JPH04204221A - 非接触温度測定方法 - 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、回転物体などの被測温物体を非接触の状態で
温度測定するための非接触温度測定方法に関するもので
ある。

「従来の技術」 ロール、円盤などの回転物体や、等速で移動する物体な
どの被測温物体の温度を測定するには、その被測温物体
から放射される赤外線エネルギー量を測定する、いわゆ
る放射温度計が使用される。

この放射温度計の温度センサとしては、被測温物体の温
度範囲、大きさ、精度、応答速度などによって異なるが
、Ｓ　１＋　Ｇ　ｅ　、　Ｐ　ｂ　ＳＩ　Ｐ　ｂ　Ｓ　
ｅ　＋ＩｎＳｂ、ＨｇＣｄＴｅ、焦電素子などが使用さ
れる。このうち、最近用途の増えた室温から２〜３００
℃の範囲の温度測定ではＰｂＳ、Ｐｂ５ｅ。

焦電素子が多く使われている。これらのセンサは、光起
電力型素子ではないので、光学的なチョッパにより赤外
線を断続する必要がある。すなわち、焦電型赤外線セン
サは、自発分極を有しており、その表面は大気中の浮遊
電荷を捕獲して電気的な中和を保っている。センサに赤
外線が入射すると、センサの温度が変化して内部の自発
分極の大きさが変化する。このとき表面電荷は、自発分
極はど速く温度変化に追随できないので、センサ表面で
は自発分極の変化した分だけ電荷を短時間だけ観測する
ことができる。この電荷を電圧として検出するが、セン
サは過渡的な温度変化を検出するため、温度測定のよう
に連続した出力を得たい場合には入射赤外線を断続する
チョッパが必要となる。

このようなチョッパを利用した従来の温度測定装置のブ
ロック図が第２図に示され、チョッパの具体的な構造が
第３図と第４図に示されている。

第２図において、被測温物体１の絶対的な温度の測定は
、赤外線センサ３で被測温物体１とチョッパ２との温度
差を測定し、こｔにチョッパ温度測定器７で測定したチ
ョッパ２の温度を加算することによって行う。赤外線セ
ンサ３は、過渡的な温度変化を検出するため、赤外線セ
ンサ３の温度が安定状態になると、出力は検出できない
。温度測定装置として使用する場合は入射赤外線を断続
するチョッパ２が必要である。その結果、赤外線センサ
３からの出力電圧は、被測温物体１とチョッパ２の温度
差に応した振幅で、チョッパ２による断続周波数と同し
周波数をもつ交流電圧となる。

このとき得られる信号Ｓは、次式で示される。

Ｑ′ ここで、σ：ボルツマン定数〔Ｗ／ｃＩＩＩＫ４〕Ａａ
ニアパーチャ面積〔ｄ〕 Ａｄ：赤外線センサ３の面積Ｃ，（） Ｑニアパーチャと赤外線センサ３の間 の距離〔個〕 Ｔｓ：被測温物体１の温度〔Ｋ〕 Ｔｃ：チョッパ２の温度（Ｋ） Ｅｓ：被測温物体１の放射率 Ｅｃ：チョッパ２の放射率 Ｒ：赤外線センサ３の感度〔ｖ／Ｗ〕 Ａ：増幅器４の増幅率である。

赤外線センサ３からの出力は、増幅器４で増幅され、Ｂ
ＰＦでノイズを除去して同期整流器６へ送られる。同期
整流器６では、チョッパ２の開閉状態を示すパルスでフ
ィルタから得られる交流信号に同期整流をかける。これ
は、赤外線センサ３からの出力が、被測温物体１とチョ
ッパ２との温度差に応じた交流信号として得られるため
、被測温物体１がチョッパ２より高温であるか低温であ
るかを判定するためである。チョッパ温度測定器７によ
って、チョッパ２の温度を測定し、この出力を同期整流
された赤外線センサ３からの出力と両者１℃当たりの温
度が等しくなるように増幅し、加算器９で両者を加算し
、物体に応した出力電圧を得て表示器１０て表示する。

前記チョッパ２は、従来は、第３図しこ示すようし二頭
定間隔で切欠き１３を有する回転板１４をモータ１１で
回転する方法とか、第４図に示すように、パッケージ１
５の内部の２枚の金属スリット板１６．１６を振動子し
こよって振動させてアパーチャを所定周波数で開閉させ
る方法などがあった。

「発明が解決しようとする課題」 従来のような方法では、第３図および第４図に示すよう
に、機械的に作動するチョッパを使用しているため、構
造が複雑になり、小型化できない。

また、機械的構造であるため、摩耗により長時間の使用
ができないという問題があった。

本発明は１機械的なチョッパがなくても回転物体などの
被測温物体の温度を測定できる方法を得ることを目的と
するものである。

「課題を解決するための手段」 本発明は、移動する被測温物体からの赤外線を、赤外線
センサで検出して温度を測定する方法において、前記被
測温物体の移動方向に、この被測温物体と放射率の異な
るマークを周期的に設けて両者の赤外線エネルギー差を
交流増幅して温度を測定するようしこした方法である。

「作用」 回転体などの被測温物体を移動すると、その表面に周期
的に設けたマークはチョッパとして作用するので、これ
らの放射率に差を設けることにより１両者の赤外線エネ
ルギー差を交流増幅して信号が得られ、これから被測温
物体の温度が測定される。

「実施例」 以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

１は、等速回転体１等速振動体、等速移動体などの被測
温物体である。この被測温物体１の移動方向、すなわち
回転体であるときには回転方向に、被測温物体１と放射
率の異なる物体からなる一定幅のマーク１７が周期的に
取付けられる。例えば、被測温物体１がアルミニウムロ
ールなどのように放射率Ｅｓの小さい（０に近い）もの
であるときには、マーク１７は、逆に放射率Ｅｃの大き
な（１に近い）黒色塗料が所定幅で周期的に塗布または
貼付られる。逆に、被測温物体１が放射率ＥＳの大きい
（１に近い）ものであるときには、マーク１７は、放射
率Ｅｃの小さい（Ｏに近い）光沢のある金属箔などが所
定幅で周期的に貼付られる。

以上のような構成において、被測温物体１が回転するこ
とにより、赤外線センサ３では、放射率Ｅｓと、放射率
Ｅｃの違いに応じた赤外線エネルギー差を交流増幅して
信号Ｓが得られる。この信号Ｓは、前述の通り次式で与
えられる。

σ・Ａ　ａ　Ａ　ｄ Ｓ＝　　　　　　　（Ｔｓ’Ｅｓ−Ｔｃ４Ｅｃ）Ｒ−Ａ
なお、本発明では上記式中、Ｔｓ＝Ｔｃである。

前記赤外線センサ３の内部には、図示しないが高インピ
ーダンスの負荷が接続されており、赤外線入射により発
生した電荷を電圧として検出する。

さらに、図示しない内部のＦＥＴにてインピーダンス変
換して８力する。これを直流阻止コンデンサ１９を介し
て増幅器４へ送り、この増幅器４で増幅して８力する。

「発明の効果」 本発明は以上のような測定方法としたので、従来のよう
な機械的チョッパを使用することなく、回転体その他の
移動物体の温度を非接触の状態で測定できる。また、被
測温物体に、マークを取付けるだけであるから、小型化
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による非接触温度測定方法の一実施例を
示す説明図、第２図はブロック図、第３図は従来のチョ
ッパの斜視図、第４図は従来のチョッパの断面図である
。 １・被測温物体、２・チョッパ、３・赤外線センサ、４
・・増幅器、Ｓ・・・チョッパ位置検出器、６・・・同
期整流器、７・・チョッパ温度測定器、８・増幅器、９
・・加算器、１０・・・表示器、１１・・モータ、１２
・赤外線、１３・・切欠き、１４　回転板、１５・パッ
ケージ、１６　金属スリット板、１７・・・マーク、１
８　レンズ、１９・・直流阻止コンデンサ。 出願人　　浜松ホトニクス株式会社 ：□−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）移動する被測温物体からの赤外線を、赤外線セン
   サで検出して温度を測定する方法において、前記被測温
   物体の移動方向に、この被測温物体と放射率の異なるマ
   ークを周期的に設けて両者の赤外線エネルギー差を交流
   増幅して温度を測定するようにしたことを特徴とする非
   接触温度測定方法。