JPH0452661Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は、低温から高温まで広い範囲の温度を
測定することができる放射温度計に関するもので
ある。

＜従来の技術＞ 第３図は従来の放射温度計の一例を示したもの
である。図において、１はレンズ、２は光学フイ
ルタ、３は光検出器、４００は帰還抵抗４０１を
有する初段アンプ、１１はアナログ／デイジタル
変換回路、１２は温度演算回路である。このよう
な構成において、被測定物体から放射された放射
光は、レンズ１で収束され、光学フイルタ２を介
して光検出器３で電気信号に変換される。この変
換された電気信号は信号処理回路を構成する初段
アンプ４００で増幅され、アナログ／デイジタル
変換回路１１を介してデイジタル信号に変換され
て温度演算回路に入力される。この温度演算回路
はマイクロプロセツサ等で構成されており、入力
されたデイジタル信号を温度に変換する演算を行
つて出力する。

ところで、放射温度計を使用して例えば400〜
3000℃にわたる広範囲の温度を測定するために
は、pW程度の微弱光からmW程度まで非常に広
い範囲の光測定を必要とする。ところが、第３図
のような従来の回路ではこのような広い範囲の光
測定が出来ず、このため従来は初段アンプ４００
の帰還抵抗４０１をかえて数機種で400〜3000℃
程度の温度範囲をカバーするのが普通であつた。

＜考案が解決しようとする問題点＞ このように従来の放射温度計においては、１機
種で被測定物体からの放射光をpWからmWの広
い範囲で測定できなかつた理由に、初段アンプ４
００の自動ゲイン切替が難しいことがあげられ
る。これは、初段アンプの自動ゲイン切替を行う
ためには、初段アンプに入つてくる前の入力信号
（光検出器３の出力信号）の段階で、その入力信
号の大きさのレべルが分かつている必要がある
が、普通初段アンプを通したあとでないとこの入
力信号の大きさのレべルを知るのが難しいためで
ある。

＜問題点を解決するための手段＞ 本考案はこのような問題点を解決する為になさ
れたもので、初段アンプで自動ゲイン切替を行う
ことができるようにしたものである。即ち、自動
ゲイン切替を達成するために、光検出器の出力を
増幅するための初段アンプとその初段アンプの出
力を保持するためのサンプル＆ホールド回路と、
そのサンプル＆ホールド回路の出力をさらに増幅
するための第２アンプと、前記サンプル＆ホール
ド回路の出力を対数変換するための対数変換回路
と、その対数変換された値より初段アンプおよび
第２アンプのゲインを決定するための初段アンプ
および第２アンプのゲイン切替信号発生回路によ
り信号処理回路を構成した。

以下、実施例について本考案を説明する。

＜実施例＞ 第１図は本考案に係る放射温度計の一実施例を
示す接続図である。図において、１はレンズ、２
は光学フイルタ、３は光検出器、４はゲイン切替
手段を有する初段アンプである。初段アンプ４に
おいて、４１はその入力端子間に前記光検出器３
が接続された演算増幅器、Ｃ１〜Ｃ３はその容量
がＣ１＞Ｃ２＞Ｃ３に選ばれたコンデンサ、SW
１〜SW３はそれぞれ切替接点ａ，ｂを持つ切替
スイツチである。コンデンサＣ１〜Ｃ３とスイツ
チSW１〜SW３はそれぞれ直列に接続され、こ
れらの直列回路は演算増幅器４１の帰還回路に並
列に接続されている。このような構成の初段アン
プ４は光検出器３の出力を積分するが、広レンジ
を実現するために後述するように選択するコンデ
ンサに応じて積分時間を変えるようになつてい
る。５は初段アンプ４の出力をサンプルし、ホー
ルドするサンプル＆ホールド回路で、スイツチ
SW４とコンデンサＣ４およびボルテージフオロ
ワ５１で構成されている。６は対数変換回路で、
増幅器６１とその帰還回路に接続されたダイオー
ドＤおよび反転入力端子に接続された抵抗Ｒ２と
直流電圧源Ｅよりなり、抵抗Ｒ１を介して入力さ
れるサンプル＆ホールド回路５の出力Vs_Hを対数
変換する。７は初段アンプ４のゲインを切り替え
る切替信号Ｐ１〜Ｐ３およびサンプル＆ホールド
回路５のサンプル用スイツチSW４を制御する信
号Ｐ４を発生させる信号発生回路で、演算増幅器
７１〜７３とそれぞれ値のことなる基準電圧源
Vr１〜Vr３よりなるコンパレータおよびスイツ
チ制御信号発生回路７４で構成され、前記対数変
換回路６の出力端に接続されている。

１０は分解能を増すために設けた第２アンプで
ある。第２アンプ１０は演算増幅器１０１と抵抗
Ｒ３〜Ｒ６およびスイツチSW５〜SW７よりな
るもので、増幅器１０１の非反転入力端子は前記
サンプル＆ホールド回路５の出力端子に接続さ
れ、反転入力端子は抵抗Ｒ３を介して共通電位点
COMに接続され、その反転入力端子と出力端子
間にはそれぞれ抵抗Ｒ４〜Ｒ６とスイツチSW５
〜SW７よりなる直列回路が並列に接続されてい
る。８は第２アンプのゲインを切り替える切替信
号Ｐ５〜Ｐ７を発生させるゲイン切替発生回路
で、演算増幅器８１〜８３とそれぞれ値のことな
る基準電圧Vr４〜Vr６よりなるコンパレータお
よびスイツチ制御信号発生回路８４で構成され、
対数変換回路６の出力端に接続されている。１１
は第２アンプの出力をデイジタル信号に変換する
アナログ／デイジタル変換器、１２は温度演算回
路である。温度演算回路１２はマイクロプロセツ
サ等で構成されており、入力されたデイジタル信
号を温度に変換する演算を行つて出力する。１３
は基準パルス発生回路で、これは初段アンプゲイ
ン切替信号発生回路７と第２アンプゲイン切替信
号発生回路８にゲイン切替信号を発生させるため
のものである。前記した初段アンプ４、サンプル
ホールド回路５、第２アンプ１０、アナログ／デ
イジタル変換回路１１、温度演算回路１２等を含
む回路は光検出器３が出力する電気信号を信号処
理し、被測定物体の温度を求める信号処理回路を
構成する。

このような構成の本考案に係る放射温度計の動
作を第２図のタイミングチヤートを用いて説明す
ると次の如くなる。第３図で説明したと同様に、
被測定物体から放射された放射光はレンズ１で収
束されたのち光学フイルタ２を介して光検出器３
で電気信号に変換される。一方、信号処理回路を
構成する基準パルス発生回路１３は第２図ａに示
すごとく、一定の期間T1の間ロウ（low）の信
号を出力し、続いて期間T2の間ハイ（high）の
信号を出力する。一方、初段アンプゲイン切替信
号発生回路７におけるスイツチ制御信号発生回路
７４は第２図ｂ〜ｄに示すごとく、時間幅t1のス
イツチパルスＰ１、時間幅t2のスイツチパルスＰ
２（および時間幅t3のスイツチパルスＰ３）を発
生する。パルスＰ１〜Ｐ３によつて初段アンプ４
のスイツチSW１〜SW３が駆動されるが、時間
幅t1，t2，t3は、例えばt1が0.5msec、t2が
5msec、t3が25msecとなつており、またコンデ
ンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の容量は、Ｃ１が1μF、Ｃ
２が0.01μF、Ｃ３が50pFに選ばれている。従つ
て、パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３が選ばれた場合の初
段アンプ４のゲインの比は、１：10³：10⁶となる
ので、広い範囲の測定が可能となる。そこでまず
期間T1では、初段アンプのゲインを最小にする
ために、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３のうち容量
の一番大きいコンデンサＣ１に接続されているス
イツチSW１をｂ接点側よりａ接点側に切り替え
る。これにより、コンデンサＣ１は検出器３の出
力電流によつて充電され始める。このとき他のス
イツチSW２，SW３はｂ接点のままになつてい
る。これらスイツチSW１，SW２，SW３の動作
は前記したようにスイツチパルスＰ１〜Ｐ３によ
つて行われる。一方、サンプル＆ホールド回路５
のスイツチSW４は時間幅t1のスイツチパルスＰ
４（第２図ｅ）によつてオフからオンに切り替え
られる。コンデンサＣ１への充電はスイツチパル
スＰ１の時間幅t1の間行われ、その後スイツチ
SW１はふたたびｂ接点側に戻され、その直前に
サンプル＆ホールド回路５のスイツチSW４はオ
フとなつて初段アンプ４の出力電圧Vsがコンデ
ンサＣ４によつて保持される。第３図ｆは初段ア
ンプ４の出力Vsを示し、第３図ｇにサンプル＆
ホールド回路５の出力Vs_Hを示す。この後、サン
プル＆ホールド回路５の出力は対数変換回路６で
対数変換され、その対数変換された電圧は初段ア
ンプゲイン切替信号発生回路７を構成するコンパ
レータ７１，７２，７３に加えられ、そのレべル
が基準電圧Vr１，Vr２，Vr３と比較、判定され
る。この判定結果がスイツチ制御信号発生回路７
４に送られ、この回路７４の次の期間Ｔ２での初
段アンプ４のゲインの決定が行われる。この状態
は次の期間Ｔ１に入るまで記憶される。

さて、期間Ｔ２ではさきの期間Ｔ１での初段ア
ンプ４のゲインの判定の結果に応じて、スイツチ
SW１，SW２，SW３のいずれかがｂ接点側から
ａ接点側へ切り替えられる。第２図では、期間Ｔ
２になると同時に、スイツチパルスＰ２によつて
スイツチSW２がｂ接点側からａ接点側に切り替
わり、検出器３の出力電流によつてコンデンサＣ
２に電荷が充電され始める。またサンプル＆ホー
ルド回路５のスイツチSW４は、時間幅t2のスイ
ツチパルスＰ４によつてオフからオンに切り替わ
る。コンデンサＣ２への充電はスイツチパルスＰ
２のパルス幅t2の間行われ、その後スイツチSW
２は再びスイツチパルスＰ２によつてｂ接点側へ
戻され、その直前にサンプル＆ホールド回路５の
スイツチSW４はオフとなつて初段アンプ４の出
力が保持される。この後、サンプル＆ホールド回
路５の出力は対数変換回路６で対数変換され、そ
の対数変換された電圧のレべルを今度は第２アン
プゲイン切替信号発生回路８を構成するコンパレ
ータ８１，８２，８３に加えられ、そのレべルが
基準電圧Vr４，Vr５，Vr６で判定される。この
判定結果がスイツチ制御信号発生回路８４に送ら
れ、第２アンプ１０のゲイン決定が行われる。第
２アンプを構成するスイツチSW５，SW６，SW
７は、それぞれ第２図ｈ，ｉ，ｊに示すスイツチ
パルスＰ５，Ｐ６，Ｐ７によつて駆動される。こ
こでは、対数変換回路６の出力のゲインの判定の
結果スイツチパルスＰ７が選ばれ、これによりス
イツチSW７がオンとなる場合を考えることにす
る。第２図に示すように、サンプル＆ホールド回
路５において初段アンプ４の出力を保持してから
所定時間経過後発生するスイツチパルスＰ７によ
つてスイツチSW７がオンとなる。その結果、第
２アンプ１０のゲインは（Ｒ３＋Ｒ６）／Ｒ３と
なる。スイツチSW７がオンになつている間に、
第２図に示すようにアナログ／デイジタル変換回
路１１によつて第２アンプ１０の出力がデイジタ
ル信号に変換され、そのデイジタル信号は温度演
算回路１２に渡され、ここで温度が求められる。

以上で一点の測定が終わるが、基準パルスＰ０
の発生に応じて上記の測定シーケンスが繰り返し
て行われる。

＜考案の効果＞ 以上説明したように、本考案によれば、初段ア
ンプで自動ゲイン切替を行う方式であるので、従
来複数の機種でカバーしてきた温度範囲を一機種
でカバーする放射温度計を構成することができ
る。さらに、初段アンプは積分アンプになつてお
り、積分時間がゲインによつて変わる方式である
ので、被測定信号のＳ／Ｎが小さい微弱光の測定
時に長い積分時間にし、Ｓ／Ｎが大きい強い光の
場合には短い積分時間にできるので、従来のよう
に最低の強度の光に全範囲の測定を合わせて不必
要に測定時間（従つて測定器の応答時間）をおそ
くする必要がなく合理的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る放射温度計の一実施例を
示す接続図、第２図は第１図の回路の動作を説明
するタイミング図、第３図は従来例である。 １……レンズ、２……光学フイルタ、３……光
検出器、４……初段アンプ、５……サンプル＆ホ
ールド回路、６……対数アンプ、７……初段アン
プゲイン切替信号発生回路、８……第２アンプゲ
イン切替信号発生回路、１０……第２アンプ、１
１……アナログ／デイジタル変換回路、１２……
温度演算回路、１３……基準パルス発生回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 被測定物体からの放射光を光学フイルタを介し
   て光検出器に与え、この光検出器の出力電気信号
   を信号処理回路で処理することにより前記被測定
   物体の温度を求めるようにした放射温度計におい
   て、前記信号処理回路を、ゲインが切り替えられ
   そのゲインに応じて積分時間が変えられる積分機
   能を持ち前記光検出器の出力信号が与えられる初
   段アンプと、この初段アンプの出力を保持するサ
   ンプル＆ホールド回路と、その保持された出力を
   対数変換する対数変換回路と、初段アンプのゲイ
   ンを決定するために前記対数変換回路の出力より
   コンパレータを用いて初段アンプのゲイン切替信
   号を発生する回路と、前記サンプル＆ホールド回
   路の出力を増幅するためのゲイン切替を持つ第２
   アンプと、前記対数アンプ出力よりコンパレータ
   を用いて第２アンプのゲイン切替信号を発生する
   回路と、前記第２アンプの出力をデイジタル信号
   に変換するアナログ／デイジタル変換回路と、こ
   のアナログ／デイジタル変換回路の出力信号を温
   度に変換する演算を行う演算回路とで構成したこ
   とを特長とする放射温度計。