JP2024041461A - Combustion-diagnosing apparatus, combustion-diagnosing system, and program of combustion-diagnosing apparatus - Google Patents

Combustion-diagnosing apparatus, combustion-diagnosing system, and program of combustion-diagnosing apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To diagnose a combustion state of a flame with a simple configuration.
SOLUTION: A combustion-diagnosing apparatus 3 diagnoses a combustion state of a flame based on an image of the flame captured by a visible light camera 2 and includes: a signal extraction part 33 for extracting signals in one or more specific wavelength bands from the flame portion of the image; and a combustion-diagnosing part 34 for diagnosing the combustion state based on signals in the specific wavelength bands.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本発明は、火炎の燃焼状態を診断する技術に関し、特に、可視光カメラによって撮像された火炎の画像に基づいて、火炎の燃焼状態を診断する技術に関する。 The present invention relates to a technique for diagnosing the combustion state of a flame, and particularly to a technique for diagnosing the combustion state of a flame based on an image of the flame captured by a visible light camera.

火力発電所や家庭用コンロなどの各種の燃焼機器が不完全燃焼を起こすと燃焼効率が低下する。また、不完全燃焼を起こすと一酸化炭素などの有害成分も排出されるため、燃焼機器の燃焼診断(モニタリング)は不可欠である。 When incomplete combustion occurs in various types of combustion equipment, such as thermal power plants and household stoves, combustion efficiency decreases. In addition, when incomplete combustion occurs, harmful components such as carbon monoxide are also emitted, so combustion diagnosis (monitoring) of combustion equipment is essential.

そこで、火炎から観察される特定の波長の発光(自発光または自然発光)の強度に基づいて、燃焼状態を診断する手法が提案されている。図10は、火炎の発光スペクトル強度の一例を示すグラフである。一般的な火炎の自発光には、306nmにピークを有するOHラジカル自発光、430nmにピークを有するCHラジカル自発光、および516nmにピークを有するC2ラジカル自発光などがある。これらの自発光の強度を計測することで、火炎の燃焼状態を診断することができる。 Therefore, a method has been proposed for diagnosing the combustion state based on the intensity of light emission of a specific wavelength (self-luminescence or spontaneous luminescence) observed from a flame. FIG. 10 is a graph showing an example of flame emission spectrum intensity. Common flame self-luminescence includes OH radical self-luminescence having a peak at 306 nm, CH radical self-luminescence having a peak at 430 nm, and C2 radical self-luminescence having a peak at 516 nm. By measuring the intensity of these self-luminous emissions, the combustion state of the flame can be diagnosed.

特許文献1には、分光器によって火炎の光を分光し、OHラジカル自発光の強度を計測することにより、火炎の状態検知を行うことが開示されている。また、特許文献2においても、分光測定装置によって火炎の光を分光し、CHラジカル自発光またはC2ラジカル自発光の強度を計測することにより、火炎の状態検知を行うことが開示されている。 Patent Document 1 discloses that the state of the flame is detected by separating flame light using a spectrometer and measuring the intensity of OH radical self-luminescence. Further, Patent Document 2 also discloses that the state of the flame is detected by dividing flame light into spectra using a spectrometer and measuring the intensity of CH radical self-luminescence or C2 radical self-luminescence.

国際公開第2005/045379号International Publication No. 2005/045379 国際公開第2008/059976号International Publication No. 2008/059976

しかしながら、特許文献1および2に記載の技術は、分光器を必要とするため、可視光カメラなどの安価な撮像装置を用いることができない。 However, since the techniques described in Patent Documents 1 and 2 require a spectroscope, an inexpensive imaging device such as a visible light camera cannot be used.

これに対し、可視光カメラによってCHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光を計測するために、可視光カメラのレンズに、430nmを含む帯域の光を通過させる特殊フィルタ、および516nmを含む帯域の光を通過させる特殊フィルタを取り付けて火炎を撮像することが考えられる。しかし、このような特殊フィルタは高価であり、また、レンズに取り付ける特殊フィルタを交換する必要があるため、CHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光を同時刻に計測することができない。 On the other hand, in order to measure CH radical self-luminescence and C2 radical self-luminescence using a visible light camera, the lens of the visible light camera is equipped with a special filter that passes light in a band including 430 nm, and a special filter that passes light in a band including 516 nm. It is possible to image the flame by attaching a special filter that allows it to pass through. However, such a special filter is expensive, and it is necessary to replace the special filter attached to the lens, so that CH radical self-emission and C2 radical self-emission cannot be measured at the same time.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、簡易な構成で火炎の燃焼状態を診断することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to diagnose the combustion state of a flame with a simple configuration.

上記課題を解決するために、本発明は以下の態様を含む。
項1.
可視光カメラによって撮像された火炎の画像に基づいて、前記火炎の燃焼状態を診断する燃焼診断装置であって、
前記画像の火炎部分から、1または複数の特定の波長帯の信号を抽出する信号抽出部と、
前記特定の波長帯の信号に基づいて前記燃焼状態を診断する燃焼診断部と、
を備える、燃焼診断装置。
項2.
前記信号抽出部は、
G信号を抽出するG信号抽出部と、
B信号を抽出するB信号抽出部と、
を備え、
前記燃焼診断部は、
前記G信号および前記B信号に基づいて、前記燃焼状態として、前記火炎の燃料の当量比を診断する当量比診断部を備える、項1に記載の燃焼診断装置。
項3.
前記当量比診断部は、
前記G信号および前記B信号から前記火炎中のCHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光の各強度を演算し、前記強度に基づいて前記当量比を診断する、項2に記載の燃焼診断装置。
項4.
前記信号抽出部は、
R信号を抽出するR信号抽出部を備え、
前記燃焼診断部は、
前記R信号に基づいて、前記火炎の燃焼温度を診断する燃焼温度診断部を備える、項1に記載の燃焼診断装置。
項5.
前記信号抽出部は、
R信号を抽出するR信号抽出部を備え、
前記燃焼診断部は、
前記R信号および前記当量比に基づいて、前記火炎中のOHラジカル自発光の強度を演算する、項2に記載の燃焼診断装置。
項6.
前記燃焼診断部は、
前記OHラジカル自発光の強度に基づいて、前記火炎の燃焼速度を診断する燃焼速度診断部を備える、項5に記載の燃焼診断装置。
項7.
火炎の画像を撮像する可視光カメラと、
前記可視光カメラによって撮像された火炎の画像に基づいて、前記火炎の燃焼状態を診断する燃焼診断装置と、
を備える燃焼診断システムであって、
前記燃焼診断装置は、項1~6のいずれかに記載の燃焼診断装置である、燃焼診断システム。
項8.
コンピュータを項1~6のいずれかに記載の燃焼診断装置として動作させる燃焼診断プログラム。
In order to solve the above problems, the present invention includes the following aspects.
Item 1.
A combustion diagnosis device that diagnoses the combustion state of the flame based on an image of the flame captured by a visible light camera,
a signal extraction unit that extracts signals in one or more specific wavelength bands from the flame portion of the image;
a combustion diagnosis section that diagnoses the combustion state based on the signal in the specific wavelength band;
A combustion diagnostic device equipped with.
Item 2.
The signal extraction section includes:
a G signal extraction unit that extracts the G signal;
a B signal extraction unit that extracts the B signal;
Equipped with
The combustion diagnosis section includes:
2. The combustion diagnosis device according to item 1, further comprising an equivalence ratio diagnosis section that diagnoses the equivalence ratio of fuel in the flame as the combustion state based on the G signal and the B signal.
Item 3.
The equivalence ratio diagnosis section is
3. The combustion diagnosis device according to item 2, wherein each intensity of CH radical self-emission and C2 radical self-emission in the flame is calculated from the G signal and the B signal, and the equivalence ratio is diagnosed based on the intensities.
Item 4.
The signal extraction section includes:
comprising an R signal extraction section that extracts the R signal,
The combustion diagnosis section includes:
2. The combustion diagnosis device according to item 1, further comprising a combustion temperature diagnosis section that diagnoses the combustion temperature of the flame based on the R signal.
Item 5.
The signal extraction section includes:
comprising an R signal extraction section that extracts the R signal,
The combustion diagnosis section includes:
3. The combustion diagnosis device according to item 2, which calculates the intensity of OH radical self-luminescence in the flame based on the R signal and the equivalence ratio.
Item 6.
The combustion diagnosis section includes:
6. The combustion diagnosis device according to item 5, further comprising a combustion rate diagnosis section that diagnoses the combustion rate of the flame based on the intensity of the OH radical self-luminescence.
Section 7.
a visible light camera that captures images of the flame;
a combustion diagnosis device that diagnoses the combustion state of the flame based on an image of the flame captured by the visible light camera;
A combustion diagnosis system comprising:
A combustion diagnosis system, wherein the combustion diagnosis device is the combustion diagnosis device according to any one of items 1 to 6.
Section 8.
A combustion diagnosis program that causes a computer to operate as the combustion diagnosis device according to any one of items 1 to 6.

本発明によれば、簡易な構成で火炎の燃焼状態を診断することができる。 According to the present invention, the combustion state of a flame can be diagnosed with a simple configuration.

本発明の一実施形態に係る燃焼診断システムの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of a combustion diagnosis system according to an embodiment of the present invention. R画素、G画素およびB画素の波長に対する光電変換特性の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the photoelectric conversion characteristic with respect to the wavelength of R pixel, G pixel, and B pixel. (a)は、プランクの放射の法則による黒体放射のスペクトルを示すグラフであり、(b)は、黒体放射のスペクトルの一部を拡大したグラフである。(a) is a graph showing a spectrum of black body radiation according to Planck's radiation law, and (b) is a graph in which a part of the spectrum of black body radiation is expanded. 放射エネルギーの積分値(Int-E)と温度との関係を示すグラフである。3 is a graph showing the relationship between the integral value of radiant energy (Int-E) and temperature. (a)は、C2ラジカル自発光の強度とG信号の強度との関係を示すグラフであり、(b)は、C2ラジカル自発光の強度の0.274倍とCHラジカル自発光の強度の和と、B信号の強度との関係を示すグラフである。(a) is a graph showing the relationship between the intensity of C2 radical self-luminescence and the intensity of the G signal, and (b) is a graph showing the sum of 0.274 times the intensity of C2 radical self-luminescence and the intensity of CH radical self-luminescence. It is a graph showing the relationship between the intensity of the B signal and the intensity of the B signal. 水素の混合率(α)の異なる燃料について、CHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光の各強度の比の、G信号およびB信号に基づく予測値(横軸)と実測値(縦軸)との関係を示すグラフである。For fuels with different hydrogen mixing ratios (α), the predicted value (horizontal axis) based on the G signal and B signal and the measured value (vertical axis) of the ratio of the respective intensities of CH radical self-luminescence and C2 radical self-luminescence. It is a graph showing a relationship. R信号の強度と、火炎の放射エネルギーの積分の実測値との関係を示すグラフである。13 is a graph showing the relationship between the intensity of the R signal and the actual measured value of the integral of the radiant energy of the flame. (a)は、当量比(横軸)とR信号の強度(縦軸)との関係を示すグラフであり、(b)は、当量比(横軸)とOHラジカル自発光の強度(縦軸)との関係を示すグラフである。(a) is a graph showing the relationship between the equivalence ratio (horizontal axis) and the intensity of the R signal (vertical axis), and (b) is a graph showing the relationship between the equivalence ratio (horizontal axis) and the intensity of OH radical self-luminescence (the vertical axis). ) is a graph showing the relationship between (a)は、R信号の強度(横軸)とOHラジカル自発光の強度(縦軸)との関係を示すグラフであり、(b)は、図9(a)に示すグラフにおいて、各燃料を当量比1未満の混合気(リーン群)と、当量比1以上の混合気(リッチ群)とに分類したグラフである。(a) is a graph showing the relationship between the intensity of the R signal (horizontal axis) and the intensity of OH radical self-luminescence (vertical axis), and (b) is a graph showing the relationship between the intensity of the R signal (horizontal axis) and the intensity of OH radical self-luminescence (vertical axis). It is a graph classifying into a mixture with an equivalence ratio of less than 1 (lean group) and a mixture with an equivalence ratio of 1 or more (rich group). 火炎の発光スペクトル強度の一例を示すグラフである。It is a graph showing an example of the emission spectrum intensity of flame.

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and various changes can be made without departing from the spirit thereof.

(全体構成)
図1は、本発明の一実施形態に係る燃焼診断システム1の構成を示すブロック図である。燃焼診断システム1は、可視光カメラ2と、燃焼診断装置3とを備えている。
(overall structure)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a combustion diagnosis system 1 according to an embodiment of the present invention. The combustion diagnosis system 1 includes a visible light camera 2 and a combustion diagnosis device 3.

可視光カメラ2は、主に可視光を撮像することを目的に製造されたカメラである。そのため、可視光カメラ2には、赤外線カメラや紫外線カメラのような、可視光以外の光を撮像することを目的とするカメラは含まれないが、可視光カメラ2は、可視光よりも僅かに波長の長い赤外光成分や、可視光よりも僅かに波長の短い紫外光成分を検知する機能を有していてもよい。可視光カメラ2としては、例えば、市販のデジタルカメラや、スマートフォンに搭載されるカメラが挙げられ、動画像を撮影可能なビデオカメラであってもよい。 The visible light camera 2 is a camera manufactured primarily for the purpose of capturing images of visible light. Therefore, the visible light camera 2 does not include cameras that aim to capture light other than visible light, such as infrared cameras and ultraviolet cameras. It may have a function of detecting an infrared light component with a long wavelength or an ultraviolet light component with a slightly shorter wavelength than visible light. Examples of the visible light camera 2 include a commercially available digital camera and a camera installed in a smartphone, and may also be a video camera capable of capturing moving images.

(可視光カメラ)
本実施形態では、可視光カメラ2は、受光部にR画素、G画素およびB画素を備えており、入射した光を、R信号、G信号およびB信号に変換して画像を生成する。画像は、静止画像および動画像のいずれであってもよい。図2は、R画素、G画素およびB画素の波長に対する光電変換特性の一例を示すグラフである。光電変換特性は、可視光カメラ2の機種によって多少のバラツキがある。なお、可視光カメラ2は、RGB方式を採用しているが、CMYK方式、RYYB方式およびRGBY方式等の他の方式を採用してもよい。
(visible light camera)
In this embodiment, the visible light camera 2 includes an R pixel, a G pixel, and a B pixel in its light receiving section, and generates an image by converting incident light into an R signal, a G signal, and a B signal. The image may be either a still image or a moving image. FIG. 2 is a graph showing an example of photoelectric conversion characteristics with respect to wavelength of an R pixel, a G pixel, and a B pixel. The photoelectric conversion characteristics vary to some extent depending on the model of the visible light camera 2. Note that although the visible light camera 2 uses the RGB method, other methods such as the CMYK method, the RYYB method, and the RGBY method may be used.

燃焼診断システム1では、診断対象とする燃料を燃焼させて火炎を形成し、火炎が可視光カメラ2のレンズに対向するように可視光カメラ2を設置する。燃料は特に限定されないが、本実施形態では、都市ガス、プロパンガスおよび水素ガス等である。撮影環境は、暗所であることが好ましいが、時間的に明るさが変化しない背景光が存在する環境であってもよい。 In the combustion diagnosis system 1, fuel to be diagnosed is combusted to form a flame, and the visible light camera 2 is installed so that the flame faces the lens of the visible light camera 2. Although the fuel is not particularly limited, in this embodiment, it includes city gas, propane gas, hydrogen gas, and the like. The photographing environment is preferably a dark place, but may be an environment where there is background light whose brightness does not change over time.

(燃焼診断装置)
燃焼診断装置3は、可視光カメラ2によって撮像された火炎の画像に基づいて、火炎の燃焼状態を診断する装置である。燃焼診断装置3は、汎用のコンピュータで構成することができ、ハードウェア構成として、CPUやGPUなどのプロセッサ(図示省略)、DRAMやSRAMなどの主記憶装置(図示省略)、および、HDDやSSDなどの補助記憶装置30を備えている。補助記憶装置30には、燃焼診断プログラムP等の燃焼診断装置3を動作させるための各種プログラムが格納されている。
(Combustion diagnosis device)
The combustion diagnosis device 3 is a device that diagnoses the combustion state of a flame based on an image of the flame captured by the visible light camera 2. The combustion diagnosis device 3 can be configured with a general-purpose computer, and its hardware configuration includes a processor such as a CPU or GPU (not shown), a main storage device such as a DRAM or SRAM (not shown), and an HDD or SSD. It is equipped with an auxiliary storage device 30 such as. The auxiliary storage device 30 stores various programs for operating the combustion diagnosis device 3, such as a combustion diagnosis program P.

燃焼診断装置3は、機能ブロックとして、画像取得部31と、背景光除去部32と、信号抽出部33と、燃焼診断部34とを備えている。これらの機能ブロックは、燃焼診断装置3のプロセッサによってソフトウェア的に実現することができる。この場合、補助記憶装置30に記憶されている燃焼診断プログラムPを、プロセッサが主記憶装置に読み出して実行することにより、前記各部を実現することができる。燃焼診断プログラムPは、インターネット等の通信ネットワークを介して燃焼診断装置3にダウンロードしてもよいし、燃焼診断プログラムPを記録したCD-ROM等のコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体を介して燃焼診断装置3にインストールしてもよい。 The combustion diagnosis device 3 includes an image acquisition section 31, a background light removal section 32, a signal extraction section 33, and a combustion diagnosis section 34 as functional blocks. These functional blocks can be realized in software by the processor of the combustion diagnosis device 3. In this case, each of the above sections can be realized by the processor reading out the combustion diagnosis program P stored in the auxiliary storage device 30 into the main storage device and executing it. The combustion diagnosis program P may be downloaded to the combustion diagnosis device 3 via a communication network such as the Internet, or may be downloaded via a computer-readable non-temporary recording medium such as a CD-ROM on which the combustion diagnosis program P is recorded. It may also be installed in the combustion diagnosis device 3.

画像取得部31は、可視光カメラ2から転送された火炎の画像のデータを取得する。可視光カメラ2からの画像は、有線または無線によって燃焼診断装置3に転送されてもよいし、記録媒体を介して燃焼診断装置3に転送されてもよい。 The image acquisition unit 31 acquires data of the flame image transferred from the visible light camera 2. The image from the visible light camera 2 may be transferred to the combustion diagnosis device 3 by wire or wirelessly, or may be transferred to the combustion diagnosis device 3 via a recording medium.

背景光除去部32は、画像取得部31によって取得された火炎の画像から、背景光を除去する。補助記憶装置30には、あらかじめ火炎の存在しない環境で可視光カメラ2によって撮像された背景画像が保存されており、背景光除去部32は、火炎の画像の各ピクセルの輝度から、背景画像の各ピクセルの輝度を差し引くことにより、火炎のみの輝度を反映した画像を生成する。なお、暗所で火炎を撮像した場合は、背景光除去部32による処理を省略してもよい。 The background light removal unit 32 removes background light from the flame image acquired by the image acquisition unit 31. The auxiliary storage device 30 stores in advance a background image captured by the visible light camera 2 in an environment where there is no flame, and the background light removal unit 32 extracts the background image from the brightness of each pixel of the flame image. By subtracting the brightness of each pixel, an image reflecting the brightness of only the flame is generated. Note that when the flame is imaged in a dark place, the processing by the background light removal unit 32 may be omitted.

信号抽出部33は、画像の火炎部分から、1または複数の特定の波長帯の信号を抽出する。本実施形態では、特定の波長帯の信号は、R信号、G信号およびB信号の3つの信号であり、信号抽出部33は、R信号を抽出するR信号抽出部331と、G信号を抽出するG信号抽出部332と、R信号を抽出するR信号抽出部333とを備えている。なお、信号抽出部33の機能は、XnConvert等の市販のソフトウェアを用いて実現することもできる。 The signal extraction unit 33 extracts signals in one or more specific wavelength bands from the flame portion of the image. In this embodiment, the signals in the specific wavelength band are three signals, an R signal, a G signal, and a B signal, and the signal extraction unit 33 includes an R signal extraction unit 331 that extracts the R signal, and an R signal extraction unit 331 that extracts the G signal. A G signal extraction section 332 that extracts an R signal, and an R signal extraction section 333 that extracts an R signal are provided. Note that the function of the signal extraction section 33 can also be realized using commercially available software such as XnConvert.

燃焼診断部34は、信号抽出部33によって抽出された特定の波長帯の信号(R信号、G信号およびB信号)に基づいて、火炎の燃焼状態を診断する。本実施形態では、燃焼診断部34は、火炎の燃焼温度を診断する燃焼温度診断部341と、火炎の燃焼速度を診断する燃焼速度診断部342と、火炎の燃料の当量比を診断する当量比診断部343とを備えている。 The combustion diagnosis section 34 diagnoses the combustion state of the flame based on the signals (R signal, G signal, and B signal) in specific wavelength bands extracted by the signal extraction section 33. In this embodiment, the combustion diagnosis section 34 includes a combustion temperature diagnosis section 341 that diagnoses the combustion temperature of the flame, a combustion speed diagnosis section 342 that diagnoses the combustion speed of the flame, and an equivalence ratio that diagnoses the equivalence ratio of the fuel of the flame. The diagnostic unit 343 is also provided with a diagnostic unit 343.

(当量比の診断)
先に、当量比診断部343について説明する。当量比診断部343は、G信号およびB信号に基づいて、火炎の燃料の当量比(燃料と空気の混合比)を診断する。より具体的には、当量比診断部343は、G信号およびB信号から火炎中のCHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光の各強度を演算し、その強度に基づいて当量比を診断する。CHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光の各強度は、以下のようにして算出される。
(Diagnosis of equivalence ratio)
First, the equivalence ratio diagnosis section 343 will be explained. The equivalence ratio diagnosis section 343 diagnoses the equivalence ratio of the fuel of the flame (mixture ratio of fuel and air) based on the G signal and the B signal. More specifically, the equivalence ratio diagnosis section 343 calculates the respective intensities of CH radical self-emission and C2 radical self-emission in the flame from the G signal and the B signal, and diagnoses the equivalence ratio based on the intensities. The respective intensities of CH radical self-luminescence and C2 radical self-luminescence are calculated as follows.

CHラジカル自発光は430nmにピークを有するため、主にB信号にCHラジカル自発光の輝度成分が記録されているが、可視光カメラ2の機種によっては、G信号にCHラジカル自発光の輝度成分が記録されている場合がある。同様に、C2ラジカル自発光は516nmにピークを有するため、主にG信号にC2ラジカル自発光の輝度成分が記録されているが、可視光カメラ2の機種によっては、B信号にC2ラジカル自発光の輝度成分が記録されている場合がある。 Since CH radical self-emission has a peak at 430 nm, the luminance component of CH radical self-emission is mainly recorded in the B signal, but depending on the model of visible light camera 2, the luminance component of CH radical self-emission is recorded in the G signal. may be recorded. Similarly, since C2 radical self-emission has a peak at 516 nm, the luminance component of C2 radical self-emission is mainly recorded in the G signal, but depending on the model of visible light camera 2, C2 radical self-emission is recorded in the B signal. luminance components may be recorded.

そこで、G信号として記録されたCHラジカル自発光(430nm)とC2ラジカル自発光(516nm)の変換効率をそれぞれa(G430)、a(G516)とおくと、以下の式(1)が得られる。 Therefore, by setting the conversion efficiencies of CH radical self-luminescence (430 nm) and C2 radical self-luminescence (516 nm) recorded as G signals as a(G430) and a(G516), respectively, the following equation (1) can be obtained. .

=a(G430)*ICH+a(G516)*IC2 ・・・(1) I G = a (G430) * I CH + a (G516) * I C2 ... (1)

ここで、IはG信号の強度であり、ICHはCHラジカル自発光による信号成分の強度であり、IC2はC2ラジカル自発光による信号成分の強度である。 Here, IG is the intensity of the G signal, ICH is the intensity of the signal component due to CH radical self-emission, and IC2 is the intensity of the signal component due to C2 radical self-emission.

また、B信号として記録されたCHラジカル自発光(430nm)とC2ラジカル自発光(516nm)の変換効率をそれぞれa(B430)、a(B516)とおくと、以下の式(2)が得られる。 Furthermore, if the conversion efficiency of CH radical self-luminescence (430 nm) and C2 radical self-luminescence (516 nm) recorded as the B signal is set as a(B430) and a(B516), respectively, the following equation (2) can be obtained. .

=a(B430)*ICH+a(B516)*IC2 ・・・(2) I B =a(B430)*I CH +a(B516)*I C2 ...(2)

ここで、IはB信号の強度である。式(1)および式(2)を連立して解くと、以下の式(3)および式(4)が得られる。 Here, IB is the intensity of the B signal. By solving equations (1) and (2) simultaneously, the following equations (3) and (4) are obtained.

C2=I/{a(G516)-a(G430)[a(B516)/a(B430)]-I/{a(B430)[a(G516)/a(G430)]-a(B516)} ・・・(3)
CH=I/{a(G430)-a(G516)[a(B430)/a(B516)]-I/{a(B516)[a(G430)/a(G516)]-a(B430)} ・・・(4)
I C2 = I G /{a(G516)-a(G430) [a(B516)/a(B430)]-I B /{a(B430)[a(G516)/a(G430)]-a( B516)} ...(3)
I CH =I G /{a(G430)-a(G516)[a(B430)/a(B516)]-I B /{a(B516)[a(G430)/a(G516)]-a( B430)} ...(4)

式(3)の右辺にあるa(B516)/a(B430)の値は、可視光カメラ2で火炎を撮像する際に、波長430nmの光のみを透過するフィルタと波長516nmの光のみを透過するフィルタとを交互に取り付けて撮像し、波長430nmのB信号と516nmのB信号との比をとることで求めることができる。同様に、式(4)の右辺にあるa(G430)/a(G516)の値は、可視光カメラ2で火炎を撮像する際に、波長430nmの光のみを透過するフィルタと波長516nmの光のみを透過するフィルタとを交互に取り付けて撮像し、波長430nmのG信号と516nmのG信号との比をとることで求めることができる。したがって、2変数の最小二乗法である重回帰分析を行うことにより、以下の式(5)および式(6)の係数a,b,a,bを決定できる。 The value of a(B516)/a(B430) on the right side of equation (3) is determined by the filter that transmits only light with a wavelength of 430 nm and the filter that transmits only light with a wavelength of 516 nm when imaging a flame with visible light camera 2. It can be determined by attaching filters alternately to take images and taking the ratio of the B signal with a wavelength of 430 nm and the B signal with a wavelength of 516 nm. Similarly, the value of a(G430)/a(G516) on the right side of equation (4) is determined by the difference between the filter that transmits only light with a wavelength of 430 nm and the light with a wavelength of 516 nm when imaging a flame with visible light camera 2. It can be determined by taking images by alternately attaching filters that transmit only the 430 nm wavelength and the 516 nm wavelength G signal. Therefore, by performing multiple regression analysis, which is a two-variable least squares method, the coefficients a 1 , b 1 , a 2 , and b 2 of the following equations (5) and (6) can be determined.

C2=a*I-b*I ・・・(5)
CH=a*I-b*I ・・・(6)
I C2 =a 1 *I G -b 1 *I B ...(5)
I CH =a 2 *I G -b 2 *I B ...(6)

このようにして、CHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光の各強度を算出することができる。CHラジカル自発光の強度とC2ラジカル自発光の強度との比率は、燃料の当量比に応じて変化するため、当量比診断部343は、CHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光の各強度に基づいて当量比を予測することができる。 In this way, each intensity of CH radical self-luminescence and C2 radical self-luminescence can be calculated. Since the ratio between the intensity of CH radical self-luminescence and the intensity of C2 radical self-luminescence changes depending on the equivalence ratio of the fuel, the equivalence ratio diagnostic unit 343 calculates the ratio based on the intensities of CH radical self-luminescence and C2 radical self-luminescence The equivalence ratio can be predicted using

(燃焼温度の診断)
燃焼温度診断部341は、R信号に基づいて火炎の燃焼温度を診断する。本発明者は、R信号に基づいて火炎の燃焼温度を予測できることを、以下のように見出した。
(Diagnosis of combustion temperature)
The combustion temperature diagnosis section 341 diagnoses the combustion temperature of the flame based on the R signal. The present inventor discovered that the combustion temperature of a flame can be predicted based on the R signal as described below.

図2に示すように、R信号は概ね560nm~690nmの放射強度を記録している。
図3(a)は、プランクの放射の法則による黒体放射のスペクトルを示すグラフであり、図3(b)は、黒体放射のスペクトルの一部を拡大したグラフである。ここで、図3(b)において、Fで示される560nm~690nmの帯域の各スペクトルの放射エネルギー(E)を積分すると、図4に示すように、放射エネルギーの積分値(Int-E)と温度との関係が求められる。
As shown in FIG. 2, the R signal records a radiation intensity of approximately 560 nm to 690 nm.
FIG. 3(a) is a graph showing a spectrum of blackbody radiation according to Planck's law of radiation, and FIG. 3(b) is a graph showing a part of the spectrum of blackbody radiation enlarged. Here, in FIG. 3(b), when the radiant energy (E) of each spectrum in the band from 560 nm to 690 nm is integrated, as shown in FIG. 4, the integral value of the radiant energy (Int-E) and The relationship with temperature is required.

図4から、560nm~690nmの帯域における放射エネルギーの積分値は、温度の2次関数に近似できることが分かる。R信号の強度は、560nm~690nmの帯域における放射エネルギーの積分値に概ね比例するため、R信号と温度には高い相関があることが分かる。この相関に基づき、燃焼温度診断部341は、R信号に基づいて火炎の燃焼温度を予測することができる。 From FIG. 4, it can be seen that the integral value of radiant energy in the band of 560 nm to 690 nm can be approximated to a quadratic function of temperature. Since the intensity of the R signal is approximately proportional to the integral value of radiant energy in the band of 560 nm to 690 nm, it can be seen that there is a high correlation between the R signal and temperature. Based on this correlation, the combustion temperature diagnostic unit 341 can predict the combustion temperature of the flame based on the R signal.

(燃焼速度の診断)
燃焼速度診断部342は、R信号および当量比に基づいて、火炎中のOHラジカル自発光の強度を演算し、OHラジカル自発光の強度に基づいて、火炎の燃焼速度を診断する。OHラジカル自発光は紫外光(306nm)であるため、可視光カメラ2では検出できないが、本発明者は、後述する実施例3に示すように、R信号とOHラジカル自発光の強度との間に相関があることを見出した。この相関に基づき、R信号および当量比診断部343が予測した当量比に基づいて、火炎中のOHラジカル自発光の強度を演算することができる。さらに、OHラジカル自発光の強度は、火炎の燃焼速度と相関があるため、燃焼速度診断部342は、OHラジカル自発光の強度に基づいて、火炎の燃焼速度を予測することができる。
(Diagnosis of combustion rate)
The combustion rate diagnosis unit 342 calculates the intensity of OH radical self-luminescence in the flame based on the R signal and the equivalence ratio, and diagnoses the combustion rate of the flame based on the intensity of the OH radical spontaneous emission. Since the OH radical self-luminescence is ultraviolet light (306 nm), it cannot be detected by the visible light camera 2. However, as shown in Example 3 to be described later, the present inventor has determined that there is a difference between the R signal and the intensity of the OH radical self-luminescence. It was found that there is a correlation between Based on this correlation, the intensity of OH radical self-luminescence in the flame can be calculated based on the R signal and the equivalence ratio predicted by the equivalence ratio diagnosis section 343. Furthermore, since the intensity of OH radical self-luminescence has a correlation with the burning speed of the flame, the combustion rate diagnosis unit 342 can predict the burning speed of the flame based on the intensity of OH radical self-luminescence.

(小括)
以上のように、本実施形態では、燃焼診断装置3が、可視光カメラ2によって撮像された火炎の画像に基づいて、火炎の燃焼状態(火炎の燃料の当量比、火炎の燃焼温度、火炎の燃焼速度)を診断することができる。すなわち、本実施形態では、分光器や、可視光以外の光を検知できるカメラを必要としないため、簡易な構成で火炎の燃焼状態を診断することができる。
(Brief Summary)
As described above, in this embodiment, the combustion diagnosis device 3 determines the combustion state of the flame (the equivalence ratio of the fuel in the flame, the combustion temperature of the flame, the combustion temperature of the flame, combustion rate) can be diagnosed. That is, this embodiment does not require a spectroscope or a camera that can detect light other than visible light, so the combustion state of the flame can be diagnosed with a simple configuration.

また、可視光カメラのレンズに特殊フィルタを取り付けてCHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光を計測する構成では、レンズに取り付ける特殊フィルタを交換する必要があるため、CHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光を同時刻に計測することができない。これに対し、本実施形態では、1つの画像から抽出したG信号およびB信号から火炎中のCHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光の各強度を演算しているため、CHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光を同時刻に計測することができる。 In addition, in a configuration in which a special filter is attached to the lens of a visible light camera to measure CH radical self-emission and C2 radical self-emission, it is necessary to replace the special filter attached to the lens. cannot be measured at the same time. In contrast, in this embodiment, the intensities of CH radical self-emission and C2 radical self-emission in the flame are calculated from the G signal and B signal extracted from one image. Self-luminescence can be measured at the same time.

(付記事項)
本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
(Additional notes)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made within the scope of the claims, and forms obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the embodiments may also be incorporated into the present invention. Included in technical scope.

上記の実施形態では、火炎の燃焼状態として、燃料と空気からなる混合気の当量比、火炎の燃焼温度および火炎の燃焼速度を診断していたが、これらの一部のみを診断してもよい。例えば、混合気の当量比のみを診断対象とする場合、信号抽出部33は、特定の波長帯の信号としてG信号およびB信号のみを抽出してもよい。また、火炎の燃焼温度のみを診断対象とする場合、信号抽出部33は、特定の波長帯の信号としてR信号のみを抽出してもよい。 In the above embodiment, the equivalence ratio of the air-fuel mixture, the combustion temperature of the flame, and the combustion speed of the flame are diagnosed as the combustion state of the flame, but only a part of these may be diagnosed. . For example, when only the equivalence ratio of the air-fuel mixture is to be diagnosed, the signal extraction unit 33 may extract only the G signal and the B signal as signals in a specific wavelength band. Furthermore, when only the combustion temperature of the flame is to be diagnosed, the signal extraction unit 33 may extract only the R signal as a signal in a specific wavelength band.

上記の実施形態では、燃焼状態を診断するための指標として、CHラジカル自発光、C2ラジカル自発光およびOHラジカル自発光の各強度を用いたが、本発明はこれらに限定されず、例えば、CNラジカル自発光やCH3ラジカル自発光の強度を用いてもよい。 In the above embodiment, the intensities of CH radical self-luminescence, C2 radical self-luminescence, and OH radical self-luminescence are used as indicators for diagnosing the combustion state, but the present invention is not limited to these, and for example, CN The intensity of radical self-luminescence or CH3 radical self-luminescence may be used.

実施例1では、本発明によって燃料の当量比が高精度に診断できるかを検証した。具体的には、G信号およびB信号に基づいて、当量比の診断に用いられるCHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光の各強度の比を演算し、これを実測値と比較することにより、診断精度を検証した。 In Example 1, it was verified whether the present invention can diagnose the fuel equivalence ratio with high accuracy. Specifically, based on the G signal and the B signal, the ratio of the intensities of CH radical self-luminescence and C2 radical self-luminescence used for equivalence ratio diagnosis is calculated, and this is compared with the actual measurement value to perform diagnosis. Accuracy was verified.

可視光カメラ2として、キャノン株式会社製のデジタル一眼レフカメラ(EOS 40D)を用いて火炎を撮像した。燃料には、メタンと水素を混合したガスを用いた。燃焼診断装置3として汎用のコンピュータを用い、G信号およびB信号に基づいて、CHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光の各強度の比を演算した。 The flame was imaged using a digital single-lens reflex camera (EOS 40D) manufactured by Canon Inc. as the visible light camera 2. A mixture of methane and hydrogen was used as fuel. Using a general-purpose computer as the combustion diagnosis device 3, the ratio of the intensity of CH radical self-luminescence and C2 radical self-luminescence was calculated based on the G signal and the B signal.

本実施例で用いた可視光カメラ2の性能を検証した結果、G信号として記録された430nmの変換効率a(G430)が0である(式(4)のa(G430)/a(G516)の値が0である)こと、および、式(3)のa(B516)/a(B430)の値が0.274であることが確認された。そのため、式(5)および式(6)から、以下の式(7)および式(8)が得られた。 As a result of verifying the performance of the visible light camera 2 used in this example, the conversion efficiency a(G430) of 430 nm recorded as a G signal is 0 (a(G430)/a(G516) in equation (4)) It was confirmed that the value of a(B516)/a(B430) in equation (3) was 0.274. Therefore, the following equations (7) and (8) were obtained from equations (5) and (6).

C2=I/a(G516) ・・・(7)
CH=I/a(B430)-0.274*IC2 ・・・(8)
I C2 = I G /a (G516) ... (7)
I CH =I B /a(B430)-0.274*I C2 ...(8)

図5(a)は、C2ラジカル自発光の強度とG信号の強度との関係を示すグラフである。グラフ中の直線は、式(7)から導き出されたものである。また、グラフ中にプロットされた印は、燃料の水素の混合率(α)を変えながら撮像した火炎における、C2ラジカル自発光の強度とG信号の強度との関係を示している。直線とプロットされた各印との位置関係から、水素の混合率に関わらず、C2ラジカル自発光の強度とG信号の強度との関係は概ね式(7)を満たすことが分かる。すなわち、C2ラジカル自発光の強度とG信号の強度との間には高い相関があることが確認された。 FIG. 5A is a graph showing the relationship between the intensity of C2 radical self-luminescence and the intensity of the G signal. The straight line in the graph is derived from equation (7). Further, the marks plotted in the graph indicate the relationship between the intensity of C2 radical self-luminescence and the intensity of the G signal in flames imaged while changing the mixture ratio (α) of hydrogen in the fuel. From the positional relationship between the straight line and each plotted mark, it can be seen that the relationship between the intensity of C2 radical self-luminescence and the intensity of the G signal generally satisfies equation (7), regardless of the hydrogen mixing ratio. That is, it was confirmed that there is a high correlation between the intensity of C2 radical self-luminescence and the intensity of the G signal.

図5(b)は、C2ラジカル自発光の強度の0.274倍とCHラジカル自発光の強度の和と、B信号の強度との関係を示すグラフである。グラフ中の直線は、式(8)から導き出されたものである。また、グラフ中にプロットされた印は、燃料の水素の混合率(α)を変えながら撮像した火炎における、C2ラジカル自発光の強度の0.274倍とCHラジカル自発光の強度の和と、B信号の強度との関係を示している。直線とプロットされた各印との位置関係から、水素の混合率に関わらず、C2ラジカル自発光の強度の0.274倍とCHラジカル自発光の強度の和と、B信号の強度との関係は概ね式(8)を満たすことが分かる。すなわち、C2ラジカル自発光の強度の0.274倍とCHラジカル自発光の強度の和と、B信号の強度との間には高い相関があることが確認された。 FIG. 5(b) is a graph showing the relationship between the sum of 0.274 times the intensity of C2 radical self-luminescence and the intensity of CH radical self-luminescence, and the intensity of the B signal. The straight line in the graph is derived from equation (8). In addition, the marks plotted in the graph are the sum of 0.274 times the intensity of C2 radical self-luminescence and the intensity of CH radical self-luminescence in flames imaged while changing the hydrogen mixture ratio (α) of the fuel, The relationship with the intensity of the B signal is shown. From the positional relationship between the straight line and each plotted mark, the relationship between the sum of 0.274 times the intensity of C2 radical self-luminescence and the intensity of CH radical self-luminescence and the intensity of the B signal, regardless of the hydrogen mixing ratio. It can be seen that approximately satisfies equation (8). That is, it was confirmed that there is a high correlation between the sum of 0.274 times the intensity of C2 radical self-luminescence and the intensity of CH radical self-luminescence, and the intensity of the B signal.

図6は、水素の混合率(α)の異なる燃料について、CHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光の各強度の比の、G信号およびB信号に基づく予測値(横軸)と実測値(縦軸)との関係を示すグラフである。CHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光の各強度の実測値は、紫外光まで計測可能な高感度ICCDカメラ(浜松ホトニクス株式会社製C9164)にCH自発光もしくはC2自発光のみが透過するフィルタを取り付けて火炎を撮影することにより計測した。プロットされた印が、実測値と予測値とが等しいことを示す直線付近に位置することから、G信号およびB信号によって、CHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光の各強度の比を高精度に予測できることが分かった。 Figure 6 shows the predicted values (horizontal axis) and actual measured values (vertical axis) of the ratio of the respective intensities of CH radical self-luminescence and C2 radical self-luminescence for fuels with different hydrogen mixing ratios (α). It is a graph showing the relationship with the axis). The actual measured values of the intensities of CH radical self-emission and C2 radical self-emission were obtained using a high-sensitivity ICCD camera (C9164 manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) that can measure up to ultraviolet light, and a filter that only transmits CH or C2 self-emission was attached. Measurements were made by photographing the flame. Since the plotted mark is located near the straight line indicating that the measured value and the predicted value are equal, the ratio of the respective intensities of CH radical self-luminescence and C2 radical self-luminescence can be determined with high precision using the G signal and B signal. It turns out that it can be predicted.

これにより、本発明によって、燃料の当量比を高精度に診断できることが分かった。 As a result, it was found that the fuel equivalence ratio can be diagnosed with high accuracy according to the present invention.

実施例2では、本発明によって火炎の燃焼温度を高精度に診断できるかを検証した。具体的には、燃焼温度の診断に用いられる放射エネルギーの積分値を、R信号に基づいて演算し、これを実測値と比較することにより、診断精度を検証した。 In Example 2, it was verified whether the present invention can diagnose the combustion temperature of a flame with high accuracy. Specifically, the diagnostic accuracy was verified by calculating the integral value of the radiant energy used for diagnosing the combustion temperature based on the R signal and comparing it with the actually measured value.

本実施例で用いた可視光カメラ2および燃料は、上記の実施例1と同様であった。水素の混合率(α)の異なる燃料の火炎を撮像した画像から、R信号を抽出し、R信号の強度を取得した。また、火炎の放射エネルギーの積分値を以下に示すプランクの放射式を数値積分することにより求めた。
The visible light camera 2 and fuel used in this example were the same as in Example 1 above. The R signal was extracted from images of flames of fuels with different hydrogen mixing ratios (α), and the intensity of the R signal was obtained. In addition, the integral value of the flame radiant energy was determined by numerically integrating Planck's radiation equation shown below.

図7は、R信号の強度と、火炎の放射エネルギーの積分の実測値との関係を示すグラフである。プロットされた印が、R信号の強度と放射エネルギーの積分値との理論上の関係を示す直線付近に位置することから、放射エネルギーの積分値とR信号の強度との間には高い相関があることが分かった。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the intensity of the R signal and the actually measured value of the integral of the flame radiant energy. Since the plotted mark is located near the straight line that indicates the theoretical relationship between the R signal intensity and the integral value of radiant energy, there is a high correlation between the integral value of radiant energy and the R signal intensity. I found out something.

これにより、本発明によって、火炎の燃焼温度を高精度に診断できることが分かった。 As a result, it was found that the combustion temperature of a flame can be diagnosed with high accuracy according to the present invention.

実施例3では、R信号、G信号およびB信号から、OHラジカル自発光の強度が高精度に予測できるかを検証した。 In Example 3, it was verified whether the intensity of OH radical self-luminescence could be predicted with high accuracy from the R signal, G signal, and B signal.

本実施例で用いた可視光カメラ2および燃料は、上記の実施例1および2と同様であった。水素の混合率(α)および当量比の異なる燃料の火炎を撮像した画像から、R信号を抽出し、R信号の強度を取得した。また、火炎のOHラジカル自発光の強度を紫外光が計測できるICCDカメラにOH自発光のみが透過するフィルタを取り付けて火炎を撮影することにより計測した。 The visible light camera 2 and fuel used in this example were the same as in Examples 1 and 2 above. The R signal was extracted from images of flames of fuels with different hydrogen mixing ratios (α) and equivalence ratios, and the intensity of the R signal was obtained. In addition, the intensity of OH radical self-luminescence of the flame was measured by photographing the flame by attaching a filter that allows only OH self-luminescence to pass through an ICCD camera capable of measuring ultraviolet light.

図8(a)は、当量比(横軸)とR信号の強度(縦軸)との関係を示すグラフであり、図8(b)は、当量比(横軸)とOHラジカル自発光の強度(縦軸)との関係を示すグラフである。これら2つのグラフを比較すると、両者の形状は非常に近似している。そこで、本発明者は、R信号の強度とOHラジカル自発光の強度との相関を調べた。 FIG. 8(a) is a graph showing the relationship between the equivalence ratio (horizontal axis) and the intensity of the R signal (vertical axis), and FIG. 8(b) is a graph showing the relationship between the equivalence ratio (horizontal axis) and the OH radical self-luminescence. It is a graph showing the relationship with intensity (vertical axis). Comparing these two graphs, their shapes are very similar. Therefore, the present inventor investigated the correlation between the intensity of the R signal and the intensity of OH radical self-luminescence.

図9(a)は、R信号の強度(横軸)とOHラジカル自発光の強度(縦軸)との関係を示すグラフである。このグラフから、R信号の強度とOHラジカル自発光の強度との相関がある程度読み取れる。 FIG. 9A is a graph showing the relationship between the intensity of the R signal (horizontal axis) and the intensity of OH radical self-luminescence (vertical axis). From this graph, a certain degree of correlation between the intensity of the R signal and the intensity of OH radical self-luminescence can be read.

図9(b)は、図9(a)に示すグラフにおいて、各燃料を当量比1未満の混合気(リーン群)と、当量比1以上の混合気(リッチ群)とに分類したグラフである。図9(b)から、R信号の強度とOHラジカル自発光の強度との相関は、リーン群のみ、およびリッチ群に分けることにより両者が強い相関を持つことが分かった。以上から、R信号からOH自発光強度を高い精度で予測できることが分かった。 FIG. 9(b) is a graph in which each fuel is classified into an air-fuel mixture with an equivalence ratio of less than 1 (lean group) and an air-fuel mixture with an equivalence ratio of 1 or more (rich group) in the graph shown in FIG. 9(a). be. From FIG. 9(b), it was found that the intensity of the R signal and the intensity of OH radical self-luminescence had a strong correlation between them by dividing them into only the lean group and the rich group. From the above, it was found that the OH self-emission intensity can be predicted with high accuracy from the R signal.

上述のように、当量比は、G信号およびB信号から算出されるCHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光の各強度の比から予測できる。また、R信号から、OHラジカル自発光の強度が高精度に予測できることが分かった。 As described above, the equivalence ratio can be predicted from the ratio of the intensities of the CH radical self-luminescence and the C2 radical self-luminescence calculated from the G signal and the B signal. It was also found that the intensity of OH radical self-luminescence can be predicted with high accuracy from the R signal.

なお、R信号の強度とOHラジカル自発光の強度との間に高い相関がある理由は、以下のように考えられる。 Note that the reason why there is a high correlation between the intensity of the R signal and the intensity of OH radical self-luminescence is considered as follows.

OHラジカル自発光の強度の元になるOHの反応式は、以下であることが分かっている。 It is known that the reaction formula of OH * , which is the source of the intensity of OH radical self-luminescence, is as follows.

CH+O=CO+OH ・・・(9) CH+O 2 =CO+OH * ...(9)

OHが基底状態に遷移するとき、以下の反応により光(自発光)が観察される。 When OH * transitions to the ground state, light (self-luminescence) is observed due to the following reaction.

OH=OH+hν ・・・(10) OH * =OH+hν...(10)

式(9)の反応では、CHよりOの影響が大きいことが分かっている。高温場では、Oは酸素原子Oに解離しており、O原子の自発光の波長は557.7nmと630nmであった。この2つの波長帯はR信号の波長帯に含まれることから、OHの自発光強度とR信号の強度とが高い相関を持っているものと考えられる。 It is known that in the reaction of formula (9), the influence of O 2 is greater than that of CH. In the high temperature field, O 2 was dissociated into oxygen atoms O, and the wavelengths of self-luminescence of O atoms were 557.7 nm and 630 nm. Since these two wavelength bands are included in the wavelength band of the R signal, it is considered that the self-emission intensity of OH and the intensity of the R signal have a high correlation.

1 燃焼診断システム
2 可視光カメラ
3 燃焼診断装置
30 補助記憶装置
31 画像取得部
32 背景光除去部
33 信号抽出部
331 R信号抽出部
332 G信号抽出部
333 R信号抽出部
34 燃焼診断部
341 燃焼温度診断部
342 燃焼速度診断部
343 当量比診断部
1 Combustion diagnosis system 2 Visible light camera 3 Combustion diagnosis device 30 Auxiliary storage device 31 Image acquisition unit 32 Background light removal unit 33 Signal extraction unit 331 R signal extraction unit 332 G signal extraction unit 333 R signal extraction unit 34 Combustion diagnosis unit 341 Combustion Temperature diagnosis section 342 Burning rate diagnosis section 343 Equivalence ratio diagnosis section

Claims (8)

可視光カメラによって撮像された火炎の画像に基づいて、前記火炎の燃焼状態を診断する燃焼診断装置であって、
前記画像の火炎部分から、1または複数の特定の波長帯の信号を抽出する信号抽出部と、
前記特定の波長帯の信号に基づいて前記燃焼状態を診断する燃焼診断部と、
を備える、燃焼診断装置。
A combustion diagnosis device that diagnoses the combustion state of the flame based on an image of the flame captured by a visible light camera,
a signal extraction unit that extracts signals in one or more specific wavelength bands from the flame portion of the image;
a combustion diagnosis section that diagnoses the combustion state based on the signal in the specific wavelength band;
A combustion diagnostic device equipped with.
前記信号抽出部は、
G信号を抽出するG信号抽出部と、
B信号を抽出するB信号抽出部と、
を備え、
前記燃焼診断部は、
前記G信号および前記B信号に基づいて、前記燃焼状態として、前記火炎の燃料の当量比を診断する当量比診断部を備える、請求項1に記載の燃焼診断装置。
The signal extraction section includes:
a G signal extraction unit that extracts the G signal;
a B signal extraction unit that extracts the B signal;
Equipped with
The combustion diagnosis section includes:
The combustion diagnosis device according to claim 1, further comprising an equivalence ratio diagnosis section that diagnoses the equivalence ratio of fuel in the flame as the combustion state based on the G signal and the B signal.
前記当量比診断部は、
前記G信号および前記B信号から前記火炎中のCHラジカル自発光およびC2ラジカル自発光の各強度を演算し、前記強度に基づいて前記当量比を診断する、請求項2に記載の燃焼診断装置。
The equivalence ratio diagnosis section is
3. The combustion diagnosis device according to claim 2, wherein each intensity of CH radical self-emission and C2 radical self-emission in the flame is calculated from the G signal and the B signal, and the equivalence ratio is diagnosed based on the intensities.
前記信号抽出部は、
R信号を抽出するR信号抽出部を備え、
前記燃焼診断部は、
前記R信号に基づいて、前記火炎の燃焼温度を診断する燃焼温度診断部を備える、請求項1に記載の燃焼診断装置。
The signal extraction section includes:
comprising an R signal extraction section that extracts the R signal,
The combustion diagnosis section includes:
The combustion diagnostic device according to claim 1, further comprising a combustion temperature diagnostic section that diagnoses the combustion temperature of the flame based on the R signal.
前記信号抽出部は、
R信号を抽出するR信号抽出部を備え、
前記燃焼診断部は、
前記R信号および前記当量比に基づいて、前記火炎中のOHラジカル自発光の強度を演算する、請求項2に記載の燃焼診断装置。
The signal extraction section includes:
comprising an R signal extraction section that extracts the R signal,
The combustion diagnosis section includes:
The combustion diagnostic device according to claim 2, wherein the intensity of OH radical self-luminescence in the flame is calculated based on the R signal and the equivalence ratio.
前記燃焼診断部は、
前記OHラジカル自発光の強度に基づいて、前記火炎の燃焼速度を診断する燃焼速度診断部を備える、請求項5に記載の燃焼診断装置。
The combustion diagnosis section includes:
The combustion diagnosis device according to claim 5, further comprising a combustion rate diagnosis section that diagnoses the combustion rate of the flame based on the intensity of the OH radical self-luminescence.
火炎の画像を撮像する可視光カメラと、
前記可視光カメラによって撮像された火炎の画像に基づいて、前記火炎の燃焼状態を診断する燃焼診断装置と、
を備える燃焼診断システムであって、
前記燃焼診断装置は、請求項1~6のいずれかに記載の燃焼診断装置である、燃焼診断システム。
a visible light camera that captures images of the flame;
a combustion diagnosis device that diagnoses the combustion state of the flame based on an image of the flame captured by the visible light camera;
A combustion diagnosis system comprising:
A combustion diagnosis system, wherein the combustion diagnosis device is the combustion diagnosis device according to any one of claims 1 to 6.
コンピュータを請求項1~6のいずれかに記載の燃焼診断装置として動作させる燃焼診断プログラム。 A combustion diagnosis program that causes a computer to operate as the combustion diagnosis apparatus according to any one of claims 1 to 6.
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