JPH0523701B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、鋼板等の測定対象（物）の放射率
および温度の測定装置に関するものである。

［従来の技術］ 出願人は、たとえば特開昭57−161521、163830
号公報等にあるように、比較的熱板（補助熱源、
放射源）と測定対象との距離を変化させたときの
放射検出器の出力変化から測定対象の放射率を求
める方法を提案している。また、距離を変化させ
る代わりに異つた角度から投光し、その反射光か
ら同様の演算を行い、測定を行う方法が考えられ
る。

［この発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、前者の方法では、比較熱板を駆
動する装置が大型なものとなつてしまう等の問題
点を生じている。後者の方法では、鋼板が水平位
置に対し傾きバラツキを生じると入射、反射の角
度が変化し、測定誤差を生じる問題点がある。

この発明の目的は、以下の点に鑑み、より簡便
に、対象の放射率および温度を測定する装置を提
供することである。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、測定対象の測定位置の法線に対し
少くとも２個以上の投光角度で投光する光源およ
びこの光源からの光を受光する検出器と、この検
出器による異つた投光角度について２つの検出信
号の各々と光源からの光が来ないときの検出信号
との差の比である寄与率の比が寄与率の差と所定
の関係にあることに基いて放射率を求め、この放
射率から測定対象の温度を演算する演算手段とを
備え、前記光源は、１つの投光角度について法線
を中心とする同一円周上を等分する少くとも３個
以上の点から投光するようにした放射温度測定装
置である。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例を示す構成説明
図である。

図において、１は、測定対象、２は、測定対象
１にチヨツパ３、光フアイバ４，５を介して所定
角度で光を投光する光源、７は、光源２からの光
が測定対象１で反射した光等を光フアイバ６を介
して受光する光電素子のような検出器、８は、検
出器７からの検出信号により所定の演算を行うア
ナログ回路、マイクロコンピユータ、パーソナル
コンピユータ等の演算手段である。測定対象１の
測定位置Ｐの法線（この例では検出用の光フアイ
バ６の入射光に一致）に対し、光フアイバ４の同
一円周上に配置された４つの先端４１，４２，４
３，４４は角度θ₁、光フアイバ５の同一円周上に
配置された４つの先端５１，５２，５３，５４は
角度θ₂の所定角度で光源２の光を投光する。ま
た、チヨツパ３は、たとえば第２図で示すよう
に、外側の開口３１，３１、広い開口３２，３２
が交互に設けられ、モータＭにより回転すること
により、光源２の光を消灯、法線に近い内側の光
フアイバ４でのみ投光、光フアイバ４，５の両方
で投光というように光を時分割に断続している。
また、光フアイバ４，５のそれぞれの光供給側
は、フアイバ４１〜４４，５１〜５４をそれぞれ
結束し、光源２には、投光用のレンズＬが設けら
れている。なお、図示しないが視野を限定するロ
ツドレンズ、マイクロレンズ等の視野限定手段が
光フアイバ４１〜４４，５１〜５４，６の先端に
設けられている。

測定対象１の温度をＴ、放射率をε、光源２の
放射エネルギーをEr、検出器７の出力信号をEi、
周囲温度をTa、温度Ｔの黒体相当の放射エネル
ギーをＥ(T)とする。

チヨツパ３により遮蔽され、測定対象１からの
放射エネルギーのみを検出する状態、チヨツパ３
の開口３１により法線に対し内側の光フアイバ４
から投光される状態、チヨツパ３の開口３２より
両方の光フアイバ４，５から投光される状態の
各々の状態での検出器７の出力信号E₀、E₁、E₂
は次のようになる。

E₀＝εE(T)＋（１−ε）Ｅ（Ta） ……(1) E₁＝εE(T)＋g₁（１−ε）Er ＋（１−g₁）（１−ε）Ｅ（Ta） ……(2) E₂＝εE(T)＋g₂（１−ε）Er ＋（１−g₂）（１−ε）Ｅ（Ta） ……(3) ここで、g₁、g₂は、光源２からの放射エネルギ
ーが測定対象１で乱反射されて検出器７に入射す
る割合である。

つまり、光源２からの光が来ないときの(1)式右辺
第１項は測定対象１自体からの放射エネルギー、
第２項は図示しない壁面等を周囲の温度Taによ
る放射エネルギーの寄与分である。(2)、(3)式右辺
第２項は光源２からの寄与分、第３項は周囲から
の寄与分である。

(2)式から(1)式を減算し、(3)式から(1)式を減算する
と次式が得られる。

E₁−E₀＝g₁（１−ε）Er−g₁（１−ε）Ｅ（Ta） E₂−E₀＝g₂（１−ε）Er−g₂（１−ε）Ｅ（Ta） その比Ｒをとると次式が得られる。

Ｒ＝（E₂−E₀）／（E₁−E₀）＝g₂／g₁ ……(4) また、(2)、(3)式を辺々差し引くと次式が得られ
る。

E₂−E₁＝（g₂−g₁）（１−ε）｛Er−Ｅ（Ta）｝ これより、放射率εは、次式となる。

ε＝１−（E₂−E₁）／［（g₂−g₁）・｛Er −Ｅ（Ta）｝］ ……(5) ここで、Ｄ＝g₁−g₂と、Ｒ＝g₂／g₁との関係
は、第３図で示すようにＤ＝ｆ(R)で、所定の関数
関係にあることが実験的に見い出された。つま
り、ＲからＤを求めることができ、(5)式右辺のそ
の他の値は、測定等により求まるので、放射率ε
を求めることができる。

そして、(1)式より Ｅ(T)＝｛E₀−（１−ε）Ｅ（Ta）｝／ε……(6) であるから、この(6)式に、(5)式より求めた放射率
ε等を代入して、測定対象１の真温度が求まる。

つまり、測定前、あらかじめ、第３図で示すよ
うな測定により求めたＤとＲとの関数関係Ｄ＝ｆ
(R)を演算手段８に記憶する。

次に、測定時、チヨツパ３を回転させ、光源２
の光を遮断する消光、開口３１より光フアイバ４
を介して角度θ₁で投光、開口３２より光フアイバ
５を介し角度θ₂で光を行い、それぞれ(1)，(2)，(3)
式のE₀，E₁，E₂を法線方向の光フアイバ６を介
して検出器７で検出し、また周囲の温度Tr、光
源２の放射エネルギーErを図示しない温度検出
器等で検出し、それぞれ演算手段８に供給する。
なお、光源２のErは別の光電素子または供給電
源値等から求める。

演算手段８は、信号E₀、E₁、E₂より、(4)式の
比Ｒを求め、これよりＤを求め、また、信号Ta
よりＥ（Ta）を演算し、(5)式右辺の演算を行つて
放射率εを求める。また、放射率εを用いて(6)式
の演算を行つて測定対象１の温度Ｔを求めること
ができる。

なお、光フアイバ４，５の先端の本数を増加さ
せて投光角度を増加させ、ある角度を境として２
ブロツクに分割し、フアイバ４，５の光供給側を
結束させてもよい。この場合、さらに光フアイバ
を増加させ、投光面を埋めつくすよう構成しても
よい。また、光フアイバ４、光フアイバ５から同
時に投光させる状態をつくらず、別々に投光する
ように構成いても同様である。

［発明の効果］ あらかじめ、寄与率の差が寄与率の比と所定の
関係にあることを用いて、放射率、温度を測定す
るようにしているので、簡単な構成で、放射率補
正された正しい測定対象の温度を測定することが
できる。特に熱源をもたないので発熱による検出
器等の劣化もなく、熱源を動かす大きな可動部等
はもたないので小型、コンパクトなものとなる。
また、光フアイバを用いることにより無誘導のも
のとなる。また、同一円周上から投光するように
しているので測定対象が角度変動しても、対称位
置での光の増減は相殺され、常に高精度の測定が
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、この発明の一実施例を示す
構成説明図、第３図は、寄与率の差Ｄと比Ｒとの
関係図である。 １……測定対象、２……光源、３……チヨツ
パ、４，５，６……光フアイバ、７……検出器、
８……演算手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定対象の測定位置の法線に対し２個以上の
   所定角度で投光する同一放射エネルギーの光源お
   よびこの光源からの放射エネルギーが測定対象を
   反射し測定位置の法線方向から入射するものを検
   出する検出器と、この検出器に異なつた投光角度
   についての前記光源からの放射エネルギーが測定
   対象を反射して寄与率g1、g2でそれぞれ独立し
   て入射したときの２つの検出信号E1、E2の各々
   と光源からの放射エネルギーがこないときの検出
   信号E0との差の比Ｒ＝（E2−E0）／（E1−E0）＝
   g2／g1を求め、この寄与率の比Ｒ＝g2／g1と寄
   与率の差Ｄ＝（g1−g2）とのあらかじめ実験的に
   求めた関係に基いて寄与率の差Ｄを求め、この寄
   与率の差Ｄおよび温度検出器等で求めた周囲の温
   度や光源の放射エネルギーを用いて測定対象の放
   射率を求め、この放射率から測定対象の温度を求
   める演算手段とを備えたことを特徴とする放射温
   度測定装置。 ２ チヨツパを用いて光源からの光を順次断続し
   て投光するようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の放射温度測定装置。 ３ 光フアイバを介して投光または受光すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の放射温度測定装置。 ４ 同一円周上に配置され多光フアイバの光供給
   側を結束したことを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項記載の放射温度測定装置。 ５ 光フアイバによる投光角度を増加させ、ある
   角度を境に２ブロツクに分割し、光フアイバの光
   供給側を結束したことを特徴とする特許請求の範
   囲第３項または第４項記載の放射温度測定装置。 ６ 光源から光フアイバへの光の供給を、消光、
   法線に近い内側のブロツク、両方のブロツクの３
   段階に分割して行うことを特徴とする特許請求の
   範囲第５項記載の放射温度測定装置。 ７ 光フアイバの先端に屈折率分布形ロツドレン
   ズ、マイクロレンズ等の視野限定手段を設けたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第６項
   のいずれかに記載の放射温度測定装置。