JP6264912B2 - 温度及び酸素濃度測定装置 - Google Patents

温度及び酸素濃度測定装置 Download PDF

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本発明は、温度消光特性を有する蛍光体の発光強度と酸素消光特性を有する蛍光体の発光強度とを利用して蛍光体に接する気体の温度及び酸素濃度を測定する、温度及び酸素濃度測定装置に関する。
従来より、温度上昇に伴って発光強度が減衰する温度消光特性と呼ばれる特性を有する蛍光体が知られている。たとえば、希土類酸化物蛍光体は温度消光特性を有しており、その特性を用いて、温度を測定することができる。
このような温度消光特性を有する蛍光体を用いて温度を測定する際に用いられる１つの手法として、二波長強度比法がある。二波長強度比法においては、温度上昇に伴う発光強度の減衰の差を利用して温度を測定する。具体的には、蛍光体には、当該蛍光体の発光強度の減衰の程度が、一の波長と当該一の波長とは異なる他の波長とにおいて温度が同様に変化したときに、蛍光体の発光強度の減衰の程度が異なるものがある。このような蛍光体のこの２つの波長における発光強度比と温度変化との関係を利用することで、温度を測定することができる。
実際に二波長強度比法を用いて、温度測定が行われている。例えば、セラミックに蛍光粒子ＹＡＧ：Ｄｙが塗布され、ニモニック合金上に蛍光粒子ＹＳＺ：Ｄｙが塗布され、それぞれの固体壁面上での温度分布が、二波長強度比法が用いられて測定されている。また、固体壁面上に設置された熱電対による温度計測も同時に行われ、蛍光体との測定温度の比較が行われている（非特許文献１）。また、エンジン内のガス中の二次元温度に対してＹＡＧ：Ｄｙが用いられて、９００Ｋ程度の温度の測定が行われている（非特許文献２）。また、高温の乱流噴流に対してＢＡＭとＹＡＧ：Ｄｙとが用いられて、３００Ｋ〜８５０Ｋの温度域での温度の測定が行われている（非特許文献３）。
一方、蛍光体の発光強度や、電極間に生ずる電流値に基づき酸素濃度を検出することが行われている（特許文献１、特許文献２）。
特開２０１３−１０８８１１号公報 特開２０１３−２１７７３７号公報
Ａ．Ｌ．Ｈｅｙｅｓ ｅｔ ａｌ．， Ｔｗｏ−Ｃｏｌｏｕｒ ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｒｙ ｆｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ， Ｏｐｔｉｃｓ ＆ Ｌａｓｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ３８， （２００６）， ｐｐ．２５７ 長谷川 亮， レーザ誘起Ｐｈｏｓｐｈｏｒによる二次元ガス温度計測， 日本機械学会論文集， ７４， （２００８）， ｐｐ．７４２ Ｍ． Ｌａｗｒｅｎｃｅ ｅｔ ａｌ．， Ｇａｓ ｐｈａｓｅ ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｒｙ ｏｆ ｈｏｔ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｊｅｔｓ ｕｓｉｎｇ ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ， Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ， ２１， １０， （２０１３）， ｐｐ．１２２６０ Ｇｕｓｔａｆ Ｓａｒｎｅｒ ｅｔ ａｌ．， Ｕｓｉｎｇ ｏｘｙｇｅｎ−ｑｕｅｎｃｈｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｐａｉｎｔ ｆｏｒ ｏｘｙｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｌｏｗ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ， Ｍｅａｓ． Ｓｃｉ． （２００８）， Ｔｅｃｈｎｏｌ．， １９，
しかし、前述したような従来の技術においては、いずれも温度、酸素濃度のうちのいずれか一方のみ測定可能であり、温度及び酸素濃度の両方を測定することはできなかった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、蛍光体の温度消光特性及び酸素消光特性を用いて、蛍光体に接する気体の温度及び酸素濃度を測定する、温度及び酸素濃度測定装置を提供することを目的とする。
本発明は、少なくとも温度消光特性を有する第１蛍光体と少なくとも酸素消光特性を有する第２蛍光体とを含む少なくとも２種類の蛍光体からの光を受光可能な受光部と、前記受光部において受光した前記少なくとも２種類の蛍光体からの光の分光スペクトル中の第１波長、第２波長、第３波長、及び、第４波長における前記少なくとも２種類の蛍光体の発光強度を検出可能な発光強度検出部と、前記発光強度検出部において検出された前記第１波長及び前記第２波長における前記第１蛍光体の発光強度に基づき、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の温度を出力し、前記発光強度検出部において検出された前記第３波長における前記第１蛍光体の発光強度と前記発光強度検出部において検出された前記第４波長における前記第２蛍光体の発光強度とに基づき、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の酸素濃度を出力する制御を行う制御部と、を備え、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の温度をＴとし、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の酸素濃度をＯとし、分光スペクトルに含まれる波長をＷとしたときの前記第１蛍光体の発光強度をＩ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、前記第２蛍光体の発光強度をＩ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、常温をＴ０とし、酸素濃度０％をＯ０とし、任意の波長をそれぞれＷＡ、ＷＢ、ＷＣ、ＷＤとし、前記第１波長をＷ１とし、前記第２波長をＷ２とし、前記第３波長をＷ３とし、前記第４波長をＷ４とし、温度基準の二波長強度比ＲＴをＲＴ＝｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＡ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ０，ＷＡ）｝／｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＢ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ０，ＷＢ）｝と定義し、酸素濃度基準の二波長強度比ＲｏをＲ０＝｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＣ）／Ｉ（Ｔ，Ｏ０，ＷＣ）｝／｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＤ）／Ｉ（Ｔ，Ｏ０，ＷＤ）｝と定義し、ＲＴ−１＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ１）｝／｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ２）｝により定まる温度基準の二波長強度比ＲＴ−１が、温度Ｔの変化に伴い変化し、Ｒ０−１＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ３）／Ｉ１（Ｔ，Ｏ０，Ｗ３）｝／｛Ｉ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ４）／Ｉ２（Ｔ，Ｏ０，Ｗ４）｝により定まる酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−１が、酸素濃度Ｏの変化に伴い変化し、Ｒ０−２＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ１（Ｔ，Ｏ０，Ｗ１）｝／｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）／Ｉ１（Ｔ，Ｏ０，Ｗ２）｝により定まる酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２が、酸素濃度Ｏが変化しても変化しないときに、前記制御部は、温度基準の二波長強度比ＲＴ−１の値に基づいて、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の温度Ｔを出力すると共に、前記第４波長Ｗ４が前記第１波長Ｗ１、前記第２波長Ｗ２のいずれとも異なるときの酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−１の値に基づいて、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の酸素濃度Ｏを出力する制御を行う、温度及び酸素濃度測定装置に関する。
また、本発明は、少なくとも酸素消光特性を有する第１蛍光体と少なくとも温度消光特性を有する第２蛍光体とを含む少なくとも２種類の蛍光体からの光を受光可能な受光部と、前記受光部において受光した前記少なくとも２種類の蛍光体からの光の分光スペクトル中の第１波長、第２波長、第３波長、及び、第４波長における前記少なくとも２種類の蛍光体の発光強度を検出可能な発光強度検出部と、前記発光強度検出部において検出された前記第１波長及び前記第２波長における前記第１蛍光体の発光強度に基づき、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の酸素濃度を出力し、前記発光強度検出部において検出された前記第３波長における前記第１蛍光体の発光強度と前記発光強度検出部において検出された前記第４波長における前記第２蛍光体の発光強度とに基づき、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の温度を出力する制御を行う制御部と、を備え、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の温度をＴとし、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の酸素濃度をＯとし、分光スペクトルに含まれる波長をＷとしたときの前記第１蛍光体の発光強度をＩ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、前記第２蛍光体の発光強度をＩ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、常温をＴ０とし、酸素濃度０％をＯ０とし、任意の波長をそれぞれＷＡ、ＷＢ、ＷＣ、ＷＤとし、前記第１波長をＷ１とし、前記第２波長をＷ２とし、前記第３波長をＷ３とし、前記第４波長をＷ４とし、酸素濃度基準の二波長強度比ＲｏをＲ０＝｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＣ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ０，ＷＣ）｝／｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＤ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ０，ＷＤ）｝と定義し、温度基準の二波長強度比ＲＴをＲＴ＝｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＡ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ，ＷＡ）｝／｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＢ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ，ＷＢ）｝と定義し、ＲＯ−２１＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ１）｝／｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ２）｝により定まる酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２１が、酸素濃度Ｏの変化に伴い変化し、ＲＴ−２１＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ３）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ，Ｗ３）｝／｛Ｉ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ４）／Ｉ２（Ｔ０，Ｏ，Ｗ４）｝により定まる温度基準の二波長強度比ＲＴ−２１が、温度Ｔの変化に伴い変化し、ＲＴ−２２＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ，Ｗ１）｝／｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ，Ｗ２）｝により定まる温度基準の二波長強度比ＲＴ−２２が、温度Ｔが変化しても変化しないときに、前記制御部は、酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２１の値に基づいて、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の酸素濃度Ｏを出力すると共に、前記第４波長Ｗ４が前記第１波長Ｗ１、前記第２波長Ｗ２のいずれとも異なるときの温度基準の二波長強度比ＲＴ−２１の値に基づいて、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の温度Ｔを出力する制御を行う、温度及び酸素濃度測定装置に関する。
また、任意の温度をＴ１とし、任意の酸素濃度をＯ１とし、前記少なくとも２種類の蛍光体の分光スペクトル中で前記第１蛍光体の発光強度が得られず前記第２蛍光体の発光強度が得られる波長を基準波長ＷＳとし、前記少なくとも２種類の蛍光体の発光強度をＩｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、比ｒ１をｒ１＝Ｉ２（Ｔ１，Ｏ１，Ｗ１）／Ｉ２（Ｔ１，Ｏ１，ＷＳ）と定義し、比ｒ１が、任意の温度Ｔ１及び任意の酸素濃度Ｏ１のいずれが変化しても変化しないときに、前記制御部は、比ｒ１をＩｃ（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）に対して乗算して得られた値を、Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）から減算することにより、Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）を得る制御を行うことが好ましい。
また、任意の温度をＴ２とし、任意の酸素濃度をＯ２とし、前記少なくとも２種類の蛍光体の分光スペクトル中で前記第１蛍光体の発光強度が得られず前記第２蛍光体の発光強度が得られる波長を基準波長ＷＳとし、前記少なくとも２種類の蛍光体の発光強度をＩｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、比ｒ２をｒ２＝Ｉ２（Ｔ２，Ｏ２，Ｗ２）／Ｉ２（Ｔ２，Ｏ２，ＷＳ）と定義し、比ｒ２が、任意の温度Ｔ２及び任意の酸素濃度Ｏ２のいずれが変化しても変化しないときに、前記制御部は、比ｒ２をＩｃ（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）に対して乗算して得られた値を、Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）から減算することにより、Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）を得る制御を行うことが好ましい。
また、前記基準波長ＷＳは、前記第４波長Ｗ４と同一であることが好ましい。また、前記第１波長Ｗ１は、前記第３波長Ｗ３と同一であることが好ましい。又は、前記第２波長Ｗ２は、前記第３波長Ｗ３と同一であることが好ましい。
本発明によれば、蛍光体の温度消光特性及び酸素消光特性を用いて、蛍光体に接する気体の温度及び酸素濃度を測定する、温度及び酸素濃度測定装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１を示す概略図である。 本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１で用いられるＲＴ−１及びＲＯ−１のテーブル作成のための装置を示す概略図である。 本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１で用いられるＲＴ−１及びＲＯ−１のテーブル作成のための装置を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１で用いられるＲＴ−１及びＲＯ−１のテーブル作成の手順を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１による温度測定で用いられる第１蛍光体３のＲＴ−１と温度との関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１による温度測定で用いられる第１蛍光体３のＲＯ−２と酸素濃度との関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１による温度測定で用いられる第２蛍光体４のＲＴ−１０１と温度との関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１による温度測定で用いられる第２蛍光体４のＲＯ−１０２と酸素濃度との関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１による温度測定で用いられる第１蛍光体３及び第２蛍光体４のＲＴ−１であって比ｒ１や比ｒ２が用いられて乗算・減算処理が行われて得られたＲＴ−１と温度との関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１による酸素濃度測定で用いられる第１蛍光体３及び第２蛍光体４のＲＯ−１と酸素濃度との関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１による温度及び酸素濃度測定で用いられる第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光強度と波長との関係を示すグラフである。 図１３の要部を拡大したグラフである。 本発明の第２実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１で用いられるＲＴ−２１及びＲＯ−２１のテーブル作成の手順を示すフローチャートである。
以下、本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１について、図１〜図１４を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１を示す概略図である。図２は、本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１を示すブロック図である。図３は、本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１の動作を示すフローチャートである。図４は、本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１で用いられるＲＴ−１及びＲＯ−１のテーブル作成のための装置を示す概略図である。
図５は、本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１で用いられるＲＴ−１及びＲＯ−１のテーブル作成のための装置を示すブロック図である。図６は、本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１で用いられるＲＴ−１及びＲＯ−１のテーブル作成の手順を示すフローチャートである。図７は、本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１による温度測定で用いられる第１蛍光体３のＲＴ−１と温度との関係を示すグラフである。図８は、本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１による温度測定で用いられる第１蛍光体３のＲＯ−２と酸素濃度との関係を示すグラフである。図９は、本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１による温度測定で用いられる第２蛍光体４のＲＴ−１０１と温度との関係を示すグラフである。
図１０は、本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１による温度測定で用いられる第２蛍光体４のＲＯ−１０２と酸素濃度との関係を示すグラフである。図１１は、本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１による温度測定で用いられる第１蛍光体３及び第２蛍光体４のＲＴ−１であって比ｒ１や比ｒ２が用いられて乗算・減算処理が行われて得られたＲＴ−１と温度との関係を示すグラフである。図１２は、本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１による酸素濃度測定で用いられる第１蛍光体３及び第２蛍光体４のＲＯ−１と酸素濃度との関係を示すグラフである。図１３は、本発明の第１実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１による温度及び酸素濃度測定で用いられる第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光強度と波長との関係を示すグラフである。図１４は、図１３の要部を拡大したグラフである。
図１に示すように、温度及び酸素濃度測定装置１は、例えば、測定対象物において温度及び酸素濃度の測定要求される箇所にある気体の温度及び酸素濃度を測定する。測定対象物は、例えば、高温型の燃料電池２であるＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）である。より具体的には、温度及び酸素濃度測定装置１は、例えば、高温型の燃料電池２であるＳＯＦＣにおいて、温度及び酸素濃度の測定要求される箇所に混合されて塗布された第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光強度に対してＵＶ光源からの励起光を照射し、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光強度に基づき、温度及び酸素濃度の両方の測定を行う。
温度及び酸素濃度測定装置１は、照射部１０としてのＵＶ光源１１と、受光部２０としてのカメラ２１及びバンドパスフィルタ２２と、パーソナルコンピュータ３０（以下「ＰＣ３０」と言う）と、凸レンズ１２と、ダイクロイックミラー１３とを有している。ＵＶ光源１１は、励起光として４００ｎｍ付近の光を照射可能である。凸レンズ１２は、ＵＶ光源１１からの励起光をフォーカスさせる。ダイクロイックミラー１３は、フォーカスされた励起光のうちの、例えば４５０ｎｍ未満の波長の光を反射し、６００ｎｍ以上の波長の光を透過させる。具体的には、ダイクロイックミラー１３は、ＵＶ光源１１からの励起光の励起波長成分を反射させ、第１蛍光体３及び第２蛍光体４へ照射させる。また、励起光の励起波長成分による第１蛍光体３及び第２蛍光体４への照射によって、第１蛍光体３及び第２蛍光体４は発光（蛍光）するが、ダイクロイックミラー１３は、当該発光による光を透過させ、バンドパスフィルタ２２及びカメラ２１に導く。
バンドパスフィルタ２２は、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光（蛍光）による光の波長のうちの、比較的発光強度の高い帯域のみを通過させる。カメラ２１は、バンドパスフィルタ２２を通過した、第１蛍光体３及び第２蛍光体４からの光、即ち、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光（蛍光）による光を受光可能である。
図２に示すように、ＰＣ３０は、制御部３１と、発光強度検出部としての画像解析部３２と、測定温度・酸素濃度表示部３３とを有しており、カメラ２１及びＵＶ光源１１に電気的に接続されている。制御部３１及び画像解析部３２は、ＣＰＵ等により構成されており、ＣＰＵは、メモリ及び記憶媒体（図示せず）に電気的に接続されている。記憶媒体（図示せず）には、温度基準の二波長強度比ＲＴ−１に対応する温度の値と、酸素濃度基準の二波長強度比Ｒｏ−１に対応する酸素濃度の値が、ＲＴ−１、Ｒｏ−１それぞれを変化させた値に一対一で対応して、数値のデータのテーブルとして記憶されている。また、記憶媒体（図示せず）には、後述する発光強度比の情報（比ｒ１、比ｒ２）が記憶されている。
画像解析部３２は、カメラ２１が受光した第１蛍光体３及び第２蛍光体４からの光から、光の分光スペクトル中の第１波長Ｗ１、第２波長Ｗ２、第３波長Ｗ３、及び、第４波長Ｗ４を含む範囲の波長における第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光強度を検出可能である。画像解析部３２は、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光強度は、制御部３１へ出力される。
制御部３１は、ＵＶ光源１１に対して、励起光としての４００ｎｍ付近の光を照射する制御を行う。また、制御部３１は、カメラ２１に対して、バンドパスフィルタ２２を透過した第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光（蛍光）による光を受光し、これに基づく電気信号をＰＣ３０へ出力する制御を行う。
また、制御部３１は、発光強度検出部としての画像解析部３２において検出された第１波長Ｗ１及び第２波長Ｗ２における第１蛍光体３の発光強度に基づき、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度を測定温度・酸素濃度表示部３３に出力する制御を行う。また、画像解析部３２において検出された第３波長Ｗ３における第１蛍光体３の発光強度と画像解析部３２において検出された第４波長Ｗ４における第２蛍光体４の発光強度とに基づき、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度を測定温度・酸素濃度表示部３３に出力する制御を行う。
測定温度・酸素濃度表示部３３は、ＰＣ３０に電気的に接続されているモニタにより構成されている。モニタ上に、制御部３１から出力された、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度と酸素濃度とを表示可能である。
制御部３１による、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度及び酸素濃度の出力の制御は、以下のとおりである。ここで、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度をＴと定義する。また、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度をＯと定義する。また、分光スペクトルに含まれる波長をＷとしたときの第１蛍光体３の発光強度をＩ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ）と定義する。また、第２蛍光体４の発光強度をＩ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ）と定義する。また、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光強度（第１蛍光体３と第２蛍光体４とが混合されたものの発光強度＝第１蛍光体３の発光強度と第２蛍光体４の発光強度との和）をＩｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ）と定義する。
また、常温をＴ０と定義する。また、酸素濃度０％をＯ０と定義する。また、任意の波長をそれぞれＷＡ、ＷＢ、ＷＣ、ＷＤと定義する。また、第１波長をＷ１と定義する。また、第２波長をＷ２と定義する。また、第３波長をＷ３と定義する。また、第４波長をＷ４と定義する。少なくとも２種類の蛍光体の分光スペクトル中で第１蛍光体３の発光強度が得られず第２蛍光体４の発光強度が得られる波長を基準波長ＷＳと定義する。ここで、「第１蛍光体３の発光強度が得られず」とは、全く発光強度が得られない場合のみに限定されるものではなく、第１蛍光体３の発光強度が第２蛍光体４の発光強度に対して極めて弱い場合、例えば、第１蛍光体３の発光強度が第２蛍光体４の発光強度の１／２０程度以下である場合も含まれることを意味する。
また、温度基準の二波長強度比ＲＴを
ＲＴ＝｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＡ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ０，ＷＡ）｝／｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＢ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ０，ＷＢ）｝
と定義し、酸素濃度基準の二波長強度比Ｒｏを
Ｒ０＝｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＣ）／Ｉ（Ｔ，Ｏ０，ＷＣ）｝／｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＤ）／Ｉ（Ｔ，Ｏ０，ＷＤ）｝
と定義する。また、任意の温度をＴ１、Ｔ２と定義し、任意の酸素濃度をＯ１、Ｏ２と定義する。また、記憶媒体に記憶してある強度比の情報である比ｒ１を
ｒ１＝Ｉ２（Ｔ１，Ｏ１，Ｗ１）／Ｉ２（Ｔ１，Ｏ１，ＷＳ）
と定義し、比ｒ２を
ｒ２＝Ｉ２（Ｔ２，Ｏ２，Ｗ２）／Ｉ２（Ｔ２，Ｏ２，ＷＳ）
と定義する。
先ず、制御部３１は、ＵＶ光源１１に対して、励起光としての４００ｎｍ付近の光を照射する制御を行う（Ｓ１１）。次に、制御部３１は、カメラ２１に対して、バンドパスフィルタ２２を透過した第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光（蛍光）による光を受光し、これに基づく電気信号をＰＣ３０へ出力する制御を行う。これにより画像解析部３２は、カメラ２１が受光した第１蛍光体３及び第２蛍光体４からの光から、光の分光スペクトル中の第１波長Ｗ１、第２波長Ｗ２、第３波長Ｗ３、第４波長Ｗ４、及び、基準波長ＷＳにおける第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光強度を検出し、制御部３１へ出力する（Ｓ１２）。
本実施形態では、第１蛍光体３として「Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ」を用い、第２蛍光体４として「Ｙ２Ｏ３：Ｔｂ」を用いる。従って、第１蛍光体３及び第２蛍光体４は、それぞれ温度消光特性と酸素消光特性との両方を有する。また、基準波長ＷＳとして５４３ｎｍを用い、第１波長Ｗ１として５８７ｎｍを用い、第２波長Ｗ２として６１５ｎｍを用いる。また、第３波長Ｗ３として第２波長Ｗ２と同一の６１５ｎｍを用い、第４波長Ｗ４として基準波長ＷＳと同一の５４３ｎｍを用いる。従って、第４波長Ｗ４は、第１波長Ｗ１、第２波長Ｗ２のいずれとも異なっており、第２波長Ｗ２は、第３波長Ｗ３と同一である。
第１蛍光体３を「Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ」により構成し、第２蛍光体４を「Ｙ２Ｏ３：Ｔｂ」により構成し、前述のように、基準波長ＷＳ、第１波長Ｗ１、第２波長Ｗ２、第３波長Ｗ３、第４波長Ｗ４を選定して用いることにより、以下の条件を得ることができる。
図７、図１１のグラフに示すように、
ＲＴ−１＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ１）｝／｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ２）｝
により定まる温度基準の二波長強度比ＲＴ−１が、温度Ｔの変化に伴い変化する。また、図１２のグラフに示すように、
Ｒ０−１＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ３）／Ｉ１（Ｔ，Ｏ０，Ｗ３）｝／｛Ｉ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ４）／Ｉ２（Ｔ，Ｏ０，Ｗ４）｝
により定まる酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−１が、酸素濃度Ｏの変化に伴い変化する。また、図８のグラフに示すように、
Ｒ０−２＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ１（Ｔ，Ｏ０，Ｗ１）｝／｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）／Ｉ１（Ｔ，Ｏ０，Ｗ２）｝
により定まる酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２が、酸素濃度Ｏが変化しても変化しない。
また、比ｒ１任意の温度Ｔ１及び任意の酸素濃度Ｏ１のいずれが変化しても変化しない。即ち、図９のグラフに示すように、
ＲＴ−１０１＝｛Ｉ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ２（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ１）｝／｛Ｉ２（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）／Ｉ２（Ｔ０，Ｏ０，ＷＳ）｝
により定まる温度基準の二波長強度比ＲＴ−１０１が、温度Ｔの変化に伴い変化しない。更に、図１０のグラフに示すように、
Ｒ０−１０２＝｛Ｉ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ２（Ｔ，Ｏ０，Ｗ１）｝／｛Ｉ２（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）／Ｉ２（Ｔ，Ｏ０，ＷＳ）｝により定まる酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−１０２が、酸素濃度Ｏが変化しても変化しない。
同様に、比ｒ２任意の温度Ｔ２及び任意の酸素濃度Ｏ２のいずれが変化しても変化しない。
次に、制御部３１は、記憶媒体に記憶してある強度比の情報（比ｒ１）を基準波長ＷＳにおける発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）に対して乗算する（Ｓ１３）。前述の基準波長ＷＳの定義より、基準波長ＷＳにおける発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）は、基準波長ＷＳにおける発光強度Ｉ２（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）に等しいか又は略等しい。このため、乗算して得られた値を、温度測定用の波長である第１波長Ｗ１における、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の２種類の蛍光体の発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）から減算することにより、第１波長Ｗ１における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）を得る（Ｓ１３）。
また、制御部３１は、記憶媒体に記憶してある強度比の情報（比ｒ２）を基準波長ＷＳにおける発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）に対して乗算する（Ｓ１３）。乗算して得られた値を、温度測定用の波長である第２波長Ｗ２における、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の２種類の蛍光体の発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）から減算することにより、第２波長Ｗ２における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）を得る（Ｓ１３）。
次に、制御部３１は、第２波長Ｗ２における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）と、第１波長Ｗ１における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）とを用いて温度基準の二波長強度比ＲＴ−１を算出する。そして制御部３１は、温度基準の二波長強度比ＲＴ−１の値に基づいて、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度Ｔを出力する。具体的には、制御部３１は、記憶媒体に予め数値のデータのテーブルとして記憶されている値であって、算出したＲＴ−１の値に一対一対応する温度の値を、測定温度・酸素濃度表示部３３に出力する（Ｓ１４）。
次に、酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−１の値に基づいて、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度Ｏを出力する制御を行う。具体的には、第３波長Ｗ３における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ３）と、第４波長をＷ４における第２蛍光体４のみによる発光強度Ｉ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ４）とを用いて酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−１を算出する。そして、記憶媒体に予め数値のデータのテーブルとして記憶されている値であって、ステップＳ１４において出力した温度の値における算出したＲＯ−１の値に一対一対応する酸素濃度の値を、測定温度・酸素濃度表示部３３に出力する（Ｓ１５）。
上述のように、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度を出力する際には、温度及び酸素濃度測定装置１の記憶媒体（図示せず）に予め数値のデータのテーブルとして記憶されている温度の値であって、算出したＲＴ−１の値に一対一対応する温度の値が用いられる。また、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度を出力する際には、温度及び酸素濃度測定装置１の記憶媒体に予め数値のデータのテーブルとして記憶されている酸素濃度の値であって、ステップＳ１４において出力した温度の値における算出したＲＯ−１の値に一対一対応する酸素濃度の値が用いられる。これらの値は、温度及び酸素濃度の測定前に、以下の波長決定・混合比決定装置１０１が用いられて予め求められ、温度及び酸素濃度測定装置１の記憶媒体に記憶されている。
図４に示すように、波長決定・混合比決定装置１０１は、照射部１１０としてのＵＶ光源１１１と、凸レンズ１１２と、ダイクロイックミラー１１３と、受光部１２０としての分光器１２３と、パーソナルコンピュータ（以下「ＰＣ１３０」と言う）と、所定温度発生室１４０とを有している。ＰＣ１３０は、制御部１３１とスペクトル解析部１３２とを有しており、ＵＶ光源１１１と分光器１２３とにそれぞれ電気的に接続されている。制御部１３１及びスペクトル解析部１３２は、ＣＰＵ等により構成されており、ＣＰＵは、メモリ及び記憶媒体（図示せず）に電気的に接続されている。
ＵＶ光源１１１は、励起光として４００ｎｍ付近の光を照射可能である。ＵＶ光源１１１は、凸レンズ１１２、ダイクロイックミラー１１３を通して、当該励起光を第１蛍光体３及び第２蛍光体４へ照射する。励起光の励起波長成分による第１蛍光体３及び第２蛍光体４への照射によって、第１蛍光体３及び第２蛍光体４は発光（蛍光）するが、分光器１２３から入光した第１蛍光体３及び第２蛍光体４からの光、即ち、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光（蛍光）による光を、分光し、分光スペクトルを得る。分光器１２３は、得られた分光スペクトルをスペクトル解析部１３２へ出力する。分光器１２３は、カメラ２１及びバンドパスフィルタ２２と付け替え可能である。
所定温度発生室１４０内には、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の温度を測定する熱電対１４１が設けられており、熱電対１４１には熱電対ロガー１４２が電気的に接続されている。また、所定温度発生室１４０には、雰囲気ガス供給部１４３が接続されており、雰囲気ガス供給部１４３は、所定温度発生室１４０内に窒素及び酸素からなる雰囲気ガスを供給可能である。
制御部１３１（図５参照）は、スペクトル解析部１３２に対して、分光スペクトルを取得し、基準波長ＷＳと、温度測定用の２波長である第１波長Ｗ１と、第２波長Ｗ２と、酸素濃度測定用の２波長である第３波長Ｗ３と、第４波長Ｗ４とを選定し、記憶媒体（図示せず）に記憶する制御を行う。また、制御部１３１は、強度比の情報である比ｒ１、比ｒ２を算出し、記憶媒体に記憶する制御を行う。
更に、分光器１２３をカメラ２１及びバンドパスフィルタ２２と取り替えると共に、ＰＣ１３０をＰＣ３０と取り替える。制御部３１は、カメラ２１及びバンドパスフィルタ２２を用いて比ｒ１及び比ｒ２を取得し、これらを記憶媒体に記憶する制御を行う。また、制御部３１は、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度をＴと酸素濃度をＯとを様々な値に変化させたときの、温度基準の二波長強度比ＲＴ−１の値と、酸素濃度基準の二波長強度比Ｒ０−１の値とを、選定された基準波長ＷＳと、温度測定用の２波長Ｗ１と、Ｗ２と、酸素濃度測定用の２波長Ｗ３と、Ｗ４と、算出された比ｒ１、比ｒ２に基づき算出し、これらを数値のデータのテーブルとして、記憶媒体に記憶する制御を行う。
このような制御は、具体的には以下のとおりである。先ず、制御部１３１は、分光器１２３に対して、第２蛍光体４と混合する前の第１蛍光体３のみの発光（蛍光）による光の分光スペクトルを取得する制御を行う（Ｓ１１１）。次に、制御部１３１は、温度測定用の２波長Ｗ１と、Ｗ２を選定するために、第１蛍光体３のみの発光（蛍光）による光の分光スペクトルから発光ピークを２つ選定し、発光ピークにおける２波長をＷＡと、ＷＢとする（Ｓ１１２）。次に、制御部１３１は、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度及び酸素濃度を様々に変化させたときに、２波長をＷＡと、ＷＢにおける温度基準の二波長強度比ＲＴ−１と酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２とを算出する（Ｓ１１３）。
次に、制御部１３１は、ステップＳ１１３において、図７に示すように算出したＲＴ−１が温度の変化に対して単調且つ大きく変化しているか否かの判断を行う（Ｓ１１４）。ＲＴ−１が温度の変化に対して単調且つ大きく変化していれば、ＲＴ−１の値に対する温度の値を容易に一対一対応で対応関係を把握することができるからである。算出したＲＴ−１が温度の変化に対して単調且つ大きく変化していない場合には（Ｓ１１４：ＮＯ）、ステップＳ１１２へ戻り、他の発光ピークを２つ選択し直す。算出したＲＴ−１が温度の変化に対して単調且つ大きく変化している場合には（Ｓ１１４：ＹＥＳ）、ＲＯ−２が酸素濃度に対して変化しない（又は、ほとんど変化しない）か否かの判断を行う（Ｓ１１５）。ＲＯ−２が酸素濃度に対して変化する場合には（Ｓ１１５：ＮＯ）ステップＳ１１２へ戻り、他の発光ピークを２つ選択し直す。ＲＯ−２が酸素濃度に対して変化しない（又は、ほとんど変化しない）場合には（Ｓ１１５：ＹＥＳ）、次に、制御部１３１は、２波長ＷＡと、ＷＢを温度測定用の２波長である第１波長Ｗ１、第２波長Ｗ２として選定し、記憶媒体に記憶する制御を行う（Ｓ１１６）。本実施形態では、前述のように、第１波長Ｗ１は５８７ｎｍとされ、第２波長Ｗ２は６１５ｎｍとされる。
次に、制御部１３１は、分光器１２３に対して、第１蛍光体３と混合する前の第２蛍光体４のみの発光（蛍光）による光の分光スペクトルを取得する制御を行う（Ｓ１１７）。次に、制御部１３１は、第１蛍光体３の発光強度が得られず、第２蛍光体４の発光強度が得られる波長である基準波長ＷＳを選定する制御を行う（Ｓ１１８）。例えば、図１３に示されるように、５４３ｎｍが基準波長ＷＳとしては好ましい。そして、温度測定用の第１波長Ｗ１において第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光強度が得られる場合には、第１蛍光体３に混合される前の第２蛍光体４のみについて、基準波長ＷＳと第１波長Ｗ１とのそれぞれにおける発光強度を求め、発光強度比ｒ１を算出し、記憶媒体に記憶する制御を行う（Ｓ１１９）。
また、温度測定用の第２波長Ｗ２において第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光強度が得られる場合には、更に、第１蛍光体３に混合される前の第２蛍光体４のみについて、基準波長ＷＳと第２波長Ｗ２とのそれぞれにおける発光強度を求め、発光強度比ｒ２を算出し、記憶媒体に記憶する制御を行う（Ｓ１１９）。
次に、制御部１３１は、分光器１２３に対して、第１蛍光体３が発光する発光ピークの波長ＷＣと、第２蛍光体４が発光する発光ピークの波長ＷＤとをそれぞれ１つずつ、第３波長Ｗ３、第４波長Ｗ４の候補として抽出する制御を行う（Ｓ１２０）。第３波長Ｗ３の候補としては、第２蛍光体４の発光強度が得られないか又はほとんど得られず、且つ、第１蛍光体３の発光強度が得られる波長が好ましい。また、第４波長Ｗ４の候補としては、第１蛍光体３の発光強度が得られないか又はほとんど得られず、且つ、第２蛍光体４の発光強度が得られる波長が好ましい。
次に、制御部１３１は、測定を行おうとする温度・酸素濃度の付近で、選定された温度測定用の第１波長Ｗ１、第２波長Ｗ２、酸素濃度測定用の候補波長ＷＣそれぞれにおける発光強度が基準波長ＷＳ、酸素濃度測定用の候補波長ＷＤそれぞれにおける発光強度と同程度となるような、第１蛍光体３と第２蛍光体４との混合比を出力し、記憶媒体に記憶する制御を行う（Ｓ１２１）。図１に示す第１蛍光体３及び第２蛍光体４は、ステップＳ１２１において求められた混合比（質量比で第１蛍光体３：第２蛍光体４＝８：１）により混合された第１蛍光体３及び第２蛍光体４が、高温型の燃料電池２であるＳＯＦＣにおける、温度及び酸素濃度の測定をする箇所に塗布されている。
次に、制御部１３１は、記憶媒体に記憶してある強度比の情報（比ｒ１）を基準波長ＷＳにおける発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）に対して乗算する（Ｓ１２２）。次に、乗算して得られた値を、温度測定用の波長である第１波長Ｗ１における、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の２種類の蛍光体の発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）から減算することにより、第１波長における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）を得る（Ｓ１２２）。
次に、制御部１３１は、記憶媒体に記憶してある強度比の情報（比ｒ２）を基準波長ＷＳにおける発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）に対して乗算する（Ｓ１２２）。次に、乗算して得られた値を、温度測定用の波長である第２波長Ｗ２における、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の２種類の蛍光体の発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）から減算することにより、第２波長における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）を得る（Ｓ１２２）。
次に、制御部１３１は、第２波長Ｗ２における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）と、第１波長Ｗ１における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）とを用いて温度基準の二波長強度比ＲＴ−１と酸素濃度基準の二波長強度比Ｒ０−２とを新たに算出する制御を行う（Ｓ１２３）。次に、制御部１３１は、ＲＴ−１が温度に対して単調にかつ大きく変化するか否かの判断を行う（Ｓ１２４）。ＲＴ−１が温度に対して単調にかつ大きく変化することはない場合には（Ｓ１２４：ＮＯ）、ステップＳ１２１へ戻る。
ＲＴ−１が温度に対して単調にかつ大きく変化する場合には（Ｓ１２４：ＹＥＳ）、次に、制御部１３１は、図８のグラフに示すように、算出したＲＯ−２が第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度の変化に対して変化しない（又は、ほとんど変化しない）か否かの判断を行う（Ｓ１２５）。算出したＲＯ−２が第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度の変化に対して変化する場合には（Ｓ１２５：ＮＯ）、ステップＳ１２１に戻る。算出したＲＯ−２が第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度の変化に対して変化しない（又は、ほとんど変化しない）場合には（Ｓ１２５：ＹＥＳ）、制御部１３１は、酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−１を算出する（Ｓ１２６）。
次に、制御部１３１は、算出したＲＯ−１が第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度の変化に対して単調に且つ大きく変化するか否かの判断を行う（Ｓ１２７）。例えば、図１２のグラフにおいては、酸素濃度が０％〜略２０％の値を採りうる範囲である、二点鎖線の○で囲まれる範囲においては、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度の変化に対して単調に且つ大きく変化している。即ち、図１２のグラフにおいては、酸素濃度が０％のときには、温度が３０６Ｋ、３７３Ｋ、４７３Ｋ、５７３Ｋ、６７３Ｋのいずれの場合もＲＯ−１が１．０の値を採り一致しているが、酸素濃度が略５％の値の場合には、ＲＯ−１の値は、各温度それぞれにおいて、酸素濃度が０％のときの値とは異なっている。
算出したＲＯ−１が第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度の変化に対して単調に且つ大きく変化することはない場合には（Ｓ１２７：ＮＯ）、ステップＳ１２０に戻る。算出したＲＯ−１が、図１２のグラフに示すように、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度の変化に対して単調に且つ大きく変化する場合には（Ｓ１２７：ＹＥＳ）、ステップＳ１２０において選定した第３波長Ｗ３と、第４波長Ｗ４とをそれぞれ酸素濃度測定用の２波長として、記憶媒体に記憶する処理を行う（Ｓ１２８）。
次に、ＰＣ１３０をＰＣ３０と付け替えると共に、受光部１２０を受光部２０と付け替える。制御部３１は、受光部２０に対して、選定した第１波長Ｗ１と、第２波長Ｗ２と、第３波長Ｗ３と、第４波長Ｗ４と、基準波長ＷＳにおいて、温度及び酸素濃度が様々に変化したときの、第１蛍光体３の発光強度、第２蛍光体４の発光強度を検出する処理を行う。そして、制御部３１は、得られた発光強度を用いて、温度基準の二波長強度比ＲＴ−１と酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−１とを、それぞれ温度の値ごと、酸素濃度の値ごとに算出し、数値のデータのテーブルに記憶する制御を行う（Ｓ１２９）。
上記構成の実施形態による温度及び酸素濃度測定装置１によれば、以下のような効果を得ることができる。
上述のように、温度及び酸素濃度測定装置１は、温度消光特性を有する第１蛍光体３と酸素消光特性を有する第２蛍光体４との２種類の蛍光体からの光を受光可能な受光部２０と、受光部２０において受光した２種類の蛍光体からの光の分光スペクトル中の第１波長、第２波長、第３波長、及び、第４波長における２種類の蛍光体の発光強度を検出可能な発光強度検出部としての画像解析部３２と、画像解析部３２において検出された第１波長及び第２波長における第１蛍光体３の発光強度に基づき、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度を出力し、画像解析部３２において検出された第３波長における第１蛍光体３の発光強度と発光強度検出部において検出された第４波長における第２蛍光体４の発光強度とに基づき、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度を出力する制御を行う制御部３１と、を備えている。
そして、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度をＴとし、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度をＯとし、分光スペクトルに含まれる波長をＷとしたときの第１蛍光体３の発光強度をＩ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、第２蛍光体４の発光強度をＩ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、常温をＴ０とし、酸素濃度０％をＯ０とし、任意の波長をそれぞれＷＡ、ＷＢ、ＷＣ、ＷＤとし、第１波長をＷ１とし、第２波長をＷ２とし、第３波長をＷ３とし、第４波長をＷ４とし、温度基準の二波長強度比ＲＴを
ＲＴ＝｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＡ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ０，ＷＡ）｝／｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＢ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ０，ＷＢ）｝
と定義し、酸素濃度基準の二波長強度比Ｒｏを
Ｒ０＝｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＣ）／Ｉ（Ｔ，Ｏ０，ＷＣ）｝／｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＤ）／Ｉ（Ｔ，Ｏ０，ＷＤ）｝
と定義し、
ＲＴ−１＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ１）｝／｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ２）｝
により定まる温度基準の二波長強度比ＲＴ−１が、温度Ｔの変化に伴い変化し、
Ｒ０−１＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ３）／Ｉ１（Ｔ，Ｏ０，Ｗ３）｝／｛Ｉ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ４）／Ｉ２（Ｔ，Ｏ０，Ｗ４）｝
により定まる酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−１が、酸素濃度Ｏの変化に伴い変化し、
Ｒ０−２＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ１（Ｔ，Ｏ０，Ｗ１）｝／｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）／Ｉ１（Ｔ，Ｏ０，Ｗ２）｝
により定まる酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２が、酸素濃度Ｏが変化しても変化しないときに、
制御部３１は、温度基準の二波長強度比ＲＴ−１の値に基づいて、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度Ｔを出力すると共に、第４波長Ｗ４が第１波長Ｗ１、第２波長Ｗ２のいずれとも異なるときの酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−１の値に基づいて、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度Ｏを出力する制御を行う。
上記構成により、第１蛍光体３及び第２蛍光体４からの発光強度に基づき、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度と、酸素濃度とを容易に測定することができる。例えば、ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）等の高温型の燃料電池２において所定の高温に維持されているか否かを検出すると共に、燃料電池２で使用される酸素濃度が適切な濃度になっているか否かを、高温型の燃料電池２やその周囲の雰囲気に対して非接触で容易に測定することができる。
また、任意の温度をＴ１とし、任意の酸素濃度をＯ１とし、少なくとも２種類の蛍光体の分光スペクトル中で第１蛍光体３の発光強度が得られず第２蛍光体４の発光強度が得られる波長を基準波長ＷＳとし、少なくとも２種類の蛍光体の発光強度をＩｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、比ｒ１を
ｒ１＝Ｉ２（Ｔ１，Ｏ１，Ｗ１）／Ｉ２（Ｔ１，Ｏ１，ＷＳ）
と定義し、
比ｒ１が、任意の温度Ｔ１及び任意の酸素濃度Ｏ１のいずれが変化しても変化しないときに、制御部３１は、比ｒ１をＩｃ（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）に対して乗算して得られた値を、Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）から減算することにより、Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）を得る制御を行う。
この構成により、第１波長Ｗ１において、第１蛍光体３と第２蛍光体４との両方から発光強度が得られる場合であっても、第１波長Ｗ１における第１蛍光体３のみからの発光による発光強度を得ることができる。
また、任意の温度をＴ２とし、任意の酸素濃度をＯ２とし、少なくとも２種類の蛍光体の分光スペクトル中で第１蛍光体３の発光強度が得られず第２蛍光体４の発光強度が得られる波長を基準波長ＷＳとし、少なくとも２種類の蛍光体の発光強度をＩｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、比ｒ２を
ｒ２＝Ｉ２（Ｔ２，Ｏ２，Ｗ２）／Ｉ２（Ｔ２，Ｏ２，ＷＳ）
と定義し、
比ｒ２が、任意の温度Ｔ２及び任意の酸素濃度Ｏ２のいずれが変化しても変化しないときに、制御部３１は、比ｒ２をＩｃ（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）に対して乗算して得られた値を、Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）から減算することにより、Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）を得る制御を行う。
この構成により、第２波長Ｗ２において、第１蛍光体３と第２蛍光体４との両方から発光強度が得られる場合であっても、第２波長Ｗ２における第１蛍光体３のみからの発光による発光強度を得ることができる。
また、第２波長Ｗ２は、第３波長Ｗ３と同一である。この構成により、容易に第１蛍光体３のみからの発光強度と、第２蛍光体４のみからの発光強度とを得ることができ、ＲＴ−１、Ｒ０−１を算出することができる。
次に、第２の実施形態による温度及び酸素濃度測定装置について、図１５〜図１６を参照しながら説明する。図１５は、本発明の第２実施形態による温度及び酸素濃度測定装置の動作を示すフローチャートである。図１６は、本発明の第２実施形態による温度及び酸素濃度測定装置で用いられるＲＴ−２１及びＲＯ−２１のテーブル作成の手順を示すフローチャートである。
第２の実施形態による温度及び酸素濃度測定装置は、制御部３１における制御が第１の実施形態における制御部３１における制御とは異なる。これに伴い、第２の実施形態による波長決定・混合比決定装置１０１の制御部１３１における制御も、第１の実施形態による波長決定・混合比決定装置１０１の制御部１３１における制御とは異なる。これ以外の構成については、第１実施形態と同一であるため、同一の部材については説明を省略する。
第１の実施形態による温度及び酸素濃度測定装置の制御部３１は、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度を出力した後に、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度を出力する制御を行った。これに対して、第２の実施形態による温度及び酸素濃度測定装置の制御部３１は、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度を出力した後に、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度を出力する制御を行う。
また、第１実施形態では第１蛍光体３として「Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ」を用い、第２蛍光体４として「Ｙ２Ｏ３：Ｔｂ」を用いたが、第２実施形態では、第１蛍光体３及び第２蛍光体４として、これらとは異なる蛍光体であって、以下の条件を満たす蛍光体を用いる。
即ち、酸素濃度基準の二波長強度比Ｒｏを
Ｒ０＝｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＣ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ０，ＷＣ）｝／｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＤ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ０，ＷＤ）｝
と定義し、温度基準の二波長強度比ＲＴを
ＲＴ＝｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＡ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ，ＷＡ）｝／｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＢ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ，ＷＢ）｝
と定義する。このときに、
ＲＯ−２１＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ１）｝／｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ２）｝
により定まる酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２１が、酸素濃度Ｏの変化に伴い変化する。また、
ＲＴ−２１＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ３）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ，Ｗ３）｝／｛Ｉ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ４）／Ｉ２（Ｔ０，Ｏ，Ｗ４）｝
により定まる温度基準の二波長強度比ＲＴ−２１が、温度Ｔの変化に伴い変化する。また、
ＲＴ−２２＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ，Ｗ１）｝／｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ，Ｗ２）｝
により定まる温度基準の二波長強度比ＲＴ−２２が、温度Ｔが変化しても変化しない。
また、比ｒ１任意の温度Ｔ１及び任意の酸素濃度Ｏ１のいずれが変化しても変化しない。また、比ｒ２任意の温度Ｔ２及び任意の酸素濃度Ｏ２のいずれが変化しても変化しない。
従って、基準波長ＷＳ、第１波長Ｗ１、第２波長Ｗ２、第３波長Ｗ３、第４波長Ｗ４についても、第１実施形態における基準波長ＷＳ、第１波長Ｗ１、第２波長Ｗ２、第３波長Ｗ３、第４波長Ｗ４とは異なる。
このような条件の下で、制御部３１は、酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２１の値に基づいて、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度Ｏを出力する制御を行う。また、制御部３１は、第４波長Ｗ４が第１波長Ｗ１、第２波長Ｗ２のいずれとも異なるときの温度基準の二波長強度比ＲＴ−２１の値に基づいて、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度Ｔを出力する制御を行う。
制御部３１による、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度及び酸素濃度の出力の制御は、以下のとおりである。先ず、制御部３１は、ＵＶ光源１１に対して、励起光を照射する制御を行う（Ｓ２１）。次に、制御部３１は、カメラ２１に対して、バンドパスフィルタ２２を透過した第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光（蛍光）による光を受光し、これに基づく電気信号をＰＣ３０へ出力する制御を行う。これにより画像解析部３２は、カメラ２１が受光した第１蛍光体３及び第２蛍光体４からの光から、光の分光スペクトル中の第１波長Ｗ１、第２波長Ｗ２、第３波長Ｗ３、第４波長Ｗ４、及び、基準波長ＷＳにおける第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光強度を検出し、制御部３１へ出力する（Ｓ２２）。
次に、制御部３１は、記憶媒体に記憶してある強度比の情報（比ｒ１）を基準波長ＷＳにおける発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）に対して乗算する（Ｓ２３）。基準波長ＷＳの定義より、基準波長ＷＳにおける発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）は、基準波長ＷＳにおける発光強度Ｉ２（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）に等しいか又は略等しい。このため、乗算して得られた値を、酸素濃度測定用の波長である第１波長Ｗ１における、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の２種類の蛍光体の発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）から減算することにより、第１波長Ｗ１における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）を得る（Ｓ２３）。
また、制御部３１は、記憶媒体に記憶してある強度比の情報（比ｒ２）を基準波長ＷＳにおける発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）に対して乗算する（Ｓ２３）。乗算して得られた値を、酸素濃度測定用の波長である第２波長Ｗ２における、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の２種類の蛍光体の発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）から減算することにより、第２波長Ｗ２における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）を得る（Ｓ２３）。
次に、制御部３１は、第１波長Ｗ１における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）と、第２波長Ｗ２における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）とを用いて酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２１を算出する。そして制御部３１は、酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２１の値に基づいて、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度Ｏを出力する。具体的には、制御部３１は、記憶媒体に予め数値のデータのテーブルとして記憶されている酸素濃度の値であって、算出したＲＯ−２１の値に一対一対応する酸素濃度の値を、測定温度・酸素濃度表示部３３に出力する（Ｓ２４）。
次に、温度基準の二波長強度比ＲＴ−２１の値に基づいて、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度Ｔを出力する制御を行う。具体的には、第３波長Ｗ３における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ３）と、第４波長をＷ４における第２蛍光体４のみによる発光強度Ｉ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ４）とを用いて温度基準の二波長強度比ＲＴ−２１を算出する。そして、記憶媒体に予め数値のデータのテーブルとして記憶されている値であって、ステップＳ２４において出力した酸素濃度の値における算出したＲＴ−２１の値に一対一対応する温度の値を、測定温度・酸素濃度表示部３３に出力する（Ｓ２５）。
上述のように、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度を出力する際には、温度及び酸素濃度測定装置１の記憶媒体（図示せず）に予め数値のデータのテーブルとして記憶されている酸素濃度の値であって、算出したＲＯ−２１の値に一対一対応する酸素濃度の値が用いられる。また、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度を出力する際には、温度及び酸素濃度測定装置１の記憶媒体に予め数値のデータのテーブルとして記憶されている温度の値であって、ステップＳ２４において出力した酸素濃度の値における算出したＲＴ−２１の値に一対一対応する温度の値が用いられる。これらの値は、温度及び酸素濃度の測定前に、波長決定・混合比決定装置１０１が用いられて予め求められ、温度及び酸素濃度測定装置１の記憶媒体に記憶されている。
具体的には、以下のとおりに求められる。先ず、制御部１３１は、分光器１２３に対して、第２蛍光体４を混合する前の第１蛍光体３のみの発光（蛍光）による光の分光スペクトルを取得する制御を行う（Ｓ２１１）。次に、制御部１３１は、酸素濃度測定用の２波長Ｗ１と、Ｗ２を選定するために、発光ピークを２つ選定し、発光ピークにおける２波長をＷＡと、ＷＢとする（Ｓ２１２）。次に、制御部１３１は、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度及び酸素濃度を様々に変化させたときに、２波長をＷＡと、ＷＢにおける酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２１と温度基準の二波長強度比ＲＴ−２２とを算出する（Ｓ２１３）。
次に、制御部１３１は、ステップＳ２１３において、算出したＲＯ−２１が酸素濃度の変化に対して単調且つ大きく変化しているか否かの判断を行う（Ｓ２１４）。算出したＲＯ−２１が酸素濃度の変化に対して単調且つ大きく変化していない場合には（Ｓ２１４：ＮＯ）、ステップＳ２１２へ戻る。算出したＲＯ−２１が酸素濃度の変化に対して単調且つ大きく変化している場合には（Ｓ２１４：ＹＥＳ）、ＲＴ−２２が温度に対して変化しない（又は、ほとんど変化しない）か否かの判断を行う（Ｓ２１５）。ＲＴ−２２が温度に対して変化する場合には（Ｓ２１５：ＮＯ）ステップＳ２１２へ戻り、他の発光ピークを２つ選択し直す。ＲＴ−２２が温度に対して変化しない（又は、ほとんど変化しない）場合には（Ｓ２１５：ＹＥＳ）、次に、制御部１３１は、２波長ＷＡ、ＷＢを酸素濃度測定用の２波長Ｗ１、Ｗ２として選定し、記憶媒体（図示せず）に記憶する制御を行う（Ｓ２１６）。
次に、制御部１３１は、分光器１２３に対して、第１蛍光体３に混合する前の第２蛍光体４のみの発光（蛍光）による光の分光スペクトルを取得する制御を行う（Ｓ２１７）。次に制御部１３１は、第１蛍光体３の発光強度が得られず、第２蛍光体４の発光強度が得られる波長である基準波長ＷＳを選定する制御を行う（Ｓ２１８）。そして、酸素濃度測定用の第１波長Ｗ１において第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光強度が得られる場合には、第２蛍光体４のみについて、基準波長ＷＳと第１波長Ｗ１とのそれぞれにおける発光強度を求め、発光強度比ｒ１を算出し、記憶媒体に記憶する制御を行う（Ｓ２１９）。
また、酸素濃度測定用の第２波長Ｗ２において第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光強度が得られる場合には、更に、第２蛍光体４のみについて、基準波長ＷＳと第２波長Ｗ２とのそれぞれにおける発光強度を求め、発光強度比ｒ２を算出し、記憶媒体に記憶する制御を行う（Ｓ２１９）。
次に、制御部１３１は、分光器１２３に対して、第１蛍光体３が発光する発光ピークの波長ＷＣと、第２蛍光体４が発光する発光ピークの波長ＷＤとをそれぞれ１つずつ抽出する制御を行う（Ｓ２２０）。次に、制御部１３１は、測定を行おうとする温度・酸素濃度の付近で、選定された酸素濃度測定用の第１波長Ｗ１、第２波長Ｗ２、温度測定用の候補波長ＷＣそれぞれにおける発光強度が基準波長ＷＳ、温度測定用の候補波長ＷＤそれぞれにおける発光強度と同程度となるような、第１蛍光体３と第２蛍光体４との混合比を出力し、記憶媒体に記憶する制御を行う（Ｓ２２１）。
次に、制御部１３１は、記憶媒体に記憶してある強度比の情報（比ｒ１）を基準波長ＷＳにおける発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）に対して乗算する（Ｓ２２２）。次に、乗算して得られた値を、酸素濃度測定用の波長である第１波長における、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の２種類の蛍光体の発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）から減算することにより、第１波長における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）を得る（Ｓ２２２）。
次に、制御部１３１は、記憶媒体に記憶してある強度比の情報（比ｒ２）を基準波長ＷＳにおける発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）に対して乗算する（Ｓ２２２）。次に、乗算して得られた値を、酸素濃度測定用の波長である第２波長における、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の２種類の蛍光体の発光強度Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）から減算することにより、第２波長における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）を得る（Ｓ２２２）。
次に、制御部１３１は、第１波長Ｗ１における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）と、第２波長Ｗ２における第１蛍光体３のみによる発光強度Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）とを用いて酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２１と温度基準の二波長強度比ＲＴ−２２とを新たに算出する制御を行う（Ｓ２２３）。次に、制御部１３１は、ＲＯ−２１が酸素濃度に対して単調にかつ大きく変化するか否かの判断を行う（Ｓ２２４）。ＲＯ−２１が酸素濃度に対して単調にかつ大きく変化することはない場合には（Ｓ２２４：ＮＯ）、ステップＳ２２１へ戻る。
ＲＯ−２１が酸素濃度に対して単調にかつ大きく変化する場合には（Ｓ２２４：ＹＥＳ）、次に、制御部１３１は、算出したＲＴ−２２が第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度の変化に対して変化しない（又は、ほとんど変化しない）か否かの判断を行う（Ｓ２２５）。算出したＲＴ−２２が第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度の変化に対して変化する場合には（Ｓ２２５：ＮＯ）、ステップＳ２２１に戻る。算出したＲＴ−２２が第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度の変化に対して変化しない（又は、ほとんど変化しない）場合には（Ｓ２２５：ＹＥＳ）、制御部１３１は、温度基準の二波長強度比ＲＴ−２１を算出する（Ｓ２２６）。
次に、制御部１３１は、算出したＲＴ−２１が第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度の変化に対して単調に且つ大きく変化するか否かの判断を行う（Ｓ２２７）。算出したＲＴ−２１が第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度の変化に対して単調に且つ大きく変化することはない場合には（Ｓ２２７：ＮＯ）、ステップＳ２２０に戻る。算出したＲＴ−２１が第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度の変化に対して単調に且つ大きく変化する場合には（Ｓ２２７：ＹＥＳ）、ステップＳ２２０において選定した第３波長Ｗ３と、第４波長Ｗ４とをそれぞれ温度測定用の２波長として、記憶媒体（図示せず）に記憶する処理を行う（Ｓ２２８）。
次に、ＰＣ１３０をＰＣ３０と付け替えると共に、受光部１２０を受光部２０と付け替える。制御部３１は、受光部２０に対して、選定した第１波長Ｗ１と、第２波長Ｗ２と、第３波長Ｗ３と、第４波長Ｗ４と、基準波長ＷＳにおいて、温度及び酸素濃度が様々に変化したときの、第１蛍光体３の発光強度、第２蛍光体４の発光強度を検出する処理を行う。そして、制御部３１は、得られた発光強度を用いて、酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２１と温度基準の二波長強度比ＲＴ−２１とを、それぞれ酸素濃度の値ごと、温度の値ごとに算出し、数値のデータのテーブルに記憶する制御を行う（Ｓ２２９）。
上記構成の実施形態による温度及び酸素濃度測定装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
上述のように、温度及び酸素濃度測定装置１は、酸素消光特性を有する第１蛍光体３と温度消光特性を有する第２蛍光体４とを含む２種類の蛍光体からの光を受光可能な受光部２０と、受光部２０において受光した２種類の蛍光体からの光の分光スペクトル中の第１波長、第２波長、第３波長、及び、第４波長における２種類の蛍光体の発光強度を検出可能な発光強度検出部としての画像解析部３２と、画像解析部３２において検出された第１波長及び第２波長における第１蛍光体３の発光強度に基づき、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度を出力し、画像解析部３２において検出された第３波長における第１蛍光体３の発光強度と画像解析部３２において検出された第４波長における第２蛍光体４の発光強度とに基づき、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度を出力する制御を行う制御部３１と、を備える。
そして、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度をＴとし、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度をＯとし、分光スペクトルに含まれる波長をＷとしたときの第１蛍光体３の発光強度をＩ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、第２蛍光体４の発光強度をＩ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、常温をＴ０とし、酸素濃度０％をＯ０とし、任意の波長をそれぞれＷＡ、ＷＢ、ＷＣ、ＷＤとし、第１波長をＷ１とし、第２波長をＷ２とし、第３波長をＷ３とし、第４波長をＷ４とし、酸素濃度基準の二波長強度比Ｒｏを
Ｒ０＝｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＣ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ０，ＷＣ）｝／｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＤ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ０，ＷＤ）｝
と定義し、温度基準の二波長強度比ＲＴを
ＲＴ＝｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＡ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ，ＷＡ）｝／｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＢ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ，ＷＢ）｝
と定義し、
ＲＯ−２１＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ１）｝／｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ２）｝
により定まる酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２１が、酸素濃度Ｏの変化に伴い変化し、
ＲＴ−２１＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ３）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ，Ｗ３）｝／｛Ｉ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ４）／Ｉ２（Ｔ０，Ｏ，Ｗ４）｝
により定まる温度基準の二波長強度比ＲＴ−２１が、温度Ｔの変化に伴い変化し、
ＲＴ−２２＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ，Ｗ１）｝／｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ，Ｗ２）｝
により定まる温度基準の二波長強度比ＲＴ−２２が、温度Ｔが変化しても変化しないときに、
制御部３１は、酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２１の値に基づいて、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度Ｏを出力すると共に、第４波長Ｗ４が第１波長Ｗ１、第２波長Ｗ２のいずれとも異なるときの温度基準の二波長強度比ＲＴ−２１の値に基づいて、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度Ｔを出力する制御を行う。
上記構成により、第１実施形態における温度及び酸素濃度測定装置から得られる効果に加えて、制御部３１は、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の酸素濃度を先に出力し、その後に第１蛍光体３及び第２蛍光体４に接する気体の温度を出力する処理を行うことができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において変形が可能である。例えば、本実施形態では、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の２種類の蛍光体を用いたが、２種類に限定されない。少なくとも２種類用いればよい。
例えば、非特許文献４に開示されているように、ＮＯ消光特性を有する蛍光体が知られている。従って、第１蛍光体３及び第２蛍光体４に、ＮＯ消光特性を有する蛍光体を混合させることにより、温度、酸素濃度、及び、ＮＯ濃度を測定することが可能である。即ち、温度や酸素濃度以外の他の要因により消光する特性を有する蛍光体を用いることにより、温度、酸素濃度以外の他の要因の変化を測定することが可能である。
また、例えば、第１実施形態においては、温度測定には第１蛍光体３からの発光によるＲＴ−１を用いていたが、第１蛍光体３の温度測定域より高温域においてＲＴ−１が単調変化する他の蛍光体を第１蛍光体３及び第２蛍光体４に混合させることにより、温度測定域を第１実施形態よりも拡大することができる。第２実施形態の場合についても同様である。
また、例えば、第１実施形態においては、酸素濃度測定には第１蛍光体３、第２蛍光体４それぞれの発光強度によるＲ０−１を用いた。このＲ０−１を用いた酸素濃度測定域より高酸素濃度域においてＲ０−１が単調変化する他の蛍光体を第１蛍光体３及び第２蛍光体４に混合させると，酸素濃度測定域を第１実施形態よりも拡大することができる。第２実施形態の場合についても同様である。
また、例えば、第１実施形態においては、２種類よりも多い種類の蛍光体を用いることにより、測定精度を向上させることができる。具体的には、第１蛍光体３の温度測定域の一部におけるＲＴ−１の変化よりも、ＲＴ−１の変化の大きい蛍光体を第１蛍光体３及び第２蛍光体４に混合することにより、当該測定域において、より高精度に温度を測定することができる。同様に、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の酸素濃度測定域の一部におけるＲ０−１の変化よりも、Ｒ０−１の変化の大きい蛍光体を第１蛍光体３及び第２蛍光体４に混合することにより、当該測定域において、より高精度に酸素濃度を測定することができる。第２実施形態の場合についても同様である。
また、第１蛍光体３は「Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ」に限定されない。同様に、第２蛍光体４は「Ｙ２Ｏ３：Ｔｂ」に限定されない。例えば、第１実施形態においては、第１蛍光体は、少なくとも温度消光特性を有し、第２蛍光体は少なくとも酸素消光特性を有していればよく、第２実施形態においては、第１蛍光体は、少なくとも酸素消光特性を有し、第２蛍光体は少なくとも温度消光特性を有していればよい。また、例えば、酸素濃度のみ測定可能な蛍光体を用いることも可能である。この場合には、温度基準の二波長強度比ＲＴが温度変化に対して一定又はほとんど変化せず、酸素濃度基準の二波長強度比Ｒｏが酸素濃度の変化に対して単調に且つ大きく変化することが要求される。
また、第１実施形態では、基準波長ＷＳとして５４３ｎｍを用い、第１波長Ｗ１として５８７ｎｍを用い、第２波長Ｗ２として第３波長Ｗ３と同一の６１５ｎｍを用い、第４波長Ｗ４として５４３ｎｍを用いたが、これらの値に限定されない。従って、第２波長Ｗ２は、第３波長Ｗ３と同一でなくてもよい。また、基準波長ＷＳは、第４波長Ｗ４と同一でなくてもよく、第１波長Ｗ１は、第３波長Ｗ３と同一であってもよい。
また、本実施形態では、高温型の燃料電池２であるＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）において温度及び酸素濃度の測定を行ったが、高温型の燃料電池２であるＳＯＦＣに限定されない。例えば、ガスタービンや自動車用エンジンやプラント反応器等における所定の部分の温度及び酸素濃度の測定を行ってもよい。
また、温度及び酸素濃度測定装置や波長選定・混合比決定用装置の構成は、本実施形態の構成に限定されない。また、本実施形態では、温度及び酸素濃度測定装置１と波長決定・混合比決定装置１０１とについて別個に説明したが、別個に構成されることに限定されない。例えば、温度及び酸素濃度測定装置は、波長選定・混合比決定用装置を有しており、波長選定・混合比決定用装置が自動的に作成したデータのテーブルを利用して温度及び酸素濃度測定装置が温度及び酸素濃度を測定してもよい。温度及び酸素濃度測定装置と波長選定・混合比決定用装置とは１つの装置により構成されて、全体として温度及び酸素濃度測定装置をなしていてもよい。
１ 酸素濃度測定装置
３ 第１蛍光体
４ 第２蛍光体
２０ 受光部
３１ 制御部
３２ 画像解析部
Ｗ１ 第１波長
Ｗ２ 第２波長
Ｗ３ 第３波長
Ｗ４ 第４波長
ＷＳ 基準波長

Claims (7)

  1. 少なくとも温度消光特性を有する第１蛍光体と少なくとも酸素消光特性を有する第２蛍光体とを含む少なくとも２種類の蛍光体からの光を受光可能な受光部と、
    前記受光部において受光した前記少なくとも２種類の蛍光体からの光の分光スペクトル中の第１波長、第２波長、第３波長、及び、第４波長における前記少なくとも２種類の蛍光体の発光強度を検出可能な発光強度検出部と、
    前記発光強度検出部において検出された前記第１波長及び前記第２波長における前記第１蛍光体の発光強度に基づき、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の温度を出力し、前記発光強度検出部において検出された前記第３波長における前記第１蛍光体の発光強度と前記発光強度検出部において検出された前記第４波長における前記第２蛍光体の発光強度とに基づき、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の酸素濃度を出力する制御を行う制御部と、を備え、
    前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の温度をＴとし、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の酸素濃度をＯとし、分光スペクトルに含まれる波長をＷとしたときの前記第１蛍光体の発光強度をＩ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、前記第２蛍光体の発光強度をＩ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、常温をＴ０とし、酸素濃度０％をＯ０とし、任意の波長をそれぞれＷＡ、ＷＢ、ＷＣ、ＷＤとし、前記第１波長をＷ１とし、前記第２波長をＷ２とし、前記第３波長をＷ３とし、前記第４波長をＷ４とし、温度基準の二波長強度比ＲＴを
    ＲＴ＝｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＡ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ０，ＷＡ）｝／｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＢ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ０，ＷＢ）｝
    と定義し、酸素濃度基準の二波長強度比Ｒｏを
    Ｒ０＝｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＣ）／Ｉ（Ｔ，Ｏ０，ＷＣ）｝／｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＤ）／Ｉ（Ｔ，Ｏ０，ＷＤ）｝
    と定義し、
    ＲＴ−１＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ１）｝／｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ２）｝
    により定まる温度基準の二波長強度比ＲＴ−１が、温度Ｔの変化に伴い変化し、
    Ｒ０−１＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ３）／Ｉ１（Ｔ，Ｏ０，Ｗ３）｝／｛Ｉ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ４）／Ｉ２（Ｔ，Ｏ０，Ｗ４）｝
    により定まる酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−１が、酸素濃度Ｏの変化に伴い変化し、
    Ｒ０−２＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ１（Ｔ，Ｏ０，Ｗ１）｝／｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）／Ｉ１（Ｔ，Ｏ０，Ｗ２）｝
    により定まる酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２が、酸素濃度Ｏが変化しても変化しないときに、
    前記制御部は、温度基準の二波長強度比ＲＴ−１の値に基づいて、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の温度Ｔを出力すると共に、
    前記第４波長Ｗ４が前記第１波長Ｗ１、前記第２波長Ｗ２のいずれとも異なるときの酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−１の値に基づいて、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の酸素濃度Ｏを出力する制御を行う、温度及び酸素濃度測定装置。
  2. 少なくとも酸素消光特性を有する第１蛍光体と少なくとも温度消光特性を有する第２蛍光体とを含む少なくとも２種類の蛍光体からの光を受光可能な受光部と、
    前記受光部において受光した前記少なくとも２種類の蛍光体からの光の分光スペクトル中の第１波長、第２波長、第３波長、及び、第４波長における前記少なくとも２種類の蛍光体の発光強度を検出可能な発光強度検出部と、
    前記発光強度検出部において検出された前記第１波長及び前記第２波長における前記第１蛍光体の発光強度に基づき、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の酸素濃度を出力し、前記発光強度検出部において検出された前記第３波長における前記第１蛍光体の発光強度と前記発光強度検出部において検出された前記第４波長における前記第２蛍光体の発光強度とに基づき、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の温度を出力する制御を行う制御部と、を備え、
    前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の温度をＴとし、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の酸素濃度をＯとし、分光スペクトルに含まれる波長をＷとしたときの前記第１蛍光体の発光強度をＩ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、前記第２蛍光体の発光強度をＩ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、常温をＴ０とし、酸素濃度０％をＯ０とし、任意の波長をそれぞれＷＡ、ＷＢ、ＷＣ、ＷＤとし、前記第１波長をＷ１とし、前記第２波長をＷ２とし、前記第３波長をＷ３とし、前記第４波長をＷ４とし、酸素濃度基準の二波長強度比Ｒｏを
    Ｒ０＝｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＣ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ０，ＷＣ）｝／｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＤ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ０，ＷＤ）｝
    と定義し、温度基準の二波長強度比ＲＴを
    ＲＴ＝｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＡ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ，ＷＡ）｝／｛Ｉ（Ｔ，Ｏ，ＷＢ）／Ｉ（Ｔ０，Ｏ，ＷＢ）｝
    と定義し、
    ＲＯ−２１＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ１）｝／｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ０，Ｗ２）｝
    により定まる酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２１が、酸素濃度Ｏの変化に伴い変化し、
    ＲＴ−２１＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ３）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ，Ｗ３）｝／｛Ｉ２（Ｔ，Ｏ，Ｗ４）／Ｉ２（Ｔ０，Ｏ，Ｗ４）｝
    により定まる温度基準の二波長強度比ＲＴ−２１が、温度Ｔの変化に伴い変化し、
    ＲＴ−２２＝｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ，Ｗ１）｝／｛Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）／Ｉ１（Ｔ０，Ｏ，Ｗ２）｝
    により定まる温度基準の二波長強度比ＲＴ−２２が、温度Ｔが変化しても変化しないときに、
    前記制御部は、酸素濃度基準の二波長強度比ＲＯ−２１の値に基づいて、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の酸素濃度Ｏを出力すると共に、
    前記第４波長Ｗ４が前記第１波長Ｗ１、前記第２波長Ｗ２のいずれとも異なるときの温度基準の二波長強度比ＲＴ−２１の値に基づいて、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体に接する気体の温度Ｔを出力する制御を行う、温度及び酸素濃度測定装置。
  3. 任意の温度をＴ１とし、任意の酸素濃度をＯ１とし、前記少なくとも２種類の蛍光体の分光スペクトル中で前記第１蛍光体の発光強度が得られず前記第２蛍光体の発光強度が得られる波長を基準波長ＷＳとし、前記少なくとも２種類の蛍光体の発光強度をＩｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、比ｒ１を
    ｒ１＝Ｉ２（Ｔ１，Ｏ１，Ｗ１）／Ｉ２（Ｔ１，Ｏ１，ＷＳ）
    と定義し、
    比ｒ１が、任意の温度Ｔ１及び任意の酸素濃度Ｏ１のいずれが変化しても変化しないときに、
    前記制御部は、比ｒ１をＩｃ（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）に対して乗算して得られた値を、Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）から減算することにより、Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ１）を得る制御を行う、請求項１又は請求項２に記載の温度及び酸素濃度測定装置。
  4. 任意の温度をＴ２とし、任意の酸素濃度をＯ２とし、前記少なくとも２種類の蛍光体の分光スペクトル中で前記第１蛍光体の発光強度が得られず前記第２蛍光体の発光強度が得られる波長を基準波長ＷＳとし、前記少なくとも２種類の蛍光体の発光強度をＩｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ）とし、比ｒ２を
    ｒ２＝Ｉ２（Ｔ２，Ｏ２，Ｗ２）／Ｉ２（Ｔ２，Ｏ２，ＷＳ）
    と定義し、
    比ｒ２が、任意の温度Ｔ２及び任意の酸素濃度Ｏ２のいずれが変化しても変化しないときに、
    前記制御部は、比ｒ２をＩｃ（Ｔ，Ｏ，ＷＳ）に対して乗算して得られた値を、Ｉｃ（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）から減算することにより、Ｉ１（Ｔ，Ｏ，Ｗ２）を得る制御を行う、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の温度及び酸素濃度測定装置。
  5. 前記基準波長ＷＳは、前記第４波長Ｗ４と同一である請求項３又は請求項４に記載の温度及び酸素濃度測定装置。
  6. 前記第１波長Ｗ１は、前記第３波長Ｗ３と同一である請求項１〜請求項４のいずれかに記載の温度及び酸素濃度測定装置。
  7. 前記第２波長Ｗ２は、前記第３波長Ｗ３と同一である請求項１〜請求項４のいずれかに記載の温度及び酸素濃度測定装置。
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