(57)【要約】【課題】より高精度な温度測定ができる導電体の温度測定方法および温度測定装置を提供すること。【解決手段】電磁場信号送信手段から測定対象である導電体に向けて基準温度確認のための交流の基準電磁場信号を送信する基準電磁場信号送信工程と、電磁場信号受信手段が前記導電体を通過した前記基準電磁場信号を受信する基準電磁場信号受信工程と、前記電磁場信号送信手段から前記導電体に向けて交流の測温用電磁場信号を送信する測温用電磁場信号送信工程と、前記電磁場信号受信手段が前記導電体を通過した前記測温用電磁場信号を受信する測温用電磁場信号受信工程と、前記電磁場信号送信手段から前記電磁場信号受信手段までの、前記基準電磁場信号の伝搬時間と、前記測温用電磁場信号の伝搬時間との時間差を測定する時間差測定工程と、前記時間差を温度値に変換する時間差温度換算工程と、を含む。【選択図】図１
2011232281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁場信号送信手段から測定対象である導電体に向けて基準温度確認のための交流の基準電磁場信号を送信する基準電磁場信号送信工程と、
電磁場信号受信手段が前記導電体を通過した前記基準電磁場信号を受信する基準電磁場信号受信工程と、
前記電磁場信号送信手段から前記導電体に向けて交流の測温用電磁場信号を送信する測温用電磁場信号送信工程と、
前記電磁場信号受信手段が前記導電体を通過した前記測温用電磁場信号を受信する測温用電磁場信号受信工程と、
前記電磁場信号送信手段から前記電磁場信号受信手段までの、前記基準電磁場信号の伝搬時間と、前記測温用電磁場信号の伝搬時間との時間差を測定する時間差測定工程と、
前記時間差を温度値に変換する時間差温度換算工程と、
を含むことを特徴とする導電体の温度測定方法。
【請求項２】
前記基準電磁場信号と前記測温用電磁場信号とを変調波とすることを特徴とする請求項１に記載の導電体の温度測定方法。
【請求項３】
前記基準電磁場信号と前記測温用電磁場信号とを連続波とすることを特徴とする請求項１に記載の導電体の温度測定方法。
【請求項４】
測定対象である導電体に向けて交流の電磁場信号を送信するように配置された電磁場信号送信手段と、
前記導電体を通過した前記電磁場信号を受信するように配置された電磁場信号受信手段と、
前記電磁場信号受信手段に接続し、前記電磁場信号送信手段から前記電磁場信号受信手段までの、基準温度確認時に送信される基準電磁場信号の伝搬時間と、測温時に送信される測温用電磁場信号の伝搬時間との時間差を測定する時間差測定手段と、
前記時間差測定手段に接続し、前記時間差を温度値に変換する時間差温度換算手段と、
を備えることを特徴とする導電体の温度測定装置。
【請求項５】
前記基準電磁場信号と前記測温用電磁場信号とが変調波であることを特徴とする請求項４に記載の導電体の温度測定装置。
【請求項６】
前記基準電磁場信号と前記測温用電磁場信号とが連続波であることを特徴とする請求項４に記載の導電体の温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電体の温度を非接触で測定する温度測定方法および温度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度は、科学・工業分野において、非常に重要なパラメータであるため、これまで数多くの温度測定方法が提案され、実用化されてきている。鉄鋼業における例を以下に述べる。製造過程での鋼材の温度や、温度の時間変化の程度は、最終的な鋼板製品の機械的特性に大きな影響を与える。したがって、鋼材の温度は、その品質を担保する上での大切な管理指標となる。しかしながら、製造工程においては、鋼材は、一般に搬送されている状態であるため、接触式の温度計を用いることは困難である。そこで、非接触で測定できる放射温度計が多用されている。
【０００３】
放射温度計は、理論的に厳密に理解されているプランクの放射則をベースにしているため、基本的に精度も高く、また、ある程度の指向性が期待できる赤外線などの電磁波を用いるため、測定対象から離れた距離から測定できる。特に高速で移動する薄鋼板などの測定対象、あるいは移動の際、位置が変動する（ばたつく）測定対象においては、距離を離せることは大きなメリットである。
【０００４】
しかしながら、放射温度計にて測定される電磁波は、温度測定対象の温度だけではなく、温度測定対象表面の放射率や、電磁波の伝搬経路の減衰状況の影響を受けるため、場合によっては、精度良く測定できない場合がある。具体的には、鋼材を水などの液体で冷却する場合には、鋼材の上に液体の層があったりするので、まだ乾ききっていない状態では、鋼材の温度は正しく測定することができない。また、鋼材表面には、スケールと呼ばれる酸化物が生成されることがあるが、その酸化物の層の厚さが時間経過と共に増して行くにつれて、電磁波の放射率も変化していくため、温度が正しく測定できないことがある。さらには、製造ラインの性質によっては、電磁波の伝搬経路にミスト、水滴、煙などが多く存在しており、電磁波が伝搬中に減衰することもあるため、温度が正しく測定できないことがある。
【０００５】
また、放射温度計による温度測定は、測定対象の最表面からの放射を用いて行うため、測定できる温度は、最表面だけの温度である。しかしながら、測定対象によっては、その内部あるいは、厚さ方向の平均的な温度を知りたい場合もある。最表面と内部の温度が同じ場合、あるいは、両者が違っていても、最表面温度から内部温度もある程度推定できる場合はよいが、最表面温度と内部温度との関係が一定でなく、最表面温度からは内部温度が推定できない場合は、放射温度計の使用は不適当である。
【０００６】
上述したような放射温度計のデメリットを克服するため、交流電磁気現象（渦電流現象）を用いた温度計が提案されている。たとえば、特許文献１に開示される温度計は、温度測定対象である導電体の導電率（なお、導電体が磁性体でもある場合は、導電率および透磁率）の温度に依存する変化を交流励磁・検出し、温度に換算することで、温度測定を行なっている。この温度計によれば、温度測定対象表面の水等や伝搬経路の状況に影響を受けることがないので、上述した放射温度計の課題は解決することができる。
【０００７】
また、温度測定対象が磁性体の場合には、透磁率が硬度変化の影響を受けて変化し、温度測定精度が低下するという問題がある。これを解決するため、測定対象を磁気的に飽和し、硬度変化による透磁率の変化の影響を抑える方法が開示されている（特許文献２参照）。
【０００８】
また、特許文献３には、以下のような温度測定装置が開示されている。この温度測定装置は、送波コイルと受波コイルとを鋼材を挟んで配置する。そして、送波コイルから電磁場を発生させ、この電磁場を測定対象である鋼材を通過させる。つぎに、鋼材を通過した電磁場を受波コイルにて電圧信号に変換する。つぎに、変換した電圧信号を増幅後、検波し、直流電圧に変換する。その直流電圧を用いて、温度を求めるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５３−２０９８６号公報
【特許文献２】特開昭６１−１３３８２８号公報
【特許文献３】特開平５−２２３６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献に開示された技術は、以下の二点で、高精度な温度測定が困難な場合がある。
【００１１】
その一つは、渦電流現象が、電磁場を発生するコイルと鋼材との距離（リフトオフ）の変動の影響を大きく受ける点である。たとえば、リフトオフが大きくなると、鋼材に発生する渦電流が小さくなるため、温度が上昇したかのように測定される。したがって、製造工程における鋼材のように測定対象が移動している場合には、リフトオフの変動が少なからず発生することを考えると、この点は測定精度における大きな制約となる場合がある。
【００１２】
もう一つは、交流電磁場の振幅強度測定を精度良く行うことが難しい点である。すなわち、上記各特許文献に開示された技術は、電磁場の振幅強度を、温度変化の情報を含むものとして用いているが、電磁場の振幅強度の測定には、精度を悪化させる以下のような要因がある。それは、（１）リフトオフの変動、（２）コイルの形状精度や巻き方などのわずかな差異、あるいは温度による寸法変化や電気的特性の変化等、（３）電気信号に変換した後の信号レベル測定の誤差、である。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より高精度な温度測定ができる導電体の温度測定方法および温度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る導電体の温度測定方法は、電磁場信号送信手段から測定対象である導電体に向けて基準温度確認のための交流の基準電磁場信号を送信する基準電磁場信号送信工程と、電磁場信号受信手段が前記導電体を通過した前記基準電磁場信号を受信する基準電磁場信号受信工程と、前記電磁場信号送信手段から前記導電体に向けて交流の測温用電磁場信号を送信する測温用電磁場信号送信工程と、前記電磁場信号受信手段が前記導電体を通過した前記測温用電磁場信号を受信する測温用電磁場信号受信工程と、前記電磁場信号送信手段から前記電磁場信号受信手段までの、前記基準電磁場信号の伝搬時間と、前記測温用電磁場信号の伝搬時間との時間差を測定する時間差測定工程と、前記時間差を温度値に変換する時間差温度換算工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る導電体の温度測定方法は、上記の発明において、前記基準電磁場信号と前記測温用電磁場信号とを変調波とすることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る導電体の温度測定方法は、上記の発明において、前記基準電磁場信号と前記測温用電磁場信号とを連続波とすることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る導電体の温度測定装置は、測定対象である導電体に向けて交流の電磁場信号を送信するように配置された電磁場信号送信手段と、前記導電体を通過した前記電磁場信号を受信するように配置された電磁場信号受信手段と、前記電磁場信号受信手段に接続し、前記電磁場信号送信手段から前記電磁場信号受信手段までの、基準温度確認時に送信される基準電磁場信号の伝搬時間と、測温時に送信される測温用電磁場信号の伝搬時間との時間差を測定する時間差測定手段と、前記時間差測定手段に接続し、前記時間差を温度値に変換する時間差温度換算手段と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る導電体の温度測定装置は、上記の発明において、前記基準電磁場信号と前記測温用電磁場信号とが変調波であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る導電体の温度測定装置は、上記の発明において、前記基準電磁場信号と前記測温用電磁場信号とが連続波であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、基準電磁場信号と測温用電磁場信号との伝搬時間差をもとに導電体の温度を測定するので、より高精度な温度測定ができる導電体の温度測定方法および温度測定装置を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施の形態１に係る温度測定装置のブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す電磁場信号送信器、電磁場信号受信器の構成の模式図である。
【図３】図３は、実施の形態１における電磁場信号の金属板の内部と空気中との伝搬について説明する説明図である。
【図４】図４は、実施の形態１における金属板の内部温度が異なる場合の検出電流信号を示す図である。
【図５】図５は、変形例における励磁電流信号、電磁場信号、および検出電流信号を示す図である。
【図６】図６は、変形例における金属板の内部温度が異なる場合の検出電流信号を示す図である。
【図７】図７は、実験例１における温度と時間差との関係を示す図である。
【図８】図８は、実験例２におけるリフトオフと時間差との関係を示す図である。
【図９】図９は、実験例３、比較例１、２における測定温度誤差を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２に係る温度測定装置のブロック図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す電磁場信号送信器、電磁場信号受信器、および直流磁化器の構成の模式図である。
【図１２】図１２は、直流磁化器が印加する直流磁界を説明する説明図である。
【図１３】図１３は、実験例４における温度と時間差との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態３に係る温度測定装置の要部を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、図面を参照して本発明に係る導電体の温度測定方法および温度測定装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る温度測定装置のブロック図である。図１に示すように、この温度測定装置１００は、導電体である金属板Ｐの温度を測定するものであって、ファンクションジェネレータ１と、増幅器２と、電磁場信号送信器３と、電磁場信号受信器４と、増幅器５と、時間差測定装置６と、時間差−温度換算装置７とを備えている。
【００２４】
図２は、図１に示す電磁場信号送信器３、電磁場信号受信器４の構成の模式図である。図１に示すように、電磁場信号送信器３は、強磁性体からなるコの字形コア３ａに、励磁コイル３ｂを巻き付けて構成されている。また、電磁場信号受信器４は、強磁性体からなるコの字形コア４ａに、検出コイル４ｂを巻き付けて構成されている。また、電磁場信号送信器３と電磁場信号受信器４とは、それぞれコの字形コア３ａ、４ａの両脚部の底面を金属板Ｐに向けるとともに、金属板Ｐを挟んで対向するように配置している。
【００２５】
つぎに、図１、２をもとに温度測定装置１００の動作について具体的に説明する。はじめに、金属板Ｐは、基準となる既知の温度であるとする。ファンクションジェネレータ１は、基準温度を確認するための基準信号として、所定の励磁波形を有する励磁電圧信号Ｓ１を発生する。励磁電圧信号Ｓ１の励磁波形は、たとえば様々な周波数成分を持つ変調波、またはパルス波形であり、変調波の場合は、振幅変調、周波数変調などの変調方式により変調したものであるが、本実施の形態１では、振幅変調したものとする。つぎに、増幅器２は、励磁電圧信号Ｓ１を増幅して参照電流信号Ｓ２と励磁電流信号Ｓ３を発生する。
【００２６】
つぎに、電磁場信号送信器３は、励磁電流信号Ｓ３が励磁コイル３ｂに流されることによって、基準電磁場信号としての、交流の電磁場信号Ｓ４を発生し、金属板Ｐに向かって送信する。ここで、発生する電磁場信号Ｓ４の磁束はほぼコの字形コア３ａの両脚部の間を流れるため、測温対象表面から見れば、電磁場信号Ｓ４の電磁場は平面波的に広がるので、理論との整合が良くなり、現象の見通しがよくなる。送信された電磁場信号Ｓ４は電磁波として空中を伝搬して、金属板Ｐの内部を通過し、電磁場信号受信器４に到達する。
【００２７】
つぎに、電磁場信号受信器４は、金属板Ｐの内部を通過した電磁場信号Ｓ４を受信し、電磁場信号Ｓ４により発生した電流が検出コイル４ｂに流れる。電磁場信号受信器４はこの電流を検出電流信号Ｓ５として出力する。つぎに、増幅器５は、検出電流信号Ｓ５を増幅して増幅電流信号Ｓ６を発生する。
【００２８】
つぎに、時間差測定装置６は、増幅電流信号Ｓ６と、参照電流信号Ｓ２とを受付け、参照電流信号Ｓ２をもとに、増幅電流信号Ｓ６の波形を検出し、記憶する。なお、時間差測定装置６は、たとえばロックインアンプや自己相関計とパーソナルコンピュータとの組み合わせによって実現される。
【００２９】
つぎに、金属板Ｐの温度を測定する工程を行なう。このとき、ファンクションジェネレータ１は、測温用信号としての励磁電圧信号Ｓ１を発生する。その後は、上述した基準温度確認のために工程と同様に、増幅器２は、励磁電圧信号Ｓ１を増幅して参照電流信号Ｓ２と励磁電流信号Ｓ３を発生する。また、電磁場信号送信器３は、励磁電流信号Ｓ３が励磁コイル３ｂに流されることによって、測温用電磁場信号としての、交流の電磁場信号Ｓ４を発生し、金属板Ｐに向かって送信し、送信された電磁場信号Ｓ４は電磁波として空中を伝搬して、金属板Ｐの内部を通過し、電磁場信号受信器４に到達する。また、電磁場信号受信器４は、金属板Ｐの内部を通過した電磁場信号Ｓ４を受信し、電磁場信号Ｓ４により発生した電流が検出コイル４ｂに流れ、電磁場信号受信器４はこの電流を検出電流信号Ｓ５として出力する。また、増幅器５は、検出電流信号Ｓ５を増幅して増幅電流信号Ｓ６を発生する。また、時間差測定装置６は、増幅電流信号Ｓ６と、参照電流信号Ｓ２とを受付け、参照電流信号Ｓ２をもとに、増幅電流信号Ｓ６の波形を検出し、記憶する。
【００３０】
ここで、図３を用いて、本実施の形態１における電磁場信号Ｓ４の金属板Ｐの内部と空気中との伝搬について説明する。図３に示すように、励磁電流信号Ｓ３は、励磁電圧信号Ｓ１と同じ波形を有しており、搬送波Ｓ３ａを振幅変調したものであって包絡線Ｓ３ｂを有しているものとする。
【００３１】
電磁場信号送信器３は励磁電流信号Ｓ３をもとに電磁場信号Ｓ４を発生して金属板Ｐに向かって送信する。電磁場信号Ｓ４は、金属板Ｐまでの区間８１、および金属板Ｐから電磁場信号受信器４までの区間８３においては、空気中を波動方程式にしたがって光速で伝搬する。一方、導電体である金属板Ｐの内部の区間８２では、電磁場信号Ｓ４は拡散方程式にしたがって伝搬する。このように、区間８１、８３と区間８２とでは、電磁場信号Ｓ４の伝搬現象を支配する方程式が全く異なるため、その伝搬速度も大きく異なる。
【００３２】
電磁場信号送信器３から電磁場信号受信器４までの電磁場信号Ｓ４の伝搬時間ｔtotalは、以下の式（１）で表される。
ｔtotal＝（Ｄ１＋Ｄ２）／ｃ＋Ｔ／Ｖｇ  ・・・  （１）
ただし、Ｄ１は区間８１の距離、Ｄ２は区間８３の距離、Ｔは区間８２の距離である金属板Ｐの厚さを示している。また、Ｖｇは金属板Ｐ内部での電磁場信号Ｓ４の包絡線Ｓ３ｂの群速度を示しており、金属板Ｐの導電率をσ、透磁率をμ、電磁場信号Ｓ４の搬送波Ｓ３ａの角周波数（励磁周波数）をωとすると、Ｖｇは以下のように示される。
【００３３】
【数１】
2011232281.tif 000003
【００３４】
ここで、金属板Ｐの導電率σと透磁率μは、温度に依存して変化する物理量であるから、群速度Ｖｇも金属板Ｐの内部温度に依存して変化する。したがって、式（１）に示される伝搬時間も金属板Ｐの内部温度に依存して変化する。したがって、金属板Ｐの内部温度が異なるときに金属板Ｐの内部を通過した電磁場信号Ｓ４間には伝搬時間に差が生じる。
【００３５】
図４は、本実施の形態１における金属板Ｐの内部温度が異なる場合の検出電流信号Ｓ５１、Ｓ５２を示す図である。なお、検出電流信号Ｓ５１は検出電流信号Ｓ５２よりも内部温度が低い場合である。図４に示すように、金属板Ｐの内部温度が低下すると、導電率σと透磁率μは増加するので、群速度Ｖｇは減少し、電磁場信号Ｓ４の伝搬に時間差Δｔ１が生じ、検出電流信号Ｓ５１と検出電流信号Ｓ５２との間にも時間差Δｔ１が生じる。この時間差Δｔ１は、包絡線Ｓ５１ｂのピークと包絡線Ｓ５２ｂのピークとの時間差として示され、金属板Ｐの内部温度の差異により生じるものである。
【００３６】
本実施の形態１では、上述したように、はじめに、電磁場信号送信器３から基準電磁場信号としての電磁場信号Ｓ４を送信して金属板Ｐを通過させて電磁場信号受信器４がこれを受信する。つぎに、電磁場信号送信器３から測温用電磁場信号としての電磁場信号Ｓ４を送信して金属板Ｐを通過させて電磁場信号受信器４がこれを受信する。そして、時間差測定装置６が、電磁場信号送信器３から電磁場信号受信器４までの２つの電磁場信号Ｓ４間の伝搬の時間差Δｔ１を測定する。具体的には、時間差測定装置６が記憶した基準の増幅電流信号Ｓ６の波形を比較することによって、その時間差Δｔ１を測定する。そして、時間差測定装置６は、この時間差Δｔ１の情報を含む時間差情報信号Ｓ７を出力する。つぎに、時間差−温度換算装置７は、時間差情報信号Ｓ７に含まれる時間差Δｔ１の情報を温度に換算する。これによって、金属板Ｐの温度が測定される。なお、時間差−温度換算装置７は、たとえばパーソナルコンピュータによって実現され、予め記憶している時間差Δｔ１と温度との関係を示す関係式、検量線、またはテーブルなどをもとに、時間差Δｔ１の情報を温度に換算する。
【００３７】
本実施の形態１に係る温度測定装置１００によれば、電磁場信号の伝搬時間差をもとに温度測定をしているので、従来の電磁場の振幅強度測定に基づく温度測定における精度の悪化の要因、たとえば、放射率変動、水などによる電磁波伝搬減衰、リフトオフの変動の影響を受けにくく、高精度に温度測定できる。特に、リフトオフの変動による測定精度の低下が起きずに温度測定ができる。
【００３８】
以下、具体的に説明する。上述したように、電磁場信号送信器３から電磁場信号受信器４までの電磁場信号Ｓ４の伝搬時間ｔtotalは、式（１）で表される。ここで、たとえば金属板Ｐがアルミニウムの板であるとすると、温度２０℃において、μは空気の透磁率μ0と同じ４π×１０−７［Ｈ／ｍ］であり、σは３．６９×１０７［１／（Ωｍ）］（ただし、σは、理科年表１９９８、第４８０頁、丸善の０℃と１００℃の値から２０℃の値を内挿して算出）である。したがって、ωを２π×１［ｋＨｚ］とすると、Ｖｇの値は約３２．８［ｍ／ｓ］である。また、たとえば金属板Ｐが磁気飽和した鋼板であるとすると、Ｖｇの値は約９０ｍ／ｓである。すなわち、Ｖｇは、光速ｃ（３×１０８ｍ／ｓ）と比べると１，０００，０００倍以上も遅い。したがって、式（１）において、（Ｄ１＋Ｄ２）／ｃの項は、Ｔ／Ｖｇの項に比べて極めて小さい。ゆえに、たとえば金属板Ｐの厚さＴが２ｍｍとして、リフトオフである距離Ｄ１、Ｄ２がＤ１＝Ｄ２＝５０ｍｍとしても、励磁周波数ωを適切に選べば、伝搬時間ｔtotalは、そのほとんどが、低速で伝搬する金属板Ｐ内部での伝搬時間により決まることとなる。たとえば、ωが２π×１［ｋＨｚ］の例では、図３に示す区間８１、８３の空中での伝搬時間は、伝搬時間ｔtotalのうちの約３，０００分の１程度である。
【００３９】
したがって、本実施の形態１に係る温度測定装置１００によれば、金属板Ｐに対する電磁場信号送信器３と電磁場信号受信器４とのリフトオフの変動があっても、その変動による伝搬時間ｔtotalの変動はほとんどないため、リフトオフ変動による測定精度の低下が起きずに温度測定ができる。したがって、金属板Ｐが移動しておりリフトオフ変動が発生するような状況であっても、高精度の温度測定が可能となる。
【００４０】
（変形例）
上記実施の形態１では、振幅変調した励磁電圧信号Ｓ１を用いて電磁場信号Ｓ４を発生し、これを用いているが、連続波の励磁電圧信号を用いてもよい。以下では、実施の形態１の変形例として、実施の形態１に係る温度測定装置１００において、連続波の励磁電圧信号を用いる場合について説明する。
【００４１】
本変形例では、はじめに、ファンクションジェネレータ１が、基準励磁電圧信号として、連続波の励磁電圧信号を発生する。つぎに、増幅器２は、連続波の励磁電圧信号を増幅して参照電流信号と励磁電流信号Ｓ８を発生する。なお、図５に示すように、励磁電流信号Ｓ８は、励磁電圧信号と同じ連続波形Ｓ８ａを有しているものとする。つぎに、電磁場信号送信器３は、励磁電流信号によって、基準電磁場信号としての、交流の電磁場信号Ｓ９を発生し、金属板Ｐに向かって送信する。送信された電磁場信号Ｓ９は空中を伝搬して、金属板Ｐの内部を通過し、電磁場信号受信器４に到達する。電磁場信号受信器４は、金属板Ｐの内部を通過した電磁場信号Ｓ９を受信し、電磁場信号Ｓ９に応じた検出電流信号Ｓ１０として出力する。
【００４２】
電磁場信号送信器３から電磁場信号受信器４までの電磁場信号Ｓ９の伝搬時間ｔtotalは、以下の式（２）で表される。
ｔtotal＝（Ｄ１＋Ｄ２）／ｃ＋Ｔ／Ｖｃ  ・・・  （２）
式（２）は、式（１）においてＶｇをＶｃに置き換えたものである。Ｖｃは金属板Ｐ内部での電磁場信号Ｓ９の位相速度を示しており、金属板Ｐの導電率をσ、透磁率をμ、電磁場信号Ｓ９の角周波数（励磁周波数）をωとすると、Ｖｃは以下のように示される。
【００４３】
【数２】
2011232281.tif 000004
【００４４】
位相速度Ｖｃも、実施の形態１の場合の群速度Ｖｇと同様に金属板Ｐの内部温度に依存して変化する。したがって、式（２）に示される伝搬時間も金属板Ｐの内部温度に依存して変化する。したがって、金属板Ｐの内部温度が異なるときに金属板Ｐの内部を通過した電磁場信号Ｓ９間には時間差が生じる。
【００４５】
図６は、本変形例における金属板Ｐの内部温度が異なる場合の検出電流信号Ｓ１０１、Ｓ１０２を示す図である。なお、検出電流信号Ｓ１０１は検出電流信号Ｓ１０２よりも内部温度が低い場合である。図６に示すように、金属板Ｐの内部温度が低下すると、導電率σと透磁率μは増加するので、位相速度Ｖｃは減少し、電磁場信号Ｓ９の伝搬に時間差Δｔ２が生じ、連続波形Ｓ１０１ａを有する検出電流信号Ｓ１０１と連続波形Ｓ１０２ａを有する検出電流信号Ｓ１０２との間にも時間差Δｔ２が生じる。
【００４６】
その後は、実施の形態１の場合と同様に、時間差測定装置６が、電磁場信号送信器３から電磁場信号受信器４までの２つの電磁場信号Ｓ９間の伝搬の時間差Δｔ２を測定し、この時間差Δｔ２の情報を含む時間差情報信号を出力する。つぎに、時間差−温度換算装置７は、時間差情報信号に含まれる時間差Δｔ２の情報を温度に換算する。これによって、金属板Ｐの温度が測定される。
【００４７】
ゆえに、本変形例の場合も、実施の形態１の場合と同様に、従来の電磁場の振幅強度測定に基づく温度測定における精度の悪化の要因の影響を受けにくく、高精度に温度測定できる。
【００４８】
（実験例１）
つぎに、本発明の測定原理を確認する実験例１として、図１に示す温度測定装置１００と同様の構成の温度測定装置を用いて、厚さＴが２ｍｍのアルミニウム板を測定対象として、アルミニウム板の温度を基準温度から変化させながら、電磁波信号の伝搬時間差を測定した。なお、アルミニウム板の基準温度を４４℃とした。また、ファンクションジェネレータからは励磁周波数１００［Ｈｚ］の正弦波の連続波の励磁電圧信号を発生させた。したがって、伝搬時間の計算には式（２）を用いた。また、式（２）におけるＤ１、Ｄ２をいずれも２０ｍｍとした。
【００４９】
図７は、実施例１における温度と時間差との関係を示す図である。なお、時間差は、基準温度のときよりも伝搬時間が遅れる場合を正の値として示している。図７に示すように、アルミニウム板の温度を４４℃から低下させていくと、その温度に比例した時間差が発生することが確認された。すなわち、電磁場信号の伝搬時間の時間差を測定することによって温度測定を行うことができるという本発明の測定原理が確認された。
【００５０】
（実験例２）
つぎに、実験例２として、図１に示す温度測定装置１００と同様の構成の温度測定装置を用いて、厚さＴが２ｍｍであり温度が４４℃のアルミニウム板を測定対象として、アルミニウム板のリフトオフを変動させながら、電磁波信号の伝搬時間差を測定した。なお、ファンクションジェネレータからは励磁周波数１００［Ｈｚ］の正弦波の連続波の励磁電圧信号を発生させた。したがって、伝搬時間の計算には式（２）を用いた。また、式（２）における（Ｄ１＋Ｄ２）の値を４０ｍｍに維持しながら、Ｄ１が１８ｍｍから２２ｍｍまで変化するように、アルミニウム板の位置を変動させた。
【００５１】
図８は、実験例２におけるリフトオフと時間差との関係を示す図である。なお、横軸のリフトオフは、電磁場信号送信器からアルミニウム板までの値を示している。また、図８において、「◆」の記号は測定データ点を示し、線Ｌ１は測定データ点の近似曲線を示し、矢印Ａｒ１は１℃の温度差がある場合に発生する電磁波信号の伝搬時間差を示している。
【００５２】
図８に示すように、リフトオフと時間差とは略比例していることが確認された。また、リフトオフの変動が４ｍｍあったとしても、１℃程度の誤差しか発生しないことが確認された。
【００５３】
（実験例３、比較例１、２）
つぎに、実験例３として、実験例２と同様に、厚さＴが２ｍｍのアルミニウム板を測定対象として、アルミニウム板のリフトオフ変動が２ｍｍの場合の、電磁波信号の伝搬時間差を測定し、これを温度誤差に換算した。なお、ファンクションジェネレータからは励磁周波数１［ｋＨｚ］の正弦波の連続波の励磁電圧信号を発生させた。また、式（２）における（Ｄ１＋Ｄ２）の値を４０ｍｍに維持しながら、Ｄ１が２ｍｍだけ変化するように、アルミニウム板の位置を変動させた。
【００５４】
また、比較例１として、特許文献１に開示される方法と同様に、コイルをアルミニウム板の一方の表面に面して配置し、アルミニウム板のリフトオフ変動を２ｍｍとして、リフトオフ変動による交流電磁場強度の変化を温度誤差に換算した。また、比較例２として、特許文献３に開示される方法と同様に、送波コイルと受波コイルとを鋼材を挟んで配置し、アルミニウム板のリフトオフ変動を２ｍｍとして、リフトオフ変動による交流電磁場強度の変化を温度誤差に換算した。
【００５５】
図９は、実験例３、比較例１、２における、リフトオフ変動による測定温度誤差を示す図である。図９に示すように、２ｍｍのリフトオフ変動に対して、比較例１では約１０℃、比較例２では約７℃の温度誤差が発生した。これに対して、本発明の実験例３では温度誤差は約０．５℃であり、比較例１、２の場合よりも温度誤差が大幅に減少することが確認された。
【００５６】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２に係る温度測定装置は、実施の形態１に係る温度測定装置１００において、さらに直流磁化器を備えたものである。
【００５７】
本実施の形態２に係る温度測定装置は、測定対象である導電体が測定温度領域においてキュリー点以下の強磁性体である場合に特に適する。強磁性体の場合、その内部の磁区の状態などによって透磁率が変動する場合がある。また、キュリー点近傍の温度では、透磁率の温度変化が単調ではなく、線形近似可能な形で変化するとは限らない。そこで、本実施の形態２に係る温度測定装置では、直流磁化器によって導電体を磁気飽和させて、群速度Ｖｇまたは位相速度Ｖｃにおいて透磁率の影響がない状態で温度測定を行うことによって、より正確な温度測定を行なうものである。
【００５８】
図１０は、本実施の形態２に係る温度測定装置のブロック図である。図１０に示すように、この温度測定装置２００は、導電体である金属板Ｐの温度を測定するものであって、温度測定装置１００と同様のファンクションジェネレータ１と、増幅器２と、電磁場信号送信器３と、電磁場信号受信器４と、増幅器５と、時間差測定装置６と、時間差−温度換算装置７とを備え、さらに、制御器９と、直流磁化器１０とを備えている。
【００５９】
図１１は、図１０に示す電磁場信号送信器３、電磁場信号受信器４、および直流磁化器１０の構成の模式図である。図１０に示すように、電磁場信号送信器３、電磁場信号受信器４の構成、配置は、図２に示したものと同様である。
【００６０】
また、直流磁化器１０は、強磁性体からなるコの字形コア１０ａに、励磁コイル１０ｂを巻き付けて構成されている。また、直流磁化器１０は、コの字形コア１０ａの両脚部が電磁場信号送信器３を跨ぎ、かつ両脚部がその底面を金属板Ｐに向けるように配置している。
【００６１】
つぎに、温度測定装置２００の動作について具体的に説明する。はじめに、制御器９が直流磁化器１０に直流電流信号Ｓ１１を印加する。すると、直流磁化器１０は直流磁界を発生して金属板Ｐに印加する。図１２は、直流磁化器１０が印加する直流磁界を説明する説明図である。図１２に示すように、直流磁化器１０が印加する直流磁界をＨ１とすると、Ｈ１は、金属板Ｐの比透磁率が略１となる直流磁界の値Ｈ０よりも大きい矢印Ａｒ２で示す範囲の値とする。これによって、金属板Ｐは磁気飽和した状態となる。
【００６２】
その後は、実施の形態１の場合と同様に、ファンクションジェネレータ１が、励磁電圧信号Ｓ１を発生し、増幅器２は、励磁電圧信号Ｓ１を増幅して参照電流信号Ｓ２と励磁電流信号Ｓ３を発生し、電磁場信号送信器３は、励磁電流信号Ｓ３によって電磁場信号Ｓ４を発生し、金属板Ｐに向かって送信する。送信された電磁場信号Ｓ４は電磁波として空中を伝搬して、金属板Ｐの内部を通過し、電磁場信号受信器４に到達する。つぎに、電磁場信号受信器４は、金属板Ｐの内部を通過した電磁場信号Ｓ４を受信し、これによって検出電流信号Ｓ５を出力する。つぎに、増幅器５は、検出電流信号Ｓ５を増幅して増幅電流信号Ｓ６を発生する。つぎに、時間差測定装置６は、参照電流信号Ｓ２をもとに、増幅電流信号Ｓ６の波形を検出し、時間差Δｔ１を測定し、時間差Δｔ１の情報を含む時間差情報信号Ｓ７を出力する。つぎに、時間差−温度換算装置７は、時間差情報信号Ｓ７に含まれる時間差Δｔ１の情報を温度に換算する。これによって、金属板Ｐの温度が測定される。
【００６３】
なお、本実施の形態２の変形例として、実施の形態１の変形例と同様に、連続波の励磁電圧信号を用いてもよい。
【００６４】
（実験例４）
つぎに、図１０に示す温度測定装置２００と同様の構成の温度測定装置を用いて、厚さＴが２ｍｍの鋼板を測定対象として、鋼板の温度を基準温度から変化させながら、電磁波信号の伝搬時間差を測定した。なお、鋼板の基準温度を、キュリー点である７７０℃よりも低い３７℃とした。また、直流磁化器からは２０００［Ａ／ｍ］の直流磁界を発生させ、鋼板を磁気飽和させた。また、ファンクションジェネレータからは励磁周波数１［ｋＨｚ］の正弦波の連続波の励磁電圧信号を発生させた。したがって、伝搬時間の計算には式（２）を用いた。また、式（２）におけるＤ１、Ｄ２をいずれも２０ｍｍとした。
【００６５】
図１３は、実験例４における温度と時間差との関係を示す図である。なお、時間差は、基準温度のときよりも伝搬時間が遅れる場合を正の値として示している。図１３に示すように、鋼板の温度を３７℃から低下させていくと、その温度に比例した時間差が発生することが確認され、強磁性体でも正確な温度測定を行うことができることが確認された。
【００６６】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３について説明する。図１４は、本実施の形態３に係る温度測定装置３００の要部を示すブロック図である。温度測定装置３００は、温度測定装置１００と同様の構成要素を有しているが、図１４に示すように、電磁場信号送信器３と電磁場信号受信器４とを測定対象である金属板Ｐと同じ側に配置しており、その反対側には反射板１１を配置している点が異なる。
【００６７】
この温度測定装置３００では、温度測定装置１００と同様に、電磁場信号送信器３が、励磁電流信号Ｓ３によって交流の電磁場信号Ｓ４を発生し、金属板Ｐに向かって送信する。しかしながら、温度測定装置１００とは異なり、送信され、金属板Ｐの内部を通過した電磁場信号Ｓ４は、反射板１１で反射されて再び金属板Ｐの内部を通過し、電磁場信号受信器４に到達する。そして、電磁場信号受信器４は電磁場信号Ｓ４を受信し検出電流信号Ｓ５を出力する。
【００６８】
この温度測定装置３００では、電磁場信号Ｓ４が金属板Ｐの内部を２度通過するので、電磁場信号Ｓ４が金属板Ｐの内部を伝搬する時間も２倍となる。したがって、基準電磁場信号の伝搬時間と測温用電磁場信号の伝搬時間との時間差も大きくなるので、より正確な温度測定が可能となる。なお、反射板１１としては、反射による電磁場信号Ｓ４の強度の減衰を抑制するため、銅板等の導電率が高いものを用いることが好ましい。
【００６９】
以上説明したように、本発明によれば、基準電磁場信号と測温用電磁場信号との伝搬時間差をもとに導電体の温度を測定するので、より高精度な温度測定ができる導電体の温度測定方法および温度測定装置を実現できる。したがって、本発明によれば、これまで測定ができなかったことで、現象がよくわからなかった対象の温度情報が高精度に得られるようになる。その結果、科学、工学（製造ライン）の理解が進む、製造ラインでの制御が容易になるなどのメリットが得られる。
【符号の説明】
【００７０】
１  ファンクションジェネレータ
２、５  増幅器
３  電磁場信号送信器
３ａ、４ａ、１０ａ  コの字形コア
３ｂ、１０ｂ  励磁コイル
４  電磁場信号受信器
４ｂ  検出コイル
６  時間差測定装置
７  時間差−温度換算装置
９  制御器
１０  直流磁化器
１１  反射板
８１〜８３  区間
１００〜３００  温度測定装置
Ａｒ１、Ａｒ２  矢印
Ｌ１  線
Ｐ  金属板
Ｓ１  励磁電圧信号
Ｓ２  参照電流信号
Ｓ３、Ｓ８  励磁電流信号
Ｓ３ａ  搬送波
Ｓ３ｂ、Ｓ５１ｂ、Ｓ５２ｂ  包絡線
Ｓ４、Ｓ９  電磁場信号
Ｓ５、Ｓ５１、Ｓ５２、Ｓ１０、Ｓ１０１、Ｓ１０２  検出電流信号
Ｓ６  増幅電流信号
Ｓ７  時間差情報信号
Ｓ８ａ、Ｓ１０１ａ、Ｓ１０２ａ  連続波形
Ｓ１１  直流電流信号
Δｔ１、Δｔ２  時間差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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