JPH07324983A - 消耗型光ファイバ温度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温の被測定物によりその先端部分が次第に
消耗する光ファイバと放射温度計とを用いた消耗型光フ
ァイバ温度計において、前記光ファイバ長の減少による
温度誤差を低減して、溶融金属等の高温被測定物の温度
を、高精度且つ高速応答で、しかも安価に連続測定でき
るもの。 【構成】 溶鋼１５からの放射光が金属管被覆光ファイ
バ１の一端より入射され他端より出射されると、この出
射光から中心波長を１．５５μｍ又はこの近傍の波長と
し、通過帯域幅を中心波長±０．１μｍとする狭帯域ス
ペクトル光のみを透過させる狭帯域波長選択フィルタ５
と、該フィルタ５の透過光を受光検出するＩｎＧａＡｓ
フォトダイオード７と、該ダイオード７の検出信号を温
度に変換し指示温度を出力する温度変換器９とを備えた
もの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温被測定物から放出
される放射光を光ファイバの一端より入射し、前記光フ
ァイバ内を伝播し、その他端から出射される光を受光検
出して温度に変換する放射温度計を用いて、前記高温被
測定物の温度を計測する消耗型光ファイバ温度計に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶融金属の温度計測方法として
は、消耗型の熱電対が用いられてきた。着脱式のセンサ
・プローブは使い捨てであるため測温は間欠的で、一回
の測定毎にセンサ・プローブを交換するため高価であり
測定回数を増やす事が困難であったうえ、自動化にも不
向きであった。また、プローブ径が３０ｍｍ以上と大き
く、長さも１ｍ以上もあり、狭い空間での測定ができな
いという制約もあった。

【０００３】溶融金属の温度計測を連続的に行うニーズ
は強く、最近ではセラミックの保護管を溶融金属中に浸
漬し、保護管の中に挿入した熱電対で温度を連続計測す
る装置が実用化されている。この方法の問題点は保護管
の耐久性にあり、計測時間が４０から５０時間程度しか
持続できない。また、保護管が高価な点および温度変化
に対する応答性が悪いという点もこの測定方法の問題点
となっている。

【０００４】上記問題点を解決することを目的として、
本出願人により特開平５−２４８９６０号公報に示され
た溶融金属の温度測定装置及びレベル測定装置が提案さ
れている。この温度計は金属管被覆光ファイバを連続的
に溶融金属中に挿入し、光ファイバを導波する赤外光を
検出して温度を連続的に測定するもので、金属管被覆に
より光ファイバの機械的強度を高める事により溶融金属
中への挿入を可能にしている。

【０００５】しかし、このような、光ファイバを消耗し
ながら使用するタイプの放射温度計は光ファイバの長さ
が短くなると伝送損失が低下し、指示温度が上昇し、測
定誤差を生じるとともに、検出光量が増大し放射温度計
のレンジを越える場合がでてくる。通信用の石英光ファ
イバＧＩファイバ（コア径／クラッド径が５０／１２５
μｍ）を光の導波路として、高温の被測定物から放出さ
れる放射光をこの光ファイバの先端から入射し、その他
端に設けた受光波長が０．９μｍのＳｉ検出器及赤外放
射温度計に導入し、約１２００℃の温度を計測した場合
に、光ファイバの長さが１００ｍ減少すると約１０℃の
測定誤差が生じた。

【０００６】上記の光ファイバの長さの減少による測定
誤差を補正する方法として、光ファイバの繰り出し量を
タッチロールのような機構で測定し、既知のファイバ伝
送損失特性から減衰量を計算で求めて補正をする方法も
ある。しかし、この方法による装置の構造が複雑になる
うえ、光ファイバ伝送損失特性の不均一性等から１ｋｍ
程度の長尺ファイバでは十分な補正精度を得ることはで
きない。また、数百ｍのファイバの長さの減少を補正す
る場合にも、ファイバの伝送損失が正確に既知でなけれ
ば十分な補正精度が得られない。

【０００７】オンラインで光ファイバ長さの影響を補正
する方法として、本出願人により先に出願された特願平
５−２９０９４６号公報に記載の光ファイバによる測温
装置において、消耗型熱電対による測定値をもとに光フ
ァイバによる測定値を補正する方法が提案されている。
この方法は転炉のように消耗型熱電対が常時使用される
場合には有効であるものの、熱電対による測温値が得ら
れない場合には適応できない。

【０００８】熱電対など他の温度計測手段を必要としな
い光ファイバ長さの補正方法として、本出願人により先
に出願された特開平５−１４２０４９号公報に記載の消
耗形光ファイバ温度計において、２つの波長の異なる光
を検出する赤外放射温度計を２台測定に用い、それぞれ
の波長における光ファイバの伝送損失特性の違いを利用
して真温度を求める方法（２波長ファイバ長さ補正法）
が提案されている。なお従来、赤外放射温度計の受光検
出素子としてＧｅフォトダイオードも使用されている
が、このＧｅフォトダイオードについての問題点は後述
する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記特開
平５−１４２０４９号公報に示された２波長の光を用い
た光ファイバ長減少の補正方法では下記の問題点があ
る。 （１）光ファイバの伝送損失が厳密に既知であることが
要求される。実用上、これは使用する光ファイバ各々の
伝送損失を精度良くあらかじめ測定して、その値に基づ
いて補正演算をしなければならないことを意味する。こ
れは較正作業の負担を増大するだけでなく、放射温度計
と波長帯域が完全には同一でない通信用光ファイバの損
失測定に用いられる汎用の測定器例えばＯＴＤＲ（光パ
ルス試験器）等を用いた簡易測定の利用を不可能にす
る。さらに、ファイバ長さ方向の伝送損失の僅かな不均
一さが大きな補正誤差をもたらす。

【００１０】（２）測定時には、測定に含まれるノイズ
や誤差が、補正演算により増幅され、十分な測定精度が
得られず、指示値も安定しない。 （３）溶鋼温度等を長時間測定する場合の消耗量を補給
できるように、１ｋｍ程度の長尺ファイバを使用するた
めには、複雑な補正演算が要求されるため、演算装置が
高価になる。 （４）温度較正時にＧｅフォトダイオードの指示値はド
リフトを生じ較正が困難である。

【００１１】これは、Ｇｅフォトダイオードの感度波長
帯域が０．８μｍ〜１．８μｍと広く、その範囲内には
ＯＨ基による光の吸収帯の１．４μｍに含んでいるため
と考えられる。石英硝子光ファイバは高温雰囲気に曝す
と大気中あるいは樹脂被覆中の水素が浸透してＯＨ基が
生成することが一般に知られており、そのため、専用較
正炉を用いて較正する際に、高温に曝されたファイバ先
端部の失透の影響が強く現れ、安定して較正することは
困難である。さらに、Ｇｅフォトダイオードの熱雑音が
大きいことも理由の一つと考えられる。またＧｅフォト
ダイオードをＳｉフォトダイオードに置き換えれば
（４）の問題は回避されるが依然として（１）〜（３）
の問題は残る。

【００１２】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたもので、温度計測時に、高温の被測定物によりそ
の先端部分が次第に消耗する光ファイバと赤外線放射温
度計とを用いた消耗型光ファイバ温度計において、光フ
ァイバ長の減少による温度誤差を低減して、高温溶融金
属などの温度を±２℃程度の高精度で、且つ高速応答で
計測できると共に、安価に連続測定のできる消耗型光フ
ァイバ温度計を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
る消耗型光ファイバ温度計は、高温被測定物から放出さ
れる放射光を光ファイバの一端より入射し、前記光ファ
イバ内を伝播し、その他端から出射される光を受光検出
して温度に変換する放射温度計を用いて、前記高温被測
定物の温度を計測する消耗型光ファイバ温度計におい
て、前記光ファイバの他端から出射される光から中心波
長を１．５５μｍ又は１．５５μｍの近傍の波長とする
狭帯域スペクトル光のみを透過させて前記放射温度計に
受光検出させる狭帯域波長選択フィルタを備えたもので
ある。

【００１４】本発明の請求項２に係わる消耗型光ファイ
バ温度計は、前記請求項１に係わる消耗型光ファイバ温
度計において、前記狭帯域波長選択フィルタの透過帯域
が前記中心波長±０．１μｍの範囲を越えない波長帯域
である前記狭帯域波長選択フィルタを備えたものであ
る。

【００１５】本発明の請求項３に係わる消耗型光ファイ
バ温度計は、前記請求項１又は請求項２に係わる消耗型
光ファイバ温度計において、前記放射温度計が受光検出
する受光検出素子としてＩｎＧａＡｓフォトダイオード
を備えたものである。

【００１６】本発明の請求項４に係わる消耗型光ファイ
バ温度計は、高温被測定物から放出される放射光を光フ
ァイバの一端より入射し、前記光ファイバ内を伝播し、
その他端から出射される光を受光検出して温度に変換す
る放射温度計を用いて、前記高温被測定物の真温度を計
測する消耗型光ファイバ温度計において、前記光ファイ
バの他端から出射される光を２つに分光する分波器と、
前記分波器により２つに分光された一方の光から、中心
波長を１．５５μｍ又は１．５５μｍの近傍の波長と
し、透過帯域を前記中心波長±０．１μｍの範囲内とす
る狭帯域波長選択フィルタを透過させた光を受光検出
し、これを温度に変換して第１の指示温度を出力する第
１の放射温度計と、前記分波器により２つに分光された
他方の光から、前記第１の放射温度計が受光検出する波
長帯域と異なる波長帯域の光を透過する波長選択フィル
タを透過させた光を受光検出し、これを温度に変換して
第２の指示温度を出力する第２の放射温度計と、前記第
１及び第２の放射温度計についての、それぞれに固有の
温度変換用のパラメータと、それぞれの受光検出波長帯
域における光ファイバの伝送損失情報と、それぞれから
出力される第１及び第２の指示温度とを用いて、所定の
演算式に基づき前記高温被測定物の真温度を算出する演
算手段とを備えたものである。

【００１７】本発明の請求項５に係わる消耗型光ファイ
バ温度計は、前記請求項４に係わる消耗型光ファイバ温
度計において、前記第１の放射温度計が受光検出する受
光検出素子としてＩｎＧａＡｓフォトダイオードを備
え、また前記第２の放射温度計が受光検出する受光検出
素子としてＳｉフォトダイオードを備えたものである。

【００１８】

【作用】本請求項１に係わる発明においては、高温被測
定物から放出される放射光を光ファイバの一端より入射
し、前記光ファイバ内を伝播し、その他端から出射され
る光を受光検出して温度に変換する放射温度計を用い
て、前記高温被測定物の温度を計測する消耗型光ファイ
バ温度計において、狭帯域波長選択フィルタは、前記光
ファイバの他端から出射される光から中心波長を１．５
５μｍ又は１．５５μｍの近傍の波長とする狭帯域スペ
クトル光のみを透過させて前記放射温度計に受光検出さ
せる。

【００１９】本請求項２に係わる発明においては、前記
請求項１に係わる狭帯域波長選択フィルタの透過帯域が
前記中心波長±０．１μｍの範囲を越えない波長帯域と
したものである。

【００２０】本請求項３に係わる発明においては、前記
請求項１又は請求項２に係わる放射温度計が受光検出す
る受光検出素子をＩｎＧａＡｓフォトダイオードとした
ものである。

【００２１】本請求項４に係わる発明においては、高温
被測定物から放出される放射光を光ファイバの一端より
入射し、前記光ファイバ内を伝播し、その他端から出射
される光を受光検出して温度に変換する放射温度計を用
いて、前記高温被測定物の真温度を計測する消耗型光フ
ァイバ温度計において、分波器は前記光ファイバの他端
から出射される光を２つに分光する。第１の放射温度計
は、前記分波器により２つに分光された一方の光から、
中心波長を１．５５μｍ又は１．５５μｍの近傍の波長
とし、透過帯域を前記中心波長±０．１μｍの範囲内と
する狭帯域波長選択フィルタを透過させた光を受光検出
し、これを温度に変換して第１の指示温度を出力する。
第２の放射温度計は、前記分波器により２つに分光され
た他方の光から、前記第１の放射温度計が受光検出する
波長帯域と異なる波長帯域の光を透過する波長選択フィ
ルタを透過させた光を受光検出し、これを温度に変換し
て第２の指示温度を出力する。演算手段は、前記第１及
び第２の放射温度計についての、それぞれに固有の温度
変換用のパラメータと、それぞれの受光検出波長帯域に
おける光ファイバの伝送損失情報と、それぞれから出力
される第１及び第２の指示温度とを用いて、所定の演算
式に基づき前記高温被測定物の真温度を算出する。

【００２２】本請求項５に係わる発明においては、前記
請求項４に係わる第１の放射温度計が受光検出する受光
検出素子をＩｎＧａＡｓフォトダイオードとし、また前
記第２の放射温度計が受光検出する受光検出素子として
Ｓｉフォトダイオードとしたものである。

【００２３】

【実施例】最初に光ファイバの減衰を考慮にいれた放射
温度計の感度特性を以下に示す。黒体の分光放射輝度Ｌ
（λ，Ｔ）はプランクの放射則により次の（１）式で表
される。 Ｌ（λ，Ｔ）＝２Ｃ₁ ／｛λ⁵ ×（ＥＸＰ（Ｃ₂ ／λＴ）−１）｝…（１） ここで、λ：波長 Ｔ：絶対温度 （Ｋ） Ｃ₁ ＝５．９５４８×１０^-7Ｗ×ｍ² 、 Ｃ₂ ＝０．０１４３８８ｍ・Ｋ

【００２４】なお（１）式は、λＴ≦λ_m Ｔ （λ_m Ｔ
＝２．８９７８×１０^-3ｍ・Ｋ）の領域では、下記の
（２）式で示すウイーンの式で近似できる。 Ｌ（λ，Ｔ）＝２Ｃ₁ ×ＥＸＰ（−Ｃ₂ ／λＴ）／λ⁵ …（２） また一般的な放射温度計では、ＪＩＳ規格に基づき（計
測自動制御学会編「新温度計測」ｐ．２５６参照）、実
験より求めたＡ，Ｂ，Ｃの定数を用いた下記の近似式
（３）によって輝度信号を温度に変換している。 Ｌ（λ，Ｔ）＝Ｃ×ＥＸＰ｛−Ｃ₂ ／（ＡＴ＋Ｂ）｝ …（３）

【００２５】図１は本発明に係わる消耗型光ファイバ温
度計の構成例１を示す図である。図１において、１は金
属管被覆光ファイバ、２は光コネクタ、３は消耗型光フ
ァイバ温度計であり、狭帯域波長選択フィルタ５、フォ
トダイオード７及び温度変換器９を含む。狭帯域波長選
択フィルタ５は、例えば干渉フィルタにより構成され、
薄膜による光の干渉を利用して特定の波長帯域（この例
では１．５５±０．０２５μｍ）の光のみを透過させ
る。フォトダイオード７には、この例ではＩｎＧａＡｓ
素子のフォトダイードを用い、前記狭帯域波長選択フィ
ルタ５を透過した１．５５±０．０２５μｍの波長帯域
光を受光検出する。

【００２６】温度変換器９は前記ＩｎＧａＡｓフォトダ
イオード７が受光検出した出力信号を温度に変換して指
示温度Ｔを出力するものである。なお図１の場合には、
指示温度Ｔをそのまま使用する（即ち補正演算を行なわ
ない）ので、温度変換器９は、前記（２）式又は（３）
式のいずれの変換式を用いるものでもよい。なおフォト
ダイオード７と温度変換器９により単色放射温度計が構
成される。

【００２７】１２は光ファイバ供給ドラム、１３は光フ
ァイバ供給ローラである。１４はモールド、１５は溶
鋼、１６は浸漬ノズル、１７はパウダである。金属管被
覆光ファイバ１の光ファイバとしては、通信用の石英光
ファイバを用い、その外周に、被覆材としてＳＵＳ管な
どの金属管を用いた金属管被覆光ファイバ１をセンサと
することにより、高温での機械的強度を増し、溶鋼１５
中への挿入を可能にしている。

【００２８】また溶鋼１５中に挿入された金属管被覆光
ファイバ１は、高温のため時間の経過につれ消耗するの
で、光ファイバ供給ドラム１２に巻込まれている金属管
被覆光ファイバ１が順次送り出され、消耗した分が常に
補給される機構になっている。またこの機構を備えた温
度計を消耗型光ファイバ温度計と称する。なお図１にお
いては、温度の測定に単一の波長帯のみしか使用しない
ので単波長による消耗型光ファイバ温度計という。

【００２９】図１の消耗型光ファイバ温度計の場合に、
光ファイバの先端から入射した赤外光は、その他端から
出射するまでの伝播過程で光ファイバの伝送損失により
減衰する。この光ファイバの減衰特性は波長の関数にな
っている。最近の通信用石英光ファイバの性能はかなり
向上しているが、その伝送損失は通常波長０．９μｍで
２〜３ｄＢ／ｋｍ、１．５μｍで０．２〜０．５ｄＢ／
ｋｍ程度である。公表されている光ファイバの伝送損失
の測定例を図６、図７に示す。

【００３０】図６は通信用石英光ファイバの伝送損失を
示す特性図（島田、林田：『光ファイバケーブル』ｐ５
２、オーム社、昭和６２年発行）であり、図７も通信用
石英光ファイバの伝送損失を示す特性図（島田、林田：
『光ファイバケーブル』ｐ５６、オーム社、昭和６２年
発行）である。これらの図からも予想されるように、消
耗形光ファイバ温度計の出力はファイバ長の影響を受け
る。実際に０．９μｍの波長の単色放射温度計でＧＩフ
ァイバ（前記コア径／クラット径が５０／１２５μｍ）
を用いて黒体炉で検定したところファイバ長１００ｍの
基準値に対して、ファイバ長が１０ｍまで短くなると、
約＋１０℃高めの指示値を示した。従って、本発明の消
耗型光ファイバ温度計は、ファイバ長が短くなっても指
示値が変動せず高精度な温度計測を可能とするように開
発された。

【００３１】図１において、まず金属管被覆光ファイバ
１の長さが基準ファイバ長の時に温度計の較正を行い、
この時の単色放射温度計の受光した放射輝度をＥとする
と、このＥは下記のウイーンの式（２Ａ）で示される。 Ｅ＝２Ｃ′×ＥＸＰ（−Ｃ₂ ／λＴ）／λ⁵ …（２Ａ） ここで、Ｃ′は温度計固有の定数である。一般に光ファ
イバ長Ｘにおける光伝送損失による減衰量は次式で表す
ことかできる。 Ｒ（Ｘ）＝ＥＸＰ（−ＤＸ）

【００３２】従って光ファイバ長が基準長さからＸだけ
減少（消耗）すると、上記減衰量と等しい受光量が増加
することになり、このときの単色放射温度計の輝度出力
Ｅ′は次の（２Ｂ）式で表せる。 Ｅ′＝２Ｃ′×ＥＸＰ（ＤＸ）×ＥＸＰ（−Ｃ₂ ／λＴ）／λ⁵ ）…（２Ｂ） この光ファイバ長がＸだけ消耗した時の温度指示値を
Ｔ′とおくとＥ′は次の（２Ｃ）式で表せる。 Ｅ′＝２Ｃ′×ＥＸＰ（−Ｃ₂ ／λＴ′）／λ⁵ ） …（２Ｃ） 従って、温度計較正時の（２Ａ）式における温度指示値
Ｔと、光ファイバ消耗時の（２Ｃ）式における温度指示
値Ｔ′とは一致すぜ、その差ΔＴ＝Ｔ′−Ｔが指示誤差
となる。

【００３３】光ファイバの減衰特性は波長の関数になっ
ており、図６及び図７に示したように、一般的に長波長
の方が短波長よりも減衰量が小さい。しかし、１．４μ
ｍ近傍はＯＨ基の吸収帯のため減衰量が大きくなってい
る。またＧｅフォトダイオードは感度波長帯域が０．８
〜１．８μｍと広いので、Ｇｅ放射温度計は較正時には
高温に曝されたファイバ先端が水素元素の浸透により変
質し、１．４μｍのＯＨ基の吸収帯において伝送損失Ｄ
が増大し、安定した指示値が得られない。

【００３４】それに対し、図１の消耗型光ファイバ放射
温度計３は中心波長１．５５μｍ±０．０２５μｍの光
のみが透過する狭帯域波長選択フィルタ５をＩｎＧａＡ
ｓフォトダイオード７の入射面に設けている。こよう
に、１．４μｍの吸収帯の影響を受けない波長帯のた
め、光ファイバの伝送損失指数Ｄの値は約０．３ｄＢ／
ｋｍと小さな値である。従って、測定温度が１５００℃
の場合に、１００ｍのファイバ消耗についてわずか２〜
３℃の指示値上昇しか伴わない。また、ＯＨ基の吸収帯
を含まないため較正時に、Ｇｅ放射温度計において生じ
る温度指示値の不安定性も伴わない。さらに、検出素子
にＩｎＧａＡｓフォトダイオード７を使用するため、狭
帯域波長選択フィルタ５を透過することにより検出光量
が小さくなっても暗電流に埋もれることなく良好のＳ／
Ｎ比で光量が検出できる。

【００３５】図２は図１の消耗型光ファイバ温度計によ
る測定結果を示す図である。図２の実線はＩｎＧａＡｓ
フォトダイオードを使用した場合で、破線は比較用にＳ
ｉフォトダイオードを使用した場合を示している。なお
図２において、金属管被覆光ファイバ１の金属管は１．
２ｍｍ径のＳＵＳ製とし、光ファイバは通信用石英光フ
ァイバＧＩファイバ（コア径／クラット径が５０／１２
５μｍ）とした。また狭帯域波長選択フィルタ５の透過
波長域は１．５５±０．０２５μｍのものを使用した。
図２の実線の場合、ファイバ消耗量が１ｋｍあっても測
定誤差は２５℃程度である。

【００３６】図１の構成による消耗型光ファイバ温度計
を使用した場合に、較正時から光ファイバの消耗量が１
００ｍ以内の間は常に±２℃での測温が可能である。従
って光ファイバが１００ｍ消耗する度にファイバを基準
長のものと交換すればよいことになる。従って間欠的に
温度測定を行なう場合に、消耗型光ファイバ温度計は、
通常１回の測定で約４０〜５０ｍｍ程度だけ消耗するの
で、測定頻度を１時間に３回、１日に３×２４＝７２回
測定したとしても、１００ｍのファイバドラムがあれば
約１ケ月（測定回数７２×３０＝２１６回）間の連続使
用が可能となる。従って図１の構成の単波長による消耗
型光ファイバ温度計は、測定対象によっては、補正演算
をしなくとも、そのままで精度上の問題がなく十分に使
用できることになる。

【００３７】図１では単波長により補正演算を行なわな
い消耗型光ファイバ温度計について述べたが、次に２波
長によりファイバ長さの補正演算を行なう計測法につい
て説明する。２波長によるファイバ長さ補正法において
は、光ファイバの先端から入射する放射光を光ファイバ
の他端において２分し、この２つの光をそれぞれ検出波
長帯の異なる別個の単色放射温度計に導入し、２つの指
示温度Ｔ_a ，Ｔ_b を求め、このＴ_a ，Ｔ_b に補正演算を
行ない真温度Ｔを算出する。以下この補正演算の演算方
法を述べる。

【００３８】次に基準値で較正した２つの単色放射温度
計の指示値が、ファイバ長が短くなるに従い指示値に差
が生じる事を利用し、２つの指示値から真温度を演算に
よって求める演算方法を示す。 （１）赤外放射温度計で検出される放射輝度と温度の関
係が前記（２）式のウイーンの式で表される場合につい
て補正式を導出する。赤外放射温度計の光検出器の応答
波長域が十分に狭く、単一のスペクトルであるとみなせ
る時にこの式が適用可能である。なおここで、２つの単
色放射温度計の実効波長をそれぞれλ_a ，λ_b （μｍ）
とする。

【００３９】まず、基準ファイバ長の時に温度計の較正
を行い、この時の単色放射温度計のそれぞれの受光した
放射輝度をＥ_a ，Ｅ_b とおき、下記のウイーンの式（２
ａ），（２ｂ）で表わす。 Ｅ_a ＝２Ｃ_a ′×ＥＸＰ（−Ｃ₂ ／λ_a Ｔ）／λ_a ⁵ …（２ａ） Ｅ_b ＝２Ｃ_b ′×ＥＸＰ（−Ｃ₂ ／λ_b Ｔ）／λ_b ⁵ …（２ｂ） ここで、Ｃ_a ′，Ｃ_b ′はそれぞれの放射温度計固有の
定数である。

【００４０】次に光ファイバ長が基準長さからＸだけ減
少（消耗）すると、長さＸにおける光伝送損失分である
Ｒ（Ｘ）＝ＥＸＰ（−ＤＸ）と等しい受光量が増加する
ことになり、このときの単色放射温度計の輝度出力
Ｅ_a ，Ｅ_b は次の（４），（５）式で表せる。 Ｅ_a ＝２Ｃ_a ′×ＥＸＰ（Ｄ_a Ｘ）×ＥＸＰ（−Ｃ₂ ／λ_a Ｔ）／λ_a ⁵ …（４） Ｅ_b ＝２Ｃ_b ′×ＥＸＰ（Ｄ_b Ｘ）×ＥＸＰ（−Ｃ₂ ／λ_b Ｔ）／λ_b ⁵ …（５） この光ファイバ長がＸだけ消耗した時の温度指示値をそ
れぞれＴ_a ，Ｔ_b とおくとＥ_a ，Ｅ_b は次の（６），
（７）式で表せる。 Ｅ_a ＝２Ｃ_a ′×ＥＸＰ（−Ｃ₂ ／λ_a Ｔ_a ）／λ_a ⁵ …（６） Ｅ_b ＝２Ｃ_b ′×ＥＸＰ（−Ｃ₂ ／λ_b Ｔ_b ）／λ_b ⁵ …（７）

【００４１】次に、前記（４），（５），（６），
（７）式よりＥ_a ，Ｅ_b を消去し、対数をとると下記の
（８），（９）式が得られる。 Ｄ_a Ｘ−Ｃ₂ ／λ_a Ｔ＝−Ｃ₂ ／λ_a Ｔ_a …（８） Ｄ_b Ｘ−Ｃ₂ ／λ_b Ｔ＝−Ｃ₂ ／λ_b Ｔ_b …（９） 次に前記（８），（９）式よりＸを消去し、真温度Ｔに
ついて解くと次の（１０）式が得られる。

【００４２】

【数１】

【００４３】上記（１０）式はその導出に近似を含ま
ず、よって赤外放射温度計で検出される放射輝度と真温
度の関係がウイーンの式で表される限り、誤差なくファ
イバ長さの影響を排除し真温度Ｔを求めることができ
る。

【００４４】（２）次に、赤外放射温度計の検出波長帯
域が有限の幅を持ち、単一スペクトルと見なせない一般
の放射温度計の場合について補正式を導出する。この場
合、放射輝度と温度の関係は前記（３）式のＡ，Ｂ，Ｃ
定数を用いた式で表される。まず、基準ファイバ長の時
に温度計の較正を行い、この時の単色放射温度計のそれ
ぞの受光した放射輝度をＥ_a ，Ｅ_b とおき、それぞれの
放射温度計のＡ，Ｂ，Ｃ常数Ａ_a ，Ｂ_a ，Ｃ_a ，Ａ_b ，
Ｂ_b ，Ｃ_b を用いて真温度Ｔとの関係を下記の（３
ａ），（３ｂ）式で表わす。 Ｅ_a ＝Ｃ_a ×ＥＸＰ｛−Ｃ₂ ／（Ａ_a Ｔ＋Ｂ_a ）｝ …（３ａ） Ｅ_b ＝Ｃ_b ×ＥＸＰ｛−Ｃ₂ ／（Ａ_b Ｔ＋Ｂ_b ）｝ …（３ｂ）

【００４５】次に光ファイバ長が基準長さからＸだけ減
少（消耗）した時の単色放射温度計の輝度出力Ｅ_a ，Ｅ
_b は次の（１１），（１２）式で表せる。 Ｅ_a ＝Ｃ_a ×ＥＸＰ（Ｄ_a Ｘ）×ＥＸＰ｛−Ｃ₂ ／（Ａ_a Ｔ＋Ｂ_a ）｝ …（１１） Ｅ_b ＝Ｃ_b ×ＥＸＰ（Ｄ_b Ｘ）×ＥＸＰ｛−Ｃ₂ ／（Ａ_b Ｔ＋Ｂ_b ）｝ …（１２） この時の温度指示値をそれぞれＴ_a ，Ｔ_b とおくと
Ｅ_a ，Ｅ_b は次の（１３），（１４）式で表せる。 Ｅ_a ＝Ｃ_a ×ＥＸＰ｛−Ｃ₂ ／（Ａ_a Ｔ_a ＋Ｂ_a ）｝ …（１３） Ｅ_b ＝Ｃ_b ×ＥＸＰ｛−Ｃ₂ ／（Ａ_b Ｔ_b ＋Ｂ_b ）｝ …（１４）

【００４６】次に、前記（１１），（１２），（１
３），（１４）式よりＥ_a ，Ｅ_b を消去し、対数をとる
と下記の（１５），（１６）式が得られる。 Ｄ_a Ｘ−Ｃ₂ ／（λ_a Ｔ＋Ｂ_a ）＝−Ｃ₂ ／（λ_a Ｔ_a ＋Ｂ_a ）…（１５） Ｄ_b Ｘ−Ｃ₂ ／（λ_b Ｔ＋Ｂ_b ）＝−Ｃ₂ ／（λ_b Ｔ_b ＋Ｂ_b ）…（１６） 前記（１５），（１６）式よりＸを消去すると次の（１
７）式が得られる。 １／Ｄ_a （λ_a Ｔ＋Ｂ_a ）−１／Ｄ_b （λ_b Ｔ＋Ｂ_b ） ＝１／Ｄ_a （λ_a Ｔ_a ＋Ｂ_a ）−１／Ｄ_b （λ_b Ｔ_b ＋Ｂ_b ）…（１７）

【００４７】上記（１７）式を真温度Ｔについて解くと
下記の（１８）式が得られる。 Ｔ＝《−（Ａ_a Ｂ_b ＋Ａ_b Ｂ_a ）｛−Ｄ_a Ｃ₂ ／（Ａ_b Ｔ_b ＋Ｂ_b ）＋Ｄ_b Ｃ₂ ／（Ａ_a Ｔ_a ＋Ｂ_a ）｝＋（Ａ_b Ｄ_b −Ａ_a Ｄ_a ）Ｃ₂ ＋［（Ａ_a Ｂ_b −Ａ_b Ｂ_a ）² ｛−Ｄ_a Ｃ₂ ／（Ａ_b Ｔ_b ＋Ｂ_b ）＋Ｄ_b Ｃ₂ ／（Ａ_a Ｔ_a ＋Ｂ_a ）｝² ＋２Ｃ₂ （Ａ_a Ｂ_b −Ａ_b Ｂ_a ）（Ａ_a Ｄ_a ＋Ａ_b Ｄ_b ）｛−Ｄ_a Ｃ₂ ／（Ａ_b Ｔ_b ＋Ｂ_b ）＋Ｄ_b Ｃ₂ ／（Ａ_a Ｔ_a ＋Ｂ_a ）｝＋（Ａ_a Ｄ_a −Ａ_b Ｄ_b ）² Ｃ₂ ² ］^1/2 》／［２Ａ_a Ａ_b ｛−Ｄ_a Ｃ₂ ／（Ａ_b Ｔ_b ＋Ｂ_b ）＋Ｄ_b Ｃ₂ ／ （Ａ_a Ｔ_a ＋Ｂ_a ）｝］ …（１８） （１８）式はその導出に近似を含まず、よって赤外放射
温度計で検出される放射輝度と真温度の関係が（３）式
で表される限り、誤差なくファイバ長さの影響を排除し
真温度を求めることができる。

【００４８】しかし、（１８）式は複雑で演算時間もか
かることから、簡便な補正演算を可能にする近似式を導
出する。一般にＴが１５００℃の付近で、λが１〜２μ
ｍの付近ではＡＴ＞＞Ｂが成り立つことに注目すると、
１／（ＡＴ＋Ｂ）は近似的に｛１／ＡＴ−Ｂ／（ＡＴ）
² ｝と等しいとみなすことができる。この近似関係を利
用すると（１７）式は（１９）式と表わせる。 （１／Ｔ_a −１／Ｔ）／Ｄ_a Ａ_a −Ｂ_a （１／Ｔ_a ² −１／Ｔ² ）／Ｄ_a Ａ_a ＝（１／Ｔ_b −１／Ｔ）／Ｄ_b Ａ_b −Ｂ_b （１／Ｔ_b ² −１／Ｔ² ）／ Ｄ_b Ａ_b …（１９）

【００４９】さらに、Ｔ_a −Ｔ＜＜Ｔ_a ，Ｔ_b −Ｔ＜＜
Ｔ_b が成り立つことに注目すると、（１／Ｔ_a ＋１／
Ｔ）は近似的に２／Ｔ_a と等しく、また（１／Ｔ_b ＋１
／Ｔ）は近似的に２／Ｔ_b と等しいとみなせる。これら
の近似関係を利用すると（１９）式は（２０）式で表わ
せる。 （１／Ｔ_a −１／Ｔ）（１−２Ｂ_a ／Ａ_a Ｔ_a ）／Ｄ_a Ａ_a ＝（１／Ｔ_b −１／Ｔ）（１−２Ｂ_b ／Ａ_b Ｔ_b ）／Ｄ_b Ａ_b …（２０） （２０）式を真温度Ｔについて解くと、（２１）式が導
かれる。

【００５０】

【数２】

【００５１】（１８）式または（２１）式を用いること
により、２つの赤外放射温度計の指示値Ｔ_a ，Ｔ_b と、
それぞれの放射温度計の特性を表すＡ，Ｂ，Ｃパラメー
タのうちのそれぞれ２つのパラメータＡ_a ，Ｂ_a 及びＡ
_b ，Ｂ_b と、さらに、それぞれの放射温度計の測定波長
における光ファイバの伝送損失係数Ｄ_a ，Ｄ_b とを用い
て、光ファイバの長さＸの影響を除去した真温度Ｔを演
算により求めることが出来る。

【００５２】（２１）式は、データをデジタル信号に変
換し、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）やセントラル
プロセッシングユニット（ＣＰＵ）がデジタル演算をす
る場合は、この式のままでもよいが、（２１）式の演算
をアナログ回路で実現するには複雑すぎる。そこでアナ
ログ回路による演算を容易にするため、更に以下の近似
を導入する。｛１／Ｔ_a −１／Ｔ｝は近似的に｛（Ｔ−
Ｔ_a ）／Ｔ² ｝に等しく、また｛１／Ｔ_b −１／Ｔ｝は
近似的に｛（Ｔ−Ｔ_b ）／Ｔ² ｝に等しいという関係を
（２０）式に適用すると（２０ａ）式が得られる。 （１−２Ｂ_a ／Ａ_a Ｔ_a ）（Ｔ−Ｔ_a ）／Ｄ_a Ａ_a ＝（１−２Ｂ_b ／Ａ_b Ｔ_b ）（Ｔ−Ｔ_b ）／Ｄ_b Ａ_b …（２０ａ） （２０ａ）式を真温度Ｔについて解くと、（２２）式が
得られる。

【００５３】

【数３】

【００５４】さらに、Ｔ_a ，Ｔ_b に関して、測定対象物
の温度範囲が既知であり、指示温度の概略値Ｔ_a ′，Ｔ
_b ′が設定できる場合を考える。例えば測定対象物の温
度範囲が１４００°〜１６００℃と既知の場合に、この
温度範囲の中央値である１５００℃を指示温度の概略値
として設定することができる。このような場合には、
（２２）式を（２３）式により近似することができる。

【００５５】

【数４】

【００５６】（２３）式はＴ_a ，Ｔ_b に関して線形であ
り、その係数は全て既知の定数で、予め求めることがで
きるものであるので、（２３）式の演算は簡単なアナロ
グ回路でも実現できるという効果がある。

【００５７】次に温度指示値誤差や各パラメータの誤差
が真温度の推定値にどれだけの誤差となって反映するか
を求めてみる。例えば、２つの赤外放射温度計の検出ス
ペクトルが単一のスペクトルとみなせる場合に、２つの
温度計の指示値Ｔ_a ，Ｔ_b と、それぞれの赤外放射温度
計の実効波長λ_a ，λ_b と、その実効波長での光ファイ
バの伝送損失指数、Ｄ_a ，Ｄ_bとを用いて、ファイバ先
端部の真温度Ｔを求める前記（１０）式において、Ｔと
Ｔ_a とＴ_b とがほぼ等しい値に近似すると、真温度Ｔの
推定値の誤差ｄＴは次の（２４）式で与えられる。

【００５８】

【数５】

【００５９】次に２つの放射温度計として、両方ともＳ
ｉ放射温度計を用いた場合（イ）と、一方はＩｎＧａＡ
ｓ放射温度計で他方はＳｉ放射温度計を用いた場合
（ロ）とについて、（２４）式で示される真温度Ｔの誤
差ｄＴの大きさを比較してみる。 （イ）２つの放射温度計が両方ともＳｉ放射温度計の場
合、いまＳｉフォトダイオードを２つの赤外放射温度計
の検出素子に用い、２つの異なる波長をλ_a ＝０．８５
μｍ、λ_b ＝１．０μｍとした場合の前記（２４）式の
ｄＴを評価する。なお伝送損失指数は、実測値のＤ_a ＝
２．６ｄＢ／ｋｍ、Ｄ_b ＝１．８ｄＢ／ｋｍとし、（２
４）式にλ_a ，λ_b ，Ｄ_a ，Ｄ_b の値を代入すると、Ｔ
＝１５００℃、ファイバ長１ｋｍの場合、ｄＴは次の
（２５）式となる。 ｄＴ＝−４９０（ｄＤ_a ／Ｄ_a −ｄＤ_b ／Ｄ_b ）−４．４ｄＴ_a ＋５．４ｄＴ_b …（２５）

【００６０】（２５）式において、２つの赤外放射温度
計の指示値ノイズや測温誤差ｄＴ_a，ｄＴ_b は約５倍に
増幅され、その符号は逆になっている。従ってｄＴ_a ，
ｄＴ_b が同一極性の場合は相殺されるが、異極性の場合
は加算される。また、伝送損失Ｄ_a ，Ｄ_b の値が正確で
はなく、かりに１％の誤差があった場合には、真温度Ｔ
に約５℃の温度誤差をもたらすことになる。従って
（イ）の場合に、２つの単色放射温度計の精度が±２℃
であったとしても、光ファイバ長さ補正後には温度指示
値の精度は、最悪の場合に±１０℃までは劣化し得るこ
とがある。また伝送損失Ｄ_a ，Ｄ_b の値に含まれる誤差
の影響が大きいので、光ファイバの各測定波長帯域での
伝送損失値として厳密な値が必要となる。

【００６１】（ロ）一方はＩｎＧａＡｓ放射温度計を他
方はＳｉ放射温度を用いた場合、次に一方の放射温度計
には図１の単色放射温度計、即ち受光素子としてＩｎＧ
ａＡｓフォトダイオードを使用し、その入射面に中心波
長１．５５μｍの狭帯域波長選択フィルタを設置し、他
方の放射温度計には前記Ｓｉフォトダイオードを使用し
た場合を考える。そしてこの２つの放射温度計の指示値
Ｔ_a ，Ｔ_b を補正演算器へ入力し、（１０）式に基づき
Ｔを演算によりもとめる。この場合に、λ_a ＝０．９μ
ｍ、λ_b ＝１．５５μｍ、Ｄ_a ＝２．２ｄＢ／ｋｍ、Ｄ
_b ＝０．３ｄＢ／ｋｍを（２４）式に代入すると、Ｔ＝
１５００℃、Ｘ＝１ｋｍの場合、ｄＴは次の（２６）式
となる。 ｄＴ＝−３０（ｄＤ_a ／Ｄ_a −ｄＤ_b ／Ｄ_b ）−０．３ｄＴ_a ＋１．３ｄＴ_b …（２６）

【００６２】（２６）式においては、ＩｎＧａＡｓ放射
温度計の測温誤差ｄＴ_b がそのままほとんど増幅される
ことなくｄＴに反映され、またＳｉ放射温度計の測温誤
差ｄＴ_a はほとんど真温度の推定誤差には影響しない。
そして伝送損失Ｄの誤差は、かりに５％あったとしても
Ｔの誤差としては１．５℃にしからならない。従って
（ロ）の場合に、２つの放射各温度計の精度が±２℃で
あった場合、補正演算後の精度は±３℃以内であり、し
かも、伝送損失Ｄ_a ，Ｄ_b の値は厳密な値が要求されな
いので、カタログ値、もしくはＯＴＤＲ（光パルス試験
器）による測定値が利用でき、較正作業が大幅に簡略化
出来る。

【００６３】このように、補正演算後の真温度の精度を
比較すると、２つの放射温度計として（ロ）の場合が
（イ）の場合よりも優れている。また放射温度計の検出
スペクトルが有限帯域であり、ウイーンの（２）式の代
りに前記（３）式が適用される場合には、前記（１０）
式とは異なる補正演算式、例えば前記（２１），（２
３）式等を用いる必要があるが、この場合の補正演算後
の真温度の精度も、（ロ）の場合が（イ）の場合よりも
優れている。

【００６４】図３は本発明に係わる消耗型光ファイバ温
度計の構成例２を示す図である。図３において、１，
２，５，７，９及び１２〜１７は図１と同一のものであ
る。３Ａは２つの異なる波長によりそれぞれ温度測定を
行なうＮｏ．１及びＮｏ．２単色放射温度計と補正演算
を行なう演算部１１等を含んだ消耗型光ファイバ温度計
である。４はビームスプリッタ等の分波器であり、金属
管被覆光ファイバ１の終端から光コネクタ２を介して入
射する光を２つに分光して、一方の光は狭帯域波長選択
フィルタ５へ、他方の光は波長帯域選択フィルタ６へそ
れぞれ出射する。一方の狭帯域波長選択フィルタ５は図
１と同一のもので、波長１．５５±０．０２５μｍの狭
帯域光を透過してＩｎＧａＡｓフォトダイオード７へ入
射する。他方の波長帯域選択フィルタ６は、例えば色ガ
ラス波長選択フィルタにより構成され、波長０．７〜
１．１μｍの帯域光を透過してＳｉフォトダイード８へ
入射する。９，１０はそれぞれフォトダイオード７，８
の検出信号が入力される温度変換器である。

【００６５】温度変換器９はＩｎＧａＡｓフォトダイオ
ード７が前記波長１．５５±０．０２５μｍのスペクト
ル光を受光検出した検出信号に基づき温度変換を行ない
指示温度Ｔ_a を出力し、同様に温度変換器１０はＳｉフ
ォトダイオード８が前記波長０．７〜１．１μｍのスペ
クトル光を受光検出した検出信号に基づき温度変換を行
ない指示温度Ｔ_b を出力する。またこの例では、温度変
換器９，１０はそれぞれ温度変換式として、有限スペク
トル光から変換する場合の前記（３）式と固有のパラメ
ータＡ_a ，Ｂ_a ，Ｃ_a及びＡ_b ，Ｂ_b ，Ｃ_b を用いるも
のとする。なお、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード７と温
度変換器９によりＮｏ．１単色放射温度計が構成され、
Ｓｉフォトダイオード８と温度変換器１０によりＮｏ．
２単色放射温度計が構成される。

【００６６】１１は前記Ｎｏ．１及びＮｏ．２放射温度
計が出力する指示温度Ｔ_a ，Ｔ_b から光ファイバ長の影
響を除去する補正演算を行ない真温度Ｔを算出する演算
部である。この演算部１１が実行する演算式としては、
前記（１８），（２１），（２３）式等のいずれも使用
することができる。演算部１１がデジタル信号プロセッ
サ（ＤＳＰ）やセントラルプロセッシングユニット（Ｃ
ＰＵ）等により構成されデジタル演算を行なう場合に
は、入力データをデジタル信号に変換しておけば、前記
（２１）式の演算は容易である。また演算部がアナログ
演算器により構成された場合でも、前記の（２３）式は
線型近似式であるので容易に演算を行なうことができ
る。要は計測精度、演算処理時間、コスト等を考慮し
て、使用目的に適した演算式を選択すればよい。

【００６７】演算部１１が実施する演算式として前記
（２１）式を使用する場合には、Ｎｏ．１及びＮｏ．２
放射温度計についての、それぞれ固有の温度変換用の２
つのパラメータＡ_a ，Ｂ_a 及びＡ_b ，Ｂ_b と、それぞれ
の受光検出波長帯における光ファイバ伝送損失Ｄ_a ，Ｄ
_b と、それぞれから出力される２つの指示温度Ｔ_a ，Ｔ
_b とを（２１）式に代入して、真温度Ｔを求めることが
できる。

【００６８】図４は図３の消耗型光ファイバ温度計の演
算部１１が補正演算式（２１）を用いた場合の測定結果
を示す図である。図４の実線は図３の構成によるＩｎＧ
ａＡｓフォトダイオードとＳｉフォトダイオードとを用
い、破線は比較用に２つの波長共にＳｉフォトダイオー
ドを用い、いずれも（２１）式により補正した結果を示
している。図４の実線においては、２ｋｍのファイバ消
耗量があっても、補正後の誤差は１．５℃と小さく、破
線に比較してきわめて高精度の測定が可能であることを
示している。

【００６９】演算部１１が実施する演算式として前記
（２３）式を使用する場合には、Ｎｏ．１及びＮｏ．２
放射温度計についての、それぞれ固有の温度変化用の２
つのパラメータＡ_a ，Ｂ_a 及びＡ_b ，Ｂ_b と、それぞれ
の受光検出波長帯における光ファイバ伝送損失Ｄ_a ，Ｄ
_b と、それぞれから出力される２つの指示温度Ｔ_a ，Ｔ
_b と、この２つの指示温度の概略値Ｔ_a ′，Ｔ_b ′とを
（２３）式に代入して真温度Ｔを求めることができる。
なお（２３）式は線型であるのでアナログ回路により構
成される簡易な演算部１１を使用することができる。

【００７０】図５は図３の消耗型光ファイバ温度計の演
算部１１が補正演算式（２３）を用いた場合の測定結果
を示す図である。図５の実線は図３の構成によるＩｎＧ
ａＡｓフォトダイオードとＳｉフォトダイオードとを用
い、破線は比較用に２つの波長共にＳｉフォトダイオー
ドを用い、いずれも（２３）式により補正した結果を示
している。図５の実線においては、１ｋｍのファイバ消
耗量があっても、補正後の誤差は２℃と小さく、近似計
算を行なうので、図４の実線の場合よりも精度は劣る
が、それでも同図の破線の場合よりも優れており、ファ
イバ消耗量が１００ｍで誤差が０．２℃程度なので十分
に実用となる精度といえる。

【００７１】なお図３における狭帯域波長選択フィルタ
５の特性として、中心波長を１．５５μｍとして、透過
帯域幅を中心波長±０．０２５μｍの範囲内とする場合
の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。この中心波長は少くともＯＨ基の吸収帯である１．
４μｍを避ける必要はあるが、受光検出素子から次段の
温度変換に必要とする検出信号が得られる波長帯域であ
れば、１．５５μｍの近傍は勿論、さらに１．５５μｍ
から長波長側にずらせた波長であってもよい。また透過
帯域幅を、例えば中心波長±０．１μｍ程度にまで帯域
幅を広げてもよく、Ｓ／Ｎ比が劣化せずに検出光量が大
きくなれば問題はない。

【００７２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高温被測
定物から放出される放射光を光ファイバの一端より入射
し、前記光ファイバ内を伝播し、その他端から出射され
る光を受光検出して温度に変換する放射温度計を用い
て、前記高温被測定物の温度を計測する消耗型光ファイ
バ温度計において、前記光ファイバの他端から出射され
る光から中心波長を１．５５μｍ又は１．５５μｍの近
傍の波長とする狭帯域波長選択フィルタを介して前記放
射温度計に受光検出させるようにしたので、測定対象物
の温度が１５００℃程度の場合に、光ファイバの消耗量
が１００ｍ以内では、温度誤差を２〜３℃以下とするこ
とができる。従って光ファイバが１００ｍ消耗するたび
に基準長さのものと交換するようにすれば、上記精度に
より放射温度計の指示温度に補正演算をしないで長期間
の連続測定が可能である。

【００７３】また本発明によれば、前記狭帯域波長選択
フィルタの透過帯域幅を前記中心波長±０．１μｍの範
囲内とするようにしたので、１．４μｍ周辺のＯＨ基吸
収帯の影響を受けずに、また放射温度型は単一スペクト
ル光とみなせるウイーンの近似式を使用することができ
る。

【００７４】また本発明によれば、前記放射温度計が受
光検出する受光検出素子としてＩｎＧａＡｓフォトダイ
オードを使用するようにしたので、狭帯域波長選択フィ
ルタの透過光量が小さくとも、暗電流に埋まることな
く、良好のＳ／Ｎ比で入射光の検出ができる。

【００７５】また本発明によれば、高温被測定物から放
出される放射光を光ファイバの一端より入射し、前記光
ファイバ内を伝播し、その他端から出射される光を受光
検出して温度に変換する放射温度計を用い、前記高温被
測定物の真温度を計測する消耗型光ファイバ温度計にお
いて、前記光ファイバの他端から出射される光を分光器
を介して２つに分光して、それぞれ第１及び第２の放射
温度計に導入し、第１の放射温度計は前記導入光を中心
波長を１．５５μｍ又はこの近傍の波長とし、透過帯域
幅を前記中心波長±０．１μｍの範囲内とする狭帯域波
長選択フィルタを介して受光検出して温度に変換し、第
２の放射温度計は前記導入光を前記第１の放射温度計が
受光検出する波長帯域と異なる波長帯域の光を透過する
波長選択フィルタを介して受光検出して温度に変換し、
演算手段は前記第１及び第２の放射温度計についての、
それぞれに固有の温度変換用のパラメータと、それぞれ
の受光検出波長帯域における光ファイバの伝送損失情報
と、それぞれから温度変換されて出力される２つの指示
温度とを用いて、所定の演算式に基づき前記高温被測定
物の真温度を算出するようにしたので、従来の消耗型光
ファイバ温度計の最大の問題点であったファイバ長の減
少の影響を除去することが可能となり、従来の熱電対を
用いた消耗型浸漬温度計に代わって、溶融金属等の高温
被測定物の温度を、高精度且つ高速応答で、しかも安価
に連続測定ができるようになった。特に１ｋｍ程度の長
尺ファイバの使用が可能になったことにより経済性が向
上し、また較正作業負荷が低減されメンテナンス性が向
上したことにより適用対象が格段に広がった。例えば製
鉄プロセスにおいて、転炉、電気炉、その他精練炉、連
続鋳造のタンディッシュなどにおける温度制御精度が向
上するという多大な効果が生じた。

【００７６】また本発明によれば、前記第１の放射温度
計が受光検出する受光検出素子としてＩｎＧａＡｓフォ
トダイオードを用い、また前記第２の放射温度計が受光
検出する受光検出素子としてＳｉフォトダイオードを用
いるようにしたので、この２つの受光検出素子はいずれ
も、Ｇｅフォトダイオードよりも熱雑音が小さく、それ
ぞれ入射光量が小さくとも暗電流に埋まることなく、良
好のＳ／Ｎ比で入射光の受光検出ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる消耗型光ファイバ温度計の構成
例１を示す図である。

【図２】図１の消耗型光ファイバ温度計による測定結果
を示す図である。

【図３】本発明に係わる消耗型光ファイバ温度計の構成
例２を示す図である。

【図４】図３の消耗型光ファイバ温度計の演算部が補正
演算式（２１）を用いた場合の測定結果を示す図であ
る。

【図５】図３の消耗型光ファイバ温度計の演算部が補正
演算式（２３）を用いた場合の測定結果を示す図であ
る。

【図６】通信用石英光ファイバの伝送損失を示す特性図
である。

【図７】通信用石英光ファイバの伝送損失を示す特性図
である。

【符号の説明】

１ 金属管被覆光ファイバ ２ 光コネクタ ３，３Ａ 消耗型光ファイバ温度計 ４ 分波器 ５ 狭帯域波長選択フィルタ ６ 波長帯域選択フィルタ ７ ＩｎＧａＡｓフォトダイオード ８ Ｓｉフォトダイオード ９ 温度変換器 １０ 温度変換器 １１ 演算部 １２ 光ファイバ供給ドラム １３ 光ファイバ供給ローラ １４ モールド １５ 溶鋼 １６ 浸漬ノズル １７ パウダ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温被測定物から放出される放射光を光
   ファイバの一端より入射し、前記光ファイバ内を伝播
   し、その他端から出射される光を受光検出して温度に変
   換する放射温度計を用いて、前記高温被測定物の温度を
   計測する消耗型光ファイバ温度計において、 前記光ファイバの他端から出射される光から中心波長を
   １．５５μｍ又は１．５５μｍの近傍の波長とする狭帯
   域スペクトル光のみを透過させて前記放射温度計に受光
   検出させる狭帯域波長選択フィルタを備えたことを特徴
   とする消耗型光ファイバ温度計。
2. 【請求項２】 前記狭帯域波長選択フィルタの透過帯域
   が前記中心波長±０．１μｍの範囲を越えない波長帯域
   である前記狭帯域波長選択フィルタを備えた請求項１記
   載の消耗型光ファイバ温度計。
3. 【請求項３】 前記放射温度計が受光検出する受光検出
   素子としてＩｎＧａＡｓフォトダイオードを備えた請求
   項１又は請求項２記載の消耗型光ファイバ温度計。
4. 【請求項４】 高温被測定物から放出される放射光を光
   ファイバの一端より入射し、前記光ファイバ内を伝播
   し、その他端から出射される光を受光検出して温度に変
   換する放射温度計を用いて、前記高温被測定物の真温度
   を計測する消耗型光ファイバ温度計において、 前記光ファイバの他端から出射される光を２つに分光す
   る分波器と、 前記分波器により２つに分光された一方の光から、中心
   波長を１．５５μｍ又は１．５５μｍの近傍の波長と
   し、透過帯域を前記中心波長±０．１μｍの範囲内とす
   る狭帯域波長選択フィルタを透過させた光を受光検出
   し、これを温度に変換して第１の指示温度を出力する第
   １の放射温度計と、 前記分波器により２つに分光された他方の光から、前記
   第１の放射温度計が受光検出する波長帯域と異なる波長
   帯域の光を透過する波長選択フィルタを透過させた光を
   受光検出し、これを温度に変換して第２の指示温度を出
   力する第２の放射温度計と、 前記第１及び第２の放射温度計についての、それぞれに
   固有の温度変換用のパラメータと、それぞれの受光検出
   波長帯域における光ファイバの伝送損失情報と、それぞ
   れから出力される第１及び第２の指示温度とを用いて、
   所定の演算式に基づき前記高温被測定物の真温度を算出
   する演算手段とを備えたことを特徴とする消耗型光ファ
   イバ温度計。
5. 【請求項５】 前記第１の放射温度計が受光検出する受
   光検出素子としてＩｎＧａＡｓフォトダイオードを備
   え、また前記第２の放射温度計が受光検出する受光検出
   素子としてＳｉフォトダイオードを備えた請求項４記載
   の消耗型光ファイバ温度計。