JPH06500387A - 多波長高温計 - 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】 多波長高温計 本発明は、異なった波長λ１・・・λ１・・・λ、に反応するいくつかの放射線 検出器と、この放射線検出器の出力信号をディジタル化して受け、これからウィ ーン°ブランク（Ｗｉｅｎ　−Ｐｌａｎｃｋ）法則によッテ、温度を、表面は理 想の黒体であるとして推定し、次いでこれら温度値から温度及びその波長の関数 として近似法則に従って放射率を計算し、これから所望の温度を推定するデータ 処理装置とを包含して９００Ｋを越える表面の温度及び放射率を測定する多波長 高温計に関する。

「ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＪ誌、ｖｏｌ、５，１９８２．４３９−４４６ページ から、上述のタイプの高速高温計が知られている。光学系が測定しようとする表 面に向けられており、その系はガラスファイバ束によって６つのチャンネルに分 割し、狭帯域フィルタを介してフォトダイオードに導いている。検出器の信号は 次にディジタル化され、処理装置にて評価される。

この評価は黒体に対してはウィーン・ブランク式％式％（１） に基づいており、ここで、Ｌは波長λでのビーム密度、Ｃ１及びＣ２は定数項、 Ｔは黒体の温度である。

調査しようとする表面は通常、理想黒体てはないので、黒体と実際の体とのビー ム密度の比を表す放射率Ｅを考慮しなければならない。

この放射率は温度及び波長の関数であり、以下のようなティラー級数によって表 現することができる。

１ｎＥ＝ａ、＋ａ、λ＋ａ２λ２＋・・−（２）経験によれば、限られた波長範 囲内の波長の依存関係は定常関数であるので、その級数（２）は数項以降を切り 捨てすることができる。

引用文献においては、関数（２）の線形近似を選択し、高温計の６つの波長に従 ってビーム密度の６つの測定値の中からそれぞれ対となる波長を評価し、そして 異なる結果の偏差を二乗したものを分析することによって温度を見い出すことを 提案している。

この方法は困難な場合にはそれらの精度に関して信頼性のある記事とならない結 果になることがわかった。

このため、放射率が非常に低くかつ何らかの表面反応により非常に不安定である ような高反射表面（たとえば金属処理中のアルミニウム）の高温測定は難しいと 考える。

したがって本発明の目的は、上記の種類の多波長高温計を、計算の複雑さ及び残 留誤差が減少され、かつ非常に悪い測定条件の下でも有用な結果を得ることがで きるように改善することにある。

本発明によれば、この目的は、高温計信号と仮の放射率及びこれから推定された 所望温度により予測される高温計信号との差をいくつかの近似法則及び異なる波 長について計算すること、次いですべての波長についてそれらの差を二乗したも のの和が最も小さくかつ最も精度の高い温度及び放射率を表す近似法則を選択し たことによって得られる。

好ましくは、処理装置はある材料の放射率について温度及び波長を関数としたデ ータバンクが確立されているメモリを包含し、同じ材料が高温計の測定を受ける 時に温度の計算にそのデータバンクを使用するようにしている。

ここで、２つの図面を参照して本発明をより詳細に述べる。

第１図は処理装置によって実施される演算のフロー図を示している。

第２図は本発明による高温計を図示的に示している。

上述のｒ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｊでの試みに記載のように、６波長高温計 １はこれによって観測された体又はその表面の６つの放射強度値を与えるもので あり、実際に使用される波長は４００〜２０００ｎｍである。測定チャンネルの 帯域幅は１００１ｍ以下である。

フォトダイオードにおいて強度に比例した測定値が周知方法にて得られ、次いで ディジタル化された形で処理装置２へ与えられる。処理装置２はまず、信号が十 分に安定であるかどうか、すなわち雑音レベルが十分に低いかどうかを判断する 。この場合のみ、温度は十分に小さな誤差（信号標準偏差Ｓｏ）をもって計算す ることができる。このとき、放射率Ｅを決める法則は式（２）に従って選択され る。これは、ｌｎ　Ｅが一定であるような波長に依存しないゼロ次のモデルと、 Ｉｎ　Ｅが波長に直線的に依存している（この法則はａＯ及びａｌの決定によっ て定められる）−次のモデルと、ティラー級数の更なるメンバを評価しなければ ならない高次のモデルとの間で区別されなければならない。

まず、−次のモデルは基準として取られ、ａｏ及びａｌ及び６波長の放射率が決 定され、ａｏ及びａ、は６つの判定式すべてにおいて同じ値を有する。基本的に 、評価は、測定された信号とａ。及びａ、によって定められた放射値によって計 算されたビーム密度値との間の偏差を二乗したものの和を最小化し、フィッティ ング処理手順の演算結果標準偏差Ｓにを評価するサブルーチンにある。

予測温度及び放射率の誤差は各誤差での信号の連続増分によって、及び温度及び 放射率の反復計算によって得られる差分として計算される。温度検出においては より小さな絶対誤差を出しているので、ゼロ次のモデルをも適用できるかどうか を照合することが勧められる。これは、式２からの定数ａ１が特定値以下にある 時、すなわち放射率が実際には波長に依存していない時の場合である。この場合 、６つの独立した温度測定値は異なる波長について得られる。

高次のモデルの選択は標準誤差Ｓにの低減につながるが温度誤差の低減を引き出 すものではない。これに反して、Ｓにが８０の値に達した時、そのモデル次の以 降の増分（オーバーフィッティング）は大部分なくはないが、かなり不正確な温 度となる。誤差の評価中に誤差が増加したことがわかれば、最適モデルが見い出 されて、定数ａ　ｌ＋　ａ　２＋　・・・ａｉが決められる。

もし、誤差分析によってその誤差が特に小さいことがわかれば、定数の決定に使 用するために波長及び放射率を結び付ける曲線群を記憶させるとよい。このよう にして、調査しようとする表面の材料の種類に従って有機化されたデータバンク が確立され、後で使用することができる。これは、測定中に測定条件が非常に悪 くなった時、たとえば高温計の光路に色の異なる蒸気が出現したり、高い環境温 度によりエレクトロニクスが不安定になった時、特に評価できるものである。

この場合、高温計の測定値は先に評価された曲線群と単純に比較され、温度はそ れから直接計算することができる。訪客の最も少ない信号によって与えられたこ のようなデータバンクは第２図において符号３で示しである。又、このデータバ ンクのデータを用いて他の単色の高温計を並行して動作させることもできる。

本発明による高温計を使用することにより、悪条件であっても１ミリ秒の間に所 望の評価を実施することができるので、たとえばレーザーによるパルス加熱のよ うに急速に発達するプロセスにおいても実際上実時間でスクリーン４上に温度又 は放射率の一時的評価を示すことができる。これは７００Ｋから１０，０００Ｋ までの温度範囲での急速発達プロセスの分析に新たな可能性を開くものである。

国際調査報告 国際調査報告 ＥＰ　９００１６１４ Ｓ＾　４０７２７ フロントページの続き （７２）発明者　ハインツ　ヴイルヘルムドイツ連邦共和国すンケンハイム　デ ー−７５１５ネルケンストラーセ　３アー （７２）発明者　セルフスラグ　ラウル　フランシス　コンスタント ドイツ連邦共和国王ツゲンスタイン　デー−７５１４エルーネックーストラーセ 　１６（７２）発明者　バイルノート　ジャン　ポールドイツ連邦共和国リンケ ンハイム　デー−７５１５バー　マイエルホイゼルストラーセ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　異なった波長λ１・・・λｉ・・・λｎに反応するいくつかの放射線検出器 と、この放射線検出器の出力信号をディジタル化して受け、これから表面は理想 黒体であるとしてウィーン・プランク法則により温度を推定し、次いでこれら温 度値から温度及び波長の関数として近似法則に従って放射率を計算し、これから 所望の温度を計算するデータ処理装置とを包含して９００Ｋを越える表面の温度 及び放射率を測定する多波長高温計において、高温計信号と仮の放射率及びこれ から推定された所望温度により予測される高温計信号との差をいくつかの近似法 則及び異なる波長について計算すること、次いですべての波長についてそれらの 差を二乗したものの和が最も小さくかつ最も精度の高い温度及び放射率を表す近 似法則を選択したことを特徴とする多波長高温計。 ２　処理装置はある材料の放射率について温度及び波長を関数としたデータバン クが確立されているメモリを包含し、同じ材料が高温計の測定を受ける時に温度 の計算にそのデータバンクを使用することを特徴とする請求項１記載の多波長高 温計。