JPH02136723A

JPH02136723A - 赤外放射照度計測器

Info

Publication number: JPH02136723A
Application number: JP63291809A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Nishimura; 西村　義弘
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-11-17
Filing date: 1988-11-17
Publication date: 1990-05-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は熱放射体から被照射体の微小面積に入射する単
位時間内の赤外放射エネルギーを計測する赤外放射照度
計測器に関する。

（従来の技術）最近、赤外放射、特に、遠赤外放射の特有の作用効果が
注目を浴び、遠赤外放射を利用した装置が実用に供され
てきている。これらの装置では、通常、熱放射形の赤外
放射源が採用きれているが、実際に被照射体が受ける赤
外放射エネルギーを計測する手段がないことから、予め
赤外放射源の分光放射率を求めておき、放射体の放射率
が温度によってさほど変化しなければ、黒体でなくとも
ステファン−ボルツマンの法則が成り立ち、その全放射
エネルギーＰは次式、Ｐ＝εσＴ４　　　　　　　　・・・・・・■（但し、
σはステファン−ボルツマン定数、εは放射体の放射率
、Ｔは放射体表面の絶対温度）により与えられることか
ら、放射体の表面温度を計測することにより放射照度を
求めることが行なわれている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、放射体の放射率は、その形状、対象とす
る波長、表面状態等によって大きく変化し、また、被照
射体が受ける赤外放射エネルギーは放射体から被照射体
までの距離、靭射体の周囲の雰囲気、例えば、湿度、さ
らには装置表面や反射体等によっても著しく左右される
ため、被放射体が実際に単位面積当り受ける赤外放射エ
ネルギー量、即ち、放射照度は遠赤外線放射体の表面温
度を計測して求めた量とは著しく異なるという問題があ
る。

このため、遠赤外放射を利用した加熱装置あるいは乾燥
装置として最近開発されたものであっても、実用に供す
るためには多大な試験を行なうよりほかに方法はなく、
遠赤外線放射エネルギー本来の性質が十分に生かされて
いないのが現状である。

従って、本発明は、熱放射体から放射される全放射エネ
ルギーのうち、飲食物、塗料、その他の被放射体に有効
に作用する波長領域の遠赤外線放射エネルギー量のみを
計測することができる簡便な赤外放射照度計測器を得る
ことを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）本発明は、前記目的達成の手段として、（８）赤外線を
電気的信号に変換する焦電素子、該焦電素子の前方に配
設され熱放射体から入射される赤外線を断続するチョッ
パ、及び前記焦電素子の前方に配設され少なくとも２μ
ｍ以上の波長領域の赤外線に対しほぼ一定の透過率を有
し、かつ、該波長領域の赤外線のみを透過するフィルタ
からなる赤外線センサと、（ｂ）前記赤外線センサの電気的信号を増幅し、その実
効値に比例した直流電圧を出力する信号処理回路と、（Ｃ）前記信号処理回路の出力信号を赤外放射照度もし
くはそれに対応する量として表示する表示手段と、からなる赤外放射照度計測器を提供するものである。

（作用）本発明に係る赤外放射照度計測器は、赤外線センサを被
加熱体の位置に置くと、熱放射体から焦電素子に入射さ
れる遠赤外放射エネルギーがチョッパで断続されると共
に、フィルタにより被加熱体に最も有効に作用する波長
域の遠赤外線のみが入射される。焦電素子は波長依存性
がなく、通常、０．２〜２０μｍの波長領域の赤外線に
対しほぼ一定の感度特性を有することから、チョッパと
熱放射体からの遠赤外線エネルギー量の差に応じた電荷
を発生し、その電荷を電圧として高入力インピーダンス
の半導体装置、例えば電界効果トランジスタでインピー
ダンス変換して取り出し、または焦電素子の焦電流を高
インピーダンスのオペアンプで直接増幅して外部へ電圧
として取り出し、これを信号処理回路の増幅回路で増幅
した後、その実効値、好ましくは、真の実効値を計測し
て、その計測値を赤外放射照度に対応する量もしくは赤
外放射照度として表示手段で表示する。

フィルタの透過特性を前記のように限定したのは次の理
由による。即ち、被加熱体、例えば、飲食品、木材、塗
料等を構成する分子の固有振動の波長領域が２．５〜５
０μｍで、倍音振動に対応する波長領域が１．３〜２．
５μｍであるため、被加熱体が最も吸収し易い１．３〜
５０μｍの波長領域の赤外線に対し一定の透過率を示し
、かつ、該波長領域の赤外線のみを透過させるフィルタ
を使用するのが理想的ではあるが、現実にはそのような
特性の材料の入手が困難であることと、また、波長が短
くなるに従い放射エネルギー自体は増大するが、遠赤外
線特有の作用効果が期待できないので、計測する波長の
下限を２μｍ１即ち、１．４μｍ以上で２．５μｍ未満
の範囲内とした。また、上限については特に制限はない
が、黒体が１．３μｍ以上の長波長の赤外線のみを放射
するときの温度が摂氏４００度前後であり、そのときの
３０μｍ以上の遠赤外領域での放射エネルギーは全放射
エネルギーの２％以下であることから、２〜３０１１ｍ
の波長領域の遠赤外線に対してほぼ一定の透過率を有し
、かつ、該波長領域の赤外線のみを透過する特性を有す
るものが極めて有効である。しかし、概略の放射照度を
計測するのであれば、少なくとも２．５〜１５μｍ、好
ましくは２．５〜１８μｍの波長領域でほぼ一定の透過
率を示し、該波長領域の遠赤外線のみを透過させる特性
のフィルタを採用しても良い。

前記特性を有するフィルタの材料としては、ゲルマニウ
ム、ヒ酸ゲルマニウム、シリコン、テルル、塩化銀、臭
化銅、塩化鋼、ヒ化ガリウム、臭化ルビジウム、塩化ル
ビジウム、ヨウ化ルビジウムなどルビジウムのハロゲン
化物が代表的なものとして上げられる。特に、ゲルマニ
ウムやそのヒ酸塩は１μｍ以下の赤外線を１００％吸収
し、しかも２μｍ以上の波長領域でほぼ一定の透過率を
示すので好適であり、また、ルビジウムのハロゲン化物
は約２〜３０μｍの波長領域でほぼ一定の透過率を示す
ので好適である。なお、これらの材料は、その厚きや温
度によって特性が変化するため、材料に応じて肉厚を適
宜設定する一方、使用温度をできる限り一定になるよう
に維持するのが好ましい。

焦電素子としては、焦電型赤外線センサに使用されてい
るチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ工〉系、ＰｂＴｉ０．系
、ＬｉＴａ０．系セラミックスなどを材料とする公知の
ものを使用すれば良い。この種の焦電素子の感度Ｒｖは
、その出力電圧をＶｐ−ｐ、有効照射面積Ａに入射する
エネルギーをＷとすると、ＲＶ＝ｖｐ−ｐ／２ＪＴＷ−
Ａ　　　　−、、、、、■で与えられ、しかも、波長依
存性がないので、その出力電圧を検出することにより入
射エネルギーが求められる。

なお、焦電素子は、被照射体が受ける全放射エネルギー
を計測するためには１８０度の視野角が要求されるが、
２％程度の誤差を許容すれば１６０度あれば十分である
。しかし、現実の遠赤外線を利用した加熱装置では、反
射板によって放射エネルギーに指向性を持たせであるこ
と、放射体の面積が有限であり、また、放射体から被放
射体までの距離が短いことから、９０度前後でも実用上
十分である。

（実施例）以下、本発明に係る赤外放射照度計測器の実施例につき
添付図面を参照して説明する。

本赤外放射照度計測器のセンサは、基板１上に設けた焦
電素子２を半球殻状のフィルタ３で覆い、該フィルタ３
の前面にモータ５で回転駆動されるチョッパ６を設けた
もので、焦電素子２の出力は電界効果トランジスタ（Ｆ
ＥＴ）により外部へ取り出され、増幅回路１０、ローパ
スフィルタ回路２０．　ＡＣ−ＤＣ変換器３０からなる
信号処理回路を介して表示器４０に入力される。

熱放射体Ａから放射される赤外線は、通常、１〜１１０
０ｒｐの範囲内の一定速度で回転もしくはその周期で正
逆転するチョッパ６により断続的にフィルタ３を介して
焦電素子２に入射される。焦電素子２は前記０式に示し
た感度Ｒｖで入射された赤外線に反応し、その焦電流は
ＦＥＴで電圧に変換きれ増幅回路１０へ入力される。フ
ィルタ３は１μｍ以上の波長を透過し、２〜１５μｍの
波長領域の遠赤外線に対してほぼ一定の透過率を有する
ヒ酸ゲルマニウムを用い、その視野角は１６０度とされ
ている。

増幅回路１０は、第２図に示すように、演算増幅器１３
と抵抗Ｒ１〜Ｒ６で反転増幅回路を構成し、コンデンサ
１１でセンサの出力端子から交流成分のみを取り出して
レンジ切替えスイッチ１４でフィードバックの分割比を
変えることにより増幅度を変えるようにしたもので、バ
ッファ２９を介して出力するようにしである。ローパス
フィルタ回路２０は、前記増幅回路１０にコンデンサ１
９を介して接続され、増幅器２１、抵抗ＲＩ６．Ｒ１□
ｒＬｔ、コンデンサ２５．２６にて１００Ｈｚ以下の周
波数の信号のみを通過させるアクティブフィルタを構成
している。

ＡＣ−ＤＣ変換器３０は、絶対値回路３１と、ログアン
プ３２と、アンチログ／平均化回路３３を含み、ローパ
スフィルタ回路２０から入力きれた信号を全波整流して
、入力信号の真の実効値に比例した直流電圧を出力する
ようにしたもので、これらの回路は重版の１個のＩＣで
構成できる。このＡＣ−ＤＣ変換器３０の出力はバッフ
ァ３４を介して表示器４０へ入力される。この表示器４
０はメータによるアナログ表示又は液晶によるデジタル
表示のいずれでも使用可能であり、また、ペンレコーダ
のように記録式のものでも良く、いずれの場合でも入射
エネルギーを直読しうる。

以上の回路構成において、焦電素子２から出力される焦
電流は増幅回路１０で選択されたレンジに応じて増幅キ
れ、ローパスフィルタ回路２０で低周波をカットされた
後、ＡＣ−ＤＣ変換器３０で直流化され、その値は表示
器４０に表示される。焦電素子２から出力される焦電流
はチョッパ６と熱放射体Ａからの赤外線エネルギー量の
差に対応する。従って、その焦電流を最終的にＡＣ−Ｄ
Ｃ変換器３０から取り出すことで、一定温度の黒体を基
準として熱放射体Ａからの赤外線エネルギー量が赤外放
射照度として表示器４０上に表示される。また、フィル
タ３は２μｍ以上の波長領域の赤外線に対してほぼ一定
の透過率を有することから、飲食品の加熱等に特有の作
用効果を奏する遠赤外線が有効に計測される。

発明の効果以上の説明で明らかなように、本発明によれば、少なく
とも２μｍ以上の波長領域の赤外線に対しほぼ一定の透
過率を有し、かつ、該波長領域の赤外線のみを透過する
フィルタを介して熱放射体から放射される赤外線をチョ
ッパで断続させて焦電素子へ入射させるようにしたため
、熱放射体から放射される全放射エネルギーのうち飲食
物の加熱等に有効な作用を奏する遠赤外線放射エネルギ
ー量を計測することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る赤外放射照度計測器の一実施例を
示すブロック図、第２図は第１図の詳細を示す回路図で
ある。２・・・ＳＮ素子、３・・・フィルタ、６・・・チョッ
パ、１０・・・増幅回路、２０・・・ローパスフィルタ
回路、３０・・・ＡＣ−ＤＣ変換器、４０・・・表示器
、Ａ・・・熱放射体。特許出願人　　　矢　野　周　介西村義弘

Claims

【特許請求の範囲】

（１）赤外線を電気的信号に変換する焦電素子、該焦電
素子の前方に配設され熱放射体から入射される赤外線を
断続するチョッパ、及び前記焦電素子の前方に配設され
少なくとも２μｍ以上の波長領域の赤外線に対しほぼ一
定の透過率を有し、かつ、該波長領域の赤外線のみを透
過するフィルタからなる赤外線センサと、前記赤外線センサの電気的信号を増幅し、その実効値に
比例した直流電圧を出力する信号処理回路と、前記信号処理回路の出力信号を赤外放射照度もしくはそ
れに対応する量として表示する表示手段と、からなる赤外放射照度計測器。