(57)【要約】【目的】互いに異なる２個の測定波長における分光輝度エネルギーの比より測定対象の温度を求める放射温度計である２色放射温度計において、安定性、応答性に優れた高精度の放射測温を可能とする。【手段】赤外線検出素子にＩｎＧａＡｓ素子を用いた２色放射温度計において、ＩｎＧａＡｓ素子の検出波長域内で、互いに異なる２個の測定波長の第１波長を１．１〜１．３μｍ、第２波長を１．４５〜１．７μｍとすることで、測定光路中の水蒸気の吸収帯の影響を僅かにすることにより指示変動を低減して、安定性、応答性に優れた高精度の放射測温を可能とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線検出素子にＩｎＧａＡｓ素子を用いた２色放射温度計において、互いに異なる測定波長の第１の測定波長を１．１〜１．３μｍ、第２の測定波長を１．４５〜１．７μｍとしたことを特徴とする２色放射温度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放射測温技術を応用して測定対象の温度を測定する放射温度計のうち、２波長を利用する２色放射温度計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２色放射温度計は、互いに異なる２個の測定波長における分光輝度エネルギーの比Ｒ（Ｔ）より測定対象の温度Ｔを求める放射温度計である。検出素子には、測定温度によりＰｂＳ素子、シリコン素子、光電子増倍管が用いられる。低中温域の２色放射温度計の赤外線検出素子としては、ＰｂＳ素子が一般的である（例えば、「新編温度計測」社団法人計測自動制御学会編  ２２７頁、２２８頁）。
【０００３】
また、近年通信用として開発されているＩｎＧａＡｓ素子は、従来の赤外線検出素子に比べ、安定性が高く、応答も１００倍以上速く２色放射温度計の赤外線検出素子として優れた特性を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＰｂＳ素子は安定性が劣り、応答速度が遅いという問題点があった。
また、安定性、応答速度に優れるＩｎＧａＡｓ素子の検出波長域０．９〜１．７μｍには、図２に示すように水蒸気の吸収帯が存在する（例えば、「赤外線工学」近代科学社  ６１頁）。吸収帯に起因して、２色放射温度計の測定波長によっては大きな測定誤差が生じる。特に、測定距離、すなわち光路長が変動した場合には、測定誤差が顕著となる。例えば、第１の測定波長をλ１＝１．３５μｍ、第２の測定波長をλ２＝１．５５μｍで構成した場合の誤差は以下のようになる。測定対象の温度をＴとし、各波長の分光輝度エネルギーの比Ｒ（Ｔ）は以下の式で表される。
【数１】
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式（１）をウィーンの公式で近似すると式（３）となる。
【数２】
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【数３】
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ここで、α１、α２は係数で、ｃ２は以下で表される物理定数である。
【数４】
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ｃは真空中の光の速度、ｈはプランクの定数、ｋはボルツマンの定数である。
式（３）をＴで微分して、誤差率を調べると、
【数５】
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ただし、ｎ１とｎ２は以下である。
【数６】
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【数７】
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光路中の水蒸気の影響で波長λ１＝１．３５μｍのみ、透過率が２％減衰したときの指示誤差ΔＴは式（５）より、測定対象温度Ｔが５００℃のとき９℃、７００℃のとき１４℃と大きな誤差を発生させる。
【０００５】
この発明はかかる問題点を解決するためのもので、２色放射温度計における測定光路中の水蒸気の影響による指示変動を低減して、安定性、応答性に優れた高精度の放射測温が可能な２色放射温度計を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、赤外線検出素子にＩｎＧａＡｓ素子を用いた２色放射温度計において、ＩｎＧａＡｓ素子の検出波長域である、０．９〜１．７μｍ間の水蒸気の吸収帯の影響を僅かにする為に、互いに異なる測定波長の第１の波長λ１を１．１〜１．３μｍ、第２の波長λ２を１．４５〜１．７μｍとした２色放射温度計である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態を示す構成説明図である。測定対象１からの光を集光する対物レンズ２、集光された光を第１の測定波長の検出素子５１と第２の測定波長の検出素子５２へ分割する波長分割ミラー３、分割された光を第１の測定波長域の１．１〜１．３μｍのみを透過させる第１のフィルター４１と、分割された光を第２の測定波長域の１．４５〜１．７μｍのみを透過させる第２のフィルター４２と、各検出素子からの信号を増幅するアンプ６１，６２、増幅されたアナログ信号をデジタル信号へ変換するアナログ／デジタル信号変換器８と、デジタル信号に基づいて所定の演算方法で、各波長の分光輝度エネルギーの比Ｒ（Ｔ）から、測定対象の温度を演算する演算手段９から構成される。アンプ６１，６２とアナログ／デジタル信号変換器８の間には、幾つかの入力信号を、各々の入力信号に再生できるような方法で一つの出力信号にするマルチプレクサ７が設けられている。
【０００８】
図３は、測定温度５００℃、周囲温度２６℃、相対湿度５０％ＲＨの条件下で、この発明の測定波長と他の測定波長での、光路長（測定距離）に対する指示変動を確認した結果である。この発明の測定波長域である、第１の測定波長を１．１〜１．３μｍ内の１．２μｍ、第２の測定波長を１．４５〜１．７μｍ内の１．５５μｍとした時の指示変動は、光路長を変化させても僅かである。
【０００９】
図１の実施の形態では波長分割ミラーにより２つの波長に分割し，所定の測定波長域のみを透過させる２つのフィルターを用いたが、図のように円板１０に２つのフィルターを装備して回転させる構成としても良い。円板１０はモータ１１により矢印方向に回転する。円板１０には第１の測定波長域の１．１〜１．３μｍのみを透過させる第１のフィルター４１と、分割された光を第２の測定波長域の１．４５〜１．７μｍのみを透過させる第２のフィルター４２が設けられる。一つの検出素子５１からの信号を増幅するアンプ６１、増幅されたアナログ信号をデジタル信号へ変換するアナログ／デジタル信号変換器８と、デジタル信号に基づいて所定の演算方法で、各波長の分光輝度エネルギーの比Ｒ（Ｔ）から、測定対象の温度を演算する演算手段９から構成される。
【００１０】
【発明の効果】
ＩｎＧａＡｓ赤外線検出素子を使用した２色温度計における、互いに異なる測定波長の第１の波長λ１を１．１〜１．３μｍ、第２の波長λ２を１．４５〜１．７μｍとしたので、光路中の水蒸気の影響を除去でき、光路長すなわち測定距離が変化した場合でも安定した指示値を示す２色温度計が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す構成説明図
【図２】水蒸気の透過率を示す図
【図３】指示変動値の比較グラフ
【図４】この発明の他の実施形態を示す構成説明図
【符号の説明】
１  測定対象
２  対物レンズ
３  波長分割ミラー
４１，４２  フィルター
５１，５２  検出素子
６１，６２  アンプ
７  マルチプレクサ
８  アナログ／デジタル信号変換器
９  演算手段
１０  円板
１１  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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