JPH01174921A - 温度測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は火炎温度監視装置に係り、低温から高温に亙る
高精度の火炎温度分布の計測に好適な火炎温度監視装置
に関する。

〔従来の技術〕

従来、火炎温度の計測方法として火炎からの放射光を基
に温度を推定する放射温度計があり、その代表として１
波長の光スペクトルを用いる単波長放射温度計と２波長
の光スペクトルを用いる２色温度計があげられる。前者
の単波長放射温度計は計測波長が一つでよいことから装
置構成を筐素化することができるが、原理的に火炎から
の光の放射率が既知である必要がある。

一方、後者の２色温度計は二つの波長を計測するため装
置が前者に比べて複雑化するが、両波長の放射率が等し
いという仮定を置き放射率を計測上用いない方式である
ため、放射率が既知である必要はない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術において、単波長温度計では、火炎の温度
によって一般に放射率が変化するため、広範囲の温度を
精度よく計測するためには放射率の温度による変化を考
慮する必要がある。しかし従来はこの配慮がなされてお
らず、温度が大きく変っても放射率を一定とみなしてい
るため、許容温度範囲を超えると放射率の変化による誤
差が大きくなるという欠点があった。

また、２色温度計では、２波長における放射率に差が生
ずると計測温度に誤差が生ずるためこれを補正する必要
がある。しかし従来はこの配慮がなされておらず、放射
率に差が生じても両者が等しいと仮定するため誤差が生
ずるという欠点があった。

本発明の目的は、放射率を適切に補正することにより、
高精度の温度測定を実現する温度測定装置を提供するこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は測定対象の放射光を導く案内部と；該案内
部よりの放射光を集光する光学レンズと、該光学レンズ
を通過した前記放射光を三つに分光する分光器と、該分
光器によって分光された各分光スペクトルを第１波長λ
ｌ、第２波長入λ２、第３波長λ３の単光色にろ波する
単色光学フィルタと、該単色光のそれぞれの輝度を映像
信号に変換する光電変換器とからなる映像装置と；該映
像信号をデジタル画像データに変換するアナログ・デジ
タル変換器と；該デジタル画像データを記憶するデジタ
ル画像記憶装置と；該デジタル画像記憶装置の記憶する
前記三つのろ波された単光色のデータを互いに異なる二
つずつに組合せて第１グループと第２グループを形成し
、各該単光色の輝度および波長に基づき前記測定対象の
初期温度分布を、前記第１グループおよび前記第２グル
ープごとに演算し、前記第１グループの演算した前記初
期温度分布値と前記第２グループの演算した前記初期温
度分布値の差異分の関数として前記放射光の放射率の変
化値を演算し、該変化値から前記初期温度分布を補正し
て、前記被測定対象の温度分布を演算する計算機と；か
ら構成される温度測定装置によって解決される。

〔作用〕

測定対象の放射光を三つの分光スペクトルに分光し、該
分光スペクトルを互いに異なる三つの単光色にろ波し、
該三つの単光色を互いに異なる二つずつに組合せて第１
グループと第２グループを形成し、各前記単光色の輝度
および波長に基づいて前記測定対象の初期温度分布を、
前記第１グループおよび前記第２グループごとに演算し
、前記第１グループの演算した前記初期温度分布値と前
記第２グループの演算した前記初期温度分布値の差異分
の関数として前記放射光の放射率の変化値を演算し、該
変化値から前記概略温度分布を補正して、前記被測定対
象の温度分布を演算する。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を第１図により説明する。

１は計測対象（この例では燃焼火炎）、２は火炎計測系
、１１はＩＴＶカメラ、３は光学レンズ、４は分光器、
５は光学フィルタ、６は光電変換器。

７はアナログ／デジタル変換器、８はデジタル画像記憶
装置、９は計算機、１０は表示装置を示す。

燃焼火炎１を火炎計測系で計測しＩＴＶカメラ１１の光
学レンズ３、分光器４を介して三つに分光し、各分光ス
ペクトルをそれぞれ第１波長λ１゜第２波長λ２．第３
波長λ３の単色光学フィルタ５を通してろ波し、各ろ波
光の輝度を光電変換器６によってテレビ映像信号に変換
する。次にアナログ／デジタル変換器７で、この映像信
号をデジタル画像データに変換し、デジタル画像記憶装
置８にデジタル画像データとして記憶する。計算機９は
デジタル画像記憶装置８に記憶された第１から第３波長
のデジタル画像データを用いて温度分布を計算する。以
下、２次元画像の温度分布を算出する方法について説明
する。

物体からの放射エネルギーを測定して温度を求めるのに
、放射が黒体輻射と見做せる場合、Ｗｉ−ａｎの式を用
いることができる。すなわち、第１波長λＬ、第２波長
λ２．第３波長λ３の各２次元座標点（ｉ、ｊ）の輝度
Ｒ（ｉ＋　ｊ）と温度Ｔ（ｉ、ｊ）との関係は、（１）
、　（２）、　（３）式で表わされる。

ここで、 Ｒ１（１１Ｊ）：座標（ＩＩＪ）における第１波長λ１
の輝度（ｅｒｇ／　ａｌ　・Ｓ　）Ｒ２（１，Ｊ）：座
標（ｘｔｊ）における第２波長λ２の輝度（ｅｒｇ／　
ａｌ−８） Ｒ３（１＋　ｊ）　　：座標（１＋　ｊ）における第３
波長λ３の輝度（ｅｒｇ／　ａｌ−８） Ｅｌ（１，Ｊ）：座標（ｉ、ｊ）における第１波長λ１
の放射率 １ｚ（ｉ、ｊ）：座標（ｘｔ　ｊ）における第２波長λ
２の放射率 εａ（ｉｔ　ｊ）　　：座標（ｉ、ｊ）における第３波
長λ３の放射率 λ１　　　　：第１波長 λ２　　　　：第２波長 λ３　　　　：第３波長 Ｔ（ｌ　ｔ　ｊ）　　”座標（ｉ、ｊ）における温度Ｃ
１；定数１　（＝３．７４０３Ｘ　１０−３ｅ０−３ｅ
ｒ／　５）Ｃ２：定数２　（＝１．４３８７ａｎ’　ｋ
）ところで（１）〜（３）式中の放射率ε１　（ｉ。

ｊ）？　εｚ（Ｌｊ）ｔ　Ｃ３（ＩＩ　ｊ）は一般に異
る値をもつ。近接した第１波長λ１と第２波長λ２の放
射率は略々等しいと仮定して（１）式と（２）式の輝度
比を求めて、座標（ｘｔｊ）の温度Ｔ１の形に整理する
と（４）式となる。

°・°εｔ（ｉｅｊ）＝εｚ（ｉ、ｊ）　　　　　・・
・（５）（４）式によって温度Ｔ１を求める方法が２色
高温計法と呼ばれるものである。

上記と同様の方法によって、（１）式と（３）式とから
（６）式が得られる。

°、°ε１（ｉ、ｊ）−εａ（ｉ、ｊ）　　　　　・・
・（７）ところで、εｈ（ｘｔ　ｊ）とε＋５（ＩＩ　
ｊ）の差力１小さく（７）式が成立する場合には（４）
式と（６）式Ｔｚ（ｉ　ｒ　　ｊ　）　　＝Ｔｚ（ｉ　
、　　ｊ　）　　　　　　　−（８）となるが、εＬ（
ＩＩ　ｊ）とε♂（１？Ｊ）の差が大きい場合には、Ｔ
ｌ（ｌ　ｌ　ｊ）とＴ’ｚ（ｘｔｊ）に差が生ずること
になる゛。したがって、この差をなくするためには、ε
ｉ（ｘｔ　ｊ）とＣ３（ＩＩＪ）の値を（７）式の仮定
をせずに（１）式と（３）式より導がれる（９）式が成
立するようなＣ１（ＩＴＪ）とＣ３（ｉ、ｊ）の値にす
ればよい。

そして、Ｔｚ”：：Ｔ１となるようなεｔ（ｉ、＋ｊＬ
εａ（ｉｅｊ）としたのであるから（６）式と（９）式
より次式が得られる。

・・・（１０） ところで、第２図に示すように放射率Ｅと波長λの間に
は連続した関数関係があり、λ１とλ３が近接している
場合直線で近似することができる。

そこで（１０）式の結果を用いてｆｆ１ｘ（ｘ＋ｊ）の
値を（１１）式によって近似する。

λ８−λｌ ・・・（１１） 上式を変形すると（１２）式となる。

（１２）式に（１０）式を代入することにより（１３）
式が得られ、この式を用いてｉｓ　（ｉ、ｊ）／ε１（
ｌｔｊ）の値をＴ　ｌ（ｌ　ｇ　ｊＬ　Ｔ２（ｘ　ｇ　
、）　）より求めることができる。

・・・（１３） 上記のようにして求めたεｚ（ｘｅｊ）／１ｔ（ＩＩｊ
）の値を（１）式と（２）式より（５）式の仮定をしな
いで導いた（１４）式に代入して、温度分布Ｔ１’（Ｉ
ＩＪ）を計算する。

・・・（１４） この結果が温度分布として表示装置１０に表示される。

第３図は、計算機９における上述の計算手順をフローチ
ャートに表わしたものである。

第４図は、表示装置にボイラーのバーナ燃焼火炎の温度
分布計算結果について同一のレベルの温度について、等
高線で表示させた例を示す。

〔発明の効果〕

本発明によれば、測定温度範囲によって放射率が変化し
たり、波長によって放射率が変化しても、被測定物の温
度分布を、放射率の変化を修正することにより演算でき
るので、広い温度範囲に亙り温度分布を高精度を測定で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の装置構成図、第２図は分光
スペクトルの波長と放射率の関係を示す図、第３図は計
算機の概略処理フロー図、第４図は燃焼火炎の温度分布
計算結果の表示例を示す図である。 １・・・燃焼火炎、２・・・火炎計測系、３・・・光学
レンズ、４・・・分光器、５・・・光学フィルタ、６・
・・光電変換器、７・・・アナログ／デジタル変換器、
８・・・デジタル画像記憶装置、９・・・計算機、１１
・・・ＩＴＶカメラ、１２・・・イメージファイバ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、測定対象の放射光を導く案内部と；該案内部よりの
   放射光を集光する光学レンズと、該光学レンズを通過し
   た前記放射光を三つに分光する分光器と、該分光器によ
   つて分光された各分光スペクトルを第１波長λ＿１，第
   ２波長λ＿２，第３波長λ＿３の単光色にろ波する単色
   光学フィルタと、該単色光のそれぞれの輝度を映像信号
   に変換する光学変換器とからなる映像装置と；該映像信
   号をデジタル画像データに変換するアナログ・ディジタ
   ル変換と；該ディジタル画像データを記憶するデジタル
   画像記憶装置と；該デジタル画像記憶装置の記憶する前
   記三つのろ波された単光色のデータを互いに異なる二つ
   ずつに組合せて第１グループと第２グループを形成し、
   各該単光色の輝度および波長に基づき前記測定対象の初
   期温度分布を、前記第１グループおよび前記第２グルー
   プごとに演算し、前記第１グループの演算した前記初期
   温度分布値と前記第２グループの演算した前記初期温度
   分布値の差異分の関数として前記放射光の放射率の変化
   値を演算し、該変化値から前記初期温度分布を補正して
   、前記被測定対象の温度分布を演算する計算機と；から
   構成されていることを特徴とする温度測定装置。