JP7431502B2

JP7431502B2 - 測定装置

Info

Publication number: JP7431502B2
Application number: JP2018246930A
Authority: JP
Inventors: 聡角谷; 聡鈴木
Original assignee: Chino Corp
Current assignee: Chino Corp
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2024-02-15
Anticipated expiration: 2038-12-28
Also published as: JP2020106457A

Description

本発明は、エネルギーを検出し、それに基づき何らかの測定値を算出する測定装置に関する。とくに物体から放射される赤外光などの強度を検出し、その検出値に基づいてその物体の温度を測定値として算出する放射温度計に関する。

放射温度計の一つである２色温度計は対象から放射される２つの波長帯域の分光放射輝度比から対象の温度を求めるものである。２つの波長の分光放射輝度比を用いることで測定対象となる物体の固有の放射率が分からなくても既知の黒体におけるその２つの波長の分光放射輝度比を参照して対象の温度を測定することができ、測定窓に付着した塵埃や測定光路を遮る障害などの影響を排除して測定を行うことができるというメリットがある。

特開２００５－３４３７号公報

一般的な２色温度計はフォトダイオードなどの光検出素子に生じる電流を電流‐電圧変換回路により電圧に変換し、検出された分光放射輝度が小さいほど大きなゲインで増幅してから演算処理を行う。分光放射輝度が小さいほど、この際に検出された各波長の分光放射輝度に含まれるノイズ成分が増大する。また、検出された分光放射輝度が小さいほど、とくに分光放射輝度比を求める際に分母側の波長の分光放射輝度が０に近い場合、０に近い値で除算することになり分母側の分光放射輝度に含まれる誤差が輝度比に大きな影響を及し、算出した温度の不確かさが増大してしまう。

そこで、２色温度計では所定のアルゴリズムに従い、検出した分光放射輝度に基づいて温度を算出して値を表示することを停止し、そのことを「クランプ（ＣＬＡＭＰ）」として表示するように構成されている。

従来のクランプのアルゴリズムとしては、分光放射輝度比を求める際の分母側の波長の分光放射輝度の検出値が、測定下限温度における黒体の分光放射輝度の所定の割合を下回っている場合にクランプとするアルゴリズムがある。また、分母側の分光放射輝度の検出値が、その検出値に基づいて算出された温度における黒体の分光放射輝度の所定の割合を下回っている場合にクランプとするアルゴリズムもある。

ここで、前者のアルゴリズムの場合は、測定温度範囲における高温領域において視野欠け状態（測定対象が温度計視野に対して小さい状態）での測定時に不確かさが増大するという欠点がある。また、後者のアルゴリズムの場合は、測定温度範囲における低温領域において視野欠け状態でクランプとなりやすいという欠点がある。

このように、従来の測定装置における単一のアルゴリズムによるクランプ設定は、特定の温度範囲において欠点が生じたり、ユーザが望むクランプの態様と適合しない場合が生じ得る。

そこで、上記課題を解決するために本発明において、エネルギーの値（エネルギーの値から派生する次元を持たない値も含む）であるエネルギー値を検出するエネルギー値検出部と、検出されたエネルギー値と検量情報とを用いて測定値を算出する測定値算出部と、エネルギー値の単位で定められる所定の閾値を定める関数であって、エネルギー領域に応じて閾値の大小が交代される異なる閾値関数を二以上保持する閾値関数保持部と、検出されたエネルギー値と保持される閾値関数による閾値との大小関係で測定値の出力可否を決定する出力可否決定部と、出力可否決定部での決定に応じて測定値を出力する測定値出力部と、を有する測定装置を提供する。

また、上記の測定装置において、閾値関数により定められる閾値は、
Ａ値：定められた測定下限値に対応する定められたエネルギー値の所定の割合のエネルギー値である固定値
Ｂ値：測定値に応じて変動する予め定められたエネルギー値に対応する所定の割合で定められる変動エネルギー値
の両者を少なくとも含む測定装置を提供する。

また、上記の測定装置において、常にＡ値≦Ｂ値となるように閾値関数が用いられる測定装置を提供する。

また、上記の測定装置において、エネルギー値は、温度又は温度に換算可能な物理量又は温度又は温度に換算可能な物理量から派生する次元を持たない値である測定装置を提供する。

本発明により、複数の閾値関数による閾値により測定値の出力可否決定を行うことができる。これにより、例えば、測定温度領域に応じたクランプ設定や、ユーザのニーズや好みに応じたクランプ設定を行うことができる。

実施形態１の測定装置の機能ブロックの一例を示す概念図第一の閾値関数ｆ_１を説明するための図第二の閾値関数ｆ_２を説明するための図二つの閾値関数ｆ_１及びｆ_２を併せて示した図実施形態１の測定装置のハードウェア構成の一例を示す概念図実施形態１の測定装置の動作方法の一例を示すフロー図実施形態２において閾値関数が出力可否決定に用いられる態様を示す図

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を用いて説明する。なお、本発明は、これら実施形態に何ら限定されるべきものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る。
＜実施形態＞
＜概要＞

本実施形態の測定装置は、検出したエネルギー値に基づき算出した測定値の出力可否が、エネルギー領域に応じて閾値の大小が交代される異なる二以上の閾値関数による閾値と検出されたエネルギー値との大小関係によって決定されることを特徴とする。
＜機能的構成＞

図１は、本実施形態の測定装置の機能ブロックの一例を示す概念図である。図示するように、本実施形態の測定装置０１００は、エネルギー値検出部０１０１と、測定値算出部０１０２と、出力可否決定部０１０３と、閾値関数保持部０１０４と、測定値出力部０１０５とを有する。

なお、以下に記載する各装置の機能ブロックは、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェア及びソフトウェアの両方として実現され得る。また、この発明は装置として実現できるのみでなく、方法としても実現可能である。

また、このような発明の一部をソフトウェアとして構成することができる。さらに、そのようなソフトウェアをコンピュータに実行させるために用いるソフトウェア製品、及び同製品を記録媒体に固定した記録媒体も、当然にこの発明の技術的な範囲に含まれる（本明細書の全体を通じて同様である）。

エネルギー値検出部は、エネルギーの値（エネルギーの値から派生する次元を持たない値も含む）であるエネルギー値を検出する機能を有する。熱エネルギーを測定する場合には、測定対象の熱的な状態に応じて紫外線から赤外線の領域に渡って放射される電磁波の強度がエネルギーの値となる。エネルギーの値の検出は、赤外光や可視光の強度検出にはフォトダイオードなどの光センサを用いることができる。また、エネルギー値として音波や放射線の強度や磁気や圧力などを検出してもよい。

また、エネルギー値検出部は、本測定装置に一体的に含まれる構成であってもよいし、外部に存在するセンサが検出したエネルギー値を通信回線などを介して取得する構成であってもよい。

また、エネルギーの値から派生する次元を持たない値としては、エネルギーの強度の比がある。例えば、本測定装置を２色温度計として構成する場合には、測定対象から放射される２つの波長帯域の分光放射輝度比が、エネルギーの値から派生する次元を持たない値である。

測定値算出部は、検出したエネルギー値と検量情報とを用いて測定値を算出する機能を有する。検量情報は、対象物質を定量的に分析するための情報であり、標準試料について既知の光学的・電気的信号強度とそれに応じた物質の量や濃度などとの関係を示す情報である。２色温度計においては、黒体における２つの波長の分光放射輝度比と温度との関係を示す情報が検量情報にあたる。なお、例えば測定環境温度などの外的なエネルギー等により生じ得る測定値ドリフトに対して測定対象や本発明を適用した装置に応じて適宜補正演算を行った上で測定値を算出することが好ましい。

本測定装置を２色温度計として構成する場合の測定値の算出は、測定対象から放射される、１．５５μｍと０．９μｍのように近接する２つの波長の分光放射輝度比を検出したエネルギー値とし、上述の測定値ドリフトに対する補正とともに、あらかじめ設定された分光放射率比での補正演算（放射率比補正）を行った後、あらかじめ保持している黒体におけるその２つの波長の分光放射輝度比と温度との関係を示す情報を検量情報とし、検出した分光放射輝度比と同じ分光放射輝度比となる黒体の温度を測定値とする。なお、測定値ドリフトに対する補正や放射率比補正のための手段及び処理は、適宜既知の手法に基づき行えばよく、本発明において特段限定するものではない。

閾値関数保持部は、エネルギー値の単位で定められる所定の閾値を定める関数であって、エネルギー領域に応じて閾値の大小が交代される異なる閾値関数を二以上保持する機能を有する。この閾値は、例えば分光放射輝度をエネルギー値として定められる。

図２は、保持される閾値関数の一つである第一の閾値関数ｆ_１を示す図である。図２は、温度（横軸）と当該温度における分光放射輝度（縦軸）との関係を示すグラフである。本グラフで示されている一点鎖線は、測定対象より放射される波長１．５５μｍでの分光放射輝度と温度との関係を示している。また、二点鎖線は、測定対象より放射される波長０．９μｍでの分光放射輝度と温度との関係を示している。そして、本例における２色温度計は、波長１．５５μｍを分母側とし、波長０．９μｍを分子側として分光放射輝度比を算出し、この輝度比と検量情報とに基づいて測定値を得るものである。

そして、グラフに示されている実線が閾値関数ｆ_１を示すものである。この閾値関数ｆ_１は、測定下限温度における黒体の波長１．５５μｍの分光放射輝度の所定の割合を定める関数である。なお、この所定の割合を「α％」とする（以下においても同様である）。

ここで、「測定下限温度」とは測定下限値の一例であって、本例のように測定装置を２色温度計とする場合において、温度測定が可能である温度範囲における下限という意味である。図示するように、本例においては「９００℃」を測定下限温度として設定している。図示する通り、この閾値関数ｆ_１による閾値（Ａ値とする。以下同様である。）は、横軸の測定温度に応じて変動するものではなく、定められた測定下限値である測定下限温度における黒体の波長１．５５μｍの分光放射輝度の値であって固定値となる。なお、αは任意であり、本装置において予め設定されていてもよいし、本装置のユーザにより設定されるものであってもよい。

そして、出力可否決定部は、検出されたエネルギー値と保持されている閾値関数ｆ_１による閾値（Ａ値）との大小関係で出力可否を決定する。図２に示した閾値関数ｆ_１による閾値（Ａ値）を用いる出力可否は、分母側の波長１．５５μｍの分光放射輝度（一点鎖線）の値との大小関係によって決定される。すなわち、分母側の波長１．５５μｍの分光放射輝度の値がこの閾値（Ａ値）より小さい値となる場合に、算出された測定値の出力を行わないというものである。

図３に、閾値関数保持部が保持する第二の閾値関数ｆ_２を示す。縦軸、横軸、分光放射輝度比を得るための分母側及び分子側の波長はいずれも図２で示したものと同様に、それぞれ波長１．５５μｍと波長０．９μｍである。

本図のグラフに示されている実線が閾値関数ｆ_２である。この閾値関数ｆ_２は、測定温度における黒体の波長１．５５μｍでの分光放射輝度の所定の割合の値であり、この所定の割合を「Ｘ％」とする。

この測定温度とは、検出されたエネルギー値である波長１．５５μｍの分光放射輝度の値を分母側とし波長０．９μｍの分光放射輝度の値を分子側とした分光放射輝度比と検量情報とによって算出された温度である。例えば、このように算出された測定温度が「２０００℃」である場合には、２０００℃における黒体の波長１．５５μｍでのＸ％の値が閾値（Ｂ値）となる。この閾値（Ｂ値）は、測定値に応じて変動する予め定められたエネルギー値（分母側の波長の分光放射輝度）に対応する所定の割合で定められる変動エネルギー値である。

この閾値（Ｂ値）による出力可否も、測定対象からの分母側の波長１．５５μｍの分光放射輝度（一点鎖線）の値との大小関係によって決定される。すなわち、分母側の波長１．５５μｍの分光放射輝度の値がこの閾値（Ｂ値）より小さい値となる場合に、算出された測定値の出力を行わないというものである。

図４は上述した閾値関数保持部が保持する二つの閾値関数ｆ_１及びｆ_２を併せて示した図である。図示するように測定温度の領域に応じて双方の閾値関数による閾値の大小が交代する。測定温度が１０００℃を超えたあたりで二つの閾値関数は交わり、その交点より低温側の領域では閾値関数ｆ_１による閾値（Ａ値）が閾値関数ｆ_２による閾値（Ｂ値）よりも大きく、交点より高温側の領域では閾値関数ｆ_１による閾値（Ａ値）が閾値関数ｆ_２による閾値（Ｂ値）より小さくなっている。

出力可否決定部は、複数保持される閾値関数のうちいずれかの閾値関数を用い、その閾値関数により定められる閾値と検出したエネルギー値との大小関係により測定値の出力可否決定を行う。いずれの閾値関数を用いるかは、本測定装置のユーザが任意に特定するように構成してもよいし、本測定装置において予め適宜設定するように構成してもよい。

また、選択された一の閾値関数のみを用いて閾値を定めてもよいし、二以上の閾値関数による閾値の大小が交代する値を基準として選択される閾値関数が切り替わるように構成してもよい。例えば、図４に示した例においては二の閾値関数の交点を切替点とし、その交点より低温側では閾値関数ｆ_２による閾値（Ｂ値）を用いて測定値の出力可否を決定し、その交点より高温側では閾値関数ｆ_１による閾値（Ａ値）を用いて測定値の出力可否を決定するようにしてもよい。あるいは、測定温度範囲に応じて適用する閾値関数が適宜選択されるように構成してもよい。

なお、閾値関数ｆ_３、閾値関数ｆ_４、・・・、といったようにさらに閾値関数を保持するようにしてもよい。この場合において、一の閾値関数の閾値と他の閾値関数のうちの一の閾値関数の閾値との大小が上述したような温度領域に応じて交代するような閾値関数を保持するように構成してもよい。

そして、測定値出力部は、上述したような出力可否決定部での決定に応じて測定値を出力する機能を有する。出力の態様は種々あり、ディスプレイなどの表示デバイスに測定値を表示する態様にて出力する場合の他、例えば、通信回線を介して他のサーバ装置などに測定値を出力するように構成してもよい。

また、出力可否決定部での決定が測定値を出力しないとの結果である場合には、測定値出力部が「温度測定不能」や「測定値表示不能」などといったクランプの旨を表示し、算出した値を測定値として表示することが適当ではないことを示せばよい。なお、エネルギー値の検出自体が不能であるなどして測定値の算出ができない場合には別途その旨を示す表示を行うことが、測定値が表示されないことの理由が明らかになるため好ましい。
＜ハードウェア構成＞

図５は、上記機能的な各構成要件をハードウェアとして実現した際の、測定装置における構成の一例を表す概略図である。この図を利用してそれぞれのハードウェア構成の働きについて説明する。

図示するように、測定装置は、各種演算処理を実行するためのＣＰＵ０５０１と、各種演算処理を行なうプログラムをＣＰＵに実行させるために読み出すとともにそのプログラムのワーク領域を提供する主メモリ０５０２とを備えている。これらの構成により、エネルギー値検出部、測定値算出部、出力可否決定部、測定値出力部などを具現する。また、検出したエネルギー値、検量情報、閾値関数、エネルギー値検出プログラム、測定値算出プログラム、出力可否決定プログラム、測定値出力プログラムなどの各種プログラムなどを保持するためのＨＤＤやフラッシュメモリなどの記憶装置０５０３を備える。主にこの記憶装置により閾値保持部や出力可否条件保持部などを具現する。また、エネルギー値を検出するためのフォトダイオードなどのセンサ０５０４、算出した測定値を表示するための表示デバイス０５０５、測定値を他のサーバ装置へ送信したり各種センサから送信されるエネルギー値などをネットワークを介して受信したりするための通信回路０５０６などを備えている。そして、それらがシステムバス０５０７などのデータ通信経路によって相互に接続され、情報の送受信や処理を行う。

まず、ＣＰＵはエネルギー値検出プログラムを主メモリのワーク領域に展開し、これを実行してエネルギー値を各種センサを介して検出する。そして、検出したエネルギー値を主メモリの所定の記憶領域に格納する。そして、ＣＰＵは測定値算出プログラムを実行し、保持されるエネルギー値と検量情報を読出し測定値を算出する処理を行う。なお、測定値算出プラグラムは、上述した測定値ドリフトに対する補正や放射率比補正を行うためのプログラムを含むものとしてもよい。

続いて、ＣＰＵは出力可否決定プログラムを実行し、検出されたエネルギー値と保持されている閾値との大小比較処理を行い、その比較結果に基づき測定値の出力可否を決定する。そして、その決定結果に応じて測定値を出力し、あるいはクランプの表示を行う処理を実行する。
＜処理の流れ＞

図６は、本実施形態の測定装置における処理の流れの一例を表すフローチャートである。なお、以下に示すステップは、上記のような計算機の各ハードウェア構成によって実行されるステップであっても良いし、媒体に記録され計算機を制御するためのプログラムを構成する処理ステップであっても構わない。

図示するように、まず、エネルギー値を検出する（エネルギー値検出ステップ：Ｓ０６０１）。そして、あらかじめ設定された関数によって補正し検量情報を用いて測定値を算出する（測定値算出ステップ：Ｓ０６０２）。そして，検出されたエネルギー値と保持されている閾値との大小関係で測定値の出力可否を決定する（出力可否決定ステップＳ０６０３）。なお、測定値算出ステップは、上述した測定値ドリフトに対する補正や放射率比補正を行うサブステップを含むものとしてもよい。

そして、出力可との判断結果の場合には測定値を出力する（測定値出力ステップ：Ｓ０６０４）。一方、出力否との判断結果の場合には測定値を出力せず、クランプ表示などを行う（クランプ表示ステップ：Ｓ０６０５）。そして、測定を継続するか否かの判断をし（継続判断ステップ：Ｓ０６０６）、継続するとの判断結果の場合にはエネルギー検出ステップに戻り、継続しないとの判断結果の場合には、一連の処理を終了する。
＜効果＞

本実施形態により、複数の閾値関数により定められる閾値に基づく測定値の出力可否決定を行うことができ、ユーザのニーズや好みに応じたクランプ設定を行うことが可能な測定装置を提供することができる。
＜実施形態２＞

本実施形態の測定装置は、実施形態１の測定装置を基本とし、閾値であるＡ値とＢ値との関係が、常にＡ値≦Ｂ値となるように閾値関数が用いられることを特徴とする。

実施形態１において説明したように、Ａ値は閾値関数ｆ_１により求められる固定値であり、Ｂ値は閾値関数ｆ_２により求められる変動値（変動エネルギー値）である。そして、図４に示したように、それぞれの閾値関数は交わりＡ値とＢ値との大小関係は交代する。このような関係にある二つの閾値関数により測定値の出力可否を決定するにあたり、本実施形態においては、常にＡ値≦Ｂ値となるように閾値関数を用いる。

図７は、本実施形態において閾値関数が出力可否決定に用いられる態様を示す図である。閾値関数ｆ_１と閾値関数ｆ_２はいずれも実施形態１にて説明したものと同様である。図中の太い実線で示されているのが、本実施形態において二つの閾値関数が用いられる態様である。

図示するように、二つの閾値関数が交わる交点より高温側の領域においては閾値関数ｆ_２により求められる閾値であるＢ値を用い、交点より低温側の領域においては閾値関数ｆ_１により求められる閾値であるＡ値を用いる。これにより、測定値の出力可否決定にはＡ値又はＡ値以上の値となったＢ値が用いられる。

このように構成することにより、測定温度範囲の低温側領域ではＡ値により測定値の出力可否決定がなされ高温領域側ではＢ値により測定値の出力可否決定がなされることで、低温領域でＢ値を閾値に用いることによるクランプ態様の問題と高温領域でＡ値を閾値に用いることによるクランプ態様の問題とが解消される。

本実施形態のハードウェア構成は、実施形態１のハードウェア構成に準じて実現することができる。また、本実施形態の測定装置における処理の流れは、実施形態１の測定装置の処理の流れに加えて、Ａ値とＢ値との大小関係を判別する処理と、その判別結果に基づき出力可否決定に用いる閾値をＡ値とＢ値のいずれかから決定する処理などが加えられるものである。
＜効果＞

本実施形態により、測定温度範囲の低温領域から高温領域に渡って測定値の出力可否が好適に行われるよう複数保持される閾値関数による閾値が適切に選択される測定装置を提供することができる。

０１００測定装置
０１０１エネルギー値検出部
０１０２測定値算出部
０１０３出力可否決定部
０１０４閾値関数保持部
０１０５測定値出力部

Claims

分光放射輝度または２つの波長の分光放射輝度比を検出するエネルギー値検出部と、
検出した２つの波長の分光放射輝度比と検量情報とを用いて測定値である温度を算出する測定値算出部と、
分光放射輝度の単位で定められる所定の閾値を定める関数であって、異なる２つの波長の放射輝度の比と検量情報とを用いて算出される測定値である温度に応じて閾値である分光放射輝度を決定する異なる閾値関数を二以上保持する閾値関数保持部と、
検出された２つの波長の分光放射輝度のうち分光放射輝度比を算出する際の分母側に当たる波長の分光放射輝度が、保持されている２以上の閾値関数のいずれかを前記算出した測定値である温度に応じて用いて、前記閾値関数により定められる閾値より下回らない場合に、測定値である温度を出力可と決定する出力可否決定部と、
出力可否決定部での決定に応じて測定値である温度を出力する測定値出力部と、
を有する２色温度計である測定装置。
閾値関数により定められる閾値は、
Ａ値：定められた測定下限値に対応する定められた分光放射輝度の所定の割合の分光放射輝度である固定値
Ｂ値：測定値である温度に応じて変動する予め定められた分光放射輝度に対応する所定の割合で定められる変動分光放射輝度
の両者を少なくとも含む請求項１に記載の２色温度計である測定装置。
常にＡ値≦Ｂ値となるように閾値関数が用いられる請求項２に記載の２色温度計である測定装置。