(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定域に放出される放射エネルギーを検出して、被測定域の温度を測定する温度測定方法であって、
予め、光源からその光量を変化させて分光器にそれぞれ入射する入射ステップと、
前記分光器にて、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を各光量に基づいて検出する検証用第１波形取得ステップと、
各スペクトル波形をそれぞれフーリエ変換して、周波数に対する放射エネルギーの周波数スペクトル波形を各光量に基づいて取得する検証用第２波形取得ステップと、
各周波数スペクトル波形において、各光量に対する各放射エネルギーの比例関係が成立していない周波数域の波形を削除する検証用波形削除ステップと、
該検証用波形削除ステップにて取得した各周波数スペクトル波形を逆フーリエ変換して、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を各光量に基づいて再取得する検証用第３波形取得ステップと、を含む模擬検証実験を行い、
前記被測定域の温度を測定する際には、
前記被測定域の波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を取得する測定用第１波形取得ステップと、
該スペクトル波形をフーリエ変換して、周波数に対する放射エネルギーの周波数スペクトル波形を取得する測定用第２波形取得ステップと、
該周波数スペクトル波形において、前記模擬検証実験の検証用波形削除ステップと同じ周波数域における波形を削除する測定用波形削除ステップと、
該測定用波形削除ステップにて取得した周波数スペクトル波形を逆フーリエ変換して、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を再取得する測定用第３波形取得ステップと、
該測定用第３波形取得ステップにて再取得したスペクトル波形に基づいて、前記被測定域の温度を測定する温度測定ステップと、
を実施することを特徴とする温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定域、例えば、自動車のエンジンの燃焼室内に放出される放射エネルギーを測定して、該燃焼室内の温度を測定する温度測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの燃焼室内等を非接触で温度測定する際には、一般的に放射温度計が使用される。一般的な放射温度計は、概略、被測定域に放出される赤外線が光伝送手段を介して検出器に入射され、該検出器にて赤外線の光量に基づく放射エネルギー（出力電圧）を検出して、該放射エネルギーに基づいて温度を算出している。
なお、従来の放射温度計には、その測定精度を向上させるために、プローブから検出器までの光伝送手段内での放射エネルギーの減衰率や、光伝送手段として用いられるサファイアロッド及び光ファイバから放出される放射エネルギーを除外する処理等を後処理演算で補正する補正手段が採用されているものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−１００３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の放射温度計では、根本的に、光量に対する放射エネルギーの相関係数が、図５から解るように、１より小さい波長域（２．４μｍ〜２．６μｍ）があり、その長波長域（２．４μｍ〜２．６μｍ）における放射エネルギーの検出精度が低く、ひいては温度測定の精度が低くなる、という問題が生じる虞がある。
【０００５】
そして、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、長波長域（２．４μｍ〜２．６μｍ）における放射エネルギーの検出精度を向上させることで、被測定域の温度測定の精度を向上させる温度測定方法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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の発明は、被測定域に放出される放射エネルギーを検出して、被測定域の温度を測定する温度測定方法であって、
予め、光源からその光量を変化させて分光器にそれぞれ入射する入射ステップと、前記分光器にて、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を各光量に基づいて検出する検証用第１波形取得ステップと、各スペクトル波形をそれぞれフーリエ変換して、周波数に対する放射エネルギーの周波数スペクトル波形を各光量に基づいて取得する検証用第２波形取得ステップと、各周波数スペクトル波形において、各光量に対する各放射エネルギーの比例関係が成立していない周波数域の波形を削除する検証用波形削除ステップと、該検証用波形削除ステップにて取得した各周波数スペクトル波形を逆フーリエ変換して、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を各光量に基づいて再取得する検証用第３波形取得ステップと、を含む模擬検証実験を行い、
前記被測定域の温度を測定する際には、前記被測定域の波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を取得する測定用第１波形取得ステップと、該スペクトル波形をフーリエ変換して、周波数に対する放射エネルギーの周波数スペクトル波形を取得する測定用第２波形取得ステップと、該周波数スペクトル波形において、前記模擬検証実験の検証用波形削除ステップと同じ周波数域における波形を削除する測定用波形削除ステップと、該測定用波形削除ステップにて取得した周波数スペクトル波形を逆フーリエ変換して、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を再取得する測定用第３波形取得ステップと、該測定用第３波形取得ステップにて再取得したスペクトル波形に基づいて、前記被測定域の温度を測定する温度測定ステップと、を実施することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明では、模擬検証実験の検証用第３波形取得ステップにて再取得した各スペクトル波形においては、光量に対する放射エネルギーの相関係数が、波長域（０．８５μｍ〜２．６μｍ）においてほぼ１となる。また、この模擬検証実験の検証用波形削除ステップにより、検証用第２波形取得ステップにて取得した各周波数スペクトル波形において、各光量に対する各放射エネルギーの比例関係が成立していない周波数域を把握することができる。
【０００８】
そして、実際に被測定域の温度を測定する際には、測定用第２波形取得ステップにて取得した周波数スペクトル波形において、模擬検証実験の検証用波形削除ステップと同じ周波数域の波形を削除する測定用波形削除ステップを実施することで、最終的に再取得したスペクトル波形の２．４μｍ〜２．６μｍにおける放射エネルギーの検出精度を向上させることができる。これにより、被測定域の温度測定の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る温度測定方法を確立すべく模擬検証実験を行うための温度測定検証装置の模式図である。
【図２】図２は、図１の温度測定検証装置を使用した模擬検証実験の方法を説明するためのフロー図である。
【図３】図３は、図１の温度測定検証装置の分光器によって検出した各光量に基づく各スペクトル波形を示す図ある。
【図４】図４は、光量に対する放射エネルギーの推移を示す図である。
【図５】図５は、図３の各スペクトル波形において、波長に対する、光量と放射エネルギーとの相関係数の推移を示す図である。
【図６】図６は、各光量に基づく各スペクトル波形を高速フーリエ変換して取得した各周波数スペクトル波形を示す図である。
【図７】図７は、図６における、周波数Ｈ１〜Ｈ２の周波数域の各波形の拡大図である。
【図８】図８は、図６における、周波数Ｈ３〜Ｈ４の周波数域の各波形の拡大図である。
【図９】図９は、図６の各周波数スペクトル波形を逆フーリエ変換して取得した各スペクトル波形を示す図である。
【図１０】図１０は、図９の各スペクトル波形において、波長に対する、光量と放射エネルギーとの相関係数の推移を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に係る温度測定方法を具現化する放射温度計の模式図である。
【図１２】図１２は、図１１の放射温度計を使用して被測定域の温度を測定する方法を説明するためのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を図１〜図１２に基づいて詳細に説明する。
まず、被測定域、例えばエンジンの燃焼室内の温度測定精度を向上すべく温度測定方法を確立するための模擬検証実験を行う。該模擬検証実験は温度測定検証装置１を使用して実施される。該温度測定検証装置１は、図１に示すように、ハロゲン光源２から赤外線が放射される光放射空間３と、ハロゲン光源２からの光量（赤外線の光量）を変化させる光量調節器４と、光放射空間３に放射された赤外線が入射され、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を検出する分光器５と、該分光器５にて検出された波長に対する放射エネルギーの各光量に対応した複数のスペクトル波形に基づいて、各光量に対する各放射エネルギーの相関係数がほぼ１となる、各光量に対応した複数のスペクトル波形を算出する演算装置６ａとを備えている。
【００１１】
光量調節器４は、ハロゲン光源２と電気的に接続されており、ハロゲン光源２からの光量を変化させるものである。分光器５は光放射空間３と光伝送手段７で接続されている。光伝送手段７は、光放射空間３内に配置される先端レンズを備えたプローブ８と、該プローブ８と分光器５とを接続する光ファイバ９とを備えている。プローブ８の先端レンズには、波長域０．２５μｍ〜４．５μｍにおいて透過率が８０％以上であるサファイアが使用される。分光器５には、ハロゲン光源２から光放射空間３内に放出される赤外線が光伝送手段７を経由して入射される。分光器５は、近赤外線波長域（０．８５μｍ〜２．６μｍ）における、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を検出できるものである。分光器５は、演算装置６ａと電気的に接続されている。演算装置６ａにおける演算方法は以下に詳述する。
【００１２】
次に、以上説明した温度測定検証装置１を使用した模擬検証実験の方法を図２〜図１０に基づいて説明する。
図１及び図２を参照して、まず、ハロゲン光源２からの光量を光量調節器４により変化させて分光器５にそれぞれ入射する入射ステップＳ１を実施して、次に、分光器５にて、各光量に基づいた各スペクトル波形を検出する検証用第１波形取得ステップＳ２を実施する。
詳しく説明すると、まず、入射ステップＳ１にて、ハロゲン光源２から光量α１の赤外線を光放射空間３に照射する。光放射空間３内の光量α１の赤外線が光伝送手段７を経由して分光器５に入射される。次に、検証用第１波形取得ステップＳ２において、分光器５が、光量α１の時の、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を検出して、そのスペクトル波形を演算装置６ａに送信する。同様に、入射ステップＳ１にて、光量調節器４によりハロゲン光源２からの光量を変化させて、ハロゲン光源２から光量α２（＞光量α１）の赤外線を光放射空間３に照射する。光放射空間３内の光量α２の赤外線が光伝送手段７を経由して分光器５に入射される。次に、検証用第１波形取得ステップＳ２において、分光器５が、光量α２の時の、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を検出して、そのスペクトル波形を演算装置６ａに送信する。
【００１３】
同様に、入射ステップＳ１にて、光量調節器４によりハロゲン光源２からの光量をさらに変化させて、ハロゲン光源２から光量α３（＞光量α２）の赤外線を光放射空間３に照射する。光放射空間３内の光量α３の赤外線が光伝送手段７を経由して分光器５に入射される。次に、検証用第１波形取得ステップＳ２において、分光器５が、光量α３の時の、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を検出して、そのスペクトル波形を演算装置６ａに送信する。同様に、入射ステップＳ１にて、光量調節器４によりハロゲン光源２からの光量をさらに変化させて、ハロゲン光源２から光量α４（＞光量α３）の赤外線を光放射空間３に照射する。光放射空間３内の光量α４の赤外線が光伝送手段７を経由して分光器５に入射される。次に、検証用第１波形取得ステップＳ２において、分光器５が、光量α４の時の、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を検出して、そのスペクトル波形を演算装置６ａに送信する。
なお、光量α１〜α４の大きさは、α１＜α２＜α３＜α４であり、（α２−α１）＝（α３−α２）＝（α４−α３）となる。
【００１４】
そこで、図３に示す、光量α１〜α４に基づく各スペクトル波形では、図５に示すように、図４も参照して、０．８５μｍ〜２．４μｍの波長域では、各光量α１〜α４に対する各放射エネルギーＥ１〜Ｅ４の相関係数はほぼ１となっている。相関係数がほぼ１のとき、各光量α１〜α４に基づく各放射エネルギーＥ１〜Ｅ４の大きさは、Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３＜Ｅ４であり、（Ｅ２−Ｅ１）＝（Ｅ３−Ｅ２）＝（Ｅ４−Ｅ３）となる。
しかしながら、図３に示す、光量α１〜α４に基づく各スペクトル波形では、図５に示すように、２．４μｍ〜２．６μｍの波長域では、各光量α１〜α４に対する各放射エネルギーＥ１〜Ｅ４の相関係数が１より小さく推移している。
【００１５】
次に、演算装置６ａにおいて、取得した、光量α１〜α４に基づく各スペクトル波形をそれぞれ高速フーリエ変換して、周波数に対する放射エネルギーの周波数スペクトル波形を各光量α１〜α４に基づいて取得する検証用第２波形取得ステップＳ３を実施する。図６に、光量α１〜α４に基づく各周波数スペクトル波形が示されている。
【００１６】
そこで、図６及び図７に示すように、光量α１〜α４に基づく各周波数スペクトル波形において、例えば、周波数Ｈ１〜Ｈ２の周波数域は、各光量α１〜α４に対する各放射エネルギーの比例関係が成立していると判断される。なお、本実施形態では、光量α１〜α４を、一定間隔で増加させているので、各周波数スペクトル波形の縦軸に沿う間隔（周波数に対する各放射エネルギーの差）がほぼ同一である周波数域が、各光量α１〜α４に対する各放射エネルギーの比例関係が成立していると判断される。
しかしながら、図６及び図８に示すように、光量α１〜α４に基づく各周波数スペクトル波形において、例えば、周波数Ｈ３〜Ｈ４の周波数域は、各光量α１〜α４に対する各放射エネルギーの比例関係が成立していないと判断される。なお、本実施形態では、光量α１〜α４を、一定間隔で増加させているにも関わらず、周波数Ｈ３〜Ｈ４の周波数域のように、各周波数スペクトル波形の縦軸に沿う間隔（周波数に対する各放射エネルギーの差）が極端に相違して、各周波数スペクトル波形が交差している周波数域が、各光量α１〜α４に対する各放射エネルギーの比例関係が成立していないと判断される。
【００１７】
次に、図６に示す各周波数スペクトル波形において、各光量α１〜α４に対する各放射エネルギーの比例関係が成立していないと判断された周波数域の波形を削除する検証用波形削除ステップＳ４を実施する。すなわち、該検証用波形削除ステップＳ４では、各周波数スペクトル波形において、例えば、図８に示す、各光量α１〜α４に対する各放射エネルギーの比例関係が成立していないと判断された周波数Ｈ３〜Ｈ４の周波数域の各波形を全て削除する。なお、上述した説明では、各光量α１〜α４に対する各放射エネルギーの比例関係が成立していないと判断された、例えば周波数Ｈ３〜Ｈ４の周波数域だけの各波形を全て削除しているが、各光量α１〜α４に対する各放射エネルギーの比例関係が成立していないと判断された周波数域が周波数Ｈ３〜Ｈ４の周波数域の他にあればその周波数域の各波形も全て削除するようにする。
【００１８】
次に、演算装置６ａにより、周波数Ｈ３〜Ｈ４の周波数域の各波形を全て削除した各周波数スペクトル波形を逆フーリエ変換して、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を各光量α１〜α４に基づいて再取得する検証用第３波形取得ステップＳ５を実施する。図９に、再取得した、各光量α１〜α４に基づく、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形が示されている。
その結果、再取得した、図９に示す、光量α１〜α４に基づく各スペクトル波形では、図１０に示すように、２．４μｍ〜２．６μｍの波長域においても、各光量α１〜α４に対する各放射エネルギーの相関係数が１に近づいて推移していることが解る。
【００１９】
そして、以上説明した模擬検証実験を行った後、実際に、被測定域の温度を測定する際には、図１１に示すような、概略、分光器５と、光伝送手段７と、演算装置６ｂとを備えた放射温度計１０が使用される。分光器５と演算装置６ｂとは電気的に接続されている。なお、放射温度計１０の分光器５及び光伝送手段７は、温度測定検証装置１に使用した分光器５及び光伝送手段７と同一である。演算装置６ｂは、分光器５にて検出した、被測定域の波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形に基づいて、最適なスペクトル波形を算出して、該スペクトル波形により被測定域の温度を算出するものである。なお、演算装置６ｂにおける演算方法は以下に詳述する。
【００２０】
次に、放射温度計１０を使用して、被測定域の温度を測定する温度測定方法を図１１及び図１２に基づいて説明する。
まず、放射温度計１０のプローブ８の先端を被測定域に近づけ、分光器５にて、被測定域の、近赤外線波長域（０．８５μｍ〜２．６μｍ）における、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を検出する測定用第１波形取得ステップＳ１１を実施する。該測定用第１波形取得ステップＳ１１（分光器５）で取得したスペクトル波形は演算装置６ｂに送信される。
次に、演算装置６ｂにおいて、測定用第１波形取得ステップＳ１１にて取得したスペクトル波形を高速フーリエ変換して、周波数に対する放射エネルギーの周波数スペクトル波形を取得する測定用第２波形取得ステップＳ１２を実施する。
【００２１】
次に、演算装置６ｂにおいて、測定用第２波形取得ステップＳ１２にて取得した周波数スペクトル波形において、上述した、模擬検証実験の検証用波形削除ステップＳ４と同じ周波数Ｈ３〜Ｈ４の周波数域の波形を削除する測定用波形削除ステップＳ１３を実施する。
次に、演算装置６ｂにおいて、測定用波形削除ステップＳ１３にて取得した周波数スペクトル波形を逆フーリエ変換して、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を再取得する測定用第３波形取得ステップＳ１４を実施する。
次に、演算装置６ｂにおいて、測定用第３波形取得ステップＳ１４にて再取得したスペクトル波形に基づいて、被測定域の温度を測定する温度測定ステップＳ１５を実施する。
これにより、放射温度計１０による被測定域の温度測定が完了する。
【００２２】
以上説明した、本発明の実施形態では、予め、模擬検証実験として、上述した、入射ステップＳ１と、検証用第１波形取得ステップＳ２と、検証用第２波形取得ステップＳ３と、検証用波形削除ステップＳ４と、検証用第３波形取得ステップＳ５と、を実施することで、各光量（赤外線の光量）に対する各放射エネルギーの相関係数が、波長域（０．８５μｍ〜２．６μｍ）においてほぼ１になることを検証することができた。そして、この模擬検証実験により、各光量に対する各放射エネルギーの相関係数をほぼ１にするためには、この模擬検証実験の検証用波形削除ステップＳ４、すなわち、検証用第２波形取得ステップＳ３で取得した各周波数スペクトル波形において、各光量α１〜α４に対する各放射エネルギーの比例関係が成立していない周波数Ｈ３〜Ｈ４の周波数域の各波形を削除する検証用波形削除ステップＳ４が必要であることを確認することができた。
【００２３】
そして、被測定域の温度を測定する際には、特に、測定用波形削除ステップＳ１３にて、測定用第２波形取得ステップＳ１２にて取得した周波数スペクトル波形において、模擬検証実験の検証用波形削除ステップＳ４と同じ周波数Ｈ３〜Ｈ４の周波数域の波形を削除して、測定用第３波形取得ステップＳ１４にて、測定用波形削除ステップＳ１３にて取得した周波数スペクトル波形を逆フーリエ変換して、波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形を再取得して、温度測定ステップＳ１５にて、測定用第３波形取得ステップＳ１４にて再取得したスペクトル波形に基づいて、被測定域の温度を測定する。
【００２４】
これにより、被測定域の温度を測定する際の、特に、最終的に測定用第３波形取得ステップＳ１４にて再取得した波長に対する放射エネルギーのスペクトル波形の２．４μｍ〜２．６μｍの放射エネルギーの検出精度を向上させることができる。この結果、放射エネルギーの検出精度が高い波長域を拡大することができ、詳しくは、放射エネルギーの検出精度が高い波長域を０．８５μｍ〜２．４μｍから０．８５μｍ〜２．６μｍｍまで拡大することができ、ひいては、被測定域の温度測定の精度を向上させることができる。
【００２５】
また、本発明の実施形態では、放射温度計１０の演算装置６ｂにおける演算内容が簡素化されているので、その演算に時間が要すことはなく、温度測定をスムーズに行うことができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  温度測定検証装置，２  ハロゲン光源，３  光放射空間，４  光量調節器，５  分光器，６ａ、６ｂ  演算装置，７  光伝送手段，１０  放射温度計
【図１】
0006478056.tif 000002
【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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