(57)【要約】【課題】測定対象物からの輻射光に基づいて当該測定対象物の温度を測定する温度測定装置の小型化及び低故障率化を可能にする【解決手段】測定対象物からの輻射光に基づいて当該測定対象物の温度を測定する温度測定装置１は、測定対象物からの輻射光を電気信号に変換する光電変換部１３と、測定対象物からの第１の波長の輻射光に対応する第１の出力と測定対象物からの第２の波長の輻射光に対応する第２の出力とを含む、光電変換部１３からの出力を増幅する増幅部と、温度測定装置１内の所定の回路素子からの出力が一定になるように、増幅部における利得を制御する利得制御部２０と、増幅部１５による増幅結果から、上記第１の出力と上記第２の出力との比を算出する比算出部１９と、上記比から、測定対象物の温度を算出する温度算出部２１とを有し、増幅部は、除算機能を有する集積回路素子で構成されている。【選択図】図１
2020046362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物からの輻射光に基づいて当該測定対象物の温度を測定する温度測定装置であって、
前記測定対象物からの輻射光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記測定対象物からの第１の波長の輻射光に対応する第１の出力と前記測定対象物からの第２の波長の輻射光に対応する第２の出力とを含む、前記光電変換部からの出力を増幅する増幅部と、
当該温度測定装置内の所定の回路素子からの出力が一定になるように、前記増幅部における利得を制御する利得制御部と、
前記増幅部による増幅結果から、前記第１の出力と前記第２の出力との比を算出する比算出部と、
前記比算出部で算出された比から、前記測定対象物の温度を算出する温度算出部と、を有し、
前記増幅部は、除算機能を有する集積回路素子により構成されている、ことを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
前記増幅部からの出力信号のゼロレベルを補正して前記比算出部に出力する波形整形回路を有し、
前記波形整形回路は、直流再生回路と、オペアンプを含むフィードバック増幅部とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項３】
前記温度算出部は、
基準温度を設定する基準温度設定部と、
前記基準温度設定部で設定された基準温度に基づいて、前記比算出部で算出された前記比をリニアライズし、前記測定対象物の温度に対応する信号を出力するリニアライズ部とを有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記光電変換部は、半導体フォトダイオードを有する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物からの輻射光に基づいて当該測定対象物の温度を測定する温度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体から輻射される光のスペクトルはその物体の温度に依存することに着目し、測定対象物からの輻射光のスペクトルを用いて当該測定対象物の温度を測定する方法がある。この方法の１つとして、二色放射温度測定法がある（特許文献１参照）。この二色放射温度測定法は、互いに異なる二つの波長の輻射光の強度を測定し、測定された光の強度の比率に基づいて温度を算出する方法であり、測定対象物の熱輻射光の放射率によらず温度を算出することが可能である。
【０００３】
なお、特許文献１の温度計は、測定対象物から輻射された光を電気信号に変換する光電子増倍管と、光電子増倍管からの出力を増幅する増幅器と、当該温度計内の所定の回路からの出力が一定となるように上記増幅器の利得を制御する自動利得制御回路とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−１８７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のように、二色放射温度測定法により温度を測定する温度計に増幅器を設ける場合、当該増幅器は従来、多数の部品から構成されていた。そのため、装置の小型化や、故障率の面で改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、測定対象物からの輻射光に基づいて当該測定対象物の温度を測定する温度測定装置の小型化及び低故障率化を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明は、測定対象物からの輻射光に基づいて当該測定対象物の温度を測定する温度測定装置であって、前記測定対象物からの輻射光を電気信号に変換する光電変換部と、前記測定対象物からの第１の波長の輻射光に対応する第１の出力と前記測定対象物からの第２の波長の輻射光に対応する第２の出力とを含む、前記光電変換部からの出力を増幅する増幅部と、当該温度測定装置内の所定の回路素子からの出力が一定になるように、前記増幅部における利得を制御する利得制御部と、前記増幅部による増幅結果から、前記第１の出力と前記第２の出力との比を算出する比算出部と、前記比算出部で算出された比から、前記測定対象物の温度を算出する温度算出部と、を有し、前記増幅部は、除算機能を有する集積回路素子により構成されている、ことを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、増幅器が、除算機能を有する集積回路素子により構成されているため、部品点数を減らすことができる。したがって、温度測定装置を小型化することができ、また、温度測定装置の故障率を低下させることができる。さらに、部品点数が少なくなり、回路が簡素化されるため、故障発生時に故障原因が特定しやすくなる。
【０００９】
温度測定装置は、前記増幅部からの出力信号のゼロレベルを補正して前記比算出部に出力する波形整形回路を有し、前記波形整形回路は、直流再生回路と、オペアンプを含むフィードバック増幅部とを有していてもよい。
【００１０】
前記温度算出部は、基準温度を設定する基準温度設定部と、前記基準温度設定部で設定された基準温度に基づいて、前記比算出部で算出された前記比をリニアライズし、前記測定対象物の温度に対応する信号を出力するリニアライズ部とを有していてもよい。
【００１１】
前記光電変換部は、半導体フォトダイオードを有していていもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、測定対象物からの輻射光に基づいて当該測定対象物の温度を測定する温度測定装置の小型化及び低故障率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態にかかる温度測定装置の構成の概略を示すブロック図である。
【図２】波形整形回路の構成の概略を示すブロック図である。
【図３】直流再生回路の構成の概略を示す回路図である。
【図４】温度算出部の構成の概略を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。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要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。
【００１５】
図１は、本実施の形態にかかる温度測定装置の構成の概略を示すブロック図である。
【００１６】
温度測定装置１は、回転フィルタ１０、モータ１１、ゲート信号発生器１２、光電変換部１３、プリアンプ回路１４、フィードバック増幅回路１５、波形整形回路１６、分離回路１７、同期整流回路１８ａ、１８ｂ、比算出部１９、利得制御部２０、温度算出部２１、表示部２２を有する。
【００１７】
回転フィルタ１０は、波長λ１の光を選択的に透過するフィルタ１０ａと、波長λ１とは異なる波長λ２の光を選択的に透過するフィルタ１０ｂとを有する。この回転フィルタ１０は、モータ１１に接続されている。
【００１８】
モータ１１は、回転フィルタ１０を回転させる回転軸（図示せず）を有し、ゲート信号発生器１２に接続されている。このモータ１１は、具体的には、光電変換部１３の受光面の前に回転フィルタ１０のフィルタ１０ａとフィルタ１０ｂとが交互に位置するように、回転フィルタ１０を回転させる。
【００１９】
ゲート信号発生器１２は、モータ１１の回転軸の回転に合わせてモータ１１から出力される信号に基づいてゲート信号を生成し、分離回路１７に出力する。
【００２０】
光電変換部１３は、例えば半導体フォトダイオードから構成され、具体的にはＳｉフォトダイオードから構成され、測定対象物からの輻射光を電気信号に変換する。光電変換部１３からの出力は、プリアンプ回路１４を介して増幅部としてのフィードバック増幅回路１５に入力される。
前述のモータ１１が回転フィルタ１０を回転させることにより、光電変換部１３によって、測定対象物からの輻射光Ｅに含まれる波長λ１の輻射光と波長λ２の輻射光とが交互に受光される。
【００２１】
プリアンプ回路１４は、例えばハイインピーダンスオペアンプから構成され、光電変換部１３からの出力を増幅してフィードバック増幅回路１５に入力する。
【００２２】
フィードバック増幅回路１５は、光電変換部１３からの出力電圧を増幅するものであり、具体的には、光電変換部１３からの出力電圧をプリアンプ回路１４で増幅した電圧を増幅する。フィードバック増幅回路１５からの出力は、波形整形回路１６を介して分離回路１７に入力される。また、フィードバック増幅回路１５における利得（増幅率）は、利得制御部２０により制御され決定される。
本実施形態において、フィードバック増幅回路１５は、除算機能を有する集積回路素子により構成され、プリアンプ回路１４からの入力を、利得制御部２０からの入力で除算して波形整形回路１６に出力する。より具体的には、フィードバック増幅回路１５は、プリアンプ回路１４からの入力を利得制御部２０からの入力で除算した結果に、所定値（例えば１０Ｖ）を乗じて出力する。
【００２３】
波形整形回路１６は、フィードバック増幅回路１５からの出力信号の波形を整形して分離回路１７に出力する。具体的には、波形整形回路１６は、フィードバック増幅回路１５からの出力信号の波形を反転または正転し、且つ、上記出力信号のゼロレベルを補正して、分離回路１７に出力する。
【００２４】
図２は、波形整形回路１６の構成の概略を示すブロック図である。図３は、後述の直流再生回路の構成の概略を示す回路図である。
図２に示すように、波形整形回路１６は、直流再生回路（クランプ回路）１６ａと、他のフィードバック増幅回路１６ｂと、を有する。
【００２５】
直流再生回路１６ａは、図３に示すように、ダイオード１６ｃ等を有し、フィードバック増幅回路１５からの出力信号の直流レベルをゼロレベルすなわち所定レベルにクランプする。
フィードバック増幅回路１６ｂは、互いに直列に接続された２つのオペアンプ（図示せず）を有し、直流再生回路１６ａからの出力を増幅して、分離回路１７に出力する。また、各オペアンプからの出力は当該フィードバック増幅回路１６ｂの入力すなわち直流再生回路１６ａの出力にフィードバックされる。そのため、直流再生回路１６ａのダイオード１６ｃのデッドゾーン領域が分離回路１７への出力信号のゼロレベルに与える影響を、１回のフィードバックで１／Ｇ（Ｇ：フィードバック増幅回路１６ｂのゲイン）にすることができる。そして、フィードバックが繰り返されることで、上記デッドゾーン領域が分離回路１７への出力に与える影響は、１／Ｇ、１／Ｇ２、…と徐々に小さくなり、分離回路１７への出力のゼロレベルは真のゼロレベルへと収束する。
【００２６】
図１の説明に戻る。
分離回路１７は、ゲート信号発生器１２からのゲート信号に基づいて、波形整形回路１６からの出力を、２つの信号に分離する。具体的には、分離回路１７は、波形整形回路１６からの出力を、波長λ１の輻射光にかかる出力と、波長λ２の輻射光にかかる出力とに分離する。分離回路１７により分離された一方の信号は、同期整流回路１８ａに入力され、他方の信号は同期整流回路１８ｂに入力される。
【００２７】
同期整流回路１８ａ及び同期整流回路１８ｂはそれぞれ、分離回路１７からの出力を直流信号に変換し、具体的には例えば分離回路１７からの出力の波高値を直流信号に変換する。同期整流回路１８ａからの出力は、同期整流回路１８ｂからの出力と同期されて比算出部１９に入力される。また、同期整流回路１８ｂからの出力は、比算出部１９の他に、利得制御部２０に入力される。
【００２８】
利得制御部２０は、温度測定装置内の所定の回路素子からの出力が一定になるように、フィードバック増幅回路１５における利得を制御する。本例では、利得制御部２０は、同期整流回路１８ｂからの出力が一定となるように、フィードバック増幅回路１５における利得を制御する。
なお、利得制御部２０は、上述に代えて、同期整流回路１８ａからの出力が一定となるように、フィードバック増幅回路１５における利得を制御してもよい。
また、利得制御部２０から出力は、フィードバック増幅回路１５における増幅率の逆数に相当するものであり、フィードバック増幅回路１５に入力される。
【００２９】
比算出部１９は、割算回路から構成され、同期整流回路１８ａからの出力と同期整流回路１８ｂからの出力電圧との比を算出する。つまり、比算出部１９は、光電変換部１３からの出力に含まれる、測定対象物からの波長λ１の輻射光に対応する出力と、測定対象物からの波長λ２の輻射光に対応する出力と、の比を、フィードバック増幅回路１５での増幅結果から算出する。
比算出部１９での算出結果は温度算出部２１に出力される。
【００３０】
温度算出部２１は、比算出部１９からの出力、すなわち、比算出部で算出された比から、測定対象物の温度を算出する。
【００３１】
図４は、温度算出部２１の構成の概略を示すブロック図である。
温度算出部２１は、基準温度設定部２１ａと、リニアライズ部２１ｂとを有する。
基準温度設定部２１ａは、温度測定に係る基準温度を設定する。基準温度設定部２１ａは、例えば、電縫管の溶接の際の目標温度を、ユーザの操作に応じて、基準温度として設定する。
比算出部１９で算出された比と測定対象物の温度との対応関係が、特許文献１の図３に示すような非直線状の関係を有するところ、リニアライズ部２１ｂは、基準温度設定部２１ａで設定された基準温度に基づいて、比算出部１９で算出された比をリニアライズ（直線化）し、測定対象物の温度に対応する信号を出力する。具体的には、リニアライズ部２１ｂは、上述の基準温度を中点とした所定範囲（基準温度±Ｘ℃の範囲、例えば基準温度１２００℃±１００℃）内で、上記比をリニアライズし、測定対象物の温度に対応する信号を出力する。
【００３２】
再び図１の説明に戻る。
表示部２２は、温度算出部２１で算出された温度を表示する。具体的には、表示部２２は、温度算出部２１のリニアライズ部２１ｂからの出力に基づいて、測定対象物の温度を表示する。表示部２２での表示形態は、例えば、液晶表示装置等の表示装置によるデジタル表示であっても、アナログ表示であってもよい。
【００３３】
以上、本実施形態では、フィードバック増幅回路１５が、除算機能を有する集積回路素子により構成されている。そのため、温度測定装置１に用いる部品点数を減らすことができる。そのため、温度測定装置１を小型化することができ、また、温度測定装置１の故障率を低下させることができる。さらに、部品点数が少なくなり、温度測定装置１の回路が簡素化されるため、当該温度測定装置１の故障発生時に故障原因が特定しやすくなる。さらにまた、フィードバック増幅回路１５を、除算機能を有する集積回路で構成することにより、温度測定の精度も高くなり、また、温度測定にかかる較正を行う頻度を減らすことができる。
【００３４】
また、本実施形態では、波形整形回路１６が設けられており、フィードバック増幅回路１５からの出力信号のゼロレベルを補正して分離回路１７へ出力している。波形整形回路１６は、当該波形整形回路１６内でフィードバックを掛け、直流再生回路１６ａのダイオード１５ｃのデッドゾーン領域を、１回のフィードバックで１／Ｇ（Ｇ：フィードバック増幅回路１６ｂのゲイン）にしている。これにより、上記ダイオードによるデッドゾーン等が補正され、分離回路１７への出力のゼロレベルを真のゼロレベルに極力近づけることができる。したがって、上記デッドゾーンの影響が温度測定結果に及ぶのを抑制することができる。
【００３５】
さらに、本実施形態では、温度算出部２１のリニアライズ部２１ｂにおいて、基準温度設定部２１ａで設定された基準温度に基づいて、比算出部１９で算出された比をリニアライズし、測定対象物の温度に対応する信号を出力し、すなわち、測定対象物の温度を測定する。したがって、基準温度の周辺の温度を正確に算出することができる。
【００３６】
さらにまた、本実施形態では、光電変換部１３として、半導体フォトダイオードを用いている。したがって、光電子増倍管に必要な高電圧用の回路を設ける必要が無いため、さらに部品点数を減らすことができる。そのため、温度測定装置１のさらなる小型化、低故障率化を図ることができる。
【００３７】
以上、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説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された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、そ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。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、被測温対象物の温度を非接触で測定する技術に有用である。
【符号の説明】
【００３９】
１  温度測定装置
１０  回転フィルタ
１０ａ  フィルタ
１０ｂ  フィルタ
１１  モータ
１２  ゲート信号発生器
１３  光電変換部
１４  プリアンプ回路
１５  フィードバック増幅回路
１５ｃ  ダイオード
１６  波形整形回路
１６ａ  直流再生回路
１６ｂ  フィードバック増幅回路
１６ｃ  ダイオード
１７  分離回路
１８ａ、１８ｂ  同期整流回路
１９  比算出部
２０  利得制御部
２１  温度算出部
２１ａ  基準温度設定部
２１ｂ  リニアライズ部
２２  表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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