JP2000111398A - Measuring apparatus for self-luminescence from flame - Google Patents

Measuring apparatus for self-luminescence from flame

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JP2000111398A
JP2000111398A JP10278459A JP27845998A JP2000111398A JP 2000111398 A JP2000111398 A JP 2000111398A JP 10278459 A JP10278459 A JP 10278459A JP 27845998 A JP27845998 A JP 27845998A JP 2000111398 A JP2000111398 A JP 2000111398A
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JP
Japan
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measurement
emission
flame
self
light
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Application number
JP10278459A
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Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Suzuki
均 鈴木
Yuji Ikeda
裕二 池田
Katsuhiko Fukusato
克彦 福里
Takeshi Nakajima
健 中島
Masaji Katsuki
正司 香月
Fumimitsu Akamatsu
史光 赤松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seika Sangyo Co Ltd
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Seika Sangyo Co Ltd
Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measuring apparatus by which self-luminescence from a flame can be measure locally, in a time-series manner and simultaneously in many points. SOLUTION: Beams of self-luminescence from a plurality of measuring points in a flame F are condensed by a condensing optical system 1 such as a point Cassegrain optical system or the like which can measure the beams of self- luminescence locally. The beams of self-luminescence are guided by an optical fiber array 2 which is composed of optical fibers 201 to 20n. Respectively self- luminescence components which correspond to OH, CH, C2 and the like are spectrally diffracted and measured by light measuring devices 31 to 3n which can measure the beams of self-luminescence at high speed and in a time-series manner. Thereby, the beams of self-luminescence from the plurality of measuring points (many points) are measured simultaneously, and information on the state of the flame, its structure and its change in terms of time can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、火炎の自発光を計
測することによって火炎の構造を測定するための火炎自
発光計測装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flame spontaneous emission measuring device for measuring the structure of a flame by measuring spontaneous emission of the flame.

【0002】[0002]

【従来の技術】火炎の諸特性は、火炎の微細構造とその
時間変化に大きく依存しており、そのような微細構造を
計測することによって、火炎の特性やそれらの相関を知
ることができ、また計測された微細構造等から、構造デ
ータのフィードバックによる火炎の制御や、火炎を発生
する燃焼装置の改良のためのデータを得ることが可能と
なる。このような計測は、例えば自動車のエンジンにお
ける燃焼解析など、様々な燃焼装置の制御及び改良にお
いて非常に重要である。
2. Description of the Related Art The characteristics of a flame largely depend on the fine structure of the flame and its temporal change. By measuring such a fine structure, the characteristics of the flame and their correlation can be known. Further, from the measured fine structure or the like, it becomes possible to obtain data for controlling the flame by feeding back the structural data and improving the combustion device that generates the flame. Such measurements are very important in the control and improvement of various combustion devices, for example, in combustion analysis in automobile engines.

【0003】上記した火炎の微細構造を計測するために
は、(1)局所計測、すなわち火炎の構造の空間スケー
ルに比して充分に小さい測定体積に対する計測、及び
(2)時系列計測、すなわち火炎の構造変化の時間スケ
ールに比して充分に短い測定時間について繰り返して連
続的に行う計測、が必要となる。
In order to measure the fine structure of the flame, (1) local measurement, that is, measurement on a measurement volume sufficiently smaller than the spatial scale of the flame structure, and (2) time-series measurement, that is, It is necessary to repeatedly and continuously perform measurement for a measurement time that is sufficiently short compared to the time scale of the structural change of the flame.

【0004】このような計測を実現するものとして、
「Proceedings of the Thirty-FifthJapanese Symposiu
m on Combustion, p.54-56 (1997)」に火炎からの自然
発光である自発光を計測する計測装置が記載されてい
る。この計測装置は、局所点計測用に最適設計されたカ
セグレン光学系を自発光集光光学系として適用して測定
体積を1.6mm×φ0.2mmと小さくし、自発光の検出
に高速処理が可能な光電子増倍管を使用して250kHz
の高速のサンプリングレートで計測を行うことにより、
火炎についての局所・時系列計測を実現している。ま
た、自発光については、OH、CH、C2の3つの成分
からの自発光について、各々の対応する波長を測定する
ことによって同時に計測を行うことが記載されている。
[0004] To realize such a measurement,
`` Proceedings of the Thirty-FifthJapanese Symposiu
m on Combustion, p. 54-56 (1997), describes a measuring device for measuring spontaneous light emission, which is natural light emission from a flame. This measurement device uses a Cassegrain optical system optimally designed for local point measurement as a self-luminous condensing optical system to reduce the measurement volume to 1.6 mm × 0.2 mm, and high-speed processing for detecting self-luminous light. 250kHz using a possible photomultiplier tube
By measuring at the high sampling rate of
Local and time series measurement of flame is realized. Further, as for self-emission, it is described that self-emission from three components of OH, CH, and C 2 are simultaneously measured by measuring respective corresponding wavelengths.

【0005】また、このような計測装置について、自動
車のエンジンに関して複数の測定点について別個に計測
を行った例が「Proceedings of the Fourth Internatio
nalSymposium on Diagnostics and Modeling of Combus
tion in Internal Combustion Engines, p.411-416 (19
98)」に記載されている。
An example in which such a measuring device is separately measured at a plurality of measuring points with respect to an automobile engine is described in "Proceedings of the Fourth Internatio".
nalSymposium on Diagnostics and Modeling of Combus
tion in Internal Combustion Engines, p.411-416 (19
98) ”.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】火炎の微細構造を1次
元的または2次元的に測定して燃焼の状態を解析するた
めには、複数の測定点についての効率的な局所・時系列
計測が必要である。しかしながら、上記した装置では、
装置の移動・再設置とその位置合わせを行うことなく、
そのような複数の測定点についての計測を行うために
は、自発光の集光光学系を含めてすべての測定系を複数
設置する必要があり、装置が複雑化し、また、各測定点
間の距離が小さい場合には、複数の集光光学系を設置す
ることができず、結局そのような計測を行うことができ
ない。このことは、複数の測定点についての同時計測を
行う場合に特に問題となるが、火炎の微細構造とその時
間変化について充分なデータを得るには、このような同
時計測は必要不可欠である。
In order to measure the fine structure of a flame one-dimensionally or two-dimensionally and to analyze the state of combustion, efficient local and time-series measurement at a plurality of measurement points is required. is necessary. However, in the device described above,
Without moving / reinstalling the equipment and aligning it,
In order to perform measurement on such a plurality of measurement points, it is necessary to install a plurality of all measurement systems including a self-light-emitting condensing optical system, which complicates the apparatus, and further, between the measurement points. When the distance is small, a plurality of light collecting optical systems cannot be installed, and such measurement cannot be performed after all. This is particularly problematic when performing simultaneous measurement for a plurality of measurement points, but such simultaneous measurement is indispensable to obtain sufficient data on the fine structure of the flame and its time change.

【0007】本発明は、以上の問題点に鑑みてなされた
ものであり、複数の測定点からの自発光の局所・時系列
計測を効率的に行うことができる火炎自発光計測装置を
提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a flame spontaneous emission measuring device capable of efficiently performing local and time series measurement of spontaneous emission from a plurality of measurement points. The purpose is to:

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による火炎自発光計測装置は、火炎の
状態を測定するための火炎自発光計測装置であって、火
炎の複数の測定点からの自発光を、集光面の対応する集
光点にそれぞれ集光させる単一の光学系からなる集光光
学系と、集光点にそれぞれ集光された、複数の測定点か
らの自発光が計測される自発光計測系と、を有すること
を特徴とする。
In order to achieve the above object, a flame self-luminous measuring device according to the present invention is a flame self-luminous measuring device for measuring a state of a flame. A light-gathering optical system consisting of a single optical system that focuses self-emission from the measurement point to the corresponding light-gathering point on the light-gathering surface, and multiple light-gathering points collected at the light-gathering point And a self-emission measurement system for measuring self-emission.

【0009】上記のように、火炎における所定の測定点
からの自発光の計測において測定点を複数設定し、それ
に対して、集光光学系によってそれぞれの測定点と集光
面上の集光点とを対応させつつ集光を行い、それぞれの
集光点に集光された自発光を自発光計測系によって計測
することにより、単一の集光光学系を用いて装置を小型
化して、かつ装置の移動・再設置等を行うことなく、複
数の測定点についての効率的な自発光計測を実現するこ
とができる。
As described above, a plurality of measurement points are set in the measurement of self-emission from a predetermined measurement point in the flame, and the respective measurement points and the converging points on the converging surface are set by the converging optical system. By condensing light while corresponding to and measuring the self-emission collected at each condensing point by a self-emission measurement system, the device can be downsized using a single condensing optical system, and Efficient self-emission measurement at a plurality of measurement points can be realized without moving or re-installing the device.

【0010】集光光学系としては、点計測が可能なポイ
ント・カセグレン光学系を用いることが好ましい。ポイ
ント・カセグレン光学系とは、微少な測定体積からなる
複数の測定点についての集光が可能であるようにその焦
点等を設定されたカセグレン光学系であって、このよう
なポイント・カセグレン光学系を適用することによって
自発光の局所計測が可能になる。
It is preferable to use a point Cassegrain optical system capable of measuring a point as the condensing optical system. A point Cassegrain optical system is a Cassegrain optical system whose focal point is set so that light can be collected at a plurality of measurement points each having a small measurement volume. Is applied, local measurement of self-emission becomes possible.

【0011】また、集光光学系としては、点計測が可能
なポイント・マクストフ光学系を用いても良い。ポイン
ト・マクストフ光学系とは、微少な測定体積からなる複
数の測定点についての集光が可能であるようにその焦点
等を設定されたマクストフ光学系であって、特に測定点
が中心位置から離れた場合においても測定体積の増加を
抑えることができる。
Further, as the condensing optical system, a point-Mastoff optical system capable of performing point measurement may be used. A point-Mastoff optical system is a Makstov optical system whose focal point is set so that light can be collected at a plurality of measurement points consisting of minute measurement volumes. In this case, the increase in the measurement volume can be suppressed.

【0012】自発光計測系は、集光された自発光によっ
て集光面上に形成された光像が検出または撮像される位
置検出型光計測装置を有して構成しても良い。集光面に
例えばCCDなどを用いた位置検出型光計測装置を設置
することによって、自発光による2次元の光像を直接観
測することが可能となる。
The spontaneous emission measurement system may include a position detection type optical measurement device that detects or captures an optical image formed on the condensing surface by the condensed self-emission. By installing a position detection type optical measurement device using, for example, a CCD on the light-collecting surface, it becomes possible to directly observe a two-dimensional light image by self-emission.

【0013】また、集光面の複数の集光点にその入射端
がそれぞれ配列される複数の光ファイバからなる光ファ
イバアレイをさらに有し、自発光計測系は、複数の光フ
ァイバの出射端側に設置されて、複数の光ファイバによ
ってそれぞれ導光された、複数の測定点からの自発光が
計測されるように構成しても良い。光ファイバアレイを
用いて集光された自発光を導光することにより、自発光
計測の効率を高め、かつ装置構成を容易化することがで
きる。
[0013] The light-emitting measurement system further includes an optical fiber array including a plurality of optical fibers each having an incident end arranged at a plurality of converging points on the converging surface. It may be arranged on the side to measure the self-emission from a plurality of measurement points, each of which is guided by a plurality of optical fibers. By guiding the condensed self-light emission using the optical fiber array, the efficiency of self-emission measurement can be increased and the device configuration can be simplified.

【0014】測定点、集光点及び光ファイバの構成につ
いては、複数の測定点は、1次元配列されて構成され、
複数の光ファイバのそれぞれの入射端は、1次元配列さ
れた複数の測定点に対応して集光面に1次元配列された
構成とすることができる。また、複数の測定点は、マト
リクス状に2次元配列されて構成され、複数の光ファイ
バのそれぞれの入射端は、2次元配列された複数の測定
点に対応して集光面にマトリクス状に2次元配列された
構成としても良い。このように1次元または2次元に配
列させることによって、効率的に火炎の微細構造を計測
し調べることができる。
[0014] Regarding the configuration of the measuring points, the condensing points and the optical fiber, a plurality of measuring points are arranged in a one-dimensional array.
Each of the input ends of the plurality of optical fibers can be configured to be one-dimensionally arranged on the light-collecting surface corresponding to the plurality of measurement points arranged one-dimensionally. The plurality of measurement points are arranged in a two-dimensional array in a matrix, and the respective incident ends of the plurality of optical fibers are arranged in a matrix on the light-collecting surface corresponding to the plurality of two-dimensionally arranged measurement points. A two-dimensional arrangement may be used. By arranging the flames one-dimensionally or two-dimensionally, it is possible to efficiently measure and examine the fine structure of the flame.

【0015】また、自発光計測系は、複数の光ファイバ
のうちのいずれか1つの光ファイバの出射端が光学的に
接続されて、自発光が計測される単一の光計測装置を有
して構成することができる。このように装置を構成する
ことによって、複数の測定点についての計測の切り換え
を、光計測装置へ接続する光ファイバを切り換えるのみ
で実現することができる。
Further, the self-luminous measuring system has a single optical measuring device in which the light-emitting end of any one of the plurality of optical fibers is optically connected and self-luminous is measured. Can be configured. By configuring the apparatus in this manner, switching of measurement at a plurality of measurement points can be realized only by switching the optical fiber connected to the optical measurement apparatus.

【0016】さらに、自発光計測系は、複数の光ファイ
バの出射端がそれぞれ光学的に接続されて、自発光が計
測される複数の光計測装置を有して構成することも可能
である。このように構成した場合、それぞれの測定点か
らの自発光が導光される複数の光ファイバが、それぞれ
別の光計測装置に接続されているので、複数の測定点に
ついての同時計測が可能となる。
Further, the spontaneous emission measurement system may be configured to include a plurality of optical measurement devices for measuring spontaneous emission by optically connecting the emission ends of the plurality of optical fibers. In such a configuration, since the plurality of optical fibers, through which light emitted from each measurement point is guided, are connected to different optical measurement devices, simultaneous measurement at a plurality of measurement points is possible. Become.

【0017】自発光計測系に用いられる光計測装置とし
ては、特定の選択波長の光を選択透過する干渉フィルタ
と、干渉フィルタを透過した光を計測する光電子増倍管
と、を有する分光計測装置を備える構成とすることがで
きる。このような分光計測装置を用いることによって、
OH、CH、C2など特定の成分からの自発光を選択的
に測定することができる。また、光計測装置は、それぞ
れの選択波長が異なる波長である複数の分光計測装置を
備える構成としても良い。これによって複数の成分から
の自発光を同時に計測することが可能となる。
As an optical measuring device used in the self-luminous measuring system, a spectroscopic measuring device having an interference filter for selectively transmitting light of a specific selected wavelength and a photomultiplier tube for measuring light transmitted through the interference filter. Can be provided. By using such a spectrometer,
Self-emission from specific components such as OH, CH, and C 2 can be selectively measured. Further, the optical measurement device may be configured to include a plurality of spectrometers each having a different wavelength selected. This makes it possible to simultaneously measure self-emission from a plurality of components.

【0018】さらに、光計測装置は、分光を行う回折格
子と、回折格子によって分光された光を計測する単一ま
たは複数のマルチアノード型光電子増倍管と、を有する
高分解能分光計測装置を備えて構成しても良い。これに
よって、さらに波長分解能を高めた自発光スペクトルの
計測が可能となる。
Further, the optical measurement device includes a high-resolution spectrometer having a diffraction grating for performing spectroscopy, and a single or a plurality of multi-anode type photomultipliers for measuring light separated by the diffraction grating. It may be constituted by. This makes it possible to measure a self-emission spectrum with further improved wavelength resolution.

【0019】また、自発光計測系としては、複数の光フ
ァイバのそれぞれの出射端は、1次元または2次元配列
されて出射面を形成し、自発光計測系は、導光された自
発光によって出射面上に形成された光像が検出または撮
像される位置検出型光計測装置を有して構成することも
可能である。
In the self-emission measurement system, the emission ends of a plurality of optical fibers are arranged one-dimensionally or two-dimensionally to form an emission surface. It is also possible to have a position detection type optical measurement device that detects or captures an optical image formed on the emission surface.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による火
炎自発光計測装置の好適な実施形態について詳細に説明
する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符
号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法
比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a flame self-luminous measuring device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Also, the dimensional ratios in the drawings do not always match those described.

【0021】図1は、本発明に係る火炎自発光計測装置
の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。ただ
し、測定点の個数はn個(nは2以上の整数)とし、図
1においては単一の測定点からの自発光の集光のみを示
してある。本実施形態においては、火炎F内の測定点F
P(ただし火炎Fの挙動によって、この測定点Fpは火炎
Fの外部に位置することもあり得る)からの自発光は、
集光光学系1によって集光面上の対応する集光点(図示
していない)に集光される。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a flame self-luminous measuring device according to the present invention. However, the number of measurement points is n (n is an integer of 2 or more), and FIG. 1 shows only the light emission from a single measurement point. In the present embodiment, the measurement point F in the flame F
The self-luminous emission from P (however, depending on the behavior of the flame F, this measurement point F p may be located outside the flame F)
The light is condensed at a corresponding converging point (not shown) on the converging surface by the converging optical system 1.

【0022】ここで自発光とは、火炎においてOH、C
H、C2などに起因して自然発光している火炎発光をい
い、火炎の反応強度あるいは熱発生と正の相関を有し、
火炎状態の直接的な指標となるものである。従来の火炎
状態の計測方法としては、熱電対による方法、イオンプ
ローブによる方法、レーザ誘起蛍光法(LIF法)など
があるが、このうち、熱電対及びイオンプローブによる
方法は、測定対象である火炎への物理的接触が必要であ
って、計測を行うことによって火炎状態に変化を与えて
しまうという問題がある。一方、LIF法は、レーザ光
源が必要であるために装置が高価・大型化し、レーザパ
ルスの繰り返し周波数の限界から高速の時系列測定が困
難である。また、使用時にレーザ光学系等の調整が必要
であって、容易には測定を行うことができないという問
題もある。これに対して、自発光を充分な位置分解能及
び集光効率によって集光し、測定することによって、従
来の方法についての上記した問題を解決することができ
る。特に、この自発光を複数の測定点(以下、多点とも
いう)で計測することによって、火炎状態について1ま
たは2次元の情報を得ることが可能になる。また、それ
らの情報から3次元の火炎状態についても知見を得るこ
とができる。
Here, the term “self-luminous” refers to OH, C
H, C 2 due to such good flame emission that spontaneous emission and has a reaction strength or heat generation positively correlated with the flame,
It is a direct indicator of the state of flame. Conventional methods for measuring the flame state include a method using a thermocouple, a method using an ion probe, and a laser-induced fluorescence method (LIF method). Of these methods, a method using a thermocouple and an ion probe uses the flame to be measured. There is a problem that physical contact with the flame is required, and the measurement may change the flame state. On the other hand, the LIF method requires a laser light source, which makes the apparatus expensive and large, and makes it difficult to perform high-speed time-series measurement due to the limit of the repetition frequency of laser pulses. In addition, there is a problem that adjustment of a laser optical system or the like is necessary at the time of use, and measurement cannot be easily performed. On the other hand, the above-mentioned problems of the conventional method can be solved by collecting and measuring the self-emission with sufficient positional resolution and light collection efficiency. In particular, by measuring the self-emission at a plurality of measurement points (hereinafter also referred to as multiple points), it is possible to obtain one- or two-dimensional information on the flame state. In addition, knowledge of the three-dimensional flame state can be obtained from the information.

【0023】集光光学系1には、光ファイバアレイ2が
接続されている。光ファイバアレイ2は、n点の測定点
に対応してn本の光ファイバ201〜20nから構成さ
れ、入射端及び出射端以外では光ファイババンドル2a
を形成している。その入射端は集光面上に、各測定点か
らの集光点にそれぞれ対応されて設置されており、これ
によって集光点に集光されたそれぞれの測定点からの自
発光は、光ファイバ201〜20nによって自発光計測系
に高効率で導光される。
An optical fiber array 2 is connected to the condensing optical system 1. The optical fiber array 2 is composed of the optical fiber 20 1 to 20 n of the n corresponding to the measurement points in n points, the optical fiber bundle 2a is other than the entrance end and exit end
Is formed. The incident ends are installed on the light-collecting surface, corresponding to the light-collecting points from each measurement point. guided with high efficiency in the self-emission measuring system by 20 1 to 20 n.

【0024】なお、火炎発光は紫外線を含んでいるた
め、光ファイバとしては紫外線透過型の石英ファイバを
用いることが望ましい。また、光ファイバのコア径を小
さくすることによって計測の位置分解能を高めることが
できるが、一方で光量が減少するので、測定において必
要とされる条件によって、最適のものを選択する必要が
ある。例えば、コア径200μmのものを用いた場合
に、測定体積は1.6mm×φ0.2mm程度となる。この
測定体積は、レーザ・ドップラー流速計(LDV)また
はフェイズ・ドップラー流速計(PDA)の測定体積と
同じオーダーである。
Since the flame emission contains ultraviolet rays, it is desirable to use an ultraviolet transmitting quartz fiber as the optical fiber. In addition, the position resolution of measurement can be increased by reducing the core diameter of the optical fiber, but on the other hand, the amount of light decreases. Therefore, it is necessary to select an optimal one according to the conditions required for measurement. For example, when a core diameter of 200 μm is used, the measurement volume is about 1.6 mm × φ0.2 mm. This measurement volume is of the same order as the measurement volume of a laser Doppler velocimeter (LDV) or a phase Doppler velocimeter (PDA).

【0025】本実施形態における自発光計測系は、n個
の光計測装置31〜3n及び信号増幅手段41〜4nと、そ
れらからの信号を一括して処理する信号処理手段5と、
信号処理手段5を制御し、かつ信号処理手段5からのデ
ータを取り込むコンピュータ6と、コンピュータ6に接
続されデータが表示・記録されるモニタ7及び記録装置
8とからなる。
The self-emission measuring system in the present embodiment, the n optical measuring device 3 1 to 3 n and the signal amplifying means 4 1 to 4 n, a signal processing unit 5 for processing collectively signals therefrom ,
It comprises a computer 6 for controlling the signal processing means 5 and taking in data from the signal processing means 5, a monitor 7 connected to the computer 6 for displaying and recording data, and a recording device 8.

【0026】n本の光ファイバ201〜20nの出射端
は、それぞれ光計測装置31〜3nの接続部301〜30n
に接続されて、各測定点からの自発光は、その分光・測
定等が行われる光計測装置31〜3nに入射される。この
ように構成することによって、多点からの自発光を、そ
れぞれに対して別個に設置された光計測装置31〜3n
用いて同時に計測することができ、例えばリアルタイム
で2次元の火炎状態及びその時間変化を観測することが
可能となる。
[0026] n exit end of the optical fiber 20 1 to 20 n of the book, the connection portions 30 1 to 30 n of the respective optical measuring device 3 1 to 3 n
Is connected to the self-emission from each measurement point, the spectral-measurement or the like is incident on the optical measuring device 3 1 to 3 n to be performed. According to this structure, the self-emission from the multi-point, can be measured simultaneously using a separately installed optical measuring device 3 1 to 3 n for each, for example, 2-dimensional flame in real time The state and its time change can be observed.

【0027】光計測装置31〜3nからそれぞれ出力され
た1つまたは複数の信号は、それぞれ対応する信号増幅
手段41〜4nに入力され、さらに信号処理回路などから
なる信号処理手段5に入力される。信号処理手段5はコ
ンピュータ6に接続されており、コンピュータ6は信号
処理等について信号処理手段5を制御するとともに、信
号処理手段5からのデータを取り込んで、解析ソフト等
に基づいて、それらのデータの解析、データ及びその解
析結果のモニタ7への表示及び記録装置8への記録など
を行う。
One or a plurality of signals respectively output from the optical measuring devices 3 1 to 3 n are input to the corresponding signal amplifying units 4 1 to 4 n , respectively, and further, the signal processing unit 5 including a signal processing circuit or the like. Is input to The signal processing means 5 is connected to a computer 6, which controls the signal processing means 5 for signal processing and the like, fetches data from the signal processing means 5, and outputs the data based on analysis software or the like. , The data and the analysis result are displayed on the monitor 7 and recorded on the recording device 8.

【0028】なお、図2に示すように、光計測装置を単
一の光計測装置3のみとして自発光計測系を構成しても
良い。この場合、光計測装置3の接続部30は、光ファ
イバの出射端が用意に着脱可能なものとされており、光
ファイバ201〜20nの出射端を順次接続(図中におい
ては、i番目の光ファイバ20iが接続されている)し
て計測を行うことによって、光ファイバの着脱のみによ
って測定点の切り換えを行う多点計測を実現することが
できる。
As shown in FIG. 2, the light emission measuring system may be constituted by using only a single light measuring device 3 as the light measuring device. In this case, the connection portion 30 of the optical measuring device 3, the exit end of the optical fiber are as detachable to prepare, in a sequential connection (in the figure the exit end of the optical fiber 20 1 to 20 n is i The second optical fiber 20 i is connected) and the measurement is performed, whereby multi-point measurement in which the measurement point is switched only by attaching and detaching the optical fiber can be realized.

【0029】集光光学系1としては、上述したように充
分な位置分解能及び集光効率によって集光が可能(局所
計測)なものを用いる必要がある。図3に、そのような
集光光学系の一例であるポイント・カセグレン光学系1
1を示す。このポイント・カセグレン光学系11は、カ
セグレン光学系を特に局所点計測が可能なように最適化
したものである。ポイント・カセグレン光学系11にお
いては、多点である測定点F1〜Fnからの自発光はそれ
ぞれ凹面鏡11a、及び凸面鏡11bによって反射さ
れ、凹面鏡11aの中心部に形成された開口部11cを
通過して、集光面FP上の集光点P1〜Pnにそれぞれ集
光・結像される。なお、本光学系においては、開口部1
1cによって凹面鏡11aの有効反射面積が小さくな
り、特に視野中心から離れた測定点に対する集光光量は
減少する。
As described above, it is necessary to use a condensing optical system 1 capable of condensing (local measurement) with sufficient positional resolution and condensing efficiency as described above. FIG. 3 shows a point Cassegrain optical system 1 which is an example of such a condensing optical system.
1 is shown. The point Cassegrain optical system 11 is obtained by optimizing the Cassegrain optical system so that local point measurement can be performed. In point Cassegrain optical system 11, respectively self-emission concave mirror 11a from is multi point measurement point F 1 to F n, and is reflected by the convex mirror 11b, passes through the opening 11c formed in the center of the concave mirror 11a Then, the light is condensed and imaged at each of the light condensing points P 1 to P n on the light converging surface FP. In this optical system, the aperture 1
By 1c, the effective reflection area of the concave mirror 11a is reduced, and in particular, the amount of condensed light at a measurement point far from the center of the visual field is reduced.

【0030】また、図4に、集光光学系の他の例である
ポイント・マクストフ光学系12を示す。このポイント
・マクストフ光学系12は、ポイント・カセグレン光学
系と同様に、マクストフ光学系を特に局所点計測が可能
なように最適化したものである。ポイント・マクストフ
光学系12においては、多点である測定点F1〜Fnから
の自発光はそれぞれマクストフ補正板12bによって光
路を補正され、凹面鏡12aによって反射されて、集光
面FP上の集光点P1〜Pnにそれぞれ集光・結像され
る。
FIG. 4 shows a point-Mastoff optical system 12, which is another example of the condensing optical system. The point-Mastoff optical system 12 is obtained by optimizing the Max-Stoff optical system so that local point measurement can be performed, similarly to the point-Massoff optical system. In point Maksutov optical system 12, the self-emission from the measurement point F 1 to F n is multi point is corrected optical path by each Maksutov correcting plate 12b, is reflected by the concave mirror 12a, the light-collecting surface FP Ueno Collection are each collecting light, it focused on the light spot P 1 ~P n.

【0031】ポイント・マクストフ光学系は、特に多点
計測において、ポイント・カセグレン光学系と比較して
広い領域に対して安定した位置分解能を有している。図
5は、ポイント・カセグレン光学系及びポイント・マク
ストフ光学系の視野割合及び位置分解能の相関を示すグ
ラフである。ポイント・カセグレン光学系においては、
測定点が視野中心から離れるにしたがってその位置分解
能が落ちているのに対して、ポイント・マクストフ光学
系では、視野全体においてほとんど位置分解能が変化せ
ず、したがって、多点計測において各測定点に対してほ
ぼ等しい位置分解能による計測を実現することができ
る。
The point-Mastoff optical system has a stable position resolution over a wide area as compared with the point-cassegrain optical system, especially in multi-point measurement. FIG. 5 is a graph showing the correlation between the field-of-view ratio and the position resolution of the point Cassegrain optical system and the point Maxstoff optical system. In the point Cassegrain optical system,
While the position resolution decreases as the measurement point moves away from the center of the visual field, the position resolution hardly changes in the entire field of view in the point-Makstoff optical system. Thus, measurement with substantially the same position resolution can be realized.

【0032】なお、図3及び図4においては図示してい
ないが、集光点P1〜Pnの位置には、それぞれ対応する
光ファイバ201〜20nの入射端が配置される。また、
これらの測定点F1〜Fn、対応する集光点P1〜Pn及び
光ファイバ201〜20nは、1次元配列、またはマトリ
クス状の2次元配列とすることができ、これによってよ
り効率的に火炎状態の計測及び観測を行うことができ
る。
[0032] Although not shown in FIGS. 3 and 4, the position of the focal point P 1 to P n are each corresponding incident end of the optical fiber 20 1 to 20 n are disposed. Also,
These measurement points F 1 to F n, corresponding converging point P 1 to to P n and the optical fiber 20 1 to 20 n may be a one-dimensional array, or matrix of the two-dimensional array, more by this Measurement and observation of the flame state can be performed efficiently.

【0033】これらの集光光学系及び光ファイバ等の設
定・選択については、計測に必要とされる位置分解能・
測定体積や、多点間の間隔等に基づいて好適なものを適
宜選択することができる。例えば、集光光学系の作業距
離(Working Distance)としては、エンジンや小型バー
ナーを対象とした短距離焦点(150mm以下)から、中
距離焦点(150〜600mm)、長距離焦点(600mm
以上)まで様々に設定可能である。また、集光光学系に
ついては、ポイント・カセグレン光学系は高分解測定
(例えば、視野範囲0.1〜1mm、測定点間隔10〜1
00μm、短・中距離焦点)に、また、ポイント・マク
ストフ光学系は広視野測定(例えば、視野範囲5〜50
mm、測定点間隔1〜5mm、中・長距離焦点)において好
適に適用可能である。また、光ファイバのコア径を変更
することによって、スポットサイズを容易に変化させる
ことができる。
The setting and selection of the condensing optical system, the optical fiber, and the like are performed with respect to the positional resolution required for measurement.
A suitable one can be appropriately selected based on the measurement volume, the interval between multiple points, and the like. For example, the working distance of the condensing optical system is from a short distance focus (150 mm or less) for an engine or a small burner to a medium distance focus (150 to 600 mm) and a long distance focus (600 mm).
Various settings can be made up to the above. Regarding the condensing optical system, the point Cassegrain optical system uses a high-resolution measurement (for example, a visual field range of 0.1 to 1 mm, and a measuring point interval of 10 to 1).
00 μm, short / medium focus, and the point-Makstoff optical system has a wide-field measurement (for example, a field range of 5 to 50).
mm, measurement point interval 1 to 5 mm, and medium / long distance focus). The spot size can be easily changed by changing the core diameter of the optical fiber.

【0034】図6に、図1または図2に示した実施形態
に用いられる光計測装置3の一構成例を示す。光計測装
置3においては、光ファイバ20によって導光された光
のうち、観測したい物質からの自発光成分を選択して測
定を行うこと、及び時系列計測を効率的に行うために高
速での計測が可能な測定系とすることが必要とされる。
図6に示した光計測装置3においては、炭化水素燃焼反
応において特に重要な中間生成物であるOH、CH及び
2からの自発光成分を測定するように装置が構成され
ている。また、C2に関しては、2成分について(以下
2(1)及びC2(2)と表記する)測定を行う。OH
発光は燃焼反応及び高温ガスに対応して観測され、CH
・C2発光は燃焼反応領域(反応帯)と高い相関があ
り、さらに、C2発光は反応及びすす生成と強い関係が
ある。したがって、これらによるラジカル自発光を計測
することによって、燃焼反応に関する重要な情報を得る
ことができる。また、同一ラジカル(例えばC2)につ
いての2波長成分以上の同時測定を行うことによって、
温度に関する情報等を得ることができる。
FIG. 6 shows an example of the configuration of the optical measuring device 3 used in the embodiment shown in FIG. 1 or FIG. In the optical measurement device 3, of the light guided by the optical fiber 20, a self-luminous component from a substance to be observed is selected and measured, and high-speed measurement is performed to efficiently perform time-series measurement. It is required that the measurement system be capable of measurement.
The optical measuring device 3 shown in FIG. 6 is configured to measure self-luminous components from OH, CH, and C 2 , which are particularly important intermediate products in the hydrocarbon combustion reaction. As for C 2 , measurement is performed on two components (hereinafter referred to as C 2 (1) and C 2 (2)). OH
Luminescence is observed in response to combustion reactions and hot gases, and CH
C 2 emission has a high correlation with the combustion reaction zone (reaction zone), and C 2 emission has a strong relationship with reaction and soot formation. Therefore, by measuring the radical self-luminescence by these, important information on the combustion reaction can be obtained. Further, by simultaneously measuring two or more wavelength components of the same radical (for example, C 2 ),
Information on temperature and the like can be obtained.

【0035】このように複数の化学種についての計測を
同時に行う場合、レーザを用いた計測法では、化学種毎
にレーザ光源が必要であり、装置が大型化・複雑化し、
実用上そのような測定は困難である。これに対して、本
発明のように自発光計測を利用することによって、容易
に複数の化学種についての同時計測を行うことができ
る。
As described above, when simultaneously measuring a plurality of chemical species, the measurement method using a laser requires a laser light source for each chemical species, and the apparatus becomes large and complicated.
Such a measurement is difficult in practice. On the other hand, simultaneous measurement of a plurality of chemical species can be easily performed by utilizing self-emission measurement as in the present invention.

【0036】光計測装置3は、それぞれOH、CH、C
2(1)及びC2(2)による自発光に対応している4つ
の分光計測装置3a〜3dを有して構成される。それぞ
れの選択波長は、 分光計測装置3a:OH 、波長306.4nm、半値幅10〜15nm 分光計測装置3b:CH 、波長431.5nm、半値幅1〜2nm 分光計測装置3c:C2(1) 、波長473.3nm、半値幅1〜2nm 分光計測装置3d:C2(2) 、波長516.5nm、半値幅1〜2nm として設定されている。分光計測装置3aは、ダイクロ
イックミラー31a、干渉フィルタ32a及び光電子増
倍管33aから構成され、ダイクロイックミラー31a
によって入射光から分離された光は、干渉フィルタ32
aに入射してOH自発光に対応する上述の選択波長の自
発光成分が選択・透過され、光電子増倍管33aに入射
される。入射した自発光成分は、光電子増倍管33aに
よって光電変換され増倍されて、信号増幅手段4に出力
される。他の分光計測装置3b〜3dについてもその構
成は同様であるが、それぞれの選択波長が上述の対応し
た自発光成分の波長に設定されている。
The optical measuring device 3 has OH, CH, C
2 (1) and C 2 (2) according to configured with a four spectroscopic measuring device 3a~3d which corresponds to the self-luminous. The selected wavelengths are: spectrometer 3a: OH, wavelength 306.4 nm, half-width 10-15 nm spectrometer 3b: CH, wavelength 431.5 nm, half-width 1-2 nm spectrometer 3c: C 2 (1) The wavelength is 473.3 nm and the half width is 1-2 nm. The spectrometer 3d is set as C 2 (2), the wavelength is 516.5 nm, and the half width is 1-2 nm. The spectrometer 3a includes a dichroic mirror 31a, an interference filter 32a, and a photomultiplier tube 33a.
The light separated from the incident light by the
a, the self-luminous component of the above-mentioned selected wavelength corresponding to the OH self-luminescence is selected and transmitted, and is incident on the photomultiplier tube 33a. The incident self-luminous component is photoelectrically converted and multiplied by the photomultiplier tube 33 a and output to the signal amplifying unit 4. The other spectrometers 3b to 3d have the same configuration, but each selected wavelength is set to the wavelength of the corresponding self-emission component.

【0037】本構成例においては、特に光計測に高速動
作が可能な光電子増倍管33a〜33dを用いることに
よって、高速での時系列計測を可能にしている。これに
対応して、測定のサンプリングレートも例えば100kH
z〜1MHz程度に設定することができる。
In this configuration example, high-speed time-series measurement is made possible by using photomultiplier tubes 33a to 33d capable of high-speed operation, particularly for optical measurement. Correspondingly, the sampling rate of the measurement is, for example, 100 kHz.
It can be set to about z to 1 MHz.

【0038】以上に示したように、例えば図3または図
4に示したような集光光学系を適用することによって、
高位置分解能での局所計測が可能となり、また、例えば
図6に示したような光計測装置を適用することによっ
て、高速・高時間分解能での時系列計測が可能となる。
これらを用いて、例えば図1に示したように火炎自発光
計測装置を構成することによって、多点についての自発
光の局所・時系列計測が実現され、これによって火炎の
微細構造についての情報を得ることが可能となる。
As described above, by applying the condensing optical system as shown in FIG. 3 or FIG. 4, for example,
Local measurement with high position resolution is possible, and time series measurement with high speed and high time resolution becomes possible by applying, for example, an optical measurement device as shown in FIG.
Using these, for example, by configuring a flame self-luminous measuring device as shown in FIG. 1, local / time-series measurement of self-luminous at multiple points is realized, and thereby information about the fine structure of the flame is obtained. It is possible to obtain.

【0039】このような計測装置を様々な燃焼装置にお
ける火炎の燃焼解析に用いることによって、多くの重要
な情報を得ることができる。例えば、自動車のエンジン
においては、火炎は図7に示すように、その幅WF
0.1mmオーダーの火炎帯Fを形成して、移動速度VF
で移動・伝播する。このとき、測定点FPにおいて自発
光を測定すると、火炎帯Fの通過に対応した自発光の強
度の立ち上がり(ピーク)が観測される。このピークの
時間tから通過時刻、ピーク幅Δtから通過に要した時
間、またピーク強度hから火炎の燃焼強度についての情
報をそれぞれ得ることができる。
By using such a measuring device for flame combustion analysis in various combustion devices, a great deal of important information can be obtained. For example, in the engine of an automobile, the flame as shown in FIG. 7, the width W F is to form a flame zone F of 0.1mm order, moving speed V F
Move and propagate with. In this case, when measuring the self-emission at the measurement point F P, the rise of the intensity of the spontaneous light corresponding to the passage of the flame zone F (peak) is observed. From the peak time t to the passage time, from the peak width Δt, the time required for passage, and from the peak intensity h, information on the flame combustion intensity can be obtained.

【0040】ただし、上記したような自発光計測を行っ
ても、単一の測定点についての測定によっては、幅WF
及び移動速度VFを求めることはできず、多点計測を行
って、各測定点での自発光変化の相関をみることによっ
て、はじめてそれらの火炎状態及びその時間変化につい
ての直接的な情報を得ることが可能となる。さらに、例
えば多点をマトリクス状の2次元構成とすることによっ
て、火炎の移動方向など多くの情報を効率的に得ること
ができる。また、高分解タイプの測定を行うことによっ
て火炎帯内部の反応強度分布など、さらに微細な構造を
解明することができる。その他にも、各化学種からの自
発光の変化・相関等から、局所的な空燃比(A/F)、
乱流構造とそれに関する局所ダムケラー数等、多くの情
報を得ることができる。
However, even when the self-emission measurement as described above is performed, the width W F may be increased depending on the measurement at a single measurement point.
And can not obtain the moving velocity V F, by performing multi-point measurement, by looking at the correlation of self-emission changes at each measurement point, the first time a direct information about their flame state and its time change It is possible to obtain. Further, for example, by forming a multi-point two-dimensional configuration in a matrix, it is possible to efficiently obtain a large amount of information such as the moving direction of the flame. Further, by performing a high-resolution type measurement, a finer structure such as a reaction intensity distribution inside the flame zone can be clarified. In addition, local air-fuel ratios (A / F),
A lot of information can be obtained, such as the turbulence structure and the local Damkohler number related to it.

【0041】なお、このような計測の適用対象は自動車
のエンジンに限らず、オイルバーナーを用いた噴霧燃焼
方式の火炉やボイラー、航空機や火力発電に使用される
ガスタービン、ラム、スクラムジェットエンジン燃焼器
など、様々な燃焼装置に対して適用することができる。
The application of such a measurement is not limited to an automobile engine. A spray-fired furnace or boiler using an oil burner, a gas turbine used for an aircraft or thermal power generation, a ram, a scramjet engine combustion, etc. It can be applied to various combustion devices such as a vessel.

【0042】また、自発光計測以外の従来の火炎状態の
計測法を併用することによって、さらに多くの情報を得
ることが可能になる。特に、本発明による集光光学系
は、通常のレンズ系と比較して非常に高い集光率を有し
ているので、火炎についてのレーザ計測の集光系として
も適用することが可能である。
Further, by using a conventional flame state measuring method other than the self-luminous measurement together, more information can be obtained. In particular, the condensing optical system according to the present invention has a very high condensing rate as compared with a normal lens system, and thus can be applied also as a condensing system for laser measurement of a flame. .

【0043】例えば、本発明による自発光計測の測定体
積は、LDVやPDAと同程度またはそれ以下であり、
それらの計測と自発光計測の同時計測を行うことによ
り、局所的なガス流速速度と火炎移動速度から、局所燃
焼速度を見積もることができる。また、LDVやPDA
の測定体積は一般に光軸方向に数百μm〜数mm程度の長
さを持つので、自発光計測装置を高分解タイプの設定と
して同時計測を行うことによって、LDVやPDAの測
定体積内の流速測定値の分布などを計測することが可能
になる。また、LIF法による測定を併用することによ
って、化学反応メカニズムについての知見を得ることが
可能となる。
For example, the measurement volume of the self-luminous measurement according to the present invention is equal to or less than that of LDV or PDA.
By performing these measurements and the self-luminous measurement simultaneously, the local burning velocity can be estimated from the local gas flow velocity and the flame moving velocity. Also, LDV and PDA
Since the measurement volume of the sample generally has a length of about several hundred μm to several mm in the optical axis direction, the simultaneous measurement is performed by setting the self-luminous measurement device to a high-resolution type, so that the flow rate in the measurement volume of the LDV or PDA is It becomes possible to measure the distribution of measured values and the like. Further, by using the measurement by the LIF method together, it is possible to obtain knowledge on the chemical reaction mechanism.

【0044】光計測装置については、図6に示した干渉
フィルタ及び光電子増倍管を用いたものに限られず、様
々な形態のものを適用することができる。図8に、その
ような光計測装置3の他の構成例を示す。ここでは、自
発光成分の分光に回折格子35を用い、それぞれOH、
CH、C2(1)及びC2(2)による自発光に対応して
4つのマルチアノード型光電子増倍管36a〜36dを
設置して、高分解能分光計測装置である光計測装置を構
成している。
The optical measurement device is not limited to the one using the interference filter and the photomultiplier tube shown in FIG. 6, and various types can be applied. FIG. 8 shows another configuration example of such an optical measurement device 3. Here, the diffraction grating 35 is used to split the self-luminous component, and OH,
Four multi-anode type photomultiplier tubes 36a to 36d are installed corresponding to the self-emission by CH, C 2 (1) and C 2 (2) to constitute an optical measurement device as a high-resolution spectral measurement device. ing.

【0045】このとき、光ファイバによって導光された
自発光は、回折格子35によって波長分解され、各自発
光成分の波長帯の光が対応するマルチアノード型光電子
増倍管36a〜36dに入射される。マルチアノード型
光電子増倍管36a〜36dは、図8に示されているよ
うに、波長分解の方向にアノードの分割の方向が一致さ
れて配置されており、これによって、選択された各波長
帯をさらに高分解能によって波長分解して計測し、各自
発光成分の強度を計測するたけでなく、その微細構造ス
ペクトルを高速・時系列で測定して、燃焼温度や圧力な
どについてのさらに詳しい情報を得ることができる。
At this time, the self-luminous light guided by the optical fiber is wavelength-resolved by the diffraction grating 35, and light in the wavelength band of each self-luminous component is incident on the corresponding multi-anode type photomultiplier tubes 36a to 36d. . As shown in FIG. 8, the multi-anode type photomultiplier tubes 36a to 36d are arranged in such a manner that the direction of splitting of the anode coincides with the direction of wavelength resolution, whereby each selected wavelength band Not only measure the intensity of each self-luminous component but also measure its fine structure spectrum in high speed and time series to obtain more detailed information on combustion temperature, pressure, etc. be able to.

【0046】干渉フィルタを用いた計測の場合には、選
択波長帯が数nm〜数十nmの広いバンド幅によって計測さ
れる。しかし、温度解析や詳細な化学反応解析において
は、1nm以下の波長分解能での自発光スペクトル計測が
必要とされる場合がある。上記のような回折格子及びマ
ルチアノード型光電子増倍管を用いた高分解能分光によ
り、0.1〜0.5nm程度の高波長分解能での自発光ス
ペクトル時系列計測が可能となり、これによって、従来
困難であった局所温度の時系列測定等を実現することが
できる。
In the case of measurement using an interference filter, the selected wavelength band is measured with a wide bandwidth of several nm to several tens nm. However, in temperature analysis or detailed chemical reaction analysis, it may be necessary to measure a self-emission spectrum with a wavelength resolution of 1 nm or less. High-resolution spectroscopy using the above-described diffraction grating and multi-anode type photomultiplier tube enables time-series measurement of self-emission spectrum with high wavelength resolution of about 0.1 to 0.5 nm. Time series measurement of local temperature, which has been difficult, can be realized.

【0047】なお、マルチアノード型光電子増倍管36
a〜36dを用いることによって、複数の光電子増倍管
を設置するなどの構成とした場合に比較して、装置を大
幅に小型化することができるが、このようなマルチアノ
ード型光電子増倍管の適用は回折格子を用いた場合に限
られるものではなく、例えば干渉フィルタと組み合わせ
て用いることも可能である。
The multi-anode type photomultiplier tube 36
The use of the multi-anode type photomultiplier tubes a to 36d can greatly reduce the size of the device as compared with a configuration in which a plurality of photomultiplier tubes are installed. Is not limited to the case where a diffraction grating is used, and may be used in combination with, for example, an interference filter.

【0048】また、光計測の方法としては、各測定点か
らの自発光にそれぞれ光計測装置を適用する方法に限ら
ず、例えば自発光による2次元の光像を位置検出型光計
測装置によって計測または撮像することもできる。高感
度・高速の位置検出型光計測装置としては、高速動作可
能なCCDなどのイメージセンサや、それを用いたも
の、例えばイメージインテンシファイアなどのイメージ
管にCCDを接続したものや、蛍光面に電子打ち込み型
CCDが用いられているイメージ管、または、位置検出
が可能なマルチアノード型などの光電子増倍管、などを
用いることができる。この場合、このような位置検出型
光計測装置は、光ファイバアレイによる導光を行わずに
集光面に直接配置するか、または、光ファイバアレイの
出射端面に配置することが可能である。また、ファイバ
アレイにより導光された複数点からの自発光を、干渉フ
ィルタ等を設置した上記したような位置検出型光計測装
置により、同時に分光・検出することによって、多点に
ついての自発光計測装置の小型化が可能になる。
The method of light measurement is not limited to the method of applying the light measuring device to the light emission from each measurement point. For example, a two-dimensional light image due to the light emission is measured by the position detecting light measuring device. Alternatively, an image can be taken. High-sensitivity and high-speed position detection type optical measurement devices include image sensors such as CCDs that can operate at high speed, and those that use them, such as those that connect a CCD to an image tube, such as an image intensifier, and fluorescent screens. An image tube using an electron-implanted CCD or a photomultiplier tube such as a multi-anode type capable of detecting a position can be used. In this case, such a position detection type optical measurement device can be arranged directly on the light-collecting surface without conducting light by the optical fiber array, or can be arranged on the emission end face of the optical fiber array. In addition, spontaneous light emission from a plurality of points guided by the fiber array is simultaneously spectroscopically detected by the above-described position detection type optical measurement device provided with an interference filter or the like, so that self-emission measurement at multiple points is performed. The size of the device can be reduced.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明による火炎自発光計測装置は、以
上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すな
わち、火炎自発光計測において、高い位置分解能を有し
局所計測が可能な集光光学系と、高い時間分解能を有し
時系列計測が可能な光計測装置を用いて、多点計測が可
能な火炎自発光計測装置を構成することによって、火炎
自発光の局所・時系列・多点同時計測を実現することが
でき、火炎状態及び構造と、その時間変化に関する様々
な情報を得ることが可能となる。
As described in detail above, the flame spontaneous emission measuring device according to the present invention has the following effects. In other words, in the flame spontaneous emission measurement, a multi-point measurement is possible by using a condensing optical system having a high position resolution and capable of local measurement and an optical measurement device having a high time resolution and capable of time series measurement. By configuring the flame spontaneous emission measurement device, it is possible to realize local, time series, and multi-point simultaneous measurement of flame spontaneous emission, and to obtain various information on the flame state and structure and its time change. Become.

【0050】特に、単一の集光光学系を用いてこのよう
な多点計測を実現することによって、装置を小型化し、
その取り扱いを容易化して、様々な燃焼装置に対して適
用が可能な計測装置とすることができる。
In particular, by realizing such multi-point measurement using a single condensing optical system, the apparatus can be downsized,
The handling can be facilitated to provide a measuring device applicable to various combustion devices.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る火炎自発光計測装置の一実施形態
の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a flame self-luminous measuring device according to the present invention.

【図2】本発明に係る火炎自発光計測装置の他の実施形
態の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the flame spontaneous emission measuring device according to the present invention.

【図3】集光光学系の一例であるポイント・カセグレン
光学系を示す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a point Cassegrain optical system which is an example of a condensing optical system.

【図4】集光光学系の他の例であるポイント・マクスト
フ光学系を示す構成図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a point-Mastoff optical system which is another example of the condensing optical system.

【図5】ポイント・カセグレン光学系及びポイント・マ
クストフ光学系の位置分解能を比較するグラフである。
FIG. 5 is a graph comparing the positional resolutions of the point Cassegrain optical system and the point Maxstoff optical system.

【図6】光計測装置の一例を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an example of an optical measurement device.

【図7】火炎と自発光との関係を説明するための模式図
である。
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a relationship between a flame and self-luminous light.

【図8】光計測装置の他の例を示す構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram illustrating another example of the optical measurement device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…集光光学系、11…ポイント・カセグレン光学系、
11a…凹面鏡、11b…凸面鏡、11c…開口部、1
2…ポイント・マクストフ光学系、12a…凹面鏡、1
2b…マクストフ補正板、2…光ファイバアレイ、2a
…光ファイババンドル、20、201〜20n…光ファイ
バ、3、31〜3n…光計測装置、30、301〜30n
接続部、3a〜3d…分光計測装置、31a〜31d…
ダイクロイックミラー、32a〜32d…干渉フィル
タ、33a〜33d…光電子増倍管、35…回折格子、
36a〜36d…マルチアノード型光電子増倍管、4、
1〜4n…信号増幅手段、5…信号処理手段、6…コン
ピュータ、7…モニタ、8…記録装置、F…火炎、
P、F1〜Fn…測定点、FP…集光面、P1〜Pn…集
光点。
1 ... condensing optical system, 11 ... point Cassegrain optical system,
11a: concave mirror, 11b: convex mirror, 11c: opening, 1
2: Point-Mastoff optical system, 12a: concave mirror, 1
2b: Makstoff correction plate, 2: optical fiber array, 2a
... optical fiber bundles, 20, 20 1 to 20 n ... optical fiber, 3,3 1 to 3 n ... optical measurement apparatus, 30, 30 1 to 30 n ...
Connections, 3a-3d ... Spectrometer, 31a-31d ...
Dichroic mirror, 32a to 32d: interference filter, 33a to 33d: photomultiplier, 35: diffraction grating,
36a-36d: Multi-anode type photomultiplier tube, 4,
4 1 to 4 n ... signal amplifying means, 5 ... signal processing unit, 6 ... computer, 7 ... monitor, 8 ... recording device, F ... flame,
F P , F 1 to F n … measurement point, FP… condensing surface, P 1 to P n … condensing point.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 裕二 兵庫県神戸市灘区篠原台5−1−1207 ジ オ六甲山手 (72)発明者 福里 克彦 東京都練馬区氷川台4−36−10 A201 (72)発明者 中島 健 兵庫県宝塚市売布山手町3−19 (72)発明者 香月 正司 兵庫県西宮市清水町5−5−602 (72)発明者 赤松 史光 大阪府枚方市御殿山南町4−2931 Fターム(参考) 2G065 AA04 AB04 AB05 BA04 BA18 BA21 BA33 BA34 BB02 BB06 BB27 BB28 BC03 BC07 BC35 BD01 BD08 DA01 DA06 3K005 QC03 RA02 RA03 RA04  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Yuji Ikeda 5-1-1207 Shinoharadai, Nada-ku, Kobe-shi, Hyogo Prefecture Geo Rokko Yamate (72) Inventor Katsuhiko Fukusato 4-36-10 Hikawadai, Nerima-ku, Tokyo A201 ( 72) Inventor Ken Nakajima 3-19 Mefuyamate-cho, Takarazuka-shi, Hyogo (72) Inventor Shoji 5-5-602, Shimizu-cho, Nishinomiya-shi, Hyogo (72) Inventor Fumiko Akamatsu 4, Gotenyama-minami-cho, Hirakata-shi, Osaka −2931 F term (reference) 2G065 AA04 AB04 AB05 BA04 BA18 BA21 BA33 BA34 BB02 BB06 BB27 BB28 BC03 BC07 BC35 BD01 BD08 DA01 DA06 3K005 QC03 RA02 RA03 RA04

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 火炎の状態を測定するための火炎自発光
計測装置であって、 火炎の複数の測定点からの自発光を、集光面の対応する
集光点にそれぞれ集光させる単一の光学系からなる集光
光学系と、 前記集光点にそれぞれ集光された、前記複数の測定点か
らの前記自発光が計測される自発光計測系と、を有する
ことを特徴とする火炎自発光計測装置。
1. A flame spontaneous emission measuring device for measuring a state of a flame, wherein a spontaneous light emission from a plurality of measurement points of the flame is condensed at corresponding converging points on a condensing surface. And a light-gathering optical system comprising: a light-gathering optical system comprising: a light-gathering optical system; Light emission measurement device.
【請求項2】 前記集光光学系は、点計測が可能なポイ
ント・カセグレン光学系であることを特徴とする請求項
1記載の火炎自発光計測装置。
2. The flame spontaneous emission measuring device according to claim 1, wherein the condensing optical system is a point Cassegrain optical system capable of performing point measurement.
【請求項3】 前記集光光学系は、点計測が可能なポイ
ント・マクストフ光学系であることを特徴とする請求項
1記載の火炎自発光計測装置。
3. The flame spontaneous emission measuring device according to claim 1, wherein the light condensing optical system is a point-Mastoff optical system capable of performing point measurement.
【請求項4】 前記自発光計測系は、集光された前記自
発光によって前記集光面上に形成された光像が検出また
は撮像される位置検出型光計測装置を有して構成された
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の火
炎自発光計測装置。
4. The self-emission measurement system includes a position detection type optical measurement device that detects or captures an optical image formed on the condensing surface by the condensed self-emission. The flame spontaneous emission measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein:
【請求項5】 前記集光面の複数の前記集光点にその入
射端がそれぞれ配列される複数の光ファイバからなる光
ファイバアレイをさらに有し、 前記自発光計測系は、前記複数の光ファイバの出射端側
に設置されて、前記複数の光ファイバによってそれぞれ
導光された、前記複数の測定点からの前記自発光が計測
されるように構成されたことを特徴とする請求項1〜3
のいずれか一項記載の火炎自発光計測装置。
5. An optical fiber array comprising a plurality of optical fibers each having an incident end arranged at each of the plurality of light-condensing points on the light-condensing surface, wherein the self-emission measurement system comprises The self-emission from the plurality of measurement points, which is provided on the emission end side of the fiber and is guided by the plurality of optical fibers, respectively, is configured to be measured. 3
The flame spontaneous emission measurement device according to any one of the above.
【請求項6】 前記複数の測定点は、1次元配列されて
構成され、 前記複数の光ファイバのそれぞれの前記入射端は、1次
元配列された前記複数の測定点に対応して前記集光面に
1次元配列されていることを特徴とする請求項5記載の
火炎自発光計測装置。
6. The plurality of measurement points are arranged in a one-dimensional array, and each of the incident ends of the plurality of optical fibers corresponds to the plurality of measurement points arranged in a one-dimensional manner. The flame spontaneous emission measurement device according to claim 5, wherein the flame self-emission measurement device is one-dimensionally arranged on a surface.
【請求項7】 前記複数の測定点は、マトリクス状に2
次元配列されて構成され、 前記複数の光ファイバのそれぞれの前記入射端は、2次
元配列された前記複数の測定点に対応して前記集光面に
マトリクス状に2次元配列されていることを特徴とする
請求項5記載の火炎自発光計測装置。
7. The method according to claim 7, wherein the plurality of measurement points are arranged in a matrix.
Each of the incident ends of the plurality of optical fibers is two-dimensionally arranged in a matrix on the light-collecting surface corresponding to the plurality of measurement points arranged two-dimensionally. The flame self-luminous measuring device according to claim 5, characterized in that:
【請求項8】 前記自発光計測系は、前記複数の光ファ
イバのうちのいずれか1つの光ファイバの前記出射端が
光学的に接続されて、前記自発光が計測される単一の光
計測装置を有して構成されたことを特徴とする請求項5
〜7のいずれか一項記載の火炎自発光計測装置。
8. The light emission measurement system according to claim 1, wherein the emission end of one of the plurality of optical fibers is optically connected, and the light emission is measured by a single light measurement. 6. The apparatus according to claim 5, wherein the apparatus includes a device.
The flame self-luminous measurement device according to any one of claims 7 to 7.
【請求項9】 前記自発光計測系は、前記複数の光ファ
イバの前記出射端がそれぞれ光学的に接続されて、前記
自発光が計測される複数の光計測装置を有して構成され
たことを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項記載の
火炎自発光計測装置。
9. The self-luminous measurement system includes a plurality of optical measurement devices for measuring the spontaneous emission by optically connecting the emission ends of the plurality of optical fibers, respectively. The flame spontaneous emission measurement device according to any one of claims 5 to 7, characterized in that:
【請求項10】 前記光計測装置は、特定の選択波長の
光を選択透過する干渉フィルタと、前記干渉フィルタを
透過した光を計測する光電子増倍管と、を有する分光計
測装置を備えることを特徴とする請求項8または9記載
の火炎自発光計測装置。
10. The optical measurement apparatus according to claim 1, further comprising: a spectrometer including: an interference filter that selectively transmits light having a specific selected wavelength; and a photomultiplier that measures light transmitted through the interference filter. The flame self-luminous measuring device according to claim 8 or 9, wherein:
【請求項11】 前記光計測装置は、それぞれの前記選
択波長が異なる波長である複数の前記分光計測装置を備
えることを特徴とする請求項10記載の火炎自発光計測
装置。
11. The flame spontaneous emission measuring device according to claim 10, wherein the optical measuring device includes a plurality of the spectroscopic measuring devices, each of the selected wavelengths having different wavelengths.
【請求項12】 前記光計測装置は、分光を行う回折格
子と、前記回折格子によって分光された光を計測する単
一または複数のマルチアノード型光電子増倍管と、を有
する高分解能分光計測装置を備えることを特徴とする請
求項8または9記載の火炎自発光計測装置。
12. The high-resolution spectrometer having a diffraction grating for performing spectroscopy and a single or a plurality of multi-anode type photomultipliers for measuring light split by the diffraction grating. The flame self-luminous measuring device according to claim 8 or 9, further comprising:
【請求項13】 前記複数の光ファイバのそれぞれの前
記出射端は、1次元または2次元配列されて出射面を形
成し、 前記自発光計測系は、導光された前記自発光によって前
記出射面上に形成された光像が検出または撮像される位
置検出型光計測装置を有して構成されたことを特徴とす
る請求項5〜7のいずれか一項記載の火炎自発光計測装
置。
13. The emission end of each of the plurality of optical fibers is one-dimensionally or two-dimensionally arranged to form an emission surface, and the light emission measurement system is configured to emit the light emission surface by the guided light emission. The flame spontaneous emission measurement device according to any one of claims 5 to 7, further comprising a position detection type optical measurement device that detects or captures an optical image formed thereon.
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