JPH06186085A - 温度計測方法及びその装置 - Google Patents

温度計測方法及びその装置

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JPH06186085A
JPH06186085A JP4341876A JP34187692A JPH06186085A JP H06186085 A JPH06186085 A JP H06186085A JP 4341876 A JP4341876 A JP 4341876A JP 34187692 A JP34187692 A JP 34187692A JP H06186085 A JPH06186085 A JP H06186085A
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JP
Japan
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temperature
absolute
absolute temperature
measured
calculation
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JP4341876A
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English (en)
Inventor
Kazunori Koga
和則 古賀
Makoto Senoo
誠 妹尾
Kenji Tsuchida
健二 土田
Keiji Tanaka
敬二 田中
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】予め、赤外線カメラの出力特性を測定し、絶対
温度算出式における計算定数を求める。また、この計算
定数と雰囲気温度の関係を表すための補正定数をメモリ
15に記憶しておく。演算回路9では温度センサ12で
検出した雰囲気温度にしたがい、メモリ15の補正定数
を読みだして絶対温度算出式における計算定数を演算す
る。さらに、ここで求めた計算定数を用い、演算回路9
で絶対温度を算出する。この処理結果は絶対温度に比例
した熱画像及び絶対温度の数値の形で表示回路11に表
示される。 【効果】雰囲気温度により、赤外線カメラの出力特性が
変化した場合でも、被測定物体の正確な温度計測が可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線カメラを用いた
温度計測方法及び装置に係り、特に、雰囲気温度によ
り、赤外線カメラの出力特性が変化した場合にも、被測
定熱源の正確な絶対温度を計測するのに好適な温度計測
方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】雰囲気温度により、赤外線カメラの出力
特性が変化した場合に出力特性の補正を行う温度計測装
置に関する従来技術は、特開昭62−116226号公報に記載
の「赤外温度計」というものが挙げられる。これは、予
め、雰囲気温度の変化に対応した補正レベルをメモリへ
格納しておき、温度計測時に雰囲気温度に対応した補正
レベルを読みだし、この補正レベルで被測定熱源の信号
レベルを補正することにより、雰囲気温度に影響されず
に正確な温度計測を可能とするものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、雰
囲気温度の変化に対応した補正レベルを検出するため
に、複数の黒体炉が必要となる。また、雰囲気温度の変
化に対応した補正レベルを予めメモリに記憶しておく必
要がある。このため、この従来技術では多数のメモリ及
び複数の黒体炉が必要となり、装置の構成が複雑である
という問題があった。さらに、メモリに記憶した補正レ
ベルの数値以外の条件では、補間演算を行うため、温度
計測精度が悪いという問題があった。
【0004】本発明の目的は、雰囲気温度により出力特
性が変化した場合でも、被測定熱源の正確な温度計測が
可能な赤外線カメラを用いた温度計測方法及び装置を提
供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下の手段を用いる。すなわち、予め、雰
囲気温度を変えた場合の赤外線カメラの出力特性を測定
する。この出力特性における絶対温度と画像濃度の関係
から出力特性を表す回帰曲線を求める。さらに、この回
帰曲線の定数を雰囲気温度によって補正する。このよう
な絶対温度算出法を用い、赤外線カメラによる熱画像の
濃度から被測定熱源の絶対温度を算出する。
【0006】
【作用】絶対温度算出式では、赤外線カメラの絶対温度
と画像濃度の関係を2次関数あるいは指数関数で近似し
た計算式を用いる。また、この絶対温度算出式における
計算定数を雰囲気温度の2次関数として表す。ここで求
めた絶対温度算出式の計算定数を補正するための補正定
数は、予めメモリへ記憶しておく。温度計測時には、温
度センサにより雰囲気温度を検出し、メモリから読みだ
した補正定数との演算により、絶対温度算出式の計算定
数を決定する。さらに、ここで求めた計算定数を用いて
赤外線カメラにおける熱画像の濃度から被測定熱源の絶
対温度を算出する。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。まず、本発明の第一実施例の温度計測方法の概要に
ついて図2及び図3を用いて説明する。図2は雰囲気温
度を変えた場合の赤外線カメラの出力特性の一例を示す
ものである。このように、雰囲気温度が上昇すると絶対
温度に対する画像濃度の関係が上方にシフトしてゆく。
すなわち、雰囲気温度によって赤外線カメラの出力特性
が変化してゆく。ここで各雰囲気温度の出力特性を表す
回帰曲線21〜24は数1で表される。
【0008】
【数1】 I=ε(aT2+bT+c) …(数1) ここで、Iは画像濃度、Tは絶対温度、εは放射率、
a,b,cは定数である。この数1を以下では絶対温度
算出式という。図3は図2に示す絶対温度算出式におけ
る雰囲気温度taと定数aの関係を示すものである。こ
のように、計算定数を雰囲気温度の2次関数として表す
ことができる。したがって、絶対温度算出式における定
数aと雰囲気温度taの関係は数2で表される。
【0009】
【数2】 a=K1ta2+K2ta+K3 …(数2) ここで、K1,K2,K3は定数である。
【0010】ここでは、定数aについてのみ述べたが、
他の定数b,cについても同様に雰囲気温度taの関数
として数3及び数4で表される。
【0011】
【数3】 b=K4ta2+K5ta+K6 …(数3) ここで、K4,K5,K6は定数である。
【0012】
【数4】 c=K7ta2+K8ta+K9 …(数4) ここで、K7,K8,K9は定数である。
【0013】このK1〜K9を以下では補正定数という。
このようにして、特定の雰囲気温度における絶対温度算
出式の定数a,b,cを数2ないし数4で求めることが
できる。
【0014】したがって、求めた定数a,b,cを用い
数1を変形すれば、絶対温度Tは数5で求めることがで
きる。
【0015】
【数5】
【0016】ここで、Iは画像濃度、εは放射率、a,
b,cは定数である。
【0017】また、上記に述べた数1の出力特性は絶対
温度Tの指数関数として数6で表される。
【0018】
【数6】
【0019】ここで、Iは画像濃度、εは放射率、K,
nは定数である。
【0020】なお、雰囲気温度による絶対温度算出式の
定数の補正処理は出力特性が2次関数の場合と同様に実
施することができるため、ここでは省略する。
【0021】最終的に絶対温度Tは数6を変形し、数7
で表される。
【0022】
【数7】
【0023】以上、述べたような絶対温度算出法を用い
ることにより、雰囲気温度により赤外線カメラの出力特
性が変化した場合でも被測定熱源の絶対温度を算出する
ことができる。
【0024】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。なお、以下では絶対温度と画像濃度の関係を2次関
数で表した場合の実施例についてのみ説明する。出力特
性を指数関数で表した場合は同様であるので省略する。
【0025】まず、本発明の第一実施例の温度計測方法
について説明する。図4は本発明の第一実施例の温度計
測方法のフローチャートである。まず、予め赤外線カメ
ラの出力特性を測定し、絶対温度算出式の定数a,b,
cと雰囲気温度の関係を表すための補正定数K1〜K9
求めておき、メモリに記憶しておく(ステップ30A)。次
に温度センサで雰囲気温度taを検出する(ステップ3
0B)。さらにステップ30Aで求めた補正定数K1
9を用い、検出した雰囲気温度taとの演算を行うこ
とにより絶対温度算出式の定数a,b,cを求める(ス
テップ30C)。このようにして求めた計算定数a,
b,cを用い、数5にしたがって画像濃度Iから絶対温
度Tを求める。ここで、被測定熱源の放射率εは熱源毎
にメモリに記憶してある(ステップ30D)。以上のよ
うな処理を赤外線センサ毎に温度計測が終了するまで継
続して行う(ステップ30E)。以上、本実施例によ
り、出力特性が変化した場合でも被測定熱源の絶対温度
を算出することができる。
【0026】次に本発明の第二実施例の温度計測方法に
ついて図5ないし図7を用いて説明する。図5は赤外線
カメラのアイリスを絞った場合の出力特性、図6は赤外
線カメラのアイリスを開放した場合の出力特性である。
また、図7は本発明の第二実施例の温度計測方法のフロ
ーチャートである。赤外線カメラにおける絶対温度と画
像濃度の関係は図5に示すように低温領域では絶対温度
に対し画像濃度の値は非常にゆるやかに上昇する。この
ため、絶対温度の算出においては画像濃度のわずかな変
化が絶対温度に大きく影響してしまうことになり、その
精度が悪くなってしまう。このため、本実施例は温度の
計測領域を低温領域と高温領域とに二つに分け、絶対温
度と画像濃度の関係が線形になるようにして絶対温度を
精度よく検出するようにしたものである。低温領域で
は、図6に示すように絶対温度と画像濃度の関係が線形
になるように赤外線カメラのアイリスを開放状態の近傍
の数値に設定する。一方、高温領域では、図5に示すよ
うに絶対温度と画像濃度の関係が線形になるように赤外
線カメラのアイリスを絞った状態に設定する。この二つ
の条件において出力特性を測定し、これから高温領域の
補正定数K1〜K9,低温領域の補正定数K1〜K9を求め
る。ここで求めた定数は予めメモリに記憶しておく(ス
テップ31A)。次に温度を計測する領域を選択する
(ステップ31B)。この選択結果にしたがい、高温領域の
場合はK1〜K9を補正定数として用いる(ステップ31
C)。一方、低温領域の場合はK1〜K9を補正定数とし
て用いる(ステップ31D)。このようにして、低温領
域及び高温領域のそれぞれの場合における補正定数を設
定する。これ以後の処理は図4に示す第一実施例と同じ
であるので省略する。このように、本実施例によれば、
絶対温度と画像濃度の関係が線形な領域の出力特性を用
いて絶対温度を算出するため、高精度な温度計測が可能
となる。
【0027】次に本発明の一実施例の温度計測装置につ
いて説明する。図1は本発明の一実施例のブロック図で
ある。被測定熱源13から放射される赤外線エネルギ
は、ミラー4及び光学系3を介して赤外線検出器1に入
力される。この赤外線エネルギの大きさはしぼり制御板
2によって制御される。赤外線検出器1は1次元アレイ
型のセンサであり、垂直方向の温度情報を検出する。一
方、水平方向はミラー4の走査により水平方向の温度情
報を検出する。このような走査により、視野内の2次元
温度情報を検出する。赤外線検出器1では検出した信号
を赤外線エネルギに比例した電気信号に変換する。この
電気信号は直流増幅回路5,ビデオ増幅回路6を介して
ビデオ信号として出力される。さらに、このビデオ信号
はA/D変換器7を介して演算回路9に入力される。ま
た、温度センサ12で検出した雰囲気温度に比例した信
号もA/D変換器8を介して演算回路9に入力される。
この演算回路9では、雰囲気温度に対応した補正定数K
1〜K9をメモリ15から読みだし、ビデオ信号の出力レ
ベル、すなわち、熱画像の濃度を用いて、絶対温度を演
算する。さらにこの演算結果は絶対温度に比例したビデ
オ信号に変換され、D/A変換器10を介して表示回路
11に入力される。表示回路11では被測定熱源13の
絶対温度に比例した熱画像14を表示する。また、この
被測定熱源13の絶対温度の数値も同時に表示回路11
に表示する。
【0028】次に本発明の応用例について説明する。図
8は本発明の温度計測装置をプラントの異常監視装置と
して応用した実施例である。プラント50には、監視機
器54の異常を監視するためにレール51が設置してあ
る。温度計測装置20は駆動機構52に搭載してあり、
レール51上を移動して監視機器54の温度異常の監視
を行う。温度計測装置20で検出したデータはプラント
外に設置したデータ処理装置53に送られ、監視機器5
4の熱的な異常の有無及び位置の同定を行う。
【0029】
【発明の効果】本発明の温度計測方法及び装置によれ
ば、赤外線カメラの出力特性、すなわち、絶対温度と画
像濃度の関係を2次関数あるいは指数関数で近似し、雰
囲気温度によって計算定数を補正する手法を用いるた
め、雰囲気温度により出力特性が変化しても被測定熱源
の正確な絶対温度を計測することができる。また、この
計算では温度領域を低温及び高温領域に分割し、出力特
性が線形な領域で絶対温度を算出するために被測定熱源
の高精度な温度計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の装置構成を示すブロック図。
【図2】本発明の第一実施例の温度計測方法の説明図。
【図3】本発明の第一実施例の温度計測方法の説明図。
【図4】本発明の第一実施例の温度計測方法のフローチ
ャート。
【図5】本発明の第二実施例の温度計測方法の説明図。
【図6】本発明の第二実施例の温度計測方法の説明図。
【図7】本発明の第二実施例の温度計測方法のフローチ
ャート。
【図8】本発明の応用例のプラント監視装置の説明図。
【符号の説明】
1…赤外線検出器、5…直流増幅回路、6…ビデオ増幅
回路、7,8…A/D変換器、9…演算回路、10…D
/A変換器、11…表示回路、12…温度センサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 敬二 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】物体から放射される赤外線を検出して被測
    定物体の熱画像を計測する手段と、雰囲気温度を検出す
    る手段と、絶対温度と熱画像の濃度の関係をn次関数で
    フィッティングする手段とを設け、これら手段における
    係数を雰囲気温度のn次関数でフィッティングする手段
    により、熱画像の濃度から前記被測定物体の絶対温度を
    算出する手段を備えたことを特徴とする温度計測方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記被測定物体の絶対
    温度を算出する手段が絶対温度と熱画像の濃度の関係を
    2次関数でフィッティングする手段と前記手段における
    係数を雰囲気温度の2次関数でフィッティングする手段
    である温度計測方法。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記被測定物体の絶対
    温度を算出する手段が絶対温度の算出領域を低温領域と
    高温領域に分割し、それぞれの温度領域において出力特
    性が線形な領域で絶対温度を算出する手段である温度計
    測方法。
  4. 【請求項4】物体から放射される赤外線を検出して被測
    定物体の熱画像を計測する赤外線カメラにおいて、前記
    熱画像の濃度から絶対温度を算出するための演算回路と
    前記演算回路における絶対温度を算出するための係数を
    記憶するためのメモリと雰囲気温度を検出するためのセ
    ンサを付加したことを特徴とする温度計測装置。
  5. 【請求項5】請求項4に記載の温度計測装置をプラント
    内の機器の異常検出手段として構成したプラントの異常
    監視装置。
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