JPH0361824A - 赤外線放射温度計 - 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、特に顕微鏡型の装置に使用して好適な赤外線
放射温度計に関する。

〔従来の技術〕

いわゆる赤外線放射温度計において、従来から環境温度
の影響による誤差成分を除去する方法が提案されている
。

すなわちこのような環境温度の影響を考えた場合に、測
定対象物からの赤外放射エネルギーをＥ。

環境温度からの赤外放射エネルギーが対象物表面で反射
された成分をＥ！とすると、 Ｅ＋”’ε・σＴ９ Ｅ、−（ｉ−ε）σＴ２ 但し、ε：測定対象物の放射率 σ：ステファン・ボルツマン定数 Ｔｏ二二対初物温度 Ｔａ：環境の温度 である、従って検出素子で測定される測定値Ｅａは、ス
テファン・ボルツマンの法則によりＥａ　−Ｅ＋　＋Ｅ
ｚ 冨ε・σＴＩｌ＋（１−ε）σＴｊｌ ＝ε・σＴＢ＋σＴ覧−ε・σＴ覧・・・・（ａ）と表
わされる。なおこの式でσＴｎを含む項が環境温度によ
る誤差成分である。

そこでこのような測定を行っている検出素子に対してε
−１，温度が室温Ｔａなる物質を正対させると、そのと
きの測定値Ｅｂは Ｅｂ＝１・σＴ珪＋（１−１）σＴ’ ＝σＴ覧　　　　　　　　　　　・・・・（ｂ）となり
、σＴ２成分だけのエネルギー量を知ることができる。

従ってこのような測定をあらかじめ行い、この測定値Ｅ
ｂを記憶しておくことにより、上述の環境温度による誤
差成分を除去することができる。

すなわち上述の（ａ）式から（ｂ）式を減算すると、Ｅ
ｃ　＝ε・σＴｇ−ε・σＴ輩 ＝ε（σＴ８−σＴ交）　　　　　・・・・（Ｃ）とな
る。この（Ｃ）式に１／εを乗算して、Ｅｄ　＝σＴ８
−σＴＲ・・・・（Φ が得られ、ここでσＴ２は（ｂ）式で判っているので、
（ｂ）式を加算すると、 Ｅｅ−σＴ８　　　　　　　　　　　　・・・・（ｅ）
となり、求めるσＴ９が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが上述のような赤外線放射温度計において、検出
素子として感度の高い量子型の素子（例えば水銀カドミ
ウムテルル：　ＨｇＣｄＴｅ）を用いる場合に、このよ
うな素子はＳ／Ｎの改善等の目的から液体窒素温度（７
７°Ｋ）程度に冷却して使用される場合が多い。

その場合に検出素子を測定対象物に正対させると、上述
の冷却による検出素子からの赤外線放射エネルギーが対
象物表面で反射され、この反射された成分（Ｅ、）によ
って測定誤差が発生するおそれがある。

すなわちこの反射された成分Ｅ、は Ｅ３　＝　（１ｇ）　ａＴＩｎｌｚ 但し、Ｔ０２：検出素子の温度 であり、この成分Ｅ、を考慮すると上述の（ａ）式はＥ
ａ’　＝Ｅ＋　＋Ｅｘ　＋　Ｅ３ ＝ｅ　−σＴＱ　＋　（１−ε）　σＴ讐＋　（１−ｅ
）　σＴＬｒＮｚ＝ε・σＴＢ＋σＴ讐−ε・σＴ覧＋
σＴ晶２−ε・σＴＬｎ１２となる。ここで上述と同様
にε＝１．温度Ｔａの物質を測定すると、そのときの測
定値Ｅｂ’はＥｂ’　＝ａＴ’ｌ　＋　（１１）　６Ｔ
Ｑ　＋　（１１）　６Ｔａｚ・・・・（ａ′） ＝σＴ’　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・（
ｂ′）となり、σＴＲ戒分成句ることができる。しかし
ながらこの（ｂ′）式を（ａ′）式から減算するとＥｄ
’　＝ｔｙＴ’Ｊ−σＴ覧＋　−・σＴ、ｎＮ２−ａＴ
晶２　”（ｄ’）ε を得、これに（ｂ′）式を加算しても Ｅｅ’　＝ａＴ９　＋　−・σＴＬｒｌ、、−ｔｔＴ晶
２＝（ｅ’）ε となって、冷却による項（σＴＬｒ１４２を含む項）が
誤差成分として残ってしまう。

従ってこの場合に対象物の温度が正確には測定されてい
ないことになり、これは特に放射率の低い物質では室温
の物体を測定しても室温より低い温度を示してしまうな
どの問題を生じていた。

この対策として従来は、対象物を傾けて検出素子と正対
しないようにするなどの工夫がされているが、これによ
って測定の精度が低下するなどの問題が生じ、また特に
顕微鏡型の装置ではこのように対象物を傾けること自体
困難である。

この出願はこのような点に鑑みてなされたもので、簡単
な構成で上述の冷却による誤差成分を除去できるように
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、測定時に検出素子（検出器（１１））の冷却
を必要とする赤外線放射温度計において、あらかじめ放
射率の低い物質を上記検出素子に正対させて上記測定を
行ってそのときの測定値を記憶する（可変電圧源（１６
））と共に、任意の対象物の上記測定時にその測定値か
ら上記記憶された値を用いて上記検出素子の冷却による
影響を除去するようにしたことを特徴とする赤外線放射
温度計である。

〔作用〕

これによれば、放射率の低い物質を検出素子に正対させ
て測定を行なうことによって検出素子の冷却による成分
のエネルギー量を知ることができ、これを用いて測定値
に対する冷却による影響を除去して簡単な構成で正確な
測定を行なうことができる。

〔実施例〕

第１図は実施される装置の一例の構成を示す。

この図において、（１１）は検出素子の内蔵された検出
器であって図示しないが検出素子を冷却する液体窒素等
の冷却手段の設けられたものである。この検出器（１１
）が測定対象物（１２）に正対して配置される。これに
よって検出器（１１）では、測定対象物（１２）からの
赤外線放射エネルギー（Ｅｌ）　、環境温度からの赤外
線放射エネルギーが対象物（１２）の表面で反射された
成分（Ｅ８）及び検出器（１１）からの赤外線放射エネ
ルギーが対象物（１２）の表面で反射された成分（Ｅ３
）が測定される。

この検出器（１１）の検出素子で測定された温度信号（
電圧：　ＥＡ）が利得ｌの差動アンプ（１３）に供給さ
れる。また可変電圧源（１４）からの電圧（Ｅ、）が差
動アンプ（１３）に供給される。この差動アンプ（１３
〉の出力（電圧：Ｅｃ）が利得１の差動アンプ（１５）
に供給される。さらに可変電圧源（１６）からの電圧（
Ｅｏ）が差動アンプ（１５）に供給される。この差動ア
ンプ（１５）の出力（電圧：Ｅ、）が利得のアンプ（１
７）に供給される。このアンプ（１７）ε の出力（電圧：Ｅ、）が利得ｌの差動アンプ（１日）に
供給される。また可変電圧源（１４）からの電圧（Ｅ−
が利得−１のアンプ（１９）に供給され、このアンプ（
１９）の出力（電圧ニーＥｌ）が差動アンプ（１８）に
供給される。この差動アンプ（１８）の出力が利得１の
差動アンプ（２０）に供給される。さらに可変電圧源（
１６）からの電圧（Ｅカ）が利得−１のアンプ（２１）
に供給され、このアンプ（２１）の出力（電圧ニーＥゎ
）が差動アンプ（２０）に供給される。

そしてこの差動アンプ（２０）の出力（電圧：　Ｅ、）
が出力端子（２２）に取出される。

この装置において、Ｅ、Ｅｚ、Ｅｓは上述と同様に Ｅ、−ε　・ａＴ８ Ｅ、＝　（＋−ε）ａＴ輩 Ｅ３＝（１−ε）σＴＬｒ！１２ 但し、ε：測定対象物の放射率 σ：ステファン・ボルツマン定数 Ｔｏ：対象物の温度 Ｔａ：環境の温度 ＴＬＮ□：検出器の温度 で表される。従って検出器（１１）の検出素子で測定さ
れるエネルギーの総！　（ＥＡ）は、ステファン・ボル
ツマンの法則により Ｅａ＝Ｅ＋　＋　Ｅｚ　＋　Ｅｓ ＝ｅ　・ｔｙＴ’Ｊ　＋　（１−ｅ）ａ’Ｑ　＋　（１
−ｅ）　σＴｌｎ１２＝ｅ　−ａＴ”；Ｊ　＋ｔｙＴ”
ｌ　−ｅ　・ａＴ’ｌ　＋σＴｌｒｌ、、−ｅ　・ａＴ
９ｚとなる。なおこの式でσＴＲ及びσＴＬｒＮｚを含
む項が、環境温度及び検出器の温度による誤差成分であ
る。

そこでこのような測定を行っている検出器（１１）の検
出素子に対してε＝１．温度が室温Ｔａなる物質を正対
させると、そのときの測定値ＥＡ’はＥａ’　”’１　
・σＴ！Ｊ＋（１１）　σＴｉ＋（１１）　ｆＴＬｒ！
ｌｚ・・・・（Ａ） ＝σＴ輩 となる。従ってこの状態で可変電圧源（１４）を差動ア
ンプ（１３）の出力（Ｅ、）が“０”になるように調整
することにより、可変電圧源（１４）の電圧（Ｅ、）を Ｅａ　−Ｅａ’　＝σＴ輩　　　　　　　・・・・（Ｂ
）にすることができる。さらにこれによって差動アンプ
（１３）の出力（ＥＣ）は Ｅｃ＝ε・σＴ９−ε・σＴ覧＋σＴ晶２−ε・σＴ、
！Ｍｚ・・・・（Ｃ）になる。

次にε−〇なる物質、例えば金やアル壽ニューム等の放
射率が０に近い物質を表面に蒸着または鏡面加工した鏡
のようなものを、上述の調整の行われた検出器（１１）
の検出素子に対して正対させると、そのときの差動アン
プ（１３）の出力（Ｅｃ’　）は Ｅｃ’　＝Ｏ・σＴｇ−ｏ　１　σＴＱ　＋ｒＴ５ｚ　
−ｏ　ＨａＴＴａ＝σＴＬｎｌｚ となる。従ってこの状態で可変電圧源（１６）を差動ア
ンプ（１５）の出力（Ｅ、）が“０″になるように調整
することにより、可変電圧源（１６）の電圧（Ｅｏ）を Ｅｔｒ　　−Ｅｃ’　　−ａ　Ｔ　Ｌ’ｌｌＺ　　　　
　　　　　・・”　（Ｄ）にすることができる。さらに
これによって差動アンプ（１５）の出力（Ｅ、）は Ｅ、　＝ｔ　・ｔｙＴＱ　−ｅ　・ａＴｉ−ｇ　・ａＴ
Ｌｒ！ｌｚ−ε・（ＴＱ　　Ｔ覧Ｔ＆ｚ　）　　”（Ｅ
）となる。

そしてこれらの調整の行われた検出器（１１）の検出素
子に対して、任意のεを有する測定対象物（１２）を正
対させると、差動アンプ（１５）の出力（Ｅｔ）は上述
の（Ｅ〉式で示したようになり、ここでアンプ（１７）
の利得を上述の対象物（１２）のεに応じて１／εとす
ることによって、アンプ（１７）の出力（ＥＦ）は Ｅ、　−（ＦＴＱ　−ｔｙＴＱ−σＴｔｒｌ１２−・・
・（Ｆ）となる、さらにこの出力（ＥＦ）が差動アンプ
（１８）（２０）に供給され、一方可変電圧源（１４）
　（１６）からの電圧（Ｅｌ、ＥＤ　）がアンプ（１９
）　（２１）で反転されて差動アンプ（１８）　（２０
）に供給されることにより、（Ｆ）式の値ニ（Ｂ）式の
値σＴ輩及び（Ｄ）式の値σＴＬｒ１４２が加算され、
差動アンプ（２０）の出力（ＥＧ）は、Ｅａ＝σＴ８　
　　　　　　　　　　・・・・（Ｇ）となって、求める
温度Ｔ９の赤外エネルギー成分σＴ９だけを抽出するこ
とができる。

すなわち検出素子から上述の値Ｅ＾が得られている状態
で、検出素子にε−１，温度Ｔａなる物質を正対させる
ことによって値Ｅ　ｍ　＝σＴｌが得られ、次いでε＝
０なる物質を正対させることによって値ＥＤ＝σＴ晶２
が得られる。さらにこれらの値Ｅ１．ＥＤが値ＥＡから
減算されることによって値Ｅ、が得られ、この値Ｅ。に
１／εが乗算されることによって値ＥＦが得られる。そ
してこの値ＥＦに値Ｅｍ、Ｅゎが加算されることによっ
て、値ＥＧ−σＴ８が求められる。

こうしてこの装置によれば、放射率の低い物質を検出素
子に正対させて測定を行なうことによって検出素子の冷
却による成分のエネルギー量を知ることができ、これを
用いて測定値に対する冷却による影響を除去して簡単な
槽底で正確な測定を行なうことがで参るものである。

なお上述の説明に用いた装置の構成は一例であって、こ
の他の回路構成やあるいはマイクロコンピュータを用い
てソフトウェアで処理するなど、種々の手段が取り得る
ものである。

〔発明の効果〕

この発明によれば、放射率の低い物質を検出素子に正対
させて測定を行なうことによって検出素子の冷却による
成分のエネルギー量を知ることができ、これを用いて測
定値に対する冷却による影響を除去して簡単な槽底で正
確な測定を行なうことができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例の構成国である。 （１１）は検出器、（１２）は測定対象物、（１３）　
（１５）　（１８）（２０〉は利得１の差動アンプ、（
１４）　（１６）は可変電圧源、（１７）は利得−のア
ンプ、（１９）　（２１）は利得ε −１のアンプ、（２２）は測定値の出力端子である。 ｔａ　、　ｔ６　＋富ｌＩＴ表を氏！汗１７、　／９．
２１はアンプ 実た例のａパ図 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 測定時に検出素子の冷却を必要とする赤外線放射温度計
   において、 あらかじめ放射率の低い物質を上記検出素子に正対させ
   て上記測定を行ってそのときの測定値を記憶すると共に
   、 任意の対象物の上記測定時にその測定値から上記記憶さ
   れた値を用いて上記検出素子の冷却による影響を除去す
   るようにしたことを特徴とする赤外線放射温度計。