JPH03287030A - 光ファイバ放射温度計 - Google Patents
光ファイバ放射温度計Info
- Publication number
- JPH03287030A JPH03287030A JP2087507A JP8750790A JPH03287030A JP H03287030 A JPH03287030 A JP H03287030A JP 2087507 A JP2087507 A JP 2087507A JP 8750790 A JP8750790 A JP 8750790A JP H03287030 A JPH03287030 A JP H03287030A
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- Japan
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- emissivity
- measured
- temperature
- spectral
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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。
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］
本発明は鉄や非鉄の製造プロセスにおいて放射率が変化
する物体の温度と放射率を光ファイバを用いて同時に測
定する光フアイバ放射測温装置に関する。
する物体の温度と放射率を光ファイバを用いて同時に測
定する光フアイバ放射測温装置に関する。
従来の放射測温では、被測定物体の放射率が既知である
必要があったが、鉄や非鉄の製造プロセスにおいては、
被測定物体の放射率が変化してしまう場合があり、その
ために従来の放射温度計は十分信頼されていないのが現
状である。しかも測定環境が悪く、狭い場所では正確な
測温は期待できない。これらの問題に対処するために、
種々の改善策が提案されているが、いずれも実際の放射
率変化に対して根本的な解決手段となっていない。
必要があったが、鉄や非鉄の製造プロセスにおいては、
被測定物体の放射率が変化してしまう場合があり、その
ために従来の放射温度計は十分信頼されていないのが現
状である。しかも測定環境が悪く、狭い場所では正確な
測温は期待できない。これらの問題に対処するために、
種々の改善策が提案されているが、いずれも実際の放射
率変化に対して根本的な解決手段となっていない。
例えば、２色温度計は２つの分光放射率間の比が一定で
あるという仮定のもとでしか有効でない。
あるという仮定のもとでしか有効でない。
さらに参照放射源を使って被測定物体表面での鏡面反射
効果を利用する方法（特許第１３６８７８８号〉がある
が被測定物体表面の粗さが変化するという懸念がある。
効果を利用する方法（特許第１３６８７８８号〉がある
が被測定物体表面の粗さが変化するという懸念がある。
従って正確な測定が困難であることが多い。
一般に放射率は波長等の測定系で定義される条件と材質
などの非測定対象物体の物質的条件によって定まる。従
って測定系だけの条件を考えても波長、方向性（角度）
、偏光成分が異なる無数の放射率が定義可能であり、さ
らに測定対象の材質、処理条件、表面粗さ、酸化還元の
程度、熱履歴、温度等の影響を考慮に入れると放射率は
種々のパラメータで決まる。即ち放射率の設定は簡単に
行うことは出来ない。まして被測定物体の物質的条件の
変化によって放射率が変化する場合、放射率の設定は非
常に困難となる。また、狭い場所や測定環境が悪い場所
では通常のレンズ系では被測定対象物との光路が確保出
来ない。本発明は上述の問題点を解決するために案出さ
れたものであって、測定系で定義される条件のうち、波
長、偏光成分、測定角度のうち少なくとも１つ以上の条
件が異なる２つの分光放射率の関係が被測定物体の物質
的条件に固有であることに着目し、２つの分光放射率の
関係を予め求めておくことにより温度と放射率を同時に
正確に求めることを目的としたものである。
などの非測定対象物体の物質的条件によって定まる。従
って測定系だけの条件を考えても波長、方向性（角度）
、偏光成分が異なる無数の放射率が定義可能であり、さ
らに測定対象の材質、処理条件、表面粗さ、酸化還元の
程度、熱履歴、温度等の影響を考慮に入れると放射率は
種々のパラメータで決まる。即ち放射率の設定は簡単に
行うことは出来ない。まして被測定物体の物質的条件の
変化によって放射率が変化する場合、放射率の設定は非
常に困難となる。また、狭い場所や測定環境が悪い場所
では通常のレンズ系では被測定対象物との光路が確保出
来ない。本発明は上述の問題点を解決するために案出さ
れたものであって、測定系で定義される条件のうち、波
長、偏光成分、測定角度のうち少なくとも１つ以上の条
件が異なる２つの分光放射率の関係が被測定物体の物質
的条件に固有であることに着目し、２つの分光放射率の
関係を予め求めておくことにより温度と放射率を同時に
正確に求めることを目的としたものである。
本発明の光フアイバ放射温度計は、被測定物体からの熱
放射のうち波長、偏光状態、測定角度のうち少なくとも
１つ以上の条件が異なる２種類の分光放射輝度信号を伝
送する光フアイバ手段、伝送された分光放射輝度信号を
光検出器によって光電変換する手段、該分光放射輝度に
対応する２つの分光放射率間の被測定物体に固有な関係
式を定めるパラメータを人力する手段、２つの分光放射
輝度信号と分光放射率間の関係式から被測定物体の温度
と放射率を求める演算手段、求められた温度と放射率を
出力する手段を有し、該演算手段は２つの分光放射率間
の被測定物体に固有な既知の関係式を解くことによって
、被測定物体の温度と放射率を同時に求めることを特徴
とするものである。
放射のうち波長、偏光状態、測定角度のうち少なくとも
１つ以上の条件が異なる２種類の分光放射輝度信号を伝
送する光フアイバ手段、伝送された分光放射輝度信号を
光検出器によって光電変換する手段、該分光放射輝度に
対応する２つの分光放射率間の被測定物体に固有な関係
式を定めるパラメータを人力する手段、２つの分光放射
輝度信号と分光放射率間の関係式から被測定物体の温度
と放射率を求める演算手段、求められた温度と放射率を
出力する手段を有し、該演算手段は２つの分光放射率間
の被測定物体に固有な既知の関係式を解くことによって
、被測定物体の温度と放射率を同時に求めることを特徴
とするものである。
以下に本発明の作用を具体的に説明する。いま、互いに
異なる二つの分光放射率をＥＸ’ＥＹとし、二つの分光
放射率の関係が実験的に既知であり第４図で表現できる
とする。
異なる二つの分光放射率をＥＸ’ＥＹとし、二つの分光
放射率の関係が実験的に既知であり第４図で表現できる
とする。
この関係を材料Ａの放射率関数として次の（１）式で表
現する。
現する。
Ｅ、＝ｆ （ＥＸ） （１）添
字のＸ・Ｙは波長、測定角度もしくは偏光成分の異なる
測定条件のことを表し、その組合せとして例えば２波長
型、偏光型、２波長偏光型が考えられる。本発明の特徴
は二つ以上の波長または測定角度の条件が異なる熱放射
について、それぞれ偏光成分を検出し、その中から任意
の組合せを選択することにより被測定物体に最適な放射
率特性関数を使って温度と放射率を求めることにあり、
以下にその過程について説明する。先ず、放射計が黒体
炉で校正されると、真温度と放射計出力の関係は第５図
に示され（２）（３）式で表現できる。
字のＸ・Ｙは波長、測定角度もしくは偏光成分の異なる
測定条件のことを表し、その組合せとして例えば２波長
型、偏光型、２波長偏光型が考えられる。本発明の特徴
は二つ以上の波長または測定角度の条件が異なる熱放射
について、それぞれ偏光成分を検出し、その中から任意
の組合せを選択することにより被測定物体に最適な放射
率特性関数を使って温度と放射率を求めることにあり、
以下にその過程について説明する。先ず、放射計が黒体
炉で校正されると、真温度と放射計出力の関係は第５図
に示され（２）（３）式で表現できる。
即ちパラメータＡ、Ｂ、Ｃは校正によって決定される。
Ｔｏ ；真温度 ＬＸ 、Ｌｙ ；放射計出力Ｃ
２；放射の第二定数 Ａ、Ｂ、Ｃ；黒体炉校正関数のパラメータＥｘａ 、Ｅ
ｙｏ ：真の放射率 第６図は未知の真温度Ｔ。と真の放射率ＥＸＯ。
２；放射の第二定数 Ａ、Ｂ、Ｃ；黒体炉校正関数のパラメータＥｘａ 、Ｅ
ｙｏ ：真の放射率 第６図は未知の真温度Ｔ。と真の放射率ＥＸＯ。
ＥＹＯの両者の情報を包含した放射計の出力りつＬＹを
示しく４）（５）式で表せる。
示しく４）（５）式で表せる。
し、 ＝ ＥＸｏ−Ｌ、 （λ、、Ｔｏ）
（４）ＬＹ＝ Ｅ、。・Ｌ、 （
λｙ、’ｒｏ） （５）この時点では真の
温度と放射率は未知であるから、仮定温度Ｔを与えて（
２）式より見かけの放射輝度Ｌｘ’ ＋ Ｌｖ’を求め
る。従って（６）、 （７）式より見かけの放射率が
求められる。
（４）ＬＹ＝ Ｅ、。・Ｌ、 （
λｙ、’ｒｏ） （５）この時点では真の
温度と放射率は未知であるから、仮定温度Ｔを与えて（
２）式より見かけの放射輝度Ｌｘ’ ＋ Ｌｖ’を求め
る。従って（６）、 （７）式より見かけの放射率が
求められる。
本発明の第二の特徴は予備知識としてもつ放射率特性関
数ｆを参照して見かけの放射率ＥｘＥｙが真の放射率Ｅ
ｘｏ５Ｅｙ。と一致する操作を行って解を求めることに
ある。これを第７図で説明すると、見かけの放射率（Ｅ
ｘ ’ ＥＴ ） は、−組の入力信号（ＬＸ 、Ｌ
ｙ ”）に対して、仮定温度Ｔを変化させたときに０曲
線上を動く。一方、真の放射率がとりうるＥｘｏ、Ｅｙ
。はｆ曲線上にあるから６曲線との交点が求める真の放
射率で、そのとき仮定した温度Ｔは真の温度Ｔ０となる
。この６曲線とｆ関数曲線とは、真の温度Ｔ０が同じで
も真の放射率が異なれば異なった位置で交差する。
数ｆを参照して見かけの放射率ＥｘＥｙが真の放射率Ｅ
ｘｏ５Ｅｙ。と一致する操作を行って解を求めることに
ある。これを第７図で説明すると、見かけの放射率（Ｅ
ｘ ’ ＥＴ ） は、−組の入力信号（ＬＸ 、Ｌ
ｙ ”）に対して、仮定温度Ｔを変化させたときに０曲
線上を動く。一方、真の放射率がとりうるＥｘｏ、Ｅｙ
。はｆ曲線上にあるから６曲線との交点が求める真の放
射率で、そのとき仮定した温度Ｔは真の温度Ｔ０となる
。この６曲線とｆ関数曲線とは、真の温度Ｔ０が同じで
も真の放射率が異なれば異なった位置で交差する。
ここで、被測定物体に最適な異なる測定条件のの組合せ
とは６曲線とｆ曲線が安定に交わることを意味する。第
８図に示すように６曲線とｆ曲線の傾きが近づく程、放
射率変化によって交点が不安定となり精度が悪くなる。
とは６曲線とｆ曲線が安定に交わることを意味する。第
８図に示すように６曲線とｆ曲線の傾きが近づく程、放
射率変化によって交点が不安定となり精度が悪くなる。
従って被測定物体によって異なる測定条件の組合せを最
適に選択することで常に安定した解を求めることが可能
となる。
適に選択することで常に安定した解を求めることが可能
となる。
このように本発明の放射温度計においては、検出器から
の複数の分光放射輝度のうち異なる測定条件の組合せを
最適に選択することにより被測定物体に最適な放射率特
性関数が得られ正確な測温が可能になる。
の複数の分光放射輝度のうち異なる測定条件の組合せを
最適に選択することにより被測定物体に最適な放射率特
性関数が得られ正確な測温が可能になる。
〔実施例］
以下、図を参照しながら実施例に基づいて本発明の特徴
を具体的に説明する。第１図は本発明の構成を示したも
ので１は被測定物体、２は光ファイバで被測定物体から
の放射輝度を検出器３へ光伝送する。分光放射条件（波
長、偏光）は光ファイバーあるいは検出器で被測定物体
に最適な組合・せを選定することができる。例えば単一
モードファイバフィルタによる２波長型、偏光ファイバ
、ポラライザによる偏光型である。４のパラメータ入力
部４１では選択した二つの分光放射条件に対応する被測
定物体に固有な既知の二つの分光放射率間の関係を表す
関係式のパラメータを人力する。
を具体的に説明する。第１図は本発明の構成を示したも
ので１は被測定物体、２は光ファイバで被測定物体から
の放射輝度を検出器３へ光伝送する。分光放射条件（波
長、偏光）は光ファイバーあるいは検出器で被測定物体
に最適な組合・せを選定することができる。例えば単一
モードファイバフィルタによる２波長型、偏光ファイバ
、ポラライザによる偏光型である。４のパラメータ入力
部４１では選択した二つの分光放射条件に対応する被測
定物体に固有な既知の二つの分光放射率間の関係を表す
関係式のパラメータを人力する。
一方、パラメータ入力部４２では選択した２つの分光放
射条件に対応した検出器の分光放射輝度信号と真温度の
関係を表す黒体炉校正関数のパラメータ（ＡＢＣ三定数
〉を入力する。５の演算部では二つの分光放射輝度信号
をもとにして、対応する二つの分光放射率間の関係式で
ある放射率特性関数上の真の放射率を求めることにより
、同時に真の温度が求まる。
射条件に対応した検出器の分光放射輝度信号と真温度の
関係を表す黒体炉校正関数のパラメータ（ＡＢＣ三定数
〉を入力する。５の演算部では二つの分光放射輝度信号
をもとにして、対応する二つの分光放射率間の関係式で
ある放射率特性関数上の真の放射率を求めることにより
、同時に真の温度が求まる。
第２図に演算部の実施例を図式的に示す。１の被測定物
体からの放射輝度は２の光ファイバーを伝送され３の検
出器で２つの分光放射輝度信号Ｌｘ ・ＬＹとなる。演
算には被測定物体に固有な既知の２つの分光放射率間の
関係を表す関係式のパラメータ１２と該分光放射輝度信
号と真温度の関係を表す黒体炉校正パラメータ１３が必
要である。
体からの放射輝度は２の光ファイバーを伝送され３の検
出器で２つの分光放射輝度信号Ｌｘ ・ＬＹとなる。演
算には被測定物体に固有な既知の２つの分光放射率間の
関係を表す関係式のパラメータ１２と該分光放射輝度信
号と真温度の関係を表す黒体炉校正パラメータ１３が必
要である。
パラメータ１２．１３はキーボード等により入力する方
法と内部に記憶して自動的にパラメータを取り出す方法
のいずれでもよい。演算は先ず１４の仮定温度Ｔを与え
ることによって１５の黒体炉校正関数により見かけの黒
体分光放射輝度信号ＬＸ′Ｌ 、 ／を求めることによ
り１６．１７の割り算回路で見かけの放射率を１８上の
ε′８ 、ε′、として求める。一方、該分光放射条件
に対応する２つの分光放射率の被測定物体に固有な関係
を表す放射率特性関数１９は真の放射率（εｘｏ’ ε
、。）がとりうる組合せとして２１の２次元平面内に曲
線ｆで示される。即ち、この曲線上に存在する真の放射
率をとりうる時の仮定温度Ｔが真の温度Ｔ。を示すこと
になる。従って２０で仮定温度Ｔを変化させながら、２
２で見かけの放射率が曲線ｆ上の真の放射率と一致する
仮定温度を求めることにより真の温度Ｔｏが得られる。
法と内部に記憶して自動的にパラメータを取り出す方法
のいずれでもよい。演算は先ず１４の仮定温度Ｔを与え
ることによって１５の黒体炉校正関数により見かけの黒
体分光放射輝度信号ＬＸ′Ｌ 、 ／を求めることによ
り１６．１７の割り算回路で見かけの放射率を１８上の
ε′８ 、ε′、として求める。一方、該分光放射条件
に対応する２つの分光放射率の被測定物体に固有な関係
を表す放射率特性関数１９は真の放射率（εｘｏ’ ε
、。）がとりうる組合せとして２１の２次元平面内に曲
線ｆで示される。即ち、この曲線上に存在する真の放射
率をとりうる時の仮定温度Ｔが真の温度Ｔ。を示すこと
になる。従って２０で仮定温度Ｔを変化させながら、２
２で見かけの放射率が曲線ｆ上の真の放射率と一致する
仮定温度を求めることにより真の温度Ｔｏが得られる。
第３図に光路確保と分光放射条件（偏光、波長）選定の
ための光ファイバーの組合せ例を示す。
ための光ファイバーの組合せ例を示す。
（Ａ）欄に示す構成においてはファイバー先端にポララ
イザ３０を設けてＰ偏光とＳ偏光の成分にして、それぞ
れを２本の単一モードファイバ３１．３２で光伝送する
。（Ｂ）欄に示す構成においてはファイバー先端にハー
フミラ−３３をつけて２つの光路を分け、それぞれをＰ
偏光ファイバ３４、Ｓ偏光ファイバ３５に通す、（Ｃ）
欄に示す構成においてはファイバ３７の後端にフィルタ
３６を設け２つの波長に分光する。（Ｄ）欄に示す構成
においてはファイバ先端に設けたハーフミラ−４０で２
つの光路に分けて所定の波長を透過する単一モードファ
イバ３８．３９で２つの波長に分光する。
イザ３０を設けてＰ偏光とＳ偏光の成分にして、それぞ
れを２本の単一モードファイバ３１．３２で光伝送する
。（Ｂ）欄に示す構成においてはファイバー先端にハー
フミラ−３３をつけて２つの光路を分け、それぞれをＰ
偏光ファイバ３４、Ｓ偏光ファイバ３５に通す、（Ｃ）
欄に示す構成においてはファイバ３７の後端にフィルタ
３６を設け２つの波長に分光する。（Ｄ）欄に示す構成
においてはファイバ先端に設けたハーフミラ−４０で２
つの光路に分けて所定の波長を透過する単一モードファ
イバ３８．３９で２つの波長に分光する。
また、第１図の構成において測定角度の異なるファイバ
を複数本設けることによって測定角度の条件を変えるこ
とができる。
を複数本設けることによって測定角度の条件を変えるこ
とができる。
辺上、述べたように本発明によれば、狭い場所やあるい
は環境の悪い場所において光ファイバを用いることによ
り光路を確保し、同時にファイバーによって偏光や波長
選定が可能であり、２つの分光放射条件が容易に得られ
る。一方、予め実験的に求めた被測定物体に固有な放射
率特性関数をもとに演算を行なうので合理的な真の温度
と放射率を求めることができ、さらには異なる２つの分
光放射条件（波長、偏光、角度）の組合せにより被測定
物体の放射率変化のプロセスにあった最適な放射率特性
関数を選定できるため精度よく測温できる。
は環境の悪い場所において光ファイバを用いることによ
り光路を確保し、同時にファイバーによって偏光や波長
選定が可能であり、２つの分光放射条件が容易に得られ
る。一方、予め実験的に求めた被測定物体に固有な放射
率特性関数をもとに演算を行なうので合理的な真の温度
と放射率を求めることができ、さらには異なる２つの分
光放射条件（波長、偏光、角度）の組合せにより被測定
物体の放射率変化のプロセスにあった最適な放射率特性
関数を選定できるため精度よく測温できる。
第１図は本発明の概略の構成を示すブロック図、第２図
は実施例を図式的に説明した図、第３図は光ファイバー
による実施例を示す構成図、 第４図〜第８図は本発明の詳細な説明するための図。 図において、 １・・・被測定物体、 ２・・・光ファイバ、３・・
・検出器、 ４・・・パラメータ入力部。 （Ｂ） 入Ｙ （Ｃ） 第 図 Ｘ 第 図 真温度Ｔ。 第 図 第 図 ＥＸ 第 図 第 図
は実施例を図式的に説明した図、第３図は光ファイバー
による実施例を示す構成図、 第４図〜第８図は本発明の詳細な説明するための図。 図において、 １・・・被測定物体、 ２・・・光ファイバ、３・・
・検出器、 ４・・・パラメータ入力部。 （Ｂ） 入Ｙ （Ｃ） 第 図 Ｘ 第 図 真温度Ｔ。 第 図 第 図 ＥＸ 第 図 第 図
Claims (1)
- １、被測定物体からの熱放射のうち波長、偏光状態、測
定角度のうち少なくとも１つ以上の条件が異なる２種類
の分光放射輝度信号を伝送する光ファイバー手段、伝送
された分光放射輝度信号を光検出器によって光電変換す
る手段、該分光放射輝度に対応する２つの分光放射率間
の被測定物体に固有な関係式を定めるパラメータを入力
する手段、２つの分光放射輝度信号と分光放射率間の関
係式から被測定物体の温度と放射率を求める演算手段、
求められた温度と放射率を出力する手段を有し、該演算
手段は２つの分光放射率間の被測定物体に固有な既知の
関係式を解くことによって、被測定物体の温度と放射率
を同時に求めることを特徴とする光ファイバー放射温度
計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2087507A JPH03287030A (ja) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | 光ファイバ放射温度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2087507A JPH03287030A (ja) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | 光ファイバ放射温度計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03287030A true JPH03287030A (ja) | 1991-12-17 |
Family
ID=13916895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2087507A Pending JPH03287030A (ja) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | 光ファイバ放射温度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03287030A (ja) |
-
1990
- 1990-04-03 JP JP2087507A patent/JPH03287030A/ja active Pending
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