JP2020128981A - Temperature measuring method - Google Patents

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功輔 森岡
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Abstract

To more accurately measure the temperature of a measurement object while suppressing a measured temperature difference at an end of a substance.SOLUTION: The present invention pertains to a temperature measuring method for detecting heat radiation light of near-infrared band that is emitted by a measurement object and measuring the temperature of the measurement object on the basis of detection result of the radiance of the heat radiation light. Using a bicolor radiation thermometer comprising a light receiving unit for receiving the heat radiation light of the measurement object, a detection unit for detecting the heat radiation light received by the light receiving unit and a position control mechanism for changing the relative positional relation of the measurement object and the light receiving unit and causing the distribution of the heat radiation light in the widthwise direction of the measurement object to be measured by the light receiving unit, this method detects the heat radiation light of the measurement object and measures a temperature distribution along the widthwise direction of the measurement object.SELECTED DRAWING: Figure 18A

Description

本発明は、温度測定方法に関する。 The present invention relates to a temperature measuring method.

放射測温法は、物体が温度に応じて発する熱放射光を放射温度計等の測定機器等により検出することで対象の物体の温度を知る方法であり、非接触かつ高速で温度を測定可能な遠隔測温方法である。今日では、鉄鋼業をはじめとする多くの産業で、かかる放射測温法が使われている。 Radiation thermometry is a method of knowing the temperature of the target object by detecting the thermal radiation light emitted by the object according to the temperature with a measuring device such as a radiation thermometer, and it is possible to measure the temperature non-contact and at high speed. It is a remote temperature measuring method. Today, many industries, including the steel industry, use such radiation thermometry.

例えば下記の特許文献1では、連続鋳造機により鋳造中の鋳片の表面温度を、放射測温法により測定する技術が開示されている。 For example, the following Patent Document 1 discloses a technique of measuring the surface temperature of a slab being cast by a continuous casting machine by a radiation temperature measuring method.

特開2014−36988号公報JP, 2014-36988, A

上記特許文献1で用いられている放射温度計は、着目したある1つの波長における熱放射光のエネルギー強度に基づき測定対象物の温度を算出する、いわゆる「単色放射温度計」である。しかしながら、単色放射温度計は、測定視野中のエネルギー強度から温度を導出するが故に、物体の端部(コーナー部)で測定視野が欠けた状態となる(以下、単に「視野欠け」ともいう。)、測温誤差(より詳細には、コーナー部の温度を低く見積もってしまうことによる誤差)が生じてしまう。 The radiation thermometer used in Patent Document 1 is a so-called “monochromatic radiation thermometer” that calculates the temperature of the measurement object based on the energy intensity of the thermal radiation light at one wavelength of interest. However, since the monochromatic radiation thermometer derives the temperature from the energy intensity in the measurement visual field, the measurement visual field is lacking at the end (corner portion) of the object (hereinafter, also simply referred to as “missing visual field”). ), temperature measurement error (more specifically, error due to underestimating the temperature of the corner portion) occurs.

また、製鉄所における実際の製造ラインでは、放射温度計を対象物から少なくとも3〜4m程度離隔させる必要があり、単色放射温度計の円形の測定径は、40〜50mm程度となる。一方で、製造中の温度監視をする上では、鋼材端部の温度を正しく測定することが重要であり、上記のような測定径の範囲ではコーナー部近傍の温度が低下してしまい、鋼材端部の温度を正しく測定することができない。 Further, in an actual production line in a steel mill, it is necessary to separate the radiation thermometer from the object by at least about 3 to 4 m, and the circular measurement diameter of the monochromatic radiation thermometer is about 40 to 50 mm. On the other hand, in monitoring the temperature during manufacturing, it is important to correctly measure the temperature of the steel end, and the temperature near the corner will drop in the range of the above measurement diameter, and the steel end The temperature of the part cannot be measured correctly.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、物体の端部における測温誤差を抑制しながら、より正確に測定対象物の温度を測定することが可能な、温度測定方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to measure the temperature of a measurement object more accurately while suppressing the temperature measurement error at the end of the object. An object of the present invention is to provide a temperature measurement method capable of performing the above.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を検出して、前記熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて前記測定対象物の温度を測定する温度測定方法であって、前記測定対象物の前記熱放射光を受光する受光部と、前記受光部により受光した前記熱放射光を検出する検出部と、前記測定対象物と前記受光部との相対的な位置関係を変化させて、前記測定対象物の幅方向における前記熱放射光の分布を前記受光部により測定させる位置制御機構と、を有する二色放射温度計を用いて、前記測定対象物の前記熱放射光を検出し、前記測定対象物の端部近傍を含む前記測定対象物の幅方向に沿った温度分布を測定する、温度測定方法が提供される。 In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, the thermal radiation of the near infrared band emitted by the measurement object is detected, and the measurement is performed based on the detection result of the radiance of the thermal radiation. A temperature measuring method for measuring the temperature of an object, the light receiving section for receiving the thermal radiation of the measuring object, a detection section for detecting the thermal radiation received by the light receiving section, and the measuring object. Two-color radiation thermometer having a position control mechanism that changes the relative positional relationship between an object and the light-receiving unit, and causes the light-receiving unit to measure the distribution of the thermal radiation light in the width direction of the measurement object. Is used to detect the thermal radiation of the measurement object and measure a temperature distribution along the width direction of the measurement object including the vicinity of the end of the measurement object. ..

前記二色放射温度計は、当該二色放射温度計の測定視野内での温度演算に要する最低限の放射光量である最小放射光量が予め特定されており、前記位置制御機構は、前記二色放射温度計の測定視野内において検出される放射光量が前記最小放射光量未満となるまで、前記測定対象物と前記受光部との相対的な位置関係を変化させることが好ましい。 The two-color radiation thermometer, the minimum radiant light amount that is the minimum radiant light amount required for temperature calculation in the measurement field of view of the two-color radiation thermometer is specified in advance, the position control mechanism, the two-color It is preferable to change the relative positional relationship between the measurement object and the light receiving unit until the amount of emitted light detected in the measurement field of view of the radiation thermometer becomes less than the minimum amount of emitted light.

前記位置制御機構は、前記測定対象物の表面法線方向と、前記受光部の光軸と、のなす角を変化させる角度制御機構であってもよい。 The position control mechanism may be an angle control mechanism that changes an angle formed by the surface normal direction of the measurement target and the optical axis of the light receiving unit.

前記角度制御機構は、前記測定対象物と、前記熱放射光を前記検出部へと導光する導光光学系との間に、前記表面法線方向に対して斜めに設けられたミラーを、前記測定対象物の長手方向を回転軸として所定角度回転させることで、前記表面法線方向と前記受光部の光軸とのなす角を変化させるものであってもよい。 The angle control mechanism, between the measurement object and the light guide optical system that guides the thermal radiation light to the detection unit, a mirror provided obliquely to the surface normal direction, The angle formed by the surface normal direction and the optical axis of the light receiving section may be changed by rotating the measurement object by a predetermined angle with the longitudinal direction as a rotation axis.

前記位置制御機構は、前記受光部を、前記測定対象物の幅方向に沿って移動させる駆動機構であってもよい。 The position control mechanism may be a drive mechanism that moves the light receiving unit along the width direction of the measurement target.

前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のそれぞれでの前記熱放射光の前記放射輝度を、独立に出力可能な二色放射温度計であり、前記測定対象物の幅方向の温度分布を走査している際において、前記二色放射温度計における前記放射輝度の測定視野の範囲内に、前記測定対象物以外のものが位置する場合には、前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のそれぞれでの前記熱放射光の前記放射輝度を用いて、前記測定対象物の温度を測定し、前記測定視野の範囲内を前記測定対象物が占める場合には、前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のうち、何れか一方での前記熱放射光の前記放射輝度を用いて、前記測定対象物の温度を測定してもよい。 The two-color radiation thermometer is a two-color radiation thermometer capable of independently outputting the radiance of the thermal radiation light at each of two types of wavelengths of interest, and the temperature in the width direction of the measurement target. While scanning the distribution, in the range of the measurement field of the radiance in the two-color radiation thermometer, if something other than the measurement object is located, the two-color radiation thermometer, The temperature of the measurement target is measured using the radiance of the thermal radiation at each of the two wavelengths to be measured, and when the measurement target occupies the range of the measurement field of view, The color radiation thermometer may measure the temperature of the measurement object by using the radiance of the thermal radiation light of one of the two types of wavelengths of interest.

前記二色放射温度計から前記測定対象物までの距離をH[mm]とし、前記二色放射温度計の測定径の大きさをD[mm]とし、前記測定対象物の幅をW[mm]としたときに、前記二色放射温度計は、着目する2つの波長のそれぞれでの前記熱放射光の前記放射輝度を、独立に出力可能な二色放射温度計であり、かつ、前記位置制御機構として、前記測定対象物の表面法線方向と、前記受光部の光軸と、のなす角を変化させる角度制御機構を有しており、前記測定対象物の幅方向の温度分布を走査している際において、前記測定対象物の表面法線方向と前記受光部の光軸とのなす角の大きさが、|φ|=|tan−1[{(W/2)−(D/2)}/H]|で表される値を超えた場合に、前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のそれぞれでの前記熱放射光の前記放射輝度を用いて、前記測定対象物の温度を測定し、前記測定対象物の表面法線方向と前記受光部の光軸とのなす角の大きさが、|φ|=|tan−1[{(W/2)−(D/2)}/H]|で表される値以下である場合に、前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のうち、何れか一方での前記熱放射光の前記放射輝度を用いて、前記測定対象物の温度を測定してもよい。 The distance from the two-color radiation thermometer to the measurement object is H [mm], the size of the measurement diameter of the two-color radiation thermometer is D L [mm], and the width of the measurement object is W[ mm], the two-color radiation thermometer is a two-color radiation thermometer capable of independently outputting the radiance of the thermal radiation light at each of the two wavelengths of interest, and As a position control mechanism, the surface normal direction of the measurement object, and has an optical axis of the light receiving unit, and has an angle control mechanism for changing the angle formed, the temperature distribution in the width direction of the measurement object. During scanning, the size of the angle formed by the surface normal direction of the measurement object and the optical axis of the light receiving unit is |φ|=|tan -1 [{(W/2)-(D L 2)}/H]|, the two-color radiation thermometer uses the radiance of the thermal radiation at each of the two wavelengths of interest, The temperature of the measurement target is measured, and the size of the angle formed by the surface normal direction of the measurement target and the optical axis of the light receiving unit is |φ|=|tan -1 [{(W/2) -(D L /2)}/H]|, the two-color radiation thermometer determines whether the thermal radiation light of either one of the two wavelengths of interest is The temperature of the measurement object may be measured using the radiance.

前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長における前記放射輝度の測定データの一方を他方で除した二色比を算出し、算出した前記二色比を利用して、当該二色比と温度との間の関係式に基づき前記測定対象物の温度を算出してもよい。 The dichroic thermometer calculates a dichroic ratio obtained by dividing one of the measurement data of the radiance at two types of wavelengths of interest by the other, and using the calculated dichroic ratio, the dichroic ratio is calculated. The temperature of the measurement object may be calculated based on a relational expression between the temperature and the temperature.

前記二色放射温度計は、前記近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が光路上の少なくとも一部に存在している状態で、前記測定対象物の前記熱放射光を、前記吸収体の前記分光吸収係数が互いに同一となる2種類の波長でそれぞれ測定して、当該2種類の波長における前記熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを生成し、生成された前記2種類の波長に対応する前記測定データと、分光放射輝度と温度との間の関係式とに基づいて、前記測定対象物の温度を算出してもよい。 The two-color radiation thermometer, in a state in which the absorber having wavelength dependence on the spectral absorption coefficient in the near-infrared band is present in at least part of the optical path, the thermal radiation light of the measurement object. , Measuring data at two wavelengths having the same spectral absorption coefficient of the absorber, and generating measurement data showing a detection result of radiance of the thermal radiation light at the two wavelengths. The temperature of the measurement object may be calculated based on the measured data corresponding to the two types of wavelengths thus obtained and the relational expression between the spectral radiance and the temperature.

前記検出部は、前記測定対象物の前記熱放射光を2つの光路に分岐する分岐光学素子と、分岐された前記熱放射光を、前記2種類の波長のうち一方の波長で検出する第1検出素子と、分岐された前記熱放射光を、前記2種類の波長のうちもう一方の波長で検出する第2検出素子と、前記分岐光学素子と前記第1検出素子との間に設けられ、前記2種類の波長のうち一方の波長の前記熱放射光を透過させる第1光学フィルタと、前記分岐光学素子と前記第2検出素子との間に設けられ、前記2種類の波長のうちもう一方の波長の前記熱放射光を透過させる第2光学フィルタと、を有してもよい。 The detection unit detects a branching optical element that branches the thermal radiation of the measurement object into two optical paths, and detects the branched thermal radiation at one of the two wavelengths. A detection element, a second detection element that detects the branched thermal radiation light at the other wavelength of the two types of wavelengths, and is provided between the branch optical element and the first detection element, One of the two types of wavelengths is provided between the first optical filter that transmits the heat radiation light of one of the two types of wavelengths, and the branch optical element and the second detection element. A second optical filter that transmits the heat radiation light having the wavelength of.

前記2種類の波長として、前記吸収体の前記分光吸収係数が互いに同一となる波長を含む所定幅の波長帯域が2種類選択され、2種類の前記波長帯域は、前記吸収体の分光吸収係数を測定対象温度の分光放射輝度で加重平均することで算出される見かけの分光吸収係数が互いに等しくなるように選択されてもよい。 As the two types of wavelengths, two types of wavelength bands having a predetermined width including wavelengths at which the spectral absorption coefficients of the absorber are the same are selected, and the two types of wavelength bands are spectral absorption coefficients of the absorber. The apparent spectral absorption coefficients calculated by weighted averaging with the spectral radiance of the measurement target temperature may be selected to be equal to each other.

前記二色放射温度計は、前記測定対象物の温度を用いて算出した、前記2種類の波長の何れかにおける黒体放射輝度と、測定された前記熱放射光の放射輝度と、前記吸収体の前記2種類の波長における分光吸収係数と、前記吸収体の前記測定対象物側の界面における前記熱放射光の反射率と、前記吸収体の界面における前記熱放射光の反射率と、前記測定部における設定条件と、を用いて、前記吸収体の厚みを更に算出してもよい。 The two-color radiation thermometer calculates a black body radiance at any of the two types of wavelengths calculated using the temperature of the measurement object, the radiance of the measured thermal radiation, and the absorber. The spectral absorption coefficient at the two types of wavelengths, the reflectance of the thermal radiation light at the interface of the absorber on the side of the measurement target, the reflectance of the thermal radiation light at the interface of the absorber, and the measurement The thickness of the absorber may be further calculated using the setting conditions in the section.

前記吸収体は、水、油脂、溶液、ガラス又は樹脂の少なくとも何れかであってもよい。 The absorber may be at least one of water, oil and fat, solution, glass and resin.

前記測定対象物の温度の測定結果は、前記二色放射温度計の測定視野内において前記測定対象物が占める領域の重心位置に対応付けて、出力されることが好ましい。 It is preferable that the measurement result of the temperature of the measurement object is output in association with the position of the center of gravity of the region occupied by the measurement object in the measurement visual field of the two-color radiation thermometer.

前記近赤外帯域は、940nm〜1350nmであってもよい。 The near infrared band may be 940 nm to 1350 nm.

以上説明したように本発明によれば、物体の端部における測温誤差を抑制しながら、より正確に測定対象物の温度を測定することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to more accurately measure the temperature of the measurement target while suppressing the temperature measurement error at the end portion of the object.

波長と分光放射輝度との間の関係を示したグラフ図である。FIG. 5 is a graph showing the relationship between wavelength and spectral radiance. 温度と二色比との間の関係を示したグラフ図である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between temperature and dichroic ratio. 温度と二色比との間の関係を示したグラフ図である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between temperature and dichroic ratio. 温度と二色比との間の関係を示したグラフ図である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between temperature and dichroic ratio. 温度と分光放射輝度の減衰率との関係を示したグラフ図である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between temperature and the attenuation rate of spectral radiance. 温度と分光放射輝度の減衰率との関係を示したグラフ図である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between temperature and the attenuation rate of spectral radiance. 単色放射温度計における水の影響について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the influence of the water in a monochromatic radiation thermometer. 水の分光吸収係数の波長依存性を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the wavelength dependence of the spectral absorption coefficient of water. 単色温度計における水の影響について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the influence of the water in a monochromatic thermometer. 黒体放射輝度と波長及び温度との関係を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the relationship between blackbody radiance, wavelength, and temperature. 水膜による二色比の変化について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the change of the dichroic ratio by a water film. 吸収体の一例である水の分光吸収係数を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the spectral absorption coefficient of water which is an example of an absorber. 水の影響を受けない二色放射温度計の波長の組み合わせについて説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the combination of the wavelength of the two-color radiation thermometer which is not influenced by water. 水の影響を受けない二色放射温度計の波長の組み合わせについて説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the combination of the wavelength of the two-color radiation thermometer which is not influenced by water. 水の影響を受けない二色放射温度計の波長の組み合わせについて説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the combination of the wavelength of the two-color radiation thermometer which is not influenced by water. 水の分光吸収係数と分光放射輝度に応じた重み係数について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the weighting coefficient according to the spectral absorption coefficient and spectral radiance of water. 水の分光吸収係数と分光放射輝度に応じた重み係数について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the weighting coefficient according to the spectral absorption coefficient and spectral radiance of water. 高温物体の分光放射輝度の波長依存性を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the wavelength dependence of the spectral radiance of a high temperature object. 水の分光吸収係数による二色比の変化の様子を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the mode of the change of the dichroic ratio by the spectral absorption coefficient of water. 水膜の厚みの算出方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the calculation method of the thickness of a water film. 水膜の厚みと分光透過率との関係を示したグラフ図である。It is a graph which showed the relationship between the thickness of a water film, and spectral transmittance. 同実施形態に係る温度測定装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically an example of a structure of the temperature measuring device which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る温度測定装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically an example of a structure of the temperature measuring device which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る温度測定装置が備える測定部の構成の一例を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically an example of a structure of the measuring part with which the temperature measuring device which concerns on the same embodiment is equipped. 同実施形態に係る温度測定装置が備える測定部の構成の一例を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically an example of a structure of the measuring part with which the temperature measuring device which concerns on the same embodiment is equipped. 光学フィルタの中心波長と測温誤差との関係の一例を示したグラフ図である。It is a graph which showed an example of the relationship between the center wavelength of an optical filter, and a temperature measurement error. 同実施形態に係る測定部における検出部の構成の一例を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically an example of a structure of the detection part in the measurement part which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る測定部における検出部の構成の一例を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically an example of a structure of the detection part in the measurement part which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る測定部における検出部の構成の一例を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically an example of a structure of the detection part in the measurement part which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る温度測定装置が備える演算処理部の構成の一例を示したブロック図である。It is a block diagram showing an example of composition of an arithmetic processing unit with which a temperature measuring device concerning the embodiment is provided. 同実施形態に係る温度測定装置が備える演算処理部の構成の他の一例を示したブロック図である。It is a block diagram showing another example of composition of an arithmetic processing unit with which a temperature measuring device concerning the embodiment is provided. 同実施形態に係る温度測定装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。It is a block diagram showing an example of hardware constitutions of a temperature measuring device concerning the embodiment. 同実施形態に係る温度測定方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the temperature measuring method which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る温度測定方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the temperature measuring method which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る温度測定方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the temperature measuring method which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る温度測定方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the temperature measuring method which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る温度測定方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the temperature measuring method which concerns on the same embodiment. 重心位置の算出方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the calculation method of a gravity center position. 実施例における温度測定方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the temperature measuring method in an Example. 実施例における温度測定結果を示したグラフ図である。It is a graph which showed the temperature measurement result in an Example. 実施例における温度測定結果を示したグラフ図である。It is a graph which showed the temperature measurement result in an Example.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

(放射温度計に関する本発明者らの検討)
<放射測温法の原理と本発明の目的について>
本発明の実施形態に係る温度測定方法について説明するに先立ち、本発明で着目する放射測温法の原理について簡単に説明し、本発明が目的とするところについて説明する。
(Study by the inventors regarding the radiation thermometer)
<The principle of radiation thermometry and the purpose of the present invention>
Prior to describing the temperature measuring method according to the embodiment of the present invention, the principle of the radiation temperature measuring method of interest in the present invention will be briefly described, and the purpose of the present invention will be described.

放射測温法は、上記のように、物体が温度に応じて発する熱放射光を検出してその物体の温度を知る方法である。理想的な放射体である黒体の分光放射輝度Lは、Planck(プランク)の黒体放射則に従う温度と波長の関数として、下記の式(1)で表わされる。 As described above, the radiation thermometry is a method of detecting the thermal radiation light emitted by an object according to the temperature and knowing the temperature of the object. The spectral radiance L of a black body, which is an ideal radiator, is expressed by the following equation (1) as a function of temperature and wavelength according to Planck's black body radiation law.

Figure 2020128981
Figure 2020128981

なお、上記式(1)において、
T:温度[K]
λ:波長[nm]
:黒体放射の第1定数、1.19×1020[W・m−2・nm
:黒体放射の第2定数、1.44×10[nm・K]
である。
In the above formula (1),
T: Temperature [K]
λ: wavelength [nm]
c 1 : first constant of black body radiation, 1.19×10 20 [W·m −2 ·nm 4 ].
c 2 : second constant of blackbody radiation, 1.44×10 7 [nm·K]
Is.

ここで、放射体が赤熱鋼材である場合や、短波長の熱放射光を観測する場合等、λTがcに比べて十分小さければ、上記式(1)式は、以下に示す式(2)ように近似することができる。 Here, if λT is sufficiently smaller than c 2 such as when the radiator is a red hot steel material or when observing thermal radiation of a short wavelength, the above formula (1) becomes the formula (2) shown below. ) Can be approximated as

Figure 2020128981
Figure 2020128981

実際の物体の分光放射輝度は、上記のような黒体の分光放射輝度より小さく、実際の物体の分光放射輝度Lは、物質固有の分光放射率を用いて以下の式(3)で表される。 The spectral radiance of an actual object is smaller than the spectral radiance of a black body as described above, and the spectral radiance L of an actual object is expressed by the following equation (3) using the spectral emissivity peculiar to a substance. It

Figure 2020128981
Figure 2020128981

ここで、上記式(3)において、ε(λ)は、観測波長λ[nm]における分光放射率であり、その他の文字式については、上記式(1)及び式(2)と同様である。 Here, in the above formula (3), ε(λ) is the spectral emissivity at the observation wavelength λ [nm], and other character formulas are the same as the above formulas (1) and (2). ..

放射測温法において、観測波長λは検出器によって決まるため、分光放射輝度Lは、温度Tと放射率εの関数となる。温度Tをいくつかの温度に変えた場合における、観測波長λと分光放射輝度Lとの間の関係を、図1に示した。 In the radiation thermometry, since the observation wavelength λ is determined by the detector, the spectral radiance L is a function of the temperature T and the emissivity ε. The relationship between the observed wavelength λ and the spectral radiance L when the temperature T is changed to several temperatures is shown in FIG.

従って、一般的な単色放射温度計を用いた放射測温法(単色放射測温法とも呼ばれる。)は、分光放射率を予め把握した上で、測定対象物からの熱放射光の分光放射輝度を1つの観測波長で測定し、温度を求める方法となる。換言すれば、一般的な単色放射測温法では、測定対象物の分光放射率が不明である場合、正しい温度測定を行うことはできない。また、測定対象物から放射温度計までの光路上に吸収体が存在して観測光が減衰する場合も、吸収体による減衰量を定量的に特定できなければ、測温誤差が生じてしまう。 Therefore, the radiant temperature measurement method using a general monochromatic radiation thermometer (also called monochromatic radiation temperature measurement method) is to grasp the spectral emissivity in advance and then measure the spectral radiance of the thermal radiation from the measurement object. Is measured at one observation wavelength to obtain the temperature. In other words, in the general monochromatic radiation thermometry, accurate temperature measurement cannot be performed when the spectral emissivity of the measurement object is unknown. Further, even when the observation light is attenuated due to the presence of the absorber on the optical path from the object to be measured to the radiation thermometer, a temperature measurement error occurs unless the amount of attenuation by the absorber can be quantitatively specified.

一方、放射測温法には、単色放射温度計を利用した単色放射測温法以外に、二色温度計を用いた測温方法も存在する。二色放射温度計(以下、単に二色温度計ともいう。)は、2つの異なる観測波長で熱放射光を観測する測定機器である。上記式(3)を参照すると明らかなように、2つの波長λ,λで分光放射率が同一であると、2波長での分光放射輝度Lの比(すなわち、二色比)が温度のみの関数になるため、測定対象物の分光放射率を予め知ることなく、温度を測定することができる(二色温度計による放射測温法については、以下で詳述する。)。分光放射率が同一であるとみなせる程度に近接した波長(例えば図1における、波長λ=1μm、λ=1.2μm)を選択した場合、図2に示したように、二色比Rは、温度Tの関数になっていることがわかる。かかる二色放射温度計は、検出器の視野欠けや光路上の障害物(例えば、浮遊する粉塵やミスト、観測窓の汚れ等)による減光に対しても、これら障害物の影響を受けないという特徴がある。 On the other hand, in the radiation temperature measurement method, there is a temperature measurement method using a two-color thermometer in addition to the single color radiation temperature measurement method using a single color radiation thermometer. A two-color radiation thermometer (hereinafter, also simply referred to as a two-color thermometer) is a measuring instrument for observing thermal radiation light at two different observation wavelengths. As is apparent from the above formula (3), when the spectral emissivity is the same at the two wavelengths λ 1 and λ 2 , the ratio of the spectral radiance L at the two wavelengths (that is, dichroic ratio) is temperature. Therefore, the temperature can be measured without knowing the spectral emissivity of the object to be measured in advance (the radiation temperature measurement method using a two-color thermometer will be described in detail below). When wavelengths that are close enough to be considered to have the same spectral emissivity (for example, wavelengths λ 1 =1 μm and λ 2 =1.2 μm in FIG. 1) are selected, as shown in FIG. Is a function of the temperature T. Such a two-color radiation thermometer is not affected by the obstruction of the field of view of the detector and the dimming due to obstacles on the optical path (for example, floating dust or mist, dirt on the observation window). There is a feature.

一方、先だって言及したように、一般的な単色放射測温法では、視野欠けが生じて物体の端部(コーナー部)において測温誤差が生じてしまう。このような測温誤差は、測定視野中のエネルギー強度に基づき温度を導出するが故に生じるものであるため、上記のような特徴を有する二色放射温度計を用いることで、物体の端部における測温誤差を抑制しながら、より正確に測定対象物の温度を測定することが可能となる。 On the other hand, as mentioned earlier, in the general monochromatic radiation thermometry, the field of view is lost and the temperature measurement error occurs at the end (corner) of the object. Such a temperature measurement error occurs because the temperature is derived based on the energy intensity in the measurement field of view. Therefore, by using the two-color radiation thermometer having the above-mentioned characteristics, it is possible to measure It is possible to more accurately measure the temperature of the measuring object while suppressing the temperature measurement error.

<本発明者らが得た知見について>
次に、二色放射温度計の原理について簡単に説明した上で、本発明者らが得ることのできた知見について、図3〜図17を参照しながら詳細に説明する。図3〜図17は、本発明者らが得た知見について説明するための説明図である。
<About the findings obtained by the present inventors>
Next, after briefly explaining the principle of the two-color radiation thermometer, the knowledge obtained by the present inventors will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 17. 3 to 17 are explanatory diagrams for explaining the findings obtained by the present inventors.

[二色放射温度計の原理について]
二色放射温度計は、2つの波長λ、λの分光放射輝度L(λ,T)及びL(λ,T)の比を利用して、測定対象物の温度Tを特定する測定装置である。上記式(3)を使用して観測される2つの分光放射輝度を表わすと、以下の式(4)及び式(5)のようになる。
[Principle of two-color radiation thermometer]
The two-color radiation thermometer uses the ratio of the spectral radiances L(λ 1 , T) and L(λ 2 , T) of two wavelengths λ 1 , λ 2 to specify the temperature T of the measurement target. It is a measuring device. The two spectral radiances observed using the above equation (3) are represented by the following equations (4) and (5).

Figure 2020128981
Figure 2020128981

ここで、2つの波長λ,λにおいて、分光放射率が互いに等しい(ε(λ)=ε(λ)=ε)とすると、上記式(4)を式(5)で除した比として定義される二色比Rは、以下の式(6)のように表される。 Here, assuming that the spectral emissivities are equal to each other at two wavelengths λ 1 and λ 2 (ε(λ 1 )=ε(λ 2 )=ε), the above formula (4) is divided by the formula (5). The dichroic ratio R, which is defined as a ratio, is expressed by the following equation (6).

Figure 2020128981
Figure 2020128981

ここで、上記式(6)において、Rλ及びΛは、以下の式(6a)及び式(6b)の通りである。 Here, in the above formula (6), R λ and Λ are as in the following formulas (6a) and (6b).

Figure 2020128981
Figure 2020128981

上記式(6)は、二色比Rが、温度Tの関数であることを示している。
いま、2色温度計を用いて、ある測定対象物の温度を計測することを考える。この際、測温に利用する2つの波長λ,λを設定するに際して、互いに近接した2波長(例えば、波長1200nm,1250nm)を選択した場合と、ある程度離隔した2波長(例えば、1200nm,1300nm)を選択した場合に、二色比Rがどのように変化するかに着目する。このような変化の様子は、上記2種類の波長λ,λを上記式(6)〜式6(b)に代入することで得ることができる。
The above equation (6) shows that the dichroic ratio R is a function of the temperature T.
Now, it is considered to measure the temperature of a certain measurement object using a two-color thermometer. At this time, when setting the two wavelengths λ 1 and λ 2 used for temperature measurement, two wavelengths close to each other (for example, wavelengths 1200 nm and 1250 nm) are selected, and two wavelengths separated to some extent (for example, 1200 nm, Attention will be paid to how the dichroic ratio R changes when (1300 nm) is selected. The state of such a change can be obtained by substituting the two types of wavelengths λ 1 and λ 2 into the equations (6) to 6(b).

得られた変化の様子を、図3に示した。図3において、横軸は温度T[℃]であり、縦軸は、式(6)に基づいて算出された二色比Rである。
図3から明らかなように、二色比Rは温度Tに対して単調に増加する。また、選択した2つの波長が互いに近接しているほど、二色比Rの変化の様子が穏やかであることがわかる。二色比Rの変化の様子(換言すれば、二色比の温度勾配)が穏やかであるということは、温度Tが大きく変化したとしても、二色比Rの変化量は小さいことを意味している。換言すれば、選択した2つの波長が互いに近接している場合には、温度が変化した場合であっても二色比の変化量が小さいために、測温の感度が低下することとなる。
The state of the obtained changes is shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents the temperature T [° C.], and the vertical axis represents the dichroic ratio R calculated based on the equation (6).
As is clear from FIG. 3, the dichroic ratio R monotonically increases with the temperature T. Further, it can be seen that the closer the two selected wavelengths are to each other, the more gentle the change of the dichroic ratio R is. The gentle change in the dichroic ratio R (in other words, the temperature gradient of the dichroic ratio) means that the change amount of the dichroic ratio R is small even if the temperature T changes greatly. ing. In other words, when the two selected wavelengths are close to each other, even if the temperature changes, the change amount of the dichroic ratio is small, so that the temperature measurement sensitivity decreases.

かかる事実から、二色温度計を用いて測温を行う場合には、選択する2つの波長の差に対応する温度が、二色温度計の温度分解能以上となるようにすることが好ましく、測定したい温度幅が、図3に示したような二色比Rと温度との対応関係において有意な傾きが得られるようにすることがより好ましいことがわかる。このような温度分解能に対応する波長差は、用いる二色温度計に応じて変わるものであるが、例えば、選択する2つの波長の差の絶対値|λ−λ|を100nm以上とすることが好ましい。 From such a fact, when the temperature is measured using the two-color thermometer, it is preferable that the temperature corresponding to the difference between the two wavelengths to be selected is equal to or higher than the temperature resolution of the two-color thermometer. It can be seen that it is more preferable that the desired temperature range has a significant slope in the correspondence relationship between the dichroic ratio R and the temperature as shown in FIG. The wavelength difference corresponding to such temperature resolution varies depending on the dichroic thermometer used, but for example, the absolute value |λ 1 −λ 2 | of the difference between the two selected wavelengths is 100 nm or more. It is preferable.

[本発明者らが得た知見について]
以上、本発明の実施形態で着目する2色温度計の原理について、簡単に説明した。
今、上記式(3)において、単色温度計(測定波長λ=1.55μm)と、2色温度計(測定波長λ=0.90μm、λ=1.55μm)における分光放射輝度Lを算出し、赤熱鋼板のコーナー部の温度を推定した。この際、測定対象物の温度を800℃と設定し、温度計の下限温度(光検出量が正しく動作する最小の放射輝度によって定まる。)を600℃とした。また、温度計と測定対象物との間の離隔距離を3000mm、測定視野を直径36mmの円形スポットとして、測定面積内に占める測定対象物以外の比率を、減衰率として導出した。
[About the findings obtained by the present inventors]
The principle of the two-color thermometer focused on in the embodiment of the present invention has been briefly described above.
Now, in the above formula (3), the spectral radiance L in the monochromatic thermometer (measurement wavelength λ=1.55 μm) and the two-color thermometer (measurement wavelengths λ 1 =0.90 μm, λ 2 =1.55 μm) The temperature of the corner portion of the red hot steel plate was calculated and estimated. At this time, the temperature of the object to be measured was set to 800° C., and the lower limit temperature of the thermometer (determined by the minimum radiance at which the light detection amount operates correctly) was set to 600° C. Further, the separation distance between the thermometer and the measurement object was 3000 mm, the measurement visual field was a circular spot with a diameter of 36 mm, and the ratio of the measurement area other than the measurement object was derived as the attenuation rate.

まず、導出した、二色放射温度計における2色比(λ/λ)と温度との関係を、図4に示した。また、図4に示した結果を用いて、単色温度計と2色温度計のそれぞれにおいて、赤熱鋼材のコーナー部の温度を測定することを考える。コーナー部が温度計の測定視野に入るようになると視野欠けが生じる結果、同一温度であっても観測される放射光が減衰するために、温度の測定結果は、図5Aのようになる。すなわち、赤熱鋼材のコーナー部を測定しようとすると、単色温度計では、コーナー部の温度が800℃であった場合に、減衰率85%(鋼材の最端部から7.5mmだけ鋼材中央部に向かった位置までの範囲を測定した場合)で680℃となる。この結果は、減衰率85%の場合に、測定誤差が120℃であることを意味している。一方、2色温度計では、図5Aに示したように、温度測定結果は800℃となっており、正しい温度を測定可能であることがわかる。この結果は、測定視野内の85%の領域が、測定対象物以外のものであった場合であっても、600℃以上に相当する放射輝度を検出すれば正確に測定可能であることを示している。 First, FIG. 4 shows the derived relationship between the two-color ratio (λ 12 ) and the temperature in the two-color radiation thermometer. Further, using the results shown in FIG. 4, it will be considered to measure the temperature of the corner portion of the red hot steel material in each of the monochromatic thermometer and the bicolor thermometer. When the corner portion comes into the measurement field of view of the thermometer, the field of view is lost. As a result, the radiated light observed is attenuated even at the same temperature, and the temperature measurement result is as shown in FIG. 5A. That is, when trying to measure the corner portion of the red-hot steel material, when the temperature of the corner portion is 800° C., the attenuation rate is 85% (only 7.5 mm from the end of the steel material to the center portion of the steel material) when the temperature of the corner portion is 800° C. When measuring the range up to the facing position), the temperature is 680°C. This result means that the measurement error is 120° C. when the attenuation rate is 85%. On the other hand, in the two-color thermometer, as shown in FIG. 5A, the temperature measurement result is 800° C., which shows that the correct temperature can be measured. This result shows that even if 85% of the area in the measurement field of view is something other than the object to be measured, it can be accurately measured by detecting the radiance corresponding to 600° C. or higher. ing.

また、図5Bに示すように、コーナー部の温度を900℃として上記と同様の計算を行った場合には、放射輝度が高くなるため、減衰率が93%(鋼材の最端部から4.4mmだけ鋼材中央部に向かった位置までの範囲を測定した場合)まで、温度を正確に測定可能であることがわかる。 Further, as shown in FIG. 5B, when the same calculation as above is performed with the temperature of the corner portion set to 900° C., the radiance becomes high, so that the attenuation rate is 93% (4. It is understood that the temperature can be accurately measured up to the case where the range up to the position toward the central portion of the steel material is measured by 4 mm).

かかる結果は、測定対象物の温度が高ければ高いほど、二色温度計を用いて、コーナー部の温度をより正確に測定可能であることがわかる。放射温度計に設けられている各種の光検出器には、検出しうる放射光の光量(輝度)に最小値(以下、単に「最小放射光量」ともいう。)が存在する。二色温度計は、2つの波長にそれぞれ設定された各検出器が最小放射光量以上の放射光を検出することで、正確な温度を出力し、検出される放射光量が上記最小放射光量未満となることで、測定誤差が生じてくる。測定対象物の温度が高いほど、熱放射の絶対量が大きくなる結果、コーナー部を、より端まで測温することができる。また、二色温度計では、測定視野内で検出される放射光量が最小放射光量以上であれば、測定対象物の温度を精度よく測定することができる。以上が、本発明者らが得られた第1の知見である。 This result shows that the higher the temperature of the object to be measured, the more accurately the temperature of the corner can be measured using the two-color thermometer. Various photodetectors provided in a radiation thermometer have a minimum value (hereinafter, also simply referred to as "minimum radiant light amount") in the amount of radiant light (luminance) that can be detected. The dichroic thermometer outputs an accurate temperature by detecting the emitted light of the minimum emitted light amount or more by each detector set to two wavelengths, and the detected emitted light amount is less than the minimum emitted light amount. Therefore, a measurement error will occur. The higher the temperature of the object to be measured, the larger the absolute amount of heat radiation, and as a result, it is possible to measure the temperature of the corner portion farther. Further, in the two-color thermometer, if the amount of emitted light detected in the measurement visual field is equal to or more than the minimum amount of emitted light, the temperature of the measuring object can be accurately measured. The above is the first finding obtained by the present inventors.

次に、図6に例示したように、測定対象物の一例として、高温な状態にある鋼板(温度T、放射率ε)を取り上げ、かかる鋼板上に、吸収体の一例である水が水膜として存在している場合を例に挙げて、本発明者らが得た更なる知見について詳細に説明する。 Next, as illustrated in FIG. 6, a steel plate in a high temperature state (temperature T, emissivity ε) is taken as an example of the measurement object, and water, which is an example of an absorber, is a water film on the steel plate. As a result, further knowledge obtained by the present inventors will be described in detail.

例えば、鉄鋼製造プロセスの連続鋳造工程や熱延工程では、搬送ラインを移動する赤熱した鋼材の温度を計測することが頻繁に行われる。しかしながら、連続鋳造機からスラブが引き抜かれる場所や、熱延工程の圧延スタンド間では、鋼材上に冷却水が滞留していたり、蒸発した冷却水が湯気として立ち込めていたりすることがある。光路上の湯気による光の散乱については、観察する2つの波長が大きく離隔していなければ、異なる波長であっても熱放射光がほぼ同じ減衰を示すため、2色温度計が適用できる。一方、鋼材の上に滞留水が水膜を形成している場合、放射測温に適した近赤外域帯域において、水の分光吸収率は強い波長依存性を示すため、水が未知の減衰特性の吸収体として機能してしまう。その結果、2つの波長において熱放射光の減衰が同様に生じるという仮定は成立せず、二色放射温度計を適切に使用することができない。水は、波長約800nm以下の可視光帯域では透明であるが、可視光帯域のような短波長帯域では測定対象物が高温にならないと熱放射光が放出されないため、測定対象の温度域が高温に限定されてしまう。 For example, in the continuous casting process and hot rolling process of the steel manufacturing process, the temperature of the red-hot steel material moving on the transfer line is frequently measured. However, the cooling water may remain on the steel material or the evaporated cooling water may be trapped as steam at the place where the slab is pulled out from the continuous casting machine or between the rolling stands in the hot rolling process. Regarding the scattering of light due to steam on the optical path, a two-color thermometer can be applied because thermal radiation shows almost the same attenuation even if the two wavelengths to be observed are not widely separated from each other. On the other hand, when the accumulated water forms a water film on the steel material, the spectral absorptivity of water shows a strong wavelength dependence in the near-infrared region suitable for radiation temperature measurement. Will function as an absorber. As a result, the assumption that attenuation of thermal radiation occurs similarly at the two wavelengths does not hold and the dichroic radiation thermometer cannot be used properly. Water is transparent in the visible light band with a wavelength of about 800 nm or less, but in the short wavelength band such as the visible light band, thermal radiation is not emitted unless the temperature of the measurement target becomes high, so the temperature range of the measurement target is high. Will be limited to.

また、上記のような鉄鋼製造プロセスでは、水以外にも、ガラスや、鋼板上に存在する溶液や、鋼板上に存在する油脂・樹脂なども、近赤外帯域において分光吸収率が一様ではなく(すなわち、強い波長依存性を示し)、吸収体として機能してしまう。 Further, in the steel manufacturing process as described above, in addition to water, glass, a solution present on the steel plate, fats and resins present on the steel plate, etc., have a uniform spectral absorptance in the near infrared band. Without (that is, showing strong wavelength dependence), it functions as an absorber.

放射測温法の測定対象物と放射温度計との光路上に吸収体が存在するという状況は、上記のような鉄鋼製造プロセスのみならず、他の様々な測定環境においても生じうる状況である。 The situation where the absorber exists in the optical path between the measurement object of the radiation thermometer and the radiation thermometer is a situation that can occur not only in the steel manufacturing process as described above but also in various other measurement environments. ..

本発明者らは、このような問題を解決し、測定対象物から放射温度計までの光路上に吸収体が存在する状態で熱放射光を検出する場合であっても、測定対象物の温度を精度良く測定することが可能な二色放射温度計を実現するべく鋭意検討を行った結果、以下で詳述するような知見を得ることができた。 The present inventors have solved such a problem, and even when detecting thermal radiation light in a state where an absorber is present on the optical path from the measurement object to the radiation thermometer, the temperature of the measurement object As a result of earnestly studying to realize a two-color radiation thermometer capable of accurately measuring the temperature, the following findings can be obtained.

また、上記のような鉄鋼製造プロセスでは、高温の鋼材に対して水を吹き付けて、高温の鋼材を冷却することが行われるが、鋼材の表面上に存在する水量は、鋼材からの抜熱量を左右する重要な操業因子と考えられる。本発明者らは、以下で説明するような本発明の実施形態に係る温度測定装置及び温度測定方法を用いて、測定対象物のより正確な温度を得ることが可能となることで、測定対象物から放射温度計までの光路上に存在する水(すなわち、吸収体)の厚みを、より正確に算出することが可能となる旨に想到した。 Further, in the steel manufacturing process as described above, water is sprayed on the high-temperature steel material to cool the high-temperature steel material, but the amount of water present on the surface of the steel material is the amount of heat removed from the steel material. It is considered to be an important operating factor that influences. The present inventors can obtain a more accurate temperature of an object to be measured by using the temperature measuring device and the temperature measuring method according to the embodiment of the present invention as described below, and thus the object to be measured can be obtained. It has been conceived that the thickness of water (that is, absorber) existing on the optical path from the object to the radiation thermometer can be calculated more accurately.

吸収体の一例である水は、可視光帯域の長波長端付近(波長800nm付近)までは透明であるが、近赤外帯域に属する800nm以上では、例えば図7に示したように、強い波長依存性を有する半透明体となる。また、ランベルト・ベールの法則からも明らかなように、水膜の厚みが厚くなればなるほど、水によって吸収される近赤外帯域の光量は増加するため、分光透過率は小さな値となる。 Water, which is an example of an absorber, is transparent up to near the long wavelength end of the visible light band (near wavelength 800 nm), but at wavelengths of 800 nm and above belonging to the near infrared band, strong wavelengths such as shown in FIG. It becomes a semi-transparent material having dependence. Further, as is clear from Lambert-Beer's law, the thicker the water film, the more the amount of light in the near-infrared band absorbed by water increases, and thus the spectral transmittance becomes a small value.

放射測温法において水の影響を避けるためには、水の光吸収がほとんど存在しない波長800nm以下の帯域で測温を行う方法が考えられ、実際に、観測波長800nmの「水膜透過型放射温度計(単波長の放射温度計)」が市販されている。しかしながら、熱放射は短波長側になるほど急速に低下する特徴があり、観測波長が800nmの放射温度計では、測定対象物の温度が少なくとも650℃以上である必要がある。 In order to avoid the influence of water in the radiation thermometry, a method of measuring the temperature in a wavelength band of 800 nm or less where almost no light absorption of water exists may be considered. Thermometers (single wavelength radiation thermometers)" are commercially available. However, thermal radiation has a characteristic that it rapidly decreases toward the shorter wavelength side, and the temperature of an object to be measured needs to be at least 650° C. or higher in a radiation thermometer with an observation wavelength of 800 nm.

また、前述のように、散乱体である湯気が存在すれば、たとえ水が透明であったとしても、単色放射測温では正確な温度測定を行うことが困難となる。ここで、水が光を吸収する波長800nm以上の帯域で単波長の放射測温を実施した場合に、測定が不正確となる具体例を示す。例えば、波長1300nmでは、水の厚みに応じ、図7に示した分光透過率に従って、光の強度は減衰する。かかる減衰が温度測定値に及ぼす影響を計算すると、図8に示したようになる。図8において、横軸は、水膜の厚み[mm]であり、縦軸は、測温誤差[℃]である。図8から明らかなように、水の厚みがわずか2mm程度あっても、約30℃の測温誤差が生じることになる。従って、水の厚みが未知の実際の計測環境では、単色放射温度計を用いた場合、正確な温度計測を行うことは、極めて困難となる。 Further, as described above, if steam, which is a scatterer, is present, it is difficult to perform accurate temperature measurement by monochromatic radiation thermometry even if the water is transparent. Here, a specific example in which the measurement becomes inaccurate when a single-wavelength radiation temperature measurement is performed in a wavelength range of 800 nm or more where water absorbs light will be shown. For example, at a wavelength of 1300 nm, the light intensity is attenuated according to the water thickness and the spectral transmittance shown in FIG. 7. The calculation of the effect of such attenuation on the temperature measurement value is as shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents the thickness of the water film [mm], and the vertical axis represents the temperature measurement error [° C.]. As is clear from FIG. 8, even if the thickness of water is only about 2 mm, a temperature measurement error of about 30° C. will occur. Therefore, in an actual measurement environment in which the water thickness is unknown, it becomes extremely difficult to perform accurate temperature measurement when using a monochromatic radiation thermometer.

続いて、観測波長が800nmの放射温度計では、測定対象物の温度が少なくとも650℃以上である必要がある理由を、黒体放射輝度と波長及び温度との関係を示した説明図である図9を参照しながら説明する。 Subsequently, in the radiation thermometer having an observation wavelength of 800 nm, the reason why the temperature of the object to be measured needs to be at least 650° C. or more is an explanatory diagram showing the relationship between the blackbody radiance and the wavelength and temperature. This will be described with reference to FIG.

図9において、横軸は温度であり、縦軸は黒体分光放射輝度である。図9に示したように、黒体分光放射輝度は、温度が増加すると単調に増加する。ここで、一般的な放射温度計に用いられるセンサの検出限界は、黒体分光放射輝度の大きさが1程度の熱放射である。従って、図9における観測波長800nmの曲線に着目すれば、「黒体分光放射輝度=1」で表される直線と、観測波長800nmの曲線との交点は、約650℃となる。 In FIG. 9, the horizontal axis represents temperature and the vertical axis represents black body spectral radiance. As shown in FIG. 9, the blackbody spectral radiance increases monotonically with increasing temperature. Here, the detection limit of a sensor used in a general radiation thermometer is thermal radiation with a magnitude of black body spectral radiance of about 1. Therefore, focusing on the curve of the observation wavelength 800 nm in FIG. 9, the intersection of the straight line represented by “black body spectral radiance=1” and the curve of the observation wavelength 800 nm is about 650° C.

先だって説明したように、二色放射温度計を使用する場合、2つの波長の間隔を少なくとも100nm以上離すことが好ましい。そのため、水が透明な波長帯域で2色放射温度計を実現するためには、観測波長の短波長側を800nm−100nm=700nm付近にすることが好ましい。かかる場合、図9に示すように、二色放射温度計の測定下限温度は、約740℃になってしまう。また、図9に示すように、観測波長を例えば1000nmに設定すれば、500℃からの測温が可能になり、観測波長を例えば1200nmに設定すれば、測定下限温度を400℃付近まで広げることが可能となる。 As described above, when using a dichroic radiation thermometer, it is preferable to separate the two wavelengths by at least 100 nm or more. Therefore, in order to realize a two-color radiation thermometer in a wavelength band in which water is transparent, it is preferable that the short wavelength side of the observation wavelength is near 800 nm-100 nm=700 nm. In such a case, as shown in FIG. 9, the measurement lower limit temperature of the two-color radiation thermometer becomes about 740° C. Further, as shown in FIG. 9, if the observation wavelength is set to, for example, 1000 nm, temperature measurement from 500° C. is possible, and if the observation wavelength is set to, for example, 1200 nm, the lower limit measurement temperature is expanded to around 400° C. Is possible.

従って、上記のような知見から、測定温度域を広く確保するためには、観測波長をより長波長側に設定すればよいことがわかる。しかしながら、観測波長800nm以上の波長を2種類利用して二色放射温度計を構成した場合、図7からも明らかなように、かかる波長帯域は、水の分光吸収率が顕著な波長依存性を示す帯域となってしまう。かかる波長帯域において観測される2種類の分光放射輝度Lは、吸収体である水の吸収も考慮に入れると、下記式(7)及び式(8)で表される。 Therefore, from the above knowledge, it is understood that the observation wavelength should be set to the longer wavelength side in order to secure a wide measurement temperature range. However, when a two-color radiation thermometer is constructed by using two kinds of wavelengths having an observation wavelength of 800 nm or more, as is clear from FIG. 7, such a wavelength band has a wavelength dependence in which the spectral absorption rate of water is remarkable. It becomes the band shown. The two types of spectral radiance L observed in such a wavelength band are represented by the following formulas (7) and (8) when the absorption of water as an absorber is taken into consideration.

Figure 2020128981
Figure 2020128981

ここで、上記式(7)及び式(8)において、τは、波長λにおける水の分光透過率であり、τは、波長λにおける水の分光透過率である。また、水の分光透過率τは、水の分光吸収係数、水の厚み、及び、水と空気との界面における両者の屈折率から定まる界面反射率の関数となる(詳細は、以下で説明する。)。この際、界面反射を省略すると、水の分光透過率τ,τは、それぞれ、τ=exp(−α×t)、τ=exp(−α×t)と表すことができる。ここで、αは、波長λにおける水の分光吸収係数であり、αは、波長λにおける水の分光吸収係数であり、tは、水膜の厚みである。 Here, in the above formulas (7) and (8), τ 1 is the spectral transmittance of water at the wavelength λ 1 , and τ 2 is the spectral transmittance of water at the wavelength λ 2 . Further, the spectral transmittance τ of water is a function of the spectral absorption coefficient of water, the thickness of water, and the interface reflectance determined from the refractive index of both at the interface between water and air (details will be described below). ..). At this time, if the interface reflection is omitted, the spectral transmittances τ 1 and τ 2 of water can be expressed as τ 1 =exp(−α 1 ×t) and τ 2 =exp(−α 2 ×t), respectively. it can. Here, α 1 is the spectral absorption coefficient of water at the wavelength λ 1 , α 2 is the spectral absorption coefficient of water at the wavelength λ 2 , and t is the thickness of the water film.

上記式(7)及び式(8)において、2つの波長λ,λで、図7に示したような水の分光吸収係数の波長依存性に起因して、吸収による減衰量が互いに異なることとなった場合、式(6)で定義される二色比と温度との関係式において、水の吸収に起因する項であるτ,τがキャンセルアウトしなくなる。 In the above formulas (7) and (8), the two wavelengths λ 1 and λ 2 have different attenuation amounts due to absorption due to the wavelength dependence of the spectral absorption coefficient of water as shown in FIG. 7. In that case, in the relational expression between the dichroic ratio and the temperature defined by the equation (6), τ 1 and τ 2 which are terms due to water absorption do not cancel out.

例えば、波長1000nmと波長1100nmに着目した2色温度計では、水が無い場合と、水を透過して熱放射光を観測する場合とでは、図10に示したように二色比が変化することとなる。例えば測定対象物の真の温度が700℃であったとすると、図10から明らかなように、5mm厚の水膜が存在した場合には見かけの温度は約640℃となり、10mm厚の水膜が存在した場合には見かけの温度が約590℃になる。水膜の厚みが不規則に変化する実際の測温では、このように、吸収体である水の存在によって、多大な測温誤差が生じることとなってしまう。 For example, in a two-color thermometer focusing on wavelengths of 1000 nm and 1100 nm, the dichroic ratio changes as shown in FIG. 10 between the case where there is no water and the case where thermal radiation is observed through water. It will be. For example, assuming that the true temperature of the measurement object is 700° C., as apparent from FIG. 10, the apparent temperature is about 640° C. when the water film having a thickness of 5 mm is present, and the water film having a thickness of 10 mm is When present, the apparent temperature is about 590°C. In the actual temperature measurement in which the thickness of the water film changes irregularly, the presence of water as the absorber causes a large temperature measurement error.

本発明者らは、以上のような知見に基づいて更に検討を重ねた結果、光路上に吸収体が存在する場合であっても、測定対象物の温度を二色放射温度計により正確に測定するためには、上記式(7)及び式(8)での吸収体による吸収に起因する項であるτ,τが、二色比Rを算出する際にキャンセルアウトするようにすれば良い旨に想到した。吸収体による吸収に起因する項をキャンセルアウトさせるためには、吸収体の分光吸収率が等しい2つの観測波長を選択して、測定対象物の測温を実施すればよい。 As a result of further studies based on the above findings, the inventors of the present invention accurately measure the temperature of an object to be measured with a two-color radiation thermometer even when an absorber is present on the optical path. In order to do so, if the terms τ 1 and τ 2 which are the terms due to the absorption by the absorber in the above formulas (7) and (8) are canceled out when the dichroic ratio R is calculated, I thought about good things. In order to cancel out the term caused by the absorption by the absorber, it is only necessary to select two observation wavelengths having the same spectral absorptance of the absorber and measure the temperature of the measurement target.

図11は、吸収体の一例である水の分光吸収係数の波長依存性を示したグラフ図であり、図11の横軸は波長であり、縦軸は分光吸収係数である。本発明者らが上記知見に基づいて図11を検討した結果、以下で説明するような技術的思想に基づいて、二色放射温度計の観測波長を選択すればよい旨に想到した。 FIG. 11 is a graph showing the wavelength dependence of the spectral absorption coefficient of water, which is an example of an absorber. The horizontal axis of FIG. 11 is the wavelength, and the vertical axis is the spectral absorption coefficient. As a result of examining FIG. 11 based on the above findings, the present inventors have come to the idea that the observation wavelength of the two-color radiation thermometer should be selected based on the technical idea described below.

○観測波長の選択方法について−その1
分光吸収係数が互いに等しい2つの波長を特定するためには、図11に示したような分光吸収係数のスペクトルに着目し、(分光吸収係数=任意の定数)で表される直線(換言すれば、図11に示したようなスペクトルにおいて、横軸に平行な直線)と、分光吸収係数のスペクトルに対応する曲線との交点の個数に着目すればよい。この際に、かかる曲線と直線との交点の個数が2以上となる波長帯域から、分光吸収係数が互いに等しくなる2つの波長を適宜選択すればよい。
○About selection method of observation wavelength-Part 1
In order to specify two wavelengths whose spectral absorption coefficients are equal to each other, the spectrum of the spectral absorption coefficient as shown in FIG. 11 is focused on, and a straight line represented by (spectral absorption coefficient=arbitrary constant) (in other words, In the spectrum as shown in FIG. 11, it suffices to pay attention to the number of intersections between the straight line parallel to the horizontal axis) and the curve corresponding to the spectrum of the spectral absorption coefficient. At this time, two wavelengths having spectral absorption coefficients equal to each other may be appropriately selected from a wavelength band in which the number of intersections of the curve and the straight line is 2 or more.

例えば図12Aに示した水の場合には、交点の個数が2以上となる波長帯域は、以下の2つである。
(1)波長1070〜1080nm近傍のスペクトルの鞍部に接する直線(分光吸収係数≒0.02で表される直線)のもう一方の交点(波長940nm近傍)から、波長970〜980nm近傍のピークに接する直線(分光吸収係数≒0.05で表される直線)のもう一方の交点(波長1130近傍)までの波長帯域:第1波長選択領域
(2)波長1260nm近傍のスペクトルの鞍部に接する直線(分光吸収係数≒0.11で表される直線)のもう一方の交点(波長1155nm近傍)から、波長1190nm近傍のピークに接する直線(分光吸収係数≒0.13で表される直線)のもう一方の交点(波長1300nm近傍)までの波長帯域:第2波長選択領域
For example, in the case of water shown in FIG. 12A, there are the following two wavelength bands in which the number of intersections is 2 or more.
(1) From the other intersection point (a line represented by a spectral absorption coefficient ≈0.02) of the line in contact with the saddle part of the spectrum in the wavelength range of 1070 to 1080 nm, contact the peak in the wavelength range of 970 to 980 nm. Wavelength band up to the other intersection (a wavelength of about 1130) of a straight line (a line represented by a spectral absorption coefficient ≈0.05): First wavelength selection region (2) A straight line (spectral spectrum) in contact with the saddle part of the spectrum near the wavelength of 1260 nm From the other crossing point of the absorption coefficient ≈0.11) (around the wavelength of 1155 nm) to the other line of the line tangent to the peak near the wavelength of 1190 nm (a straight line indicated by the spectral absorption coefficient ≈0.13) Wavelength band up to intersection (wavelength near 1300 nm): second wavelength selection region

このような2種類の波長選択領域を目安として、分光吸収係数の等しい2つの波長を選択すればよい。この際、先だって説明したように、2つの波長の差に対応する温度が、二色放射温度計の温度分解能以上となるように、例えば100nm程度の波長差がある2つの波長を選択することが好ましい。 Two wavelengths having the same spectral absorption coefficient may be selected using these two types of wavelength selection regions as a guide. At this time, as described above, it is possible to select two wavelengths having a wavelength difference of, for example, about 100 nm so that the temperature corresponding to the difference between the two wavelengths is equal to or higher than the temperature resolution of the dichroic radiation thermometer. preferable.

上記のような技術的思想に基づき、例えば図12Bでは、第1波長選択領域から、波長1000nmと波長1130nmという2つの波長を選択することができる。また、例えば図12Cでは、第2波長選択帯域から、波長1190nmと波長1300nmという2つの波長を選択することができる。なお、かかる波長の組み合わせはあくまでも一例であって、上記の技術的思想に基づいて、2種類の波長選択領域の中から適宜波長を選択すればよい。 Based on the above technical idea, for example, in FIG. 12B, two wavelengths of 1000 nm and 1130 nm can be selected from the first wavelength selection region. Further, for example, in FIG. 12C, two wavelengths of 1190 nm and 1300 nm can be selected from the second wavelength selection band. The combination of the wavelengths is just an example, and the wavelength may be appropriately selected from the two types of wavelength selection regions based on the above technical idea.

このような、特定スペクトル(波長帯域幅が無視できる程度の狭帯域の特定波長)を利用した二色放射温度計は、狭帯域の光学干渉フィルタを利用し、かかる狭帯域の光学干渉フィルタを2色放射温度計に設置することで実現することができる。このような狭帯域の光学干渉フィルタは、半値幅が10nm程度のものであれば市販製品として入手可能であるし、公知の技術を利用して狭帯域の光学干渉フィルタを製造することも可能である。かかる波長選択フィルタについては、以下で改めて説明する。 Such a dichroic radiation thermometer using a specific spectrum (a specific wavelength in a narrow band in which the wavelength bandwidth is negligible) uses a narrow band optical interference filter, and uses such a narrow band optical interference filter. It can be realized by installing it in a color radiation thermometer. Such a narrow band optical interference filter is available as a commercial product as long as it has a half width of about 10 nm, and it is also possible to manufacture a narrow band optical interference filter by using a known technique. is there. The wavelength selection filter will be described below again.

○観測波長の選択方法について−その2
放射温度計は、一般的に、前述のような特定の単波長と見なせる狭帯域の分光放射輝度を観測することは少ない。何故ならば、観測波長帯域が狭帯域である場合、放射温度計が検出する絶対的な光量が小さくなり、検出感度が低下したり、測定下限温度が高くなったりするためである。一般的な波長選択フィルタ等を利用して、狭帯域ではなく有限の波長帯域幅の熱放射光を測定する場合には、上記のような2つの観測波長は、以下のように選択することができる。
○About the selection method of observation wavelength-Part 2
In general, a radiation thermometer rarely observes a narrow band spectral radiance that can be regarded as a specific single wavelength as described above. This is because when the observation wavelength band is narrow, the absolute amount of light detected by the radiation thermometer becomes small, the detection sensitivity decreases, and the measurement lower limit temperature increases. When measuring thermal radiation with a finite wavelength bandwidth rather than a narrow band using a general wavelength selection filter, etc., the above two observation wavelengths can be selected as follows. it can.

すなわち、観測する波長の帯域幅が上記その1のように無視できない場合、観測帯域の吸収係数の単純な平均値を実効的な分光吸収係数とするのではなく、測定対象の温度に応じた波長依存性を有する分光放射輝度で重み付けして平均化した分光吸収係数を求めて、処理に利用すればよい。すなわち、かかる方法は、吸収体の分光吸収係数を測定対象温度の分光放射輝度で加重平均することで算出される「見かけの分光吸収係数」が互いに等しくなるように、有限の帯域幅を有する観測帯域を選択する方法である。以下、図13A及び図13Bを参照しながら、かかる選択方法を具体的に説明する。 That is, when the bandwidth of the wavelength to be observed cannot be ignored as in the above case 1, the simple average value of the absorption coefficient of the observation band is not used as the effective spectral absorption coefficient, but the wavelength corresponding to the temperature of the measurement target is used. The spectral absorption coefficient weighted by the spectral radiance having dependence and averaged may be obtained and used for the processing. That is, such a method has a finite bandwidth so that the “apparent spectral absorption coefficients” calculated by weighted averaging the spectral absorption coefficient of the absorber with the spectral radiance of the temperature to be measured are equal to each other. This is a method of selecting a band. Hereinafter, the selection method will be specifically described with reference to FIGS. 13A and 13B.

一具体例として、図12Bに示した第1波長選択領域を出発点として、帯域幅40nmの2波長を選択する場合を考える。
まず、第1波長選択領域の短波長側の観測波長は、帯域幅が40nmとなる波長980nm〜波長1020nmに固定する。波長980nm〜1020nmの範囲において、実効的な分光吸収係数αeffは、厳密には、波長λにおける分光吸収係数α(λ)と、分光放射輝度の波長依存性を考慮した、プランクの黒体放射式から定まる重み係数w(λ)と、を用いて、以下の式(9)のように表される。
As a specific example, consider a case where two wavelengths having a bandwidth of 40 nm are selected starting from the first wavelength selection region shown in FIG. 12B.
First, the observation wavelength on the short wavelength side of the first wavelength selection region is fixed to a wavelength of 980 nm to a wavelength of 1020 nm with a bandwidth of 40 nm. Strictly speaking, in the wavelength range of 980 nm to 1020 nm, the effective spectral absorption coefficient α eff is Planck's black body radiation considering the spectral absorption coefficient α(λ) at the wavelength λ and the wavelength dependence of the spectral radiance. Using the weighting factor w(λ) determined from the equation, the following equation (9) is used.

Figure 2020128981
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ここで、測定対象物の温度が900℃であると仮定して、この分光放射輝度Lの波長依存性を規格化した重み係数w(λ)を算出する。得られた重み係数w(λ)を、図13A中に鎖線で記載した。図13Aに示した例において、かかる重み係数で重み付けした分光吸収係数の平均値は、4.2×10−2[1/mm]となった。これに対して、分光放射輝度Lの波長依存性を考慮することなく、一様な重みで分光吸収係数を平均化(単純平均化)すると、4.3×10−2[1/mm]となった。 Here, assuming that the temperature of the measurement target is 900° C., the weighting coefficient w(λ) that normalizes the wavelength dependence of the spectral radiance L is calculated. The obtained weighting factor w(λ) is shown by a chain line in FIG. 13A. In the example shown in FIG. 13A, the average value of the spectral absorption coefficient weighted by the weighting coefficient is 4.2×10 −2 [1/mm]. On the other hand, if the spectral absorption coefficients are averaged (simple averaging) with a uniform weight without considering the wavelength dependence of the spectral radiance L, it becomes 4.3×10 −2 [1/mm]. became.

次に、第1波長選択領域の長波長側の観測波長は、上記と同様に900℃の分光放射輝度の重みを付けて平均化した分光吸収係数が、短波長側の重み付けされた分光吸収係数と同一の4.2×10−2[1/mm]となるように、1130nm周辺の波長帯域を選択する。この結果、図13Bに例示したように、波長1100nm〜1140nmが、かかる条件に合致した。なお、図13Bに示した波長帯域における分光吸収係数の単純平均は、4.1×10−2[1/mm]であった。 Next, for the observation wavelength on the long wavelength side of the first wavelength selection region, the spectral absorption coefficient averaged by weighting the spectral radiance of 900° C. as described above is the weighted spectral absorption coefficient on the short wavelength side. The wavelength band around 1130 nm is selected so as to be 4.2×10 −2 [1/mm], which is the same as As a result, as illustrated in FIG. 13B, the wavelengths of 1100 nm to 1140 nm meet such conditions. The simple average spectral absorption coefficient in the wavelength band shown in FIG. 13B was 4.1×10 −2 [1/mm].

このように、測定対象物の分光放射輝度Lの波長依存性を考慮するか否かで、見かけの分光吸収係数(実効吸収係数)の値が、図13A及び図13Bに示した例では0.2×10−2[1/mm]変化する。逆に、もし見かけの分光吸収係数を見積る際に観測帯域の分光吸収係数の単純平均を使用したとすると、実際に高温の測定対象物を測定した場合に、実効的な分光吸収係数に0.2×10−2[1/mm]程度の不一致が生じることとなる。 As described above, the value of the apparent spectral absorption coefficient (effective absorption coefficient) depends on whether or not the wavelength dependence of the spectral radiance L of the measurement target is taken into consideration in the example shown in FIGS. 13A and 13B. It changes by 2×10 −2 [1/mm]. On the contrary, if the simple average of the spectral absorption coefficients of the observation band is used when estimating the apparent spectral absorption coefficient, the effective spectral absorption coefficient is 0. A mismatch of about 2×10 −2 [1/mm] will occur.

なお、上記説明では、測定対象物が900℃として分光放射輝度に基づく重み係数を算出したが、例えば図14に示したように、200℃程度の温度幅であれば分光放射輝度が大きく変わることがない。そのため、測定対象物のおおよその温度が過去の操業データ等に基づいて予測できれば、分光放射輝度に基づく重み係数を与えることが可能となる。 In the above description, the weighting coefficient based on the spectral radiance is calculated assuming that the measurement target is 900° C. However, as shown in FIG. 14, for example, the spectral radiance changes significantly when the temperature range is about 200° C. There is no. Therefore, if the approximate temperature of the measurement target can be predicted based on past operation data and the like, it becomes possible to give a weighting coefficient based on the spectral radiance.

ここで、重み係数による分光吸収係数の補正を実施した場合と実施しない場合における実効的吸収係数の差0.2×10−2[1/mm]が二色放射温度計の精度に及ぼす影響について検討する。例えば、厚み10mmの水膜を通して熱放射光を測定する状況において、2波長における水の分光吸収係数が互いに等しく4.2×10−2[1/mm]である場合と、短波長側の分光吸収係数が4.3×10−2[1/mm]であり、長波長側の分光吸収係数が4.1×10−2[1/mm]である場合のそれぞれの場合について、二色比Rを上記式(6)に基づき算出した。得られた結果を、図15に示した。図15に示した結果では、上記2つの場合の二色比は、温度差にして約20℃に相当するズレが生じていた。従って、観測波長に幅がある場合(観測波長が有限の帯域から形成される場合)には、熱放射光の分光特性に基づく重み付けを利用して平均化した吸収体の分光吸収係数が互いに正確に一致するように、2つの波長帯域を選択することが望ましい。 Here, regarding the influence of the difference of the effective absorption coefficient of 0.2×10 −2 [1/mm] on the accuracy of the two-color radiation thermometer between the case where the spectral absorption coefficient is corrected by the weighting coefficient and the case where it is not executed. consider. For example, in a situation in which thermal radiation is measured through a water film having a thickness of 10 mm, the spectral absorption coefficients of water at two wavelengths are equal to each other, 4.2×10 −2 [1/mm], and the spectrum on the short wavelength side. The dichroic ratio in each case where the absorption coefficient is 4.3×10 −2 [1/mm] and the long-wavelength side spectral absorption coefficient is 4.1×10 −2 [1/mm]. R was calculated based on the above formula (6). The obtained results are shown in FIG. According to the results shown in FIG. 15, the dichroic ratio in the above two cases had a difference corresponding to a temperature difference of about 20° C. Therefore, when the observation wavelength has a range (when the observation wavelength is formed from a finite band), the spectral absorption coefficients of the absorbers averaged using weighting based on the spectral characteristics of the thermal radiation are accurate to each other. It is desirable to select two wavelength bands so that

このように、第2の観測波長の選択方法によれば、有限の帯域幅からなる観測波長を利用して放射測温を行う場合に、二色放射温度計において波長間で同等の光量減衰が生じるように、分光吸収係数の補正を行う。なお、かかる分光吸収係数の補正を行うことにより、測定誤差をより削減することが可能となるため、第1の観測波長の選択方法に基づき狭帯域の観測波長を選択する場合であっても、第2の観測波長の選択方法で説明した分光吸収係数の補正処理を行うことがより好ましい。この際、上記のように、分光放射輝度の波長依存性を考慮して、分光吸収係数の実効値αeffを定めることが好ましい。 As described above, according to the second observation wavelength selection method, when the radiation temperature measurement is performed using the observation wavelength having a finite bandwidth, the two-color radiation thermometer has the same light amount attenuation between the wavelengths. The spectral absorption coefficient is corrected so that it occurs. Since the measurement error can be further reduced by correcting the spectral absorption coefficient, even when the narrow band observation wavelength is selected based on the first observation wavelength selection method, It is more preferable to perform the correction processing of the spectral absorption coefficient described in the second observation wavelength selection method. At this time, as described above, it is preferable to determine the effective value α eff of the spectral absorption coefficient in consideration of the wavelength dependence of the spectral radiance.

なお、観測波長帯域の実効的な吸収係数を見積る際に、測定対象の熱放射の分光特性に加え、波長選択フィルタの分光透過特性や放射温度計に内蔵されている光検出器の分光感度特性等を重みとして、分光吸収係数に係る分光データを重み付け平均してもよい。この場合には、式(9)に示した関係式の分子の部分に、波長選択フィルタの分光透過特性に関する項や、放射温度計に内蔵されている光検出器の分光感度特性に関する項が増えることとなる。分光透過特性や分光感度特性を更に利用して分光吸収係数を重み付け平均することで、分光吸収係数の分布を考慮した実際により近い形の補正を行うことが可能となり、より精度を向上させることが可能となる。 When estimating the effective absorption coefficient in the observation wavelength band, in addition to the spectral characteristics of the thermal radiation to be measured, the spectral transmission characteristics of the wavelength selection filter and the spectral sensitivity characteristics of the photodetector built into the radiation thermometer. The weighted average of the spectral data relating to the spectral absorption coefficient may be used as the weight. In this case, the term relating to the spectral transmission characteristic of the wavelength selection filter and the term relating to the spectral sensitivity characteristic of the photodetector incorporated in the radiation thermometer increase in the numerator part of the relational expression shown in the equation (9). It will be. By further weighting and averaging the spectral absorption coefficients by further utilizing the spectral transmission characteristics and spectral sensitivity characteristics, it becomes possible to perform a correction in a form that is closer to the actual one in consideration of the distribution of the spectral absorption coefficients, thus improving accuracy. It will be possible.

また、上記第2の観測波長の選択方法では、2つの観測波長の帯域幅を互いに同一にして処理を行う場合について説明したが、2つの観測波長の帯域幅は、相違していてもよい。例えば、近赤外帯域では長波長になるほど分光放射輝度が増加するため、長波長側の観測帯域幅を短波長側より狭くしてもよい。 Further, in the second selection method of the observation wavelengths, the case where the bandwidths of the two observation wavelengths are the same as each other has been described, but the bandwidths of the two observation wavelengths may be different. For example, in the near infrared band, the spectral radiance increases as the wavelength becomes longer, so the observation band width on the long wavelength side may be made narrower than that on the short wavelength side.

次に、本発明者らが想到した、測定対象物の温度とあわせて、測定対象物の表面の上方に位置する水膜の厚みの測定方法に関する知見を、図16及び図17を参照しながら説明する。 Next, with reference to FIG. 16 and FIG. 17, the inventors have come up with the findings regarding the method of measuring the thickness of the water film located above the surface of the measurement target together with the temperature of the measurement target. explain.

図6に示した状況を、測定対象物の一例としての赤熱している鋼材の上面に冷却水が流れている状況として更に厳密に考慮すると、かかる状況は、図16に示したようにモデル化することができる。 If the situation shown in FIG. 6 is considered more strictly as a situation in which cooling water is flowing on the upper surface of a red-hot steel material as an example of the measurement object, such a situation is modeled as shown in FIG. can do.

赤熱している鋼材の温度が高ければ、鋼材の上面に位置する水は膜沸騰の状態となり、鋼材表面と水膜との間に、図16に示したような水蒸気の層が形成されて、水膜が鋼材の表面から浮いた状態となる。かかる際に、放射温度計は、図16に示したように鋼材の鉛直方向斜め上方から、測定対象物である鋼材を見込むものとする。水膜の内部では、水膜の厚みtに応じて鋼材から放射された光が吸収され、放射輝度が減衰していく。より詳細には、放射温度計の光軸と、測定対象物の表面法線方向と、のなす角をθとしたときに、水膜の内部では、スネルの法則で表される関係(n・sinθ=n・sinθ)を満足する角度θで、鋼材から放射された光が進行する。そのため、鋼材から放射された光の放射輝度は、光路長(t/cosθ)に応じて減衰していく。また、水膜と水蒸気の層との界面、及び、水膜と大気の層との界面では、それぞれ、反射率ρ、ρの界面反射が生じる。このような水膜による吸収、及び、水膜界面における界面反射が生じた結果の放射光が、放射温度計で計測される。ここで、気体である水蒸気は、液体の水とは全く異なる光学特性を有しており、波長940nm〜1650nmの帯域では、水蒸気は、ほぼ透明である。すなわち、図16に示した水蒸気の層での放射光の吸収は無いものとみなすことができる。 If the temperature of the red-hot steel material is high, the water located on the upper surface of the steel material is in a film boiling state, and a water vapor layer as shown in FIG. 16 is formed between the steel material surface and the water film. The water film floats from the surface of the steel material. At this time, the radiation thermometer is supposed to look at the steel material to be measured from diagonally above the steel material in the vertical direction as shown in FIG. Inside the water film, light emitted from the steel material is absorbed according to the thickness t of the water film, and the radiance is attenuated. More specifically, when the angle formed by the optical axis of the radiation thermometer and the surface normal direction of the object to be measured is θ 0 , inside the water film, the relation expressed by Snell's law (n The light emitted from the steel material travels at an angle θ 1 that satisfies a ·sin θ 0 =n w ·sin θ 1 ). Therefore, the radiance of the light emitted from the steel material is attenuated according to the optical path length (t/cos θ 1 ). Further, interface reflections of reflectance ρ 1 and ρ 2 occur at the interface between the water film and the water vapor layer and at the interface between the water film and the atmosphere layer, respectively. Radiation light resulting from such absorption by the water film and interface reflection at the water film interface is measured by a radiation thermometer. Here, the water vapor as a gas has completely different optical characteristics from the liquid water, and the water vapor is almost transparent in the wavelength band of 940 nm to 1650 nm. That is, it can be considered that there is no absorption of radiated light in the water vapor layer shown in FIG.

上記式(7)における実効的な分光透過率τは、水膜の界面における界面反射損失と、水膜内部の波長λにおける分光吸収係数αにより、以下の式(10)のように表される。 The effective spectral transmittance τ 1 in the above formula (7) is given by the following formula (10) by the interface reflection loss at the interface of the water film and the spectral absorption coefficient α 1 at the wavelength λ 1 inside the water film. expressed.

Figure 2020128981
Figure 2020128981

また、水膜界面における反射率ρ、ρは、上記のような各層における屈折率の関係から、ρ=ρとなるため、かかる反射率の値を、改めてρ=ρ=ρとする。かかる反射率ρは、θ=0°以外では、p偏光成分の反射率ρと、s偏光成分の反射率ρと、に分けて考えることが必要となる。そのため、上記の式(10)は、以下の式(11)のように変形される。ここで、以下の式(11)において、反射率ρ、ρは、例えば、水膜/大気の界面において、以下の式(12)、(13)のように表される。 Further, since the reflectances ρ 1 and ρ 2 at the water film interface are ρ 12 from the relationship of the refractive index in each layer as described above, the value of the reflectance is changed again to ρ=ρ 1Set to 2 . It is necessary to consider the reflectance ρ separately for the reflectance ρ p of the p- polarized component and the reflectance ρ s of the s-polarized component, except for θ=0°. Therefore, the above equation (10) is transformed into the following equation (11). Here, in the following formula (11), the reflectances ρ p and ρ s are expressed as the following formulas (12) and (13) at the water film/atmosphere interface, for example.

Figure 2020128981
Figure 2020128981

ここで、nは、水蒸気の屈折率(n=1.00)であり、nは、水の屈折率(n=1.33)であり、nは、大気の屈折率(n=1.00)である。なお、本技術では、波長λにおける分光吸収係数αと、波長λにおける分光吸収係数αと、が互いに等しくなるように波長λ、λが選択され、また、反射率ρ、ρは、上記式(12)及び式(13)のように、各層の屈折率、及び、屈折角のみで決まる定数である。従って、式(7)にかえて式(8)を用いた場合であっても、透過率τの値は、透過率τの値と等しくなる。 Here, n v is the refractive index of water vapor (n v =1.00), n w is the refractive index of water (n w =1.33), and n a is the refractive index of the atmosphere ( n a =1.00). In the present technique, the spectral absorption coefficient alpha 1 at the wavelength lambda 1, the spectral absorption coefficient alpha 2 at the wavelength lambda 2, but the wavelength lambda 1 to be equal to each other, lambda 2 is selected, The reflectance [rho p , Ρ s are constants determined only by the refractive index of each layer and the refraction angle, as in the above formulas (12) and (13). Therefore, even if the formula (8) is used instead of the formula (7), the value of the transmittance τ 2 becomes equal to the value of the transmittance τ 1 .

上記式(6)に示した二色比に基づき、測定対象物である鋼材の温度Tが求まると、波長λにおける透過率τは、上記(4)式を変形して、以下の式(14)のように計算される。ここで、以下の式(14)において、分子は、放射温度計で観測された放射輝度値であり、分母は、温度Tの黒体から放射される放射輝度値に対応する。また、以下の式(14)において、鋼材の分光放射率ε(λ)は、λ=1.1μm〜1.3μmの波長帯域では、0.8程度の安定した値である。 When the temperature T of the steel material to be measured is obtained based on the dichroic ratio shown in the equation (6), the transmittance τ 1 at the wavelength λ 1 is obtained by transforming the equation (4) into the following equation. It is calculated as in (14). Here, in the following formula (14), the numerator is the radiance value observed by the radiothermometer, and the denominator corresponds to the radiance value radiated from the black body at the temperature T. Further, in the following formula (14), the spectral emissivity ε(λ 1 ) of the steel material is a stable value of about 0.8 in the wavelength band of λ 1 =1.1 μm to 1.3 μm.

次に、上記式(10)を上記式(7)に代入して、水膜の厚みtについて解くと、以下の式(15)を得ることができる。 Next, by substituting the above equation (10) into the above equation (7) and solving for the thickness t of the water film, the following equation (15) can be obtained.

Figure 2020128981
Figure 2020128981

ここで、上記式(15)において、水の分光吸収係数αは、予め実施した実験等で得られた値を用いればよい。例えば、波長λ、λの組み合わせが、(1100nm,1130nm)である場合には、水の分光吸収係数αとして、0.0428mm−1を用いればよい。また、波長λ、λの組み合わせが、(1190nm,1300nm)である場合には、水の分光吸収係数αとして、0.129mm−1を用いればよい。 Here, in the above formula (15), as the spectral absorption coefficient α 1 of water, a value obtained in an experiment conducted in advance may be used. For example, when the combination of the wavelengths λ 1 and λ 2 is (1100 nm, 1130 nm), 0.0428 mm −1 may be used as the spectral absorption coefficient α 1 of water. When the combination of wavelengths λ 1 and λ 2 is (1190 nm, 1300 nm), 0.129 mm −1 may be used as the spectral absorption coefficient α 1 of water.

従って、測定対象物である鋼材の温度Tが得られたとき、上記式(14)に基づき透過率τを算出し、得られた透過率τと、放射温度計で得られた放射輝度の計測値と、例えば図16に示したような各媒質の屈折率と、上記のような水の分光吸収係数αと、放射温度計の設置角度θと、を用いることで、上記式(15)から水膜の厚みtを算出することができる。 Therefore, when the temperature T of the steel material to be measured is obtained, the transmittance τ 1 is calculated based on the above equation (14), and the obtained transmittance τ 1 and the radiance obtained by the radiation thermometer are calculated. By using the measured value of, the refractive index of each medium as shown in FIG. 16, the spectral absorption coefficient α of water as described above, and the installation angle θ of the radiation thermometer, ), the thickness t of the water film can be calculated.

ここで、上記式(15)に関して、分光透過率τの低下に対して水膜の厚みtがどのように変化するのかを、角度θ=0°、30°、45°のそれぞれの場合について算出し、得られた結果を、以下の図17に示した。なお、上記式(15)において、水の分光吸収係数αとして、波長λ=1.19μmでの値であるα=0.129mm−1を用い、屈折率は、図16に示した値を用いた。図17から明らかなように、分光透過率τが低下すると、水膜の厚みが増加することがわかる。また、放射温度計の設置角度θに応じて、放射光の水膜中における光路長が変化するため、図17に示した分光透過率と水膜厚みとの関係についても、設置角度θに応じて若干変化している。 Here, regarding the above formula (15), how the thickness t of the water film changes with the decrease of the spectral transmittance τ is described for each of the angles θ 0 =0°, 30°, and 45°. The calculated results are shown in FIG. 17 below. In the above formula (15), as the spectral absorption coefficient α 1 of water, α 1 =0.129 mm −1 which is the value at the wavelength λ 1 =1.19 μm is used, and the refractive index is shown in FIG. Values were used. As is clear from FIG. 17, when the spectral transmittance τ decreases, the thickness of the water film increases. Further, according to the installation angle theta 0 of the radiation thermometer, the optical path length of the water film of the emitted light is changed, also the relationship between the spectral transmittance and the water film thickness shown in FIG. 17, the installation angle theta 0 It has changed slightly depending on.

このように、赤熱している高温の鋼材の表面を膜沸騰した水が覆っている状況であっても、上記知見に示したような二色放射温度計を用いた放射測温法により正確な温度Tを得ることができれば、水膜の厚みを正確に算出することが可能となる。以上が、本発明者らが得られた第2の知見である。 As described above, even in the situation where the film boiling water covers the surface of the hot steel material which is glowing red, it is possible to obtain an accurate radiation temperature measurement method using the two-color radiation thermometer as shown in the above findings. If the temperature T can be obtained, the thickness of the water film can be accurately calculated. The above is the second finding obtained by the present inventors.

本発明者らは、かかる知見に基づいて更なる検討を行った結果、上記第2の知見に基づく放射測温処理を実施する、以下で説明するような、より好ましい温度測定装置に想到した。以下で説明する、より好ましい温度測定装置では、測定下限温度をより低くするために吸収体の分光吸収係数が波長依存性を有する帯域で測定を行う場合であっても、二色放射温度計を用いた放射測温法により、正確に測定対象物の温度を測定することが可能となる。また、測定対象物の温度がより正確に得られることで、測定対象物の表面を覆う水膜等の吸収体の厚みを、より正確に算出することが可能となる。 As a result of further studies based on such findings, the inventors of the present invention have come up with a more preferable temperature measuring device, which will be described below, that carries out the radiation temperature measurement processing based on the second knowledge. In the more preferable temperature measuring device described below, even if the spectral absorption coefficient of the absorber is measured in a band having wavelength dependence in order to lower the lower limit temperature of measurement, a two-color radiation thermometer is used. The radiation thermometry used makes it possible to accurately measure the temperature of the measuring object. Further, since the temperature of the measurement object is obtained more accurately, the thickness of the absorber such as the water film covering the surface of the measurement object can be calculated more accurately.

(実施形態)
<温度測定装置の構成について>
続いて、図18A及び図18Bを参照しながら、本発明の実施形態に係る温度測定方法に用いられる二色放射温度計の一例である温度測定装置10の全体構成について詳細に説明する。図18A及び図18Bは、本実施形態に係る温度測定装置10の全体的な構成の一例を示した説明図である。
(Embodiment)
<About the structure of the temperature measuring device>
Next, with reference to FIGS. 18A and 18B, the overall configuration of the temperature measuring device 10, which is an example of a two-color radiation thermometer used in the temperature measuring method according to the embodiment of the present invention, will be described in detail. 18A and 18B are explanatory diagrams showing an example of the overall configuration of the temperature measuring device 10 according to the present embodiment.

本実施形態に係る温度測定装置10は、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を検出し、熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて測定対象物の温度を測定する装置である。また、より好ましい温度測定装置10は、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を、近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が光路上の少なくとも一部に存在している状態で検出し、熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて測定対象物の温度を測定する装置である。ここで、近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体としては、例えば、水、油脂、溶液、ガラス又は樹脂の少なくとも何れかを挙げることができる。 The temperature measuring device 10 according to the present embodiment is a device that detects thermal radiation light in the near-infrared band emitted by the measurement object and measures the temperature of the measurement object based on the detection result of the radiance of the thermal radiation light. is there. Further, in a more preferable temperature measuring device 10, the thermal radiation light in the near-infrared band emitted by the measurement object is present in at least a part of the optical path, the absorber having wavelength dependence of the spectral absorption coefficient in the near-infrared band. It is a device for detecting the temperature of the measurement object based on the detection result of the radiance of the thermal radiation light while detecting the temperature of the measurement object. Here, as the absorber having wavelength dependence of the spectral absorption coefficient in the near infrared band, for example, at least one of water, oil and fat, solution, glass and resin can be mentioned.

また、本実施形態では、近赤外帯域として、800nm〜1600nmの帯域に着目するものとし、特に好ましくは、940nm〜1350nmの帯域に着目するものとする。特に好ましい波長帯域の下限を940nmとする理由は、図7に示すように、近赤外帯域に属する800nm以上(特に940nm以上)において、水が強い波長依存性を有する半透明体となるためである。また、特に好ましい波長帯域の上限を1350nmとする理由は、同じく図7に示すように、1350nm以上では、水膜厚み10mm以上で水が不透明となるためである。 Further, in the present embodiment, as the near-infrared band, the band of 800 nm to 1600 nm is focused, and particularly preferably, the band of 940 nm to 1350 nm is focused. The reason why the lower limit of the particularly preferable wavelength band is set to 940 nm is that water becomes a semitransparent material having a strong wavelength dependence in the wavelength range of 800 nm or more (particularly 940 nm or more) belonging to the near infrared band as shown in FIG. is there. The reason why the upper limit of the particularly preferable wavelength band is 1350 nm is that water becomes opaque at a water film thickness of 10 mm or more at 1350 nm or more as shown in FIG.

このような温度測定装置10は、例えば図18Aに示したように、測定部101と、演算処理部103と、記憶部105と、を主に備える。 Such a temperature measuring device 10 mainly includes, for example, as shown in FIG. 18A, a measuring unit 101, a calculation processing unit 103, and a storage unit 105.

測定部101は、例えば高温の状態にある鋼板など、近赤外帯域に属する熱放射光を発している測定対象物に関して、発せられている熱放射光(観測光)の大きさを測定する。また、特に好ましい温度測定装置10においては、測定部101は、測定対象物の熱放射光を、吸収体の分光吸収係数が互いに同一となる2種類の波長でそれぞれ測定し、これら2種類の波長における熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを生成する。 The measurement unit 101 measures the magnitude of the emitted thermal radiation (observation light) with respect to the measurement object that emits the thermal radiation that belongs to the near infrared band, such as a steel plate in a high temperature state. Further, in the particularly preferable temperature measuring device 10, the measuring unit 101 measures the heat radiation light of the measurement object at each of two types of wavelengths at which the spectral absorption coefficients of the absorber are the same, and these two types of wavelengths are measured. The measurement data showing the detection result of the radiance of the thermal radiation light in is generated.

これらの測定部101は、例えば二色放射温度計における各種レンズ/レンズ群や光検出器などのセンサ等から構成される光学系に対応するものである。測定部101のより詳細な構成については、以下で改めて説明する。また、特に好ましい温度測定装置10における測定部101が測定する2種類の波長は、先だって説明したような2種類の「観測波長の選択方法」に則して、予め設定されている。 These measuring units 101 correspond to, for example, an optical system including various lenses/lens groups in a two-color radiation thermometer, sensors such as photodetectors, and the like. A more detailed configuration of the measurement unit 101 will be described below again. Further, the two kinds of wavelengths measured by the measuring unit 101 of the particularly preferable temperature measuring device 10 are preset in accordance with the two kinds of “observation wavelength selection methods” as described above.

測定部101は、測定対象物の熱放射光の大きさを測定して、熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを生成すると、生成した測定データを後述する演算処理部103に出力する。 When the measurement unit 101 measures the size of the thermal radiation of the measurement object and generates the measurement data indicating the detection result of the radiance of the thermal radiation, the generated measurement data is sent to the arithmetic processing unit 103 described later. Output.

演算処理部103は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、通信装置等により実現される。演算処理部103は、測定部101により実施される測定処理の統括的な制御を行う。また、演算処理部103は、測定部101により測定された測定データに基づいて、測定対象物の温度を算出するための演算処理を実施する。より詳細には、演算処理部103は、測定部101により生成された2種類の波長に対応する測定データと、先だって説明したようなプランクの黒体放射式から導出される、分光放射輝度と温度との間の関係式とに基づいて、測定対象物の温度を算出する。演算処理部103により算出された測定対象物の温度に関する情報は、表示画面等を介して画像として出力されたり、プリンタ等を介して印刷物として出力されたり、データそのものとして出力されたりする。 The arithmetic processing unit 103 is realized by a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a communication device, and the like. The arithmetic processing unit 103 controls the measurement process performed by the measuring unit 101 in a centralized manner. The arithmetic processing unit 103 also performs arithmetic processing for calculating the temperature of the measurement target based on the measurement data measured by the measuring unit 101. More specifically, the arithmetic processing unit 103 calculates the spectral radiance and the temperature derived from the measurement data corresponding to the two types of wavelengths generated by the measuring unit 101 and the Planck's black body radiation equation as described above. The temperature of the measuring object is calculated based on the relational expression between and. The information on the temperature of the measurement object calculated by the arithmetic processing unit 103 is output as an image via a display screen or the like, as a printed matter via a printer or the like, or as data itself.

なお、かかる演算処理部103の詳細な構成については、以下で改めて詳述する。 The detailed configuration of the arithmetic processing unit 103 will be described in detail below.

記憶部105は、例えば本実施形態に係る温度測定装置10が備えるRAMやストレージ装置等により実現される。記憶部105には、着目する吸収体の分光吸収係数や、過去の操業データ等を解析することにより得られる測定対象物の分光放射輝度や、分光吸収係数の補正に利用する重み係数などといった各種のパラメータやデータ等が格納される。また、これらのデータ以外にも、記憶部105には、本実施形態に係る温度測定装置10が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部105は、測定部101及び演算処理部103等が、自由にデータのリード/ライト処理を行うことが可能である。 The storage unit 105 is realized by, for example, a RAM, a storage device, or the like included in the temperature measuring device 10 according to this embodiment. The storage unit 105 stores various information such as the spectral absorption coefficient of the absorber of interest, the spectral radiance of the measurement target obtained by analyzing past operation data, and the weighting coefficient used to correct the spectral absorption coefficient. The parameters and data of are stored. In addition to these data, various parameters that need to be stored in the storage unit 105 when the temperature measuring device 10 according to the present embodiment performs some processing, the progress of processing, or the like, or Various databases and programs are recorded as appropriate. In the storage unit 105, the measurement unit 101, the arithmetic processing unit 103, and the like can freely perform data read/write processing.

これら測定部101、演算処理部103及び記憶部105は、図18Aに模式的に示したように、例えば二色放射温度計の一機能として一つの測定機器の内部に実現されていてもよい。また、上記測定部101、演算処理部103及び記憶部105は、例えば図18Bに示したように、複数の機器に分散して実装されていてもよい。図18Bに示した例では、例えば二色放射温度計として機能する測定ユニットの内部に、測定部101及び記憶部105の機能が実現されており、パーソナルコンピュータ、各種サーバ、各種プロセスコンピュータなどといった演算処理装置の内部に、演算処理部103及び記憶部105の機能が実現されている場合を図示している。なお、図18Bにおいて、記憶部105は測定ユニット及び演算処理装置のそれぞれに記憶部105a,105bとして実現されているが、記憶部105は、測定ユニットの内部のみに実現されていてもよいし、演算処理装置の内部にのみ実現されていてもよい。 The measurement unit 101, the arithmetic processing unit 103, and the storage unit 105 may be realized inside one measurement device as one function of a two-color radiation thermometer, as schematically shown in FIG. 18A. Further, the measurement unit 101, the arithmetic processing unit 103, and the storage unit 105 may be distributed and installed in a plurality of devices as illustrated in FIG. 18B, for example. In the example shown in FIG. 18B, the functions of the measurement unit 101 and the storage unit 105 are realized inside the measurement unit that functions as, for example, a two-color radiation thermometer, and calculations such as a personal computer, various servers, and various process computers are performed. The case where the functions of the arithmetic processing unit 103 and the storage unit 105 are realized in the processing device is illustrated. Note that in FIG. 18B, the storage unit 105 is realized as the storage units 105a and 105b in each of the measurement unit and the arithmetic processing device, but the storage unit 105 may be realized only inside the measurement unit, It may be realized only inside the arithmetic processing unit.

<測定部101の構成について>
続いて、図19〜図21を参照しながら、本実施形態に係る測定部101の構成例について、詳細に説明する。図19は、本実施形態に係る温度測定装置が備える測定部の構成の一例を模式的に示した説明図である。図20〜図21は、本実施形態に係る測定部における位置制御機構の構成の一例を模式的に示した説明図である。
<About the configuration of the measurement unit 101>
Subsequently, a configuration example of the measurement unit 101 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 19 to 21. FIG. 19 is an explanatory diagram schematically showing an example of the configuration of the measuring unit included in the temperature measuring device according to the present embodiment. 20 to 21 are explanatory views schematically showing an example of the configuration of the position control mechanism in the measuring unit according to the present embodiment.

本実施形態に係る測定部101は、二色放射温度計における光学系に対応するものであり、演算処理部103による制御のもとで稼働して、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を測定する。この測定部101は、図19に模式的に示したように、測定対象物からの熱放射光を受光する受光部111と、受光部111により受光した熱放射光を検出する検出部113と、測定対象物と受光部111との相対的な位置関係を変化させて、測定対象物の幅方向における熱放射光の分布を受光部111により測定させる位置制御機構115と、を有している。 The measuring unit 101 according to the present embodiment corresponds to an optical system in a two-color radiation thermometer, operates under the control of the arithmetic processing unit 103, and heats the near-infrared band emitted by the measurement target. Measure the emitted light. As schematically shown in FIG. 19, the measuring unit 101 includes a light receiving unit 111 that receives the heat radiation light from the measurement object, and a detection unit 113 that detects the heat radiation light received by the light receiving unit 111. A position control mechanism 115 that changes the relative positional relationship between the measurement target and the light receiving unit 111 and causes the light receiving unit 111 to measure the distribution of thermal radiation light in the width direction of the measurement target.

本実施形態に係る測定部101において、上記のような受光部111と検出部113とは、公知の各種の光伝達機構により光学的に接続されていればよい。このような光伝達機構として、例えば、公知の各種の光ファイバOFを挙げることができる。受光部111と検出部113とを、例えば光ファイバOFのような光伝達機構により接続することで、受光部111を、検出部113から分離して配置することが可能となり、本実施形態に係る温度測定装置を使用する際の利便性が更に向上する。 In the measurement unit 101 according to this embodiment, the light receiving unit 111 and the detection unit 113 as described above may be optically connected by various known light transmission mechanisms. As such a light transmission mechanism, for example, various known optical fibers OF can be cited. By connecting the light receiving unit 111 and the detection unit 113 by an optical transmission mechanism such as an optical fiber OF, the light receiving unit 111 can be arranged separately from the detection unit 113, and according to the present embodiment. The convenience when using the temperature measuring device is further improved.

受光部111は、図19に示したように、測定対象物からの熱放射光が受光する受光レンズ121と、受光レンズ121を透過した測定対象物からの熱放射光を、光ファイバOFに接続するための接続カプラ123と、を有している。この受光レンズ121及び接続カプラ123が、熱放射光を検出部113へと導光する導光光学系として機能している。 As shown in FIG. 19, the light receiving unit 111 connects the light receiving lens 121 that receives the heat radiation light from the measurement object and the heat radiation light from the measurement object that has passed through the light receiving lens 121 to the optical fiber OF. Connection coupler 123 for The light receiving lens 121 and the connection coupler 123 function as a light guiding optical system that guides the heat radiation light to the detection unit 113.

ここで、本実施形態に係る受光部111の具体的な構成については、特に限定されるものではない。例えば、図19では、受光レンズ121として、1枚の両凸レンズを図示しているが、受光レンズ121は、複数の光学素子で構成されたレンズ群であってもよい。また、受光レンズ121に用いられるレンズは特に限定されるものではなく、球面レンズや非球面レンズなどといった公知の光学素子を適宜利用することが可能である。接続カプラ123及び光ファイバOFについても、特に限定されるものではなく、公知の各種の接続カプラや光ファイバを用いることが可能である。 Here, the specific configuration of the light receiving unit 111 according to the present embodiment is not particularly limited. For example, in FIG. 19, one biconvex lens is illustrated as the light receiving lens 121, but the light receiving lens 121 may be a lens group including a plurality of optical elements. The lens used for the light receiving lens 121 is not particularly limited, and a known optical element such as a spherical lens or an aspherical lens can be appropriately used. The connecting coupler 123 and the optical fiber OF are not particularly limited, and various known connecting couplers and optical fibers can be used.

測定対象物からの熱放射光は、受光部111の受光レンズ121によって、略平行な光束となり、接続カプラ123へと到達する。接続カプラ123は、受光レンズ121から導光されてきた熱放射光を、光ファイバOFの一方の端部へと接続する。受光部111で受光され、その後、光ファイバOFによって伝達された測定対象物からの熱放射光は、検出部113へと導光される。 The heat radiation light from the measurement object is converted into a substantially parallel light flux by the light receiving lens 121 of the light receiving unit 111, and reaches the connection coupler 123. The connection coupler 123 connects the heat radiation light guided from the light receiving lens 121 to one end of the optical fiber OF. The heat radiation light from the measurement object, which is received by the light receiving unit 111 and then transmitted by the optical fiber OF, is guided to the detection unit 113.

検出部113は、図20に例示したように、光ファイバOFに光学的に接続されている接続カプラ151と、ビームスプリッタ153と、光学フィルタ155a,155bと、集光レンズ157a,157bと、センサ159a,159bと、を有している。
As illustrated in FIG. 20, the detection unit 113 includes a connection coupler 151 optically connected to the optical fiber OF, a beam splitter 153, optical filters 155a and 155b, condenser lenses 157a and 157b, and a sensor. 159a and 159b.

接続カプラ151を経た測定対象物からの熱放射光は、分岐光学素子の一例であるビームスプリッタ153まで導光される。ビームスプリッタ153まで到達した熱放射光の光束は、ビームスプリッタ153により2つの光路へと分岐される。 The heat radiation light from the measurement object that has passed through the connection coupler 151 is guided to a beam splitter 153 which is an example of a branch optical element. The luminous flux of the heat radiation light that has reached the beam splitter 153 is split into two optical paths by the beam splitter 153.

分岐後の一方の光路上には、図20に示したように、第1光学フィルタの一例である光学フィルタ155aが設けられており、分岐後のもう一方の光路上には、第2光学フィルタの一例である光学フィルタ155bが設けられている。 As shown in FIG. 20, an optical filter 155a, which is an example of a first optical filter, is provided on one optical path after branching, and a second optical filter 155a is provided on the other optical path after branching. An optical filter 155b, which is an example of the above, is provided.

光学フィルタ155a,155bは、波長選択フィルタとして機能し、熱放射光の波長を選択して、特定の波長を有する熱放射光を後段のセンサ159a、159bへと透過させるフィルタである。かかる光学フィルタ155a,155bについては、予め設定された2つの波長(観測波長)の光を透過させることが可能なものであれば、公知のものを使用可能である。また、上記「観測波長の選択方法」に関する知見で説明したように、かかる光学フィルタ155a,155bは、狭帯域の波長選択フィルタであってもよいし、一般的な帯域の(有限の帯域幅を有する)波長選択フィルタであってもよい。 The optical filters 155a and 155b are filters that function as wavelength selection filters, select the wavelength of the heat radiation light, and transmit the heat radiation light having a specific wavelength to the sensors 159a and 159b in the subsequent stage. As the optical filters 155a and 155b, known ones can be used as long as they can transmit light of two preset wavelengths (observation wavelengths). Further, as described in the knowledge regarding the “selection method of observation wavelength”, the optical filters 155a and 155b may be narrow band wavelength selection filters, or may be a general band (a finite bandwidth (Having) wavelength selection filter.

光学フィルタ155aを透過した、2つの観測波長のうち一方の波長の熱放射光は、集光レンズ157aによって、第1検出素子の一例であるセンサ159aへと集光される。また、光学フィルタ155bを透過した、2つの観測波長のうちもう一方の波長の熱放射光は、集光レンズ157bによって、第2検出素子の一例であるセンサ159bへと集光される。 The thermal radiation light having one of the two observation wavelengths that has passed through the optical filter 155a is condensed by the condenser lens 157a onto the sensor 159a which is an example of the first detection element. Further, the thermal radiation light having the other wavelength of the two observation wavelengths that has passed through the optical filter 155b is condensed by the condenser lens 157b onto the sensor 159b which is an example of the second detection element.

センサ159a,159bは、集光レンズ157a,157bにより導光された測定対象物からの熱放射光の分光放射輝度をそれぞれ検出し、得られた輝度信号のデータを生成する。その後、センサ159a,159bのそれぞれは、得られた輝度信号を演算処理部103に出力する。かかる輝度信号が、熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データに対応する。 The sensors 159a and 159b detect the spectral radiance of the thermal radiation light from the measurement object guided by the condenser lenses 157a and 157b, respectively, and generate the data of the obtained luminance signal. After that, each of the sensors 159a and 159b outputs the obtained luminance signal to the arithmetic processing unit 103. The brightness signal corresponds to the measurement data indicating the detection result of the radiance of the thermal radiation light.

ここで、センサ159a,159bについては特に限定されるものではなく、熱放射光の検出を行う上記のような2種類の波長に適したものであれば、公知のものを使用可能である。このようなセンサ(光検出器)の例としては、例えば、Siを用いた検出素子や、InGaAsを用いた検出素子などを挙げることができる。 Here, the sensors 159a and 159b are not particularly limited, and known ones can be used as long as they are suitable for the above-mentioned two kinds of wavelengths for detecting the heat radiation light. Examples of such a sensor (photodetector) include a detection element using Si and a detection element using InGaAs.

なお、図20において、集光レンズ157a,157bは、1つの両凸レンズを用いて模式的に図示されているが、これら集光レンズ157a,157bは、複数のレンズから構成されるレンズ群であってもよい。また、これら集光レンズ157a,157bに用いられるレンズは特に限定されるものではなく、球面レンズや非球面レンズなどといった公知の光学素子を適宜利用することが可能である。 Note that, in FIG. 20, the condenser lenses 157a and 157b are schematically illustrated by using one biconvex lens, but the condenser lenses 157a and 157b are a lens group including a plurality of lenses. May be. The lenses used for the condenser lenses 157a and 157b are not particularly limited, and known optical elements such as spherical lenses and aspherical lenses can be appropriately used.

ここで、本実施形態における、より好ましい温度測定装置10においては、2つの観測波長の組み合わせ(すなわち、光学フィルタ155a、155bそれぞれの透過波長)の一方として、例えば図12Aに示した第2波長選択領域から、1190nmが選択されたものとする。この場合に、もう一方の波長としては、1300nm付近から選択されることとなる。ここで、図12Aから明らかなように、かかる波長帯域においては、波長が長くなるにつれて水の分光吸収係数が上昇する。 Here, in the more preferable temperature measuring device 10 in the present embodiment, as one of the combinations of the two observation wavelengths (that is, the transmission wavelengths of the optical filters 155a and 155b), for example, the second wavelength selection shown in FIG. 12A is selected. It is assumed that 1190 nm is selected from the region. In this case, the other wavelength is selected from around 1300 nm. Here, as is clear from FIG. 12A, in this wavelength band, the spectral absorption coefficient of water increases as the wavelength becomes longer.

1300nm付近から選択する波長における分光吸収係数は、波長1190nmにおける分光吸収係数と一致することが求められる。一致しない場合には、先だって説明したような原理が成立しなくなり、一致度合いが低くなるに従い測温誤差が生じてしまう。 The spectral absorption coefficient at a wavelength selected from around 1300 nm is required to match the spectral absorption coefficient at a wavelength of 1190 nm. If they do not match, the principle described above does not hold, and a temperature measurement error occurs as the degree of matching decreases.

以下では、より好ましい温度測定装置10において、測温誤差が生じる様子を、次のような試験によって確認した。
すなわち、透過帯域の半値幅が約10nmであり、かつ、透過帯域の中心波長が1300.0nm、1301.8nm、1303.2nm、1304.2nm、1304.7である5種類の波長選択フィルタを用意して、900℃の状態にある測定対象物上において、吸収体である水が存在する場合と存在しない場合の温度指示値の差を調査した。得られた結果を、図21に示した。
In the following, in the more preferable temperature measuring device 10, the manner in which a temperature measurement error occurs is confirmed by the following test.
That is, five kinds of wavelength selection filters having a half-value width of the transmission band of about 10 nm and a center wavelength of the transmission band of 1300.0 nm, 1301.8 nm, 1303.2 nm, 1304.2 nm, 1304.7 are prepared. Then, on the measurement object in the state of 900° C., the difference between the temperature indication values in the case where the water as the absorber is present and the case where the water is not present is investigated. The obtained results are shown in FIG.

図21から明らかなように、中心波長が1303.2nmの波長選択フィルタであれば、水の有無にかかわらず温度測定値に変化がないことがわかる。これは、波長1190nmと波長1303.2nmとで水の分光吸収係数(放射光が水を透過する際の分光透過率)が正確に一致しているためである。すなわち、かかる中心波長を選択することで、水の影響をまったく受けることなく、温度を測定することが可能となる。 As is clear from FIG. 21, it is understood that the temperature measurement value does not change regardless of the presence or absence of water in the case of the wavelength selection filter having the center wavelength of 1303.2 nm. This is because the spectral absorption coefficient of water (spectral transmittance when radiated light passes through water) exactly matches at the wavelength of 1190 nm and the wavelength of 1303.2 nm. That is, by selecting such a central wavelength, the temperature can be measured without being affected by water.

一方、波長選択フィルタの透過帯域の中心波長が1303.2nmから長波長側に1nmずれると、水の分光透過率の不一致により、水膜の厚みが2.5mmの場合で約10℃の測温誤差が生じ、水膜の厚みが5mmの場合で約20℃の測温誤差が生じることがわかる。かかる結果から明らかなように、光学フィルタ155a,155bとして用いる波長選択フィルタの透過波長帯域(中心波長)は、見込まれる水膜の厚みや、測温誤差に求める精度等に応じて選択されることが好ましい。例えば、最大で5mm程度の厚みの水膜が見込まれるのであれば、波長選択フィルタの透過波長は、約±0.5nmの精度で選択されることが好ましい。また、測温誤差を±10℃の範囲内としたいのであれば、波長選択フィルタの透過波長帯域の幅は、1.0nm程度とすることが好ましい。 On the other hand, when the center wavelength of the transmission band of the wavelength selection filter deviates from 1303.2 nm by 1 nm to the long wavelength side, due to the mismatch of the spectral transmittance of water, the temperature of about 10°C is measured when the water film thickness is 2.5 mm. It is understood that an error occurs and a temperature measurement error of about 20° C. occurs when the water film has a thickness of 5 mm. As is clear from these results, the transmission wavelength band (center wavelength) of the wavelength selection filters used as the optical filters 155a and 155b should be selected according to the expected thickness of the water film, the accuracy required for the temperature measurement error, and the like. Is preferred. For example, if a water film having a maximum thickness of about 5 mm is expected, the transmission wavelength of the wavelength selection filter is preferably selected with an accuracy of about ±0.5 nm. Further, if it is desired to keep the temperature measurement error within the range of ±10° C., the width of the transmission wavelength band of the wavelength selection filter is preferably set to about 1.0 nm.

再び図19に戻って、本実施形態に係る位置制御機構115について説明する。
本実施形態に係る位置制御機構115は、先だって言及したように、測定対象物と受光部111との相対的な位置関係を変化させて、測定対象物の幅方向における熱放射光の分布を受光部111により測定させる機構である。これにより、本実施形態に係る温度測定装置10では、着目している測定対象物について、コーナー部を含む幅方向の温度分布を測定することが可能となる。
Returning to FIG. 19 again, the position control mechanism 115 according to the present embodiment will be described.
As described above, the position control mechanism 115 according to the present embodiment changes the relative positional relationship between the measurement target and the light receiving unit 111 to receive the distribution of thermal radiation light in the width direction of the measurement target. This is a mechanism for measuring by the unit 111. As a result, with the temperature measuring device 10 according to the present embodiment, it is possible to measure the temperature distribution in the width direction including the corner portion of the measurement object of interest.

また、測定に用いられる上記センサ159a,159bについて、測定視野内での温度演算に要する最低限の放射光量である最小放射光量が予め特定されているときに、位置制御機構115は、センサ159a,159bについて、測定視野内において検出される放射光量が上記最小放射光量未満となるまで、測定対象物と受光部111との相対的な位置関係を変化させることが好ましい。これにより、本実施形態に係る温度測定装置10では、着目している測定対象物について、コーナー部を含む幅方向の温度分布を、より一層正確に測定することが可能となる。 Further, regarding the sensors 159a and 159b used for measurement, when the minimum emitted light amount which is the minimum emitted light amount required for temperature calculation in the measurement visual field is specified in advance, the position control mechanism 115 causes the sensor 159a, For 159b, it is preferable to change the relative positional relationship between the measurement object and the light receiving unit 111 until the amount of emitted light detected in the measurement visual field becomes less than the minimum amount of emitted light. As a result, in the temperature measuring device 10 according to the present embodiment, it becomes possible to more accurately measure the temperature distribution in the width direction including the corner portion of the measurement object of interest.

以下では、図22A〜図23を参照しながら、本実施形態に係る位置制御機構115について、より具体的に説明する。 Hereinafter, the position control mechanism 115 according to the present embodiment will be described more specifically with reference to FIGS. 22A to 23.

本実施形態に係る位置制御機構115は、例えば図22Aに模式的に示したように、受光部111を、測定対象物の幅方向に沿って移動させる駆動機構であってもよい。図22Aにおいて、紙面に対して垂直な方向が、測定対象物の長手方向であり、測定対象物の表面法線方向が、測定対象物の厚み方向であり、長手方向及び厚み方向の双方に対して直交する方向が、測定対象物の幅方向であるものとする。この際に、位置制御機構115として機能する駆動機構が、受光部111を、測定対象物の幅方向に沿って移動させることで、受光部111と測定対象物との間の相対的な位置関係が変化して、着目している測定対象物について、幅方向の温度分布を測定することが可能となる。 The position control mechanism 115 according to the present embodiment may be a drive mechanism that moves the light receiving unit 111 along the width direction of the measurement target, as schematically shown in FIG. 22A, for example. In FIG. 22A, the direction perpendicular to the paper surface is the longitudinal direction of the measurement target, the surface normal direction of the measurement target is the thickness direction of the measurement target, and for both the longitudinal direction and the thickness direction. The direction orthogonal to each other is the width direction of the measurement target. At this time, the drive mechanism that functions as the position control mechanism 115 moves the light receiving unit 111 along the width direction of the measurement target object, so that the relative positional relationship between the light reception unit 111 and the measurement target object. Changes, it becomes possible to measure the temperature distribution in the width direction for the measurement object of interest.

このような駆動機構としては、特に限定されるものではなく、例えばアクチュエータ等のような、公知の各種の駆動機構を適宜利用することが可能である。 Such a drive mechanism is not particularly limited, and various known drive mechanisms such as actuators can be appropriately used.

また、本実施形態に係る位置制御機構115は、測定対象物の表面法線方向と、受光部111の光軸と、のなす角を変化させる角度制御機構であってもよい。例えば図22Bにおいて、紙面に対して垂直な方向が、測定対象物の長手方向であり、測定対象物の表面法線方向が、測定対象物の厚み方向であり、長手方向及び厚み方向の双方に対して直交する方向が、測定対象物の幅方向であるものとする。この際に、長手方向に対して平行な方向に回転軸を設け、受光部111が、回転軸を軸として−φ°から+φ°の範囲内で回転することで、受光部111と測定対象物との間の相対的な位置関係が変化して、着目している測定対象物について、幅方向の温度分布を測定することが可能となる。 Further, the position control mechanism 115 according to the present embodiment may be an angle control mechanism that changes the angle formed by the surface normal direction of the measurement target and the optical axis of the light receiving unit 111. For example, in FIG. 22B, the direction perpendicular to the paper surface is the longitudinal direction of the measurement target, the surface normal direction of the measurement target is the thickness direction of the measurement target, and in both the longitudinal direction and the thickness direction. It is assumed that the direction orthogonal to the direction is the width direction of the measurement object. At this time, a rotation axis is provided in a direction parallel to the longitudinal direction, and the light receiving unit 111 rotates about the rotation axis within a range of −φ° to +φ°, whereby the light receiving unit 111 and the measurement target object. The relative positional relationship between and changes, and it becomes possible to measure the temperature distribution in the width direction of the measurement object of interest.

ここで、回転角φは、受光部111の光軸と、測定対象物の表面法線方向と、のなす角に対応している。また、回転角φの大きさは、特に限定されるものではなく、測定対象物の幅と、受光部111の設置高さ(測定対象物の表面からの高さ)と、に応じて適宜設定すればよい。ただし、回転角φの大きさ|φ|が45°を超える場合には、受光部111に受光する熱放射光のエネルギーが小さくなりすぎることがあるため、回転角φの大きさ|φ|は、0°以上45°以下であることが好ましい。なお、かかる回転角φは、図16に示したモデルにおける角度θに対応している。 Here, the rotation angle φ corresponds to the angle formed by the optical axis of the light receiving unit 111 and the surface normal direction of the measurement target. Further, the size of the rotation angle φ is not particularly limited, and is appropriately set according to the width of the measurement target and the installation height of the light receiving unit 111 (height from the surface of the measurement target). do it. However, when the size |φ| of the rotation angle φ exceeds 45°, the energy of the thermal radiation light received by the light receiving unit 111 may be too small, and therefore the size |φ| , 0° or more and 45° or less. The rotation angle φ corresponds to the angle θ 0 in the model shown in FIG.

図22Bに示したような角度調整機構として、例えば、アクチュエータ等を用いた公知の各種の首振り機構を適用してもよいし、ティルト機構を有する撮像レンズや、ティルト機構及びシフト機構を有する撮像レンズ等といった各種の撮像レンズを用いてもよい。 As the angle adjusting mechanism shown in FIG. 22B, for example, various known swinging mechanisms using an actuator or the like may be applied, or an image pickup lens having a tilt mechanism, or an image pickup having a tilt mechanism and a shift mechanism. Various imaging lenses such as lenses may be used.

また、測定対象物の表面法線方向と、受光部111の光軸と、のなす角を変化させる角度制御機構として、例えば図23に示したような、回転するミラーを用いた機構を利用することも可能である。図23において、紙面に対して垂直な方向が、測定対象物の幅方向であり、測定対象物の表面法線方向が、測定対象物の厚み方向であり、長手方向及び厚み方向の双方に対して直交する方向が、測定対象物の長手方向であるものとする。図23に示した例では、受光部111における導光光学系(すなわち、受光ミラー121及び接続カプラ123)と、測定対象物との間に、測定対象物の表面法線方向に対して、斜めにミラーMが設けられており、測定対象物の表面法線方向と、受光レンズ121と接続カプラ123とを結ぶ光軸と、が互いに直交するように設定されている。 Further, as an angle control mechanism for changing the angle formed by the surface normal direction of the measuring object and the optical axis of the light receiving unit 111, for example, a mechanism using a rotating mirror as shown in FIG. 23 is used. It is also possible. In FIG. 23, the direction perpendicular to the paper surface is the width direction of the measurement target, the surface normal direction of the measurement target is the thickness direction of the measurement target, and for both the longitudinal direction and the thickness direction. The direction orthogonal to each other is the longitudinal direction of the measurement object. In the example shown in FIG. 23, between the light guide optical system (that is, the light receiving mirror 121 and the connection coupler 123) in the light receiving unit 111 and the measurement target, the direction oblique to the surface normal direction of the measurement target is oblique. Is provided with a mirror M, and the surface normal direction of the object to be measured and the optical axis connecting the light receiving lens 121 and the connection coupler 123 are set to be orthogonal to each other.

この際、受光レンズ121と接続カプラ123とを結ぶ光軸(換言すれば、測定対象物の長手方向)を回転軸として、ミラーMを所定角度回転させることで、測定対象物の表面法線方向と受光部111の光軸とのなす角を変化させることができる。これにより、受光部111と測定対象物との間の相対的な位置関係が変化して、着目している測定対象物について、幅方向の温度分布を測定することが可能となる。 At this time, the mirror M is rotated by a predetermined angle with the optical axis connecting the light receiving lens 121 and the connection coupler 123 (in other words, the longitudinal direction of the measurement target) as a rotation axis, whereby the surface normal direction of the measurement target is measured. It is possible to change the angle formed by the optical axis of the light receiving unit 111. As a result, the relative positional relationship between the light receiving unit 111 and the measurement target changes, and the temperature distribution in the width direction can be measured for the measurement target of interest.

図23に示した例においても、ミラーMの回転軸周りの回転角の大きさは、特に限定されるものではなく、測定対象物の幅と、受光部111の設置高さ(測定対象物の表面からの高さ)と、に応じて適宜設定すればよい。ただし、回転角の大きさが45°を超える場合には、受光部111に受光する熱放射光のエネルギーが小さくなりすぎることがあるため、回転角の大きさは、0°以上45°以下であることが好ましい。 Also in the example shown in FIG. 23, the size of the rotation angle of the mirror M about the rotation axis is not particularly limited, and the width of the measurement target and the installation height of the light receiving unit 111 (measurement target). The height from the surface) may be set appropriately. However, if the size of the rotation angle exceeds 45°, the energy of the heat radiation light received by the light receiving unit 111 may be too small. Therefore, the size of the rotation angle is 0° or more and 45° or less. Preferably.

図23に示したような角度調整機構は、例えばアクチュエータ等の公知の駆動機構と、公知の各種のミラーと、を用いることで、実現することが可能である。 The angle adjusting mechanism as shown in FIG. 23 can be realized by using a known drive mechanism such as an actuator and various known mirrors.

また、本実施形態に係る測定部101において、位置制御機構115は、図22Aに示したような駆動機構と、図22B又は図23に示したような角度調整機構と、を組み合わせたものであってもよい。 Further, in the measuring unit 101 according to the present embodiment, the position control mechanism 115 is a combination of the drive mechanism shown in FIG. 22A and the angle adjustment mechanism shown in FIG. 22B or 23. May be.

ここで、図22Aに示したような駆動機構における幅方向への移動速度や、図22B及び図23に示したような角度調整機構における回転速度については、特に限定されるものではない。ただし、測定対象物が、例えば搬送ライン上を移動しているようなものである場合には、測定対象物の搬送速度を考慮して、測定対象物の移動タイミングと同期させるように、移動速度や回転速度を決定することが好ましく、また、検出部113におけるセンサ159a,159bの検出レート(測定周期)についても、測定対象物の搬送速度と同期させることが好ましい。 Here, the moving speed in the width direction of the drive mechanism as shown in FIG. 22A and the rotation speed of the angle adjusting mechanism as shown in FIGS. 22B and 23 are not particularly limited. However, in the case where the measurement object is, for example, moving on a conveyance line, the movement speed is adjusted so as to be synchronized with the movement timing of the measurement object in consideration of the conveyance speed of the measurement object. The rotation speed is preferably determined, and the detection rates (measurement cycles) of the sensors 159a and 159b in the detection unit 113 are also preferably synchronized with the conveyance speed of the measurement target.

以上、図19〜図23を参照しながら、本実施形態に係る測定部101の構成例を簡単に説明した。 The configuration example of the measuring unit 101 according to the present embodiment has been briefly described above with reference to FIGS. 19 to 23.

<演算処理部103の構成例について>
次に、図24及び図25を参照しながら、本実施形態に係る演算処理部103の構成例について説明する。図24は、本実施形態に係る演算処理部103の構成例を示したブロック図であり、図25は、本実施形態に係る、より好ましい温度測定装置10における演算処理部103の構成例を示したブロック図である。
<Regarding Configuration Example of Arithmetic Processing Unit 103>
Next, a configuration example of the arithmetic processing unit 103 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 24 and 25. FIG. 24 is a block diagram showing a configuration example of the arithmetic processing unit 103 according to the present embodiment, and FIG. 25 shows a configuration example of the arithmetic processing unit 103 in a more preferable temperature measuring device 10 according to the present embodiment. FIG.

本実施形態に係る演算処理部103は、図24に例示したように、測定制御部171と、データ取得部173と、温度算出部175と、結果出力部177と、表示制御部179と、を主に備える。 As illustrated in FIG. 24, the arithmetic processing unit 103 according to the present embodiment includes a measurement control unit 171, a data acquisition unit 173, a temperature calculation unit 175, a result output unit 177, and a display control unit 179. Prepare mainly.

測定制御部171は、例えば、CPU、ROM、RAM、入力装置、出力装置、通信装置等により実現される。測定制御部171は、本実施形態に係る温度測定装置10の機能を統括的に制御する処理部である。また、測定制御部171は、先だって説明したような2種類の波長における測定対象物からの熱放射光を測定するように、測定部101の動作を制御する。更に、測定制御部171は、必要に応じて、温度算出部175及び厚み算出部177に対して、装置の配置条件等を含む熱放射光の測定条件等のような各種設定値を出力することも可能である。 The measurement control unit 171 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an input device, an output device, a communication device, and the like. The measurement control unit 171 is a processing unit that integrally controls the functions of the temperature measuring device 10 according to the present embodiment. Further, the measurement control unit 171 controls the operation of the measurement unit 101 so as to measure the heat radiation light from the measurement object at the two types of wavelengths as described above. Furthermore, the measurement control unit 171 outputs various set values such as the measurement conditions of the thermal radiation light including the arrangement conditions of the device to the temperature calculation unit 175 and the thickness calculation unit 177 as necessary. Is also possible.

データ取得部173は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。データ取得部173は、測定部101によって生成された2種類の波長における輝度信号を取得し、後述する温度算出部175へと出力する。また、データ取得部173は、取得した2種類の波長における輝度信号に、当該輝度信号を取得した日時等に関する時刻情報を関連づけて、履歴情報として記憶部105に格納してもよい。 The data acquisition unit 173 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a communication device, and the like. The data acquisition unit 173 acquires the brightness signals at the two types of wavelengths generated by the measurement unit 101, and outputs the brightness signals to the temperature calculation unit 175 described later. Further, the data acquisition unit 173 may associate the acquired brightness signals at the two types of wavelengths with time information regarding the date and time when the brightness signals were acquired, and store the history information in the storage unit 105.

温度算出部175は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。温度算出部175は、データ取得部173から出力された2種類の波長における輝度信号を利用して、一方の輝度信号を他方の輝度信号で除した二色比(換言すれば、分光放射輝度の比)を算出する。また、温度算出部175は、算出した二色比と、二色比と温度との間の関係式と、を利用して、測定対象物の温度を算出する。 The temperature calculation unit 175 is realized by, for example, a CPU, ROM, RAM and the like. The temperature calculation unit 175 utilizes the luminance signals at the two types of wavelengths output from the data acquisition unit 173, and divides one luminance signal by the other luminance signal to obtain a dichroic ratio (in other words, the spectral radiance Ratio). Further, the temperature calculation unit 175 calculates the temperature of the measurement target by using the calculated dichroic ratio and the relational expression between the dichroic ratio and the temperature.

なお、温度算出部175が二色比Rを算出する際に、2種類の波長λ、λのどちらの輝度信号を分母とし、どちらの輝度信号を分子として演算を行うかについては、特に限定するものではなく、演算処理中において基準とする輝度信号を変更しないようにしておけばよい。 Note that when the temperature calculation unit 175 calculates the dichroic ratio R, which luminance signal of the two types of wavelengths λ 1 and λ 2 is used as the denominator and which luminance signal is used as the numerator for calculation is particularly important. The present invention is not limited to this, and it suffices that the reference luminance signal is not changed during the arithmetic processing.

温度算出部175は、上記のようにして算出した測定対象物の温度Tに関する情報を、後述する結果出力部177に出力する。 The temperature calculation unit 175 outputs the information regarding the temperature T of the measurement target calculated as described above to the result output unit 177 described later.

結果出力部177は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置、通信装置等により実現される。結果出力部177は、温度算出部175から出力された測定対象物の温度Tに関する情報を、温度測定装置10のユーザに出力する。具体的には、結果出力部177は、温度の測定結果に対応するデータを、当該データが生成された日時等に関する時刻データと関連づけて、各種サーバや制御装置に出力したり、プリンタ等の出力装置を利用して、紙媒体として出力したりする。また、結果出力部177は、判定結果に対応するデータを、外部に設けられたコンピュータ等の各種の情報処理装置に出力してもよいし、各種の記録媒体に出力してもよい。 The result output unit 177 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an output device, a communication device, and the like. The result output unit 177 outputs the information about the temperature T of the measurement object output from the temperature calculation unit 175 to the user of the temperature measurement device 10. Specifically, the result output unit 177 associates the data corresponding to the temperature measurement result with the time data regarding the date and time when the data was generated, and outputs the data to various servers or control devices or outputs from a printer or the like. The device is used to output as a paper medium. Further, the result output unit 177 may output the data corresponding to the determination result to various information processing devices such as a computer provided outside or to various recording media.

また、結果出力部177は、温度の測定結果に対応するデータを、温度測定装置10に設けられたディスプレイ等の出力装置や、外部に設けられた各種機器の有するディスプレイ等に出力する際には、後述する表示制御部179と連携して判定結果を出力する。 In addition, when the result output unit 177 outputs data corresponding to the temperature measurement result to an output device such as a display provided in the temperature measuring device 10 or a display included in various externally provided devices, The determination result is output in cooperation with the display control unit 179 described later.

表示制御部179は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置、通信装置等により実現される。表示制御部179は、温度の測定結果及び厚みの算出結果に対応するデータをディスプレイ等の各種表示装置に表示させる際の表示制御を行う。これにより、温度測定装置10のユーザは、測定対象物の温度に関する測定結果、及び、吸収体の厚みに関する算出結果を、その場で把握することが可能となる。 The display control unit 179 is realized by, for example, a CPU, ROM, RAM, output device, communication device, and the like. The display control unit 179 performs display control when displaying data corresponding to the temperature measurement result and the thickness calculation result on various display devices such as a display. As a result, the user of the temperature measuring device 10 can grasp the measurement result regarding the temperature of the measurement object and the calculation result regarding the thickness of the absorber on the spot.

また、本実施形態における、より好ましい温度測定装置10の演算処理部103は、図25に示したように、測定制御部171と、データ取得部173と、表示制御部179と、温度算出部181と、厚み算出部183と、結果出力部185と、を主に備える。 Further, as shown in FIG. 25, the more preferable arithmetic processing unit 103 of the temperature measuring apparatus 10 in the present embodiment is a measurement control unit 171, a data acquisition unit 173, a display control unit 179, and a temperature calculation unit 181. A thickness calculation unit 183 and a result output unit 185 are mainly provided.

ここで、より好ましい温度測定装置10における測定制御部171、データ取得部173、及び、表示制御部179については、図24に示した演算処理部103と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものであるため、以下では詳細な説明は省略する。 Here, the more preferable measurement control unit 171, data acquisition unit 173, and display control unit 179 in the temperature measuring device 10 have the same configuration as the arithmetic processing unit 103 shown in FIG. The detailed description is omitted below.

温度算出部181は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。温度算出部181は、データ取得部173から出力された2種類の波長における輝度信号を利用して、一方の輝度信号を他方の輝度信号で除した二色比(換言すれば、分光放射輝度の比)を算出する。また、温度算出部181は、算出した二色比と、二色比と温度との間の関係式と、を利用して、測定対象物の温度を算出する。 The temperature calculation unit 181 is realized by, for example, a CPU, ROM, RAM and the like. The temperature calculation unit 181 uses the luminance signals at the two types of wavelengths output from the data acquisition unit 173 to divide one luminance signal by the other luminance signal to obtain a dichroic ratio (in other words, the spectral radiance Ratio). Further, the temperature calculation unit 181 calculates the temperature of the measurement object by using the calculated dichroic ratio and the relational expression between the dichroic ratio and the temperature.

上記式(6)からも明らかなように、二色比Rは、2つの波長における輝度信号の一方を、他方の輝度信号で除することで算出できる。一方、本実施形態における、より好ましい温度測定装置10では、上記式(7)及び式(8)に示したように、吸収体による熱放射光の吸収を考慮しているため、二色比Rは、上記式(7)及び式(8)を利用して式(6)と同様に式の導出を行うと、下記の式(16)により表される。 As is clear from the above equation (6), the dichroic ratio R can be calculated by dividing one of the luminance signals at the two wavelengths by the other luminance signal. On the other hand, in the more preferable temperature measuring device 10 in the present embodiment, since the absorption of the thermal radiation light by the absorber is taken into consideration as shown in the above formulas (7) and (8), the dichroic ratio R Is expressed by the following expression (16) when the expression is derived in the same manner as the expression (6) using the above expressions (7) and (8).

Figure 2020128981
Figure 2020128981

先だって説明した知見からも明らかなように、本実施形態に係る測定部101では、吸収体の分光吸収係数が互いに同一となる波長において、分光放射輝度が測定されている。そのため、上記式(16)の中辺第1項に示した吸収体による吸収に関する項は、分子・分母で互いに打ち消しあって、値が1となる。従って、上記式(16)の右辺におけるRλ及びΛは、上記式(6a)及び式(6b)と同一となる。 As is clear from the findings described above, the measurement unit 101 according to the present embodiment measures the spectral radiance at the wavelengths at which the absorbers have the same spectral absorption coefficient. Therefore, the terms relating to absorption by the absorber shown in the first term of the median side of the equation (16) cancel each other out in the numerator and denominator, and the value becomes 1. Therefore, R λ and Λ on the right side of the equation (16) are the same as the equations (6a) and (6b).

ここで、式(6a)及び式(6b)に示したRλ及びΛは、測定部101から取得可能な測定条件から決まる定数となる。従って、温度算出部181は、算出した二色比Rと、上記式(16)における(最左辺=最右辺)という関係式と、を利用して、測定対象物の温度Tを算出することが可能となる。 Here, R λ and Λ shown in the equations (6a) and (6b) are constants determined by the measurement conditions that can be acquired from the measurement unit 101. Therefore, the temperature calculation unit 181 can calculate the temperature T of the measurement target using the calculated dichroic ratio R and the relational expression (leftmost side=rightmost side) in the above equation (16). It will be possible.

なお、温度算出部181が二色比Rを算出する際に、2種類の波長λ、λのどちらの輝度信号を分母とし、どちらの輝度信号を分子として演算を行うかについては、特に限定するものではなく、演算処理中において基準とする輝度信号を変更しないようにしておけばよい。 Note that when the temperature calculation unit 181 calculates the dichroic ratio R, which luminance signal of the two types of wavelengths λ 1 and λ 2 is used as the denominator and which luminance signal is used as the numerator for calculation is particularly important. The present invention is not limited to this, and it suffices that the reference luminance signal is not changed during the arithmetic processing.

また、温度算出部181は、上記式(16)で表される二色比Rを介することなく、上記式(7)及び式(8)を利用して、温度を直接算出してもよい。すなわち、2種類の波長λ、λにおける放射率εが既知であれば、上記式(7)及び式(8)における未知数は、温度Tと、水膜の厚みtの2つとなる。従って、温度算出部175は、上記式(7)及び式(8)を連立させて連立方程式の解を求めることで、温度Tを算出することができる。更に、2種類の波長λ、λにおける放射率εが未知であったとしても、波長λでの放射率εと波長λでの放射率εが互いに等しければ、同様に、上記式(7)及び式(8)を連立させて、温度Tを直接算出することが可能である。ここで、連立方程式の解法は特に限定されるものではなく、例えば、解析的に解ける場合には解析的に解いてもよいし、数値演算により求解してもよいし、最適値問題として求解してもよい。 Further, the temperature calculation unit 181 may directly calculate the temperature by using the above equations (7) and (8) without using the dichroic ratio R represented by the above equation (16). That is, if the emissivity ε at two types of wavelengths λ 1 and λ 2 is known, the unknowns in the above formulas (7) and (8) are the temperature T and the thickness t of the water film. Therefore, the temperature calculation unit 175 can calculate the temperature T by simultaneously solving the above equations (7) and (8) to obtain the solution of the simultaneous equations. Further, even if the emissivity ε at the two kinds of wavelengths λ 1 and λ 2 is unknown, if the emissivity ε at the wavelength λ 1 and the emissivity ε at the wavelength λ 2 are equal to each other, similarly, It is possible to directly calculate the temperature T by using the simultaneous equations (7) and (8). Here, the solution method of the simultaneous equations is not particularly limited, and for example, when it can be solved analytically, it may be solved analytically, may be solved by numerical calculation, or may be solved as an optimum value problem. May be.

温度算出部181は、上記のようにして算出した測定対象物の温度Tに関する情報を、後述する厚み算出部183及び結果出力部185に出力する。 The temperature calculation unit 181 outputs the information regarding the temperature T of the measurement object calculated as described above to the thickness calculation unit 183 and the result output unit 185 described later.

厚み算出部183は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。厚み算出部183は、得られた測定対象物の温度から算出した、2種類の波長の何れかにおける黒体放射輝度と、測定された熱放射光の放射輝度と、吸収体の2種類の波長における分光吸収係数と、吸収体の測定対象物側の界面における熱放射光の反射率と、吸収体の測定部101側の界面における熱放射光の反射率と、測定時における測定部101での設定条件と、を用いて、吸収体の厚みを更に算出する。 The thickness calculator 183 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The thickness calculator 183 calculates the black body radiance at any of the two wavelengths calculated from the obtained temperature of the measurement object, the radiance of the measured thermal radiation, and the two wavelengths of the absorber. At the measuring object side of the absorber, the reflectance of the thermal radiation at the interface of the absorber on the side of the measuring object, the reflectance of the thermal radiation at the interface of the absorber on the side of measuring unit 101, and Using the setting conditions and, the thickness of the absorber is further calculated.

より詳細には、厚み算出部183は、データ取得部173から出力された2種類の波長における輝度信号(分光放射輝度)の測定値と、温度算出部181が算出した測定対象物の温度Tとを用いて、上記式(14)に基づき、透過率τを算出する。また、厚み算出部183は、得られた透過率τと、吸収体における熱放射光の反射率ρ、ρと、吸収体の分光吸収係数αと、測定部101における受光部111の設置条件(具体的には、測定対象物の表面法線方向と、受光部111の光軸とのなす角θ)と、を用いて、上記式(15)に基づき、吸収体の厚みtを算出する。 More specifically, the thickness calculator 183 measures the measured values of the luminance signal (spectral radiance) at the two types of wavelengths output from the data acquirer 173 and the temperature T of the measurement target calculated by the temperature calculator 181. Is used to calculate the transmittance τ based on the above equation (14). The thickness calculator 183 also obtains the transmittance τ, the reflectances ρ p and ρ s of the heat radiation light in the absorber, the spectral absorption coefficient α of the absorber, and the installation of the light receiver 111 in the measurement unit 101. The thickness t of the absorber is calculated based on the above equation (15) using the condition (specifically, the angle θ formed by the surface normal direction of the measurement target and the optical axis of the light receiving unit 111). To do.

厚み算出部183は、上記のようにして算出した吸収体の厚みtに関する情報を、後述する結果出力部185に出力する。 The thickness calculation unit 183 outputs the information regarding the thickness t of the absorber calculated as described above to the result output unit 185 described later.

結果出力部185は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置、通信装置等により実現される。結果出力部185は、温度算出部181から出力された測定対象物の温度Tに関する情報や、厚み算出部183から出力された吸収体の厚みtに関する情報を、温度測定装置10のユーザに出力する。具体的には、結果出力部185は、温度の測定結果及び厚みの算出結果に対応するデータを、当該データが生成された日時等に関する時刻データと関連づけて、各種サーバや制御装置に出力したり、プリンタ等の出力装置を利用して、紙媒体として出力したりする。また、結果出力部185は、判定結果に対応するデータを、外部に設けられたコンピュータ等の各種の情報処理装置に出力してもよいし、各種の記録媒体に出力してもよい。 The result output unit 185 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an output device, a communication device, and the like. The result output unit 185 outputs the information about the temperature T of the measurement object output from the temperature calculation unit 181 and the information about the thickness t of the absorber output from the thickness calculation unit 183 to the user of the temperature measurement device 10. .. Specifically, the result output unit 185 outputs the data corresponding to the temperature measurement result and the thickness calculation result to various servers and control devices in association with the time data regarding the date and time when the data was generated. , Output as a paper medium using an output device such as a printer. Further, the result output unit 185 may output the data corresponding to the determination result to various information processing devices such as a computer provided outside, or may output the data to various recording media.

また、結果出力部185は、温度の測定結果及び厚みの算出結果に対応するデータを、温度測定装置10に設けられたディスプレイ等の出力装置や、外部に設けられた各種機器の有するディスプレイ等に出力する際には、表示制御部179と連携して判定結果を出力する。 Further, the result output unit 185 outputs data corresponding to the temperature measurement result and the thickness calculation result to an output device such as a display provided in the temperature measuring device 10 or a display included in various externally provided devices. When outputting, the determination result is output in cooperation with the display control unit 179.

以上、本実施形態に係る演算処理部103の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、CPU等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。 Heretofore, an example of the function of the arithmetic processing unit 103 according to the present embodiment has been shown. Each component described above may be configured by using a general-purpose member or circuit, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. Further, the CPU or the like may perform all the functions of each component. Therefore, the configuration to be used can be appropriately changed according to the technical level at the time of implementing the present embodiment.

なお、上述のような本実施形態に係る演算処理部の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。 Note that it is possible to create a computer program for realizing each function of the arithmetic processing unit according to the present embodiment as described above, and install the computer program in a personal computer or the like. It is also possible to provide a computer-readable recording medium in which such a computer program is stored. The recording medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory, or the like. Further, the above computer program may be distributed, for example, via a network without using a recording medium.

以上、図18A〜図25を参照しながら、本実施形態に係る温度測定装置10の構成について、詳細に説明した。 The configuration of the temperature measuring device 10 according to the present embodiment has been described above in detail with reference to FIGS. 18A to 25.

なお、着目する測定対象物の幅方向の大きさによっては、1つの温度測定装置10を用いたのみでは、測定対象物の幅方向の全域について、温度測定を実施できない可能性も生じうる。その際には、本実施形態に係る温度測定装置10を、測定対象物の幅方向に沿って、複数設置することで、測定対象物の幅方向の全域について、温度測定を実施することが可能となる。 Depending on the size of the measurement target of interest in the width direction, there is a possibility that the temperature measurement cannot be performed for the entire width direction of the measurement target by using only one temperature measuring device 10. In that case, by installing a plurality of temperature measuring devices 10 according to the present embodiment along the width direction of the measurement object, it is possible to perform temperature measurement over the entire width direction of the measurement object. Becomes

<ハードウェア構成について>
次に、図26を参照しながら、本発明の実施形態に係る温度測定装置10のハードウェア構成について、詳細に説明する。図26は、本発明の実施形態に係る温度測定装置10のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
<About hardware configuration>
Next, the hardware configuration of the temperature measuring device 10 according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 26 is a block diagram for explaining the hardware configuration of the temperature measuring device 10 according to the embodiment of the present invention.

温度測定装置10は、主に、CPU901と、ROM903と、RAM905と、を備える。また、温度測定装置10は、更に、ホストバス907、ブリッジ909、外部バス911、インターフェース913、測定部101、入力装置915、出力装置917、ストレージ装置919、ドライブ921、接続ポート923及び通信装置925を備える。 The temperature measuring device 10 mainly includes a CPU 901, a ROM 903, and a RAM 905. The temperature measuring device 10 further includes a host bus 907, a bridge 909, an external bus 911, an interface 913, a measuring unit 101, an input device 915, an output device 917, a storage device 919, a drive 921, a connection port 923, and a communication device 925. Equipped with.

CPU901は、中心的な処理装置及び制御装置として機能し、ROM903、RAM905、ストレージ装置919、又は、リムーバブル記録媒体927に記録された各種プログラムに従って、温度測定装置10内の動作全般又はその一部を制御する。ROM903は、CPU901が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。RAM905は、CPU901が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはCPUバス等の内部バスにより構成されるホストバス907により相互に接続されている。 The CPU 901 functions as a central processing unit and a control unit, and according to various programs recorded in the ROM 903, the RAM 905, the storage device 919, or the removable recording medium 927, the whole operation of the temperature measuring device 10 or a part thereof is performed. Control. The ROM 903 stores programs used by the CPU 901, calculation parameters, and the like. The RAM 905 temporarily stores a program used by the CPU 901, parameters that change appropriately during execution of the program, and the like. These are connected to each other by a host bus 907 composed of an internal bus such as a CPU bus.

ホストバス907は、ブリッジ909を介して、PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface)バスなどの外部バス911に接続されている。 The host bus 907 is connected to an external bus 911 such as a PCI (Peripheral Component Interconnect/Interface) bus via a bridge 909.

測定部101は、上記のように、測定対象物からの熱放射光を検出して、分光放射輝度の大きさを測定する。 As described above, the measuring unit 101 detects the thermal radiation light from the measurement target and measures the magnitude of the spectral radiance.

入力装置915は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置915は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段(いわゆる、リモコン)であってもよいし、温度測定装置10の操作に対応した携帯電話やPDA等の外部接続機器929であってもよい。さらに、入力装置915は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、CPU901に出力する入力制御回路などから構成されている。温度測定装置10のユーザは、この入力装置915を操作することにより、温度測定装置10に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。 The input device 915 is an operation unit operated by a user, such as a mouse, a keyboard, a touch panel, a button, a switch, and a lever. Further, the input device 915 may be, for example, a remote control means (so-called remote control) using infrared rays or other radio waves, or an external connection device such as a mobile phone or a PDA corresponding to the operation of the temperature measuring device 10. It may be 929. Further, the input device 915 is composed of, for example, an input control circuit that generates an input signal based on the information input by the user using the above-described operation unit and outputs the input signal to the CPU 901. By operating the input device 915, the user of the temperature measuring device 10 can input various data to the temperature measuring device 10 and instruct a processing operation.

出力装置917は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、CRTディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ELディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置917は、例えば、温度測定装置10が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、温度測定装置10が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。 The output device 917 is configured by a device capable of visually or audibly notifying the user of the acquired information. Such devices include CRT display devices, liquid crystal display devices, plasma display devices, EL display devices and display devices such as lamps, audio output devices such as speakers and headphones, printer devices, mobile phones, and facsimiles. The output device 917 outputs results obtained by various processes performed by the temperature measuring device 10, for example. Specifically, the display device displays the results obtained by the various processes performed by the temperature measuring device 10 as text or images. On the other hand, the audio output device converts an audio signal composed of reproduced audio data and acoustic data into an analog signal and outputs the analog signal.

ストレージ装置919は、温度測定装置10の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置919は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は、光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置919は、CPU901が実行するプログラムや各種データ、及び、外部から取得した各種データなどを格納する。 The storage device 919 is a device for storing data configured as an example of a storage unit of the temperature measuring device 10. The storage device 919 includes, for example, a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, or a magneto-optical storage device. The storage device 919 stores programs executed by the CPU 901, various data, various data acquired from the outside, and the like.

ドライブ921は、記録媒体用リーダライタであり、温度測定装置10に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ921は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は、半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体927に記録されている情報を読み出して、RAM905に出力する。また、ドライブ921は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は、半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体927に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体927は、例えば、DVDメディア、HD−DVDメディア、Blu−ray(登録商標)メディア等である。また、リムーバブル記録媒体927は、コンパクトフラッシュ(登録商標)(CompactFlash:CF)、フラッシュメモリ、又は、SDメモリカード(Secure Digital memory card)等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体927は、例えば、非接触型ICチップを搭載したICカード(Integrated Circuit card)又は電子機器等であってもよい。 The drive 921 is a reader/writer for a recording medium, and is built in or externally attached to the temperature measuring device 10. The drive 921 reads the information recorded on the removable recording medium 927 such as a mounted magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory, and outputs it to the RAM 905. The drive 921 can also write a record on a removable recording medium 927 such as a mounted magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory. The removable recording medium 927 is, for example, a DVD medium, an HD-DVD medium, a Blu-ray (registered trademark) medium, or the like. The removable recording medium 927 may be a compact flash (registered trademark) (CompactFlash: CF), a flash memory, an SD memory card (Secure Digital memory card), or the like. The removable recording medium 927 may be, for example, an IC card (Integrated Circuit card) equipped with a non-contact type IC chip, an electronic device, or the like.

接続ポート923は、機器を温度測定装置10に直接接続するためのポートである。接続ポート923の一例として、USB(Universal Serial Bus)ポート、IEEE1394ポート、SCSI(Small Computer System Interface)ポート等がある。接続ポート923の別の例として、RS−232Cポート、光オーディオ端子、HDMI(High−Definition Multimedia Interface)ポート等がある。この接続ポート923に外部接続機器929を接続することで、温度測定装置10は、外部接続機器929から直接各種データを取得したり、外部接続機器929に各種データを提供したりする。 The connection port 923 is a port for directly connecting the device to the temperature measuring device 10. Examples of the connection port 923 include a USB (Universal Serial Bus) port, an IEEE 1394 port, and a SCSI (Small Computer System Interface) port. Another example of the connection port 923 is an RS-232C port, an optical audio terminal, an HDMI (High-Definition Multimedia Interface) port, or the like. By connecting the external connection device 929 to the connection port 923, the temperature measuring device 10 acquires various data directly from the external connection device 929 or provides various data to the external connection device 929.

通信装置925は、例えば、通信網931に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置925は、例えば、有線又は無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、又は、WUSB(Wireless USB)用の通信カード等である。また、通信装置925は、光通信用のルータ、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置925は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばTCP/IP等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置925に接続される通信網931は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内LAN、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。 The communication device 925 is, for example, a communication interface including a communication device or the like for connecting to the communication network 931. The communication device 925 is, for example, a wired or wireless LAN (Local Area Network), Bluetooth (registered trademark), or a communication card for WUSB (Wireless USB). Further, the communication device 925 may be a router for optical communication, a router for ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line), a modem for various kinds of communication, or the like. The communication device 925 can send and receive signals and the like to and from the Internet and other communication devices, for example, according to a predetermined protocol such as TCP/IP. The communication network 931 connected to the communication device 925 is configured by a network connected by wire or wirelessly, and may be, for example, the Internet, a home LAN, infrared communication, radio wave communication, satellite communication, or the like. ..

以上、本発明の実施形態に係る温度測定装置10の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。 The example of the hardware configuration capable of realizing the function of the temperature measuring device 10 according to the embodiment of the present invention has been described above. Each component described above may be configured by using a general-purpose member, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. Therefore, it is possible to appropriately change the hardware configuration to be used according to the technical level at the time of implementing the present embodiment.

(温度測定方法について)
次に、図27〜図31を参照しながら、本実施形態に係る温度測定方法について説明する。図27〜図31は、本実施形態に係る温度測定方法について説明するための説明図である。
(About temperature measurement method)
Next, the temperature measuring method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 27 to 31. 27 to 31 are explanatory diagrams for explaining the temperature measuring method according to the present embodiment.

本実施形態に係る温度測定方法は、先だって言及しているように、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を検出して、熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて測定対象物の温度を測定する方法である。より詳細には、本実施形態に係る温度測定方法では、測定対象物の熱放射光を受光する受光部と、受光部により受光した熱放射光を検出する検出部と、測定対象物と受光部との相対的な位置関係を変化させて、測定対象物の幅方向における熱放射光の分布を受光部により測定させる位置制御機構と、を有する二色放射温度計を用いて、測定対象物の熱放射光を検出し、測定対象物の幅方向に沿った温度分布を測定する。二色放射温度計を用いることで、測定対象物のコーナー部においても、放射温度計の視野欠けに由来する温度誤差の発生を抑制することが可能となり、物体の端部における測温誤差を抑制しながら、より正確に測定対象物の温度を測定することができる。 The temperature measuring method according to the present embodiment, as mentioned earlier, detects the thermal radiation light in the near-infrared band emitted by the measurement object, and the measurement object based on the detection result of the radiance of the thermal radiation light. It is a method of measuring the temperature of an object. More specifically, in the temperature measuring method according to the present embodiment, the light receiving unit that receives the heat radiation light of the measurement target, the detection unit that detects the heat radiation light received by the light receiving unit, the measurement target and the light receiving unit. By using a two-color radiation thermometer having a position control mechanism that changes the relative positional relationship with the position control mechanism that measures the distribution of thermal radiation light in the width direction of the measurement target by the light receiving unit. The heat radiation light is detected, and the temperature distribution along the width direction of the measurement object is measured. By using a two-color radiation thermometer, it is possible to suppress the occurrence of temperature errors due to the lack of the field of view of the radiation thermometer, even at the corners of the measurement object, and suppress temperature measurement errors at the edge of the object. However, the temperature of the measuring object can be measured more accurately.

また、本実施形態における、より好ましい温度測定装置10を用いることで、測定対象物と、受光部111との間に、水などの吸収体が存在する場合であっても、測定対象物の温度を、より一層正確に測定することが可能となる。 Further, by using the more preferable temperature measuring device 10 in the present embodiment, even if an absorber such as water exists between the measurement object and the light receiving unit 111, the temperature of the measurement object Can be measured more accurately.

本実施形態に係る温度測定方法では、図27に模式的に示したように、位置制御機構115を用いて、受光部111と測定対象物との間の相対的な位置関係を変化させることで、測定対象物の幅方向の温度分布を測定可能となっている。この際、温度測定装置10により、測定対象物のコーナー部の温度をより一層正確に測定するために、位置制御機構115は、図27に例示したような二色放射温度計の測定視野内において、温度演算に要する最低限の放射光量である最小放射光量を予め特定した上で、実際に検出される放射光量が最小放射光量未満となるまで測定対象物が存在するように、測定対象物と受光部111との相対的な位置関係を変化させることが好ましい。換言すれば、位置制御機構115は、図27左下の図に示したように、測定視野内において、測定対象物が占める領域からの放射光量が最小放射光量以上となるように、受光部111の位置を制御することが好ましい。これにより、測定対象物の温度を、より一層正確に測定することが可能となる。 In the temperature measuring method according to the present embodiment, as schematically shown in FIG. 27, the position control mechanism 115 is used to change the relative positional relationship between the light receiving unit 111 and the measurement object. The temperature distribution of the measurement object in the width direction can be measured. At this time, in order to measure the temperature of the corner portion of the object to be measured more accurately by the temperature measuring device 10, the position control mechanism 115 has the position control mechanism 115 in the measurement visual field of the two-color radiation thermometer as illustrated in FIG. , The minimum radiant light amount which is the minimum radiant light amount required for temperature calculation is specified in advance, and the measured object is present until the actually detected radiant light amount is less than the minimum radiant light amount, It is preferable to change the relative positional relationship with the light receiving unit 111. In other words, the position control mechanism 115, as shown in the lower left diagram of FIG. 27, controls the light receiving unit 111 so that the amount of emitted light from the region occupied by the measurement target in the measurement field of view becomes equal to or greater than the minimum amount of emitted light. It is preferable to control the position. This makes it possible to measure the temperature of the measurement object more accurately.

また、温度測定装置10における測定視野の範囲内に、測定対象物以外のものが存在するようになる位置を、測定対象物の幅方向におけるコーナー部の開始位置と捉え、測定対象物の幅方向の端部までを、測定対象物におけるコーナー部とすることができる。また、測定視野内に測定対象物以外のものが存在しない位置については、測定対象物の幅方向において、コーナー部以外の領域として捉えることが可能である。 Further, the position where something other than the measurement object exists within the range of the measurement visual field in the temperature measuring device 10 is regarded as the start position of the corner portion in the width direction of the measurement object, and the width direction of the measurement object is determined. It is possible to make up to the end of the corner of the measurement object. Further, a position where there is no object other than the measurement target in the measurement visual field can be regarded as a region other than the corner portion in the width direction of the measurement target.

上記のような二色放射温度計(温度測定装置10)において、着目する2種類の波長のそれぞれでの熱放射光の放射輝度を、互いに独立に出力可能となるように設定した上で、測定対象物の幅方向の温度分布を走査している際に、以下のような制御を行うことも可能である。 In the two-color radiation thermometer (temperature measuring device 10) as described above, the radiance of the thermal radiation light at each of the two types of wavelengths of interest is set so as to be output independently of each other, and then the measurement is performed. It is also possible to perform the following control while scanning the temperature distribution in the width direction of the object.

例えば、図28に模式的に示したように、二色放射温度計における放射輝度の測定視野の範囲内に、測定対象物以外のものが位置する場合には、温度測定装置10は、着目する2種類の波長のそれぞれでの熱放射光の放射輝度を用いて(換言すれば、二色放射温度計として機能する二色モードで)、測定対象物の温度を測定し、測定視野の範囲内を測定対象物が占める場合には、温度測定装置10は、着目する2種類の波長のうち、何れか一方での熱放射光の放射輝度を用いて(換言すれば、単色放射温度計として機能する単色モードで)、測定対象物の温度を測定してもよい。これにより、測温誤差が生じやすいコーナー部では、より正確な温度測定が可能な二色モードで測温が実施する一方で、測温誤差が比較的抑制されている、測定対象物のコーナー部以外の領域では、比較的演算負荷の小さな単色モードで測温を実施することができる。 For example, as shown schematically in FIG. 28, when an object other than the measurement object is located within the range of the radiance measurement field of view of the two-color radiation thermometer, the temperature measurement device 10 pays attention. Using the radiance of thermal radiation at each of the two wavelengths (in other words, in the two-color mode that functions as a two-color radiation thermometer), the temperature of the measurement target is measured, and within the range of the measurement visual field. When the object to be measured occupies, the temperature measuring device 10 uses the radiance of the thermal radiation light of one of the two types of wavelengths of interest (in other words, functions as a monochromatic radiation thermometer). The temperature of the measuring object may be measured. As a result, in the corners where temperature measurement errors tend to occur, the temperature is measured in the two-color mode, which allows more accurate temperature measurement, while the temperature measurement errors are relatively suppressed. In regions other than the above, temperature measurement can be performed in the monochromatic mode with a relatively small calculation load.

また、図28に示したものと同様な制御を、図22B又は図23に示したような角度制御機構における、受光部111の光軸と測定対象物の表面法線方向とのなす角に注目しながら実施することも可能である。ここで、図29に示した模式図のように、温度測定装置10から測定対象物までの距離(より詳細には、受光部111から測定対象物までの距離。受光部111の設置高さと捉えることもできる。)をH[mm]とし、測定対象物の幅をW[mm]とし、温度測定装置10の測定径の大きさをD[mm]とする。図29に模式的に示したように、測定径の端部が測定対象物のコーナー部の位置と一致しているときの角度φの大きさ|φ|は、図29に示した幾何学的な関係から、|φ|=|tan−1[{(W/2)−(D/2)}/H]|と表すことができる。これより、温度測定装置10が測定対象物の幅方向の温度分布を走査している際において、測定対象物の表面法線方向と受光部111の光軸とのなす角φの大きさが、|φ|=|tan−1[{(W/2)−(D/2)}/H]|で表される値を超えた場合に、測定径の内部には、測定対象物以外のものが存在するようになるため、温度測定装置10は、二色モードで機能して、着目する2種類の波長のそれぞれでの熱放射光の放射輝度を用いて、測定対象物の温度を測定する。一方で、測定対象物の表面法線方向と受光部111の光軸とのなす角φの大きさが、|φ|=|tan−1[{(W/2)−(D/2)}/H]|で表される値以下である場合には、測定径の内部には、測定対象物以外のものが存在しないため、温度測定装置10は、単色モードで機能して、着目する2種類の波長のうち、何れか一方での熱放射光の放射輝度を用いて、測定対象物の温度を測定してもよい。 Further, the same control as that shown in FIG. 28 is focused on the angle formed by the optical axis of the light receiving unit 111 and the surface normal direction of the measurement target in the angle control mechanism as shown in FIG. 22B or 23. However, it is also possible to carry out. Here, as shown in the schematic diagram shown in FIG. 29, the distance from the temperature measuring device 10 to the measurement target (more specifically, the distance from the light receiving unit 111 to the measurement target. Is set to H [mm], the width of the measurement target is set to W [mm], and the size of the measurement diameter of the temperature measuring device 10 is set to D L [mm]. As schematically shown in FIG. 29, the magnitude |φ| of the angle φ when the end of the measurement diameter coincides with the position of the corner of the object to be measured is the geometrical |φ| From this relationship, |φ|=|tan -1 [{(W/2)-( DL /2)}/H]| can be expressed. From this, when the temperature measuring device 10 scans the temperature distribution in the width direction of the measurement target, the angle φ formed by the surface normal direction of the measurement target and the optical axis of the light receiving unit 111 is |φ|=|tan -1 [{(W/2)-(D L /2)}/H]| When the value represented by | is exceeded, inside the measurement diameter, Because of the existence of objects, the temperature measuring device 10 functions in the dichroic mode, and measures the temperature of the object to be measured using the radiance of the thermal radiation light at each of the two types of wavelengths of interest. To do. On the other hand, the size of the angle φ formed by the surface normal direction of the measurement target and the optical axis of the light receiving unit 111 is |φ|=|tan −1 [{(W/2)−(D L /2)). }/H]|, the temperature measuring device 10 functions in the single-color mode, and there is no object other than the measurement object inside the measurement diameter. The temperature of the measurement object may be measured using the radiance of the thermal radiation light of either one of the two types of wavelengths.

なお、上記のような二色モードと単色モードとの切り替え制御を実施する際に、単色モードで用いられる熱放射輝度の波長は、水などの吸収体の影響を受けにくい波長とすることが好ましい。 When performing the switching control between the two-color mode and the single-color mode as described above, the wavelength of the thermal radiance used in the single-color mode is preferably a wavelength that is less likely to be affected by the absorber such as water. ..

先だって説明した方法に即して測定される測定対象物の温度は、測定視野内の全てから得られた情報に基づき算出される温度である。ただし、得られた温度を出力する際には、その温度が、測定対象物の幅方向のどの位置で測定されたものであるかを対応付けることが重要となる。そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、測定対象物の温度を出力する際に、温度測定装置10の測定視野内において測定対象物が占める領域の重心位置を特定し、得られた測定結果を、特定した重心位置に対応付けて出力することが好ましい。温度の測定結果を、測定視野内において測定対象物が占める領域の重心位置に対応付けて出力することで、測定対象物の幅方向に沿った温度分布を、より正確に把握することが可能となる。 The temperature of the measuring object measured according to the method described above is a temperature calculated based on the information obtained from all the measurement visual fields. However, when outputting the obtained temperature, it is important to associate at which position in the width direction of the measurement target the temperature is measured. Therefore, in the temperature measuring method according to the present embodiment, when outputting the temperature of the measurement object, the center of gravity position of the region occupied by the measurement object in the measurement visual field of the temperature measurement device 10 is specified, and the obtained measurement result Is preferably output in association with the specified center-of-gravity position. By outputting the temperature measurement result in association with the position of the center of gravity of the region occupied by the measurement object in the measurement field of view, it is possible to more accurately grasp the temperature distribution along the width direction of the measurement object. Become.

なお、図30Aに模式的に示したように、温度測定装置10の測定視野内の全てが、測定対象物で占められる場合には、測定視野内において測定対象物が占める領域の重心位置は、測定視野の中心位置と等しい。 As shown schematically in FIG. 30A, when all of the measurement field of view of the temperature measuring device 10 is occupied by the measurement object, the position of the center of gravity of the region occupied by the measurement object in the measurement field of view is: It is equal to the center position of the measurement visual field.

一方、図30Bに模式的に示したように、温度測定装置10の測定視野内に、測定対象物以外が占める領域が生じている場合には、測定視野内において測定対象物が占める領域の重心位置は、測定視野の中心位置とは異なる位置となる。そこで、本実施形態に係る温度測定装置10の演算処理部103における温度算出部181は、以下のようにして測定視野内において測定対象物が占める領域の重心位置を算出し、得られた測定結果に対応付けることが好ましい。 On the other hand, as schematically shown in FIG. 30B, when a region other than the measurement object occupies the measurement visual field of the temperature measuring device 10, the center of gravity of the region occupied by the measurement object in the measurement visual field is generated. The position is different from the center position of the measurement visual field. Therefore, the temperature calculation unit 181 in the arithmetic processing unit 103 of the temperature measurement device 10 according to the present embodiment calculates the barycentric position of the region occupied by the measurement object in the measurement visual field as follows, and the obtained measurement result Is preferably associated with.

ここで、図31に模式的に示したように測定対象物が占める領域(図31において網掛けで示した円弧の部分)が存在した場合を考える。この際、図31に示したような、円弧の半角をθとし、測定視野の半径をrとし、弦長をHとし、弦長の半分の長さをhとする。この場合に、測定視野の面積S、及び、円弧の面積Sは、それぞれ、式(21)及び式(22)のように表される。また、図31に示した幾何学的な関係から、以下の式(23)及び式(24)が成立する。 Now, let us consider a case where there is an area occupied by the measuring object (the circular arc portion shown in FIG. 31) as schematically shown in FIG. At this time, as shown in FIG. 31, the half angle of the circular arc is θ, the radius of the measurement visual field is r, the chord length is H, and half the chord length is h. In this case, the area S 1 of the measurement visual field and the area S 2 of the circular arc are expressed by the equations (21) and (22), respectively. Further, the following equations (23) and (24) are established from the geometrical relationship shown in FIG.

Figure 2020128981
Figure 2020128981

また、図31におけるパラメータxは、幾何学的な関係から、「測定対象物の端部位置−(測定視野の中心位置O−測定視野の半径r)」で求めることが可能である。また、予め、「式(22)/式(21)」で表される減衰率と、パラメータxとの関係を表す関係式を特定しておき、実際に測定された放射輝度の減衰率に対応するパラメータxの値を特定してもよい。 Further, the parameter x in FIG. 31 can be calculated from the geometrical relationship as “edge position of measurement object−(center position of measurement visual field O−radius r of measurement visual field)”. In addition, a relational expression representing the relationship between the attenuation rate represented by “Equation (22)/Equation (21)” and the parameter x is specified in advance to correspond to the actually measured attenuation rate of the radiance. You may specify the value of the parameter x to perform.

上記のようにして、実際の測定時におけるパラメータxの値を特定できれば、着目する重心位置Xは、以下の式(25)から算出することが可能である。 If the value of the parameter x at the time of actual measurement can be specified as described above, the center-of-gravity position X G of interest can be calculated from the following equation (25).

Figure 2020128981
Figure 2020128981

以上、図27〜図31を参照しながら、本実施形態に係る温度測定方法について説明した。 The temperature measuring method according to the present embodiment has been described above with reference to FIGS. 27 to 31.

なお、本実施形態に係る温度測定方法において、測定対象物のコーナー部近傍に複数の温度測定装置10を設置した上で、各温度測定装置10から得られた測温結果を判定し、コーナー部の温度を評価するようにしてもよい。 In the temperature measuring method according to the present embodiment, a plurality of temperature measuring devices 10 are installed in the vicinity of the corners of the object to be measured, and then the temperature measurement result obtained from each temperature measuring device 10 is determined to determine the corners. May be evaluated.

また、温度測定装置10として、特定の波長における熱放射光を測定可能なサーモビューア等を用いることも可能である。 Further, as the temperature measuring device 10, it is also possible to use a thermoviewer or the like that can measure thermal radiation light at a specific wavelength.

本発明に係る温度測定装置10(波長λ=1.2μm、λ=1.3μm、検出器:InGaAs検出器)を準備し、一般的な単色温度計(波長λ=0.8μm、Si検出器)と、温度測定装置10と、を用いて、900℃以上に加熱された、幅2200mmの赤熱鋼材を測定対象物とし、その端部近傍の温度を測定した。それぞれの温度計と、測定対象物との間の離隔距離は、双方の測定径の大きさがそれぞれ49mmとなるように、単色温度計の場合で1174mmとし、温度測定装置10の場合で2000mmとした。 A temperature measuring device 10 (wavelength λ 1 =1.2 μm, λ 2 =1.3 μm, detector: InGaAs detector) according to the present invention is prepared, and a general monochromatic thermometer (wavelength λ=0.8 μm, Si Using a detector) and the temperature measuring device 10, a red hot steel material having a width of 2200 mm and heated to 900° C. or higher was used as a measurement target, and the temperature near the end portion thereof was measured. The distance between each thermometer and the object to be measured is 1174 mm in the case of a monochromatic thermometer and 2000 mm in the case of the temperature measuring device 10 so that the size of both measurement diameters is 49 mm. did.

図30に模式的に示したように、各温度計の測定視野の端部がコーナー部に接している状態を変位量=0として、図32に示した方向にそれぞれの温度計を変位させた。このように各温度計を変位させることで、視野欠けが生じるようになる。 As shown schematically in FIG. 30, the displacement amount=0 when the end of the measurement field of view of each thermometer was in contact with the corner, and each thermometer was displaced in the direction shown in FIG. .. By displacing each of the thermometers in this way, a visual field loss occurs.

得られた結果を、図33に示した。
図33から明らかなように、単色温度計を用いた場合には、変位量が0超過となって視野欠けが生じるようになると、直ちに温度低下が生じるのに対し、本発明に係る温度測定装置10では、視野欠けが生じてから29mm変位させるまでの間で、精度良く温度を測定可能であることが確認できる。
The obtained results are shown in FIG.
As is clear from FIG. 33, in the case of using the monochromatic thermometer, when the displacement amount exceeds 0 and the visual field loss occurs, the temperature immediately decreases, whereas the temperature measuring device according to the present invention. In No. 10, it can be confirmed that the temperature can be accurately measured in the period from the occurrence of the visual field loss to the displacement of 29 mm.

また、本発明に係る温度測定装置10(波長λ=1.2μm、λ=1.3μm、検出器:InGaAs検出器)を準備し、一般的な単色温度計(波長λ=1.0μm、InGaAs検出器)と、温度測定装置10と、を用いて、連続鋳造機にて鋳造中のスラブの温度測定を行った。得られた結果を、図34に示した。なお、図34では、得られた測定結果を、測定視野の重心位置に対応付けて、出力を行っている。 Further, a temperature measuring device 10 (wavelength λ 1 =1.2 μm, λ 2 =1.3 μm, detector: InGaAs detector) according to the present invention is prepared, and a general monochromatic thermometer (wavelength λ=1.0 μm) is prepared. , InGaAs detector) and the temperature measuring device 10 were used to measure the temperature of the slab during casting by a continuous casting machine. The obtained results are shown in FIG. 34. In FIG. 34, the obtained measurement result is associated with the position of the center of gravity of the measurement visual field and output.

図34から明らかなように、幅1500mmのスラブの最エッジ部(図34における750mm近傍の位置)までは、単色温度計と温度測定装置10とは、ほぼ同じ温度を出力していることがわかる。 As is clear from FIG. 34, it is understood that the monochromatic thermometer and the temperature measuring device 10 output almost the same temperature up to the outermost edge portion (a position near 750 mm in FIG. 34) of the slab having a width of 1500 mm. ..

一方、最エッジ部に着目すると、一般的な単色温度計は、最エッジ部を過ぎても、650〜700℃と高い温度を示す一方で、本発明の温度測定装置10では、最エッジ部を過ぎると下限温度を示している。かかる結果より、本発明に係る温度測定装置10を用いた温度測定方法により、測定対象物の温度を精度良く測定できていることが確認できた。 On the other hand, focusing on the outermost edge portion, a general single-color thermometer shows a high temperature of 650 to 700° C. even after passing the outermost edge portion, while the temperature measuring device 10 of the present invention displays the outermost edge portion. When it passes, the lower limit temperature is indicated. From these results, it was confirmed that the temperature of the object to be measured could be accurately measured by the temperature measuring method using the temperature measuring device 10 according to the present invention.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to these examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

10 温度測定装置
101 測定部
103 演算処理部
105 記憶部
111 受光部
113 検出部
121 受光レンズ
123,151 接続カプラ
153 ビームスプリッタ
155a,155b 光学フィルタ
157a,157b 集光レンズ
159a,159b センサ
171 測定制御部
173 データ取得部
175,181 温度算出部
183 厚み算出部
177,185 結果出力部
179 表示制御部

10 temperature measuring device 101 measuring unit 103 arithmetic processing unit 105 storage unit 111 light receiving unit 113 detecting unit 121 light receiving lens 123, 151 connection coupler 153 beam splitters 155a, 155b optical filter 157a, 157b condensing lens 159a, 159b sensor 171 measurement control unit 173 Data acquisition unit 175,181 Temperature calculation unit 183 Thickness calculation unit 177,185 Result output unit 179 Display control unit

Claims (15)

測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を検出して、前記熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて前記測定対象物の温度を測定する温度測定方法であって、
前記測定対象物の前記熱放射光を受光する受光部と、前記受光部により受光した前記熱放射光を検出する検出部と、前記測定対象物と前記受光部との相対的な位置関係を変化させて、前記測定対象物の幅方向における前記熱放射光の分布を前記受光部により測定させる位置制御機構と、を有する二色放射温度計を用いて、前記測定対象物の前記熱放射光を検出し、前記測定対象物の端部近傍を含む前記測定対象物の幅方向に沿った温度分布を測定する、温度測定方法。
Detecting the near infrared band thermal radiation emitted by the measurement object, a temperature measuring method for measuring the temperature of the measurement object based on the detection result of the radiance of the thermal radiation light,
A light receiving unit that receives the thermal radiation light of the measurement object, a detection unit that detects the thermal radiation light received by the light receiving unit, and a relative positional relationship between the measurement object and the light receiving unit is changed. By using a two-color radiation thermometer having a position control mechanism for measuring the distribution of the thermal radiation light in the width direction of the measurement object by the light receiving unit, the thermal radiation light of the measurement object is used. A temperature measuring method of detecting and measuring a temperature distribution along the width direction of the measurement target including the vicinity of the end of the measurement target.
前記二色放射温度計は、当該二色放射温度計の測定視野内での温度演算に要する最低限の放射光量である最小放射光量が予め特定されており、
前記位置制御機構は、前記二色放射温度計の測定視野内において検出される放射光量が前記最小放射光量未満となるまで、前記測定対象物と前記受光部との相対的な位置関係を変化させる、請求項1に記載の温度測定方法。
The two-color radiation thermometer, the minimum radiant light amount which is the minimum radiant light amount required for temperature calculation in the measurement visual field of the two-color radiation thermometer is specified in advance,
The position control mechanism changes the relative positional relationship between the measurement target and the light receiving unit until the amount of emitted light detected in the measurement field of view of the two-color radiation thermometer becomes less than the minimum amount of emitted light. The temperature measuring method according to claim 1.
前記位置制御機構は、前記測定対象物の表面法線方向と、前記受光部の光軸と、のなす角を変化させる角度制御機構である、請求項1又は2に記載の温度測定方法。 The temperature measuring method according to claim 1, wherein the position control mechanism is an angle control mechanism that changes an angle formed by a surface normal direction of the measurement target and an optical axis of the light receiving unit. 前記角度制御機構は、前記測定対象物と、前記熱放射光を前記検出部へと導光する導光光学系との間に、前記表面法線方向に対して斜めに設けられたミラーを、前記測定対象物の長手方向を回転軸として所定角度回転させることで、前記表面法線方向と前記受光部の光軸とのなす角を変化させる、請求項1〜3の何れか1項に記載の温度測定方法。 The angle control mechanism, between the measurement object and the light guide optical system that guides the thermal radiation light to the detection unit, a mirror provided obliquely to the surface normal direction, The angle formed between the surface normal direction and the optical axis of the light receiving section is changed by rotating the measurement object by a predetermined angle with the longitudinal direction as a rotation axis. Temperature measurement method. 前記位置制御機構は、前記受光部を、前記測定対象物の幅方向に沿って移動させる駆動機構である、請求項1〜4の何れか1項に記載の温度測定方法。 The temperature control method according to claim 1, wherein the position control mechanism is a drive mechanism that moves the light receiving unit along a width direction of the measurement target. 前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のそれぞれでの前記熱放射光の前記放射輝度を、独立に出力可能な二色放射温度計であり、
前記測定対象物の幅方向の温度分布を走査している際において、
前記二色放射温度計における前記放射輝度の測定視野の範囲内に、前記測定対象物以外のものが位置する場合には、前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のそれぞれでの前記熱放射光の前記放射輝度を用いて、前記測定対象物の温度を測定し、
前記測定視野の範囲内を前記測定対象物が占める場合には、前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のうち、何れか一方での前記熱放射光の前記放射輝度を用いて、前記測定対象物の温度を測定する、請求項1〜5の何れか1項に記載の温度測定方法。
The two-color radiation thermometer is a two-color radiation thermometer capable of independently outputting the radiance of the thermal radiation light at each of two wavelengths of interest.
While scanning the temperature distribution in the width direction of the measurement object,
When an object other than the measurement object is located within the range of the radiance measurement field of view of the two-color radiation thermometer, the two-color radiation thermometer is used for each of the two types of wavelengths of interest. Using the radiance of the thermal radiation, to measure the temperature of the measurement object,
When the measurement object occupies the range of the measurement visual field, the two-color radiation thermometer uses the radiance of the thermal radiation light in one of two wavelengths of interest. The temperature measuring method according to claim 1, wherein the temperature of the measurement target is measured.
前記二色放射温度計から前記測定対象物までの距離をH[mm]とし、前記二色放射温度計の測定径の大きさをD[mm]とし、前記測定対象物の幅をW[mm]としたときに、
前記二色放射温度計は、着目する2つの波長のそれぞれでの前記熱放射光の前記放射輝度を、独立に出力可能な二色放射温度計であり、かつ、前記位置制御機構として、前記測定対象物の表面法線方向と、前記受光部の光軸と、のなす角を変化させる角度制御機構を有しており、
前記測定対象物の幅方向の温度分布を走査している際において、
前記測定対象物の表面法線方向と前記受光部の光軸とのなす角の大きさが、|φ|=|tan−1[{(W/2)−(D/2)}/H]|で表される値を超えた場合に、前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のそれぞれでの前記熱放射光の前記放射輝度を用いて、前記測定対象物の温度を測定し、
前記測定対象物の表面法線方向と前記受光部の光軸とのなす角の大きさが、|φ|=|tan−1[{(W/2)−(D/2)}/H]|で表される値以下である場合に、前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のうち、何れか一方での前記熱放射光の前記放射輝度を用いて、前記測定対象物の温度を測定する、請求項1〜6の何れか1項に記載の温度測定方法。
The distance from the two-color radiation thermometer to the measurement object is H [mm], the size of the measurement diameter of the two-color radiation thermometer is D L [mm], and the width of the measurement object is W[ mm],
The two-color radiation thermometer is a two-color radiation thermometer capable of independently outputting the radiance of the thermal radiation light at each of two wavelengths of interest, and as the position control mechanism, the measurement is performed. The surface normal direction of the object, and the optical axis of the light-receiving unit, has an angle control mechanism for changing the angle formed,
While scanning the temperature distribution in the width direction of the measurement object,
The magnitude of the angle formed by the surface normal direction of the measurement object and the optical axis of the light receiving section is |φ|=|tan −1 [{(W/2)−(D L /2)}/H. ] When the value represented by | is exceeded, the two-color radiation thermometer uses the radiance of the thermal radiation light at each of the two types of wavelengths of interest to determine the temperature of the measurement object. Measure
The magnitude of the angle formed by the surface normal direction of the measurement object and the optical axis of the light receiving section is |φ|=|tan −1 [{(W/2)−(D L /2)}/H. ] When the value is less than or equal to the value represented by |, the two-color radiation thermometer uses the radiance of the thermal radiation light of one of the two types of wavelengths of interest to measure the measurement target. The temperature measuring method according to claim 1, wherein the temperature of the object is measured.
前記二色放射温度計は、
着目する2種類の波長における前記放射輝度の測定データの一方を他方で除した二色比を算出し、
算出した前記二色比を利用して、当該二色比と温度との間の関係式に基づき前記測定対象物の温度を算出する、請求項1〜7の何れか1項に記載の温度測定方法。
The two-color radiation thermometer,
Calculate the dichroic ratio by dividing one of the measurement data of the radiance at the two types of wavelengths of interest by the other,
The temperature measurement according to any one of claims 1 to 7, wherein the calculated dichroic ratio is used to calculate the temperature of the measurement object based on a relational expression between the dichroic ratio and temperature. Method.
前記二色放射温度計は、
前記近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が光路上の少なくとも一部に存在している状態で、前記測定対象物の前記熱放射光を、前記吸収体の前記分光吸収係数が互いに同一となる2種類の波長でそれぞれ測定して、当該2種類の波長における前記熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを生成し、
生成された前記2種類の波長に対応する前記測定データと、分光放射輝度と温度との間の関係式とに基づいて、前記測定対象物の温度を算出する、請求項1〜7の何れか1項に記載の温度測定方法。
The two-color radiation thermometer,
In a state in which an absorber having a wavelength dependence of a spectral absorption coefficient in the near-infrared band is present in at least a part of an optical path, the thermal radiation of the measurement object is absorbed by the spectral absorption of the absorber. Generating measurement data showing the detection results of the radiance of the thermal radiation light at the two wavelengths having the same coefficient, respectively, and
The temperature of the measurement object is calculated based on the generated measurement data corresponding to the two types of wavelengths and a relational expression between spectral radiance and temperature. The method for measuring temperature according to item 1.
前記検出部は、
前記測定対象物の前記熱放射光を2つの光路に分岐する分岐光学素子と、
分岐された前記熱放射光を、前記2種類の波長のうち一方の波長で検出する第1検出素子と、
分岐された前記熱放射光を、前記2種類の波長のうちもう一方の波長で検出する第2検出素子と、
前記分岐光学素子と前記第1検出素子との間に設けられ、前記2種類の波長のうち一方の波長の前記熱放射光を透過させる第1光学フィルタと、
前記分岐光学素子と前記第2検出素子との間に設けられ、前記2種類波長のうちもう一方の波長の前記熱放射光を透過させる第2光学フィルタと、
を有する、請求項9に記載の温度測定方法。
The detection unit,
A branching optical element for branching the thermal radiation of the measurement object into two optical paths;
A first detection element that detects the branched thermal radiation light at one of the two types of wavelengths;
A second detection element that detects the branched thermal radiation light at the other wavelength of the two types of wavelengths;
A first optical filter which is provided between the branch optical element and the first detection element, and which transmits the thermal radiation light having one wavelength of the two types of wavelengths;
A second optical filter that is provided between the branch optical element and the second detection element and that transmits the thermal radiation light of the other wavelength of the two types of wavelengths;
The temperature measuring method according to claim 9, further comprising:
前記2種類の波長として、前記吸収体の前記分光吸収係数が互いに同一となる波長を含む所定幅の波長帯域が2種類選択され、
2種類の前記波長帯域は、前記吸収体の分光吸収係数を測定対象温度の分光放射輝度で加重平均することで算出される見かけの分光吸収係数が互いに等しくなるように選択される、請求項9又は10に記載の温度測定方法。
As the two types of wavelengths, two types of wavelength bands having a predetermined width including wavelengths at which the spectral absorption coefficients of the absorber are the same are selected,
10. The two types of the wavelength bands are selected so that the apparent spectral absorption coefficients calculated by weighted averaging the spectral absorption coefficients of the absorber with the spectral radiance of the temperature to be measured are equal to each other. Alternatively, the method for measuring temperature according to item 10.
前記二色放射温度計は、前記測定対象物の温度を用いて算出した、前記2種類の波長の何れかにおける黒体放射輝度と、測定された前記熱放射光の放射輝度と、前記吸収体の前記2種類の波長における分光吸収係数と、前記吸収体の前記測定対象物側の界面における前記熱放射光の反射率と、前記吸収体の界面における前記熱放射光の反射率と、前記検出部における設定条件と、を用いて、前記吸収体の厚みを更に算出する、請求項9〜11の何れか1項に記載の温度測定方法。 The two-color radiation thermometer calculates a black body radiance at any of the two types of wavelengths calculated using the temperature of the measurement object, the radiance of the measured thermal radiation, and the absorber. Of the spectral absorption coefficient at the two types of wavelengths, the reflectance of the thermal radiation light at the interface of the absorber on the side of the measurement object, the reflectance of the thermal radiation light at the interface of the absorber, and the detection The temperature measuring method according to any one of claims 9 to 11, wherein the thickness of the absorber is further calculated using the setting conditions in the section. 前記吸収体は、水、油脂、溶液、ガラス又は樹脂の少なくとも何れかである、請求項8〜12の何れか1項に記載の温度測定方法。 The temperature measuring method according to any one of claims 8 to 12, wherein the absorber is at least one of water, oil and fat, a solution, glass, and a resin. 前記測定対象物の温度の測定結果は、前記二色放射温度計の測定視野内において前記測定対象物が占める領域の重心位置に対応付けて、出力される、請求項1〜13の何れか1項に記載の温度測定方法。 The measurement result of the temperature of the measurement object is output in association with the position of the center of gravity of the region occupied by the measurement object in the measurement visual field of the two-color radiation thermometer. The method for measuring temperature according to item. 前記近赤外帯域は、940nm〜1350nmである、請求項1〜14の何れか1項に記載の温度測定方法。
The temperature measuring method according to claim 1, wherein the near-infrared band is 940 nm to 1350 nm.
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