JP2017015590A - Temperature distribution measuring method, system, and device, and filament - Google Patents

Temperature distribution measuring method, system, and device, and filament Download PDF

Info

Publication number
JP2017015590A
JP2017015590A JP2015133470A JP2015133470A JP2017015590A JP 2017015590 A JP2017015590 A JP 2017015590A JP 2015133470 A JP2015133470 A JP 2015133470A JP 2015133470 A JP2015133470 A JP 2015133470A JP 2017015590 A JP2017015590 A JP 2017015590A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
fluorescent dye
gas
temperature distribution
thin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015133470A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6590190B2 (en
Inventor
俊平 舩谷
Shunpei Funatani
俊平 舩谷
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.)
University of Yamanashi NUC
Original Assignee
University of Yamanashi NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Yamanashi NUC filed Critical University of Yamanashi NUC
Priority to JP2015133470A priority Critical patent/JP6590190B2/en
Publication of JP2017015590A publication Critical patent/JP2017015590A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6590190B2 publication Critical patent/JP6590190B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a temperature distribution measuring method by which contamination of the measured area can be prevented while ensuring uniformity of fluorescence intensity.SOLUTION: A gas temperature distribution measuring method comprises an irradiation step of irradiating a filament arranged in the measured gas and coated with fluorescent dye with exciting light for exciting the fluorescent dye; a temperature dependence level acquiring step of acquiring at multiple points the temperature dependence level obtained from fluorescence generated by the fluorescent dye and varying with the temperature of the fluorescent dye; and a temperature distribution calculating step of calculating the temperature distribution of the gas from a plurality of the temperature dependence levels on the basis of the relation between the temperature of the fluorescent dye and the temperature dependence level.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、気体の温度分布測定方法、システム、装置及び細線に関するものである。   The present invention relates to a gas temperature distribution measuring method, system, apparatus, and thin wire.

気体の温度分布測定方法として、LIF法(Laser Induced Fluorescence:レーザー誘起蛍光法)を応用した方法がある。   As a method for measuring the temperature distribution of a gas, there is a method applying the LIF method (Laser Induced Fluorescence).

例えば、特許文献1では、温度測定対象となる気体に蛍光染料溶液を噴霧して液滴群とし、これに蛍光染料を励起する波長域の成分を含む光を照射し、蛍光染料の蛍光強度を測定し、その蛍光強度から温度を算出することで、気体の温度を測定している。   For example, in Patent Document 1, a fluorescent dye solution is sprayed onto a gas to be temperature-measured to form a droplet group, which is irradiated with light containing a component in a wavelength region that excites the fluorescent dye, and the fluorescence intensity of the fluorescent dye is determined. The temperature of the gas is measured by measuring and calculating the temperature from the fluorescence intensity.

特開2013-68499JP 2013-68499 A

しかし、特許文献1に記載されている方法では、蛍光染料を含む液滴を気体中に噴霧するために液滴が落下し、誤差要因となり得る蛍光強度の非一様性が生じてしまう。さらに、噴霧された液滴により測定領域が汚損される。   However, in the method described in Patent Document 1, since a droplet containing a fluorescent dye is sprayed into a gas, the droplet falls, resulting in non-uniformity of fluorescence intensity that can be an error factor. Furthermore, the measurement area is soiled by the sprayed droplets.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、蛍光強度の一様性を担保しつつ測定領域の汚損を防ぐことができる温度分布測定方法を提供するものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a temperature distribution measuring method capable of preventing contamination of a measurement region while ensuring uniformity of fluorescence intensity.

本発明によれば、気体の温度分布測定方法であって、測定対象の気体中に配置され且つ蛍光染料が塗布された細線に対し、前記蛍光染料を励起させる励起光を照射する照射ステップと、前記蛍光染料が発生させる蛍光から得られ且つ前記蛍光染料の温度に依存して変化する温度依存値を複数点において取得する温度依存値分布取得ステップと、前記蛍光染料の温度と温度依存値の関係に基づいて、複数の前記温度依存値から前記気体の温度分布を算出する温度分布算出ステップと、を有する気体の温度分布測定方法が提供される。   According to the present invention, there is provided a method for measuring a temperature distribution of a gas, the irradiation step of irradiating excitation light for exciting the fluorescent dye on a fine line disposed in the gas to be measured and coated with the fluorescent dye; A temperature-dependent value distribution obtaining step for obtaining temperature-dependent values obtained from the fluorescence generated by the fluorescent dye and changing depending on the temperature of the fluorescent dye at a plurality of points, and a relationship between the temperature and the temperature-dependent value of the fluorescent dye And a temperature distribution calculating step of calculating a temperature distribution of the gas from a plurality of the temperature-dependent values.

本発明の温度分布測定方法では、蛍光染料が細線に塗布されているため、蛍光染料の落下による蛍光強度の非一様性の発生を低減することができる。さらに、測定領域を汚損することもなくなる。   In the temperature distribution measuring method of the present invention, since the fluorescent dye is applied to the thin line, it is possible to reduce the occurrence of non-uniformity of the fluorescence intensity due to the fall of the fluorescent dye. Furthermore, the measurement area is not soiled.

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記細線の直径が5μm〜60μmである。
好ましくは、前記温度依存値は、互いに異なる波長成分の蛍光強度の比である。
好ましくは、前記細線は、流れがある気体中に配置される。
好ましくは、前記細線は、所定の間隔で配置された複数の細線であり、隣り合う前記細線の温度に基づいて、隣り合う前記細線の間の空間における気体の温度を補完する補完ステップを有する。
好ましくは、複数の前記細線を同一平面上に配置した細線群を、前記照射ステップにおける励起光の光源からみて互いに重ならない位置に複数配置する。
好ましくは、前記複数の細線の間隔は、測定対象の気体の流れが速い領域における間隔を測定対象の気体の流れが遅い領域における間隔よりも狭くなるように調整される。
好ましくは、測定対象の気体中に配置され且つ蛍光染料が塗布された細線に対して前記蛍光染料を励起させる励起光を照射する照射手段と、前記蛍光染料が発生させる蛍光から得られ且つ前記蛍光染料の温度に依存して変化する温度依存値を複数点において取得する温度依存値取得手段と、前記蛍光染料の温度と温度依存値の関係に基づいて、複数の前記温度依存値から前記気体の温度分布を算出する温度分布算出手段と、を有する気体の温度分布測定システムである。
好ましくは、蛍光染料が塗布された直径が5μm〜60μmである細線である。
好ましくは、蛍光染料が塗布された直径が5μm〜60μmである細線と、前記細線を固定するフレームと、を有する気体の温度分布測定装置である。
Hereinafter, various embodiments of the present invention will be exemplified. The following embodiments can be combined with each other.
Preferably, the diameter of the thin wire is 5 μm to 60 μm.
Preferably, the temperature dependent value is a ratio of fluorescence intensities of different wavelength components.
Preferably, the thin wire is disposed in a gas having a flow.
Preferably, the thin line is a plurality of thin lines arranged at a predetermined interval, and has a complementing step of complementing the temperature of the gas in the space between the adjacent thin lines based on the temperature of the adjacent thin lines.
Preferably, a plurality of thin wire groups in which a plurality of the thin wires are arranged on the same plane are arranged at positions that do not overlap each other when viewed from the excitation light source in the irradiation step.
Preferably, the interval between the plurality of thin lines is adjusted such that the interval in the region where the gas flow of the measurement target is fast is narrower than the interval in the region where the gas flow of the measurement target is slow.
Preferably, irradiation means for irradiating excitation light that excites the fluorescent dye to a fine wire disposed in the gas to be measured and coated with the fluorescent dye, and obtained from the fluorescence generated by the fluorescent dye and the fluorescent light Temperature-dependent value acquisition means for acquiring temperature-dependent values that change depending on the temperature of the dye at a plurality of points, and based on the relationship between the temperature and the temperature-dependent value of the fluorescent dye, And a temperature distribution calculating unit for calculating a temperature distribution.
Preferably, it is a fine wire having a diameter of 5 μm to 60 μm to which a fluorescent dye is applied.
Preferably, it is a gas temperature distribution measuring device having a fine wire having a diameter of 5 μm to 60 μm coated with a fluorescent dye and a frame for fixing the fine wire.

第1実施形態に係る温度分布測定方法に利用する装置の概念図であり、(a)は正面図及びシステムの概要を、(b)は細線中の測定ポイントを模式的に表した図である。It is a conceptual diagram of the apparatus utilized for the temperature distribution measuring method which concerns on 1st Embodiment, (a) is a front view and the outline | summary of a system, (b) is the figure which represented typically the measurement point in a thin wire | line. . 細線の直径と周りの気流の挙動を表す概念図であり、(a)は直径が十分に小さい場合、(b)は直径が大きい場合の概念図である。It is a conceptual diagram showing the diameter of a thin wire | line and the behavior of the surrounding air current, (a) is a conceptual diagram in case a diameter is small enough, (b) is a conceptual diagram in case a diameter is large. 蛍光染料の互いに異なる波長成分の強度比及び温度の関係の一例である。It is an example of the relationship between the intensity ratio and temperature of different wavelength components of the fluorescent dye. 第2実施形態に係る温度分布測定方法に利用する装置の概念図であり、(a)は細線を均等間隔で配置した態様を、(b)は測定対象の気体の流れの速さにより細線の間隔を調整して配置した態様を表す図である。It is a conceptual diagram of the apparatus utilized for the temperature distribution measuring method which concerns on 2nd Embodiment, (a) is the aspect which arrange | positioned the thin wire | line at equal intervals, (b) is a thin wire | line according to the speed of the flow of the gas to be measured. It is a figure showing the aspect which adjusted and arrange | positioned the space | interval. 第3実施形態に係る温度分布測定方法に利用する装置の概念図であり、(a)は縦横配置を、(b)は斜め配置を示す図である。It is a conceptual diagram of the apparatus utilized for the temperature distribution measuring method which concerns on 3rd Embodiment, (a) is vertical and horizontal arrangement | positioning, (b) is a figure which shows diagonal arrangement | positioning. 第4実施形態に係る温度分布測定方法の概念図である。It is a conceptual diagram of the temperature distribution measuring method which concerns on 4th Embodiment. 図6をA−A'方向から見た概念図である。It is the conceptual diagram which looked at FIG. 6 from the AA 'direction. 細線を斜め方向から撮像した場合における傾き補正の概念図である。It is a conceptual diagram of inclination correction when a thin line is imaged from an oblique direction. 実際の測定結果を表す温度分布図である。It is a temperature distribution diagram showing an actual measurement result.

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Various characteristic items shown in the following embodiments can be combined with each other. In addition, the invention is independently established for each feature.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図面を用いて説明する。第1実施形態では、測定対象の気体中に細線5を配置し、細線5の温度を算出することで周囲の気体の温度を求めることを特徴とする。測定対象の気体中に配置された細線5は時間の経過とともに周囲の気体から熱エネルギーを与えられ、かかる気体の温度と同程度の温度となるため、この細線5の温度を算出することで周囲の気体の温度を測定するものである。詳細には、細線5の温度を算出するために細線5に蛍光染料を塗布し、算出された蛍光染料の温度を細線5の温度とする。これにより、例えば、エアコンによる室内温度の分布、車やバイクのエンジン周りの温度の分布等を測定することが可能となる。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The first embodiment is characterized in that the thin wire 5 is arranged in the gas to be measured, and the temperature of the surrounding gas is obtained by calculating the temperature of the thin wire 5. The fine wire 5 arranged in the gas to be measured is given thermal energy from the surrounding gas with the passage of time, and becomes a temperature similar to the temperature of the gas. Therefore, by calculating the temperature of the fine wire 5 The temperature of the gas is measured. Specifically, in order to calculate the temperature of the fine wire 5, a fluorescent dye is applied to the fine wire 5, and the calculated temperature of the fluorescent dye is set as the temperature of the fine wire 5. Thereby, for example, it is possible to measure the distribution of the indoor temperature by the air conditioner, the distribution of the temperature around the engine of the car or motorcycle, and the like.

図1は第1実施形態に係る温度分布測定方法に利用する装置の概念図であり、図1(a)は正面図及びシステムの概要を、図1(b)は細線5中の測定ポイントを模式的に表した図である。図1(a)に示されるように、温度分布測定装置100は、複数の目盛り3が刻まれた枠1に、蛍光染料が塗布された細線5が固定されたものである。   FIG. 1 is a conceptual diagram of an apparatus used in the temperature distribution measuring method according to the first embodiment. FIG. 1 (a) shows a front view and an outline of the system, and FIG. 1 (b) shows a measurement point in a thin line 5. It is the figure represented typically. As shown in FIG. 1 (a), the temperature distribution measuring apparatus 100 has a thin wire 5 coated with a fluorescent dye fixed to a frame 1 in which a plurality of scales 3 are engraved.

本実施形態の細線としては、例えば銅線、金線、白金線等の金属線、ナイロン糸、カーボンファイバー、ピアノ線、木綿糸、クモ糸などを利用することができる。本実施形態では、ナイロン糸を利用した。   As a thin wire of this embodiment, metal wires, such as a copper wire, a gold wire, and a platinum wire, nylon thread, carbon fiber, piano wire, cotton thread, spider thread, etc. can be used, for example. In this embodiment, nylon yarn is used.

目盛り3の間隔は適宜調整され、例えば0.5mm〜10cmが好ましい。より好ましくは、0.7mm〜5cmである。さらに好ましくは、1mm〜1cmである。これにより、ユーザーが細線5の間隔を簡単に調整することが可能となる。   The space | interval of the scale 3 is adjusted suitably, for example, 0.5 mm-10 cm are preferable. More preferably, it is 0.7 mm-5 cm. More preferably, it is 1 mm-1 cm. Thereby, the user can easily adjust the interval between the thin lines 5.

細線5は、なるべく直径の小さなものが好ましい。これは、細線5の直径が大きいと気体との間における粘性力が減少し、気体の慣性力/粘性力で表されるレイノルズ数が増加するためである。その結果、カルマン渦と呼ばれる乱流が発生するため、温度測定において誤差要因となるからである。これを表した概念図が図2であり、図2(a)は細線5の直径Dが十分に小さい場合を、図2(b)はDが大きい場合を表す。したがって、細線5の直径の大きさは、乱流の発生を抑えるためにレイノルズ数を一桁以下にすべく、5〜60μmが好ましい。より好ましくは、6〜20μmである。さらに好ましくは、7〜15μmである。具体的には、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、30、40、50、55、60μmであり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。なお、第1実施形態では直径が約10μmの細線5を用いた。ここで、細線の直径とは、細線の複数の箇所で計測した直径の平均値を意味する。   The thin wire 5 is preferably as small as possible in diameter. This is because if the diameter of the thin wire 5 is large, the viscous force between the gas and the gas decreases, and the Reynolds number expressed by the inertial force / viscous force of the gas increases. As a result, a turbulent flow called Karman vortex is generated, which becomes an error factor in temperature measurement. FIG. 2 is a conceptual diagram showing this, FIG. 2A shows a case where the diameter D of the thin wire 5 is sufficiently small, and FIG. 2B shows a case where D is large. Therefore, the diameter of the thin wire 5 is preferably 5 to 60 μm so that the Reynolds number is set to one digit or less in order to suppress the occurrence of turbulent flow. More preferably, it is 6-20 micrometers. More preferably, it is 7-15 micrometers. Specifically, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 30, 40 , 50, 55, and 60 μm, and may be within a range between any two of the numerical values exemplified here. In the first embodiment, the thin wire 5 having a diameter of about 10 μm is used. Here, the diameter of the fine line means an average value of the diameters measured at a plurality of locations of the fine line.

なお、かかる数値範囲は以下の計算から算出した。レイノルズ数は「Re=ρvL/μ」(v:物体の流れに対する相対的な平均速度(m/s)、L:特性長さ(m)(ここでは細線5の直径)、μ:流体の粘性係数(kg/m・s)、ρ:流体の密度(kg/m))で求められる。そこで例えば測定対象気体の温度が10℃の場合、密度が1.25(kg/m)、粘度が17.4×10−6(kg/m・s)であり、気体の速度が1(m/s)であった場合、レイノルズ数が1以下となるための条件は、「Re(レイノルズ数)=1.25×1×D/1.75×10−6<1より、D<13.9×10−6m(=13.9μm)となる。また、測定対象気体の温度が80℃の場合、密度が0.99(kg/m)、粘度が21.5×10−6(kg/m・s)であり、気体の速度が4(m/s)であった場合、レイノルズ数が1以下となるための条件は、「Re(レイノルズ数)=0.99×4×D/21.5×10−6<1より、D<54.3×10−6m(=54.3μm)となる。そして、気体の速度がさらに速い場合や遅い場合にもレイノルズ数を安定して1桁以下にするために、本実施形態では余裕をもって、5〜60μmとした。また、別の観点として、例えばエアコンの冷温風吹き出し口を測る場合、測定対象の気体の温度が20℃、動粘性係数が0.0001512(m/s)、気体の速度が5(m/s)とした場合、「Re=vL/ν」(v:物体の流れに対する相対的な平均速度(m/s)、L:特性長さ(m)、動粘性係数(ν=μ/ρ)(m/s)で求められ、細線5の直径Dが50μmの場合、Re=1.653439153となる。ここで、通常の環境下で考えられる最大流速としてマッハ1(=330(m/s))を想定した場合でも、細線5の直径Dが5μmの場合、Re=10.9127となり、レイノルズ数が1桁を少し超えた値であるので、これ以上細線5の直径を小さくする必要性は低い。ここで、細線5の直径を変更した場合、後述の温度分布算出ステップにおける蛍光染料の温度に依存して変化する温度依存値を計測し直す必要があるため、なるべく細い細線5を用いることで、測定対象の気体の速度が速い場合でも遅い場合にも対応することが可能となる。したがって、細線5の直径は5〜60μmが好ましく、6〜20μmよより好ましく、7〜15μmがさらに好ましい。 This numerical range was calculated from the following calculation. Reynolds number is “Re = ρvL / μ” (v: average velocity relative to the flow of the object (m / s), L: characteristic length (m) (here, diameter of the thin wire 5), μ: viscosity of the fluid Coefficient (kg / m · s), ρ: Density of fluid (kg / m 3 )). Therefore, for example, when the temperature of the measurement target gas is 10 ° C., the density is 1.25 (kg / m 3 ), the viscosity is 17.4 × 10 −6 (kg / m · s), and the gas velocity is 1 ( m / s), the condition for the Reynolds number to be 1 or less is “Re (Reynolds number) = 1.25 × 1 × D / 1.75 × 10 −6 <1 and D <13. 9.9 × 10 −6 m (= 13.9 μm) When the temperature of the measurement target gas is 80 ° C., the density is 0.99 (kg / m 3 ) and the viscosity is 21.5 × 10 −6. (Kg / m · s) and the gas velocity is 4 (m / s), the condition for the Reynolds number to be 1 or less is “Re (Reynolds number) = 0.99 × 4 × From D / 21.5 × 10 −6 <1, D <54.3 × 10 −6 m (= 54.3 μm), and the gas velocity is further increased. In order to stably reduce the Reynolds number to one digit or less even when the speed is high or low, in the present embodiment, the margin is set to 5 to 60 μm. In this case, when the temperature of the measurement target gas is 20 ° C., the kinematic viscosity coefficient is 0.0001512 (m 2 / s), and the gas velocity is 5 (m / s), “Re = vL / ν” (v: The average velocity (m / s) relative to the flow of the object, L: the characteristic length (m), the kinematic viscosity coefficient (ν = μ / ρ) (m 2 / s), and the diameter D of the thin wire 5 is In the case of 50 μm, Re = 1.653439153. Here, even when Mach 1 (= 330 (m / s)) is assumed as the maximum flow velocity considered in a normal environment, the diameter D of the thin wire 5 is 5 μm. In this case, Re = 10.9127 and the Reynolds number is one digit. Since it is a little over the value, it is not necessary to further reduce the diameter of the fine wire 5. Here, when the diameter of the fine wire 5 is changed, it changes depending on the temperature of the fluorescent dye in the temperature distribution calculating step described later. Therefore, it is possible to cope with the case where the velocity of the gas to be measured is high or low by using the thin wire 5 as much as possible. Is preferably 5 to 60 μm, more preferably 6 to 20 μm, and even more preferably 7 to 15 μm.

蛍光染料としては、蛍光スペクトルが温度依存性を示す物質、例えばローダミンB、ローダミン110等が利用可能である。また、蛍光染料として、1種の物質を使用してもよく、2種以上の物質を使用してもよい。例えば、蛍光染料としてローダミンBにローダミン110を加えたものを利用してもよい。   As the fluorescent dye, substances whose fluorescence spectrum is temperature-dependent, such as rhodamine B and rhodamine 110, can be used. Further, as the fluorescent dye, one kind of substance may be used, or two or more kinds of substances may be used. For example, a fluorescent dye obtained by adding rhodamine 110 to rhodamine B may be used.

以下、温度分布測定装置100を用いた気体の温度分布測定方法について説明する。   Hereinafter, a gas temperature distribution measuring method using the temperature distribution measuring apparatus 100 will be described.

<照射ステップ>
照射ステップでは、温度分布測定装置100を測定対象の気体中に配置し、蛍光染料を励起する波長域の成分を含む光(励起光)を細線5に照射する。
<Irradiation step>
In the irradiation step, the temperature distribution measuring device 100 is arranged in the gas to be measured, and the thin line 5 is irradiated with light (excitation light) including a component in a wavelength region that excites the fluorescent dye.

励起光の光源としては、紫外線ランプ(波長:315〜400μm,20W)を利用した。これ以外にも蛍光染料を励起する波長域の成分を含む光を発する任意の光源(例えばアルゴンレーザー等)を用いることができる。   An ultraviolet lamp (wavelength: 315 to 400 μm, 20 W) was used as a light source for excitation light. In addition to this, an arbitrary light source (for example, an argon laser) that emits light including a component in a wavelength range for exciting the fluorescent dye can be used.

<温度依存値分布取得ステップ>
温度依存値分布取得ステップでは、蛍光染料が発生させる蛍光から得られ且つ蛍光染料の温度に依存して変化する温度依存値を複数点において取得する。これによって、温度依存値の分布(一次元分布、二次元分布又は三次元分布)が得られる。具体的には、励起光により細線5に塗布された蛍光染料が励起され、それにより蛍光染料から蛍光が発せられる。その蛍光を撮像装置であるカメラ20で撮像し、後述するLIF法に必要な画像を取得する。そして、蛍光染料の発する蛍光のスペクトルが温度依存性を有する(例えば温度上昇に伴って短波長成分の割合が増大する)という性質を利用して、取得した画像から蛍光染料の温度に依存して変化する温度依存値を複数点において取得する。
<Temperature dependent value distribution acquisition step>
In the temperature-dependent value distribution acquisition step, temperature-dependent values that are obtained from the fluorescence generated by the fluorescent dye and change depending on the temperature of the fluorescent dye are acquired at a plurality of points. As a result, a temperature-dependent value distribution (one-dimensional distribution, two-dimensional distribution, or three-dimensional distribution) is obtained. Specifically, the fluorescent dye applied to the thin wire 5 is excited by the excitation light, and fluorescence is emitted from the fluorescent dye. The fluorescence is imaged by the camera 20 which is an imaging device, and an image necessary for the LIF method described later is acquired. Depending on the temperature of the fluorescent dye from the acquired image, the fluorescence spectrum emitted from the fluorescent dye has a temperature dependency (for example, the proportion of the short wavelength component increases with increasing temperature). Change temperature dependent values are obtained at multiple points.

撮像装置(カメラ20)としては例えばRGBフィルター機能を有するCCDカメラ(以下、カメラ20)であり、例えばISO感度が6,400〜204,800程度のものが利用可能である。第1実施形態ではISO感度が25,600のカメラ20を利用した。ここで、Rフィルターは例えば575〜640μm、Gフィルターは例えば490〜575μm、Bフィルターは例えば400〜485μmの波長の光を選択的に透過させるフィルターである。そして、シャッタースピードは1/10秒とした。当然のことであるが、これらの数値は単なる例示であり、細線5の直径やカメラ20と細線5との距離等に応じて適宜設定されるものである。   The imaging device (camera 20) is, for example, a CCD camera (hereinafter referred to as camera 20) having an RGB filter function. For example, an ISO sensitivity of about 6,400 to 204,800 can be used. In the first embodiment, the camera 20 having an ISO sensitivity of 25,600 is used. Here, the R filter is a filter that selectively transmits light of, for example, 575 to 640 μm, the G filter is, for example, 490 to 575 μm, and the B filter is, for example, 400 to 485 μm. The shutter speed was 1/10 seconds. As a matter of course, these numerical values are merely examples, and are appropriately set according to the diameter of the thin wire 5, the distance between the camera 20 and the thin wire 5, and the like.

カメラ20と細線5の距離は細線5の直径、間隔、カメラ20の解像度等により適宜調整され、例えば10cm〜10mが好ましい。より好ましくは、1〜5mである。さらに好ましくは、1.5〜4mである。   The distance between the camera 20 and the thin wire 5 is appropriately adjusted according to the diameter and interval of the thin wire 5, the resolution of the camera 20, and the like, and preferably 10 cm to 10 m, for example. More preferably, it is 1-5 m. More preferably, it is 1.5-4m.

温度依存値としては、全波長成分の蛍光強度、特定波長成分の蛍光強度、互いに異なる波長成分の蛍光強度の比などが利用可能であるが、蛍光強度の絶対値は、蛍光染料の塗布量にも依存するので、蛍光強度の違いが温度の違いに起因するものであるか、蛍光染料の塗布量の違いに起因するものであるかの区別が難しい。一方、互いに異なる波長成分の蛍光強度の比は、蛍光染料の塗布量には依存しないので、蛍光強度の比の違いは、蛍光染料の温度の違いに起因しているといえる。従って、温度依存値としては、互いに異なる波長成分の蛍光強度の比を用いることが好ましい。蛍光強度の比としては、一例では、G成分の蛍光強度に対するR成分の蛍光強度の比(R/G)を用いることができる。   As temperature-dependent values, fluorescence intensity of all wavelength components, fluorescence intensity of specific wavelength components, ratio of fluorescence intensity of different wavelength components, etc. can be used, but the absolute value of fluorescence intensity depends on the amount of fluorescent dye applied. Therefore, it is difficult to distinguish whether the difference in fluorescence intensity is caused by the difference in temperature or the difference in coating amount of the fluorescent dye. On the other hand, the ratio of the fluorescence intensities of the different wavelength components does not depend on the amount of the fluorescent dye applied, so the difference in the ratio of the fluorescence intensities can be attributed to the difference in the temperature of the fluorescent dye. Therefore, it is preferable to use a ratio of fluorescence intensities of different wavelength components as the temperature dependent value. For example, the ratio of the fluorescence intensity of the R component to the fluorescence intensity of the G component (R / G) can be used as the ratio of the fluorescence intensity.

上述したように、蛍光染料としては、1種の物質を使用してもよく、2種以上の物質を使用してもよい。蛍光スペクトルの温度依存性が異なる2種類の蛍光染料を混合することで、温度依存値の温度依存性を高めて、撮像した画像をR成分とG成分に分解するのが容易になる場合がある。また、温度変化に伴ってB成分の蛍光強度が変化する蛍光染料を細線5に塗布し、B成分の蛍光強度の温度変化を利用してもよい。さらに、R/Gの強度比に代えて、R成分の強度、G成分の強度の温度変化を利用してもよい。   As described above, as the fluorescent dye, one kind of substance may be used, or two or more kinds of substances may be used. By mixing two types of fluorescent dyes having different temperature dependences of the fluorescence spectrum, the temperature dependence of the temperature dependence value may be increased, and the captured image may be easily decomposed into an R component and a G component. . Alternatively, a fluorescent dye that changes the fluorescence intensity of the B component with a change in temperature may be applied to the thin wire 5, and the temperature change of the fluorescence intensity of the B component may be used. Furthermore, instead of the R / G intensity ratio, the temperature change of the intensity of the R component and the intensity of the G component may be used.

<温度分布算出ステップ>
温度分布算出ステップでは、蛍光染料の温度と温度依存値の関係に基づいて、上記ステップで得られた複数点での温度依存値から測定対象の気体の温度分布を算出する。
<Temperature distribution calculation step>
In the temperature distribution calculation step, based on the relationship between the temperature of the fluorescent dye and the temperature-dependent value, the temperature distribution of the gas to be measured is calculated from the temperature-dependent values at the plurality of points obtained in the above step.

蛍光染料の温度と温度依存値の関係としては、蛍光染料の温度と温度依存値の関係を表す図、グラフ又は関係式等が挙げられる。この関係は、温度依存値を取得する前に予め求めたものであってもよく、温度依存値を取得した後に求めたものであってもよい。   Examples of the relationship between the temperature of the fluorescent dye and the temperature-dependent value include a diagram, a graph, or a relational expression that represents the relationship between the temperature of the fluorescent dye and the temperature-dependent value. This relationship may be obtained in advance before obtaining the temperature-dependent value, or may be obtained after obtaining the temperature-dependent value.

<温度依存値及び温度分布測定システム>
温度依存値の算出は温度依存値算出装置30により実行され、予め得られた蛍光染料の温度と温度依存値の関係を表すデータは記憶装置40に記憶され、測定対象の蛍光染料の温度分布の算出は温度分布算出装置50により実行される。ここで、これらの装置及びカメラ20は互いにネットワーク60を介して通信可能となっている。なお、カメラ20は少なくとも温度依存値算出装置30と通信可能となっていればよく、通信方法は有線、無線のいずれでも良い。ここで、温度依存値算出装置30、記憶装置40及び温度分布算出装置50はPCやサーバ等であり、それぞれの装置が分離していてもよく、単一の装置として構成されていてもよい。このように、温度依存値算出装置30による処理は、温度に依存して変化する温度依存値を複数点において取得することに相当し、温度依存値算出装置30及び温度分布算出装置50が協働して温度分布測定システムを構成する。
<Temperature dependent value and temperature distribution measurement system>
The calculation of the temperature dependent value is executed by the temperature dependent value calculating device 30, and the data representing the relationship between the temperature of the fluorescent dye and the temperature dependent value obtained in advance is stored in the storage device 40, and the temperature distribution of the fluorescent dye to be measured is calculated. The calculation is executed by the temperature distribution calculation device 50. Here, these devices and the camera 20 can communicate with each other via the network 60. The camera 20 only needs to be able to communicate with at least the temperature-dependent value calculation device 30, and the communication method may be either wired or wireless. Here, the temperature dependent value calculation device 30, the storage device 40, and the temperature distribution calculation device 50 are a PC, a server, and the like, and each device may be separated or may be configured as a single device. As described above, the processing by the temperature dependent value calculating device 30 corresponds to acquiring temperature dependent values that change depending on the temperature at a plurality of points, and the temperature dependent value calculating device 30 and the temperature distribution calculating device 50 cooperate. Thus, a temperature distribution measurement system is configured.

<LIF法について>
ここで、第1実施形態で利用する温度測定のためのLIF法について簡単に説明する。これは、蛍光スペクトルが温度依存性を示す物質から発せられた蛍光を撮像し、そこから温度を算出するものである。例えば、第1実施形態で用いたローダミンBは温度上昇に伴って短波長成分の割合が増大し、温度下降に伴って長波長成分の割合が増大する。かかる性質を利用して、ある温度におけるR成分の強度とG成分の強度の比である強度比R/Gをもとに、測定対象気体の温度を測定するものである。その方法は、以下の通りである。なお、一般的な説明のため、液体の温度を測定する場合について例示する。
<About the LIF method>
Here, the LIF method for temperature measurement used in the first embodiment will be briefly described. In this method, fluorescence emitted from a substance whose fluorescence spectrum is temperature-dependent is imaged, and the temperature is calculated therefrom. For example, in the rhodamine B used in the first embodiment, the ratio of the short wavelength component increases as the temperature increases, and the ratio of the long wavelength component increases as the temperature decreases. Using this property, the temperature of the measurement target gas is measured based on the intensity ratio R / G, which is the ratio of the intensity of the R component and the intensity of the G component at a certain temperature. The method is as follows. For general explanation, the case of measuring the temperature of the liquid is illustrated.

<事前準備>
1.既存の温度計(センサーを利用するもの等)でローダミンBを溶かした液体の温度を測定する。
2.測定された温度におけるローダミンBにローダミンBの励起波長域の成分を有する光(レーザー等)を照射し、それにより生じた蛍光を撮像し、かかる画像からR成分とG成分を分離し、R成分とG成分の強度比R/Gを計算する。
3.温度を変化させ、複数の温度におけるR/Gの値を計算し、横軸を温度、縦軸をR/Gの値としてプロットする。これを示したのが図3である。
<Preparation>
1. The temperature of the liquid in which rhodamine B is dissolved is measured with an existing thermometer (such as one using a sensor).
2. The rhodamine B at the measured temperature is irradiated with light (laser or the like) having a component in the excitation wavelength region of rhodamine B, the resulting fluorescence is imaged, and the R component and the G component are separated from the image, and the R component And the intensity ratio R / G of the G component is calculated.
3. The temperature is changed, R / G values at a plurality of temperatures are calculated, and the horizontal axis is plotted as the temperature, and the vertical axis is plotted as the R / G value. This is shown in FIG.

<測定対象の温度測定>
1.測定対象の液体中にローダミンBを溶かし、ローダミンBの励起波長域の成分を有する光(レーザー等)を照射する。
2.発生した蛍光を撮像し、R成分とG成分に分離して強度比R/Gを算出する。
3.算出したR/Gの値と事前準備において得られた図3に示されるような蛍光染料の温度と温度依存値の関係を利用して、測定対象の液体に溶かしたローダミンBの温度を算出する。これにより、測定対象の液体の温度を測定することができる。
なお、事前準備は必ずしも「2.発生した蛍光を撮像し、R成分とG成分に分離して強度比R/Gを算出する」前に行う必要はなく、撮像した画像からR/Gを算出した後にR/Gと温度の関係を取得するようにしてもよい。
<Temperature measurement of measurement target>
1. Rhodamine B is dissolved in the liquid to be measured, and light (laser or the like) having a component in the excitation wavelength region of rhodamine B is irradiated.
2. The generated fluorescence is imaged and separated into an R component and a G component to calculate an intensity ratio R / G.
3. The temperature of rhodamine B dissolved in the liquid to be measured is calculated using the relationship between the calculated R / G value and the temperature-dependent value of the fluorescent dye as shown in FIG. . Thereby, the temperature of the liquid to be measured can be measured.
Note that it is not always necessary to prepare in advance before “2. Image the generated fluorescence and separate the R component and G component to calculate the intensity ratio R / G”, and calculate R / G from the captured image. After that, the relationship between R / G and temperature may be acquired.

第1実施形態では、気体の温度を測定することを目的としているので、温度分布測定装置100を測定対象の気体中に配置し、紫外線により励起されて生じた蛍光を撮像し、細線のそれぞれの位置におけるR/Gを求める。図1(b)では概念的に12個のポイントについて示しているが、これらそれぞれについてR/Gを求めるということである。そして、R/Gが左から順に0.49,0.491,0.492・・・,0.501であったとすると、図3の結果より、その温度は左から右に向かって約50℃〜約44℃となだらかに変化していることがわかる。このようにして、測定対象の気体の温度及び温度分布を算出することができる。   Since the first embodiment is intended to measure the temperature of the gas, the temperature distribution measuring device 100 is placed in the gas to be measured, and the fluorescence generated by being excited by ultraviolet rays is imaged. R / G at the position is obtained. FIG. 1B conceptually shows 12 points, but R / G is obtained for each of these points. Then, assuming that R / G is 0.49, 0.491, 0.492..., 0.501 in order from the left, the temperature is about 50 ° C. from the left to the right from the result of FIG. It can be seen that the temperature changes gently at about 44 ° C. In this way, the temperature and temperature distribution of the gas to be measured can be calculated.

第1実施形態では約10μmの直径の細線5を利用しているので、測定対象の気体中に配置してもその周囲における乱流の発生が抑制され、且つ細線5周りの気体の移動を妨げる度合いが少ないため、望ましい測定結果を得ることができる。また、特許文献1に開示されている方法と異なり、蛍光分子の位置が細線5上に固定されている(分子の振動等は除く)ので、誤差要因となり得る蛍光強度の非一様性の発生を抑制することができ、蛍光染料の温度と温度依存値の関係を利用することが容易となるため、より高い精度で温度を算出することができる。また、蛍光であるため、反射光と比べると乱反射の影響を受けることがない。さらに、測定領域を汚損することもない。   In the first embodiment, since the thin wire 5 having a diameter of about 10 μm is used, generation of turbulence around the thin wire 5 is suppressed even if it is placed in the gas to be measured, and the movement of the gas around the thin wire 5 is prevented. Since the degree is small, a desired measurement result can be obtained. Further, unlike the method disclosed in Patent Document 1, the position of the fluorescent molecule is fixed on the thin line 5 (excluding the vibration of the molecule, etc.), so that non-uniformity of the fluorescence intensity that may cause an error occurs. Since it is easy to use the relationship between the temperature of the fluorescent dye and the temperature-dependent value, the temperature can be calculated with higher accuracy. Further, since it is fluorescent, it is not affected by irregular reflection compared to reflected light. Furthermore, the measurement area is not soiled.

(第2実施形態)
次に、図4を用いて第2実施形態について説明する。第2実施形態の温度分布測定装置100では、図4(a)に示されるように、蛍光染料が塗布された細線5を並行に一定の間隔としてdをあけて複数設ける。そして、複数の細線5のそれぞれについて第1実施形態と同様にR/Gを算出する。そして、隣接する細線5間の温度を線形補間することで、測定対象の気体の平面(2次元)における温度及び温度分布を測定することができる。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the temperature distribution measuring apparatus 100 of the second embodiment, as shown in FIG. 4 (a), a plurality of fine wires 5 coated with a fluorescent dye are provided in parallel at a constant interval with a distance d. And R / G is calculated about each of the some thin wire | line 5 similarly to 1st Embodiment. And the temperature and temperature distribution in the plane (two dimensions) of the gas to be measured can be measured by linearly interpolating the temperature between the adjacent thin wires 5.

また、図4(b)に示されるように、気体の流れの速い領域では細線5の間隔を狭くし、気体の流れの遅い領域では細線5の間隔を広げる構成としてもよい。これは、気体の流れが速い領域では温度分布の変化が大きいと考えられるので、線形補間の精度を上げるためである。逆に、気体の流れが遅い領域では温度分布の変化が小さいと考えられるので、間隔が広くても線形補間が可能である。   Further, as shown in FIG. 4B, the interval between the thin wires 5 may be narrowed in a region where the gas flow is fast, and the interval between the thin wires 5 may be widened in a region where the gas flow is slow. This is to increase the accuracy of linear interpolation because the temperature distribution is considered to vary greatly in the region where the gas flow is fast. Conversely, since it is considered that the change in temperature distribution is small in a region where the gas flow is slow, linear interpolation is possible even if the interval is wide.

図4(b)では、図の上側の方が下側より気体の流れが速い領域、例えば上側がエアコンの送風口付近であった場合、細線5の間隔を上側ではd1(=d/4)、続いてd2(=d/2)とし、下側ではdとして配置している。なお、線形補間は、図1(a)に示したシステムに接続される情報処理装置又は図示しないPCやサーバ等により実行される。   In FIG. 4B, when the upper side of the figure is a region where the gas flow is faster than the lower side, for example, the upper side is near the air outlet of the air conditioner, the distance between the thin wires 5 is d1 (= d / 4) on the upper side. Subsequently, d2 (= d / 2) is set, and d is arranged on the lower side. The linear interpolation is executed by an information processing apparatus connected to the system shown in FIG. 1A or a PC or server (not shown).

(第3実施形態)
次に、図5を用いて第3実施形態について説明する。第3実施形態の温度分布測定装置100では、図5(a)に示されるように、細線5を枠1に対して縦横に配置する。このように、縦方向の細線5の温度及び温度分布を測定することで、横方向の細線5間の補間の精度を高めることができる。例えば、上下方向にr軸をとった場合、最左端の細線5(W1)の温度分布が関数f(r)で近似されたとする。これを考慮して細線5(W1)と交差する横方向の細線5間の温度を補間する。具体的には、点Oにおけるrの座標を0、細線5の温度をT1とすると、最上段及び上から2番目の細線5(W2)と細線5(W3)の間である点O〜点Pの間の空間における気体の温度は、「T1+f(r)」で算出される。そして、縦方向の細線5全てについて関数f(r)を求め、それを横方向の細線5間の温度分布の補間に利用することで、平面(2次元)内における温度及び温度分布をより正確に測定することが可能となる。また、図5(b)に示されるように、複数の細線5を枠1に対して斜め方向に配置してもよい。この場合でも、それぞれの細線5間の温度を補間することで、平面(2次元)内における温度及び温度分布を測定することができる。なお、f(r)の算出やこれを利用した線形補間は、図1(a)に示したシステムに接続される情報処理装置又は図示しないPCやサーバ等により実行される。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In the temperature distribution measuring apparatus 100 of the third embodiment, the thin line 5 is arranged vertically and horizontally with respect to the frame 1 as shown in FIG. Thus, by measuring the temperature and temperature distribution of the fine wires 5 in the vertical direction, the accuracy of interpolation between the fine wires 5 in the horizontal direction can be increased. For example, when the r-axis is taken in the vertical direction, it is assumed that the temperature distribution of the leftmost thin line 5 (W1) is approximated by a function f (r). Considering this, the temperature between the thin wires 5 in the horizontal direction intersecting the thin wires 5 (W1) is interpolated. Specifically, assuming that the coordinate of r at point O is 0 and the temperature of the thin line 5 is T1, the point O to point between the uppermost line and the second thin line 5 (W2) and the thin line 5 (W3) from the top. The temperature of the gas in the space between P is calculated by “T1 + f (r)”. Then, the function f (r) is obtained for all the vertical thin lines 5 and is used to interpolate the temperature distribution between the horizontal thin lines 5 so that the temperature and temperature distribution in the plane (two dimensions) can be more accurately determined. It becomes possible to measure. Further, as shown in FIG. 5B, a plurality of thin lines 5 may be arranged in an oblique direction with respect to the frame 1. Even in this case, the temperature and the temperature distribution in the plane (two dimensions) can be measured by interpolating the temperature between the thin wires 5. Note that the calculation of f (r) and linear interpolation using this are executed by an information processing apparatus connected to the system shown in FIG. 1A or a PC or server (not shown).

(第4実施形態)
次に、図6を用いて第4実施形態について説明する。第4実施形態では、温度分布測定装置100を利用せず、測定対象領域10の内部に細線5を直接配置したものである。例えば、テープ等で細線5を測定対象領域10の壁等に貼り付ける。第4実施形態では、第2実施形態と同様にX−Z平面上に複数の細線5を配置した細線群を、Y軸方向に複数設ける。つまり、平面(2次元)内に複数の細線5を配置し、それを空間(3次元)的に配置する構成とする。説明のため、平面(2次元)を手前(Y軸の負側)から順に1列目、2列目、3列目として表記した。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, the thin wire 5 is directly arranged inside the measurement target region 10 without using the temperature distribution measuring device 100. For example, the thin wire 5 is attached to the wall or the like of the measurement target region 10 with a tape or the like. In the fourth embodiment, as in the second embodiment, a plurality of fine wire groups in which a plurality of fine wires 5 are arranged on the XZ plane are provided in the Y-axis direction. That is, it is set as the structure which arrange | positions the several thin wire | line 5 in a plane (2 dimensions), and arranges it spatially (3 dimensions). For the sake of explanation, the plane (two-dimensional) is shown as the first, second, and third columns in order from the front (negative side of the Y axis).

かかる細線5に対して正面から図示しない紫外線ランプで紫外線を照射し、細線5の正面からカメラ20Aを用いて蛍光染料から発せられる蛍光を撮像する。そして、1列目、2列目及び3列目の細線5のR/Gを算出し、1列目〜3列目の細線5の温度及び温度分布を測定する。そして、Z軸方向に対して線形補完することで1列目〜3列目の平面(2次元)における温度及び温度分布を測定することができる。1列目と2列目、2列目と3列目の間の空間における気体の温度及び温度分布についてはY軸方向に線形補間することで求めることができる。このようにして、第4実施形態では3次元空間における温度及び温度分布を測定することができる。   The thin wire 5 is irradiated with ultraviolet rays from the front by an ultraviolet lamp (not shown), and the fluorescence emitted from the fluorescent dye is imaged from the front of the thin wire 5 using the camera 20A. Then, R / G of the thin lines 5 in the first, second, and third columns is calculated, and the temperature and temperature distribution of the thin lines 5 in the first to third columns are measured. And the temperature and temperature distribution in the plane (2 dimensions) of the 1st row-the 3rd row can be measured by carrying out linear complement to the Z-axis direction. The temperature and temperature distribution of the gas in the space between the first column, the second column, the second column, and the third column can be obtained by linear interpolation in the Y-axis direction. Thus, in the fourth embodiment, the temperature and temperature distribution in the three-dimensional space can be measured.

ここで、正面のカメラ20Aで撮像する場合、1列目、2列目及び3列目の細線5のZ方向の座標が同じであれば奥の列の細線5を撮像することができない。そこで、第4実施形態では1列目、2列目及び3列目の細線5のZ方向の位置をずらしている。図6のA−A'方向から測定対象領域10を見た様子の概念図を図7に示す。図7のような配置とすることで、正面のカメラ20Aにより後ろの列の蛍光染料から発せられる蛍光を撮像することができる。   Here, when imaging with the front camera 20A, if the Z-direction coordinates of the thin lines 5 in the first, second, and third columns are the same, the thin lines 5 in the back row cannot be imaged. Therefore, in the fourth embodiment, the positions in the Z direction of the thin lines 5 in the first, second, and third rows are shifted. FIG. 7 shows a conceptual diagram of a state in which the measurement target region 10 is viewed from the AA ′ direction in FIG. With the arrangement as shown in FIG. 7, the fluorescence emitted from the fluorescent dye in the rear row can be imaged by the front camera 20A.

さらに、正面のカメラ20Aに加え、他の方向から撮像するカメラ20Bを合わせて利用することもできる。例えば、細線5のZ方向及びY方向の間隔が狭い場合、それぞれの列の細線5のZ座標をずらしても正面のカメラ20Aだけでは奥の列の細線5を撮像することが困難な場合がある。このとき、正面のカメラ20Aに加え、斜め方向に配置したカメラ20Bも合わせて利用する。そして、かかるカメラ20Bにより2列目及び3列目の細線5を撮像し、これを用いて2列目と3列目の細線5の温度及び温度分布を測定する。   Furthermore, in addition to the front camera 20A, a camera 20B that captures images from other directions can also be used. For example, when the distance between the thin lines 5 in the Z direction and the Y direction is small, it may be difficult to capture the thin lines 5 in the back row with only the front camera 20A even if the Z coordinates of the thin lines 5 in each row are shifted. is there. At this time, in addition to the front camera 20A, a camera 20B arranged in an oblique direction is also used. The thin lines 5 in the second and third rows are imaged by the camera 20B, and the temperature and temperature distribution of the thin lines 5 in the second and third rows are measured using the images.

ここで、カメラ20Bは細線5の正面でなく斜め方向から撮像しているため、得られた画像において細線5が傾いてしまう。これを補正するため、例えば図8のような処理を行う。図8に示されるように、カメラ20Bにより実際に撮像された細線5aは傾斜している。ここで、細線5を正面のカメラ20Aで撮像した場合、細線5bのように撮像されたとする。このときの細線5bの長さがLであり、実際に撮像された細線5aの長さがl、細線5aと細線5bの角度がθであった場合、実際に撮像された細線5aを時計回りにθ回転するとともに距離をL/l倍することで正面から撮像したものと同等の画像を得ることが可能となる。なお、これは画像処理技術における傾き補正の簡単な説明であり、そのアルゴリズムは種々のものが利用できる。   Here, since the camera 20B captures an image from an oblique direction rather than the front of the thin line 5, the thin line 5 is inclined in the obtained image. In order to correct this, for example, processing as shown in FIG. 8 is performed. As shown in FIG. 8, the thin line 5a actually captured by the camera 20B is inclined. Here, when the thin line 5 is imaged by the front camera 20A, it is assumed that the image is captured as the thin line 5b. When the length of the thin line 5b at this time is L, the length of the actually captured thin line 5a is l, and the angle between the thin line 5a and the thin line 5b is θ, the actually captured thin line 5a is rotated clockwise. It is possible to obtain an image equivalent to that taken from the front by rotating the angle to θ and multiplying the distance by L / l. This is a simple explanation of tilt correction in image processing technology, and various algorithms can be used.

このように、第4実施形態では測定対象領域10に複数の細線5を空間(3次元)的に配置し、第2実施形態と同様の処理で1列目〜3列目の平面(2次元)における温度及び温度分布を測定し、各列間についても補間することで、測定対象領域10における温度及び温度分布を測定することができる。ここで、第4実施形態においてもレイノルズ数が1桁以下となるように、細線5の直径を例えば10μmとしているので、空気の流れに対して細線5の後流での乱流の発生を抑制することができ、且つ細線5周りの気体の移動を妨げる度合いが少ないため、測定誤差を最小限に留めることで各列における細線5の実際の温度を正確に測定することが可能となる。さらに、液滴を噴霧することがないので、測定対象領域10を汚損することもない。加えて、撮像に用いるカメラ20は市販のもの、例えば2〜5万円程度のもので足りるので、温度測定をする際に必要な機器を揃えるために要するコストを極めて低く抑えることができる。   As described above, in the fourth embodiment, a plurality of thin lines 5 are arranged spatially (three-dimensionally) in the measurement target region 10, and the planes (two-dimensional) of the first column to the third column are processed in the same manner as in the second embodiment. ) And the temperature distribution in the measurement target region 10 can be measured by interpolating between the columns. Here, also in the fourth embodiment, the diameter of the thin wire 5 is set to, for example, 10 μm so that the Reynolds number is one digit or less, so that the occurrence of turbulence in the wake of the thin wire 5 with respect to the air flow is suppressed. In addition, since the degree of obstructing the movement of the gas around the thin wire 5 is small, it is possible to accurately measure the actual temperature of the thin wire 5 in each row by minimizing the measurement error. Further, since the droplets are not sprayed, the measurement target region 10 is not soiled. In addition, since the camera 20 used for imaging needs to be a commercially available one, for example, about 2 to 50,000 yen, the cost required to prepare equipment necessary for temperature measurement can be kept extremely low.

なお、f(r)の算出やこれを利用した線形補間及び傾き補正は、図1(a)に示したシステムに接続される情報処理装置又は図示しないPCやサーバ等により実行される。   Calculation of f (r) and linear interpolation and inclination correction using the calculation are executed by an information processing apparatus connected to the system shown in FIG.

(実際の測定結果)
次に、実際に行った測定結果について説明する。測定条件は以下の通りである。なお、X軸、Y軸及びZ軸については図6に示される方向の通りとする。
<測定条件>
1.蛍光染料:ローダミンB
2.細線5:直径50μm、Z=0,5,10mmの位置にX軸方向に並行に3本配置
3.照射光:波長315〜400μm、出力20Wの紫外線ランプ
4.カメラ20:デジタル一眼レフカメラ(ISO 25600)
5.熱源:細線5のX軸方向中点(X=0)、Z=−30mmの位置に設置したニクロムヒーター(直径5mm、熱出力30W)
ここで、熱源は温度分布を大きくし、実験結果を見やすくするために利用した。
(Actual measurement results)
Next, actual measurement results will be described. The measurement conditions are as follows. The X axis, the Y axis, and the Z axis are assumed to be in the directions shown in FIG.
<Measurement conditions>
1. Fluorescent dye: Rhodamine B
2. Fine wire 5: Three wires arranged in parallel in the X-axis direction at positions of 50 μm in diameter and Z = 0, 5, 10 mm Irradiation light: UV lamp with a wavelength of 315 to 400 μm and an output of 20 W Camera 20: Digital SLR camera (ISO 25600)
5. Heat source: Nichrome heater (diameter 5 mm, heat output 30 W) installed at the midpoint of the thin wire 5 in the X-axis direction (X = 0) and Z = -30 mm
Here, the heat source was used to increase the temperature distribution and make it easy to see the experimental results.

まず、ニクロムヒーターにより測定対象領域10を所定時間加熱し、カメラ20により測定対象領域10を撮像した。得られた画像から、Z=0,5,10mmの位置に配置された3本の細線5のそれぞれについてR/Gを算出した。そして、上述した線形補完により、Z=0〜10mmの範囲の空間における気体の温度及び温度分布を補完した。これにより、平面(2次元)における温度及び温度分布を測定した。図9は実際の測定結果における温度分布を示す図である。図9に示されるように、X=0(熱源の真上)における温度は約88℃〜75℃となっており、X=−3〜3mmにおいては、熱源の真上を除いてZ=0〜10mmに渡って約45〜65℃となっている。そして、X=−5〜−3mm,3〜5mmにおいてはZ=0〜10mmに渡って約10〜30℃となっていることがわかった。   First, the measurement target area 10 was heated for a predetermined time with a nichrome heater, and the measurement target area 10 was imaged with the camera 20. From the obtained image, R / G was calculated for each of the three thin wires 5 arranged at the positions of Z = 0, 5, and 10 mm. And the temperature of gas and temperature distribution in the space of the range of Z = 0-10 mm were complemented by the linear complement mentioned above. This measured the temperature and temperature distribution in a plane (two dimensions). FIG. 9 is a diagram showing a temperature distribution in an actual measurement result. As shown in FIG. 9, the temperature at X = 0 (directly above the heat source) is about 88 ° C. to 75 ° C., and at X = −3 to 3 mm, Z = 0 except for just above the heat source. It is about 45-65 degreeC over 10 mm. And when X = -5-5mm and 3-5mm, it turned out that it is about 10-30 degreeC over Z = 0-10mm.

このように、蛍光染料を塗布した細線5を測定対象領域10に配置することで誤差要因となり得る蛍光強度の非一様性の発生を抑制し、測定対象領域10を汚損することなく温度及び温度分布を測定することができた。また、細線5の直径を小さくしていることで、細線5の後流における乱流の発生を抑制でき、且つ細線5周りの気体の移動を妨げる度合いが少ないため、より正確な温度が測定できたと思われる。   In this way, by arranging the thin wire 5 coated with the fluorescent dye in the measurement target region 10, the occurrence of non-uniformity of the fluorescence intensity that can be an error factor is suppressed, and the temperature and temperature are not contaminated. The distribution could be measured. In addition, since the diameter of the thin wire 5 is reduced, generation of turbulence in the wake of the thin wire 5 can be suppressed, and the degree of hindering the movement of gas around the thin wire 5 is small, so that a more accurate temperature can be measured. I think it was.

このように、種々の実施形態で説明した温度分布測定方法は、必要な機器はいずれも安価に揃えることができ、熟練の技術者でなくとも簡単に測定対象領域10の温度及び温度分布を測定できるものである。   As described above, the temperature distribution measuring methods described in the various embodiments can provide all necessary devices at a low cost, and can easily measure the temperature and temperature distribution of the measurement target region 10 even without a skilled engineer. It can be done.

また、細線5の配置は適宜調整され、例えば図6の配置に代え、複数の細線5を縦(Z軸)方向に設けてもよい。この場合、測定対象領域10である部屋の天井及び床に細線5をテープで貼り付けてもよい。また、図6の配置に加え、複数の細線5を前後(Y軸)方向に設けても良く、斜め方向に設けても良い。これらの場合、細線5間の温度を補完するときには、Z軸、Y軸、斜め方向に設けた細線5を用いて第3実施形態と同様の補完をすることができる。さらに、第1実施形態〜第3実施形態における温度分布測定装置100に紐を結びつけ、測定対象領域10に吊り下げてもよい。   Further, the arrangement of the thin wires 5 is appropriately adjusted. For example, a plurality of fine wires 5 may be provided in the longitudinal (Z-axis) direction instead of the arrangement shown in FIG. In this case, the thin wire 5 may be attached to the ceiling and floor of the room that is the measurement target region 10 with a tape. In addition to the arrangement shown in FIG. 6, the plurality of fine wires 5 may be provided in the front-rear (Y-axis) direction or in an oblique direction. In these cases, when the temperature between the thin wires 5 is complemented, the same complement as in the third embodiment can be performed using the thin wires 5 provided in the Z-axis, Y-axis, and oblique directions. Furthermore, a string may be tied to the temperature distribution measuring device 100 in the first to third embodiments and hung from the measurement target region 10.

また、R成分のみを撮像するカメラ20とG成分のみを撮像するカメラ20を併用してもよい。さらに、1台のカメラ20では撮像範囲が足りない場合、撮像範囲を拡張するために複数のカメラ20を併用してもよい。   Further, the camera 20 that captures only the R component and the camera 20 that captures only the G component may be used in combination. Furthermore, when the imaging range is insufficient with one camera 20, a plurality of cameras 20 may be used in combination to expand the imaging range.

また、細線に対して励起光を照射し、それにより蛍光染料から発せられた蛍光からR/Gの分布を求める工程までを現場の人間が実行し、得られたR/Gの分布を表すデータを離れた場所に位置する研究所等に送信し、研究所にて温度分布の算出を行うこととしてもよい。   Further, data representing the distribution of R / G obtained by irradiating the thin line with excitation light and performing a process up to the process of obtaining the R / G distribution from the fluorescence emitted from the fluorescent dye. May be transmitted to a laboratory located at a remote location, and the temperature distribution may be calculated in the laboratory.

1:枠、3:目盛り、5:細線、5a:実際に撮像された細線、5b:正面から撮像した場合の細線、10:測定対象領域、20:カメラ、30:温度依存値算出装置、40:記憶装置、50:温度分布算出装置、60:ネットワーク、100:温度分布測定装置 1: frame, 3: scale, 5: fine line, 5a: fine line actually picked up, 5b: thin line when picked up from the front, 10: measurement target region, 20: camera, 30: temperature dependent value calculation device, 40 : Storage device, 50: temperature distribution calculation device, 60: network, 100: temperature distribution measurement device

Claims (10)

気体の温度分布測定方法であって、
測定対象の気体中に配置され且つ蛍光染料が塗布された細線に対し、前記蛍光染料を励起させる励起光を照射する照射ステップと、
前記蛍光染料が発生させる蛍光から得られ且つ前記蛍光染料の温度に依存して変化する温度依存値を複数点において取得する温度依存値分布取得ステップと、
前記蛍光染料の温度と温度依存値の関係に基づいて、複数の前記温度依存値から前記気体の温度分布を算出する温度分布算出ステップと、
を有する気体の温度分布測定方法。
A gas temperature distribution measuring method,
An irradiation step of irradiating excitation light that excites the fluorescent dye on a fine wire disposed in a gas to be measured and coated with the fluorescent dye;
A temperature-dependent value distribution obtaining step for obtaining temperature-dependent values obtained from the fluorescence generated by the fluorescent dye and changing depending on the temperature of the fluorescent dye at a plurality of points;
Based on the relationship between the temperature of the fluorescent dye and the temperature dependent value, a temperature distribution calculating step for calculating a temperature distribution of the gas from a plurality of the temperature dependent values;
Method for measuring temperature distribution of gas having
前記細線の直径が5μm〜60μmである、
請求項1に記載の温度分布測定方法。
The diameter of the thin wire is 5 μm to 60 μm,
The temperature distribution measuring method according to claim 1.
前記温度依存値は、互いに異なる波長成分の蛍光強度の比である、請求項1又は請求項2に記載の温度分布測定方法。   The temperature distribution measuring method according to claim 1 or 2, wherein the temperature dependent value is a ratio of fluorescence intensities of different wavelength components. 前記細線は、流れがある気体中に配置される、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の温度分布測定方法。   The temperature distribution measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein the thin line is arranged in a gas having a flow. 前記細線は、所定の間隔で配置された複数の細線であり、
隣り合う前記細線の温度に基づいて、隣り合う前記細線の間の空間における気体の温度を補完する補完ステップを有する請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の温度分布測定方法。
The fine lines are a plurality of fine lines arranged at a predetermined interval,
The temperature distribution measuring method according to any one of claims 1 to 4, further comprising a complementing step of complementing a gas temperature in a space between the adjacent thin lines based on a temperature of the adjacent thin lines.
複数の前記細線を同一平面上に配置した細線群を、前記照射ステップにおける励起光の光源からみて互いに重ならない位置に複数配置する、
請求項5に記載の温度分布測定方法。
A plurality of fine wire groups in which a plurality of fine wires are arranged on the same plane are arranged at positions that do not overlap each other when viewed from the light source of the excitation light in the irradiation step.
The temperature distribution measuring method according to claim 5.
前記複数の細線の間隔は、測定対象の気体の流れが速い領域における間隔を測定対象の気体の流れが遅い領域における間隔よりも狭くなるように調整される、
請求項5又は請求項6に記載の温度分布測定方法。
The interval between the plurality of fine lines is adjusted so that the interval in the region where the gas flow of the measurement target is fast is narrower than the interval in the region where the gas flow of the measurement target is slow,
The temperature distribution measuring method according to claim 5 or 6.
測定対象の気体中に配置され且つ蛍光染料が塗布された細線に対して前記蛍光染料を励起させる励起光を照射する照射手段と、
前記蛍光染料が発生させる蛍光から得られ且つ前記蛍光染料の温度に依存して変化する温度依存値を複数点において取得する温度依存値取得手段と、
前記蛍光染料の温度と温度依存値の関係に基づいて、複数の前記温度依存値から前記気体の温度分布を算出する温度分布算出手段と、
を有する気体の温度分布測定システム。
Irradiation means for irradiating excitation light that excites the fluorescent dye with respect to a fine wire disposed in the gas to be measured and coated with the fluorescent dye;
Temperature-dependent value acquisition means for acquiring temperature-dependent values obtained from the fluorescence generated by the fluorescent dye and changing depending on the temperature of the fluorescent dye at a plurality of points;
Based on the relationship between the temperature and the temperature dependent value of the fluorescent dye, a temperature distribution calculating means for calculating a temperature distribution of the gas from a plurality of the temperature dependent values;
A gas temperature distribution measuring system having
蛍光染料が塗布された直径が5μm〜60μmである細線。   A fine wire having a diameter of 5 μm to 60 μm to which a fluorescent dye is applied. 請求項9に記載の細線と、
前記細線を固定するフレームと、
を有する気体の温度分布測定装置。
A thin wire according to claim 9;
A frame for fixing the thin wire;
An apparatus for measuring a temperature distribution of a gas.
JP2015133470A 2015-07-02 2015-07-02 Temperature distribution measuring method, system, apparatus and thin wire Active JP6590190B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015133470A JP6590190B2 (en) 2015-07-02 2015-07-02 Temperature distribution measuring method, system, apparatus and thin wire

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015133470A JP6590190B2 (en) 2015-07-02 2015-07-02 Temperature distribution measuring method, system, apparatus and thin wire

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017015590A true JP2017015590A (en) 2017-01-19
JP6590190B2 JP6590190B2 (en) 2019-10-16

Family

ID=57829019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015133470A Active JP6590190B2 (en) 2015-07-02 2015-07-02 Temperature distribution measuring method, system, apparatus and thin wire

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6590190B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101921547B1 (en) * 2017-04-19 2018-11-23 부산대학교 산학협력단 Method of estimating temperature in cryogenic environment
JP2019002698A (en) * 2017-06-12 2019-01-10 株式会社ジェイテクト Temperature measurement device and temperature measurement method
CN114112099A (en) * 2021-11-23 2022-03-01 西南科技大学 Temperature measurement method and system based on plane laser-induced fluorescence measurement device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101921547B1 (en) * 2017-04-19 2018-11-23 부산대학교 산학협력단 Method of estimating temperature in cryogenic environment
JP2019002698A (en) * 2017-06-12 2019-01-10 株式会社ジェイテクト Temperature measurement device and temperature measurement method
CN114112099A (en) * 2021-11-23 2022-03-01 西南科技大学 Temperature measurement method and system based on plane laser-induced fluorescence measurement device

Also Published As

Publication number Publication date
JP6590190B2 (en) 2019-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Su et al. Planar measurements of the full three-dimensional scalar dissipation rate in gas-phase turbulent flows
CN103025507B (en) For the manufacture of the method for three-dimensional structure
JP6590190B2 (en) Temperature distribution measuring method, system, apparatus and thin wire
Jain et al. Rainbow schlieren deflectometry technique for nanofluid-based heat transfer measurements under natural convection regime
Weiss et al. Single-shot pressure-sensitive paint lifetime measurements on fast rotating blades using an optimized double-shutter technique
Söller et al. Interferometric tomography for flow visualization of density fields in supersonic jets and convective flow
JP4942083B2 (en) Pressure distribution measurement system and calibration probe
JP5975064B2 (en) Optical fiber temperature distribution measuring device
Agrawal et al. Rainbow schlieren deflectometry for scalar measurements in fluid flows
JP6136018B2 (en) Flow velocity measurement method and flow velocity measurement system for visualization fluid
CN108169510A (en) Micro-flows three-dimensional velocity field measurement device and method based on single light-field camera
Ozawa Experimental study of unsteady aerothermodynamic phenomena on shock-tube wall using fast-response temperature-sensitive paints
Lapo et al. Distributed observations of wind direction using microstructures attached to actively heated fiber-optic cables
Cao et al. Characteristics of tomographic reconstruction of light-field Tomo-PIV
Feng et al. Simultaneous velocity and concentration field measurements of passive-scalar mixing in a confined rectangular jet
Voytkov et al. Temperature and Velocity of the Gas–Vapor Mixture in the Trace of Several Evaporating Water Droplets
CN109342769A (en) A kind of scaling method, flow-speed measurement method and device
TW202028716A (en) Particle measuring device, calibration method, and measuring device
JP2004177312A (en) Three dimensional temperature/velocity simultaneous measuring method of fluid
Lemarechal et al. Miniaturization and model-integration of the optical measurement system for temperature-sensitive paint investigations
Delmas et al. Shape distortions induced by convective effect on hot object in visible, near infrared and infrared bands
Smith Validation experiments for spent-fuel dry-cask in-basket convection
Cabaleiro et al. Single camera time-resolved 3D tomographic reconstruction of a pulsed gas jet
Guo et al. Small-angle measurement in laser autocollimation based on a common-path compensation method
Neely Mapping temperature distributions in flows using radiating high-porosity meshes

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180605

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190308

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190521

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190709

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190820

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190904

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6590190

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250