JPH02234030A - 放射温度計 - Google Patents

放射温度計

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JPH02234030A
JPH02234030A JP5571489A JP5571489A JPH02234030A JP H02234030 A JPH02234030 A JP H02234030A JP 5571489 A JP5571489 A JP 5571489A JP 5571489 A JP5571489 A JP 5571489A JP H02234030 A JPH02234030 A JP H02234030A
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JP
Japan
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voltage
temperature
directional coupler
wavelength
light
Prior art date
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Pending
Application number
JP5571489A
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English (en)
Inventor
Satoshi Fukuhara
聡 福原
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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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】 く産業上の利用分野〉 本発明は、測定対象から放射される熱放射のエネルギが
その温度に依存する関係を用いて測定対象の温度を測定
する放射温度計に係り、特に測定対象の温度を精度良く
広範囲に測定するように改良した放射温度計に関する. く従来の技術〉 従来の第1の放射温度計として、測定対象から放出され
る測定光を特定の波長の近傍を透過する狭帯域のフィル
タを介して受光素子で受光して電気信号に変換し、この
電気信号を用いて所定の演算を実行して温度信号を出力
する単色放射温度計がある. この単色放射温度計はフィルタの透過波長が限定されて
いるので、広範囲の温度を測定することができない欠点
がある. また、従来の第2の放射温度計として、測定光のうち2
波長を用いてその光強度から温度を求める2色放射温度
計がある.この2色放射温度計でも単色放射温度計と同
様な欠点を有している.この2色放射温度計の1つに、
測定光を異なる波長を透過する狭い帯域のフィルタを2
個取り付けた円板を回転させて波長の異なる2つの測定
光を交互に切り換えて1個の受光素子で2個の測定光を
検出し、これ等の比を演算して測定対象の温度を算出す
るものがある.この種の2色放射温度計は円板を回転す
るための可動部があり、このため信頼性、応答性が悪い
という欠点がある.他のタイプの2色放射温度計として
、それぞれ異なる波長を透過する2つのフィルタを介し
て分光放射輝度を測定することにより測定対象の温度を
演算するものがある. 第4図は従来のこの後者の2色放射温度計の構成を示す
構成図である. LMは測定対象から放出される測定光であり、この測定
光L.をビームスプリッタBSで透過光LTと反射光L
Rとに分光する. 透過光t,vは波長λ,を中心として透過する狭帯域の
フィルタF,を介して検出器D1で検出され、電気信号
S,に変換される.変換された電気信号S1は増幅器Q
1で増幅され、演算部ARTに入力される. また、反射光LRは、波長λ2を透過するフィルタF2
を介して検出器D2で検出され、電気信号S2に変換さ
れる.変換された電気信号S2は増幅器Q2で増幅され
、演算部ARTに入力される. 演算部ARIではこれ等の電気信号St 、82に対応
した電気信号を用いて所定の演算を実行し、温度信号T
S.を出力する.以下に、この場合の演算についてその
概要を説明する. 熱放射のエネルギは測定対象の物体の温度に依存し、こ
の物体が完全放射体《黒木》の場合には、その分光放射
輝度L《λ、T》と熱力学温度Tとの関係はブランクの
放射則によって次式で表される, L(λ、T)=(2c,/λS》 /[exp(cz/λ’T’)−1] ・・・(1) ここで、λは物体から発散される放射の波長、Cl 、
C2は放射の第1定数および第2定数であり、次式で表
される. CI =(’ h        ・・・(2)c2=
ch/泥      ・・・《3》Cは真空中の光の速
度、hはブランクの定数、kはボルツマンの定数である
. (1〉式で表される分光放射輝度L《λ、T》、波長λ
、及び温度Tとの関係を表すと第5図に示すようになる
. また、分光放射輝度が最大になる波長をλ重。
とすればλTくλ1。Tの領域では、《1》式で表され
る分光放射輝度は、次のウィーンの公式で示すように近
似できる. L(λ、T)= (2c,/λS) eXP(c2/λT)・ (4) ところで、(4)式に示すウィーンの公式で近似できる
領域で、異なる2つの波長λ1、λ2に対ずる放射輝度
の比R(’T’)を算出すると、Cを測定系の構成条件
によって決まる定数として、R (T) =C (λ2
/λ,》S exp [ (C2 /T)( 1/λ2−1/λ,》
〕・・・(9) となり、第4図に示す放射温度計はこの関係を利用して
いる.つまり、検出器D, 、I)2で検出された放射
輝度を用いて放射輝度の比R (T)を演算し、《9》
式から演算部AR,で温度Tを求める演五を実行して温
度信号TS,を出力する.この放射温度計は測定面が灰
色体のときには放射率に関係なく真の温度を示す利点を
持つ.く発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、このタイプの2色放射温度計は受光素子
である検出器DI 、D2のバラツキが測定温度のバラ
ツキの原因をなすという問題がある.く課題を解決する
ための手段〉 本発明は、以上の課題を解決するために、測定対象から
放射される測定光を受光素子で受光して電気信号に変換
し、変換された前記電気信号を用いて所定の演算をする
ことにより温度信号を得る放射温度計において、測定光
を電気光学効果を有する方向性結合器を介して受光素子
で受光し、比較手段でこの方向性結合器の出力と所定の
基?8電圧と比較し、その結果により方向性結合器に印
加する電圧を変更するようにしたものである.く作 用
〉 測定光は所定の電圧が印加された方向性結合器に入力さ
れ、その出力端にこの電圧に対応した波長の光が出力さ
れる.この波長に対応した光は受光素子で検出され電気
信号に変換されて比較器の一方の入力端に入力される. この比較器の他方の入力端には測定対象が所定の下限温
度になったとしたときに受光素子に発生する電圧に対応
した基準電圧が印加されており、この基準電圧に対応す
る下限温度に達すると比較器は方向性結合器に印加する
電圧を変更して方向性結合器を透過する波長を変えて受
光素子に発生する電気信号の大きさを変更する. 温度信号はこの比較器の入力端の一方から取り出し演算
部で所定の演算式により演算して出力する. く実施例〉 以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する.
第1図は本発明の1実施例の構成を示す楕成図である, 測定光LMは所定の波長の間のみ透過するバンドバスフ
ィルタF,を透過し、この透過した測定光Lmは方向性
結合器10に入力される.方向性結合器10は、例えば
ニオブ酸リチウム(LJ Nb 03 )の矩形状の基
板11の上にチタン(74 )を拡散して一部が互いに
近接した長さ!の近接部!2をもつ光導波路X3:X4
として形成され、さらにこの近接部12の上には導電性
の電極15、16が形成されている.そして、この光導
波路13の入力端は入カボート13A、光導波路14の
出力端は出力ボー1− 1 4 Aとされている. 方向性結合器10の光導波路13の入カボート13Aに
は測定光L1mが入力され、近接部12を介して光導波
路14の出力ボート14Aに出力される.この出力ボー
ト14から出力された測定光Lm−は受光素子D3で電
気信号に変換され増幅器17を介して比較器18の入力
端の一端に電気信号S3として出力される,比較器18
の入力端の他端には基準電圧Esが印加されている.こ
の基準電圧BSの大きさは、例えば所定の波長における
温度測定範囲の下限に達したときの電気信号Sコの大き
さに相当する値に選定されている.この比較器18は電
気信号S3と基準電圧F2sとを比較しその比較出力S
4で電圧発生器19のスイッチSW1を開閉する.スイ
ッチSW,の2つの切換端にはそれぞれ電圧E,とE2
が印加されており、その共通端に得られる制御電圧S5
が電1i15に印加されている.t極16は共通電位点
COMに接続されている. さらに、電気信号S3は演算部AR2に入力され(1)
式あるいは《4》式を用いて温度信号TS2を演算して
出力する. 次に、第1図に示す実施例の動作について第2図を用い
て説明する. 測定対象から放射された測定光Liは、バンドバスフィ
ルタF 3 、光導波路13、電極15に所定の制w電
圧Sツが印加された光導波路14を介して受光素子Dコ
に受光される。
光導波路13から光導波路14に測定光L.が伝送され
る際には、結合条件を満たす波長の光のみが近接部12
で結合されて入力パワーの一部が測定光Lit−とじて
出力される.ところで、この結合条件は先導波路の近接
部12の長さ!と光導波路の屈折率に依存するが、この
屈折率は制御電圧S3の大きさに依存する. 従って、この制御電圧S3の大きさを制御することによ
り出力ボート14を出斜する測定光LLIL“の波長を
変化させることができる.第2図に測定光し亀に対する
測定光t.,ta−のバワーの比率Rが波長に対してど
のように変化するかを示ず。この比率Rが0.5である
特定の波長λ0を中心として正弦波状に比率Rが変化し
ていることが分かる, 通常は、制御電圧S5として電圧E,が@極に印加され
正のピークを示す波長λmlで測定対象の温度を測定し
ているが、温度が低下して電気信号S,が基準電圧Es
まで低下すると比較器18はこれを検出してその比較出
力S4を反転し制御電圧S5を電圧E2に切り換える.
これによって、光導波路の屈折率が変化して点線で示す
ようにピーク点の波長がλt2に移動する. これにより、動作点の波長が^亀,からλ亀,に大きく
なり第5図から分かるように分光放射輝度L《λ、T)
がたとえ同一でもさらに低温までの測温が可能になる。
なお、バンドバスフィルタF,ほこの波長λ0の近傍の
みを透過するようなものが選定されており、高調波ノイ
ズを除去する作用をする.第3図は本発明の他の実施例
の要部を示す要部構成図である.これは、方向性結合器
を多重に連結し波長の選択比を上げた場合を示している
.基板20の上には方向性結合器21と22が形成され
ている.測定光L.は制御電圧E3が印加された方向性
結合器21で所定の波長が選択され、その出力光は制m
電圧E4が印加された方向性結合器22に入力され、こ
こでさらに波長の選択がなされてその出力ボートから測
定光Lm −−として受光素子Dコに出力される. 第1図に示す実施例では、単色放射温度計として構成し
た場合について説明したが、方向性結合器に印加する電
圧を変えて、波長の異なる測定光を切換えて受光し、対
応する電気信号を演算部に入力し、ここで《9》式の関
係を用いて2色放射温度計として構成することもできる
. なお、以上の説明では、比較器をデスクリートな回路を
用いて構成したが、これは演算部とともにマイクロコン
ピュータを用いたデジタル演算により構成しても良い. また、基板はニオブ酸リチウムでなくても、電気光学効
果を有する物質であればこれに限られることはない.さ
らに、第1図に示す実施例ではバンドバスフィルタを介
して得た測定光を用いたが、必ずしもこのようにフィル
タリングされた光を用いなくても良い. く発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明は、
電気光学効果を持つ方向性結合器に印加する電圧を変更
することにより透過波長を変更することができるように
したので、広い温度範囲に亘って測温することができ、
また可動部もなく、受光素子も1個ですむのでこのバラ
ッキの影響も受けず、さらにビームスプリブタ等の光学
部品も少ないので信頼性も良い.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例の構成を示す構成図、第2図
は第1図における方向性結合器の動作を説明するための
特性図、第3図は第1図の実施例の要部の変形実施例を
示す要部構成図、第4図は従来の放射温度計の構成を示
す構成図、第5図は第4図に示す放射温度計の動作を説
明する特性図である. 10、21、22・・・方向性結合器、11・・・基板
、12・・・近接部、13、14・・・光導波路、18
・・・比較器、19・・・電圧発生器、Lr1、LM−
・・・測定光、LT・・・透過光、LR・・・反射光、
BS・・・ビームスプリツタ、T).,D2・・・検出
器、D3・・・受光素子、AR1 、AR2・・・演算
部. (ε−”. =jS  ハ^ノ (二′マ)7

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  測定対象から放射される測定光を受光素子で受光して
    電気信号に変換し、変換された前記電気信号を用いて所
    定の演算をすることにより温度信号を得る放射温度計に
    おいて、前記測定光を電気光学効果を有する方向性結合
    器を介して前記受光素子で受光し、比較手段でこの方向
    性結合器の出力と所定の基準電圧と比較し、その結果に
    より前記方向性結合器に印加する電圧を変更することを
    特徴とする放射温度計。
JP5571489A 1989-03-08 1989-03-08 放射温度計 Pending JPH02234030A (ja)

Priority Applications (1)

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JP5571489A JPH02234030A (ja) 1989-03-08 1989-03-08 放射温度計

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JP5571489A JPH02234030A (ja) 1989-03-08 1989-03-08 放射温度計

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JPH02234030A true JPH02234030A (ja) 1990-09-17

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ID=13006547

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JP5571489A Pending JPH02234030A (ja) 1989-03-08 1989-03-08 放射温度計

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JP (1) JPH02234030A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012501548A (ja) * 2008-08-29 2012-01-19 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 拡張温度高温測定のための方法および装置
JP2021139708A (ja) * 2020-03-04 2021-09-16 日本製鉄株式会社 温度測定装置及び温度測定方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012501548A (ja) * 2008-08-29 2012-01-19 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 拡張温度高温測定のための方法および装置
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