JP2678450B2 - 温度測定装置 - Google Patents
温度測定装置Info
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- JP2678450B2 JP2678450B2 JP62334821A JP33482187A JP2678450B2 JP 2678450 B2 JP2678450 B2 JP 2678450B2 JP 62334821 A JP62334821 A JP 62334821A JP 33482187 A JP33482187 A JP 33482187A JP 2678450 B2 JP2678450 B2 JP 2678450B2
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- Japan
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
- F23N5/08—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は火炎温度監視装置に係り、低温から高温に亙
る高精度の火炎温度分布の計測に好適な火炎温度監視装
置に関する。 〔従来の技術〕 従来、火炎温度の計測方法として火炎からの放射光を
基に温度を推定する放射温度計があり、その代表として
１波長の光スペクトルを用いる単波長放射温度計と２波
長の光スペクトルを用いる２色温度計があげられる。前
者の単波長放射温度計は計測波長が一つでよいことから
装置構成を簡素化することができるが、原理的に火炎か
らの光の放射率が既知である必要がある。 一方、後者の２色温度計は二つの波長を計測するため
装置が前者に比べて複雑化するが、両波長の放射率が等
しいという仮定を置き放射率を計測上用いない方式であ
るため、放射率が既知である必要はない。 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術において、単波長温度計では、火炎の温
度によつて一般に放射率が変化するため、広範囲の温度
を精度よく計測するためには放射率の温度による変化を
考慮する必要がある。しかし従来はこの配慮がなされて
おらず、温度が大きく変つても放射率を一定とみなして
いるため、許容温度範囲を超えると放射率の変化による
誤差が大きくなるという欠点があつた。 また、２色温度計では、２波長における放射率に差が
生ずると計測温度に誤差が生ずるためこれを補正する必
要がある。しかし従来はこの配慮がなされておらず、放
射率に差が生じても両者が等しいと仮定するため誤差が
生ずるという欠点があつた。 本発明の目的は、放射率を適切に補正することによ
り、高精度の温度測定を実現する温度測定装置を提供す
ることにある。 〔課題を解決するための手段〕 前記目的を達成するために、本発明は、測定対象の放
射光を導く案内部と、該放射光を集光する光学レンズ
と、光学レンズを通過した該放射光を三つに分光する分
光器と、該分光器によって分光された各分光スペクトル
を第１波長λ１、第２波長λ２、第３波長λ３の単色光
にろ波する単色光学フィルタと、該単色光のそれぞれの
輝度を映像信号に変換する光電変換器と、該映像信号を
デジタル画像データに変換するアナログ・デジタル変換
装置と、該デジタル画像データを記憶するデジタル画像
記憶装置と、該デジタル画像データを用いて測定対象の
温度分布を演算する計算機と、演算された温度分布を表
示する表示装置とを備えた温度測定装置において、前記
計算機が、前記デジタル画像記憶装置が記憶する前記三
つのろ波された単色光のデータを互いに異なる二つずつ
組み合わせて第１グループと第２グループを形成し、該
各グループの互いの単色光の放射率を等しいと仮定し、
該各グループの該単色光の輝度および波長に基づき前記
測定対象の初期温度分布を前記第１グループおよび前記
第２グループごとに演算し、前記第１グループの演算し
た前記初期温度分布と前記第２グループの演算した前記
初期温度分布とを用い、かつ前記三つの単色光の波長と
放射率とが直線関係にあるものと仮定して前記第１グル
ープの各単色光の放射率の比と前記第２グループの各単
色光の放射率の比をそれぞれ算出し、該算出値と少なく
とも前記一方のグループの単色光の輝度および波長に基
づいて前記測定対象の温度分布を演算することを特徴と
する温度測定装置を構成したものである。 〔作用〕 測定対象の放射光を三つの分光スペクトルに分光し、
該分光スペクトルを互いに異なる三つの単色光にろ波
し、該三つの単色光を互いに異なる二つずつに組合せて
第１グループと第２グループを形成し、各前記単色光の
輝度および波長に基づいて前記測定対象の初期温度分布
を、前記第１グループおよび前記第２グループごとに演
算し、各演算値を測定対象に関する初期温度分布、すな
わち概略温度分布とする。そして、測定対象に関する概
略温度分布が求まった後は、概略温度分布を補正するた
めに、演算により得られた各グループの初期温度分布を
用いるとともに、前記三つの単色光の波長と放射率とが
直線関係にあるものと仮定して前記第１グループの各単
色光の放射率の比と前記第２グループの各単色光の放射
率の比をそれぞれ算出し、該算出値と少なくとも前一方
のグループの単色光の輝度および波長に基づいて前記測
定対象の温度分布を演算する。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を第１図により説明する。１は
計測対象（この例では燃焼火炎）、２は火炎計測系、11
はITVカメラ、３は光学レンズ、４は分光器、５は光学
フイルタ、６は光電変換器、７はアナログ／デジタル変
換器、８はデジタル画像記憶装置、９は計算機、10は表
示装置を示す。 燃焼火炎１を火炎計測系で計測しITVカメラ11の光学
レンズ３、分光器４を介して三つに分光し、各分光スペ
クトルをそれぞれ第１波長λ1,第２波長λ2,、第３波長
λ３の単色光学フイルタ５を通してろ波し、各ろ波光の
輝度を光電変換器６によつてテレビ映像信号に変換す
る。次にアナログ／デジタル変換器７で、この映像信号
をデジタル画像データに変換し、デジタル画像記憶装置
８にデジタル画像データとして記憶する。計算機９はデ
ジタル画像記憶装置８に記憶された第１からは第３波長
のデジタル画像データを用いて温度分布を計算する。以
下、２次元画像の温度分布を算出する方法について説明
する。 物体からの放射エネルギーを測定して温度を求めるの
に、放射が黒体輻射と見倣せる場合、Wi−enの式を用い
ることができる。すなわち、第１波長λ1,第２波長λ2,
第３波長λ３の各２次元座標点（i,j）の輝度Ｒ（i,j）
と温度Ｔ（i,j）との関係は、（１），（２），（３）
式で表わされる。 ここで、 R1（i,j）：座標（i,j）における第１波長λ１の輝度
（erg/cm3・Ｓ） R2（i,j）：座標（i,j）における第２波長λ２の輝度
（erg/cm3・Ｓ） R3（i,j）：座標（i,j）における第３波長λ３の輝度
（erg/cm3・Ｓ） ε１（i,j）：座標（i,j）における第１波長λ１の放射
率 ε２（i,j）：座標（i,j）における第２波長λ２の放射
率 ε３（i,j）：座標（i,j）における第３波長λ３の放射
率 λ1:第１波長 λ2:第２波長 λ2:第３波長 Ｔ（i,j）：座標（i,j）における温度 C1:定数１（＝3.7403×10-5erg・cm3/S） C2:定数２（＝1.4387cm゜ｋ） ところで（１）〜（３）式中の放射率ε１（i,j），
ε２（i,j），ε３（i,j）は一般に異る値をもつ。近接
した第１波長λ１と第２波長λ２の放射率は略々等しい
と仮定して（１）式と（２）式の輝度比を求めて、座標
（i,j）の初期温度分布T1の形に整理すると（４）式と
なる。 （４）式によつて初期温度分布T1を求める方法が２色
高温計法と呼ばれたものである。 上記と同様の方法によつて、（１）式と（３）式とか
ら（６）式が得られる。 ところで、ε１（i,j）とε３（i,j）の差が小さく
（７）式が成立する場合には（４）式と（６）式の T1（i,j）＝T2（i,j） …（８） となるが、ε１（i,j）とε３（i,j）の差が大きい場合
には、T1（i,j）とT2（i,j）に差が生ずることになる。
したがつて、この差をなくすためには、ε１（i,j）と
ε３（i,j）の値を（７）式の仮定をせずに（１）式と
（３）式より導かれる（９）式が成立するようなε
１（i,j）とε３（i,j）の値にすればよい。 そして、T2′＝T1となるようなε１（i,j），ε
３（i,j）としたものであるから（６）式と（９）式よ
り次式が得られる。 ところで、第２図に示すように放射率εと波長λの間
には連続した関数関係があり、λ１とλ３が近接してい
る場合直線で近似することができる。 そこで（10）式の結果を用いてε２（i,j）の値を（1
1）式によつて近似する。 上式を変形すると（12）式となる。 （12）式に（10）式を代入することにより（13）式が
得られ、この式を用いてε２（i,j）／ε１（i,j）の値
をT1（i,j）,T2（i,j）より求めることができる。 上記のようにして求めたε２（i,j）／ε１（i,j）の
値を（１）式と（２）式より（５）式の仮定をしないで
導いた（14）式に代入して、温度分布T1′（i,j）を計
算する。 この結果が温度分布として表示装置10に表示される。 第３図は、計算機９における上述の計算手順をフロー
チヤートに表わしたものである。 第４図は、表示装置にボイラーのバーナ燃焼火炎の温
度分布計算結果について同一のレベルの温度について、
等高線で表示された例を示す。 〔発明の効果〕 本発明によれば、測定温度範囲によつて放射率が変化
したり、波長によつて放射率が変化しても、被測定物の
温度分布を、放射率の変化を修正することにより演算で
きるので、広い温度範囲に亙り温度分布を高精度に測定
できる。
る高精度の火炎温度分布の計測に好適な火炎温度監視装
置に関する。 〔従来の技術〕 従来、火炎温度の計測方法として火炎からの放射光を
基に温度を推定する放射温度計があり、その代表として
１波長の光スペクトルを用いる単波長放射温度計と２波
長の光スペクトルを用いる２色温度計があげられる。前
者の単波長放射温度計は計測波長が一つでよいことから
装置構成を簡素化することができるが、原理的に火炎か
らの光の放射率が既知である必要がある。 一方、後者の２色温度計は二つの波長を計測するため
装置が前者に比べて複雑化するが、両波長の放射率が等
しいという仮定を置き放射率を計測上用いない方式であ
るため、放射率が既知である必要はない。 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術において、単波長温度計では、火炎の温
度によつて一般に放射率が変化するため、広範囲の温度
を精度よく計測するためには放射率の温度による変化を
考慮する必要がある。しかし従来はこの配慮がなされて
おらず、温度が大きく変つても放射率を一定とみなして
いるため、許容温度範囲を超えると放射率の変化による
誤差が大きくなるという欠点があつた。 また、２色温度計では、２波長における放射率に差が
生ずると計測温度に誤差が生ずるためこれを補正する必
要がある。しかし従来はこの配慮がなされておらず、放
射率に差が生じても両者が等しいと仮定するため誤差が
生ずるという欠点があつた。 本発明の目的は、放射率を適切に補正することによ
り、高精度の温度測定を実現する温度測定装置を提供す
ることにある。 〔課題を解決するための手段〕 前記目的を達成するために、本発明は、測定対象の放
射光を導く案内部と、該放射光を集光する光学レンズ
と、光学レンズを通過した該放射光を三つに分光する分
光器と、該分光器によって分光された各分光スペクトル
を第１波長λ１、第２波長λ２、第３波長λ３の単色光
にろ波する単色光学フィルタと、該単色光のそれぞれの
輝度を映像信号に変換する光電変換器と、該映像信号を
デジタル画像データに変換するアナログ・デジタル変換
装置と、該デジタル画像データを記憶するデジタル画像
記憶装置と、該デジタル画像データを用いて測定対象の
温度分布を演算する計算機と、演算された温度分布を表
示する表示装置とを備えた温度測定装置において、前記
計算機が、前記デジタル画像記憶装置が記憶する前記三
つのろ波された単色光のデータを互いに異なる二つずつ
組み合わせて第１グループと第２グループを形成し、該
各グループの互いの単色光の放射率を等しいと仮定し、
該各グループの該単色光の輝度および波長に基づき前記
測定対象の初期温度分布を前記第１グループおよび前記
第２グループごとに演算し、前記第１グループの演算し
た前記初期温度分布と前記第２グループの演算した前記
初期温度分布とを用い、かつ前記三つの単色光の波長と
放射率とが直線関係にあるものと仮定して前記第１グル
ープの各単色光の放射率の比と前記第２グループの各単
色光の放射率の比をそれぞれ算出し、該算出値と少なく
とも前記一方のグループの単色光の輝度および波長に基
づいて前記測定対象の温度分布を演算することを特徴と
する温度測定装置を構成したものである。 〔作用〕 測定対象の放射光を三つの分光スペクトルに分光し、
該分光スペクトルを互いに異なる三つの単色光にろ波
し、該三つの単色光を互いに異なる二つずつに組合せて
第１グループと第２グループを形成し、各前記単色光の
輝度および波長に基づいて前記測定対象の初期温度分布
を、前記第１グループおよび前記第２グループごとに演
算し、各演算値を測定対象に関する初期温度分布、すな
わち概略温度分布とする。そして、測定対象に関する概
略温度分布が求まった後は、概略温度分布を補正するた
めに、演算により得られた各グループの初期温度分布を
用いるとともに、前記三つの単色光の波長と放射率とが
直線関係にあるものと仮定して前記第１グループの各単
色光の放射率の比と前記第２グループの各単色光の放射
率の比をそれぞれ算出し、該算出値と少なくとも前一方
のグループの単色光の輝度および波長に基づいて前記測
定対象の温度分布を演算する。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を第１図により説明する。１は
計測対象（この例では燃焼火炎）、２は火炎計測系、11
はITVカメラ、３は光学レンズ、４は分光器、５は光学
フイルタ、６は光電変換器、７はアナログ／デジタル変
換器、８はデジタル画像記憶装置、９は計算機、10は表
示装置を示す。 燃焼火炎１を火炎計測系で計測しITVカメラ11の光学
レンズ３、分光器４を介して三つに分光し、各分光スペ
クトルをそれぞれ第１波長λ1,第２波長λ2,、第３波長
λ３の単色光学フイルタ５を通してろ波し、各ろ波光の
輝度を光電変換器６によつてテレビ映像信号に変換す
る。次にアナログ／デジタル変換器７で、この映像信号
をデジタル画像データに変換し、デジタル画像記憶装置
８にデジタル画像データとして記憶する。計算機９はデ
ジタル画像記憶装置８に記憶された第１からは第３波長
のデジタル画像データを用いて温度分布を計算する。以
下、２次元画像の温度分布を算出する方法について説明
する。 物体からの放射エネルギーを測定して温度を求めるの
に、放射が黒体輻射と見倣せる場合、Wi−enの式を用い
ることができる。すなわち、第１波長λ1,第２波長λ2,
第３波長λ３の各２次元座標点（i,j）の輝度Ｒ（i,j）
と温度Ｔ（i,j）との関係は、（１），（２），（３）
式で表わされる。 ここで、 R1（i,j）：座標（i,j）における第１波長λ１の輝度
（erg/cm3・Ｓ） R2（i,j）：座標（i,j）における第２波長λ２の輝度
（erg/cm3・Ｓ） R3（i,j）：座標（i,j）における第３波長λ３の輝度
（erg/cm3・Ｓ） ε１（i,j）：座標（i,j）における第１波長λ１の放射
率 ε２（i,j）：座標（i,j）における第２波長λ２の放射
率 ε３（i,j）：座標（i,j）における第３波長λ３の放射
率 λ1:第１波長 λ2:第２波長 λ2:第３波長 Ｔ（i,j）：座標（i,j）における温度 C1:定数１（＝3.7403×10-5erg・cm3/S） C2:定数２（＝1.4387cm゜ｋ） ところで（１）〜（３）式中の放射率ε１（i,j），
ε２（i,j），ε３（i,j）は一般に異る値をもつ。近接
した第１波長λ１と第２波長λ２の放射率は略々等しい
と仮定して（１）式と（２）式の輝度比を求めて、座標
（i,j）の初期温度分布T1の形に整理すると（４）式と
なる。 （４）式によつて初期温度分布T1を求める方法が２色
高温計法と呼ばれたものである。 上記と同様の方法によつて、（１）式と（３）式とか
ら（６）式が得られる。 ところで、ε１（i,j）とε３（i,j）の差が小さく
（７）式が成立する場合には（４）式と（６）式の T1（i,j）＝T2（i,j） …（８） となるが、ε１（i,j）とε３（i,j）の差が大きい場合
には、T1（i,j）とT2（i,j）に差が生ずることになる。
したがつて、この差をなくすためには、ε１（i,j）と
ε３（i,j）の値を（７）式の仮定をせずに（１）式と
（３）式より導かれる（９）式が成立するようなε
１（i,j）とε３（i,j）の値にすればよい。 そして、T2′＝T1となるようなε１（i,j），ε
３（i,j）としたものであるから（６）式と（９）式よ
り次式が得られる。 ところで、第２図に示すように放射率εと波長λの間
には連続した関数関係があり、λ１とλ３が近接してい
る場合直線で近似することができる。 そこで（10）式の結果を用いてε２（i,j）の値を（1
1）式によつて近似する。 上式を変形すると（12）式となる。 （12）式に（10）式を代入することにより（13）式が
得られ、この式を用いてε２（i,j）／ε１（i,j）の値
をT1（i,j）,T2（i,j）より求めることができる。 上記のようにして求めたε２（i,j）／ε１（i,j）の
値を（１）式と（２）式より（５）式の仮定をしないで
導いた（14）式に代入して、温度分布T1′（i,j）を計
算する。 この結果が温度分布として表示装置10に表示される。 第３図は、計算機９における上述の計算手順をフロー
チヤートに表わしたものである。 第４図は、表示装置にボイラーのバーナ燃焼火炎の温
度分布計算結果について同一のレベルの温度について、
等高線で表示された例を示す。 〔発明の効果〕 本発明によれば、測定温度範囲によつて放射率が変化
したり、波長によつて放射率が変化しても、被測定物の
温度分布を、放射率の変化を修正することにより演算で
きるので、広い温度範囲に亙り温度分布を高精度に測定
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の１実施例の装置構成図、第２図は分光
スペクトルの波長と放射率の関係を示す図、第３図は計
算機の概略処理フロー図、第４図は燃焼火炎の温度分布
計算結果の表示例を示す図である。 １……燃焼火炎、２……火炎計測系、３……光学レン
ズ、４……分光器、５……光学フイルタ、６……光電変
換器、７……アナログ／デジタル変換器、８……デジタ
ル画像記憶装置、９……計算機、11……ITVカメラ、12
……イメージフアイバ。
スペクトルの波長と放射率の関係を示す図、第３図は計
算機の概略処理フロー図、第４図は燃焼火炎の温度分布
計算結果の表示例を示す図である。 １……燃焼火炎、２……火炎計測系、３……光学レン
ズ、４……分光器、５……光学フイルタ、６……光電変
換器、７……アナログ／デジタル変換器、８……デジタ
ル画像記憶装置、９……計算機、11……ITVカメラ、12
……イメージフアイバ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 本田 永信
茨城県日立市大みか町５丁目２番１号
株式会社日立製作所大みか工場内
(72)発明者 西川 光世
茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社
日立製作所日立研究所内
(72)発明者 松本 弘
茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社
日立製作所日立研究所内
(72)発明者 川上 潤三
茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社
日立製作所日立研究所内
(72)発明者 佐々木 基好
新潟県北蒲原郡聖籠町大字諏訪山字苔沼
2310
(72)発明者 高橋 健二郎
宮城県宮城郡七ケ浜町吉田浜字細田17番
地 火力アパート426号
(56)参考文献 特開 昭57−7529（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−15424（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．測定対象の放射光を導く案内部と、該放射光を集光
する光学レンズと、光学レンズを通過した該放射光を三
つに分光する分光器と、該分光器によって分光された各
分光スペクトルを第１波長λ１、第２波長λ２、第３波
長λ３の単色光にろ波する単色光学フィルタと、該単色
光のそれぞれの輝度を映像信号に変換する光電変換器
と、該映像信号をデジタル画像データに変換するアナロ
グ・デジタル変換装置と、該デジタル画像データを記憶
するデジタル画像記憶装置と、該デジタル画像データを
用いて測定対象の温度分布を演算する計算機と、演算さ
れた温度分布を表示する表示装置とを備えた温度測定装
置において、前記計算機が、前記デジタル画像記憶装置
が記憶する前記三つのろ波された単色光のデータを互い
に異なる二つずつ組み合わせて第１グループと第２グル
ープを形成し、該各グループの互いの単色光の放射率を
等しいと仮定し、該各グループの該単色光の輝度および
波長に基づき前記測定対象の初期温度分布を前記第１グ
ループおよび前記第２グループごとに演算し、前記第１
グループの演算した前記初期温度分布と前記第２グルー
プの演算した前記初期温度分布とを用い、かつ前記三つ
の単色光の波長と放射率とが直線関係にあるものと仮定
して前記第１グループの各単色光の放射率の比と前記第
２グループの各単色光の放射率の比をそれぞれ算出し、
該算出値と少なくとも前記一方のグループの単色光の輝
度および波長に基づいて前記測定対象の温度分布を演算
することを特徴とする温度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62334821A JP2678450B2 (ja) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | 温度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62334821A JP2678450B2 (ja) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | 温度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01174921A JPH01174921A (ja) | 1989-07-11 |
| JP2678450B2 true JP2678450B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=18281592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62334821A Expired - Fee Related JP2678450B2 (ja) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | 温度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2678450B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1134565B1 (en) * | 2000-03-13 | 2004-07-28 | CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA | Imaging pyrometer |
| CN102053099A (zh) * | 2010-10-22 | 2011-05-11 | 中国兵器工业第二一三研究所 | 毫秒级火工药剂燃烧真温测定仪 |
| JP6160200B2 (ja) * | 2013-04-18 | 2017-07-12 | 株式会社ジェイテクト | 光学非破壊検査装置及び光学非破壊検査方法 |
| WO2020080368A1 (ja) * | 2018-10-16 | 2020-04-23 | 古河電気工業株式会社 | 温度計測システム、温度計測方法およびレーザ加工装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS577529A (en) * | 1980-06-16 | 1982-01-14 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Spectroscopic factor measuring method and apparatus |
| JPS6215424A (ja) * | 1985-07-13 | 1987-01-23 | Kawasaki Steel Corp | 放射を利用した物体の温度測定方法 |
-
1987
- 1987-12-29 JP JP62334821A patent/JP2678450B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01174921A (ja) | 1989-07-11 |
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