First Embodiment]
(Effects of radiation thermometer)
The effect of using the
従来の単色法では、透過率を、事前に予想した値に設定して対象物20の温度を算出するため、透過率が予想した値と異なると、温度に算出誤差が生じる。例えば、波長8.5μmの赤外線を検出する単色法の放射温度計を想定すると、透過率を0.77に設定すべきところを1.0に設定したとする。即ち、放射温度計は、対象物20の分光放射輝度を本来値の0.77倍に見積もる。
In the conventional single-color method, the transmittance is set to a value predicted in advance to calculate the temperature of the
この条件下で、式(1)によって35℃の対象物20の温度を算出すると、算出温度は、約21℃になり、大きな算出誤差が生じる。
Under this condition, if the temperature of the
また、従来の二色法では、透過率が波長依存性を持つため、温度を高精度に算出することはできない。従来の二色法では、透過率が波長に依存しないと仮定して対象物20の温度を算出するため、実際の透過率に波長依存性が生じる場合、温度に算出誤差が生じる。例えば、波長8.5μmの赤外線と、波長13.0μmの赤外線とを検出する従来の二色法の放射温度計を用いて、透過率がτ(8.5μm)=0.77およびτ(13.0)=0.5の条件下で、対象物20の温度を算出する場合を想定する。
Further, in the conventional two-color method, the temperature cannot be calculated with high accuracy because the transmittance has wavelength dependency. In the conventional two-color method, the temperature of the
この条件下で、分光放射照度の比をプランクの式の比と見なして温度を算出すると、35℃の対象物20の温度を137℃と算出してしまう。一方で、シミュレーションおよび図4に示した通り、実施の形態1による放射温度計(赤外線検出装置10)は、透過率が波長に依存する場合でも、正確な温度を算出することができる。即ち、放射温度計(赤外線検出装置10)は、従来の放射温度計に無い透過率の補正機能を有する。
Under this condition, if the temperature is calculated by regarding the ratio of the spectral irradiance as the ratio of Planck's equation, the temperature of the
実施の形態1によると、任意の波長の赤外線を検出する2つの検出器1,2を用いて、透過率を補正して対象物20の温度を算出することができる。これによって、例えば、水蒸気等の影響で透過率が大きく変化する環境(例えば、雨および霧等の悪天候の屋外、風呂場等)において、人または動物の検出性能を向上することができる。即ち、悪天候時において、人または動物を、より遠距離から検出することができ、風呂場での事故を早期に発見できる。
According to the first embodiment, the temperature of the
また、赤外線検出装置10によると、水蒸気等の吸収体ABSの存在によって透過率が低下し得る波長λ1,λ2を用いて温度を高精度に算出することができる。例えば、従来、不適とされていた大気の窓の範囲外を検出波長λ1,λ2として利用することができる。即ち、検出波長λ1,λ2が3〜3.5μm、4.5〜8μmまたは13〜16μmの範囲に属する場合でも、温度Testおよび透過率τ(λ1)(または透過率τ(λ2))を高精度に算出することができる。
Further, according to the
なお、対象物20と赤外線検出装置10との間に存在する吸収体ABSは、波長λ1,λ2により決まってくるので、特に大気中であれば、予め吸収体ABSの種類を検査する必要はない。
Since the absorber ABS existing between the
(ガスセンサに関する効果)
赤外線検出装置10をガスセンサとして利用した場合の効果について説明する。赤外線検出装置10は、吸収体ABSの透過率を算出すると同時に、吸収体ABSの絶対量を算出することができる。対象物20と赤外線検出装置10との間の距離lが既知である場合、吸収体ABSの濃度を算出することができる。例えば、吸収体ABSを水蒸気とすれば、対象物20と赤外線検出装置10との間の距離lにおける水蒸気量、および湿度を算出することができる。対象となる吸収体ABSは、水蒸気に限らず、二酸化炭素などの気体の吸収体やエアロゾルなどの散乱体であってもよい。
(Effects on gas sensor)
The effect of using the
赤外線検出装置10によると、対象物20の温度が一定範囲内に収まっている限り、高精度に吸収体ABSの濃度を算出することができる。即ち、例えば、特許文献3に代表される赤外線検出器を利用したガスセンサと比較して、赤外線検出装置10は、構成要素に光源を必要としない。従って、光源の設置が困難な状況や、エネルギー消費量を抑制したい状況では、赤外線検出装置10のガス濃度の算出が非常に有効となる。即ち、省スペース、かつ、省エネルギーのガスセンサとして利用することが可能であるため、多数のセンサを配置する必要があるIoT(Internet of things)デバイスとして利用することができる。
According to the
なお、対象物20と赤外線検出装置10との間に存在する吸収体ABSは、波長λ1,λ2により決まってくるので、特に大気中であれば、予め、吸収体ABSの種類を検査する必要はない。
Since the absorber ABS existing between the
また、対象物20と赤外線検出装置10との間の距離lは、対象物20および赤外線検出装置10が固定されているのであれば、予め、測定しておけばよい。赤外線検出装置10にレンズが備えられている場合は、レンズの焦点距離を対象物20と赤外線検出装置10との間の距離lとすればよい。
(放射温度計およびガスセンサに関する効果)
赤外線検出装置10を放射温度計およびガスセンサの両方の機能を有する検出装置として利用した場合の効果について説明する。
The
(Effects of radiation thermometer and gas sensor)
The effect when the
赤外線検出装置10がどのガス種を検出するかは、検出波長λ1,λ2に吸収を持つかどうかに依存する。例えば、水蒸気であれば、室内・屋外に関わらず、対象物20の温度を測定しながら湿度を算出することができる。特許文献2では、湿度計を備えているが、この湿度計は、放射温度計付近の湿度を測定している。
Which gas species the
一方、赤外線検出装置10は、対象物20から検出器1,2までの平均的な湿度を測定している。従って、対象物20と検出器1,2との間の環境が大きく異なるような状況では、赤外線検出装置10による温度および湿度の算出が非常に有効となる。即ち、水蒸気がこもる調理器具において、温度および水蒸気量の検出などに利用することが可能であるため、ユーザーまたは調理器具自体が調理の状態を判断し、フィードバックすることができる。
On the other hand, the
例えば、検出するガス種が二酸化炭素であれば、室内・室外に関わらず、対象の温度を測定しながら二酸化炭素濃度を算出することができる。特許文献4は、二酸化炭素濃度を検知するガスセンサであるが、このガスセンサは、設置場所付近の二酸化炭素濃度を測定している。
For example, if the gas type to be detected is carbon dioxide, the carbon dioxide concentration can be calculated while measuring the temperature of the object regardless of whether it is indoors or outdoors.
一方、赤外線検出装置10は、対象物20から検出器1,2までの平均的な二酸化炭素濃度を測定している。従って、対象物20と検出器1,2との間の環境が大きく異なるような状況では、赤外線検出装置10による温度および二酸化炭素濃度の算出が非常に有効となる。即ち、二酸化炭素濃度を調節する換気設備・空調設備において、室内・室外の二酸化炭素濃度の検出などに赤外線検出装置10を利用することが可能であるため、ユーザーまたは換気設備・空調設備自体が二酸化炭素濃度の状態を判断し、フィードバックすることができる。
On the other hand, the
検出する対象をガスなどの吸収体ではなく、例えば、エアロゾルなどの散乱体にすれば、対象の温度を測定しながら散乱体の濃度を算出することができる。即ち、換気設備、空調設備および空気清浄機において、散乱体の検出などに利用することが可能であるため、ユーザーまたは換気設備、空調設備および空気清浄機自体が散乱体の濃度の状態を判断し、フィードバックすることができる。
(実質的な温度を測定する放射温度計およびガスセンサに関する効果)
以下においては、対象物20の周囲における実質的な温度を、単に、「実質的な温度」と言う。
If the target to be detected is not an absorber such as gas but a scatterer such as aerosol, the concentration of the scatterer can be calculated while measuring the temperature of the target. That is, since it can be used for detection of scatterers in ventilation equipment, air conditioning equipment and air purifiers, the user or the ventilation equipment, air conditioning equipment and air purifier itself determine the state of scatterer concentration. , You can give feedback.
(Effects of radiation thermometer and gas sensor for measuring substantial temperature)
In the following, the substantial temperature around the
赤外線検出装置10は、温度と吸収体の濃度を同時に検出できるため、対象物20の温度と吸収体ABSの濃度から算出する実質的な温度や快適性の指数を測定する装置に好適である。例えば、温度と湿度の同時検出にすることで、温度と湿度から算出する実質的な温度を測定することができる。実質的な温度には、例えば、人が感じる温度である体感温度や、調理器が食材に与える実効的な加熱温度などがある。一般的に、対象物20の温度と湿度の増加によって、実質的な温度は、上昇する。
Since the
実質的な温度を算出する際の好適な波長について説明する。上述したように、実施の形態1は、式(1)の分光放射照度の比と、対象物20の温度によって定まる黒体分光放射輝度の比と、透過率によって定まる透過率の比の関係式に従って、対象物20の温度と透過率を算出する。即ち、黒体分光放射輝度の比と透過率の比の切り分けに算出誤差が生じた場合、対象物20の温度と透過率に算出誤差を生じ得る。
A suitable wavelength for calculating the substantial temperature will be described. As described above, in the first embodiment, the relational expression of the ratio of the spectral irradiance of the formula (1), the ratio of the black body spectral radiance determined by the temperature of the
一方で、対象物20の温度と透過率の比の切り分けに誤差が伴う場合であっても、実質的な温度を高精度に算出することは可能である。例えば、温度と湿度のどちらの値を増加させた場合でも、分光放射照度の比が増加するという条件の下では、切り分けによる算出誤差を相殺できるため、実質的な温度を高精度に算出することができる。すなわち、実験誤差や透過モデルの誤差により温度と湿度の切り分けが不十分で、温度を実際よりも低く(高く)算出したとしても、湿度を高く(低く)算出するため、実質的な温度の算出誤差は、小さくなる。換言すれば、実質的な温度と分光放射照度の比の相関が大きくなるように波長λ1,λ2を選択することで、実質的な温度を高精度に算出することができる。
On the other hand, it is possible to calculate the substantial temperature with high accuracy even when an error is involved in the division of the ratio of the temperature of the
実施の形態1に従って、検出波長λ1,λ2をλ1<λ2とすると、対象物20の温度が上昇する場合、プランクの式の性質によって、検出波長λ1,λ2の黒体分光放射輝度の比(B(λ1,T)/B(λ2,T))は、増加する。換言すれば、対象物20の温度が増加すると、検出器1,2の分光放射照度の比(I(λ1,T)/I(λ2,T))は、増加する。
When the detection wavelengths λ 1 and λ 2 are set to λ 1 <λ 2 according to the first embodiment, when the temperature of the
従って、湿度の増加に対して、透過率の比(τ(λ1)/τ(λ2))が増加する波長λ1,λ2を選択すれば、検出器1の分光放射照度I(λ1,T)と検出器2の分光放射照度I(λ2,T)との比(I(λ1,T)/I(λ2,T))も増加し、温度と湿度の切り分け誤差による実質的な温度の算出誤差が小さくなる。 Therefore, if the wavelengths λ 1 and λ 2 in which the transmittance ratio (τ(λ 1 )/τ(λ 2 )) increases with an increase in humidity are selected, the spectral irradiance I(λ 1 , T) and the spectral irradiance I(λ 2 , T) of the detector 2 (I(λ 1 , T)/I(λ 2 , T)) is also increased, which is caused by the error in separating temperature and humidity. Substantial temperature calculation error is reduced.
図5は、水蒸気の透過率と波長との関係を示す図である。図5において、縦軸は、ある湿度における水蒸気の透過率を表し、横軸は、波長を表す。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the transmittance of water vapor and the wavelength. In FIG. 5, the vertical axis represents water vapor transmission rate at a certain humidity, and the horizontal axis represents wavelength.
図5を参照して、波長領域3.0〜16μmの範囲では、水蒸気の透過率を高透過率領域、第1の低透過率領域および第2の低透過率領域の3種類に分類できる。高透過率領域は、3.5〜4.5μmおよび8.0〜13.0μmの高い透過率を示す波長領域である。第1の低透過率領域は、3.0〜3.5μmおよび6.0〜8.0μmの低い透過率、かつ、波長が長くなるに従って透過率が増加する波長領域である。第2の低透過率領域は、4.5〜6.0μmおよび13.0〜16.0μmの低い透過率、かつ、波長が長くなるに従って透過率が減少する波長領域である。 Referring to FIG. 5, in the wavelength region of 3.0 to 16 μm, the water vapor transmission rate can be classified into three types: a high transmission rate region, a first low transmission rate region, and a second low transmission rate region. The high transmittance region is a wavelength region showing a high transmittance of 3.5 to 4.5 μm and 8.0 to 13.0 μm. The first low transmittance region is a low transmittance region of 3.0 to 3.5 μm and 6.0 to 8.0 μm and a wavelength region where the transmittance increases as the wavelength becomes longer. The second low transmittance region is a low transmittance region of 4.5 to 6.0 μm and 13.0 to 16.0 μm and a wavelength region where the transmittance decreases as the wavelength becomes longer.
式(4)に示すランベルト・ベールの法則によると、同一の吸収体の濃度では、透過率と吸光係数の間には負の相関がある。すなわち、湿度の増加に対して、透過率の比(τ(λ1)/τ(λ2))が増加する波長条件は、図5において、τ(λ1)>τ(λ2)を満たす波長となる。すなわち、検出波長λ1が高透過率領域に属し、かつ、検出波長λ2が第1の低透過率領域または第2の低透過率領域に属する場合、および検出波長λ1およびλ2が同じ第2の低透過率領域に属する場合である。 According to the Lambert-Beer law shown in the equation (4), there is a negative correlation between the transmittance and the extinction coefficient at the same absorber concentration. That is, the wavelength condition in which the transmittance ratio (τ(λ 1 )/τ(λ 2 )) increases with an increase in humidity satisfies τ(λ 1 )>τ(λ 2 ) in FIG. Wavelength. That is, when the detection wavelength λ 1 belongs to the high transmittance region and the detection wavelength λ 2 belongs to the first low transmittance region or the second low transmittance region, and the detection wavelengths λ 1 and λ 2 are the same. This is the case of belonging to the second low transmittance region.
すなわち、検出波長λ1が3.5〜4.5μmの範囲、かつ、検出波長λ2が4.5〜8.0μmおよび13.0〜16.0μmの範囲に属する場合に、高精度に実質的な温度を算出することができる。または検出波長λ1が8.0〜13.0μmの範囲、かつ、検出波長λ2が13.0〜16.0μmの範囲に属する場合、検出波長λ1および検出波長λ2が4.5〜6.0μmの範囲に属する場合に、高精度に実質的な温度を算出することができる。または検出波長λ1および検出波長λ2が13.0〜16.0μmの範囲に属する場合に、高精度に実質的な温度を算出することができる。 That is, when the detection wavelength λ 1 is in the range of 3.5 to 4.5 μm, and the detection wavelength λ 2 is in the range of 4.5 to 8.0 μm and 13.0 to 16.0 μm, it is possible to achieve high accuracy. Temperature can be calculated. Or detection wavelength lambda 1 in a range of 8.0~13.0Myuemu, and, if the detection wavelength lambda 2 within the scope of 13.0~16.0Myuemu, detection wavelength lambda 1 and the detection wavelength lambda 2 is 4.5 to When it belongs to the range of 6.0 μm, the substantial temperature can be calculated with high accuracy. Alternatively, when the detection wavelength λ 1 and the detection wavelength λ 2 belong to the range of 13.0 to 16.0 μm, the substantial temperature can be calculated with high accuracy.
なお、実質的な温度の算出については、輝度テーブル41および透過率算出テーブル42に代えて、検出波長λ1および検出波長λ2の分光放射照度から実質的な温度を直接算出する算出パラメータを算出部4に配置してもよい。
(快適性の指数を測定する放射温度計およびガスセンサに関する効果)
実質的な温度の算出に限らず、温度と二酸化炭素濃度、または温度とエアロゾル濃度などに基づいて快適性の指数を算出してもよい。これにより、ユーザーや調理器、換気装置、空調設備および空気清浄機が実質的な温度や快適性の指数に基づいて判断することで、フィードバクすることができる。
Regarding the calculation of the substantial temperature, instead of the brightness table 41 and the transmittance calculation table 42, a calculation parameter for directly calculating the substantial temperature from the spectral irradiance of the detection wavelength λ 1 and the detection wavelength λ 2 is calculated. You may arrange|position in the
(Effects of radiation thermometer and gas sensor for measuring comfort index)
The comfort index may be calculated based on the temperature and the carbon dioxide concentration, or the temperature and the aerosol concentration, instead of the actual temperature. Thus, the user, the cooking device, the ventilation device, the air conditioning device, and the air purifier can perform feed back by making a judgment based on the substantial temperature and the index of comfort.
温度と二酸化炭素濃度が上昇した際に減少する快適性の指数に関し、好適な波長について説明する。実質的な温度の場合と同様にして、対象物20の温度と透過率の切り分け誤差を軽減できる条件は、二酸化炭素濃度の増加に対して、透過率の比(τ(λ1)/τ(λ2))を増加させる2つの検出波長になる。
With respect to the comfort index that decreases when the temperature and the carbon dioxide concentration increase, a suitable wavelength will be described. Similar to the case of the substantial temperature, the condition that can reduce the error in separating the temperature of the
図6は、ある湿度における二酸化炭素の透過率と波長の関係を示す図である。図6を参照して、二酸化炭素の透過率の場合には、波長領域3.0〜16μmの範囲を高透過率領域、第2の低透過率領域および第3の低透過率領域の3種類に分類できる。高透過率領域は、3.5〜4.0μmおよび4.5〜13.5μmの高い透過率を示す波長領域である。第2の低透過率領域は、13.5〜16.0μmの低い透過率、かつ、波長が長くなるに従って透過率が減少する波長領域である。第3の低透過率領域は、4.0〜4.5μmの低い透過率を示す波長領域である。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the transmittance of carbon dioxide at a certain humidity and the wavelength. Referring to FIG. 6, in the case of the carbon dioxide transmittance, the wavelength range of 3.0 to 16 μm is set in three types: a high transmittance area, a second low transmittance area, and a third low transmittance area. Can be classified into The high transmittance region is a wavelength region showing a high transmittance of 3.5 to 4.0 μm and 4.5 to 13.5 μm. The second low transmittance region is a low transmittance region of 13.5-16.0 μm and a wavelength region in which the transmittance decreases as the wavelength becomes longer. The third low transmittance region is a wavelength region showing a low transmittance of 4.0 to 4.5 μm.
式(4)に示すランベルト・ベールの法則によると、同一の吸収体の濃度では、透過率と吸光係数の間には負の相関がある。すなわち、湿度の増加に対して、透過率の比(τ(λ1)/τ(λ2))が増加する波長条件は、図6において、τ(λ1)>τ(λ2)を満たす波長となる。より具体的には、検出波長λ1が高透過率領域に属し、かつ、検出波長λ2が第2の低透過率領域または第2の低透過率領域に属する場合、および検出波長λ1および検出波長λ2が同じ第2の低透過率領域に属する場合である。 According to the Lambert-Beer law shown in the equation (4), there is a negative correlation between the transmittance and the extinction coefficient at the same absorber concentration. That is, the wavelength condition in which the transmittance ratio (τ(λ 1 )/τ(λ 2 )) increases with an increase in humidity satisfies τ(λ 1 )>τ(λ 2 ) in FIG. Wavelength. More specifically, when the detection wavelength λ 1 belongs to the high transmittance region and the detection wavelength λ 2 belongs to the second low transmittance region or the second low transmittance region, and the detection wavelength λ 1 and This is the case where the detection wavelength λ 2 belongs to the same second low transmittance region.
即ち、検出波長λ1が3.5〜4.0μmの範囲、かつ、検出波長λ2が4.0〜4.5μmおよび13.5〜16.0μmの範囲に属する場合に、高精度に快適性の指数を算出することができる。または検出波長λ1が4.5〜13.5μmの範囲、かつ、検出波長λ2が13.5〜16.0μmの範囲に属する場合に、高精度に快適性の指数を算出することができる。または検出波長λ1および検出波長λ2が13.5〜16.0μmの範囲に属する場合に、高精度に快適性の指数を算出することができる。 That is, when the detection wavelength λ 1 is in the range of 3.5 to 4.0 μm, and the detection wavelength λ 2 is in the range of 4.0 to 4.5 μm and 13.5-16.0 μm, the comfort with high accuracy is achieved. A sex index can be calculated. Alternatively, when the detection wavelength λ 1 belongs to the range of 4.5 to 13.5 μm and the detection wavelength λ 2 belongs to the range of 13.5 to 16.0 μm, the comfort index can be calculated with high accuracy. .. Alternatively, when the detection wavelength λ 1 and the detection wavelength λ 2 belong to the range of 13.5 to 16.0 μm, the comfort index can be calculated with high accuracy.
なお、快適性の指数の算出については、輝度テーブル41および透過率算出テーブル42に代えて、検出波長λ1および検出波長λ2の分光放射照度から快適性の指数を直接算出する算出パラメータを算出部4に配置してもよい。
(実施の形態1の応用に関する効果)
実施の形態1では、放射率が既知である必要があるが、これは、対象物20が人、動物、調理器具、調理具材などとわかっているので、その値を入れておくだけでよい。
Regarding the calculation of the comfort index, instead of the brightness table 41 and the transmittance calculation table 42, a calculation parameter for directly calculating the comfort index from the spectral irradiance of the detection wavelength λ 1 and the detection wavelength λ 2 is calculated. You may arrange|position in the
(Effects of Application of First Embodiment)
In the first embodiment, the emissivity needs to be known, but since it is known that the
また、実施の形態1による赤外線検出装置10をアレイ化することで、赤外線カメラとして利用することができる。実施の形態1を応用した赤外線カメラは、対象物20の温度に関する画像と、吸収体の絶対量に関する画像の両方を、同時に撮影することができる。この機能によって、対象物20の輪郭や分布をより高精度に判別することができる。
Further, by forming the
[実施の形態2]
図7は、実施の形態2による赤外線検出装置の概略図である。図7を参照して、実施の形態2による赤外線検出装置10Aは、図1に示す赤外線検出装置10の検出器1を検出器3に変え、算出部4を算出部4Aに変えたものであり、その他は、赤外線検出装置10と同じである。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a schematic diagram of an infrared detection device according to the second embodiment. With reference to FIG. 7, an
検出器3は、波長λ3(>λ2)を有する赤外線IFR3の分光放射照度I(λ3,T)を検出し、その検出した分光放射照度I(λ3,T)を算出部4Aへ出力する。
The
実施の形態2においては、後述する理由によって、波長λ2,λ3が、黒体分光放射輝度の最大値が得られるピーク波長よりも長い場合、温度をより高精度に算出することができる。 In the second embodiment, if the wavelengths λ 2 and λ 3 are longer than the peak wavelength at which the maximum value of the black body spectral radiance is obtained, the temperature can be calculated with higher accuracy for the reason described later.
検出器3は、InGaAsのバンドギャップで光電変換する検出器、ボロメータのような熱型検出器に波長フィルタを搭載した構成からなる検出器、多層に積層した量子ドットのエネルギー準位を利用して光電変換する量子ドット型検出器および多層に積層した量子井戸のエネルギー準位を利用して光電変換する量子井戸型検出器等からなる。
The
検出器2,3は、相互に同じあっても異なっていてもよい。検出器2,3が同じである場合、即ち、2つの検出器2,3が1つの検出器によって構成される場合、検出器2,3は、量子ドット型検出器または量子井戸型検出器からなる。量子ドット型検出器または量子井戸型検出器は、印加される電圧に応じて検出波長を制御することができる。これによって、1つの検出器で済むため、赤外線検出装置10Aの小型化および低コスト化が可能である。2つの検出器2,3が1つの検出器によって構成される場合、赤外線検出装置10Aは、検出する波長を波長λ2に設定するための電圧V2を検出器(量子ドット型検出器または量子井戸型検出器からなる)に印加するとともに、検出する波長を波長λ3に設定するための電圧V3を検出器(量子ドット型検出器または量子井戸型検出器からなる)に印加する制御部を更に備える。
The
算出部4Aは、図1に示す算出部4において、波長選択部44を更に含み、輝度テーブル41に代えて輝度比パラメータ43を含む。輝度比パラメータ43は、黒体分光放射輝度の比の近似値Restからなる。波長選択部44は、後述する方法によって、放射温度計の精度定格と対象物20の温度の測定範囲とに基づいて波長λ2,λ3を選択する。
The calculation unit 4A further includes a
実施の形態2においては、透過率算出テーブル42は、透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)と透過率τ(λ2)との関係を含む。また、放射率ε(λ2),ε(λ3)および吸光係数εa(λ2),εa(λ3)は、既知であるものとする。 In the second embodiment, the transmittance calculation table 42 includes the relationship between the transmittance ratio τ(λ 2 )/τ(λ 3 ) and the transmittance τ(λ 2 ). Further, the emissivity ε(λ 2 ), ε(λ 3 ) and the extinction coefficients ε a (λ 2 ), ε a (λ 3 ) are assumed to be known.
図8は、分光放射輝度と波長との関係を示す図である。図8においては、縦軸は、分光放射輝度を表し、横軸は、波長を表す。 FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the spectral radiance and the wavelength. In FIG. 8, the vertical axis represents the spectral radiance and the horizontal axis represents the wavelength.
図8を参照して、分光放射輝度の波長依存性は、式(2)(プランクの式)によって表される。そして、分光放射輝度の最大値を与えるピーク波長λmaxと温度Tとの関係は、次式によって表されるウィーンの変位則として、一般的に知られている。 Referring to FIG. 8, the wavelength dependence of the spectral radiance is represented by Expression (2) (Planck's expression). The relationship between the peak wavelength λ max that gives the maximum value of the spectral radiance and the temperature T is generally known as the Wien's displacement law expressed by the following equation.
式(8)において、bは、2900[K・μm]である。 In the formula (8), b is 2900 [K·μm].
2つの検出波長λ2,λ3を用いて透過率および対象物20の温度を算出するための条件について説明する。
The conditions for calculating the transmittance and the temperature of the
条件1)検出波長λ2の吸光係数εa(λ2)が検出波長λ3の吸光係数εa(λ3)と異なる。 Condition 1) the extinction coefficient of the absorption coefficient of the detection wavelength λ 2 ε a (λ 2) is the detection wavelength λ 3 ε a (λ 3) differ.
吸光係数εa(λ2)が吸光係数εa(λ3)と同じである場合、例えば、2つの検出波長λ2,λ3についての式(5)により、透過率τ(λ2)を算出することができないので、条件1が必要である。 When the extinction coefficient ε a (λ 2 ) is the same as the extinction coefficient ε a (λ 3 ), for example, the transmittance τ(λ 2 ) is calculated by the equation (5) for the two detection wavelengths λ 2 and λ 3. Condition 1 is necessary because it cannot be calculated.
条件2)2つの検出波長λ2,λ3が長波長である。例えば、2つの検出波長λ2,λ3が対象物20の分光放射輝度がピーク値となる波長λmaxに対して長波長である。
Condition 2) The two detection wavelengths λ 2 and λ 3 are long wavelengths. For example, the two detection wavelengths λ 2 and λ 3 are long wavelengths with respect to the wavelength λ max at which the spectral radiance of the
条件3)2つの検出波長λ2,λ3の波長差がしきい値Δλth以下である。しきい値Δλthは、例えば、2μmである。 Condition 3) The wavelength difference between the two detection wavelengths λ 2 and λ 3 is less than or equal to the threshold value Δλ th . The threshold value Δλ th is, for example, 2 μm.
そして、実施の形態2においては、条件1〜条件3の組み合わせとして、次の3つの組み合わせを用いることができる。
Then, in the second embodiment, the following three combinations can be used as the combination of
(I)条件1〜条件3の組み合わせ
(II)条件1と条件2との組み合わせ
(III)条件1と条件3との組み合わせ
波長λ2,λ3が上記の条件2を満たすとき、黒体分光放射輝度B(λ2,T)と黒体分光放射輝度B(λ3,T)との比は、次式によって表され、温度依存性が低下する。
(I) Combination of
検出波長λ2および検出波長λ3が長波長であるほど、黒体分光放射輝度は、レイリー・ジーンズの法則に近づき、黒体分光放射輝度の比の温度依存性は小さくなる。 As the detection wavelength λ 2 and the detection wavelength λ 3 are longer, the blackbody spectral radiance approaches the Rayleigh-Jean's law, and the temperature dependence of the ratio of the blackbody spectral radiance decreases.
特に、対象物20の分光放射輝度がピーク値となる波長λmaxに対して、検出波長λ2および検出波長λ3が長波長である場合、黒体分光放射輝度は、レイリー・ジーンズの法則に従い、黒体分光放射輝度の比は温度に依存しなくなる。この場合、黒体分光放射輝度の比は、次式によって表される。
In particular, when the detection wavelength λ 2 and the detection wavelength λ 3 are long wavelengths with respect to the wavelength λ max at which the spectral radiance of the
2つの検出波長λ2,λ3の波長差がしきい値Δλth以下である場合、黒体分光放射輝度B(λ2,T)と黒体分光放射輝度B(λ3,T)は、概ね等しくなる。即ち、次式が成立する。 When the wavelength difference between the two detection wavelengths λ 2 and λ 3 is less than or equal to the threshold value Δλ th , the black body spectral radiance B(λ 2 , T) and the black body spectral radiance B(λ 3 , T) are It is almost equal. That is, the following equation is established.
発明者は、2つの波長λ2,λ3が上記の条件2または条件3を満たすとき、黒体分光放射輝度の比B(λ3,T)/B(λ2,T)の温度依存性が一定以下に小さくなることを見出した。そこで、実施の形態2においては、黒体分光放射輝度の比の温度依存性が小さくなることを用いて対象物20の温度を算出する。
The inventor has found that when the two wavelengths λ 2 and λ 3 satisfy the
この場合、上記の(I)〜(III)に示す組み合わせが用いられる。そして、上記の(I)の組み合わせが用いられる場合、対象物20の温度を最も精度良く算出することができる。
In this case, the combinations shown in (I) to (III) above are used. Then, when the combination of the above (I) is used, the temperature of the
分光放射照度I(λ3,T)についても、上述した式(1)が成り立つので、分光放射照度I(λ2,T)についての式(1)と、分光放射照度I(λ3,T)についての式(1)と、式(9)とにより、次式が得られる。 As for the spectral irradiance I(λ 3 , T), the above-mentioned formula (1) is established. Therefore, the formula (1) for the spectral irradiance I(λ 2 , T) and the spectral irradiance I(λ 3 , T) are used. The following equation is obtained from the equation (1) for () and the equation (9).
式(12)は、分光放射照度の比I(λ2,T)/I(λ3,T)、放射率の比ε(λ3)/ε(λ2)および黒体分光放射輝度の比Rによって透過率の比τ(λ2,T)/τ(λ3,T)を算出できることを意味する。 Formula (12) is the ratio of spectral irradiance I(λ 2 , T)/I(λ 3 , T), the ratio of emissivity ε(λ 3 )/ε(λ 2 ) and the ratio of blackbody spectral radiance. It means that the ratio of transmittance τ(λ 2 , T)/τ(λ 3 , T) can be calculated by R.
実施の形態2においては、黒体分光放射輝度の比Rは、輝度比パラメータ43として黒体分光放射輝度の比の近似値Restに設定される。即ち、輝度比パラメータ43は、近似値Restからなる。
In the second embodiment, the black body spectral radiance ratio R is set as the
算出部4Aは、式(12)によって、透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)を算出する。そして、算出部4Aは、算出した透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)に式(5)を適用して透過率τ(λ2)を算出する。 The calculating unit 4A calculates the transmittance ratio τ(λ 2 )/τ(λ 3 ) by the equation (12). The calculation unit 4A is calculated ratio of the transmittance τ (λ 2) / τ ( λ 3) to apply the formula (5) is calculated transmittance tau a (lambda 2).
その後、算出部4Aは、検出割合α、算出した透過率τ(λ2)、検出器2が検出した分光放射照度I(λ2,T)および既知である放射率ε(λ2)を、分光放射照度I(λ2,T)についての式(1)に代入して黒体分光放射輝度B(λ2,T)を算出し、その算出した黒体分光放射輝度B(λ2,T)を式(2)に代入して対象物20の温度Testを算出する。ここで、検出割合αは、実施の形態1と同じように算出部4Aに予め設定されている。
Then, the calculation unit 4A calculates the detection ratio α, the calculated transmittance τ(λ 2 ), the spectral irradiance I(λ 2 , T) detected by the
また、算出部4Aは、透過率τ(λ2)に基づいて、算出部4と同様にして吸収体ABSの絶対量または濃度を算出する。
Further, the calculation unit 4A calculates the absolute amount or concentration of the absorber ABS based on the transmittance τ(λ 2 ) in the same manner as the
図9は、対象物20の温度および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を検出する実施の形態2による検出方法を説明するためのフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart for explaining the detection method according to the second embodiment for detecting the temperature of the
図9を参照して、対象物20の温度および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を検出する動作が開始されると、検出器2,3は、それぞれ分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)を検出し(ステップS21)、その検出した分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)を算出部4Aへ出力する。
With reference to FIG. 9, when the operation of detecting the temperature of the
算出部4Aは、分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)をそれぞれ検出器2,3から受ける。
The calculation unit 4A receives the spectral irradiances I(λ 2 , T) and I(λ 3 , T) from the
そして、算出部4Aは、輝度比パラメータ43から黒体分光放射輝度の比の近似値Restを検出する(ステップS22)。 Then, the calculation unit 4A detects the approximate value R est of the ratio of the black body spectral radiance from the brightness ratio parameter 43 (step S22).
その後、算出部4Aは、分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)、放射率ε(λ2),ε(λ3)および黒体分光放射輝度の比の近似値Restを式(12)に代入して透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)を算出する(ステップS23)。 After that, the calculation unit 4A approximates the ratio of the spectral irradiances I(λ 2 , T), I(λ 3 , T), the emissivity ε(λ 2 ), ε(λ 3 ) and the blackbody spectral radiance. R est is substituted into the equation (12) to calculate the transmittance ratio τ(λ 2 )/τ(λ 3 ) (step S23).
引き続いて、算出部4Aは、透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)および吸光係数εa(λ2),εa(λ3)に基づいて透過率τ(λ2)を算出する(ステップS24)。より具体的には、算出部4Aは、透過率算出テーブル42に基づいて、透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)に対応する透過率を検出することによって透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)から透過率τ(λ2)を算出する。また、算出部4Aは、透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)の逆数および吸光係数εa(λ2),εa(λ3)を式(5)に代入して透過率τ(λ2)を算出する。 Subsequently, the calculation unit 4A is, the ratio of the transmittance τ (λ 2) / τ ( λ 3) and extinction coefficient ε a (λ 2), ε a (λ 3) transmittance tau based on the (lambda 2) Calculate (step S24). More specifically, the calculator 4A detects the transmittance ratio τ by detecting the transmittance corresponding to the transmittance ratio τ(λ 2 )/τ(λ 3 ) based on the transmittance calculation table 42. The transmittance τ(λ 2 ) is calculated from (λ 2 )/τ(λ 3 ). Further, the calculation unit 4A substitutes the reciprocal of the transmittance ratio τ(λ 2 )/τ(λ 3 ) and the extinction coefficients ε a (λ 2 ), ε a (λ 3 ) into the equation (5) for transmission. Calculate the rate τ(λ 2 ).
ステップS24の後、算出部4Aは、検出割合α、分光放射照度I(λ2,T)、透過率τ(λ2)および放射率ε(λ2)を式(1)に代入して黒体分光放射輝度B(λ2,T)を算出する(ステップS25)。 After step S24, the calculation unit 4A substitutes the detection ratio α, the spectral irradiance I(λ 2 , T), the transmittance τ(λ 2 ) and the emissivity ε(λ 2 ) into the formula (1) to obtain black. The body spectral radiance B(λ 2 , T) is calculated (step S25).
そして、算出部4Aは、算出した黒体分光放射輝度B(λ2,T)を式(2)に代入して温度Testを算出する(ステップS26)。 Then, the calculation unit 4A substitutes the calculated black body spectral radiance B(λ 2 , T) into the equation (2) to calculate the temperature T est (step S26).
引き続いて、算出部4Aは、透過率τ(λ2)に基づいて、吸収体ABSの絶対量または濃度を算出する(ステップS27)。これによって、一連の動作が終了する。 Subsequently, the calculation unit 4A calculates the absolute amount or concentration of the absorber ABS based on the transmittance τ(λ 2 ) (step S27). This completes a series of operations.
式(12)は、透過率τ(λ3)に対する透過率τ(λ2)の比τ(λ2)/τ(λ3)を算出する式であるが、透過率τ(λ2)に対する透過率τ(λ3)の比τ(λ3)/τ(λ2)は、分光放射照度I(λ2,T)についての式(1)と、分光放射照度I(λ3,T)についての式(1)とから次式のように導出される。 Equation (12), the ratio tau (lambda 2) of the transmittance with respect to transmittance τ (λ 3) τ (λ 2) / τ (λ 3) is a formula for calculating a relative transmittance tau (lambda 2) The ratio τ(λ 3 )/τ(λ 2 ) of the transmittance τ(λ 3 ) is calculated by the formula (1) for the spectral irradiance I(λ 2 ,T) and the spectral irradiance I(λ 3 ,T). It is derived from the equation (1) and the following equation.
そして、透過率τ(λ2)についての式(4)と、透過率τ(λ3)についての式(4)とにより、透過率の比τ(λ3)/τ(λ2)から透過率τ(λ3)を算出する次式が得られる。 Then, using the formula (4) for the transmittance τ(λ 2 ) and the formula (4) for the transmittance τ(λ 3 ), the transmittance is calculated from the ratio τ(λ 3 )/τ(λ 2 ). The following equation for calculating the rate τ(λ 3 ) is obtained.
従って、図9に示す検出方法においては、算出部4Aは、ステップS23において、式(13)によって透過率の比τ(λ3)/τ(λ2)を算出し、ステップS24において、式(14)によって、算出した透過率の比τ(λ3)/τ(λ2)に基づいて透過率τ(λ3)を算出してもよい。この場合、ステップS25において、検出割合α、分光放射照度I(λ3,T)、透過率τ(λ3)および放射率ε(λ3)を、分光放射照度I(λ3,T)についての式(1)に代入して黒体分光放射輝度B(λ3,T)を算出し、ステップS26において、算出した黒体分光放射輝度B(λ3,T)を式(2)に代入して温度Testを算出することができる。この場合、算出部4Aは、ステップS27において、透過率τ(λ3)に基づいて、吸収体ABSの絶対量または濃度を算出する。なお、透過率の比τ(λ3)/τ(λ2)に基づいて透過率τ(λ3)を算出する場合、算出部4Aは、透過率の比τ(λ3)/τ(λ2)および吸光係数の比εa(λ2)/εa(λ3)を式(14)に代入して透過率τ(λ3)を算出してもよいし、透過率の比τ(λ3)/τ(λ2)と透過率τ(λ3)との関係を含む透過率算出テーブルに基づいて透過率の比τ(λ3)/τ(λ2)から透過率τ(λ3)を算出してもよい。 Therefore, in the detection method shown in FIG. 9, the calculation unit 4A calculates the transmittance ratio τ(λ 3 )/τ(λ 2 ) by the equation (13) in step S23, and the equation (13) in step S24. 14), the transmittance τ(λ 3 ) may be calculated based on the calculated transmittance ratio τ(λ 3 )/τ(λ 2 ). In this case, in step S25, the detection ratio α, the spectral irradiance I(λ 3 , T), the transmittance τ(λ 3 ) and the emissivity ε(λ 3 ) are calculated with respect to the spectral irradiance I(λ 3 , T). To calculate the black body spectral radiance B(λ 3 , T), and in step S26, substitute the calculated black body spectral radiance B(λ 3 ,T) into the formula (2). Then, the temperature T est can be calculated. In this case, the calculation unit 4A calculates the absolute amount or concentration of the absorber ABS based on the transmittance τ(λ 3 ) in step S27. When calculating the transmittance τ(λ 3 ) based on the transmittance ratio τ(λ 3 )/τ(λ 2 ), the calculation unit 4A uses the transmittance ratio τ(λ 3 )/τ(λ 2 ) and the extinction coefficient ratio ε a (λ 2 )/ε a (λ 3 ) may be substituted into equation (14) to calculate the transmittance τ(λ 3 ), or the transmittance ratio τ( Based on the transmittance calculation table including the relationship between λ 3 )/τ(λ 2 ) and the transmittance τ(λ 3 ), the transmittance ratio τ(λ 3 )/τ(λ 2 ) to the transmittance τ(λ 3 ) may be calculated.
なお、実施の形態2においては、対象物20の温度および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を検出する動作は、ソフトウェアによって実行されてもよい。この場合、算出部4Aは、CPU、ROMおよびRAMを備える。
In the second embodiment, the operation of detecting the temperature of the
ROMは、検出器2,3からそれぞれ分光放射照度I(λ2,T),分光放射照度I(λ3,T)を受け付けるステップS1−1Aと、入力装置(キーボード等)を介して放射率ε(λ2),ε(λ3)および吸光係数εa(λ2),εa(λ3)を受け付けるステップS1−2Aと、図9に示すステップS22〜ステップS27とを備えるプログラムProg_Bを格納する。また、ROMは、図7に示す透過率算出テーブル42および輝度比パラメータ43を格納する。RAMは、CPUによって受け付けられた分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)、放射率ε(λ2),ε(λ3)および吸光係数εa(λ2),εa(λ3)、CPUによって検出された黒体分光放射輝度の比の近似値Rest、CPUによって算出された透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)、CPUによって算出された透過率τ(λ2)、およびCPUによって算出された温度Testを一時的に記憶する。
The ROM receives the spectral irradiance I(λ 2 , T) and the spectral irradiance I(λ 3 , T) from the
CPUは、ROMからプログラムProg_Bを読み出し、その読み出したプログラムProg_BのステップS1−1A,S1−2A,S22〜S27を順次実行して、上述した方法によって、対象物20の温度および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を検出する。
The CPU reads the program Prog_B from the ROM, sequentially executes steps S1-1A, S1-2A, and S22 to S27 of the read program Prog_B, and the temperature of the
この場合、黒体分光放射輝度の比の近似値Restを検出するCPUは、「検出手段」を構成し、透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)、透過率τ(λ2)および温度Testを算出するCPUは、「算出手段」を構成する。また、分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)、放射率ε(λ2),ε(λ3)および吸光係数εa(λ2),εa(λ3)を受け付けるCPUは、「受付手段」を構成する。 In this case, the CPU that detects the approximate value R est of the black body spectral radiance ratio constitutes a “detection unit”, and the transmittance ratio τ(λ 2 )/τ(λ 3 ), the transmittance τ(λ 2 ) and the CPU that calculates the temperature T est form “calculation means”. Further, spectral irradiances I(λ 2 , T), I(λ 3 , T), emissivity ε(λ 2 ), ε(λ 3 ) and extinction coefficients ε a (λ 2 ), ε a (λ 3 ) The CPU that accepts "constitutes" constitutes "accepting means".
また、プログラムProg_Bは、記録媒体(例えば、CDおよびDVD等)に記録されて流通されてもよい。この場合、コンピュータ(CPU)は、記録媒体からプログラムProg_Bを読み出して実行し、対象物20の温度および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を検出する。従って、プログラムProg_Bを記録したCD,DVD等は、プログラムProg_Bを記録したコンピュータ(CPU)読み取り可能な記録媒体である。
Further, the program Prog_B may be recorded in a recording medium (for example, CD and DVD) and distributed. In this case, the computer (CPU) reads the program Prog_B from the recording medium and executes it to detect the temperature of the
上述したように、実施の形態2においては、検出器2,3が検出した分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)、既知である放射率ε(λ2),ε(λ3)、既知である吸光係数εa(λ2),εa(λ3)、および輝度比パラメータ43から検出された黒体分光放射輝度の比の近似値Restを用いる。実施の形態2による検出方法は、上述のパラメータを使用し、透過率τ(λ2)および透過率τ(λ3)のいずれか一方を算出し、その算出した透過率(透過率τ(λ2)および透過率τ(λ3)のいずれか一方)に基づいて、対象物20の温度および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を算出するものであればよい。
As described above, in the second embodiment, the spectral irradiances I(λ 2 , T), I(λ 3 , T) detected by the detectors 2 , 3 and the known emissivity ε(λ 2 ), Approximate value R est of the ratio of the black body spectral radiance detected from ε(λ 3 ), known extinction coefficients ε a (λ 2 ), ε a (λ 3 ), and the
このように、赤外線検出装置10Aは、対象物20の温度を算出する放射温度計および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を算出するガスセンサとして機能する。
In this way, the
[波長λ2,λ3の選択方法]
放射温度計の精度定格と対象物20の温度の測定範囲とに基づいて波長λ2,λ3を選択する方法について説明する。
[Selection method of wavelengths λ 2 and λ 3 ]
A method of selecting the wavelengths λ 2 and λ 3 based on the accuracy rating of the radiation thermometer and the measurement range of the temperature of the
上述したように、実施の形態2においては、黒体分光放射輝度の比を、ある値Restに近似し、分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)の比から対象物20の温度を算出する。
As described above, in the second embodiment, the ratio of the black body spectral radiance is approximated to a certain value R est , and the ratio of the spectral irradiance I(λ 2 , T) and I(λ 3 , T) is calculated. The temperature of the
放射温度計の機能を有する赤外線検出装置10Aが検出する分光放射照度I(λ2,T)、赤外線検出装置10Aが算出する透過率τest(λ2)、および赤外線検出装置10Aが算出する温度Test1は、次式を満たす。
Spectral irradiance I(λ 2 , T) detected by the
上述した方法によって、分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)の比および赤外線検出装置10Aに設定する黒体分光放射輝度の比の近似値Restから、透過率の比τest(λ3)/τest(λ2)を算出すると、次式が得られる。
By the method described above, the transmittance of the ratio of the spectral irradiance I(λ 2 , T), I(λ 3 , T) and the approximate value R est of the ratio of the blackbody spectral radiance set in the
式(16)において、近似値Restは、対象物20の温度の測定範囲において算出されるので、対象物20の温度の測定範囲における値をRestとして用いればよい。例えば、Restは、平均値でもよいし、中央値でもよい。
In Expression (16), the approximate value R est is calculated in the measurement range of the temperature of the
式(16)に式(1)および式(5)を適用すると、次式が得られる。 By applying the equations (1) and (5) to the equation (16), the following equation is obtained.
式(17)において、R(T)は、波長λ3における黒体分光放射輝度B(λ3,T)と波長λ2における黒体分光放射輝度B(λ2,T)との比(=B(λ3,T)/B(λ2,T))である。 The ratio of the equation (17), R (T) is blackbody spectral radiance B at a wavelength λ 3 (λ 3, T) and the black body spectral radiance B at a wavelength λ 2 (λ 2, T) (= B(λ 3 , T)/B(λ 2 , T)).
式(17)は、黒体分光放射輝度B(λ3,T)と黒体分光放射輝度B(λ2,T)との比R(T)と、赤外線検出装置10Aに設定される黒体分光放射輝度の比の近似値Restとの商が、赤外線検出装置10Aが算出する透過率τest(λ2)の誤差要素であることを示す。
Expression (17) is the ratio R(T) of the black body spectral radiance B(λ 3 , T) and the black body spectral radiance B(λ 2 , T), and the black body set in the
式(17)を式(15)に代入して、式(2)を適用すると、次式が得られる。 Substituting equation (17) into equation (15) and applying equation (2), the following equation is obtained.
式(18)は、赤外線検出装置10Aが検出する分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)、検出割合α、および既知である放射率ε(λ2),ε(λ3)によって対象物20の温度Test1を算出できことを示す。
Formula (18) is the spectral irradiance I(λ 2 , T), I(λ 3 , T) detected by the
一方、式(17)および式(1)を式(15)に代入すると、次式が得られる。 On the other hand, by substituting equation (17) and equation (1) into equation (15), the following equation is obtained.
そして、式(19)を、実施の形態2の前提に従って、式(16)の下で近似的に解くと、次式が得られる。 Then, when the equation (19) is approximately solved under the equation (16) according to the premise of the second embodiment, the following equation is obtained.
この場合、上述した条件1)および条件2)を考慮した。条件1)および条件2)によると、R(T)は、1に近く、温度依存性の小さい値であり、赤外線検出装置10Aに設定する黒体分光放射輝度の比Restで近似できる。
In this case, the conditions 1) and 2) described above were considered. According to the conditions 1) and 2), R(T) is close to 1 and has a small temperature dependence, and can be approximated by the ratio R est of the black body spectral radiance set in the
放射温度計の設計では、対象物20の温度の測定範囲として、最小温度Tminと最大温度Tmaxを規定する必要がある。また、放射温度計は、ある精度定格Taよりも高精度に温度を算出できる必要がある。即ち、放射温度計の検出波長は、ある測定範囲に対して精度定格Taを満たすように設計しなければならない。なお、精度定格Taは、算出温度の精度を規定するものである。
(算出温度1と精度定格)
式(20)におけるTest1を算出温度1とし、算出誤差1を(Test1−T)で定義する。この場合、式(20)の右辺の第2項が算出誤差となる。
In the design of the radiation thermometer, it is necessary to define the minimum temperature T min and the maximum temperature T max as the measurement range of the temperature of the
(
Let T est1 in equation (20) be the calculated
即ち、式(21)に示すように、放射温度計の精度定格(Ta)の絶対値は、対象物20の温度の測定範囲([Tmin〜Tmax])における算出誤差の絶対値(|Test1−T|)より、大きい値に設定する必要がある。 That is, as shown in equation (21), the absolute value of the calculated error in accuracy rating of the radiation thermometer absolute value of (T a), the measurement range of the temperature of the object 20 ([T min ~T max] ) ( It is necessary to set the value larger than | Test1- T|).
検出波長λ2,λ3は、対象物20の温度の測定範囲において、式(21)に示す|Test1−T|<Taを満たす検出波長から選択すればよい。具体的には、使用可能なλ2,λ3の組み合わせで|Test1−T|を算出し、これがTaより小さくなる組み合わせを選択すればよい。
(算出温度2と精度定格)
上述した方法によって、放射温度計が算出する対象物20の温度(Test1)を算出した後に、Test1に補正を行うことで、より高精度に対象物20の温度(T)を算出することができる。例えば、式(22)におけるTest2を算出温度2とし、算出誤差2を(Test2−T)と定義する。
Detection wavelength lambda 2, lambda 3, in the measurement range of the temperature of the
(
By calculating the temperature (T est1 ) of the
式(22)は、式(20)の右辺の第2項が十分小さい場合に成立する、式(20)に基づく対象物20の温度(T)の算出式である。
Formula (22) is a formula for calculating the temperature (T) of the
式(23)によると、放射温度計の精度定格(Ta)の絶対値は、対象物20の温度の測定範囲([Tmin〜Tmax])における算出誤差の絶対値(|Test2−T|)より、大きい値に設定する必要がある。 According to equation (23), the absolute value of the calculated error in accuracy rating of the radiation thermometer absolute value of (T a), the measurement range of the temperature of the object 20 ([T min ~T max] ) (| T est2 - It is necessary to set the value larger than T|).
補正後の放射温度計が算出する対象物20の温度の算出には、必ずしも式(22)を使用する必要はなく、シミュレーションによって補正関数を定めてもよい。
The calculation of the temperature of the
検出波長λ2,λ3は、対象物20の温度の測定範囲において、式(23)に示す|Test2−T|<Taを満たす検出波長から選択すればよい。具体的には、使用可能なλ2,λ3の組み合わせで|Test2−T|を算出し、これがTaより小さくなる組み合わせを選択すればよい。
Detection wavelength lambda 2, lambda 3, in the measurement range of the temperature of the
図10は、放射温度計の精度定格と対象物の温度の測定範囲とに基づいて2つの波長λ2,λ3を選択する選択方法を示すフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart showing a selection method for selecting the two wavelengths λ 2 and λ 3 based on the accuracy rating of the radiation thermometer and the measurement range of the temperature of the object.
図10を参照して、2つの波長λ2,λ3を選択する動作が開始されると、波長選択部44は、黒体分光放射輝度の比の近似値Rest、黒体分光放射輝度B(λ2,T)に対する黒体分光放射輝度B(λ3,T)の比B(λ3,T)/B(λ2,T)および吸光係数の比εa(λ3)/εa(λ2)に基づいて算出される算出誤差ΔTestを用いて対象物20の算出温度Test1を算出する(ステップS31)。つまり、波長選択部44は、式(20)によって算出温度Test1を算出する。
Referring to FIG. 10, when the operation of selecting the two wavelengths λ 2 and λ 3 is started, the
そして、波長選択部44は、算出温度Test1と対象物20の温度Tとの差の絶対値|Test1−T|を算出する(ステップS32)。
Then, the
その後、波長選択部44は、対象物20の温度の測定範囲(Tmin〜Tmax)において、絶対値|Test1−T|が精度定格Taの絶対値|Ta|よりも小さくなるように2つの波長λ2,λ3を選択する(ステップS33)。これによって、2つの波長λ2,λ3を選択する動作が終了する。
After that, the
図11は、放射温度計の精度定格と対象物の温度の測定範囲とに基づいて2つの波長λ2,λ3を選択する別の選択方法を示すフローチャートである。 FIG. 11 is a flowchart showing another selection method for selecting the two wavelengths λ 2 and λ 3 based on the accuracy rating of the radiation thermometer and the measurement range of the temperature of the object.
図11を参照して、2つの波長λ2,λ3を選択する動作が開始されると、波長選択部44は、検出割合α、放射率ε(λ2),ε(λ3)、分光放射照度I(λ2,T),I(λ2,T)および黒体分光放射輝度の比の近似値Restに基づいて、吸光係数の比εa(λ3)/εa(λ2)を含む根を使用して、推定された透過率の比の平行根を算出し、対象物20の算出温度Test1を算出する(ステップS41)。つまり、波長選択部44は、式(18)によって算出温度Test1を算出する。
With reference to FIG. 11, when the operation of selecting the two wavelengths λ 2 and λ 3 is started, the
そして、波長選択部44は、算出温度Test1を補正して算出温度Test2を算出する(ステップS42)。即ち、波長選択部44は、算出した算出温度Test1を式(22)に代入して算出温度Test2を算出する。この場合、波長選択部44は、温度および波長と黒体分光放射輝度との関係を示す輝度テーブルを予め保持しており、その保持した輝度テーブルに基づいて黒体分光放射輝度B(λ2,Test1),B(λ3,Test1)を検出し、その検出した黒体分光放射輝度B(λ2,Test1),B(λ3,Test1)に基づいて黒体分光放射輝度の比R(Test1)=B(λ3,Test1)/B(λ2,Test1)を算出する。
Then, the
ステップS42の後、波長選択部44は、算出温度Test2と対象物20の温度Tとの差の絶対値|Test2−T|を算出する(ステップS43)。
After step S42, the
その後、波長選択部44は、対象物20の温度の測定範囲(Tmin〜Tmax)において、絶対値|Test2−T|が精度定格Taの絶対値|Ta|よりも小さくなるように2つの波長λ2,λ3を選択する(ステップS44)。これによって、2つの波長λ2,λ3を選択する動作が終了する。
Thereafter, the
波長選択部44は、図10に示すフローチャートまたは図11に示すフローチャートに従って2つの波長λ2,λ3を選択し、その選択した2つの波長λ2,λ3を算出部4Aへ出力する。
The
なお、実施の形態2においては、放射温度計の精度定格と対象物の温度の測定範囲とに基づいて2つの波長λ2,λ3を選択する動作は、ソフトウェアによって実行されてもよい。この場合、算出部4Aは、CPU、ROMおよびRAMを備える。 Note that in the second embodiment, the operation of selecting the two wavelengths λ 2 and λ 3 based on the accuracy rating of the radiation thermometer and the measurement range of the temperature of the object may be executed by software. In this case, the calculation unit 4A includes a CPU, ROM and RAM.
ROMは、検出器2,3からそれぞれ分光放射照度I(λ2,T),分光放射照度I(λ3,T)を受け付けるステップS1−1Aと、入力装置(キーボード等)を介して放射率ε(λ2),ε(λ3)および吸光係数εa(λ2),εa(λ3)を受け付けるステップS1−2Aと、図10に示すステップS31〜ステップS33とを備えるプログラムProg_C、または検出器2,3からそれぞれ分光放射照度I(λ2,T),分光放射照度I(λ3,T)を受け付けるステップS1−1Aと、入力装置(キーボード等)を介して放射率ε(λ2),ε(λ3)および吸光係数εa(λ2),εa(λ3)を受け付けるステップS1−2Aと、図11に示すステップS41〜ステップS44とを備えるプログラムProg_Dを格納する。また、ROMは、図7に示す透過率算出テーブル42および輝度比パラメータ43を格納する。RAMは、CPUによって受け付けられた分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)、放射率ε(λ2),ε(λ3)および吸光係数εa(λ2),εa(λ3)、CPUによって検出された黒体分光放射輝度の比の近似値Rest、CPUによって算出された吸光係数の比εa(λ3)/εa(λ2)、CPUによって算出された算出誤差ΔTest、CPUによって算出された算出温度Test1,Test2、およびCPUによって算出された絶対値|Test1−T|,|Test2−T|を一時的に記憶する。
The ROM receives the spectral irradiance I(λ 2 , T) and the spectral irradiance I(λ 3 , T) from the
CPUは、ROMからプログラムProg_CまたはプログラムProg_Dを読み出し、その読み出したプログラムProg_CまたはプログラムProg_Dを実行して、上述した方法によって、2つの波長λ2,λ3を選択する。 The CPU reads the program Prog_C or the program Prog_D from the ROM, executes the read program Prog_C or the program Prog_D, and selects the two wavelengths λ 2 and λ 3 by the method described above.
この場合、黒体分光放射輝度の比の近似値Restを検出するCPUは、「検出手段」を構成し、吸光係数の比εa(λ3)/εa(λ2)、算出温度Test1,Test2、および絶対値|Test1−T|,|Test2−T|を算出するCPUは、「算出手段」を構成する。また、分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)、放射率ε(λ2),ε(λ3)および吸光係数εa(λ2),εa(λ3)を受け付けるCPUは、「受付手段」を構成する。 In this case, the CPU that detects the approximate value R est of the ratio of the black body spectral radiance constitutes “detection means”, and the ratio of extinction coefficients ε a (λ 3 )/ε a (λ 2 ), the calculated temperature T. The CPU that calculates est1 , T est2 , and the absolute values |T est1 −T|, |T est2 −T| configures “calculating means”. Further, spectral irradiances I(λ 2 , T), I(λ 3 , T), emissivity ε(λ 2 ), ε(λ 3 ) and extinction coefficients ε a (λ 2 ), ε a (λ 3 ) The CPU that accepts "constitutes" constitutes "accepting means".
また、プログラムProg_CまたはプログラムProg_Dは、記録媒体(例えば、CDおよびDVD等)に記録されて流通されてもよい。この場合、コンピュータ(CPU)は、記録媒体からプログラムProg_CまたはプログラムProg_Dを読み出して実行し、2つの波長λ2,λ3を選択する。従って、プログラムProg_CまたはプログラムProg_Dを記録したCD,DVD等は、プログラムProg_CまたはプログラムProg_Dを記録したコンピュータ(CPU)読み取り可能な記録媒体である。 Further, the program Prog_C or the program Prog_D may be recorded in a recording medium (for example, CD and DVD) and distributed. In this case, the computer (CPU) reads the program Prog_C or the program Prog_D from the recording medium and executes the program to select the two wavelengths λ 2 and λ 3 . Therefore, a CD, a DVD, or the like in which the program Prog_C or the program Prog_D is recorded is a computer (CPU) readable recording medium in which the program Prog_C or the program Prog_D is recorded.
上述したように、式(18)によって対象物20の算出温度Test1を算出でき、式(22)によって対象物20の算出温度Test2を算出できる。従って、実施の形態2においては、式(18)または式(22)を用いて対象物20の温度を算出してもよい。
As described above, can be calculated calculated temperature T est1 of the
図12は、実施の形態2における対象物20の温度を検出する検出方法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、図9に示すフローチャートのステップS23〜ステップS27をステップS51,S52に変えたものであり、その他は、図9に示すフローチャートと同じである。
FIG. 12 is a flowchart showing a detection method for detecting the temperature of the
図12を参照して、対象物20の温度を検出する動作が開始されると、算出部4Aは、上述したステップS21,S22を順次実行する。そして、ステップS22の後、算出部4Aは、分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)、放射率ε(λ2),ε(λ3)、吸光係数の比εa(λ3)/εa(λ2)および黒体分光放射輝度の比の近似値Restに基づいて、吸光係数の比εa(λ3)/εa(λ2)を含む根を使用して、推定された透過率の比の平方根を算出し、対象物20の算出温度Test1を算出する(ステップS51)。即ち、算出部4Aは、式(18)によって算出温度Test1を算出する。
With reference to FIG. 12, when the operation of detecting the temperature of the
そして、算出部4Aは、算出温度Test1を補正して算出温度Test2を算出する(ステップS52)。即ち、算出部4Aは、式(22)によって算出温度Test1を補正して算出温度Test2を算出する。これによって、対象物20の温度を検出する動作が終了する。
The calculation unit 4A calculates the calculated temperature T est2 by correcting the calculated temperature T est1 (step S52). That is, the calculation unit 4A calculates the calculated temperature T est2 by correcting the calculated temperature T est1 by equation (22). As a result, the operation of detecting the temperature of the
なお、対象物20の温度を検出する検出方法は、図12に示すステップS21,S22,S51に従って対象物20の算出温度Test1を算出し、その算出した算出温度Test1を対象物20の温度として検出してもよく、図12に示すステップS21,S22,S51,S52に従って対象物20の算出温度Test2を算出し、その算出した算出温度Test2を対象物20の温度として検出してもよい。
The detection method for detecting the temperature of the
そして、算出温度Test2を対象物20の温度として検出することによって、算出温度Test1を対象物20の温度として検出する場合よりも、対象物20の温度を高い精度で検出できる。
Then, by detecting the calculated temperature T est2 as the temperature of the
また、実施の形態2においては、対象物20の温度を検出する動作は、ソフトウェアによって実行されてもよい。この場合、算出部4Aは、CPU、ROMおよびRAMを備える。
Further, in the second embodiment, the operation of detecting the temperature of the
ROMは、検出器2,3からそれぞれ分光放射照度I(λ2,T),分光放射照度I(λ3,T)を受け付けるステップS1−1Aと、入力装置(キーボード等)を介して放射率ε(λ2),ε(λ3)および吸光係数εa(λ2),εa(λ3)を受け付けるステップS1−2Aと、図12に示すステップS22,ステップS51,ステップS52とを備えるプログラムProg_Eを格納する。また、ROMは、図7に示す透過率算出テーブル42および輝度比パラメータ43を格納する。RAMは、CPUによって受け付けられた分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)、放射率ε(λ2),ε(λ3)および吸光係数εa(λ2),εa(λ3)、CPUによって検出された黒体分光放射輝度の比の近似値Rest、吸光係数の比εa(λ3)/εa(λ2)および黒体分光放射輝度の比の近似値Restに基づいてCPUによって算出された「吸光係数の比εa(λ3)/εa(λ2)を含む根」、およびCPUによって算出された温度Test1,Test2を一時的に記憶する。
The ROM receives the spectral irradiance I(λ 2 , T) and the spectral irradiance I(λ 3 , T) from the
CPUは、ROMからプログラムProg_Eを読み出し、その読み出したプログラムProg_CのステップS1−1A,S1−2A,S22,S51またはステップS1−1A,S1−2A,S22,S51,S52を順次実行して、上述した方法によって、対象物20の温度を検出する。
The CPU reads the program Prog_E from the ROM and sequentially executes steps S1-1A, S1-2A, S22, S51 or steps S1-1A, S1-2A, S22, S51, S52 of the read program Prog_C, The temperature of the
この場合、黒体分光放射輝度の比の近似値Restを検出するCPUは、「検出手段」を構成し、吸光係数の比εa(λ3)/εa(λ2)および黒体分光放射輝度の比の近似値Restに基づいて「吸光係数の比εa(λ3)/εa(λ2)を含む根」を算出するCPU、および温度Test1,Test2を算出するCPUは、「算出手段」を構成する。また、分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)、放射率ε(λ2),ε(λ3)および吸光係数εa(λ2),εa(λ3)を受け付けるCPUは、「受付手段」を構成する。 In this case, the CPU that detects the approximate value R est of the ratio of the black body spectral radiance constitutes “detecting means”, and the ratio of the extinction coefficients ε a (λ 3 )/ε a (λ 2 ) and the black body spectrum. CPU for calculating “root including extinction coefficient ratio ε a (λ 3 )/ε a (λ 2 )” and CPU for calculating temperatures T est1 and T est2 based on the approximate value R est of the ratio of radiances Constitutes "calculation means". Further, spectral irradiances I(λ 2 , T), I(λ 3 , T), emissivity ε(λ 2 ), ε(λ 3 ) and extinction coefficients ε a (λ 2 ), ε a (λ 3 ) The CPU that accepts "constitutes" constitutes "accepting means".
また、プログラムProg_Eは、記録媒体(例えば、CDおよびDVD等)に記録されて流通されてもよい。この場合、コンピュータ(CPU)は、記録媒体からプログラムProg_Eを読み出して実行し、対象物20の温度を検出する。従って、プログラムProg_Eを記録したCD,DVD等は、プログラムProg_Eを記録したコンピュータ(CPU)読み取り可能な記録媒体である。
(水蒸気の影響を補正した放射温度計)
吸収体ABSによる吸光係数の比(ε(λ+0.5μm)/ε(λ))が1.5以上または0.67以下の場合について、実施の形態2に基づいて放射温度計の検出波長λ2,λ3を設計する。
Further, the program Prog_E may be recorded in a recording medium (for example, CD and DVD) and distributed. In this case, the computer (CPU) reads the program Prog_E from the recording medium and executes it to detect the temperature of the
(Radiation thermometer corrected for the effect of water vapor)
When the ratio (ε(λ+0.5 μm)/ε(λ)) of the extinction coefficient by the absorber ABS is 1.5 or more or 0.67 or less, the detection wavelength λ 2 of the radiation thermometer is based on the second embodiment. , Λ 3 is designed.
波長(λ)は、ある波長領域に属する波長である。例えば、水蒸気の吸光係数では、波長λが6.5〜9.5μmまたは11〜15.5μmに属する場合、上記の関係を満足する。 The wavelength (λ) is a wavelength belonging to a certain wavelength range. For example, in the extinction coefficient of water vapor, the above relationship is satisfied when the wavelength λ belongs to 6.5 to 9.5 μm or 11 to 15.5 μm.
例えば、水蒸気による吸収環境下において、精度定格±2℃を満たし、−50〜50℃の対象物20を測定する放射温度計を設計する。実施の形態2によると、式(18)および式(22)を使用すると、検出波長λ2,λ3が6.5〜10μmおよび11〜15.5μmの範囲であるとき、精度定格を保障することができる。
For example, in an environment where water vapor is absorbed, a radiation thermometer that meets the accuracy rating ±2°C and measures the
また、水蒸気による吸収環境下において、精度定格±2℃を満たし、―20〜120℃の対象物20を測定する放射温度計を設計する。実施の形態2によると、式(18)および式(22)を使用すると、検出波長λ2,λ3が6.5〜10μmの範囲で、精度定格を保障することができる。
In addition, a radiation thermometer that measures the
更に、水蒸気による吸収環境下において、精度定格±2℃を満たし、100〜1000℃の対象物20を測定する放射温度計を設計する。実施の形態2によると、式(18)および式(22)を使用すると、検出波長λ2,λ3が6.5〜10μmの範囲で、精度定格を保障することができる。
(ピーク波長よりも長い検出波長を使用する場合の効果)
ウィーンの変位則のピーク波長より検出波長を選ぶ場合、同等の精度定格±2℃を満たし、より広い温度範囲を測定できる放射温度計を設計することができる。
Furthermore, a radiation thermometer that measures the
(Effect of using a detection wavelength longer than the peak wavelength)
When selecting the detection wavelength from the peak wavelength of the Wien's displacement law, it is possible to design a radiation thermometer that satisfies the same accuracy rating ±2°C and can measure a wider temperature range.
例えば、水蒸気による吸収環境下において、―20〜120℃の対象物20を測定する放射温度計を設計する。上記の対象物20の温度とウィーンの変位則によれば、黒体分光放射輝度のピーク波長(λmax)は、7.4〜11.4μmとなる。従って、検出波長λ2,λ3をピーク波長より長波長側の11.4〜16μmの範囲で定める。実施の形態2に基づいて、式(16)および式(20)を使用すると、精度定格±2℃を保障することができる。
For example, a radiation thermometer is designed to measure the
更に、水蒸気による吸収環境下において、−50〜1000℃の対象物20を測定する放射温度計を設計する。上記の対象物20の温度とウィーンの変位則によれば、黒体分光放射輝度のピーク波長(λmax)は、2.3〜13μmとなる。従って、検出波長λ2,λ3をピーク波長より長波長側の13〜15.5μmの範囲で定める。実施の形態2に基づいて、式(16)および式(20)を使用すると、精度定格±2℃を保障することができる。
Further, a radiation thermometer that measures the
[温度算出精度]
実施の形態2による赤外線検出装置10Aが吸収体ABSの存在下で高精度に温度を算出できることを説明する。
(赤外線検出装置の設定)
まず、実施の形態2に従って赤外線検出装置10Aの事前準備を行う。以下、吸収体ABSが水蒸気である場合の具体例を示す。
[Temperature calculation accuracy]
It will be described that the
(Setting of infrared detector)
First, the
簡単のため、検出割合αを0.1とし、放射率εを1とする。対象物20の温度は、0〜100℃とする。
For simplicity, the detection rate α is 0.1 and the emissivity ε is 1. The temperature of the
図3に示す大気の窓の範囲内より、検出波長λ2を13.0μmとし、検出波長λ3を13.5μmとする。算出部4Aには、輝度比パラメータ43および透過率算出テーブル42を予め設定しておく。また、輝度比パラメータ43の値を0.947に設定する。例えば、黒体の温度が0〜100℃のときの黒体分光放射輝度の比が0.930〜0.965であるから、黒体分光放射輝度の比は、約3.6%変化する。
Within the range of the atmospheric window shown in FIG. 3, the detection wavelength λ 2 is set to 13.0 μm and the detection wavelength λ 3 is set to 13.5 μm. The
透過率算出テーブル42は、透過率の比から透過率を算出する式(5)に基づいて、吸光係数の比εa(λ2)/εa(λ3)を、例えば、図3を参考にして0.5として作成する。これは、波長13.0μmおよび波長13.5μmでの水蒸気の吸光係数の比である。
(実施の形態2による算出精度)
シミュレーションに基づいて実施の形態2における温度の算出精度を説明する。初めに、シミュレーションの課題を作成した。採用した吸光係数の比0.5と整合する透過率τ(λ2)=0.50およびτ(λ3)=0.25を設定して、式(1)に基づき各温度に対応する分光放射照度I(13.0μm,T),I(13.5μm,T)の算出を行った。この分光放射照度を、検出器2,3が検出する分光放射照度と定めて、実施の形態2に基づいて対象物20の温度を算出した。
The transmittance calculation table 42 refers to the ratio of extinction coefficients ε a (λ 2 )/ε a (λ 3 ) based on the formula (5) for calculating the transmittance from the transmittance ratio, for example, referring to FIG. And create it as 0.5. This is the ratio of the extinction coefficients of water vapor at wavelengths 13.0 μm and 13.5 μm.
(Calculation accuracy according to the second embodiment)
The calculation accuracy of the temperature in the second embodiment will be described based on the simulation. First, we created a simulation task. The transmittances τ(λ 2 )=0.50 and τ(λ 3 )=0.25 that match the adopted extinction coefficient ratio of 0.5 are set, and the spectra corresponding to the respective temperatures are set based on the equation (1). Irradiances I (13.0 μm, T) and I (13.5 μm, T) were calculated. This spectral irradiance was defined as the spectral irradiance detected by the
まず、分光放射照度I(13.0μm,T),I(13.5μm,T)の比と、分光放射輝度の比0.947から、対象物20の温度を式(18)によって算出した。
First, the temperature of the
図13は、設定した対象物20の温度とシミュレーションによって得られた算出温度との温度差を示す図である。図13において、縦軸は、算出温度と対象物20の温度との差を表し、横軸は、対象物20の温度を表す。
FIG. 13 is a diagram showing a temperature difference between the set temperature of the
図13を参照して、透過率が波長に依存する場合でも、算出温度が対象物20の温度と−1.3℃から+2.1℃程度の誤差に収まる。すなわち、検出波長λ2を13.0μmとし、検出波長λ3を13.5μmとし、これらの波長での黒体分光放射輝度の比を0.947とすると、対象物20が0〜100℃の温度範囲であれば、式(18)により、−1.3℃から+2.1℃の精度で温度を算出できる。
With reference to FIG. 13, even when the transmittance depends on the wavelength, the calculated temperature falls within an error of about −1.3° C. to +2.1° C. with respect to the temperature of the
次に、算出温度と、分光放射輝度の比0.947から、補正後の算出温度を式(22)によって算出した。 Next, the corrected calculated temperature was calculated by the equation (22) from the calculated temperature and the spectral radiance ratio of 0.947.
図14は、設定した対象物20の温度とシミュレーションによって得られた補正後の算出温度の温度差を示す図である。図14において、縦軸は、補正後の算出温度と対象物20の温度との差を表し、横軸は、対象物20の温度を表す。
FIG. 14 is a diagram showing a temperature difference between the set temperature of the
図14を参照して、透過率が波長に依存する場合でも、補正後の算出温度が対象物20の温度と−0.1℃から+0.04℃程度の誤差に収まる。すなわち、検出波長λ2を13.0μmとし、検出波長λ3を13.5μmとし、これらの波長での黒体分光放射輝度の比を0.947とすると、対象物20が0〜100℃の温度範囲であれば、式(22)によって、−0.1℃から+0.04℃の精度で温度を算出できる。
Referring to FIG. 14, even when the transmittance depends on the wavelength, the corrected calculated temperature falls within an error of about −0.1° C. to +0.04° C. with respect to the temperature of the
[実施の形態2における効果]
実施の形態2の効果について説明する。
(放射温度計に関する効果)
実施の形態2による赤外線検出装置10Aを放射温度計として利用した場合の効果について説明する。
[Effects of Second Embodiment]
The effect of the second embodiment will be described.
(Effects of radiation thermometer)
The effect of using the
従来の単色法では、透過率をある事前に予想した値に設定して温度を算出するため、透過率がその値から異なると、温度に算出誤差が生じる。例えば、検出波長8.5μmの赤外線を検出する単色法の放射温度計を想定し、透過率0.77に設定すべきところを透過率1.0と設定したとする。すなわち、放射温度計は、対象物20の分光放射輝度を本来値の0.77倍に見積る。この条件下で、式(1)に従って35℃の対象物20を検出すると、算出温度は、約21℃となり、大きな誤差が生じる。また、従来の二色法では、透過率が波長依存性を持つため、高精度に温度を算出することはできない。従来の二色法では、透過率を波長に依存しないと仮定して温度を算出するため、実際の透過率に波長依存性が生じる場合、温度に算出誤差が生じる。
In the conventional monochromatic method, the temperature is calculated by setting the transmittance to a value that is predicted in advance. Therefore, if the transmittance differs from the value, a calculation error occurs in the temperature. For example, assume that a monochromatic radiation thermometer that detects infrared rays with a detection wavelength of 8.5 μm is used, and that the transmittance should be set to 0.77 when the transmittance should be set to 0.77. That is, the radiation thermometer estimates the spectral radiance of the
例えば、検出波長8.5μmの赤外線と検出波長13.0μmの赤外線を検出する従来の二色法の放射温度計を用いて、透過率がτ(8.5μm)=0.77およびτ(13.0)=0.5の条件下で、対象物20の温度を算出する場合を想定する。この条件下で、分光放射照度の比をプランクの式の比と見なして温度を算出すると、35℃の対象物20を137℃と算出してしまう。
For example, using a conventional dichroic radiation thermometer that detects infrared rays having a detection wavelength of 8.5 μm and infrared rays having a detection wavelength of 13.0 μm, the transmittance is τ(8.5 μm)=0.77 and τ(13 .0)=0.5, the case where the temperature of the
一方で、シミュレーションおよび図13,14に示した通り、実施の形態2による赤外線検出装置10Aは、透過率が波長に依存する場合でも、正確な温度を算出することができる。即ち、実施の形態2による赤外線検出装置10Aは、従来の放射温度計にない透過率の補正機能を有する。
On the other hand, as shown in the simulation and FIGS. 13 and 14, the
実施の形態2においては、長波長領域の2波長では、黒体分光放射輝度の比の温度依存性が小さくなることを用いることにより、透過率の補正機能を追加することができる。これにより、例えば、水蒸気などの影響で透過率が大きく変化する環境(例えば、雨や霧など悪天候の屋外、風呂場など)において、人または動物の検出性能を向上することが可能である。すなわち、悪天候時において人または動物をより遠距離から検出すること、風呂場での事故の早期発見を行うことができる。 In the second embodiment, the transmittance correction function can be added by using the fact that the temperature dependence of the ratio of the black body spectral radiance is reduced for the two wavelengths in the long wavelength region. Thereby, for example, in an environment where the transmittance greatly changes due to the influence of water vapor (for example, outdoors in bad weather such as rain or fog, a bathroom, etc.), it is possible to improve the detection performance of humans or animals. That is, it is possible to detect a person or an animal from a greater distance in bad weather and to detect an accident in a bathroom early.
また、実施の形態2による赤外線検出装置10Aによると、水蒸気などの吸収体の存在によって透過率が低下し得る検出波長λ2,λ3を用いて、高精度に温度を算出することができる。例えば、従来、不適とされていた大気の窓の範囲外を検出波長として利用することができる。すなわち、検出波長λ2,λ3が3〜3.5μm、4.5〜8μmまたは13〜16μmに属する場合でも、温度と透過率を高精度に算出することができる。
Further, according to the
なお、対象物20と赤外線検出装置10Aとの間に存在する吸収体ABSは、波長λ2,λ3により決まってくるので、特に、大気中であれば、あらかじめ吸収体ABSの種類を検査する必要はない。
(ガスセンサに関する効果)
実施の形態2による赤外線検出装置10Aをガスセンサとして利用した場合の効果について説明する。
Since the absorber ABS existing between the
(Effects on gas sensor)
The effect of using the
実施の形態2による赤外線検出装置10Aは、吸収体ABSの透過率を算出すると同時に、吸収体ABSの絶対量を算出することができる。対象物20と赤外線検出装置10Aとの間の距離が既知である場合、吸収体の濃度を算出することができる。例えば、吸収体を水蒸気とすれば、対象物20と赤外線検出装置10Aとの間の距離における水蒸気量、および湿度を算出することができる。対象となる吸収体ABSは、水蒸気に限らず、二酸化炭素などの気体の吸収体やエアロゾルなどの散乱体であってもよい。
The
実施の形態2による赤外線検出装置10Aによると、対象物20の温度が一定範囲内に収まっている限り、高精度に吸収体の濃度を算出することができる。すなわち、例えば、特許文献3に代表される赤外線検出器を利用したガスセンサと比較して、実施の形態2による赤外線検出装置10Aは、構成要素に光源を必要としない。よって、光源の設置が困難な状況や、エネルギー消費量を抑制したい状況では、実施の形態2による赤外線検出装置10Aを用いたガス濃度の算出が非常に有効となる。すなわち、赤外線検出装置10Aを省スペース、かつ、省エネルギーのガスセンサとして利用することが可能であるため、多数のセンサを配置する必要があるIoTデバイスとして利用することができる。
With the
なお、対象物20と赤外線検出装置10Aとの間に存在する吸収体は、波長λ2,λ3により決まってくるので、特に、大気中であれば、あらかじめ吸収体の種類を検査する必要はない。
Since the absorber existing between the
なお、対象物20と赤外線検出装置10Aとの間の距離は、対象物20と赤外線検出装置10Aが固定されているのであれば、あらかじめ測定しておけばよい。赤外線検出装置10Aにレンズが備えられている場合は、レンズの焦点距離を対象物20と赤外線検出装置10Aとの間の距離とすればよい。
(放射温度計およびガスセンサに関する効果)
実施の形態2による赤外線検出装置10Aを放射温度計およびガスセンサの両方の機能を有する検出装置として利用した場合の効果について説明する。
The distance between the
(Effects of radiation thermometer and gas sensor)
The effect when the
実施の形態2による赤外線検出装置10Aがどのガス種を検出するかは、検出波長に吸収を持つかどうかに依存する。例えば、水蒸気であれば、室内・屋外に関わらず、対象物20の温度を測定しながら湿度を算出することができる。特許文献2では、湿度計を備えているが、この湿度計は、放射温度計付近の湿度を測定している。
Which gas species the
一方、実施の形態2による赤外線検出装置10Aは、対象物20から検出器2,3までの平均的な湿度を測定している。よって、対象物20と検出器2,3との間の環境が大きく異なるような状況では、実施の形態2による赤外線検出装置10Aを用いた温度および湿度の算出が非常に有効となる。すなわち、実施の形態2による赤外線検出装置10Aを水蒸気がこもる調理器具において、温度や水蒸気量の検出などに利用することが可能であるため、ユーザーまたは調理器具自体が調理の状態を判断し、フィードバックすることができる。
On the other hand, the
例えば、検出するガス種が二酸化炭素であれば、室内・室外に関わらず、対象の温度を測定しながら二酸化炭素濃度を算出することができる。特許文献4は、二酸化炭素濃度を検知するガスセンサであるが、このガスセンサは、設置場所付近の二酸化炭素濃度を測定している。
For example, if the gas type to be detected is carbon dioxide, the carbon dioxide concentration can be calculated while measuring the temperature of the object regardless of whether it is indoors or outdoors.
一方、実施の形態2による赤外線検出装置10Aは、対象物20から検出器2,3までの平均的な二酸化炭素濃度を測定している。よって、対象物20と検出器2,3との間の環境が大きく異なるような状況では、実施の形態2による赤外線検出装置10Aを用いた温度および二酸化炭素濃度の算出が非常に有効となる。すなわち、二酸化炭素濃度を調節する換気設備および空調設備において、実施の形態2による赤外線検出装置10Aを室内・室外の二酸化炭素濃度の検出などに利用することが可能であるため、ユーザーまたは換気設備および空調設備自体が二酸化炭素濃度の状態を判断し、フィードバックすることができる。
On the other hand, the
検出する対象をガスなどの吸収体ではなく、例えば、エアロゾルなどの散乱体にすれば、対象の温度を測定しながら散乱体の濃度を算出することができる。すなわち、換気設備、空調設備および空気清浄機において、実施の形態2による赤外線検出装置10Aを散乱体の検出などに利用することが可能であるため、ユーザーまたは換気設備、空調設備および空気清浄機自体が散乱体の濃度の状態を判断し、フィードバックすることができる。
(実質的な温度を測定する放射温度計およびガスセンサに関する効果)
実施の形態2による赤外線検出装置10Aは、温度と吸収体の濃度を同時に検出できるため、対象物20の温度と吸収体の濃度から算出する実質的な温度や快適性の指数を測定する装置に好適である。例えば、温度と湿度を同時に検出することで、温度と湿度から算出する実質的な温度を測定することができる。実質的な温度には、例えば、人が感じる温度である体感温度や、調理器が食材に与える実効的な加熱温度などがある。一般的に、対象物20の温度と湿度の増加によって、実質的な温度は増加する。
If the target to be detected is not an absorber such as gas but a scatterer such as aerosol, the concentration of the scatterer can be calculated while measuring the temperature of the target. That is, in the ventilation equipment, the air conditioning equipment, and the air purifier, since the
(Effects of radiation thermometer and gas sensor for measuring substantial temperature)
Since the
実質的な温度を算出する際の好適な波長について説明する。上述したように、実施の形態2においては、対象物20の温度が変化すると、黒体分光放射輝度の比がわずかに変化するため、対象物20の温度と透過率に算出誤差が生じる。すなわち、対象物20の温度と透過率の算出精度は、黒体分光放射輝度の比と透過率の比の切り分け精度に依存する。
A suitable wavelength for calculating the substantial temperature will be described. As described above, in the second embodiment, when the temperature of the
一方で、対象物20の温度と透過率の切り分けに誤差が伴う場合であっても、実質的な温度を高精度に算出することは可能である。例えば、温度と湿度のどちらの値を増加させた場合でも、分光放射照度の比が増加するという条件の下では、切り分けによる算出誤差を相殺できるため、実質的な温度を高精度に算出することができる。すなわち、実験誤差や透過モデルからのずれにより、温度と湿度の切り分けが不十分で、湿度を実際よりも高く(低く)算出したとしても、温度を低く(高く)算出するため、実質的な温度に換算すると算出誤差が小さくなる。換言すれば、実質的な温度と分光放射照度の比の相関が大きくなるように波長を選択することで、実質的な温度を高精度に算出することができる。
On the other hand, even if the difference between the temperature of the
実施の形態2に従って、検出波長λ2,λ3をλ2<λ3とすると、対象物20の温度が増加する場合、プランクの式の性質によって、検出波長λ2,λ3の黒体分光放射照度の比(B(λ2,T)/B(λ3,T))は、増加する。換言すれば、対象物20の温度が増加すると検出器2と検出器3の分光放射照度の比(I(λ2,T)/I(λ3,T))は、増加する。
When the detection wavelengths λ 2 and λ 3 are set to λ 2 <λ 3 according to the second embodiment, when the temperature of the
従って、湿度の増加に対して、透過率の比(τ(λ2)/τ(λ3))が増加する波長λ2,λ3を選択すれば、検出器2と検出器3の分光放射照度の比(I(λ2,T)/I(λ3,T))も増加し、温度と湿度の切り分け誤差による実質的な温度の算出誤差が小さくなる。
Therefore, if the wavelengths λ 2 and λ 3 in which the transmittance ratio (τ(λ 2 )/τ(λ 3 )) increases with an increase in humidity are selected, the spectral radiation of the
ここで、ある湿度における水蒸気の透過率と波長の関係の模式図を図5に示した。波長領域3.0〜16μmの範囲では、水蒸気の透過率を高透過率領域、第1の低透過率領域および第2の低透過率領域の3種類に分類できる。高透過率領域は、3.5〜4.5μmおよび8.0〜13.0μmの高い透過率を示す波長領域である。第1の低透過率領域は、3.0〜3.5μmおよび6.0〜8.0μmの低い透過率、かつ、波長が長くなるに従って透過率が増加する波長領域である。第2の低透過率領域は、4.5〜6.0μmおよび13.0〜16.0μmの低い透過率、かつ、波長が長くなるに従って透過率が減少する波長領域である。 Here, a schematic diagram of the relationship between the transmittance of water vapor at a certain humidity and the wavelength is shown in FIG. In the wavelength region of 3.0 to 16 μm, the water vapor transmission rate can be classified into three types: a high transmission rate region, a first low transmission rate region, and a second low transmission rate region. The high transmittance region is a wavelength region showing a high transmittance of 3.5 to 4.5 μm and 8.0 to 13.0 μm. The first low transmittance region is a low transmittance region of 3.0 to 3.5 μm and 6.0 to 8.0 μm and a wavelength region where the transmittance increases as the wavelength becomes longer. The second low transmittance region is a low transmittance region of 4.5 to 6.0 μm and 13.0 to 16.0 μm and a wavelength region where the transmittance decreases as the wavelength becomes longer.
式(4)に示すランベルト・ベールの法則によると、同一の吸収体の濃度では、透過率と吸光係数の間には負の相関がある。すなわち、湿度の増加に対して、透過率の比(τ(λ2)/τ(λ3))が増加する波長条件は、図5において、τ(λ2)>τ(λ3)を満たす波長となる。すなわち、検出波長λ2が高透過率領域に属し、かつ、検出波長λ3が隣接する低透過率領域(すなわち、第2の低透過率領域)に属する場合、および検出波長λ2,λ3が同じ第2の低透過率領域に属する場合である。 According to the Lambert-Beer law shown in the equation (4), there is a negative correlation between the transmittance and the extinction coefficient at the same absorber concentration. That is, the wavelength condition under which the transmittance ratio (τ(λ 2 )/τ(λ 3 )) increases with increasing humidity satisfies τ(λ 2 )>τ(λ 3 ) in FIG. Wavelength. That is, when the detection wavelength λ 2 belongs to the high transmittance region and the detection wavelength λ 3 belongs to the adjacent low transmittance region (that is, the second low transmittance region), and the detection wavelengths λ 2 and λ 3 Belong to the same second low transmittance region.
つまり、検出波長λ2が3.5〜4.5μmの範囲、かつ、検出波長λ3が4.5〜6.0μmの範囲に属する場合に、高精度に実質的な温度を算出することができる。または検出波長λ2が8.0〜13.0μmの範囲、かつ、検出波長λ3が13.0〜16.0μmの範囲に属する場合に、高精度に実質的な温度を算出することができる。または検出波長λ2,λ3が4.5〜6.0μmの範囲に属する場合に、高精度に実質的な温度を算出することができる。または検出波長λ2,λ3が13.0〜16.0μmの範囲に属する場合に、高精度に実質的な温度を算出することができる。 That is, when the detection wavelength λ 2 belongs to the range of 3.5 to 4.5 μm and the detection wavelength λ 3 belongs to the range of 4.5 to 6.0 μm, the substantial temperature can be calculated with high accuracy. it can. Alternatively, when the detection wavelength λ 2 belongs to the range of 8.0 to 13.0 μm and the detection wavelength λ 3 belongs to the range of 13.0 to 16.0 μm, the substantial temperature can be calculated with high accuracy. .. Alternatively, when the detection wavelengths λ 2 and λ 3 belong to the range of 4.5 to 6.0 μm, the substantial temperature can be calculated with high accuracy. Alternatively, when the detection wavelengths λ 2 and λ 3 belong to the range of 13.0 to 16.0 μm, the substantial temperature can be calculated with high accuracy.
なお、実質的な温度の算出については、輝度比パラメータ43および透過率算出テーブル42に変えて、検出波長λ2,λ3の分光放射照度から実質的な温度を直接算出する算出パラメータを算出部4Aに配置しもよい。
(快適性の指数を測定する放射温度計およびガスセンサに関する効果)
実質的な温度の算出に限らず、温度と二酸化炭素濃度または温度とエアロゾル濃度などに基づき快適性の指数を算出してもよい。これにより、ユーザーや調理器、換気装置、空調設備および空気清浄機が実質的な温度や快適性の指数に基づき判断することで、フィードバクすることができる。
Regarding the calculation of the actual temperature, the calculation unit for calculating the actual temperature directly from the spectral irradiance of the detection wavelengths λ 2 and λ 3 is used instead of the
(Effects of radiation thermometer and gas sensor for measuring comfort index)
The comfort index may be calculated based on not only the actual temperature but also the temperature and the carbon dioxide concentration or the temperature and the aerosol concentration. As a result, the user, the cooker, the ventilation device, the air conditioner, and the air purifier can perform feed back by making judgments based on the substantial temperature and the index of comfort.
温度と二酸化炭素濃度が上昇した際に減少する快適性の指数に関し、好適な波長について説明する。実質的な温度の場合と同様にして、対象物20の温度と透過率の切り分け誤差を軽減できる条件は、二酸化炭素濃度の増加に対して、透過率の比(τ(λ2)/τ(λ3))を増加させる2つの検出波長になる。
With respect to the comfort index that decreases when the temperature and the carbon dioxide concentration increase, a suitable wavelength will be described. Similar to the case of the substantial temperature, the condition that can reduce the error in separating the temperature of the
ここで、ある湿度における二酸化炭素の透過率と波長の関係の模式図を図6に示した。二酸化炭素の透過率の場合には、波長領域3.0〜16μmの範囲を高透過率領域、第2の低透過率領域および第3の低透過率領域の3種類に分類できる。高透過率領域は、3.5〜4.0μmおよび4.5〜13.5μmの高い透過率を示す波長領域である。第2の低透過率領域は、13.5〜16.0μmの低い透過率、かつ、波長が長くなるに従って透過率が減少する波長領域である。第3の低透過率領域は、4.0〜4.5μmの低い透過率を示す波長領域である。 Here, a schematic diagram of the relationship between the carbon dioxide transmittance and the wavelength at a certain humidity is shown in FIG. In the case of carbon dioxide transmittance, the wavelength range of 3.0 to 16 μm can be classified into three types: a high transmittance area, a second low transmittance area, and a third low transmittance area. The high transmittance region is a wavelength region showing a high transmittance of 3.5 to 4.0 μm and 4.5 to 13.5 μm. The second low transmittance region is a low transmittance region of 13.5-16.0 μm and a wavelength region in which the transmittance decreases as the wavelength becomes longer. The third low transmittance region is a wavelength region showing a low transmittance of 4.0 to 4.5 μm.
式(4)に示すランベルト・ベールの法則によると、同一の吸収体の濃度では、透過率と吸光係数の間には負の相関がある。すなわち、湿度の増加に対して、透過率の比(τ(λ2)/τ(λ3))が増加する波長条件は、図6において、τ(λ2)>τ(λ3)を満たす波長となる。すなわち、検出波長λ2が高透過率領域に属し、かつ、検出波長λ3が隣接する低透過率領域(すなわち、第2の低透過率領域)に属する場合、および検出波長λ2,λ3が同じ第2の低透過率領域に属する場合である。 According to the Lambert-Beer law shown in the equation (4), there is a negative correlation between the transmittance and the extinction coefficient at the same absorber concentration. That is, the wavelength condition in which the transmittance ratio (τ(λ 2 )/τ(λ 3 )) increases with increasing humidity satisfies τ(λ 2 )>τ(λ 3 ) in FIG. Wavelength. That is, when the detection wavelength λ 2 belongs to the high transmittance region and the detection wavelength λ 3 belongs to the adjacent low transmittance region (that is, the second low transmittance region), and the detection wavelengths λ 2 and λ 3 Belong to the same second low transmittance region.
つまり、検出波長λ2が3.5〜4.0μmの範囲、かつ、検出波長λ3が4.0〜4.5μmの範囲に属する場合に、高精度に快適性の指数を算出することができる。または検出波長λ2が4.5〜13.5μmの範囲、かつ、検出波長λ3が13.5〜16.0μmの範囲に属する場合に、高精度に快適性の指数を算出することができる。または検出波長λ2,λ3が13.5〜16.0μmの範囲に属する場合に、高精度に快適性の指数を算出することができる。 That is, when the detection wavelength λ 2 is in the range of 3.5 to 4.0 μm and the detection wavelength λ 3 is in the range of 4.0 to 4.5 μm, the comfort index can be calculated with high accuracy. it can. Alternatively, when the detection wavelength λ 2 belongs to the range of 4.5 to 13.5 μm and the detection wavelength λ 3 belongs to the range of 13.5 to 16.0 μm, the comfort index can be calculated with high accuracy. .. Alternatively, when the detection wavelengths λ 2 and λ 3 belong to the range of 13.5 to 16.0 μm, the comfort index can be calculated with high accuracy.
なお、快適性の指数の算出については、輝度比パラメータ43および透過率算出テーブル42に変えて、検出波長λ2,λ3の分光放射照度から快適性の指数を直接算出する算出パラメータを算出部4Aに配置しもよい。
(実施の形態2の応用に関する効果)
実施の形態2においては、放射率が既知である必要があるが、これは、対象物20が人、動物、調理器具および調理具材等とわかっているので、その値を入れておくだけでよい。
Regarding the calculation of the comfort index, the calculation parameter for directly calculating the comfort index from the spectral irradiance of the detection wavelengths λ 2 and λ 3 is used instead of the
(Effects of Application of Second Embodiment)
In the second embodiment, the emissivity needs to be known. This is because it is known that the
なお、実施の形態2による赤外線検出装置10Aをアレイ化することで、赤外線カメラとして利用することができる。赤外線検出装置10Aを応用した赤外線カメラは、対象物20の温度に関する画像と、吸収体の絶対量に関する画像の両方を、同時に撮影することができる。この機能によって、対象物20の輪郭や分布をより高精度に判別することができる。
The
実施の形態2におけるその他の説明は、実施の形態1における説明と同じである。 The other description in the second embodiment is the same as the description in the first embodiment.
[実施の形態3]
図15は、実施の形態3による赤外線検出装置の概略図である。図15を参照して、実施の形態3による赤外線検出装置10Bは、図7に示す赤外線検出装置10Aの算出部4Aを算出部4Bに変え、実施の形態1における検出器1を追加したものであり、その他は、赤外線検出装置10Aと同じである。
[Third Embodiment]
FIG. 15 is a schematic diagram of an infrared detection device according to the third embodiment. Referring to FIG. 15, an
検出器1は、波長λ1(<λ2)を有する赤外線IFR1の分光放射照度I(λ1,T)を検出し、その検出した分光放射照度I(λ1,T)を算出部4Bへ出力する。なお、波長λ1は、上述したピーク波長λmaxよりも長くても短くてもよい。
The
検出器1〜3のうち、2つまたは3つの検出器は、相互に同じあっても異なっていてもよい。検出器1〜3、または検出器1〜3のうちの2つの検出器が同じである場合、即ち、検出器1〜3が1つまたは2つの検出器によって構成される場合、検出器1〜3の複数の検出を担う検出器は、量子ドット型検出器または量子井戸型検出器からなる。量子ドット型検出器または量子井戸型検出器は、印加される電圧に応じて検出波長を制御することができる。これによって、1つの検出器で済むため、赤外線検出装置10Bの小型化および低コスト化が可能である。検出器1〜3が1つまたは2つの検出器によって構成される場合、赤外線検出装置10Bは、検出器(量子ドット型検出器または量子井戸型検出器からなる)に印加する電圧を制御し、検出する波長を制御する制御部を更に備える。検出器1〜3が1つの検出器によって構成される場合、制御部は、検出する波長を波長λ1に設定するための電圧V1と、検出する波長を波長λ2に設定するための電圧V2と、検出する波長を波長λ3に設定するための電圧V3と、に制御する3つの機能を有する。検出器1〜3が2つの検出器によって構成される場合、制御部は、検出する波長を波長λ1に設定するための電圧V1と、検出する波長を波長λ2に設定するための電圧V2と、検出する波長を波長λ3に設定するための電圧V3と、に制御する3つの機能のうちの2つの機能を有する。
Among the
算出部4Bは、図7に示す算出部4Aに透過率算出テーブル45を追加したものである。透過率算出テーブル45は、波長λ2、波長λ3、および波長λ2,λ3の両方のいずれかの透過率(τ(λ1)、τ(λ2)およびτ(λ1),τ(λ2)のいずれか)から透過率τ(λ1)を算出するためのテーブルである。
The
実施の形態3においては、実施の形態2と同じように、放射温度計の精度定格と対象物20の温度の測定範囲とに基づいて波長λ2,λ3を選択し、黒体分光放射輝度B(λ2,T)と黒体分光放射輝度B(λ3,T)との比の温度依存性が小さくなることを用いる。即ち、黒体分光放射輝度B(λ2,T)と黒体分光放射輝度B(λ3,T)との比の近似値Restを用いる。また、実施の形態3においては、放射率ε(λ1),ε(λ2),ε(λ3)および吸光係数εa(λ1),εa(λ2),εa(λ3)は、既知であるものとする。
In the third embodiment, as in the second embodiment, the wavelengths λ 2 and λ 3 are selected based on the accuracy rating of the radiation thermometer and the measurement range of the temperature of the
算出部4Bは、検出器1〜3からそれぞれ分光放射照度I(λ1,T)〜I(λ3,T)を受ける。また、算出部4Bは、輝度比パラメータ43から近似値Restを検出する。そして、算出部4Bは、分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)、放射率ε(λ2),ε(λ3)および黒体分光放射輝度の比の近似値Restを式(12)に代入して透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)を算出する。この場合、算出部4Bは、近似値Restを式(12)のRに代入する。
The
その後、算出部4Bは、算出した透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)に基づいて透過率τ(λ2)を算出する。より具体的には、算出部4Bは、算出した透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)に式(5)を適用して透過率τ(λ2)を算出する。また、算出部4Bは、透過率算出テーブル42を用いて、算出した透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)に対応する透過率τ(λ2)を検出することによって透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)から透過率τ(λ2)を算出する。
Then, calculating
波長λ1,λ2についてランベルト・ベールの法則が成立する場合、透過率τ(λ1)と透過率τ(λ2)との間に次式が成り立つ。 When the Lambert-Beer law holds for the wavelengths λ 1 and λ 2 , the following equation holds between the transmittance τ(λ 1 ) and the transmittance τ(λ 2 ).
従って、算出部4Bは、透過率τ(λ2)を算出すると、その算出した透過率τ(λ2)に基づいて透過率τ(λ1)を算出する。より具体的には、算出部4Bは、算出した透過率τ(λ2)と、吸光係数εa(λ1),εa(λ2)とを式(24)に代入して透過率τ(λ1)を算出する。また、算出部4Bは、透過率算出テーブル45を用いて、算出した透過率τ(λ2)に対応する透過率τ(λ1)を検出することによって透過率τ(λ2)から透過率τ(λ1)を算出する。
Therefore, when calculating the transmittance τ(λ 2 ), the
そして、算出部4Bは、分光放射照度I(λ1,T),I(λ2,T)、透過率τ(λ1),τ(λ2)および放射率ε(λ1),ε(λ2)を式(3)に代入して黒体分光放射輝度の比B(λ2,T)/B(λ1,T)を算出する。
Then, the
対象物20の温度を二色法によって算出する場合、黒体分光放射輝度の比B(λ1,T)/B(λ2,T)は、次式によって表される。
When the temperature of the
図16は、対象物20の温度および/または吸収体の絶対量または濃度を検出する実施の形態3による検出方法を説明するためのフローチャートである。
FIG. 16 is a flowchart for explaining the detection method according to the third embodiment for detecting the temperature of the
図16に示すフローチャートは、図9に示すフローチャートのステップS21,S25,S26をそれぞれステップS21A,S25A,S26Aに変え、ステップS27をステップS28,S29に変えたものであり、その他は、図9にフローチャートと同じである。 The flowchart shown in FIG. 16 is obtained by replacing steps S21, S25, S26 of the flowchart shown in FIG. 9 with steps S21A, S25A, S26A, respectively, and replacing step S27 with steps S28, S29. It is the same as the flowchart.
図16を参照して、対象物20の温度および/または吸収体の絶対量または濃度を検出する動作が開始されると、検出器1〜3は、それぞれ、分光放射照度I(λ1,T),I(λ2,T),I(λ3,T)を検出し(ステップS21A)、その検出した分光放射照度I(λ1,T),I(λ2,T),I(λ3,T)を算出部4Bへ出力する。
With reference to FIG. 16, when the operation of detecting the temperature of the
その後、上述したステップS22〜ステップS24が順次実行される。そして、ステップS24の後、算出部4Bは、算出した透過率τ(λ2)に基づいて透過率τ(λ1)を算出する(ステップS25A)。より具体的には、算出部4Bは、算出した透過率τ(λ2)と、吸光係数εa(λ1),εa(λ2)とを式(24)に代入して透過率τ(λ1)を算出する。また、算出部4Bは、透過率算出テーブル45を用いて、算出した透過率τ(λ2)に対応する透過率τ(λ1)を検出することによって透過率τ(λ2)から透過率τ(λ1)を算出する。
Then, step S22 to step S24 described above are sequentially executed. Then, after step S24, the
ステップS25Aの後、算出部4Bは、分光放射照度I(λ1,T),I(λ2,T)、透過率τ(λ1),τ(λ2)および放射率ε(λ1),ε(λ2)を式(3)に代入して黒体分光放射輝度の比I(λ2,T)/I(λ1,T)を算出する(ステップS26A)。
After step S25A, the
引き続いて、算出部4Bは、算出した黒体分光放射輝度の比I(λ2,T)/I(λ1,T)を式(25)に代入して対象物20の温度Tを算出する(ステップS28)。そして、算出部4Bは、透過率τ(λ1)または透過率τ(λ2)に基づいて、吸収体ABSの絶対量または濃度を算出する(ステップS29)。これによって、対象物20の温度および/または吸収体の絶対量または濃度を検出する動作が終了する。
Subsequently, the
なお、実施の形態3においては、対象物20の温度および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を検出する動作は、ソフトウェアによって実行されてもよい。この場合、算出部4Bは、CPU、ROMおよびRAMを備える。
In the third embodiment, the operation of detecting the temperature of the
ROMは、検出器1〜3からそれぞれ分光放射照度I(λ1,T),分光放射照度I(λ2,T),分光放射照度I(λ3,T)を受け付けるステップS1−1Bと、入力装置(キーボード等)を介して放射率ε(λ1),ε(λ2),ε(λ3)および吸光係数εa(λ1),εa(λ2),εa(λ3)を受け付けるステップS1−2Bと、図16に示すステップS22〜S24,S25A,S26A,S28,S29とを備えるプログラムProg_Fを格納する。また、ROMは、図15に示す透過率算出テーブル42、輝度比パラメータ43および透過率算出テーブル45を格納する。RAMは、CPUによって受け付けられた分光放射照度I(λ1,T),I(λ2,T),I(λ3,T)、放射率ε(λ1),ε(λ2),ε(λ3)および吸光係数εa(λ1),εa(λ2),εa(λ3)、CPUによって検出された黒体分光放射輝度の比の近似値Rest、CPUによって算出された透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)、透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)および吸光係数εa(λ2),εa(λ3)に基づいてCPUによって算出された透過率τ(λ2)、透過率τ(λ2)に基づいてCPUによって算出された透過率τ(λ1)、CPUによって算出された黒体分光放射輝度の比B(λ2,t)/B(λ1,t)、およびCPUによって算出された対象物20の温度Tを一時的に記憶する。
The ROM receives step S1-1B of the spectral irradiance I(λ 1 , T), the spectral irradiance I(λ 2 , T), and the spectral irradiance I(λ 3 , T) from the
CPUは、ROMからプログラムProg_Fを読み出し、その読み出したプログラムProg_FのステップS1−1B,S1−2B,S22〜S24,S25A,S26A,S28,S29を順次実行して、上述した方法によって、対象物20の温度および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を検出する。
The CPU reads the program Prog_F from the ROM, sequentially executes steps S1-1B, S1-2B, S22 to S24, S25A, S26A, S28, and S29 of the read program Prog_F, and executes the
この場合、黒体分光放射輝度の比の近似値Restを検出するCPUは、「検出手段」を構成し、透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)、透過率τ(λ2),τ(λ1)および温度Tを算出するCPUは、「算出手段」を構成する。また、分光放射照度I(λ1,T),I(λ2,T),I(λ3,T)、放射率ε(λ1),ε(λ2),ε(λ3)および吸光係数εa(λ1),εa(λ2),εa(λ3)を受け付けるCPUは、「受付手段」を構成する。 In this case, the CPU that detects the approximate value R est of the black body spectral radiance ratio constitutes a “detection unit”, and the transmittance ratio τ(λ 2 )/τ(λ 3 ), the transmittance τ(λ 2 ), τ(λ 1 ) and the CPU that calculates the temperature T constitute “calculation means”. Further, spectral irradiances I(λ 1 , T), I(λ 2 , T), I(λ 3 , T), emissivity ε(λ 1 ), ε(λ 2 ), ε(λ 3 ) and absorption The CPU that receives the coefficients ε a (λ 1 ), ε a (λ 2 ), and ε a (λ 3 ) constitutes “reception means”.
また、プログラムProg_Fは、記録媒体(例えば、CDおよびDVD等)に記録されて流通されてもよい。この場合、コンピュータ(CPU)は、記録媒体からプログラムProg_Fを読み出して実行し、対象物20の温度および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を検出する。従って、プログラムProg_Fを記録したCD,DVD等は、プログラムProg_Fを記録したコンピュータ(CPU)読み取り可能な記録媒体である。
Further, the program Prog_F may be recorded in a recording medium (for example, CD and DVD) and distributed. In this case, the computer (CPU) reads the program Prog_F from the recording medium and executes it to detect the temperature of the
また、実施の形態3においては、算出部4Bは、図12に示すフローチャートに従って対象物20の温度を算出してもよい。この場合、算出部4Bは、図12のステップS21,S22,S51に従って対象物20の算出温度Test1を算出し、その算出した算出温度Test1を対象物20の温度としてもよいし、図12のステップS21,S22,S51,S52に従って対象物20の算出温度Test2を算出し、その算出した算出温度Test2を対象物20の温度としてもよい。この場合、算出部4Bの動作は、上述したプログラムProg_Cによって実行されてもよい。
Further, in the third embodiment, the
[温度算出精度]
対象物20が0〜100℃の温度範囲にあり、水蒸気の透過率を補正して温度を算出する赤外線検出装置を例として実施の形態3における効果を説明する。
(赤外線検出装置の設定)
はじめに、実施の形態3に従って赤外線検出装置10Bの事前準備を行う。以下、吸収体が水蒸気である場合の具体例を示す。簡単のため、実施の形態1および実施の形態2と同様の検出条件を仮定する。また、検出割合αを0.1とし、放射率ε(λ1),ε(λ2),ε(λ3)を1とする。
[Temperature calculation accuracy]
The effect in the third embodiment will be described by using an infrared detection device in which the
(Setting of infrared detector)
First, the
図3に示す大気の窓の範囲内より、検出波長λ1を8.5μm、検出波長λ2を13.0μm、検出波長λ3を13.5μmに選択する。 Within the range of the window of the atmosphere shown in FIG. 3, the detection wavelength λ 1 is selected to be 8.5 μm, the detection wavelength λ 2 is selected to be 13.0 μm, and the detection wavelength λ 3 is selected to be 13.5 μm.
算出部4Bには、輝度比パラメータ43および透過率算出テーブル42,45を設定しておく。また、輝度比パラメータ43の値を0.947に設定する。例えば、黒体の温度が0〜100℃のときの黒体分光放射輝度の比が0.930〜0.965であるから、黒体分光放射輝度の比は、約3.6%変化する。
The
透過率算出テーブル42は、透過率の比から透過率を算出する式(5)に基づいて、吸光係数の比εa(λ2)/εa(λ3)を、例えば、図3を参考にして0.5として作成する。これは、波長13.0μmおよび波長13.5μmにおける水蒸気の吸光係数の比である。 The transmittance calculation table 42 refers to the ratio of extinction coefficients ε a (λ 2 )/ε a (λ 3 ) based on the formula (5) for calculating the transmittance from the transmittance ratio, for example, referring to FIG. And create it as 0.5. This is the ratio of the extinction coefficients of water vapor at wavelengths of 13.0 μm and 13.5 μm.
透過率算出テーブル45は、透過率τ(λ2)から透過率τ(λ1)を算出する式(24)に基づいて、吸光係数の比εa(λ1)/εa(λ2)を、例えば、図3を参考にして0.37として作成する。これは、波長8.5μmおよび波長13.0μmにおける水蒸気の吸光係数の比である。
(実施の形態3による算出精度)
シミュレーションに基づいて実施の形態3における温度の算出精度を説明する。初めに、シミュレーションの課題を作成した。採用した吸光係数の比0.5,0.37と整合する透過率τ(λ1)=0.50、τ(λ2)=0.25およびτ(λ3)=0.77を設定して、式(1)に基づいて、各温度に対応する分光放射照度I(8.5μm,T)、I(13μm,T)、I(13.5μm,T)を算出した。この分光放射照度を、検出器1〜3が検出する分光放射照度I(λ1,T),I(λ2,T),I(λ3,T)と定めて、実施の形態3に基づいて対象物20の温度を算出した。
The transmittance calculation table 45 is based on the equation (24) for calculating the transmittance τ(λ 1 ) from the transmittance τ(λ 2 ), and the extinction coefficient ratio ε a (λ 1 )/ε a (λ 2 ) Is created as 0.37 with reference to FIG. 3, for example. This is the ratio of the extinction coefficient of water vapor at a wavelength of 8.5 μm and a wavelength of 13.0 μm.
(Calculation accuracy according to the third embodiment)
The calculation accuracy of the temperature in the third embodiment will be described based on the simulation. First, we created a simulation task. Set the transmittances τ(λ 1 )=0.50, τ(λ 2 )=0.25 and τ(λ 3 )=0.77 to match the adopted extinction coefficient ratios of 0.5 and 0.37. Then, the spectral irradiances I (8.5 μm, T), I (13 μm, T), and I (13.5 μm, T) corresponding to each temperature were calculated based on the equation (1). This spectral irradiance is defined as the spectral irradiances I(λ 1 , T), I(λ 2 , T), I(λ 3 , T) detected by the
はじめに、分光放射照度I(13μm,T),I(13.5μm,T)の分光放射照度の比と、輝度比パラメータ43に設定した黒体分光放射輝度の比の近似値Restから、透過率の比を式(12)に基づいて算出した。続いて、透過率の比と吸光係数の比から、式(5)に基づいて透過率τ(λ2)を算出し、その算出した透過率τ(λ2)から式(24)に基づいて透過率τ(λ1)を算出した。その後、分光放射照度I(13μm,T),I(13.5μm,T)および透過率τ(λ1),τ(λ2)から式(3)に基づいて黒体分光放射輝度の比B(λ2,T)/B(λ1,T)を算出し、その算出した黒体分光放射輝度の比B(λ2,T)/B(λ1,T)を式(25)に代入して対象物20の温度を算出した。
First, from the approximate value R est of the ratio of the spectral irradiance I (13 μm, T), I (13.5 μm, T) of the spectral irradiance and the ratio of the blackbody spectral radiance set in the
図17は、設定した対象物20の温度とシミュレーションによって得られた算出温度の温度差を示す図である。図17において、縦軸は、算出温度と対象物20の温度との差を表し、横軸は、対象物20の温度を表す。
FIG. 17 is a diagram showing a temperature difference between the set temperature of the
図17を参照して、透過率が波長に依存する場合でも、算出温度が対象物20の温度と−2.9℃から+1.5℃程度の誤差に収まる。すなわち、検出波長λ2を13.0μmとし、検出波長λ3を13.5μmとし、これらの波長での黒体分光放射輝度の比を0.947とすると、対象物20が0〜100℃の温度範囲であれば、実施の形態3における方法により、−2.9℃から+1.5℃の精度で温度を算出できる。
With reference to FIG. 17, even when the transmittance depends on the wavelength, the calculated temperature falls within an error of about −2.9° C. to +1.5° C. with respect to the temperature of the
[実施の形態3の効果]
実施の形態3の効果について説明する。
(放射温度計に関する効果)
実施の形態3による赤外線検出装置10Bを放射温度計として利用した場合の効果について説明する。
[Effects of Third Embodiment]
The effect of the third embodiment will be described.
(Effects of radiation thermometer)
An effect obtained when the
従来の単色法では、透過率をある事前に予想した値に設定して温度を算出するため、透過率がその値から異なると、温度に算出誤差が生じる。例えば、検出波長8.5μmを検出する単色法の放射温度計(赤外線検出装置10B)を想定し、透過率0.77に設定すべきところを透過率1.0と設定したとする。すなわち、放射温度計(赤外線検出装置10B)は、対象物20の分光放射輝度を本来値の0.77倍に見積る。この条件下で、式(1)に従って35℃の対象物20の温度を検出すると、算出温度は、約21℃となり、大きな誤差が生じる。
In the conventional monochromatic method, the temperature is calculated by setting the transmittance to a value that is predicted in advance. Therefore, if the transmittance differs from the value, a calculation error occurs in the temperature. For example, assume that a monochromatic radiation thermometer (infrared
また、従来の二色法では、透過率が波長依存性を持つため、高精度に温度を算出することはできない。従来の二色法では、透過率が波長に依存しないと仮定して温度を算出するため、実際の透過率に波長依存性が生じる場合、温度に算出誤差が生じる。例えば、検出波長8.5μmの赤外線と検出波長13.0μmの赤外線とを検出する従来の二色法の放射温度計を用いて、透過率がτ(8.5μm)=0.77およびτ(13.0)=0.5の条件下で、対象物20の温度を算出する場合を想定する。この条件下で、分光放射照度の比をプランクの式の比と見なして温度を算出すると、対象物20の温度35℃を温度137℃と算出してしまう。
Further, in the conventional two-color method, since the transmittance has wavelength dependency, it is not possible to calculate temperature with high accuracy. In the conventional two-color method, the temperature is calculated on the assumption that the transmittance does not depend on the wavelength. Therefore, when the actual transmittance has the wavelength dependency, a calculation error occurs in the temperature. For example, using a conventional two-color radiation thermometer that detects infrared rays having a detection wavelength of 8.5 μm and infrared rays having a detection wavelength of 13.0 μm, the transmittance is τ(8.5 μm)=0.77 and τ( It is assumed that the temperature of the
一方で、シミュレーションおよび図17に示した通り、実施の形態3による赤外線検出装置10Bは、透過率が波長に依存する場合でも、正確な温度を算出することができる。即ち、実施の形態3による赤外線検出装置10Bは、従来の放射温度計にない透過率の補正機能を有する。
On the other hand, as shown in the simulation and FIG. 17, the
実施の形態3によると、実施の形態2に対して検出器1を追加することにより、二色法を利用した温度算出が可能になる。即ち、実施の形態3は、事前に対象物20の放射率を知る必要がある実施の形態2とは異なり、対象物20の放射率が波長に依存しない条件であれば、高精度に温度を算出することができる。例えば、対象物20が人、動物、調理器具、調理具材などに限定されない、一般的な室外の対象物20、例えば、人、車、路面、木などに対して高精度に温度を算出することができる。
According to the third embodiment, by adding the
また、実施の形態3は、対象物20と赤外線検出装置10Bとの間の角度による見かけの放射率の影響を受けずに、高精度に透過率と温度を算出することができる。換言すると、実施の形態3による赤外線検出装置10Bは、必ずしも赤外線検出装置10Bを対象物20に対して直角に配置する必要がない。そのため、ユーザーは、赤外線検出装置10Bを任意に配置して、透過率と温度を算出することが可能である。例えば、部屋の角に赤外線検出装置10Bを配置することで、部屋全体の透過率および温度の監視を行うことが可能である。
Further, in the third embodiment, the transmittance and the temperature can be calculated with high accuracy without being affected by the apparent emissivity due to the angle between the
更に、実施の形態3によると、実施の形態2と同様に、透過率を補正した温度を算出することができる。これにより、例えば、水蒸気などの影響で透過率が大きく変化する環境(例えば、雨や霧など悪天候の屋外、風呂場など)において、人または動物の検出性能を向上することが可能である。すなわち、悪天候時において、人または動物をより遠距離から検出することができ、風呂場での事故の早期発見を行うことができる。 Furthermore, according to the third embodiment, as in the second embodiment, it is possible to calculate the temperature with the transmittance corrected. Thereby, for example, in an environment where the transmittance greatly changes due to the influence of water vapor (for example, outdoors in bad weather such as rain or fog, a bathroom, etc.), it is possible to improve the detection performance of humans or animals. That is, in bad weather, it is possible to detect a person or an animal from a farther distance, and it is possible to detect an accident in a bathroom early.
更に、実施の形態3による赤外線検出装置10Bによれば、水蒸気などの吸収体の存在によって透過率が低下し得る検出波長λ1,λ2,λ3を用いて、高精度に温度を算出することができる。例えば、従来、不適とされていた大気の窓の範囲外を検出波長として利用することができる。すなわち、検出波長λ1,λ2,λ3が3〜3.5μm、4.5〜8μmまたは13〜16μmに属する場合でも、温度と透過率を高精度に算出することができる。特に、実施の形態3による赤外線検出装置10Bは、大気の窓の範囲外を検出波長λ1または検出波長λ3として利用することで、分光放射輝度の比の算出に使用する波長の差を大きく取ることができる。これにより、対象物20の温度が変化した場合の分光放射輝度の比の変化をより大きくすることができ、既存の二色温度計と比較してより高精度に温度を算出することができる。
Further, according to the
なお、対象物20と赤外線検出装置10Bとの間に存在する吸収体ABSは、波長λ1,λ2により決まってくるので、特に、大気中であれば、あらかじめ吸収体ABSの種類を検査する必要はない。
(ガスセンサに関する効果)
実施の形態3による赤外線検出装置10Bをガスセンサとして利用した場合の効果について説明する。
Since the absorber ABS existing between the
(Effects on gas sensor)
The effect of using the
実施の形態3による赤外線検出装置10Bは、吸収体の透過率を算出すると同時に、吸収体の絶対量を算出することができる。対象物20と赤外線検出装置10Bとの間の距離が既知である場合、吸収体の濃度を算出することができる。例えば、吸収体を水蒸気とすれば、対象物20と赤外線検出装置10Bとの間の距離における水蒸気量、および湿度を算出することができる。対象となる吸収体は、水蒸気に限らず、二酸化炭素などの気体の吸収体やエアロゾルなどの散乱体であってもよい。
The
実施の形態3による赤外線検出装置10Bによれば、対象物20の温度が一定範囲内に収まっている限り、高精度に吸収体の濃度を算出することができる。すなわち、例えば、特許文献3に代表される赤外線検出器を利用したガスセンサと比較して、実施の形態3による赤外線検出装置10Bは、構成要素に光源を必要としない。よって、光源の設置が困難な状況や、エネルギー消費量を抑制したい状況では、実施の形態3による赤外線検出装置10Bにおけるガス濃度の算出が非常に有効となる。すなわち、赤外線検出装置10Bを省スペース、かつ、省エネルギーのガスセンサとして利用することが可能であるため、多数のセンサを配置する必要があるIoTデバイスとして利用することができる。
According to the
なお、対象物20と赤外線検出装置10Bとの間に存在する吸収体ABSは、波長λ2,λ3により決まってくるので、特に大気中であれば、予め、吸収体ABSの種類を検査する必要はない。
Since the absorber ABS existing between the
また、対象物20と赤外線検出装置10Bとの間の距離は、対象物20と赤外線検出装置10Bが固定されているのであれば、予め、測定しておけばよい。赤外線検出装置10Bにレンズが備えられている場合は、レンズの焦点距離を対象物20と赤外線検出装置10Bとの間の距離とすればよい。
(放射温度計およびガスセンサに関する効果)
実施の形態3による赤外線検出装置10Bを放射温度計およびガスセンサの両方の機能を有する検出装置として利用した場合の効果について説明する。
The distance between the
(Effects of radiation thermometer and gas sensor)
An effect obtained when the
実施の形態3による赤外線検出装置10Bがどのガス種を検出するかは、検出波長に吸収を持つかどうかに依存する。例えば、水蒸気であれば、室内・屋外に関わらず、対象物20の温度を測定しながら湿度を算出することができる。特許文献2では、湿度計を備えているが、この湿度計は、放射温度計付近の湿度を測定している。
Which gas species the
一方、実施の形態3による赤外線検出装置10Bは、対象物20から検出器1〜3までの平均的な湿度を測定している。よって、対象物20と検出器1〜3との間の環境が大きく異なるような状況では、赤外線検出装置10Bによる温度および湿度算出が非常に有効となる。すなわち、水蒸気がこもる調理器具において、温度や水蒸気量の検出などに利用することが可能であるため、ユーザーまたは調理器具自体が調理の状態を判断し、フィードバックすることができる。
On the other hand, the
例えば、検出するガス種が二酸化炭素であれば、室内・室外に関わらず、対象の温度を測定しながら二酸化炭素濃度を算出することができる。特許文献4は、二酸化炭素濃度を検知するガスセンサであるが、このガスセンサは、設置場所付近の二酸化炭素濃度を測定している。
For example, if the gas type to be detected is carbon dioxide, the carbon dioxide concentration can be calculated while measuring the temperature of the object regardless of whether it is indoors or outdoors.
一方、実施の形態3による赤外線検出装置10Bは、対象物20から検出器1〜3までの平均的な二酸化炭素濃度を測定している。よって、対象物20と検出器1〜3との間の環境が大きく異なるような状況では、実施の形態3による赤外線検出装置10Bにおける温度および二酸化炭素濃度の算出が非常に有効となる。すなわち、二酸化炭素濃度を調節する換気設備および空調設備において、室内・室外の二酸化炭素濃度の検出などに利用することが可能であるため、ユーザーまたは換気設備および空調設備自体が二酸化炭素濃度の状態を判断し、フィードバックすることができる。
On the other hand, the
検出する対象をガスなどの吸収体ではなく、例えば、エアロゾルなどの散乱体にすれば、対象の温度を測定しながら散乱体の濃度を算出することができる。すなわち、換気設備、空調設備および空気清浄機において、散乱体の検出などに利用することが可能であるため、ユーザーまたは換気設備、空調設備および空気清浄機自体が散乱体の濃度の状態を判断し、フィードバックすることができる。
(実質的な温度を測定する放射温度計とガスセンサに関する効果)
実施の形態3による赤外線検出装置10Bは、温度と吸収体の濃度を同時に検出できるため、対象物20の温度と吸収体の濃度から算出する実質的な温度や快適性の指数を測定する装置に好適である。例えば、温度と湿度を同時検出することで、温度と湿度から算出する実質的な温度を測定することができる。実質的な温度には、例えば、人が感じる温度である体感温度や、調理器が食材に与える実効的な加熱温度などがある。一般的に、対象物20の温度と湿度の増加によって、実質的な温度は増加する。
If the target to be detected is not an absorber such as gas but a scatterer such as aerosol, the concentration of the scatterer can be calculated while measuring the temperature of the target. That is, since it can be used for detecting scatterers in ventilation equipment, air conditioning equipment and air cleaners, the user or the ventilation equipment, air conditioning equipment and air cleaner itself can judge the state of scatterer concentration. , You can give feedback.
(Effects of radiation thermometer and gas sensor for measuring actual temperature)
Since the
実質的な温度を算出する際の好適な波長について説明する。上述したように、実施の形態3においては、対象物20の温度が変化すると黒体分光放射輝度の比がわずかに変化するため、対象物20の温度と透過率に算出誤差が生じる。すなわち、対象物20の温度と透過率の算出精度は、黒体分光放射輝度の比と透過率の比の切り分け精度に依存する。
A suitable wavelength for calculating the substantial temperature will be described. As described above, in the third embodiment, when the temperature of the
一方で、対象物20の温度と透過率の切り分けに誤差が伴う場合であっても、実質的な温度を高精度に算出することは可能である。例えば、温度と湿度のどちらの値を増加させた場合でも、分光放射照度の比が増加するという条件の下では、切り分けによる算出誤差を相殺できるため、実質的な温度を高精度に算出することができる。すなわち、実験誤差や透過モデルからのずれにより温度と湿度の切り分けが不十分で、湿度を実際よりも高く(低く)算出したとしても、温度を低く(高く)算出するため、実質的な温度に換算すると算出誤差が小さくなる。換言すれば、実質的な温度と分光放射照度の比の相関が大きくなるように波長を選択することで、実質的な温度を高精度に算出することができる。
On the other hand, even if the difference between the temperature of the
実施の形態3に従って検出波長λ2,λ3をλ2<λ3とすると、対象物20の温度が増加する場合、プランクの式の性質によって、検出波長λ2,λ3の黒体分光放射照度の比(B(λ2,T)/B(λ3,T))は、増加する。換言すれば、対象物20の温度が増加すると検出器2,3によって検出される分光放射照度の比(I(λ2,T)/I(λ3,T))は、増加する。
Detection wavelength lambda 2, the a lambda 3 and lambda 2 <lambda 3 according the third embodiment, when the temperature of the
従って、湿度の増加に対して、透過率の比(τ(λ2)/τ(λ3))が増加する波長λ2,λ3を選択すれば、検出器2および検出器3によって検出される分光放射照度の比(I(λ2,T)/I(λ3,T))も増加し、温度と湿度の切り分け誤差による実質的な温度の算出誤差が小さくなる。
Therefore, if the wavelengths λ 2 and λ 3 where the transmittance ratio (τ(λ 2 )/τ(λ 3 )) increases with respect to the increase in humidity are selected, they are detected by the
ここで、ある湿度における水蒸気の透過率と波長の関係の模式図を図5に示した。波長領域3.0〜16μmの範囲では、水蒸気の透過率を高透過率領域、第1の低透過率領域および第2の低透過率領域の3種類に分類できる。高透過率領域は、3.5〜4.5μmおよび8.0〜13.0μmの高い透過率を示す波長領域である。第1の低透過率領域は、3.0〜3.5μmおよび6.0〜8.0μmの低い透過率、かつ、波長が長くなるに従って透過率が増加する波長領域である。第2の低透過率領域は、4.5〜6.0μmおよび13.0〜16.0μmの低い透過率、かつ、波長が長くなるに従って透過率が減少する波長領域である。 Here, a schematic diagram of the relationship between the transmittance of water vapor at a certain humidity and the wavelength is shown in FIG. In the wavelength region of 3.0 to 16 μm, the water vapor transmission rate can be classified into three types: a high transmission rate region, a first low transmission rate region, and a second low transmission rate region. The high transmittance region is a wavelength region showing a high transmittance of 3.5 to 4.5 μm and 8.0 to 13.0 μm. The first low transmittance region is a low transmittance region of 3.0 to 3.5 μm and 6.0 to 8.0 μm and a wavelength region where the transmittance increases as the wavelength becomes longer. The second low transmittance region is a low transmittance region of 4.5 to 6.0 μm and 13.0 to 16.0 μm and a wavelength region where the transmittance decreases as the wavelength becomes longer.
式(4)に示すランベルト・ベールの法則によると、同一の吸収体の濃度では、透過率と吸光係数の間には負の相関がある。すなわち、湿度の増加に対して、透過率の比(τ(λ2)/τ(λ3))が増加する波長条件は、図5において、τ(λ2)>τ(λ3)を満たす波長となる。すなわち、検出波長λ2が高透過率領域に属し、かつ検出波長λ3が隣接する低透過率領域(すなわち、第2の低透過率領域)に属する場合、および検出波長λ2,λ3が同じ第2の低透過率領域に属する場合である。 According to the Lambert-Beer law shown in the equation (4), there is a negative correlation between the transmittance and the extinction coefficient at the same absorber concentration. That is, the wavelength condition under which the transmittance ratio (τ(λ 2 )/τ(λ 3 )) increases with increasing humidity satisfies τ(λ 2 )>τ(λ 3 ) in FIG. Wavelength. That is, when the detection wavelength λ 2 belongs to the high transmittance region and the detection wavelength λ 3 belongs to the adjacent low transmittance region (that is, the second low transmittance region), and the detection wavelengths λ 2 and λ 3 are This is the case where they belong to the same second low transmittance region.
すなわち、検出波長λ2が3.5〜4.5μmの範囲、かつ、検出波長λ3が4.5〜6.0μmの範囲に属する場合に、高精度に実質的な温度を算出することができる。または検出波長λ2が8.0〜13.0μmの範囲、かつ、検出波長λ3が13.0〜16.0μmの範囲に属する場合に、高精度に実質的な温度を算出することができる。または検出波長λ2,λ3が4.5〜6.0μmの範囲に属する場合に、高精度に実質的な温度を算出することができる。または検出波長λ2,λ3が13.0〜16.0μmの範囲に属する場合に、高精度に実質的な温度を算出することができる。 That is, when the detection wavelength λ 2 is in the range of 3.5 to 4.5 μm and the detection wavelength λ 3 is in the range of 4.5 to 6.0 μm, the substantial temperature can be calculated with high accuracy. it can. Alternatively, when the detection wavelength λ 2 belongs to the range of 8.0 to 13.0 μm and the detection wavelength λ 3 belongs to the range of 13.0 to 16.0 μm, the substantial temperature can be calculated with high accuracy. .. Alternatively, when the detection wavelengths λ 2 and λ 3 belong to the range of 4.5 to 6.0 μm, the substantial temperature can be calculated with high accuracy. Alternatively, when the detection wavelengths λ 2 and λ 3 belong to the range of 13.0 to 16.0 μm, the substantial temperature can be calculated with high accuracy.
なお、実質的な温度の算出については、輝度比パラメータ43および透過率算出テーブル42,45に変えて、検出波長λ2,λ3の分光放射照度から実質的な温度を直接算出する算出パラメータを算出部4Bに配置しもよい。
(快適性の指数を測定する放射温度計およびガスセンサに関する効果)
実質的な温度の算出に限らず、温度と二酸化炭素濃度または温度とエアロゾル濃度などに基づいて快適性の指数を算出してもよい。これにより、ユーザーや調理器、換気装置、空調設備および空気清浄機が実質的な温度や快適性の指数に基づいて判断することで、フィードバクすることができる。
Regarding the calculation of the substantial temperature, the calculation parameter for directly calculating the substantial temperature from the spectral irradiance of the detection wavelengths λ 2 and λ 3 is used instead of the
(Effects of radiation thermometer and gas sensor for measuring comfort index)
The comfort index may be calculated based on the temperature and the carbon dioxide concentration or the temperature and the aerosol concentration, instead of the actual temperature. Thus, the user, the cooking device, the ventilation device, the air conditioning device, and the air purifier can perform feed back by making a judgment based on the substantial temperature and the index of comfort.
温度と二酸化炭素濃度が上昇した際に減少する快適性の指数に関し、好適な波長について説明する。実質的な温度の場合と同様にして、対象物20の温度と透過率の切り分け誤差を軽減できる条件は、二酸化炭素濃度の増加に対して、透過率の比(τ(λ2)/τ(λ3))を増加させる2つの検出波長になる。
With respect to the comfort index that decreases when the temperature and the carbon dioxide concentration increase, a suitable wavelength will be described. Similar to the case of the substantial temperature, the condition that can reduce the error in separating the temperature of the
ここで、ある湿度における二酸化炭素の透過率と波長の関係の模式図を図6に示した。二酸化炭素の透過率の場合には、波長領域3.0〜16μmの範囲を高透過率領域、第2の低透過率領域および第3の低透過率領域の3種類に分類できる。高透過率領域は、3.5〜4.0μmおよび4.5〜13.5μmの高い透過率を示す波長領域である。第2の低透過率領域は、13.5〜16.0μmの低い透過率、かつ、波長が長くなるに従って透過率が減少する波長領域である。第3の低透過率領域は、4.0〜4.5μmの低い透過率を示す波長領域である。 Here, a schematic diagram of the relationship between the carbon dioxide transmittance and the wavelength at a certain humidity is shown in FIG. In the case of carbon dioxide transmittance, the wavelength range of 3.0 to 16 μm can be classified into three types: a high transmittance area, a second low transmittance area, and a third low transmittance area. The high transmittance region is a wavelength region showing a high transmittance of 3.5 to 4.0 μm and 4.5 to 13.5 μm. The second low transmittance region is a low transmittance region of 13.5-16.0 μm and a wavelength region in which the transmittance decreases as the wavelength becomes longer. The third low transmittance region is a wavelength region showing a low transmittance of 4.0 to 4.5 μm.
式(4)に示すランベルト・ベールの法則によると、同一の吸収体の濃度では、透過率と吸光係数の間には負の相関がある。すなわち、湿度の増加に対して、透過率の比(τ(λ2)/τ(λ3))が増加する波長条件は、図6において、τ(λ2)>τ(λ3)を満たす波長となる。すなわち、検出波長λ2が高透過率領域に属し、かつ、検出波長λ3が隣接する低透過率領域(すなわち、第2の低透過率領域)に属する場合、および検出波長λ2,λ3が同じ第2の低透過率領域に属する場合である。 According to the Lambert-Beer law shown in the equation (4), there is a negative correlation between the transmittance and the extinction coefficient at the same absorber concentration. That is, the wavelength condition in which the transmittance ratio (τ(λ 2 )/τ(λ 3 )) increases with increasing humidity satisfies τ(λ 2 )>τ(λ 3 ) in FIG. Wavelength. That is, when the detection wavelength λ 2 belongs to the high transmittance region and the detection wavelength λ 3 belongs to the adjacent low transmittance region (that is, the second low transmittance region), and the detection wavelengths λ 2 and λ 3 Belong to the same second low transmittance region.
すなわち、検出波長λ2が3.5〜4.0μmの範囲、かつ、検出波長λ3が4.0〜4.5μmの範囲に属する場合に、高精度に快適性の指数を算出することができる。または検出波長λ2が4.5〜13.5μmの範囲、かつ、検出波長λ3が13.5〜16.0μmの範囲に属する場合に、高精度に快適性の指数を算出することができる。または検出波長λ2,λ3が13.5〜16.0μmの範囲に属する場合に、高精度に快適性の指数を算出することができる。 That is, when the detection wavelength λ 2 is in the range of 3.5 to 4.0 μm and the detection wavelength λ 3 is in the range of 4.0 to 4.5 μm, the comfort index can be calculated with high accuracy. it can. Alternatively, when the detection wavelength λ 2 belongs to the range of 4.5 to 13.5 μm and the detection wavelength λ 3 belongs to the range of 13.5 to 16.0 μm, the comfort index can be calculated with high accuracy. .. Alternatively, when the detection wavelengths λ 2 and λ 3 belong to the range of 13.5 to 16.0 μm, the comfort index can be calculated with high accuracy.
なお、快適性の指数の算出については、輝度比パラメータ43および透過率算出テーブル42,45に変えて、検出波長λ2,λ3の分光放射照度から快適性の指数を直接算出する算出パラメータを算出部4Bに配置しもよい。
(実施の形態3の応用に関する効果)
実施の形態3による赤外線検出装置10Bをアレイ化することで、赤外線カメラとして利用することができる。実施の形態3による赤外線検出装置10Bを応用した赤外線カメラは、対象物20の温度に関する画像と吸収体の絶対量に関する画像の両方を、同時に撮影することができる。この機能によって、対象物20の輪郭や分布をより高精度に判別することができる。
Regarding the calculation of the comfort index, the
(Effects of Application of Third Embodiment)
By forming the
実施の形態3についてのその他の説明は、実施の形態2における説明と同じである。 The other description of the third embodiment is the same as the description of the second embodiment.
上述した実施の形態1、実施の形態2および実施の形態3では、検出波長を8.5μm、13.0μm、13.5μmとした場合の効果を確認したが、別の検出波長を用いても同様に効果があることは言うまでもない。 In the first embodiment, the second embodiment and the third embodiment described above, the effect when the detection wavelength is set to 8.5 μm, 13.0 μm and 13.5 μm has been confirmed, but another detection wavelength may be used. It goes without saying that it has the same effect.
図18は、この発明の実施の形態による対象物の温度の分布および/または対象物から赤外線の検出器までの間に存在する吸収体の絶対量の分布または濃度の分布を検出する赤外線検出装置の概略図である。 FIG. 18 is an infrared detection device for detecting a temperature distribution of an object and/or an absolute amount distribution or a concentration distribution of an absorber existing between the object and an infrared detector according to the embodiment of the present invention. FIG.
図18を参照して、赤外線検出装置100は、レンズ110と、検出器群120−1〜120−N(Nは2以上の整数)と、算出部130とを備える。
With reference to FIG. 18, the
レンズ110は、対象物20の領域REG_1から放出される赤外線を検出器群120−1に集光する。また、レンズ110は、対象物20の領域REG_2から放出される赤外線を検出器群120−2に集光する。以下、同様にして、レンズ110は、対象物20の領域REG_Nから放出される赤外線を検出器群120−Nに集光する。
The
検出器群120−1〜120−Nの各々は、例えば、実施の形態1における2つの検出器1,2を1次元または2次元に配列した構成からなる。そして、検出器群120−1は、レンズ110によって集光された赤外線の分光放射照度IREG_1(λ1,T),IREG_1(λ2,T)を検出し、その検出した分光放射照度IREG_1(λ1,T),IREG_1(λ2,T)を算出部130へ出力する。また、検出器群120−2は、レンズ110によって集光された赤外線の分光放射照度IREG_2(λ1,T),IREG_2(λ2,T)を検出し、その検出した分光放射照度IREG_2(λ1,T),IREG_2(λ2,T)を算出部130へ出力する。以下、同様にして、検出器群120−Nは、レンズ110によって集光された赤外線の分光放射照度IREG_N(λ1,T),IREG_N(λ2,T)を検出し、その検出した分光放射照度IREG_N(λ1,T),IREG_N(λ2,T)を算出部130へ出力する。
Each of the detector groups 120-1 to 120-N has, for example, a configuration in which the two
算出部130は、N個の算出部130−1〜130−Nを備える。算出部130−1〜130−Nは、それぞれ、検出器群120−1〜120−Nに対応して設けられる。そして、算出部130−1〜130−Nの各々は、例えば、実施の形態1における算出部4からなる。
The
算出部130−1は、検出器群120−1から分光放射照度IREG_1(λ1,T),IREG_1(λ2,T)を受け、その受けた分光放射照度IREG_1(λ1,T),IREG_1(λ2,T)に基づいて、上述した実施の形態1における方法によって、対象物20の領域REG_1における温度TREG_1、対象物20の領域REG_1から検出器群120−1までの間における赤外線の透過率τREG_1(λ1)、対象物20の領域REG_1から検出器群120−1までの間に存在する吸収体ABSの絶対量ABAREG_1および濃度CREG_1を算出する。
The calculation unit 130-1 receives the spectral irradiances I REG_1 (λ 1 , T) and I REG — 1 (λ 2 , T) from the detector group 120-1, and receives the received spectral irradiance I REG — 1 (λ 1 , T). ), I REG_1 (λ 2 , T), the temperature T REG_1 in the region REG_1 of the
算出部130−2は、検出器群120−2から分光放射照度IREG_2(λ1,T),IREG_2(λ2,T)を受け、その受けた分光放射照度IREG_2(λ1,T),IREG_2(λ2,T)に基づいて、上述した実施の形態1における方法によって、対象物20の領域REG_2における温度TREG_2、対象物20の領域REG_2から検出器群120−2までの間における赤外線の透過率τREG_2(λ1)、対象物20の領域REG_2から検出器群120−1までの間に存在する吸収体ABSの絶対量ABAREG_2および濃度CREG_2を算出する。
The calculation unit 130-2 receives the spectral irradiances I REG — 2 (λ 1 , T) and I REG — 2 (λ 2 , T) from the detector group 120-2, and receives the received spectral irradiance I REG — 2 (λ 1 , T). ), I REG_2 (λ 2 , T), the temperature T REG_2 in the region REG_2 of the
以下、同様にして、算出部130−Nは、検出器群120−Nから分光放射照度IREG_N(λ1,T),IREG_N(λ2,T)を受け、その受けた分光放射照度IREG_N(λ1,T),IREG_N(λ2,T)に基づいて、上述した実施の形態1における方法によって対象物20の領域REG_Nにおける温度温度TREG_N、対象物20の領域REG_Nから検出器群120−Nまでの間における赤外線の透過率τREG_N(λ1)、対象物20の領域REG_Nから検出器群120−Nまでの間に存在する吸収体ABSの絶対量ABAREG_Nまたは濃度CREG_Nを算出する。
Hereinafter, similarly, the calculation unit 130-N receives the spectral irradiances I REG_N (λ 1 , T) and I REG_N (λ 2 , T) from the detector group 120-N, and receives the received spectral irradiance I. Based on REG_N (λ 1 ,T) and I REG_N (λ 2 ,T), the temperature and temperature T REG_N in the region REG_N of the
そして、算出部130は、算出部130−1〜算出部130−Nによってそれぞれ算出された温度TREG_1〜TREG_N、透過率τREG_1(λ1)〜τREG_N(λ1)、吸収体ABSの絶対量ABAREG_1〜ABAREG_Nおよび吸収体ABSの濃度CREG_1〜CREG_Nに基づいて、対象物20の温度と透過率の分布、対象物20の温度と吸収体ABSの絶対量の分布、対象物20の温度と吸収体ABSの濃度の分布および対象物20の温度と放射率の分布の少なくとも1つを算出する。ここで、対象物20の温度と放射率との分布は、既知である対象物20の放射率を用いて算出される。
Then, the
なお、赤外線検出装置100においては、検出器群120−1〜120−Nの各々が実施の形態2における2つの検出器2,3を1次元または2次元に配列した構成からなり、算出部130−1〜130−Nの各々が算出部4Aから構成されていてもよく、検出器群120−1〜120−Nの各々が実施の形態3における3つの検出器1〜3を1次元または2次元に配列した構成からなり、算出部130−1〜130−Nの各々が算出部4Bから構成されていてもよい。このような場合、算出部130(算出部130−1〜130−N)は、上述した実施の形態2または実施の形態3における方法によって、対象物20の温度と透過率の分布、対象物20の温度と吸収体ABSの絶対量の分布、対象物20の温度と吸収体ABSの濃度の分布および対象物20の温度と放射率の分布の少なくとも1つを算出する。
In the
また、算出部130は、N個の算出部130−1〜130−Nから構成されていなくてもよい。この場合、算出部130は、検出器群120−1〜120−Nからそれぞれ受けた分光放射照度IREG_1(λ1,T),IREG_1(λ2,T)、分光放射照度IREG_2(λ1,T),IREG_2(λ2,T)、・・・、分光放射照度IREG_N(λ1,T),IREG_N(λ2,T)に基づいて、実施の形態1における方法、実施の形態2における方法および実施の形態3における方法のいずれかを用いて、対象物20の温度と透過率の分布、対象物20の温度と吸収体ABSの絶対量の分布、対象物20の温度と吸収体ABSの濃度の分布および対象物20の温度と放射率の分布の少なくとも1つを算出する。
Further, the
更に、算出部130(算出部130−1〜130−N)の動作は、上述したプログラムProg_A〜Prog_Fのいずれかによって実行されてもよい。 Furthermore, the operation of the calculation unit 130 (calculation units 130-1 to 130-N) may be executed by any of the programs Prog_A to Prog_F described above.
このように、赤外線検出装置100を用いることによって、対象物20の温度と透過率の分布、対象物20の温度と吸収体ABSの絶対量の分布、対象物20の温度と吸収体ABSの濃度の分布および対象物20の温度と放射率の分布の少なくとも1つを算出できる。
As described above, by using the
図19は、図18に示す赤外線検出装置100の動作を説明するためのフローチャートである。
FIG. 19 is a flow chart for explaining the operation of the
図19を参照して、赤外線検出装置100の動作が開始されると、検出器群120−1および算出部130−1は、図2に示すフローチャート、図9に示すフローチャートおよび図16に示すフローチャートのいずれかによって対象物20の温度TREG_1、透過率τREG_1、吸収体ABSの絶対量ABAREG_1および吸収体ABSの濃度CREG_1を算出する(ステップS101−1)。
With reference to FIG. 19, when the operation of the
また、検出器群120−2および算出部130−2は、図2に示すフローチャート、図9に示すフローチャートおよび図16に示すフローチャートのいずれかによって対象物20の温度TREG_2、透過率τREG_2、吸収体ABSの絶対量ABAREG_2および吸収体ABSの濃度CREG_2を算出する(ステップS101−2)。
In addition, the detector group 120-2 and the calculation unit 130-2 are configured such that the temperature T REG_2 , the transmittance τ REG_2 of the
以下、同様にして、検出器群120−Nおよび算出部130−Nは、図2に示すフローチャート、図9に示すフローチャートおよび図16に示すフローチャートのいずれかによって対象物20の温度TREG_N、透過率τREG_N、吸収体ABSの絶対量ABAREG_Nおよび吸収体ABSの濃度CREG_Nを算出する(ステップS101−N)。 In the same manner, a detector group 120-N and the calculation section 130-N is, the flow chart shown in FIG. 2, the temperature T REG_N object 20 by any of the flowcharts shown in the flowchart and 16 shown in FIG. 9, the transmission The rate τ REG_N , the absolute amount ABA REG_N of the absorber ABS and the concentration C REG_N of the absorber ABS are calculated (step S101-N).
そして、算出部130は、対象物20の温度TREG_1〜TREG_N、透過率τREG_1〜τREG_N、吸収体ABSの絶対量ABAREG_1〜ABAREG_Nおよび吸収体ABSの濃度CREG_1〜CREG_Nに基づいて、対象物20の温度と透過率の分布、対象物20の温度と吸収体ABSの絶対量の分布、対象物20の温度と吸収体ABSの濃度の分布および対象物20の温度と放射率の分布の少なくとも1つを算出する(ステップS102)。
Then, the
これによって、赤外線検出装置100の動作が終了する。
As a result, the operation of the
ステップS101−1〜S101−Nの各々において、図2に示すフローチャートが用いられる場合、算出部130−1〜130−Nの各々は、検出器1によって検出された分光放射照度I(λ1,T)と検出器2によって検出された分光放射照度I(λ2,T)との分光放射照度比I(λ1,T)/I(λ2,T)に基づいて透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)を算出し、その算出した透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)に基づいて透過率τ(λ1)を算出し、その算出した透過率τ(λ1)に基づいて対象物20の温度、吸収体ABSの絶対量および濃度を算出する。
When the flowchart shown in FIG. 2 is used in each of steps S101-1 to S101-N, each of the calculation units 130-1 to 130-N has a spectral irradiance I(λ 1 , detected by the detector 1 . T) and the spectral irradiance I(λ 2 , T) detected by the
従って、算出部130−1〜130−Nは、ステップS101−1〜S101−Nによって、分光放射照度比I(λ1,T)/I(λ2,T)に基づいて透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)を算出する処理をN個の検出器群によって検出されたN組の分光放射照度比I(λ1,T),I(λ2,T)について実行してN個の透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)を算出し、N個の透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)に基づいてN個の透過率τ(λ1)を算出し、N個の透過率τ(λ1)に基づいて対象物20のN個の領域REG_1〜REG_NにおけるN個の温度、対象物20のN個の領域REG_1〜REG_Nと検出器群120−1〜120−Nとの間に存在する吸収体ABSのN個の絶対量およびN個の濃度を算出する。
Therefore, the calculation units 130-1 to 130-N perform the steps S101-1 to S101-N based on the spectral irradiance ratio I(λ 1 , T)/I(λ 2 , T) to determine the transmittance ratio τ. The process of calculating (λ 1 )/τ(λ 2 ) is executed for N sets of spectral irradiance ratios I(λ 1 , T), I(λ 2 , T) detected by the N detector groups. Te calculated ratio of N transmittance tau a (λ 1) / τ (λ 2), the ratio τ (λ 1) of the N transmission / τ (λ 2) N pieces of transmission based on tau (Λ 1 ) is calculated, and N temperatures in N regions REG_1 to REG_N of the
また、ステップS101−1〜S101−Nの各々において、図9に示すフローチャートまたは図16に示すフローチャートが用いられる場合、算出部130−1〜130−Nの各々は、検出器2によって検出された分光放射照度I(λ2,T)と検出器3によって検出された分光放射照度I(λ3,T)との分光放射照度比I(λ2,T)/I(λ3,T)および黒体分光放射輝度の比の近似値Restに基づいて透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)を算出し、その算出した透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)に基づいて透過率τ(λ2)を算出し、その算出した透過率τ(λ2)に基づいて対象物20の温度、吸収体ABSの絶対量および濃度を算出する。
Further, in each of steps S101-1 to S101-N, when the flowchart shown in FIG. 9 or the flowchart shown in FIG. 16 is used, each of the calculation units 130-1 to 130-N is detected by the
従って、算出部130−1〜130−Nは、ステップS101−1〜S101−Nによって、分光放射照度比I(λ2,T)/I(λ3,T)および近似値Restに基づいて透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)を算出する処理をN個の検出器群によって検出されたN組の分光放射照度比I(λ2,T),I(λ3,T)について実行してN個の透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)を算出し、N個の透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)に基づいてN個の透過率τ(λ2)を算出し、N個の透過率τ(λ2)に基づいて対象物20のN個の領域REG_1〜REG_NにおけるN個の温度、対象物20のN個の領域REG_1〜REG_Nと検出器群120−1〜120−Nとの間に存在する吸収体ABSのN個の絶対量およびN個の濃度を算出する。
Therefore, the calculation units 130-1 to 130-N perform step S101-1 to S101-N based on the spectral irradiance ratio I(λ 2 , T)/I(λ 3 , T) and the approximate value R est. The process of calculating the transmittance ratio τ(λ 2 )/τ(λ 3 ) is performed by N sets of spectral irradiance ratios I(λ 2 , T), I(λ 3 , T) was performed for calculating the ratio of N transmittance τ (λ 2) / τ ( λ 3), the ratio tau (lambda 2 of N transmittance) / τ (λ 3) on the basis of N The transmittances τ(λ 2 ) of N objects are calculated, and the N temperatures of the regions REG_1 to REG_N of the
なお、赤外線検出装置100において、対象物20の温度および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を検出する動作は、ソフトウェアによって実行されてもよい。この場合、算出部130−1〜130−Nの各々は、CPU、ROMおよびRAMを備える。
In the
ROMは、上述したプログラムProg_A,Prog_B,Prog_Fのいずれかを格納する。その他の説明については、上述したプログラムProg_A,Prog_B,Prog_Fについての説明と同じである。 The ROM stores any of the programs Prog_A, Prog_B, and Prog_F described above. The other description is the same as the description about the programs Prog_A, Prog_B, and Prog_F described above.
上述した実施の形態1においては、まず、測定された分光放射照度I(λ1,T),I(λ2,T)に基づいて透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)(またはτ(λ2)/τ(λ1))を算出することを説明した。次に、その算出した透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)(またはτ(λ2)/τ(λ1))から透過率τ(λ1)(またはτ(λ2))を算出することを説明した。最後に、その算出した透過率τ(λ1)(またはτ(λ2))に基づいて、対象物20の温度、および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を算出することを説明した。
In the first embodiment described above, first, the transmittance ratio τ(λ 1 )/τ(λ 2 ) is calculated based on the measured spectral irradiances I(λ 1 , T) and I(λ 2 , T). It has been described that (or τ(λ 2 )/τ(λ 1 )) is calculated. Then, the ratio of the calculated transmittance τ (λ 1) / τ ( λ 2) ( or τ (λ 2) / τ ( λ 1)) transmittance tau (lambda 1) from (or tau (lambda 2) ) Is calculated. Finally, it has been described that the temperature of the
また、上述した実施の形態2においては、まず、ピーク波長λmaxよりも長い波長λ2,λ3を有する赤外線の分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)と、黒体分光放射輝度の比の近似値Restとに基づいて透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)(またはτ(λ3)/τ(λ2))を算出することを説明した。次に、その算出した透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)(またはτ(λ3)/τ(λ2))から透過率τ(λ2)(またはτ(λ3))を算出することを説明した。最後に、その算出した透過率τ(λ1)(またはτ(λ3))に基づいて、対象物20の温度、および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を算出することを説明した。
In the second embodiment described above, first, the infrared spectral irradiances I(λ 2 , T), I(λ 3 , T) having wavelengths λ 2 , λ 3 longer than the peak wavelength λ max , The transmittance ratio τ(λ 2 )/τ(λ 3 ) (or τ(λ 3 )/τ(λ 2 )) is calculated based on the approximate value R est of the ratio of the blackbody spectral radiance. explained. Next, from the calculated transmittance ratio τ(λ 1 )/τ(λ 2 )(or τ(λ 3 )/τ(λ 2 )), the transmittance τ(λ 2 ) (or τ(λ 3 ) ) Is calculated. Finally, it has been described that the temperature of the
更に、上述した実施の形態3においては、まず、ピーク波長λmaxよりも長い波長λ2,λ3を有する赤外線の分光放射照度I(λ2,T),I(λ3,T)と、黒体分光放射輝度の比の近似値Restとに基づいて透過率の比τ(λ2)/τ(λ3)(またはτ(λ3)/τ(λ2))を算出することを説明した。次に、その算出した透過率の比τ(λ1)/τ(λ2)(またはτ(λ3)/τ(λ2))から透過率τ(λ2)(またはτ(λ3))を算出することを説明した。最後に、その算出した透過率τ(λ1)(またはτ(λ3))から透過率τ(λ1)を算出し、その算出した透過率τ(λ1)に基づいて、対象物20の温度、および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を算出することを説明した。
Further, in the above-described third embodiment, first, infrared spectral irradiances I(λ 2 , T), I(λ 3 , T) having wavelengths λ 2 , λ 3 longer than the peak wavelength λ max , The transmittance ratio τ(λ 2 )/τ(λ 3 ) (or τ(λ 3 )/τ(λ 2 )) is calculated based on the approximate value R est of the ratio of the blackbody spectral radiance. explained. Next, from the calculated transmittance ratio τ(λ 1 )/τ(λ 2 )(or τ(λ 3 )/τ(λ 2 )), the transmittance τ(λ 2 ) (or τ(λ 3 ) ) Is calculated. Finally, on the basis of the transmittance the calculated τ (λ 1) (or τ (λ 3)) transmittance τ (λ 1) is calculated from the transmittance that the calculated τ (λ 1), the
このように、実施の形態1から実施の形態3は、2つの波長における2つの分光放射照度に基づいて2つの波長における透過率の比を算出し、その算出した透過率の比から1つの波長における透過率を算出し、その算出した1つの波長における透過率に基づいて、対象物20の温度、および/または吸収体ABSの絶対量または濃度を算出することを特徴とする。
As described above, the first to third embodiments calculate the ratio of transmittances at two wavelengths based on the two spectral irradiances at the two wavelengths, and calculate one wavelength from the calculated ratios of transmittances. Is calculated, and the temperature of the
従って、この発明の実施の形態によれば、赤外線検出装置は、対象物の温度、対象物から赤外線の検出器までの間に存在する吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つを検出する赤外線検出装置であって、第1の波長を有する第1の赤外線の第1の分光放射照度を検出する第1の検出器と、第1の波長よりも長い第2の波長を有する第2の赤外線の第2の分光放射照度を検出する第2の検出器と、第1の分光放射照度と第2の分光放射照度との比である第1の分光放射照度比に基づいて、対象物から第1および第2の検出器までの間における第1の赤外線の透過率である第1の透過率と対象物から第1および第2の検出器までの間における第2の赤外線の透過率である第2の透過率との比である第1の透過率比を算出し、その算出した第1の透過率比に基づいて第1および第2の透過率のいずれか一方の透過率である第3の透過率を算出し、その算出した第3の透過率に基づいて対象物の温度、吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つを算出する算出部とを備えていればよい。 Therefore, according to the embodiment of the present invention, the infrared detection device detects at least one of the temperature of the object, the absolute amount of the absorber existing between the object and the infrared detector, and the concentration of the absorber. An infrared detection device for detecting, comprising a first detector for detecting a first spectral irradiance of a first infrared ray having a first wavelength, and a second detector having a second wavelength longer than the first wavelength. A second detector for detecting a second spectral irradiance of infrared rays of No. 2 and a first spectral irradiance ratio which is a ratio of the first spectral irradiance to the second spectral irradiance; The first transmittance, which is the transmittance of the first infrared ray between the object and the first and second detectors, and the transmission of the second infrared ray between the object and the first and second detectors. A first transmittance ratio, which is a ratio with the second transmittance that is a ratio, is calculated, and one of the first and second transmittances is calculated based on the calculated first transmittance ratio. And a calculation unit that calculates at least one of the temperature of the object, the absolute amount of the absorber, and the concentration of the absorber based on the calculated third transmittance. Just do it.
また、この発明の実施の形態によれば、赤外線検出方法は、対象物の温度、対象物から赤外線の検出器までの間に存在する吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つを検出する検出方法であって、第1の波長を有する第1の赤外線の第1の分光放射照度と、第1の波長よりも長い第2の波長を有する第2の赤外線の第2の分光放射照度とを検出する第1のステップと、第1の分光放射照度と第2の分光放射照度との比である第1の分光放射照度比に基づいて、対象物から第1および第2の赤外線の検出器までの間における第1の赤外線の透過率である第1の透過率と対象物から検出器までの間における第2の赤外線の透過率である第2の透過率との比である第1の透過率比を算出する第2のステップと、算出された第1の透過率比に基づいて第1および第2の透過率のいずれか一方の透過率である第3の透過率を算出する第3のステップと、算出された第3の透過率に基づいて対象物の温度、吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つを算出する第4のステップとを備えていればよい。 Further, according to the embodiment of the present invention, the infrared detection method determines at least one of the temperature of the object, the absolute amount of the absorber existing between the target and the infrared detector, and the concentration of the absorber. A detection method for detecting, comprising a first spectral irradiance of a first infrared ray having a first wavelength and a second spectral irradiance of a second infrared ray having a second wavelength longer than the first wavelength. The first and second infrared rays from the object based on the first step of detecting the illuminance and the first spectral irradiance ratio which is the ratio of the first spectral irradiance and the second spectral irradiance. Is the ratio of the first transmittance, which is the first infrared transmittance between the detector and the detector, to the second transmittance, which is the second infrared transmittance between the object and the detector. A second step of calculating the first transmittance ratio and a third transmittance which is one of the first transmittance and the second transmittance based on the calculated first transmittance ratio. A third step of calculating and a fourth step of calculating at least one of the temperature of the object, the absolute amount of the absorber and the concentration of the absorber based on the calculated third transmittance. Good.
更に、この発明の実施の形態によれば、プログラムは、対象物の温度、対象物から赤外線の検出器までの間に存在する吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つの検出をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、受付手段が、第1の波長を有する第1の赤外線の第1の分光放射照度と、第1の波長よりも長い第2の波長を有する第2の赤外線の第2の分光放射照度とを受け付ける第1のステップと、算出手段が、第1の分光放射照度と第2の分光放射照度との比である第1の分光放射照度比に基づいて、対象物から第1および第2の赤外線の検出器までの間における第1の赤外線の透過率である第1の透過率と対象物から検出器までの間における第2の赤外線の透過率である第2の透過率との比である第1の透過率比を算出する第2のステップと、算出手段が、算出した第1の透過率比に基づいて第1および第2の透過率のいずれか一方の透過率である第3の透過率を算出する第3のステップと、算出手段が、算出した第3の透過率に基づいて対象物の温度、吸収体の絶対量および吸収体の濃度の少なくとも1つを算出する第4のステップとをコンピュータに実行させればよい。 Further, according to the embodiment of the present invention, the program causes the computer to detect at least one of the temperature of the object, the absolute amount of the absorber existing between the object and the infrared detector, and the concentration of the absorber. And a second infrared ray having a second wavelength longer than the first wavelength, the first spectral irradiance of the first infrared ray having the first wavelength, and the second infrared ray having a second wavelength longer than the first wavelength. The second spectral irradiance of the first spectral irradiance, and the calculation means based on the first spectral irradiance ratio, which is a ratio of the first spectral irradiance and the second spectral irradiance. A first transmittance that is a first infrared transmittance between the object and the first and second infrared detectors, and a second transmittance that is a second infrared transmittance between the object and the detector. A second step of calculating a first transmittance ratio, which is a ratio with the transmittance of 2; and a calculating means, based on the calculated first transmittance ratio, one of the first and second transmittances. The third step of calculating the third transmittance, which is one of the transmittances, and the calculating means calculates the temperature of the target object, the absolute amount of the absorber, and the concentration of the absorber based on the calculated third transmittance. The computer may be caused to execute the fourth step of calculating at least one.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time are to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.
この発明は、赤外線検出装置、赤外線検出方法、コンピュータに実行させるためのプログラムおよびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に適用される。 The present invention is applied to an infrared detection device, an infrared detection method, a program to be executed by a computer, and a computer-readable recording medium recording the program.
1〜3 検出器、4,4A,4B,130,130−1〜130−N 算出部、10,10A,10B,100 赤外線検出装置、20 対象物、41 輝度テーブル、42,45 透過率算出テーブル、43 輝度比パラメータ、44 波長選択部、46 放射率算出テーブル、110 レンズ、120−1〜120−N 検出器群。 1 to 3 detector, 4, 4A, 4B, 130, 130-1 to 130-N calculation unit, 1010A, 10B, 100 infrared detection device, 20 object, 41 luminance table, 42, 45 transmittance calculation table , 43 luminance ratio parameter, 44 wavelength selection unit, 46 emissivity calculation table, 110 lens, 120-1 to 120-N detector group.
Claims (26)
第1の波長を有する第1の赤外線の第1の分光放射照度を検出する第1の検出器と、
前記第1の波長よりも長い第2の波長を有する第2の赤外線の第2の分光放射照度を検出する第2の検出器と、
前記第1の分光放射照度と前記第2の分光放射照度との比である第1の分光放射照度比に基づいて、前記対象物から前記第1および第2の検出器までの間における前記第1の赤外線の透過率である第1の透過率と前記対象物から前記第1および第2の検出器までの間における前記第2の赤外線の透過率である第2の透過率との比である第1の透過率比を算出し、前記第1の透過率比に基づいて前記第1および第2の透過率のいずれか一方の透過率である第3の透過率を算出し、前記第3の透過率に基づいて前記対象物の温度、前記吸収体の絶対量および前記吸収体の濃度の少なくとも1つを算出する算出部とを備える赤外線検出装置。 An infrared detection device for detecting at least one of a temperature of an object, an absolute amount of an absorber existing between the object and an infrared detector, and a concentration of the absorber,
A first detector for detecting a first spectral irradiance of a first infrared having a first wavelength;
A second detector for detecting a second spectral irradiance of a second infrared ray having a second wavelength longer than the first wavelength;
Based on a first spectral irradiance ratio, which is a ratio of the first spectral irradiance and the second spectral irradiance, the first to second detectors from the object to the first and second detectors. The ratio of the first transmittance, which is the transmittance of infrared rays of 1, and the second transmittance, which is the transmittance of the second infrared rays between the object and the first and second detectors. A certain first transmittance ratio is calculated, and a third transmittance that is either one of the first transmittance and the second transmittance is calculated based on the first transmittance ratio. An infrared detection device comprising: a calculator that calculates at least one of the temperature of the object, the absolute amount of the absorber, and the concentration of the absorber based on the transmittance of No. 3.
前記第1の波長は、3.5〜6.0μmの範囲に設定され、かつ、前記第2の波長は、4.5〜6.0μmの範囲に設定され、
または、
前記第1の波長は、3.5〜4.5μmの範囲に設定され、かつ、前記第2の波長は、6.0〜8.0μmの範囲に設定され、
または、
前記第1の波長は、3.5〜4.5μmの範囲に設定され、かつ、前記第2の波長は、13.0〜16.0μmの範囲に設定され、
または、
前記第1の波長は、8.0〜16.0μmの範囲に設定され、かつ、前記第2の波長は、13.0〜16.0μmの範囲に設定される、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の赤外線検出装置。 The calculator further calculates the temperature of the object and the concentration of water vapor existing between the object and the detector based on the third transmittance, and calculates the concentration of the water vapor and Calculate the substantial temperature from the temperature of the object,
The first wavelength is set in the range of 3.5 to 6.0 μm, and the second wavelength is set in the range of 4.5 to 6.0 μm,
Or
The first wavelength is set in the range of 3.5 to 4.5 μm, and the second wavelength is set in the range of 6.0 to 8.0 μm,
Or
The first wavelength is set in the range of 3.5 to 4.5 μm, and the second wavelength is set in the range of 13.0 to 16.0 μm,
Or
The first wavelength is set in a range of 8.0 to 16.0 μm, and the second wavelength is set in a range of 13.0 to 16.0 μm. Infrared detection device given in any 1 paragraph.
前記第1の波長は、3.5〜4.0μmの範囲に設定され、かつ、前記第2の波長は、4.0〜4.5μmの範囲に設定され、
または、
前記第1の波長は、3.5〜4.0μmの範囲に設定され、かつ、前記第2の波長は、13.5〜16.0μmの範囲に設定され、
または、
前記第1の波長は、4.5〜16.0μmの範囲に設定され、かつ、前記第2の波長は、13.5〜16.0μmの範囲に設定される、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の赤外線検出装置。 The calculation unit further calculates the temperature of the target object and the concentration of carbon dioxide existing between the target object and the detector based on the third transmittance, Calculate an index of comfort from the concentration and the temperature of the object,
The first wavelength is set in the range of 3.5 to 4.0 μm, and the second wavelength is set in the range of 4.0 to 4.5 μm,
Or
The first wavelength is set in a range of 3.5 to 4.0 μm, and the second wavelength is set in a range of 13.5-16.0 μm,
Or
The first wavelength is set in a range of 4.5 to 16.0 μm, and the second wavelength is set in a range of 13.5-16.0 μm. Infrared detection device given in any 1 paragraph.
前記算出部は、前記第1の波長における黒体分光放射輝度である第1の黒体分光放射輝度と前記第2の波長における黒体分光放射輝度である第2の黒体分光放射輝度との比の近似値を用いて前記第1の分光放射照度比に基づいて前記第1の透過率比を算出し、前記第1の透過率比から前記第3の透過率を算出し、前記対象物から前記第1、第2および第3の検出器までの間における前記第3の赤外線の透過率である第4の透過率を前記第3の透過率から算出し、前記第4の透過率と前記第3の透過率とに基づいて前記対象物の温度、前記吸収体の絶対量および前記吸収体の濃度の少なくとも1つを算出する、請求項1に記載の赤外線検出装置。 Further comprising a third detector for detecting a third spectral irradiance of a third infrared having a third wavelength shorter than the first wavelength,
The calculation unit calculates a first black body spectral radiance that is a black body spectral radiance at the first wavelength and a second black body spectral radiance that is a black body spectral radiance at the second wavelength. The first transmittance ratio is calculated based on the first spectral irradiance ratio using an approximate value of the ratio, the third transmittance is calculated from the first transmittance ratio, and the target object is calculated. The fourth transmittance, which is the transmittance of the third infrared ray between the first to the second detectors and the third to the third detectors, is calculated from the third transmittance, and the fourth transmittance is calculated as follows. The infrared detection device according to claim 1, wherein at least one of the temperature of the object, the absolute amount of the absorber, and the concentration of the absorber is calculated based on the third transmittance.
前記第1の波長は、3.5〜6.0μmの範囲に設定され、かつ、前記第2の波長は、4.5〜6.0μmの範囲に設定され、
または、
前記第1の波長は、8.0〜16.0μmの範囲に設定され、かつ、前記第2の波長は、13.0〜16.0μmの範囲に設定される、請求項7から請求項11のいずれか1項に記載の赤外線検出装置。 The calculator further calculates the temperature of the object and the concentration of water vapor existing between the object and the detector based on the third transmittance, and calculates the concentration of the water vapor and Calculate the substantial temperature from the temperature of the object,
The first wavelength is set in the range of 3.5 to 6.0 μm, and the second wavelength is set in the range of 4.5 to 6.0 μm,
Or
The said 1st wavelength is set to the range of 8.0-16.0 micrometers, and the said 2nd wavelength is set to the range of 13.0-16.0 micrometers. Infrared detection device given in any 1 paragraph.
前記第1の波長は、3.5〜4.0μmの範囲に設定され、かつ、前記第2の波長は、4.0〜4.5μmの範囲に設定され、
または、
前記第1の波長は、4.5〜16.0μmの範囲に設定され、かつ、前記第2の波長は、13.5〜16.0μmの範囲に設定される、請求項7から請求項11のいずれか1項に記載の赤外線検出装置。 The calculation unit further calculates the temperature of the target object and the concentration of carbon dioxide existing between the target object and the detector based on the third transmittance, Calculate the comfort index from the concentration and the temperature of the object,
The first wavelength is set in the range of 3.5 to 4.0 μm, and the second wavelength is set in the range of 4.0 to 4.5 μm,
Or
The said 1st wavelength is set to the range of 4.5-16.0 micrometers, and the said 2nd wavelength is set to the range of 13.5-16.0 micrometers. Infrared detection device given in any 1 paragraph.
前記赤外線検出装置は、前記1つの検出器に印加する電圧を制御して、検出する赤外線の波長を前記第1から第3の波長のうちの2つの波長または3つの波長に制御する制御部を更に備える、請求項8に記載の赤外線検出装置。 Two or three detectors among the first to third detectors are one detector of quantum well type or quantum dot type,
The infrared detection device controls a voltage applied to the one detector to control a wavelength of infrared light to be detected to be two wavelengths or three wavelengths of the first to third wavelengths. The infrared detection device according to claim 8, further comprising:
前記算出部は、前記第1の分光放射照度比に基づいて前記第1の透過率比を算出する処理を複数の前記検出器群によって検出された複数組の前記第1および第2の分光放射照度について実行して複数の前記第1の透過率比を算出し、前記複数の第1の透過率比に基づいて複数の前記第3の透過率を算出し、前記複数の第3の透過率に基づいて前記対象物の複数の領域における複数の温度を算出し、その算出した複数の温度に基づいて前記対象物の温度分布を算出する、請求項1に記載の赤外線検出装置。 The first and second detectors arranged in an array form a detector group,
The calculation unit performs a process of calculating the first transmittance ratio based on the first spectral irradiance ratio, and a plurality of sets of the first and second spectral radiation detected by the plurality of detector groups. The plurality of first transmittance ratios are calculated by executing the illuminance, the plurality of third transmittances are calculated based on the plurality of first transmittance ratios, and the plurality of third transmittances are calculated. The infrared detection device according to claim 1, wherein a plurality of temperatures in a plurality of regions of the target object are calculated based on, and a temperature distribution of the target object is calculated based on the calculated plurality of temperatures.
前記算出部は、前記近似値を用いて前記第1の分光放射照度比に基づいて前記第1の透過率比を算出する処理を複数の前記第1の分光放射照度比について実行して複数の前記第1の透過率比を算出し、前記複数の第1の透過率比から複数の前記第3の透過率を算出し、複数の前記第4の透過率を前記複数の第3の透過率から算出し、前記複数の第3の透過率および前記複数の第4の透過率に基づいて前記対象物の複数の領域における複数の温度を算出し、その算出した複数の温度に基づいて前記対象物の温度分布を算出する、請求項8に記載の赤外線検出装置。 The first to third detectors arranged in an array form a detector group,
The calculation unit executes a process of calculating the first transmittance ratio based on the first spectral irradiance ratio using the approximate value for a plurality of the first spectral irradiance ratios, and performs a plurality of processes. The first transmittance ratio is calculated, the plurality of third transmittances are calculated from the plurality of first transmittance ratios, and the plurality of fourth transmittances are calculated as the plurality of third transmittances. Calculated based on the plurality of third transmittances and the plurality of fourth transmittances, a plurality of temperatures in a plurality of regions of the target object are calculated, and the target based on the calculated plurality of temperatures. The infrared detection device according to claim 8, which calculates a temperature distribution of an object.
第1の波長を有する第1の赤外線の第1の分光放射照度と、前記第1の波長よりも長い第2の波長を有する第2の赤外線の第2の分光放射照度とを検出する第1のステップと、
前記第1の分光放射照度と前記第2の分光放射照度との比である第1の分光放射照度比に基づいて、前記対象物から前記第1および第2の赤外線の検出器までの間における前記第1の赤外線の透過率である第1の透過率と前記対象物から前記検出器までの間における前記第2の赤外線の透過率である第2の透過率との比である第1の透過率比を算出する第2のステップと、
前記算出された第1の透過率比に基づいて前記第1および第2の透過率のいずれか一方の透過率である第3の透過率を算出する第3のステップと、
前記算出された第3の透過率に基づいて前記対象物の温度、前記吸収体の絶対量および前記吸収体の濃度の少なくとも1つを算出する第4のステップとを備える赤外線検出方法。 An infrared detection method for detecting at least one of a temperature of an object, an absolute amount of an absorber existing between the object and an infrared detector, and a concentration of the absorber,
First to detect a first spectral irradiance of a first infrared ray having a first wavelength and a second spectral irradiance of a second infrared ray having a second wavelength longer than the first wavelength Steps of
Based on a first spectral irradiance ratio, which is a ratio of the first spectral irradiance and the second spectral irradiance, between the object and the detectors of the first and second infrared rays. A first ratio that is a ratio of a first transmittance that is the transmittance of the first infrared ray and a second transmittance that is the transmittance of the second infrared ray between the object and the detector. A second step of calculating the transmittance ratio,
A third step of calculating a third transmittance which is either one of the first and second transmittances based on the calculated first transmittance ratio;
A fourth step of calculating at least one of the temperature of the object, the absolute amount of the absorber, and the concentration of the absorber based on the calculated third transmittance.
前記第1のステップにおいて、前記第3の赤外線の第3の分光放射照度を更に検出し、
前記第2のステップにおいて、前記第1の透過率比は、前記第1の波長における黒体分光放射輝度である第1の黒体分光放射輝度と前記第2の波長における黒体分光放射輝度である第2の黒体分光放射輝度との比の近似値を用いて前記第1の分光放射照度比に基づいて算出され、
前記第4のステップにおいて、前記対象物の温度、前記吸収体の絶対量および前記吸収体の濃度の少なくとも1つは、前記第3の透過率および前記第4の透過率に基づいて算出される、請求項17に記載の赤外線検出方法。 A fourth transmittance, which is a transmittance of a third infrared ray having a third wavelength shorter than the first wavelength between the object and the detector, is calculated from the third transmittance. 5 steps are further provided,
In the first step, further detecting a third spectral irradiance of the third infrared,
In the second step, the first transmittance ratio is a first blackbody spectral radiance that is a blackbody spectral radiance at the first wavelength and a blackbody spectral radiance at the second wavelength. Is calculated based on the first spectral irradiance ratio using an approximate value of a ratio with a certain second black body spectral radiance,
In the fourth step, at least one of the temperature of the object, the absolute amount of the absorber, and the concentration of the absorber is calculated based on the third transmittance and the fourth transmittance. The infrared detection method according to claim 17.
前記第1のステップにおいて、複数の前記検出器群の各々は、前記第1および第2の分光放射照度を検出し、
前記第2のステップにおいて、前記第1および第2の分光放射照度に基づいて前記第1の透過率比を算出する処理を複数組の前記第1および第2の分光放射照度について実行して複数の前記第1の透過率比を算出し、
前記第3のステップにおいて、前記複数の第1の透過率比に基づいて複数の前記第3の透過率を算出し、
前記第4のステップにおいて、前記複数の第3の透過率に基づいて前記対象物の複数の領域における複数の温度を算出し、その算出した複数の温度に基づいて前記対象物の温度分布を算出する、請求項17に記載の赤外線検出方法。 The first detector for detecting the first infrared ray and the second detector for detecting the second infrared ray are arranged in an array to form a detector group,
In the first step, each of the plurality of detector groups detects the first and second spectral irradiances,
In the second step, a process of calculating the first transmittance ratio based on the first and second spectral irradiances is executed for a plurality of sets of the first and second spectral irradiances, and a plurality of processes are performed. Calculating the first transmittance ratio of
In the third step, calculating a plurality of the third transmittance based on the plurality of first transmittance ratios,
In the fourth step, a plurality of temperatures in a plurality of regions of the object are calculated based on the plurality of third transmittances, and a temperature distribution of the object is calculated based on the calculated plurality of temperatures. The infrared detection method according to claim 17, wherein
前記第1のステップにおいて、複数の前記検出器群の各々は、前記第1から第3の分光放射照度を検出し、
前記第2のステップにおいて、前記近似値を用いて前記第1の分光放射照度比に基づいて前記第1の透過率比を算出する処理を複数組の前記第1および第2の分光放射照度について実行して複数の前記第1の透過率比を算出し、
前記第3のステップにおいて、前記複数の第1の透過率比に基づいて複数の前記第3の透過率を算出し、
前記第5のステップにおいて、前記複数の第3の透過率から複数の前記第4の透過率を算出し、
前記第4のステップにおいて、前記複数の第3の透過率および前記複数の第4の透過率に基づいて前記対象物の複数の領域における複数の温度を算出し、その算出した複数の温度に基づいて前記対象物の温度分布を算出する、請求項19に記載の赤外線検出方法。 A first detector for detecting the first infrared ray, a second detector for detecting the second infrared ray, and a third detector for detecting the third infrared ray are arranged and arranged in an array. A group of vessels,
In the first step, each of the plurality of detector groups detects the first to third spectral irradiances,
In the second step, a process of calculating the first transmittance ratio based on the first spectral irradiance ratio using the approximation value is performed for a plurality of sets of the first and second spectral irradiances. Executing to calculate a plurality of the first transmittance ratios,
In the third step, calculating a plurality of the third transmittance based on the plurality of first transmittance ratios,
In the fifth step, calculating the plurality of fourth transmittances from the plurality of third transmittances,
In the fourth step, a plurality of temperatures in a plurality of regions of the object are calculated based on the plurality of third transmittances and the plurality of fourth transmittances, and based on the calculated plurality of temperatures. 20. The infrared detection method according to claim 19, wherein the temperature distribution of the target is calculated.
受付手段が、第1の波長を有する第1の赤外線の第1の分光放射照度と、前記第1の波長よりも長い第2の波長を有する第2の赤外線の第2の分光放射照度とを受け付ける第1のステップと、
算出手段が、前記第1の分光放射照度と前記第2の分光放射照度との比である第1の分光放射照度比に基づいて、前記対象物から前記第1および第2の赤外線の検出器までの間における前記第1の赤外線の透過率である第1の透過率と前記対象物から前記検出器までの間における前記第2の赤外線の透過率である第2の透過率との比である第1の透過率比を算出する第2のステップと、
前記算出手段が、前記算出した第1の透過率比に基づいて前記第1および第2の透過率のいずれか一方の透過率である第3の透過率を算出する第3のステップと、
前記算出手段が、前記算出した第3の透過率に基づいて前記対象物の温度、前記吸収体の絶対量および前記吸収体の濃度の少なくとも1つを算出する第4のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。 A program for causing a computer to detect at least one of a temperature of an object, an absolute amount of an absorber existing between the object and an infrared detector, and a concentration of the absorber,
The reception means sets the first spectral irradiance of the first infrared ray having the first wavelength and the second spectral irradiance of the second infrared ray having the second wavelength longer than the first wavelength. The first step of accepting,
The calculating means detects the first and second infrared rays from the object on the basis of a first spectral irradiance ratio which is a ratio of the first spectral irradiance and the second spectral irradiance. Between the first transmittance, which is the transmittance of the first infrared ray during the period up to, and the second transmittance, which is the transmittance of the second infrared ray between the object and the detector. A second step of calculating a certain first transmittance ratio;
A third step in which the calculating means calculates a third transmittance, which is one of the first and second transmittances, based on the calculated first transmittance ratio;
The computer executes a fourth step of calculating at least one of the temperature of the object, the absolute amount of the absorber, and the concentration of the absorber based on the calculated third transmittance. A program to let you.
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CN115452155A (en) * | 2022-08-23 | 2022-12-09 | 武汉大学 | Method for measuring concentration field of combustion gas-phase medium temperature field |
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