JP6972728B2 - Temperature measuring device and temperature measuring method - Google Patents

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Description

本発明は、温度測定装置及び温度測定方法に関する。
The present invention relates to a temperature measuring device and a temperature measuring how.

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。 The radiation temperature measurement method is a method of knowing the temperature of a 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 can measure the temperature at high speed without contact. It is a remote temperature measurement method. Today, many industries, including the steel industry, use this radiant temperature measurement method.

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、プロセス制御と材料品質の作り込みの両観点から、鋼材の温度を把握することが頻繁に行われ、搬送ラインを移動する赤熱した鋼材の温度を非接触で測定するために、上記の放射測温法が使用されている。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、蒸発した水によって湯気が発生したりしていることがある。このような状況で放射温度計を使用すると、測定対象物からの熱放射光が水の吸収や湯気の散乱を受けるため、正確な測温を実施できないことが知られている。すなわち、一般的な単色放射測温では、水又は湯気の外乱により放射光が減衰しているのか、それとも、真に温度が低下したのかを、観測値から知ることはできない。 For example, in the continuous casting process and hot-rolling process of the steel manufacturing process, it is frequently performed to grasp the temperature of the steel material from both the viewpoints of process control and material quality, and the red-hot steel material moving on the transfer line. The above radiation temperature measurement method is used to measure the temperature in a non-contact manner. However, cooling water may stay on the steel material or steam may be generated by the evaporated water between the place where the slab is pulled out from the continuous casting machine and the rolling stands in the hot rolling process. It is known that when a radiation thermometer is used in such a situation, accurate temperature measurement cannot be performed because the heat radiant light from the object to be measured is absorbed by water and scattered by steam. That is, in general monochromatic radiation temperature measurement, it is not possible to know from the observed value whether the synchrotron radiation is attenuated by the disturbance of water or steam, or whether the temperature is really lowered.

上記問題に対して、今日の製造現場で行われている対策の一つとして、放射温度計の視野の光路上にパージガスを噴き出し、水・湯気を除去する方法がある。例えば連続鋳造機のスラブの測温では、下記特許文献1の方法が提案されている。しかしながら、下記特許文献1の方法を利用した場合であっても、鋼材上の水の量や流れによっては外乱の影響を有効に低減することができない可能性がある。また、下記特許文献1の方法を利用しようとする際に、設備の構造上、パージガスを噴出させる配管を測定対象の近くまで取り回すことができないこともある。 One of the countermeasures taken at the manufacturing site today is to blow out purge gas on the optical path in the field of view of the radiation thermometer to remove water and steam. For example, in the temperature measurement of a slab of a continuous casting machine, the method of Patent Document 1 below has been proposed. However, even when the method of Patent Document 1 below is used, it may not be possible to effectively reduce the influence of disturbance depending on the amount and flow of water on the steel material. Further, when trying to use the method of Patent Document 1 below, it may not be possible to route the pipe for ejecting the purge gas close to the measurement target due to the structure of the equipment.

一方、従来からある放射測温法の一つとして、放射率の変動や検出器の視野欠けなど放射光が減衰する場合に使用される2色放射温度計を利用した測温法がある。2色放射温度計は、2つの波長で熱放射光を観測し、外乱(放射率の変動、視野欠けによる減光)が2つの波長で同様に生じると仮定して外乱の影響を除去する。しかしながら、前述のような鋼材測温に関しては、外乱要素が湯気による散乱減衰のみであれば2色放射温度計が有用であるが、鋼材上に水が存在する場合、水の分光吸収率が強い波長依存性を有するため、2つの波長で放射光の減衰が同様に生じるという仮定が成り立たず、正確な測温を行うことができないという問題がある。 On the other hand, as one of the conventional radiation temperature measurement methods, there is a temperature measurement method using a two-color radiation thermometer, which is used when synchrotron radiation is attenuated due to fluctuations in emissivity or lack of field of view of a detector. The two-color radiation thermometer observes thermal radiant light at two wavelengths and removes the effects of the disturbance on the assumption that disturbances (fluctuations in emissivity, dimming due to lack of visual field) occur at the two wavelengths as well. However, with regard to the temperature measurement of steel materials as described above, a two-color radiation thermometer is useful if the disturbance element is only scattering attenuation due to steam, but when water is present on the steel material, the spectral absorption rate of water is strong. Since it has wavelength dependence, the assumption that the attenuation of the emitted light occurs at the two wavelengths does not hold, and there is a problem that accurate temperature measurement cannot be performed.

特開2012−71330号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-71330

そこで、本発明は、上記問題について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、測定対象物からの熱放射光が光路上に存在する吸収体や散乱体により減衰してしまう状況下において、当該吸収体や散乱体による熱放射光の減衰量を事前に知ることなく、より高精度に放射測温法による温度測定を行うことが可能な温度測定装置及び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 that the heat radiated light from the object to be measured is attenuated by an absorber or a scatterer existing on the optical path. under circumstances, without knowing the attenuation amount of the thermal radiation light by the absorber or scatterer in advance, more temperature measuring device which can measure the temperature due to radiation thermometry with high accuracy and temperature measuring how the To provide.

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に基づいて、前記測定対象物の温度を測定する温度測定装置であって、近赤外帯域における分光吸収係数に波長依存性を有し熱放射光を吸収する吸収体と、熱放射光を散乱させる散乱体とが、光路上の少なくとも一部に存在している状態で、前記測定対象物の熱放射光の放射輝度を異なる3種類の波長で測定して、測定データを生成する測定部と、前記3種類の波長に対応する前記測定データを、それぞれ第1測定データ、第2測定データ及び第3測定データとした場合に、前記第1測定データと前記第2測定データの一方を他方で除することで第1二色比を算出し、前記第1測定データと前記第3測定データの一方を他方で除することで第2二色比を算出し、前記測定対象物の前記3種類の波長における分光放射率が既知であるか、又は、前記測定対象物の前記3種類の波長における分光放射率が等しいという仮定の下で、前記第1二色比又は前記第2二色比と、前記測定対象物の温度との関係を示す2つの関係式を、連立方程式として解くことで、前記測定対象物の温度を算出する演算処理部と、を有し、前記3種類の波長のうち少なくとも2種類は、前記吸収体の分光吸収係数が波長依存性を有する帯域から選択される、温度測定装置が提供される。
In order to solve the above problems, according to a certain viewpoint of the present invention, it is a temperature measuring device that measures the temperature of the object to be measured based on the thermal radiation in the near infrared band emitted by the object to be measured. An absorber that has a wavelength dependence on the spectral absorption coefficient in the near-infrared band and absorbs thermal radiation light and a scatterer that scatters thermal radiation light are present in at least a part of the optical path. The measurement unit that measures the radiation brightness of the thermal radiation of the measurement object at three different wavelengths and generates measurement data, and the measurement data corresponding to the three types of wavelengths are the first measurement data, respectively. When the second measurement data and the third measurement data are used, the first second color ratio is calculated by dividing one of the first measurement data and the second measurement data by the other, and the first measurement data and the above are described. The second second color ratio is calculated by dividing one of the third measurement data by the other, and the spectral emission rate of the measurement object at the three types of wavelengths is known, or the measurement object is said to have the spectral emission rate. Under the assumption that the spectral emission rates at the three types of wavelengths are equal, two relational expressions showing the relationship between the first two-color ratio or the second two-color ratio and the temperature of the object to be measured are expressed in a simultaneous equation. It has an arithmetic processing unit that calculates the temperature of the object to be measured, and at least two of the three types of wavelengths are from the band in which the spectral absorption coefficient of the absorber has wavelength dependence. A temperature measuring device of choice is provided.

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光に基づいて、前記測定対象物の温度を測定する温度測定装置であって、前記近赤外帯域における分光吸収係数に波長依存性を有し熱放射光を吸収する吸収体と、熱放射光を散乱させる散乱体とが、光路上の少なくとも一部に存在している状態で、前記測定対象物の熱放射光の放射輝度を異なる3種類の波長で測定して、測定データを生成する測定部と、前記測定対象物の前記3種類の波長における分光放射率が既知であるか、又は、前記測定対象物の前記3種類の波長における分光放射率が等しいという仮定の下で、前記3種類の波長における、前記測定対象物の温度と、前記吸収体の厚みと、前記散乱体の透過率の関係を示す3つの関係式を、連立方程式として解くことで、前記測定対象物の温度を算出する演算処理部と、を有し、前記3種類の波長のうち少なくとも2種類は、前記吸収体の分光吸収係数が波長依存性を有する帯域から選択される、温度測定装置が提供される。Further, in order to solve the above-mentioned problems, according to another viewpoint of the present invention, a temperature measuring device for measuring the temperature of the measurement object based on the thermal radiation light in the near infrared band emitted by the measurement object. Therefore, an absorber that has a wavelength dependence on the spectral absorption coefficient in the near-infrared band and absorbs thermal radiation light and a scatterer that scatters the thermal radiation light are present in at least a part of the optical path. In this state, the measurement unit that measures the radiation brightness of the thermal radiation of the object to be measured at three different wavelengths and generates measurement data, and the spectral emission rate of the object to be measured at the three wavelengths The temperature of the object to be measured and the thickness of the absorber at the three wavelengths, either known or under the assumption that the spectral emission of the object to be measured at the three wavelengths is equal. It also has an arithmetic processing unit that calculates the temperature of the object to be measured by solving three relational expressions showing the relationship of the transmittance of the scatterer as simultaneous equations, and has at least one of the three kinds of wavelengths. Two types are provided as a temperature measuring device in which the spectral absorption coefficient of the absorber is selected from the band having a wavelength dependence.

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, solution, glass or resin.

また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、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、近赤外帯域における分光吸収係数に波長依存性を有し熱放射光を吸収する吸収体と、熱放射光を散乱させる散乱体とが、光路上の少なくとも一部に存在している状態で、前記測定対象物の熱放射光の放射輝度を異なる3種類の波長で測定して、測定データを生成する測定ステップと、前記3種類の波長に対応する前記測定データを、それぞれ第1測定データ、第2測定データ及び第3測定データとした場合に、前記第1測定データと前記第2測定データの一方を他方で除することで第1二色比を算出し、前記第1測定データと前記第3測定データの一方を他方で除することで第2二色比を算出し、前記測定対象物の前記3種類の波長における分光放射率が既知であるか、又は、前記測定対象物の前記3種類の波長における分光放射率が等しいという仮定の下で、前記第1二色比又は前記第2二色比と、前記測定対象物の温度との関係を示す2つの関係式を、連立方程式として解くことで、前記測定対象物の温度を算出する演算処理ステップと、を有し、前記3種類の波長のうち少なくとも2種類は、前記吸収体の分光吸収係数が波長依存性を有する帯域から選択される、温度測定方法が提供される。
Further, in order to solve the above problems, according to still another viewpoint of the present invention, a temperature measuring method for measuring the temperature of the measuring object based on the thermal radiation in the near infrared band emitted by the measuring object. Therefore, an absorber that has a wavelength dependence on the spectral absorption coefficient in the near-infrared band and absorbs thermal radiation light and a scatterer that scatters the thermal radiation light are present in at least a part of the optical path. In this state, the measurement step of measuring the radiation brightness of the thermal radiation of the object to be measured at three different wavelengths to generate measurement data, and the measurement data corresponding to the three types of wavelengths are obtained. In the case of 1 measurement data, 2nd measurement data and 3rd measurement data, the 1st second color ratio is calculated by dividing one of the 1st measurement data and the 2nd measurement data by the other, and the 1st measurement data is calculated. The second color ratio is calculated by dividing one of the measurement data and the third measurement data by the other, and the spectral emission rate of the measurement object at the three types of wavelengths is known, or the measurement is performed. Two relational expressions showing the relationship between the first two-color ratio or the second two-color ratio and the temperature of the measurement object under the assumption that the spectral emission rates of the three kinds of objects are equal. Has an arithmetic processing step of calculating the temperature of the object to be measured by solving as simultaneous equations, and at least two of the three types of wavelengths have a wavelength-dependent spectral absorption coefficient of the absorber. A temperature measuring method selected from the band having the above is provided.

また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、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、近赤外帯域における分光吸収係数に波長依存性を有し熱放射光を吸収する吸収体、熱放射光を散乱させる散乱体とが、光路上の少なくとも一部に存在している状態で、前記測定対象物の熱放射光の放射輝度を異なる3種類の波長で測定して、測定データを生成する測定ステップと、前記測定対象物の前記3種類の波長における分光放射率が既知であるか、又は、前記測定対象物の前記3種類の波長における分光放射率が等しいという仮定の下で、前記3種類の波長における、前記測定対象物の温度と、前記吸収体の厚みと、前記散乱体の透過率の関係を示す3つの関係式を、連立方程式として解くことで、前記測定対象物の温度を算出する演算処理ステップと、を有し、前記3種類の波長のうち少なくとも2種類は、前記吸収体の分光吸収係数が波長依存性を有する帯域から選択される、温度測定方法が提供される。
Further, in order to solve the above-mentioned problems, according to still another viewpoint of the present invention, a temperature measuring method for measuring the temperature of the measurement object based on the thermal radiation light in the near infrared band emitted by the measurement object. a is, an absorber for absorbing the chromatic thermally emitted light wavelength dependence on the spectral absorption coefficient definitive near infrared band, and scatterer which scatters thermal radiation light is present in at least a portion of the optical path In this state, the measurement step of measuring the radiation brightness of the thermal radiation of the object to be measured at three different wavelengths to generate measurement data, and the spectral emission rate of the object to be measured at the three wavelengths. Is known, or the temperature of the object to be measured and the thickness of the absorber at the three wavelengths are assumed to be equal at the three wavelengths of the object to be measured. And an arithmetic processing step of calculating the temperature of the object to be measured by solving the three relational expressions showing the relationship of the transmission of the scatterer as simultaneous equations, and among the three kinds of wavelengths. At least two types provide a temperature measuring method in which the spectral absorption coefficient of the absorber is selected from the wavelength-dependent band.

以上説明したように本発明によれば、測定対象物からの熱放射光が光路上に存在する吸収体や散乱体により減衰してしまう状況下において、当該吸収体や散乱体による熱放射光の減衰量を事前に知ることなく、より高精度に放射測温法による温度測定を行うことが可能となる。 As described above, according to the present invention, in a situation where the heat radiated light from the object to be measured is attenuated by the absorber or the scatterer existing on the optical path, the heat radiated light by the absorber or the scatterer is generated. It is possible to measure the temperature by the radiant temperature measurement method with higher accuracy without knowing the amount of attenuation in advance.

放射測温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 radiation temperature measurement method. 観測される光量の減衰と演算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 the attenuation of the observed light quantity and the calculated temperature. 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説明図である。It is explanatory drawing which showed the wavelength dependence of the spectral absorption coefficient of water which is an example of an absorber. 本発明の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 the structure of the temperature measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 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 the structure of the temperature measuring apparatus which concerns on the said 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 the structure of the measuring part included in the temperature measuring apparatus which concerns on the said 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 which showed an example of the structure of the arithmetic processing part included in the temperature measuring apparatus which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る温度測定方法の流れの一例を示した流れ図である。It is a flow chart which showed an example of the flow of the temperature measurement method which concerns on the same embodiment. 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 which showed an example of the hardware composition of the temperature measuring apparatus which concerns on the same embodiment. 吸収体の一例である水の分光透過率を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the spectral transmittance of water which is an example of an absorber. 黒体放射理論式から算出される分光放射輝度と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 the spectral radiance calculated from the blackbody radiation theory formula, and the temperature. 二色比と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 the two-color ratio and temperature. 水膜厚みと演算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 the water film thickness and the calculated temperature.

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.

(一般的な放射測温法の問題点について)
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について説明するに先立ち、一般的な放射測温法の問題点について、図1〜図3を参照しながら具体的に説明する。図1は、放射測温法について説明するための説明図であり、図2は、観測される光量の減衰と演算温度との関係を示した説明図であり、図3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説明図である。
(About the problems of general radiation temperature measurement method)
Prior to explaining the temperature measuring device and the temperature measuring method according to the embodiment of the present invention, the problems of the general radiant temperature measuring method will be specifically described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the radiation temperature measurement method, FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the attenuation of the observed light amount and the calculated temperature, and FIG. 3 is an example of an absorber. It is explanatory drawing which showed the wavelength dependence of the spectral absorption coefficient of water.

図1に、水などの吸収体や、水蒸気・湯気などの散乱体に起因する光路上の減光を伴う放射測温の状況を模式的に示した。また、真の温度が800℃であり、分光放射率が0.83である測定対象物を、観測波長750nmの単色放射温度計で測温した場合において、上記のような吸収体や散乱体により熱放射光が減衰して観測されることに起因する見かけの温度を、プランクの黒体放射式に則して演算した。得られた演算結果を図2に図示した。 FIG. 1 schematically shows the state of radiation temperature measurement accompanied by dimming on the optical path caused by an absorber such as water and a scatterer such as water vapor and steam. Further, when a measurement object having a true temperature of 800 ° C. and a spectral emissivity of 0.83 is measured with a monochromatic radiation thermometer having an observation wavelength of 750 nm, the above-mentioned absorber or scatterer may be used. The apparent temperature caused by the decay and observation of thermal radiation was calculated according to Planck's blackbody radiation equation. The obtained calculation result is shown in FIG.

ここで、波長750nmは、吸収体の一例である水に対しては透明であるものの、例えば鋼材等の測定対象物上に水膜が存在すれば、水の界面反射に起因して7%程度の減衰があり、界面反射による減衰に起因する測温誤差は約5℃になる。更に、水蒸気や湯気(すなわち、ミスト)中での光散乱で光量が半減する状況になれば、図2から明らかなように、40℃に達する測定誤差が生じることとなる。このように、単色放射温度計による単色放射測温は、特に熱放射光の光路上で生じる減衰に対して誤差要因が内在する。 Here, the wavelength of 750 nm is transparent to water, which is an example of an absorber, but if a water film is present on a measurement object such as a steel material, it is about 7% due to the interfacial reflection of water. The temperature measurement error due to the attenuation due to the interfacial reflection is about 5 ° C. Further, if the amount of light is halved by light scattering in steam or steam (that is, mist), a measurement error reaching 40 ° C. will occur, as is clear from FIG. As described above, the monochromatic radiation temperature measurement by the monochromatic radiation thermometer has an inherent error factor with respect to the attenuation occurring on the optical path of the thermal radiation light.

また、放射測温法には、単色放射温度計ではなく2色放射温度計を用いて測温を行う方法も存在する。この2色放射温度計を用いる測温方法は、2つの波長の分光放射率が互いに同一であるとして、分光放射輝度の比(二色比)から温度を求める方法である。かかる2色放射温度計を利用した方法は、水の吸収による減光が2つの波長間で同じであれば有効な測温方法であるが、以下に述べる理由でその前提が成り立たない。すなわち、水の分光透過率には、図3に示したように強い波長依存性があり、例えば、真の温度が800℃、水膜の厚みが10mmとして後述する2色比の温度関数と水の分光透過特性データとを用いると、波長750nmと850nmの2波長では24℃の測温誤差が生じ、波長750nmと950nmの2波長では98℃の測温誤差が生じてしまう。また、水が透明であり、かつ、測定対象物が観測できる放射を発している赤色付近の狭い波長帯域で2色測温法を実施しようとすると、近接した2波長を使うことになり、二色比の温度変化が小さく測温精度が得られないという問題がある。 Further, in the radiation temperature measurement method, there is also a method of measuring the temperature using a two-color radiation thermometer instead of a monochromatic radiation thermometer. The temperature measurement method using this two-color radiation thermometer is a method of obtaining the temperature from the ratio of spectral radiance (two-color ratio), assuming that the spectral emissivity of the two wavelengths is the same as each other. The method using such a two-color radiation thermometer is an effective temperature measurement method if the dimming due to water absorption is the same between the two wavelengths, but the premise does not hold for the reason described below. That is, the spectral transmittance of water has a strong wavelength dependence as shown in FIG. 3, for example, the temperature function of the two color ratio and water described later assuming that the true temperature is 800 ° C. and the thickness of the water film is 10 mm. Using the spectral transmission characteristic data of the above, a temperature measurement error of 24 ° C. occurs at two wavelengths of 750 nm and 850 nm, and a temperature measurement error of 98 ° C. occurs at two wavelengths of 750 nm and 950 nm. In addition, if the two-color temperature measurement method is to be carried out in a narrow wavelength band near red where the water is transparent and the object to be measured emits observable radiation, two adjacent wavelengths will be used. There is a problem that the temperature change of the color ratio is small and the temperature measurement accuracy cannot be obtained.

なお、上記説明では、測定対象物である鋼材上に存在する吸収体として水を例に挙げたが、水以外にも、ガラスや、鋼材上に存在する溶液や、鋼材上に存在する油脂・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。 In the above description, water is taken as an example as an absorber existing on the steel material to be measured, but in addition to water, glass, a solution existing on the steel material, and oils and fats existing on the steel material are used. Resins and the like also have non-uniform spectral absorption rates in the near-infrared band (that is, show strong wavelength dependence) and function as absorbers.

また、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及び散乱体が存在するという状況は、上記のような連続鋳造工程等といった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。 In addition, the situation where an absorber and a scatterer are present on the optical path between the object to be measured by the radiation temperature measurement method and the radiation thermometer is not limited to the steel manufacturing process such as the continuous casting process as described above, but also various other situations. This is a situation that can occur even in various measurement environments.

このように、測定対象物と放射温度計とを結ぶ光路上に、吸収体や散乱体が存在する箇所では、一般的な放射測温技術では十分な精度が得られないという問題がある。 As described above, there is a problem that sufficient accuracy cannot be obtained by a general radiation temperature measurement technique in a place where an absorber or a scatterer exists on the optical path connecting the measurement object and the radiation thermometer.

(本発明者らが得た知見について)
以上説明したような問題について、本発明者らが鋭意検討した結果、測定対象物の熱放射光を互いに異なる3種類の波長で観測することで、測定対象物の温度、熱放射光を吸収する吸収体の厚み、及び、散乱体による散乱減衰量という3つの未知数を、演算で求めることができることに想到し、以下で詳細に説明する知見を得ることができた。
(About the findings obtained by the present inventors)
As a result of diligent studies by the present inventors on the problems described above, the temperature of the object to be measured and the thermal radiation are absorbed by observing the thermal radiation of the object to be measured at three different wavelengths. We came up with the idea that the three unknowns, the thickness of the absorber and the amount of scattering attenuation due to the scattering element, can be obtained by calculation, and we were able to obtain the findings described in detail below.

以下では、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で用いられる、3種類の波長の分光放射輝度観測値から、測定対象物の温度を演算する手法について、詳細に説明する。 Hereinafter, a method for calculating the temperature of the object to be measured from the spectral radiance observation values of three types of wavelengths used in the temperature measuring device and the temperature measuring method according to the embodiment of the present invention will be described in detail.

いま、測定対象物の温度をT[℃]とし、放射温度計により観測する3種類の波長をλn(n=1,2,3)とする。かかる場合において、各波長における分光放射輝度L(λ)は、以下の式(1)のように表わされる。 Now, let the temperature of the object to be measured be T [° C.], and let the three types of wavelengths observed by the radiation thermometer be λn (n = 1, 2, 3). In such a case, the spectral radiance L bn ) at each wavelength is expressed by the following equation (1).

Figure 0006972728
Figure 0006972728

ここで、上記式(1)において、
: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]
β:散乱体による散乱に起因する見かけの透過率
τ:波長λにおける吸収体の分光透過率
ε:波長λにおける分光放射率
である。
Here, in the above equation (1),
c 1 : First constant of blackbody radiation, 1.19 × 10 20 [ Wm-2・ nm 4 ]
c 2: second constant of black body radiation, 1.44 × 10 7 [nm · K]
β: Apparent transmittance due to scattering by the scatterer τ n : Spectral transmittance of the absorber at wavelength λ n ε n : Spectral emissivity at wavelength λ n.

ここで、測定対象物と放射温度計との間の光路上に存在する湯気や水蒸気(ミスト)は、近赤外帯域の波長より直径が大きな散乱体である。かかる場合に、熱放射光は、Mie散乱と呼ばれる散乱現象により散乱されるため、上記式(1)における変数βは、波長によらず一定であると考えることができる。すなわち、近赤外帯域では、散乱体の散乱特性は、波長依存性が無く一様であると考えることができる。 Here, the steam and water vapor (mist) existing on the optical path between the object to be measured and the radiation thermometer are scatterers having a diameter larger than the wavelength in the near-infrared band. In such a case, since the thermal radiation light is scattered by a scattering phenomenon called Mie scattering, the variable β in the above equation (1) can be considered to be constant regardless of the wavelength. That is, in the near-infrared band, the scattering characteristics of the scatterer can be considered to be uniform without wavelength dependence.

一方、吸収体である水の分光透過率は、界面反射損失による透過率τと、水内部のランベルト・ベールの法則に従う透過率との積として、下記の式(2)で記述される。なお、下記式(2)において、αは波長λにおける分光吸収係数であり、tは水の厚みである。 On the other hand, the spectral transmittance of water, which is an absorber, is described by the following equation (2) as the product of the transmittance τ 0 due to the interfacial return loss and the transmittance according to Lambert-Beer's law inside the water. In the following equation (2), α n is the spectral absorption coefficient at the wavelength λ n , and t is the thickness of water.

Figure 0006972728
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次に、散乱体による散乱に起因して熱放射光が減衰する効果を表した項を消去するため、上記式(1)を、2種類の二色比の式に変形すると、以下の式(3)及び(4)を得ることができる。ここで、二色比とは、観測されたある一つの波長における分光放射輝度を他の波長における分光放射輝度で除することで得られる、分光放射輝度の比である。 Next, in order to eliminate the term expressing the effect of attenuating the thermal radiation light due to scattering by the scatterer, the above equation (1) is transformed into two types of two-color ratio equations, and the following equation ( 3) and (4) can be obtained. Here, the two-color ratio is a ratio of spectral radiance obtained by dividing the observed spectral radiance at one wavelength by the spectral radiance at another wavelength.

Figure 0006972728
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ここで、上記式(3)及び式(4)におけるR(T)及びR(T)は、二色比と温度とを対応付ける指数関数であり、上記式(1)を利用して上記式(3)及び式(4)の左辺を展開することで、以下の式(5)及び式(6)のように表すことができる。 Here, R 1 (T) and R 2 (T) in the above equations (3) and (4) are exponential functions that associate the two color ratios with the temperature, and the above equation (1) is used to describe the above. By expanding the left side of the equations (3) and (4), it can be expressed as the following equations (5) and (6).

Figure 0006972728
Figure 0006972728

しかしながら、理論式(1)から導出されるR(T)及びR(T)は、上記式(5)及び式(6)から明らかなように、複雑な形を有している。そのため、上記式(5)及び式(6)に代えて、以下の式(7)及び式(8)に示した多項式近似による近似式(実験式)を用いることも可能である。 However, R 1 (T) and R 2 (T) derived from the theoretical formula (1) have a complicated form as is clear from the above formulas (5) and (6). Therefore, instead of the above equations (5) and (6), it is also possible to use an approximate equation (empirical equation) by polynomial approximation shown in the following equations (7) and (8).

Figure 0006972728
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ここで、上記式(7)及び式(8)において、a〜a及びb〜bは、多項式の係数である。また、係数a〜a及びb〜bは、観測波長と測定対象物の温度域とで定まる定数であるため、事前に実測したりシミュレーションを行ったりすることで、特定することができる。 Here, in the above formula (7) and (8), a 2 ~a 0 and b 2 ~b 0 is the coefficient of the polynomial. Further, since the coefficients a 2 to a 0 and b 2 to b 0 are constants determined by the observation wavelength and the temperature range of the object to be measured, they can be specified by actual measurement or simulation in advance. can.

ここで、測定対象物の熱放射光を観測することで得られる、波長λ、λ、λの分光放射輝度をそれぞれL、L、Lとすると、LをLで割った二色比が上記式(3)式に等しくなり、LをLで割った二色比が上記式(4)式に等しくなる。すなわち、下記の式(9)及び式(10)で表される関係が成立する。 Here, assuming that the spectral radiances of wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 obtained by observing the thermal radiance of the object to be measured are L 1 , L 2 , and L 3 , respectively, L 1 is L 2 . The divided two-color ratio becomes equal to the above equation (3), and the two-color ratio obtained by dividing L 1 by L 3 becomes equal to the above equation (4). That is, the relationships represented by the following equations (9) and (10) are established.

Figure 0006972728
Figure 0006972728

従って、関係式R(T)及びR(T)の具体的な関数形として、上記式(7)及び式(8)で表される多項式近似の近似式を利用したとすると、上記式(9)及び式(10)は、下記の式(11)及び式(12)のようになる。ここで、下記の式(11)及び式(12)において、E及びEは、下記の式(13)及び式(14)である。 Therefore, assuming that the approximate expression of the polynomial approximation represented by the above equations (7) and (8) is used as the concrete function form of the relational expressions R 1 (T) and R 2 (T), the above equation is used. The equations (9) and (10) are as shown in the following equations (11) and (12). Here, in the following equations (11) and (12), E 1 and E 2 are the following equations (13) and (14).

Figure 0006972728
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ここで、上記式(11)〜式(14)において、吸収体の分光吸収係数α、α、αは、光路上に存在しうる吸収体を単独で事前に測定することで、予め把握することができる。また、関係式R(T)及びR(T)は、式(5)及び式(6)に示したものを使用するのであれば、具体的な関数形を事前に算出しておくことが可能であるし、式(7)及び式(8)に示したものを使用するのであれば、事前のシミュレーションや実測により具体的な関数形を特定することが可能である。 Here, in the above equations (11) to (14), the spectral absorption coefficients α 1 , α 2 , and α 3 of the absorber can be determined in advance by independently measuring the absorber that can exist on the optical path in advance. Can be grasped. Also, the relational expression R 1 (T) and R 2 (T) is, if you use those shown in Equation (5) and (6), that you calculate the specific function form in advance If the ones shown in the equations (7) and (8) are used, it is possible to specify a specific functional form by a preliminary simulation or actual measurement.

上記式(13)及び式(14)における分光放射率ε、ε、εに関しては、分光放射率ε、ε、εを事前に実測したりシミュレートしたりして特定しておくか、又は、観測波長帯域においてε=ε=εが成立すると仮定することにより、上記E及びEが定数となる。すると、上記式(11)及び式(12)における未知数は、測定対象物の温度Tと、水などの吸収体の厚みtの2つとなる。そのため、上記式(11)及び式(12)を連立方程式として取り扱うことで、測定対象物の温度Tを算出することが可能となる。 The spectral emissivity ε 1 , ε 2 , and ε 3 in the above equations (13) and (14) are specified by measuring or simulating the spectral emissivity ε 1 , ε 2 , and ε 3 in advance. Or by assuming that ε 1 = ε 2 = ε 3 holds in the observed wavelength band, the above E 1 and E 2 become constants. Then, the unknowns in the above equations (11) and (12) are two, the temperature T of the object to be measured and the thickness t of the absorber such as water. Therefore, by treating the above equations (11) and (12) as simultaneous equations, it is possible to calculate the temperature T of the object to be measured.

ここで、測定対象物の温度T及び吸収体の厚みtを未知数とする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。 Here, the method of solving the simultaneous equations in which the temperature T of the object to be measured and the thickness t of the absorber are unknowns is not particularly limited, and for example, if it can be solved analytically, it may be solved analytically. , It may be solved by numerical calculation, or it may be solved as an optimum value problem.

本発明者らは、以上説明したような知見を得た上で更なる検討を行った結果、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に想到したのである。 As a result of further studies after obtaining the findings as described above, the present inventors have come up with the temperature measuring device and the temperature measuring method according to the embodiment of the present invention as described below. be.

(実施形態)
<温度測定装置の構成について>
続いて、図4A及び図4B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の全体構成について詳細に説明する。図4A及び図4B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 configuration of the temperature measuring device>
Subsequently, the overall configuration of the temperature measuring device 10 according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4A and 4B. 4A and 4B are explanatory views 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、測定対象物が温度に応じて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、及び、近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有しない散乱体の双方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。この温度測定装置10は、例えば図4A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。 The temperature measuring device 10 according to the present embodiment emits thermal radiation in the near-infrared band emitted by the object to be measured according to the temperature, an absorber having a wavelength dependence on the spectral absorption coefficient in the near-infrared band, and near. In the infrared band, both scatterers that do not have wavelength dependence on the spectral absorption coefficient are detected in a state where they are present in at least a part of the optical path, and the measurement object is measured based on the detection result of the radiation brightness of thermal radiation. It is a device that measures the temperature of. Here, examples of the absorber having a wavelength dependence on the spectral absorption coefficient in the near-infrared band include at least one of water, oil, solution, glass, and resin. As shown in FIG. 4A, for example, the temperature measuring device 10 mainly includes a measuring unit 101, an arithmetic 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材など、主に、可視光帯域〜近赤外帯域(例えば、800nm〜1400nmの帯域)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。この際、測定部101は、測定対象物の熱放射光を、3種類の波長でそれぞれ測定し、これら3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 measuring unit 101 is emitted with respect to a measurement object that emits thermal radiant light mainly belonging to the visible light band to the near infrared band (for example, the band of 800 nm to 1400 nm), such as a steel material in a high temperature state. Measure the magnitude of the synchrotron radiation (observed light). At this time, the measuring unit 101 measures the thermal radiant light of the object to be measured at each of the three types of wavelengths, and generates measurement data showing the detection results of the radiance of the thermal radiant light at these three types of wavelengths.

ここで、3種類の波長のうち少なくとも2種類は、吸収体の分光吸収係数に波長依存性を有する帯域から選択される。 Here, at least two of the three wavelengths are selected from the band having a wavelength dependence on the spectral absorption coefficient of the absorber.

この測定部101は、例えば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。 The measuring unit 101 corresponds to an optical system including, for example, various lenses / lens groups in a radiation thermometer, sensors such as a photodetector, and the like. A more detailed configuration of the measuring unit 101 will be described again below.

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 measuring unit 101 measures the magnitude of the thermal radiation light of the object to be measured and generates measurement data showing the detection result of the radiance of the thermal radiation light, the generated measurement data is transmitted 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)、入力装置、出力装置、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3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), an input device, an output device, a communication device, and the like. The arithmetic processing unit 103 controls the measurement processing performed by the measurement unit 101 in an integrated manner. Further, the arithmetic processing unit 103 performs arithmetic processing for calculating the temperature of the object to be measured based on the measurement data measured by the measurement unit 101. More specifically, the arithmetic processing unit 103 is derived from the measurement data generated by the measurement unit 101 corresponding to the three types of wavelengths and the plank blackbody radiation equation as described above, and the spectral radiance and temperature. The temperature of the object to be measured is calculated based on the relational expression between. The information regarding the temperature of the object to be measured calculated by the arithmetic processing unit 103 is output as an image via a display screen or the like, is output as a printed matter via a printer or the like, or is output 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、上記の連立方程式における様々な定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, for example, by a RAM, a storage device, or the like included in the temperature measuring device 10 according to the present embodiment. The storage unit 105 contains various parameters such as the spectral absorption coefficient of the absorber of interest, the spectral radiance of the object to be measured obtained by analyzing past operation data, and various constants in the above simultaneous equations. And data etc. are stored. In addition to these data, in the storage unit 105, various parameters that need to be stored when the temperature measuring device 10 according to the present embodiment needs to be stored, the progress of the processing, etc., or the progress of the processing, etc., or Various databases, programs, etc. 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4Aに模式的に示したように、例えば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4B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4Bに示した例では、例えば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4B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。 As shown schematically in FIG. 4A, the measuring unit 101, the arithmetic processing unit 103, and the storage unit 105 may be realized inside one measuring device as, for example, one function of a radiation thermometer. Further, the measurement unit 101, the arithmetic processing unit 103, and the storage unit 105 may be distributed and mounted in a plurality of devices, for example, as shown in FIG. 4B. In the example shown in FIG. 4B, the functions of the measuring unit 101 and the storage unit 105 are realized inside the measuring unit that functions as a radiation thermometer, and the arithmetic processing device such as a personal computer, various servers, and various process computers is realized. The case where the functions of the arithmetic processing unit 103 and the storage unit 105 are realized inside is shown. In FIG. 4B, the storage unit 105 is realized as the storage units 105a and 105b in the measurement unit and the arithmetic processing unit, respectively, 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の構成例について>
続いて、図5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する。図5は、本実施形態に係る測定部101の構成例を模式的に示した説明図である。
<About the configuration example of the measuring unit 101>
Subsequently, a configuration example of the measurement unit 101 according to the present embodiment will be briefly described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing a configuration example of the measurement unit 101 according to the present embodiment.

先だって説明したように、本実施形態に係る測定部101は、放射温度計における光学系に対応するものである。かかる測定部101は、図5に例示したように、測定対象物からの熱放射光を後述する光検出器等のセンサ113に導光するレンズ111と、レンズ111により導光された熱放射光を検出するセンサ113と、を主に備える。また、測定部101は、センサ113に導光される熱放射光の波長を選択するための波長選択フィルタ115を更に備えている。 As described above, the measuring unit 101 according to the present embodiment corresponds to the optical system in the radiation thermometer. As illustrated in FIG. 5, the measuring unit 101 has a lens 111 that guides the heat radiated light from the measurement object to a sensor 113 such as a photodetector described later, and the heat radiated light guided by the lens 111. Mainly includes a sensor 113 for detecting the light. Further, the measuring unit 101 further includes a wavelength selection filter 115 for selecting the wavelength of the thermal radiation light guided by the sensor 113.

ここで、図5において、レンズ111は、1つのレンズを用いて模式的に図示されているが、レンズ111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、レンズ111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。 Here, in FIG. 5, the lens 111 is schematically shown using one lens, but the lens 111 may be a lens group composed of a plurality of lenses. Further, the lens used for the lens 111 is not particularly limited, and known optical elements such as a spherical lens and an aspherical lens can be appropriately used.

センサ113は、レンズ111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、予め設定された3つの波長(観測波長)のそれぞれで検出し、得られた輝度信号のデータを生成する。その後、センサ113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ものである。 The sensor 113 detects the spectral radiance of the thermal radiance from the object to be measured guided by the lens 111 at each of the three preset wavelengths (observation wavelengths), and obtains the obtained luminance signal data. Generate. After that, the sensor 113 outputs the obtained luminance signal to the arithmetic processing unit 103. Such a luminance signal corresponds to the measurement data showing the detection result of the radiance of the thermal radiant light.

センサ113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3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。 The sensor 113 is not particularly limited, and any known sensor 113 can be used as long as it is suitable for the above-mentioned three types of wavelengths for detecting thermal radiation light. Examples of such a sensor (photodetector) include a detection element using Si, a detection element using InGaAs, and the like.

波長選択フィルタ115は、センサ113に導光される熱放射光の波長を選択し、特定の波長を有する熱放射光をセンサ113へと透過させるフィルタである。かかる波長選択フィルタ115については、予め設定された3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。 The wavelength selection filter 115 is a filter that selects the wavelength of the thermal radiation light guided by the sensor 113 and transmits the thermal radiation light having a specific wavelength to the sensor 113. As the wavelength selection filter 115, known ones can be used as long as they can transmit light of three preset wavelengths (observation wavelengths).

以上、図5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。 As described above, a configuration example of the measurement unit 101 according to the present embodiment has been briefly described with reference to FIG.

<演算処理部103の構成例について>
次に、図6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6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る。
<About the configuration example of the 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 FIG. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the arithmetic processing unit 103 according to the present embodiment.

本実施形態に係る演算処理部103は、図6に例示したように、測定制御部121と、データ取得部123と、温度算出部125と、結果出力部127と、表示制御部129と、を主に備える。 As illustrated in FIG. 6, the arithmetic processing unit 103 according to the present embodiment includes a measurement control unit 121, a data acquisition unit 123, a temperature calculation unit 125, a result output unit 127, and a display control unit 129. Mainly prepare.

測定制御部121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121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121は、先だって説明したような3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121は、必要に応じて、温度算出部125に対して、熱放射光の測定条件などといった各種設定値を出力することも可能である。 The measurement control unit 121 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 121 is a processing unit that comprehensively controls the functions of the temperature measurement device 10 according to the present embodiment. Further, the measurement control unit 121 controls the operation of the measurement unit 101 so as to measure the thermal radiation light from the measurement object at the three types of wavelengths as described above. Further, the measurement control unit 121 can output various set values such as measurement conditions for thermal radiation to the temperature calculation unit 125, if necessary.

データ取得部123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123は、測定部101によって生成された3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125へと出力する。また、データ取得部123は、取得した3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 123 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a communication device, or the like. The data acquisition unit 123 acquires the luminance signals at the three types of wavelengths generated by the measurement unit 101 and outputs them to the temperature calculation unit 125, which will be described later. Further, the data acquisition unit 123 may associate the acquired luminance signals at the three types of wavelengths with time information related to the date and time when the luminance signal was acquired and store the luminance signals in the storage unit 105 as history information.

温度算出部125は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。温度算出部125は、データ取得部123から出力された3種類の波長における輝度信号を利用して、第1の波長〜第3の波長のうち何れか一つの波長での輝度信号を、残りの2つの波長のうちの何れか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2種類算出する。また、温度算出部125は、算出した2種類の二色比と、予め取得した3種類の波長における分光吸収係数と、3種類の波長における測定対象物の分光放射率が等しいという仮定、又は、予め取得した3種類の波長における測定対象物の分光放射率と、二色比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。 The temperature calculation unit 125 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, or the like. The temperature calculation unit 125 uses the luminance signals at the three types of wavelengths output from the data acquisition unit 123 to obtain the luminance signal at any one of the first wavelength to the third wavelength and the remaining luminance signals. Two types of two-color ratio (in other words, the ratio of spectral radiance) divided by the luminance signal of any of the two wavelengths are calculated. Further, the temperature calculation unit 125 assumes that the calculated two-color ratio, the spectral absorption coefficient at the three wavelengths obtained in advance, and the spectral emissivity of the object to be measured at the three wavelengths are equal, or The temperature of the object to be measured is calculated based on the spectral emissivity of the object to be measured at the three types of wavelengths acquired in advance and the relational expression between the two-color ratio and the temperature.

ここで、予め取得した3種類の波長における測定対象物の分光放射率は、3種類の波長における測定対象物の分光放射率が互いに等しいという仮定が成立しない場合に用いられても良いし、当該仮定が成立している場合においても用いられても良い。ただ、3種類の波長における測定対象物の分光放射率が互いに等しい(又は等しいとみなすことができる)場合には、実施される演算の演算コストを削減することができるため、予め取得した3種類の波長における測定対象物の分光放射率を利用しない方が良い。 Here, the spectral emissivity of the object to be measured at the three types of wavelengths acquired in advance may be used when the assumption that the spectral emissivity of the objects to be measured at the three types of wavelengths are equal to each other does not hold. It may be used even when the assumption is established. However, when the spectral emissivity of the objects to be measured at the three types of wavelengths is equal to (or can be regarded as equal to) each other, the calculation cost of the calculation to be performed can be reduced, so the three types acquired in advance. It is better not to use the spectral emissivity of the object to be measured at the wavelength of.

より詳細には、温度算出部125は、算出した2種類の二色比を用い、上記知見において示した式(9)及び式(10)の関係式を利用して、連立方程式を解くことによって、測定対象物の温度を算出する。この際に、温度算出部125は、式(9)及び式(10)における関係式R(T)及びR(T)として、式(5)及び式(6)に示したような理論式を利用しても良いし、式(7)及び式(8)に示したような近似式を利用しても良い。 More specifically, the temperature calculation unit 125 uses the calculated two types of two-color ratios and solves simultaneous equations using the relational equations of the equations (9) and (10) shown in the above findings. , Calculate the temperature of the object to be measured. At this time, the temperature calculating unit 125, the formula (9) and the relationship R 1 (T) and R 2 (T) in the equation (10), Equation (5) and theoretical as shown in equation (6) An equation may be used, or an approximate equation as shown in the equations (7) and (8) may be used.

なお、温度算出部125が2種類の二色比を算出する際に、3種類の波長の測定データのうち、いずれの測定データを式(9)及び式(10)の左辺における分子とし、いずれの測定データを分母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測定データを変更しないようにしておけばよい。 When the temperature calculation unit 125 calculates the two types of two-color ratio, any of the measurement data of the three types of wavelengths is used as the molecule on the left side of the formula (9) and the formula (10). It is not particularly limited whether or not the measurement data of the above is used as the denominator, and the reference measurement data may not be changed during the calculation process.

また、温度算出部125は、以上説明したような3種類の輝度信号から2種類の二色比Rを導出する過程を経て温度を算出するのではなく、3種類の観察波長それぞれについて成立する3種類の式(1)を利用して、温度を直接算出することもできる。すなわち、3種類の波長λ、λ、λにおける放射率εが既知であれば、温度T、水膜の厚みt及び散乱体透過率βの3つの未知数に対して、観察波長ごとに独立した上記式(1)が3つ存在することとなる。そのため、かかる3種類の式(1)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、3種類の波長λ、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と波長λでの放射率εとが互いに等しければ、同様に、3種類の式(1)を連立させて、温度Tを直接算出することが可能である。 Further, the temperature calculation unit 125 does not calculate the temperature through the process of deriving the two types of two-color ratio R from the three types of luminance signals as described above, but is established for each of the three types of observation wavelengths 3. It is also possible to directly calculate the temperature by using the kind formula (1). That is, if the emissivity ε at the three wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 is known, the temperature T, the thickness t of the water film, and the scatterer transmittance β are the three unknowns for each observation wavelength. There are three independent equations (1). Therefore, the temperature T can be calculated by simultaneously obtaining the solutions of the simultaneous equations by combining the three types of equations (1). Furthermore, even if the emissivity ε at the three types of wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 is unknown, the emissivity ε at the wavelength λ 1 and the emissivity ε at the wavelength λ 2 and the emissivity at the wavelength λ 3 are unknown. Similarly, if the emissivity ε is equal to each other, it is possible to directly calculate the temperature T by combining the three types of equations (1).

温度算出部125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127に出力する。 The temperature calculation unit 125 outputs the information regarding the temperature T of the measurement object calculated as described above to the result output unit 127, which will be described later.

結果出力部127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127は、温度算出部125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127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127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 127 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an output device, a communication device, or the like. The result output unit 127 outputs the information regarding the temperature T of the measurement object output from the temperature calculation unit 125 to the user of the temperature measurement device 10. Specifically, the result output unit 127 associates the data corresponding to the temperature measurement result with the time data related to the date and time when the data was generated, and outputs the data to various servers and control devices, or outputs the data to a printer or the like. Output as a paper medium using the device. Further, the result output unit 127 may output the data corresponding to the determination result to various information processing devices such as a computer provided externally, or may output the data to various recording media.

また、結果出力部127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129と連携して判定結果を出力する。 Further, when the result output unit 127 outputs the 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 owned by various devices provided externally, the result output unit 127 outputs the data. , The determination result is output in cooperation with the display control unit 129 described later.

表示制御部129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129は、温度の測定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を、その場で把握することが可能となる。 The display control unit 129 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an output device, a communication device, or the like. The display control unit 129 controls the display when displaying the data corresponding to the temperature measurement 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 object to be measured on the spot.

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。 The above is an example of the function of the arithmetic processing unit 103 according to the present embodiment. Each of the above components may be configured by using general-purpose members or circuits, 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, it is possible to appropriately change the configuration to be used 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。 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 implement it on 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4A〜図6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。 As described above, the configuration of the temperature measuring device 10 according to the present embodiment has been described in detail with reference to FIGS. 4A to 6.

<温度測定方法の流れについて>
続いて、図7を参照しながら、本実施形態に係る温度測定装置10で実施される温度測定方法の流れの一例について、簡単に説明する。図7は、本実施形態に係る温度測定方法の流れの一例を示した流れ図である。
<About the flow of temperature measurement method>
Subsequently, an example of the flow of the temperature measuring method carried out by the temperature measuring device 10 according to the present embodiment will be briefly described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a flow chart showing an example of the flow of the temperature measuring method according to the present embodiment.

図7に例示したように、本実施形態に係る温度測定方法では、まず、温度測定装置10の測定部101が、演算処理部103の測定制御部121による制御のもとで、上記のような3つの波長(より詳細には、吸収体の分光吸収係数が波長依存性を示す2つの波長を少なくとも含む3つの波長)で測定対象物からの熱放射光を測定する(ステップS101)。これにより、測定部101は、検出した熱放射光の強さ(すなわち、分光放射輝度)に関する輝度信号を3種類生成して、演算処理部103に出力する。 As illustrated in FIG. 7, in the temperature measuring method according to the present embodiment, first, the measuring unit 101 of the temperature measuring device 10 is controlled by the measuring control unit 121 of the arithmetic processing unit 103 as described above. Thermal radiation from the object to be measured is measured at three wavelengths (more specifically, three wavelengths including at least two wavelengths at which the spectral absorption coefficient of the absorber indicates wavelength dependence) (step S101). As a result, the measuring unit 101 generates three types of luminance signals relating to the intensity of the detected thermal radiance (that is, spectral radiance) and outputs them to the arithmetic processing unit 103.

次に、演算処理部103のデータ取得部123は、測定部101から出力された3種類の波長での分光放射輝度の輝度信号を取得し、温度算出部125に出力する。 Next, the data acquisition unit 123 of the arithmetic processing unit 103 acquires the luminance signals of the spectral radiances at the three types of wavelengths output from the measurement unit 101 and outputs them to the temperature calculation unit 125.

温度算出部125は、取得した3波長での輝度信号を利用し、2種類の二色比Rを算出する(ステップS103)。また、温度算出部125は、上記式(5)〜式(14)に示したような二色比と温度との関係を示した関係式と、予め取得した3種類の波長における分光吸収係数と、3種類の波長における測定対象物の分光放射率が等しいという仮定、又は、予め取得した3種類の波長における測定対象物の分光放射率と、算出した2種類の二色比とに基づいて、得られる2種類の関係式を連立することで測定対象物の温度Tを算出する(ステップS105)。その後、温度算出部125は、算出した測定対象物の温度Tに関する情報を、結果出力部127に出力する。 The temperature calculation unit 125 calculates two types of two-color ratio R using the acquired luminance signals at the three wavelengths (step S103). Further, the temperature calculation unit 125 includes a relational expression showing the relationship between the two-color ratio and the temperature as shown in the above equations (5) to (14), and the spectral emissivity at three kinds of wavelengths acquired in advance. Based on the assumption that the spectral emissivity of the object to be measured at the three wavelengths is equal, or the spectral emissivity of the object to be measured at the three wavelengths obtained in advance and the calculated two-color ratio. The temperature T of the object to be measured is calculated by combining the two obtained relational expressions (step S105). After that, the temperature calculation unit 125 outputs the calculated information regarding the temperature T of the measurement object to the result output unit 127.

結果出力部127は、温度算出部125により算出された測定対象物の温度を出力する(ステップS107)。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Tに関する情報を把握することが可能となる。 The result output unit 127 outputs the temperature of the measurement object calculated by the temperature calculation unit 125 (step S107). As a result, the user of the temperature measuring device 10 can grasp the information regarding the temperature T of the object to be measured.

以上、図7を参照しながら、本実施形態に係る温度測定方法の流れについて、簡単に説明した。 As described above, the flow of the temperature measuring method according to the present embodiment has been briefly described with reference to FIG. 7.

(ハードウェア構成について)
次に、図8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8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. 8 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および通信装置925を備える。 The temperature measuring device 10 mainly includes a CPU 901, a ROM 903, and a RAM 905. Further, 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. To prepare for.

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 device and a control device, and performs all or a part of the operation in the temperature measuring device 10 according to various programs recorded in the ROM 903, the RAM 905, the storage device 919, or the removable recording medium 927. Control. The ROM 903 stores programs, calculation parameters, and the like used by the CPU 901. The RAM 905 primaryly stores a program used by the CPU 901, parameters that are appropriately changed in the 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 radiant light from the object to be measured 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 operating means operated by the user, such as a mouse, a keyboard, a touch panel, buttons, switches, and levers. Further, the input device 915 may be, for example, a remote control means (so-called remote controller) using infrared rays or other radio waves, or an externally connected device such as a mobile phone or a PDA that supports 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-mentioned operating means 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 the 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 composed of a device capable of visually or audibly notifying the user of the acquired information. Such devices include display devices such as CRT display devices, liquid crystal display devices, plasma display devices, EL display devices and lamps, audio output devices such as speakers and headphones, printer devices, mobile phones, facsimiles and the like. The output device 917 outputs, for example, the results obtained by various processes performed by the temperature measuring device 10. Specifically, the display device displays the results obtained by various processes performed by the temperature measuring device 10 as text or an image. On the other hand, the audio output device converts an audio signal composed of reproduced audio data, acoustic data, and the like into an analog signal and outputs the 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 data storage device configured as an example of the storage unit of the temperature measuring device 10. The storage device 919 is composed of, for example, a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, an optical magnetic storage device, or the like. 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 out 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 the information to the RAM 905. The drive 921 can also write a record to 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 media, an HD-DVD media, a Blu-ray (registered trademark) medium, or the like. Further, 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. Further, the removable recording medium 927 may be, for example, an IC card (Integrated Circuit card) or an electronic device equipped with a non-contact type IC chip.

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. As an example of the connection port 923, there are a USB (Universal Serial Bus) port, an IEEE1394 port, a SCSI (Small Computer System Interface) port, and the like. Another example of the connection port 923 is an RS-232C port, an optical audio terminal, an HDMI (High-Definition Multimedia Interface) port, and the like. By connecting the externally connected device 929 to the connection port 923, the temperature measuring device 10 directly acquires various data from the externally connected device 929 and provides various data to the externally connected 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、有線または無線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、有線また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 composed of a communication device or the like for connecting to the communication network 931. The communication device 925 is, for example, a communication card for a wired or wireless LAN (Local Area Network), Bluetooth (registered trademark), WUSB (Wireless USB), or the like. Further, the communication device 925 may be a router for optical communication, a router for ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), a modem for various communications, or the like. The communication device 925 can transmit and receive signals and the like to and from the Internet and other communication devices in accordance with a predetermined protocol such as TCP / IP. Further, 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 above is an example of a hardware configuration capable of realizing the function of the temperature measuring device 10 according to the embodiment of the present invention. Each of the above-mentioned components 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.

以下では、実施例を示しながら、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について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、あくまでも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の一例であって、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が下記の例に限定されるものではない。 Hereinafter, the temperature measuring device and the temperature measuring method according to the embodiment of the present invention will be specifically described while showing examples. The examples shown below are merely examples of the temperature measuring device and the temperature measuring method according to the embodiment of the present invention, and the temperature measuring device and the temperature measuring method according to the embodiment of the present invention are limited to the following examples. It is not something that will be done.

本実施例では、測定対象物として、鉄鋼製造プロセスの連続鋳造工程における赤熱した鋼材を例にとるものとし、吸収体の一例である水、及び、散乱体の一例である水蒸気や湯気のそれぞれが、光路上に存在する場合について着目する。 In this embodiment, the reddish steel material in the continuous casting process of the steel manufacturing process is taken as an example of the object to be measured, and water as an example of the absorber and steam or steam as an example of the scatterer are used as examples. , Focus on the case where it exists on the optical path.

本実施例では、水の分光透過率の波長分布を測定するとともに、鉄鋼製造プロセスの連続鋳造工程での放射測温を想定した温度(二色比)や分光放射率を調査した。連続鋳造機から引き抜かれる鋼材の温度は、過去の操業データ等を参照すると、例えば、700〜1100℃である。かかる温度域であれば、おおよそ波長800nm以上を観測波長とすることで、放射測温法による温度測定を行うことが可能である。 In this example, the wavelength distribution of the spectral transmittance of water was measured, and the temperature (two-color ratio) and the spectral emissivity assuming the radiation temperature in the continuous casting process of the steel manufacturing process were investigated. The temperature of the steel material drawn from the continuous casting machine is, for example, 700 to 1100 ° C. with reference to past operation data and the like. In such a temperature range, it is possible to measure the temperature by the radiant temperature measurement method by setting the observation wavelength to approximately 800 nm or more.

図9に、測定の結果得られた水の分光透過率データを示した。図9から明らかなように、波長820nm付近までは、水の厚みに応じた吸収率の変化が見られないことから、かかる波長範囲における透過率が、空気と水との界面反射による減衰率τ(上記式(2)における減衰率τ)とみなすことができる。具体的に得られた測定データからτを読み取ったところ、τ=0.93であった。 FIG. 9 shows the spectral transmittance data of water obtained as a result of the measurement. As is clear from FIG. 9, since the absorption rate does not change according to the thickness of water up to a wavelength of around 820 nm, the transmittance in such a wavelength range is the attenuation rate τ due to the interfacial reflection between air and water. It can be regarded as 0 (attenuation rate τ 0 in the above equation (2)). When τ 0 was read from the specifically obtained measurement data, it was τ 0 = 0.93.

本実施例では、図9に示した分光透過率データを検討することで、3種類の観測波長λ、λ、λとして、それぞれ800nm、900nm及び1000nmを選択した。図9から明らかなように、波長λ及びλは、吸収体である水の分光吸収係数が波長依存性を示す帯域に属する波長であり、波長λは、吸収体である水の分光吸収係数が波長依存性を示さない帯域に属する波長である。 In this example, by examining the spectral transmittance data shown in FIG. 9, 800 nm, 900 nm, and 1000 nm were selected as the three types of observation wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3, respectively. As is clear from FIG. 9, the wavelengths λ 2 and λ 3 are wavelengths belonging to the band in which the spectral absorption coefficient of water as an absorber shows wavelength dependence, and the wavelength λ 1 is the spectroscopy of water as an absorber. It is a wavelength belonging to a band in which the absorption coefficient does not show wavelength dependence.

ここで、上記3つの波長における水の分光吸収係数α,α,αについて着目する。分光吸収係数αは、図9からも明らかなように、水による吸収が無いことから、ゼロである。一方、分光吸収係数α及びαは、図9から分光透過率を読み取り、読み取った分光透過率を、上記式(2)に代入することで算出した。この結果、波長λの分光吸収係数α=0.004568であり、波長λの分光吸収係数α=0.03112であった。 Here, attention is paid to the spectral absorption coefficients α 1 , α 2 , and α 3 of water at the above three wavelengths. As is clear from FIG. 9, the spectral absorption coefficient α 1 is zero because there is no absorption by water. On the other hand, the spectral absorption coefficients α 2 and α 3 were calculated by reading the spectral transmittance from FIG. 9 and substituting the read spectral transmittance into the above equation (2). As a result, a spectral absorption coefficient alpha 2 = .004568 wavelength lambda 2, was the spectral absorption coefficient alpha 3 = 0.03112 wavelength lambda 3.

次に、800nm〜1000nmの波長帯域における分光放射率ε,ε,εに着目した。本実施例では、経験的知見から、ε=ε=ε=0.83(一定)とした。この理由は、以下の通りである。すなわち、600℃以上の温度を有する鋼材の表面には、酸化膜としてウスタイト(FeO)が生成していることが従来から知られている。ウスタイトの分光放射率を決める光学定数(物質固有の複素屈折率)についても従来から知られており、この光学定数は、800nm〜1000nmの波長帯域でほとんど変化しない。そのため、理論的にも分光放射率が一定であることが確認できるため、ε=ε=ε=0.83(一定)とした。 Next, we focused on the spectral emissivity ε 1 , ε 2 , and ε 3 in the wavelength band of 800 nm to 1000 nm. In this example, based on empirical knowledge, ε 1 = ε 2 = ε 3 = 0.83 (constant). The reason for this is as follows. That is, it has been conventionally known that wustite (FeO) is formed as an oxide film on the surface of a steel material having a temperature of 600 ° C. or higher. The optical constant (material-specific complex refractive index) that determines the spectral emissivity of Wüstite has also been conventionally known, and this optical constant hardly changes in the wavelength band of 800 nm to 1000 nm. Therefore, since it can be confirmed theoretically that the spectral emissivity is constant, ε 1 = ε 2 = ε 3 = 0.83 (constant) was set.

続いて、700℃〜1100℃における波長800nm、900nm及び1000nmの黒体分光放射輝度を、プランクの黒体放射式を利用して算出し、得られた結果を図10に示した。図10から明らかなように、黒体分光放射輝度は、温度Tが増加するにつれて増加することがわかる。また、本実施例で着目する波長帯域では、長波長になるほど分光放射輝度は大きくなっていることがわかる。本実施例では、図10に示した3種類の黒体分光放射輝度を利用し、上記式(9)及び式(10)の左辺に対応する2種類の二色比を算出した。 Subsequently, the blackbody spectral radiances at wavelengths of 800 nm, 900 nm and 1000 nm at 700 ° C. to 1100 ° C. were calculated using Planck's blackbody radiation formula, and the obtained results are shown in FIG. As is clear from FIG. 10, it can be seen that the blackbody spectral radiance increases as the temperature T increases. Further, in the wavelength band of interest in this embodiment, it can be seen that the longer the wavelength, the larger the spectral radiance. In this embodiment, using the three types of blackbody spectral radiance shown in FIG. 10, two types of two-color ratios corresponding to the left sides of the above equations (9) and (10) were calculated.

図11は、図10における波長800nmの分光放射輝度を、波長900nmの分光放射輝度で除したR(T)と、波長800nmの分光放射輝度を、波長1000nmの分光放射輝度で除したR(T)と、の算出結果である。本実施例では、関係式R(T)及びR(T)の関数形として、上記式(7)及び式(8)に示した多項式近似式を用いるものとし、かかる関数を図11に最小二乗法を利用してフィッティングすることにより、各係数を特定した。その結果、a=−5.6559×10−8、a=5.7594×10−4、a=−0.145、b=1.6976×10−7、b=6.2068×10−5、b=−5.16×10−2となった。 11 shows R 1 (T) obtained by dividing the spectral radiance at a wavelength of 800 nm in FIG. 10 by the spectral radiance at a wavelength of 900 nm, and R 2 obtained by dividing the spectral radiance at a wavelength of 800 nm by the spectral radiance at a wavelength of 1000 nm. (T) and the calculation result. In this embodiment, the polynomial approximation equations shown in the above equations (7) and (8) are used as the function form of the relational expressions R 1 (T) and R 2 (T), and such a function is shown in FIG. Each coefficient was specified by fitting using the least squares method. As a result, a 2 = -5.6559 x 10-8 , a 1 = 5.7594 x 10 -4 , a 0 = -0.145, b 2 = 1.6976 x 10-7 , b 1 = 6. 2068 × 10 -5, it becomes b 0 = -5.16 × 10 -2.

以上のような検討から、上記式(11)及び式(12)における定数や係数を得ることができた。得られたこれらの定数・係数を利用して、本発明の実施形態に係る温度測定方法を、連続鋳造工程の鋼材に適用する場合の有用性について、シミュレーションで検証した。 From the above studies, the constants and coefficients in the above equations (11) and (12) could be obtained. Using these constants and coefficients obtained, the usefulness of the temperature measuring method according to the embodiment of the present invention when applied to steel materials in a continuous casting process was verified by simulation.

まず、測定対象物の温度を800℃とし、3つの波長800nm、900nm及び1000nmの熱放射が水膜を透過して、図3に示したような分光吸収係数に従い減衰して観測された場合の分光放射輝度L、L、Lを算出した。その後、得られた模擬的な観測量である分光放射輝度L、L、Lを、上記式(11)及び式(12)に代入して、連立方程式を得た。続いて、かかる連立方程式の解を最適値問題として求解した。この際に、吸収体である水膜の厚みを変化させて、求められた解(すなわち、算出された測定対象物の温度)がどのような値を示すかについて確認した。 First, when the temperature of the object to be measured is set to 800 ° C., heat radiation of three wavelengths of 800 nm, 900 nm and 1000 nm passes through the water film and is observed to be attenuated according to the spectral absorption coefficient as shown in FIG. The spectral radiances L 1 , L 2 , and L 3 were calculated. Then, the obtained simulated observables of spectral radiances L 1 , L 2 , and L 3 were substituted into the above equations (11) and (12) to obtain simultaneous equations. Subsequently, the solution of such simultaneous equations was solved as an optimum value problem. At this time, the thickness of the water film, which is an absorber, was changed, and it was confirmed what kind of value the obtained solution (that is, the calculated temperature of the object to be measured) showed.

得られた結果を、図12に示した。図12から明らかなように、水膜の厚みを1mm〜30mmまで変化させた場合であっても、得られた解は、800℃近傍の値を示している。この結果は、本発明の実施形態に係る温度測定方法を用いることによって、測定対象物の温度を正確に算出できていることを示している。 The obtained results are shown in FIG. As is clear from FIG. 12, even when the thickness of the water film is changed from 1 mm to 30 mm, the obtained solution shows a value near 800 ° C. This result shows that the temperature of the object to be measured can be accurately calculated by using the temperature measuring method according to the embodiment of the present invention.

(まとめ)
以上説明したように、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によれば、吸収体の分光吸収係数と分光放射率が既知の3つの観測波長で熱放射光を検出し、演算によって測定対象の温度を求めることが可能となる。すなわち、温度、吸収体の厚み、散乱体による減衰量という3つの変数がある問題に対して、3種類の分光放射輝度観測量を得ることで、連立方程式の求解という演算処理により未知数である温度を求めることが可能となる。従って、吸収体及び散乱体による光路上の光の減衰を厳密に補正することができ、精度の高い温度計測を実現することが可能となる。
(summary)
As described above, according to the temperature measuring device and the temperature measuring method according to the embodiment of the present invention, thermal radiation is detected and calculated at three observation wavelengths in which the spectral absorption coefficient and the spectral emissivity of the absorber are known. It is possible to obtain the temperature of the measurement target. That is, for a problem with three variables of temperature, thickness of absorber, and attenuation due to scatterer, by obtaining three types of spectral radiance observations, the temperature is unknown by the arithmetic processing of solving simultaneous equations. Can be obtained. Therefore, it is possible to strictly correct the attenuation of the light on the optical path due to the absorber and the scatterer, and it is possible to realize highly accurate temperature measurement.

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。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to these examples. It is clear that a person having ordinary knowledge in the field of technology to which the present invention belongs can come up with various modifications or modifications within the scope of the technical ideas described in the claims. , These are also naturally understood to 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 レンズ
113 センサ
115 波長選択フィルタ
121 測定制御部
123 データ取得部
125 温度算出部
127 結果出力部
129 表示制御部

10 Temperature measuring device 101 Measuring unit 103 Calculation processing unit 105 Storage unit 111 Lens 113 Sensor 115 Wavelength selection filter 121 Measurement control unit 123 Data acquisition unit 125 Temperature calculation unit 127 Result output unit 129 Display control unit

Claims (5)

測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光に基づいて、前記測定対象物の温度を測定する温度測定装置であって、
近赤外帯域における分光吸収係数に波長依存性を有し熱放射光を吸収する吸収体と、熱放射光を散乱させる散乱体とが、光路上の少なくとも一部に存在している状態で、前記測定対象物の熱放射光の放射輝度を異なる3種類の波長で測定して、測定データを生成する測定部と、
前記3種類の波長に対応する前記測定データを、それぞれ第1測定データ、第2測定データ及び第3測定データとした場合に、前記第1測定データと前記第2測定データの一方を他方で除することで第1二色比を算出し、前記第1測定データと前記第3測定データの一方を他方で除することで第2二色比を算出し、
前記測定対象物の前記3種類の波長における分光放射率が既知であるか、又は、前記測定対象物の前記3種類の波長における分光放射率が等しいという仮定の下で、前記第1二色比又は前記第2二色比と、前記測定対象物の温度との関係を示す2つの関係式を、連立方程式として解くことで、前記測定対象物の温度を算出する演算処理部と、
を有し、
前記3種類の波長のうち少なくとも2種類は、前記吸収体の分光吸収係数が波長依存性を有する帯域から選択される、温度測定装置。
A temperature measuring device that measures the temperature of the object to be measured based on the thermal radiation in the near-infrared band emitted by the object to be measured.
An absorber that has a wavelength dependence on the spectral absorption coefficient in the near-infrared band and absorbs thermal radiation light and a scatterer that scatters thermal radiation light are present in at least a part of the optical path. A measurement unit that measures the radiation brightness of the thermal radiation of the object to be measured at three different wavelengths and generates measurement data.
When the measurement data corresponding to the three types of wavelengths are the first measurement data, the second measurement data, and the third measurement data, respectively, one of the first measurement data and the second measurement data is divided by the other. By doing so, the first color ratio is calculated, and by dividing one of the first measurement data and the third measurement data by the other, the second color ratio is calculated.
The first second color ratio under the assumption that the spectral emissivity of the measurement object at the three types of wavelengths is known, or the spectral emissivity of the measurement object at the three types of wavelengths is equal. Alternatively, an arithmetic processing unit that calculates the temperature of the object to be measured by solving two relational expressions showing the relationship between the second color ratio and the temperature of the object to be measured as simultaneous equations.
Have,
At least two of the three types of wavelengths are temperature measuring devices in which the spectral absorption coefficient of the absorber is selected from the wavelength-dependent band.
測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光に基づいて、前記測定対象物の温度を測定する温度測定装置であって、
前記近赤外帯域における分光吸収係数に波長依存性を有し熱放射光を吸収する吸収体と、熱放射光を散乱させる散乱体とが、光路上の少なくとも一部に存在している状態で、前記測定対象物の熱放射光の放射輝度を異なる3種類の波長で測定して、測定データを生成する測定部と、
前記測定対象物の前記3種類の波長における分光放射率が既知であるか、又は、前記測定対象物の前記3種類の波長における分光放射率が等しいという仮定の下で、前記3種類の波長における、前記測定対象物の温度と、前記吸収体の厚みと、前記散乱体の透過率の関係を示す3つの関係式を、連立方程式として解くことで、前記測定対象物の温度を算出する演算処理部と、
を有し、
前記3種類の波長のうち少なくとも2種類は、前記吸収体の分光吸収係数が波長依存性を有する帯域から選択される、温度測定装置。
A temperature measuring device that measures the temperature of the object to be measured based on the thermal radiation in the near-infrared band emitted by the object to be measured.
An absorber that has a wavelength dependence on the spectral absorption coefficient in the near-infrared band and absorbs thermal radiation light and a scatterer that scatters thermal radiation light are present in at least a part of the optical path. , A measurement unit that measures the radiation brightness of the thermal radiation of the object to be measured at three different wavelengths and generates measurement data.
Under the assumption that the spectral emissivity of the measurement object at the three types of wavelengths is known, or the spectral emissivity of the measurement object at the three types of wavelengths is equal, the spectral emissivity at the three types of wavelengths is the same. , A calculation process for calculating the temperature of the object to be measured by solving as simultaneous equations three relational expressions showing the relationship between the temperature of the object to be measured, the thickness of the absorber, and the emissivity of the scatterer. Department and
Have,
At least two of the three types of wavelengths are temperature measuring devices in which the spectral absorption coefficient of the absorber is selected from the wavelength-dependent band.
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1又は2の何れか1項に記載の温度測定装置。 The temperature measuring device according to any one of claims 1 or 2, wherein the absorber is at least one of water, oil, solution, glass or resin. 測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光に基づいて、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、
近赤外帯域における分光吸収係数に波長依存性を有し熱放射光を吸収する吸収体と、熱放射光を散乱させる散乱体とが、光路上の少なくとも一部に存在している状態で、前記測定対象物の熱放射光の放射輝度を異なる3種類の波長で測定して、測定データを生成する測定ステップと、
前記3種類の波長に対応する前記測定データを、それぞれ第1測定データ、第2測定データ及び第3測定データとした場合に、前記第1測定データと前記第2測定データの一方を他方で除することで第1二色比を算出し、前記第1測定データと前記第3測定データの一方を他方で除することで第2二色比を算出し、
前記測定対象物の前記3種類の波長における分光放射率が既知であるか、又は、前記測定対象物の前記3種類の波長における分光放射率が等しいという仮定の下で、前記第1二色比又は前記第2二色比と、前記測定対象物の温度との関係を示す2つの関係式を、連立方程式として解くことで、前記測定対象物の温度を算出する演算処理ステップと、
を有し、
前記3種類の波長のうち少なくとも2種類は、前記吸収体の分光吸収係数が波長依存性を有する帯域から選択される、温度測定方法。
A temperature measuring method for measuring the temperature of the object to be measured based on the thermal radiation in the near infrared band emitted by the object to be measured.
An absorber that has a wavelength dependence on the spectral absorption coefficient in the near-infrared band and absorbs thermal radiation light and a scatterer that scatters thermal radiation light are present in at least a part of the optical path. A measurement step of measuring the radiation brightness of the thermal radiation of the object to be measured at three different wavelengths and generating measurement data, and a measurement step.
When the measurement data corresponding to the three types of wavelengths are the first measurement data, the second measurement data, and the third measurement data, respectively, one of the first measurement data and the second measurement data is divided by the other. By doing so, the first color ratio is calculated, and by dividing one of the first measurement data and the third measurement data by the other, the second color ratio is calculated.
The first second color ratio under the assumption that the spectral emissivity of the measurement object at the three types of wavelengths is known, or the spectral emissivity of the measurement object at the three types of wavelengths is equal. Alternatively, an arithmetic processing step for calculating the temperature of the object to be measured by solving the two relational expressions showing the relationship between the second color ratio and the temperature of the object to be measured as simultaneous equations.
Have,
A temperature measuring method in which at least two of the three wavelengths are selected from the band in which the spectral absorption coefficient of the absorber has wavelength dependence.
測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光に基づいて、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、
近赤外帯域における分光吸収係数に波長依存性を有し熱放射光を吸収する吸収体と、熱放射光を散乱させる散乱体とが、光路上の少なくとも一部に存在している状態で、前記測定対象物の熱放射光の放射輝度を異なる3種類の波長で測定して、測定データを生成する測定ステップと、
前記測定対象物の前記3種類の波長における分光放射率が既知であるか、又は、前記測定対象物の前記3種類の波長における分光放射率が等しいという仮定の下で、前記3種類の波長における、前記測定対象物の温度と、前記吸収体の厚みと、前記散乱体の透過率の関係を示す3つの関係式を、連立方程式として解くことで、前記測定対象物の温度を算出する演算処理ステップと、
を有し、
前記3種類の波長のうち少なくとも2種類は、前記吸収体の分光吸収係数が波長依存性を有する帯域から選択される、温度測定方法。
A temperature measuring method for measuring the temperature of the object to be measured based on the thermal radiation in the near infrared band emitted by the object to be measured.
An absorber that has a wavelength dependence on the spectral absorption coefficient in the near-infrared band and absorbs thermal radiation light and a scatterer that scatters thermal radiation light are present in at least a part of the optical path. A measurement step of measuring the radiation brightness of the thermal radiation of the object to be measured at three different wavelengths and generating measurement data, and a measurement step.
Under the assumption that the spectral emissivity of the measurement object at the three types of wavelengths is known, or the spectral emissivity of the measurement object at the three types of wavelengths is equal, the spectral emissivity at the three types of wavelengths is the same. , A calculation process for calculating the temperature of the object to be measured by solving as simultaneous equations three relational expressions showing the relationship between the temperature of the object to be measured, the thickness of the absorber, and the emissivity of the scatterer. Steps and
Have,
A temperature measuring method in which at least two of the three wavelengths are selected from the band in which the spectral absorption coefficient of the absorber has wavelength dependence.
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