JPS62153720A - Method and apparatus for measuring temperature using radiometer - Google Patents

Method and apparatus for measuring temperature using radiometer

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JPS62153720A
JPS62153720A JP60292468A JP29246885A JPS62153720A JP S62153720 A JPS62153720 A JP S62153720A JP 60292468 A JP60292468 A JP 60292468A JP 29246885 A JP29246885 A JP 29246885A JP S62153720 A JPS62153720 A JP S62153720A
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JP
Japan
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radiometer
signal
measurement
antenna
temperature
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Application number
JP60292468A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidekazu Makabe
英一 真壁
Naoki Harada
直樹 原田
Kiyotaka Imai
清隆 今井
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To accurately measure temp. without receiving the effect of emissivity, by measuring the output of a radiometer in such a state that the magnitude of an antenna signal is made equal to that of a reference signal. CONSTITUTION:A reference antenna 31 is directed to a reference body 32 with emissivity of 1 and a noise signal Trec is outputted toward a circulator 33 from a signal processing part 36 through a second attenuator 34. The output signal of a radiometer 1 is directly inputted to the signal processing part 36 and further inputted to the signal processing part 36 through a lock-in amplifier 14. This signal processing part 36 controls the second attenuator 34 on the basis of the signal directly inputted from the radiometer 1 and calculates the temp. T0 of an object to be measured 20 on the basis of the signal inputted from the lock-in amplifier 14.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はラジオメータ(放射計)を用いた温度測定方法
および温度測定装置に関するO 〔従来技術〕 物体の温度の測定方法を大別すると接触式と非接触式と
に分けられる。接触式測定方法には熱電対や測温抵抗体
等を用いる方法があり、測定精度は優れているが、連続
温度測定やオンラインでの温度測定には適さないという
問題点がある。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention relates to a temperature measurement method and a temperature measurement device using a radiometer. [Prior Art] Methods for measuring the temperature of an object can be roughly divided into contact It is divided into type and non-contact type. Contact measurement methods include methods that use thermocouples, resistance temperature detectors, etc., and although they have excellent measurement accuracy, they have the problem that they are not suitable for continuous temperature measurement or online temperature measurement.

一方、非接触式測定方法にはラジオメータを用いる方法
が広く知られており、走行中の鋼板の温度測定を行うよ
うなオンラインでの温度測定には適しているが、測定対
象の放射率が変動したりあるいは未知である場合には正
確な測定結果が得らnないという問題点がある。
On the other hand, a method using a radiometer is widely known as a non-contact measurement method, and is suitable for online temperature measurement such as measuring the temperature of a moving steel plate. There is a problem in that accurate measurement results cannot be obtained if the value fluctuates or is unknown.

例えば、第4図に示す従来装置について説明する。For example, the conventional device shown in FIG. 4 will be explained.

第4図において、ラジオメータ(1)はいわゆるデイ:
ンキ型と呼ばnるラジオメータであり。
In Figure 4, the radiometer (1) is a so-called day:
It is a radiometer called a type N.

その内部には入力側から出力側に向って、第1のRFア
ンプ(2)、フィルタ(3)、第2のRFアンプ(4)
、2乗検波器(5)、およびビデオアンプ(6)が順次
直列に接続されている。
Inside, from the input side to the output side, there are a first RF amplifier (2), a filter (3), and a second RF amplifier (4).
, a square law detector (5), and a video amplifier (6) are sequentially connected in series.

前記ラジオメータ(1)の入力端は切換スイッチαOの
出力端子(tOC)に接続されている。切換スイッチα
qの第1の入力端子(IOA)は測定アンテナuiこ接
続され、第2の入力端子(l0B)は基準雑音源(2)
に接続されており、第1および第2の入力端子(IOA
)および(IOB)間の切換動作がクロックパルス発生
器(至)の発するクロックパルスを基にして行なわれる
ようになっている1また。このクロックパルス発生器(
6)はロックインアンプα徨にも同一のクロックパルス
を与えており、ロックインアンプα喧にはラジオメータ
(1)からの出力信号が入力されるようになっている。
The input terminal of the radiometer (1) is connected to the output terminal (tOC) of the changeover switch αO. Changeover switch α
The first input terminal (IOA) of q is connected to the measurement antenna ui, and the second input terminal (l0B) is connected to the reference noise source (2).
is connected to the first and second input terminals (IOA
) and (IOB) are performed based on clock pulses generated by a clock pulse generator (to). This clock pulse generator (
6) applies the same clock pulse to the lock-in amplifier α, and the output signal from the radiometer (1) is input to the lock-in amplifier α.

次に、前記測定アンテナαMが測定対象翰に向けらち、
この測定対象翰の温度がTo、放射率がCである場合に
ついての前記従来装置の温度測定方法について説明する
Next, the measurement antenna αM is directed toward the measurement target,
The temperature measuring method of the conventional apparatus will be described in the case where the temperature of the measuring object is To and the emissivity is C.

測定対象(1)の発する単位波長当りの放射エネルギー
をEλとすると、マイクロ波域においてはレイリー・ジ
ーンズの式より。
If the radiant energy per unit wavelength emitted by the measurement object (1) is Eλ, then in the microwave region, from the Rayleigh-Jeans equation.

Eλ=にλ・8To(Kλは定数) で表わさnる関係が成立し、測定アンテナ善のアンテナ
温度−(放射測温でいう輝度温度)%別言すればアンテ
ナ信号をTAとするお。
The relationship n expressed by Eλ=λ·8To (Kλ is a constant) holds true, and the antenna temperature of the measuring antenna - (brightness temperature in radiation temperature measurement)% In other words, when the antenna signal is TA.

TA=tT。TA=tT.

で表わされる関係が成立する。The relationship expressed by is established.

前記基準雑音源(2)から得らnる基準雑音源、 度、
別言すれば基準信号を’rsとすると、切換スイッチα
0をクロックパルス発生器α■で駆動することにより、
前記アンテナ信号TAと基進信号Tsとが交互にラジオ
メータ(1)に入力されることとなる。こnらの入力信
号は第1.第2のRFアンプ(2+ (4)により高周
波増幅された後、2乗検波器(5)により検波され、ビ
デオアンプ(6)により低周波増幅されて出力される。
n reference noise source obtained from the reference noise source (2),
In other words, if the reference signal is 'rs, selector switch α
By driving 0 with the clock pulse generator α■,
The antenna signal TA and the base signal Ts are alternately input to the radiometer (1). These input signals are the first. After high frequency amplification by the second RF amplifier (2+ (4)), detection by a square law detector (5), low frequency amplification by a video amplifier (6), and output.

アンテナ信号TAと基準信号Ts (!:の間に差があ
るときには、クロックパルスの周波数成分がビデオアン
プ(6)の出力に現われるので、こnを前記ロックイン
アンプで同期検波すると、アンテナ信号TAと基準信号
1との差に比例した出力Vが得られることとなる。した
がって・V = G (TA −Ts + Tot )
が成立する。ただし、Gはラジオメータ(1)の利得、
 TOIは測定系の内部雑音及び出力オフセット景の和
に対する等価雑音信号(温度)を表わしている。
When there is a difference between the antenna signal TA and the reference signal Ts (!:), the frequency component of the clock pulse appears at the output of the video amplifier (6), so when this n is synchronously detected by the lock-in amplifier, the antenna signal TA An output V is obtained that is proportional to the difference between
holds true. However, G is the gain of the radiometer (1),
TOI represents the equivalent noise signal (temperature) for the sum of the internal noise of the measurement system and the output offset.

ここにおいて、前記利得G、基準信号Ts。Here, the gain G and the reference signal Ts.

および等価雑音信号T01が一定であれば、上式%式%
) で表わされる関係に簡略化さn、出力Vからアンテナ信
号TAが求まる。
And if the equivalent noise signal T01 is constant, the above formula % formula %
) The antenna signal TA is found from the output V.

しかしながら、前出のTA=aToなる関係から明らか
なように、放射率2が既知でなけnば測定対象(1)の
温度Toを求めることはできない。したがって、このよ
うな従来[1を用いる場合には、放射重置が変動したり
、未知であるききには正確な温度測定ができなかった。
However, as is clear from the above-mentioned relationship TA=aTo, unless the emissivity 2 is known, the temperature To of the measurement object (1) cannot be determined. Therefore, when using such a conventional method [1], accurate temperature measurement could not be performed when the radiation superposition varied or was unknown.

そこで、測定対象の放射率の変動等にかかわらず正確な
測定結果を得るための測定方法として、測定対象に対向
してキャビティを設け、このキャビティ上部の回転セレ
クタによりキャビティの開口部を変化させて測定対象の
放射率と温度とを同時に測定する方法がある。しかしな
がら、放射率を求めるために前述した複雑な構成の装置
を測定対象の周辺に設定しなければならないものであり
、また。
Therefore, as a measurement method to obtain accurate measurement results regardless of fluctuations in the emissivity of the measurement target, a cavity is provided facing the measurement target, and the opening of the cavity is changed using a rotary selector on the top of the cavity. There is a method of simultaneously measuring the emissivity and temperature of a measurement target. However, in order to determine the emissivity, it is necessary to set up the above-mentioned complicated device around the measurement object.

前記装置の内面側の反射率を高めなけnば十分な精度の
測定が出来ないものであり、容易に採用できなかった。
Unless the reflectance of the inner surface of the device is increased, measurement cannot be performed with sufficient accuracy, and this method could not be easily adopted.

また、放射率の変動等にかかわらず正確な測定結果を得
るための他の方法として、比較熱板を利用するとともに
測定対象の放射率と反射率との和が1になるというキル
ヒホッフの法則を用いた信号処理を行うという方法もあ
るが、前記比較熱板の温度制御自体が困難であるため未
だ実用化には至っていない。
In addition, as another method to obtain accurate measurement results regardless of fluctuations in emissivity, we use a comparative hot plate and Kirchhoff's law, which states that the sum of the emissivity and reflectance of the measurement object is 1. There is also a method of performing signal processing using the same method, but it has not yet been put to practical use because controlling the temperature of the comparative hot plate itself is difficult.

なお、測定対象周囲の粉塵やガス、水蒸気等の影響を受
けにくい測定方法としてはマイクロ波領域でラジオメー
タを利用する方法がすでに知られている。
Note that a method using a radiometer in the microwave region is already known as a measurement method that is less susceptible to the effects of dust, gas, water vapor, etc. around the measurement object.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、放射率
の影響を受けることなく正確な温度測定を行うことので
きる非接触式の温度測定方法および測定装置を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a non-contact temperature measuring method and a measuring device that can accurately measure temperature without being affected by emissivity. .

上記目的を達成するため、本発明による温度測定方法は
、測定対象に向けた測定アンテナからのアンテナ信号と
反射率が1の参照体に向けた参照アンテナからの参照信
号とを交互にラジオメータに入力させながら、前記ラジ
オメータと前記参照体との間の減衰率を所定の値に設定
するとともに前記ラジオメータ側から前記両アンテナ側
に向う雑音信号を調整するこおにより前記アンテナ信号
と前記参照信号とを等しい大きさとした状態で前記ラジ
オメータの出力を測定して前記測定対象の温度を求める
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the temperature measurement method according to the present invention alternately transmits an antenna signal from a measurement antenna directed to a measurement object and a reference signal from a reference antenna directed to a reference body with a reflectance of 1 to a radiometer. While inputting the signal, the attenuation rate between the radiometer and the reference body is set to a predetermined value, and the noise signal flowing from the radiometer side to the both antenna sides is adjusted. The method is characterized in that the temperature of the object to be measured is determined by measuring the output of the radiometer while making the signals equal in magnitude.

また1本発明による温度測定装置は、測定対象に向けた
測定アンテナと、反射率が1の参照体に向けた参照アン
テナと、第1入力端子が前記測定アンテナに接続され第
2入力端子が前記参照アンテナに接続され出力端子がラ
ジオメータの入力側に接続された切換スイッチと、前記
ラジオメータの出力側に接続されたロックインアンプと
、このロックインアンプと前記切換スイッチとにクロッ
クパルスを与えるクロックパルス発生器と、前記切換ス
イッチの出力端子に雑音信号を与える雑音信号源と、こ
の雑音信号源から前記出力端子への雑音信号の伝達と前
記出力端子から前記ラジオメータへの入力信号の伝達と
を周期的に行なわせるサーキユレータき、前記参照アン
テナと前記第2入力端子との間に介挿され且その減衰率
を次乗した値が前記雑音信号の前記測定対象による反射
の際の減衰の逆数に等しい値となる第1の減衰器と、前
記切換スイッチの接続状態に拘らず前記出力端子から前
記ラジオメータへの入力信号を一定の値とするよう前記
サーキユレータと前記雑音源との間に介挿された第2の
減衰器と、この第2の減衰器の減衰率を制御するととも
に前記ロックインアンプの出力から前記測定対象の温度
を算出する信号処理部とを設けたことを特徴とする。
In addition, the temperature measuring device according to the present invention includes a measurement antenna directed toward a measurement object, a reference antenna directed toward a reference object having a reflectance of 1, a first input terminal connected to the measurement antenna, and a second input terminal connected to the measurement antenna. A changeover switch connected to a reference antenna and having an output terminal connected to the input side of the radiometer, a lock-in amplifier connected to the output side of the radiometer, and applying a clock pulse to the lock-in amplifier and the changeover switch. a clock pulse generator, a noise signal source that provides a noise signal to the output terminal of the changeover switch, transmission of the noise signal from the noise signal source to the output terminal, and transmission of the input signal from the output terminal to the radiometer. A circulator is inserted between the reference antenna and the second input terminal, and the value obtained by raising the attenuation rate to the next power is the attenuation of the noise signal when reflected by the measurement object. a first attenuator whose value is equal to the reciprocal; and a first attenuator between the circulator and the noise source so that the input signal from the output terminal to the radiometer is a constant value regardless of the connection state of the changeover switch. A second attenuator inserted therein, and a signal processing section that controls the attenuation rate of the second attenuator and calculates the temperature of the measurement target from the output of the lock-in amplifier. do.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1図に本発明による温度測定装置の一実施例を示す。FIG. 1 shows an embodiment of a temperature measuring device according to the present invention.

図中、ラジオメータ(1)、切換スイッチα0.クロッ
クパルス発生器α3、ロックインアンプα脣、および測
定アンテナC1])については前記従来装置(第4図参
照)の場合と同様に構成されたものでよい。切換スイッ
チ(10の第1の入力端子(IOA)は測定アンテナa
Uこ接続され、測定アンテナαηは温度T9、反射率ε
の測定対象(イ)に向けられているが、第2の入力端子
(IOB)は第1の減衰器■を介して参照アンテナ(3
1)に接続されている。
In the figure, a radiometer (1), a changeover switch α0. The clock pulse generator α3, the lock-in amplifier α, and the measurement antenna C1] may be constructed in the same manner as in the conventional device (see FIG. 4). The first input terminal (IOA) of the selector switch (10) is the measurement antenna a.
The measurement antenna αη has a temperature T9 and a reflectance ε
The second input terminal (IOB) is directed to the reference antenna (3) through the first attenuator (2).
1).

前記参照アンテナ(31)は反射率1の参照体(32)
に向けられている。また、前記第1の減衰器(1)は反
射拡がりによる減衰と同様の効果を与えるものであり、
その減衰率をり、:!:L。
The reference antenna (31) is a reference body (32) with a reflectance of 1.
is directed towards. Further, the first attenuator (1) provides the same effect as attenuation due to reflection spread,
The decay rate is:! :L.

前記測定対象−の表面における反射の際の球面波状の拡
がりによる減衰をATオしたとき。
When attenuation due to spherical wave-like expansion upon reflection on the surface of the measurement object is AT o.

1/L” = AT・・・・・・・・・・・・・・・・
・・ (1)の関係を有するようになっている。
1/L” = AT・・・・・・・・・・・・・・・
...The relationship shown in (1) is established.

切換スイッチ四の入力端子(10c)とラジオメータ(
1)との間にはサーキユレータ(33)が介挿さn、こ
のサーキユレータ(33)には第2の減衰器(34)を
介して例えば放電管雑音源等の雑音信号源(35)に接
続されている。前記雑音信号源(35)からは前記第2
の減衰器(34)を介して前記サーキユレータ(33)
に向けて雑音信号’I’recが出力されている。サー
キユレータ(33)は、この雑音信号Treeの切換ス
イッチαqへの入力と切換スイッチαqからラジオメー
タ(1)への信号伝達とを交互に周期的に行なわせるも
のである。
Connect the input terminal of selector switch 4 (10c) and the radiometer (
A circulator (33) is inserted between the circulator (33) and the circulator (33), which is connected to a noise signal source (35) such as a discharge tube noise source via a second attenuator (34). ing. The noise signal source (35) outputs the second signal from the noise signal source (35).
the circulator (33) via the attenuator (34) of
A noise signal 'I'rec is output towards. The circulator (33) alternately and periodically inputs the noise signal Tree to the changeover switch αq and transmits the signal from the changeover switch αq to the radiometer (1).

なお、前記雑音信号T’recは、厳密にはこの雑音信
号Treeの伝送路出射からの放射についても考慮され
なけnばならず、その場合は雑音信号T’recはむし
ろ出力端子(IOA)での値である。また、第2の減衰
器(34)は可変減衰器であり、その減衰率を制御する
こおにより前記雑音信号Treeを贋整できるようにな
っている。
Strictly speaking, the noise signal T'rec must also take into account the radiation from the transmission path output of this noise signal Tree, and in that case, the noise signal T'rec is rather output from the output terminal (IOA). is the value of Further, the second attenuator (34) is a variable attenuator, and by controlling its attenuation rate, the noise signal Tree can be tampered with.

前記ラジオメータ(1)の出刃信号は信号処理部(36
)に直接入力されるとともに、ロックインアンプα4を
介して信号処理部(36)に入力されるようにもなって
いる。
The blade signal of the radiometer (1) is processed by a signal processing section (36).
), and is also input to the signal processing section (36) via the lock-in amplifier α4.

この信号処理部(36)は、ラジオメータ(1)から直
接入力される信号に基づいて前記第2の減衰器(34)
を制御し、また、ロックインアンプ(14から入力さn
る信号に基づいて測定対象(1)の温度Toを算出する
ものである。
This signal processing section (36) controls the second attenuator (34) based on the signal directly input from the radiometer (1).
It also controls the input from the lock-in amplifier (14).
The temperature To of the measurement object (1) is calculated based on the signal.

次に、本実施例の温度測定方法につき説明する。Next, the temperature measuring method of this embodiment will be explained.

いま、切換スイッチαQの第1の入力端子(IOA)と
出力端子(10c)との間が閉成されているとする。こ
のとき、測定対象−の反射率をγとし、雰囲気温度をT
Rとすると、測定アンテナa〃は測定対象−自体の放射
による信号(温度)εT。
Assume that the connection between the first input terminal (IOA) and the output terminal (10c) of the changeover switch αQ is now closed. At this time, the reflectance of the measurement target is γ, and the ambient temperature is T.
R, the measurement antenna a〃 is a signal (temperature) εT due to the radiation of the measurement object itself.

と、測定アンテナ(1υ側から放射された前記雑音信号
Treeの測定対象−の表面による反射信号γATTr
eeと、前記表面によって雰囲気温度TRが反射された
信号γ(1−AT) TRとを受けることとなる。した
がって、アンテナavの受ける雑音信号(温度)を特徴
とする特許 TAI = gT6+γAtTrec + r (1−
AT) TR−(2Jが成立する。
and the reflected signal γATTr by the surface of the measurement antenna (the measurement target of the noise signal Tree radiated from the 1υ side).
ee and a signal γ(1-AT) TR which is the ambient temperature TR reflected by the surface. Therefore, the patent TAI = gT6 + γAtTrec + r (1-
AT) TR-(2J is established.

また、第1の入力端子(IOA)に測定アンテナC1υ
側から入力する測定信号をTi1とすると。
Also, the measurement antenna C1υ is connected to the first input terminal (IOA).
Let Ti1 be the measurement signal input from the side.

測定アンテナαυと入力端子(10,)との間で減衰は
無いため、 Til = TA、・・・・・・・・・・・・・・(3
)が成立する。
Since there is no attenuation between the measurement antenna αυ and the input terminal (10,), Til = TA, (3
) holds true.

今度は切換スイッチαqが切換って、第2の入力端子(
IOB)(!:出力端子(10c)との間が閉成されて
いるとする。このとき、参照アンテナ(31)の受ける
雑音信号をTA、とすると、参照体(32)は反射率1
、別言すれば放射率が零であるため、参照体(32)自
体からの放射信号は考慮する必要がなく、 TAX =Tree/L + (1−1/L ) Ty
t−−(4)が成立する。式(4)において、右辺第1
項は前記雑音信号T’recの寄与を表わし、右辺第2
項は減衰器−の寄与を表わしている。
This time, the selector switch αq switches and the second input terminal (
IOB) (!: Assume that the output terminal (10c) is closed. At this time, if the noise signal received by the reference antenna (31) is TA, the reference body (32) has a reflectance of 1.
In other words, since the emissivity is zero, there is no need to consider the radiation signal from the reference body (32) itself, and TAX = Tree/L + (1-1/L) Ty
t--(4) holds true. In equation (4), the first right-hand side
The term represents the contribution of the noise signal T'rec, and the second term on the right side
The term represents the contribution of the attenuator.

このとき、第2の入力端子(IOB)に入力される参照
信号をThとすると。
At this time, let Th be the reference signal input to the second input terminal (IOB).

Ti*=TA2/L+(11/L)TR・・・・・・・
・・・・・・・・(5)が成立する。式(5)において
、右辺第1項が前記参照アンテナ(31)の受ける信号
TA2の寄与を表わし、右辺第2項が減衰器−の寄与を
表わしている。
Ti*=TA2/L+(11/L)TR・・・・・・・
...(5) holds true. In equation (5), the first term on the right side represents the contribution of the signal TA2 received by the reference antenna (31), and the second term on the right side represents the contribution of the attenuator.

前出の式(4)および式(5)からTA2 f消去する
と、 Ti2 = Trec /L” +(1−1/L2) 
TR=−=−= (6)が求まる。ここでLは第1の減
衰器(30)の減衰率であるが、この減衰率りと測定対
象(1)の表面反射の減衰ATとの間には前出の式(1
)の関係(1/L”=AT)があるため、この式(Hの
関係を用いると1式(6)から。
When TA2 f is eliminated from the above equations (4) and (5), Ti2 = Trec /L” + (1-1/L2)
TR=-=-= (6) is found. Here, L is the attenuation rate of the first attenuator (30), and there is a difference between this attenuation rate and the attenuation AT of the surface reflection of the measurement object (1) as shown in the equation (1
) Since there is a relationship (1/L”=AT), using this formula (H relationship), from formula 1 (6).

Ti!== AT Tree + (1−AT ) T
R−−(7)が求まる。
Ti! == AT Tree + (1-AT) T
R--(7) is found.

次に、第2の減衰器(34)を制御して前記雑音信号を
調整することによりTi+=Ti2なる関係が成立する
ようにする。
Next, the second attenuator (34) is controlled to adjust the noise signal so that the relationship Ti+=Ti2 is established.

即ち1式(2)と式(3)から。That is, from equation 1 (2) and equation (3).

Ti1=g’ro+γAT Tree 十r (1−A
T ) TR−(a)が求まるので、この式(8)と前
出の式(7)の右辺同士を等しいとすると。
Ti1=g'ro+γAT Tree 10r (1-A
Since T ) TR-(a) can be found, let us assume that the right sides of this equation (8) and the above equation (7) are equal.

t To−4−I Ay Tree+γ(I  AT)
TR=A+Trec+(I AT)TRが求まる。こn
を整理すれば。
t To-4-I Ay Tree+γ(I AT)
TR=A+Trec+(IAT)TR is found. This
If you organize it.

(1−γ)AtTrec == a To  (1−γ
) (I AT)TR・(9)が求まる。ところが、1
−γ=Cの関係があるため、これを用いると式(9ンは
次のようになる。
(1-γ) AtTrec == a To (1-γ
) (I AT)TR・(9) is found. However, 1
Since there is a relationship of −γ=C, using this, equation (9) becomes as follows.

a ArTrec= aTo −t (1−AT)TR
・=・(10)この弐〇〇の両辺を放射率εで割れば。
a ArTrec= aTo -t (1-AT)TR
・=・(10) Divide both sides of this 2〇〇 by the emissivity ε.

ATTree = To−(1−AT) TRとなるよ
うに雑音信号Treeを調整することにより。
By adjusting the noise signal Tree so that ATTree = To-(1-AT) TR.

’rt、:T’t2 なる関係が成立する。このときの’roを求めるには式
Q時を式(2)に代入すればよく、その結果。
'rt,:T't2 holds true. To find 'ro at this time, just substitute the equation Q time into equation (2), and the result is:

次式が成立する。The following formula holds true.

TiI== Ti2 = T(、・・・・・・・・・・
・・・・・・・・(12)従って、ラジオメータ(1)
に入力されるサーキユレータ(33)側からの信号は、
測定対象(イ)の放射率εの値にかかわらず、測定対象
(1)の温度Toと常に等しいこととなる。このとき。
TiI== Ti2=T(,・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・(12) Therefore, radiometer (1)
The signal from the circulator (33) side that is input to the
Regardless of the value of the emissivity ε of the measurement object (A), it is always equal to the temperature To of the measurement object (1). At this time.

ラジオメータ(1)の出力として前記放射重重に影響さ
れない値(aTo+b)が得られ、こ几より信号処理部
(36)の演算処理によって求める温度’roが算出さ
れる。
A value (aTo+b) which is not affected by the radiation weight is obtained as the output of the radiometer (1), and from this value, the temperature 'ro is calculated by the arithmetic processing of the signal processing section (36).

このような本実施例によれば、測定対象翰の放射率eが
変動したり、未知であったりする場合にも正確な温度測
定ができるという効果がある。
According to this embodiment, the temperature can be accurately measured even when the emissivity e of the wire to be measured varies or is unknown.

また、ラジオメータ(1)きしてマイクロ波域を用いる
ものを採用することにより、粉塵やガス、水蒸気等の存
在の影響を受けに<<。
In addition, by adopting a radiometer (1) that uses microwaves, it is less affected by the presence of dust, gas, water vapor, etc.

測定温度範囲(室温以上)が広いという効果がある。This has the effect of widening the measurement temperature range (room temperature or higher).

従って、測定対象の放射率の変動や、測定環境における
粉塵、ガス、水蒸気等の存在により従来は困難を極めて
いた鉄鋼プロセスにおける溶鋼温度の正確な測定、低温
物件の正確な温度測定が可能となり、さらには、熱電対
が使用できなかった腐食性液体の温度測定についても正
確な測定ができるという効果がある。
Therefore, it is now possible to accurately measure the temperature of molten steel in the steel process and accurately measure the temperature of low-temperature objects, which was previously extremely difficult due to fluctuations in the emissivity of the measurement target and the presence of dust, gas, water vapor, etc. in the measurement environment. Furthermore, it has the effect of allowing accurate temperature measurement of corrosive liquids for which thermocouples cannot be used.

また、応答時間を0.2〜0.3秒以内に確保すること
ができ、実ラインでも支障なく採用できるという効果が
ある。
Further, the response time can be secured within 0.2 to 0.3 seconds, and there is an effect that it can be adopted in an actual production line without any problem.

第2図に本実施例の効果を従来方法と比較して示す。従
来方法ではεT0のみを測定しているので、放射率εの
異なる水と食塩水とでは測定結果に相違が生じている。
FIG. 2 shows the effects of this embodiment in comparison with the conventional method. Since the conventional method measures only εT0, the measurement results differ between water and saline, which have different emissivities ε.

一方1本実施例の場合は、放射率6とは無関係に温度−
ラジオメータ出力の根止曲線が一意的lこ決まることが
わかる。
On the other hand, in the case of this embodiment, the temperature -
It can be seen that the termination curve of the radiometer output is uniquely determined.

なお、マイクロ波域においてラジオメータを用い、ε+
γ=1なる関係を利用した温度測定方法として、特開昭
51−113381号に示される方法があるが、この従
来方法はアンテナと測定対象とが接触し又はアンテナの
対象を臨む立体角が4πの場合の測定方法であり、゛別
型すれば、測定対象表面の反射拡がりによる減衰ATを
考慮しておらず、本実施例とは異なるものである。
In addition, using a radiometer in the microwave region, ε+
As a temperature measurement method using the relationship γ = 1, there is a method shown in Japanese Patent Application Laid-open No. 113381/1983, but this conventional method requires that the antenna and the object to be measured are in contact or that the solid angle of the antenna facing the object is 4π. This measurement method is different from the present embodiment because it does not take into account the attenuation AT due to the spread of reflection on the surface of the object to be measured.

第3図に前記以外の実施例を示す。この実施例では、測
定対象−と測定アンテナαυとの距離を測定する距離セ
ンサ(40)が備えられるとともに、第1の減衰器(4
1)は可変減衰器とされている。
FIG. 3 shows an embodiment other than the above. In this embodiment, a distance sensor (40) is provided to measure the distance between the measurement target and the measurement antenna αυ, and a first attenuator (40) is provided.
1) is a variable attenuator.

この第3図に示す実施例では、測定対象善の表面反射に
伴う反射拡がりによる減衰ATが測定アンテナα〃と測
定対象(1)との距離に依存することに着目し、前記距
離が変動する場合にも、距離センサ(40)による距離
測定信号を信号処理部(36)に入力させてこの信号処
理部(36)で第1の減衰器(41)を制御することと
し、これにより、距離変動による測定精度への影響をも
解決したものである・ また、雰囲気温度が大きく変動する場合には、温度TB
1 + TBlの2つの基準雑音源(放射率1)を測定
アンテナαυで測定し、そのときのラジオメータ(1)
の出力信号Vs t ”z f求め。
In the embodiment shown in FIG. 3, attention is paid to the fact that the attenuation AT due to reflection spreading due to surface reflection of the measurement object depends on the distance between the measurement antenna α and the measurement object (1), and the distance is varied. In this case, the distance measurement signal from the distance sensor (40) is input to the signal processing unit (36), and the signal processing unit (36) controls the first attenuator (41), thereby controlling the distance. This also solves the influence of fluctuations on measurement accuracy.In addition, when the ambient temperature fluctuates significantly, the temperature TB
Two reference noise sources (emissivity 1) of 1 + TBl are measured with the measurement antenna αυ, and the radiometer (1) at that time is
Determine the output signal Vs t "z f.

Vl = a TBl +b V2 = a TBl + b なる前出の従来技術の説明の際にも示した関係を用いて
a、bを求めて校正してもよい。
Calibration may be performed by determining a and b using the relationships shown in the explanation of the prior art described above, such as Vl = a TBl + b V2 = a TBl + b.

たたし、このような校正の手間を省くために、アンテナ
(11) (31)を除いた構成全体を恒温槽に入nで
一定温度に保つこととしてもよい。
However, in order to save the trouble of such calibration, the entire structure except for the antennas (11) and (31) may be kept at a constant temperature in a constant temperature bath.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上述のように本発明によれは、測定対象の放射率の影響
を受けることなく正確な温度測定を行うこおのできる非
接触式の温度測定装置および温度測定装置を提供できる
As described above, the present invention can provide a non-contact temperature measuring device and a temperature measuring device that can accurately measure temperature without being affected by the emissivity of the object to be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による温度(til+定装置の一実施例
を示すブロック図%第2図は前記実施例の効果を従来例
と比較して示すグラフ図、第3図は前記以外の実施例を
示すブロック図、第4図は従来例を示すブロック図であ
る。 (1)・・・ラジオメータ、(1q・・・切換スイッチ
、αや・・・測定アンテナ、αJ・・・クロックパルス
発生器、α◆・・・ロックインアンプ、翰・・・測定対
象、(η(41)・・・第1の減衰器、(31)・・・
参照アンテナ、(32)・・・参照体、 (33)・・
・サーキユレータ、 (a4)・・・第2の減衰器、(
35)・・・雑音信号源、(36)・・・信号処理部。 特許出願人  日本鋼管株式会社 発  明  者   真   壁   英   −同 
         原    1)   直   樹間
         今   井   清   隆代理人
弁理士   吉   原   省   玉量   同 
     高   橋        清第  1  
 図 (ε、TO) 第  2  図 殖友 第  3  図 (ε、To) 、20 手続補正書(自発) 昭和/)718072日
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the temperature (til + constant) device according to the present invention. FIG. Fig. 4 is a block diagram showing a conventional example. (1)... Radiometer, (1q... Changeover switch, α and... Measuring antenna, αJ... Clock pulse generation device, α◆...lock-in amplifier, wire...measurement object, (η(41)...first attenuator, (31)...
Reference antenna, (32)...Reference body, (33)...
・Circulator, (a4)...Second attenuator, (
35)... Noise signal source, (36)... Signal processing section. Patent applicant: Nippon Kokan Co., Ltd. Inventor: Hide Makabe
Hara 1) Kiyoma Nao, Kiyotaka Imai, Patent Attorney, Masaru Yoshihara, Attorney at Law.
Kiyodai Takahashi 1
Figure (ε, TO) 2nd figure 3rd figure (ε, To), 20 Procedural amendment (voluntary) Showa/) 718072 days

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)測定対象に向けた測定アンテナからのアンテナ信
号と反射率が1の参照体に向 けた参照アンテナからの参照信号とを交 互にラジオメータに入力させながら、前 記ラジオメータと前記参照体との間の減 衰率を所定の値に設定するとともに前記 ラジオメータ側から前記両アンテナ側に 向う雑音信号を調整することにより前記 アンテナ信号と前記参照信号とを等しい 大きさとした状態で前記ラジオメータの 出力を測定して前記測定対象の温度を求 めることを特徴とするラジオメータを用 いた温度測定方法。
(1) While alternately inputting an antenna signal from a measurement antenna directed toward the measurement target and a reference signal from a reference antenna directed toward a reference object with a reflectance of 1 to the radiometer, The antenna signal and the reference signal are made equal in magnitude by setting the attenuation rate between them to a predetermined value and adjusting the noise signal going from the radiometer side to the both antenna sides. A method for measuring temperature using a radiometer, characterized in that the temperature of the object to be measured is determined by measuring the output.
(2)特許請求の範囲第1項において、前記測定対象と
前記測定アンテナとの距離が 変動するときには、前記測定対象と前記 測定アンテナとの間の前記減衰率を調整 して前記両信号の大きさを等しくした状 態を維持させることを特徴とするラジオ メータを用いた温度測定方法。
(2) In claim 1, when the distance between the measurement object and the measurement antenna changes, the attenuation rate between the measurement object and the measurement antenna is adjusted to increase the magnitude of both signals. A method for measuring temperature using a radiometer, which is characterized in that the temperature is maintained in an equal state.
(3)測定対象に向けた測定アンテナと、反射率が1の
参照体に向けた参照アンテナ と、第1入力端子が前記測定アンテナに 接続され第2入力端子が前記参照アンテ ナに接続され出力端子がラジオメータの 入力側に接続された切換スイッチと、前 記ラジオメータの出力側に接続されたロ ックインアンプと、このロックインアン プと前記切換スイッチとにクロックパル スを与えるクロックパルス発生器と、前 記切換スイッチの出力端子に雑音信号を 与える雑音信号源と、この雑音信号源か ら前記出力端子への雑音信号の伝達と前 記出力端子から前記ラジオメータへの入 力信号の伝達とを周期的に行なわせるサ ーキユレータと、前記参照アンテナと前 記切換スイッチの第2入力端子との間に 介挿され且その減衰率を2乗した値が前 記雑音信号の前記測定対象による反射の 際の減衰の逆数に等しい値となる第1の  減衰器と、前記切換スイッチの接続状態 に拘らず前記出力端子から前記ラジオメ ータへの入力信号を一定の値とするよう 前記サーキユレータと前記雑音源との間 に介挿された第2の減衰器と、この第2 の減衰器の減衰率を制御するとともに前 記ロックインアンプの出力から前記測定 対象の温度を算出する信号処理部とを有 することを特徴とするラジオメータを用 いた温度測定装置。
(3) A measurement antenna directed toward the measurement object, a reference antenna directed toward a reference body with a reflectance of 1, and an output terminal whose first input terminal is connected to the measurement antenna and whose second input terminal is connected to the reference antenna. a changeover switch connected to the input side of the radiometer; a lock-in amplifier connected to the output side of the radiometer; a clock pulse generator that provides clock pulses to the lock-in amplifier and the changeover switch; A noise signal source that applies a noise signal to the output terminal of the changeover switch, and transmission of the noise signal from the noise signal source to the output terminal and transmission of the input signal from the output terminal to the radiometer are performed periodically. A circulator is inserted between the reference antenna and the second input terminal of the changeover switch, and the square of the attenuation rate is equal to the reciprocal of the attenuation when the noise signal is reflected by the measurement object. and a first attenuator inserted between the circulator and the noise source so that the input signal from the output terminal to the radiometer is a constant value regardless of the connection state of the changeover switch. A radiometer characterized in that it has a second attenuator and a signal processing section that controls the attenuation rate of the second attenuator and calculates the temperature of the measurement target from the output of the lock-in amplifier. Temperature measuring device.
(4)特許請求の範囲第3項において、前記測定対象と
前記測定アンテナとの距離を 測定する距離センサが備えられ、この距 離センサで得られた信号に基づいて前記 第1の減衰器が制御されて前記測定対象 における反射拡がりによる減衰量の変動 の影響が除去されるよう構成されている ことを特徴とするラジオメータを用いた 温度測定装置。
(4) In claim 3, a distance sensor for measuring the distance between the measurement target and the measurement antenna is provided, and the first attenuator is controlled based on the signal obtained by the distance sensor. 1. A temperature measuring device using a radiometer, characterized in that the temperature measuring device is configured such that the influence of variation in attenuation amount due to reflection spread in the measuring object is removed.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102680803A (en) * 2012-05-04 2012-09-19 华中科技大学 Real-time monitoring microwave dicke radiometer based on reference load temperature
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