JPS61175534A

JPS61175534A - 放射率測定装置

Info

Publication number: JPS61175534A
Application number: JP1687085A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Watari; 正博渡; Kan Fujimoto; 敢藤本
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1985-01-31
Filing date: 1985-01-31
Publication date: 1986-08-07

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、物質の放射率を測定する放射率測定装置に関
するもので、特に温度を変えて各温度毎の分光放射率を
測定するＯＫ好適な分光放射率測定装置に関するもので
おる。

（従来の技術）従来の放射率測定装置としては、例えば特開昭４８−３
８１８８号公報に記載された方法を用いた装置がめる。

第４図は、この種の装置の構成図である。高放射率の材
料よりなる炉心管５を有する両端開口管状炉４の開口端
に被測定物８を挿入し、ヒータ６により加熱し所定温度
Ｔの熱平衡状態となった後Ｋ、被測定物８から開放端Ｏ
を通して発する放射エネルギｖ２を放射検出器９で検出
する。このｖｌ１−ｉ温度Ｔにおける黒体放射エネルギ
とみなせる。次に被測定物８をすばやく開放端Ｏ附近に
移動させて被測定物固有の放射エネルギｖ１を検出ね９
により検出する。セしてｖｌとｖ２との比Ｖｌ　／　Ｖ
２より被測定物８０所定温度Ｔにおける放射率を求める
ものである。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような装置においては黒体条件を実
現するため両端開口管状炉４の形状は制約を受け、また
重量も大きくなる問題点がおる。

・　また分光放射率を測定するためには、検出器９を分
光分析装置に代える必要があり、そのため測定に時間を
要し、被測定物８の温度に変動を生じて測定精度が悪い
という問題点もある。

本発明は、上記の問題点を解決したもので、被測定物の
反射率を測定することにより放射率を求める、測定時間
が短く簡単な構造の放射率測定装置を実現することを目
的とする。

（問題点を解決する手段）このような目的を達成する本発明は、光源と、該光源よ
り放射された光をテ璽ツビングしかつ平行で被測定物上
に照射する光学手段と、被測定物より反射された平行光
を分光する分光素子と・該分光素子で分光された光を電
気信号に変換する光電素子と、この光電素子からの電気
信号を前記チ１ツバに同期して動作するりツクインアン
プを介して入力する放射率演算手段と、前記分光素子の
分光波長をかえる分光波長選択手段とを具備したもので
ある。

（実施例）以下図面により本発明を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。

図において、１は光源、２は光学手段、３は入射手段、
４は分光素子、５は光電素子、６は給熱手段、７は温度
計、８はテ冒ツバ、９はロックインアンプ、１０は被測
定物、１１は真空チャンバ、１２はマイクロコンピュー
タでおる。

光源ｌは、たとえば白熱電球で、フィラメントに電流を
供給してジュール熱により加熱し、その熱放射によって
発光するものでおる。

光学手段２は、光源ｌより放射された光を平行光にする
もので、反射鏡２１．入射する光を集光する凹面＠２２
、反射鏡２３、分光素子４の高次スペクトルを除去する
為の次数カットのフィルタ２４、フィルタ２４を通過し
た光を通過させるスリット２５、スリット２５から出九
細い光を平行光線とするレンズ２６により構成されてい
る。

入射手段３は光学手段２より出た平行光を被測定物１０
に入射させるもので、とつレンズ２６に近接した絞シ３
１と反射鏡３２により構成されている。絞シ３１は、た
とえば１０．ｘ　１Ｇ　（ｍｍ）のような面積において
一様な明るさの平行光を被測定物１０に照射するもので
ある。

分光素子４は被測定物ｌＯより反射された平行光を分光
するものである。被測定物１００反射反射光は反射鏡４
１．　とつレンズ４２を介して分光器４３の入射スリッ
ト４４上に集光される。分光器４３は、たとえは入射ス
リット４４とプリズムとレンズと反射鏡により構成され
、反射光を分光する。分光された反射光は、出射スリッ
ト４５によ〕任意の波長が選択されて、とつレンズ４６
に送られる。

光電素子５は分光素子４で分光された光量を電気信号に
変換するもので、とつレンズ４６により集光された光を
受光する。

給熱手段６は、被測定物１０の温度を可変に制御できる
もので、電源６１より電流を供給して抵抗体カシュール
熱により加熱されるようになっている。

温度計７は被測定物１ｏの温度を測定するもので、熱電
対７１と、熱電対７１の起電力を入力する変換器７２に
より構成されている。また熱電温度計のほかに放射温度
計も設えてもよい。これはグレーディト・インデックス
・マイクロレンズ７３により被測定物ｌＯの放射光を集
光して、光ファイバ７４を介して放射温度計温度変換器
７５に放射光を伝送する。

放射温度計温度変換器７５はあらがじめ黒体放射の温度
を正しく示すように調整されている。

チ璽ツバ８は、光源１と光学素子２との間に構けられ、
被測定物１０に入射する光を０Ｎ−ＯＦＦ動作により、
制御している。

ロックインアンプ９は、チ璽ツバ８に同期して動作して
光電素子５の出力信号を増幅する本ので、被測定物１０
の放射光に起因する直流成分を除去し。

反射光のみを検出するようになっている。

被測定物ｌＯは、真空チャンバＩＩＫ格納されている。

真空チャンバ１１の一部は入射光、出射光を透過する窓
が設けてろり、また必要に応じてチャンバ内部を真空状
態に保つことができる。被測定物ｌＯは平板に似た形状
になっている。

第２因は、本発明の機能ブロック図である。図において
、１３は分光波長選択手段、１４は温度制御手段、１５
は放射率演算手段、１６は基準反射板、１７は測定結果
を表示する記録手段である。第１図に示すマイクロコン
ピュータ１２は、　ＣＰＵとＲＡＭとＲＯＭとを含んで
構成され、上記１３．１４．１５の各機能を有している
。

分光波長選択手段１３は、分光素子４の出射スリット４
５の位置をかえて、光電素子５に入射する被測定物１０
の反射光の波長を選択している。

温度制御手段１４は、被測定物ｌＯの温度Ｔを温度計７
により測定し、給熱手段６のエネルギ供給量を制御して
、被測定物１０を任意の指定温゛度に保つものである。

放射率演算手段１５は、被測定物ｌＯの反射光を充電素
子５により入力し、あらかじめ反射率がわかっている基
準反射板１６の反射光と比較することによって放射率を
演算するものでｂる。

基準反射板１６は、反射率が１００嗟に近い鐘であっで
、たとえばアルミを薄く蒸着した板が用いられている。

このように構成された装置の動作を次に説明する。放射
率を測定する第１の動作は、まず基準反射板１６の反射
光Ｒｏを測定し、次に被測定物１００反射光Ｂを測定す
るものである。

波長をλとし、基準反射板１６の常温における反射率を
ρ０（λ）とする。基準反射板１６の反射光ｇｏ（λ）
から、反射率が１００憾であるときの反射光８＊（λ）
を求める。これらの関係式は、である。次に温度Ｔにおける被測定物ｌＯの反射光Ｒ（
λ、　Ｔ）から反射率Ｐ（λ、　Ｔ）を求める。

式％式％（３）を用いて放射２＄Ｃ（λ、　Ｔ）を求めるものでおる。

放射率を測定する第２の動作は、熱電温度計と放射温度
計を組合せて用いるものでらる。まず被測定物ｌＯの温
度Ｔを、熱電対７１により正確に測定する。次に黒体放
射の温度を正しく示すように調整された放射温度計７５
により、被測定物ｌＯの輝度温度Ｓを測定する。すると
波長λにおける分光放射輝度Ｌ（λ、　Ｔ）を用いて放
射率Ｃは、で求めることができる。ここに指数ｎは、ｎ
＝Ｃ２／（λＴ　）　　　　　　　　　　　　　　　　
（５）Ｃ２＝　０．０１４３８８　Ｃｍ−ｋ）である。

本装置の第１の動作は、本発明の主目的とするところで
あり、第２の動作は従来ひろく用いられているところで
ある。

第３図は、この装置の動作を示すフローチャートで、第
１の動作を示しである。まず試料が基準反射板１６か被
測定物１０かを入力する。すると被測定物１０でるる場
合には、演算に必要な基準反射板１６のデータを外部の
記憶装量より読み込む。この読み込みが終了するか、試
料が基準反射板１６の場合には、波長調整を行ない分光
素子が正しい波長の分光をするように調整する。次に測
定したい温度を指定する。次に測定を開始する波長、終
了する波長、波長の幅などの波長条件を指定し、必要に
応じて光源ｌの強度をかえる。セして測定の条件を表示
して、測定の実行に移る。

まず試料を真空チャンバ１１０所定位置にのせる。

次に試料が指定の温度で安定するまで持つ。この時間は
試料が薄い平板なので、熱容量が小さいから短時間です
む。次に分光放射率を測定する。まず光源ｌを入れ、鍛
初の波長について反射率を測定し、（３）式より放射率
を求める。次に出射スリット４５の位置と幅を、分光す
る波長の分解幅と測定間隔に応じて制御し、各波長にお
ける分光放射率を測定し、測定が終了したら結果をプロ
ッタなどで表示し、必要に応じて一時記憶装置に貯蔵す
る。

尚本実施例では、単一の真空チャンバを用いて基準放射
板１６と被測定物ｌＯを時間をへだてて測定するものを
示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、た
とえば複数の真空チャンバを設けて基単放射板１６と被
測定物１Ｏｔ−並列に測定できるようにしてもよい。

（発明の効果）以上述べたように本発明によれば、次の諸効果がある。

（ａｌ　　黒体炉を心壁とせず、また演算に電子計集機
を用いているので、常温および高温での分光放射率が短
時間で得られる。

（ｂ）　　本装置の第２の動作により、従来方法による
放射率測定も可能である。

（ｃｌ　　試料への入射光は一様な平行光なので、試料
平面の平均の反射率が得られ、試料面に生じている多少
の傷は測定結果に影響を及はさない。

（ｄ）　　分光素子４が光源ｌ、被測定物ｌＯのあとに
あるので、分光素子４が光源１と被測定物ｌＯの間に存
在する場合よりも、被測定物ｌＯの熱放射によるエネル
ギの反射率測定に及はす影響が／Ｊ％さい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図の装置の機能ブロック図、第３図は第１図の装置のフ
ローチャート、第４図は従来装置分光素子、５・・・光
電素子、６・・・給熱手段、７・・・温度計、８・・・
チ曹ツバ、９・・・ロックインアンプ、１０・・・被測
定物、１１・・・真空チャンバ、１３・・・分光波長選
択手段、１４・・・温度制御手段、１５・・・放射率演
算手段。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光源と、該光源より放射された光をチョッピング
しかつ平行で被測定物上に照射する光学手段と、被測定
物より反射された平行光を分光する分光素子と、該分光
素子で分光された光を電気信号に変換する光電素子と、
この光電素子からの電気信号を前記チョッパに同期して
動作するロックインアンプを介して入力する放射率演算
手段と、前記分光素子の分光波長をかえる分光波長選択
手段とを具備した放射率測定装置。
（２）前記被測定物の温度を測定する温度計と、該温度
計からの信号を入力し前記被測定物の温度を可変に制御
する温度制御手段とを備えた、特許請求の範囲第１項記
載の放射率測定装置。