JPH03287029A - 走査型放射温度計 - 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） 本発明は鉄や非鉄の製造プロセスにおいて放射率が変化
する物体の温度と放射率を光ファイバーを用いて同時に
測定する走査型放射測温装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の放射測温では、被測定物体の放射率が既知である
必要があったが、鉄や非鉄の製造プロセスにおいては、
被測定物体の放射率が変化してしまう場合があり、その
ために従来の放射温度計は十分信頼されていないのが現
状である。これらの問題に対処するために、種々の方法
が提案されているが、いずれも実際の放射率変化に対し
て根本的な解決手段となっていない。例えば、２色温度
計は２つの分光放射率間の比が一定であるという仮定の
もとでしか有効でない。さらに参照放射源を使って被測
定物体表面での鏡面反射効果を利用する方法（特許第１
３６８７８８号）があるが被測定物体表面の粗さが変化
するという懸念がある。従って正確な測定が困難である
ことが多い。放射測温がよく使われる鉄鋼業では鋼材の
熱処理過程において被測定物体の１次元、幅方向や２次
元、面内の温度分布を管理する必要があるが、放射率の
変化するプロセスで正確に温度分布を測定する手段は実
用化されていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般に放射率は波長等の測定系で定義される条件と材質
などの被測定対象物体の物質的条件によって定まる。従
って測定系だけの条件を考えても波長、方向性（角度）
、偏光成分が異なる無数の放射率が定義可能であり、さ
らに測定対象の材質、処理条件、表面粗さ、酸化還元の
程度、熱履歴、温度等の影響を考慮に入れると放射率は
種々のパラメータで決まる。即ち放射率の設定は簡単に
行うことは出来ない。まして被測定物体の物質的条件の
変化によって放射率が変化する場合、放射率の設定は非
常に困難となる。本発明は上述の問題点を解決するため
に案出されたものであって、測定系で定義される条件の
うち、波長、偏光成分、測定角度のうち少なくとも１つ
以上の条件が異なる２つの分光放射率の関係が被測定物
体の物質的条件に固有であることに着目し、２つの分光
放射率の関係を予め求めておくことにより温度と放射率
を同時に正確に求める。本坊は上記、原理から被測定物
体上の異なる場所からの分光放射輝度信号を検出するこ
とによって、温度と放射率の分布を測定することを目的
としたものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の走査型放射温度計は、被測定物体からの熱放射
のうち波長、偏光状態、測定角度のうち少なくとも１つ
以上の条件が異なる２種類の分光放射輝度信号を検出す
る手段、被測定物体上の異なる場所からの分光放射輝度
信号を検出するための走査手段、該分光放射輝度に対応
する２つの分光放射率間の被測定物体に固有な関係式を
定めるパラメータを人力する手段、２つの分光放射輝度
信号と分光放射率間の関係式から被測定物体の温度と放
射率を求める演算手段、求められた温度と放射率を出力
する手段を有し、該演算手段は２つの分光放射率間の被
測定物体に固有な関係式を解くことによって、被測定物
体の温度と放射率の分布を同時に求めることを特徴とす
るものである。

〔作　用〕

以下に本発明の作用を具体的に説明する。いま、互いに
異なる二つの分光放射率をＥｒ、Ｅｖとし、二つの分光
放射率の関係が実験的に既知であり第３図で表現できる
とする。

この関係を材料Ａの放射率関数として次の（１）式で表
現する。

Ｅｖ　＝　ｆ　（ＥＸ　）　　　　　　　　　　−（１
）添字のＸ、Ｙは波長、測定角度もしくは偏光成分の異
なる測定条件のことを表し、その組合せとして例えば２
波長型、偏光型、２波長偏光型が考えられる。本発明の
特徴は二つ以上の波長または測定角度の条件が異なる熱
放射について、それぞれ偏光成分を検出し、その中から
任意の組合せを選択することにより被測定物体に最適な
放射率特性関数を使って温度と放射率を求めることにあ
り、以下にその過程について説明する。先ず、放射計が
黒体炉で校正されると、真温度とは放射計出力の関係は
第４図に示され（２）（３）式で表現できる。即ちパラ
メータＡ、Ｂ、Ｃは校正によって決定される。

Ｔｏ　；真温度　　ＬＸ　＋　　Ｌ”ｌ’　　；放射計
出力Ｃｚ　　；放射の第二定数 Ａ、Ｂ、Ｃ，黒体炉校正関数のパラメータＥＸＯ１ＥＹ
。；真の放射率 第５図は未知の真温度Ｔ０と真の放射率ＥＸＯ＋Ｅｙｏ
の両者の情報を包含した放射計の出力ＬＸ。

Ｌｙを示しく４）（５）式で表せる。

ＬＸ　＝ＥＸ０・Ｌｂ　（λ、、Ｔ、）　　　−（４）
Ｌｙ　−Ｅｖｏ　・Ｌｂ　（λ、、ＴＯ）　　　　−（
５）この時点では真の温度と放射率は未知であるから、
仮定温度Ｔを与えて（２）式より見かけの放射輝度Ｌ　
！’　＋　ＬＹ′を求める。従って（６）、　（７）式
より見かけの放射率が求められる。

本発明の第二の特徴は予備知識としてもつ放射率特性関
数ｆを参照して見かけの放射率Ｅｘ、Ｅｖが真の放射率
Ｅ　ｘｏ　＋　Ｅ　’ｆ。と一致する操作を行って解を
求めることにある。これを第６図で説明すると、見かけ
の放射率（ＥＸ　、　ＥＶ）は、−組の入力信号（Ｌｘ
、Ｌｙ）に対して、仮定温度Ｔを変化させたときに０曲
線上を動く。一方、真の放射率がとりうるＥｘｏ、Ｅｖ
。は１曲線上にあるから６曲線との交点が求める真の放
射率で、そのとき仮定した温度Ｔは真の温度Ｔ０となる
。この６曲線とｆ関数曲線とは、真の温度Ｔ０が同しで
も真の放射率が異なれば異なった位置で交差する。

ここで、被測定物体に最適な異なる測定条件の組合せと
は６曲線と１曲線が安定に交わることを意味する。第７
図に示すように６曲線と１曲線の傾きが近づく程、放射
率変化によって交点が不安定となり精度が無くなる。従
って被測定物体によって異なる測定条件の組合せを最適
に選択することで常に安定した解を求めることが可能と
なる。

このように本発明の放射温度計においては、検出器から
の複数の分光放射輝度のうち異なる測定条件の組合せを
最適に選択することにより被測定物体に最適な放射率特
性関数が得られ正確な測温が可能になる。

〔実施例〕

以下、図を参照しながら実施例に基づいて本発明の特徴
を具体的に説明する。第１図は本発明の１次元の走査型
放射温度計の構成を示したもので１は被測定物体で２の
光学系で被測定物体の視野を規定し、分光放射条件（波
長、偏光）を設定する。例えば合金化反応には２波長型
、酸化反応には偏光型が最適である。入射した放射輝度
は複数（１次元、２次元）の受光素子群３で受光する。

光電変換された分光放射輝度信号は走査回路４により測
定位置に対応した出力信号となり記憶回路５に入力され
る。６のパラメータ人力部６□では選択した二つの分光
放射条件に対応する被測定物体に固有な既知の二つの分
光放射率間の関係を表す関係式のパラメータを人力する
。一方、パラメータ入力部６□では選択した２つの分光
放射条件に対応した検出器の分光放射輝度信号と真温度
の関係を表す黒体炉校正関数のパラメータ（ＡＢＣ三定
三ツ三ツ数人力。７の演算回路では、各走査点について
、二つの分光放射輝度信号をもとにして、対応する二つ
の分光放射率間の関係式である放射率特性関数上で放射
率および真の温度を求めることにより真の放射率分布お
よび真の温度分布を求める。

第２図に演算部の実施例を図式的に示す。１の被測定物
体からの放射輝度は２の光学系で集光され３の受光素子
群で１次元あるいは２次元の分光放射輝度信号に光電変
換されＮ組の２つの分光放射輝度信号り、、Ｌ、となる
。演算には被測定物体に固有な既知の２つの分光放射率
間の関係を表す関係式のパラメータ１２と該分光放射輝
度信号と真温度の関係を表す黒体炉校正パラメータ１３
が必要である。パラメータ１２、１３はキーボード等に
より入力する方法と内部に記憶して自動的にパラメータ
を取り出す方法のいずれでもよい。演算は先ず１４の仮
定温度Ｔを与えることによって１５の黒体炉校正関数に
より見かけの黒体分光放射輝度信号Ｌｘ’　、　　Ｌｙ
’を求めることにより１６、１７の割り算回路で見かけ
の放射率を１８上のεつ′、ε、′として求める。一方
、該分光放射条件に対応する２つの分光放射率の被測定
物体に固有な関係を表す放射率特性関数１９は真の放射
率（ε８°、εア。）がとりうる組合せとして２１の２
次元子面内に曲線ｆで示される。即ち、この曲線上に存
在する真の放射率をとりうる時の仮定温度が真の温度Ｔ
０を示すことになる。従って２０で仮定温度Ｔを変化さ
せながら見かけの放射率が曲線ｆ上の真の放射率と一致
する仮定温度を求めることにより真の温度Ｔ０が得られ
る。これらの過程を各走査点について実施することによ
り温度と放射率の分布（１次元あるいは２次元）が得ら
れる。

また、第１図において、測定角度の異なる光学系２を複
数設けることによって、測定角度の条件が異なる分光放
射輝度信号を得ることができ、それだけ測定条件の選択
の幅が拡がる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略の構成を示すブロック図、第２図
は実施例を図式的に説明した図。 第３図〜第７図は本発明の詳細な説明するための図。 図において、 １・・・被測定物体、 ２・・−光学系、 ３・・・受光素子群。 〔発明の効果〕 以上、述べたように本発明によれば、予め実験的に求め
た被測定物体に固有な放射率特性関数をもとに演算を行
なうので合理的な真の温度と放射率を求めることができ
、さらには異なる２つの分光放射条件（波長、偏光、角
度）の組合せにより被測定物体の放射率変化のプロセス
にあった最適な放射率特性関数を選定できるため精度よ
く測温できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被測定物体からの熱放射のうち波長、偏光状態、測
   定角度のうち少なくとも１つ以上の条件が異なる２種類
   の分光放射輝度信号を検出する手段、被測定物体上の異
   なる場所からの分光放射輝度信号を検出するための走査
   手段、該分光放射輝度に対応する２つの分光放射率間の
   被測定物体に固有な関係式を定めるパラメータを入力す
   る手段、２つの分光放射輝度信号と分光放射率間の関係
   式から被測定物体の温度と放射率を求める演算手段、求
   められた温度と放射率を出力する手段を有し、該演算手
   段は２つの分光放射率間の被測定物体に固有な関係式を
   解くことによって、被測定物体の温度と放射率の分布を
   同時に求めることを特徴とする走査型放射温度計。