JP5888104B2 - Oxygen concentration measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、酸素濃度計測装置に関し、特に測定対象領域に蛍光塗料を塗布し、この蛍光塗料面に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度分布を撮影することにより、測定対象領域の酸素濃度分布を計測する酸素濃度計測装置に関する。   The present invention relates to an oxygen concentration measuring apparatus, and in particular, a fluorescent paint is applied to a measurement target region, and fluorescence is generated by irradiating excitation light on the fluorescent paint surface, and the fluorescent intensity distribution is photographed, thereby measuring the measurement target. The present invention relates to an oxygen concentration measurement device that measures an oxygen concentration distribution in a region.

近年、地球環境問題が大きくクローズアップされてきている。固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）やダイレクトメタノール形燃料電池等の燃料電池は、高いエネルギー変換効率を有する上に、ＣＯ２の排出削減に寄与するだけでなく、酸性雨の原因や大気汚染の原因となるＮＯｘ、ＳＯｘ、塵埃等の排出がほとんどないクリーンな電池である。さらに、静粛性も高いという利点がある。そのため、燃料電池は、２１世紀に最適なエネルギー変換装置として一部実用化されつつある。特に、燃料電池の中でもＰＥＦＣは、作動温度が低くかつ出力密度が高いため、小型化が可能であるという長所を有している。 In recent years, global environmental problems have been greatly highlighted. Fuel cells such as polymer electrolyte fuel cells (PEFC) and direct methanol fuel cells not only have high energy conversion efficiency, but also contribute to reducing CO 2 emissions, as well as causing acid rain and air pollution. It is a clean battery that hardly emits NOx, SOx, dust, and the like. Furthermore, there is an advantage that silence is also high. Therefore, some fuel cells are being put into practical use as an energy conversion device that is optimal for the 21st century. In particular, among fuel cells, PEFC has an advantage that it can be downsized because of its low operating temperature and high output density.

図５は、固体高分子形燃料電池の一例を示す断面図である。
固体高分子形燃料電池は、高分子固体電解質膜１０１を中心として酸素極１０２と水素極１０３とで挟んだ構成を有する。高分子固体電解質膜１０１は、例えば、炭素繊維性の多孔性クロス基材上に、高分子固体電解質を含むスラリーを塗布し、次いで焼成することにより得られたイオン交換膜である。そして、酸素極１０２の外側は、集電体１０６に担持されるとともに、水素極１０３の外側は、集電体１０７に担持されている。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a polymer electrolyte fuel cell.
The solid polymer fuel cell has a configuration in which a polymer solid electrolyte membrane 101 is sandwiched between an oxygen electrode 102 and a hydrogen electrode 103. The polymer solid electrolyte membrane 101 is, for example, an ion exchange membrane obtained by applying a slurry containing a polymer solid electrolyte on a carbon fiber porous cloth substrate and then baking the slurry. The outside of the oxygen electrode 102 is carried on the current collector 106, and the outside of the hydrogen electrode 103 is carried on the current collector 107.

酸素極１０２の外側の周縁部には、枠形状のガスケット１０４の内側が接触し、さらにガスケット１０４の外側には、複数の凹部を内側に有するセパレータ板１０８の内側の突出周縁部が接触している。これにより、セパレータ板１０８の内側と酸素極１０２の外側との間に、複数の凹部に対応するように複数の酸素極室１０９が形成されている。また、セパレータ板１０８は、内側と外側とを貫通するように酸素極室１０９に連結する酸素ガス供給口１１２と、内側と外側とを貫通するように酸素極室１０９に連結する未反応酸素ガス及び生成水取出口１１３とを有する。   The outer peripheral edge of the oxygen electrode 102 is in contact with the inside of the frame-shaped gasket 104, and the outer peripheral edge of the gasket 104 is in contact with the protruding peripheral edge of the separator plate 108 having a plurality of recesses inside. Yes. Thus, a plurality of oxygen electrode chambers 109 are formed between the inside of the separator plate 108 and the outside of the oxygen electrode 102 so as to correspond to the plurality of recesses. The separator plate 108 includes an oxygen gas supply port 112 connected to the oxygen electrode chamber 109 so as to penetrate the inner side and the outer side, and an unreacted oxygen gas connected to the oxygen electrode chamber 109 so as to penetrate the inner side and the outer side. And a generated water outlet 113.

一方、水素極１０３の外側の周縁部には、枠形状のガスケット１０５の内側が接触し、さらにガスケット１０５の外側には、複数の凹部を内側に有するセパレータ板１１０の内側の突出周縁部が接触している。これにより、セパレータ板１１０の内側と水素極１０３の外側との間に、複数の凹部に対応するように複数の水素極室１１１が形成されている。また、セパレータ板１１０は、内側と外側とを貫通するように水素極室１１１に連結する水素ガス供給口１１４と、内側と外側とを貫通するように水素極室１１１に連結する未反応水素ガス取出口１１５とを有する。   On the other hand, the outer periphery of the hydrogen electrode 103 is in contact with the inside of the frame-shaped gasket 105, and the outer periphery of the gasket 105 is in contact with the protruding periphery of the separator plate 110 having a plurality of recesses on the inside. doing. Thus, a plurality of hydrogen electrode chambers 111 are formed between the inside of the separator plate 110 and the outside of the hydrogen electrode 103 so as to correspond to the plurality of recesses. The separator plate 110 includes a hydrogen gas supply port 114 connected to the hydrogen electrode chamber 111 so as to penetrate the inner side and the outer side, and an unreacted hydrogen gas connected to the hydrogen electrode chamber 111 so as to penetrate the inner side and the outer side. And an outlet 115.

次に、固体高分子形燃料電池の動作について説明する。水素が水素ガス供給口１１４から複数の水素極室１１１を順番に流通するとともに、酸素が酸素ガス供給口１１２から複数の酸素極室１０９を順番に流通すると、水素は水素極１０３により水素イオンと電子とに分離する。水素極１０３で発生した水素イオンは、高分子固体電解質膜１０１を選択的に透過する。そして、透過した水素イオンは、酸素極１０２で酸素と反応し、水となる。このとき、水素極１０３で発生した電子は、水素極１０３から外部負荷（図示せず）を通って酸素極１０２に向かうように流れる。つまり、外部負荷に電流が流れることになる。   Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell will be described. When hydrogen flows through the plurality of hydrogen electrode chambers 111 in order from the hydrogen gas supply port 114 and oxygen flows through the plurality of oxygen electrode chambers 109 in turn from the oxygen gas supply port 112, hydrogen is converted into hydrogen ions by the hydrogen electrode 103. Separated into electrons. Hydrogen ions generated at the hydrogen electrode 103 selectively permeate the polymer solid electrolyte membrane 101. The permeated hydrogen ions react with oxygen at the oxygen electrode 102 to become water. At this time, electrons generated at the hydrogen electrode 103 flow from the hydrogen electrode 103 toward the oxygen electrode 102 through an external load (not shown). That is, current flows to the external load.

ところで、固体高分子形燃料電池を普及させるには、コストをはじめ、いろいろな技術課題を解決する必要がある。例えば、固体高分子形燃料電池は、運転時間の経過とともに電池性能が劣化するため、劣化に伴う電池寿命が重要な課題となっている。このような技術課題を解決するためには、酸素が酸素ガス供給口１１２から複数の酸素極室１０９にどのように流通したり、複数の酸素極室１０９でどのように反応したりするのかを解析する必要がある。   By the way, in order to spread the polymer electrolyte fuel cell, it is necessary to solve various technical problems including cost. For example, since the polymer performance of a solid polymer fuel cell deteriorates with the passage of operating time, the battery life associated with the deterioration is an important issue. In order to solve such a technical problem, how oxygen flows from the oxygen gas supply port 112 to the plurality of oxygen electrode chambers 109 and how it reacts in the plurality of oxygen electrode chambers 109 is determined. It is necessary to analyze.

そこで、複数の酸素極室１０９の酸素濃度分布を計測する酸素濃度計測方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような酸素濃度計測方法では、測定対象領域となる複数の酸素極室１０９のセパレータ板１０８を透明な材料で構成するとともに、セパレータ板１０８にルテニウム錯体塗料（蛍光塗料）をスプレーや刷毛等を用いて塗布した模擬燃料電池を作製している。そして、蛍光塗料面に励起光（波長４７０ｎｍ）を照射することにより蛍光（約６００ｎｍ）を発生させ、この蛍光強度分布を撮影している。このとき、蛍光塗料面は、励起光により蛍光を発生させるが、酸素濃度が高い箇所では酸素により蛍光が消光される。これにより、撮影した蛍光強度分布に基づいて、複数の酸素極室１０９の酸素濃度分布を計測することができる。   Therefore, an oxygen concentration measurement method for measuring the oxygen concentration distribution of the plurality of oxygen electrode chambers 109 has been disclosed (see, for example, Patent Document 1). In such an oxygen concentration measurement method, the separator plates 108 of the plurality of oxygen electrode chambers 109 to be measured regions are made of a transparent material, and a ruthenium complex paint (fluorescent paint) is sprayed or brushed on the separator plate 108. A simulated fuel cell coated by using this is produced. Then, the fluorescent paint surface is irradiated with excitation light (wavelength 470 nm) to generate fluorescence (about 600 nm), and this fluorescence intensity distribution is photographed. At this time, the fluorescent paint surface generates fluorescence by excitation light, but the fluorescence is quenched by oxygen at a location where the oxygen concentration is high. Thereby, the oxygen concentration distribution of the plurality of oxygen electrode chambers 109 can be measured based on the photographed fluorescence intensity distribution.

さらに、このような酸素濃度計測方法を用いるための酸素濃度計測装置も開発されている。図６は、従来の酸素濃度計測装置の一例を示す概略構成図である。
酸素濃度計測装置５１は、光照射部１０と、撮像部２０と、蛍光塗料が塗布された検査体Ｓが配置される配置部３０と、酸素濃度計測装置５１全体の制御を行うコンピュータ９０とを備える。なお、地面に水平な一方向をＸ方向とし、地面に水平でＸ方向と垂直な方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向とに垂直な方向をＺ方向とする。 Furthermore, an oxygen concentration measuring apparatus for using such an oxygen concentration measuring method has been developed. FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional oxygen concentration measuring apparatus.
The oxygen concentration measurement device 51 includes a light irradiation unit 10, an imaging unit 20, an arrangement unit 30 on which an inspection object S to which a fluorescent paint is applied is arranged, and a computer 90 that controls the entire oxygen concentration measurement device 51. Prepare. One direction horizontal to the ground is defined as an X direction, a direction horizontal to the ground and perpendicular to the X direction is defined as a Y direction, and a direction perpendicular to the X direction and the Y direction is defined as a Z direction.

光照射部１０は、レーザ光（波長４７０ｎｍ）を出射するレーザ光源（レーザダイオード）１５と、電子シャッタ１２と、拡散フィルタ１３と、レンズ１４と、レーザ光（励起光）の強度Ｉｔを検知するパワーメータ１１と、レーザ光を２方向へ分割するハーフミラー１６とを有する。
このような光照射部１０の構成において、レーザ光源１５で出射されたレーザ光は、ハーフミラー１６で２方向へ分割される。ハーフミラー１６で分割されたレーザ光が進行する２方向のうちの１方向のレーザ光は、電子シャッタ１２と拡散フィルタ１３とレンズ１４とをこの順で通過して、配置部３０の測定対象領域に照射されるようになっている。一方、ハーフミラー１６で分割されたレーザ光が進行する２方向のうちの残りのもう１つの方向のレーザ光は、パワーメータ１１で強度Ｉｔが検出されるようになっている。 Detecting the light irradiation unit 10 includes a laser light source (laser diode) 15 that emits laser light (wavelength 470 nm), and the electronic shutter 12, a diffusion filter 13, a lens 14, the intensity I t of the laser beam (excitation light) And a half mirror 16 that divides the laser light in two directions.
In such a configuration of the light irradiation unit 10, the laser light emitted from the laser light source 15 is divided into two directions by the half mirror 16. The laser light in one of the two directions in which the laser light divided by the half mirror 16 travels passes through the electronic shutter 12, the diffusion filter 13, and the lens 14 in this order, and the measurement target region of the placement unit 30. It comes to be irradiated. On the other hand, the laser light of remaining other direction of the two directions in which the laser light split by the half mirror 16 to proceed, so that the intensity I t is detected by the power meter 11.

撮像部２０は、レンズ２１ａを有する高速撮影カメラ（撮像装置）２１を有する。高速撮影カメラ２１は、複数の光検出素子が行方向と列方向とに並べられたものであり、各光検出素子にはそれぞれの位置に応じた輝度値の蛍光が入射するようにしてある。したがって、各光検出素子の出力信号は、配置部３０の測定対象領域の各位置ごとの蛍光の輝度値を表すことになる。   The imaging unit 20 includes a high-speed photographing camera (imaging device) 21 having a lens 21a. The high-speed photographing camera 21 has a plurality of light detection elements arranged in a row direction and a column direction, and fluorescence of a luminance value corresponding to each position is incident on each light detection element. Therefore, the output signal of each photodetecting element represents the luminance value of the fluorescence for each position of the measurement target region of the placement unit 30.

また、検査体ＳにＸ方向からレーザ光を照射するとともに、−Ｘ方向に進行する蛍光を検出するために、レーザ光を透過させるとともに蛍光を反射する平板形状のミラー３１が配置されている。これにより、Ｘ方向に進行するレーザ光は、ミラー３１を透過することにより、配置部３０の測定対象領域に照射され、配置部３０の測定対象領域で発生した蛍光は、−Ｘ方向に進行して、ミラー３１によって進行方向を変え、さらにミラー３２によって進行方向を変え、高速撮影カメラ２１に入射するようになっている。   Further, in order to irradiate the inspection object S with laser light from the X direction and detect fluorescence traveling in the −X direction, a plate-shaped mirror 31 that transmits the laser light and reflects the fluorescence is disposed. As a result, the laser light traveling in the X direction passes through the mirror 31 and is irradiated to the measurement target region of the placement unit 30, and the fluorescence generated in the measurement target region of the placement unit 30 travels in the −X direction. Thus, the traveling direction is changed by the mirror 31, and the traveling direction is further changed by the mirror 32 so as to be incident on the high-speed photographing camera 21.

コンピュータ９０は、ＣＰＵ（制御部）４１とメモリ９４とを備え、さらにモニタ４２と操作部４３とが連結されている。ＣＰＵ４１が処理する機能をブロック化して説明すると、レーザ光源１５を制御するレーザ光強度取得部４１ａと、高速撮影カメラ２１から蛍光強度分布画像を取得する撮像装置制御部４１ｂと、酸素濃度分布を算出する酸素濃度分布算出部４１ｃとを有する。   The computer 90 includes a CPU (control unit) 41 and a memory 94, and a monitor 42 and an operation unit 43 are connected to each other. The function processed by the CPU 41 will be described as a block. A laser light intensity acquisition unit 41a that controls the laser light source 15, an imaging device control unit 41b that acquires a fluorescence intensity distribution image from the high-speed imaging camera 21, and an oxygen concentration distribution are calculated. And an oxygen concentration distribution calculating unit 41c.

ここで、図７は、レーザ光の強度Ｉｔの変動例を示すグラフである。縦軸はレーザ光の強度Ｉｔであり、横軸は電源ＯＮにされた後からの時間ｔ（分）である。レーザ光の強度Ｉｔは、電源ＯＮにされた後から１５０分まで徐々に減少していき、１５０分経過後にほぼ安定する。よって、レーザ光強度取得部４１ａは、撮像装置制御部４１ｂで蛍光強度分布画像を取得する前に、パワーメータ１１で検出された強度Ｉｔを１回取得して、酸素濃度分布算出部４１ｃは、撮像装置制御部４１ｂで取得された蛍光強度分布画像と撮像装置制御部４１ｂで取得されたレーザ光の強度Ｉｔとを用いて酸素濃度分布画像を作成して表示している。図８は、レーザ光の強度Ｉｔと蛍光強度分布画像とを取得するタイミングを示す図である。縦軸はレーザ光の強度Ｉｔであり、横軸は時間ｔ（秒）である。 Here, FIG. 7 is a graph showing a variation example of the intensity of the laser light I t. The vertical axis represents the laser light intensity I t, the horizontal axis indicates time t (min) from after being power ON. Intensity I t of the laser beam is gradually reduced from after being power ON up to 150 minutes, almost stabilized after lapse of 150 minutes. Therefore, the laser light intensity acquisition unit 41a, prior to acquiring the fluorescence intensity distribution image in the imaging device control unit 41b, the detected intensity I t at the power meter 11 obtains once, the oxygen concentration distribution calculating unit 41c , and it creates and displays an oxygen concentration distribution image by using the intensity I t of the laser beam obtained by the fluorescence intensity distribution image and the imaging device control unit 41b acquired by the imaging device controller 41b. Figure 8 is a diagram showing a timing of acquiring the intensity I t and the fluorescence intensity distribution image of the laser beam. The vertical axis is the intensity of the laser light I t, the horizontal axis indicates time t (sec).

特開２００６−３３１７３３号公報JP 2006-331733 A

ところで、上述したような酸素濃度計測装置５１では、０〜２５ｋＰａ（常圧で酸素は２１ｋＰａ）程度の広いレンジで酸素分圧の分解能を０．１〜１．０ｋＰａとして、酸素分圧分布画像を作成していた。しかし、最近の固体高分子形燃料電池の研究では、酸素分圧に関して０．１ｋＰａ以下の分解能が求められるようになってきた。また、酸素高圧側での酸素分圧に関しても０．１ｋＰａ以下の分解能が求められるようになってきた。つまり、上述したような酸素濃度計測装置５１では、高精度な酸素濃度分布画像を作成することができないという問題点があった。この問題を解決するにあたっては撮像時間中のレーザ光の強度を取得しておくことで対応可能であるが、このような構成を実現するには複数のプロセッサ等が必要で、プロセッサ間の同期やデータ転送等を実現しようとすると構成が複雑化してしまうことと、さらに撮像時間が１００〜５００ｍｓｅｃ程度の間で複数回レーザ光の強度を取得する高速な処理が必要となることから装置のコストアップが否めず、現状の装置構成のまま分解能の向上を実現が求められている。   By the way, in the oxygen concentration measuring apparatus 51 as described above, the oxygen partial pressure distribution image is set to a resolution of 0.1 to 1.0 kPa in a wide range of about 0 to 25 kPa (normal pressure and oxygen is 21 kPa). I was making it. However, recent research on polymer electrolyte fuel cells has demanded a resolution of 0.1 kPa or less with respect to oxygen partial pressure. Further, with respect to the oxygen partial pressure on the oxygen high pressure side, a resolution of 0.1 kPa or less has been demanded. In other words, the oxygen concentration measuring device 51 as described above has a problem that a highly accurate oxygen concentration distribution image cannot be created. In order to solve this problem, it is possible to cope by acquiring the intensity of the laser beam during the imaging time, but in order to realize such a configuration, a plurality of processors or the like are required. The cost of the apparatus increases because the configuration becomes complicated if data transfer is realized, and further, high-speed processing is required to acquire the intensity of the laser light multiple times within an imaging time of about 100 to 500 msec. However, there is a need to improve the resolution with the current apparatus configuration.

本件発明者は、上記課題を解決するために、高精度な酸素濃度分布画像を作成する方法について検討を行った。ここで、図９は、図７に示す２００分経過後から５０秒間のレーザ光の強度Ｉｔの変動を示す拡大グラフである。レーザ光の強度Ｉｔは、１５０分経過後の安定化状態であっても、±２％程度変動している。図８に示すように、蛍光強度分布画像を取得する前に、パワーメータ１１で検出された強度Ｉｔを１回取得しているが、レーザ光の強度Ｉｔは±２％程度変動しているため、蛍光強度分布画像を取得する前のパワーメータ１１で検出された強度Ｉｔと、蛍光強度分布画像を取得する際の強度Ｉｔ’とは異なっていた。例えば、レーザ光の強度Ｉｔが最小値Ｂから最大値Ａまで変動していると、パワーメータ１１で検出された強度Ｉｔと、蛍光強度分布画像を取得する際の強度Ｉｔ’との差分ΔＩは、０から｜Ａ−Ｂ｜までの間の数値となる。よって、レーザ光の強度Ｉｔが変動していることが問題であることがわかった。 In order to solve the above problems, the present inventor has studied a method for creating a highly accurate oxygen concentration distribution image. Here, FIG. 9 is an enlarged graph showing the variation of the laser beam intensity I t of 50 seconds after 200 minutes shown in FIG. Intensity I t of the laser beam, even stabilized state after the lapse of 150 minutes, has fluctuated about ± 2%. As shown in FIG. 8, before acquiring the fluorescence intensity distribution image, but acquires the detected intensity I t at the power meter 11 once, the intensity I t of the laser beam fluctuates about ± 2% are therefore, the intensity I t detected in front of the power meter 11 to obtain the fluorescence intensity distribution image, was different from the intensity I t 'in acquiring fluorescence intensity distribution image. For example, the intensity I t of the laser light is varied from a minimum value B to a maximum value A, and the intensity I t detected by the power meter 11, the intensity I t 'in acquiring fluorescence intensity distribution image The difference ΔI is a numerical value between 0 and | A−B |. Therefore, it was found that the intensity I t of the laser light is varied is a problem.

そこで、蛍光強度分布画像を取得する前に、パワーメータ１１で強度Ｉｔを少なくとも２回検出して、その強度Ｉｔを平均して平均強度値Ｃ２を取得するとともに、蛍光強度分布画像を取得した後に、パワーメータ１１で強度Ｉｔを少なくとも２回検出して、その強度Ｉｔを平均して平均強度値Ｃ１を取得して、平均強度値Ｃ２と平均強度値Ｃ１とを平均した平均強度値Ｉを算出して利用することを見出した。その結果、レーザ光の強度Ｉｔが最小値Ｂから最大値Ａまで変動していると、平均強度値Ｉと、蛍光強度分布画像を取得する際の強度Ｉｔ’との差分ΔＩは、０から（｜Ａ−Ｂ｜）／２までの間の数値となることが期待できる。 Therefore, obtained before obtaining the fluorescence intensity distribution image, the intensity I t was detected at least twice by the power meter 11 obtains the average intensity value C2 by averaging the intensity I t, the fluorescence intensity distribution image after the intensity I t was detected at least twice with a power meter 11, an average intensity to obtain the average intensity value C1 by averaging the intensity I t, the average of the average intensity value C2 and the average intensity value C1 It has been found that the value I is calculated and used. As a result, the intensity I t of the laser light is varied from a minimum value B to a maximum value A, the difference ΔI between the intensity I t 'when obtaining the average intensity value I, the fluorescence intensity distribution image, 0 Can be expected to be a numerical value between 1 and (| A−B |) / 2.

すなわち、本発明の酸素濃度計測装置は、酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布された測定対象領域に、励起光を照射する光源と、当該励起光の強度Ｉｔを検知する検知部とを有する光照射部と、前記測定対象領域に塗布された蛍光塗料面からの蛍光を設定露光時間の間、検出することで、当該蛍光塗料面の蛍光強度分布画像を取得する撮像装置を有する撮像部と、前記蛍光強度分布画像及び励起光の強度Ｉｔとに基づいて、前記測定対象領域の酸素濃度分布を計測する制御部とを備える燃料電池の酸素濃度計測装置であって、前記制御部は、前記設定露光時間の前に、励起光の強度Ｉｔを少なくとも２回検知させるとともに、前記設定露光時間の後に、励起光の強度Ｉｔを少なくとも２回検知させることにより、前記設定露光時間の前に検知させた少なくとも２回の励起光の強度Ｉ ｔ と、前記設定露光時間の後に検知させた少なくとも２回の励起光の強度Ｉ ｔ とを用いて前記測定対象領域の酸素濃度分布を計測するようにしている。 That is, the oxygen concentration measurement apparatus of the present invention, the measurement target region fluorescent paint having an oxygen quenching is applied, having a light source for irradiating excitation light, and a detector for detecting the intensity I t of the excitation light A light irradiation unit, and an imaging unit having an imaging device that acquires a fluorescence intensity distribution image of the fluorescent paint surface by detecting fluorescence from the fluorescent paint surface applied to the measurement target region for a set exposure time; the fluorescence intensity distribution image and on the basis of the intensity I t of the excitation light, an oxygen concentration measuring device for a fuel cell and a control unit for measuring the oxygen concentration distribution of the measurement target region, wherein, before the set exposure time, the intensity I t of the excitation light causes detected least twice, after the set exposure time, by detecting the intensity I t of the excitation light at least two times, before the set exposure time Inspected And intensity I t of at least two excitation light was knowledge, so as to measure the oxygen concentration distribution of the measurement target region using the intensity I t of at least two excitation light was detected after the set exposure time I have to.

ここで、「酸素消光性を有する蛍光塗料」としては、例えば、バインダにポリスチレン等の酸素透過性のある高分子材料が用いられ、色素に白金ポルフィリンやルテニウム等の紫外から青色の励起光に反応して発光し、かつ、酸素消光性を有する材料が用いられたもの等が挙げられる。
また、「設定露光時間」とは、測定者等によって決められる任意の時間である。 Here, as the “fluorescent paint having oxygen quenching properties”, for example, a polymer material having oxygen permeability such as polystyrene is used as a binder, and the dye reacts with ultraviolet to blue excitation light such as platinum porphyrin or ruthenium. And the like using a material that emits light and has an oxygen quenching property.
The “set exposure time” is an arbitrary time determined by a measurer or the like.

以上のように、本発明の酸素濃度計測装置によれば、励起光の強度Ｉｔが変動していても、高精度な酸素濃度分布画像を作成することができる。 As described above, according to the oxygen concentration measurement apparatus of the present invention, the intensity I t of the excitation light also be varied, it is possible to create a highly accurate oxygen concentration distribution image.

（他の課題を解決するための手段及び効果）
また、上記の発明において、前記制御部は、前記設定露光時間の前に検知させた少なくとも２回の励起光の強度Ｉｔと、前記設定露光時間の後に検知させた少なくとも２回の励起光の強度Ｉｔとを平均して、平均強度値Ｉを取得して、前記蛍光強度分布画像及び励起光の平均強度値Ｉとに基づいて、前記測定対象領域の酸素濃度分布を計測するようにしてもよい。
本発明の酸素濃度計測装置によれば、励起光の強度Ｉｔを検出する回数にもよるが、平均強度値Ｉと、蛍光強度分布画像を取得する際の強度Ｉｔ’との差分ΔＩは、０から（｜Ａ−Ｂ｜）／２までの間の数値となることが期待でき、その結果、従来のものと比較して１／２程度にズレ量を抑制することができる。 (Means and effects for solving other problems)
Further, in the above invention, the control unit, and intensity I t of at least two excitation light was detected prior to the set exposure time, of the set of at least two of the excitation light is detected after the exposure time the intensity I t on average, to obtain the average intensity value I, the fluorescence intensity distribution image and on the basis of the average intensity value I of the excitation light, so as to measure the oxygen concentration distribution of the measurement target region Also good.
According to the oxygen concentration measurement apparatus of the present invention, depending on the number of times to detect the intensity I t of the excitation light, the average intensity value I, the difference ΔI between the intensity I t 'in acquiring fluorescence intensity distribution image , 0 to (| A−B |) / 2 can be expected, and as a result, the amount of deviation can be suppressed to about ½ compared to the conventional one.

そして、上記の発明において、前記制御部は、前記設定露光時間の前に検知させた少なくとも２回の励起光の強度Ｉｔに基づいて、励起光の強度Ｉｔが安定したか否かを判定するようにしてもよい。
本発明の酸素濃度計測装置によれば、レーザ光の強度Ｉｔは、一例として１５０分経過後の安定化状態であっても、±２％程度変動しているが、安定化状態前には、さらに変動しているため、励起光の強度Ｉｔを監視することにより、励起光の強度Ｉｔが安定した状態で計測を行うので、高精度な酸素濃度分布画像を作成することができる。 Then, the determination in the above invention, the control unit, said set based on the intensity I t of at least two excitation light was detected prior to the exposure time, the intensity I t of the excitation light whether stable You may make it do.
According to the oxygen concentration measurement apparatus of the present invention, the intensity I t of the laser beam, even stabilized state after the lapse of 150 minutes as an example, but fluctuates about ± 2%, prior to the stabilization state , because of the further variation, by monitoring the intensity I t of the excitation light, the intensity I t of the excitation light since the measurement in a stable state, it is possible to create a highly accurate oxygen concentration distribution image.

さらに、上記の発明において、前記制御部は、前記測定対象領域に塗布された蛍光塗料面からの蛍光を設定露光時間の間検出することを繰り返すことにより、複数枚の蛍光強度分布画像を取得して、複数枚の蛍光強度分布画像及び平均強度値Ｉを用いて平均酸素濃度分布を計測するようにしてもよい。
本発明の酸素濃度計測装置によれば、撮像装置の光検出素子が持っているショットノイズに対して抑制（低減）が可能となる。これは、ショットノイズのようなノイズは一般的に正規分布にしたがっており、ノイズ成分はデータ取得の平方根で抑制されることに基づくものである。なお、図１０は、２５枚の蛍光強度分布画像を用いて得られた平均酸素濃度分布画像と、１枚の蛍光強度分布画像を用いて得られた酸素濃度分布画像とを比較するための図である。縦軸は蛍光濃度であり、横軸は酸素分圧（ｋＰａ）である。 Further, in the above invention, the control unit obtains a plurality of fluorescence intensity distribution images by repeatedly detecting fluorescence from the fluorescent paint surface applied to the measurement target region for a set exposure time. Thus, the average oxygen concentration distribution may be measured using a plurality of fluorescence intensity distribution images and the average intensity value I.
According to the oxygen concentration measuring apparatus of the present invention, it is possible to suppress (reduce) shot noise of the light detection element of the imaging apparatus. This is because noise such as shot noise generally follows a normal distribution, and the noise component is suppressed by the square root of data acquisition. FIG. 10 is a diagram for comparing an average oxygen concentration distribution image obtained using 25 fluorescence intensity distribution images and an oxygen concentration distribution image obtained using one fluorescence intensity distribution image. It is. The vertical axis represents the fluorescence concentration, and the horizontal axis represents the oxygen partial pressure (kPa).

本発明の一実施形態である酸素濃度計測装置の一例を示す概略構成図。1 is a schematic configuration diagram showing an example of an oxygen concentration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. レーザ光強度Ｉｔと蛍光強度分布画像とを取得するタイミングを示す図。It shows a timing of acquiring the laser beam intensity I t and the fluorescence intensity distribution image. 準備方法を説明するフローチャート。6 is a flowchart for explaining a preparation method. 計測方法を説明するフローチャート。The flowchart explaining a measuring method. 固体高分子形燃料電池の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of a polymer electrolyte fuel cell. 従来の酸素濃度計測装置の一例を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows an example of the conventional oxygen concentration measuring apparatus. レーザ光強度Ｉｔの変動例を示すグラフ。The graph which shows the example of a fluctuation | variation of the laser beam intensity It. レーザ光強度Ｉｔと蛍光強度分布画像とを取得するタイミングを示す図。It shows a timing of acquiring the laser beam intensity I t and the fluorescence intensity distribution image. 図７に示す２００分経過後から５０秒間のレーザ光強度Ｉｔの変動を示す拡大グラフ。The enlarged graph which shows the fluctuation | variation of the laser beam intensity It for 50 seconds after 200 minutes shown in FIG. 蛍光強度の平均化による酸素分圧の分解能向上を示す図。The figure which shows the resolution improvement of the oxygen partial pressure by the averaging of fluorescence intensity.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and it goes without saying that various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.

図１は、本発明の一実施形態である酸素濃度計測装置の一例を示す概略構成図である。また、図２は、レーザ光の強度Ｉｔと蛍光強度分布画像とを取得するタイミングを示す図である。なお、上述した従来の酸素濃度計測装置５１と同様のものについては、同じ符号を付している。
酸素濃度計測装置１は、光照射部１０と、撮像部２０と、蛍光塗料が塗布された検査体Ｓが配置される配置部３０と、酸素濃度計測装置１全体の制御を行うコンピュータ４０とを備える。なお、地面に水平な一方向をＸ方向とし、地面に水平でＸ方向と垂直な方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向とに垂直な方向をＺ方向とする。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an oxygen concentration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. 2 is a diagram showing a timing of acquiring the intensity of the laser light I t and the fluorescence intensity distribution image. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the conventional oxygen concentration measuring apparatus 51 mentioned above.
The oxygen concentration measuring device 1 includes a light irradiation unit 10, an imaging unit 20, an arrangement unit 30 on which an inspection object S coated with a fluorescent paint is arranged, and a computer 40 that controls the entire oxygen concentration measuring device 1. Prepare. One direction horizontal to the ground is defined as an X direction, a direction horizontal to the ground and perpendicular to the X direction is defined as a Y direction, and a direction perpendicular to the X direction and the Y direction is defined as a Z direction.

コンピュータ４０は、ＣＰＵ（制御部）４１とメモリ４４とを備え、さらにモニタ４２と操作部４３とが連結されている。ＣＰＵ４１が処理する機能をブロック化して説明すると、レーザ光源１５を制御するレーザ光強度取得部４１ａと、高速撮影カメラ２１から蛍光強度分布画像を取得する撮像装置制御部４１ｂと、酸素濃度分布を算出する酸素濃度分布算出部４１ｃとを有する。また、メモリ４４は、平均強度値設定テーブルと安定状態設定テーブルとを記憶する設定テーブル記憶領域４４ａと、レーザ光の強度Ｉｔを記憶していくレーザ光強度記憶領域４４ｂと、蛍光強度分布画像を記憶していく蛍光強度分布画像記憶領域４４ｃとを有する。 The computer 40 includes a CPU (control unit) 41 and a memory 44, and a monitor 42 and an operation unit 43 are connected to each other. The function processed by the CPU 41 will be described as a block. A laser light intensity acquisition unit 41a that controls the laser light source 15, an imaging device control unit 41b that acquires a fluorescence intensity distribution image from the high-speed imaging camera 21, and an oxygen concentration distribution calculation. And an oxygen concentration distribution calculating unit 41c. The memory 44 includes a setting table storage area 44a for storing the average intensity value setting table and a stable state setting table, the laser light intensity storage area 44b to continue to store the intensity I t of the laser beam, the fluorescence intensity distribution image And a fluorescence intensity distribution image storage area 44c.

平均強度値設定テーブルは、例えば、設定露光時間Δｔ（５００ミリ秒）の前に、レーザ光の強度Ｉｔを１秒間隔（サンプリング間隔）で１０回（サンプリング回数）検知させるとともに、設定露光時間Δｔの後に、レーザ光の強度Ｉｔを１秒間隔（サンプリング間隔）で１０回（サンプリング回数）検知させるためものである。また、安定状態設定テーブルは、例えば、レーザ光の強度Ｉｔを１秒間隔（サンプリング間隔）で１００回（サンプリング回数）検知させて、レーザ光の強度Ｉｔの変動が±２．５％以内（安定条件）になったときを安定状態と判定するためのものである。 Average intensity value setting table, for example, prior to setting the exposure time Delta] t (500 ms), 10 times with intensity I t of 1 second interval of the laser beam (sampling interval) with is (sampling number) detecting, setting exposure time after Delta] t, it is intended in order to 10 times at 1 second intervals the intensity I t of the laser beam (sampling interval) (sampling number) detected. Moreover, a stable state setting table, for example, 100 times with the intensity I t of 1 second interval of the laser beam (sampling interval) (sampling number) by detecting variation in the intensity of the laser light I t is within ± 2.5% This is for determining that the stable state is reached.

レーザ光強度取得部４１ａは、レーザ光源１５の電源がＯＮにされると、安定状態設定テーブルに基づいて、パワーメータ１１で検出された強度Ｉｔを取得して、安定状態か否かを判定する制御を行う。例えば、レーザ光強度取得部４１ａは、レーザ光の強度Ｉｔを１秒間隔で１００回検知させて、その１００回のレーザ光の強度Ｉｔの変動が±２．５％以内になったときには、安定状態と判定する。そして、安定状態と判定した後、モニタ４２に安定状態となったことを表示する。一方、１００回のレーザ光の強度Ｉｔの変動が±２．５％以内でないときには、安定状態でないと判定する。そして、安定状態でないと判定した後、モニタ４２に安定していないことを表示する。これにより、測定者は、レーザ光の強度Ｉｔの変動が安定しているか否かを知ることができ、その結果、レーザ光の強度Ｉｔの変動が安定した状態で計測を行うことができる。 Laser light intensity acquisition unit 41a, when the power of the laser light source 15 is ON, the based on the stable state setting table, acquires the detected intensity I t at the power meter 11, determine whether a stable state Control. For example, the laser light intensity acquisition unit 41a, when it the intensity I t of the laser light is detected 100 times at 1 second intervals, changes in its 100 times of the laser beam intensity I t becomes within ± 2.5% is The stable state is determined. Then, after determining the stable state, the monitor 42 displays that the stable state has been reached. On the other hand, when the variation of the 100 times of the laser beam intensity I t is not within ± 2.5%, it is determined not to be the stable state. Then, after determining that the state is not stable, the monitor 42 displays that the state is not stable. Thus, measuring person, variation of the laser beam intensity I t is possible to know whether or not the stable, so that the variation in the intensity of the laser light I t can perform measurement in a stable state .

また、レーザ光強度取得部４１ａは、撮影条件が入力されると、平均強度値設定テーブルに基づいて、パワーメータ１１で検出された強度Ｉｔを取得していく制御を行う。例えば、操作部４３で撮影条件として設定露光時間Δｔ（５００ミリ秒）と撮影回数ｘとが入力されると、レーザ光強度取得部４１ａは、撮像装置制御部４１ｂで蛍光強度分布画像を取得する前に、レーザ光の強度Ｉｔを１秒間隔で１０回検知させるとともに、撮像装置制御部４１ｂで蛍光強度分布画像を取得した後に、レーザ光の強度Ｉｔを１秒間隔で１０回検知させる。このとき、２回以上の撮影回数ｘが入力されたときには、（Ｘ−１）回目の蛍光強度分布画像を取得した後に、レーザ光の強度Ｉｔを１秒間隔で１０回検知させたものが、Ｘ回目の蛍光強度分布画像を取得する前に、検知させたものとして共通して用いられる。 Further, the laser light intensity acquisition unit 41a performs the photographing condition is input, based on the average intensity value setting table, the acquisition to continue controlling the detected intensity I t at the power meter 11. For example, when the set exposure time Δt (500 milliseconds) and the number of times of imaging x are input as the imaging conditions by the operation unit 43, the laser light intensity acquisition unit 41a acquires the fluorescence intensity distribution image by the imaging device control unit 41b. before, causes detected 10 times the intensity I t of the laser beam at 1 second intervals, after obtaining the fluorescence intensity distribution image in the imaging device control unit 41b, thereby detecting 10 times the intensity I t of the laser beam at 1 second intervals . At this time, when more than two the number of times of photographing x is input, those were detected (X-1) After obtaining the time of the fluorescence intensity distribution image, 10 times the intensity I t of the laser beam at 1 second intervals Are commonly used as detected before the X-th fluorescence intensity distribution image is acquired.

撮像装置制御部４１ｂは、撮影条件が入力されると、レーザ光強度取得部４１ａで設定露光時間Δｔの前の強度Ｉｔの取得が終了したときに、撮影条件に基づいて高速撮影カメラ２１から蛍光強度分布画像を取得して蛍光強度分布画像記憶領域４４ｃに記憶させる制御を行う。例えば、操作部４３で撮影条件として設定露光時間Δｔと撮影回数ｘとが入力されると、設定露光時間Δｔの前の強度Ｉｔの取得が終了したときに、設定露光時間Δｔの蛍光強度分布画像を高速撮影カメラ２１から取得する。このとき、２回以上の撮影回数ｘが入力されたときには、Ｘ回目の設定露光時間Δｔの前の強度Ｉｔの取得が終了する度（（Ｘ−１）回目の設定露光時間Δｔの後の強度Ｉｔの取得が終了する度）に、Ｘ回目の蛍光強度分布画像を取得して蛍光強度分布画像記憶領域４４ｃに記憶させる。 The imaging device control unit 41b, when the imaging condition is input, when the acquisition of the previous intensity I t of the set exposure time Δt in laser light intensity acquisition unit 41a is completed, the high-speed shooting camera 21 based on the imaging condition Control is performed to acquire the fluorescence intensity distribution image and store it in the fluorescence intensity distribution image storage area 44c. For example, if the set exposure time Δt as the photographing condition in the operation unit 43 and the number of times of photographing x is input, when the acquisition of the previous intensity I t of the set exposure time Δt has ended, the fluorescence intensity distribution of the set exposure time Δt An image is acquired from the high-speed camera 21. At this time, when more than two the number of times of photographing x is input, every time the acquisition of the previous intensity I t of the X-th set exposure time Δt is completed ((X-1) th set exposure time after Δt Every time the acquisition of the intensity It is completed), the X-th fluorescence intensity distribution image is acquired and stored in the fluorescence intensity distribution image storage area 44c.

酸素濃度分布算出部４１ｃは、撮像装置制御部４１ｂで取得された蛍光強度分布画像と平均強度値Ｉとを用いて平均酸素濃度分布画像を作成して表示する制御を行う。例えば、酸素濃度分布算出部４１ｃは、Ｘ回目の設定露光時間Δｔの前に取得した１０回の強度Ｉｔを平均して平均強度値Ｃ２を取得するとともに、Ｘ回目の設定露光時間Δｔの後に取得した１０回の強度Ｉｔを平均して平均強度値Ｃ１を取得する。そして、平均強度値Ｃ２と平均強度値Ｃ１とを平均した平均強度値Ｉを算出して記憶させる。次に、Ｘ回目の蛍光強度分布画像とＸ回目の平均強度値Ｉとを用いてＸ回目の酸素濃度分布画像を作成する。最後に、１回目〜ｘ回目の酸素濃度分布画像を平均して、平均酸素濃度分布画像を作成して表示する。 The oxygen concentration distribution calculation unit 41c performs control to create and display an average oxygen concentration distribution image using the fluorescence intensity distribution image and the average intensity value I acquired by the imaging device control unit 41b. For example, the oxygen concentration distribution calculating unit 41c acquires the average intensity value C2 by averaging the 10 times of the intensity I t acquired before X-th set exposure time Delta] t, after X-th set exposure time Delta] t obtained 10 times the intensity I t are averaged to obtain an average intensity value C1. Then, an average intensity value I obtained by averaging the average intensity value C2 and the average intensity value C1 is calculated and stored. Next, an Xth oxygen concentration distribution image is created using the Xth fluorescence intensity distribution image and the Xth average intensity value I. Finally, the first to xth oxygen concentration distribution images are averaged to create and display an average oxygen concentration distribution image.

ここで、酸素濃度計測装置１の使用方法について説明する。図３は、レーザ光源１５を準備する準備方法について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ１０１の処理において、測定者は、レーザ光源１５の電源をＯＮにする。
次に、ステップＳ１０２の処理において、レーザ光強度取得部４１ａは、レーザ光の強度Ｉｔを１秒間隔で１００回検知させる。 Here, a method of using the oxygen concentration measuring apparatus 1 will be described. FIG. 3 is a flowchart for explaining a preparation method for preparing the laser light source 15.
First, in the process of step S <b> 101, the measurer turns on the laser light source 15.
Next, in the process of step S102, the laser light intensity acquisition unit 41a causes the detection 100 times the intensity I t of the laser beam at 1 second intervals.

次に、ステップＳ１０３の処理において、レーザ光強度取得部４１ａは、１００回のレーザ光の強度Ｉｔの変動が±２．５％以内になったか否かを判定する。±２．５％以内になったと判定したときには、ステップＳ１０４の処理において、レーザ光の強度Ｉｔの変動が安定状態となったことを表示する。
一方、±２．５％以内になっていないと判定したときには、ステップＳ１０５の処理において、レーザ光の強度Ｉｔの変動が安定していないことを表示する。 Next, in the process of step S103, the laser light intensity acquisition unit 41a determines the variation of the 100 times of the laser beam intensity I t is whether it is within ± 2.5%. When it is determined that it is within ± 2.5%, the in the process of step S104, the variation of the intensity of the laser light I t displays that a stable state.
On the other hand, when it is determined not reached within ± 2.5%, in the processing of step S105, the variation of the intensity of the laser light I t displays a not stable.

次に、ステップＳ１０６の処理において、測定者は、レーザ光の強度Ｉｔの変動を検査することを繰り返すか否かを判断する。検査を繰り返すと判断したときには、ステップＳ１０２の処理に戻る。
一方、検査を終了すると判断したときには、本フローチャートを終了させる。 Next, in the processing in step S106, measuring person determines whether repeated to examine the variation in the intensity of the laser light I t. When it is determined that the inspection is repeated, the process returns to step S102.
On the other hand, when it is determined that the inspection is to be ended, this flowchart is ended.

次に、図４は、検査体Ｓを計測する計測方法について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ２０１の処理において、測定者は、蛍光塗料が塗布された検査体Ｓを配置部３０に配置する。
次に、ステップＳ２０２の処理において、測定者は、操作部４３で撮影条件（設定露光時間Δｔ、撮影回数ｘ）を入力する。 Next, FIG. 4 is a flowchart for explaining a measurement method for measuring the test object S.
First, in the process of step S <b> 201, the measurer places the inspection body S to which the fluorescent paint is applied on the placement unit 30.
Next, in the process of step S <b> 202, the measurer inputs photographing conditions (set exposure time Δt, number of photographing times x) using the operation unit 43.

次に、ステップＳ２０３の処理において、撮影回数パラメータＸ＝１とする。
次に、ステップＳ２０４の処理において、レーザ光強度取得部４１ａは、Ｘ回目のレーザ光の強度Ｉｔを１秒間隔で１０回検知させる。 Next, in the process of step S203, the shooting number parameter X = 1.
Next, in the process of step S204, the laser light intensity acquisition unit 41a and the intensity I t of the X-th laser beam is detected 10 times at 1 second intervals.

次に、ステップＳ２０５の処理において、撮像装置制御部４１ｂは、高速撮影カメラ２１からＸ回目の蛍光強度分布画像を取得して蛍光強度分布画像記憶領域４４ｃに記憶させる。
次に、ステップＳ２０６の処理において、レーザ光強度取得部４１ａは、Ｘ回目のレーザ光の強度Ｉｔを１秒間隔で１０回検知させる（（Ｘ−１）回目のレーザ光の強度Ｉｔを１秒間隔で１０回検知させる）。 Next, in the process of step S205, the imaging device control unit 41b acquires the X-th fluorescence intensity distribution image from the high-speed photographing camera 21, and stores it in the fluorescence intensity distribution image storage area 44c.
Next, in the process of step S206, the laser light intensity acquisition unit 41a and the intensity I t of the X-th laser light intensity I t is detected 10 times at 1 second intervals ((X-1) th laser beam It is detected 10 times at 1 second intervals).

次に、ステップＳ２０７の処理において、酸素濃度分布算出部４１ｃは、Ｘ回目の設定露光時間Δｔの前に取得した１０回の強度Ｉｔを平均して平均強度値Ｃ２ｘを取得するとともに、Ｘ回目の設定露光時間Δｔの後に取得した１０回の強度Ｉｔを平均して平均強度値Ｃ１ｘを取得して、平均強度値Ｃ２ｘと平均強度値Ｃ１ｘとを平均した平均強度値Ｉｘを算出して蛍光強度分布画像記憶領域４４ｃに記憶させる。
次に、ステップＳ２０８の処理において、Ｘ＝ｘであるか否かを判定する。Ｘ＝ｘでないと判定したときには、ステップＳ２０９の処理において、Ｘ＝Ｘ＋１として、ステップＳ２０５の処理に戻る。
一方、Ｘ＝ｘであると判定したときには、ステップＳ２１０の処理において、酸素濃度分布算出部４１ｃは、Ｘ回目の蛍光強度分布画像とＸ回目の平均強度値Ｉｘとを用いてＸ回目の酸素濃度分布画像を作成する。そして、１回目〜ｘ回目の酸素濃度分布画像を平均して、平均蛍光強度分布画像を作成して表示する。
そして、ステップＳ２１０の処理が終了すると、本フローチャートを終了させる。 Next, in the process of step S207, the oxygen concentration distribution calculating unit 41c acquires the average intensity value C2 x by averaging 10 times of the intensity I t acquired before X-th set exposure time Delta] t, X It obtains the average intensity values C1 x 10 times of the intensity I t obtained after round th set exposure time Δt average, the average intensity value C2 x and the average intensity value C1 average intensity and x has an average value I x Is calculated and stored in the fluorescence intensity distribution image storage area 44c.
Next, in the process of step S208, it is determined whether X = x. If it is determined that X = x is not satisfied, X = X + 1 is set in the process of step S209, and the process returns to step S205.
On the other hand, when it is determined that X = x, in the process of step S210, the oxygen concentration distribution calculation unit 41c uses the Xth fluorescence intensity distribution image and the Xth average intensity value Ix to perform the Xth oxygen. Create a density distribution image. Then, the first to xth oxygen concentration distribution images are averaged to create and display an average fluorescence intensity distribution image.
Then, when the process of step S210 is finished, this flowchart is finished.

以上のように、酸素濃度計測装置１によれば、レーザ光の強度Ｉｔが変動していても、高精度な酸素濃度分布画像を作成することができる。このとき、平均強度値Ｉと、蛍光強度分布画像を取得する際の強度Ｉｔ’との差分ΔＩは、０から（｜Ａ−Ｂ｜）／２までの間の数値となることが期待でき、その結果、従来のものと比較して１／２程度にズレ量を抑制することができる。 As described above, according to the oxygen concentration measuring device 1, even if the intensity I t of the laser beam is not changed, it is possible to create a highly accurate oxygen concentration distribution image. At this time, the difference ΔI between the average intensity value I and the intensity I t ′ when the fluorescence intensity distribution image is acquired can be expected to be a value between 0 and (| A−B |) / 2. As a result, the amount of deviation can be reduced to about ½ compared to the conventional one.

本発明は、測定対象領域に蛍光塗料を塗布し、この蛍光塗料面に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度分布を撮影することにより、測定対象領域の酸素濃度分布を計測する酸素濃度計測装置等に利用することができる。   The present invention measures the oxygen concentration distribution in the measurement target area by applying fluorescent paint to the measurement target area, generating fluorescence by irradiating the fluorescent paint surface with excitation light, and photographing the fluorescence intensity distribution. It can be used for an oxygen concentration measuring device.

１ 酸素濃度計測装置
１０ 光照射部
１１ パワーメータ（検知部）
１５ レーザ光源
２０ 撮像部
２１ 高速撮影カメラ（撮像装置）
４０ 制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oxygen concentration measuring device 10 Light irradiation part 11 Power meter (detection part)
15 Laser light source 20 Imaging unit 21 High-speed photographing camera (imaging device)
40 Control unit

Claims (4)

酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布された測定対象領域に、励起光を照射する光源と、当該励起光の強度Ｉｔを検知する検知部とを有する光照射部と、
前記測定対象領域に塗布された蛍光塗料面からの蛍光を設定露光時間の間、検出することで、当該蛍光塗料面の蛍光強度分布画像を取得する撮像装置を有する撮像部と、
前記蛍光強度分布画像及び励起光の強度Ｉｔとに基づいて、前記測定対象領域の酸素濃度分布を計測する制御部とを備える燃料電池の酸素濃度計測装置であって、
前記制御部は、前記設定露光時間の前に、励起光の強度Ｉｔを少なくとも２回検知させるとともに、前記設定露光時間の後に、励起光の強度Ｉｔを少なくとも２回検知させることにより、前記設定露光時間の前に検知させた少なくとも２回の励起光の強度Ｉ ｔ と、前記設定露光時間の後に検知させた少なくとも２回の励起光の強度Ｉ ｔ とを用いて前記測定対象領域の酸素濃度分布を計測することを特徴とする酸素濃度計測装置。 The measurement target area fluorescent paint having an oxygen quenching is applied, a light irradiation unit including a light source for irradiating excitation light, and a detector for detecting the intensity I t of the excitation light,
An imaging unit having an imaging device for acquiring a fluorescence intensity distribution image of the fluorescent paint surface by detecting fluorescence from the fluorescent paint surface applied to the measurement target region for a set exposure time;
The fluorescence intensity distribution image and on the basis of the intensity I t of the excitation light, an oxygen concentration measuring device for a fuel cell and a control unit for measuring the oxygen concentration distribution of the measurement target region,
Wherein, prior to the set exposure time, the intensity I t of the excitation light causes detected least twice, after the set exposure time, by detecting the intensity I t of the excitation light at least two times, wherein setting the intensity I t of at least two excitation light was detected prior to the exposure time, the oxygen of the measurement target region using the intensity I t of at least two excitation light is detected after the set exposure time An oxygen concentration measuring apparatus characterized by measuring a concentration distribution . 前記制御部は、前記設定露光時間の前に検知させた少なくとも２回の励起光の強度Ｉｔと、前記設定露光時間の後に検知させた少なくとも２回の励起光の強度Ｉｔとを平均して、平均強度値Ｉを取得して、
前記蛍光強度分布画像及び励起光の平均強度値Ｉに基づいて、前記測定対象領域の酸素濃度分布を計測することを特徴とする請求項１に記載の酸素濃度計測装置。 Wherein the control unit averages the intensity I t of at least two excitation light was detected prior to the set exposure time, the intensity I t of at least two excitation light was detected after the set exposure time To obtain an average intensity value I,
The oxygen concentration measurement apparatus according to claim 1, wherein an oxygen concentration distribution in the measurement target region is measured based on the fluorescence intensity distribution image and an average intensity value I of excitation light. 前記制御部は、前記設定露光時間の前に検知させた少なくとも２回の励起光の強度Ｉｔに基づいて、励起光の強度Ｉｔが安定したか否かを判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の酸素濃度計測装置。 Wherein the control unit, according to the setting based on the intensity I t of at least two excitation light was detected prior to the exposure time, the intensity I t of the excitation light and judging whether stable Item 3. The oxygen concentration measuring apparatus according to Item 1 or 2. 前記制御部は、前記測定対象領域に塗布された蛍光塗料面からの蛍光を設定露光時間の間検出することを繰り返すことにより、複数枚の蛍光強度分布画像を取得して、複数枚の蛍光強度分布画像及び平均強度値Ｉを用いて平均酸素濃度分布を計測することを特徴とする請求項２に記載の酸素濃度計測装置。 The control unit obtains a plurality of fluorescence intensity distribution images by repeatedly detecting the fluorescence from the fluorescent paint surface applied to the measurement target region for a set exposure time, thereby obtaining a plurality of fluorescence intensities. 3. The oxygen concentration measuring apparatus according to claim 2, wherein an average oxygen concentration distribution is measured using the distribution image and the average intensity value I.
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