JPH0523703B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、鋼板等の測定対象（物）の放射率
および温度の測定装置に関するものである。

［従来の技術］ 出願人は、たとえば特開昭57−161521号公報に
あるように、比較熱板（補助熱源、放射源）と測
定対象との距離を変化させたときの放射検出器の
出力変化から測定対象の放射率を求める方法を提
案している。

［この発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、この方法では、比較熱板を駆動
する装置が大型なものとなつてしまい、高温炉内
では測定が困難となる等の問題点を生じている。
また、測定に時間がかかるため、測定対象が移動
する場合等、同一点の測定ができず、測定対象の
温度、性状等の変動があると大きな測定誤差を生
じる。

この発明の目的は、以上の点に鑑み、より簡便
に、対象の放射率および温度を測定する装置を提
供することである。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、測定対象に異つた立体角で放射エ
ネルギーを放射する放射源と、この放射源または
測定対象からの放射エネルギーを検出する検出器
と、この検出器による異つた放射源についての少
くとも２つの検出信号の各々と放射源の影響がな
いときの検出信号との差の比である寄与率の比が
寄与率の差と所定の関係にあることに基いて放射
率を求め、この放射率から測定対象の温度を演算
する演算手段とを備えるようにした放射温度測定
装置である。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例を示す構成説明
図である。

図において、１は、測定対象、２１，２２は、
測定対象１に異つた立体角で放射エネルギーを放
射するたとえば大きさを異にする放射源、３は、
放射源２１，２２の後方に設けられた遮蔽板、４
１は、放射源２１，２２の影響を受けない位置に
設けられ測定対象１からの放射エネルギーを検出
する検出器、４２，４３は、各々放射源２１，２
２の開口等を介して測定対象１からの放射エネル
ギーを検出する検出器、５は、検出器４１，４
２，４３の出力信号、放射源２１，２２の温度を
検出する温度検出器２０の出力信号、遮蔽板３の
背景相当の温度を検出する温度検出器３０の出力
信号が供給されるアナログ回路、マイクロコンピ
ユータ、パーソナルコンピユータ等よりなる演算
手段である。そして、図示のように、たとえば、
鋼板等の測定対象１の移動方向に沿つて検出器４
１，４２，４３、放射源２１，２２は設けられ、
また、放射源２１，２２は、ヒータ等を有し、た
とえば所定温度に制御される。

測定対象１の温度をＴ、放射率をε、放射源２
１，２２の温度をTr、放射率をεr、遮蔽板３の
温度をTa、各検出器４１，４２，４３の出力信
号をEi、温度Ｔの黒体相当の放射エネルギーをＥ
(T)とする。

図示のように、他の放射源２１，２２の影響を
受けず、測定対象１からの放射エネルギーのみを
測定する検出器４１の出力E₀、測定対象１およ
び放射源２１から放射され測定対象１で反射され
た放射エネルギーを検出する検出器４２の出力
E₁、測定対象１および放射源２２から放射され
測定対象１で反射された放射エネルギーを検出す
る検出器４３の出力E₂は次のようになる。

E₀＝εE(T)＋（１−ε）Ｅ（Ta） ……(1) E₁＝εE(T)＋F₁（１−ε）εrE（Tr） ＋（１−F₁）（１−ε）Ｅ（Ta） ……(2) E₂＝εE(T)＋F₂（１−ε）εrE（Tr） ＋（１−F₂）（１−ε）Ｅ（Ta） ……(3) ここで、F₁、F₂は、放射源２１，２２からの
放射エネルギーが測定対象１を反射して放射検出
器４２，４３に入射する寄与率でF₁＜F₂である。

つまり、(1)式右辺第１項は測定対象１自体から
の放射エネルギー、第２項は背景の遮蔽板３から
の放射エネルギーの寄与分である。なお、放射源
２１，２２からの放射エネルギーは無視できると
した。これは測定距離に比べ検出器４１，４２，
４３の間隔を、影響が無機できる程度に離すこと
により実現できる。(2)、(3)式の右辺第２項は各々
放射源２１，２２からの寄与分、第３項は遮蔽板
３からの寄与分である。

(2)式から(1)式を減算し、(3)式から(1)式を減算す
ると次式が得られる。

E₁−E₀＝F₁（１−ε）εrE（Tr） −F₁（１−ε）Ｅ（Ta） E₂−E₀＝F₂（１−ε）εrE（Tr） −F₂（１−ε）Ｅ（Ta） その比Ｒをとると次式が得られる。

Ｒ＝（E₁−E₀）／（E₂−E₀）＝F₁／F₂ ……(4) また、(2)、(3)式を辺々差し引くと次式が得られ
る。

E₂−E₁＝（F₂−F₁）（１−ε） ｛εrE（Tr）−Ｅ（Ta）｝ これより、放射率εは次式となる。

ε＝１−（E₂−E₁）／［（F₂−F₂）・ ｛εrE（Tr）−Ｅ（Ta）｝］……(5) ここで、Ｄ＝F₂−F₁と、Ｒ＝F₁／F₂との関係
は、第２図で示すようにＤ＝ｆ(R)で、所定の関数
関係にあることが実験的に見い出された。つま
り、ＲからＤを求めることができ、(5)式右辺のそ
の他の値は、測定等により求まるので、放射率ε
を求めることができる。

そして、(1)式より Ｅ(T)＝｛E₀−（１−ε）Ｅ（Ta）｝／ε……(6) であるから、この(6)式に、(5)式より求めた放射率
ε等を代入して、測定対象１の真温度が求まる。

つまり、測定値、あらかじめ、第２図で示すよ
うに、測定により求めたＤとＲとの関数関係Ｄ＝
ｆ(R)、放射源２１，２２の放射率εrを演算手段５
に記憶する。

次に、測定時、(1)、(2)、(3)式のE₀、E₁、E₂を
放射検出器４１，４２，４３で検出し、また、放
射源２１，２２、遮蔽板３の温度Tr、Taを温度
検出器２０，３０で検出し、それぞれ演算手段５
に供給する。

演算手段５は、信号E₀、E₁、E₂より、(4)式の
比Ｒを求め、これよりＤを求め、また、信号Tr、
TaよりＥ（Tr）、Ｅ（Ta）を演算し、(5)式右辺の
演算を行つて放射率εを求める。また、放射率ε
を用いて(6)式の演算を行つて測定対象１の温度Ｔ
を求めることができる。

また、演算手段５は、測定対象１の移動速度に
合わせ、その同一点についての検出器４１，４
２，４３の出力信号から演算するようにすると、
測定対象１の温度や性状の影響を受けにくいもの
となる。

また、遮蔽板３を図示しない冷却手段により冷
却し、測定対象１、放射源２１，２２の放射エネ
ルギーに比べて十分無視できる温度以下とするこ
とにより、測定、演算がよりいつそう容易なもの
となる。

また、測定対象１の温度が低い場合等は冷却は
困難なので、遮蔽板３の温度を一定温度に制御す
ることにより温度検出器３０による温度測定が確
実となる。

また、遮蔽板３の温度を測定するとともに、測
定対象１の温度よりも常に放射源２１，２２の温
度を一定温度高くすることにより、測定対象１の
測定温度によらず常に最適な測定が可能となる。

なお、放射源２１，２２の大きさを変えずに、
測定対象１との距離を異にし、放射エネルギーの
立体角を異にするようにしてもよい。

第３図は、この発明の他の一実施例を示す構成
説明図である。

この例では、第１図において、光フアイバ６
１，６２，６３を介して、測定対象１からの放射
エネルギー、放射源２１，２２から放射され、測
定対象で反射した放射エネルギーを検出器４１，
４２，４３で検出するとともに、放射源２１，２
２、遮蔽板３自体からの放射エネルギーも光フア
イバ６４，６５を介して検出器４４，４５で検出
し、演算手段５で演算するようにしている。この
場合、光フアイバ６１〜６５を用いているので誘
導に強く、また、直接Ｅ（Tr）、Ｅ（Ta）等を直
接検出しているので変換誤差は少いものとなる。
また、光フアイバ６１〜６５の先端には、マイク
ロレンズ、屈折率分布形ロツドレンズ等の視野限
定手段L₁〜L₅が設けられている。

なお、第４図で示すように、放射源２１，２２
が測定対象１で反射した放射エネルギーは、その
開口２１ａ，２２ａを介し、遮蔽板３の開口３ａ
から検出器に導いてもよい。また、第５図で示す
ように、法線ｌに対し、方線源２１，２２と等角
度θの遮蔽板３の開口３ａから測定対象１で反射
した放射エネルギーを検出器に導いてもよい。こ
の第４，５図の場合、測定対象１の移動方向は、
通常、紙面に垂直である。また、適当な切換手段
により１個の検出器で時分割的に検出するように
してもよい。

［発明の効果］ あらかじめ、寄与率の差が寄与率の比と所定の
関係にあることを用いて、放射率、温度を測定す
るようにしているので、簡単な構成で、放射率補
正された正しい測定対象の温度を測定することが
できる。また、測定対象が移動する場合、同一点
の測定が可能で、測定対象の温度、性状の変化の
影響を受けにくく、計測の応答速度も速いものと
なる。また、光フアイバを用いることにより無誘
導のものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図、第４図、第５図は、この発明
の一実施例を示す構成説明図、第２図は、寄与率
の差と比との関係図である。 １……測定対象、２１，２２……放射源、３…
…遮蔽板、４１〜４５……検出器、５……演算手
段、６１〜６５……光フアイバ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定対象に異つた立体角で放射エネルギーを
   放射する複数の同一放射エネルギーの放射源と、
   この放射源の後方に設けられたれた遮蔽板と、測
   定対象からの放射エネルギーを検出する検出器
   と、この検出器に異つた放射源により測定対象を
   反射して寄与率F1、F2で放射エネルギーが各々
   独立して入射したときの２つの検出信号E1、E2
   と放射源からの放射エネルギーの影響がないとき
   の検出信号E0との差の比Ｒ＝（E1−E0）／（E2
   −E0）＝F1／F2を求め、この寄与率の比Ｒ＝
   F1／F2と寄与率の差Ｄ＝（F2−F1）とのあらか
   じめ実験的に求めた関係に基いて寄与率の差Ｄを
   求め、この寄与率の差Ｄならびに温度検出器等で
   求めた放射源の温度Trもしくはその放射エネル
   ギーＥ（Tr）および遮蔽板の温度Taもしくはそ
   の放射エネルギーＥ（Ta）を用いて測定対象の放
   射率を求め、この放射率から測定対象の温度を求
   める演算手段とを備えたことを特徴とする放射温
   度測定装置。 ２ 光フアイバを介して放射エネルギーの検出を
   行うようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の放射温度測定装置。 ３ 光フアイバの先端に、マイクロレンズ、屈折
   率分布形ロツドレンズ等の視野限定手段を設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の放
   射温度測定装置。 ４ 複数の放射源を測定対象の移動方向に沿つて
   設置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   から第３項のいずれかに記載の放射温度測定装
   置。 ５ 測定対象の移動速度に合わせて検出器の出力
   を取り出し演算するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第４項記載の放射温度測定装置。 ６ 遮蔽板の温度を一定温度に制御したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項から第５項のいず
   れかに記載の放射温度測定装置。 ７ 遮蔽板の温度を測定し、放射源の温度を遮蔽
   板より一定温度高くなるよう制御したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項から６項のいずれか
   に記載の放射温度測定装置。 ８ 遮蔽板の温度を放射源および測定対象からの
   放射エネルギーに比べて十分無視できる温度以下
   に冷却したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項から７項のいずれかに記載の放射温度測定装
   置。