JPH0743303A - Lifによる濃度計測装置及び方法 - Google Patents
Lifによる濃度計測装置及び方法Info
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Abstract
Fによる濃度計測を可能とする。 【構成】 励起用パルスレーザ11により、第1及び第
2の色素レーザ13a,13bを発振させ、波長の異な
る二つのレーザ光を僅かな時間差を持たせて出力させ
る。この二つのレーザ光は、合体された後にビームエク
スパンダを介して測定場18に照射される。このとき励
起された測定対象分子及び背景部より生ずる蛍光は、色
素レーザ13a,13bに同期した2台のCCDカメラ
20a,20bで撮影される。この際、一方のCCDカ
メラ20aにより、測定対象分子からの蛍光と背景光が
撮影され、他方のCCDカメラ20bにより背景光のみ
が撮影される。そして、2台のCCDカメラの出力の一
方から他方を差引くことにより、測定対象分子の発する
蛍光のみを抽出し、測定対象分子の二次元濃度分布を得
る。
Description
ゼルエンジン、ボイラ等の化学種濃度・温度計測に用い
られるLIF(レーザ誘起蛍光法:Laser Induced Fluo
rescense)による濃度計測装置及び方法に関する。
置を図4に示す。同図において、1は励起用パルスレー
ザで、この励起用パルスレーザ1により色素レーザ2を
発振させ、例えばNO等の測定対象分子の電子エネルギ
ーに対応した波長のレーザ光を出力させる。色素レーザ
2から発振されたレーザ光は、ビームエクスパンダ3に
おいて、シート状にされた後に測定場4に照射される。
から発せられる蛍光は、レンズ5で集光された後にCC
Dカメラ6で計測される。このCCDカメラ6は、色素
レーザ2の発振と同期を取るために同期ライン7で接続
される。
ては、図5に示すように、測定対象となる分子の電子エ
ネルギー差に対応する波長の入射光を、電子が吸収する
ことで分子は上位電子準位へと励起された後に、放射や
衝突の過程を経て、安定した基底準位へ遷移する際に観
察されるものである。
分子からの蛍光強度により決定される。例えば、図6に
示すように、蛍光強度が200ppm ,500ppm ,10
00ppm の3種類測定された場合には、1000ppm が
計測された測定場の分子濃度が高いことになる。しか
し、一般に液体燃焼場や固体燃焼場等では図7に示すよ
うに測定対象分子からの蛍光だけではなく、液体燃料又
は固体燃料から背景光(バックグラウンド蛍光)が発せ
られる。
求めるためには、上記背景光を除去する必要があるが、
この背景光は、測定対象分子からの蛍光と同時に発せら
れるため、これら二つの蛍光を分けることは困難であ
る。このために従来は、液体燃焼場や固体燃焼場にはL
IFを適用することが出来ないという問題があった。
で、液体燃焼場や固体燃焼場等においても、LIFによ
る濃度計測を行なうことができるLIFによる濃度計測
装置及び方法を提供することを目的とする。
る濃度計測装置は、励起用パルスレーザを第1及び第2
の色素レーザに導き、第1の色素レーザを測定対象分子
が発する蛍光の波長に、第2の色素レーザを背景光のも
ととなる波長に合せる手段と、上記二つの色素レーザ光
を合体し、僅かな時間差を持たせて測定場に照射する手
段と、上記色素レーザ光の時間差に応じてシャッタを切
り、上記測定場を撮影する2台のCCDカメラと、上記
2台のCCDカメラの出力の一方から他方を差引いて測
定対象分子の発する蛍光を抽出する手段とを具備したこ
とを特徴とする。
方法は、第1の色素レーザを測定対象分子が発する蛍光
の波長に、第2の色素レーザを背景光のもととなる波長
に合せ、上記二つの異なった波長のレーザ光を測定場に
僅かな時間差を持たせて照射し、同時間差に応じて測定
場の蛍光を撮影し、撮影された出力から背景光のみを差
引いて測定対象分子のみの蛍光を抽出するようにしたこ
とを特徴とする。
1及び第2の色素レーザを発振させる。この際、まず、
第1の色素レーザから測定対象分子が発する蛍光の波長
に一致した波長のレーザ光が出力され、その後、僅かな
時間間隔をおいて第2の色素レーザから、背景光のもと
となる波長のレーザ光が出力される。この波長の異なる
二つのレーザ光は、ミラー、ビームスプリッタ等を介し
て合体された後、測定場に照射される。
及び液体燃料、固体燃料等の背景部より生ずる蛍光は、
第1及び第2の色素レーザに同期して動作するを2台の
CCDカメラで撮影される。この際、第1の色素レーザ
に同期したCCDカメラにより、測定対象分子からの蛍
光と背景光が撮影され、第2の色素レーザに同期したC
CDカメラにより、背景光のみが撮影される。
から他方を差引くことによって、測定対象分子の発する
蛍光のみを抽出でき、測定対象分子の二次元濃度分布を
知ることができる。
明する。本発明の一実施例に係るLIF(レーザ誘起蛍
光法:Laser Induced Fluorescense)による濃度計測装
置の構成例を図1に示す。
から出力されるレーザ光は、ビームスプリッタ12によ
り分岐され、その一方は第1の色素レーザ13aに送ら
れ、他方はミラー14で反射して第2の色素レーザ13
bに送られる。色素レーザ13a,13bは、励起用パ
ルスレーザ11からのレーザ光により発振し、測定用の
レーザ光La1,La2を出力する。この色素レーザ1
3a,13bから出力されるレーザ光La1,La2
は、ミラー15及びビームスプリッタ16により同軸上
に合体され、ビームエクスパンダ17を介して液体燃焼
場や、固体燃焼場等の測定場18に照射される。
場18における測定対象分子が発する蛍光の波長に一致
する波長のレーザ光La1を発生し、色素レーザ13b
は、測定場17における液体燃料、固体燃料等による背
景光のもととなる波長のレーザ光La2を発生するよう
に設定される。更に、上記色素レーザ13aと色素レー
ザ13bとは,僅かな時間差例えば50〜100nsの
時間差を持ってレーザ光La1,La2を発生するよう
に設定される。
射により測定場18に生じる蛍光を、レンズ19a,1
9bで集光し、CCDカメラ20a,20bにより撮影
する。この場合、CCDカメラ20a,20bは、色素
レーザ13a,13bから同期ライン21a,21bを
介して与えられる同期信号に同期してシャッタ動作を行
なうようになっている。
された画像情報は、図示しないが、画像処理回路へ送ら
れる。この画像処理回路は、CCDカメラ20aの撮影
画像からCCDカメラ20bの撮影画像を差し引くこと
により、測定対象分子のみの蛍光強度を抽出して二次元
濃度分布を得ている。
一般に、測定対象分子が励起される(蛍光を発する)波
長の範囲は非常に狭く、強い励起波長(レーザ波長)依
存性を有する。一方、液体燃料や固体燃料等からの蛍光
は励起波長に対する依存性が少ない。
つのレーザ光、即ち、測定対象分子が発する蛍光の波長
に一致する波長のレーザ光La1、及び液体燃料、固体
燃料等の背景部が発する背景光となる波長のレーザ光L
a2を用いると、図3に示すように、レーザ光La1に
より測定対象分子からの蛍光及び背景光(測定対象分子
からの蛍光+液体、固体燃料からの蛍光強度)の強度を
計測でき、レーザ光2により背景光(液体、固体燃料か
らの蛍光強度)のみを計測できる。
光により、まず、色素レーザ13aからレーザ光La1
を発生し、続いて微少時間後、例えば50〜100ns
後に色素レーザ13bからレーザ光La2を発生して測
定場18に照射する。そして、このレーザ光の照射に同
期してCCDカメラ20a,20bを動作させ、測定場
18における蛍光を撮影する。この結果、CCDカメラ
20aにより、レーザ光La1に基づく測定対象分子か
らの蛍光及び背景光が撮影され、CCDカメラ20bに
より、レーザ光La2に基づく背景光のみが撮影され
る。
影画像を画像処理回路に出力し、図3に示すようにCC
Dカメラ20aの撮影画像から得られる蛍光A(測定対
象分子による蛍光+背景光)より、CCDカメラ20b
の撮影画像から得られる蛍光B(背景光)を差し引くこ
とによって、測定対象分子のみの蛍光強度を抽出するこ
とができ、測定対象分子の二次元濃度分布を知ることが
できる。
IFによる濃度計測において、液体燃料、固体燃料等の
背景部からの背景光を除去でき、従来測定が困難であっ
た微粉炭バーナやエンジン等における二次元ガス成分濃
度計測をLIFを用いて行なうことができる。
装置の構成を示す図。
燃料からの蛍光特性を示す図。
ック図。
明するための図。
光強度の関係を表わす図。
説明するための図。
Claims (2)
- 【請求項1】 励起用パルスレーザを第1及び第2の色
素レーザに導き、第1の色素レーザを測定対象分子が発
する蛍光の波長に、第2の色素レーザを背景光のもとと
なる波長に合せる手段と、 上記二つの色素レーザ光を合体し、僅かな時間差を持た
せて測定場に照射する手段と、 上記色素レーザ光の時間差に応じてシャッタを切り、上
記測定場を撮影する2台のCCDカメラと、 上記2台のCCDカメラの出力の一方から他方を差引い
て測定対象分子の発する蛍光を抽出する手段とを具備し
たことを特徴とするLIFによる濃度計測装置。 - 【請求項2】 第1の色素レーザを測定対象分子が発す
る蛍光の波長に、第2の色素レーザを背景光のもととな
る波長に合せ、上記二つの異なった波長のレーザ光を測
定場に僅かな時間差を持たせて照射し、同時間差に応じ
て測定場の蛍光を撮影し、撮影された出力から背景光の
みを差引いて測定対象分子のみの蛍光を抽出するように
したことを特徴とするLIFによる濃度計測方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP18995393A JP3224640B2 (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | Lifによる濃度計測装置及び方法 |
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JPH0743303A true JPH0743303A (ja) | 1995-02-14 |
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1993
- 1993-07-30 JP JP18995393A patent/JP3224640B2/ja not_active Expired - Fee Related
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