JPS621202B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炉内移動物体の測温に好適な放射測
温方法に関する。

鏡面反射を利用する第１図に示す如き放射測温
は被測温物体の放射率と共に温度を測定すること
ができ、炉内移動物体例えばストリツプの測温に
有効である。この図で１０は炉壁、１２は炉内被
測温体本例ではストリツプ、１４は黒体放射源、
１６は放射温度計である。放射源１４および温度
計１６は法線Ｎの両側に角θが等しくなるように
置かれる。温度計１６は、放射源１４から放出さ
れ、ストリツプ１２の表面で鏡面反射した放射エ
ネルギおよびストリツプそれ自身から放出された
放射エネルギを受光し、下式によりストリツプ１
２の放射率ε（θ）、温度Ｔを算出する。

ε（θ） ＝１―Ｅ_１−Ｅ_２／Ｋ（１−Ｐ）｛Ｅ_ｂ（Ｔ_１）−
Ｅ_ｂ（Ｔ_２）……(1) Ｅ_b（Ｔ）＝Ｅ_２／ε（θ）・Ｋ−１−ε（θ）／ε（
θ） ・（１−Ｐ）Ｅ_b（T₂）−１−ε（θ）／ε（θ）
・Ｐ・Ｅ_b （T₃） ……(2) こゝでE₁，E₂は黒体放射源１４の温度がT₁，
T₂のときの放射温度計１６の受光出力、Ｋは炉
内雰囲気の放射エネルギ透過係数、Ｐは物体１２
の拡散反射係数、T₃は炉壁温度、Ｅ_b（Ｔ）は温
度Ｔの黒体の放射エネルギである。

黒体放射源（黒体炉ともいう）とは黒体放射を
なすもの、つまり温度がＴなら例えばプランクの
法則で示される。

Eb（Ｔ）〕C₁λ^-5・ｅ〓〓〓 ……(3) なるエネルギ放射を行なうものをいゝ、形式とし
ては加熱される球体の周壁一部に小孔を開けたも
の、細長い円筒体、円錐形の凹部を持つものなど
があるが、いずれも藁張る欠点がある。しかも上
式に示されるように黒体炉は原理的には温度
T₁，T₂のもの２つが必要であり、その一方を冷
却板などで置き換えたとしても１つの黒体炉と附
属部材が必要になる。また(1)，(2)に示されるよう
に炉壁から放出される放射エネルギつまり背光雑
音の影響を受け、測定精度の向上に制約がある。

そこで本発明は、レーザを用いて放射率ε
（θ）を測定し、被測温物体から出て温度計に入
る放射エネルギを該物体から放出される放射エネ
ルギのみとし、該温度計の出力を上記ε（θ）で
除して物体温度を求めようとするものである。こ
のようにすると、レーザのエネルギ密度は高いの
で、背光雑音などは無視でき、演算装置の簡略
化、測定精度向上が図れる。以下図面を参照しな
がらこれを更に詳細に説明する。

第２図は本発明の測定原理を示し、第１図と同
じ部分には同じ符号が付してある。両図を対比す
れば明らかなように本発明では黒体炉１４の代り
に水冷遮蔽板１８とレーザ光源２０を用いる。遮
蔽板１８は上記(1)，(2)式の温度T₁，T₂の低温側
のもの例えばT₂の温度を被測定物体温度Ｔに比
べ十分に低くするものである。即ちこれを黒体炉
としてみると温度が低いからその放出エネルギ
Eb（T₂）はEb（Ｔ）に比べ無視することがで
き、またこの遮蔽板１８が有る方向から入射して
ストリツプで鏡面反射し温度計１６へ入る背光雑
音も該板１８で遮蔽されて零と見なせ、こうして
Eb（T₂）≒０となる。レーザ光源２０はストリツ
プ１２の放射率εを測定するものである。即ちレ
ーザ光源２０から放出されるレーザのエネルギを
Ii、放射温度計１６で受光されるレーザエネルギ
（これにはストリツプ表面で鏡面反射したレーザ
の他にストリツプが放出する放射エネルギなども
含まれる）をI₀とすれば、 Io＝Iir（１−Ｐ）＋εEb（Ｔ）＋ηEb（T₃）
……(4) レーザエネルギ密度は加熱物体が放出する放射
エネルギ密度より遥かに高いから(4)式の第２項以
下は無視することができ、結局 Ｉｏ／Ｉｉ＝ｒ（１−Ｐ） ……(5) となる。ここでｒは反射率で、１−εに等しい。

従つて(5)式は ε＝１−１／１−Ｐ・Ｉｏ／Ｉｉ ……(6) と変形でき、ストリツプの放射率εが求まる。次
に遮蔽板１８については次式が成立する。

Ｅ＝εEb（Ｔ）＋ηEb（T₃） ……(7) ここで、水冷遮蔽板により背光雑音は遮蔽される
ので上式右辺第２項は ∴Eb（Ｔ）≒Ｅ／ε ……(7)′ 従つて(6)，(7)′よりストリツプの温度Ｔを求める
ことができる。なのこの測定を行なうに当つては
遮蔽板１８とレーザ光源２０とは図面に垂直な方
向で前後にずらし、温度計１６には走査機構を設
けてレーザ光源側および遮蔽板から交互にエネル
ギビームを取込むようにするか、または遮蔽板１
８を回転セクタとし、レーザビーム通路に周期的
に出入するようにしたりする。また温度計１６に
は放射エネルギおよびレーザに対し共通の検出素
子を置くので、測定対象の放射エネルギとレーザ
光の各波長はほぼ等しいようにしておく。これに
より、放射率εは波長λによつて変るが、この点
の考慮もされることになり、正しい測温結果とす
ることができる。

第３図は処理回路を示す。温度計１６は集光レ
ンズ２２、スキヤナ２４、検出素子２６などを備
え、該スキヤナは遮蔽板１８とレーザ光源２０
（第１図の場合なら２つの黒体炉１４に相当）が
並設される場合それから放射エネルギおよびレー
ザ光を交互に、Si、Geなどからなる検出素子２
６に取込む。前述のようにレーザのエネルギ密度
は極めて高い（黒体放射に比べ２〜３桁高い）の
で、セクタ型の減衰器２８を設け、レーザを受光
する場合は該減衰器で減衰させて検出素子２６に
は該レーザ光および黒体放射光がほぼ等しい強さ
で入入するようにする。３０，３２はスキヤナ２
４、減衰器２８を駆動するモータで、これらは同
期して回転し、上記関係が満足されるようにす
る。３４は該同期化のためのタイミング信号を発
生する信号発生器で、アンドゲート３６，３８へ
も信号を送り、放射エネルギ受光出力Ｅ、レーザ
受光出力Ioをそれぞれの処理回路へ分離して取出
す。レーザ光源２０が出力するレーザエネルギIi
は別途測定し、又は既知ならその値を設定器４０
により出力させ、割算器４２でIo／Iiを求める。
また設定器４４で定数１，１−Ｐを出力させ、割
算器４６、減算器４８で１／１−Ｐ、Ｉｏ／Ｉｉ、１−
１／１−Ｐ、Ｉｏ／Ｉｉ を作れば前記(6)式から明らかなように物体の放射
率εが求まる。また炉壁など背光雑音源の温度
T₃を検出器５０で検出し、それを変換器５２で
Eb（T₃）に変換し、掛算器５４でηを乗じ、割算
器５８でεで割れば前記(7)式の第２項が得られ、
減算器６２で割算器６０の出力Ｅ／εから引けばEb （Ｔ）が得られ、変換器６４で変換して物体温度
Ｔを得る。

以上説明したように本発明ではレーザで放射率
を求め、その放射率を用いて放射測温するので黒
体炉などが不要になり、また測定精度も上る利点
が得られる。またレーザの破長は黒体放射の波長
群から著しくは離れていないので、検出素子に同
じものを利用でき、測定系が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鏡面反射を利用する放射測温の説明
図、第２図は本発明の原理説明図、第３図は信号
処理回路の構成を示すブロツク図である。 図面で１４は黒体炉、１２は被測温物体、１６
は放射温度計、１８は冷却遮蔽板、２０はレーザ
光源である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 黒体炉から被測温物体へ放射エネルギを投射
   し、該物体の表面で鏡面反射した該放射エネルギ
   および該物体それ自身が放出する放射エネルギを
   放射温度計で受けて該物体の放射率と共に温度を
   測定する放射測温方法において、該黒体炉の代り
   に冷却遮蔽板およびレーザ光源を用い、該レーザ
   光源から投射され前記物体表面で鏡面反射して放
   射温度計で受光されるレーザ光により該物体の放
   射率を求め、該冷却遮蔽板で遮蔽され該物体から
   放出されるもののみとなつて放射温度計で受光さ
   れる放射エネルギで該物体の温度を求めることを
   特徴とする放射測温方法。