JPH02271240A - 湿度分布測定装置 - Google Patents

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 本発明は赤外計測により室内のような比較的狭い空間や
工場構内の湿度分布を測定する湿度分布測定装置に関す
るものである。

従来の技術 赤外計測による湿度計は従来から開発されており、第８
図（ａ）に示すように測定対象の空気をガス集成セル１
３に導入し、その両端に赤外放射源としての黒体炉１２
と赤外放射計１１を設置し、その測定値と乾燥空気又は
乾燥窒素の場合のデータと比較して赤外吸収率を算出す
る方法、あるいは同図（ｂｌに示すように黒体炉１２か
ら２波長の赤外光を発し、各々を赤外放射計１１で観測
して両者の比をとって湿度を計測する方法などがある。

発明が解決しようとする課題 しかし、いずれの場合も、測定したいガスをセルに導入
して測定するか、開放された空間を測定できる装置でも
比較的短い（数１０ｃｍ）光路で計測する方式であり、
室内などのある大きさをもった空間の湿度分布を計測す
ることを考慮した設計にはなっていない。室内の空調、
工場での空調はより高度な温湿度情報を必要としており
、湿度情報については、空間的な分布を把握することが
要望されはじめた。具体的には、室内の床近傍と天井と
の差、壁面近くと中央部との差などがどの程度なのか比
較的簡単に、しかも即時に測定できる計測機が要望され
ている。

本発明は上記課題を解決するもので、室内空間の湿度分
布を簡単かつ迅速に測定することができる湿度分布測定
装置を提供す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 上記課題を解決するために、本発明の技術的解決手段は
、観測空間内に赤外光を放射する手段と、観測空間を通
過した２種類以上の赤外波長帯の赤外光を検出する赤外
検出手段と、検出した２波長の赤外信号の比を演算する
演算手段とを具備し、観測空間内に赤外受光路を複数設
けたものである。

赤外受光路を複数設けるだめの手段は、黒体板、赤外検
出手段または反射鏡を観測空間内に複数個設けることに
より達成される。赤外検出手段は、赤外波長領域４．５
μｍ〜７μｍの範囲内で互に異なる波長帯の２種類以上
の赤外光を透過させる各赤外フィルタと、透過赤外光を
電気信号に変換する少なくとも１つの赤外検出器どを具
備している。

作用 上記構成における作用は次のようになる。黒体板から放
射された赤外光は観測空間を通過して赤外検出手段で検
出される。赤外検出手段は互に異なる波長帯の少なくと
も２種類の赤外光を検出し、２種類の赤外光に対する信
号出力の比を演算することにより通過光路での水蒸気量
を測定する。この測定を観測空間内の複数の光路につい
て行うことにより湿度分布を測定することができる。

複数の光路は、黒体板、赤外検出手段、反射鏡のいずれ
かを観測空間内に複数個配することで簡単に構成するこ
とができ、観測も簡単に行われる。

また２波長データの比をとる方式により、黒体板の温度
設定は正確度は要求されず、分オーダの短時間の安定性
のみ確保できればよいので、黒体板の小型・軽量化は容
易である。

実施例 以下、第１図を参照しながら本発明の第１実施例につい
て説明する。

室内などの観測空間３に赤外放射計１と複数の黒体板２
を第１図のように同一水平面内に設置し、赤外放射計１
の視野方位を順次各点体板２に向けることができるよう
にし、各黒体板２と赤外放射計１との空間の水蒸気量を
計測した。第１図では横方向の分布測定であるが、黒体
板を床面、壁面、天井等に設置することで、高さ方向の
分布も計測できる。

赤外放射計は波長範囲として水蒸気および二酸化炭素の
吸収が少ない４．５μｍ付近から水蒸気吸収が最大とな
る７μｍ近傍まで選択し、赤外吸収係数Ｋｉが５桁にわ
たって変化するように次のよう第１チヤンネ”　ｚ　４
．９５〜５．ｏｓ　＃　ｍ　　Ｋ　ｊ中４Ｘ１０−’ｃ
ｉ／ｇｒＨ，０ 第２　ｆ　ヤ／　ネル；　５．３５〜５．４５　ａ　ｍ
Ｋｍ　：４　Ｘ　１０’ｄ／ｇｒＨ，０ 第３チヤンネ／ｌ／　；　５．５５〜５．６５ａｍ　　
Ｋｓ中２×１゜ｃｘａ／ｇｒＨｔ　Ｏ 第４チヤンネ／ｌ／　；　６．６５〜５．７５μｍ　　
ＫＡ中２Ｘ、１０”ｃｎ（／ｇｒＨ，０ 一方、黒体板２は２００〜３００”Ｃの間の温度に設定
され、上記波長範囲の赤外線が最大放射量になるように
して計測精度の向上を図った。

赤外透過率１番は、（１）式で計算できる。

ｒ＋　＝ｅｘｐ（−（Ｗ　−Ｋｉ）３″）　　　　−−
−−−−＜１）ここで、Ｗは１−中の水蒸気量（ｇｒ）
を光路について積分したもので、その単位は（ｇｒ／−
）である。

各チャンネルの信号出力Ｖｉは（２）式で表わせる。

Ｖｉ＝Ｃｉ・τ、　　　　　　　　　　　・・・・・・
（２）ここで、Ｃｉは、各チャンネルの光学系、フィル
タの透過率とその波長での黒体板の赤外放射エネルギ及
び赤外検出部の感度特性の積であり、装置が設定されれ
ば一定値になる。そこで、基準チャンネルの波長では、
水蒸気の赤外吸収が無視し得るほど小さいので、このチ
ャンネルの赤外放射計出力を基準にすることにより、次
式から水蒸気量Ｗｉを算出できる。

ここで、Ｋ・＜Ｋｉであるから Ｗｉ＝　Ｉｌｎ　（ＶｉＣｏ／ＶｏＣｉ）　ｌ”／Ｋｌ
　　　　・・・・・・（４）と簡略化できる。前述のよ
うに　Ｃｏ、　Ｃ３は固定値なので、ｖＯｌＶｌが計測
できればＷｉを求めることができる。この実施例では、
４測定データが得られるが、本来、全て同一の測定値に
なるべきなので、測定精度を考慮して取捨選択する。

Ｃｉは、波長範囲がそれほど広くないので、各チャンネ
ルでの差異は大きくない。むしろ、赤外フィルタの透過
半値幅を加減すれば同程度に揃えることも可能であるが
、実際上は校正曲線を作成すればよいわけで、水蒸気量
を直読できるような出力することは簡単である。

説明を簡単にするためにＣ１は全て、同一とすれば、赤
外放射出力比Ｖｉ／Ｖｏは（５）式により、水蒸気量Ｗ
との関係をグラフに表わすことができる。

Ｗ＝　ｌ　Ａｎ　（Ｖｉ／Ｖｏ）ビ／Ｋｌ　　　　　　
　　・−−−−−（５）第２図は、そのグラフで、光路
長を５ｍ、室温２５℃とし水蒸気量Ｗを相対湿度Ｈとし
て表現した。

光路長が、１′ｏｍであれば、横軸’ｔａｘ　１／２に
縮めた状態の曲線になる。即ち、第４チヤンネル１００
チのＶ、／Ｖ、が約０．２であるが、光路長を２倍にす
れば、Ｖ、／Ｖ、が０．２の時の相対湿度は５０チであ
る。ちなみに、２５チの飽和水蒸気量は２４μｇｒ／　
ｃｃで、５ｍの光路であれば、Ｗ　＝　１２　ｍｇｒ／
ｃｒＡである。

このように、横軸を相対湿度にすると光路長と室温がパ
ラメータになるが、上記のように簡単に換算できるので
、距離計と温度計を内蔵しておけば、相対湿度直読にす
ることは容易である。

もちろん、横軸を絶対水蒸気量にすれば、光路長と室温
は無関係となる。

第３図は赤外放射計１の全体構成を示す。赤外放射計１
は増幅器を含んだ赤外検出部４と赤外フィルタ５が５組
あり、赤外レンズ６で各々のチャンネルに黒体板２から
の赤外線を集光する。信号処理部７で各チャンネルの信
号を演算し、温度計及び距離計を含むユニット８がらの
信号も用いて相対湿度、距離、温度の信号を表示装置９
に送り出す。

第２図で明らかなように、距離、室温によって相対湿度
ＨとＶｉ／Ｖｏの関係は変化し、測定精度が異る。ある
測定点でのｄ　（Ｖｉ／　Ｖｏ）　ｄＨは簡単に計算で
き、その値が大きい方が測定精度がよいので各チャンネ
ルのデータをこの値によって取捨選択する。具体的には
、本実施例では、ｄ（Ｖｉ／Ｖｏ）／ｄＨが０．１以下
は捨て、残りは、各ｈ　ｄ　（Ｖｉ／　Ｖｏ）／ｄＨ値
で重み付けして平均値を採用した。

第１図の実施例においては、黒体板２を観測空間３内の
複数個所に設置し、赤外放射計１の視野方向を各黒体板
２の方向に移動させる場合について説明したが、赤外放
射計１を観測空間３内の複数個所に設置し、黒体板２を
１個所に配置して黒体板２からの赤外線放射方向を各赤
外放射計１の方向に移動させるようにしてもよい。

次に第２の実施例について、第４図、第５図を用いて説
明する。本実施例の説明においては、第１実施例と異る
部分について説明する。第４図において、複数個の赤外
放射計１の周囲を囲むように黒体板２が設けられている
。この様子を第５図に示す。図示の例では赤外検出部４
は４チャンネル設けられ、この中の１チヤンネルは基準
チャンネルとして使用され、他の３チヤンネルでＶｉ／
Ｖ。

出力を得るようにしている。各赤外検出部４の周囲を囲
んで黒体板２が設けられている。この構造体と離れた位
置に第４図に示すようにコーナー反射鏡１０が設けられ
ている。黒体板２がらの赤外線は測定空間内を進行して
コーナー反射鏡１ｏで反射され赤外検出部４に戻る。こ
の光路が４チャンネル設けられているので第１実施例と
同様に湿度分布を測定することができる。そして第１図
の黒体板位置へコーナー反射鏡１０を設置し、赤外放射
部Ｉの位置に赤外放射計１と黒体２の組構体を配するこ
とにより、容易に湿度分布を計測することができる。

なお、コーナー反射鏡１０はどちらに傾いても、反射光
が元へ戻るのでアライメントは必要としない。しかし傾
ければ、傾き角θに対して邸θに比例して有効面積が狭
くなるので、なるべく、赤外放射計１、黒体板２の方へ
向けることが望ましい。

コーナー反射鏡１０は小型軽量なので、この調整は容易
である。

次に第３の実施例について説明する。本実施例の説明に
おいては、第１あるいは第２実施例と異る部分について
説明する。第６図において、２０は全チャンネルの赤外
フィルタ５．５′、・・・・・・を設置した回転板で、
赤外レンズ６、赤外検出部４は１チヤンネルのみとする
。計測は回転板２０を回転させて順次赤外フィルタ５．
５′、・・・・・・を切替えて実施する。これにより、
赤外放射計のチャンネル間の感度のバラツキを解消する
ことができるとともに、装置を軽量化することができる
。、第４の実施例について説明する。本実施例の説明に
おいては、第１あるいは第２実施例と異る部分について
説明する。赤外放射計に用いる赤外検出部４を５個の焦
電素子２１による赤外検出器構成とし、各焦電素子２１
の直前に各チャンネルの赤外フィルタ５を設置する。具
体的に述べれば、赤外フィルタ５は赤外検出器のケース
２２の窓板として各焦電素子２１の直前に設置する。こ
の実施例により、赤外放射計を大巾に小型・軽量化でき
、がっ、計測速度も低減することな（、簡単に湿度分布
を計測できるようになった。尚、焦電素子２］を用いて
いるので、赤外検出器の前に入射赤外線を断続するチョ
ッパ２３を設置し３３　Ｈｚで変調した。

発明の効果 以上のように本発明は、２波長以上の赤外計測方法で簡
易黒体板あるいはキューブコーナー反射鏡を用いて室内
あるいは、工場の構内の湿度分布を簡単にかつ迅速に計
測でき、計測に要する労力と時間と経費を大巾に低減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例における湿度分布測定装置
の概念図、第２図は第１図の構成の赤外放射計の各チャ
ンネルの出力を基準チャンネル出力で規格した測定値と
相対湿度との関係を表わすグラフ、第３図は、第１図の
構成の赤外放射計部の構成を示す概略図、第４図は本発
明の第２の実施例における湿度分布測定装置の概念図、
第５図は第４図の構成の赤外放射部の正係図、第６図は
本発明の第３実施例における湿度分布測定装置の赤外放
射部の側面図、第７図は本発明の第４実施例の湿度分布
測定装置の赤外放射部の側面図、第８図（ａ）、　（ｂ
ｌは従来の湿度計の概略図である。 １・・・赤外放射計、２・・・黒体板、３・・・観測空
間、４・・・赤外検出部、５・・・赤外フィルタ、６・
・・赤外レンズ、７・・・信号処理部、８・・・ユニッ
ト、９・・・表示装置、１０・・・コーナー反射鏡、１
１・・・赤外放射計、１２・・・黒体炉、１３・・・ガ
ス年収セル、２０・・・回転板、２１・・・焦電素子、
２２・・・ケース、２３・・・チョッパ。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝はが１名箒　１
　図 ２　　　　　３説１″に’間　　　？東体抜第２図 田［尤ｎ１蔑Ｈ 姶　３　口 ？ 第４図 ？ 第５図 第　７　図 （ｄ）　　　　　　／。 ＼ （ｂン　　　　　　、ｌ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）赤外線を放射する黒体板と、２種類以上の赤外波
   長帯の赤外光を検出する赤外検出手段と、前記赤外検出
   手段が検出した２波長の赤外信号の比を演算する演算手
   段とを具備し、前記黒体板から放射される赤外線が前記
   赤外検出手段に入射する光路が観測空間内に複数路設け
   られたことを特徴とする湿度分布測定装置。
2. （２）黒体板が観測空間内の複数位置に設置され、赤外
   検出手段の視野方位が各黒体板方向に移動可能である請
   求項１記載の湿度分布測定装置。
3. （３）赤外検出手段が観測空間内の複数位置に設置され
   、黒体板の赤外線放射方向が各赤外検出手段の視野方向
   に移動可能である請求項１記載の湿度分布測定装置。
4. （４）黒体板と赤外検出手段が隣接配置され、観測空間
   内においてこれらと対向して少なくとも１つのコーナー
   反射鏡が設置され、前記黒体板から放射された赤外線が
   前記コーナー反射鏡で反射されて前記赤外検出手段に入
   射するよう配置されている請求項１記載の湿度分布測定
   装置。
5. （５）黒体板の温度が２００〜３００℃の間で設定され
   赤外波長領域を４．５μｍ〜７μｍの範囲で水蒸気の吸
   収係数が２桁から５桁異なるように波長を２種類以上選
   んだ請求項１記載の湿度分布測定装置。
6. （６）赤外検出手段に隣接して距離計および室温計を有
   し演算手段はこれらの出力と２波長の赤外信号の比とに
   より相対湿度を演算することを特徴とする請求項１記載
   の湿度分布測定装置。
7. （７）赤外検出手段が赤外検出器１台と複数の赤外フィ
   ルタを有し、前記複数の赤外フィルタが前記赤外検出器
   の赤外入射側前面に設置された回転板に設置されている
   ことを特徴とする請求項１記載の湿度分布測定装置。
8. （８）赤外検出手段が多素子型焦電赤外検出器と、各素
   子の直前に設置された赤外フィルタと、赤外入射を断続
   する変調器で構成されていることを特徴とする請求項１
   記載の湿度分布測定装置。