JP5360682B2 - Exhaust gas measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンから排出される排ガス中に含まれる黒煙などの粒子状物質濃度を測定するための排ガス計測装置に関するものであり、特に、計測対象排ガスに照射した光の透過光を検出して排ガス濃度を計測する排ガス計測装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas measuring device for measuring the concentration of particulate matter such as black smoke contained in exhaust gas discharged from an engine, and in particular, detects transmitted light of light irradiated to the exhaust gas to be measured. The present invention relates to an exhaust gas measuring device that measures exhaust gas concentration.
車両の排ガス規制が厳しくなっているなかで、始動時、特に低温始動時におけるスモークや高地におけるスモーク等の発生の対策を講ずる必要がある。
従来から、スモーク検出器としては排ガス中に照射した光の反射率や透過率によりスモークの濃度を計測する方法が知られている。例えば、光透過式のスモーク測定装置としては、図7に示すように、排ガス04が排ガス通路03内を矢印の方向に流れており、該排ガス通路03を横切って光路が形成されるように光源09を有する発光部05と、光検出センサ015を有する受光部013とがそれぞれ対向して設けられている。
While vehicle exhaust gas regulations are becoming stricter, it is necessary to take measures against the occurrence of smoke at the time of start-up, particularly at low temperature start, and smoke at high altitudes.
Conventionally, as a smoke detector, a method of measuring the concentration of smoke based on the reflectance and transmittance of light irradiated in exhaust gas is known. For example, as a light transmission type smoke measuring apparatus, as shown in FIG. 7, the
発光部05は、光源09として例えばLED(発行ダイオード)やレーザ照射装置を備え、この光源09から発光された光を平行光として排ガス通路03内に入射させる発光部レンズ011を排ガス通路03内に露出して設けられている。
また、受光部013は、例えばフォトダイオードなどよりなる光検出センサ015と、排ガス通路03を透過してきた平行光を集光して光検出センサ015に入射させる受光部レンズ019とを備えており、この受光部レンズ019は、排ガス通路03内に露出して設けられている。
The
In addition, the light receiving unit 013 includes a
光源09から照射された光は、排ガス通路03内を通過する過程で排ガス中に存在する微粒子の遮光作用によって照射光の進行が阻害されて、排ガス中における粒子状物質の濃度に対応して受光部013の光検出センサ015に入射する光量が減少することを利用して、光源09から放射され光の光量に対する光検出センサ015に入射する光の光量を測定することによって粒子状物質の濃度が検出されるようになっている。
The light emitted from the
また、図7に示すように、排ガス計測制御装置041には、透過光の減少量を検出するための光透過度検出部022と、前記発光部レンズ011および受光部レンズ019が、排ガス通路03内に露出して設けられるため排ガスによってレンズ表面が汚染されるため、その汚染状態を検出する排ガス汚損度出力部024と、発光量を制御するとともに光透過度検出部022へ発光量情報を提供する検出光発光制御部026とを備えている。
As shown in FIG. 7, the exhaust gas
以上のような、排ガス中に照射した光の透過率によりスモークの濃度を計測する方法として特許文献1(特開2009−14585号公報)の技術が知られている。また、光の反射率によってスモーク濃度を計測する技術としては、特許文献2(特許第3185310号公報)が知られている。 As a method for measuring the concentration of smoke based on the transmittance of light irradiated into exhaust gas as described above, the technique of Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-14585) is known. Patent Document 2 (Japanese Patent No. 3185310) is known as a technique for measuring the smoke density based on the reflectance of light.
この特許文献2には、レーザ発光部からの出力光が排気ガスで拡散、反射される光をレーザ受光部で受けて、複数の受光部での受光状態に基づいて、黒煙、白煙、水蒸気白煙、または両白煙の混在状態を判定する技術が示されている。 In this patent document 2, the output light from the laser light emitting part is diffused and reflected by the exhaust gas, and the laser light receiving part receives the light. Based on the light receiving states at the plurality of light receiving parts, black smoke, white smoke, A technique for determining the state of vapor white smoke or a mixture of both white smoke is shown.
しかし、前記図7で示すような従来技術および特許文献1に示すような排ガス中に照射した光の透過率によりスモークの濃度を計測する方法においては、光源から照射された光が、排ガス通路内を通過する過程で排ガス中に存在する微粒子の遮光作用によって照射光の進行が阻害されて、排ガス中における粒子状物質の濃度に対応して受光部の受光センサに入射する光量が減少することを利用して粒子状物質の濃度が検出されるようになっている。このため、エンジン冷態時では黒煙のみならず未燃炭化水素に起因する白煙の排出が多くなることがあるが、これら黒煙と白煙を分離して同時計測をすることは困難であった。 However, in the method of measuring the smoke concentration based on the transmittance of the light irradiated into the exhaust gas as shown in FIG. 7 and the prior art as shown in FIG. 7, the light irradiated from the light source is transmitted in the exhaust gas passage. In the process of passing through, the progress of the irradiation light is hindered by the shielding action of the fine particles present in the exhaust gas, and the amount of light incident on the light receiving sensor of the light receiving unit is reduced corresponding to the concentration of particulate matter in the exhaust gas. Utilizing this, the concentration of particulate matter is detected. For this reason, when the engine is cold, not only black smoke but also white smoke due to unburned hydrocarbons may be emitted, but it is difficult to measure these black smoke and white smoke simultaneously. there were.
また、前記特許文献2においては、レーザ光を用いて出力光が排気ガスで拡散、反射される光をレーザ受光部で受けて、複数の受光部での受光状態に基づいて、黒煙、白煙、水蒸気白煙、または両白煙の混在状態を判定できるが、複数の受光部を設置する必要があり、装置の複雑化大型化さらに解析の複雑化を伴う問題があった。 Further, in Patent Document 2, the laser light is used to receive light that is diffused and reflected by the exhaust gas using the laser light, and the black light, white smoke, and white light are received based on the light receiving states of the plurality of light receiving parts. Although it is possible to determine whether smoke, water vapor white smoke, or both white smoke is mixed, it is necessary to install a plurality of light receiving units, and there is a problem in that the apparatus becomes complicated and large, and the analysis is complicated.
一方、前記図7で示すような従来技術で示されるような排ガス中に照射した光の透過率によりスモークの濃度を計測する方法においては、発光部レンズ011および受光部レンズ019が排ガス通路03内に露出して設けられるため、寒冷地試験(気温マイナス条件)においては、特に始動時に発生するスモークを検出するために始動時の排ガス試験をする際に、排ガス中の水蒸気によって発光部および受光部の光学レンズ表面が結露しており使用できない不都合が発生する問題もあった。
On the other hand, in the method of measuring the smoke concentration by the transmittance of the light irradiated into the exhaust gas as shown in the prior art as shown in FIG. 7, the light
そこで、本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、排ガス中に照射する光の透過光によりスモークの濃度を計測する排ガス計測装置において、白煙、黒煙の両方を分離して同時に計測可能とする計測装置を簡単な構成によって達成するとともに、零下の冷態始動状態における計測試験においても排ガス中の水蒸気によって発光部および受光部のレンズ表面が結露せずに計測が可能な排ガス計測装置を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such a background, and in an exhaust gas measuring device that measures the concentration of smoke by transmitted light of light irradiated into exhaust gas, both white smoke and black smoke are separated. In addition to achieving a measurement device that can measure simultaneously, the lens surface of the light emitting unit and the light receiving unit can be measured without dew condensation due to water vapor in the exhaust gas even in a measurement test in a cold start state below zero. It is an object to provide an exhaust gas measuring device.
上記の課題を解決するために、本発明は、エンジンの排ガス中に照射された光の透過光を解析して排ガス中の黒煙および白煙の濃度を計測する排ガス計測装置において、排ガスが導入される排ガス通路を横切って光路が形成されるように光源を有する発光部と、透過光を検出する受光部とを設け、該受光部には透過光量を検出する透過光検出センサと透過光画像を生成する画像読取センサを備え、前記透過光検出センサからの透過光信号によって排ガス中のスモーク濃度を検出する光透過度検出手段と、前記画像読取センサからの画像信号を黒色もしくは白色の階調度で表して階調度判定を行い、前記光源を基準光とした階調度より黒色度が強い場合には、前記光透過度検出手段によって検出された濃度を、前記黒色の階調度に応じた比率で分配して黒煙濃度を求め、残りは白煙成分の濃度として求め、前記基準光の階調度より白色度が強い場合には、前記光透過度検出手段によって検出された濃度を、前記白色の階調度に応じた比率で分配して白煙濃度を求め、残りは黒煙成分の濃度として求める画像解析手段と、を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention is directed to an exhaust gas measuring device that analyzes the transmitted light of light irradiated into the exhaust gas of an engine and measures the concentrations of black smoke and white smoke in the exhaust gas. A light emitting unit having a light source and a light receiving unit for detecting transmitted light are provided so that an optical path is formed across the exhaust gas passage, and a transmitted light detection sensor and a transmitted light image for detecting the amount of transmitted light are provided in the light receiving unit. A light transmittance detecting means for detecting smoke concentration in the exhaust gas based on a transmitted light signal from the transmitted light detection sensor, and an image signal from the image reading sensor as a gradation level of black or white a ratio gradient determination was carried out, if the stronger blackness than gradient on the basis light the light source represents the detected density by the optical transmittance detection means, corresponding to the gradient of the black in To determine the density of black smoke, the remainder is determined as the density of the white smoke component, and when the whiteness is stronger than the gradation of the reference light, the density detected by the light transmission detecting means is Image analysis means for obtaining a white smoke density by distributing at a ratio according to the gradation, and obtaining the remainder as a density of a black smoke component .
かかる発明によれば、透過光検出センサからの透過光信号によって排ガス中のスモーク濃度を検出する光透過度検出手段によって排ガス中のスモーク(黒煙、白煙含む)濃度を算出する。
さらに、画像読取センサからの画像信号を黒色もしくは白色の階調度で表して階調度判定を行い、前記光透過度検出手段によって求めたスモーク濃度を白煙濃度および黒煙濃度にそれぞれ分離して検出する。
According to this invention, the smoke (including black smoke and white smoke) concentration in the exhaust gas is calculated by the light transmittance detecting means for detecting the smoke concentration in the exhaust gas based on the transmitted light signal from the transmitted light detection sensor.
Further, the image signal from the image reading sensor is represented by black or white gradation, and the gradation degree is determined, and the smoke density obtained by the light transmission detecting means is detected separately for the white smoke density and the black smoke density. To do.
すなわち、画像読取センサによって排ガス中を透過した光の透過光画像を生成し、画像読取センサは、例えば、撮像素子としてのCCD(電荷結合素子)センサまたはCMOSセンサ(相補性金属酸化膜半導体)センサによって構成し、この画像読取センサからの画像信号を黒色もしくは白色の階調度で表して階調度判定を行う。階調度判定は、図3に示すように画像を複数のゾーンZnに分割して例えば黒を0、白を255として黒色度を256階調で判定する。そしてゾーン毎に階調判定を行い、全ゾーンの階調度を平均化して階調度を算出する。 That is, a transmitted light image of light transmitted through the exhaust gas is generated by the image reading sensor, and the image reading sensor is, for example, a CCD (charge coupled device) sensor or a CMOS sensor (complementary metal oxide semiconductor) sensor as an imaging device. The image signal from the image reading sensor is represented by a black or white gradation, and the gradation determination is performed. In the gradation degree determination, as shown in FIG. 3, the image is divided into a plurality of zones Zn, and blackness is determined with 256 gradations, for example, black is 0 and white is 255. Then, gradation determination is performed for each zone, and gradation levels are calculated by averaging the gradation levels of all zones.
透過光が白い場合には、すなわち前記例で言うと階調度が大きいほど白煙の排出濃度が大きく、透過光が黒い場合には、すなわち階調度が小さいほど黒煙の排出濃度が大きい。このように算出した階調度に応じて、前記光透過度検出手段によって求めた排ガス中のスモーク(黒煙、白煙含む)濃度を黒煙と白煙との影響に分離して検出する。
すなわち、前記光源を基準光とした階調度より黒色度が強い場合には、前記光透過度検出手段によって検出された濃度を、前記黒色の階調度に応じた比率で分配して黒煙濃度を求め、残りは白煙成分の濃度として求め、前記基準光の階調度より白色度が強い場合には、前記光透過度検出手段によって検出された濃度を、前記白色の階調度に応じた比率で分配して白煙濃度を求め、残りは黒煙成分の濃度として求める。
従って、白煙、黒煙の両方を分離して同時にスモークの濃度の計測を可能とする排ガス計測装置を簡単な構成によって達成することができる。
When the transmitted light is white, that is, in the above example, the higher the gradation, the higher the white smoke emission density, and when the transmitted light is black, that is, the lower the gradation, the higher the black smoke emission density. The smoke (including black smoke and white smoke) concentration in the exhaust gas determined by the light transmittance detection means is detected separately according to the influence of the black smoke and the white smoke according to the gradation level thus calculated.
That is, when the blackness is stronger than the gradation using the light source as the reference light, the density detected by the light transmission detecting means is distributed at a ratio corresponding to the black gradation to obtain the black smoke density. The remainder is obtained as the density of the white smoke component, and when the whiteness is stronger than the gradation of the reference light, the density detected by the light transmittance detecting means is a ratio according to the gradation of the white. Distribute to obtain the white smoke density, and the rest as the density of the black smoke component.
Therefore, it is possible to achieve an exhaust gas measuring device that separates both white smoke and black smoke and simultaneously measures smoke concentration with a simple configuration.
また、本発明において好ましくは、前記画像解析手段では前記画像読取センサからの画像信号をリアルタイムもしくは録画画像に基づいて処理して時系列に定量化して出力するとよい。
これによって、画像読取センサからの画像信号をリアルタイムに処理することで、その時点でのエンジンの燃焼状態を確認できてエンジンの調整に反映できる。また、録画画像に基づいても処理できるため、反復してエンジンの燃焼状態の確認ができる。
In the present invention, it is preferable that the image analysis unit processes the image signal from the image reading sensor based on real time or a recorded image, and quantifies it in time series and outputs it.
Thus, by processing the image signal from the image reading sensor in real time, the combustion state of the engine at that time can be confirmed and reflected in the adjustment of the engine. Moreover, since it can process also based on a recorded image, the combustion state of an engine can be confirmed repeatedly.
また、本発明において好ましくは、前記発光部および受光部には、それぞれ温度検出手段と、加熱手段とを設け、排ガスに接する光学レンズを含む前記発光部および受光部が0℃を超えるように制御する加熱制御手段を備えるとよい。
これによって、零下の冷態始動状態における計測試験においても排ガス中の水蒸気によって発光部および受光部のレンズ表面が結露せずに計測が可能となる。
In the present invention, preferably, the light emitting unit and the light receiving unit are provided with a temperature detecting unit and a heating unit, respectively, and the light emitting unit and the light receiving unit including the optical lens in contact with the exhaust gas are controlled to exceed 0 ° C. It is good to provide the heating control means to do.
As a result, even in a measurement test in a cold start state below zero, measurement can be performed without condensation on the lens surfaces of the light emitting part and the light receiving part due to water vapor in the exhaust gas.
また、本発明において好ましくは、前記受光部には光透過度を検出する透過光検出センサを備え、該透過光検出センサによる透過光が基準値に達しない場合には、受光部もしくは発光部の光学レンズが排ガスで汚損されていると判定して前記受光部もしくは発光部の点検を促す排ガス汚損度出力手段を備えるとよい。
このような構成によって、受光部の光学レンズが排ガスで汚損されていることを報知して、レンズの清掃等を促すことで、計測精度の劣化を防止して測定精度を高い状態に維持できる。
In the present invention, preferably, the light receiving unit is provided with a transmitted light detection sensor for detecting a light transmittance, and when the transmitted light from the transmitted light detection sensor does not reach a reference value, the light receiving unit or the light emitting unit. It is preferable to provide exhaust gas pollution degree output means for determining that the optical lens is contaminated with exhaust gas and urging inspection of the light receiving unit or the light emitting unit.
With such a configuration, it is possible to notify that the optical lens of the light receiving unit is contaminated with the exhaust gas, and to promote cleaning of the lens, thereby preventing measurement accuracy from deteriorating and maintaining high measurement accuracy.
また、本発明において好ましくは、前記光源の光源色を基準色として、該基準色をRGB(赤色、緑色、青色)成分の階調を初期設定値とし、該初期設定値が所定値以上変動した場合には受光部もしくは発光部の光学レンズが排ガスで汚損されていると判定して前記受光部もしくは発光部の点検を促す経時変化出力手段を備えるとよい。
このような構成によって、階調度の判定において初期設定値が経時変化によって所定値以上変化した場合に、点検を促すため、経時変化によって測定精度が低下することを防止できる。
Preferably, in the present invention, the light source color of the light source is a reference color, the reference color is an RGB (red, green, blue) component gradation, and the initial set value fluctuates by a predetermined value or more. In this case, it is preferable to provide a temporal change output means that determines that the optical lens of the light receiving unit or the light emitting unit is contaminated with exhaust gas and prompts the inspection of the light receiving unit or the light emitting unit.
With such a configuration, in the determination of the gradation, when the initial set value changes by a predetermined value or more due to a change over time, an inspection is promoted, so that the measurement accuracy can be prevented from being lowered due to the change over time.
本発明は、排ガス中に照射する光の透過光によりスモークの濃度を計測する排ガス計測装置において、白煙、黒煙の両方を分離して同時に計測可能とする計測装置を簡単な構成によって達成することができる。
また、零下の冷態始動状態における計測試験においても排ガス中の水蒸気によって発光部および受光部のレンズ表面が結露せずに計測が可能な排ガス計測装置を提供することができる。
さらに、受光部の光学レンズが排ガスで汚損されていることを報知して、レンズの清掃等を促すとともに、経時変化による階調度の判定における初期設定値が経時変化によって所定値以上変化した場合に点検を促すため、経時変化によって測定精度の低下を防止できる。
The present invention achieves, with a simple configuration, a measurement device capable of separately measuring both white smoke and black smoke and measuring them simultaneously in an exhaust gas measurement device that measures smoke concentration using transmitted light of light irradiated into exhaust gas. be able to.
In addition, it is possible to provide an exhaust gas measuring device that can perform measurement without causing condensation on the lens surfaces of the light emitting part and the light receiving part due to water vapor in the exhaust gas even in a measurement test in a cold start state below zero.
Further, when the optical lens of the light receiving unit is informed that it has been polluted with exhaust gas, prompting the lens to be cleaned, etc. Since the inspection is urged, it is possible to prevent a decrease in measurement accuracy due to a change with time.
本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明にかかる排ガス計測装置の実施形態を示す全体構成図である。
この実施形態は、車両の排ガス計測装置について示す。図示しないエンジンの各気筒に連結された排気管1内に形成された排ガス通路3を図1の矢印方向に排ガス4が流れ、該排ガスの流れに対して横切るように対向して排気管1に発光部5と受光部13とがそれぞれ配置されている。
An embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of an exhaust gas measuring apparatus according to the present invention.
This embodiment shows about the exhaust gas measuring device of vehicles. An exhaust gas 4 flows in an
発光部5には、光源9を有し、この光源9としては例えばLED(発行ダイオード)やレーザ照射装置を備え、この光源9から発光された光を平行光として排ガス通路3内に入射させる発光部レンズ11を、排ガス通路3内に露出して設けられている。
The
また、受光部13には、透過光検出センサ15および画像読取センサ17を備え、さらに、排ガス通路3を透過してきた平行光を集光して受光センサに入射させる受光部レンズ19を排ガス通路3内に露出して設けられている。
In addition, the light receiving unit 13 includes a transmitted light detection sensor 15 and an image reading sensor 17, and further, a light receiving unit lens 19 that collects the parallel light transmitted through the
この透過光検出センサ15としては、例えばフォトダイオードなどよりなる受光センサが設けられ排ガス通路3を透過してきた光量を検出する。
画像読取センサ17は、排ガス中を透過した光の透過光画像を生成する。例えば、画像読取センサは撮像素子としてのCCD(電荷結合素子)センサまたはCMOSセンサ(相補性金属酸化膜半導体)センサによって構成し、この画像読取センサ17からの画像信号を黒色もしくは白色の階調度で表して階調度判定を行う。
As the transmitted light detection sensor 15, for example, a light receiving sensor such as a photodiode is provided to detect the amount of light transmitted through the
The image reading sensor 17 generates a transmitted light image of light transmitted through the exhaust gas. For example, the image reading sensor is constituted by a CCD (charge coupled device) sensor or a CMOS sensor (complementary metal oxide semiconductor) sensor as an image pickup device, and an image signal from the image reading sensor 17 is displayed with a black or white gradation. The gradation level is determined.
発光部5、受光部13にはさらに、加熱手段としての加熱ヒータ21がそれぞれに内蔵されて、発光部レンズ11、および受光部レンズ19が加熱されるようになっている。そして発光部レンズ11、受光部レンズ19に近接して温度検出手段としての温度センサ23が設置されて加熱制御手段25に入力され、該加熱制御手段25によって発光部5、受光部13を加熱制御して、発光部レンズ11および受光部レンズ19が0℃以下にならないように制御している。
The
加熱制御手段25によって、零下の冷態始動状態における計測試験においても排ガス中の水蒸気によって発光部レンズ11および受光部レンズ19のレンズ表面が結露せずに計測が可能となる。 The heating control means 25 enables measurement without condensation on the lens surfaces of the light-emitting unit lens 11 and the light-receiving unit lens 19 due to water vapor in the exhaust gas even in a measurement test in a cold start state below zero.
透過光検出センサ15からの透過光信号が、光透過度検出手段27に入力され、透過光量に基づいてスモーク(黒煙と白煙の両方を含む)の濃度が算出される。すなわち、光源9から照射された光が、排ガス通路3内を通過する過程で排ガス4中に存在する微粒子の遮光作用によって照射光の進行が阻害されて、排ガス中における粒子状物質の濃度に対応して受光部13の透過光検出センサ15に入射する光量が減少することを利用して、光源9から放射され光の光量に対する透過光検出センサ15に入射する光の光量を測定することによって粒子状物質の濃度が検出される。
なお、透過光量の算出のための照射光量の情報は、検出光発光制御手段29から入力されるようになっている。また、この検出光発光制御手段29は、光源9の作動を制御して発光量を制御している。
The transmitted light signal from the transmitted light detection sensor 15 is input to the light transmittance detection means 27, and the density of smoke (including both black smoke and white smoke) is calculated based on the transmitted light amount. That is, in the process in which the light emitted from the
Information on the amount of irradiation light for calculating the amount of transmitted light is input from the detection light emission control means 29. The detection light emission control means 29 controls the light emission amount by controlling the operation of the
また、排ガス汚損度出力手段31が設けられ、この排ガス汚損度出力手段31においては、透過光検出センサ15から光透過度検出手段27に入力された透過光信号が基準値に達しない場合には、検出光量不足であり受光部レンズ19、または発光部レンズ11の汚れによる受、発光量の低下と考えられるため、検出光発光制御手段29を制御して発光量の制御を行うとともに、受光部レンズ19、または発光部レンズ11が排ガスで汚損されていることを汚損報知33して、レンズの清掃等を促す。この報知によって、計測精度の劣化を防止して測定精度を高い状態に維持できる。
Further, exhaust gas pollution degree output means 31 is provided, and in this exhaust gas pollution degree output means 31, when the transmitted light signal input from the transmitted light detection sensor 15 to the light transmittance detection means 27 does not reach the reference value. Since the detected light quantity is insufficient and the light receiving part lens 19 or the light emitting part lens 11 receives light and is considered to be a decrease in the light emission quantity, the detection light emission control means 29 is controlled to control the light emission quantity. The lens 19 or the light emitting unit lens 11 is polluted to notify that the exhaust gas is polluted with
画像読取センサ17からの画像信号が、画像解析手段35に入力され、黒煙と白煙とを分離した濃度が算出される。すなわち、画像読取センサ17からの画像信号を黒色もしくは白色の階調度で表して階調度判定を行う。階調度判定は、図3に示すように画像を複数のゾーンZnに分割して例えば黒を0、白を255として黒色度を256階調で判定する。そしてゾーン毎に階調判定を行い、全ゾーンの階調度を平均化して階調度を算出する。
An image signal from the image reading sensor 17 is input to the
ゾーン毎の階調判定は、基準色に対する色の3原色のR(赤色)、G(緑色)、B(青色)成分の階調光差によって白色度、黒色度を判定する。すなわち、R、G、B成分全ての光が吸収(例えばR、G、B階調すべて0)されると黒色に、全ての光が反射(例えばR、G、B階調すべて255)されると白色になるとして判定する。
基準色の設定は、白色では白煙の判定ができないため、R、G、Bすべての階調を中間階調の128に設定することが望ましいが、発光部5の光源9の光源色のR、G、B成分を精密に調整することが困難なため、光源9が有している光源色のR、G、B成分の初期キャリブレーションをすることで基準色を設定する。
In gradation determination for each zone, whiteness and blackness are determined based on gradation light differences of R (red), G (green), and B (blue) components of the three primary colors of the reference color. That is, when all the R, G, and B component lights are absorbed (for example, all of the R, G, and B gradations are 0), all the light is reflected (for example, all of the R, G, and B gradations are 255). And determined to be white.
Since the white color cannot be judged as white smoke in the white color, it is desirable to set all gradations of R, G, and B to the intermediate gradation of 128, but the light source color R of the
黒煙は、R、G、B全ての光を吸収する側のため基準光(光源光)レベルよりR、G、B成分が階調0側となる。白煙は、R、G、B全ての光を反射する側のため基準光(光源光)レベルよりR、G、B成分が階調255側となる。その基準光に対するR、G、B成分の階調差によって白色度、黒色度を判定する。 Since black smoke is a side that absorbs all of R, G, and B light, the R, G, and B components are on the gradation 0 side from the reference light (light source light) level. Since white smoke is a side that reflects all the R, G, and B light, the R, G, and B components are on the gradation 255 side from the reference light (light source light) level. The whiteness and blackness are determined by the gradation difference of the R, G, and B components with respect to the reference light.
図4(a)〜(f)に、エンジン始動時の画像読取センサ17としてのCCDカメラによる時間毎の画像変化を示す。
図4(a)はエンジン始動前の状態を示し、基準光の状態を示す。(b)はエンジン始動直後の黒煙の多い状態を示す。(c)はエンジン始動後の黒煙が減少しつつ白煙が残っている状態を示す。(d)はエンジン始動後殆ど白煙の状態を示す。(e)はエンジン始動後ほぼ白煙が消滅した状態を示す。(f)はエンジン停止後の黒煙白煙のない状態であり、(a)の状態に戻った状態を示す。
FIGS. 4A to 4F show image changes over time by a CCD camera as the image reading sensor 17 when the engine is started.
FIG. 4A shows a state before the engine is started and shows a state of reference light. (B) shows a state where there is a lot of black smoke immediately after the engine is started. (C) shows a state in which white smoke remains while the black smoke after the engine starts decreases. (D) shows almost white smoke after the engine is started. (E) shows a state in which white smoke has almost disappeared after the engine is started. (F) is a state without black smoke and white smoke after the engine stops, and shows a state returned to the state of (a).
図4のCCDカメラによる時間毎の画像変化を画像解析手段35によって解析した階調度の変化状態を図5に示す。また、図6に、光透過度検出手段27によって検出されたエンジン始動後の時間経過による黒煙と白煙の両方を含む濃度変化状態を示す。この図6における濃度変化は、黒煙と白煙との両方を含む濃度変化を示すため、光透過度検出手段27によって検出された濃度を、前記画像解析手段35によって解析された黒煙の階調度に応じた比率で分配することで、黒煙濃度が求められる。残りは白煙成分またはその他水蒸気成分としての濃度として求められる。 FIG. 5 shows a change state of the gradation obtained by analyzing the image change by the CCD camera of FIG. 4 by the image analysis means 35. FIG. 6 shows a density change state including both black smoke and white smoke with the passage of time after the engine start, which is detected by the light transmittance detecting means 27. Since the density change in FIG. 6 indicates a density change including both black smoke and white smoke, the density detected by the light transmittance detecting means 27 is the level of the black smoke analyzed by the image analyzing means 35. The black smoke density is obtained by distributing at a ratio according to the furniture. The remainder is determined as a concentration as a white smoke component or other water vapor component.
また、同様に、階調度の基準値より255側の場合には白煙成分のとして濃度を求めることができる。すなわち、光透過度検出手段27によって検出された濃度を、前記画像解析手段35によって解析された白煙の階調度に応じた比率で分配することで、白煙濃度が求められる。残りは黒煙成分またはその他水蒸気成分としての濃度として求められる。 Similarly, the density can be obtained as a white smoke component in the case of 255 side from the reference value of the gradation. That is, the white smoke density is obtained by distributing the density detected by the light transmittance detecting means 27 at a ratio corresponding to the gradation level of the white smoke analyzed by the image analyzing means 35. The remainder is determined as the concentration as a black smoke component or other water vapor component.
以上のように、画像解析手段35によって解析した階調度の変化と、前記光透過度検出手段27によって算出された濃度とに基づいて、黒煙と白煙とを分離して濃度の検出をできるようになり、その結果が、解析結果37として出力される。
As described above, it is possible to detect the density by separating the black smoke and the white smoke based on the change in the gradation analyzed by the image analysis means 35 and the density calculated by the light transmittance detection means 27. As a result, the result is output as the
CCDカメラによる時間毎の画像変化を解析する画像解析手段35は、画像読取センサ17からの画像データをリアルタイムの入力によって解析しても、録画手段による録画画像に基づいて処理してもよい。画像読取センサ17からの画像信号をリアルタイムに処理することで、その時点でのエンジンの燃焼状態を確認できてエンジンの調整に反映できる。また、録画画像に基づいても処理できるため、反復してエンジンの燃焼状態の確認ができる。 The image analysis means 35 for analyzing the image change over time by the CCD camera may analyze the image data from the image reading sensor 17 by real-time input or may process it based on the recorded image by the recording means. By processing the image signal from the image reading sensor 17 in real time, the combustion state of the engine at that time can be confirmed and reflected in the adjustment of the engine. Moreover, since it can process also based on a recorded image, the combustion state of an engine can be confirmed repeatedly.
また、前記画像解析手段35には、光源を基準光として、該基準光をRGB(赤色、緑色、青色)成分の階調の初期設定値として初期キャリブレーションを行うが、該初期設定値が所定値以上黒側(R、G、B成分が階調0側)に変動した場合、または所定値以上白側(R、G、B成分が階調255側)に変動した場合には、受光部13または発光部5の光学レンズが排ガスで汚損されていると判定して前記受光部13または発光部5の点検を促す経時変化出力手段39を備えている。階調度の判定において初期設定値が経時変化によって所定値以上シフトして変化した場合に、点検を促すため、経時変化によって測定精度が低下することを防止できる。
The
以上説明した、加熱制御手段25、光透過度検出手段27、排ガス汚損度出力手段31、画像解析手段35、および検出光発光制御手段29を有して排ガス計測制御装置41を構成している。
The exhaust gas
次に、図2を参照して、排ガス計測制御装置41の計測手順について説明する。
まず、計測を開始すると、ステップS1で、透過光検出センサ15の検出値が基準値に達しているか否かを判定し、達していない場合にはステップS2で排ガス汚損度出力手段31が受光部レンズ19または発光部レンズ11の清掃等を促す。
Next, the measurement procedure of the exhaust gas
First, when measurement is started, in step S1, it is determined whether or not the detection value of the transmitted light detection sensor 15 has reached the reference value. If not, the exhaust gas pollution degree output means 31 is detected in step S2. The lens 19 or the light emitting unit lens 11 is prompted to be cleaned.
ステップS1でYesの場合には、ステップS3に進み光源9の発光色による初期キャリブレーションを行う。そしてステップS4において、初期キャリブレーションによる初期設定値が所定値以上黒側(R、G、B成分が階調0側)または白側にシフトしたかを判定する。
In the case of Yes in step S1, the process proceeds to step S3, and initial calibration is performed with the light emission color of the
所定値以上シフトしている場合には、ステップS5で、経時変化出力手段39によって受光部13または発光部5の光学レンズが排ガスで汚損されていると判定して前記受光部13または発光部5の点検を促す。
If it is shifted by a predetermined value or more, it is determined in step S5 that the optical lens of the light receiving unit 13 or the
ステップS4で所定値以上シフトしていないと判定した場合には、ステップS6に進んで、温度センサ23からの検出温度Tが、T≦0℃否かを判定する。0℃以下であればステップS7で加熱ヒータ21を加熱制御手段25によって0℃以下にならないように制御する。
If it is determined in step S4 that the shift is not greater than the predetermined value, the process proceeds to step S6, where it is determined whether or not the detected temperature T from the
暖機が完了して0℃を超えている場合には、ステップS8に進んで、光透過度検出手段27によって透過光検出センサ15からの透過光信号を基に、光透過度を測定して黒煙および白煙を含む全体のスモーク濃度を算出して求める。そして、さらにステップS9で、画像解析手段35によって画像読取センサ17からの画像信号を基に、白煙と黒煙との濃度に分離して濃度を算出して、ステップS10で計測結果として出力する。 When the warm-up is completed and the temperature exceeds 0 ° C., the process proceeds to step S8, where the light transmittance is measured by the light transmittance detector 27 based on the transmitted light signal from the transmitted light detection sensor 15. Calculate and calculate the total smoke concentration including black smoke and white smoke. In step S9, the image analysis means 35 calculates the density by separating the density of white smoke and black smoke based on the image signal from the image reading sensor 17, and outputs it as a measurement result in step S10. .
本実施形態によれば、透過光が白い場合には、すなわち階調度が255側に大きいほど白煙の排出濃度が大きく、透過光が黒い場合には、すなわち階調度が0側に小さいほど黒煙の排出濃度が大きい。このように算出した階調度に応じて、透過光量を検出する透過光検出センサによって求めた排ガス中のスモーク(黒煙と白煙を含む)濃度を黒煙と白煙との影響に分離して検出できるようになる。
その結果、白煙、黒煙の両方を分離して同時にスモークの濃度の計測を可能とする排ガス計測装置を簡単な構成によって達成することができる。
According to the present embodiment, when the transmitted light is white, that is, as the gradation level is larger toward 255, the white smoke emission density is larger. When the transmitted light is black, that is, as the gradation degree is smaller toward 0, the black color is smaller. High smoke emission concentration. The smoke (including black smoke and white smoke) concentration in the exhaust gas determined by the transmitted light detection sensor that detects the transmitted light amount is separated into the influence of black smoke and white smoke according to the calculated gradation. Can be detected.
As a result, an exhaust gas measuring device that separates both white smoke and black smoke and can simultaneously measure the smoke concentration can be achieved with a simple configuration.
本発明によれば、排ガス中に照射する光の透過光によりスモークの濃度を計測する排ガス計測装置において、白煙、黒煙の両方を分離して同時に計測可能とする計測装置を簡単な構成によって達成することができ、また、零下の冷態始動状態における計測試験においても排ガス中の水蒸気によって発光部および受光部のレンズ表面が結露せずに計測が可能な排ガス計測装置を提供することができ、さらに、受光部の光学レンズが排ガスで汚損されていることを報知して、レンズの清掃等を促すとともに、経時変化による階調度の判定における初期設定値が経時変化によって所定値以上変化した場合に点検を促すため、経時変化によって測定精度の低下を防止できるので、排ガス計測装置への利用に適している。 According to the present invention, in the exhaust gas measuring device that measures the concentration of smoke by the transmitted light of the light irradiated into the exhaust gas, the measuring device that can measure both white smoke and black smoke simultaneously can be measured with a simple configuration. In addition, it is possible to provide an exhaust gas measuring device that can perform measurement without causing condensation on the lens surfaces of the light emitting unit and the light receiving unit due to water vapor in the exhaust gas even in a measurement test in a cold start state below zero. In addition, when the optical lens of the light receiving unit is informed that it has been contaminated with exhaust gas, prompting the lens to be cleaned, etc., and when the initial setting value in the determination of the gradation level due to change over time has changed by a predetermined value or more due to change over time In order to prompt inspection, it is possible to prevent a decrease in measurement accuracy due to changes over time, which is suitable for use in an exhaust gas measuring device.
1 排気管
3 排ガス通路
5 発光部
9 光源
11 発光部レンズ(光学レンズ)
13 受光部
15 透過光検出センサ
17 画像読取センサ
19 受光部レンズ(光学レンズ)
21 加熱手段(加熱ヒータ)
23 温度検出手段(温度センサ)
25 加熱制御手段
29 検出光発光制御手段
31 排ガス汚損度出力手段
35 画像解析手段
39 経時変化出力手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Light-receiving part 15 Transmitted light detection sensor 17 Image reading sensor 19 Light-receiving part lens (optical lens)
21 Heating means (heater)
23 Temperature detection means (temperature sensor)
25 Heating control means 29 Detection light emission control means 31 Exhaust gas pollution degree output means 35 Image analysis means 39 Aging change output means
Claims (5)
排ガスが導入される排ガス通路を横切って光路が形成されるように光源を有する発光部と、透過光を検出する受光部とを設け、該受光部には透過光量を検出する透過光検出センサと透過光画像を生成する画像読取センサを備え、
前記透過光検出センサからの透過光信号によって排ガス中のスモーク濃度を検出する光透過度検出手段と、
前記画像読取センサからの画像信号を黒色もしくは白色の階調度で表して階調度判定を行い、前記光源を基準光とした階調度より黒色度が強い場合には、前記光透過度検出手段によって検出された濃度を、前記黒色の階調度に応じた比率で分配して黒煙濃度を求め、残りは白煙成分の濃度として求め、前記基準光の階調度より白色度が強い場合には、前記光透過度検出手段によって検出された濃度を、前記白色の階調度に応じた比率で分配して白煙濃度を求め、残りは黒煙成分の濃度として求める画像解析手段と、を備えたことを特徴とする排ガス計測装置。 In the exhaust gas measuring device that analyzes the transmitted light of the light irradiated into the exhaust gas of the engine and measures the concentration of black smoke and white smoke in the exhaust gas,
A light emitting part having a light source and a light receiving part for detecting transmitted light so that an optical path is formed across the exhaust gas passage through which the exhaust gas is introduced, and a transmitted light detection sensor for detecting the amount of transmitted light; An image reading sensor for generating a transmitted light image;
A light transmittance detecting means for detecting smoke concentration in the exhaust gas based on a transmitted light signal from the transmitted light detection sensor;
The image signal from the image reading sensor is represented by a black or white gradation, and the gradation is determined. If the degree of black is higher than the gradation using the light source as a reference light, the light transmission detecting means detects the gradation. The obtained density is distributed at a ratio according to the gradation of black to obtain a black smoke density, and the rest is obtained as a density of white smoke component. When the whiteness is stronger than the gradation of the reference light, Image analysis means for determining the white smoke density by distributing the density detected by the light transmittance detection means at a ratio according to the white gradation, and calculating the density of the black smoke component. A featured exhaust gas measuring device.
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