JP7393647B2 - 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 method.

放射測温法は、物体が温度に応じて発する熱放射光を、放射温度計等の測定機器により検出することで、対象となる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用いられている。 Radiation thermometry is a method of determining the temperature of a target object by detecting the thermal radiation emitted by the object according to its temperature using a measuring device such as a radiation thermometer. It is a remote temperature measurement method that can measure temperature. Today, many industries, including the steel industry, use such radiation thermometry methods.

特に鉄鋼業では、その製造工程において、鋼板材料等の測定対象物と放射温度計等の測定機器との間の光路上に、近赤外帯域の熱放射光を吸収する特性を持った水や油脂等の吸収体が存在することが多い。そうした場合には、測定対象物からの熱放射光の一部が吸収体によって吸収されてしまうことで測定誤差が生じ、測定対象物の正確な温度を測定することができなくなってしまう。 In particular, in the steel industry, during the manufacturing process, water or other materials that have the property of absorbing thermal radiation in the near-infrared band are placed on the optical path between the object to be measured, such as a steel sheet material, and a measurement device such as a radiation thermometer. Absorbers such as fats and oils are often present. In such a case, a part of the thermal radiation from the object to be measured is absorbed by the absorber, causing a measurement error and making it impossible to accurately measure the temperature of the object to be measured.

そこで、本発明者らは、上記のような光路上に存在する吸収体に起因する測定誤差を抑制するために、例えば以下の特許文献1に開示されているように、着目する吸収体の分光吸収係数が同一となる2つの波長を測定波長として用いるようにした、2色放射温度計を提案している。一般的に、2色放射温度計は、2つの異なる波長で測定対象物からの熱放射光を観測し、2つの波長における放射輝度の比が、温度に応じて変化することを測定原理としているが、光路上に吸収体が存在する場合には、かかる吸収体により熱放射光が2つの波長で異なって減衰してしまい、誤差要因となるという問題があった。そこで、特許文献1に開示された2色放射温度計では、測定に用いる2つの波長における吸収体の分光吸収係数が同一となるように波長を選ぶことで、熱放射光の減衰による影響を抑制し、正確な温度を測定できるようにしている。なお、特許文献1では、吸収体の分光吸収係数が同一となる2つの波長での放射輝度を検出するために、2種類の光学バンドパスフィルタを用いて所望の波長での放射輝度を抽出し、抽出した放射輝度の検出を行っている。 Therefore, in order to suppress the measurement error caused by the absorber existing on the optical path as described above, the present inventors have developed a spectroscopic analysis of the absorber of interest, for example, as disclosed in Patent Document 1 below. We have proposed a two-color radiation thermometer that uses two wavelengths with the same absorption coefficient as measurement wavelengths. In general, a two-color radiation thermometer observes thermal radiation from an object at two different wavelengths, and its measurement principle is that the ratio of the radiance at the two wavelengths changes depending on the temperature. However, when an absorber is present on the optical path, there is a problem in that the absorber attenuates the thermal radiation differently at two wavelengths, causing an error. Therefore, in the two-color radiation thermometer disclosed in Patent Document 1, the influence of attenuation of thermal radiation light is suppressed by selecting the wavelength so that the spectral absorption coefficient of the absorber at the two wavelengths used for measurement is the same. This allows for accurate temperature measurements. In addition, in Patent Document 1, in order to detect the radiance at two wavelengths where the spectral absorption coefficient of the absorber is the same, two types of optical bandpass filters are used to extract the radiance at a desired wavelength. , the extracted radiance is detected.

特開2019-23635号公報JP2019-23635A

本発明者らは、上記特許文献1に開示された2色放射温度計を用いて、更なる検証を行った。その結果、ある温度で、吸収体による熱放射の減衰が2つの波長で等しくなるように光学バンドパスフィルタの透過帯を選択し、そうした選択に基づいて決定された光学バンドパスフィルタを用いて放射温度測定を行ったところ、測定対象物の温度が大きく変化するような状況下では、測温誤差が大きくなる場合があることを見出した。特に鉄鋼業界において、測定対象物の一例である鉄鋼材料は、600℃程度の温度から1000℃を超える温度まで、様々な温度を有していることが多く、測定すべき温度の振れ幅が大きい。そのため、本発明者らが今般見出したような測温誤差が生じてしまうと、測温値が適正な値であるか否かが判断できなくなってしまう。 The present inventors conducted further verification using the two-color radiation thermometer disclosed in Patent Document 1 mentioned above. As a result, the transmission band of an optical bandpass filter is selected such that at a certain temperature, the attenuation of thermal radiation by the absorber is equal at two wavelengths, and the optical bandpass filter determined based on such selection is used to emit radiation. When performing temperature measurements, we found that under conditions where the temperature of the object to be measured changes significantly, the temperature measurement error may become large. Particularly in the steel industry, steel materials, which are an example of objects to be measured, often have a variety of temperatures, from around 600 degrees Celsius to over 1000 degrees Celsius, and the temperature to be measured varies widely. . Therefore, if a temperature measurement error such as that recently discovered by the present inventors occurs, it becomes impossible to determine whether the temperature measurement value is an appropriate value.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、測温誤差をより抑制することが可能な、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 to provide a temperature measuring device and a temperature measuring method that can further suppress temperature measurement errors. be.

上記課題を解決するために、本発明者らが検証を行った結果、上記のような測温誤差は、光学バンドパスフィルタの特性に起因することを見出した。上記特許文献1に開示された2色放射温度計で用いられる光学バンドパスフィルタをはじめとして、一般的な各種の光学フィルタは、測定対象が取り得る代表的な温度において、光学フィルタの光学特性が所望の状態となるように選択され、決定される。そのため、測定対象物の温度が、光学特性を決定した際の温度から大きく外れると、上記のような測温誤差が生じてしまうことが、本発明者らにより明らかとなった。これは、光学フィルタの光学特性には、所定の帯域幅が存在するため、測定対象物の温度が変化した場合に、温度依存性を有する黒体放射スペクトルの影響で、その実効的な中心波長(例えば、光学バンドパスフィルタにおける、透過波長帯域の見掛けの中心波長)が変化するために、測定誤差が生じるためであると考えられる。 In order to solve the above problem, the present inventors conducted verification and found that the temperature measurement error as described above is caused by the characteristics of the optical bandpass filter. Various general optical filters, including the optical bandpass filter used in the two-color radiation thermometer disclosed in Patent Document 1, have optical characteristics that vary at typical temperatures that the measurement target can take. It is selected and determined to achieve the desired state. Therefore, the present inventors have found that if the temperature of the object to be measured deviates significantly from the temperature at which the optical characteristics were determined, the temperature measurement error as described above will occur. This is because the optical characteristics of an optical filter have a predetermined bandwidth, so when the temperature of the object to be measured changes, its effective center wavelength is affected by the temperature-dependent blackbody radiation spectrum. This is thought to be due to a measurement error occurring due to a change in the apparent center wavelength of the transmission wavelength band in an optical bandpass filter, for example.

上記のような知見に基づき、本発明者らが更なる検証を行った結果、測定対象物からの熱放射光を、連続的に光のスペクトルを測定可能な分光輝度計を用いて検出するとともに、分光輝度計により得られた分光輝度信号に対して、所定のデータ処理を実施することで、上記のような測温誤差を抑制可能であることに想到した。
上記知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。
Based on the above findings, the inventors conducted further verification and found that the thermal radiation from the object to be measured was detected using a spectrophotometer that can continuously measure the spectrum of light. We have come up with the idea that temperature measurement errors such as those described above can be suppressed by performing predetermined data processing on the spectral luminance signal obtained by the spectroscopic luminance meter.
The gist of the present invention, which was completed based on the above findings, is as follows.

本発明に係る温度測定装置は、2色放射測温を用いて、測定対象物の温度を測定する温度測定装置において、近赤外帯域の分光透過率に波長依存性がある吸収体が、前記測定対象物までの光路上に存在し得る状態で、前記測定対象物からの熱放射光を受光する受光部と、分光輝度計を用い、前記受光部で受光した前記熱放射光の分光輝度を分光輝度信号として検出する検出部と、前記検出部で検出した、前記吸収体の前記分光透過率が同一となる2つの波長に対応する前記分光輝度信号に基づいて、前記測定対象物の温度を求める演算処理部と、を有し、前記演算処理部は、波長方向に連続した無明数からなる重み付け関数を設定し、前記吸収体の前記分光透過率が同一となる2つの波長のうち一方の波長において、前記重み付け関数の波長方向の位置を前記一方の波長の位置に設定してから、前記分光輝度計を用いて得られた前記吸収体の分光透過率の値に前記重み付け関数を掛け合わせて合算することで、第1の重み付けデータを演算し、前記吸収体の前記分光透過率が同一となる2つの波長のうち他方の波長において、前記重み付け関数の波長方向の位置を前記他方の波長の近傍の所定の位置に設定してから、前記分光輝度計を用いて得られた前記吸収体の分光透過率の値に前記重み付け関数を掛け合わせて合算することで、第2の重み付けデータを演算し、前記所定の位置を波長方向に移動させながら、前記第1の重み付けデータと前記第2の重み付けデータとを対比し、前記第1の重み付けデータと前記第2の重み付けデータとが同じ値になる前記所定の位置を決定し、前記重み付け関数の波長方向の位置を前記一方の波長の位置に設定して、前記重み付け関数を前記分光輝度信号に乗じた値と、前記重み付け関数の波長方向の位置を決定された前記所定の位置に設定して、前記重み付け関数を前記分光輝度信号に乗じた値との比から、前記測定対象物の温度を求めるものである。
A temperature measuring device according to the present invention is a temperature measuring device that measures the temperature of a measurement target using two-color radiation thermometry, wherein an absorber whose spectral transmittance in the near-infrared band is wavelength-dependent; The spectral brightness of the thermal radiation received by the light receiving unit is measured by using a light receiving unit that receives thermal radiation from the measurement target in a state where it can exist on the optical path to the measurement target, and a spectrophotometer. The temperature of the object to be measured is determined based on a detection unit that detects a spectral luminance signal and the spectral luminance signal corresponding to two wavelengths at which the spectral transmittance of the absorber is the same, detected by the detection unit. and an arithmetic processing unit that sets a weighting function consisting of continuous non-articulated numbers in the wavelength direction, and determines one of the two wavelengths at which the spectral transmittance of the absorber is the same. In terms of wavelength, the position of the weighting function in the wavelength direction is set to the position of the one wavelength, and then the value of the spectral transmittance of the absorber obtained using the spectrophotometer is multiplied by the weighting function. By summing the first weighting data, the position of the weighting function in the wavelength direction is calculated at the other wavelength of the two wavelengths at which the spectral transmittance of the absorber is the same. , and then multiplying the spectral transmittance value of the absorber obtained using the spectral luminance meter by the weighting function and summing the values to obtain second weighting data. and comparing the first weighting data and the second weighting data while moving the predetermined position in the wavelength direction, and determining whether the first weighting data and the second weighting data have the same value. determine the predetermined position of the weighting function, set the position of the weighting function in the wavelength direction to the position of the one wavelength, and calculate the value obtained by multiplying the spectral luminance signal by the weighting function and the wavelength direction of the weighting function. is set at the determined predetermined position, and the temperature of the object to be measured is determined from the ratio of the value obtained by multiplying the spectral luminance signal by the weighting function .

本発明に係る温度測定方法は、2色放射測温を用いて、測定対象物の温度を測定する温度測定方法において、近赤外帯域の分光透過率に波長依存性がある吸収体が、前記測定対象物までの光路上に存在し得る状態で、前記測定対象物からの熱放射光を受光する受光ステップと、分光輝度計を用い、前記受光ステップで受光した前記熱放射光の分光輝度を分光輝度信号として検出する検出ステップと、前記検出ステップで検出した、前記吸収体の前記分光透過率が同一となる2つの波長に対応する前記分光輝度信号に基づいて、前記測定対象物の温度を求める演算処理ステップと、を有し、前記演算処理ステップは、波長方向に連続した無明数からなる重み付け係数を設定し、前記吸収体の前記分光透過率が同一となる2つの波長のうち一方の波長において、前記重み付け関数の波長方向の位置を前記一方の波長の位置に設定してから、前記分光輝度計を用いて得られた前記吸収体の分光透過率の値に前記重み付け関数を掛け合わせて合算することで、第1の重み付けデータを演算し、前記吸収体の前記分光透過率が同一となる2つの波長のうち他方の波長において、前記重み付け関数の波長方向の位置を前記他方の波長の近傍の所定の位置に設定してから、前記分光輝度計を用いて得られた前記吸収体の分光透過率の値に前記重み付け関数を掛け合わせて合算することで、第2の重み付けデータを演算し、前記所定の位置を波長方向に移動させながら、前記第1の重み付けデータと前記第2の重み付けデータとを対比し、前記第1の重み付けデータと前記第2の重み付けデータとが同じ値になる前記所定の位置を決定し、前記重み付け関数の波長方向の位置を前記一方の波長の位置に設定して、前記重み付け関数を前記分光輝度信号に乗じた値と、前記重み付け関数の波長方向の位置を決定された前記所定の位置に設定して、前記重み付け関数を前記分光輝度信号に乗じた値との比から、前記測定対象物の温度を求めるものである。
The temperature measuring method according to the present invention uses two-color radiation thermometry to measure the temperature of an object to be measured. A light receiving step of receiving thermal radiation light from the measuring object in a state where it can exist on the optical path to the measuring object, and measuring the spectral brightness of the thermal radiation light received in the light receiving step using a spectrophotometer. A detection step of detecting a spectral luminance signal; and a spectral luminance signal detected in the detection step that corresponds to two wavelengths at which the spectral transmittance of the absorber is the same, and the temperature of the object to be measured is determined. and an arithmetic processing step for determining the value of one of the two wavelengths at which the spectral transmittance of the absorber is the same by setting a weighting coefficient consisting of continuous non-obvious numbers in the wavelength direction. In terms of wavelength, the position of the weighting function in the wavelength direction is set to the position of the one wavelength, and then the value of the spectral transmittance of the absorber obtained using the spectrophotometer is multiplied by the weighting function. By summing the first weighting data, the position of the weighting function in the wavelength direction is calculated at the other wavelength of the two wavelengths at which the spectral transmittance of the absorber is the same. , and then multiplying the spectral transmittance value of the absorber obtained using the spectral luminance meter by the weighting function and summing the values to obtain second weighting data. and comparing the first weighting data and the second weighting data while moving the predetermined position in the wavelength direction, and determining whether the first weighting data and the second weighting data have the same value. determine the predetermined position of the weighting function, set the position of the weighting function in the wavelength direction to the position of the one wavelength, and calculate the value obtained by multiplying the spectral luminance signal by the weighting function and the wavelength direction of the weighting function. is set at the determined predetermined position, and the temperature of the object to be measured is determined from the ratio of the value obtained by multiplying the spectral luminance signal by the weighting function .

以上説明したように本発明によれば、測定対象物の温度を測定する際に、測温誤差をより抑制することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to further suppress temperature measurement errors when measuring the temperature of an object to be measured.

分光輝度計における離散的な信号について説明するためのグラフ図である。FIG. 2 is a graph diagram for explaining discrete signals in a spectrophotometer. 本発明の実施形態で着目する重み付け関数について説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a weighting function of interest in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態で着目する重み付け関数について説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a weighting function of interest in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態で着目する重み付け関数について説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a weighting function of interest in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態で着目する重み付け関数について説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a weighting function of interest in the embodiment of the present invention. 台形形状の分布を有する重み付け関数について説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a weighting function having a trapezoidal distribution. 台形形状の分布を有する重み付け関数の一例を示したグラフ図である。FIG. 2 is a graph diagram showing an example of a weighting function having a trapezoidal distribution. 厚み10mmの水膜の分光透過率を示したグラフ図である。It is a graph diagram showing the spectral transmittance of a water film with a thickness of 10 mm. 黒体分光放射輝度の波長分布を示したグラフ図である。FIG. 2 is a graph diagram showing the wavelength distribution of blackbody spectral radiance. 長波長側の波長帯域に適用される重み付け関数の一例を示したグラフ図である。FIG. 2 is a graph diagram showing an example of a weighting function applied to a wavelength band on the long wavelength side. 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 an explanatory view showing typically an example of composition of a temperature measurement device concerning the same embodiment. 同実施形態に係る温度測定装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。It is an explanatory view showing typically an example of composition of a temperature measurement device concerning the same embodiment. 同実施形態に係る温度測定装置が備える測定部の構成の一例を模式的に示した説明図である。It is an explanatory view showing typically an example of composition of a measuring part with which a temperature measuring device concerning the same embodiment is provided. 同実施形態に係る温度測定装置が備える演算処理部の構成の一例を模式的に示したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram schematically showing an example of the configuration of a calculation processing unit included in the temperature measurement device according to the embodiment. 同実施形態に係る温度測定装置で実施され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 flowchart which showed an example of the flow of the temperature measurement method implemented by the temperature measurement device concerning the same embodiment. 同実施形態に係る温度測定装置が有する演算処理部のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of an arithmetic processing unit included in the temperature measuring device according to the embodiment.

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。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that, in this specification and the drawings, components having substantially the same functional configurations are designated by the same reference numerals and redundant explanation will be omitted.

(本発明者らによる検討について)
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、本発明者らが実施した2色放射温度計に関する各種の検討について、図1~図7を参照しながら詳細に説明する。
図1は、分光輝度計における離散的な信号について説明するためのグラフ図である。図2A~図3は、本発明の実施形態で着目する重み付け関数について説明するための説明図である。図4は、台形形状の分布を有する重み付け関数の一例を示したグラフ図である。図5は、厚み10mmの水膜の分光透過率を示したグラフ図である。図6は、黒体分光放射輝度の波長分布を示したグラフ図である。図7は、長波長側の波長帯域に適用される重み付け関数の一例を示したグラフ図である。
(Regarding studies by the inventors)
Prior to explaining the temperature measuring device and temperature measuring method according to the embodiment of the present invention, various studies regarding the two-color radiation thermometer conducted by the present inventors will be explained in detail with reference to FIGS. 1 to 7. do.
FIG. 1 is a graph diagram for explaining discrete signals in a spectrophotometer. FIGS. 2A to 3 are explanatory diagrams for explaining the weighting functions of interest in the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph diagram showing an example of a weighting function having a trapezoidal distribution. FIG. 5 is a graph showing the spectral transmittance of a 10 mm thick water film. FIG. 6 is a graph showing the wavelength distribution of blackbody spectral radiance. FIG. 7 is a graph diagram showing an example of a weighting function applied to a wavelength band on the long wavelength side.

本発明者らが提案する、上記特許文献1に開示した2色放射温度計においては、特定の波長の光を観察するための方法として、InGaAs素子等の光検出器の前段に光学バンドパスフィルタを配置する方法を採用しているが、特定の波長の光を観察するための方法には、それ以外の方法も採用することができる。上述のような、光学バンドパスフィルタに起因する測温誤差を抑制するために、本発明者らは、光学バンドパスフィルタと光検出器との組み合わせではなく、連続的に光のスペクトルを検出可能な(換言すれば、光のスペクトル分布を測定可能な)、分光輝度計を用いることに想到した。かかる分光輝度計は、入射した光を波長ごとに分光して、各波長での光の分光輝度を検出し、検出した分光輝度を分光輝度信号として出力する検出器であるといえる。 In the two-color radiation thermometer proposed by the present inventors and disclosed in Patent Document 1, an optical band-pass filter is installed in front of a photodetector such as an InGaAs element as a method for observing light of a specific wavelength. However, other methods can be used to observe light of a specific wavelength. In order to suppress the temperature measurement error caused by the optical bandpass filter as described above, the present inventors developed a method that can continuously detect the spectrum of light instead of using a combination of an optical bandpass filter and a photodetector. In other words, we came up with the idea of using a spectrophotometer that can measure the spectral distribution of light. Such a spectrophotometer can be said to be a detector that separates incident light into wavelengths, detects the spectral brightness of the light at each wavelength, and outputs the detected spectral brightness as a spectral brightness signal.

本実施形態に係る温度測定装置では、このような分光輝度計を用い、波長について連続的な分光輝度信号を得たのち、かかる分光輝度信号の中から所望の波長帯域の信号を抜き出して利用することができるため、本発明者らが提案する、上記特許文献1に示した2色放射温度計と同様の機能を得ることができる。 In the temperature measuring device according to the present embodiment, after obtaining a continuous spectral luminance signal with respect to wavelength using such a spectral luminance meter, a signal in a desired wavelength band is extracted from the spectral luminance signal and used. Therefore, the same function as the two-color radiation thermometer proposed by the present inventors and shown in Patent Document 1 can be obtained.

更に、本実施形態に係る温度測定装置では、こうした分光輝度計を用いることで、上記のような光学バンドパスフィルタに起因する測定誤差を抑制することができ、また、複数の測定波長ごとに個別の光学バンドパスフィルタを用意する必要がなくなる。そのため、各波長における測定が容易となり、波長等の条件変更する際の柔軟性を高めたり、測定装置の簡略化や低コスト化を図ったりすることができる。 Furthermore, in the temperature measurement device according to this embodiment, by using such a spectrophotometer, it is possible to suppress measurement errors caused by the optical bandpass filter as described above, and also to individually measure each of the plurality of measurement wavelengths. There is no need to prepare an optical bandpass filter. Therefore, measurement at each wavelength becomes easy, and it is possible to increase flexibility when changing conditions such as wavelength, and to simplify and reduce the cost of the measuring device.

一方で、本発明者らが本実施形態で提案する2色放射温度計は、上記特許文献1に開示した2色放射温度計と同様に、非常に精密に検出波長を選択して決定することが求められ、具体的には、検出波長を0.5nm以下の精度で設定しないと、十分な精度を得ることが困難となる。ここで、問題となる点は、一般的な分光輝度計から得られる分光輝度信号には、0.5nm以下の検出分解能がないという点である。例えば、現在市販されている分光輝度計では、スペクトルのサンプリング間隔(換言すれば、波長分解能)は1.7nm程度である。即ち、一般的な分光輝度計を用いる場合には、測定値が得られる波長がサンプリング間隔に依存して決まってしまうため、実際に測定値が得られた任意の測定波長から、1.7nm程度以下の波長幅だけずれた波長において、分光輝度信号を実測することは困難である。 On the other hand, the two-color radiation thermometer proposed by the present inventors in this embodiment can select and determine the detection wavelength very precisely, similar to the two-color radiation thermometer disclosed in Patent Document 1 above. Specifically, unless the detection wavelength is set with an accuracy of 0.5 nm or less, it is difficult to obtain sufficient accuracy. The problem here is that the spectral brightness signal obtained from a general spectrophotometer does not have a detection resolution of 0.5 nm or less. For example, in spectrophotometers currently available on the market, the spectral sampling interval (in other words, wavelength resolution) is about 1.7 nm. In other words, when using a general spectrophotometer, the wavelength at which the measured value is obtained is determined depending on the sampling interval, so the wavelength at which the measured value is obtained is approximately 1.7 nm from the arbitrary measurement wavelength at which the measured value was actually obtained. It is difficult to actually measure the spectral luminance signal at wavelengths shifted by the following wavelength widths.

このような分光輝度計を用いて、サンプリング間隔よりも小さな分解能で、所定の波長(例えば、1210nm)における分光透過率と、分光透過率が同じとなる波長(図1中に■で示す。)を決定するためには、例えば、図1のグラフにおいて、当該所定の波長における分光透過率(S1210)の値から、水平線を引き、再びグラフに交わる交点を探し、図1中に示す分光透過率の実測値(図1中に○で示す。)の中で、当該交点を跨ぐ隣り合う2つの実測値の波長(例えば、1290nmと1310nm)から、その平均値を求めればよい。かかる概念を模式化したものを図1に示した。なお、図1では、説明を分かりやすくするために、分光輝度計のサンプリング間隔を拡大して描いている。 Using such a spectrophotometer, the wavelength at which the spectral transmittance is the same as the spectral transmittance at a predetermined wavelength (for example, 1210 nm) is determined with a resolution smaller than the sampling interval (indicated by ■ in Figure 1). To determine, for example, in the graph of FIG. 1, draw a horizontal line from the value of spectral transmittance (S 1210 ) at the predetermined wavelength, find the intersection point that intersects with the graph again, and calculate the spectral transmittance shown in FIG. Among the measured values of the ratio (indicated by circles in FIG. 1), the average value may be calculated from the wavelengths of two adjacent measured values (for example, 1290 nm and 1310 nm) that straddle the intersection. A schematic representation of this concept is shown in FIG. In addition, in FIG. 1, the sampling interval of the spectrophotometer is enlarged to make the explanation easier to understand.

本実施形態における温度測定装置では、上記特許文献1に開示したような、吸収体(以下では、水を例に挙げて説明するものとする。)の分光吸収係数(分光透過率と考えることもできる。)が等しくなる波長として、1200nm近傍の波長帯域(短波長側の波長帯域)と、1300nm近傍の波長帯域(長波長側の波長帯域)とに着目する。なお、図1、図2A~図2Dでは、説明を分かりやすくするために、短波長側の波長帯域の波長として、1210nmを基準として用いるものとする。 In the temperature measuring device according to the present embodiment, the spectral absorption coefficient (which may also be considered as spectral transmittance) of an absorber (hereinafter, water will be explained as an example) as disclosed in Patent Document 1 above. As the wavelengths at which the wavelengths (possible) are equal, we will focus on a wavelength band near 1200 nm (wavelength band on the short wavelength side) and a wavelength band near 1300 nm (wavelength band on the long wavelength side). Note that in FIGS. 1 and 2A to 2D, in order to make the explanation easier to understand, 1210 nm is used as a reference wavelength in a wavelength band on the short wavelength side.

本実施形態の2色放射温度計では、吸収体の分光透過率が一致する2つの波長の分光輝度信号を用いる必要があるが、本実施形態が分光輝度計を用いていることに起因して、分光輝度計のサンプリング間隔より短い波長間隔では、分光輝度信号を実測することができない。そのため、図1に示したように、波長1210nm(分光透過率はS1210)と分光透過率が一致する波長は、波長1290nm(分光透過率はS1290)と波長1310nm(分光透過率はS1310)の間の、実測値が存在しない波長に該当することになる。 In the two-color radiation thermometer of this embodiment, it is necessary to use spectral luminance signals of two wavelengths whose spectral transmittances of the absorber match, but this is due to the fact that this embodiment uses a spectral luminance meter. , it is not possible to actually measure the spectral brightness signal at a wavelength interval shorter than the sampling interval of the spectrophotometer. Therefore, as shown in Figure 1, the wavelengths whose spectral transmittance matches the wavelength 1210 nm (spectral transmittance is S 1210 ) are wavelength 1290 nm (spectral transmittance is S 1290 ) and wavelength 1310 nm (spectral transmittance is S 1310 ). ), this corresponds to wavelengths for which there are no actual measured values.

上記のような場合、短波長側の波長帯域と分光透過率が正確に一致する長波長側の波長の実測値が存在しないために、付近の分光輝度信号を案分する演算を行うこととなる。この場合、得られる分光輝度信号の精度にこだわらないのであれば、例えば、0.4×S1290+0.6×S1310などのように、付近の2つの分光輝度信号S1290,S1310に重みを付けた上で平均して、短波長側と分光透過率が等しくなるように輝度値を合成する演算を行えばよいことになる。 In the above case, there is no actual measured value of the long wavelength side whose spectral transmittance accurately matches the wavelength band on the short wavelength side, so calculations must be performed to divide the nearby spectral brightness signals proportionally. . In this case, if you are not concerned about the accuracy of the obtained spectral luminance signal, weighting is applied to two nearby spectral luminance signals S 1290 and S 1310 , for example, 0.4×S 1290 +0.6×S 1310 . It is only necessary to perform a computation to combine the luminance values so that the spectral transmittance is equal to that on the short wavelength side by averaging the spectral transmittance.

しかしながら、吸収体の分光透過率が同一となるようにするうえで、分光輝度信号の精度を担保するためには、図1に示したような概念を一般化して、分光輝度計からの分光輝度信号の実測値が存在しない波長での分光輝度信号を高精度に決定する必要がある。そこで、本発明者らは、0以上1以下の重み付け係数と、所望の波長の近傍に位置する複数の(特に、2点を越えるような多数の)分光輝度信号とを利用することに想到した。以下、かかる概念を、図2A~図3を参照しながら説明する。 However, in order to maintain the same spectral transmittance of the absorber and to ensure the accuracy of the spectral luminance signal, the concept shown in Figure 1 should be generalized and the spectral luminance from the spectral luminance meter It is necessary to highly accurately determine the spectral luminance signal at a wavelength for which no actual measurement value of the signal exists. Therefore, the present inventors came up with the idea of using a weighting coefficient of 0 or more and 1 or less, and a plurality of spectral luminance signals (particularly a large number of points exceeding two points) located in the vicinity of the desired wavelength. . This concept will be explained below with reference to FIGS. 2A to 3.

本実施形態に係る温度測定装置は、近赤外帯域の分光透過率に波長依存性がある水等の吸収体が測定対象物までの光路上に存在し得る状態で、温度測定を行うことを想定しているため、事前に、当該吸収体の光学特性を把握しておく必要がある。そのため、本実施形態に係る温度測定装置自体を用いて、事前に波長ごとに吸収体の分光透過率を測定しておく。例えば、波長ごとに、吸収体の有無を変えて分光輝度信号を測定することで、分光透過率を測定することができる。そうして得られた結果を、図2Aの上図に示す。 The temperature measurement device according to the present embodiment is capable of measuring temperature in a state where an absorber such as water whose spectral transmittance in the near-infrared band is wavelength-dependent may exist on the optical path to the measurement target. Therefore, it is necessary to understand the optical characteristics of the absorber in advance. Therefore, the spectral transmittance of the absorber is measured for each wavelength in advance using the temperature measuring device itself according to this embodiment. For example, the spectral transmittance can be measured by measuring the spectral luminance signal while changing the presence or absence of an absorber for each wavelength. The results thus obtained are shown in the upper diagram of FIG. 2A.

図2Aの上図は、本実施形態に係る温度測定装置(の分光輝度計)を用いて測定されているため、分光透過率の実測値(図中に○で示す。)は、本実施形態に係る温度測定装置(の分光輝度計)のサンプリング間隔(図中にΔで示す。本来は、例えば1.7nm間隔だが、図中では説明を簡単にするために大きい間隔で描いている。)に応じた波長間隔で現れている。 The upper diagram of FIG. 2A is measured using the temperature measuring device (spectral luminance meter) according to the present embodiment, so the actual measured value of the spectral transmittance (indicated by a circle in the diagram) is the same as that of the present embodiment. Sampling interval of the temperature measuring device (spectroluminance meter) related to (indicated by Δ in the figure. Originally, for example, the interval is 1.7 nm, but in the figure it is drawn at a large interval to simplify the explanation.) They appear at wavelength intervals corresponding to .

なお、図2Aの上図に示すような、波長と分光透過率との関係を得る場合には、本実施形態に係る温度測定装置自体を用いて測定を行うようにすると、温度測定装置自体が持つ光学特性を測定結果に反映させることができるため好ましい。しかしながら、こうした手法に限定されるものではなく、例えば、他の測定装置を用いた測定を行うようにしたり、吸収体の分光透過率の波長依存性について公知の文献等の資料から把握するようにしたりしても良い。 Note that in order to obtain the relationship between wavelength and spectral transmittance as shown in the upper diagram of FIG. 2A, if the temperature measurement device itself according to this embodiment is used to perform the measurement, the temperature measurement device itself This is preferable because the optical properties it has can be reflected in the measurement results. However, the method is not limited to these methods; for example, measurements may be performed using other measurement devices, or the wavelength dependence of the spectral transmittance of the absorber may be understood from known documents. You can also

また、本実施形態に係る温度測定装置は、2色放射測温を用いて測定対象物の温度を測定するものであるため、測定対象物が発する熱放射の輝度を測定する必要がある。そのため、本実施形態に係る温度測定装置(の分光輝度計)を用いて、吸収体が測定対象物までの光路上に存在し得る状態で、波長ごとに測定対象物の分光輝度を分光輝度信号として測定する。そうして得られた結果を、図2Aの下図に示す。 Furthermore, since the temperature measuring device according to the present embodiment measures the temperature of the object to be measured using two-color radiation thermometry, it is necessary to measure the brightness of thermal radiation emitted by the object to be measured. Therefore, using the temperature measurement device (spectroluminance meter) according to the present embodiment, the spectral luminance of the measurement target is measured for each wavelength as a spectral luminance signal in a state where the absorber can exist on the optical path to the measurement target. Measure as. The results thus obtained are shown in the lower diagram of FIG. 2A.

図2Aの下図も、本実施形態に係る温度測定装置(の分光輝度計)で測定することにより得られたものであるため、図2Aの下図に示す分光輝度の実測値(図中に○で示す。)は、本実施形態に係る温度測定装置(の分光輝度計)のサンプリング間隔Δに応じた波長間隔で、図2Aの上図の分光透過率の実測値(図中に○で示す。)と同じ波長に現れている。 The lower diagram of FIG. 2A is also obtained by measuring with the temperature measuring device (spectroluminance meter) according to this embodiment, so the actual measured values of spectral luminance shown in the lower diagram of FIG. ) is the wavelength interval corresponding to the sampling interval Δ of the temperature measuring device (spectroluminance meter) according to the present embodiment, and the actual measured value of the spectral transmittance in the upper diagram of FIG. 2A (indicated by a circle in the diagram). ) appears at the same wavelength.

次に、分光輝度計のサンプリング波長から外れ、分光輝度信号の実測値が存在しない波長(図1中の■で示す。)における分光輝度信号を得るために、図2Bに示すような分布(一例として三角形状の分布)を持った重み付け関数を用意する。 Next, in order to obtain a spectral brightness signal at a wavelength that is outside the sampling wavelength of the spectrophotometer and for which there is no actual measured value of the spectral brightness signal (indicated by ■ in Figure 1), a distribution as shown in Figure 2B (an example A weighting function with a triangular distribution is prepared.

重み付け関数は、分光輝度計のサンプリング間隔Δとは無関係に、波長方向に連続的(サンプリング間隔Δと比べて有為に狭い間隔であれば、離散値であってもよい。)で、波長方向と異なる軸に重みとなる無名数(重み付け係数。0~1の値とすることが好ましい。)を有する関数として設定される。また、重み付け関数は、その頂点(図2B中に■で示す。)の波長方向における位置を、適宜変更して設定できるものとする。 The weighting function is continuous in the wavelength direction (discrete values may be used as long as the interval is significantly narrower than the sampling interval Δ), and is independent of the sampling interval Δ of the spectrophotometer. It is set as a function having an anonymous number (weighting coefficient, preferably a value between 0 and 1) serving as a weight on a different axis. Further, the weighting function can be set by appropriately changing the position of its apex (indicated by ■ in FIG. 2B) in the wavelength direction.

次に、図2Cに示すように、図2Aの上図に示す波長と分光吸収係数との関係の中で、重み付け関数の頂点■の波長方向における位置を、着目する短波長側の波長帯域で基準とした波長(1210nm)の位置となるように設定する。その状態で、サンプリング間隔Δごとの各波長において、分光透過率と重み付け関数とを乗じる演算(畳み込み演算)を行い、それらの合計値(以下、短波長側重み付けデータと称する。)を記憶する。図2Cに示す例であれば、重み付け関数の頂点をS1210と波長方向で合わせた後、分光透過率の測定値と重み付け関数とが重複する範囲を中心に、分光透過率の測定値であるa、a、a3、…aに対し、重み付け関数により定まる重み付係数b、b、b…bを乗じて、それらを合算(a+a+a+・・・a)し、短波長側重み付データを取得する。 Next, as shown in FIG. 2C, in the relationship between the wavelength and the spectral absorption coefficient shown in the upper diagram of FIG. Set to the position of the reference wavelength (1210 nm). In this state, a calculation (convolution calculation) is performed to multiply the spectral transmittance by a weighting function at each wavelength at each sampling interval Δ, and the total value thereof (hereinafter referred to as short wavelength side weighting data) is stored. In the example shown in FIG. 2C, after aligning the apex of the weighting function with S 1210 in the wavelength direction, the measured value of spectral transmittance is calculated centered on the range where the measured value of spectral transmittance and the weighting function overlap. Multiply a 1 , a 2 , a 3 , ... a 5 by weighting coefficients b 1 , b 2 , b 3 ... b 5 determined by the weighting function, and add them together (a 1 b 1 + a 2 b 2 + a 3 b 3 +...a 5 b 5 ), and short wavelength side weighted data is obtained.

次に、図2Dの上図に示すように、図2Aの上図に示す波長と分光透過率との関係の中で、重み付け関数を、その頂点■の波長方向における位置が、(短波長側の基準となる1210nmと分光透過率が一致する波長に、短波長側で隣接する実測値のある)波長1290nmの左側(短波長側)となるように設定する。その状態で、サンプリング間隔Δごとの各波長において、分光透過率と重み付け係数とを乗じる演算(畳み込み演算)を行い、それらの合計値(以下、長波長側重み付けデータと称する。)を記憶する。図2Dの上図に示す例であれば、重み付け関数の頂点をS1290の左側に波長方向で合わせた後、分光透過率の測定値と重み付け関数とが重複する範囲を中心に、分光透過率の測定値であるc、c、c3、…cに対し、重み付け関数により定まる重み付係数d、d、d…dを乗じて、それらを合算(c+c+c+・・・c)し、長波長側重み付データを取得する。 Next, as shown in the upper diagram of FIG. 2D, in the relationship between wavelength and spectral transmittance shown in the upper diagram of FIG. The wavelength is set to the left (on the short wavelength side) of the wavelength 1290 nm, which has an actual measured value adjacent to the wavelength of 1210 nm, which is the standard of 1210 nm. In this state, a calculation (convolution calculation) is performed to multiply the spectral transmittance by a weighting coefficient at each wavelength at each sampling interval Δ, and the total value thereof (hereinafter referred to as long wavelength side weighting data) is stored. In the example shown in the upper diagram of FIG. 2D, after aligning the apex of the weighting function to the left side of S1290 in the wavelength direction, the spectral transmittance is The measured values c 1 , c 2 , c 3 , ... c 5 are multiplied by weighting coefficients d 1 , d 2 , d 3 ... d 5 determined by the weighting function, and the values are summed (c 1 d 1 +c 2 d 2 +c 3 d 3 +...c 5 d 5 ), and long wavelength side weighted data is obtained.

そして、図2Dの上図に破線の重み付け関数で示すように、重み付け関数の頂点■の波長方向における位置を、微小間隔(サンプリング間隔Δより十分狭い間隔σ(即ち、σ≪Δ))ずつ右側(長波長側)に移動する。そして、再び、分光輝度信号が得られるサンプリング間隔△ごとの波長において、分光透過率と重み付け係数とを乗じる演算を行い、それらの合計値である長波長側重み付データを記憶する。 Then, as shown by the weighting function indicated by the broken line in the upper part of FIG. (to the long wavelength side). Then, the spectral transmittance and the weighting coefficient are multiplied again at wavelengths at each sampling interval Δ at which a spectral luminance signal is obtained, and long wavelength side weighted data, which is the sum of these values, is stored.

こうした、重み付け関数の移動に伴う演算と記憶を繰り返していく中で、図2Dの下図に示すように、頂点■の波長方向における位置が、(短波長側の基準となる1210nmと分光透過率が一致する波長に、長波長側で隣接する実測値のある)波長1310nmの右側(長波長側)に至るまで移動する間、記憶した長波長側重み付けデータが、上記短波長側重み付けデータと合致するか否かを調べる。そして、合致する場合に、その際に重み付け係数が位置する波長方向の位置に、重み付け関数を固定する。 As the calculations and memories associated with the movement of the weighting function are repeated, as shown in the lower diagram of Figure 2D, the position of the vertex ■ in the wavelength direction (1210 nm, which is the reference on the short wavelength side, and the spectral transmittance) While moving to the right side (long wavelength side) of wavelength 1310 nm (where there is an actual measurement value adjacent to the matching wavelength on the long wavelength side), the stored long wavelength side weighting data matches the above short wavelength side weighting data. Find out whether or not. If they match, the weighting function is fixed at the position in the wavelength direction where the weighting coefficient is located at that time.

こうして位置が固定された重み付け関数は、短波長側の波長帯域で基準とした波長1210nmを中心波長とする分光透過率と、長波長側の波長帯域において実測値のない(波長1290nmと1310nmの間にある)図1の■の、周囲にある複数の実測値から得られた分光透過率とが、実効的に同じ値となるような重み付け及び波長情報を持った、仮想的な光学フィルタとしての機能を有することになる。 The weighting function whose position is fixed in this way is the spectral transmittance with the center wavelength of 1210 nm as a reference wavelength in the short wavelength side wavelength band, and the spectral transmittance with no actual measured value in the long wavelength side wavelength band (between wavelengths 1290 nm and 1310 nm). ) in Figure 1 as a virtual optical filter with weighting and wavelength information such that the spectral transmittances obtained from multiple actual measured values in the surrounding area are effectively the same value. It will have a function.

続いて、所望の分光輝度信号を得るために、短波長側の波長においては、重み付け関数の波長方向の位置を波長1210nmに設定してから、重み付け関数を、図2Aの下図に示す分光輝度信号の実測値に乗じる。一方、長波長側の波長においては、上述の位置が固定された重み付け関数を、図2Aの下図に示す分光輝度信号の実測値に乗じる。 Next, in order to obtain a desired spectral luminance signal, the position of the weighting function in the wavelength direction is set to a wavelength of 1210 nm for the short wavelength side, and then the weighting function is changed to the spectral luminance signal shown in the lower diagram of FIG. 2A. Multiply by the actual measured value. On the other hand, for wavelengths on the long wavelength side, the actual measured value of the spectral luminance signal shown in the lower diagram of FIG. 2A is multiplied by the above-mentioned weighting function whose position is fixed.

こうすることで、短波長側と長波長側で、吸収体である水に対して実効的に同じ分光透過率を持つという条件の下で、短波長側の分光輝度と長波長側の分光輝度とを求めることができる。 By doing this, the spectral brightness on the short wavelength side and the spectral brightness on the long wavelength side can be adjusted under the condition that the short wavelength side and long wavelength side have effectively the same spectral transmittance to water, which is an absorber. You can ask for.

そのため、水による放射光の減衰の影響を受けることなく短波長側の分光輝度と長波長側の分光輝度との比(2色比)を計算することで、2色放射測温の原理に基づいて、測定対象物の温度を精度よく求めることができる。 Therefore, by calculating the ratio of the spectral brightness on the short wavelength side to the spectral brightness on the long wavelength side (dichroic ratio) without being affected by the attenuation of synchrotron radiation by water, it is possible to Therefore, the temperature of the object to be measured can be determined with high accuracy.

こうした重み付け関数を、分光輝度計を用いた2色放射温度計に適用することで、分光輝度計の実測がサンプリング間隔ごとにしか行われないという問題を解決することが可能となるとともに、図1に示したような2点(S1290、S1310)のみの分光輝度信号だけではなく、より多くの分光輝度信号(測定値)を畳み込み演算に取り込むことができるため、ノイズやバラツキを有する分光輝度信号を多点平均化することができ、精度をより向上させることが可能となる。 By applying such a weighting function to a two-color radiation thermometer using a spectroluminance meter, it is possible to solve the problem that the actual measurement of the spectrophotometer is only performed at each sampling interval, and also to solve the problem shown in Figure 1. In addition to the spectral luminance signals of only two points (S 1290 , S 1310 ) as shown in , more spectral luminance signals (measured values) can be incorporated into the convolution calculation, so spectral luminance signals with noise and variations can be taken into account. Signals can be averaged at multiple points, making it possible to further improve accuracy.

ところで、例えば、波長1.7nm以下の仮想的な分解能を得るためには、重み付け関数の分布には、0より大きく1よりも小さい値となる、波長方向に傾斜した領域が存在すればよい。そして、多点平均化による平滑化に必要な数の分光輝度信号を適宜用いることを考慮すると、上述のような三角形状の分布を有する重み付け関数でなくても、例えば図3に模式的に示したような、台形形状の分布を有する重み付け関数を用いてもよい。 By the way, for example, in order to obtain virtual resolution at a wavelength of 1.7 nm or less, it is sufficient that the distribution of the weighting function has a region tilted in the wavelength direction that has a value greater than 0 and smaller than 1. Considering the appropriate use of the necessary number of spectral luminance signals for smoothing by multi-point averaging, even if the weighting function does not have a triangular distribution as described above, for example, as shown schematically in FIG. A weighting function having a trapezoidal distribution may also be used.

台形形状の分布を有する重み付け関数を用いると、短波長側及び長波長側の各波長帯域の中心波長の周辺では、台形形状の上辺に当たる大きな値の重み付けがなされて強調されることになるが、一方で、短波長側及び長波長側の各波長帯域の中心波長から大きく外れた波長では、台形形状の斜辺に当たる小さな値の重み付けがなされて弱められるため、求めたい波長を中心とした波長域をより精度よく選択することができるようになる。 If a weighting function with a trapezoidal distribution is used, the areas around the center wavelength of each wavelength band on the short wavelength side and long wavelength side will be emphasized by being weighted with a large value, which corresponds to the upper side of the trapezoidal shape. On the other hand, wavelengths that deviate significantly from the center wavelength of each wavelength band on the short wavelength side and long wavelength side are weighted with a small value corresponding to the hypotenuse of the trapezoid shape and are weakened. This allows for more accurate selection.

図3に示した例では、10点の分光輝度信号を用いて、所望の波長の分光輝度信号を得る場合について図示している。また、図3に示す重み付け関数を構成する重み付け係数は、連続的な関数として設定しても良く、図4に示すように波長方向の間隔を狭くした多点から構成するようにしても良い。 In the example shown in FIG. 3, a case is illustrated in which a spectral brightness signal of a desired wavelength is obtained using spectral brightness signals of 10 points. Further, the weighting coefficients constituting the weighting function shown in FIG. 3 may be set as a continuous function, or may be made up of multiple points with narrow intervals in the wavelength direction as shown in FIG.

図2B、図3及び図4に示したような、重み付け関数を用いた平均化処理(畳み込み演算処理)は、上述のように、仮想的な光学フィルタ(仮想光学フィルタ、デジタル・フィルタと考えることもできる。)を用いたフィルタ処理と考えることもできる。このような重み付け関数は、実際には、吸収体の有無による測温誤差がなくなるように、実験的に又はシミュレーションを用いて、事前に決定することが可能である。この場合には、用いる分光輝度計のサンプリング間隔やノイズ感度等に応じて、用いる分光輝度信号の個数や、重み付け関数における重み付け係数の分布(図3や図4に示したような重み付け係数の分布の形状)を決定し、短波長側の仮想的な光学フィルタと長波長側の仮想光学フィルタとを決定することが重要である。 As mentioned above, the averaging process (convolution process) using a weighting function as shown in FIGS. 2B, 3, and 4 can be thought of as a virtual optical filter (virtual optical filter, digital filter). It can also be thought of as filter processing using In fact, such a weighting function can be determined in advance experimentally or using simulation so that temperature measurement errors due to the presence or absence of the absorber are eliminated. In this case, the number of spectral luminance signals to be used and the distribution of weighting coefficients in the weighting function (distribution of weighting coefficients as shown in Fig. 3 and Fig. It is important to determine the virtual optical filter on the short wavelength side and the virtual optical filter on the long wavelength side.

続いて、吸収体の分光透過率が一致するはずの2波長が、温度によってわずかに変化する現象と、分光輝度計を用いることで上記現象が解決可能である点について、以下に説明する。 Next, the phenomenon in which the two wavelengths whose spectral transmittances of the absorber are supposed to match slightly change depending on temperature, and the fact that the above phenomenon can be solved by using a spectrophotometer will be explained below.

上記特許文献1に開示した2色放射温度計では、物理的な光学フィルタ(光学バンドパスフィルタ)を用いていた。この場合に、かかる光学バンドパスフィルタは、当該フィルタの透過光を単波長とみなすことが可能な狭帯域フィルタではなく、例えば、透過波長幅=50nm程度等といった、透過波長にある程度の幅があるものが用いられる。これは、透過波長帯域が狭い光学バンドパスフィルタでは、InGaAs素子等の赤外光検出器が安定して動作するだけの放射輝度が得られない可能性があるためである。 The two-color radiation thermometer disclosed in Patent Document 1 uses a physical optical filter (optical bandpass filter). In this case, such an optical bandpass filter is not a narrow band filter in which the light transmitted through the filter can be regarded as a single wavelength, but has a certain width of transmitted wavelength, for example, a transmitted wavelength width of about 50 nm. things are used. This is because an optical bandpass filter with a narrow transmission wavelength band may not be able to provide enough radiance to stably operate an infrared photodetector such as an InGaAs element.

本発明者らは、上記のような光学バンドパスフィルタを備える2色放射温度計を用いて、600~1200℃の温度を取り得る測定対象物(鉄鋼材料)の測温を行った。その結果、光学バンドパスフィルタの光学特性を決定した際の温度である900℃では、吸収体である水の有無によって測温結果が変化する(すなわち、測定誤差が生じる)ことはないが、一方で、測定対象物の温度が600℃であるとき、及び、測定対象物の温度が1200℃であるときには、吸収体の有無によって±5℃程度の測温誤差が生じることが判明した。すなわち、本発明者らによる検証によって、吸収体である水の分光透過率が互いに等しくなる2つの波長に温度依存性があることが明らかとなった。 The present inventors used a two-color radiation thermometer equipped with an optical bandpass filter as described above to measure the temperature of an object to be measured (a steel material) that can have a temperature of 600 to 1200°C. As a result, at 900°C, which is the temperature at which the optical characteristics of the optical bandpass filter were determined, the presence or absence of water as an absorber does not change the temperature measurement result (that is, measurement error occurs); It has been found that when the temperature of the object to be measured is 600° C. and when the temperature of the object to be measured is 1200° C., a temperature measurement error of about ±5° C. occurs depending on the presence or absence of the absorber. That is, through verification by the present inventors, it has become clear that the two wavelengths at which the spectral transmittance of water, which is an absorber, is equal to each other have a temperature dependence.

物理的な光学フィルタに有限の透過波長幅が存在する場合、透過幅の平均的(実効的)な透過率を考慮することが重要である。そこで、本発明者らは、2色放射温度計の観測光量を分光シミュレーションにより調査した。以下に示す分光シミュレーションでは、サンプリング間隔Δ=1.7nmの離散的なスペクトルで、吸収体である水の分光透過率、光学フィルタの分光透過率、及び、黒体分光放射輝度を表現することとした。 When a physical optical filter has a finite transmission wavelength width, it is important to consider the average (effective) transmittance of the transmission width. Therefore, the present inventors investigated the amount of light observed by a two-color radiation thermometer using a spectroscopic simulation. In the spectroscopic simulation shown below, the spectral transmittance of water as an absorber, the spectral transmittance of an optical filter, and the blackbody spectral radiance are expressed using discrete spectra with a sampling interval of Δ=1.7 nm. did.

まず、短波長側の重み付け関数として、重み付け係数の分布が図3のように台形形状かつ左右対称であり、以下の条件を満たす重み付け関数を用いた。当該重み付け関数は、波長幅60nmにわたって重み付け係数が1であり(すなわち、上底の長さが60nmであり)、その両端の幅10nmの領域では、重み付け係数が1から0に直線的に下がる台形形状とした。 First, as a weighting function on the short wavelength side, a weighting function was used in which the distribution of weighting coefficients was trapezoidal and bilaterally symmetrical as shown in FIG. 3, and which satisfied the following conditions. The weighting function has a weighting coefficient of 1 over a wavelength width of 60 nm (that is, the length of the upper base is 60 nm), and in a region with a width of 10 nm at both ends, the weighting coefficient is a trapezoid that decreases linearly from 1 to 0. Shape.

上記のような条件に基づき、サンプリング間隔Δ=1.7nmの波長刻みで、中心透過波長=1200nmの重み付け関数を表現すると、図4に示したようになる。 Based on the above conditions, a weighting function with a central transmission wavelength of 1200 nm is expressed in wavelength increments of sampling interval Δ=1.7 nm as shown in FIG. 4.

長波長側である1300nm近傍のための重み付け関数には、短波長側の重み付け関数と同じ重み付け関数を用いた。ここで、2色放射温度計の原理が成立するように(すなわち、吸収体の一例である水の実効透過率が短波長側の実効透過率と等しくなるように)、長波長側の重み付け関数の中心透過波長を、シミュレーションにより探索する。ここで、図5にも示すように、1300nm近傍では、水の分光透過率は単調に変化する。そのため、中心透過波長を調整することで、重み付け関数に基づく実効透過率を調整することができる。 The same weighting function as the weighting function for the short wavelength side was used as the weighting function for the vicinity of 1300 nm, which is the long wavelength side. Here, the weighting function on the long wavelength side is set so that the principle of a two-color radiation thermometer holds true (that is, the effective transmittance of water, which is an example of an absorber, is equal to the effective transmittance on the short wavelength side). The center transmission wavelength of is searched by simulation. Here, as shown in FIG. 5, the spectral transmittance of water changes monotonically near 1300 nm. Therefore, by adjusting the center transmission wavelength, the effective transmittance based on the weighting function can be adjusted.

水の分光透過率としては、既知のデータを用いることが可能であり、このようなデータとして、例えば図5に示したような、水膜の厚み=10mmの際の水の分光透過率を挙げることができる。図5から明らかなように、波長1200nm近傍と、波長1300nm近傍には、分光透過率が等しくなる2つの波長が存在する。波長1300nm近傍では、水の分光透過率が単調に減少していることがわかる。 Known data can be used as the spectral transmittance of water, and examples of such data include the spectral transmittance of water when the thickness of the water film is 10 mm, as shown in FIG. be able to. As is clear from FIG. 5, there are two wavelengths at which the spectral transmittance is equal, near the wavelength 1200 nm and near the wavelength 1300 nm. It can be seen that the spectral transmittance of water decreases monotonically near the wavelength of 1300 nm.

上記のように水の分光透過率に着目し、重み付け関数の実効透過率τeffを求めるとは、単純に考えると、以下の式(1)に示す実効透過率τeffが、中心透過波長1200nmの重み付け関数と等しくなるように、長波長側の重み付け関数の中心透過波長を選択することを意味する。 As mentioned above, focusing on the spectral transmittance of water and finding the effective transmittance τ eff of the weighting function means that if we consider it simply, the effective transmittance τ eff shown in the following formula (1) is at a center transmission wavelength of 1200 nm. This means selecting the center transmission wavelength of the weighting function on the long wavelength side so that it is equal to the weighting function of .

Figure 0007393647000001
Figure 0007393647000001

ここで、上記式(1)において、λは、重み付け関数の下限透過波長であり、nは、Δ刻みで上限透過波長に達するまでの数であり、τ(λ)は、波長λにおける水の分光透過率であり、f(λ)は、波長λにおける光学フィルタの分光透過率に相当する重み付け係数である。 Here, in the above formula (1), λ 1 is the lower limit transmission wavelength of the weighting function, n is the number in Δ increments until reaching the upper limit transmission wavelength, and τ (λ) is the f(λ) is a weighting coefficient corresponding to the spectral transmittance of the optical filter at wavelength λ.

上述のようにして、中心透過波長1200nmの重み付け関数と実効透過率が等しくなる中心透過波長を求めたところ、その中心透過波長は、1284.04nmであった。従って、中心透過波長=1284.04nmで左右対称であり、波長幅60nmにわたって重み付け係数が1であり、その両端の幅10nmの領域では、重み付け係数が1から0に直線的に下がる重み付け関数(図4に示したものと同じ形状の台形であるが、中心波長が1284.04nmである重み付け関数)を用いることで、分光輝度計から得られる分光輝度信号から、吸収体である水の実効透過率が互いに等しい2種類の分光輝度信号を得ることが考えられる。ただし、式(1)の重み付け関数の決定方法では、測定対象の温度によって水の有無による測定誤差が生じる現象が説明できない。 As described above, the center transmission wavelength at which the effective transmittance was equal to the weighting function of the center transmission wavelength of 1200 nm was determined, and the center transmission wavelength was found to be 1284.04 nm. Therefore, the central transmission wavelength is 1284.04 nm, which is symmetrical, and the weighting coefficient is 1 over a wavelength width of 60 nm, and in the 10 nm width region at both ends, the weighting coefficient decreases linearly from 1 to 0 (Fig. By using a weighting function that has the same trapezoidal shape as shown in 4, but whose center wavelength is 1284.04 nm, the effective transmittance of water, which is an absorber, can be determined from the spectral luminance signal obtained from the spectrophotometer. It is conceivable to obtain two types of spectral luminance signals whose values are equal to each other. However, the method for determining the weighting function in equation (1) cannot explain the phenomenon in which measurement errors occur due to the presence or absence of water depending on the temperature of the measurement target.

そこで、発明者らは更に深く検討して次のように想到した。すなわち、上記式(1)のような吸収体の実効透過率のみを考慮した重み付け関数を用いるのではなく、以下で説明するような実効透過率に加えて黒体放射の波長依存性も考慮した重み付け関数を用いることが好ましい。 Therefore, the inventors conducted a deeper study and came up with the following idea. In other words, instead of using a weighting function that only considers the effective transmittance of the absorber as in equation (1) above, we consider the wavelength dependence of blackbody radiation in addition to the effective transmittance as explained below. Preferably, a weighting function is used.

熱を有している物体から放射される黒体放射には、温度に応じた分光特性が存在し、光学フィルタの透過波長域の中においても、分光放射輝度は均一とはならない。そのため、実効透過率τeffとして、波長ごとの分光透過率に相当する重み付け係数、及び、水の分光透過率だけでなく、黒体放射の分光放射輝度の波長依存性(波長分布)を更に考慮することで、重み付け関数の光学特性(波長特性)を更に向上させることが可能となる。この際、黒体放射の分光放射輝度の波長分布を考慮した重みw(λ)を考慮して、実効透過率τeffは、以下の式(2)で与えられる。 Black body radiation emitted from a heated object has spectral characteristics depending on temperature, and the spectral radiance is not uniform even within the transmission wavelength range of an optical filter. Therefore, as the effective transmittance τ eff , we take into account not only the weighting coefficient corresponding to the spectral transmittance of each wavelength and the spectral transmittance of water, but also the wavelength dependence (wavelength distribution) of the spectral radiance of blackbody radiation. By doing so, it becomes possible to further improve the optical characteristics (wavelength characteristics) of the weighting function. At this time, the effective transmittance τ eff is given by the following equation (2), taking into consideration the weight w(λ) that takes into account the wavelength distribution of the spectral radiance of the black body radiation.

Figure 0007393647000002
Figure 0007393647000002

ここで、黒体分光放射輝度の重みw(λ)としては、例えば図6に例示したように、波長1250nmを基準とした黒体分光放射輝度の相対値を用いることが可能である。 Here, as the weight w(λ) of the blackbody spectral radiance, it is possible to use a relative value of the blackbody spectral radiance with respect to a wavelength of 1250 nm, as illustrated in FIG. 6, for example.

上記式(2)に示した実効透過率τeffに基づき、中心透過波長1200nmの重み付け関数と実効透過率が等しくなる中心透過波長を求めた。その結果、測定対象温度を600℃とした場合は、中心透過波長が1287.97nmとなり、測定対象温度を1200℃とした場合は、中心透過波長が1286.84nmとなった。これら重み付け関数の重み付け係数の分布の様子を、図7にまとめて示した。 Based on the effective transmittance τ eff shown in the above equation (2), the center transmission wavelength at which the weighting function of the center transmission wavelength of 1200 nm and the effective transmittance were equal was determined. As a result, when the temperature to be measured was 600°C, the center transmission wavelength was 1287.97 nm, and when the temperature to be measured was 1200°C, the center transmission wavelength was 1286.84 nm. The distribution of weighting coefficients of these weighting functions is summarized in FIG. 7.

以上説明したような重み付け関数を用いることで、分光輝度計から得られる連続的なスペクトルを利用して、一度波長ごとに分光された輝度信号を再度合成することにより、所望の波長の分光輝度信号を抽出することが可能となる。これにより、抽出された分光輝度信号を用いて、上記特許文献1に開示されている2色放射温度計の原理から2色比Rを算出し、2色比と温度との関係に基づき、測定対象物の温度をより正確に測定することが可能となる。 By using the weighting function as explained above, the spectral luminance signal of the desired wavelength can be obtained by recombining the luminance signals that have been separated into wavelengths using the continuous spectrum obtained from the spectrophotometer. It becomes possible to extract. As a result, the extracted spectral luminance signal is used to calculate the dichromatic ratio R based on the principle of the two-color radiation thermometer disclosed in Patent Document 1, and the measurement is performed based on the relationship between the dichromatic ratio and the temperature. It becomes possible to measure the temperature of the target object more accurately.

次に、温度によって短波長側の重み付け関数と長波長側の重み付け関数の実効透過率が一致する波長帯域がずれる現象が、実際の測温にどのような影響を及ぼすかについて、検証を行った。 Next, we verified how the phenomenon in which the wavelength band in which the effective transmittance of the short-wavelength weighting function and the long-wavelength weighting function match differs depending on temperature affects actual temperature measurement. .

着目する重み付け関数の光学特性としては、波長幅60nmの範囲で重み付け係数が1であり、かつ、その両端の幅10nmの領域では、重み付け係数が1から0に直線的に減少する重み付け関数を用いるものとした。また、短波長側の重み付け関数は、中心透過波長を1200nmに固定した。その上で、温度600℃において、水膜の有無により測定温度に変化がないように、上記式(2)に示した実効透過率を用いて調整を行った。この場合、長波長側の重み付け関数の中心透過波長は、上記のように、1287.97nmとなる。 As for the optical characteristics of the weighting function of interest, a weighting function is used in which the weighting coefficient is 1 in a wavelength width range of 60 nm, and the weighting coefficient decreases linearly from 1 to 0 in a 10 nm width region at both ends. I took it as a thing. Furthermore, for the weighting function on the short wavelength side, the center transmission wavelength was fixed at 1200 nm. Then, at a temperature of 600° C., adjustment was made using the effective transmittance shown in the above equation (2) so that the measurement temperature did not change depending on the presence or absence of a water film. In this case, the center transmission wavelength of the weighting function on the long wavelength side is 1287.97 nm, as described above.

ここで、温度1200℃の測定対象物について、上記重み付け関数を用いて測温を行ったとすると、熱放射光が厚み10mmの水膜を透過した場合に、短波長側の重み付け関数の実効透過率と、長波長側の重み付け関数の実効透過率と、が不一致となる。その結果、短波長側と長波長側の実効透過率の比率は、1から1.0125へと変化する。この変化は、2色放射温度計で温度を算出する際に利用する2色比Rの値が、1.25%変化したことと等価である。1.25%の2色比の変化を、上記特許文献1で開示されているような2色比と温度の関係から温度変化量に変換すると、17.5℃の測定誤差となる。 Here, if we measure the temperature of the object to be measured at a temperature of 1200°C using the above weighting function, when the thermal radiation passes through a water film with a thickness of 10 mm, the effective transmittance of the weighting function on the short wavelength side and the effective transmittance of the weighting function on the long wavelength side do not match. As a result, the ratio of effective transmittance on the short wavelength side and on the long wavelength side changes from 1 to 1.0125. This change is equivalent to a 1.25% change in the value of the dichroic ratio R used when calculating temperature with a two-color radiation thermometer. If a change in the two-color ratio of 1.25% is converted into a temperature change amount from the relationship between the two-color ratio and temperature as disclosed in Patent Document 1, the measurement error will be 17.5°C.

以上の検証より、測定対象物の温度が大きく変化しうる場合には、600℃近傍の温度を測定する際の重み付け関数、800℃近傍の温度を測定する際の重み付け関数、1000℃近傍の温度を測定する際の重み付け関数、1200℃近傍の温度を測定する際の重み付け関数、・・・のように、測定対象物の温度に応じた複数の重み付け関数を予め準備し、測定対象物のおおよその温度を参考にして、適切な重み付け関数を選択して設定するように、切り替えを行うことが好ましい。 From the above verification, when the temperature of the object to be measured can change significantly, the weighting function when measuring the temperature around 600°C, the weighting function when measuring the temperature around 800°C, the weighting function when measuring the temperature around 1000°C, etc. We prepare multiple weighting functions in advance according to the temperature of the object to be measured, such as a weighting function when measuring temperature near 1200℃, a weighting function when measuring temperature near 1200℃, etc., and calculate the approximate value of the object to be measured. It is preferable to perform switching so that an appropriate weighting function is selected and set with reference to the temperature of .

より具体的には、はじめに、本実施形態の温度測定装置を用い、2色放射測温を用いて測定対象物のおおよその温度を測定する。この時点では、重み付け関数については最適なものが選択されている必要はなく、その点において、粗い精度で温度が測定できさえすればよい(例えば、600℃に好適な重み付け関数で1200℃の測定対象物を測温して、光路上に厚さ10mmの水膜があれば、上述の通り17.5℃の測定誤差が生じる)。そして、次に、測定された(粗い)温度に基づいて、記憶部に記憶された(測定対象物が取り得る温度に対応した)複数の重み付け関数のうちで、より近い温度に応じた重み付け関数、即ち、適切な重み付け関数を選択するようにする。その後、当該適切な重み付け関数を用い、本実施形態の温度測定装置で測定対象物の温度を測定するようにする。 More specifically, first, using the temperature measuring device of this embodiment, the approximate temperature of the object to be measured is measured using two-color radiation thermometry. At this point, it is not necessary that the optimal weighting function has been selected; at that point, it is only necessary that the temperature can be measured with coarse accuracy (for example, a weighting function suitable for 600°C can measure 1200°C). If the temperature of the object is measured and there is a 10 mm thick water film on the optical path, a measurement error of 17.5° C. will occur as described above). Then, based on the measured (rough) temperature, a weighting function is selected according to the temperature that is closer among the multiple weighting functions (corresponding to the possible temperatures of the measurement object) stored in the storage unit. , that is, select an appropriate weighting function. Thereafter, using the appropriate weighting function, the temperature of the object to be measured is measured by the temperature measuring device of this embodiment.

このように、おおよその温度を事前に測定しておくことで、吸収体が存在するような温度測定が容易ではない環境下であっても、適切な重み付け関数を選択することができるため、測定精度を低下させることなく、測定対象物の測温を行うことが可能となる。このような機能を、物理的な光学フィルタで実現することは困難であり、光スペクトルを連続的に観測可能な分光輝度計と、上記のような重み付け関数を構成することで、上記の機能が実現される。 In this way, by measuring the approximate temperature in advance, it is possible to select an appropriate weighting function even in environments where temperature measurement is difficult, such as in the presence of absorbers. It becomes possible to measure the temperature of the object to be measured without reducing accuracy. It is difficult to achieve this kind of function with a physical optical filter, so by configuring a spectrophotometer that can continuously observe the optical spectrum and a weighting function like the one above, the above function can be achieved. Realized.

以上の説明では、吸収体として水に着目して、詳細な説明を行ったが、水以外の吸収体(例えば、油脂、溶液、ガラス、樹脂等)が測定対象物との間の光路上に存在し得る場合についても、同様に重み付け関数を構成して、対応を行うことが可能である。 In the above explanation, a detailed explanation was given focusing on water as an absorber. However, absorbers other than water (e.g., oil, fat, solution, glass, resin, etc.) It is possible to similarly configure a weighting function and deal with cases that may exist.

以下では、上記知見に基づき得られた、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、詳細に説明する。 Below, a temperature measuring device and a temperature measuring method according to an embodiment of the present invention obtained based on the above findings will be described in detail.

(実施形態)
<温度測定装置の構成について>
以下では、まず、図8A及び図8B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8A及び図8B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>
Below, first, 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. 8A and 8B. 8A and 8B are explanatory diagrams showing an example of the overall configuration of the temperature measuring device 10 according to the present embodiment.

本実施形態に係る温度測定装置10は、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を、近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が光路上の少なくとも一部に存在し得る状態で検出し、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、水蒸気、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。また、本実施形態では、近赤外帯域として、特に940nm~1350nmの帯域に着目するものとする。下限を940nmとする理由は、近赤外帯域に属する800nm以上(特に940nm以上)において、水が強い波長依存性を有する半透明体となるためである。また、上限を1350nmとする理由は、1350nm以上では、水膜厚み10mm以上で水が不透明となるためである。 The temperature measuring device 10 according to the present embodiment has an absorber having a spectral absorption coefficient wavelength dependent in the near-infrared band, which absorbs thermal radiation in the near-infrared band emitted by the object to be measured, on at least a part of the optical path. This device measures the temperature of the object to be measured based on the detection result of the radiance of thermal radiation. Here, examples of the absorber whose spectral absorption coefficient has wavelength dependence in the near-infrared band include at least one of water, water vapor, fats and oils, solutions, glass, and resins. Further, in this embodiment, the near-infrared band is particularly focused on the band from 940 nm to 1350 nm. The reason why the lower limit is set to 940 nm is that water becomes a semitransparent substance with strong wavelength dependence at wavelengths of 800 nm or more (particularly 940 nm or more) belonging to the near-infrared band. Moreover, the reason why the upper limit is set to 1350 nm is that at 1350 nm or more, water becomes opaque when the water film thickness is 10 mm or more.

この温度測定装置10は、例えば図8A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 mainly includes a measuring section 101, an arithmetic processing section 103, and a storage section 105, as shown in FIG. 8A, for example.

測定部101は、例えば高温の状態にある鋼板など、近赤外帯域(例えば、940nm~1350nm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。より詳細には、測定部101は、測定対象物の熱放射光を、入射した光を波長ごとに分光して各波長での輝度を検出し、検出結果を分光輝度信号として出力する検出器である分光輝度計を用いて測定し、熱放射光の分光輝度信号に関する測定データを生成する。 The measurement unit 101 measures thermal radiation (observation) emitted from an object to be measured that emits thermal radiation belonging to the near-infrared band (for example, a band of 940 nm to 1350 nm), such as a steel plate in a high temperature state. measuring the size of light). More specifically, the measurement unit 101 is a detector that spectrally enters the thermal radiation of the object to be measured into wavelengths, detects the brightness at each wavelength, and outputs the detection result as a spectral brightness signal. Measurement is performed using a spectrophotometer to generate measurement data regarding the spectral brightness signal of thermal radiation light.

この測定部101は、例えば2色放射温度計における各種レンズ/レンズ群や分光輝度計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。 This measuring section 101 corresponds to, for example, an optical system comprised of various lenses/lens groups, a spectrophotometer, etc. in a two-color radiation thermometer. A more detailed configuration of the measurement unit 101 will be explained 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 measurement unit 101 measures the magnitude of thermal radiation of the object to be measured and generates measurement data indicating the detection result of the radiance of the thermal radiation, the measurement unit 101 sends the generated measurement data to an arithmetic processing unit 103, which will be described later. Output.

演算処理部103は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、通信装置等により実現される。演算処理部103は、測定部101により実施される測定処理の統括的な制御を行う。また、演算処理部103は、測定部101により測定された測定データに基づいて、測定対象物の温度を算出するための演算処理を実施する。より詳細には、演算処理部103は、測定部101により生成された測定データと、プランクの黒体放射式から導出される、分光放射輝度と温度との間の関係式とに基づいて、測定対象物の温度を算出する。演算処理部103により算出された測定対象物の温度に関する情報は、表示画面等を介して画像として出力されたり、プリンタ等を介して印刷物として出力されたり、データそのものとして出力されたりする。 The arithmetic processing unit 103 is realized by a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a communication device, and the like. The calculation processing unit 103 performs overall control of the measurement processing performed by the measurement unit 101. 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 performs measurement based on the measurement data generated by the measurement unit 101 and a relational expression between spectral radiance and temperature derived from Planck's blackbody radiation equation. Calculate the temperature of the object. The information regarding the temperature of the object to be measured calculated by the arithmetic processing unit 103 is outputted as an image via a display screen or the like, outputted as a printed matter via a printer or the like, or outputted 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。 Note that the detailed configuration of the arithmetic processing unit 103 will be explained 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、測定対象物の分光放射率や、重み付け関数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 stores various parameters and data such as the spectral absorption coefficient of the absorber of interest, the spectral emissivity of the object to be measured, and the weighting function. In addition to these data, the storage unit 105 also stores various parameters that need to be saved when the temperature measuring device 10 according to the present embodiment performs some processing, the progress of the processing, etc. Various databases, programs, etc. are recorded as appropriate. This storage unit 105 allows the measuring unit 101, the arithmetic processing unit 103, and the like to freely read/write data.

また、本実施形態に係る記憶部105には、上述したような、重み付け関数に関するデータが保持されている。保持されている個々の重み付け関数に関するデータには、かかる重み付け関数を適用することが許容される温度範囲が、求める測温精度等に基づき、予め設定されていることが好ましい。また、重み付け関数に関するデータは、着目する測定対象物がとりうる温度に応じて、複数の重み付け関数に関するデータが保持されていることが好ましい。演算処理部103は、記憶部105に保持された重み付け関数を適切に使用することで、分光輝度計で得られた分光輝度信号に基づき、所望の波長の分光輝度信号を生成することが可能となる。 Furthermore, the storage unit 105 according to this embodiment holds data regarding weighting functions as described above. It is preferable that the temperature range within which the weighting function is allowed to be applied is set in advance in the data regarding the individual weighting functions held, based on the desired temperature measurement accuracy and the like. Moreover, it is preferable that data regarding a plurality of weighting functions is held in accordance with the possible temperatures of the measurement target of interest. By appropriately using the weighting function held in the storage unit 105, the arithmetic processing unit 103 can generate a spectral brightness signal of a desired wavelength based on the spectral brightness signal obtained by the spectrophotometer. Become.

これら測定部101、演算処理部103及び記憶部105は、図8Aに模式的に示したように、例えば2色放射温度計の一機能として一つの測定機器の内部に実現されていてもよい。また、上記測定部101、演算処理部103及び記憶部105は、例えば図8B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8Bに示した例では、例えば2色放射温度計として機能する測定ユニットの内部に、測定部101及び記憶部105の機能が実現されており、パーソナルコンピュータ、各種サーバ、各種プロセスコンピュータなどといった演算処理装置の内部に、演算処理部103及び記憶部105の機能が実現されている場合を図示している。なお、図8B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。 These measuring section 101, arithmetic processing section 103, and storage section 105 may be realized inside one measuring device as, for example, a function of a two-color radiation thermometer, as schematically shown in FIG. 8A. Further, the measuring section 101, the arithmetic processing section 103, and the storage section 105 may be distributed and implemented in a plurality of devices, for example, as shown in FIG. 8B. In the example shown in FIG. 8B, the functions of the measurement unit 101 and the storage unit 105 are implemented inside a measurement unit that functions as a two-color radiation thermometer, and the functions of a personal computer, various servers, various process computers, etc. A case is illustrated in which the functions of the arithmetic processing unit 103 and the storage unit 105 are implemented inside the processing device. Note that in FIG. 8B, the storage section 105 is implemented as storage sections 105a and 105b in the measurement unit and the arithmetic processing device, respectively, but the storage section 105 may be implemented only inside the measurement unit, or It may be implemented only inside the arithmetic processing device.

<測定部の構成例について>
続いて、図9を参照しながら、本実施形態に係る測定部101の構成例について、詳細に説明する。図9は、本実施形態に係る温度測定装置が備える測定部の構成の一例を模式的に示した説明図である。
<About the configuration example of the measurement section>
Next, a configuration example of the measurement unit 101 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. 9. FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing an example of the configuration of a measuring section included in the temperature measuring device according to the present embodiment.

本実施形態に係る測定部101は、2色放射温度計における光学系に対応するものであり、演算処理部103による制御のもとで稼働して、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を測定する。この測定部101は、図9に模式的に示したように、測定対象物からの熱放射光を受光する受光部111と、受光部111により受光した熱放射光を検出する検出部113と、を有している。 The measurement unit 101 according to the present embodiment corresponds to the optical system in a two-color radiation thermometer, and operates under the control of the arithmetic processing unit 103 to measure heat in the near-infrared band emitted by an object to be measured. Measure synchrotron radiation. As schematically shown in FIG. 9, this measuring section 101 includes a light receiving section 111 that receives thermal radiation from an object to be measured, a detecting section 113 that detects the thermal radiation received by the light receiving section 111, have.

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

受光部111は、近赤外帯域の分光吸収係数に波長依存性がある水等の吸収体が、測定対象物までの光路上に存在し得る場合を対象として、測定対象物からの熱放射光を受光するものであり、図9に示したように、測定対象物からの熱放射光が受光する受光レンズ121と、受光レンズ121を透過した測定対象物からの熱放射光を、光ファイバOFに接続するための接続カプラ123と、を有している。この受光レンズ121及び接続カプラ123が、熱放射光を検出部113へと導光する導光光学系として機能している。 The light receiving unit 111 detects thermal radiation from the object to be measured, in the case where an absorber such as water whose spectral absorption coefficient in the near-infrared band is wavelength-dependent may exist on the optical path to the object to be measured. As shown in FIG. 9, there is a light-receiving lens 121 that receives the thermal radiation from the object to be measured, and the thermal radiation from the object that has passed through the sensing lens 121 is transferred to the optical fiber OF. It has a connection coupler 123 for connecting to. The light-receiving lens 121 and the connection coupler 123 function as a light-guiding optical system that guides thermal radiation to the detection section 113.

ここで、本実施形態に係る受光部111の具体的な構成については、特に限定されるものではない。例えば、図9では、受光レンズ121として、1枚の両凸レンズを図示しているが、受光レンズ121は、複数の光学素子で構成されたレンズ群であってもよい。また、受光レンズ121に用いられるレンズは特に限定されるものではなく、球面レンズや非球面レンズなどといった公知の光学素子を適宜利用することが可能である。接続カプラ123及び光ファイバOFについても、特に限定されるものではなく、公知の各種の接続カプラや光ファイバを用いることが可能である。 Here, the specific configuration of the light receiving section 111 according to this embodiment is not particularly limited. For example, in FIG. 9, one biconvex lens is illustrated as the light receiving lens 121, but the light receiving lens 121 may be a lens group composed of a plurality of optical elements. Further, the lens used for the light receiving lens 121 is not particularly limited, and any known optical element such as a spherical lens or an aspherical lens may be appropriately used. The connection coupler 123 and the optical fiber OF are also not particularly limited, and various known connection couplers and optical fibers can be used.

表面の少なくとも一部に様々な厚みの吸収体(図9では、水)が存在している測定対象物からの熱放射光は、受光部111の受光レンズ121によって、略平行な光束となり、接続カプラ123へと到達する。接続カプラ123は、受光レンズ121から導光されてきた熱放射光を、光ファイバOFの一方の端部へと接続する。受光部111で受光され、その後、光ファイバOFによって伝達された測定対象物からの熱放射光は、検出部113へと導光される。 Thermal radiation from the object to be measured, which has absorbers (water in FIG. 9) with various thicknesses on at least a portion of its surface, is turned into a substantially parallel beam by the light receiving lens 121 of the light receiving unit 111, and connected. It reaches the coupler 123. The connection coupler 123 connects the thermal radiation guided from the light receiving lens 121 to one end of the optical fiber OF. Thermal radiation from the object to be measured is received by the light receiving section 111 and then transmitted through the optical fiber OF, and is guided to the detecting section 113.

検出部113は、分光輝度計を用い、受光部111で受光した測定対象物の熱放射光の分光輝度を分光輝度信号として検出するものであり、図9に例示したように、光ファイバOFに光学的に接続されている接続カプラ151と、集光レンズ153と、分光輝度計155と、を有している。 The detection unit 113 uses a spectrophotometer to detect the spectral brightness of the thermal radiation of the measurement object received by the light receiving unit 111 as a spectral brightness signal, and as illustrated in FIG. It has a connecting coupler 151, a condensing lens 153, and a spectrophotometer 155 that are optically connected.

接続カプラ151を経た測定対象物からの熱放射光は、集光レンズ153によって、分光輝度計155へと集光される。分光輝度計155は、入射した測定対象物からの熱放射光を分光して、波長ごとに分光輝度値を検出していき、分光輝度信号に関する測定データを生成する。その後、分光輝度計155は、得られた分光輝度信号に関する測定データを演算処理部103に出力する。 Thermal radiation from the object to be measured, which has passed through the connection coupler 151, is focused onto the spectrophotometer 155 by the condenser lens 153. The spectral luminance meter 155 spectrally spectrally enters the thermal radiation light from the object to be measured, detects a spectral luminance value for each wavelength, and generates measurement data regarding the spectral luminance signal. Thereafter, the spectral luminance meter 155 outputs measurement data regarding the obtained spectral luminance signal to the arithmetic processing unit 103.

なお、図9において、集光レンズ153は、1つの両凸レンズを用いて模式的に図示されているが、この集光レンズ153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、集光レンズ153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。 In addition, although the condensing lens 153 is schematically illustrated using one biconvex lens in FIG. 9, the condensing lens 153 may be a lens group composed of a plurality of lenses. Further, the lens used for the condensing lens 153 is not particularly limited, and known optical elements such as a spherical lens or an aspherical lens can be appropriately used.

以上、図9を参照しながら、本実施形態に係る測定部101の構成例を簡単に説明した。 The configuration example of the measurement unit 101 according to the present embodiment has been briefly described above with reference to FIG.

<演算処理部103の構成例について>
次に、図10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10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 this embodiment will be described with reference to FIG. 10. FIG. 10 is a block diagram showing a configuration example of the arithmetic processing unit 103 according to this embodiment.

本実施形態に係る演算処理部103は、検出部113で検出した測定対象物の分光輝度信号に基づいて、測定対象物の温度を求めるものであり、図10に例示したように、測定制御部171と、データ取得部173と、輝度データ生成部175と、温度算出部177と、結果出力部179と、表示制御部181と、を主に備える。 The arithmetic processing unit 103 according to the present embodiment calculates the temperature of the measurement target based on the spectral luminance signal of the measurement target detected by the detection unit 113, and as illustrated in FIG. 171, a data acquisition section 173, a brightness data generation section 175, a temperature calculation section 177, a result output section 179, and a display control section 181.

測定制御部171は、例えば、CPU、ROM、RAM、入力装置、出力装置、通信装置等により実現される。測定制御部171は、本実施形態に係る温度測定装置10の機能を統括的に制御する処理部である。測定制御部171は、測定対象物からの熱放射光を測定するように、分光輝度計を含む測定部101の動作を制御する。更に、測定制御部171は、必要に応じて、輝度データ生成部175及び温度算出部177に対して、熱放射光の測定条件や、用いる重み付け関数の種類を指定するための情報などといった、各種の設定値を出力することも可能である。 The measurement control unit 171 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an input device, an output device, a communication device, and the like. The measurement control unit 171 is a processing unit that centrally controls the functions of the temperature measurement device 10 according to the present embodiment. The measurement control unit 171 controls the operation of the measurement unit 101 including the spectrophotometer so as to measure the thermal radiation from the object to be measured. Furthermore, the measurement control unit 171 provides the luminance data generation unit 175 and the temperature calculation unit 177 with various types of information, such as measurement conditions for thermal radiation light and information for specifying the type of weighting function to be used, as necessary. It is also possible to output the setting value.

また、測定制御部171は、温度算出部177から算出される、測定対象物の測温結果に関する情報を参照し、算出された測定対象物の温度が、現在用いている重み付け関数に許容される温度範囲に属しているかを判断してもよい。この際に、算出された測定対象物の温度が、現在設定されている重み付け関数に許容される温度範囲に属さなかった場合には、測定制御部171は、算出された測定対象物の温度に適した別の重み付け関数を設定することが好ましい。その上で、測定制御部171は、輝度データ生成部175に対して、設定した別の重み付け関数を用いて、後述する輝度データの生成処理を再度実施させるとともに、温度算出部177に対して、温度算出処理を再度実施させる。これにより、本実施形態に係る温度測定装置10は、測定対象物の温度をより一層正確に測定することが可能となる。 The measurement control unit 171 also refers to the information regarding the temperature measurement result of the measurement object calculated from the temperature calculation unit 177, and determines whether the calculated temperature of the measurement object is acceptable for the weighting function currently used. It may also be determined whether the temperature falls within the temperature range. At this time, if the calculated temperature of the measurement object does not belong to the temperature range allowed by the currently set weighting function, the measurement control unit 171 adjusts the temperature of the measurement object to the calculated temperature of the measurement object. Preferably, another suitable weighting function is set. Then, the measurement control unit 171 causes the luminance data generation unit 175 to perform the luminance data generation process again, which will be described later, using another weighting function that has been set, and also causes the temperature calculation unit 177 to The temperature calculation process is executed again. Thereby, the temperature measuring device 10 according to the present embodiment can measure the temperature of the object to be measured even more accurately.

データ取得部173は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。データ取得部173は、測定部101によって生成された分光輝度信号のデータを取得し、後述する輝度データ生成部175へと出力する。また、データ取得部173は、取得した分光輝度信号のデータに、当該分光輝度信号のデータを取得した日時等に関する時刻情報を関連づけて、履歴情報として記憶部105に格納してもよい。 The data acquisition unit 173 is realized by, for example, a CPU, ROM, RAM, communication device, etc. The data acquisition section 173 acquires data of the spectral luminance signal generated by the measurement section 101, and outputs it to the luminance data generation section 175, which will be described later. Further, the data acquisition unit 173 may associate the data of the acquired spectral brightness signal with time information regarding the date and time when the data of the spectral brightness signal was acquired, and store the data in the storage unit 105 as history information.

輝度データ生成部175は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。輝度データ生成部175の機能を説明するにあたって、以下では、吸収体の分光吸収係数(又は分光透過率)が互いに同一となる2種類の波長のうち、一方の波長を含む所定の波長幅の帯域を、第1波長帯域と称することとし、他方の波長を含む所定の波長幅の帯域を、第2波長帯域と称することとする。 The brightness data generation unit 175 is realized by, for example, a CPU, ROM, RAM, or the like. In explaining the function of the brightness data generation unit 175, below, a band of a predetermined wavelength width that includes one of the two wavelengths at which the spectral absorption coefficient (or spectral transmittance) of the absorber is the same as each other will be described. will be referred to as a first wavelength band, and a band with a predetermined wavelength width that includes the other wavelength will be referred to as a second wavelength band.

輝度データ生成部175は、データ取得部173から出力された分光輝度信号のデータを参照して、第1波長帯域における分光輝度信号の測定データと、第2波長帯域における分光輝度信号の測定データと、を抽出する。その後、輝度データ生成部175は、測定制御部171によって予め設定されている、先だって説明したような重み付け関数に関するデータを用いて、第1波長帯域における測定データ及び第2波長帯域における測定データのそれぞれを重み付けしながら合算する。これにより、輝度データ生成部175は、第1波長帯域に関する分光放射輝度の輝度データである第1輝度データと、第2波長帯域に関する分光放射輝度の輝度データである第2輝度データと、を生成する。このようにして生成された2種類の輝度データが、吸収体の分光吸収係数(又は分光透過率)が互いに同一となる2種類の波長における、熱放射光の輝度信号に対応する。 The brightness data generation unit 175 refers to the data of the spectral brightness signal output from the data acquisition unit 173 and generates measurement data of the spectral brightness signal in the first wavelength band and measurement data of the spectral brightness signal in the second wavelength band. , extract. Thereafter, the brightness data generation unit 175 uses the data regarding the weighting function as described above, which is set in advance by the measurement control unit 171, to generate each of the measurement data in the first wavelength band and the measurement data in the second wavelength band. Add up while weighting. As a result, the brightness data generation unit 175 generates first brightness data that is brightness data of spectral radiance regarding the first wavelength band, and second brightness data that is brightness data of spectral radiance regarding the second wavelength band. do. The two types of brightness data generated in this manner correspond to brightness signals of thermal radiation light at two types of wavelengths at which the spectral absorption coefficients (or spectral transmittances) of the absorber are the same.

輝度データ生成部175は、第1輝度データ及び第2輝度データをそれぞれ生成すると、生成したこれらの輝度データを、後述する温度算出部177へと出力する。 After generating the first brightness data and the second brightness data, the brightness data generation unit 175 outputs the generated brightness data to the temperature calculation unit 177, which will be described later.

温度算出部177は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。温度算出部177は、輝度データ生成部175から出力された2種類の輝度データ(第1輝度データ及び第2輝度データ)を利用して、一方の輝度データにおける輝度信号を他方の輝度データにおける輝度信号で除した2色比(換言すれば、分光放射輝度の比)を算出する。また、温度算出部177は、算出した2色比と、2色比と温度との間の関係式と、を利用して、測定対象物の温度を算出する。 The temperature calculation unit 177 is realized by, for example, a CPU, ROM, RAM, or the like. The temperature calculation unit 177 uses two types of brightness data (first brightness data and second brightness data) output from the brightness data generation unit 175 to convert the brightness signal in one brightness data into the brightness signal in the other brightness data. The dichromatic ratio divided by the signal (in other words, the ratio of spectral radiance) is calculated. Furthermore, the temperature calculation unit 177 calculates the temperature of the measurement target using the calculated two-color ratio and the relational expression between the two-color ratio and the temperature.

上記特許文献1に開示されているように、2色比Rは、2つの波長における輝度信号の一方を、他方の輝度信号で除することで算出できる。一方、本実施形態に係る温度測定装置10では、以下の式(11)及び式(12)に示したように、吸収体による熱放射光の吸収を考慮している。そのため、2色比Rは、下記式(11)及び式(12)を利用して、上記特許文献1と同様に式の導出を行うと、下記の式(13)により表される。 As disclosed in Patent Document 1, the dichroic ratio R can be calculated by dividing one of the luminance signals at two wavelengths by the luminance signal of the other wavelength. On the other hand, in the temperature measuring device 10 according to the present embodiment, absorption of thermal radiation by the absorber is taken into consideration, as shown in equations (11) and (12) below. Therefore, the dichroic ratio R is expressed by the following equation (13) when the equation is derived in the same manner as in Patent Document 1 using the following equations (11) and (12).

Figure 0007393647000003
Figure 0007393647000003

ここで、上記式(11)及び式(12)において、τは、波長λにおける水の分光透過率であり、τは、波長λにおける水の分光透過率である。また、水の分光透過率τは、水の分光吸収係数、水の厚み、及び、水と空気との界面における両者の屈折率から定まる界面反射率の関数となる。この際、界面反射を省略すると、水の分光透過率τ,τは、それぞれ、τ=exp(-α×t)、τ=exp(-α×t)と表すことができる。ここで、αは、波長λにおける水の分光吸収係数であり、αは、波長λにおける水の分光吸収係数であり、tは、水膜の厚みである。 Here, in the above equations (11) and (12), τ 1 is the spectral transmittance of water at wavelength λ 1 , and τ 2 is the spectral transmittance of water at wavelength λ 2 . Further, the spectral transmittance τ of water is a function of the spectral absorption coefficient of water, the thickness of water, and the interface reflectance determined from the refractive index of both water and air at the interface. In this case, if interface reflection is omitted, the spectral transmittances τ 1 and τ 2 of water can be expressed as τ 1 =exp(-α 1 ×t) and τ 2 =exp(-α 2 ×t), respectively. can. Here, α 1 is the spectral absorption coefficient of water at wavelength λ 1 , α 2 is the spectral absorption coefficient of water at wavelength λ 2 , and t is the thickness of the water film.

先だって説明したように、本実施形態に係る輝度データ生成部175では、吸収体の分光透過率(より正確には、検出波長は単波長ではなく帯域幅があるので、その波長帯域における実効透過率)が互いに同一となる波長の輝度信号が得られるように、重み付け関数を用いてデータ処理が行われている。そのため、上記式(13)の中辺第1項に示した吸収体による吸収に関する項は、分子・分母で互いに打ち消しあって、値が1となる。従って、上記式(13)の右辺におけるRλ及びΛは、以下式(14a)及び式(14b)のようになる。 As explained earlier, the brightness data generation unit 175 according to this embodiment calculates the spectral transmittance of the absorber (more precisely, since the detection wavelength is not a single wavelength but has a bandwidth, the effective transmittance in that wavelength band) ) is the same as each other, data processing is performed using a weighting function. Therefore, the term related to absorption by the absorber shown in the first term on the middle side of the above equation (13) cancels each other in the numerator and denominator, and has a value of 1. Therefore, R λ and Λ on the right side of the above equation (13) are as shown in the following equations (14a) and (14b).

Figure 0007393647000004
Figure 0007393647000004

ここで、式(14a)及び式(14b)に示したRλ及びΛは、用いた1組の重み付け関数(短波長側及び長波長側の重み付け関数)で規定されている中心透過波長から決まる定数となる。従って、温度算出部177は、算出した2色比Rと、上記式(13)における(最左辺=最右辺)という関係式と、を利用して、測定対象物の温度Tを算出することが可能となる。 Here, R λ and Λ shown in equations (14a) and (14b) are determined from the center transmission wavelength defined by the set of weighting functions (weighting functions on the short wavelength side and long wavelength side) used. Becomes a constant. Therefore, the temperature calculation unit 177 can calculate the temperature T of the measurement target using the calculated two-color ratio R and the relational expression (leftmost side = rightmost side) in the above equation (13). It becomes possible.

なお、温度算出部177が2色比Rを算出する際に、2種類の波長λ、λのどちらの輝度信号を分母とし、どちらの輝度信号を分子として演算を行うかについては、特に限定するものではなく、演算処理中において基準とする輝度信号を変更しないようにしておけばよい。 Note that when the temperature calculation unit 177 calculates the dichromatic ratio R, it is particularly important to determine which of the two wavelengths λ 1 and λ 2 the luminance signal is used as the denominator and which luminance signal is used as the numerator. The present invention is not limited to this, and it is sufficient that the reference luminance signal is not changed during the calculation process.

また、温度算出部177は、上記式(13)で表される2色比Rを介することなく、上記式(11)及び式(12)を利用して、温度を直接算出してもよい。すなわち、2種類の波長λ、λにおける放射率εが既知であれば、上記式(11)及び式(12)における未知数は、温度Tと、水膜の厚みtの2つとなる。従って、温度算出部177は、上記式(11)及び式(12)を連立させて連立方程式の解を求めることで、温度Tを算出することができる。更に、2種類の波長λ、λにおける放射率εが未知であったとしても、波長λでの放射率εと波長λでの放射率εが互いに等しければ、同様に、上記式(11)及び式(12)を連立させて、温度Tを直接算出することが可能である。ここで、連立方程式の解法は特に限定されるものではなく、例えば、解析的に解ける場合には解析的に解いてもよいし、数値演算により求解してもよいし、最適値問題として求解してもよい。 Further, the temperature calculation unit 177 may directly calculate the temperature using the above equations (11) and (12) without using the two-color ratio R expressed by the above equation (13). That is, if the emissivity ε at two types of wavelengths λ 1 and λ 2 is known, the two unknowns in the above equations (11) and (12) are the temperature T and the water film thickness t. Therefore, the temperature calculation unit 177 can calculate the temperature T by combining the above equations (11) and (12) and finding a solution to the simultaneous equations. Furthermore, even if the emissivity ε at the two wavelengths λ 1 and λ 2 is unknown, if the emissivity ε at the wavelength λ 1 and the emissivity ε at the wavelength λ 2 are equal to each other, the above formula can be similarly obtained. It is possible to directly calculate the temperature T by combining equations (11) and (12). Here, the method of solving the simultaneous equations is not particularly limited; 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 optimal value problem. It's okay.

温度算出部177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、測定制御部171及び後述する結果出力部179に、それぞれ出力する。 The temperature calculation section 177 outputs information regarding the temperature T of the measurement object calculated as described above to the measurement control section 171 and a result output section 179, which will be described later.

結果出力部179は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置、通信装置等により実現される。結果出力部179は、温度算出部177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179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179は、測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 179 is realized by, for example, a CPU, ROM, RAM, output device, communication device, etc. The result output unit 179 outputs information regarding the temperature T of the measurement object output from the temperature calculation unit 177 to the user of the temperature measurement device 10. Specifically, the result output unit 179 associates the data corresponding to the temperature measurement result with time data regarding the date and time when the data was generated, etc., and outputs the data to various servers or control devices, or outputs the data to a printer or the like. Use a device to output it as a paper medium. Further, the result output unit 179 may output data corresponding to the measurement results to various information processing devices such as an external computer, or to various recording media.

また、結果出力部179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181と連携して測定結果を出力する。 In addition, the result output unit 179 outputs data corresponding to the temperature measurement result to an output device such as a display provided in the temperature measuring device 10 or a display of various devices provided externally. , outputs the measurement results in cooperation with a display control section 181, which will be described later.

表示制御部181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181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 181 is realized by, for example, a CPU, ROM, RAM, output device, communication device, etc. The display control unit 181 performs display control when displaying data corresponding to temperature measurement results on various display devices such as a display. Thereby, 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。 An example of the functions of the arithmetic processing unit 103 according to this embodiment has been described above. Each of the above components may be constructed using general-purpose members and circuits, or may be constructed using hardware specialized for the function of each component. Further, the functions of each component may be entirely performed by a CPU or the like. Therefore, it is possible to change the configuration to be used as appropriate depending on the technical level at the time of implementing this embodiment.

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

以上、図8A~図10を参照しながら、本実施形態に係る温度測定装置10の構成について、詳細に説明した。 The configuration of the temperature measuring device 10 according to this embodiment has been described above in detail with reference to FIGS. 8A to 10.

<温度測定方法について>
次に、図11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11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 temperature measurement method>
Next, an example of the flow of the temperature measurement method performed by the temperature measurement device 10 according to the present embodiment will be briefly described with reference to FIG. 11. FIG. 11 is a flow chart showing an example of the flow of the temperature measurement method according to the present embodiment.

本実施形態に係る温度測定方法では、まず、演算処理部103の測定制御部171による制御のもとで、分光輝度計を備える測定部101により、測定対象物から熱放射光を測定する(ステップS101)。これにより、測定対象物からの熱放射光は、分光されながら検出されて、分光輝度信号に関する測定データが生成される。生成された分光輝度信号に関する測定データは、演算処理部103のデータ取得部173へと出力される。 In the temperature measurement method according to the present embodiment, first, under the control of the measurement control unit 171 of the arithmetic processing unit 103, the measurement unit 101 equipped with a spectrophotometer measures thermal radiation from the measurement target (step S101). Thereby, the thermal radiation from the object to be measured is detected while being spectrally divided, and measurement data regarding the spectral luminance signal is generated. Measurement data regarding the generated spectral luminance signal is output to the data acquisition section 173 of the arithmetic processing section 103.

演算処理部103のデータ取得部173は、測定部101から出力された分光輝度信号に関する測定データを、輝度データ生成部175に出力する。 The data acquisition section 173 of the arithmetic processing section 103 outputs measurement data regarding the spectral luminance signal output from the measurement section 101 to the luminance data generation section 175.

輝度データ生成部175は、データ取得部173から出力された分光輝度信号に関する測定データと、予め測定制御部171により設定された重み付け関数と、を用いて、2種類の輝度データ(すなわち、第1輝度データ及び第2輝度データ)を生成する(ステップS103)。輝度データ生成部175は、2種類の輝度データを生成すると、生成した2種類の輝度データを、温度算出部177へと出力する。 The brightness data generation unit 175 uses the measurement data regarding the spectral brightness signal output from the data acquisition unit 173 and the weighting function set in advance by the measurement control unit 171 to generate two types of brightness data (i.e., the first luminance data and second luminance data) are generated (step S103). After generating the two types of brightness data, the brightness data generation unit 175 outputs the generated two types of brightness data to the temperature calculation unit 177.

温度算出部177は、生成された2種類の輝度データ(第1輝度データ及び第2輝度データ)を利用して、2色比Rを算出する(ステップS105)。その後、温度算出部177は、2色比と温度との関係を示した関係式と、算出した2色比Rと、に基づき、測定対象物の温度を算出する(ステップS107)。温度算出部177は、得られた測定対象物の温度に関する情報を、測定制御部171及び結果出力部179へと出力する。 The temperature calculation unit 177 calculates the two-color ratio R using the two types of generated brightness data (first brightness data and second brightness data) (step S105). Thereafter, the temperature calculation unit 177 calculates the temperature of the measurement target based on the relational expression indicating the relationship between the two-color ratio and the temperature and the calculated two-color ratio R (step S107). The temperature calculation section 177 outputs the obtained information regarding the temperature of the measurement object to the measurement control section 171 and the result output section 179.

測定制御部171は、算出された温度が、用いた重み付け関数に設定されている許容温度範囲内であるか否かを判断する(ステップS109)。算出された温度が許容温度範囲内ではなかった場合(ステップS109-NO)、測定制御部171は、重み付け関数を、算出された温度に適したものへと変更し(ステップS111)、ステップS103に戻って、処理を継続させる。 The measurement control unit 171 determines whether the calculated temperature is within the allowable temperature range set in the weighting function used (step S109). If the calculated temperature is not within the allowable temperature range (step S109 - NO), the measurement control unit 171 changes the weighting function to one suitable for the calculated temperature (step S111), and returns to step S103. Go back and let the process continue.

一方、算出された温度が許容温度範囲内であった場合には(ステップS109-YES)、結果出力部179は、温度算出部177により算出された測定対象物の温度を、測定結果として出力する(ステップS113)。 On the other hand, if the calculated temperature is within the allowable temperature range (step S109-YES), the result output unit 179 outputs the temperature of the object to be measured calculated by the temperature calculation unit 177 as a measurement result. (Step S113).

これにより、本実施形態に係る温度測定方法では、測温誤差をより抑制しながら、測定対象物の温度を測定することが可能となる。 Thereby, in the temperature measurement method according to the present embodiment, it is possible to measure the temperature of the object to be measured while further suppressing temperature measurement errors.

以上、図11を参照しながら、本実施形態に係る温度測定方法の流れの一例について、簡単に説明した。 An example of the flow of the temperature measurement method according to the present embodiment has been briefly described above with reference to FIG. 11.

<ハードウェア構成について>
次に、図12を参照しながら、本実施形態に係る温度測定装置10が備える演算処理部103のハードウェア構成について、詳細に説明する。図12は、本実施形態に係る演算処理部103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, with reference to FIG. 12, the hardware configuration of the arithmetic processing unit 103 included in the temperature measuring device 10 according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 12 is a block diagram for explaining the hardware configuration of the arithmetic processing unit 103 according to this embodiment.

演算処理部103は、主に、CPU901と、ROM903と、RAM905と、を備える。また、演算処理部103は、更に、バス907と、入力装置909と、出力装置911と、ストレージ装置913と、ドライブ915と、接続ポート917と、通信装置919とを備える。 The arithmetic processing unit 103 mainly includes a CPU 901, a ROM 903, and a RAM 905. The arithmetic processing unit 103 further includes a bus 907, an input device 909, an output device 911, a storage device 913, a drive 915, a connection port 917, and a communication device 919.

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913、又はリムーバブル記録媒体921に記録された各種プログラムに従って、演算処理部103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 control device, and controls the entire operation or a part of the operation within the arithmetic processing unit 103 according to various programs recorded in the ROM 903, RAM 905, storage device 913, or removable recording medium 921. do. The ROM 903 stores programs, calculation parameters, etc. used by the CPU 901. The RAM 905 temporarily stores programs used by the CPU 901 and parameters that change as appropriate during program execution. These are interconnected by a bus 907 constituted by an internal bus such as a CPU bus.

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

入力装置909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909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PDA等の外部接続機器923であってもよい。更に、入力装置909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。ユーザは、この入力装置909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 909 is, for example, an operation means operated by a user such as a mouse, a keyboard, a touch panel, a button, a switch, a lever, or the like. Further, the input device 909 may be, for example, a remote control means (so-called remote control) using infrared rays or other radio waves, or an external connection device 923 such as a PDA that is compatible with the operation of the temperature measuring device 10. It's okay. Further, the input device 909 includes, for example, an input control circuit that generates an input signal based on information input by the user using the above-mentioned operating means and outputs it to the CPU 901. By operating this input device 909, the user can input various data to the temperature measuring device 10 and instruct processing operations.

出力装置911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911は、例えば、演算処理部103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、演算処理部103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 911 is configured of a device that can visually or audibly notify the user of the acquired information. Examples of 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, and facsimiles. The output device 911 outputs, for example, the results obtained by various processes performed by the arithmetic processing unit 103. Specifically, the display device displays the results obtained by various processes performed by the arithmetic processing unit 103 in text or images. On the other hand, the audio output device converts an audio signal consisting of reproduced audio data, audio data, etc. into an analog signal and outputs the analog signal.

ストレージ装置913は、演算処理部103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913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913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のデータなどを格納する。 The storage device 913 is a data storage device configured as an example of a storage section of the arithmetic processing section 103. The storage device 913 is configured of, for example, a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, a magneto-optical storage device, or the like. This storage device 913 stores programs executed by the CPU 901, various data, and various data acquired from the outside.

ドライブ915は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理部103に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ915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921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915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921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921は、例えば、CDメディア、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921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921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 915 is a reader/writer for a recording medium, and is either built into the arithmetic processing unit 103 or attached externally. The drive 915 reads information recorded on an attached removable recording medium 921 such as a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory, and outputs it to the RAM 905. The drive 915 can also write records on a removable recording medium 921, such as a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory. The removable recording medium 921 is, for example, CD media, DVD media, Blu-ray (registered trademark) media, or the like. Further, the removable recording medium 921 may be a CompactFlash (registered trademark) (CF), a flash memory, an SD memory card (Secure Digital memory card), or the like. Furthermore, the removable recording medium 921 may be, for example, an IC card (Integrated Circuit card) equipped with a non-contact IC chip, an electronic device, or the like.

接続ポート917は、機器を演算処理部103に直接接続するためのポートである。接続ポート917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、RS-232Cポート、HDMI(登録商標)(High-Definition Multimedia Interface)ポート等がある。この接続ポート917に外部接続機器923を接続することで、演算処理部103は、外部接続機器923から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器923に各種のデータを提供したりする。 The connection port 917 is a port for directly connecting a device to the arithmetic processing unit 103. Examples of the connection ports 917 include a USB (Universal Serial Bus) port, an IEEE1394 port, a SCSI (Small Computer System Interface) port, an RS-232C port, and an HDMI (registered trademark) (High-Definition Mu ltimedia Interface) port, etc. By connecting the externally connected device 923 to this connection port 917, the arithmetic processing unit 103 can directly acquire various data from the externally connected device 923 or provide various data to the externally connected device 923.

通信装置919は、例えば、通信網925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919は、例えば、有線もしくは無線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919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919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919に接続される通信網925は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内LAN、社内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 919 is, for example, a communication interface configured with a communication device for connecting to the communication network 925. The communication device 919 is, for example, a communication card for wired or wireless LAN (Local Area Network), Bluetooth (registered trademark), or WUSB (Wireless USB). Further, the communication device 919 may be a router for optical communication, a router for ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), a modem for various types of communication, or the like. This communication device 919 can transmit and receive signals, etc., to and from the Internet or other communication devices, for example, in accordance with a predetermined protocol such as TCP/IP. Further, the communication network 925 connected to the communication device 919 is configured by a wired or wirelessly connected network, and may be, for example, the Internet, a home LAN, an in-house LAN, infrared communication, radio wave communication, or satellite communication. It's okay.

以上、本発明の実施形態に係る演算処理部103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。 An example of the hardware configuration capable of realizing the functions of the arithmetic processing unit 103 according to the embodiment of the present invention has been described above. Each of the above components may be constructed using general-purpose members, or may be constructed using hardware specialized for the function of each component. Therefore, it is possible to change the hardware configuration to be used as appropriate depending on the technical level at the time of implementing this embodiment.

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 preferred embodiments of the present invention have been described above in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is clear that a person with ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea stated in the claims. It is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.

10 温度測定装置
101 測定部
103 演算処理部
105 記憶部
111 受光部
113 検出部
121 受光レンズ
123,151 接続カプラ
153 集光レンズ
155 分光輝度計
171 測定制御部
173 データ取得部
175 輝度データ生成部
177 温度算出部
179 結果出力部
171 表示制御部

10 Temperature measuring device 101 Measuring section 103 Arithmetic processing section 105 Storage section 111 Light receiving section 113 Detecting section 121 Light receiving lens 123, 151 Connection coupler 153 Condensing lens 155 Spectroluminance meter 171 Measurement control section 173 Data acquisition section 175 Brightness data generation section 177 Temperature calculation section 179 Result output section 171 Display control section

Claims (4)

2色放射測温を用いて、測定対象物の温度を測定する温度測定装置において、
近赤外帯域の分光透過率に波長依存性がある吸収体が、前記測定対象物までの光路上に存在し得る状態で、前記測定対象物からの熱放射光を受光する受光部と、
分光輝度計を用い、前記受光部で受光した前記熱放射光の分光輝度を分光輝度信号として検出する検出部と、
前記検出部で検出した、前記吸収体の前記分光透過率が同一となる2つの波長に対応する前記分光輝度信号に基づいて、前記測定対象物の温度を求める演算処理部と、
を有し、
前記演算処理部は、
波長方向に連続した無名数からなる重み付け関数を設定し、
前記吸収体の前記分光透過率が同一となる2つの波長のうち一方の波長において、前記重み付け関数の波長方向の位置を前記一方の波長の位置に設定してから、前記分光輝度計を用いて得られた前記吸収体の分光透過率の値に前記重み付け関数を掛け合わせて合算することで、第1の重み付けデータを演算し、
前記吸収体の前記分光透過率が同一となる2つの波長のうち他方の波長において、前記重み付け関数の波長方向の位置を前記他方の波長の近傍の所定の位置に設定してから、前記分光輝度計を用いて得られた前記吸収体の分光透過率の値に前記重み付け関数を掛け合わせて合算することで、第2の重み付けデータを演算し、
前記所定の位置を波長方向に移動させながら、前記第1の重み付けデータと前記第2の重み付けデータとを対比し、前記第1の重み付けデータと前記第2の重み付けデータとが同じ値になる前記所定の位置を決定し、
前記重み付け関数の波長方向の位置を前記一方の波長の位置に設定して、前記重み付け関数を前記分光輝度信号に乗じた値と、前記重み付け関数の波長方向の位置を決定された前記所定の位置に設定して、前記重み付け関数を前記分光輝度信号に乗じた値との比から、前記測定対象物の温度を求める、温度測定装置。
In a temperature measuring device that measures the temperature of a measurement target using two-color radiation thermometry,
a light receiving unit that receives thermal radiation from the object to be measured, in a state where an absorber whose spectral transmittance in the near-infrared band is wavelength dependent may be present on the optical path to the object to be measured;
a detection unit that uses a spectrophotometer to detect the spectral brightness of the thermal radiation received by the light receiving unit as a spectral brightness signal;
an arithmetic processing unit that calculates the temperature of the measurement target based on the spectral luminance signals corresponding to two wavelengths at which the spectral transmittance of the absorber is the same, detected by the detection unit;
has
The arithmetic processing unit is
Set a weighting function consisting of continuous anonymous numbers in the wavelength direction,
At one wavelength of the two wavelengths at which the spectral transmittance of the absorber is the same, the position of the weighting function in the wavelength direction is set to the position of the one wavelength, and then using the spectrophotometer. calculating first weighting data by multiplying the obtained spectral transmittance value of the absorber by the weighting function and summing the results;
At the other wavelength of the two wavelengths at which the spectral transmittance of the absorber is the same, the position of the weighting function in the wavelength direction is set to a predetermined position near the other wavelength, and then the spectral luminance is adjusted. calculating second weighting data by multiplying the value of the spectral transmittance of the absorber obtained using the meter by the weighting function and summing the values;
The first weighting data and the second weighting data are compared while moving the predetermined position in the wavelength direction, and the first weighting data and the second weighting data become the same value. Determine the predetermined position,
The position of the weighting function in the wavelength direction is set to the position of the one wavelength, and the value obtained by multiplying the spectral luminance signal by the weighting function, and the predetermined position where the position of the weighting function in the wavelength direction is determined. The temperature measuring device determines the temperature of the object to be measured from a ratio of the weighting function to a value obtained by multiplying the spectral luminance signal by the weighting function .
記測定対象物の温度に応じた、複数の重み付け関数を記憶した記憶部を有し
前記演算処理部は、
前記温度測定装置を用いて、前記測定対象物のおおよその温度を測定し、
得られた温度に基づいて、前記記憶部に記憶された複数の重み付け関数の中から、最適な重み付け関数を選択して設定する、請求項1に記載の温度測定装置。
a storage unit storing a plurality of weighting functions according to the temperature of the measurement object;
The arithmetic processing unit is
Measuring the approximate temperature of the measurement target using the temperature measurement device,
The temperature measuring device according to claim 1, wherein an optimal weighting function is selected and set from among a plurality of weighting functions stored in the storage unit based on the obtained temperature.
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に記載の温度測定装置。 The temperature measuring device according to claim 1 or 2 , wherein the absorber is at least one of water, oil, solution, glass, or resin. 2色放射測温を用いて、測定対象物の温度を測定する温度測定方法において、
近赤外帯域の分光透過率に波長依存性がある吸収体が、前記測定対象物までの光路上に存在し得る状態で、前記測定対象物からの熱放射光を受光する受光ステップと、
分光輝度計を用い、前記受光ステップで受光した前記熱放射光の分光輝度を分光輝度信号として検出する検出ステップと、
前記検出ステップで検出した、前記吸収体の前記分光透過率が同一となる2つの波長に対応する前記分光輝度信号に基づいて、前記測定対象物の温度を求める演算処理ステップと、
を有し、
前記演算処理ステップは、
波長方向に連続した無名数からなる重み付け係数を設定し、
前記吸収体の前記分光透過率が同一となる2つの波長のうち一方の波長において、前記重み付け関数の波長方向の位置を前記一方の波長の位置に設定してから、前記分光輝度計を用いて得られた前記吸収体の分光透過率の値に前記重み付け関数を掛け合わせて合算することで、第1の重み付けデータを演算し、
前記吸収体の前記分光透過率が同一となる2つの波長のうち他方の波長において、前記重み付け関数の波長方向の位置を前記他方の波長の近傍の所定の位置に設定してから、前記分光輝度計を用いて得られた前記吸収体の分光透過率の値に前記重み付け関数を掛け合わせて合算することで、第2の重み付けデータを演算し、
前記所定の位置を波長方向に移動させながら、前記第1の重み付けデータと前記第2の重み付けデータとを対比し、前記第1の重み付けデータと前記第2の重み付けデータとが同じ値になる前記所定の位置を決定し、
前記重み付け関数の波長方向の位置を前記一方の波長の位置に設定して、前記重み付け関数を前記分光輝度信号に乗じた値と、前記重み付け関数の波長方向の位置を決定された前記所定の位置に設定して、前記重み付け関数を前記分光輝度信号に乗じた値との比から、前記測定対象物の温度を求める、温度測定方法。
In a temperature measurement method for measuring the temperature of a measurement target using two-color radiation thermometry,
a light receiving step of receiving thermal radiation from the object to be measured in a state where an absorber whose spectral transmittance in the near-infrared band is wavelength dependent may be present on the optical path to the object to be measured;
a detection step of detecting the spectral brightness of the thermal radiation received in the light receiving step as a spectral brightness signal using a spectrophotometer;
an arithmetic processing step of determining the temperature of the object to be measured based on the spectral luminance signals corresponding to two wavelengths at which the spectral transmittance of the absorber is the same, detected in the detection step;
has
The arithmetic processing step is
Set a weighting coefficient consisting of continuous anonymous numbers in the wavelength direction,
At one wavelength of the two wavelengths at which the spectral transmittance of the absorber is the same, the position of the weighting function in the wavelength direction is set to the position of the one wavelength, and then using the spectrophotometer. calculating first weighting data by multiplying the obtained spectral transmittance value of the absorber by the weighting function and summing the results;
At the other wavelength of the two wavelengths at which the spectral transmittance of the absorber is the same, the position of the weighting function in the wavelength direction is set to a predetermined position near the other wavelength, and then the spectral luminance is adjusted. calculating second weighting data by multiplying the value of the spectral transmittance of the absorber obtained using the meter by the weighting function and summing the values;
The first weighting data and the second weighting data are compared while moving the predetermined position in the wavelength direction, and the first weighting data and the second weighting data become the same value. Determine the predetermined position,
The position of the weighting function in the wavelength direction is set to the position of the one wavelength, and the value obtained by multiplying the spectral luminance signal by the weighting function, and the predetermined position where the position of the weighting function in the wavelength direction is determined. , and the temperature of the object to be measured is determined from a ratio of the value obtained by multiplying the spectral luminance signal by the weighting function .
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