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JP7518334B2 - Temperature Measurement Method - Google Patents
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JP7518334B2 - Temperature Measurement Method - Google Patents

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JP7518334B2 JP2020015392A JP2020015392A JP7518334B2 JP 7518334 B2 JP7518334 B2 JP 7518334B2 JP 2020015392 A JP2020015392 A JP 2020015392A JP 2020015392 A JP2020015392 A JP 2020015392A JP 7518334 B2 JP7518334 B2 JP 7518334B2
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Description

本発明は、温度測定方法に関する。 The present invention relates to a temperature measurement method.

放射測温法は、物体が温度に応じて発する熱放射光を放射温度計等の測定機器等により検出することで対象の物体の温度を知る方法であり、非接触かつ高速で温度を測定可能な遠隔測温方法である。今日では、鉄鋼業をはじめとする多くの産業で、かかる放射測温法が使われている。 Radiation thermometry is a method of determining the temperature of an object by detecting the thermal radiation emitted by the object according to its temperature using a measuring device such as a radiation thermometer, and is a remote temperature measurement method that can measure temperature quickly and without contact. Today, radiation thermometry is used in many industries, including the steel industry.

例えば下記の特許文献1では、連続鋳造機により鋳造中の鋳片の表面温度を、放射測温法により測定する技術が開示されている。 For example, the following Patent Document 1 discloses a technology that uses radiation thermometry to measure the surface temperature of a cast piece being cast by a continuous casting machine.

特開2014-36988号公報JP 2014-36988 A

上記特許文献1で用いられている放射温度計は、着目したある1つの波長における熱放射光のエネルギー強度に基づき測定対象物の温度を算出する、いわゆる「単色放射温度計」である。しかしながら、単色放射温度計は、測定視野中のエネルギー強度から温度を導出するが故に、物体の端部(コーナー部)で測定視野が欠けた状態となる(以下、単に「視野欠け」ともいう。)、測温誤差(より詳細には、コーナー部の温度を低く見積もってしまうことによる誤差)が生じてしまう。 The radiation thermometer used in the above-mentioned Patent Document 1 is a so-called "monochromatic radiation thermometer" that calculates the temperature of an object to be measured based on the energy intensity of thermal radiation light at a certain wavelength of interest. However, because a monochromatic radiation thermometer derives temperature from the energy intensity in the measurement field of view, the measurement field of view is often missing at the edges (corners) of the object (hereinafter simply referred to as "missing field of view"), resulting in temperature measurement errors (more specifically, errors caused by underestimating the temperature of the corners).

また、製鉄所における実際の製造ラインでは、放射温度計を対象物から少なくとも3~4m程度離隔させる必要があり、単色放射温度計の円形の測定径は、40~50mm程度となる。一方で、製造中の温度監視をする上では、鋼材端部の温度を正しく測定することが重要であり、上記のような測定径の範囲ではコーナー部近傍の温度が低下してしまい、鋼材端部の温度を正しく測定することができない。 In addition, in an actual production line at a steelworks, the radiation thermometer needs to be placed at least 3 to 4 m away from the target object, and the circular measurement diameter of a monochromatic radiation thermometer is about 40 to 50 mm. On the other hand, when monitoring the temperature during production, it is important to accurately measure the temperature of the steel end, and with a measurement diameter in the range described above, the temperature near the corners drops, making it impossible to accurately measure the temperature of the steel end.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、物体の端部における測温誤差を抑制しながら、より正確に測定対象物の温度を測定することが可能な、温度測定方法を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and the object of the present invention is to provide a temperature measurement method that can measure the temperature of an object more accurately while suppressing temperature measurement errors at the ends of the object.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、測定対象物である赤熱鋼材が発する近赤外帯域の熱放射光を検出して、前記熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて前記赤熱鋼材の温度を測定する温度測定方法であって、前記赤熱鋼材の前記熱放射光を受光する受光部と、前記受光部により受光した前記熱放射光を検出する検出部と、前記赤熱鋼材と前記受光部との相対的な位置関係を変化させて、前記赤熱鋼材の幅方向における前記熱放射光の分布を前記受光部により測定させる位置制御機構と、を有する二色放射温度計を用いて、前記赤熱鋼材の前記熱放射光を検出し、前記赤熱鋼材の端部近傍を含む前記赤熱鋼材の幅方向に沿った温度分布を測定し、前記二色放射温度計は、当該二色放射温度計の円形の測定視野内での温度演算に要する最低限の放射光量である最小放射光量が予め特定されており、前記位置制御機構は、前記二色放射温度計の前記円形の測定視野内において検出される放射光量が前記最小放射光量未満となるまで、前記赤熱鋼材と前記受光部との相対的な位置関係を変化させ、前記円形の測定視野内に前記赤熱鋼材以外が占める領域が存在している場合に、前記赤熱鋼材の温度の測定結果は、前記二色放射温度計の前記円形の測定視野内前記赤熱鋼材が占める領域における、前記円形の測定視野の中心位置及び半径と前記円形の測定視野内での前記赤熱鋼材の端部位置とから算出される重心位置に対応付けて、出力される、温度測定方法が提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、測定対象物である赤熱鋼材が発する近赤外帯域の熱放射光を検出して、前記熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて前記赤熱鋼材の温度を測定する温度測定方法であって、前記赤熱鋼材の前記熱放射光を受光する受光部と、前記受光部により受光した前記熱放射光を検出する検出部と、前記赤熱鋼材と前記受光部との相対的な位置関係を変化させて、前記赤熱鋼材の幅方向における前記熱放射光の分布を前記受光部により測定させる位置制御機構と、を有する二色放射温度計を用いて、前記赤熱鋼材の前記熱放射光を検出し、前記赤熱鋼材の端部近傍を含む前記赤熱鋼材の幅方向に沿った温度分布を測定し、前記二色放射温度計の円形の測定視野内に前記赤熱鋼材以外が占める領域が存在している場合に、前記赤熱鋼材の温度の測定結果は、前記二色放射温度計の円形の測定視野内前記赤熱鋼材が占める領域における、前記円形の測定視野の中心位置及び半径と前記円形の測定視野内での前記赤熱鋼材の端部位置とから算出される重心位置に対応付けて、出力される、温度測定方法が提供される。
In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, there is provided a temperature measurement method for detecting thermal radiation light in the near-infrared band emitted by a red-hot steel material , which is a measurement object, and measuring the temperature of the red-hot steel material based on the detection result of the radiance of the thermal radiation light, the method detecting the thermal radiation light of the red-hot steel material using a two-color radiation thermometer having a light-receiving unit that receives the thermal radiation light of the red-hot steel material , a detection unit that detects the thermal radiation light received by the light-receiving unit, and a position control mechanism that changes the relative positional relationship between the red-hot steel material and the light-receiving unit to cause the light-receiving unit to measure the distribution of the thermal radiation light in the width direction of the red-hot steel material, the two-color radiation thermometer detecting the thermal radiation light of the red- hot steel material and measuring the temperature distribution along the width direction of the red- hot steel material including the vicinity of the end portion of the red-hot steel material , The temperature measurement method includes a predetermined minimum amount of radiated light, which is the minimum amount of radiated light required for temperature calculation within the circular measurement field of view of the two-color radiation thermometer, and the position control mechanism changes the relative positional relationship between the red-hot steel material and the light-receiving unit until the amount of radiated light detected within the circular measurement field of view of the two-color radiation thermometer becomes less than the minimum amount of radiated light, and when an area occupied by something other than the red-hot steel material exists within the circular measurement field of view of the two-color radiation thermometer, the measurement result of the temperature of the red-hot steel material is output in correspondence with a center position calculated from the center position and radius of the circular measurement field of view of the two-color radiation thermometer and the end position of the red-hot steel material within the circular measurement field of view .
In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, there is provided a temperature measurement method for detecting thermal radiation light in the near infrared band emitted by a red-hot steel material as a measurement object, and measuring the temperature of the red-hot steel material based on the detection result of the radiance of the thermal radiation light, the method comprising: a two-color radiation detector having a light receiving unit that receives the thermal radiation light from the red-hot steel material ; a detection unit that detects the thermal radiation light received by the light receiving unit; and a position control mechanism that changes the relative positional relationship between the red-hot steel material and the light receiving unit to cause the light receiving unit to measure the distribution of the thermal radiation light in the width direction of the red-hot steel material. The present invention provides a temperature measurement method in which a two-color radiation thermometer is used to detect the thermal radiation light of the red-hot steel material , and a temperature distribution along the width direction of the red- hot steel material including the vicinity of the end of the red-hot steel material is measured, and if there is an area within the circular measurement field of view of the two-color radiation thermometer that is occupied by something other than the red-hot steel material, the measurement result of the temperature of the red-hot steel material is output in correspondence with a center of gravity position calculated from the center position and radius of the circular measurement field of view of the two-color radiation thermometer and the end position of the red-hot steel material within the circular measurement field of view .

前記二色放射温度計は、当該二色放射温度計の前記円形の測定視野内での温度演算に要する最低限の放射光量である最小放射光量が予め特定されており、前記位置制御機構は、前記二色放射温度計の前記円形の測定視野内において検出される放射光量が前記最小放射光量未満となるまで、前記赤熱鋼材と前記受光部との相対的な位置関係を変化させることが好ましい。
It is preferable that the two-color radiation thermometer has a specified minimum amount of radiated light, which is the minimum amount of radiated light required for temperature calculation within the circular measurement field of the two-color radiation thermometer, and the position control mechanism changes the relative positional relationship between the red-hot steel material and the light-receiving unit until the amount of radiated light detected within the circular measurement field of the two-color radiation thermometer becomes less than the minimum amount of radiated light.

前記位置制御機構は、前記赤熱鋼材の表面法線方向と、前記受光部の光軸と、のなす角を変化させる角度制御機構であってもよい。
The position control mechanism may be an angle control mechanism that changes the angle between a surface normal direction of the red-hot steel material and an optical axis of the light receiving portion.

前記角度制御機構は、前記赤熱鋼材と、前記熱放射光を前記検出部へと導光する導光光学系との間に、前記表面法線方向に対して斜めに設けられたミラーを、前記赤熱鋼材の長手方向を回転軸として所定角度回転させることで、前記表面法線方向と前記受光部の光軸とのなす角を変化させるものであってもよい。
The angle control mechanism may change the angle between the surface normal direction and the optical axis of the light receiving unit by rotating a mirror, which is arranged at an angle to the surface normal direction between the red-hot steel and a light-guiding optical system that guides the thermal radiation light to the detection unit, by a predetermined angle with the longitudinal direction of the red-hot steel as the rotation axis.

前記位置制御機構は、前記受光部を、前記赤熱鋼材の幅方向に沿って移動させる駆動機構であってもよい。
The position control mechanism may be a drive mechanism that moves the light receiving unit along the width direction of the red-hot steel material .

前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のそれぞれでの前記熱放射光の前記放射輝度を、独立に出力可能な二色放射温度計であり、前記赤熱鋼材の幅方向の温度分布を走査している際において、前記二色放射温度計における前記放射輝度の円形の測定視野の範囲内に、前記赤熱鋼材以外のものが位置する場合には、前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のそれぞれでの前記熱放射光の前記放射輝度を用いて、前記赤熱鋼材の温度を測定し、前記円形の測定視野の範囲内を前記赤熱鋼材が占める場合には、前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のうち、何れか一方での前記熱放射光の前記放射輝度を用いて、前記赤熱鋼材の温度を測定してもよい。
The two-color radiation thermometer is a two-color radiation thermometer that can independently output the radiance of the thermal radiation light at each of two wavelengths of interest, and when scanning the temperature distribution in the width direction of the red-hot steel material , if something other than the red-hot steel material is located within the circular measurement field of view of the radiance of the two-color radiation thermometer, the two-color radiation thermometer may measure the temperature of the red -hot steel material using the radiance of the thermal radiation light at each of the two wavelengths of interest, and when the red-hot steel material occupies the circular measurement field of view, the two-color radiation thermometer may measure the temperature of the red-hot steel material using the radiance of the thermal radiation light at either one of the two wavelengths of interest.

前記二色放射温度計から前記赤熱鋼材までの距離をH[mm]とし、前記二色放射温度計の測定径の大きさをD[mm]とし、前記赤熱鋼材の幅をW[mm]としたときに、前記二色放射温度計は、着目する2つの波長のそれぞれでの前記熱放射光の前記放射輝度を、独立に出力可能な二色放射温度計であり、かつ、前記位置制御機構として、前記赤熱鋼材の表面法線方向と、前記受光部の光軸と、のなす角を変化させる角度制御機構を有しており、前記赤熱鋼材の幅方向の温度分布を走査している際において、前記赤熱鋼材の表面法線方向と前記受光部の光軸とのなす角の大きさが、|φ|=|tan-1[{(W/2)-(D/2)}/H]|で表される値を超えた場合に、前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のそれぞれでの前記熱放射光の前記放射輝度を用いて、前記赤熱鋼材の温度を測定し、前記赤熱鋼材の表面法線方向と前記受光部の光軸とのなす角の大きさが、|φ|=|tan-1[{(W/2)-(D/2)}/H]|で表される値以下である場合に、前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のうち、何れか一方での前記熱放射光の前記放射輝度を用いて、前記赤熱鋼材の温度を測定してもよい。
When the distance from the two-color radiation thermometer to the red-hot steel material is H [mm], the size of the measurement diameter of the two-color radiation thermometer is D L [mm], and the width of the red-hot steel material is W [mm], the two-color radiation thermometer is a two-color radiation thermometer that can independently output the radiance of the thermal radiation light at each of two wavelengths of interest, and has, as the position control mechanism, an angle control mechanism that changes the angle between the surface normal direction of the red-hot steel material and the optical axis of the light receiving unit, and when scanning the temperature distribution in the width direction of the red-hot steel material , the magnitude of the angle between the surface normal direction of the red-hot steel material and the optical axis of the light receiving unit is expressed as follows: |φ|=|tan −1 [{(W/2)−(D L When the angle between the surface normal direction of the red-hot steel material and the optical axis of the light receiving unit exceeds a value represented by |φ|=|tan −1 [{(W/2)−(D L /2)}/H]|, the two-color radiation thermometer may measure the temperature of the red-hot steel material using the radiance of the thermal radiation light at each of the two wavelengths of interest, and when the magnitude of the angle between the surface normal direction of the red-hot steel material and the optical axis of the light receiving unit is equal to or smaller than a value represented by |φ|=|tan −1 [{(W/2)−(D L /2)}/H]|, the two-color radiation thermometer may measure the temperature of the red-hot steel material using the radiance of the thermal radiation light at either one of the two wavelengths of interest.

前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長における前記放射輝度の測定データの一方を他方で除した二色比を算出し、算出した前記二色比を利用して、当該二色比と温度との間の関係式に基づき前記赤熱鋼材の温度を算出してもよい。
The dichroic radiation thermometer may calculate a dichroic ratio by dividing one of the measurement data of the radiance at two wavelengths of interest by the other, and use the calculated dichroic ratio to calculate the temperature of the red-hot steel material based on a relationship between the dichroic ratio and temperature.

前記二色放射温度計は、前記近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が光路上の少なくとも一部に存在している状態で、前記赤熱鋼材の前記熱放射光を、前記吸収体の前記分光吸収係数が互いに同一となる2種類の波長でそれぞれ測定して、当該2種類の波長における前記熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを生成し、生成された前記2種類の波長に対応する前記測定データと、分光放射輝度と温度との間の関係式とに基づいて、前記赤熱鋼材の温度を算出してもよい。
The two-color radiation thermometer may measure the thermal radiation light of the red-hot steel at two wavelengths at which the spectral absorption coefficient of the absorber is identical to each other, with an absorber having a wavelength-dependent spectral absorption coefficient in the near-infrared band being present at least in part on the light path, generate measurement data indicating the detection results of the radiance of the thermal radiation light at the two wavelengths, and calculate the temperature of the red-hot steel based on the generated measurement data corresponding to the two wavelengths and a relationship equation between spectral radiance and temperature.

前記検出部は、前記赤熱鋼材の前記熱放射光を2つの光路に分岐する分岐光学素子と、分岐された前記熱放射光を、前記2種類の波長のうち一方の波長で検出する第1検出素子と、分岐された前記熱放射光を、前記2種類の波長のうちもう一方の波長で検出する第2検出素子と、前記分岐光学素子と前記第1検出素子との間に設けられ、前記2種類の波長のうち一方の波長の前記熱放射光を透過させる第1光学フィルタと、前記分岐光学素子と前記第2検出素子との間に設けられ、前記2種類の波長のうちもう一方の波長の前記熱放射光を透過させる第2光学フィルタと、を有してもよい。
The detection unit may include a branching optical element that branches the thermal radiation light of the red-hot steel into two optical paths, a first detection element that detects the branched thermal radiation light at one of the two wavelengths, a second detection element that detects the branched thermal radiation light at the other of the two wavelengths, a first optical filter that is provided between the branching optical element and the first detection element and transmits the thermal radiation light of one of the two wavelengths, and a second optical filter that is provided between the branching optical element and the second detection element and transmits the thermal radiation light of the other of the two wavelengths.

前記2種類の波長として、前記吸収体の前記分光吸収係数が互いに同一となる波長を含む所定幅の波長帯域が2種類選択され、2種類の前記波長帯域は、前記吸収体の分光吸収係数を測定対象温度の分光放射輝度で加重平均することで算出される見かけの分光吸収係数が互いに等しくなるように選択されてもよい。 As the two types of wavelengths, two types of wavelength bands of a predetermined width including wavelengths at which the spectral absorption coefficients of the absorber are the same are selected, and the two types of wavelength bands may be selected so that the apparent spectral absorption coefficients calculated by weighting the spectral absorption coefficients of the absorber with the spectral radiance of the temperature to be measured are equal to each other.

前記二色放射温度計は、前記赤熱鋼材の温度を用いて算出した、前記2種類の波長の何れかにおける黒体放射輝度と、測定された前記熱放射光の放射輝度と、前記吸収体の前記2種類の波長における分光吸収係数と、前記吸収体の前記赤熱鋼材の界面における前記熱放射光の反射率と、前記吸収体の前記赤熱鋼材側とは反対側の界面における前記熱放射光の反射率と、前記測定部における設定条件と、を用いて、前記吸収体の厚みを更に算出してもよい。

The two-color radiation thermometer may further calculate a thickness of the absorber using the blackbody radiance at either of the two wavelengths calculated using the temperature of the red-hot steel, the measured radiance of the thermal radiation light, the spectral absorption coefficient of the absorber at the two wavelengths, the reflectance of the thermal radiation light at the interface of the absorber with the red-hot steel, the reflectance of the thermal radiation light at the interface of the absorber opposite to the red-hot steel side , and the setting conditions in the measurement unit.

前記吸収体は、水、油脂、溶液、ガラス又は樹脂の少なくとも何れかであってもよい。 The absorbent may be at least one of water, oil, solution, glass, or resin.

前記近赤外帯域は、940nm~1350nmであってもよい。 The near infrared band may be 940 nm to 1350 nm.

以上説明したように本発明によれば、物体の端部における測温誤差を抑制しながら、より正確に測定対象物の温度を測定することが可能となる。 As described above, the present invention makes it possible to measure the temperature of an object more accurately while suppressing temperature measurement errors at the ends of the object.

波長と分光放射輝度との間の関係を示したグラフ図である。FIG. 1 is a graph showing the relationship between wavelength and spectral radiance. 温度と二色比との間の関係を示したグラフ図である。FIG. 1 is a graph showing the relationship between temperature and dichroic ratio. 温度と二色比との間の関係を示したグラフ図である。FIG. 1 is a graph showing the relationship between temperature and dichroic ratio. 温度と二色比との間の関係を示したグラフ図である。FIG. 1 is a graph showing the relationship between temperature and dichroic ratio. 温度と分光放射輝度の減衰率との関係を示したグラフ図である。FIG. 11 is a graph showing the relationship between temperature and the attenuation rate of spectral radiance. 温度と分光放射輝度の減衰率との関係を示したグラフ図である。FIG. 11 is a graph showing the relationship between temperature and the attenuation rate of spectral radiance. 単色放射温度計における水の影響について説明するための説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the influence of water on a monochromatic radiation thermometer. 水の分光吸収係数の波長依存性を示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the wavelength dependence of the spectral absorption coefficient of water. 単色温度計における水の影響について説明するための説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the influence of water on a monochromatic thermometer. 黒体放射輝度と波長及び温度との関係を示した説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the relationship between blackbody radiance and wavelength and temperature. 水膜による二色比の変化について説明するための説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a change in the dichroic ratio caused by a water film. 吸収体の一例である水の分光吸収係数を示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the spectral absorption coefficient of water, which is an example of an absorber. 水の影響を受けない二色放射温度計の波長の組み合わせについて説明するための説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a combination of wavelengths of a two-color radiation thermometer that is not affected by water. 水の影響を受けない二色放射温度計の波長の組み合わせについて説明するための説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a combination of wavelengths of a two-color radiation thermometer that is not affected by water. 水の影響を受けない二色放射温度計の波長の組み合わせについて説明するための説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a combination of wavelengths of a two-color radiation thermometer that is not affected by water. 水の分光吸収係数と分光放射輝度に応じた重み係数について説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining weighting coefficients according to the spectral absorption coefficient and the spectral radiance of water. 水の分光吸収係数と分光放射輝度に応じた重み係数について説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining weighting coefficients according to the spectral absorption coefficient and the spectral radiance of water. 高温物体の分光放射輝度の波長依存性を示した説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the wavelength dependence of the spectral radiance of a high-temperature object. 水の分光吸収係数による二色比の変化の様子を示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing how the dichroic ratio changes depending on the spectral absorption coefficient of water. 水膜の厚みの算出方法について説明するための説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a method for calculating the thickness of a water film. 水膜の厚みと分光透過率との関係を示したグラフ図である。FIG. 11 is a graph showing the relationship between the thickness of the water film and the spectral transmittance. 同実施形態に係る温度測定装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a schematic example of a configuration of a temperature measuring device according to the embodiment; 同実施形態に係る温度測定装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a schematic example of a configuration of a temperature measuring device according to the embodiment; 同実施形態に係る温度測定装置が備える測定部の構成の一例を模式的に示した説明図である。2 is an explanatory diagram showing a schematic example of the configuration of a measurement unit included in the temperature measurement device according to the embodiment; FIG. 同実施形態に係る温度測定装置が備える測定部の構成の一例を模式的に示した説明図である。2 is an explanatory diagram showing a schematic example of the configuration of a measurement unit included in the temperature measurement device according to the embodiment; FIG. 光学フィルタの中心波長と測温誤差との関係の一例を示したグラフ図である。10 is a graph showing an example of the relationship between the center wavelength of an optical filter and a temperature measurement error. FIG. 同実施形態に係る測定部における検出部の構成の一例を模式的に示した説明図である。4 is an explanatory diagram showing a schematic example of the configuration of a detection unit in the measurement unit according to the embodiment; FIG. 同実施形態に係る測定部における検出部の構成の一例を模式的に示した説明図である。4 is an explanatory diagram showing a schematic example of the configuration of a detection unit in the measurement unit according to the embodiment; FIG. 同実施形態に係る測定部における検出部の構成の一例を模式的に示した説明図である。4 is an explanatory diagram showing a schematic example of the configuration of a detection unit in the measurement unit according to the embodiment; FIG. 同実施形態に係る温度測定装置が備える演算処理部の構成の一例を示したブロック図である。4 is a block diagram showing an example of the configuration of a calculation processing unit included in the temperature measuring device according to the embodiment. FIG. 同実施形態に係る温度測定装置が備える演算処理部の構成の他の一例を示したブロック図である。13 is a block diagram showing another example of the configuration of the arithmetic processing unit included in the temperature measuring device according to the embodiment. FIG. 同実施形態に係る温度測定装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of a hardware configuration of the temperature measuring device according to the embodiment. 同実施形態に係る温度測定方法について説明するための説明図である。4 is an explanatory diagram for explaining a temperature measuring method according to the embodiment. FIG. 同実施形態に係る温度測定方法について説明するための説明図である。4 is an explanatory diagram for explaining a temperature measuring method according to the embodiment. FIG. 同実施形態に係る温度測定方法について説明するための説明図である。4 is an explanatory diagram for explaining a temperature measuring method according to the embodiment. FIG. 同実施形態に係る温度測定方法について説明するための説明図である。4 is an explanatory diagram for explaining a temperature measuring method according to the embodiment. FIG. 同実施形態に係る温度測定方法について説明するための説明図である。4 is an explanatory diagram for explaining a temperature measuring method according to the embodiment. FIG. 重心位置の算出方法について説明するための説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a method of calculating a center of gravity position. 実施例における温度測定方法を示した説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a temperature measuring method in the embodiment. 実施例における温度測定結果を示したグラフ図である。FIG. 4 is a graph showing the results of temperature measurements in the examples. 実施例における温度測定結果を示したグラフ図である。FIG. 4 is a graph showing the results of temperature measurements in the examples.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 The preferred embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the attached drawings. Note that in this specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals to avoid redundant description.

(放射温度計に関する本発明者らの検討)
<放射測温法の原理と本発明の目的について>
本発明の実施形態に係る温度測定方法について説明するに先立ち、本発明で着目する放射測温法の原理について簡単に説明し、本発明が目的とするところについて説明する。
(Investigations by the present inventors regarding radiation thermometers)
<Principles of Radiation Thermometry and Objectives of the Invention>
Before describing the temperature measuring method according to the embodiment of the present invention, the principle of radiation thermometry, which is the focus of the present invention, will be briefly described, and the object of the present invention will be described.

放射測温法は、上記のように、物体が温度に応じて発する熱放射光を検出してその物体の温度を知る方法である。理想的な放射体である黒体の分光放射輝度Lは、Planck(プランク)の黒体放射則に従う温度と波長の関数として、下記の式(1)で表わされる。 As mentioned above, radiation thermometry is a method of finding the temperature of an object by detecting the thermal radiation emitted by the object according to its temperature. The spectral radiance L of a black body, which is an ideal radiator, is expressed by the following formula (1) as a function of temperature and wavelength according to Planck's black body radiation law.

Figure 0007518334000001
Figure 0007518334000001

なお、上記式(1)において、
T:温度[K]
λ:波長[nm]
:黒体放射の第1定数、1.19×1020[W・m-2・nm
:黒体放射の第2定数、1.44×10[nm・K]
である。
In the above formula (1),
T: temperature [K]
λ: wavelength [nm]
c 1 : the first constant of blackbody radiation, 1.19×10 20 [W·m −2 ·nm 4 ]
c2 : second constant of blackbody radiation, 1.44 x 107 [nm·K]
It is.

ここで、放射体が赤熱鋼材である場合や、短波長の熱放射光を観測する場合等、λTがcに比べて十分小さければ、上記式(1)式は、以下に示す式(2)ように近似することができる。 Here, when the radiator is red-hot steel or when observing thermal radiation of a short wavelength, if λT is sufficiently smaller than c2 , the above formula (1) can be approximated as the following formula (2).

Figure 0007518334000002
Figure 0007518334000002

実際の物体の分光放射輝度は、上記のような黒体の分光放射輝度より小さく、実際の物体の分光放射輝度Lは、物質固有の分光放射率を用いて以下の式(3)で表される。 The spectral radiance of an actual object is smaller than that of a blackbody as described above, and the spectral radiance L of an actual object is expressed by the following equation (3) using the material's inherent spectral emissivity.

Figure 0007518334000003
Figure 0007518334000003

ここで、上記式(3)において、ε(λ)は、観測波長λ[nm]における分光放射率であり、その他の文字式については、上記式(1)及び式(2)と同様である。 In the above formula (3), ε(λ) is the spectral emissivity at the observation wavelength λ [nm], and the other formulas are the same as those in the above formulas (1) and (2).

放射測温法において、観測波長λは検出器によって決まるため、分光放射輝度Lは、温度Tと放射率εの関数となる。温度Tをいくつかの温度に変えた場合における、観測波長λと分光放射輝度Lとの間の関係を、図1に示した。 In radiation thermometry, the observed wavelength λ is determined by the detector, so the spectral radiance L is a function of the temperature T and the emissivity ε. Figure 1 shows the relationship between the observed wavelength λ and the spectral radiance L when the temperature T is changed to several temperatures.

従って、一般的な単色放射温度計を用いた放射測温法(単色放射測温法とも呼ばれる。)は、分光放射率を予め把握した上で、測定対象物からの熱放射光の分光放射輝度を1つの観測波長で測定し、温度を求める方法となる。換言すれば、一般的な単色放射測温法では、測定対象物の分光放射率が不明である場合、正しい温度測定を行うことはできない。また、測定対象物から放射温度計までの光路上に吸収体が存在して観測光が減衰する場合も、吸収体による減衰量を定量的に特定できなければ、測温誤差が生じてしまう。 Therefore, radiation thermometry using a general monochromatic radiation thermometer (also called monochromatic radiation thermometry) involves first determining the spectral emissivity, then measuring the spectral radiance of the thermal radiation from the object being measured at one observation wavelength to determine the temperature. In other words, with general monochromatic radiation thermometry, if the spectral emissivity of the object being measured is unknown, it is not possible to perform accurate temperature measurement. Also, if there is an absorber on the optical path from the object to be measured to the radiation thermometer and the observed light is attenuated, temperature measurement errors will occur unless the amount of attenuation by the absorber can be quantitatively determined.

一方、放射測温法には、単色放射温度計を利用した単色放射測温法以外に、二色温度計を用いた測温方法も存在する。二色放射温度計(以下、単に二色温度計ともいう。)は、2つの異なる観測波長で熱放射光を観測する測定機器である。上記式(3)を参照すると明らかなように、2つの波長λ,λで分光放射率が同一であると、2波長での分光放射輝度Lの比(すなわち、二色比)が温度のみの関数になるため、測定対象物の分光放射率を予め知ることなく、温度を測定することができる(二色温度計による放射測温法については、以下で詳述する。)。分光放射率が同一であるとみなせる程度に近接した波長(例えば図1における、波長λ=1μm、λ=1.2μm)を選択した場合、図2に示したように、二色比Rは、温度Tの関数になっていることがわかる。かかる二色放射温度計は、検出器の視野欠けや光路上の障害物(例えば、浮遊する粉塵やミスト、観測窓の汚れ等)による減光に対しても、これら障害物の影響を受けないという特徴がある。 On the other hand, in addition to the monochromatic radiation thermometer using a monochromatic radiation thermometer, there is also a method of measuring temperature using a two-color thermometer. A two-color radiation thermometer (hereinafter also simply referred to as a two-color thermometer) is a measuring instrument that observes thermal radiation light at two different observation wavelengths. As is clear from the above formula (3), if the spectral emissivity is the same at the two wavelengths λ 1 and λ 2 , the ratio of the spectral radiance L at the two wavelengths (i.e., the dichroic ratio) becomes a function of temperature only, so that the temperature can be measured without knowing the spectral emissivity of the object to be measured in advance (the radiation thermometry using a two-color thermometer will be described in detail below). When wavelengths close enough to be considered to have the same spectral emissivity (for example, wavelengths λ 1 =1 μm and λ 2 =1.2 μm in FIG. 1) are selected, it can be seen that the dichroic ratio R is a function of temperature T, as shown in FIG. 2. Such a two-color radiation thermometer has the characteristic that it is not affected by defects in the field of view of the detector or by light attenuation caused by obstacles in the optical path (e.g., floating dust or mist, dirt on the observation window, etc.).

一方、先だって言及したように、一般的な単色放射測温法では、視野欠けが生じて物体の端部(コーナー部)において測温誤差が生じてしまう。このような測温誤差は、測定視野中のエネルギー強度に基づき温度を導出するが故に生じるものであるため、上記のような特徴を有する二色放射温度計を用いることで、物体の端部における測温誤差を抑制しながら、より正確に測定対象物の温度を測定することが可能となる。 On the other hand, as mentioned earlier, with typical monochromatic radiation thermometry, there is a lack of field of view, which leads to temperature measurement errors at the edges (corners) of the object. Such temperature measurement errors arise because the temperature is derived based on the energy intensity in the measurement field of view, so by using a two-color radiation thermometer with the characteristics described above, it is possible to measure the temperature of the object more accurately while suppressing temperature measurement errors at the edges of the object.

<本発明者らが得た知見について>
次に、二色放射温度計の原理について簡単に説明した上で、本発明者らが得ることのできた知見について、図3~図17を参照しながら詳細に説明する。図3~図17は、本発明者らが得た知見について説明するための説明図である。
<Findings Obtained by the Inventors>
Next, the principle of the two-color radiation thermometer will be briefly explained, and then the findings obtained by the inventors will be explained in detail with reference to Figures 3 to 17. Figures 3 to 17 are explanatory diagrams for explaining the findings obtained by the inventors.

[二色放射温度計の原理について]
二色放射温度計は、2つの波長λ、λの分光放射輝度L(λ,T)及びL(λ,T)の比を利用して、測定対象物の温度Tを特定する測定装置である。上記式(3)を使用して観測される2つの分光放射輝度を表わすと、以下の式(4)及び式(5)のようになる。
[About the principle of two-color radiation thermometer]
A two-color radiation thermometer is a measurement device that determines the temperature T of an object to be measured by using the ratio of spectral radiances L( λ1 , T) and L( λ2 , T) of two wavelengths λ1 and λ2 . The two spectral radiances observed using the above formula (3) can be expressed as the following formulas (4) and (5).

Figure 0007518334000004
Figure 0007518334000004

ここで、2つの波長λ,λにおいて、分光放射率が互いに等しい(ε(λ)=ε(λ)=ε)とすると、上記式(4)を式(5)で除した比として定義される二色比Rは、以下の式(6)のように表される。 Here, if the spectral emissivities at the two wavelengths λ1 and λ2 are equal to each other (ε( λ1 ) = ε( λ2 ) = ε), the dichroic ratio R, defined as the ratio obtained by dividing the above formula (4) by formula (5), is expressed as the following formula (6).

Figure 0007518334000005
Figure 0007518334000005

ここで、上記式(6)において、Rλ及びΛは、以下の式(6a)及び式(6b)の通りである。 Here, in the above formula (6), R λ and Λ are as shown in the following formulas (6a) and (6b).

Figure 0007518334000006
Figure 0007518334000006

上記式(6)は、二色比Rが、温度Tの関数であることを示している。
いま、2色温度計を用いて、ある測定対象物の温度を計測することを考える。この際、測温に利用する2つの波長λ,λを設定するに際して、互いに近接した2波長(例えば、波長1200nm,1250nm)を選択した場合と、ある程度離隔した2波長(例えば、1200nm,1300nm)を選択した場合に、二色比Rがどのように変化するかに着目する。このような変化の様子は、上記2種類の波長λ,λを上記式(6)~式6(b)に代入することで得ることができる。
Equation (6) above shows that the dichroic ratio R is a function of temperature T.
Now, consider measuring the temperature of a measurement object using a two-color thermometer. In this case, when setting the two wavelengths λ 1 and λ 2 used for temperature measurement, attention is paid to how the dichroic ratio R changes when two wavelengths close to each other (e.g., 1200 nm and 1250 nm) are selected and when two wavelengths separated by a certain distance (e.g., 1200 nm and 1300 nm) are selected. Such a change can be obtained by substituting the two wavelengths λ 1 and λ 2 into the above formulas (6) to 6(b).

得られた変化の様子を、図3に示した。図3において、横軸は温度T[℃]であり、縦軸は、式(6)に基づいて算出された二色比Rである。
図3から明らかなように、二色比Rは温度Tに対して単調に増加する。また、選択した2つの波長が互いに近接しているほど、二色比Rの変化の様子が穏やかであることがわかる。二色比Rの変化の様子(換言すれば、二色比の温度勾配)が穏やかであるということは、温度Tが大きく変化したとしても、二色比Rの変化量は小さいことを意味している。換言すれば、選択した2つの波長が互いに近接している場合には、温度が変化した場合であっても二色比の変化量が小さいために、測温の感度が低下することとなる。
The obtained changes are shown in Fig. 3. In Fig. 3, the horizontal axis represents temperature T [°C], and the vertical axis represents the dichroic ratio R calculated based on formula (6).
As is clear from Fig. 3, the dichroic ratio R increases monotonically with temperature T. It can also be seen that the closer the two selected wavelengths are to each other, the more gradual the change in the dichroic ratio R. A gradual change in the dichroic ratio R (in other words, the temperature gradient of the dichroic ratio) means that even if the temperature T changes significantly, the amount of change in the dichroic ratio R is small. In other words, when the two selected wavelengths are close to each other, the amount of change in the dichroic ratio is small even if the temperature changes, and the temperature measurement sensitivity decreases.

かかる事実から、二色温度計を用いて測温を行う場合には、選択する2つの波長の差に対応する温度が、二色温度計の温度分解能以上となるようにすることが好ましく、測定したい温度幅が、図3に示したような二色比Rと温度との対応関係において有意な傾きが得られるようにすることがより好ましいことがわかる。このような温度分解能に対応する波長差は、用いる二色温度計に応じて変わるものであるが、例えば、選択する2つの波長の差の絶対値|λ-λ|を100nm以上とすることが好ましい。 From this fact, it can be seen that when measuring temperature using a two-color thermometer, it is preferable that the temperature corresponding to the difference between the two selected wavelengths is equal to or greater than the temperature resolution of the two-color thermometer, and it is even more preferable that the temperature range to be measured is such that a significant slope is obtained in the correspondence relationship between the dichroic ratio R and temperature as shown in Figure 3. The wavelength difference corresponding to such temperature resolution varies depending on the two-color thermometer used, but for example, it is preferable that the absolute value of the difference between the two selected wavelengths, |λ 1 - λ 2 |, is 100 nm or more.

[本発明者らが得た知見について]
以上、本発明の実施形態で着目する2色温度計の原理について、簡単に説明した。
今、上記式(3)において、単色温度計(測定波長λ=1.55μm)と、2色温度計(測定波長λ=0.90μm、λ=1.55μm)における分光放射輝度Lを算出し、赤熱鋼板のコーナー部の温度を推定した。この際、測定対象物の温度を800℃と設定し、温度計の下限温度(光検出量が正しく動作する最小の放射輝度によって定まる。)を600℃とした。また、温度計と測定対象物との間の離隔距離を3000mm、測定視野を直径36mmの円形スポットとして、測定面積内に占める測定対象物以外の比率を、減衰率として導出した。
[Findings Obtained by the Inventors]
The principle of the two-color thermometer that is the focus of the embodiments of the present invention has been briefly described above.
Now, in the above formula (3), the spectral radiance L was calculated for a single-color thermometer (measurement wavelength λ=1.55 μm) and a two-color thermometer (measurement wavelength λ1 =0.90 μm, λ2 =1.55 μm) to estimate the temperature of the corner of the red-hot steel plate. In this case, the temperature of the measurement object was set to 800° C., and the lower limit temperature of the thermometer (determined by the minimum radiance at which the amount of light detection works correctly) was set to 600° C. In addition, the separation distance between the thermometer and the measurement object was set to 3000 mm, the measurement field of view was set to a circular spot with a diameter of 36 mm, and the ratio of the area measured other than the measurement object to the measurement area was derived as the attenuation rate.

まず、導出した、二色放射温度計における2色比(λ/λ)と温度との関係を、図4に示した。また、図4に示した結果を用いて、単色温度計と2色温度計のそれぞれにおいて、赤熱鋼材のコーナー部の温度を測定することを考える。コーナー部が温度計の測定視野に入るようになると視野欠けが生じる結果、同一温度であっても観測される放射光が減衰するために、温度の測定結果は、図5Aのようになる。すなわち、赤熱鋼材のコーナー部を測定しようとすると、単色温度計では、コーナー部の温度が800℃であった場合に、減衰率85%(鋼材の最端部から7.5mmだけ鋼材中央部に向かった位置までの範囲を測定した場合)で680℃となる。この結果は、減衰率85%の場合に、測定誤差が120℃であることを意味している。一方、2色温度計では、図5Aに示したように、温度測定結果は800℃となっており、正しい温度を測定可能であることがわかる。この結果は、測定視野内の85%の領域が、測定対象物以外のものであった場合であっても、600℃以上に相当する放射輝度を検出すれば正確に測定可能であることを示している。 First, the relationship between the derived two-color ratio (λ 12 ) and temperature in the two-color radiation thermometer is shown in FIG. 4. Using the results shown in FIG. 4, consider measuring the temperature of a corner of red-hot steel with both a single-color thermometer and a two-color thermometer. When the corner comes into the measurement field of view of the thermometer, a defect occurs, and the observed radiation light attenuates even if the temperature is the same, resulting in the temperature measurement result shown in FIG. 5A. That is, when trying to measure the corner of red-hot steel, with a single-color thermometer, if the temperature of the corner is 800° C., the temperature becomes 680° C. at an attenuation rate of 85% (when measuring the range from the edge of the steel to a position 7.5 mm toward the center of the steel). This result means that the measurement error is 120° C. at an attenuation rate of 85%. On the other hand, with a two-color thermometer, the temperature measurement result is 800° C. as shown in FIG. 5A, and it is clear that the correct temperature can be measured. This result shows that even if 85% of the area within the measurement field of view is other than the object to be measured, accurate measurement is possible as long as radiance equivalent to 600°C or higher is detected.

また、図5Bに示すように、コーナー部の温度を900℃として上記と同様の計算を行った場合には、放射輝度が高くなるため、減衰率が93%(鋼材の最端部から4.4mmだけ鋼材中央部に向かった位置までの範囲を測定した場合)まで、温度を正確に測定可能であることがわかる。 As shown in Figure 5B, when the corner temperature is set to 900°C and the same calculation is performed, the radiance increases, and it is possible to accurately measure the temperature up to an attenuation rate of 93% (when measuring the range from the very edge of the steel material to a position 4.4 mm toward the center of the steel material).

かかる結果は、測定対象物の温度が高ければ高いほど、二色温度計を用いて、コーナー部の温度をより正確に測定可能であることがわかる。放射温度計に設けられている各種の光検出器には、検出しうる放射光の光量(輝度)に最小値(以下、単に「最小放射光量」ともいう。)が存在する。二色温度計は、2つの波長にそれぞれ設定された各検出器が最小放射光量以上の放射光を検出することで、正確な温度を出力し、検出される放射光量が上記最小放射光量未満となることで、測定誤差が生じてくる。測定対象物の温度が高いほど、熱放射の絶対量が大きくなる結果、コーナー部を、より端まで測温することができる。また、二色温度計では、測定視野内で検出される放射光量が最小放射光量以上であれば、測定対象物の温度を精度よく測定することができる。以上が、本発明者らが得られた第1の知見である。 These results show that the higher the temperature of the object to be measured, the more accurately the temperature of the corner can be measured using a two-color thermometer. The various photodetectors provided in the radiation thermometer have a minimum value (hereinafter simply referred to as the "minimum radiation amount") for the amount of radiation light that can be detected (brightness). The two-color thermometer outputs an accurate temperature when each detector set for two wavelengths detects radiation light equal to or greater than the minimum radiation amount, and measurement errors occur when the amount of radiation light detected is less than the minimum radiation amount. The higher the temperature of the object to be measured, the greater the absolute amount of thermal radiation, and the corner can be measured to the edge. In addition, with a two-color thermometer, if the amount of radiation light detected within the measurement field of view is equal to or greater than the minimum radiation amount, the temperature of the object to be measured can be measured with high accuracy. This is the first finding obtained by the inventors.

次に、図6に例示したように、測定対象物の一例として、高温な状態にある鋼板(温度T、放射率ε)を取り上げ、かかる鋼板上に、吸収体の一例である水が水膜として存在している場合を例に挙げて、本発明者らが得た更なる知見について詳細に説明する。 Next, as shown in FIG. 6, a steel plate in a high temperature state (temperature T, emissivity ε) is taken as an example of a measurement object, and further findings obtained by the inventors are described in detail using a case in which water, an example of an absorber, exists as a water film on the steel plate.

例えば、鉄鋼製造プロセスの連続鋳造工程や熱延工程では、搬送ラインを移動する赤熱した鋼材の温度を計測することが頻繁に行われる。しかしながら、連続鋳造機からスラブが引き抜かれる場所や、熱延工程の圧延スタンド間では、鋼材上に冷却水が滞留していたり、蒸発した冷却水が湯気として立ち込めていたりすることがある。光路上の湯気による光の散乱については、観察する2つの波長が大きく離隔していなければ、異なる波長であっても熱放射光がほぼ同じ減衰を示すため、2色温度計が適用できる。一方、鋼材の上に滞留水が水膜を形成している場合、放射測温に適した近赤外域帯域において、水の分光吸収率は強い波長依存性を示すため、水が未知の減衰特性の吸収体として機能してしまう。その結果、2つの波長において熱放射光の減衰が同様に生じるという仮定は成立せず、二色放射温度計を適切に使用することができない。水は、波長約800nm以下の可視光帯域では透明であるが、可視光帯域のような短波長帯域では測定対象物が高温にならないと熱放射光が放出されないため、測定対象の温度域が高温に限定されてしまう。 For example, in the continuous casting and hot rolling processes of the steel manufacturing process, the temperature of red-hot steel moving along a conveying line is frequently measured. However, in the area where the slab is pulled out of the continuous casting machine and between the rolling stands in the hot rolling process, cooling water may be stagnant on the steel or the evaporated cooling water may hang around as steam. As for the scattering of light by steam on the light path, if the two wavelengths observed are not far apart, the thermal radiation light will show almost the same attenuation even at different wavelengths, so a two-color pyrometer can be applied. On the other hand, if the water stagnant on the steel forms a water film, the spectral absorptance of water shows strong wavelength dependence in the near-infrared band suitable for radiation temperature measurement, so the water acts as an absorber with unknown attenuation characteristics. As a result, the assumption that the attenuation of thermal radiation light occurs in the same way at the two wavelengths does not hold, and a two-color radiation thermometer cannot be used appropriately. Water is transparent in the visible light band with wavelengths of approximately 800 nm or less, but in short wavelength bands such as the visible light band, thermal radiation light is not emitted until the object being measured becomes very hot, so the temperature range of the object being measured is limited to high temperatures.

また、上記のような鉄鋼製造プロセスでは、水以外にも、ガラスや、鋼板上に存在する溶液や、鋼板上に存在する油脂・樹脂なども、近赤外帯域において分光吸収率が一様ではなく(すなわち、強い波長依存性を示し)、吸収体として機能してしまう。 In addition, in the steel manufacturing process described above, in addition to water, glass, solutions present on the steel plate, and oils, fats, and resins present on the steel plate also have non-uniform spectral absorptance in the near-infrared band (i.e., they show strong wavelength dependence) and function as absorbers.

放射測温法の測定対象物と放射温度計との光路上に吸収体が存在するという状況は、上記のような鉄鋼製造プロセスのみならず、他の様々な測定環境においても生じうる状況である。 The situation in which an absorber is present in the optical path between the object being measured and the radiation thermometer in radiation thermometry can occur not only in the steel manufacturing process described above, but also in various other measurement environments.

本発明者らは、このような問題を解決し、測定対象物から放射温度計までの光路上に吸収体が存在する状態で熱放射光を検出する場合であっても、測定対象物の温度を精度良く測定することが可能な二色放射温度計を実現するべく鋭意検討を行った結果、以下で詳述するような知見を得ることができた。 The inventors conducted extensive research to solve these problems and realize a two-color radiation thermometer that can accurately measure the temperature of an object to be measured, even when thermal radiation is detected when an absorber is present on the optical path from the object to be measured to the radiation thermometer. As a result, they were able to obtain the findings described in detail below.

また、上記のような鉄鋼製造プロセスでは、高温の鋼材に対して水を吹き付けて、高温の鋼材を冷却することが行われるが、鋼材の表面上に存在する水量は、鋼材からの抜熱量を左右する重要な操業因子と考えられる。本発明者らは、以下で説明するような本発明の実施形態に係る温度測定装置及び温度測定方法を用いて、測定対象物のより正確な温度を得ることが可能となることで、測定対象物から放射温度計までの光路上に存在する水(すなわち、吸収体)の厚みを、より正確に算出することが可能となる旨に想到した。 In addition, in the steel manufacturing process described above, water is sprayed onto the hot steel to cool it down, and the amount of water present on the surface of the steel is considered to be an important operational factor that determines the amount of heat extracted from the steel. The inventors have come to the realization that by using a temperature measuring device and a temperature measuring method according to an embodiment of the present invention as described below, it is possible to obtain a more accurate temperature of the object to be measured, and therefore to more accurately calculate the thickness of the water (i.e., absorber) present on the optical path from the object to be measured to the radiation thermometer.

吸収体の一例である水は、可視光帯域の長波長端付近(波長800nm付近)までは透明であるが、近赤外帯域に属する800nm以上では、例えば図7に示したように、強い波長依存性を有する半透明体となる。また、ランベルト・ベールの法則からも明らかなように、水膜の厚みが厚くなればなるほど、水によって吸収される近赤外帯域の光量は増加するため、分光透過率は小さな値となる。 Water, an example of an absorber, is transparent up to the long wavelength end of the visible light band (near 800 nm wavelength), but becomes semi-transparent with strong wavelength dependency at wavelengths above 800 nm in the near infrared band, as shown in Figure 7. Also, as is clear from the Beer-Lambert law, the thicker the water film, the more light in the near infrared band is absorbed by the water, and the smaller the spectral transmittance becomes.

放射測温法において水の影響を避けるためには、水の光吸収がほとんど存在しない波長800nm以下の帯域で測温を行う方法が考えられ、実際に、観測波長800nmの「水膜透過型放射温度計(単波長の放射温度計)」が市販されている。しかしながら、熱放射は短波長側になるほど急速に低下する特徴があり、観測波長が800nmの放射温度計では、測定対象物の温度が少なくとも650℃以上である必要がある。 In order to avoid the influence of water in radiation thermometry, a method of measuring temperature at wavelengths below 800 nm, where water barely absorbs light, has been considered, and in fact, "water-film-penetrating radiation thermometers (single-wavelength radiation thermometers)" with an observation wavelength of 800 nm are commercially available. However, thermal radiation has the characteristic of decreasing rapidly as the wavelength becomes shorter, and a radiation thermometer with an observation wavelength of 800 nm requires that the temperature of the object being measured be at least 650°C or higher.

また、前述のように、散乱体である湯気が存在すれば、たとえ水が透明であったとしても、単色放射測温では正確な温度測定を行うことが困難となる。ここで、水が光を吸収する波長800nm以上の帯域で単波長の放射測温を実施した場合に、測定が不正確となる具体例を示す。例えば、波長1300nmでは、水の厚みに応じ、図7に示した分光透過率に従って、光の強度は減衰する。かかる減衰が温度測定値に及ぼす影響を計算すると、図8に示したようになる。図8において、横軸は、水膜の厚み[mm]であり、縦軸は、測温誤差[℃]である。図8から明らかなように、水の厚みがわずか2mm程度あっても、約30℃の測温誤差が生じることになる。従って、水の厚みが未知の実際の計測環境では、単色放射温度計を用いた場合、正確な温度計測を行うことは、極めて困難となる。 As mentioned above, if steam, which is a scattering medium, is present, it is difficult to perform accurate temperature measurement using monochromatic radiation thermometry, even if the water is transparent. Here, we will show a specific example of inaccurate measurement when performing monochromatic radiation thermometry in the wavelength band of 800 nm or more, where water absorbs light. For example, at a wavelength of 1300 nm, the light intensity attenuates according to the spectral transmittance shown in Figure 7 depending on the thickness of the water. When the effect of such attenuation on the measured temperature is calculated, it is as shown in Figure 8. In Figure 8, the horizontal axis is the thickness of the water film [mm], and the vertical axis is the temperature measurement error [°C]. As is clear from Figure 8, even if the thickness of the water is only about 2 mm, a temperature measurement error of about 30°C will occur. Therefore, in an actual measurement environment where the thickness of the water is unknown, it is extremely difficult to perform accurate temperature measurement using a monochromatic radiation thermometer.

続いて、観測波長が800nmの放射温度計では、測定対象物の温度が少なくとも650℃以上である必要がある理由を、黒体放射輝度と波長及び温度との関係を示した説明図である図9を参照しながら説明する。 Next, we will explain why the temperature of the object to be measured must be at least 650°C for a radiation thermometer with an observation wavelength of 800 nm, with reference to Figure 9, which shows the relationship between blackbody radiance, wavelength, and temperature.

図9において、横軸は温度であり、縦軸は黒体分光放射輝度である。図9に示したように、黒体分光放射輝度は、温度が増加すると単調に増加する。ここで、一般的な放射温度計に用いられるセンサの検出限界は、黒体分光放射輝度の大きさが1程度の熱放射である。従って、図9における観測波長800nmの曲線に着目すれば、「黒体分光放射輝度=1」で表される直線と、観測波長800nmの曲線との交点は、約650℃となる。 In Figure 9, the horizontal axis is temperature and the vertical axis is blackbody spectral radiance. As shown in Figure 9, blackbody spectral radiance increases monotonically as temperature increases. Here, the detection limit of the sensor used in a typical radiation thermometer is thermal radiation with a blackbody spectral radiance magnitude of about 1. Therefore, if we focus on the curve for an observation wavelength of 800 nm in Figure 9, the intersection point between the straight line representing "blackbody spectral radiance = 1" and the curve for an observation wavelength of 800 nm is approximately 650°C.

先だって説明したように、二色放射温度計を使用する場合、2つの波長の間隔を少なくとも100nm以上離すことが好ましい。そのため、水が透明な波長帯域で2色放射温度計を実現するためには、観測波長の短波長側を800nm-100nm=700nm付近にすることが好ましい。かかる場合、図9に示すように、二色放射温度計の測定下限温度は、約740℃になってしまう。また、図9に示すように、観測波長を例えば1000nmに設定すれば、500℃からの測温が可能になり、観測波長を例えば1200nmに設定すれば、測定下限温度を400℃付近まで広げることが可能となる。 As explained above, when using a two-color radiation thermometer, it is preferable to set the distance between the two wavelengths at least 100 nm. Therefore, to realize a two-color radiation thermometer in a wavelength band where water is transparent, it is preferable to set the short wavelength side of the observation wavelength to around 800 nm - 100 nm = 700 nm. In such a case, as shown in Figure 9, the lower limit temperature measurement of the two-color radiation thermometer will be about 740°C. Also, as shown in Figure 9, if the observation wavelength is set to, for example, 1000 nm, it will be possible to measure temperatures from 500°C, and if the observation wavelength is set to, for example, 1200 nm, it will be possible to expand the lower limit temperature measurement to around 400°C.

従って、上記のような知見から、測定温度域を広く確保するためには、観測波長をより長波長側に設定すればよいことがわかる。しかしながら、観測波長800nm以上の波長を2種類利用して二色放射温度計を構成した場合、図7からも明らかなように、かかる波長帯域は、水の分光吸収率が顕著な波長依存性を示す帯域となってしまう。かかる波長帯域において観測される2種類の分光放射輝度Lは、吸収体である水の吸収も考慮に入れると、下記式(7)及び式(8)で表される。 Therefore, from the above findings, it can be seen that in order to ensure a wide measurement temperature range, it is sufficient to set the observation wavelength on the longer wavelength side. However, when a two-color radiation thermometer is constructed using two observation wavelengths of 800 nm or more, as is clear from Figure 7, this wavelength band becomes a band in which the spectral absorptance of water shows a significant wavelength dependency. The two types of spectral radiance L observed in this wavelength band, taking into account the absorption of water as an absorber, are expressed by the following formulas (7) and (8).

Figure 0007518334000007
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ここで、上記式(7)及び式(8)において、τは、波長λにおける水の分光透過率であり、τは、波長λにおける水の分光透過率である。また、水の分光透過率τは、水の分光吸収係数、水の厚み、及び、水と空気との界面における両者の屈折率から定まる界面反射率の関数となる(詳細は、以下で説明する。)。この際、界面反射を省略すると、水の分光透過率τ,τは、それぞれ、τ=exp(-α×t)、τ=exp(-α×t)と表すことができる。ここで、αは、波長λにおける水の分光吸収係数であり、αは、波長λにおける水の分光吸収係数であり、tは、水膜の厚みである。 Here, in the above formulas (7) and (8), τ 1 is the spectral transmittance of water at wavelength λ 1 , and τ 2 is the spectral transmittance of water at wavelength λ 2. The spectral transmittance τ of water is a function of the spectral absorption coefficient of water, the thickness of the water, and the interface reflectance determined from the refractive indexes of both at the interface between water and air (details will be described below). In this case, if the interface reflection is omitted, the spectral transmittances τ 1 and τ 2 of water can be expressed as τ 1 =exp(-α 1 ×t) and τ 2 =exp(-α 2 ×t), respectively. Here, α 1 is the spectral absorption coefficient of water at wavelength λ 1 , α 2 is the spectral absorption coefficient of water at wavelength λ 2 , and t is the thickness of the water film.

上記式(7)及び式(8)において、2つの波長λ,λで、図7に示したような水の分光吸収係数の波長依存性に起因して、吸収による減衰量が互いに異なることとなった場合、式(6)で定義される二色比と温度との関係式において、水の吸収に起因する項であるτ,τがキャンセルアウトしなくなる。 In the above equations (7) and (8), when the amounts of attenuation due to absorption differ between the two wavelengths λ1 and λ2 due to the wavelength dependence of the spectral absorption coefficient of water as shown in FIG. 7, the terms τ1 and τ2 due to water absorption will not cancel out in the relationship between the dichroic ratio and temperature defined in equation (6).

例えば、波長1000nmと波長1100nmに着目した2色温度計では、水が無い場合と、水を透過して熱放射光を観測する場合とでは、図10に示したように二色比が変化することとなる。例えば測定対象物の真の温度が700℃であったとすると、図10から明らかなように、5mm厚の水膜が存在した場合には見かけの温度は約640℃となり、10mm厚の水膜が存在した場合には見かけの温度が約590℃になる。水膜の厚みが不規則に変化する実際の測温では、このように、吸収体である水の存在によって、多大な測温誤差が生じることとなってしまう。 For example, in a two-color thermometer focusing on wavelengths of 1000 nm and 1100 nm, the dichroic ratio changes as shown in Figure 10 when there is no water and when thermal radiation light is observed passing through water. For example, if the true temperature of the object being measured is 700°C, as is clear from Figure 10, when a 5 mm thick water film is present, the apparent temperature is approximately 640°C, and when a 10 mm thick water film is present, the apparent temperature is approximately 590°C. In actual temperature measurements, where the thickness of the water film changes irregularly, the presence of water, which acts as an absorber, can cause significant temperature measurement errors.

本発明者らは、以上のような知見に基づいて更に検討を重ねた結果、光路上に吸収体が存在する場合であっても、測定対象物の温度を二色放射温度計により正確に測定するためには、上記式(7)及び式(8)での吸収体による吸収に起因する項であるτ,τが、二色比Rを算出する際にキャンセルアウトするようにすれば良い旨に想到した。吸収体による吸収に起因する項をキャンセルアウトさせるためには、吸収体の分光吸収率が等しい2つの観測波長を選択して、測定対象物の測温を実施すればよい。 As a result of further investigations based on the above findings, the inventors have come to the conclusion that, in order to accurately measure the temperature of an object to be measured by a dichroic radiation thermometer even when an absorber is present on the light path, it is sufficient to cancel out the terms τ 1 and τ 2 caused by absorption by the absorber in the above formulas (7) and (8) when calculating the dichroic ratio R. In order to cancel out the terms caused by absorption by the absorber, two observation wavelengths at which the spectral absorptance of the absorber is equal are selected, and the temperature of the object to be measured is measured.

図11は、吸収体の一例である水の分光吸収係数の波長依存性を示したグラフ図であり、図11の横軸は波長であり、縦軸は分光吸収係数である。本発明者らが上記知見に基づいて図11を検討した結果、以下で説明するような技術的思想に基づいて、二色放射温度計の観測波長を選択すればよい旨に想到した。 Figure 11 is a graph showing the wavelength dependence of the spectral absorption coefficient of water, which is an example of an absorber, where the horizontal axis of Figure 11 is wavelength and the vertical axis is the spectral absorption coefficient. As a result of examining Figure 11 based on the above findings, the inventors came to the conclusion that the observation wavelength of the two-color radiation thermometer should be selected based on the technical concept described below.

○観測波長の選択方法について-その1
分光吸収係数が互いに等しい2つの波長を特定するためには、図11に示したような分光吸収係数のスペクトルに着目し、(分光吸収係数=任意の定数)で表される直線(換言すれば、図11に示したようなスペクトルにおいて、横軸に平行な直線)と、分光吸収係数のスペクトルに対応する曲線との交点の個数に着目すればよい。この際に、かかる曲線と直線との交点の個数が2以上となる波長帯域から、分光吸収係数が互いに等しくなる2つの波長を適宜選択すればよい。
○How to select observation wavelengths – Part 1
In order to specify two wavelengths having the same spectral absorption coefficient, attention should be paid to the spectrum of the spectral absorption coefficient as shown in Fig. 11, and attention should be paid to the number of intersections between a straight line represented by (spectral absorption coefficient = any constant) (in other words, a straight line parallel to the horizontal axis in the spectrum as shown in Fig. 11) and a curve corresponding to the spectrum of the spectral absorption coefficient. In this case, two wavelengths having the same spectral absorption coefficient should be appropriately selected from a wavelength band in which the number of intersections between the curve and the straight line is two or more.

例えば図12Aに示した水の場合には、交点の個数が2以上となる波長帯域は、以下の2つである。
(1)波長1070~1080nm近傍のスペクトルの鞍部に接する直線(分光吸収係数≒0.02で表される直線)のもう一方の交点(波長940nm近傍)から、波長970~980nm近傍のピークに接する直線(分光吸収係数≒0.05で表される直線)のもう一方の交点(波長1130近傍)までの波長帯域:第1波長選択領域
(2)波長1260nm近傍のスペクトルの鞍部に接する直線(分光吸収係数≒0.11で表される直線)のもう一方の交点(波長1155nm近傍)から、波長1190nm近傍のピークに接する直線(分光吸収係数≒0.13で表される直線)のもう一方の交点(波長1300nm近傍)までの波長帯域:第2波長選択領域
For example, in the case of water shown in FIG. 12A, there are two wavelength bands in which the number of intersections is two or more:
(1) A wavelength band from the other intersection (near a wavelength of 940 nm) of a line (a line represented by a spectral absorption coefficient ≒ 0.02) tangent to a saddle of the spectrum near a wavelength of 1070 to 1080 nm to the other intersection (near a wavelength of 1130) of a line (a line represented by a spectral absorption coefficient ≒ 0.05) tangent to a peak near a wavelength of 970 to 980 nm: a first wavelength selection region. (2) A wavelength band from the other intersection (near a wavelength of 1155 nm) of a line (a line represented by a spectral absorption coefficient ≒ 0.11) tangent to a saddle of the spectrum near a wavelength of 1260 nm to the other intersection (near a wavelength of 1300 nm) of a line (a line represented by a spectral absorption coefficient ≒ 0.13) tangent to a peak near a wavelength of 1190 nm: a second wavelength selection region.

このような2種類の波長選択領域を目安として、分光吸収係数の等しい2つの波長を選択すればよい。この際、先だって説明したように、2つの波長の差に対応する温度が、二色放射温度計の温度分解能以上となるように、例えば100nm程度の波長差がある2つの波長を選択することが好ましい。 Using these two wavelength selection regions as a guide, two wavelengths with the same spectral absorption coefficient can be selected. In this case, as explained above, it is preferable to select two wavelengths with a wavelength difference of, for example, about 100 nm so that the temperature corresponding to the difference between the two wavelengths is equal to or greater than the temperature resolution of the two-color radiation thermometer.

上記のような技術的思想に基づき、例えば図12Bでは、第1波長選択領域から、波長1000nmと波長1130nmという2つの波長を選択することができる。また、例えば図12Cでは、第2波長選択帯域から、波長1190nmと波長1300nmという2つの波長を選択することができる。なお、かかる波長の組み合わせはあくまでも一例であって、上記の技術的思想に基づいて、2種類の波長選択領域の中から適宜波長を選択すればよい。 Based on the above technical concept, for example, in FIG. 12B, two wavelengths, 1000 nm and 1130 nm, can be selected from the first wavelength selection region. Also, for example, in FIG. 12C, two wavelengths, 1190 nm and 1300 nm, can be selected from the second wavelength selection band. Note that this wavelength combination is merely an example, and wavelengths can be appropriately selected from the two types of wavelength selection regions based on the above technical concept.

このような、特定スペクトル(波長帯域幅が無視できる程度の狭帯域の特定波長)を利用した二色放射温度計は、狭帯域の光学干渉フィルタを利用し、かかる狭帯域の光学干渉フィルタを2色放射温度計に設置することで実現することができる。このような狭帯域の光学干渉フィルタは、半値幅が10nm程度のものであれば市販製品として入手可能であるし、公知の技術を利用して狭帯域の光学干渉フィルタを製造することも可能である。かかる波長選択フィルタについては、以下で改めて説明する。 Such a two-color radiation thermometer that uses a specific spectrum (a specific wavelength in a narrow band where the wavelength bandwidth can be ignored) can be realized by using a narrow-band optical interference filter and installing the narrow-band optical interference filter in the two-color radiation thermometer. Such narrow-band optical interference filters with a half-width of about 10 nm are commercially available, and it is also possible to manufacture narrow-band optical interference filters using known technology. Such wavelength selection filters will be explained again below.

○観測波長の選択方法について-その2
放射温度計は、一般的に、前述のような特定の単波長と見なせる狭帯域の分光放射輝度を観測することは少ない。何故ならば、観測波長帯域が狭帯域である場合、放射温度計が検出する絶対的な光量が小さくなり、検出感度が低下したり、測定下限温度が高くなったりするためである。一般的な波長選択フィルタ等を利用して、狭帯域ではなく有限の波長帯域幅の熱放射光を測定する場合には、上記のような2つの観測波長は、以下のように選択することができる。
○How to select observation wavelengths – Part 2
Generally, radiation thermometers rarely observe narrow-band spectral radiance that can be regarded as a specific single wavelength as described above. This is because, when the observation wavelength band is narrow, the absolute amount of light detected by the radiation thermometer becomes small, which reduces the detection sensitivity and increases the minimum measurement temperature. When measuring thermal radiation light of a finite wavelength bandwidth rather than a narrow band using a general wavelength selection filter or the like, the two observation wavelengths as described above can be selected as follows.

すなわち、観測する波長の帯域幅が上記その1のように無視できない場合、観測帯域の吸収係数の単純な平均値を実効的な分光吸収係数とするのではなく、測定対象の温度に応じた波長依存性を有する分光放射輝度で重み付けして平均化した分光吸収係数を求めて、処理に利用すればよい。すなわち、かかる方法は、吸収体の分光吸収係数を測定対象温度の分光放射輝度で加重平均することで算出される「見かけの分光吸収係数」が互いに等しくなるように、有限の帯域幅を有する観測帯域を選択する方法である。以下、図13A及び図13Bを参照しながら、かかる選択方法を具体的に説明する。 In other words, when the bandwidth of the observed wavelength cannot be ignored as in the above 1, instead of using a simple average of the absorption coefficients of the observed band as the effective spectral absorption coefficient, it is sufficient to obtain an averaged spectral absorption coefficient weighted by the spectral radiance that has wavelength dependency according to the temperature of the object to be measured, and use this for processing. In other words, this method is a method of selecting an observation band having a finite bandwidth so that the "apparent spectral absorption coefficients" calculated by weighting the spectral absorption coefficients of the absorbers by the spectral radiance of the temperature of the object to be measured are equal to each other. Below, this selection method will be specifically explained with reference to Figures 13A and 13B.

一具体例として、図12Bに示した第1波長選択領域を出発点として、帯域幅40nmの2波長を選択する場合を考える。
まず、第1波長選択領域の短波長側の観測波長は、帯域幅が40nmとなる波長980nm~波長1020nmに固定する。波長980nm~1020nmの範囲において、実効的な分光吸収係数αeffは、厳密には、波長λにおける分光吸収係数α(λ)と、分光放射輝度の波長依存性を考慮した、プランクの黒体放射式から定まる重み係数w(λ)と、を用いて、以下の式(9)のように表される。
As a specific example, consider the selection of two wavelengths with a bandwidth of 40 nm starting from the first wavelength selection region shown in FIG. 12B.
First, the observation wavelength on the short wavelength side of the first wavelength selection region is fixed to 980 nm to 1020 nm, which is a bandwidth of 40 nm. In the wavelength range of 980 nm to 1020 nm, the effective spectral absorption coefficient α eff is expressed as the following formula (9) using the spectral absorption coefficient α(λ) at wavelength λ and a weighting coefficient w(λ) determined from Planck's blackbody radiation formula, taking into account the wavelength dependency of the spectral radiance.

Figure 0007518334000008
Figure 0007518334000008

ここで、測定対象物の温度が900℃であると仮定して、この分光放射輝度Lの波長依存性を規格化した重み係数w(λ)を算出する。得られた重み係数w(λ)を、図13A中に鎖線で記載した。図13Aに示した例において、かかる重み係数で重み付けした分光吸収係数の平均値は、4.2×10-2[1/mm]となった。これに対して、分光放射輝度Lの波長依存性を考慮することなく、一様な重みで分光吸収係数を平均化(単純平均化)すると、4.3×10-2[1/mm]となった。 Here, assuming that the temperature of the measurement object is 900° C., a weighting factor w(λ) is calculated by normalizing the wavelength dependency of the spectral radiance L. The weighting factor w(λ) obtained is shown by a dashed line in FIG. 13A. In the example shown in FIG. 13A, the average value of the spectral absorption coefficient weighted by such a weighting factor was 4.2×10 −2 [1/mm]. In contrast, when the spectral absorption coefficient was averaged (simple averaged) with a uniform weight without considering the wavelength dependency of the spectral radiance L, the average value was 4.3×10 −2 [1/mm].

次に、第1波長選択領域の長波長側の観測波長は、上記と同様に900℃の分光放射輝度の重みを付けて平均化した分光吸収係数が、短波長側の重み付けされた分光吸収係数と同一の4.2×10-2[1/mm]となるように、1130nm周辺の波長帯域を選択する。この結果、図13Bに例示したように、波長1100nm~1140nmが、かかる条件に合致した。なお、図13Bに示した波長帯域における分光吸収係数の単純平均は、4.1×10-2[1/mm]であった。 Next, for the observation wavelengths on the long wavelength side of the first wavelength selection region, a wavelength band around 1130 nm is selected so that the spectral absorption coefficient weighted and averaged with the spectral radiance at 900°C is 4.2×10 −2 [1/mm], which is the same as the weighted spectral absorption coefficient on the short wavelength side, as described above. As a result, as shown in FIG. 13B, the wavelengths from 1100 nm to 1140 nm met this condition. The simple average of the spectral absorption coefficients in the wavelength band shown in FIG. 13B was 4.1×10 −2 [1/mm].

このように、測定対象物の分光放射輝度Lの波長依存性を考慮するか否かで、見かけの分光吸収係数(実効吸収係数)の値が、図13A及び図13Bに示した例では0.2×10-2[1/mm]変化する。逆に、もし見かけの分光吸収係数を見積る際に観測帯域の分光吸収係数の単純平均を使用したとすると、実際に高温の測定対象物を測定した場合に、実効的な分光吸収係数に0.2×10-2[1/mm]程度の不一致が生じることとなる。 13A and 13B, the value of the apparent spectral absorption coefficient (effective absorption coefficient) changes by 0.2×10 −2 [1/mm] depending on whether or not the wavelength dependency of the spectral radiance L of the object to be measured is taken into consideration. Conversely, if a simple average of the spectral absorption coefficients in the observation band is used to estimate the apparent spectral absorption coefficient, a discrepancy of about 0.2×10 −2 [1/mm] will occur in the effective spectral absorption coefficient when a high-temperature object is actually measured.

なお、上記説明では、測定対象物が900℃として分光放射輝度に基づく重み係数を算出したが、例えば図14に示したように、200℃程度の温度幅であれば分光放射輝度が大きく変わることがない。そのため、測定対象物のおおよその温度が過去の操業データ等に基づいて予測できれば、分光放射輝度に基づく重み係数を与えることが可能となる。 In the above explanation, the weighting coefficient based on the spectral radiance was calculated assuming that the object to be measured was 900°C. However, as shown in FIG. 14, for example, if the temperature range is about 200°C, the spectral radiance does not change significantly. Therefore, if the approximate temperature of the object to be measured can be predicted based on past operational data, etc., it is possible to assign a weighting coefficient based on the spectral radiance.

ここで、重み係数による分光吸収係数の補正を実施した場合と実施しない場合における実効的吸収係数の差0.2×10-2[1/mm]が二色放射温度計の精度に及ぼす影響について検討する。例えば、厚み10mmの水膜を通して熱放射光を測定する状況において、2波長における水の分光吸収係数が互いに等しく4.2×10-2[1/mm]である場合と、短波長側の分光吸収係数が4.3×10-2[1/mm]であり、長波長側の分光吸収係数が4.1×10-2[1/mm]である場合のそれぞれの場合について、二色比Rを上記式(6)に基づき算出した。得られた結果を、図15に示した。図15に示した結果では、上記2つの場合の二色比は、温度差にして約20℃に相当するズレが生じていた。従って、観測波長に幅がある場合(観測波長が有限の帯域から形成される場合)には、熱放射光の分光特性に基づく重み付けを利用して平均化した吸収体の分光吸収係数が互いに正確に一致するように、2つの波長帯域を選択することが望ましい。 Here, the effect of the difference in effective absorption coefficient, 0.2×10 −2 [1/mm], between the case where the spectral absorption coefficient is corrected by the weighting coefficient and the case where the spectral absorption coefficient is not corrected, on the accuracy of the dichroic radiation thermometer is examined. For example, in a situation where thermal radiation light is measured through a water film having a thickness of 10 mm, the dichroic ratio R was calculated based on the above formula (6) for each of the cases where the spectral absorption coefficients of water at two wavelengths are equal to each other and are 4.2×10 −2 [1/mm], and the spectral absorption coefficient on the short wavelength side is 4.3×10 −2 [1/mm] and the spectral absorption coefficient on the long wavelength side is 4.1×10 −2 [1/mm]. The obtained results are shown in FIG. 15. In the results shown in FIG. 15, the dichroic ratios in the above two cases had a difference equivalent to a temperature difference of about 20° C. Therefore, when the observation wavelength has a width (when the observation wavelength is formed from a finite band), it is desirable to select two wavelength bands so that the spectral absorption coefficients of the absorbers averaged using weighting based on the spectral characteristics of the thermal radiation light exactly match each other.

このように、第2の観測波長の選択方法によれば、有限の帯域幅からなる観測波長を利用して放射測温を行う場合に、二色放射温度計において波長間で同等の光量減衰が生じるように、分光吸収係数の補正を行う。なお、かかる分光吸収係数の補正を行うことにより、測定誤差をより削減することが可能となるため、第1の観測波長の選択方法に基づき狭帯域の観測波長を選択する場合であっても、第2の観測波長の選択方法で説明した分光吸収係数の補正処理を行うことがより好ましい。この際、上記のように、分光放射輝度の波長依存性を考慮して、分光吸収係数の実効値αeffを定めることが好ましい。 Thus, according to the second observation wavelength selection method, when radiation thermometry is performed using observation wavelengths having a finite bandwidth, the spectral absorption coefficient is corrected so that the light intensity attenuation is equal between wavelengths in the two-color radiation thermometer. Since such correction of the spectral absorption coefficient makes it possible to further reduce measurement errors, it is more preferable to perform the correction process of the spectral absorption coefficient described in the second observation wavelength selection method even when a narrowband observation wavelength is selected based on the first observation wavelength selection method. In this case, it is preferable to determine the effective value α eff of the spectral absorption coefficient in consideration of the wavelength dependency of the spectral radiance as described above.

なお、観測波長帯域の実効的な吸収係数を見積る際に、測定対象の熱放射の分光特性に加え、波長選択フィルタの分光透過特性や放射温度計に内蔵されている光検出器の分光感度特性等を重みとして、分光吸収係数に係る分光データを重み付け平均してもよい。この場合には、式(9)に示した関係式の分子の部分に、波長選択フィルタの分光透過特性に関する項や、放射温度計に内蔵されている光検出器の分光感度特性に関する項が増えることとなる。分光透過特性や分光感度特性を更に利用して分光吸収係数を重み付け平均することで、分光吸収係数の分布を考慮した実際により近い形の補正を行うことが可能となり、より精度を向上させることが可能となる。 When estimating the effective absorption coefficient of the observation wavelength band, the spectral data related to the spectral absorption coefficient may be weighted and averaged using the spectral transmittance characteristics of the wavelength selection filter and the spectral sensitivity characteristics of the photodetector built into the radiation thermometer as weights in addition to the spectral characteristics of the thermal radiation of the measurement target. In this case, the numerator of the relational expression shown in formula (9) will include terms related to the spectral transmittance characteristics of the wavelength selection filter and terms related to the spectral sensitivity characteristics of the photodetector built into the radiation thermometer. By further utilizing the spectral transmittance characteristics and spectral sensitivity characteristics to perform a weighted average of the spectral absorption coefficient, it is possible to perform a correction that is closer to the actual one, taking into account the distribution of the spectral absorption coefficient, and it is possible to further improve accuracy.

また、上記第2の観測波長の選択方法では、2つの観測波長の帯域幅を互いに同一にして処理を行う場合について説明したが、2つの観測波長の帯域幅は、相違していてもよい。例えば、近赤外帯域では長波長になるほど分光放射輝度が増加するため、長波長側の観測帯域幅を短波長側より狭くしてもよい。 In addition, in the above-mentioned second observation wavelength selection method, the bandwidths of the two observation wavelengths are set to be the same for processing, but the bandwidths of the two observation wavelengths may be different. For example, in the near-infrared band, the longer the wavelength, the greater the spectral radiance, so the observation bandwidth on the longer wavelength side may be narrower than the shorter wavelength side.

次に、本発明者らが想到した、測定対象物の温度とあわせて、測定対象物の表面の上方に位置する水膜の厚みの測定方法に関する知見を、図16及び図17を参照しながら説明する。 Next, the inventors will explain their findings regarding a method for measuring the thickness of the water film located above the surface of the object to be measured, along with the temperature of the object to be measured, with reference to Figures 16 and 17.

図6に示した状況を、測定対象物の一例としての赤熱している鋼材の上面に冷却水が流れている状況として更に厳密に考慮すると、かかる状況は、図16に示したようにモデル化することができる。 If we consider the situation shown in Figure 6 more precisely as a situation in which cooling water is flowing over the top surface of red-hot steel material, which is an example of an object to be measured, then such a situation can be modeled as shown in Figure 16.

赤熱している鋼材の温度が高ければ、鋼材の上面に位置する水は膜沸騰の状態となり、鋼材表面と水膜との間に、図16に示したような水蒸気の層が形成されて、水膜が鋼材の表面から浮いた状態となる。かかる際に、放射温度計は、図16に示したように鋼材の鉛直方向斜め上方から、測定対象物である鋼材を見込むものとする。水膜の内部では、水膜の厚みtに応じて鋼材から放射された光が吸収され、放射輝度が減衰していく。より詳細には、放射温度計の光軸と、測定対象物の表面法線方向と、のなす角をθとしたときに、水膜の内部では、スネルの法則で表される関係(n・sinθ=n・sinθ)を満足する角度θで、鋼材から放射された光が進行する。そのため、鋼材から放射された光の放射輝度は、光路長(t/cosθ)に応じて減衰していく。また、水膜と水蒸気の層との界面、及び、水膜と大気の層との界面では、それぞれ、反射率ρ、ρの界面反射が生じる。このような水膜による吸収、及び、水膜界面における界面反射が生じた結果の放射光が、放射温度計で計測される。ここで、気体である水蒸気は、液体の水とは全く異なる光学特性を有しており、波長940nm~1650nmの帯域では、水蒸気は、ほぼ透明である。すなわち、図16に示した水蒸気の層での放射光の吸収は無いものとみなすことができる。 If the temperature of the red-hot steel is high, the water on the upper surface of the steel goes into a film boiling state, and a layer of water vapor is formed between the steel surface and the water film as shown in FIG. 16, and the water film floats from the surface of the steel. In this case, the radiation thermometer is supposed to view the steel, which is the object of measurement, from diagonally above the steel in the vertical direction as shown in FIG. 16. Inside the water film, the light radiated from the steel is absorbed according to the thickness t of the water film, and the radiance attenuates. More specifically, when the angle between the optical axis of the radiation thermometer and the surface normal direction of the object of measurement is θ 0 , inside the water film, the light radiated from the steel advances at an angle θ 1 that satisfies the relationship (n a · sin θ 0 = n w · sin θ 1 ) expressed by Snell's law. Therefore, the radiance of the light radiated from the steel attenuates according to the optical path length (t/cos θ 1 ). Furthermore, at the interface between the water film and the water vapor layer, and at the interface between the water film and the air layer, interfacial reflection occurs with reflectances ρ 1 and ρ 2 , respectively. The radiation resulting from such absorption by the water film and interfacial reflection at the water film interface is measured by a radiation thermometer. Here, water vapor, which is a gas, has optical properties that are completely different from those of liquid water, and is almost transparent in the wavelength band of 940 nm to 1650 nm. In other words, it can be considered that there is no absorption of radiation in the water vapor layer shown in FIG. 16.

上記式(7)における実効的な分光透過率τは、水膜の界面における界面反射損失と、水膜内部の波長λにおける分光吸収係数αにより、以下の式(10)のように表される。 The effective spectral transmittance τ 1 in the above formula (7) is expressed by the following formula (10) using the interface reflection loss at the interface of the water film and the spectral absorption coefficient α 1 at the wavelength λ 1 inside the water film.

Figure 0007518334000009
Figure 0007518334000009

また、水膜界面における反射率ρ、ρは、上記のような各層における屈折率の関係から、ρ=ρとなるため、かかる反射率の値を、改めてρ=ρ=ρとする。かかる反射率ρは、θ=0°以外では、p偏光成分の反射率ρと、s偏光成分の反射率ρと、に分けて考えることが必要となる。そのため、上記の式(10)は、以下の式(11)のように変形される。ここで、以下の式(11)において、反射率ρ、ρは、例えば、水膜/大気の界面において、以下の式(12)、(13)のように表される。 In addition, the reflectances ρ1 and ρ2 at the water film interface are ρ1 = ρ2 due to the relationship of the refractive indexes of the layers as described above, so the reflectance values are rewritten as ρ= ρ1 = ρ2 . At angles other than θ=0°, it is necessary to consider the reflectance ρ separately as the reflectance ρp of the p-polarized component and the reflectance ρs of the s-polarized component. Therefore, the above formula (10) is transformed into the following formula (11). Here, in the following formula (11), the reflectances ρp and ρs at the water film/air interface are expressed, for example, as the following formulas (12) and (13).

Figure 0007518334000010
Figure 0007518334000010

ここで、nは、水蒸気の屈折率(n=1.00)であり、nは、水の屈折率(n=1.33)であり、nは、大気の屈折率(n=1.00)である。なお、本技術では、波長λにおける分光吸収係数αと、波長λにおける分光吸収係数αと、が互いに等しくなるように波長λ、λが選択され、また、反射率ρ、ρは、上記式(12)及び式(13)のように、各層の屈折率、及び、屈折角のみで決まる定数である。従って、式(7)にかえて式(8)を用いた場合であっても、透過率τの値は、透過率τの値と等しくなる。 Here, n v is the refractive index of water vapor (n v =1.00), n w is the refractive index of water (n w =1.33), and n a is the refractive index of air (n a =1.00). In this technology, the wavelengths λ 1 and λ 2 are selected so that the spectral absorption coefficient α 1 at the wavelength λ 1 and the spectral absorption coefficient α 2 at the wavelength λ 2 are equal to each other, and the reflectances ρ p and ρ s are constants determined only by the refractive index and refraction angle of each layer, as in the above formulas (12) and (13). Therefore, even if formula (8) is used instead of formula (7), the value of the transmittance τ 2 is equal to the value of the transmittance τ 1 .

上記式(6)に示した二色比に基づき、測定対象物である鋼材の温度Tが求まると、波長λにおける透過率τは、上記(4)式を変形して、以下の式(14)のように計算される。ここで、以下の式(14)において、分子は、放射温度計で観測された放射輝度値であり、分母は、温度Tの黒体から放射される放射輝度値に対応する。また、以下の式(14)において、鋼材の分光放射率ε(λ)は、λ=1.1μm~1.3μmの波長帯域では、0.8程度の安定した値である。 When the temperature T of the steel material to be measured is determined based on the dichroic ratio shown in the above formula (6), the transmittance τ 1 at wavelength λ 1 is calculated by modifying the above formula (4) as shown in the following formula (14). Here, in the following formula (14), the numerator is the radiance value observed by the radiation thermometer, and the denominator corresponds to the radiance value radiated from a black body at temperature T. Also, in the following formula (14), the spectral emissivity ε (λ 1 ) of the steel material is a stable value of about 0.8 in the wavelength band of λ 1 = 1.1 μm to 1.3 μm.

次に、上記式(10)を上記式(7)に代入して、水膜の厚みtについて解くと、以下の式(15)を得ることができる。 Next, by substituting the above equation (10) into the above equation (7) and solving for the thickness t of the water film, we obtain the following equation (15).

Figure 0007518334000011
Figure 0007518334000011

ここで、上記式(15)において、水の分光吸収係数αは、予め実施した実験等で得られた値を用いればよい。例えば、波長λ、λの組み合わせが、(1100nm,1130nm)である場合には、水の分光吸収係数αとして、0.0428mm-1を用いればよい。また、波長λ、λの組み合わせが、(1190nm,1300nm)である場合には、水の分光吸収係数αとして、0.129mm-1を用いればよい。 In the above formula (15), the spectral absorption coefficient α1 of water may be a value obtained in a previously conducted experiment or the like. For example, when the combination of wavelengths λ1 and λ2 is (1100 nm, 1130 nm), 0.0428 mm -1 may be used as the spectral absorption coefficient α1 of water. Also, when the combination of wavelengths λ1 and λ2 is (1190 nm, 1300 nm), 0.129 mm -1 may be used as the spectral absorption coefficient α1 of water.

従って、測定対象物である鋼材の温度Tが得られたとき、上記式(14)に基づき透過率τを算出し、得られた透過率τと、放射温度計で得られた放射輝度の計測値と、例えば図16に示したような各媒質の屈折率と、上記のような水の分光吸収係数αと、放射温度計の設置角度θと、を用いることで、上記式(15)から水膜の厚みtを算出することができる。 Therefore, when the temperature T of the steel material to be measured is obtained, the transmittance τ1 is calculated based on the above formula (14), and the thickness t of the water film can be calculated from the above formula (15) by using the obtained transmittance τ1 , the measurement value of the radiance obtained by the radiation thermometer, the refractive index of each medium as shown in FIG. 16, the spectral absorption coefficient α of water as described above, and the installation angle θ of the radiation thermometer.

ここで、上記式(15)に関して、分光透過率τの低下に対して水膜の厚みtがどのように変化するのかを、角度θ=0°、30°、45°のそれぞれの場合について算出し、得られた結果を、以下の図17に示した。なお、上記式(15)において、水の分光吸収係数αとして、波長λ=1.19μmでの値であるα=0.129mm-1を用い、屈折率は、図16に示した値を用いた。図17から明らかなように、分光透過率τが低下すると、水膜の厚みが増加することがわかる。また、放射温度計の設置角度θに応じて、放射光の水膜中における光路長が変化するため、図17に示した分光透過率と水膜厚みとの関係についても、設置角度θに応じて若干変化している。 Here, regarding the above formula (15), how the thickness t of the water film changes with the decrease in the spectral transmittance τ was calculated for each of the cases where the angles θ 0 =0°, 30°, and 45°, and the results obtained are shown in FIG. 17 below. In addition, in the above formula (15), as the spectral absorption coefficient α 1 of water, α 1 =0.129 mm -1 , which is the value at the wavelength λ 1 =1.19 μm, was used, and the value shown in FIG. 16 was used for the refractive index. As is clear from FIG. 17, it can be seen that the thickness of the water film increases as the spectral transmittance τ decreases. In addition, since the optical path length of the radiation light in the water film changes depending on the installation angle θ 0 of the radiation thermometer, the relationship between the spectral transmittance and the water film thickness shown in FIG. 17 also changes slightly depending on the installation angle θ 0 .

このように、赤熱している高温の鋼材の表面を膜沸騰した水が覆っている状況であっても、上記知見に示したような二色放射温度計を用いた放射測温法により正確な温度Tを得ることができれば、水膜の厚みを正確に算出することが可能となる。以上が、本発明者らが得られた第2の知見である。 Even in a situation where the surface of red-hot high-temperature steel is covered with film-boiling water, if an accurate temperature T can be obtained by radiation thermometry using a two-color radiation thermometer as shown in the above findings, it is possible to accurately calculate the thickness of the water film. This is the second finding obtained by the inventors.

本発明者らは、かかる知見に基づいて更なる検討を行った結果、上記第2の知見に基づく放射測温処理を実施する、以下で説明するような、より好ましい温度測定装置に想到した。以下で説明する、より好ましい温度測定装置では、測定下限温度をより低くするために吸収体の分光吸収係数が波長依存性を有する帯域で測定を行う場合であっても、二色放射温度計を用いた放射測温法により、正確に測定対象物の温度を測定することが可能となる。また、測定対象物の温度がより正確に得られることで、測定対象物の表面を覆う水膜等の吸収体の厚みを、より正確に算出することが可能となる。 Based on this finding, the inventors conducted further studies and came up with a more preferable temperature measuring device, as described below, which performs radiation thermometry based on the second finding. In the more preferable temperature measuring device described below, it is possible to accurately measure the temperature of the object to be measured by radiation thermometry using a two-color radiation thermometer, even when measurements are performed in a band in which the spectral absorption coefficient of the absorber has wavelength dependency in order to lower the minimum measurement temperature. In addition, by obtaining the temperature of the object to be measured more accurately, it is possible to more accurately calculate the thickness of the absorber, such as a water film, that covers the surface of the object to be measured.

(実施形態)
<温度測定装置の構成について>
続いて、図18A及び図18Bを参照しながら、本発明の実施形態に係る温度測定方法に用いられる二色放射温度計の一例である温度測定装置10の全体構成について詳細に説明する。図18A及び図18Bは、本実施形態に係る温度測定装置10の全体的な構成の一例を示した説明図である。
(Embodiment)
<Configuration of temperature measuring device>
Next, the overall configuration of the temperature measuring device 10, which is an example of a two-color radiation thermometer used in the temperature measuring method according to the embodiment of the present invention, will be described in detail with reference to Figures 18A and 18B. Figures 18A and 18B are explanatory diagrams showing an example of the overall configuration of the temperature measuring device 10 according to the present embodiment.

本実施形態に係る温度測定装置10は、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を検出し、熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて測定対象物の温度を測定する装置である。また、より好ましい温度測定装置10は、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を、近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が光路上の少なくとも一部に存在している状態で検出し、熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて測定対象物の温度を測定する装置である。ここで、近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体としては、例えば、水、油脂、溶液、ガラス又は樹脂の少なくとも何れかを挙げることができる。 The temperature measuring device 10 according to this embodiment is a device that detects thermal radiation light in the near-infrared band emitted by a measurement object, and measures the temperature of the measurement object based on the detection result of the radiance of the thermal radiation light. A more preferable temperature measuring device 10 is a device that detects thermal radiation light in the near-infrared band emitted by a measurement object in a state where an absorber having a wavelength-dependent spectral absorption coefficient in the near-infrared band is present at least partially on the light path, and measures the temperature of the measurement object based on the detection result of the radiance of the thermal radiation light. Here, examples of absorbers having a wavelength-dependent spectral absorption coefficient in the near-infrared band include at least one of water, oil, solution, glass, and resin.

また、本実施形態では、近赤外帯域として、800nm~1600nmの帯域に着目するものとし、特に好ましくは、940nm~1350nmの帯域に着目するものとする。特に好ましい波長帯域の下限を940nmとする理由は、図7に示すように、近赤外帯域に属する800nm以上(特に940nm以上)において、水が強い波長依存性を有する半透明体となるためである。また、特に好ましい波長帯域の上限を1350nmとする理由は、同じく図7に示すように、1350nm以上では、水膜厚み10mm以上で水が不透明となるためである。 In addition, in this embodiment, the near-infrared band is focused on the band of 800 nm to 1600 nm, and particularly preferably, the band of 940 nm to 1350 nm. The reason why the lower limit of the particularly preferred wavelength band is set to 940 nm is that, as shown in FIG. 7, water becomes a semi-transparent body with strong wavelength dependency at wavelengths of 800 nm or more (particularly 940 nm or more) which belong to the near-infrared band. The reason why the upper limit of the particularly preferred wavelength band is set to 1350 nm is that, as also shown in FIG. 7, water becomes opaque at 1350 nm or more when the water film thickness is 10 mm or more.

このような温度測定装置10は、例えば図18Aに示したように、測定部101と、演算処理部103と、記憶部105と、を主に備える。 Such a temperature measuring device 10 mainly includes a measuring unit 101, a calculation processing unit 103, and a memory unit 105, as shown in FIG. 18A, for example.

測定部101は、例えば高温の状態にある鋼板など、近赤外帯域に属する熱放射光を発している測定対象物に関して、発せられている熱放射光(観測光)の大きさを測定する。また、特に好ましい温度測定装置10においては、測定部101は、測定対象物の熱放射光を、吸収体の分光吸収係数が互いに同一となる2種類の波長でそれぞれ測定し、これら2種類の波長における熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを生成する。 The measurement unit 101 measures the magnitude of the emitted thermal radiation (observation light) from a measurement object that emits thermal radiation in the near-infrared band, such as a steel plate at a high temperature. In a particularly preferred temperature measurement device 10, the measurement unit 101 measures the thermal radiation of the measurement object at two wavelengths at which the absorber has the same spectral absorption coefficient, and generates measurement data that indicates the detection results of the radiance of the thermal radiation at these two wavelengths.

これらの測定部101は、例えば二色放射温度計における各種レンズ/レンズ群や光検出器などのセンサ等から構成される光学系に対応するものである。測定部101のより詳細な構成については、以下で改めて説明する。また、特に好ましい温度測定装置10における測定部101が測定する2種類の波長は、先だって説明したような2種類の「観測波長の選択方法」に則して、予め設定されている。 These measurement units 101 correspond to an optical system consisting of various lenses/lens groups and sensors such as photodetectors in a two-color radiation thermometer, for example. A more detailed configuration of the measurement units 101 will be described later. Furthermore, the two types of wavelengths measured by the measurement units 101 in a particularly preferred temperature measurement device 10 are preset in accordance with the two types of "observation wavelength selection methods" described above.

測定部101は、測定対象物の熱放射光の大きさを測定して、熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを生成すると、生成した測定データを後述する演算処理部103に出力する。 The measurement unit 101 measures the magnitude of the thermal radiation light from the measurement object and generates measurement data indicating the detection result of the radiance of the thermal radiation light, and outputs the generated measurement data to the calculation processing unit 103 described later.

演算処理部103は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、通信装置等により実現される。演算処理部103は、測定部101により実施される測定処理の統括的な制御を行う。また、演算処理部103は、測定部101により測定された測定データに基づいて、測定対象物の温度を算出するための演算処理を実施する。より詳細には、演算処理部103は、測定部101により生成された2種類の波長に対応する測定データと、先だって説明したようなプランクの黒体放射式から導出される、分光放射輝度と温度との間の関係式とに基づいて、測定対象物の温度を算出する。演算処理部103により算出された測定対象物の温度に関する情報は、表示画面等を介して画像として出力されたり、プリンタ等を介して印刷物として出力されたり、データそのものとして出力されたりする。 The arithmetic processing unit 103 is realized by a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a communication device, etc. The arithmetic processing unit 103 performs overall control of the measurement processing performed by the measurement unit 101. The arithmetic processing unit 103 also performs arithmetic processing to calculate the temperature of the measurement object based on the measurement data measured by the measurement unit 101. More specifically, the arithmetic processing unit 103 calculates the temperature of the measurement object based on the measurement data corresponding to two types of wavelengths generated by the measurement unit 101 and the relational equation between spectral radiance and temperature derived from Planck's blackbody radiation formula as described above. Information regarding the temperature of the measurement object calculated by the arithmetic processing unit 103 is output as an image via a display screen, etc., output as a printed matter via a printer, etc., or output as data itself.

なお、かかる演算処理部103の詳細な構成については、以下で改めて詳述する。 The detailed configuration of the calculation processing unit 103 will be described later.

記憶部105は、例えば本実施形態に係る温度測定装置10が備えるRAMやストレージ装置等により実現される。記憶部105には、着目する吸収体の分光吸収係数や、過去の操業データ等を解析することにより得られる測定対象物の分光放射輝度や、分光吸収係数の補正に利用する重み係数などといった各種のパラメータやデータ等が格納される。また、これらのデータ以外にも、記憶部105には、本実施形態に係る温度測定装置10が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部105は、測定部101及び演算処理部103等が、自由にデータのリード/ライト処理を行うことが可能である。 The memory unit 105 is realized by, for example, a RAM or a storage device provided in the temperature measuring device 10 according to this embodiment. The memory unit 105 stores various parameters and data such as the spectral absorption coefficient of the absorber of interest, the spectral radiance of the measurement object obtained by analyzing past operation data, and a weighting coefficient used to correct the spectral absorption coefficient. In addition to these data, the memory unit 105 appropriately records various parameters and intermediate processing progress that need to be saved when the temperature measuring device 10 according to this embodiment performs some processing, or various databases and programs. The measurement unit 101 and the calculation processing unit 103 can freely read and write data from the memory unit 105.

これら測定部101、演算処理部103及び記憶部105は、図18Aに模式的に示したように、例えば二色放射温度計の一機能として一つの測定機器の内部に実現されていてもよい。また、上記測定部101、演算処理部103及び記憶部105は、例えば図18Bに示したように、複数の機器に分散して実装されていてもよい。図18Bに示した例では、例えば二色放射温度計として機能する測定ユニットの内部に、測定部101及び記憶部105の機能が実現されており、パーソナルコンピュータ、各種サーバ、各種プロセスコンピュータなどといった演算処理装置の内部に、演算処理部103及び記憶部105の機能が実現されている場合を図示している。なお、図18Bにおいて、記憶部105は測定ユニット及び演算処理装置のそれぞれに記憶部105a,105bとして実現されているが、記憶部105は、測定ユニットの内部のみに実現されていてもよいし、演算処理装置の内部にのみ実現されていてもよい。 The measurement unit 101, the calculation processing unit 103, and the storage unit 105 may be realized inside one measurement device as one function of, for example, a two-color radiation thermometer, as shown in FIG. 18A. The measurement unit 101, the calculation processing unit 103, and the storage unit 105 may be distributed and implemented in multiple devices, as shown in FIG. 18B. In the example shown in FIG. 18B, the functions of the measurement unit 101 and the storage unit 105 are realized inside a measurement unit that functions as, for example, a two-color radiation thermometer, and the functions of the calculation processing unit 103 and the storage unit 105 are realized inside a calculation processing device such as a personal computer, various servers, various process computers, etc. In FIG. 18B, the storage unit 105 is realized as the storage units 105a and 105b in the measurement unit and the calculation processing device, respectively, but the storage unit 105 may be realized only inside the measurement unit, or only inside the calculation processing device.

<測定部101の構成について>
続いて、図19~図21を参照しながら、本実施形態に係る測定部101の構成例について、詳細に説明する。図19は、本実施形態に係る温度測定装置が備える測定部の構成の一例を模式的に示した説明図である。図20~図21は、本実施形態に係る測定部における位置制御機構の構成の一例を模式的に示した説明図である。
<Configuration of measurement unit 101>
Next, a detailed description will be given of an example of the configuration of the measurement unit 101 according to this embodiment with reference to Fig. 19 to Fig. 21. Fig. 19 is an explanatory diagram showing a schematic example of the configuration of the measurement unit provided in the temperature measurement device according to this embodiment. Figs. 20 to 21 are explanatory diagrams showing a schematic example of the configuration of a position control mechanism in the measurement unit according to this embodiment.

本実施形態に係る測定部101は、二色放射温度計における光学系に対応するものであり、演算処理部103による制御のもとで稼働して、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を測定する。この測定部101は、図19に模式的に示したように、測定対象物からの熱放射光を受光する受光部111と、受光部111により受光した熱放射光を検出する検出部113と、測定対象物と受光部111との相対的な位置関係を変化させて、測定対象物の幅方向における熱放射光の分布を受光部111により測定させる位置制御機構115と、を有している。 The measuring unit 101 according to this embodiment corresponds to the optical system in a two-color radiation thermometer, and operates under the control of the calculation processing unit 103 to measure the thermal radiation light in the near-infrared band emitted by the object to be measured. As shown in FIG. 19, the measuring unit 101 has a light receiving unit 111 that receives the thermal radiation light from the object to be measured, a detection unit 113 that detects the thermal radiation light received by the light receiving unit 111, and a position control mechanism 115 that changes the relative positional relationship between the object to be measured and the light receiving unit 111 to cause the light receiving unit 111 to measure the distribution of the thermal radiation light in the width direction of the object to be measured.

本実施形態に係る測定部101において、上記のような受光部111と検出部113とは、公知の各種の光伝達機構により光学的に接続されていればよい。このような光伝達機構として、例えば、公知の各種の光ファイバOFを挙げることができる。受光部111と検出部113とを、例えば光ファイバOFのような光伝達機構により接続することで、受光部111を、検出部113から分離して配置することが可能となり、本実施形態に係る温度測定装置を使用する際の利便性が更に向上する。 In the measurement unit 101 according to this embodiment, the light receiving unit 111 and the detection unit 113 as described above may be optically connected by various known optical transmission mechanisms. Examples of such optical transmission mechanisms include various known optical fibers OF. By connecting the light receiving unit 111 and the detection unit 113 by an optical transmission mechanism such as an optical fiber OF, it becomes possible to arrange the light receiving unit 111 separately from the detection unit 113, which further improves the convenience of using the temperature measurement device according to this embodiment.

受光部111は、図19に示したように、測定対象物からの熱放射光が受光する受光レンズ121と、受光レンズ121を透過した測定対象物からの熱放射光を、光ファイバOFに接続するための接続カプラ123と、を有している。この受光レンズ121及び接続カプラ123が、熱放射光を検出部113へと導光する導光光学系として機能している。 As shown in FIG. 19, the light receiving unit 111 has a light receiving lens 121 that receives the thermal radiation light from the object to be measured, and a connection coupler 123 for connecting the thermal radiation light from the object to be measured that has passed through the light receiving lens 121 to the optical fiber OF. The light receiving lens 121 and the connection coupler 123 function as a light guiding optical system that guides the thermal radiation light to the detection unit 113.

ここで、本実施形態に係る受光部111の具体的な構成については、特に限定されるものではない。例えば、図19では、受光レンズ121として、1枚の両凸レンズを図示しているが、受光レンズ121は、複数の光学素子で構成されたレンズ群であってもよい。また、受光レンズ121に用いられるレンズは特に限定されるものではなく、球面レンズや非球面レンズなどといった公知の光学素子を適宜利用することが可能である。接続カプラ123及び光ファイバOFについても、特に限定されるものではなく、公知の各種の接続カプラや光ファイバを用いることが可能である。 The specific configuration of the light receiving unit 111 according to this embodiment is not particularly limited. For example, in FIG. 19, a single biconvex lens is illustrated as the light receiving lens 121, but the light receiving lens 121 may be a lens group composed of multiple optical elements. Furthermore, the lens used for the light receiving lens 121 is not particularly limited, and known optical elements such as spherical lenses and aspherical lenses can be used as appropriate. The connection coupler 123 and the optical fiber OF are also not particularly limited, and various known connection couplers and optical fibers can be used.

測定対象物からの熱放射光は、受光部111の受光レンズ121によって、略平行な光束となり、接続カプラ123へと到達する。接続カプラ123は、受光レンズ121から導光されてきた熱放射光を、光ファイバOFの一方の端部へと接続する。受光部111で受光され、その後、光ファイバOFによって伝達された測定対象物からの熱放射光は、検出部113へと導光される。 The thermal radiation light from the object to be measured is converted into a nearly parallel beam by the light receiving lens 121 of the light receiving unit 111 and reaches the connection coupler 123. The connection coupler 123 connects the thermal radiation light guided from the light receiving lens 121 to one end of the optical fiber OF. The thermal radiation light from the object to be measured that is received by the light receiving unit 111 and then transmitted by the optical fiber OF is guided to the detection unit 113.

検出部113は、図20に例示したように、光ファイバOFに光学的に接続されている接続カプラ151と、ビームスプリッタ153と、光学フィルタ155a,155bと、集光レンズ157a,157bと、センサ159a,159bと、を有している。
As illustrated in FIG. 20, the detection unit 113 includes a connection coupler 151 optically connected to the optical fiber OF, a beam splitter 153, optical filters 155a, 155b, focusing lenses 157a, 157b, and sensors 159a, 159b.

接続カプラ151を経た測定対象物からの熱放射光は、分岐光学素子の一例であるビームスプリッタ153まで導光される。ビームスプリッタ153まで到達した熱放射光の光束は、ビームスプリッタ153により2つの光路へと分岐される。 The thermal radiation light from the object to be measured that passes through the connection coupler 151 is guided to the beam splitter 153, which is an example of a branching optical element. The beam of thermal radiation light that reaches the beam splitter 153 is branched into two optical paths by the beam splitter 153.

分岐後の一方の光路上には、図20に示したように、第1光学フィルタの一例である光学フィルタ155aが設けられており、分岐後のもう一方の光路上には、第2光学フィルタの一例である光学フィルタ155bが設けられている。 As shown in FIG. 20, an optical filter 155a, which is an example of a first optical filter, is provided on one of the optical paths after the branching, and an optical filter 155b, which is an example of a second optical filter, is provided on the other optical path after the branching.

光学フィルタ155a,155bは、波長選択フィルタとして機能し、熱放射光の波長を選択して、特定の波長を有する熱放射光を後段のセンサ159a、159bへと透過させるフィルタである。かかる光学フィルタ155a,155bについては、予め設定された2つの波長(観測波長)の光を透過させることが可能なものであれば、公知のものを使用可能である。また、上記「観測波長の選択方法」に関する知見で説明したように、かかる光学フィルタ155a,155bは、狭帯域の波長選択フィルタであってもよいし、一般的な帯域の(有限の帯域幅を有する)波長選択フィルタであってもよい。 The optical filters 155a and 155b function as wavelength selection filters, and select the wavelength of the thermal radiation light to transmit the thermal radiation light having a specific wavelength to the downstream sensors 159a and 159b. Any known optical filters can be used for the optical filters 155a and 155b, as long as they can transmit light of two preset wavelengths (observation wavelengths). As explained in the knowledge regarding the "method of selecting the observation wavelength" above, the optical filters 155a and 155b may be narrow-band wavelength selection filters or general-band (having a finite bandwidth) wavelength selection filters.

光学フィルタ155aを透過した、2つの観測波長のうち一方の波長の熱放射光は、集光レンズ157aによって、第1検出素子の一例であるセンサ159aへと集光される。また、光学フィルタ155bを透過した、2つの観測波長のうちもう一方の波長の熱放射光は、集光レンズ157bによって、第2検出素子の一例であるセンサ159bへと集光される。 The thermal radiation of one of the two observation wavelengths that is transmitted through optical filter 155a is focused by focusing lens 157a onto sensor 159a, which is an example of a first detection element. The thermal radiation of the other of the two observation wavelengths that is transmitted through optical filter 155b is focused by focusing lens 157b onto sensor 159b, which is an example of a second detection element.

センサ159a,159bは、集光レンズ157a,157bにより導光された測定対象物からの熱放射光の分光放射輝度をそれぞれ検出し、得られた輝度信号のデータを生成する。その後、センサ159a,159bのそれぞれは、得られた輝度信号を演算処理部103に出力する。かかる輝度信号が、熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データに対応する。 The sensors 159a and 159b detect the spectral radiance of the thermal radiation light from the object to be measured, guided by the condenser lenses 157a and 157b, respectively, and generate the obtained luminance signal data. Then, the sensors 159a and 159b each output the obtained luminance signal to the calculation processing unit 103. Such luminance signals correspond to the measurement data indicating the detection result of the radiance of the thermal radiation light.

ここで、センサ159a,159bについては特に限定されるものではなく、熱放射光の検出を行う上記のような2種類の波長に適したものであれば、公知のものを使用可能である。このようなセンサ(光検出器)の例としては、例えば、Siを用いた検出素子や、InGaAsを用いた検出素子などを挙げることができる。 Here, the sensors 159a and 159b are not particularly limited, and any known sensor may be used as long as it is suitable for the two types of wavelengths described above for detecting thermal radiation light. Examples of such sensors (photodetectors) include a detection element using Si and a detection element using InGaAs.

なお、図20において、集光レンズ157a,157bは、1つの両凸レンズを用いて模式的に図示されているが、これら集光レンズ157a,157bは、複数のレンズから構成されるレンズ群であってもよい。また、これら集光レンズ157a,157bに用いられるレンズは特に限定されるものではなく、球面レンズや非球面レンズなどといった公知の光学素子を適宜利用することが可能である。 In FIG. 20, the focusing lenses 157a and 157b are shown as a single biconvex lens, but the focusing lenses 157a and 157b may be a lens group made up of a plurality of lenses. The lenses used for the focusing lenses 157a and 157b are not particularly limited, and well-known optical elements such as spherical lenses and aspherical lenses can be used as appropriate.

ここで、本実施形態における、より好ましい温度測定装置10においては、2つの観測波長の組み合わせ(すなわち、光学フィルタ155a、155bそれぞれの透過波長)の一方として、例えば図12Aに示した第2波長選択領域から、1190nmが選択されたものとする。この場合に、もう一方の波長としては、1300nm付近から選択されることとなる。ここで、図12Aから明らかなように、かかる波長帯域においては、波長が長くなるにつれて水の分光吸収係数が上昇する。 Here, in a more preferred temperature measuring device 10 in this embodiment, one of the combinations of two observation wavelengths (i.e., the transmission wavelengths of the optical filters 155a and 155b) is selected to be, for example, 1190 nm from the second wavelength selection region shown in FIG. 12A. In this case, the other wavelength is selected from the vicinity of 1300 nm. Here, as is clear from FIG. 12A, in this wavelength band, the spectral absorption coefficient of water increases as the wavelength becomes longer.

1300nm付近から選択する波長における分光吸収係数は、波長1190nmにおける分光吸収係数と一致することが求められる。一致しない場合には、先だって説明したような原理が成立しなくなり、一致度合いが低くなるに従い測温誤差が生じてしまう。 The spectral absorption coefficient at a wavelength selected from around 1300 nm must match the spectral absorption coefficient at a wavelength of 1190 nm. If they do not match, the principle explained above will not hold true, and as the degree of match decreases, temperature measurement errors will occur.

以下では、より好ましい温度測定装置10において、測温誤差が生じる様子を、次のような試験によって確認した。
すなわち、透過帯域の半値幅が約10nmであり、かつ、透過帯域の中心波長が1300.0nm、1301.8nm、1303.2nm、1304.2nm、1304.7である5種類の波長選択フィルタを用意して、900℃の状態にある測定対象物上において、吸収体である水が存在する場合と存在しない場合の温度指示値の差を調査した。得られた結果を、図21に示した。
In the following, the occurrence of temperature measurement errors in the more preferred temperature measuring device 10 was confirmed by the following test.
That is, five types of wavelength selection filters with a half-width of the transmission band of about 10 nm and center wavelengths of the transmission band of 1300.0 nm, 1301.8 nm, 1303.2 nm, 1304.2 nm, and 1304.7 were prepared, and the difference in temperature indication value between the presence and absence of water as an absorber on a measurement object at 900° C. was investigated. The obtained results are shown in FIG.

図21から明らかなように、中心波長が1303.2nmの波長選択フィルタであれば、水の有無にかかわらず温度測定値に変化がないことがわかる。これは、波長1190nmと波長1303.2nmとで水の分光吸収係数(放射光が水を透過する際の分光透過率)が正確に一致しているためである。すなわち、かかる中心波長を選択することで、水の影響をまったく受けることなく、温度を測定することが可能となる。 As is clear from Figure 21, if a wavelength selection filter with a center wavelength of 1303.2 nm is used, the temperature measurement value does not change regardless of the presence or absence of water. This is because the spectral absorption coefficient of water (the spectral transmittance when radiation passes through water) at wavelengths of 1190 nm and 1303.2 nm exactly matches. In other words, by selecting such a center wavelength, it is possible to measure the temperature without being affected by water at all.

一方、波長選択フィルタの透過帯域の中心波長が1303.2nmから長波長側に1nmずれると、水の分光透過率の不一致により、水膜の厚みが2.5mmの場合で約10℃の測温誤差が生じ、水膜の厚みが5mmの場合で約20℃の測温誤差が生じることがわかる。かかる結果から明らかなように、光学フィルタ155a,155bとして用いる波長選択フィルタの透過波長帯域(中心波長)は、見込まれる水膜の厚みや、測温誤差に求める精度等に応じて選択されることが好ましい。例えば、最大で5mm程度の厚みの水膜が見込まれるのであれば、波長選択フィルタの透過波長は、約±0.5nmの精度で選択されることが好ましい。また、測温誤差を±10℃の範囲内としたいのであれば、波長選択フィルタの透過波長帯域の幅は、1.0nm程度とすることが好ましい。 On the other hand, if the central wavelength of the transmission band of the wavelength selection filter is shifted from 1303.2 nm to the long wavelength side by 1 nm, the mismatch in the spectral transmittance of water will cause a temperature measurement error of about 10°C when the thickness of the water film is 2.5 mm, and a temperature measurement error of about 20°C when the thickness of the water film is 5 mm. As is clear from these results, it is preferable that the transmission wavelength band (central wavelength) of the wavelength selection filter used as the optical filters 155a and 155b is selected according to the expected thickness of the water film and the required accuracy of the temperature measurement error. For example, if a water film with a maximum thickness of about 5 mm is expected, it is preferable that the transmission wavelength of the wavelength selection filter is selected with an accuracy of about ±0.5 nm. Also, if it is desired to keep the temperature measurement error within the range of ±10°C, it is preferable that the width of the transmission wavelength band of the wavelength selection filter is about 1.0 nm.

再び図19に戻って、本実施形態に係る位置制御機構115について説明する。
本実施形態に係る位置制御機構115は、先だって言及したように、測定対象物と受光部111との相対的な位置関係を変化させて、測定対象物の幅方向における熱放射光の分布を受光部111により測定させる機構である。これにより、本実施形態に係る温度測定装置10では、着目している測定対象物について、コーナー部を含む幅方向の温度分布を測定することが可能となる。
Returning to FIG. 19 again, the position control mechanism 115 according to this embodiment will be described.
As mentioned above, the position control mechanism 115 according to this embodiment is a mechanism that changes the relative positional relationship between the measurement object and the light receiving unit 111, and causes the light receiving unit 111 to measure the distribution of thermal radiation light in the width direction of the measurement object. This makes it possible for the temperature measuring device 10 according to this embodiment to measure the temperature distribution in the width direction, including the corner portions, of the measurement object of interest.

また、測定に用いられる上記センサ159a,159bについて、測定視野内での温度演算に要する最低限の放射光量である最小放射光量が予め特定されているときに、位置制御機構115は、センサ159a,159bについて、測定視野内において検出される放射光量が上記最小放射光量未満となるまで、測定対象物と受光部111との相対的な位置関係を変化させることが好ましい。これにより、本実施形態に係る温度測定装置10では、着目している測定対象物について、コーナー部を含む幅方向の温度分布を、より一層正確に測定することが可能となる。 When a minimum amount of radiation light, which is the minimum amount of radiation light required for temperature calculation within the measurement field of view, is specified in advance for the sensors 159a and 159b used in the measurement, it is preferable that the position control mechanism 115 changes the relative positional relationship between the measurement object and the light receiving unit 111 for the sensors 159a and 159b until the amount of radiation light detected within the measurement field of view becomes less than the minimum amount of radiation light. This makes it possible for the temperature measuring device 10 according to this embodiment to more accurately measure the temperature distribution in the width direction, including the corners, of the measurement object of interest.

以下では、図22A~図23を参照しながら、本実施形態に係る位置制御機構115について、より具体的に説明する。 The position control mechanism 115 according to this embodiment will be described in more detail below with reference to Figures 22A to 23.

本実施形態に係る位置制御機構115は、例えば図22Aに模式的に示したように、受光部111を、測定対象物の幅方向に沿って移動させる駆動機構であってもよい。図22Aにおいて、紙面に対して垂直な方向が、測定対象物の長手方向であり、測定対象物の表面法線方向が、測定対象物の厚み方向であり、長手方向及び厚み方向の双方に対して直交する方向が、測定対象物の幅方向であるものとする。この際に、位置制御機構115として機能する駆動機構が、受光部111を、測定対象物の幅方向に沿って移動させることで、受光部111と測定対象物との間の相対的な位置関係が変化して、着目している測定対象物について、幅方向の温度分布を測定することが可能となる。 The position control mechanism 115 according to this embodiment may be a drive mechanism that moves the light receiving unit 111 along the width direction of the measurement object, as shown, for example, in FIG. 22A. In FIG. 22A, the direction perpendicular to the paper surface is the longitudinal direction of the measurement object, the direction normal to the surface of the measurement object is the thickness direction of the measurement object, and the direction perpendicular to both the longitudinal direction and the thickness direction is the width direction of the measurement object. In this case, the drive mechanism functioning as the position control mechanism 115 moves the light receiving unit 111 along the width direction of the measurement object, thereby changing the relative positional relationship between the light receiving unit 111 and the measurement object, and it becomes possible to measure the temperature distribution in the width direction of the measurement object of interest.

このような駆動機構としては、特に限定されるものではなく、例えばアクチュエータ等のような、公知の各種の駆動機構を適宜利用することが可能である。 Such a driving mechanism is not particularly limited, and various known driving mechanisms, such as actuators, can be used as appropriate.

また、本実施形態に係る位置制御機構115は、測定対象物の表面法線方向と、受光部111の光軸と、のなす角を変化させる角度制御機構であってもよい。例えば図22Bにおいて、紙面に対して垂直な方向が、測定対象物の長手方向であり、測定対象物の表面法線方向が、測定対象物の厚み方向であり、長手方向及び厚み方向の双方に対して直交する方向が、測定対象物の幅方向であるものとする。この際に、長手方向に対して平行な方向に回転軸を設け、受光部111が、回転軸を軸として-φ°から+φ°の範囲内で回転することで、受光部111と測定対象物との間の相対的な位置関係が変化して、着目している測定対象物について、幅方向の温度分布を測定することが可能となる。 The position control mechanism 115 according to this embodiment may be an angle control mechanism that changes the angle between the surface normal direction of the measurement object and the optical axis of the light receiving unit 111. For example, in FIG. 22B, the direction perpendicular to the paper surface is the longitudinal direction of the measurement object, the surface normal direction of the measurement object is the thickness direction of the measurement object, and the direction perpendicular to both the longitudinal direction and the thickness direction is the width direction of the measurement object. In this case, a rotation axis is provided in a direction parallel to the longitudinal direction, and the light receiving unit 111 rotates around the rotation axis within a range of -φ° to +φ°, changing the relative positional relationship between the light receiving unit 111 and the measurement object, making it possible to measure the temperature distribution in the width direction of the measurement object of interest.

ここで、回転角φは、受光部111の光軸と、測定対象物の表面法線方向と、のなす角に対応している。また、回転角φの大きさは、特に限定されるものではなく、測定対象物の幅と、受光部111の設置高さ(測定対象物の表面からの高さ)と、に応じて適宜設定すればよい。ただし、回転角φの大きさ|φ|が45°を超える場合には、受光部111に受光する熱放射光のエネルギーが小さくなりすぎることがあるため、回転角φの大きさ|φ|は、0°以上45°以下であることが好ましい。なお、かかる回転角φは、図16に示したモデルにおける角度θに対応している。 Here, the rotation angle φ corresponds to the angle between the optical axis of the light receiving unit 111 and the surface normal direction of the measurement object. The magnitude of the rotation angle φ is not particularly limited, and may be set appropriately depending on the width of the measurement object and the installation height of the light receiving unit 111 (height from the surface of the measurement object). However, if the magnitude |φ| of the rotation angle φ exceeds 45°, the energy of the thermal radiation light received by the light receiving unit 111 may become too small, so the magnitude |φ| of the rotation angle φ is preferably 0° or more and 45° or less. Note that such a rotation angle φ corresponds to the angle θ 0 in the model shown in FIG. 16.

図22Bに示したような角度調整機構として、例えば、アクチュエータ等を用いた公知の各種の首振り機構を適用してもよいし、ティルト機構を有する撮像レンズや、ティルト機構及びシフト機構を有する撮像レンズ等といった各種の撮像レンズを用いてもよい。 As the angle adjustment mechanism as shown in FIG. 22B, for example, various known swivel mechanisms using actuators or the like may be applied, or various imaging lenses such as imaging lenses with a tilt mechanism or imaging lenses with a tilt mechanism and a shift mechanism may be used.

また、測定対象物の表面法線方向と、受光部111の光軸と、のなす角を変化させる角度制御機構として、例えば図23に示したような、回転するミラーを用いた機構を利用することも可能である。図23において、紙面に対して垂直な方向が、測定対象物の幅方向であり、測定対象物の表面法線方向が、測定対象物の厚み方向であり、長手方向及び厚み方向の双方に対して直交する方向が、測定対象物の長手方向であるものとする。図23に示した例では、受光部111における導光光学系(すなわち、受光ミラー121及び接続カプラ123)と、測定対象物との間に、測定対象物の表面法線方向に対して、斜めにミラーMが設けられており、測定対象物の表面法線方向と、受光レンズ121と接続カプラ123とを結ぶ光軸と、が互いに直交するように設定されている。 In addition, as an angle control mechanism for changing the angle between the surface normal direction of the measurement object and the optical axis of the light receiving unit 111, for example, a mechanism using a rotating mirror as shown in FIG. 23 can be used. In FIG. 23, the direction perpendicular to the paper surface is the width direction of the measurement object, the surface normal direction of the measurement object is the thickness direction of the measurement object, and the direction perpendicular to both the longitudinal direction and the thickness direction is the longitudinal direction of the measurement object. In the example shown in FIG. 23, a mirror M is provided between the light guide optical system (i.e., the light receiving mirror 121 and the connection coupler 123) in the light receiving unit 111 and the measurement object, at an angle with respect to the surface normal direction of the measurement object, and the surface normal direction of the measurement object and the optical axis connecting the light receiving lens 121 and the connection coupler 123 are set to be perpendicular to each other.

この際、受光レンズ121と接続カプラ123とを結ぶ光軸(換言すれば、測定対象物の長手方向)を回転軸として、ミラーMを所定角度回転させることで、測定対象物の表面法線方向と受光部111の光軸とのなす角を変化させることができる。これにより、受光部111と測定対象物との間の相対的な位置関係が変化して、着目している測定対象物について、幅方向の温度分布を測定することが可能となる。 At this time, the angle between the surface normal direction of the measurement object and the optical axis of the light receiving unit 111 can be changed by rotating the mirror M by a predetermined angle around the optical axis connecting the light receiving lens 121 and the connection coupler 123 (in other words, the longitudinal direction of the measurement object) as the axis of rotation. This changes the relative positional relationship between the light receiving unit 111 and the measurement object, making it possible to measure the temperature distribution in the width direction of the measurement object of interest.

図23に示した例においても、ミラーMの回転軸周りの回転角の大きさは、特に限定されるものではなく、測定対象物の幅と、受光部111の設置高さ(測定対象物の表面からの高さ)と、に応じて適宜設定すればよい。ただし、回転角の大きさが45°を超える場合には、受光部111に受光する熱放射光のエネルギーが小さくなりすぎることがあるため、回転角の大きさは、0°以上45°以下であることが好ましい。 23, the magnitude of the rotation angle around the rotation axis of the mirror M is not particularly limited, and may be set appropriately depending on the width of the object to be measured and the installation height of the light receiving unit 111 (height from the surface of the object to be measured). However, if the rotation angle exceeds 45°, the energy of the thermal radiation light received by the light receiving unit 111 may become too small, so the rotation angle is preferably between 0° and 45°.

図23に示したような角度調整機構は、例えばアクチュエータ等の公知の駆動機構と、公知の各種のミラーと、を用いることで、実現することが可能である。 The angle adjustment mechanism shown in FIG. 23 can be realized by using a known driving mechanism, such as an actuator, and various known mirrors.

また、本実施形態に係る測定部101において、位置制御機構115は、図22Aに示したような駆動機構と、図22B又は図23に示したような角度調整機構と、を組み合わせたものであってもよい。 In addition, in the measurement unit 101 according to this embodiment, the position control mechanism 115 may be a combination of a drive mechanism as shown in FIG. 22A and an angle adjustment mechanism as shown in FIG. 22B or FIG. 23.

ここで、図22Aに示したような駆動機構における幅方向への移動速度や、図22B及び図23に示したような角度調整機構における回転速度については、特に限定されるものではない。ただし、測定対象物が、例えば搬送ライン上を移動しているようなものである場合には、測定対象物の搬送速度を考慮して、測定対象物の移動タイミングと同期させるように、移動速度や回転速度を決定することが好ましく、また、検出部113におけるセンサ159a,159bの検出レート(測定周期)についても、測定対象物の搬送速度と同期させることが好ましい。 Here, the moving speed in the width direction of the drive mechanism as shown in FIG. 22A and the rotation speed of the angle adjustment mechanism as shown in FIG. 22B and FIG. 23 are not particularly limited. However, if the measurement object is moving, for example, on a conveyor line, it is preferable to determine the moving speed and rotation speed so as to synchronize with the movement timing of the measurement object, taking into account the conveying speed of the measurement object, and it is also preferable to synchronize the detection rate (measurement period) of the sensors 159a and 159b in the detection unit 113 with the conveying speed of the measurement object.

以上、図19~図23を参照しながら、本実施形態に係る測定部101の構成例を簡単に説明した。 A brief explanation of an example of the configuration of the measurement unit 101 according to this embodiment has been given above with reference to Figures 19 to 23.

<演算処理部103の構成例について>
次に、図24及び図25を参照しながら、本実施形態に係る演算処理部103の構成例について説明する。図24は、本実施形態に係る演算処理部103の構成例を示したブロック図であり、図25は、本実施形態に係る、より好ましい温度測定装置10における演算処理部103の構成例を示したブロック図である。
<Example of the configuration of the arithmetic processing unit 103>
Next, a configuration example of the arithmetic processing unit 103 according to this embodiment will be described with reference to Fig. 24 and Fig. 25. Fig. 24 is a block diagram showing a configuration example of the arithmetic processing unit 103 according to this embodiment, and Fig. 25 is a block diagram showing a configuration example of the arithmetic processing unit 103 in a more preferable temperature measuring device 10 according to this embodiment.

本実施形態に係る演算処理部103は、図24に例示したように、測定制御部171と、データ取得部173と、温度算出部175と、結果出力部177と、表示制御部179と、を主に備える。 As shown in FIG. 24, the calculation processing unit 103 according to this embodiment mainly includes a measurement control unit 171, a data acquisition unit 173, a temperature calculation unit 175, a result output unit 177, and a display control unit 179.

測定制御部171は、例えば、CPU、ROM、RAM、入力装置、出力装置、通信装置等により実現される。測定制御部171は、本実施形態に係る温度測定装置10の機能を統括的に制御する処理部である。また、測定制御部171は、先だって説明したような2種類の波長における測定対象物からの熱放射光を測定するように、測定部101の動作を制御する。更に、測定制御部171は、必要に応じて、温度算出部175及び厚み算出部177に対して、装置の配置条件等を含む熱放射光の測定条件等のような各種設定値を出力することも可能である。 The measurement control unit 171 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an input device, an output device, a communication device, etc. The measurement control unit 171 is a processing unit that comprehensively controls the functions of the temperature measuring device 10 according to this embodiment. In addition, the measurement control unit 171 controls the operation of the measurement unit 101 so as to measure thermal radiation light from the measurement object at two types of wavelengths as described above. Furthermore, the measurement control unit 171 can also output various setting values such as measurement conditions of thermal radiation light including device placement conditions to the temperature calculation unit 175 and thickness calculation unit 177 as necessary.

データ取得部173は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。データ取得部173は、測定部101によって生成された2種類の波長における輝度信号を取得し、後述する温度算出部175へと出力する。また、データ取得部173は、取得した2種類の波長における輝度信号に、当該輝度信号を取得した日時等に関する時刻情報を関連づけて、履歴情報として記憶部105に格納してもよい。 The data acquisition unit 173 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a communication device, etc. The data acquisition unit 173 acquires the luminance signals at the two wavelengths generated by the measurement unit 101, and outputs them to the temperature calculation unit 175 described below. The data acquisition unit 173 may also associate the acquired luminance signals at the two wavelengths with time information regarding the date and time when the luminance signals were acquired, and store the associated information in the storage unit 105 as history information.

温度算出部175は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。温度算出部175は、データ取得部173から出力された2種類の波長における輝度信号を利用して、一方の輝度信号を他方の輝度信号で除した二色比(換言すれば、分光放射輝度の比)を算出する。また、温度算出部175は、算出した二色比と、二色比と温度との間の関係式と、を利用して、測定対象物の温度を算出する。 The temperature calculation unit 175 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, etc. The temperature calculation unit 175 uses the luminance signals at two types of wavelengths output from the data acquisition unit 173 to calculate a dichroic ratio (in other words, a ratio of spectral radiances) by dividing one luminance signal by the other luminance signal. The temperature calculation unit 175 also calculates the temperature of the measurement object using the calculated dichroic ratio and a relational expression between the dichroic ratio and temperature.

なお、温度算出部175が二色比Rを算出する際に、2種類の波長λ、λのどちらの輝度信号を分母とし、どちらの輝度信号を分子として演算を行うかについては、特に限定するものではなく、演算処理中において基準とする輝度信号を変更しないようにしておけばよい。 When the temperature calculation unit 175 calculates the dichroic ratio R, there is no particular limitation as to which of the luminance signals of the two wavelengths λ1 and λ2 should be used as the denominator and which of the luminance signals should be used as the numerator, as long as the reference luminance signal is not changed during the calculation process.

温度算出部175は、上記のようにして算出した測定対象物の温度Tに関する情報を、後述する結果出力部177に出力する。 The temperature calculation unit 175 outputs information about the temperature T of the object to be measured calculated as described above to the result output unit 177, which will be described later.

結果出力部177は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置、通信装置等により実現される。結果出力部177は、温度算出部175から出力された測定対象物の温度Tに関する情報を、温度測定装置10のユーザに出力する。具体的には、結果出力部177は、温度の測定結果に対応するデータを、当該データが生成された日時等に関する時刻データと関連づけて、各種サーバや制御装置に出力したり、プリンタ等の出力装置を利用して、紙媒体として出力したりする。また、結果出力部177は、判定結果に対応するデータを、外部に設けられたコンピュータ等の各種の情報処理装置に出力してもよいし、各種の記録媒体に出力してもよい。 The result output unit 177 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an output device, a communication device, etc. The result output unit 177 outputs information related to the temperature T of the object to be measured output from the temperature calculation unit 175 to the user of the temperature measurement device 10. Specifically, the result output unit 177 associates data corresponding to the temperature measurement result with time data related to the date and time when the data was generated, and outputs the data to various servers or control devices, or outputs the data as paper media using an output device such as a printer. In addition, the result output unit 177 may output data corresponding to the judgment result to various information processing devices such as an externally provided computer, or may output the data to various recording media.

また、結果出力部177は、温度の測定結果に対応するデータを、温度測定装置10に設けられたディスプレイ等の出力装置や、外部に設けられた各種機器の有するディスプレイ等に出力する際には、後述する表示制御部179と連携して判定結果を出力する。 When the result output unit 177 outputs data corresponding to the temperature measurement result to an output device such as a display provided in the temperature measuring device 10 or to a display of various external devices, the result output unit 177 cooperates with the display control unit 179 described later to output the judgment result.

表示制御部179は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置、通信装置等により実現される。表示制御部179は、温度の測定結果及び厚みの算出結果に対応するデータをディスプレイ等の各種表示装置に表示させる際の表示制御を行う。これにより、温度測定装置10のユーザは、測定対象物の温度に関する測定結果、及び、吸収体の厚みに関する算出結果を、その場で把握することが可能となる。 The display control unit 179 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an output device, a communication device, etc. The display control unit 179 performs display control when data corresponding to the temperature measurement results and the thickness calculation results are displayed on various display devices such as a display. This allows the user of the temperature measuring device 10 to immediately grasp the measurement results regarding the temperature of the measurement object and the calculation results regarding the thickness of the absorbent body.

また、本実施形態における、より好ましい温度測定装置10の演算処理部103は、図25に示したように、測定制御部171と、データ取得部173と、表示制御部179と、温度算出部181と、厚み算出部183と、結果出力部185と、を主に備える。 Moreover, in this embodiment, the more preferable calculation processing unit 103 of the temperature measuring device 10 mainly includes a measurement control unit 171, a data acquisition unit 173, a display control unit 179, a temperature calculation unit 181, a thickness calculation unit 183, and a result output unit 185, as shown in FIG. 25.

ここで、より好ましい温度測定装置10における測定制御部171、データ取得部173、及び、表示制御部179については、図24に示した演算処理部103と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものであるため、以下では詳細な説明は省略する。 Here, the measurement control unit 171, data acquisition unit 173, and display control unit 179 in the more preferred temperature measurement device 10 have the same configuration as the calculation processing unit 103 shown in FIG. 24 and provide the same effects, so detailed description will be omitted below.

温度算出部181は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。温度算出部181は、データ取得部173から出力された2種類の波長における輝度信号を利用して、一方の輝度信号を他方の輝度信号で除した二色比(換言すれば、分光放射輝度の比)を算出する。また、温度算出部181は、算出した二色比と、二色比と温度との間の関係式と、を利用して、測定対象物の温度を算出する。 The temperature calculation unit 181 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, etc. The temperature calculation unit 181 uses the luminance signals at two types of wavelengths output from the data acquisition unit 173 to calculate a dichroic ratio (in other words, a ratio of spectral radiances) by dividing one luminance signal by the other luminance signal. The temperature calculation unit 181 also calculates the temperature of the measurement object using the calculated dichroic ratio and a relational expression between the dichroic ratio and temperature.

上記式(6)からも明らかなように、二色比Rは、2つの波長における輝度信号の一方を、他方の輝度信号で除することで算出できる。一方、本実施形態における、より好ましい温度測定装置10では、上記式(7)及び式(8)に示したように、吸収体による熱放射光の吸収を考慮しているため、二色比Rは、上記式(7)及び式(8)を利用して式(6)と同様に式の導出を行うと、下記の式(16)により表される。 As is clear from the above formula (6), the dichroic ratio R can be calculated by dividing one of the luminance signals at two wavelengths by the other luminance signal. On the other hand, in the more preferable temperature measuring device 10 of this embodiment, the absorption of thermal radiation light by the absorber is taken into account as shown in the above formulas (7) and (8), so that the dichroic ratio R is expressed by the following formula (16) when the above formulas (7) and (8) are used to derive the formula in the same way as formula (6).

Figure 0007518334000012
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先だって説明した知見からも明らかなように、本実施形態に係る測定部101では、吸収体の分光吸収係数が互いに同一となる波長において、分光放射輝度が測定されている。そのため、上記式(16)の中辺第1項に示した吸収体による吸収に関する項は、分子・分母で互いに打ち消しあって、値が1となる。従って、上記式(16)の右辺におけるRλ及びΛは、上記式(6a)及び式(6b)と同一となる。 As is clear from the findings described above, in the measuring unit 101 according to this embodiment, the spectral radiance is measured at wavelengths where the spectral absorption coefficients of the absorbers are the same. Therefore, the terms related to the absorption by the absorber shown in the first term of the middle side of the above formula (16) cancel each other out in the numerator and denominator, resulting in a value of 1. Therefore, R λ and Λ on the right side of the above formula (16) are the same as those in the above formulas (6a) and (6b).

ここで、式(6a)及び式(6b)に示したRλ及びΛは、測定部101から取得可能な測定条件から決まる定数となる。従って、温度算出部181は、算出した二色比Rと、上記式(16)における(最左辺=最右辺)という関係式と、を利用して、測定対象物の温度Tを算出することが可能となる。 Here, R λ and Λ shown in formula (6a) and formula (6b) are constants determined from the measurement conditions obtainable from the measurement unit 101. Therefore, the temperature calculation unit 181 can calculate the temperature T of the object to be measured by using the calculated dichroic ratio R and the relational expression (leftmost side=rightmost side) in the above formula (16).

なお、温度算出部181が二色比Rを算出する際に、2種類の波長λ、λのどちらの輝度信号を分母とし、どちらの輝度信号を分子として演算を行うかについては、特に限定するものではなく、演算処理中において基準とする輝度信号を変更しないようにしておけばよい。 When the temperature calculation unit 181 calculates the dichroic ratio R, there is no particular limitation as to which of the luminance signals of the two wavelengths λ1 and λ2 should be used as the denominator and which of the luminance signals should be used as the numerator, as long as the reference luminance signal is not changed during the calculation process.

また、温度算出部181は、上記式(16)で表される二色比Rを介することなく、上記式(7)及び式(8)を利用して、温度を直接算出してもよい。すなわち、2種類の波長λ、λにおける放射率εが既知であれば、上記式(7)及び式(8)における未知数は、温度Tと、水膜の厚みtの2つとなる。従って、温度算出部175は、上記式(7)及び式(8)を連立させて連立方程式の解を求めることで、温度Tを算出することができる。更に、2種類の波長λ、λにおける放射率εが未知であったとしても、波長λでの放射率εと波長λでの放射率εが互いに等しければ、同様に、上記式(7)及び式(8)を連立させて、温度Tを直接算出することが可能である。ここで、連立方程式の解法は特に限定されるものではなく、例えば、解析的に解ける場合には解析的に解いてもよいし、数値演算により求解してもよいし、最適値問題として求解してもよい。 Furthermore, the temperature calculation unit 181 may directly calculate the temperature using the above formulas (7) and (8) without using the dichroic ratio R represented by the above formula (16). That is, if the emissivity ε at the two wavelengths λ 1 and λ 2 are known, the unknowns in the above formulas (7) and (8) are the temperature T and the thickness t of the water film. Therefore, the temperature calculation unit 175 can calculate the temperature T by solving the simultaneous equations by solving the simultaneous equations of the above formulas (7) and (8). Furthermore, even if the emissivity ε at the two wavelengths λ 1 and λ 2 is unknown, if the emissivity ε at the wavelength λ 1 and the emissivity ε at the wavelength λ 2 are equal to each other, it is possible to directly calculate the temperature T by solving the simultaneous equations of the above formulas (7) and (8). Here, the method of solving the simultaneous equations is not particularly limited, and for example, if it is possible to solve it analytically, it may be solved analytically, it may be solved by numerical calculation, or it may be solved as an optimum value problem.

温度算出部181は、上記のようにして算出した測定対象物の温度Tに関する情報を、後述する厚み算出部183及び結果出力部185に出力する。 The temperature calculation unit 181 outputs information about the temperature T of the object to be measured calculated as described above to the thickness calculation unit 183 and the result output unit 185, which will be described later.

厚み算出部183は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。厚み算出部183は、得られた測定対象物の温度から算出した、2種類の波長の何れかにおける黒体放射輝度と、測定された熱放射光の放射輝度と、吸収体の2種類の波長における分光吸収係数と、吸収体の測定対象物側の界面における熱放射光の反射率と、吸収体の測定部101側の界面における熱放射光の反射率と、測定時における測定部101での設定条件と、を用いて、吸収体の厚みを更に算出する。 The thickness calculation unit 183 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, etc. The thickness calculation unit 183 further calculates the thickness of the absorber using the blackbody radiance at one of the two wavelengths calculated from the obtained temperature of the measurement object, the radiance of the measured thermal radiation light, the spectral absorption coefficient of the absorber at the two wavelengths, the reflectance of the thermal radiation light at the interface of the absorber on the measurement object side, the reflectance of the thermal radiation light at the interface of the absorber on the measurement unit 101 side, and the setting conditions of the measurement unit 101 at the time of measurement.

より詳細には、厚み算出部183は、データ取得部173から出力された2種類の波長における輝度信号(分光放射輝度)の測定値と、温度算出部181が算出した測定対象物の温度Tとを用いて、上記式(14)に基づき、透過率τを算出する。また、厚み算出部183は、得られた透過率τと、吸収体における熱放射光の反射率ρ、ρと、吸収体の分光吸収係数αと、測定部101における受光部111の設置条件(具体的には、測定対象物の表面法線方向と、受光部111の光軸とのなす角θ)と、を用いて、上記式(15)に基づき、吸収体の厚みtを算出する。 More specifically, the thickness calculation unit 183 calculates the transmittance τ based on the above formula (14) using the measured values of the luminance signals (spectral radiance) at two types of wavelengths output from the data acquisition unit 173 and the temperature T of the measurement object calculated by the temperature calculation unit 181. Furthermore, the thickness calculation unit 183 calculates the thickness t of the absorber based on the above formula (15) using the obtained transmittance τ, the reflectances ρ p and ρ s of the thermal radiation light in the absorber, the spectral absorption coefficient α of the absorber, and the installation conditions of the light receiving unit 111 in the measurement unit 101 (specifically, the angle θ between the surface normal direction of the measurement object and the optical axis of the light receiving unit 111).

厚み算出部183は、上記のようにして算出した吸収体の厚みtに関する情報を、後述する結果出力部185に出力する。 The thickness calculation unit 183 outputs information regarding the thickness t of the absorbent body calculated as described above to the result output unit 185, which will be described later.

結果出力部185は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置、通信装置等により実現される。結果出力部185は、温度算出部181から出力された測定対象物の温度Tに関する情報や、厚み算出部183から出力された吸収体の厚みtに関する情報を、温度測定装置10のユーザに出力する。具体的には、結果出力部185は、温度の測定結果及び厚みの算出結果に対応するデータを、当該データが生成された日時等に関する時刻データと関連づけて、各種サーバや制御装置に出力したり、プリンタ等の出力装置を利用して、紙媒体として出力したりする。また、結果出力部185は、判定結果に対応するデータを、外部に設けられたコンピュータ等の各種の情報処理装置に出力してもよいし、各種の記録媒体に出力してもよい。 The result output unit 185 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an output device, a communication device, etc. The result output unit 185 outputs information on the temperature T of the measurement object output from the temperature calculation unit 181 and information on the thickness t of the absorbent body output from the thickness calculation unit 183 to the user of the temperature measurement device 10. Specifically, the result output unit 185 outputs data corresponding to the temperature measurement results and the thickness calculation results to various servers or control devices, or outputs the data as paper media using an output device such as a printer, in association with time data on the date and time when the data was generated. In addition, the result output unit 185 may output data corresponding to the judgment result to various information processing devices such as an externally provided computer, or may output the data to various recording media.

また、結果出力部185は、温度の測定結果及び厚みの算出結果に対応するデータを、温度測定装置10に設けられたディスプレイ等の出力装置や、外部に設けられた各種機器の有するディスプレイ等に出力する際には、表示制御部179と連携して判定結果を出力する。 In addition, when the result output unit 185 outputs data corresponding to the temperature measurement results and the thickness calculation results to an output device such as a display provided in the temperature measuring device 10 or to a display of various external devices, the result output unit 185 works in cooperation with the display control unit 179 to output the judgment results.

以上、本実施形態に係る演算処理部103の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、CPU等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。 The above shows an example of the functions of the arithmetic processing unit 103 according to this embodiment. Each of the above components may be configured using general-purpose parts and circuits, or may be configured using hardware specialized for the function of each component. In addition, the functions of each component may all be performed by a CPU or the like. Therefore, it is possible to change the configuration used as appropriate depending on the technical level at the time of implementing this embodiment.

なお、上述のような本実施形態に係る演算処理部の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。 It is possible to create a computer program for implementing each function of the arithmetic processing unit according to this embodiment as described above, and to install it in a personal computer or the like. It is also possible to provide a computer-readable recording medium on which such a computer program is stored. The recording medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a flash memory. The computer program may also be distributed, for example, via a network, without using a recording medium.

以上、図18A~図25を参照しながら、本実施形態に係る温度測定装置10の構成について、詳細に説明した。 The configuration of the temperature measuring device 10 according to this embodiment has been described in detail above with reference to Figures 18A to 25.

なお、着目する測定対象物の幅方向の大きさによっては、1つの温度測定装置10を用いたのみでは、測定対象物の幅方向の全域について、温度測定を実施できない可能性も生じうる。その際には、本実施形態に係る温度測定装置10を、測定対象物の幅方向に沿って、複数設置することで、測定対象物の幅方向の全域について、温度測定を実施することが可能となる。 Depending on the width of the object being measured, it may not be possible to measure the temperature across the entire width of the object using only one temperature measuring device 10. In such cases, by installing multiple temperature measuring devices 10 according to this embodiment along the width of the object, it is possible to measure the temperature across the entire width of the object.

<ハードウェア構成について>
次に、図26を参照しながら、本発明の実施形態に係る温度測定装置10のハードウェア構成について、詳細に説明する。図26は、本発明の実施形態に係る温度測定装置10のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
<Hardware configuration>
Next, a hardware configuration of the temperature measuring device 10 according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to Fig. 26. Fig. 26 is a block diagram for explaining the hardware configuration of the temperature measuring device 10 according to the embodiment of the present invention.

温度測定装置10は、主に、CPU901と、ROM903と、RAM905と、を備える。また、温度測定装置10は、更に、ホストバス907、ブリッジ909、外部バス911、インターフェース913、測定部101、入力装置915、出力装置917、ストレージ装置919、ドライブ921、接続ポート923及び通信装置925を備える。 The temperature measuring device 10 mainly includes a CPU 901, a ROM 903, and a RAM 905. The temperature measuring device 10 further includes a host bus 907, a bridge 909, an external bus 911, an interface 913, a measuring unit 101, an input device 915, an output device 917, a storage device 919, a drive 921, a connection port 923, and a communication device 925.

CPU901は、中心的な処理装置及び制御装置として機能し、ROM903、RAM905、ストレージ装置919、又は、リムーバブル記録媒体927に記録された各種プログラムに従って、温度測定装置10内の動作全般又はその一部を制御する。ROM903は、CPU901が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。RAM905は、CPU901が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはCPUバス等の内部バスにより構成されるホストバス907により相互に接続されている。 The CPU 901 functions as a central processing device and control device, and controls all or part of the operation within the temperature measuring device 10 in accordance with various programs recorded in the ROM 903, RAM 905, storage device 919, or removable recording medium 927. The ROM 903 stores programs and calculation parameters used by the CPU 901. The RAM 905 temporarily stores programs used by the CPU 901 and parameters that change appropriately during program execution. These are interconnected by a host bus 907 consisting of an internal bus such as a CPU bus.

ホストバス907は、ブリッジ909を介して、PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface)バスなどの外部バス911に接続されている。 The host bus 907 is connected to an external bus 911, such as a PCI (Peripheral Component Interconnect/Interface) bus, via a bridge 909.

測定部101は、上記のように、測定対象物からの熱放射光を検出して、分光放射輝度の大きさを測定する。 As described above, the measurement unit 101 detects the thermal radiation from the object to be measured and measures the magnitude of the spectral radiance.

入力装置915は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置915は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段(いわゆる、リモコン)であってもよいし、温度測定装置10の操作に対応した携帯電話やPDA等の外部接続機器929であってもよい。さらに、入力装置915は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、CPU901に出力する入力制御回路などから構成されている。温度測定装置10のユーザは、この入力装置915を操作することにより、温度測定装置10に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。 The input device 915 is, for example, an operating means operated by the user, such as a mouse, keyboard, touch panel, button, switch, or lever. The input device 915 may also be, for example, a remote control means (so-called remote control) that uses infrared rays or other radio waves, or an external connection device 929 such as a mobile phone or PDA that supports the operation of the temperature measuring device 10. The input device 915 is further composed of, for example, an input control circuit that generates an input signal based on information input by the user using the above operating means and outputs it to the CPU 901. The user of the temperature measuring device 10 can input various data to the temperature measuring device 10 and instruct processing operations by operating this input device 915.

出力装置917は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、CRTディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ELディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置917は、例えば、温度測定装置10が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、温度測定装置10が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。 The output device 917 is composed of devices capable of visually or audibly notifying the user of acquired information. Such devices include display devices such as CRT display devices, liquid crystal display devices, plasma display devices, EL display devices, and lamps, audio output devices such as speakers and headphones, printers, mobile phones, facsimiles, etc. The output device 917 outputs, for example, the results obtained from the various processes performed by the temperature measuring device 10. Specifically, the display device displays the results obtained from the various processes performed by the temperature measuring device 10 in text or images. On the other hand, the audio output device converts audio signals consisting of reproduced voice data, acoustic data, etc. into analog signals and outputs them.

ストレージ装置919は、温度測定装置10の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置919は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は、光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置919は、CPU901が実行するプログラムや各種データ、及び、外部から取得した各種データなどを格納する。 The storage device 919 is a data storage device configured as an example of a storage unit of the temperature measuring device 10. The storage device 919 is configured, for example, with a magnetic storage device such as a hard disk drive (HDD), a semiconductor storage device, an optical storage device, or a magneto-optical storage device. This storage device 919 stores the programs and various data executed by the CPU 901, as well as various data acquired from the outside.

ドライブ921は、記録媒体用リーダライタであり、温度測定装置10に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ921は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は、半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体927に記録されている情報を読み出して、RAM905に出力する。また、ドライブ921は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は、半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体927に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体927は、例えば、DVDメディア、HD-DVDメディア、Blu-ray(登録商標)メディア等である。また、リムーバブル記録媒体927は、コンパクトフラッシュ(登録商標)(CompactFlash:CF)、フラッシュメモリ、又は、SDメモリカード(Secure Digital memory card)等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体927は、例えば、非接触型ICチップを搭載したICカード(Integrated Circuit card)又は電子機器等であってもよい。 The drive 921 is a reader/writer for recording media, and is built into the temperature measuring device 10 or attached externally. The drive 921 reads information recorded on a removable recording medium 927, such as a magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory, and outputs the information to the RAM 905. The drive 921 can also write information to a removable recording medium 927, such as a magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory, that is mounted on the drive 921. The removable recording medium 927 is, for example, a DVD medium, an HD-DVD medium, or a Blu-ray (registered trademark) medium. The removable recording medium 927 may also be a CompactFlash (registered trademark) (CompactFlash: CF), a flash memory, or an SD memory card (Secure Digital memory card), etc. The removable recording medium 927 may also be, for example, an integrated circuit card (IC card) equipped with a non-contact IC chip or an electronic device.

接続ポート923は、機器を温度測定装置10に直接接続するためのポートである。接続ポート923の一例として、USB(Universal Serial Bus)ポート、IEEE1394ポート、SCSI(Small Computer System Interface)ポート等がある。接続ポート923の別の例として、RS-232Cポート、光オーディオ端子、HDMI(High-Definition Multimedia Interface)ポート等がある。この接続ポート923に外部接続機器929を接続することで、温度測定装置10は、外部接続機器929から直接各種データを取得したり、外部接続機器929に各種データを提供したりする。 The connection port 923 is a port for directly connecting a device to the temperature measuring device 10. Examples of the connection port 923 include a USB (Universal Serial Bus) port, an IEEE 1394 port, and a SCSI (Small Computer System Interface) port. Other examples of the connection port 923 include an RS-232C port, an optical audio terminal, and an HDMI (High-Definition Multimedia Interface) port. By connecting an external connection device 929 to this connection port 923, the temperature measuring device 10 can directly obtain various data from the external connection device 929 or provide various data to the external connection device 929.

通信装置925は、例えば、通信網931に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置925は、例えば、有線又は無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、又は、WUSB(Wireless USB)用の通信カード等である。また、通信装置925は、光通信用のルータ、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置925は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばTCP/IP等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置925に接続される通信網931は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内LAN、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。 The communication device 925 is, for example, a communication interface configured with a communication device for connecting to the communication network 931. The communication device 925 is, for example, a wired or wireless LAN (Local Area Network), Bluetooth (registered trademark), or a communication card for WUSB (Wireless USB). The communication device 925 may also be a router for optical communication, a router for ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), or a modem for various communications. This communication device 925 can transmit and receive signals, for example, between the Internet and other communication devices in accordance with a predetermined protocol such as TCP/IP. The communication network 931 connected to the communication device 925 is configured with a network connected by wire or wirelessly, and may be, for example, the Internet, a home LAN, infrared communication, radio wave communication, or satellite communication.

以上、本発明の実施形態に係る温度測定装置10の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。 The above shows an example of a hardware configuration capable of realizing the functions of the temperature measuring device 10 according to an embodiment of the present invention. Each of the above components may be configured using general-purpose parts, or may be configured using hardware specialized for the function of each component. Therefore, the hardware configuration used can be changed as appropriate depending on the technical level at the time of implementing this embodiment.

(温度測定方法について)
次に、図27~図31を参照しながら、本実施形態に係る温度測定方法について説明する。図27~図31は、本実施形態に係る温度測定方法について説明するための説明図である。
(Temperature measurement method)
Next, the temperature measuring method according to this embodiment will be described with reference to Fig. 27 to Fig. 31. Fig. 27 to Fig. 31 are explanatory diagrams for explaining the temperature measuring method according to this embodiment.

本実施形態に係る温度測定方法は、先だって言及しているように、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を検出して、熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて測定対象物の温度を測定する方法である。より詳細には、本実施形態に係る温度測定方法では、測定対象物の熱放射光を受光する受光部と、受光部により受光した熱放射光を検出する検出部と、測定対象物と受光部との相対的な位置関係を変化させて、測定対象物の幅方向における熱放射光の分布を受光部により測定させる位置制御機構と、を有する二色放射温度計を用いて、測定対象物の熱放射光を検出し、測定対象物の幅方向に沿った温度分布を測定する。二色放射温度計を用いることで、測定対象物のコーナー部においても、放射温度計の視野欠けに由来する温度誤差の発生を抑制することが可能となり、物体の端部における測温誤差を抑制しながら、より正確に測定対象物の温度を測定することができる。 As mentioned above, the temperature measurement method according to this embodiment is a method of detecting thermal radiation light in the near infrared band emitted by the object to be measured, and measuring the temperature of the object to be measured based on the detection result of the radiance of the thermal radiation light. More specifically, in the temperature measurement method according to this embodiment, a two-color radiation thermometer having a light receiving unit that receives the thermal radiation light of the object to be measured, a detection unit that detects the thermal radiation light received by the light receiving unit, and a position control mechanism that changes the relative positional relationship between the object to be measured and causes the light receiving unit to measure the distribution of the thermal radiation light in the width direction of the object to be measured is used to detect the thermal radiation light of the object to be measured and measure the temperature distribution along the width direction of the object to be measured. By using a two-color radiation thermometer, it is possible to suppress the occurrence of temperature errors due to the lack of a field of view of the radiation thermometer even at the corners of the object to be measured, and the temperature of the object to be measured can be measured more accurately while suppressing temperature measurement errors at the ends of the object.

また、本実施形態における、より好ましい温度測定装置10を用いることで、測定対象物と、受光部111との間に、水などの吸収体が存在する場合であっても、測定対象物の温度を、より一層正確に測定することが可能となる。 In addition, by using the more preferable temperature measuring device 10 in this embodiment, it is possible to measure the temperature of the object to be measured more accurately even if an absorbent such as water is present between the object to be measured and the light receiving unit 111.

本実施形態に係る温度測定方法では、図27に模式的に示したように、位置制御機構115を用いて、受光部111と測定対象物との間の相対的な位置関係を変化させることで、測定対象物の幅方向の温度分布を測定可能となっている。この際、温度測定装置10により、測定対象物のコーナー部の温度をより一層正確に測定するために、位置制御機構115は、図27に例示したような二色放射温度計の測定視野内において、温度演算に要する最低限の放射光量である最小放射光量を予め特定した上で、実際に検出される放射光量が最小放射光量未満となるまで測定対象物が存在するように、測定対象物と受光部111との相対的な位置関係を変化させることが好ましい。換言すれば、位置制御機構115は、図27左下の図に示したように、測定視野内において、測定対象物が占める領域からの放射光量が最小放射光量以上となるように、受光部111の位置を制御することが好ましい。これにより、測定対象物の温度を、より一層正確に測定することが可能となる。 In the temperature measurement method according to the present embodiment, as shown in FIG. 27, the position control mechanism 115 is used to change the relative positional relationship between the light receiving unit 111 and the object to be measured, thereby making it possible to measure the temperature distribution in the width direction of the object to be measured. In this case, in order to more accurately measure the temperature of the corner of the object to be measured by the temperature measurement device 10, it is preferable that the position control mechanism 115 changes the relative positional relationship between the object to be measured and the light receiving unit 111 so that the object to be measured exists until the amount of radiation light actually detected becomes less than the minimum amount of radiation light, after previously specifying the minimum amount of radiation light, which is the minimum amount of radiation light required for temperature calculation, within the measurement field of the two-color radiation thermometer as shown in FIG. 27. In other words, it is preferable that the position control mechanism 115 controls the position of the light receiving unit 111 so that the amount of radiation light from the area occupied by the object to be measured within the measurement field of view is equal to or greater than the minimum amount of radiation light, as shown in the lower left diagram of FIG. 27. This makes it possible to more accurately measure the temperature of the object to be measured.

また、温度測定装置10における測定視野の範囲内に、測定対象物以外のものが存在するようになる位置を、測定対象物の幅方向におけるコーナー部の開始位置と捉え、測定対象物の幅方向の端部までを、測定対象物におけるコーナー部とすることができる。また、測定視野内に測定対象物以外のものが存在しない位置については、測定対象物の幅方向において、コーナー部以外の領域として捉えることが可能である。 In addition, the position where something other than the measurement object is present within the measurement field of view of the temperature measuring device 10 can be regarded as the starting position of a corner portion in the width direction of the measurement object, and the corner portion of the measurement object can be considered to be up to the end of the measurement object in the width direction. Furthermore, a position where nothing other than the measurement object is present within the measurement field of view can be regarded as an area other than the corner portion in the width direction of the measurement object.

上記のような二色放射温度計(温度測定装置10)において、着目する2種類の波長のそれぞれでの熱放射光の放射輝度を、互いに独立に出力可能となるように設定した上で、測定対象物の幅方向の温度分布を走査している際に、以下のような制御を行うことも可能である。 In the two-color radiation thermometer (temperature measuring device 10) described above, the radiance of the thermal radiation light at each of the two wavelengths of interest can be set to be output independently of each other, and the following control can be performed while scanning the temperature distribution in the width direction of the object to be measured.

例えば、図28に模式的に示したように、二色放射温度計における放射輝度の測定視野の範囲内に、測定対象物以外のものが位置する場合には、温度測定装置10は、着目する2種類の波長のそれぞれでの熱放射光の放射輝度を用いて(換言すれば、二色放射温度計として機能する二色モードで)、測定対象物の温度を測定し、測定視野の範囲内を測定対象物が占める場合には、温度測定装置10は、着目する2種類の波長のうち、何れか一方での熱放射光の放射輝度を用いて(換言すれば、単色放射温度計として機能する単色モードで)、測定対象物の温度を測定してもよい。これにより、測温誤差が生じやすいコーナー部では、より正確な温度測定が可能な二色モードで測温が実施する一方で、測温誤差が比較的抑制されている、測定対象物のコーナー部以外の領域では、比較的演算負荷の小さな単色モードで測温を実施することができる。 For example, as shown in FIG. 28, when something other than the object to be measured is located within the range of the measurement field of the radiance of the two-color radiation thermometer, the temperature measuring device 10 measures the temperature of the object to be measured using the radiance of the thermal radiation light at each of the two wavelengths of interest (in other words, in the two-color mode in which it functions as a two-color radiation thermometer), and when the object to be measured occupies the range of the measurement field of view, the temperature measuring device 10 may measure the temperature of the object to be measured using the radiance of the thermal radiation light at one of the two wavelengths of interest (in other words, in the monochromatic mode in which it functions as a monochromatic radiation thermometer). As a result, in corners where temperature measurement errors are likely to occur, temperature measurement is performed in the two-color mode, which allows more accurate temperature measurement, while in areas other than the corners of the object to be measured where temperature measurement errors are relatively suppressed, temperature measurement can be performed in the monochromatic mode, which has a relatively small computational load.

また、図28に示したものと同様な制御を、図22B又は図23に示したような角度制御機構における、受光部111の光軸と測定対象物の表面法線方向とのなす角に注目しながら実施することも可能である。ここで、図29に示した模式図のように、温度測定装置10から測定対象物までの距離(より詳細には、受光部111から測定対象物までの距離。受光部111の設置高さと捉えることもできる。)をH[mm]とし、測定対象物の幅をW[mm]とし、温度測定装置10の測定径の大きさをD[mm]とする。図29に模式的に示したように、測定径の端部が測定対象物のコーナー部の位置と一致しているときの角度φの大きさ|φ|は、図29に示した幾何学的な関係から、|φ|=|tan-1[{(W/2)-(D/2)}/H]|と表すことができる。これより、温度測定装置10が測定対象物の幅方向の温度分布を走査している際において、測定対象物の表面法線方向と受光部111の光軸とのなす角φの大きさが、|φ|=|tan-1[{(W/2)-(D/2)}/H]|で表される値を超えた場合に、測定径の内部には、測定対象物以外のものが存在するようになるため、温度測定装置10は、二色モードで機能して、着目する2種類の波長のそれぞれでの熱放射光の放射輝度を用いて、測定対象物の温度を測定する。一方で、測定対象物の表面法線方向と受光部111の光軸とのなす角φの大きさが、|φ|=|tan-1[{(W/2)-(D/2)}/H]|で表される値以下である場合には、測定径の内部には、測定対象物以外のものが存在しないため、温度測定装置10は、単色モードで機能して、着目する2種類の波長のうち、何れか一方での熱放射光の放射輝度を用いて、測定対象物の温度を測定してもよい。 In addition, it is also possible to perform a control similar to that shown in FIG. 28 while paying attention to the angle between the optical axis of the light receiving unit 111 and the surface normal direction of the measurement object in the angle control mechanism shown in FIG. 22B or FIG. 23. Here, as shown in the schematic diagram of FIG. 29, the distance from the temperature measuring device 10 to the measurement object (more specifically, the distance from the light receiving unit 111 to the measurement object. It can also be considered as the installation height of the light receiving unit 111) is H [mm], the width of the measurement object is W [mm], and the size of the measurement diameter of the temperature measuring device 10 is D L [mm]. As shown in the schematic diagram of FIG. 29, the size |φ| of the angle φ when the end of the measurement diameter coincides with the position of the corner part of the measurement object can be expressed as |φ|=|tan -1 [{(W/2)-(D L /2)}/H]| from the geometric relationship shown in FIG. 29. As a result, when the temperature measuring device 10 is scanning the temperature distribution in the width direction of the object to be measured, if the angle φ between the surface normal of the object to be measured and the optical axis of the light receiving unit 111 exceeds the value expressed by |φ| = |tan -1 [{(W/2) - (D L /2)}/H]|, something other than the object to be measured will be present inside the measurement diameter, and the temperature measuring device 10 will function in a two-color mode and measure the temperature of the object to be measured using the radiance of the thermal radiation light at each of the two wavelengths of interest. On the other hand, when the magnitude of the angle φ between the surface normal direction of the object to be measured and the optical axis of the light receiving unit 111 is equal to or less than the value expressed by |φ| = |tan -1 [{(W/2) - (D L /2)}/H]|, there is nothing other than the object to be measured inside the measurement diameter, so the temperature measuring device 10 may function in a monochromatic mode and measure the temperature of the object to be measured using the radiance of the thermal radiation light at either one of the two wavelengths of interest.

なお、上記のような二色モードと単色モードとの切り替え制御を実施する際に、単色モードで用いられる熱放射輝度の波長は、水などの吸収体の影響を受けにくい波長とすることが好ましい。 When controlling the switching between the two-color mode and the monochromatic mode as described above, it is preferable that the wavelength of the thermal radiance used in the monochromatic mode is a wavelength that is not easily affected by absorbers such as water.

先だって説明した方法に即して測定される測定対象物の温度は、測定視野内の全てから得られた情報に基づき算出される温度である。ただし、得られた温度を出力する際には、その温度が、測定対象物の幅方向のどの位置で測定されたものであるかを対応付けることが重要となる。そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、測定対象物の温度を出力する際に、温度測定装置10の測定視野内において測定対象物が占める領域の重心位置を特定し、得られた測定結果を、特定した重心位置に対応付けて出力することが好ましい。温度の測定結果を、測定視野内において測定対象物が占める領域の重心位置に対応付けて出力することで、測定対象物の幅方向に沿った温度分布を、より正確に把握することが可能となる。 The temperature of the object measured according to the method described above is a temperature calculated based on information obtained from the entire measurement field of view. However, when outputting the obtained temperature, it is important to associate the temperature with the position in the width direction of the object. Therefore, in the temperature measurement method according to this embodiment, when outputting the temperature of the object, it is preferable to identify the center of gravity of the area occupied by the object in the measurement field of view of the temperature measurement device 10, and output the obtained measurement result in association with the identified center of gravity. By outputting the temperature measurement result in association with the center of gravity of the area occupied by the object in the measurement field of view, it is possible to more accurately grasp the temperature distribution along the width direction of the object.

なお、図30Aに模式的に示したように、温度測定装置10の測定視野内の全てが、測定対象物で占められる場合には、測定視野内において測定対象物が占める領域の重心位置は、測定視野の中心位置と等しい。 As shown in FIG. 30A, when the entire measurement field of view of the temperature measuring device 10 is occupied by the measurement object, the center of gravity of the area occupied by the measurement object in the measurement field of view is equal to the center of the measurement field of view.

一方、図30Bに模式的に示したように、温度測定装置10の測定視野内に、測定対象物以外が占める領域が生じている場合には、測定視野内において測定対象物が占める領域の重心位置は、測定視野の中心位置とは異なる位置となる。そこで、本実施形態に係る温度測定装置10の演算処理部103における温度算出部181は、以下のようにして測定視野内において測定対象物が占める領域の重心位置を算出し、得られた測定結果に対応付けることが好ましい。 On the other hand, as shown in FIG. 30B, when an area other than the measurement object is occupied within the measurement field of view of the temperature measuring device 10, the position of the center of gravity of the area occupied by the measurement object within the measurement field of view will be different from the center position of the measurement field of view. Therefore, it is preferable that the temperature calculation unit 181 in the calculation processing unit 103 of the temperature measuring device 10 according to this embodiment calculates the position of the center of gravity of the area occupied by the measurement object within the measurement field of view as follows, and associates it with the obtained measurement result.

ここで、図31に模式的に示したように測定対象物が占める領域(図31において網掛けで示した円弧の部分)が存在した場合を考える。この際、図31に示したような、円弧の半角をθとし、測定視野の半径をrとし、弦長をHとし、弦長の半分の長さをhとする。この場合に、測定視野の面積S、及び、円弧の面積Sは、それぞれ、式(21)及び式(22)のように表される。また、図31に示した幾何学的な関係から、以下の式(23)及び式(24)が成立する。 Here, consider the case where there is an area occupied by the measurement target (the shaded arc portion in FIG. 31) as shown in FIG. 31. In this case, as shown in FIG. 31, the half angle of the arc is θ, the radius of the measurement field of view is r, the chord length is H, and half the chord length is h. In this case, the area S 1 of the measurement field of view and the area S 2 of the arc are expressed by formulas (21) and (22), respectively. Furthermore, from the geometrical relationship shown in FIG. 31, the following formulas (23) and (24) hold.

Figure 0007518334000013
Figure 0007518334000013

また、図31におけるパラメータxは、幾何学的な関係から、「測定対象物の端部位置-(測定視野の中心位置O-測定視野の半径r)」で求めることが可能である。また、予め、「式(22)/式(21)」で表される減衰率と、パラメータxとの関係を表す関係式を特定しておき、実際に測定された放射輝度の減衰率に対応するパラメータxの値を特定してもよい。 The parameter x in FIG. 31 can be calculated from the geometric relationship: "end position of the measurement object - (center position O of the measurement field of view - radius r of the measurement field of view)". It is also possible to specify in advance a relational expression that expresses the relationship between the attenuation rate expressed by "Equation (22)/Equation (21)" and the parameter x, and specify the value of the parameter x that corresponds to the attenuation rate of the actually measured radiance.

上記のようにして、実際の測定時におけるパラメータxの値を特定できれば、着目する重心位置Xは、以下の式(25)から算出することが可能である。 If the value of the parameter x during actual measurement can be specified as described above, the center of gravity position XG of interest can be calculated from the following equation (25).

Figure 0007518334000014
Figure 0007518334000014

以上、図27~図31を参照しながら、本実施形態に係る温度測定方法について説明した。 The temperature measurement method according to this embodiment has been described above with reference to Figures 27 to 31.

なお、本実施形態に係る温度測定方法において、測定対象物のコーナー部近傍に複数の温度測定装置10を設置した上で、各温度測定装置10から得られた測温結果を判定し、コーナー部の温度を評価するようにしてもよい。 In addition, in the temperature measurement method according to this embodiment, multiple temperature measurement devices 10 may be installed near the corners of the object to be measured, and the temperature measurement results obtained from each temperature measurement device 10 may be evaluated to evaluate the temperature of the corners.

また、温度測定装置10として、特定の波長における熱放射光を測定可能なサーモビューア等を用いることも可能である。 It is also possible to use a thermoviewer or the like capable of measuring thermal radiation at a specific wavelength as the temperature measuring device 10.

本発明に係る温度測定装置10(波長λ=1.2μm、λ=1.3μm、検出器:InGaAs検出器)を準備し、一般的な単色温度計(波長λ=0.8μm、Si検出器)と、温度測定装置10と、を用いて、900℃以上に加熱された、幅2200mmの赤熱鋼材を測定対象物とし、その端部近傍の温度を測定した。それぞれの温度計と、測定対象物との間の離隔距離は、双方の測定径の大きさがそれぞれ49mmとなるように、単色温度計の場合で1174mmとし、温度測定装置10の場合で2000mmとした。 A temperature measuring device 10 according to the present invention (wavelength λ1 = 1.2 μm, λ2 = 1.3 μm, detector: InGaAs detector) was prepared, and a measurement object was a 2200 mm wide red-hot steel material heated to 900° C. or higher, and the temperature near its end was measured using a general monochromatic thermometer (wavelength λ = 0.8 μm, Si detector) and the temperature measuring device 10. The separation distance between each thermometer and the measurement object was 1174 mm for the monochromatic thermometer and 2000 mm for the temperature measuring device 10, so that the measurement diameter of both was 49 mm.

図30に模式的に示したように、各温度計の測定視野の端部がコーナー部に接している状態を変位量=0として、図32に示した方向にそれぞれの温度計を変位させた。このように各温度計を変位させることで、視野欠けが生じるようになる。 As shown diagrammatically in Figure 30, the state in which the edge of the measurement field of view of each thermometer is in contact with the corner portion is defined as a displacement amount = 0, and each thermometer is displaced in the direction shown in Figure 32. By displacing each thermometer in this way, a defect in the field of view occurs.

得られた結果を、図33に示した。
図33から明らかなように、単色温度計を用いた場合には、変位量が0超過となって視野欠けが生じるようになると、直ちに温度低下が生じるのに対し、本発明に係る温度測定装置10では、視野欠けが生じてから29mm変位させるまでの間で、精度良く温度を測定可能であることが確認できる。
The results are shown in FIG.
As is clear from Figure 33, when a monochromatic thermometer is used, as soon as the displacement exceeds 0 and a visual field defect occurs, the temperature immediately drops, whereas with the temperature measuring device 10 of the present invention, it can be confirmed that the temperature can be measured with high accuracy from the time when a visual field defect occurs until the temperature is displaced by 29 mm.

また、本発明に係る温度測定装置10(波長λ=1.2μm、λ=1.3μm、検出器:InGaAs検出器)を準備し、一般的な単色温度計(波長λ=1.0μm、InGaAs検出器)と、温度測定装置10と、を用いて、連続鋳造機にて鋳造中のスラブの温度測定を行った。得られた結果を、図34に示した。なお、図34では、得られた測定結果を、測定視野の重心位置に対応付けて、出力を行っている。 Furthermore, a temperature measuring device 10 (wavelength λ1 =1.2 μm, λ2 =1.3 μm, detector: InGaAs detector) according to the present invention was prepared, and a general monochromatic thermometer (wavelength λ=1.0 μm, InGaAs detector) and the temperature measuring device 10 were used to measure the temperature of a slab during casting in a continuous casting machine. The results obtained are shown in FIG. 34. In FIG. 34, the measurement results obtained are output in association with the center of gravity position of the measurement field of view.

図34から明らかなように、幅1500mmのスラブの最エッジ部(図34における750mm近傍の位置)までは、単色温度計と温度測定装置10とは、ほぼ同じ温度を出力していることがわかる。 As is clear from Figure 34, up to the very edge of the 1,500 mm wide slab (a position around 750 mm in Figure 34), the single-color thermometer and the temperature measuring device 10 output almost the same temperature.

一方、最エッジ部に着目すると、一般的な単色温度計は、最エッジ部を過ぎても、650~700℃と高い温度を示す一方で、本発明の温度測定装置10では、最エッジ部を過ぎると下限温度を示している。かかる結果より、本発明に係る温度測定装置10を用いた温度測定方法により、測定対象物の温度を精度良く測定できていることが確認できた。 On the other hand, when focusing on the very edge, a typical single-color thermometer indicates a high temperature of 650 to 700°C even after passing the very edge, whereas the temperature measuring device 10 of the present invention indicates the lower limit temperature after passing the very edge. From these results, it was confirmed that the temperature measuring method using the temperature measuring device 10 of the present invention can accurately measure the temperature of the object to be measured.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The above describes in detail preferred embodiments of the present invention with reference to the attached drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is clear that a person with ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can conceive of various modified or revised examples within the scope of the technical ideas described in the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.

10 温度測定装置
101 測定部
103 演算処理部
105 記憶部
111 受光部
113 検出部
121 受光レンズ
123,151 接続カプラ
153 ビームスプリッタ
155a,155b 光学フィルタ
157a,157b 集光レンズ
159a,159b センサ
171 測定制御部
173 データ取得部
175,181 温度算出部
183 厚み算出部
177,185 結果出力部
179 表示制御部

REFERENCE SIGNS LIST 10 Temperature measuring device 101 Measurement unit 103 Arithmetic processing unit 105 Memory unit 111 Light receiving unit 113 Detection unit 121 Light receiving lens 123, 151 Connection coupler 153 Beam splitter 155a, 155b Optical filter 157a, 157b Condenser lens 159a, 159b Sensor 171 Measurement control unit 173 Data acquisition unit 175, 181 Temperature calculation unit 183 Thickness calculation unit 177, 185 Result output unit 179 Display control unit

Claims (15)

測定対象物である赤熱鋼材が発する近赤外帯域の熱放射光を検出して、前記熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて前記赤熱鋼材の温度を測定する温度測定方法であって、
前記赤熱鋼材の前記熱放射光を受光する受光部と、前記受光部により受光した前記熱放射光を検出する検出部と、前記赤熱鋼材と前記受光部との相対的な位置関係を変化させて、前記赤熱鋼材の幅方向における前記熱放射光の分布を前記受光部により測定させる位置制御機構と、を有する二色放射温度計を用いて、前記赤熱鋼材の前記熱放射光を検出し、前記赤熱鋼材の端部近傍を含む前記赤熱鋼材の幅方向に沿った温度分布を測定し、
前記二色放射温度計は、当該二色放射温度計の円形の測定視野内での温度演算に要する最低限の放射光量である最小放射光量が予め特定されており、
前記位置制御機構は、前記二色放射温度計の前記円形の測定視野内において検出される放射光量が前記最小放射光量未満となるまで、前記赤熱鋼材と前記受光部との相対的な位置関係を変化させ、
前記円形の測定視野内に前記赤熱鋼材以外が占める領域が存在している場合に、前記赤熱鋼材の温度の測定結果は、前記二色放射温度計の前記円形の測定視野内で前記赤熱鋼材が占める領域における、前記円形の測定視野の中心位置及び半径と前記円形の測定視野内での前記赤熱鋼材の端部位置とから算出される重心位置に対応付けて、出力される、温度測定方法。
A temperature measurement method for detecting thermal radiation in the near infrared band emitted by a red-hot steel material as a measurement object, and measuring the temperature of the red-hot steel material based on a detection result of the radiance of the thermal radiation, comprising:
a two-color radiation thermometer having a light receiving unit that receives the thermal radiation light from the red-hot steel material, a detection unit that detects the thermal radiation light received by the light receiving unit, and a position control mechanism that changes the relative positional relationship between the red-hot steel material and the light receiving unit to cause the light receiving unit to measure the distribution of the thermal radiation light in the width direction of the red-hot steel material, detecting the thermal radiation light from the red-hot steel material and measuring the temperature distribution along the width direction of the red-hot steel material including the vicinity of the end portion of the red-hot steel material;
The two-color radiation thermometer has a minimum amount of radiation light required for temperature calculation within a circular measurement field of view of the two-color radiation thermometer, the minimum amount of radiation light being specified in advance,
the position control mechanism changes a relative positional relationship between the red-hot steel material and the light receiving unit until an amount of radiated light detected within the circular measurement field of the two-color radiation thermometer becomes less than the minimum amount of radiated light;
A temperature measurement method in which, when there is an area within the circular measurement field of view occupied by something other than the red-hot steel material, the measurement result of the temperature of the red-hot steel material is output in correspondence with a center of gravity position calculated from the center position and radius of the circular measurement field of view of the two-color radiation thermometer and the end position of the red-hot steel material within the circular measurement field of view.
測定対象物である赤熱鋼材が発する近赤外帯域の熱放射光を検出して、前記熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて前記赤熱鋼材の温度を測定する温度測定方法であって、
前記赤熱鋼材の前記熱放射光を受光する受光部と、前記受光部により受光した前記熱放射光を検出する検出部と、前記赤熱鋼材と前記受光部との相対的な位置関係を変化させて、前記赤熱鋼材の幅方向における前記熱放射光の分布を前記受光部により測定させる位置制御機構と、を有する二色放射温度計を用いて、前記赤熱鋼材の前記熱放射光を検出し、前記赤熱鋼材の端部近傍を含む前記赤熱鋼材の幅方向に沿った温度分布を測定し、
前記二色放射温度計の円形の測定視野内に前記赤熱鋼材以外が占める領域が存在している場合に、前記赤熱鋼材の温度の測定結果は、前記二色放射温度計の円形の測定視野内で前記赤熱鋼材が占める領域における、前記円形の測定視野の中心位置及び半径と前記円形の測定視野内での前記赤熱鋼材の端部位置とから算出される重心位置に対応付けて、出力される、温度測定方法。
A temperature measurement method for detecting thermal radiation in the near infrared band emitted by a red-hot steel material as a measurement object, and measuring the temperature of the red-hot steel material based on a detection result of the radiance of the thermal radiation, comprising:
a two-color radiation thermometer having a light receiving unit that receives the thermal radiation light from the red-hot steel material, a detection unit that detects the thermal radiation light received by the light receiving unit, and a position control mechanism that changes the relative positional relationship between the red-hot steel material and the light receiving unit to cause the light receiving unit to measure the distribution of the thermal radiation light in the width direction of the red-hot steel material, detecting the thermal radiation light from the red-hot steel material and measuring the temperature distribution along the width direction of the red-hot steel material including the vicinity of the end portion of the red-hot steel material;
A temperature measurement method in which, when there is an area occupied by something other than the red-hot steel material within the circular measurement field of view of the two-color radiation thermometer, the measurement result of the temperature of the red-hot steel material is output in correspondence with a center of gravity position calculated from the center position and radius of the circular measurement field of view of the two-color radiation thermometer and the end position of the red-hot steel material within the circular measurement field of view of the two-color radiation thermometer.
前記二色放射温度計は、当該二色放射温度計の前記円形の測定視野内での温度演算に要する最低限の放射光量である最小放射光量が予め特定されており、
前記位置制御機構は、前記二色放射温度計の前記円形の測定視野内において検出される放射光量が前記最小放射光量未満となるまで、前記赤熱鋼材と前記受光部との相対的な位置関係を変化させる、請求項2に記載の温度測定方法。
The two-color radiation thermometer has a minimum amount of radiation light required for temperature calculation within the circular measurement field of view of the two-color radiation thermometer, the minimum amount of radiation light being specified in advance,
3. The temperature measuring method according to claim 2, wherein the position control mechanism changes a relative positional relationship between the red-hot steel material and the light receiving unit until an amount of radiated light detected within the circular measurement field of view of the two-color radiation thermometer becomes less than the minimum amount of radiated light.
前記位置制御機構は、前記赤熱鋼材の表面法線方向と、前記受光部の光軸と、のなす角を変化させる角度制御機構である、請求項1~3の何れか1項に記載の温度測定方法。 The temperature measurement method according to any one of claims 1 to 3, wherein the position control mechanism is an angle control mechanism that changes the angle between the surface normal direction of the red-hot steel material and the optical axis of the light receiving unit. 前記角度制御機構は、前記赤熱鋼材と、前記熱放射光を前記検出部へと導光する導光光学系との間に、前記表面法線方向に対して斜めに設けられたミラーを、前記赤熱鋼材の長手方向を回転軸として所定角度回転させることで、前記表面法線方向と前記受光部の光軸とのなす角を変化させる、請求項4に記載の温度測定方法。 The temperature measurement method according to claim 4, wherein the angle control mechanism changes the angle between the surface normal direction and the optical axis of the light receiving unit by rotating a mirror that is disposed between the red-hot steel material and a light guide optical system that guides the thermal radiation light to the detection unit at an angle to the surface normal direction by a predetermined angle around the longitudinal direction of the red-hot steel material as a rotation axis. 前記位置制御機構は、前記受光部を、前記赤熱鋼材の幅方向に沿って移動させる駆動機構である、請求項1~5の何れか1項に記載の温度測定方法。 The temperature measurement method according to any one of claims 1 to 5, wherein the position control mechanism is a drive mechanism that moves the light receiving unit along the width direction of the red-hot steel material. 前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のそれぞれでの前記熱放射光の前記放射輝度を、独立に出力可能な二色放射温度計であり、
前記赤熱鋼材の幅方向の温度分布を走査している際において、
前記二色放射温度計における前記放射輝度の円形の測定視野の範囲内に、前記赤熱鋼材以外のものが位置する場合には、前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のそれぞれでの前記熱放射光の前記放射輝度を用いて、前記赤熱鋼材の温度を測定し、
前記円形の測定視野の範囲内を前記赤熱鋼材が占める場合には、前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のうち、何れか一方での前記熱放射光の前記放射輝度を用いて、前記赤熱鋼材の温度を測定する、請求項1~6の何れか1項に記載の温度測定方法。
The two-color radiation thermometer is a two-color radiation thermometer capable of independently outputting the radiance of the thermal radiation light at each of two wavelengths of interest,
When scanning the temperature distribution in the width direction of the red-hot steel material,
When something other than the red-hot steel material is located within the range of the circular measurement field of view of the radiance of the two-color radiation thermometer, the two-color radiation thermometer measures the temperature of the red-hot steel material using the radiance of the thermal radiation light at each of the two wavelengths of interest,
The temperature measurement method according to any one of claims 1 to 6, wherein, when the red-hot steel material occupies a range of the circular measurement field of view, the two-color radiation thermometer measures the temperature of the red-hot steel material using the radiance of the thermal radiation light at one of two wavelengths of interest.
前記二色放射温度計から前記赤熱鋼材までの距離をH[mm]とし、前記二色放射温度計の測定径の大きさをD[mm]とし、前記赤熱鋼材の幅をW[mm]としたときに、
前記二色放射温度計は、着目する2つの波長のそれぞれでの前記熱放射光の前記放射輝度を、独立に出力可能な二色放射温度計であり、かつ、前記位置制御機構として、前記赤熱鋼材の表面法線方向と、前記受光部の光軸と、のなす角を変化させる角度制御機構を有しており、
前記赤熱鋼材の幅方向の温度分布を走査している際において、
前記赤熱鋼材の表面法線方向と前記受光部の光軸とのなす角の大きさが、|φ|=|tan-1[{(W/2)-(D/2)}/H]|で表される値を超えた場合に、前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のそれぞれでの前記熱放射光の前記放射輝度を用いて、前記赤熱鋼材の温度を測定し、
前記赤熱鋼材の表面法線方向と前記受光部の光軸とのなす角の大きさが、|φ|=|tan-1[{(W/2)-(D/2)}/H]|で表される値以下である場合に、前記二色放射温度計は、着目する2種類の波長のうち、何れか一方での前記熱放射光の前記放射輝度を用いて、前記赤熱鋼材の温度を測定する、請求項1~7の何れか1項に記載の温度測定方法。
When the distance from the two-color radiation thermometer to the red-hot steel material is H [mm], the size of the measurement diameter of the two-color radiation thermometer is DL [mm], and the width of the red-hot steel material is W [mm],
the two-color radiation thermometer is a two-color radiation thermometer capable of independently outputting the radiance of the thermal radiation light at each of two wavelengths of interest, and has, as the position control mechanism, an angle control mechanism that changes an angle between a surface normal direction of the red-hot steel material and an optical axis of the light receiving unit,
When scanning the temperature distribution in the width direction of the red-hot steel material,
When the magnitude of the angle between the surface normal direction of the red-hot steel material and the optical axis of the light receiving unit exceeds a value expressed by |φ|=|tan −1 [{(W/2)−(D L /2)}/H]|, the two-color radiation thermometer measures the temperature of the red-hot steel material using the radiance of the thermal radiation light at each of two wavelengths of interest,
The temperature measurement method according to any one of claims 1 to 7, wherein when the magnitude of an angle between a surface normal direction of the red-hot steel material and an optical axis of the light receiving unit is equal to or smaller than a value expressed by |φ| = |tan -1 [{(W/2) - (D L /2)}/H]|, the two-color radiation thermometer measures the temperature of the red-hot steel material using the radiance of the thermal radiation light at one of two wavelengths of interest.
前記二色放射温度計は、
着目する2種類の波長における前記放射輝度の測定データの一方を他方で除した二色比を算出し、
算出した前記二色比を利用して、当該二色比と温度との間の関係式に基づき前記赤熱鋼材の温度を算出する、請求項1~8の何れか1項に記載の温度測定方法。
The two-color radiation thermometer is
Calculating a dichroic ratio by dividing one of the measurement data of the radiance at the two wavelengths of interest by the other;
The temperature measuring method according to any one of claims 1 to 8, further comprising the steps of: calculating the temperature of the red-hot steel material based on a relational expression between the dichroic ratio and temperature by utilizing the calculated dichroic ratio.
前記二色放射温度計は、
前記近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が光路上の少なくとも一部に存在している状態で、前記赤熱鋼材の前記熱放射光を、前記吸収体の前記分光吸収係数が互いに同一となる2種類の波長でそれぞれ測定して、当該2種類の波長における前記熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを生成し、
生成された前記2種類の波長に対応する前記測定データと、分光放射輝度と温度との間の関係式とに基づいて、前記赤熱鋼材の温度を算出する、請求項1~9の何れか1項に記載の温度測定方法。
The two-color radiation thermometer is
In a state where an absorber having a wavelength-dependent spectral absorption coefficient in the near-infrared band is present at least partially on the light path, the thermal radiation light of the red-hot steel is measured at two wavelengths at which the spectral absorption coefficient of the absorber is the same as each other, and measurement data is generated that indicates the detection results of the radiance of the thermal radiation light at the two wavelengths;
The temperature measurement method according to any one of claims 1 to 9, further comprising the step of calculating the temperature of the red-hot steel material based on the generated measurement data corresponding to the two types of wavelengths and a relational equation between spectral radiance and temperature.
前記検出部は、
前記赤熱鋼材の前記熱放射光を2つの光路に分岐する分岐光学素子と、
分岐された前記熱放射光を、前記2種類の波長のうち一方の波長で検出する第1検出素子と、
分岐された前記熱放射光を、前記2種類の波長のうちもう一方の波長で検出する第2検出素子と、
前記分岐光学素子と前記第1検出素子との間に設けられ、前記2種類の波長のうち一方の波長の前記熱放射光を透過させる第1光学フィルタと、
前記分岐光学素子と前記第2検出素子との間に設けられ、前記2種類の波長のうちもう一方の波長の前記熱放射光を透過させる第2光学フィルタと、
を有する、請求項10に記載の温度測定方法。
The detection unit is
A branching optical element that branches the thermal radiation light of the red-hot steel material into two optical paths;
a first detection element that detects the split thermal radiation light at one of the two types of wavelengths;
a second detection element that detects the split thermal radiation light at the other of the two wavelengths;
a first optical filter provided between the branching optical element and the first detection element, the first optical filter transmitting the thermal radiation light having one of the two types of wavelengths;
a second optical filter provided between the branching optical element and the second detection element, the second optical filter transmitting the thermal radiation light having the other wavelength of the two types of wavelengths;
The temperature measurement method according to claim 10, comprising:
前記2種類の波長として、前記吸収体の前記分光吸収係数が互いに同一となる波長を含む所定幅の波長帯域が2種類選択され、
2種類の前記波長帯域は、前記吸収体の分光吸収係数を測定対象温度の分光放射輝度で加重平均することで算出される見かけの分光吸収係数が互いに等しくなるように選択される、請求項10又は11に記載の温度測定方法。
As the two types of wavelengths, two types of wavelength bands having a predetermined width including wavelengths at which the spectral absorption coefficients of the absorber are identical to each other are selected,
12. The temperature measurement method according to claim 10, wherein the two types of wavelength bands are selected such that apparent spectral absorption coefficients calculated by weighting the spectral absorption coefficient of the absorber with the spectral radiance of the temperature to be measured are equal to each other.
前記二色放射温度計は、前記赤熱鋼材の温度を用いて算出した、前記2種類の波長の何れかにおける黒体放射輝度と、測定された前記熱放射光の放射輝度と、前記吸収体の前記2種類の波長における分光吸収係数と、前記吸収体の前記赤熱鋼材側の界面における前記熱放射光の反射率と、前記吸収体の前記赤熱鋼材側とは反対側の界面における前記熱放射光の反射率と、前記検出部における設定条件と、を用いて、前記吸収体の厚みを更に算出する、請求項10~12の何れか1項に記載の温度測定方法。 The temperature measurement method according to any one of claims 10 to 12, wherein the two-color radiation thermometer further calculates a thickness of the absorber using a blackbody radiance at either of the two wavelengths calculated using the temperature of the red-hot steel, the measured radiance of the thermal radiation light, a spectral absorption coefficient of the absorber at the two wavelengths, a reflectance of the thermal radiation light at an interface of the absorber on the red-hot steel side, a reflectance of the thermal radiation light at an interface of the absorber on the opposite side to the red-hot steel side, and setting conditions in the detection unit. 前記吸収体は、水、油脂、溶液、ガラス又は樹脂の少なくとも何れかである、請求項10~13の何れか1項に記載の温度測定方法。 The temperature measurement method according to any one of claims 10 to 13, wherein the absorbent is at least one of water, oil, a solution, glass, and a resin. 前記近赤外帯域は、940nm~1350nmである、請求項1~14の何れか1項に記載の温度測定方法。
The temperature measurement method according to any one of claims 1 to 14, wherein the near infrared band is 940 nm to 1350 nm.
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