(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波〜ミリ波帯域に属する放射電磁波の大きさと鋼材の表面温度とが線形関係となる状態に対応する厚みである５μｍ以上のマグネタイト層が鋼材の表面に成長するために要する時間が経過した後に、前記鋼材から放射される放射波のうち、マイクロ波〜ミリ波帯域に属する電磁波を検波する放射波検波ステップと、
予め生成されたマイクロ波〜ミリ波帯域に属する放射電磁波の大きさと前記鋼材の表面温度との相関関係を示した相関関係情報と、検波された前記マイクロ波〜ミリ波帯域に属する電磁波の大きさと、を用いて、検波された前記マイクロ波〜ミリ波帯域に属する電磁波の大きさから前記鋼材の表面温度を算出する温度算出ステップと、
を含むことを特徴とする、鋼材温度測定方法。
【請求項２】
前記放射波検波ステップでは、前記マイクロ波〜ミリ波帯域に属する電磁波として、１ＧＨｚ〜２００ＧＨｚの周波数を有する電磁波を検波することを特徴とする、請求項１に記載の鋼材温度測定方法。
【請求項３】
前記放射波検波ステップでは、直接検波方式又はヘテロダイン方式で前記マイクロ波〜ミリ波帯域に属する電磁波を検波することを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋼材温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼材表面の温度を測定するために、可視光〜赤外光帯域の光を利用した放射温度計が一般的に利用されている。しかしながら、これらの波長領域の光は、ダストやミストや蒸気の存在下では大きく散乱あるいは吸収されるため、鋼材から放射されるこれらの波長帯域の光の強度が大きく減衰することとなり、結果として、鋼材の正確な温度を測定することはできない。また、放射温度計の測定パス上に存在する蒸気等を除去するために、ブロア噴射を行うことも考えられるが、蒸気等を十分に除去することは困難であり、安定性に欠けるという問題がある。
【０００３】
ダスト、ミスト、蒸気等が存在するような悪環境下で鋼材表面の温度を測定するためには、例えば熱電対等の接触式の温度測定機器を利用して、かかる温度測定機器を鋼材に押し当てることも考えられるが、鋼材の製造ライン上でこのような操作を実施すると、冷却エアやミスト等の流れを阻害する可能性があるため、バッチ処理にしか適用できないという問題がある。また、鋼材の温度計を押し当てた部位を局所的に冷却して鋼材の品質低下を招く可能性もある。更に、かかる方式による温度測定は、測定精度が温度測定機器の接触状態に大きく依存するため、正確な温度測定が困難であるという問題も存在する。
【０００４】
また、可視光〜赤外光帯域の光を利用した方法以外に非接触で測定対象物の温度を測定する方法としては、例えば以下の特許文献１及び特許文献２には、マイクロ波放射温度計を利用した放射測温方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−２３００３４号公報
【特許文献２】特開昭６１−２３００３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に開示されている方法では、マイクロ波放射温度計の測定精度を向上させるために、マイクロ波の受信用アンテナと比較用アンテナという２種類のアンテナを用いて測定を行うことが必要であり、測定対象物も溶鋼及び水に限定されており、鋼材の表面温度測定については何ら開示されていない。従って、上記特許文献１及び特許文献２に記載の方法では、かかる方法を適用可能な測定対象物及び測定環境に限りがあるという問題があった。
【０００７】
また、鋼材が製造される各工程では、ミスト、蒸気、ダスト等が存在する状況が多く、かかる状況下においても、非接触で鋼材の表面温度を測定可能な方法が希求されている。
【０００８】
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、ミスト、蒸気、ダストの存在下であっても、非接触で鋼材の表面温度を測定することが可能な、鋼材温度測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、マイクロ波〜ミリ波帯域に属する放射電磁波の大きさと鋼材の表面温度とが線形関係となる状態に対応する厚みである５μｍ以上のマグネタイト層が鋼材の表面に成長するために要する時間が経過した後に、前記鋼材から放射される放射波のうち、マイクロ波〜ミリ波帯域に属する電磁波を検波する放射波検波ステップと、予め生成されたマイクロ波〜ミリ波帯域に属する放射電磁波の大きさと前記鋼材の表面温度との相関関係を示した相関関係情報と、検波された前記マイクロ波〜ミリ波帯域に属する電磁波の大きさと、を用いて、検波された前記マイクロ波〜ミリ波帯域に属する電磁波の大きさから前記鋼材の表面温度を算出する温度算出ステップと、を含む鋼材温度測定方法鋼材温度測定方法が提供される。
【００１１】
前記放射波検波ステップでは、前記マイクロ波〜ミリ波帯域に属する電磁波として、１ＧＨｚ〜２００ＧＨｚの周波数を有する電磁波を検波することが好ましい。
【００１２】
前記放射波検波ステップでは、直接検波方式又はヘテロダイン方式で前記マイクロ波〜ミリ波帯域に属する電磁波を検波してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明によれば、マイクロ波〜ミリ波帯域に属する放射電磁波の大きさと鋼材の表面温度とが線形関係となる状態の厚みを有するマグネタイト層が成長した鋼材から放射されるマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波を検波して、検波した電磁波の大きさに基づいて鋼材の表面温度を算出するため、ミスト、蒸気、ダストの存在下であっても、非接触で鋼材の表面温度を測定することが可能となる。また、かかる環境下であっても非接触で鋼材の表面温度の測定が可能となるため、鋼材の表面温度を連続的に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】プランクの輻射法則について説明するためのグラフ図である。
【図２】マイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波と温度との関係を示したグラフ図である。
【図３】電磁波の受信強度について説明するための説明図である。
【図４Ａ】粉塵量とマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波の透過率との関係について説明するための説明図である。
【図４Ｂ】粉塵量とマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波の透過率との関係を示したグラフ図である。
【図５Ａ】ミスト噴射とマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波の透過率との関係について説明するための説明図である。
【図５Ｂ】ミスト噴射とマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波の受信強度との関係を示したグラフ図である。
【図６】蒸気の有無とマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波の受信強度との関係を示したグラフ図である。
【図７】鋼材温度とマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波の信号強度との関係を示したグラフ図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る鋼材温度測定装置の構成を示したブロック図である。
【図９】マイクロ波の波長と散乱強度との関係を示したグラフ図である。
【図１０Ａ】同実施形態に係る放射波検波装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図１０Ｂ】同実施形態に係る放射波検波装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図１１】同実施形態に係る演算処理装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図１２】同実施形態に係る鋼材温度算出処理を説明するための説明図である。
【図１３】同実施形態に係る鋼材温度測定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成を示したブロック図である。
【図１５】本発明の第１実施例について説明するためのグラフ図である。
【図１６】本発明の第１実施例について説明するためのグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
（マイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波に対する検討）
以下では、本発明の実施形態に係る鋼材温度測定方法及び鋼材温度測定装置について説明するに先立ち、図１〜図７を参照しながら、本発明者らが行ったマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波に対する検討内容について詳細に説明する。
【００１８】
物体は、その温度に応じた波長及び強度を有する電磁波を放射していることが知られている。従って、物体から放射される電磁波を利用することで、着目している物体の温度を測定することが可能となる。このような放射測温技術における測定原理は、プランクの輻射法則に基づいており、以下の式１に示すように、黒体からの電磁波の放射量は温度と波長とに依存することを示した理論式が存在する。
【００１９】
【数１】
0005760750.tif 000002
【００２０】
ここで、上記式１において、
Ｂｖ：完全放射体の分光放射輝度［Ｗ・ｓｒ−１・ｍ−３］
ｈ：プランク定数［Ｊ・ｓ］
ν：振動数［Ｈｚ］
ｃ：光速［ｍ／ｓ］
ｋ：ボルツマン定数［Ｊ／Ｋ］
Ｔ：温度［Ｋ］
である。
【００２１】
図１は、温度Ｔを１００℃〜１０００℃まで変化させた場合における分光放射輝度Ｂｖの値を図示したグラフ図である。図１から明らかなように、可視光〜近赤外光帯域（波長１μｍ〜１０μｍ程度の範囲）については強い輻射が存在するため、従来の放射測温技術では、可視光〜近赤外光帯域の光を用いて、温度の測定がなされている。
【００２２】
図１において斜線で示した領域に該当するマイクロ波帯域では、赤外光帯域に比べて１０−１０程度の分光放射輝度しか存在していない。また、式１に示したプランクの輻射式は、マイクロ波〜ミリ波帯域のような長波長帯域では、以下の式２で表されるような近似式（レイリー・ジーンズの式）が成立することが知られており、かかる波長帯域では、図２に示したように、分光放射輝度の大きさが温度に比例して増加する放射が発生する。ここで、下記式２において、λは、振動数ν［Ｈｚ］を有する電磁波の波長［ｍ］を表している。
【００２３】
【数２】
0005760750.tif 000003
【００２４】
このようなマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波は、図３に示したように、アンテナで検波することで測定する。アンテナによって受信されるマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波の強度Ｓは、アンテナの受信面積をＡｅとし、立体角をΩＡとし、黒体放射源からの分光放射輝度をＢｖとすると、以下の式３のように表される。
【００２５】
【数３】
0005760750.tif 000004
【００２６】
上記式３からも明らかなように、検波される信号の強度は、マイクロ波〜ミリ波帯域に属する電磁波の放射率（すなわち、分光放射輝度Ｂｖ）の変化に敏感であり、分光放射輝度がわずかに変化しても、観測される信号強度は大きく変化することとなる。
【００２７】
このように、従来放射測温技術で着目されている可視光〜近赤外光帯域の光に比べ、マイクロ波〜ミリ波帯域に属する電磁波は、放射輝度が小さく、かつ、放射輝度の変化に敏感であるという特徴を有するため、上記特許文献１及び特許文献２で開示されているように、基準温度源との比較を行いながら、特定の測定環境下で温度測定に利用されてきた。
【００２８】
しかしながら、本発明者らは、以下で詳述するように、マイクロ波〜ミリ波帯域に属する電磁波について鋭意検討を行った結果、マイクロ波〜ミリ波帯域に属する放射電磁波が、ダスト、ミスト及び蒸気の存在下であっても、これらの要因に影響を受けづらいという知見を得ることができた。以下、本発明者らによって得られた新たな知見について、図４Ａ〜図６を参照しながら、具体的に説明する。
【００２９】
［ダスト存在下における電磁波の透過率について］
図４Ａに示したように、本発明者らは、幅７００ｍｍの容器内に、製鉄プロセス中で発生する各種ダスト（例えば、鉄粉、酸化鉄粉末、各種粉塵等）を、粉塵量を変えながら充填し、かかる容器を透過するマイクロ波の透過率を測定した。かかる測定では、２２ＧＨｚのマイクロ波を発振可能な発振器と、マイクロ波を検波する受振ホーン及びパワーメータからなる検波装置とを、容器を挟んで１０００ｍｍの離隔距離で配置し、透過率を測定した。この測定に際し、粉塵量は、０（ｇ／０．１ｍ３）から３５（ｇ／０．１ｍ３）まで変化させた。ここで、３５（ｇ／０．１ｍ３）という粉塵量は、例えば転炉内において視界がゼロである等といった、製鉄所内の様々な環境の中でも劣悪な部類の状況を大きく超えた値である。
【００３０】
得られた測定結果を、図４Ｂに示した。図４Ｂにおいて、横軸は粉塵量であり、縦軸は、２２ＧＨｚのマイクロ波の透過率である。図４Ｂから明らかなように、３５（ｇ／０．１ｍ３）という粉塵量であっても透過率の低下は２％程度となった。かかる結果は、鋼材の製造プロセスにおける通常の粉塵量では透過率の低下は１％程度であることを考えると、マイクロ波はダスト存在下であってもダストの影響を受けづらいことを示している。他方、従来用いられているような可視光〜近赤外光帯域に属する光は、ダストが存在する場合には、かかるダストによって散乱されてしまうため、透過率の低下は、マイクロ波における２％よりもはるかに大きな値となる。
【００３１】
また、図４Ａ及び図４Ｂに示した例では、２２ＧＨｚのマイクロ波を例にとって検証を行ったが、他の周波数のマイクロ波やミリ波であっても、同様の結果を得ることができた。
【００３２】
［ミスト存在下における電磁波の強度について］
次に、図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら、ミスト存在下におけるマイクロ波の受信強度の変化について、具体的に説明する。本発明者らは、図５Ａに示したようなマイクロ波測定機器を利用し、マイクロ波の伝播経路上に鋼材の製造工程で用いられるミスト供給ノズルを設けて、ミスト噴射の有無とマイクロ波の受信強度との関係について検討を行った。
【００３３】
より詳細にマイクロ波の測定方法を説明すると、以下の通りである。
マイクロ波の放射源は、３００℃程度に加熱した寸法１５０ｍｍ×１００ｍｍ×５０ｍｍｔの普通鋼（普通鋼の表面には、既にスケールが成長している。）である。かかる鋼材の表面に対向するように、７０ＧＨｚ帯ヘテロダイン方式のマイクロ波受信器を設置した。また、マイクロ波受信器を配置した側の面と反対側の鋼材表面には、鋼材温度が一定になるように、加熱機を配置した。また、鋼材及びマイクロ波受信器の上方にミスト供給ノズルを設置した。以上のような測定環境下において、鋼材から放射されるマイクロ波放射をマイクロ波受信器で受信しながら、ミスト噴射をオン／オフしたときの信号変化を観測した。
【００３４】
図５Ｂは、ミスト噴射の有無とマイクロ波の受信強度との関係を示したグラフ図である。図５Ｂに示したグラフ図において、横軸は、測定の際の経過時間であり、縦軸は、検波したマイクロ波の受信強度（ｍＶ）である。図５Ｂに示したグラフ図において、１５０秒〜２５０秒の間、ミスト供給ノズルから伝播経路上にミストを噴射し続けた。
【００３５】
得られた結果から明らかなように、ミスト噴射期間とミスト未噴射期間とでは、マイクロ波の受信強度に変化は見られない。かかる結果は、マイクロ波はミスト存在下であってもミストの影響を受けないことを示している。他方、従来用いられているような可視光〜近赤外光帯域に属する光は、ミストが存在する場合、かかるミストによって散乱されてしまい、ミストが存在することによって大きく影響を受けることとなる。
【００３６】
［蒸気存在下における電磁波の強度について］
次に、図６を参照しながら、蒸気存在下におけるマイクロ波の受信強度の変化について、具体的に説明する。本発明者らは、熱電対を埋め込んだ同一種類の普通鋼（３００ｍｍ×３００ｍｍ×５０ｍｍ）２つを加熱炉内で１０００℃まで加熱したのち、大気中に取り出して自然放冷しながら７０ＧＨｚのマイクロ波放射強度を検波した。
【００３７】
ここで、一方の普通鋼（以下、便宜的に鋼材Ａと称する。）については、蒸気が存在しない条件下で放冷及び測定を実施した。また、もう一方の普通鋼（以下、便宜的に鋼材Ｂと称する。）については、熱電対の温度が７５０〜７００℃の範囲では、鋼材Ｂが多量の蒸気中に存在するようにし、熱電対の温度が７００〜６５０℃の範囲では、鋼材Ｂが少量の蒸気中に存在するようにした。その上で、（鋼材Ｂのマイクロ波放射強度／鋼材Ａのマイクロ波放射強度）で表される信号強度比を算出し、算出結果を熱電対による測定温度に対してプロットした。
【００３８】
得られた結果を図６に示す。図６の横軸が熱電対による測定温度を表しており、縦軸が算出した信号強度比を表している。
図６から明らかなように、蒸気の有無に関わらず信号強度比は１．００近傍の値で推移しており、マイクロ波は蒸気存在下であっても蒸気による影響を受けないことを示している。
【００３９】
以上、図４Ａ〜図６に示した結果より、マイクロ波帯域の電磁波は、ダスト、ミスト、蒸気が存在している状況下であっても、これらの要因に影響を受けづらいということが明らかとなった。また、ミリ波帯域の電磁波についても、マイクロ波帯域の電磁波と同様の知見を得ることができた。
【００４０】
これらの知見は、本発明者らによる検討の結果初めて明らかとなった知見である。本発明者らは、このような知見をもとに、マイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波を、ダスト、ミスト、蒸気が存在する状況下での鋼材の表面温度測定に適用することに想到した。
【００４１】
（鋼材表面の酸化状態と放射されるマイクロ波〜ミリ波帯域の放射電磁波との関係）
続いて、本発明者らは、温度測定対象である鋼材と、かかる鋼材から放射されるマイクロ波〜ミリ波帯域の放射電磁波との関係について、検討を行った。以下では、その検討結果について、具体的に説明を行う。
【００４２】
温度測定対象である鋼材は、スラブ等の塊状物が圧延されることで成形されるものである。かかる成形過程において表面は大気中で自然酸化されており、途中過程において鋼材表面のデスケーリング（剥離）処理が実施される。このように、鋼材の製造プロセスにおいて、その表面状態は大きく変化するものである。
【００４３】
そこで、本発明者らは、酸化膜が存在しない状態の鋼材を無酸化炉で加熱した後に大気中に取り出して自然放冷させて、酸化膜の成長状態とマイクロ波〜ミリ波放射との相関について、測定を行った。その結果、以下で詳述するように、鋼材は、酸化膜が表面に形成されていない地鉄状態では放射輝度が非常に低いものの、酸化膜の成長過程で発生したファイアライト（２ＦｅＯ−ＳｉＯ２）によって過渡的に放射輝度が上昇し、酸化膜（マグネタイト：Ｆｅ３Ｏ４）厚が所定厚み以上になると、安定した放射輝度を有することが明らかとなった。
【００４４】
図７は、熱電対を埋め込んだ普通鋼（２００ｍｍ×２００ｍｍ×１０ｍｍ）を、酸化膜が成長しないようにＮ２雰囲気中で９５０℃まで加熱した後、大気中に取り出して自然放冷しながら７０ＧＨｚのマイクロ波放射強度を測定した結果である。また、同一条件で加熱した普通鋼を、水を用いてクエンチして酸化膜の成長を停止させ、広角Ｘ線回折法及び断面検鏡で表面の酸化膜状態を実測した結果（すなわち、マグネタイト層の厚み）を併記している。
【００４５】
図７から明らかなように、無酸化炉から鋼材を取りだした状態では、放射輝度の値は小さな値となっているが（図中の領域（１）に対応）、放射輝度はその後急激に上昇し、ある段階で放射輝度は低下していく（図中の領域（２）に対応）。放射輝度がある程度低下すると、その後は、放射輝度は一定の割合で減少していく（図中の領域（３）に対応）という挙動を示す。
【００４６】
各領域に該当している鋼材を広角Ｘ線回折法により分析を行った結果、領域（２）において放射輝度が急激に上昇している部分では、地鉄表面にファイアライト層が成長している状態であり、領域（２）において放射輝度が低下している部分は、ファイアライト層上にマグネタイト層が成長し始めた状態であり、領域（３）に該当する部分は、マグネタイト層が成長している状態に対応することが明らかとなった。
【００４７】
また、各領域におけるマグネタイト層の層厚を断面検鏡により測定した結果、領域（３）に該当する放射輝度の大きさが温度と線形関係にある領域は、マグネタイト層が約５μｍ以上に成長した状態に対応していることが明らかとなった。
【００４８】
ここで、鋼材の地鉄上にまずファイアライト層が成長し、その後マグネタイト層が成長していくという表面酸化過程は、製造された鋼材が大気中で自然放冷されることにより、一般的に生じている過程である。
【００４９】
また、鋼材表面に成長していくマグネタイト層は、一定の成長速度で成長していくわけではなく、時間の経過とともに成長速度は低下していくと考えられる。しかしながら、図７に示した測定結果から明らかなように、マグネタイト層の厚みが約５μｍ以上となる領域（３）では、マグネタイト層の成長速度によらず、マイクロ波〜ミリ波帯域の放射電磁波の大きさと温度とが線形関係となっている。
【００５０】
放射輝度の大きさと温度とが線形関係にない領域（すなわち、領域（１）及び領域（２）に対応する領域）では、ある放射輝度の値に対応するグラフ上の横軸が、測定結果を表す曲線と複数の点で交差してしまうため、放射輝度の値から一意的に温度を特定することができない。しかしながら、放射輝度の大きさが温度と線形関係にある領域（すなわち、領域（３）に対応する領域）では、ある放射輝度の値に対応するグラフ上の横軸は、測定結果を表す曲線と１点で交差するため、放射輝度の値から一意的に温度を特定することが可能となる。
【００５１】
以上説明したような知見から、本発明者らは、マイクロ波〜ミリ波帯域に属する電磁波の放射輝度が温度と線形関係となる範囲のマグネタイト層（具体的には、厚み約５μｍ以上のマグネタイト層）が鋼材表面に成長していれば、マイクロ波〜ミリ波帯域に属する電磁波の検波結果（すなわち、電磁波の受信強度）から鋼材の表面温度を測定可能であることに想到した。
【００５２】
本発明者らは、以上説明したような各種の知見を利用することで、鋼材から放射されるマイクロ波〜ミリ波の電磁波を検波し、検波した電磁波の強度を利用して鋼材の表面温度を一意的に特定可能であることに想到し、以下で説明するような、本発明の実施形態に係る鋼材温度測定装置及び鋼材温度測定方法に想到した。
【００５３】
（第１の実施形態）
＜鋼材温度測定装置の構成について＞
続いて、図８を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る鋼材温度測定装置の構成について、詳細に説明する。図８は、本実施形態に係る鋼材温度測定装置の構成を示した説明図である。
【００５４】
本実施形態に係る鋼材温度測定装置１０は、測定対象物である鋼材から放射される放射波のうち、マイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波を検波して、検波したマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波の大きさから、鋼材の表面温度を特定する装置である。
【００５５】
そのため、測定対象物である鋼材を測定する際には、鋼材の表面に、放射電磁波の大きさが温度と線形関係となる範囲に対応する厚み（例えば、５μｍ以上の厚み）を有するマグネタイト層が形成されているようにする。
【００５６】
所定厚み以上のマグネタイト層が鋼材表面に形成されているか否かについては、本実施形態に係る鋼材温度測定装置１０による測定に先立って、各種の表面状態解析を実施することで判断することも可能であり、過去の操業データ等を利用して、大気中に取り出してからｘ秒後であれば所定厚み以上のマグネタイト層が形成されているという知見を抽出し、所定厚みのマグネタイト層が形成されるために要する時間を特定することで判断するようにしてもよい。
【００５７】
ここで、上記表面状態解析機能は、本実施形態に係る鋼材温度測定装置１０に実装されていてもよく、鋼材温度測定装置１０と相互に通信可能な他の機器に実装されていてもよい。また、所定厚みのマグネタイト層が形成されるために要する時間が経過したか否かを判断する機能は、本実施形態に係る鋼材温度測定装置１０に実装されていてもよく、鋼材温度測定装置１０と相互に通信可能な他の機器に実装されていてもよい。
【００５８】
なお、上述の例はあくまでも一例であって、上記以外の方法を利用して、所定厚み以上のマグネタイト層が表面に形成されているか否かを判断してもよい。
【００５９】
本実施形態に係る鋼材温度測定装置１０は、図８に例示したように、マイクロ波〜ミリ波帯域の放射電磁波の大きさが鋼材の表面温度と線形関係となる状態に対応する厚み以上（例えば５μｍ以上）のマグネタイト層が成長した鋼材から放射される放射波を検波する放射波検波装置１００と、放射波検波装置１００による検波結果を利用して鋼材の表面温度を算出する演算処理装置２００と、を主に備える。
【００６０】
放射波検波装置１００は、鋼材から放射される放射波のうち、マイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波を検波する装置である。放射波検波装置１００は、鋼材から放射されるマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波を受信するアンテナと、アンテナからの出力信号に対して各種の処理を実施する装置群と、を有するものである。放射波検波装置１００が、マイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波を検波する方式は、着目する電磁波の波長又は周波数に応じて適宜選択すればよいが、例えば、直接検波方式やヘテロダイン方式等を利用することが可能である。放射波検波装置１００は、鋼材から放射された放射波に含まれるマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波の検波結果を示した信号を、後述する演算処理装置２００に出力する。
【００６１】
ここで、本実施形態に係る放射波検波装置１００は、上記マイクロ波〜ミリ波帯域の放射電磁波として、１ＧＨｚ〜２００ＧＨｚの周波数を有する電磁波を検波することが好ましい。周波数が１ＧＨｚ未満である電磁波を検波する場合には、放射波検波装置１００に含まれるアンテナサイズが１ｍ以上の大型装置となるとともに、放射波検波装置１００の測定領域も大きくなってしまい、鋼材の製造プロセス内に設置することが困難となってしまう。また、周波数が２００ＧＨｚ超過である電磁波は、粒子サイズが数百μｍであるダストや水滴による散乱の影響が大きくなるとともに、放射波検波装置１００を構成する部品のコストも増加することとなり、好ましくない。
【００６２】
以下、図９を参照しながら、周波数の上限値を２００ＧＨｚとすることが好ましい理由について、具体的に説明する。図９は、鋼材の製造プロセスで発生する鉄粉のような導電体を含む粉塵を対象とした場合における、レイリー散乱理論式に基づく散乱強度の算出結果を示したグラフ図である。図９において、横軸は電磁波の波長であり、波長１．５ｍｍが周波数２００ＧＨｚに相当する。図９に示した３種類のプロットのいずれにおいても、粉塵の粒子径が一定であれば、高周波になるほど散乱性が増加しており、粒子径が大きくなるにつれて同一波長での散乱性が増加していることがわかる。
【００６３】
他方、鋼材の製造プロセスでは、粒子径が０．５ｍｍ程度までの粉塵が発生すると考えられ、図９に示した結果では、波長１．５ｍｍよりも高周波では、散乱強度が著しく増大していることがわかる。従って、着目する電磁波の周波数の上限値を２００ＧＨｚ程度とすることで、電磁波の透過性を損なうことなく、測定領域又はアンテナサイズを小さくすることが可能となる。
【００６４】
なお、本実施形態に係る放射波検波装置１００の具体例については、以下で改めて詳細に説明する。
【００６５】
演算処理装置２００は、放射波検波装置１００から出力された検波結果を示した信号を利用し、マイクロ波〜ミリ波帯域の放射電磁波の大きさと鋼材の表面温度との相関関係を示した相関関係データに基づいて、測定対象物である鋼材の温度を算出する。
【００６６】
ここで、本実施形態に係る演算処理装置２００の具体的な構成については、以下で改めて詳細に説明する。
【００６７】
なお、図１の記載では、放射波検波装置１００と演算処理装置２００とが異なる装置として実現されているように記載しているが、放射波検波装置１００と演算処理装置２００とは一体に形成されていてもよい。すなわち、放射波検波装置１００が演算処理装置２００により実現される機能を有していてもよく、演算処理装置２００に放射波を検波する装置が実装されていてもよい。
【００６８】
また、放射波検波装置１００と演算処理装置２００とは、所定のケーブル等を利用して直接接続されていてもよく、インターネットやローカルネットワーク等の各種ネットワークを介して有線通信又は無線通信により接続されていてもよい。
【００６９】
［放射波検波装置の構成について］
続いて、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照しながら、本実施形態に係る放射波検波装置１００の具体例について説明する。図１０Ａは、直接検波方式を利用した放射波検波装置１００の構成を示した説明図であり、図１０Ｂは、ヘテロダイン方式を利用した放射波検波装置１００の構成を示した説明図である。
【００７０】
○直接検波方式を利用した放射波検波装置
まず、図１０Ａを参照しながら、直接検波方式を利用した放射波検波装置１００の構成例について説明する。
直接検波方式による放射波検波装置１００は、アンテナ１０１、アイソレータ１０３、ＳＰＤＴスイッチ１０５、基準温度源１０７、可変減衰器１０９、ドライバ１１１、ＲＦアンプ１１３、フィルタ１１５、検波器１１７、アンプ１１９及びロックインアンプ１２１を主に備える。
【００７１】
アンテナ１０１は、測定対象物である鋼材から放射される放射波のうち、マイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波を受信するものである。アンテナ１０１は、着目する電磁波を受信可能なように鋼材に対して設置され、好ましくは、測定対象物である鋼材と対向するように設置される。アンテナ１０１は、鋼材の測定エリアや検波したい電磁波の周波数に応じて設計すればよく、ホーン型やカセグレン型のものを利用することが可能である。アンテナ１０１によって検波されたマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波は、アイソレータ１０３へと出力される。
【００７２】
アイソレータ１０３は、アンテナ１０１により検波された電磁波に関する信号を後述するＳＰＤＴスイッチ１０５へと出力する一方で、放射波検波装置１００内で発生した反射波はアンテナ１０１へと出力させないように機能する素子である。かかるアイソレータ１０３を、アンテナ１０１とＳＰＤＴスイッチ１０５との間に設けることで、アンテナ１０１に反射波というノイズが重畳することを防止することが可能となる。
【００７３】
ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ：単極双投）スイッチ１０５は、スイッチング素子の一種であり、アンテナ１０１が受信した受信信号と、可変減衰器１０９を介して基準温度源１０７から出力されたノイズ信号とが入力される。かかるＳＰＤＴスイッチ１０５は、後述するドライバ１１１により、受信信号とノイズ信号のどちらを外部へ出力するかが制御される。
【００７４】
基準温度源１０７は、熱雑音の基準となるノイズ信号を出力するものであり、基準温度源１０７から出力された温度基準となるノイズ信号は、可変減衰器１０９へと出力される。可変減衰器１０９は、基準温度源１０７から出力されたノイズ信号を、受信信号と同レベルとなるように調整し、ＳＰＤＴスイッチ１０５へと出力する。
【００７５】
ドライバ１１１は、ＳＰＤＴスイッチ１０５から出力される信号の切り替えを行うデバイスである。ドライバ１１１は、アンテナ１０１が受信した受信信号を後述するＲＦアンプ１１３へと出力させるとともに、可変減衰器１０９から出力されたノイズ信号を、後述するロックインアンプ１２１に参照信号（Ｒｅｆ）として出力する。ＳＰＤＴスイッチ１０５のスイッチング周波数は、着目するマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波の周波数に応じて適宜設定すればよいが、例えば４０Ｈｚ程度と設定することができる。
【００７６】
ＲＦアンプ（高周波アンプ）１１３は、ＳＰＤＴスイッチ１０５から出力された受信信号を増幅させる。ＲＦアンプ１１３により増幅された受信信号は、フィルタ１１５へと出力される。
【００７７】
フィルタ１１５は、ＲＦアンプ１１３から出力された受信信号のうち、特定の周波数範囲の受信信号を透過させるデバイスである。フィルタ１１５によりフィルタリングされた受信信号は、検波器１１７へと出力される。
【００７８】
検波器１１７は、フィルタ１１５から出力された特定の周波数範囲の信号を電圧信号へと変換して、アンプ１１９へと出力する。アンプ１１９は、検波器１１７から出力された電圧信号を増幅して、ロックインアンプ１２１へと出力する。
【００７９】
ロックインアンプ１２１は、アンプ１１９から出力された電圧信号と、ドライバ１１１から出力された参照信号との差分を検出し、この差分に対応する信号を、マイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波の検波結果を示す信号として演算処理装置２００へと出力する。
【００８０】
以上説明したようなデバイスが連携して機能することにより、測定対象物である鋼材から放射された放射波のうち、マイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波が検波され、演算処理装置２００へと出力されることとなる。
【００８１】
なお、図１０Ａに示したような直接検波方式を利用した放射波検波装置１００は、着目する電磁波の周波数が４０ＧＨｚ未満の場合に用いることが好ましい。着目する電磁波の周波数が４０ＧＨｚ以上である場合には、以下で説明するヘテロダイン方式を利用した放射波検波装置１００を用いることが好ましい。
【００８２】
○ヘテロダイン方式を利用した放射波検波装置
次に、図１０Ｂを参照しながら、ヘテロダイン方式を利用した放射波検波装置１００の構成例について説明する。
ヘテロダイン方式による放射波検波装置１００は、アンテナ１０１、アイソレータ１０３、ＳＰＤＴスイッチ１０５、基準温度源１０７、可変減衰器１０９、ドライバ１１１、検波器１１７、アンプ１１９、ロックインアンプ１２１、発振器１５１、可変減衰器１５３、ミキサ１５５、フィルタ１５７及びＩＦアンプ１５９を主に備える。
【００８３】
ここで、アンテナ１０１、アイソレータ１０３、基準温度源１０７、可変減衰器１０９、ドライバ１１１、アンプ１１９及びロックインアンプ１２１は、直接検波方式による放射波検波装置１００における各デバイスと同様の機能を有し、同様の効果を奏するものであるため、詳細な説明は省略する。
【００８４】
また、ＳＰＤＴスイッチ１０５は、アンテナ１０１が受信した受信信号を、後述するミキサ１５５に出力する以外は、直接検波方式による放射波検波装置１００のＳＰＤＴスイッチ１０５と同様の機能を有し、同様の効果を奏するものであるため、詳細な説明は省略する。
【００８５】
発振器１５１は、ＳＰＤＴスイッチ１０５から出力される受信信号をダウンコンバートするためのローカル信号を発振する機器である。ローカル信号の周波数は、着目する電磁波の周波数帯域に応じて、適宜設定すればよい。発振器１５１から出力されたローカル信号は、必要に応じて可変減衰器１５３で調整された後に、ミキサ１５５へと入力される。
【００８６】
ミキサ１５５は、ＳＰＤＴスイッチ１０５から出力された受信信号と、発振器１５１から出力されたローカル信号とを混合することで受信信号をダウンコンバートし、フィルタ１５７へと出力する。
【００８７】
フィルタ１５７は、ミキサ１５５から出力された信号のうち、着目する電磁波の周波数帯域に該当する信号を透過させるデバイスである。フィルタ１５７によりフィルタリングされた信号は、ＩＦアンプ１５９へと出力される。
【００８８】
ＩＦアンプ（中間周波数アンプ）１５９は、フィルタ１５７から出力された信号のうち、受信信号とローカル信号との差周波に対応する信号を増幅させる。増幅された信号は、検波器１１７へと出力される。
【００８９】
検波器１１７は、ＩＦアンプ１５９から出力された信号を電圧信号へと変換する以外は、直接検波方式による放射波測定装置１００の検波器１１７と同様の機能を有し、同様の効果を奏するものであるため、詳細な説明は省略する。
【００９０】
以上説明したようなヘテロダイン方式の放射波検波装置１００を利用して、９０ＧＨｚ〜９８ＧＨｚの周波数を有する電磁波を検波する場合を考える。かかる場合、フィルタ１５７が透過させる周波数の帯域は、９０ＧＨｚ〜９８ＧＨｚと設定することができる。また、発振器１５１が発振するローカル周波数を１００ＧＨｚと設定することで、中間周波数ＩＦは、２ＧＨｚ〜１０ＧＨｚとなるため、ＩＦアンプ１５９として、２ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ程度を帯域とするものを利用すればよい。
【００９１】
以上説明したようなデバイスが連携して機能することにより、測定対象物である鋼材から放射された放射波のうち、マイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波が検波され、演算処理装置２００へと出力されることとなる。
【００９２】
以上、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照しながら、本実施形態に係る放射波検波装置１００の具体例について説明した。
【００９３】
［演算処理装置の構成について］
続いて、図１１を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２００の構成について説明する。図１１は、本実施形態に係る演算処理装置２００の構成の一例を示したブロック図である。
【００９４】
図１１に示したように、本実施形態に係る演算処理装置２００は、データ取得部２０１と、温度算出部２０３と、算出温度出力部２０５と、表示制御部２０７と、記憶部２０９と、を備える。
【００９５】
データ取得部２０１は、例えば、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。データ取得部２０１は、放射波検波装置１００から出力された、マイクロ波〜ミリ波帯域の放射電磁波の検波結果を示したデータ（例えば、上記電磁波の受信電圧を示すデータなど）を取得する。その後、データ取得部２０１は、取得した電磁波の検波結果を示したデータ（以下、検波データとも称する。）を、後述する温度算出部２０３へと出力する。
【００９６】
また、データ取得部２０１は、取得した電磁波の検波結果を示したデータに、当該データを取得した日時等の時刻情報を関連付けて、履歴情報として後述する記憶部２０９に記録してもよい。
【００９７】
温度算出部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。温度算出部２０３は、データ取得部２０１から出力された検波データと、予め生成されたマイクロ波〜ミリ波帯域に属する放射電磁波の大きさと鋼材の表面温度との相関関係を示した相関関係情報と、を用いて、検波された電磁波の大きさから鋼材の表面温度を算出する。
【００９８】
ここで、温度算出部２０３が利用する相関関係情報は、鋼材に対する放射波検波装置１００の配置条件を予め決定したうえで、決定した配置条件を保ちながら加熱された鋼材が冷却されていく際のマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波を検波するとともに、鋼材の実温を、熱電対や可視光〜近赤外光を利用した放射温度計等の温度測定手段により測定する。これにより、測定した電磁波の大きさと、温度測定手段による実測温度との対応関係を特定することができる。温度算出部２０３は、得られた上記対応関係そのものを、相関関係情報として利用してもよく、得られた対応関係から生成した近似直線を、相関関係情報として利用してもよい。
【００９９】
なお、かかる相関関係情報を生成する際にも、着目する鋼材の表面に、マイクロ波〜ミリ波帯域の放射電磁波の大きさが鋼材の表面温度と線形関係となる状態に対応する厚み以上のマグネタイト層が生成された後に、電磁波の検波を実施する。かかる相関関係情報は、測定対象となる鋼材の種別ごとに生成され、例えば後述する記憶部２０９の所定の格納領域に格納される。
【０１００】
以下では、図１２を参照しながら、相関関係情報について具体的に説明する。
図１２では、上述のようにして測定された、電磁波の大きさ（例えば、電磁波の受信電圧）と、放射温度計を用いて測定した鋼材の表面温度との相関関係を表した相関関係式が、後述する記憶部２０９に格納されているものとする。
【０１０１】
ここで、相関関係式が図１２に示したようにＹ＝ａ・Ｘ＋ｂの形で表されており、パラメータＸが鋼材の表面温度に対応し、パラメータＹがマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波の大きさに対応するものとする。
【０１０２】
温度算出部２０３は、データ取得部２０１から検波データが出力されると、検波データを参照して、検波された電磁波の大きさ（例えば、電磁波の受信電圧）の値（以下、Ｙｏｂｓと表記することとする。）を特定する。その後、温度算出部２０３は、記憶部２０９に格納されている相関関係情報である相関関係式を取得して、特定したＹｏｂｓと相関関係式（Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｂ）とを利用して、鋼材の表面温度Ｘｃａｌｃを算出する。このようにして算出された鋼材の表面温度Ｘｃａｌｃが、マイクロ波〜ミリ波帯域の放射電磁波を検波した鋼材の表面温度に対応することとなる。
【０１０３】
なお、上記説明では、検波された電磁波の大きさと、相関関係情報とを利用して、鋼材の表面温度を算出する場合について説明したが、式１に示したプランクの輻射式を利用して、鋼材の温度Ｔを算出することも可能である。すなわち、放射波検波装置１００の設置条件（例えば、アンテナの受信面積や立体角等に関するデータ）と、検波された電磁波の大きさとを利用して、上記式３により分光放射輝度Ｂｖを算出した後に、式１に示したプランクの輻射式を利用して、鋼材温度Ｔを算出することができる。
【０１０４】
温度算出部２０３は、着目している鋼材の表面温度を算出すると、算出結果を示したデータを、後述する算出温度出力部２０５に出力する。また、温度算出部２０３は、算出結果を示したデータを、当該データを生成した日時等に関する時刻情報と関連付けて、履歴情報として記憶部２０９に格納してもよい。
【０１０５】
算出温度出力部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。算出温度出力部２０５は、温度算出部２０３が算出した鋼材の表面温度を示したデータを、例えば後述する表示制御部２０７に出力する。また、算出温度出力部２０５は、インターネットやローカルエリアネットワーク等の各種ネットワークを介して、外部の装置に対して算出した鋼材の表面温度を示したデータを出力してもよい。また、算出温度出力部２０５は、算出した鋼材の表面温度を、プリンタ等を利用して印刷物として出力してもよい。
【０１０６】
また、算出温度出力部２０５は、算出した鋼材の表面温度を示したデータに、当該データを算出した日時等に関する時刻情報を関連づけて、履歴情報として後述する記憶部２０９に記録してもよい。
【０１０７】
表示制御部２０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置等により実現される。表示制御部２０７は、算出温度出力部２０５から出力された鋼材の表面温度の算出結果を、演算処理装置２００が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置２００の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、鋼材温度測定装置１０の利用者は、鋼材の表面温度に関する測定結果を、その場で把握することが可能となる。
【０１０８】
記憶部２０９は、演算処理装置２００が備えるストレージ装置の一例である。記憶部２０９には、温度算出部２０３が鋼材の表面温度を算出する際に利用する各種の相関関係情報が格納されている。また、かかる記憶部２０９には、演算処理装置２００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、適宜記録されている。この記憶部２０９は、データ取得部２０１、温度算出部２０３、算出温度出力部２０５、表示制御部２０７等が、自由に読み書きを行うことが可能である。
【０１０９】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００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。
【０１１０】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置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。
【０１１１】
以上、図８〜図１２を参照しながら、本実施形態に係る鋼材温度測定装置１０の構成について、詳細に説明した。本実施形態に係る鋼材温度測定装置１０は、かかる構成を有することにより、ダスト、ミスト、蒸気の存在下であっても、鋼材の温度を連続的かつ非接触で測定することが可能となる。
【０１１２】
＜鋼材温度測定方法について＞
続いて、図１３を参照しながら、本実施形態に係る鋼材温度測定方法の流れの一例について説明する。図１３は、本実施形態に係る鋼材温度測定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【０１１３】
まず、鋼材温度測定装置１０の放射波検波装置１００は、マイクロ波〜ミリ波帯域の放射電磁波の大きさが鋼材の表面温度と線形関係となる状態のマグネタイト層（例えば、厚み５μｍ以上のマグネタイト層）が成長している鋼材から放射される放射波のうち、マイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波を検波する（ステップＳ１０１）。その後、放射波検波装置１００は、検出したマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波の大きさを、当該電磁波の検波結果を示した検波データとして演算処理装置２００に出力する（ステップＳ１０３）。
【０１１４】
放射波検波装置１００から検波データが出力されると、演算処理装置２００のデータ取得部２０１は、放射波検波装置１００から出力された検波データを取得して、温度算出部２０３に出力する。温度算出部２０３は、記憶部２０９等に予め格納されている、マイクロ波〜ミリ波帯域の放射電磁波の大きさと鋼材の表面温度との相関関係を示した相関関係情報を取得して、かかる相関関係情報と検波データに記載されている電磁波の大きさとから、測定対象物である鋼材の表面温度を算出する（ステップＳ１０５）。その後、温度算出部２０３は、算出した鋼材の表面温度を示したデータを、算出温度出力部２０５に出力する。
【０１１５】
算出温度出力部２０５は、温度算出部２０３から出力された鋼材の表面温度を示したデータを利用して、測定対象物である鋼材の表面温度を出力する（ステップＳ１０７）。鋼材の表面温度の出力は、表示制御部２０７を介してディスプレイ等の表示画面に算出結果を表示するものであってもよく、演算処理装置２００の外部に設けられた装置に算出結果を示すデータを出力するものであってもよく、プリンタ等により算出結果を印刷物として出力するものであってもよい。
【０１１６】
以上説明したような流れで処理が行われることにより、本実施形態に係る鋼材温度測定方法では、高温である場合も含め鋼材の表面温度を連続的かつ非接触で測定することが可能となる。
【０１１７】
（ハードウェア構成について）
次に、図１４を参照しながら、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１４は、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００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。
【０１１８】
演算処理装置２００は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、演算処理装置２００は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。
【０１１９】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、またはリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置２００内の動作全般また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バス９０７により相互に接続されている。
【０１２０】
バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バスに接続されている。
【０１２１】
入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよ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９０９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、演算処理装置２００の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。さらに、入力装置９０９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。演算処理装置２００のユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、演算処理装置２００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。
【０１２２】
出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的また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ディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよ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９１１は、例えば、演算処理装置２００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、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を、テキストまた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。
【０１２３】
ストレージ装置９１３は、演算処理装置２００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９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、また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９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。
【０１２４】
ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置２００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５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、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１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９１５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、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１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９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙメディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１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、または、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９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。
【０１２５】
接続ポート９１７は、機器を演算処理装置２００に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７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、ＲＳ−２３２Ｃポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、演算処理装置２００は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。
【０１２６】
通信装置９１９は、例えば、通信網９２５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９１９は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９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９１９に接続される通信網９２５は、有線また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、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。
【０１２７】
以上、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００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。
【実施例】
【０１２８】
以下では、実施例を示しながら、本発明の実施形態に係る鋼材温度測定装置及び鋼材温度測定方法について、具体的に説明する。なお、以下で提示する例は、あくまでも本発明の実施形態に係る鋼材温度測定装置及び鋼材温度測定方法の一具体例であって、本発明の実施形態に係る鋼材温度測定装置及び鋼材温度測定方法が、以下で提示する例に限定されるわけではない。
【０１２９】
（第１実施例）
＜相関関係情報の生成＞
普通鋼（２００ｍｍ×２００ｍｍ×１０ｍｍ）を加熱し、図１０Ａに示した直接検波方式の放射波検波装置を利用してダスト、ミスト、蒸気の存在しない条件下で、普通鋼から放射されるマイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波を検波するとともに、可視光〜近赤外光の光を利用した放射温度計により、普通鋼の表面温度を測定した。なお、放射波検波装置が検波する電磁波の周波数は、３５ＧＨｚとした。
【０１３０】
得られた測定結果を、図１５に示す。図１５では、横軸に放射温度計の測定値をとり、縦軸に放射波検波装置が検波した電磁波の受信電圧をとっている。図１５から明らかなように、放射温度計の測定値と、マイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波の受信電圧とは、比例関係にあることがわかる。図１５に示した測定結果の近似直線を最小二乗法により算出し、得られた近似直線の式を、相関関係式として利用した。
【０１３１】
＜製造された鋼材の温度測定＞
上記普通鋼の製造プロセス上に、図１０Ａに示した直接検波方式の放射波検波装置を設置し、本発明の実施形態に係る鋼材温度測定方法を利用して、製造された普通鋼の表面温度の推移を測定した。実際の測定では、５μｍ以上のマグネタイト層が成長するのに要する時間が経過した後に、マイクロ波〜ミリ波帯域の電磁波の検波を実施した。
【０１３２】
得られた結果を、図１６に示す。図１６において、横軸は経過時間であり、縦軸は、本発明の実施形態に係る鋼材温度測定方法により算出された鋼材の表面温度である。
図１６から明らかなように、一般的に用いられる可視光〜近赤外光を利用した放射温度計では測定困難な状況下であっても、鋼材の表面温度を測定することができた。また、測定開始から８〜９分経過後に、鋼材の温度勾配がほぼ平坦となる箇所が存在するが、かかる箇所は、鋼材の相変態温度に対応しており、変態による発熱と自然冷却による温度降下がほぼ同じとなったことに起因するものである。
【０１３３】
このように、本発明の実施形態に係る鋼材温度測定装置及び鋼材温度測定方法を用いることで、ダスト、ミスト、蒸気の存在下であっても鋼材の表面温度を測定することが可能であり、鋼材の冷却過程の温度を測定できることが明らかとなった。
【０１３４】
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。
【符号の説明】
【０１３５】
１０    鋼材温度測定装置
１００    放射波検波装置
１０１    アンテナ
１０３    アイソレータ
１０５    ＳＰＤＴスイッチ
１０７    基準温度源
１０９，１５３    可変減衰器
１１１    ドライバ
１１３    ＲＦアンプ
１１５，１５７    フィルタ
１１７    検波器
１１９    アンプ
１２１    ロックインアンプ
１５１    発振器
１５５    ミキサ
１５９    ＩＦアンプ
２００    演算処理装置
２０１    データ取得部
２０３    温度算出部
２０５    算出温度出力部
２０７    表示制御部
２０９    記憶部
【図１】
0005760750.tif 000005
【図２】
0005760750.tif 000006
【図３】
0005760750.tif 000007
【図４Ａ】
0005760750.tif 000008
【図４Ｂ】
0005760750.tif 000009
【図５Ａ】
0005760750.tif 000010
【図５Ｂ】
0005760750.tif 000011
【図６】
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【図７】
0005760750.tif 000013
【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
0005760750.tif 000016
【図１０Ｂ】
0005760750.tif 000017
【図１１】
0005760750.tif 000018
【図１２】
0005760750.tif 000019
【図１３】
0005760750.tif 000020
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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