JPH03287031A - 分光放射率測定装置 - 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〕 本発明は鉄や非鉄の！ｌ！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同時に測定する放射測温
装置に関する。

〔従来の技術〕

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。これらの問題に対処するために、種々の方法
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ｆヨ解決手段と？二っていない。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てない。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。従って正確な測温か困難で
あることが多い。従って、被測定物体の放射率について
の波長依存性、即ち分光放射率分布を求めることは出来
ない。

〔発明が解決しようとする課題〕

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。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分光放
射率を同時に正確に求める。本性は上記、原理から求め
られる真温度より分光放射率の分布を測定することを目
的としたものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の分光放射率測定装置は、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複数の放射輝度信号を検出する手
段、該分光放射輝度群から２種類の分光放射輝度を任意
に選択する手段、選択した２種類の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を求
め、求めた温度からはじめに測定した全ての分光放射輝
度に対応する分光放射率分布を求める演算手段、求めら
れた温度と分光放射率分布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関係
式を解くことによって、被測定物体の温度と分光放射率
の分布を同時に求めることを特徴とするものである。

〔作　ｍ＝ 以下に本発明の作用を具体的に説明する。いま、互いに
異”Ｑ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３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。

Ｅｙ　＝ｆ　　（ＥＸ）　　　　　　　　　　　（１）
添字のＸ１Ｙ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４
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Ｃ２
；放射の第二定数 Ａ、Ｂ、Ｃ；黒体炉校正関数のパラメータＥ工。、Ｅｙ
ｏ；真の放射率 第５図；ま未知の真温度Ｔ。と真の放射率Ｅｘ。

ＥＹＯの両者の情報を包含した放射計の出力ＬｘＬ、を
示しく４）（５）式で表せる。

ＬＸ　　−ＥＸ、−Ｌ、（λ、、’ｒ、）　　　　　　
　　　　　　　（４）Ｌｙ　＝　Ｅｙｏ　・Ｌｂ　（λ
、、Ｔ、）　　　　　　　（５）この時点ては真の温度
と放射率は未知であるから、仮定温度Ｔを与えて（２）
式より見かけの放対輝度ＬＸ／、Ｌ、／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Ｅｘ　、Ｅ−が真の放射
率ＥＸＯ・Ｅ、。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６図で説明すると、見かけの放射率
（ＥＸ、Ｅ、）は、−組の人力信号（ＬＸ・ＬＹ）　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ＥＸＯＩ　ＥＹＯはｆ曲
線上にあるから０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Ｔ。となる。この０
曲線とｆ関数曲線とは、真の温度Ｔ。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組合せと
は０曲線とｆ曲線が安定に交わることを意味する。第７
図に示すように０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。

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か可能になる。

〔実施例３ 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図は本発明の分光放射率測定
装置の構成を示したもので１は被測定物体で２の光学系
で被測定物体の視野を規定し、分光放射条件（波長、偏
光）を設定する。例えば合金化反応には２波長型、酸化
反応には偏光型が最適である。入射した放射輝度は分光
器あるいはフィルターにより分光放射輝度群となって複
数の受光素子群３で受光する。光電変換された分光放射
輝度信号群は記憶回路４に入力される。５は分光放射輝
度群から任意に１組の２つの分光放射輝度を選択する回
路で６のパラメータ入力部６１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？：既知の二つの
分光放射率間の関数を表す関係式のパラメータを入力す
る。一方、パラメータ入力部６２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。７の演算回路では任意に選択した二
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Ｔｏが求まる。

演算部８では、真の温度Ｔ０とＮ組の分光放射輝度信号
から分光放射率分布９が求められる。

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の光学系で分光され３の受光素子
群で分光放射輝度信号に光電変換されＮ組の信号群とな
り、１組の２つの分光放射輝度信号Ｌｘ　　、Ｌｙが選
択される。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バラメ
ーク１３が必要である。パラメータ１２．１３はキーボ
ード等による入力する方法と内部：二記憶して自動的に
パラメータを取り出す方法の５）ずれてもよい。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’
　１Ｌｖ’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上のでε　８ε′、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（ε８゜ε、。）がとりうる組合せとして２
１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。を表すことになる。従って２０で仮定温度Ｔ
を変化させるから、２２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Ｔ０が得られ、求めた真の温度Ｔ。

とＮ組の分光放射輝度信号Ｌ１から分光放射率の分布が
得られる。

また、第１図において、測定角度の異なる光検出器２を
複数個設けることによって、測定角度の条件が異なる分
光放射輝度信号が得られ、それだけ選択の幅が拡がる。

第２図は実施例を図式的に説明した図、第３図〜第７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・・・光学系、６・・・
パラメータ人力部。

〔発明の効果〕

以上、述べたように本発明によれば、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。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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複数の
   放射輝度信号を検出する手段、該分光放射輝度群から２
   種類の分光放射輝度を任意に選択する手段、選択した２
   種類の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を求め、求めた温度からはじめに
   測定した全ての分光放射輝度に対応する分光放射率分布
   を求める演算手段、求められた温度と分光放射率分布を
   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関係式を解くことによって、被測
   定物体の温度と分光放射率の分布を同時に求めることを
   特徴とする分光放射率測定装置。