JPH10153416A - 火炎面３次元測定方法およびその装置 - Google Patents
火炎面３次元測定方法およびその装置Info
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- JPH10153416A JPH10153416A JP8311611A JP31161196A JPH10153416A JP H10153416 A JPH10153416 A JP H10153416A JP 8311611 A JP8311611 A JP 8311611A JP 31161196 A JP31161196 A JP 31161196A JP H10153416 A JPH10153416 A JP H10153416A
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- Japan
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- flame
- laser
- temperature oxygen
- flame surface
- beam pattern
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 火炎面の形状を３次元的にとらえることがで
きる火炎面３次元測定方法およびその装置を提供するこ
とである。 【解決手段】 高温酸素のＬＩＦ信号を計測するための
励起光としてのレーザー光を発生することができるレー
ザー１からのレーザー光をシート状ビーム成形にさらに
奥行方向の幅を持たせたビームパターン成形を行い、こ
のビームパターン成形後のレーザー光を火炎３に対して
照射し、火炎３中の高温酸素からの蛍光をＣＣＤカメラ
５、６によって複数の角度から観測し、この観測結果の
それぞれに対して画像微分演算装置７、８で微分処理を
施すことによって前記火炎の火炎面を３次元的に測定す
る。
きる火炎面３次元測定方法およびその装置を提供するこ
とである。 【解決手段】 高温酸素のＬＩＦ信号を計測するための
励起光としてのレーザー光を発生することができるレー
ザー１からのレーザー光をシート状ビーム成形にさらに
奥行方向の幅を持たせたビームパターン成形を行い、こ
のビームパターン成形後のレーザー光を火炎３に対して
照射し、火炎３中の高温酸素からの蛍光をＣＣＤカメラ
５、６によって複数の角度から観測し、この観測結果の
それぞれに対して画像微分演算装置７、８で微分処理を
施すことによって前記火炎の火炎面を３次元的に測定す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は火炎面３次元測定方
法およびその装置に関する。
法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】火炎において燃焼反応が始まった面を一
般に火炎面と呼ぶ。この火炎面を可視化して測定するこ
とができれば、燃焼状態、特に火炎の形状を計測するの
に有効である。
般に火炎面と呼ぶ。この火炎面を可視化して測定するこ
とができれば、燃焼状態、特に火炎の形状を計測するの
に有効である。
【０００３】従来から、平面レーザー誘起蛍光法（ＬＩ
Ｆ：Ｌａｓｅｒ ＩｎｄｕｃｅｄＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎ
ｃｅ法）でＣＨラジカルやＣ2 ラジカルの断面分布を計
測することによって火炎面を測定する方法が知られてい
る。この方法では、ＣＨラジカルやＣ2 ラジカルが燃焼
反応のごく最初の段階でのみ存在する物質であることを
利用し、このＣＨラジカルやＣ2 ラジカルを計測するこ
とによって燃焼の始まる場所すなわち火炎面を測定して
いる。
Ｆ：Ｌａｓｅｒ ＩｎｄｕｃｅｄＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎ
ｃｅ法）でＣＨラジカルやＣ2 ラジカルの断面分布を計
測することによって火炎面を測定する方法が知られてい
る。この方法では、ＣＨラジカルやＣ2 ラジカルが燃焼
反応のごく最初の段階でのみ存在する物質であることを
利用し、このＣＨラジカルやＣ2 ラジカルを計測するこ
とによって燃焼の始まる場所すなわち火炎面を測定して
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、平面ＬＩＦ
法は、レーザー光をシート状に成形して火炎に照射し、
レーザー光の伝播方向に垂直な方向からカメラ等で蛍光
を観測する方法であるため、火炎面の断面の分布しか計
測することができず、火炎面の３次元的な形状を得るこ
とはできない。このため、従来の火炎面計測方法では、
火炎面の形状を３次元的にとらえることは不可能であっ
た。
法は、レーザー光をシート状に成形して火炎に照射し、
レーザー光の伝播方向に垂直な方向からカメラ等で蛍光
を観測する方法であるため、火炎面の断面の分布しか計
測することができず、火炎面の３次元的な形状を得るこ
とはできない。このため、従来の火炎面計測方法では、
火炎面の形状を３次元的にとらえることは不可能であっ
た。
【０００５】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
ので、火炎面の形状を３次元的にとらえることができる
火炎面３次元測定方法およびその装置を提供することを
目的とする。
ので、火炎面の形状を３次元的にとらえることができる
火炎面３次元測定方法およびその装置を提供することを
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、高温酸素のＬＩＦ信号を計測するための
励起光としてのレーザー光を発生することができるレー
ザーからのレーザー光をシート状ビーム成形にさらに奥
行方向の幅を持たせたビームパターン成形を行い、この
ビームパターン成形後のレーザー光を火炎に対して照射
し、この火炎中の高温酸素からの蛍光を複数の角度から
観測し、この観測結果のそれぞれに対して微分処理を施
すことによって前記火炎の火炎面を３次元的に測定する
ことを特徴とする。
成するために、高温酸素のＬＩＦ信号を計測するための
励起光としてのレーザー光を発生することができるレー
ザーからのレーザー光をシート状ビーム成形にさらに奥
行方向の幅を持たせたビームパターン成形を行い、この
ビームパターン成形後のレーザー光を火炎に対して照射
し、この火炎中の高温酸素からの蛍光を複数の角度から
観測し、この観測結果のそれぞれに対して微分処理を施
すことによって前記火炎の火炎面を３次元的に測定する
ことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に基づいて説明
する。
する。
【０００８】火炎面の形状を３次元的にとらえるために
は、火炎に照射するレーザー光の断面積を広げて（レー
ザー光をシート状ビーム成形にさらに奥行方向の幅を持
たせたビームパターン成形を行い）、レーザー光が火炎
の多くの部分を通過するようにする必要があるが、ＣＨ
ラジカルやＣ2 ラジカルを計測するためのレーザーは色
素レーザーであり、この色素レーザーは低出力で不安定
なものしか実現していない。このため、色素レーザーを
用いたのでは、レーザー光の断面積を広げてやると局部
的なレーザー光強度が弱くなってしまい、火炎からのＬ
ＩＦ信号が観測不可能な程に微弱なものになってしま
う。
は、火炎に照射するレーザー光の断面積を広げて（レー
ザー光をシート状ビーム成形にさらに奥行方向の幅を持
たせたビームパターン成形を行い）、レーザー光が火炎
の多くの部分を通過するようにする必要があるが、ＣＨ
ラジカルやＣ2 ラジカルを計測するためのレーザーは色
素レーザーであり、この色素レーザーは低出力で不安定
なものしか実現していない。このため、色素レーザーを
用いたのでは、レーザー光の断面積を広げてやると局部
的なレーザー光強度が弱くなってしまい、火炎からのＬ
ＩＦ信号が観測不可能な程に微弱なものになってしま
う。
【０００９】そこで、本発明では、色素レーザーの代り
にＫｒＦ（クリプトン−フッ素）エキシマレーザーまた
はＡｒＦ（アルゴン−フッ素）エキシマレーザー等を用
いる。このＫｒＦエキシマレーザー等であれば色素レー
ザーの１０〜１００倍もの出力があり、十分な強度のレ
ーザー光を出力することができるからである。しかし、
色素レーザー以外の他の高出力のレーザーを用いたので
は、ＣＨラジカルやＣ2 ラジカルを測定することができ
ない。
にＫｒＦ（クリプトン−フッ素）エキシマレーザーまた
はＡｒＦ（アルゴン−フッ素）エキシマレーザー等を用
いる。このＫｒＦエキシマレーザー等であれば色素レー
ザーの１０〜１００倍もの出力があり、十分な強度のレ
ーザー光を出力することができるからである。しかし、
色素レーザー以外の他の高出力のレーザーを用いたので
は、ＣＨラジカルやＣ2 ラジカルを測定することができ
ない。
【００１０】このため、本発明では、ＣＨラジカルやＣ
2 ラジカルを測定する代わりに火炎中の高温の酸素をＬ
ＩＦ測定する。ＫｒＦエキシマレーザー等を用いると、
高温（１０００℃以上）に加熱された酸素のみを選択的
に計測することができる。火炎面においては、急激な温
度上昇が起こっているため、高温の酸素のＬＩＦ信号が
急速に立ち上がる。しかしながら、火炎面よりも後流の
既燃領域においても引き続いて高温領域が続くので、高
温酸素をＬＩＦ測定しただけでは火炎面の測定にはなら
ない。
2 ラジカルを測定する代わりに火炎中の高温の酸素をＬ
ＩＦ測定する。ＫｒＦエキシマレーザー等を用いると、
高温（１０００℃以上）に加熱された酸素のみを選択的
に計測することができる。火炎面においては、急激な温
度上昇が起こっているため、高温の酸素のＬＩＦ信号が
急速に立ち上がる。しかしながら、火炎面よりも後流の
既燃領域においても引き続いて高温領域が続くので、高
温酸素をＬＩＦ測定しただけでは火炎面の測定にはなら
ない。
【００１１】そこで、本発明では、得られた高温酸素の
分布画像を空間的に微分して、ＬＩＦ信号量が急激に増
加する部分すなわち急激に温度上昇する部分である火炎
面を得るようにしている。このようにすることによって
本発明は火炎面を計測することができる。
分布画像を空間的に微分して、ＬＩＦ信号量が急激に増
加する部分すなわち急激に温度上昇する部分である火炎
面を得るようにしている。このようにすることによって
本発明は火炎面を計測することができる。
【００１２】すなわち、本発明では、レーザー光を照射
した火炎を２台のカメラを用いてわずかに異なる角度か
ら撮像し、得られた２つの画像のそれぞれを空間微分し
て表示し、微分後の２つの画像を交差法または平行法と
いった手法でステレオ視することにより、火炎面の３次
元的形状を計測することができる。
した火炎を２台のカメラを用いてわずかに異なる角度か
ら撮像し、得られた２つの画像のそれぞれを空間微分し
て表示し、微分後の２つの画像を交差法または平行法と
いった手法でステレオ視することにより、火炎面の３次
元的形状を計測することができる。
【００１３】図１は、本発明による火炎面３次元測定装
置の一実施の形態のブロック図である。
置の一実施の形態のブロック図である。
【００１４】図１の破線はＫｒＦエキシマレーザー１か
らのレーザー光を示している。このレーザー光の波長は
たとえば２４８ｎｍである。レーザー１からのレーザー
光は、レンズ２によって拡大されて火炎３に照射され
る。レーザー光が照射された火炎３からは高温酸素の量
に応じた強度の蛍光が発生する。この蛍光は、高温酸素
のＬＩＦ信号としてＣＣＤカメラ５および６で撮像され
る。４は火炎３を通過したレーザー光を吸収し反射をな
くすためのビームダンパーである。
らのレーザー光を示している。このレーザー光の波長は
たとえば２４８ｎｍである。レーザー１からのレーザー
光は、レンズ２によって拡大されて火炎３に照射され
る。レーザー光が照射された火炎３からは高温酸素の量
に応じた強度の蛍光が発生する。この蛍光は、高温酸素
のＬＩＦ信号としてＣＣＤカメラ５および６で撮像され
る。４は火炎３を通過したレーザー光を吸収し反射をな
くすためのビームダンパーである。
【００１５】ＣＣＤカメラ５および６で撮像された２つ
の画像は、それぞれ画像微分演算装置７および８に入力
される。画像微分演算装置７および８では、高温酸素の
ＬＩＦ信号による画像を微分処理して、高温酸素のＬＩ
Ｆ信号が急激に変化している部分を表示する画像を作成
する。この微分処理を施された２つの画像は表示装置９
において表示される。観測者は、表示装置９に表示され
た２つの画像のそれぞれを右目、左目別々に見ることに
より、交差法または平行法といった手法でステレオ視す
ることができ、火炎面の３次元的形状を計測することが
できる。
の画像は、それぞれ画像微分演算装置７および８に入力
される。画像微分演算装置７および８では、高温酸素の
ＬＩＦ信号による画像を微分処理して、高温酸素のＬＩ
Ｆ信号が急激に変化している部分を表示する画像を作成
する。この微分処理を施された２つの画像は表示装置９
において表示される。観測者は、表示装置９に表示され
た２つの画像のそれぞれを右目、左目別々に見ることに
より、交差法または平行法といった手法でステレオ視す
ることができ、火炎面の３次元的形状を計測することが
できる。
【００１６】なお、本実施の形態では、２台のＣＣＤカ
メラを設けて２つの画像から火炎面を３次元的にとらえ
たが、本発明はこれに限られるものではなく、２か所以
上の位置で高温酸素からの蛍光を計測するようにすれば
よい。
メラを設けて２つの画像から火炎面を３次元的にとらえ
たが、本発明はこれに限られるものではなく、２か所以
上の位置で高温酸素からの蛍光を計測するようにすれば
よい。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高出力のエキシマレーザーを用いることによって、従来
のシート状ビーム成形にさらに奥行方向の幅を持たせた
ビームパターンを成形して適用することができるため、
３次元的に広がった領域を測定領域として十分にカバー
することができる。
高出力のエキシマレーザーを用いることによって、従来
のシート状ビーム成形にさらに奥行方向の幅を持たせた
ビームパターンを成形して適用することができるため、
３次元的に広がった領域を測定領域として十分にカバー
することができる。
【００１８】従来の方法による火炎面の断面観測では得
られる情報が不十分な場合、特に爆轟等の火炎面が瞬間
的に空間を伝播する現象の観測に、本発明は有効であ
る。
られる情報が不十分な場合、特に爆轟等の火炎面が瞬間
的に空間を伝播する現象の観測に、本発明は有効であ
る。
【図１】本発明による火炎面３次元測定装置の一実施の
形態のブロック図である。
形態のブロック図である。
１ レーザー ２ レンズ ３ 火炎 ４ ビームダンパー ５、６ ＣＣＤカメラ ７、８ 画像微分演算装置 ９ 表示装置
Claims (6)
- 【請求項１】 高温酸素のＬＩＦ信号を計測するための
励起光としてのレーザー光を発生することができるレー
ザーからのレーザー光をシート状ビーム成形にさらに奥
行方向の幅を持たせたビームパターン成形を行い、該ビ
ームパターン成形後のレーザー光を火炎に対して照射
し、該火炎中の高温酸素からの蛍光を複数の角度から観
測し、該観測結果のそれぞれに対して微分処理を施すこ
とによって前記火炎の火炎面を３次元的に測定すること
を特徴とする火炎面３次元測定方法。 - 【請求項２】 前記ビームパターン成形後のレーザー光
を火炎に対して照射し、該火炎中の高温酸素からの蛍光
をわずかに異なる２つの角度から観測し、該２つの観測
結果のそれぞれに対して微分処理を施し、該微分処理後
の２つの観測結果をステレオ視することによって前記火
炎の火炎面を３次元的に測定することを特徴とする請求
項１に記載の火炎面３次元測定方法。 - 【請求項３】 前記レーザーがＫｒＦエキシマレーザー
である請求項１または２に記載の火炎面３次元測定方
法。 - 【請求項４】 高温酸素のＬＩＦ信号を計測するための
励起光としてのレーザー光を発生することができるレー
ザーと、該レーザーからのレーザー光をシート状ビーム
成形にさらに奥行方向の幅を持たせたビームパターン成
形を行うレーザー光成形手段と、該レーザー光成形手段
によるビームパターン成形後のレーザー光を火炎に照射
したときに生じる高温酸素からの蛍光を複数の角度から
観測する観測手段と、該観測手段による観測結果のそれ
ぞれに対して微分処理を施す微分演算手段とを備えたこ
とを特徴とする火炎面３次元測定装置。 - 【請求項５】 前記観測手段が２台のＣＣＤカメラであ
り、前記微分演算手段は前記ＣＣＤカメラで撮像した画
像に対して微分処理を施し、該微分処理後の２つの画像
を表示する表示手段をさらに備えたことを特徴とする請
求項４に記載の火炎面３次元測定方法。 - 【請求項６】 前記レーザーがＫｒＦエキシマレーザー
である請求項４または５に記載の火炎面３次元測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31161196A JP3552858B2 (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | 火炎面３次元測定方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31161196A JP3552858B2 (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | 火炎面３次元測定方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10153416A true JPH10153416A (ja) | 1998-06-09 |
| JP3552858B2 JP3552858B2 (ja) | 2004-08-11 |
Family
ID=18019343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31161196A Expired - Fee Related JP3552858B2 (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | 火炎面３次元測定方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3552858B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7505126B2 (en) * | 2003-08-08 | 2009-03-17 | Shikoku Research Institute Incorporated | Method and device for monitoring hydrogen gas and hydrogen flame |
| CN102175174A (zh) * | 2011-01-24 | 2011-09-07 | 华南理工大学 | 一种运动火源火焰锋面结构的可视化测量装置及方法 |
| CN102175178A (zh) * | 2011-02-18 | 2011-09-07 | 华南理工大学 | 运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统与方法 |
| CN102494630A (zh) * | 2011-07-29 | 2012-06-13 | 刘建松 | 锅炉、容器内的火焰的形状特征参数测量方法及装置 |
| CN106092997A (zh) * | 2016-08-09 | 2016-11-09 | 上海禾赛光电科技有限公司 | 基于plif技术的火焰检测装置及方法 |
| CN110608889A (zh) * | 2019-10-11 | 2019-12-24 | 华中科技大学 | 一种单液滴燃烧的火焰温度三维重构方法及实验装置 |
-
1996
- 1996-11-22 JP JP31161196A patent/JP3552858B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7505126B2 (en) * | 2003-08-08 | 2009-03-17 | Shikoku Research Institute Incorporated | Method and device for monitoring hydrogen gas and hydrogen flame |
| CN102175174A (zh) * | 2011-01-24 | 2011-09-07 | 华南理工大学 | 一种运动火源火焰锋面结构的可视化测量装置及方法 |
| CN102175178A (zh) * | 2011-02-18 | 2011-09-07 | 华南理工大学 | 运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统与方法 |
| CN102494630A (zh) * | 2011-07-29 | 2012-06-13 | 刘建松 | 锅炉、容器内的火焰的形状特征参数测量方法及装置 |
| CN106092997A (zh) * | 2016-08-09 | 2016-11-09 | 上海禾赛光电科技有限公司 | 基于plif技术的火焰检测装置及方法 |
| CN110608889A (zh) * | 2019-10-11 | 2019-12-24 | 华中科技大学 | 一种单液滴燃烧的火焰温度三维重构方法及实验装置 |
| CN110608889B (zh) * | 2019-10-11 | 2020-12-15 | 华中科技大学 | 一种单液滴燃烧的火焰温度三维重构方法及实验装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3552858B2 (ja) | 2004-08-11 |
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