WO2008059598A1

WO2008059598A1 - Dispositif d'analyse de réaction, support d'enregistrement et système de mesure

Info

Publication number: WO2008059598A1
Application number: PCT/JP2006/323030
Authority: WO
Inventors: Yuji Ikeda; Atsushi Nishiyama
Original assignee: Imagineering, Inc.
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2008-05-22
Also published as: WO2008059976A1; US8758689B2; EP2085767A4; CN101535797A; US20100055001A1; CN101535797B; KR20090082893A; KR101331437B1; EP2085767A1

Description

明細書

反応解析装置、記録媒体及び計測システム

技術分野

[0001] 本発明は、燃焼反応、プラズマ反応等の反応 (以下、単に「反応」と呼ぶ。）の状態を計測'解析する反応解析装置及び計測システムに関し、特に、煤、輝炎及び燃料予混合不良等の発生を検知して通知し、また、光学的な測定手法によって反応の領域から情報を得て、その情報をもとに反応の特徴を解析する反応解析装置及び計測システムに関する。また、本発明は、反応解析装置を構成するためのプログラムが記録された記録媒体に関する。

背景技術

[0002] 反応が起きて!/、る領域 (以下、単に「反応領域」と呼ぶ。）にお、て異常な反応が起こり、未反応の粒子が混入したり反応が不完全になったりすると、その反応を利用して動作する機関の動作に大きな影響を及ぼす。例えば、炭化水素系燃料と空気との予混合が行なわれていな力つた場合などには、燃料が濃い領域で不完全燃焼し、煤が形成され、輝炎が発生する。また、内燃機関において燃焼室内で予期しない燃焼が生じると、いわゆるノッキングが発生する。このような異常反応の発生を検知したり、反応がどのような特徴を有するものであるか測定 '解析によって知ったりすることは、反応を利用して動作する機関の高効率化、低環境負荷化にとって必要不可欠なものである。

[0003] 従来、反応異常を検知したり反応の特徴を知るための手法として、人間の知覚による経験的な手法、反応領域の圧力測定及び圧力解析による手法、反応室の音、または、振動の測定及び解析による方法、反応領域からの排気等を測定しその成分等を分析する手法などが行なわれてきた。し力これらの手法は感覚的、または、間接的な手法であるため、検知の再現性に欠け、また反応について詳細な情報を得ることができるものではなかった。

[0004] そこで、反応領域を直接的に光学計測することにより反応異常の発生を検知したり、反応が行なわれて、る領域の光を解析することによって反応の状態等にっ、ての情報を得たりする様々な技術が提案されている。例えば、特許文献 1には、火炎の各自発光に対応させて燃焼室に光センサを設置し、光センサにより検出された発光強度の比から空燃比を算出し、この空燃比に基づいて燃焼診断を行なう方法が開示されている。また、非特許文献 2に記載の燃焼診断手法のように、燃焼室に光ファイバを挿入し、光ファイバを介して燃焼室内の光を検出し、その光の強度によってノッキング等の燃焼異常を検出するものもある。

[0005] また、本件発明者らは、特許文献 2に記載の光計測装置を提案している。この光計測装置は、この光計測装置は、反射光学系を形成する光学素子を有するプラグを用いて燃焼室内の局所の物理'ィ匕学反応によって発生する光を計測し、物理'化学反応領域、局所的な物理'化学反応特性の検出'解析を行なうものである。

[0006] 特許文献 1 :特開 2005— 226893公報

特許文献 2：特開 2006 - 292524公報

非特許文献 1： AVLビジオリユーシヨンカタログ (エイヴィエルジャパン株式会社）発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 特許文献 1に記載の技術は、発光強度の比力空燃比を算出し、当該空燃比によつて燃焼診断を行なっているが、不完全燃焼により反応領域において煤が形成され輝炎が発生した場合などには、そもそも自発光の強度を正確に測定することができない。そのため、空燃比を算出することは不可能となる。したがって、特許文献 1に記載の技術では、このような異常反応を検知できない。

[0008] 非特許文献 1に記載の技術では、燃焼室内の光の強度によって燃焼異常を検出しているが、反応領域の熱、圧力、若しくは雰囲気中の化学物質等の影響により、または、光ファイバに煤などが付着することにより、光ファイバの集光性能が劣化した場合には、光の強度を正確に測定することができなくなる。また不正確な測定値からは適切に燃焼異常を検出することは不可能である。したがって、非特許文献 1に記載の技術では、空燃比を適切に算出することができないば力りでなぐ異常反応の検知の再現性が確保できない。このような受光の状況によって生じる検知の再現性の問題は、上記各文献に記載の技術において起こりうる。 [0009] また、特許文献 1及び非特許文献 1に記載の技術では、光センサ、または、光フアイバに向力うすべての方向からの光が検出される構成となっているため、空間分解能が悪ぐ異常反応が検出されても、それが反応領域のどの位置で発生したの力、または、異常反応がどのような空間的分布になっているのかを同定することが極めて困難である。

[0010] 本発明は、上述の事情に鑑みて提案されるものであって、反応領域が異常な反応状態にあるカゝを的確にかつ高ヽ再現性で検知できる反応解析装置、計測システム及び反応解析装置を構成するためのプログラムを記録した記録媒体を提供しょうとするものである。

[0011] また、本発明は、反応領域の状態に応じて適切な解析処理を実行し、燃料領域の特徴を効率よく解析できる反応解析装置、計測システム及び反応解析装置を構成するためのプログラムを記録した記録媒体を提供しょうとするものである。

[0012] また、本発明は、反応領域が異常な状態にある力を高い空間分解能で検知することができる反応解析装置、計測システム及び反応解析装置を構成するためのプログラムを記録した記録媒体を提供しょうとするものである。

課題を解決するための手段

[0013] 本発明に係る反応解析装置は、反応領域から発せられた光の分光測定装置による測定結果から第 1の波長成分の強度値及び第 2の波長成分の強度値を取得する取得手段と、取得手段により取得された第 1の波長成分の強度値及び第 2の波長成分の強度値から第 2の波長成分に対する第 1の波長成分の相対強度を算出する相対強度算出手段と、相対強度算出手段により算出された相対強度が所定の範囲内の値であるか否かを判定する判定手段と、判定手段により相対強度が所定の範囲内の値であると判定されたことに応答して反応領域の状態が所定の状態にあることを通知する通知手段とを有することを特徴とする。

[0014] 上記構成によれば、反応領域力発せられた光の所定の分光測定装置による測定結果のうち、第 2の波長成分に対する第 1の波長成分の相対強度が所定の範囲内の値であるときに反応領域が所定の状態にあることを通知する。この相対強度は、第 1 の波長成分、または、第 2の波長成分の強度値に比べ、反応領域から発せられた光を受光し分光測定する際に光学系の状態に依存して発生する誤差の影響によって変動することが少ない。したがって、反応領域に関する分光測定装置による測定結果に基づき、測定の状況から大きく影響を受けることなぐ反応領域が所定の状態にあることを高、再現性で適切に検知し通知することができる。

[0015] 取得手段は、炭化水素の反応領域から発せられた光の所定の分光測定装置による測定結果から、 C *から発せられる光の波長と略一致する波長成分の強度値を第

2

1の波長成分の強度値として、 CH*、 CN*、及び OH*からなる群より選ばれた少なくとも一のラジカル力発せられる光の波長と略一致する波長の成分の強度値を第 2の波長成分の強度値として、それぞれ取得することが好ま、。

[0016] 上記構成によれば、炭化水素の反応領域に関する分光測定装置による測定結果に基づき、当該炭化水素の反応領域が所定の状態にあることを高い再現性で適切に検知し通知することができる。

[0017] 通知手段は、判定手段により相対強度が所定の範囲内の値であると判定されたことに応答して、反応領域にぉ、て煤が発生したことを通知することが好ま、。

[0018] 上記構成によれば、反応領域の分光測定装置による測定結果に基づき、反応領域にお、て煤が発生したことを高、再現性で適切に検知し通知することができる。

[0019] また、本発明に係る反応解析装置は、取得手段は、反応領域から発せられた光の分光測定装置による測定結果から第 3の波長成分の強度値及び第 4の波長成分の強度値を取得し、相対強度算出手段は、取得手段により取得された第 3の波長成分の強度値及び第 4の波長成分の強度値から第 4の波長成分に対する第 3の波長成分の相対強度を算出し、判定手段が相対強度が所定の範囲内の値であると判定したことに応答して通知手段が反応領域において煤が発生したことを通知したときに、算出手段により第 3の波長成分の強度値及び第 4の波長成分の強度値をもとに、反応領域にお、て発生した煤の温度を算出することが好ま、。

[0020] 上記構成によれば、反応領域において煤が発生したことが通知されたときの測定結果から煤の温度の算出が実行される。煤の温度を算出可能な測定結果から煤の温度を算出できるため、効率よく煤の温度に関する情報を生成することが可能になる [0021] 本発明に係る反応解析装置は、通知手段が反応領域において煤が発生したことを通知したときに、第 3の波長成分の強度値、第 4の波長成分の強度値及び煤の温度をもとに、反応領域において発生した煤の濃度を算出する濃度算出手段を備えてもよい。

[0022] 上記構成によれば、反応領域において煤が発生したことが通知されたときの測定結果から煤の濃度の算出が実行される。煤の濃度を算出可能な測定結果から煤の濃度を算出できるため、効率よく煤の濃度に関する情報を生成することができる。

[0023] さらに、通知手段は、判定手段により相対強度が所定の範囲内の値であると判定されたことに応答して、反応領域にぉ、て連続的なスペクトルパターンの光を発する反応がおきて、る状態にあることを通知することが好ま、。

[0024] 上記構成によれば、反応領域に関する分光測定装置による測定結果に基づき、反応領域において連続的なスペクトルパターンの光を発する反応がおきている状態にあることを高、再現性で適切に検知し通知することができる。

[0025] 通知手段は、判定手段により相対強度が所定の範囲内の値であると判定されたことに応答して、反応領域にぉ、て輝炎が発生したことを通知するようにしてもょ、。

[0026] 上記構成によれば、反応領域に関する分光測定装置による測定結果に基づき、反応領域で輝炎が発生する状態であることを高い再現性で適切に検知し通知することができる。

[0027] 通知手段は、判定手段により相対強度が所定の範囲内の値であると判定されたことに応答して、反応領域にぉ、て不完全燃焼が発生したことを通知するようにしてもよい。

[0028] 上記構成によれば、反応領域に関する分光測定装置による測定結果に基づき、反応領域が不完全燃焼の状態にあることを高い再現性で適切に検知し通知することができる。

[0029] 通知手段は、判定手段により相対強度が所定の範囲内の値であると判定されたことに応答して、反応領域において燃料と酸化剤との予混合不良が発生したことを通知するようにしてちょい。

[0030] 上記構成によれば、反応領域に関する分光測定装置による測定結果に基づき、反応領域の状態が所定の状態にあることを通知する燃料と酸化剤との予混合が不十分な状態にあることを高い再現性で適切に検知し通知することができる。

[0031] 通知手段は、判定手段により相対強度が所定の範囲内の値であると判定されたことに応答して、反応領域がプラズマ反応の所定の状態にあることを通知するようにしてちょい。

[0032] 通知手段は、判定手段により相対強度が所定の範囲内の値であると判定されたことに応答して、反応領域がレーザ誘起ブレイクダウン反応の初期状態にあることを通知するようにしてちょい。

[0033] 上記構成によれば、所定のレーザ誘起ブレイクダウン反応領域に関する分光測定装置による測定結果に基づき、反応領域がレーザ誘起ブレイクダウン反応の初期の状態にあることを高い再現性で適切に検知し通知することができる。

[0034] また、この反応解析装置は、判定手段により相対強度が所定の範囲内の値ではないと判定されたときに、分光測定装置による測定結果をもとに、反応領域の空気過剰率を算出する算出手段を有してもよい。

[0035] 上記構成によれば、連続的なスペクトルパターンの光を発する反応が起きて、な!/、ときに、測定結果力空燃比の算出が実行される。したがって、ピークが適切に検出できな、連続的なスペクトルパターンの光にっ、ての測定結果力空気過剰率の算出が実行されることを回避でき、効率よく空気過剰率の算出を行なうことができる。

[0036] この反応解析装置はさらに、判定手段による判定の結果に応じて、第 1の波長範囲及び第 2の波長範囲から、波長範囲を選択する選択手段と、判定手段による判定が実行された測定結果のうち、選択手段により選択された波長範囲内に出現するピークの特徴量をもとに、反応領域の特徴に関する所定の情報を生成するピーク解析手段とを有することが好ましい。

[0037] 上記構成によれば、ピーク解析手段は、判定手段による判定の結果に応じて選択された波長範囲内のピークの特徴量をもとに、反応領域の特徴に関する所定の情報を生成する。すなわち、ピーク解析手段は反応領域の状態に応じて選ばれた波長範囲から得られる情報をもとに反応領域の特徴に関する所定の情報を生成する。したがって、反応領域の状態に応じて効率的に反応領域の特徴に関する情報を提供することがでさる。

[0038] ピーク解析手段は、判定手段による判定が実行された測定結果のうち、選択手段により選択された波長範囲内の第 5の波長及び第 6の波長にそれぞれ出現するピークの出現時期をもとに、ノッキングの発生の有無を判定し、当該判定の結果を示す情報を生成することが好まし、。

[0039] 上記構成によれば、反応領域の状態に応じた効率的な処理でノッキングの発生の有無を判定することができる。また反応領域力発せられた光によってノッキングの発生の有無を判定するため、振動や圧力によるノッキングの判定より、ノッキングの発生位置に関する情報を得ることが容易である。またピークの出現時期の情報は、反応領域で発せられた光の強さやピークの強度値より光の測定系の状態に依存して発生する誤差の影響によって変動することが少ない。したがって分光測定装置による測定結果に基づき、測定の状況力も大きく影響を受けることなぐ高い再現性で適切にノツキングの発生の判定を行なうことができる。

[0040] ピーク解析手段は、判定手段による判定が実行された測定結果のうち、選択手段により選択された波長範囲内の第 5の波長及び第 6の波長にそれぞれ出現するピークにおける強度の時間変化をもとに、ノッキングの発生の有無を判定し、当該判定の結果を示す情報を生成することが好まヽ。

[0041] 上記構成によれば、反応領域の状態に応じた効率的な処理でノッキングの発生の有無を判定することができる。また反応領域力発せられた光によってノッキングの発生の有無を判定するため、振動や圧力によるノッキングの判定より、ノッキングの発生位置に関する情報を得ることが容易である。また、ピークの出現している時間は短時間であるため、光の測定系の状態に依存して発生する誤差の影響が少ない。したがつて分光測定装置による測定結果に基づき、測定の状況力大きく影響を受けることなぐ高、再現性で適切にノッキングの発生の判定を行なうことができる。

[0042] ピーク解析手段は、判定手段による判定が実行された測定結果のうち、選択手段により選択された波長範囲内に出現するピークの特徴量をもとに、反応領域における反応の伝播速度を算出することが好ましい。

[0043] 上記構成によれば、反応領域の状態に応じて効率的に反応領域における反応の伝播速度に関する情報を提供することができる。

[0044] ピーク解析手段は、判定手段による判定が実行された測定結果のうち、選択手段により選択された波長範囲内に出現するピークの特徴量をもとに、反応領域における反応帯の厚さを算出することが好ましい。

[0045] 上記構成によれば、反応領域の状態に応じて効率的に反応領域における反応帯の厚さに関する情報を提供することができる。

[0046] ピーク解析手段は、判定手段による判定が実行された測定結果のうち、選択手段により選択された波長範囲内に出現するピークの特徴量をもとに、反応領域の温度解析を算出することが好ましい。

[0047] 上記構成によれば、反応領域の状態に応じて効率的に反応領域の温度に関する情報を提供することができる。

[0048] ピーク解析手段は、判定手段による判定が実行された測定結果のうち、選択手段により選択された波長範囲内に出現するピークの特徴量をもとに、反応領域の成分を分析することが好ましい。

[0049] 上記構成によれば、反応領域の状態に応じて効率的に反応領域の成分に関する情報を提供することができる。

[0050] 本発明に係る記録媒体は、コンピュータにより実行され、このコンピュータを前述の反応解析装置として動作させるプログラムが記録されているものである。

[0051] この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータが読取り実行することにより、当該コンピュータによって、上述の反応解析装置の奏する作用効果をコンピュータで実現できる。

[0052] 本発明に係る計測システムは、本発明に係る!/ヽずれかの反応解析装置と、物点から光が入射されるとこの光を像点で集光させる光学素子と、光学素子により像点に集光された光を分光測定し、当該分光測定の結果を信号として出力する分光測定手段とを有し、反応解析装置は、分光測定手段により出力される信号を受信するものである。

[0053] 上記構成によれば、物点で発生した光を光学素子が像点で集光させ、集光された光を分光測定手段が分光測定し、その結果を上述の反応解析装置が受ける。したがつて、物点を含む局所で起きている反応により生じた光に基づき、光学素子の状況力大きく影響を受けることなぐ高い再現性で適切に局所が所定の状態にあることを通知することができる。

[0054] 光学素子は、物点側より順に第 1面及び第 2面を有して一体的に形成され、第 1面及び第 2面がそれぞれ第 1領域と第 2領域とを有し、第 1面の第 1領域が凹面の透過面となされ、第 2面の第 1領域が凹面反射面となされ、第 1面の第 2領域が反射面となされ、物点力入射された光を第 2面の第 1領域及び第 1面の第 2領域において反射し、像点で集光させるものであることが好ましい。

[0055] 反射光学素子においては、結像に寄与する面が反射面であるため、色収差の発生がなく、良好な結像特性を有する。したがって、物点を含む局所で起きている反応により生じた光に基づき、光学素子の状況力も大きく影響を受けることなぐ高い再現性で適切に、かつ高い空間分解能で局所が所定の状態にあることを通知することができる。

発明の効果

[0056] 以上のように、本発明に係る反応解析装置は、第 2の波長成分に対する第 1の波長成分の相対強度が所定の範囲内の値であるときに反応領域が所定の状態にあることを通知するので、反応領域に関する分光測定装置による測定結果に基づき、測定の状況から大きく影響を受けることなぐ反応領域が所定の状態にあることを高い再現性で適切に検知し通知することが可能になった。

[0057] また、反応領域の分光測定装置による測定結果に基づき、反応領域において煤が発生したことを高い再現性で適切に通知することが可能になり、効率よく煤の温度、または、濃度に関する情報を提供することが可能になった。

[0058] また、反応領域に関する分光測定装置による測定結果に基づき、反応領域において連続的なスペクトルパターンの光を発する反応がおきて、る状態にあることを高ヽ再現性で適切に検知し通知することが可能になり、効率よく空気過剰率の算出を行なうことも可能になった。

[0059] また、反応領域における輝炎の発生、不完全燃焼、若しくは燃料と酸化剤との予混合が不十分な状態、または、プラズマ反応における所定の状態、または、レーザ誘起ブレイクダウン反応の初期の状態を高い再現性で適切に検知し通知することが可能になった。

[0060] また、ピーク解析手段が反応領域の状態に応じて選ばれた波長範囲力得られる情報をもとに反応領域の特徴に関する所定の情報を生成するので、反応領域の状態に応じて効率的に反応領域の特徴に関する情報を提供することが可能になった。

[0061] また、反応領域の状態に応じた効率的な処理でノッキングの発生の有無を判定することが可能になり、さらに分光測定装置による測定結果に基づき、測定の状況から大きく影響を受けることなぐ高い再現性で適切にノッキングの発生を検知することが可會になった。

[0062] また、反応領域の状態に応じて効率的に反応領域における反応の伝播速度、反応帯の厚さ、反応領域の温度、反応領域の成分に関する情報を提供することが可能になった。

[0063] 本発明に係る計測システムは、物点で発生した光を光学素子が像点で集光させ、集光された光を分光測定手段が分光測定し、その結果を上述の反応解析装置が受けて反応領域が所定の状態にあることを通知するので、局所で起きて!/、る反応により生じた光に基づき、光学素子の状況力も大きく影響を受けることなぐ高い再現性で適切に局所が所定の状態にあることを検知し通知することが可能になった。

[0064] また、反射光学素子は、結像に寄与する面が反射面であるため、色収差の発生がなぐ良好な結像特性を有するので、局所で起きている反応により生じた光に基づき、光学素子の状況力大きく影響を受けることなぐ高い再現性で適切に、かつ高い空間分解能で局所が所定の状態にあることを検知し通知することが可能になった。図面の簡単な説明

[0065] [図 1]本発明の一実施形態の概念を説明するための 2種の分光スペクトルを示す図である。

[図 2]本発明の一実施形態に係る計測システムの全体構成を示すブロック図である。

[図 3]前記計測システムにおける光学素子の構成を示す断面図である。

[図 4]前記計測システムにおける分光測定装置の構成を示す側面図である。

[図 5]前記計測システムにおける反応解析装置として動作するコンピュータシステムの内部構成を示すブロック図である。

[図 6]前記計測システムにおける反応解析装置の機能的構成を示すブロック図である

[図 7]前記計測システムにおける反応解析装置の処理全体の制御構造を示すフローチャートである。

[図 8]前記計測システムにおけるスペクトルパターン判定処理の制御構造を示すフロ一チャートである。

[図 9]前記計測システムにおける粒子の状態解析の制御構造を示すフローチャートである。

[図 10]前記計測システムにおけるピーク解析処理の制御構造を示すフローチャートである。

[図 11]前記計測システムにおけるノッキング判定処理の制御構造を示すフローチヤートである。

[図 12]前記計測システムにおける特定の波長成分のみを抽出する構成の分光測定装置の構成を示す側面図である。

符号の説明

104 光学素子

106 光ファイバケープノレ

108A、 · · ·、 108N 光ファイバ

110A、 · · ·、 HON 分光測定装置

114 反応解析装置

140 第 1面

140A、 142A 第 1領域

140B、 142B 第 2領域

142 第 2面

144、 146 反射膜

148 保護膜

150 迷光絞り 200 コンピュータシステム

300 信号変換部

302 分光データ記憶部

304 スペクトルパターン判定部

306 処理選択部

308 連続パターン解析部

310 ピーク解析部

312 解析結果記憶部

314 ユーザインタフェース

316 出力部

330 第 1強度値取得部

332 第 2強度値取得部

334 相対強度算出部

336 基準値記憶部

338 判定部

350 データ読出部

352 温度算出部

354 濃度算出部

370 ピーク検出部

372 ピーク特徴量抽出部

374 統計処理部

376 較正情報記憶部

378 特徴量解析部

発明を実施するための最良の形態

[0067] 以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、同一の部品に同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。

[0068] 〔本発明の概念〕以下に先ず、火炎を例に本発明の概念を説明する。燃料と酸化剤とが適正に混合されていると、燃料は完全燃焼する。この状態においては、燃料は残らず電離して励起されてラジカルとなり、その際に火炎中のラジカル力光が発せられる。これに対し燃料と酸化剤との混合が不適正であると、燃料の濃!、部分で不完全燃焼が発生する。この状態においては燃料が完全にはプラズマ化せず、一部が微粒子となり拡散する。この微粒子が煤煙である。煤煙は火炎により加熱され、黒体輻射により強い光を発する。この光のためにいわゆる輝炎が形成される。

[0069] 図 1に、メタンガスを空気中で完全燃焼させた場合の炎と輝炎とについて、それらの炎から発せられる光の 300nm乃至 550nm付近の波長域における分光スペクトルを対比して示す。図 1を参照して、ラジカルからは、そのラジカルの種類に応じて特定の波長成分を有する光が発せられる。そのため、完全燃焼の炎から発せられる光のスベクトルでは、いくつかの急峻なピークの存在するスペクトルパターンが認められる。これに対して、輝炎においては、ラジカル力発せられる光の成分に加えて黒体輻射によって発せられる光の成分が検出される。黒体輻射では、ラジカル力発せられる光と異なり広ヽ波長帯域成分に亘る光が発せられる。そのため輝炎カゝら発せられる光のスペクトルでは、特に長波長帯域において、連続的なスペクトルパターンが認められる。

[0070] このようなスペクトルパターンでは、 C *から発せられる光の強度を求めることができ

2

ない。そのため、 C *から発せられる光に対応する波長約 473nm、または、約 516η

2

mの成分の強度と CH*から発せられる光に対応する波長約 431nmの成分の強度との比からは空気過剰率、当量比、及び空燃比のいずれを算出できない。しかし、波長約 473nm、または、約 516nmの成分の強度と波長約 431nmの成分の強度との比は、完全燃焼の炎力発せられる光のスペクトルと輝炎力発せられる光のスぺクトルとでは大きく異なる値となる。このようなスペクトルパターンであっても、 CH*から発せられる光に対応する波長約 431nm程度以下の波長帯域においては、ラジカル力も発せられる光に対応する波長において、ピークを認めることができる。

[0071] そこで本実施形態では、火炎の分光スペクトルの情報から、まずこのようなスぺタトルパターンの違いを、同時に計測された 2つの波長成分の強度の一方の他方に対する相対値 (以下、「相対強度」と呼ぶ。）基づいて判定することによって、輝炎若しくは煤の発生、または、燃料予混合不良等の状態の検知を行なう。また、本実施形態では、ラジカル力発せられる光に起因するスペクトル上での強度のピークが検出可能な波長帯域において、ピークのタイミング、波長、強度、スペクトル線幅、及びラインシエイプ等の特徴に基づきノッキング発生の検知をはじめとする解析処理を実行し

、反応領域についての情報を得る。

[0072] 〔全体構成〕

図 2に、本実施形態に係る計測システムの概略構成を示す。図 2を参照して、この計測システム 100は、反応領域内、または、近傍の測定領域 102より発せられる光を集光させるための光学素子 104と、測定領域 102より発せられた光の光学素子 114 による集光位置に一端がそれぞれ配置された複数の光ファイバ 108A、 · · ·、 108N を有し当該一端に入射した光を各々の他端より出射させる光ファイバケーブル 106と、光ファイバ 108A、 · · ·、 108Nの他端にそれぞれ接続され、当該他端から出射された光を分光し、分光された各成分の強度に応じた電気信号である測定信号 112A、 · · ·、 112Nを出力する分光測定装置 110A、 · · ·、 110Nと、測定信号 112A、 · · ·、 1 12Nを受け、この測定信号 112A、 · · ·、 112Nに対して信号処理を実行することにより測定領域 102において輝炎の発生を検出するとともに、その検出結果及び測定信号 112A、 · · ·、 112Nに基づき測定領域 102に存在する計測対象及びその物理'化学状態等に関する解析を行ない、その解析結果 108を出力する反応解析装置 114 とを有する。

[0073] 〔光学素子〕

図 3に、本実施形態に係る光学素子 104の断面図を示す。図 3を参照して、光学素子 104は、第 1面 140及び第 2面 142を有する一体的な光学素子である。これら第 1 面 140及び第 2面 142間は、透光性のある一様な媒質となっている。媒質は、具体的にはいわゆる光学ガラス、または、合成石英等である。

[0074] 第 1面 140及び第 2面 142は、それぞれ外周側の第 1領域 140A、 142Aと、中央部の第 2領域 140B、 142Bとを有する。第 1面 140の第 1領域 140Aは、所定の点 O を曲率中心とする球面の透過面となっている。第 1面 140の第 2領域 140Bには、金属材料等の反射材料 (例えば、アルミニウム)力もなる第 1の反射膜 144が被着形成されている。そのため第 1面 140の第 2領域 140Bは媒質側力もの入射光の反射面となっている。さらに、反射膜 144の計測位置 102側には、計測対象から反射膜 134を保護するための保護膜 148が形成されている。第 2面 142の第 1領域 142Aには、第 1の反射膜 144のものと同様の反射材料力もなる第 2の反射膜 146が被着形成されている。すなわち第 2面 142の第 1領域 142Aは、媒質側からの光の凹面反射面となつている。第 2面 142の第 2領域 142Bは、点 Iを曲率中心とする球面の透過面となつている。以下、点 Oを「物点」と呼び、点 Iを「像点」と呼ぶ。

[0075] 物点 Oからの光は、第 1面 140の第 1領域 140Aに入射し、第 1面 140及び第 2面 1 42間の媒質中を進行して、第 2面 142の第 1領域 142Aにおいて反射される。そして、第 2面 142の第 1領域 142Aにおいて反射された光は、第 1面 140の第 2領域 140 Bにおいて反射され、第 2面 142の第 2領域 142Bを通して出射され、迷光絞り 150を介して像点 Iに集光される。物点 O側にある点 O、

1 ο、

2 ο、

3 ο、

4 ο、

5 · · ·、οからの光 η もまた同様に、光学素子 104によって、像点 I側の結像面上にそれぞれ集光される。したがって、この光学素子 104においては、物点 Ο、 Ο、 Ο、 Ο、 Ο、 · · ·、 Ο力

1 2 3 4 5 η の光の光路に寄与する面が反射面のみであるため、色収差の発生がな、。

[0076] 光ファイバケーブル 106の入射側の端面は、光ファイバ 108Α、 · · ·、 108Nの各々の入射端面が、像点 Iを含む光学素子 114の結像面上に第 1面 140の第 2領域 140 Βに向けて配置されるよう、配設される。そのため物点 Ο、0、0、0、0、 · · ·、0

1 2 3 4 5 η で生じた光が、光学素子 104により、その物点に対応する結像面上の位置に配置されたファイバ 108Α、 · · · 108Nにより集光される。集光された光はそれぞれ、ファイバ 108Α、 · · ·、 108Nに入射され、光ファイバ 108Α、 · · ·、 108Nを介して分光測定装置 110Α、 · · ·、 1 ION側の端面よりそれぞれ出射されることになる。

[0077] 〔分光測定装置〕

図 1に示す分光測定装置 110A、 · · ·、 110Nは、接続される光ファイバが異なることを除けば、いずれも同一の構成を有する。これらを代表して、図 4に、分光測定装置 110Aの側面図を示す。図 4を参照して、分光測定装置 110Aは、光ファイバ 108 Aから出射される光の光軸上に配置され、光ファイバ 108Aから出射される光を平行光に変換するコリメータ 170と、コリメータ 170により平行光に変換された光の光軸上に配置された第 1のミラー 172と、コリメータ 170を介して出射される平行光の第 1のミラー 172による反射光の光軸上に配置された第 2のミラー 174と、コリメータ 170を介して出射される平行光の第 2のミラー 174による反射光の光軸上に配置され、第 2のミラー 174により反射された上述の光を分光して出射する分光素子 176と、分光素子 176により分光されたスペクトル光の光路上に配置された第 3のミラー 178と、第 3のミラー 178により反射されたスペクトル光の光路上に配置され、入射されたスペクトル光を逐次的に光電変換し、その結果得られる時系列電気信号を上述の測定信号 112 Aとして出力する光検出器 180とを有する。

[0078] 分光素子 176は、具体的には回折格子、プリズム等である。光検出器 180は、具体的には電荷結合素子 (CCD)等がマトリクス状に多数配置されてなる CCDイメージセンサ等である。ミラー 172、 174、及び 178は、プラズマカゝら生じた光が入射されてから分光素子 176により分光され光検出器 180により受光されるまでの過程において光が輻輳しないよう、それぞれ入射光に対し所定の角度をなすよう配置される。

[0079] 分光素子 176に到達した光は分光素子 176によりスペクトル光に分光されてミラー 178を介して光検出器 180に到達する。そのため、スペクトル光の各成分の光検出器 180上での受光位置はその波長により異なる。これに対し光検出器 180は、各受光位置において受光した光を順次光電変換し、その時刻における受光位置と当該受光位置での光の強度とを表す情報を含んだ測定信号 112Aを出力する。したがつて、光検出器 180の出力する測定信号 112Aは、物点 O力も発せられた光に含まれる各波長成分の各時刻における強度を表す情報を含むものとなる。

[0080] 〔信号処理部のコンピュータによる実現と動作〕

本実施形態の反応解析装置 114の機能は、コンピュータハードウェアと、そのコンピュータハードウェアにより実行されるプログラムと、コンピュータハードウェアに格納されるデータとにより実現可能である。図 5に、この反応解析装置 114の機能を実現するためのコンピュータシステム 200の構成を示す。

[0081] 図 5を参照して、このコンピュータシステム 200は、測定信号 112A、 · · ·、 112Nの入力及び解析結果 116の出力を受け持つインタフェース 202を有するコンピュータ 2 04と、コンピュータ 204にそれぞれ接続されたキーボード等の入力装置 218及びデイスプレイ装置等の出力装置 220とを有する。

[0082] コンピュータ 204は、インタフェース 202に加えて、インタフェース 202に接続されたノス 206と、中央処理装置（CPU) 208とを有する。コンピュータ 204はさらに、ブートアッププログラム等を記憶する読出専用メモリ（ROM) 210と、プログラム命令、システムプログラム、及び作業データ等を記憶するランダムアクセスメモリ (RAM) 212と、ハードディスク 214と、リムーバブルメディアドライブ 216とを有する。 CPU208、 RO M210、 RAM212、ハードディスク 214、及びリムーバブルメディアドライブ 216はいずれもバス 186に接続される。ここでは示さないが、コンピュータ 204はさらに、ロー力ルエリアネットワーク (LAN)への接続を提供するネットワークアダプタボードを備えてちょい。

[0083] コンピュータシステム 200を反応解析装置 114として動作させるためのプログラムは、リムーバブルメディアドライブ 216に挿入されるリムーバブルメディアに記憶されており、その記憶内容はハードディスク 214に転送される。プログラムは図示しないネットワークを通じてコンピュータ 204に送信されノヽードディスク 214に記憶されてもよい。プログラムは実行の際に RAM212にロードされる。なお、プログラムはハードディスク 214を経由することなく上述のリムーバブルメディア、または、ネットワークから、直接に RAM212にロードされてもよい。

[0084] このプログラムは、コンピュータ 204に反応解析装置 114としての動作を実行させる複数の命令を含む。これら動作の実行命令に必要な基本的機能のいくつかは、コンピュータ 204にインストールされコンピュータ 204上で動作するオペレーティングシステム（OS)、サードパーティのプログラム、または、各種ツールキットのモジュールにより提供される。したがつてこのプログラムは、必ずしも反応解析装置 114の動作を実現するのに必要な機能全てを含んでいなくてもよい。このプログラムは、命令のうち、所望の結果が得られるように制御された手法で適切な機能、ツール等を呼出すことにより、反応解析装置 114の各機能を実現する命令のみを含んでいればよい。コンピュータシステム 204自体の動作は周知であるので、ここでは説明を繰返さな!/、。

[0085] 〔機能的構成〕図 6に、反応解析装置 114の機能的構成をブロック図形式で示す。図 6を参照して、反応解析装置 114は、測定信号 112A、 · · ·、 112Nを受けて測定領域 102の各位置力発せられた光の各時刻における各波長成分の強度を表す時系列データ（以下、「分光データ」と呼ぶ。 )に変換する信号変換部 300と、信号変換部 300により生成された分光データを保持する分光データ記憶部 302とを有する。

[0086] 反応解析装置 114はさらに、分光データをもとに、各時刻、各位置における分光スベクトルが全体域に亘つてピークを有するスペクトルパターンである力連続的な部分を有するスペクトルパターンであるかを判定するスペクトルパターン判定部 304と、スベクトルパターン判定部 304による判定の結果に基づいて、実行すべき解析処理を選択し、選択の結果に対応する命令を出力する処理選択部 306と、処理選択部 306 力の命令に従、、連続的なパターンを有するスペクトルの分光データの解析を実行し、その結果を出力する連続パターン解析部 308と、処理選択部 306からの命令に従い分光データに基づき、スペクトル上のピークに基づきノッキングの判定及び反応領域の解析を実行し、その結果を出力するピーク解析部 310とを有する。

[0087] 処理選択部 306による処理の選択は、具体的には次のようなものである。すなわち、分光データ上での時刻のうち連続的なスペクトルパターンであることと判定された時刻の分光データについては、連続パターン解析部 308及びピーク解析部 310の両方による解析を選択する。さら〖こ、ピーク解析部 310による解析対象となるピークの波長範囲として、連続的なスぺ外ルパターンの影響が軽微な第 1の波長範囲を選択し、当該第 1の波長範囲を解析対象となるピークの波長範囲として指定する。それ以外の時刻については、ピーク解析部 310による解析のみを選択し、さら〖こ、ピーク解析部 310による解析対象となるピークの波長範囲として、分光データ上での全波長範囲である第 2の波長範囲を指定する。

[0088] 連続的なスペクトルパターンの影響が軽微な波長範囲は、連続的なスペクトルパターンが発生する原因が既知であれば、その原因に応じて予め予測可能である。例えば、図 1に示すような輝炎であれば、 CH*から発せられる光に対応する 43 lnm程度以下の波長帯域においては、煤に起因する輝炎の影響は軽微である。したがって、本実施形態では、限定した場合の波長範囲を表す情報が予め準備され、処理選択部 306がこれを保持し、選択の際にこの情報を使用するものとする。

[0089] 反応解析装置 114はさらに、連続パターン解析部 308及びピーク解析部 310により出力される解析結果を保持する解析結果記憶部 312と、解析結果の出力を命じる操作等をユーザより受付けるユーザインタフェース 316と、スペクトルパターン判定部 30 4による判定の結果及びピーク解析部 310によるノッキングの判定の結果を測定領域 102の状態に関する情報に変換して出力するとともに、ユーザインタフェース 316が受付けた操作に基づき、解析結果記憶部 312に保持された計測対象情報を読出し出力するための出力部 314とを有する。スペクトルパターン判定部 304による判定結果をもとに出力部 314が出力する情報は、具体的には、煤発生の通知、燃料予混合不良の通知、輝炎の発生等である。

[0090] スペクトルパターン判定部 304は、保持されている分光データからスペクトルパターンの判定に用いる第 1の波長成分の強度値 (以下、「第 1強度値」と呼ぶ。）を取得するための第 1強度値取得部 330と、第 2の波長成分の強度値 (以下、「第 2強度値」と呼ぶ。）を取得するための第 2強度値取得部 332と、第 1強度値の第 2強度値に対する相対強度を算出する相対強度算出部 334と、相対強度とスペクトルパターンの別との関係を表す基準値情報を保持する基準値記憶部 336と、相対強度と基準値情報との比較により、スペクトルパターンが連続的なものである力否かを判定する判定部 3 38とを有する。

[0091] 第 1の波長成分としては、連続的なスペクトルパターンの違いによって強度が大きな異なる波長成分を選ぶことが望ましぐ第 2の波長成分としては、連続的なスペクトルノターンの違いによる強度の差異が比較的小さ、波長成分を選ぶことが望まし、。例えば測定領域 102 (図 2参照）において炭化水素系燃料の燃焼反応が行なわれている場合には、 C *から発せられる光に対応する約 473nm、または、約 516nm付近

2

の波長成分を選んでもよい。第 2の波長成分としては、例えば測定領域 102 (図 2参照）において炭化水素系燃料の燃焼反応が行なわれている場合には、 CH*、 CN* 、または、 OH*から発せられる光に対応する波長成分を選んでもよい。

[0092] 連続パターン解析部 308は、処理選択部 306から連続的なスペクトルパターンの解析処理に対応する命令に従！ヽ、連続的なスペクトルパターンからの解析に必要な第 3の波長成分及び第 4の波長成分の強度値を分光データ記憶部 302から読出すためのデータ読出部 350と、データ読出部 350により読出された第 3及び第 4の波長成分の強度値をもとに、黒体輻射を発した粒子の温度を算出する温度算出部 352と、温度算出部 352により算出された温度及び第 4の波長成分の強度値をもとに粒子の濃度を算出する濃度算出部 354とを有する。第 3の波長成分及び第 4の波長成分はいずれも上述の第 2の波長範囲外の波長成分であることが望ましい。例えば第 3波長成分として約 680nmの波長成分を、第 4の波長成分として約 800nmの波長成分を選んでもよい。

[0093] ピーク解析部 310は、分光データ記憶部 302に保持された分光データをスキャンして、測定領域 102から発せられた光のピークを検出するピーク検出部 370と、分光データをもとに、ピーク検出部 370により検出されたピークの特徴量を抽出するピーク特徴量抽出部 372とを有する。ピークの特徴量は、具体的にはピークの出現時刻、波長、ピークの高さすなわちピークの頂点の波長成分の強度 (以下、「ピーク強度」と呼ぶ。 )、スペクトル線幅、シフト量、及びラインシエイプである。

[0094] ピーク解析部 310はさらに、ノッキングが発生した際に圧力波の影響により生じる副次的な生成物力発せられる光、または、反応による生成物力発せられる光に時間的な変化が生じる成分力発せられる光に対応する第 5の波長成分において出現するピークの特徴量をもとにノッキングが発生したか否かを判定し、ノッキングが発生した場合にその旨を通知する信号を出力するノッキング検出部 373を有する。第 5の波長成分は、例えば OH*から発せられる光に対応する波長成分である。ノッキングにより圧力波が生じると、その影響により高温高圧になった領域において、 OH*が発生し、燃焼反応が起きて、な、領域にぉ、て OH*から発せられる光が検出されることがある。このような場合、燃焼反応によって生じる例えば C *、 CN*、 CH*から光が発

2

せられる光に対応する波長成分 (以下、「第 6の波長成分」と呼ぶ。）におけるピークの出現時刻と OH*から発せられる光に対応する波長成分におけるピークの出現時刻との間に差異が生じる。また、圧力波の影響により、 OH*から発せられる光の強度が時間の経過にしたがって波打つように段階的に変化することがある。ノッキング検出部 373は、ノッキングが発生した際に生じるこのような光の時間的な変化をもとに、ノッキングの発生の有無を判定する。

[0095] ピーク解析部 310はさらに、ピーク特徴量抽出部 372により抽出された各ピークの特徴量につ、て統計処理を行な、、その結果として測定位置力発せられた光の特徴を表す情報 (以下、「測定光特徴情報」と呼ぶ。）を生成する統計処理部 374を有する。測定光特徴情報は、具体的にはピークの特徴量及びピーク同士でのピークの特徴量の比、並びにそれらの平均、 2乗平均、分散、及び時間変動特性等である。

[0096] ピーク解析部 310はさらに、反応領域から発せられる光の特徴と反応領域の状態- 特徴との関係を表す較正情報を保持する較正情報記憶部 376と、較正情報に基づき、測定光特徴情報を解析して計測対象の特徴に関する情報に変換し、その情報をピークに基づく解析の結果として解析結果記憶部 312に格納する特徴量解析部 23 2とを有する。計測対象の特徴は、例えば計測対象の質量、流量、濃度、圧力、温度、及びプラズマ特性評価値等、並びにそれらの時間変動、並びに反応帯の厚さ及び反応の到達速度等である。較正情報は、プラズマ力生じた光の上述した特徴と、上述した計測対象の特徴との関係を表す関数、相関曲線、または、対応表等である。

[0097] 〔処理全体の流れ〕

図 7に、反応解析装置 114により実行される処理全体の制御構造をフローチャートで示す。図 7を参照して、この処理 400は、測定信号 112A、 · · ·、 112Nの各々について実行される。処理 400が開始されると、ステップ 402では、処理対象の時刻を 0で初期化する。ステップ 404では、時刻 tにおける測定信号を増幅及びデジタルィ匕することにより、分光データに変換する。ステップ 406では、ステップ 404で変換された分光データを蓄積する。ステップ 408では、ステップ 406で蓄積された分光データを用 V、てスペクトルパターンを判定する処理を実行する。この処理にっ、ては図 8を参照しつつ後述する。

[0098] 続くステップ 410では、ステップ 408においてスペクトルが連続的なスペクトルパターンであると判定された力否かを判定する。前者であれば処理はステップ 412に移行する。さもなければステップ 416に移行する。

[0099] ステップ 412では、時刻 tを、連続的なスペクトルパターンに基づく粒子の状態解析の対象時刻に設定する。続くステップ 414では、黒体輻射の影響下にある波長帯域を後述のステップ 418での処理対象から除外するために、第 1の波長範囲を選択してピークの検出範囲に制限を設けて、ステップ 418に進む。処理がステップ 416に移行した場合、当該ステップ 416で、第 2の波長範囲を選択して全波長帯域をピークの検出範囲に設定し、ステップ 418に進む。

[0100] ステップ 418では、時刻 t以降の時刻に対応する測定信号が与えられている力否かを判定する。測定信号が与えられていればステップ 420に進み、時刻 tに 1を加算し、ステップ 404に戻る。さもなければステップ 422に進む。

[0101] ステップ 422では、分光データを用いて、黒体輻射を発した粒子の状態を解析する。この処理については図 9を参照しつつ後述する。ステップ 424では、分光データ上でピークに関する解析を行なう。この処理については、図 10を参照しつつ後述する。ステップ 426では、ステップ 422、及びステップ 424での処理の結果得られた情報を解析結果として出力し、この処理を完了する。

[0102] 〔スペクトルパターン解析処理〕

図 8に、上述のステップ 408 (図 7参照）で実行されるスペクトルパターン解析処理の制御構造をフローチャートで示す。図 8を参照して、この処理 408が開始されると、ステツプ 440では、ステップ 406 (図 7参照）で蓄積された分光データから第 1及び第 2 の選択波長の強度値を読出す。ステップ 442では、第 1強度値を第 2強度値で除算して、相対強度を算出する。

[0103] ステップ 444では、ステップ 442で算出した相対強度が所定の基準範囲内の値であるか、基準範囲外の範囲の値であるかを判定する。基準範囲内の値であればスぺタトルパターン判定処理 408を終了する。基準範囲外の範囲の値であれば、処理はステップ 446に移行する。ステップ 446では、判定対象となっているスペクトルにおいて連続的なスペクトルパターンが検出されたことに対応する値を出力する。続くステツプ 448では、連続的なスペクトルパターンに対応する通知を発行し、スペクトルパターン判定処理 408を終了する。

[0104] 〔粒子の状態解析処理〕

図 9に、上述のステップ 422 (図 7参照）で実行される粒子の状態解析処理の制御構造をフローチャートで示す。図 9を参照して、この処理 412が開始されると、ステツプ 460では、処理の対象時刻 tを 0で初期化する。ステップ 462では、時刻 tが図 7に示す処理のステップ 412によって解析の対象時刻として設定されたカゝ否かを判定する。設定されていればステップ 466に進む。さもなければステップ 464に進み、当該ステツプ 478で時刻 tに 1を加算し、ステップ 462に戻る。

[0105] ステップ 466では、ステップ 404 (図 7参照）で蓄積された分光データから時刻 tにおける第 3及び第 4の波長成分の強度値を読出す。ステップ 468では、 2色法を用いて、ステップ 466で読出した第 3及び第 4の波長成分の強度値から、黒体輻射の光を発して、る粒子の真温度を算出する。

[0106] ステップ 470では、プランクの放射則に基づき、ステップ 468で算出した真温度と第 3の波長成分の強度値とから当該波長成分に対応する輝度温度を算出する。続くステツプ 472では、ステップ 468で算出した真温度とステップ 470で算出した輝度温度とから、いわゆる KL値すなわち放射率と反応場の厚さとの積を算出する。ステップ 47 4では、ステップ 472で算出した KL値を粒子の濃度に換算する。ステップ 476では、時刻 t以降の時刻の分光データが蓄積されて、る力否かを判定する。蓄積されて!ヽれば、処理はステップ 464に移行する。さもなければステップ 480に進む。

[0107] ステップ 480では、上述のステップ 460〜ステップ 476の一連の処理で算出された真温度及び粒子の濃度について、時間方向での統計処理を実行し、これらの値の平均、標準偏差、及び時間変動等を求める。ステップ 482では、上述のステップ 460 〜ステップ 476の一連の処理で算出された真温度及び粒子の濃度、並びにステップ 480で求めたそれらの統計量を解析結果として出力 '記憶し、粒子の状態解析処理 422を終了する。

[0108] 〔ピーク解析処理〕

図 10に、上述のステップ 424 (図 7参照）で実行されるピーク解析処理の制御構造をフローチャートで示す。図 10を参照して、このピーク解析処理 424が開始されると、ステップ 500では、処理対象時刻 tを 0で初期化する。ステップ 502では、時刻 tに関しステップ 414、または、ステップ 416 (ともに図 7参照）において設定された波長範囲 1S 制限された範囲であるカゝ否かを判定する。制限されたものであれば、処理はステップ 504に進む。さもなければステップ 506に進む。 [0109] ステップ 504では、制限された波長帯域内で分光データをスキャンして、当該範囲内にある全ピークを検出し、ステップ 508に進む。ステップ 506では、分光データにおける全波長帯域を対象に分光データをスキャンして、当該範囲内にある全ピークを検出し、ステップ 508に進む。

[0110] ステップ 508では、分光データをもとに、ステップ 504、または、ステップ 506で検出したピークの各々について、ピークの出現時刻、波長、ピーク強度、スペクトル線幅、シフト量、及びラインシエイプを同定し、これらをピークの特徴量として記憶する。

[0111] ステップ 510では、ステップ 474では、ステップ 472で算出した KL値を粒子の濃度に換算する。ステップ 476では、時刻 t以降の時刻の分光データが蓄積されているか否かを判定する。蓄積されていれば、処理はステップ 464に進み、処理対象時刻 tに 1を加算して、ステップ 502に戻る。さもなければステップ 513に進む。

[0112] ステップ 513では、ピークの特徴量をもとにノッキングの発生の有無を判定するノッキング判定処理を実行する。この処理については、図 11を参照しつつ後述する。続くステップ 514では、ステップ 500〜ステップ 512の一連の処理によって同定された各ピークの特徴量をもとに、ピークの特徴量に関する統計処理を実行し、測定光特徴情報を生成する。そして生成した測定光特徴情報を記憶する。

[0113] ステップ 516では、ステップ 502と同様に波長範囲に制限が設けられているか否かを判定する。制限が設けられていなければ、処理はステップ 518に進み、測定光特徴情報のうちのピーク強度の比及びその統計値と予め準備された較正曲線とを照合することにより、空気過剰率に関する解析を実行し、その結果を出力する。この際、空気過剰率の解析結果を局所当量比、または、局所空燃比の情報に換算した上で出力してちょい。

[0114] ステップ 516、または、ステップ 518の処理が終了すると、以下に示すステップ 520 及び 522、並びにステップ 524、並びにステップ 526、並びにステップ 528及び 530 、並びにステップ 532の解析処理を並行して実行する。

[0115] ステップ 520では、予め準備された反応領域における反応の開始点の位置及び反応の開始時刻の情報と、測定位置の情報と、測定光特徴情報のうちのピークの出現時刻とをもとに、反応領域における反応の伝播速度及びその統計量の解析を実行し、その解析結果を出力，記憶する。

[0116] ステップ 522では、ステップ 520で解析された伝播速度と時間軸方向でのピークの幅とを乗算して、反応帯の厚さを算出する。さらに伝播速度の統計量及び時間軸方向のピーク幅の統計量をもとに、及び反応帯の厚さの統計量に関する解析を実行する。そして、反応帯の厚さ及びその統計量を解析結果として出力 *記憶する。

[0117] ステップ 524では、単一のラジカル、または、プラズマ力も発せられた光に含まれる複数の波長成分に対応するピークに関し、それらピークのピーク強度比及びその統計量をもとに、当該ラジカル、または、プラズマの回転温度に関する解析を実行し、回転温度及びその統計量を解析結果として出力'記憶する。

[0118] ステップ 526では、各ピークのスペクトル線幅を測定位置における圧力に換算するとともに、スペクトル線幅の統計量をもとに圧力に関する解析を実行し、測定位置における圧力及び統計量に基づく圧力の解析の結果を解析結果として出力 *記憶する

[0119] ステップ 528では、各ピークの波長、及びシフト量力測定位置に存在するラジカル、または、プラズマの特性を同定するとともに、ピーク強度及びその統計量から同定された特性のラジカル、または、プラズマの質量、流量、及び数量、並びにそれらの統計量を算出し、上記ラジカル、または、プラズマの特性評価値と質量、流量、及び数量、並びにそれらの統計量とを解析結果として記憶する。続くステップ 530では、ステップ 528での解析結果をもとに、分子分析、元素分析等の成分分析を実行しその結果を解析結果として出力'記憶する。

[0120] 〔ノッキング判定処理〕

図 11に、上述のステップ 513 (図 10参照）で実行されるノッキング判定処理の制御構造をフローチャートで示す。図 11を参照して、ノッキング判定処理 513が開始されると、ステップ 552で、第 5の波長成分の強度が第 6の波長成分と比べて急増している力否かを判定する。具体的には、第 5の波長成分においてピークが出現している時間帯に第 6の波長成分においてピークが出現している力否かを判定する。存在していなければ第 5の波長成分の強度が急増していると判定し、ステップ 560に進む。存在して、れば急増して、な、と判定し、ステップ 554に進む。 [0121] ステップ 554では、第 5の波長成分のピークの出現時刻と第 6の波長成分のピークの出現時刻にずれがある力否かを判定する。ずれがあればステップ 560に進む。さもなければステップ 558に進む。

[0122] ステップ 558では、第 5の波長成分のあるピークが出現している時間帯において当該波長成分の強度が段階的に変動している力否かを判定する。変動していればステップ 560に進む。さもなければこの処理を終了する。

[0123] ステップ 560では、ノッキングが発生したことを示す通知を発行し、この処理を終了する。

[0124] 〔動作〕

以下、本実施形態に係る計測システムの動作を例示する。図 2を参照して、計測システム 100の光学素子 104は、所望の測定位置力もの光が光学素子 104に入射されるよう配置され、その状態で計測が開始される。図 3を参照して、反応領域内の物点 O、 O、 O、 O、 O、 · · ·、 Oから発せられた光が光学素子 104に入射されると、

1 2 3 4 5 n

それらの光は光学素子 104の第 1面 140の第 1領域 140Aを通過し、第 1面 140及び第 2面 142間の媒質中を進行して、第 2面 142の第 1領域 142Aにおいて反射される。そして、第 2面 142の第 1領域 142Aにおいて反射された光は、第 1面 140の第 2領域 140Bにおいて反射され、第 2面 142の第 2領域 142Bを通して出射され、迷光絞り 150を介して、光ファイバ 108A、 · · ·、 108Nの入射端面においてそれぞれ集光される。集光された光は、ファイバ 108Α、 · · ·、 108Nにそれぞれ入射され、光ファイバ 108A、 · · ·、 108Nを介して分光測定装置 110A、 · · ·、 1 ION (図 2参照)側の端面よりそれぞれ出射される。

[0125] 図 4を参照して、分光測定装置 110Aに入射された光は、コリメータ 170により平行光に変換された後、第 1のミラー 172及び第 2のミラー 174により反射され、分光素子 176に到達する。分光素子 176に到達した光は、分光素子 176によりスペクトル光に分光され、第 3のミラー 178を介して光検出器 180に到達する。光検出器 180は、各受光位置に到達した光を順次光電変換し、その時刻における光の到達位置とその位置での光の強度とを表す測定信号 112Aを出力する。図 2に示す分光測定装置 1 10A、 · · ·、 1 IONはいずれも上述の動作と同様の動作を実行し、入射された光に対応する測定信号測定信号 112A、 · · ·、 112Nをそれぞれ出力する。出力された測定信号 112A、 · · ·、 112Nは、反応解析装置 114に与えられる。

[0126] 反応解析装置 114が測定信号 112A、 · · ·、 112Nを受けると、反応解析装置 114 は、測定信号 112A、 · · ·、 112Nの各々について、以下に示す動作を実行する。

[0127] 図 6を参照して、反応解析装置 114に入力された測定信号は、信号変換部 300〖こ与えられる。信号変換部 300は測定信号が与えられたことに応答して、測定信号を順次増幅及びデジタル化することにより、分光データに変換し、当該分光データを分光データ記憶部 302に格納する。

[0128] 分光データ記憶部 302に分光データが格納されると、スペクトルパターン判定部 30 4の第 1強度値取得部 330及び第 2強度値取得部 332がそれぞれ、分光データから第 1及び第 2の選択波長の強度値を順次読出し、相対強度算出部 334に与える。相対強度算出部 334は、与えられた第 1強度値を第 2強度値で除算して、相対強度を順次算出する。算出した相対強度は、判定部 338に順次与えられる。判定部 338は、与えられた相対強度と基準値記憶部 336に保持されている基準値とを比較し、相対強度が所定の基準範囲内にある力否かを判定する。相対強度が基準範囲内になければ、判定部 338は、判定対象となっている時刻の分光スペクトルが連続的なスぺタトルパターンであると判定し、判定対象の時刻と当該時刻が連続的なスペクトルパターンであることを示す信号を出力部 316及び処理選択部 306に対し出力する。出力部 316は、この信号の入力を受けると、煤発生の通知、燃料予混合不良の通知、輝炎の発生等の通知を発行し、解析結果 116として出力する。

[0129] 処理選択部 306は、判定部 338からの信号に基づいて、当該時刻の分光データに対する解析処理を選択する。すなわち、連続的なスペクトルパターンであることと判定された時刻に対しては、連続パターン解析部 308及びピーク解析部 310の両方による解析を選択し、さらに、ピーク解析部 310による解析対象となるピークの波長範囲を、連続的なスペクトルパターンの影響が軽微な範囲に限定する。それ以外の時刻については、ピーク解析部 310による解析のみを選択し、さらに、ピーク解析部 310 による解析対象となるピークの波長範囲として、分光データ上での全波長範囲を指定する。処理選択部 306は、この選択結果をもとに、連続パターン解析部 308及びピーク解析部 310が行なう解析の命令を生成し、連続パターン解析部 308及びピーク解析部 310に与える。

[0130] 処理選択部 306からの命令が連続パターン解析部 308に与えられると、データ読出部 350は命令に従い、連続パターン解析部 308による処理が選択された時刻における第 3の波長成分の強度及び第 4の波長成分の強度を分光データ記憶部 302から読出し、温度算出部 352及び濃度算出部 354に順次与える。温度算出部 352は、 2 色法を用いて、第 3及び第 4の波長成分の強度値から、黒体輻射の光を発している粒子の真温度を算出する。温度算出部 352は、算出した真温度の値を解析結果記憶部 312に格納し、この値をさらに濃度算出部 354に与える。そして時間方向に真温度に関する統計処理を実行し、その結果を解析結果記憶部 312に格納する。濃度算出部 354は、第 3の波長成分の強度値とから当該波長成分に対応する輝度温度を算出する。そして、輝度温度と温度算出部 352から与えられた真温度とから、 KL 値を算出する。さらに KL値を粒子の濃度に換算する。濃度算出部 354は、算出した粒子の濃度値を解析結果記憶部 312に格納する。そして時間方向に濃度に関する統計処理を実行し、その結果を解析結果記憶部 312に格納する。

[0131] 処理選択部 306からの命令がピーク解析部 310に与えられると、ピーク検出部 37 0は、分光データ記憶部 302に格納されている分光データを、波長方向及び時間方向にスキャンし、各時刻においてその時刻にピークが存在する力否かを判定する。ただし、処理選択部 306からの命令により、処理対象の波長範囲が限定されている時刻については、限定された波長範囲内についてのみスキャンを実行する。ピーク検出部 370は、分光データにこの判定の結果を付与して、ピーク特徴量抽出部 372に与える。

[0132] ピーク特徴量抽出部 372は、ピーク検出部 370から、ピークの検出結果付の分光データが与えられると、このデータをもとに、検出された各ピークの出現時刻、波長、及びピーク強度を同定する。ピーク特徴量抽出部 372はさらに、各ピークの頂点周辺のデータをスキャンして、当該ピークのスペクトル線幅、シフト量、及びラインシエイプをピークごとに同定する。そして、これら同定した情報を各ピークの特徴量としてノッキング検出部 373及び統計処理部 374に与える。 [0133] ノッキング検出部 373は、与えられたピークの特徴量のうち、第 5の波長成分に注目し、次のようにしてノッキングの発生の有無を判定する。すなわち、第 5の波長成分においてピークが出現している時間帯に第 6の波長成分にピークが出現してしない場合、または、当該時間帯に第 6の波長成分にピークが出現しているが、そのピークの出現時刻にずれがある場合、または、当該時間帯において、第 5の波長成分の強度が段階的に変動している場合、ノッキングが発生したと判定する。ノッキングが発生したと判定した場合、ノッキング検出部 373は、ノッキングの発生を示す信号を出力部 316に対し出力する。出力部 316は、この信号の入力を受けると、ノッキング発生の通知を発行し、解析結果 116として出力する。

[0134] 統計処理部 374は、各ピークの特徴量力ピーク同士でのピークの各特徴量の比等を算出する。統計処理部 374はさらに、各特徴量及びその比について統計処理を行ない、それらの平均、 2乗平均、分散、及び時間変動特性を算出する。そして統計処理部 374は、各ピークの特徴量、各特徴量の比、及びそれらについての統計処理の結果を、測定光特徴情報として、特徴量解析部 378に与える。

[0135] 特徴量解析部 378は、統計処理部 374から測定光特徴情報が与えられたことに応答して、この情報を較正情報記憶部 376に保持されている較正情報に基づいて以下の解析を実行して計測対象情報に変換する。ただし、ピーク検出の対象範囲外に発生しうるピークの特徴量を用いて行なう解析処理は、実行しな!、。

[0136] すなわち、特徴量解析部 378は、測定光特徴情報のうちのピーク強度の比及びその統計値と構成情報とを照合することにより、空気過剰率に関する解析を実行し、その結果を解析結果記憶部 312に格納する。この際、空気過剰率の解析結果を局所当量比、または、局所空燃比の情報に換算した上で解析結果記憶部 312に格納するようにしてもよい。ただし、反応領域における反応が図 1に示すような炭化水素系燃料の燃焼である場合、 C *から発せられる光の波長成分と輝炎の波長成分とは重複

2

するため、輝炎が発生すると C *から発せられる光に対応するピークについて情報を

2

得ることが困難となる。すなわち、特徴量解析部 378は、輝炎が発生した時刻については、空気過剰率の解析を実行しない。

[0137] また、特徴量解析部 378は、反応領域における反応の開始点の位置及び反応の開始時刻、測定位置、並びにピークの出現時刻をもとに、反応領域における反応の伝播速度及びその統計量の解析を実行し、その解析結果を解析結果記憶部 312〖こ格納する。

[0138] また、特徴量解析部 378は、伝播速度と時間軸方向でのピークの幅とを乗算して、反応帯の厚さを算出する。さらに伝播速度の統計量及び時間軸方向のピーク幅の統計量をもとに、及び反応帯の厚さの統計量に関する解析を実行する。そして、反応帯の厚さ及びその統計量を解析結果記憶部 312に格納する。

[0139] また、特徴量解析部 378は、単一のラジカル、または、プラズマ力も発せられた光に含まれる複数の波長成分に対応するピークに関し、それらピークのピーク強度比及びその統計量をもとに、当該ラジカル、または、プラズマの回転温度に関する解析を実行し、当該温度及びその統計量を解析結果記憶部 312に格納する。

[0140] また、特徴量解析部 378は、各ピークのスペクトル線幅を測定位置における圧力に換算するとともに、スペクトル線幅の統計量をもとに圧力に関する解析を実行し、測定位置における圧力及び統計量に基づく圧力の解析の結果を解析結果記憶部 312に格納する。

[0141] また、特徴量解析部 378は、各ピークの波長、及びシフト量力も測定位置に存在するラジカル、または、プラズマの特性を同定するとともに、ピーク強度及びその統計量カゝら同定された特性のラジカル、または、プラズマの質量、流量、及び数量、並びにそれらの統計量を算出し、上記ラジカル、または、プラズマの特性評価値と質量、流量、及び数量、並びにそれらの統計量とを解析結果として解析結果記憶部 312に格納する。さらに、この解析結果をもとに、分子分析、元素分析等の成分分析を実行しその結果を解析結果記憶部 312に格納する。

[0142] また、特徴量解析部 378は、測定位置においてノッキング等の反応異常があつたか否かを検査する処理を実行する。そしてその検査結果を解析結果記憶部 312に格納する。

[0143] このようにして連続パターン解析部 308及びピーク解析部 310による解析結果は、解析結果記憶部 312に格納される。ユーザインタフェース 314がユーザより所望の計測対象情報の出力を要求する操作を受付けると、ユーザインタフェース 314は、この操作に対応する命令を出力部 316に与える。出力部 314は、与えられた命令に従い、ユーザの要求に対応する情報を解析結果記憶部 312から読出し、解析結果 116として出力する。

[0144] 以上のように、本実施形態に係る計測システム 100は、測定領域 102から発せられた光の集光を光学素子 104が行なう。この光学素子 104においては、集光に関与する面が反射面のみであるため、色収差の発生がなぐ高空間分解能で分光測定、並びに輝炎及び煤等の発生の検知、ノッキングの検知、及び反応領域に関する種々の解析を行なうことができる。また、本実施形態では、測定信号として時系列の信号を発生し、当該時系列信号を用いて時系列で信号処理を実行する。そのため、測定領域 102における反応の時系列変化についての情報を得ることが可能になる。

[0145] また、本実施形態では、分光測定により得られ第 1の波長成分の強度の同じ時点で得られた第 2の波長成分の強度に対する相対強度に基づいて、連続的なスペクトルノターンの光が発生したことを判定する。そしてその判定結果をもって煤、または、輝炎の発生、または、燃料予混合不良等を検出する。したがって、煤の付着等による光を受ける光学素子の性能の劣化等に影響を受けることなぐ煤、または、輝炎の発生、または、燃料予混合不良等を検出することができる。

[0146] また本実施形態では、上述の判定の結果に基づき、分光測定の結果の解析手法を選択するため、無駄な処理が実行されるのを回避でき、測定位置で発せられた光に応じた有効な解析処理が可能になる。さらには、分光測定の結果を無駄なく有効利用して、測定結果力もより多くの情報を得ることが可能になる。

[0147] また本実施形態では、ノッキングに伴う圧力波の影響によって OH*から発せられる光と、反応によって生じるその他のラジカル力発せられる光との相対的な関係及び OH*から発せられる光の時間的な変化に基づき、ノッキングの発生を検出する。したがって、圧力、振動など力ノッキングを検知するより直接的にノッキングを検知することができ、ノッキング発生の検知の再現性が向上する。また、煤の付着等による光を受ける光学素子の性能の劣化等に影響を受けることなぐノッキングの発生を検知することが可能になる。

[0148] 〔変形例〕上記実施形態では、光学素子 104は、反射により光を集光させる光学系であった力この光学素子 114に代えて凸レンズ等の光学系を用いてもよい。ただしこの場合、種々の手法で光の波長に起因する収差を軽減させることが望ましい。

[0149] 上記実施形態では、光ファイバ 108Α、 · · ·、 108Nの光学素子 104側の端面は、光学素子 104の結像面上に平面的に配置されたが、本発明はこのような実施形態には限定されない。光ファイバ 108A、 · · ·、 108Nの入射端面を立体的に配置するようにしてもよい。こうすることにより、反応領域から発せられる光を立体的に測定'解析することが可能になる。

[0150] 上記実施形態では、分光測定装置 112A、 · · ·、 112Nは、入射された光をスぺタトル分光し、その結果得られるスペクトル光を光検出器 180によって電気信号に変換して出力するものであった。しかし、本発明はこのような実施形態には限定されない。計測位置反応領域で行なわれている反応が既知であるならば、または、所定のプラズマ特性を有する対象の反応にっ、てのみ情報を得ることが計測の目標であるならば、分光測定装置は、反応領域から発せられる光のうち特定の波長成分のみを抽出して電気信号に変換するものであってもよ、。

[0151] 例えば、分光されたスペクトル光のうち特定の波長成分のみが通過する位置に、光検出器 180を配置するようにしてもよい。所望の波長成分が複数存在するならば、複数の光検出器を、それぞれ所望の波長成分に対応する位置に配置すればよい。

[0152] また例えば、光の波長に対し選択的な透過、反射、若しくは吸収特性を有する光学素子、または、それら光学素子力もなる光学系の糸且合せによって、特定の波長成分のみを抽出するようにしてもよい。図 12に、このような機能を有する構成の分光測定装置の一例を示す。図 12を参照して、この分光測定装置 600には、光ファイバ 108 Aが接続されている。この分光測定装置 600は、計測の対象に応じて予め選択された波長（以下、単に「選択波長」と呼ぶ。）の光の強度を測定するための複数系統の分光測定ユニット 610A、 610B、 610C、 · · ·、 610Nを有する。例えば、反応領域における反応が炭化水素系燃料と空気との混合気の燃焼反応であれば、選択波長には、 OH*から生じる光、 CH*から生じる光、 CN*から生じる光、及び C *から生じる

2

光の波長等、並びに煤の温度及び濃度の算出に用いる 2つの波長がそれぞれ選択される。なお、この分光測定装置 600を適用する場合、レーザ光束の波長には、選択波長以外の波長が選択される。

[0153] 分光測定ユニット 610Aは、光ファイバ 108Aから出射される光の光軸上にこの光軸に対し所定の角度をなすよう配置され、分光測定ユニット 610Aの選択波長を含む所定帯域の光成分に対し反射特性を有し、かつレーザ光束の波長及び分光測定ュニット 610A以外の選択波長を含むその他の波長帯域の光成分に対して透過特性を有するダイクロイツクミラー 612Aと、ダイクロイツクミラー 612Aにより反射される光の光軸上に配置され、分光測定ユニット 610Aの選択波長の光成分に対して透過特性を有するフィルタ 614Aと、ダイクロイツクミラー 612Aにより反射される光の光軸上のフィルタ 614Aを挟んでダイクロイツクミラー 612Aの反対側に配置された光検出器 6 16 Aとを有する。

[0154] 分光測定ユニット 610B、 610C、 · · ·、 610Nの構成もまた、分光測定ユニット 610 Aのものと同様である。ただし、それらの選択波長に応じてそれらのダイクロイツクミラ一及びフィルタの波長特性が選択される。

[0155] この分光測定装置 600は、次のように動作する。すなわち、光ファイバ 108Aから光が入射されると、その光は、ダイクロイツクミラー 612A、 612B、 612C、 · · ·、 612Nにより分光される。分光された光成分のうち選択波長近辺の波長帯域の成分は、それぞれフィルタ 614A、 614B、 614C、 · · ·、 614Nを通過して光検出器 616A、 616B 、 616C、 · · ·、 616Nに到達する。光検出器 616A、 616B、 616C、 · · ·、 616Nはそれぞれ、到達した光成分を逐次的に測定信号 112Aに変換して出力する。

[0156] このようにして出力された測定信号 112Aをもとに、信号処理装置 114が判定及び解析を実行すると、選択波長の近傍以外の波長帯域についてピーク検出その他の処理を実行する必要がなくなる。処理すべき情報量が減少するため、信号処理が効率化し、高速処理が可能になる。

[0157] なお、波長方向でのスペクトル線幅、シフト量、及びラインシェイブに基づく解析の結果が計測対象情報として必要なければ、光検出器 616A、 616B、 616C、 · · ·、 6 16Nの出力信号は、受光位置の情報を必ずしも含まなくてよい。また、このような場合、光検出器 616A、 616B、 616C、 · · ·、 616Nとして、光電子増倍管等を適用してもよい。光電子増倍管は CCD等のイメージセンサより時間応答性が高いため、高時間分解能での計測が可能になる。

[0158] また、このような分光測定装置 600においては、光検出器 616A、 616B、 616C、 · • ·、 616Nの出力信号を、それぞれ別個に増幅し、増幅後の信号を測定信号 112A として出力するようにしてもよい。ただし、その場合、図 6に示す基準値記憶部 336に記憶される基準値を、信号の増幅率に応じた値に設定しておく必要がある。

[0159] 上記実施形態では、連続的なスペクトルパターンに基づく温度及び濃度解析処理、ピークに基づく解析処理を、分光データの全体が図 6に示す分光データ記憶部 30 2に格納された後の段階で実行する構成となっていた。しかし、これら解析処理のうち、時間方向での統計処理を要しないものについては、ある時刻に対応する分光データが生成されるたびに、その時刻の分光データに基づく解析を実行するようにしてもよい。さらには、当該解析処理をリアルタイムで実行するようにしてもよい。さらに、そのようなリアルタイム処理で得られた解析結果を、リアルタイムで出力するようにしてもよい。

[0160] 上記実施形態では、主として燃焼反応における輝炎に起因する連続的なスぺタトルパターンに対する処理について説明した力本発明はその他の種々の反応においても、連続的なスペクトルパターンを判定し、それに基づき解析処理を選択することができる。例えば、反応領域にレーザ光などを照射して、その領域にある物質等をプラズマ化させる反応では、反応の最も初期の段階で、特に短波長域に連続的なスベクトルパターンを持つ光が発生することがある。このような場合にも、第 1の波長成分及び第 2の波長成分、並びに判定のための基準値を適切に選択すれば、反応の初期段階を適切に検出することも可能になる。また、このように検出された初期段階につ！/、ては、ピーク解析処理を実行しな！、ようにしてもよ!、。

[0161] 上記実施形態では、図 6を参照して、出力部 316はスペクトルパターン判定部 304 による判定の結果及びピーク解析部 310によるノッキングの判定の結果を測定領域 1 02の状態に関する情報に変換して出力するとともに、解析結果記憶部 312に保持された計測対象情報を読出し出力した。しかし、信号処理部 114はさらに、これら出力部 316が出力すべき情報を総合して新たな情報を生成し、出力するようにしてもよい。例えば、反応領域が自動車用エンジンの燃焼室などのように一定のサイクルで繰返し反応が起こる領域であるならば、計測対象情報記憶部 312に記憶される情報をもとに各解析結果を総合して、それら解析結果と反応のサイクルとの関係を表す情報を生成し出力するようにしてもよい。具体的には、各解析結果のサイクル変動などを表す情報を生成し出力するようにすれば、反応領域について、より分かり易い情報を提供することができる。また、上記解析結果同士を比較したり、相関性を解析したりして、上記解析結果同士の関係を表す情報を生成し出力するようにしてもよい。

今回開示された実施形態は単なる例示であって、本発明が上述の実施形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。

産業上の利用可能性

本発明は、燃焼、または、プラズマ反応等を利用する技術一般において、その反応の測定、解析、エラー検知、反応解析及び診断等に利用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 反応領域力発せられた光の分光測定装置による測定結果から、第 1の波長成分の強度値及び第 2の波長成分の強度値を取得する取得手段と、

前記取得手段により取得された前記第 1の波長成分の強度値及び前記第 2の波長成分の強度値から、前記第 2の波長成分に対する前記第 1の波長成分の相対強度を算出する相対強度算出手段と、

前記相対強度算出手段により算出された相対強度が所定の範囲内の値であるか否かを判定する判定手段と、

前記判定手段により前記相対強度が前記所定の範囲内の値であると判定されたことに応答して、前記反応領域の状態が所定の状態にあることを通知する通知手段とを有する

ことを特徴とする反応解析装置。

[2] 前記取得手段は、炭化水素の反応領域から発せられた光の分光測定装置による測定結果から、 C *から発せられる光の波長と略一致する波長成分の強度値を前記

2

第 1の波長成分の強度値とし、 CH*、 CN*、及び OH*からなる群より選ばれた少なくとも一のラジカル力発せられる光の波長と略一致する波長の成分の強度値を第 2の波長成分の強度値として、それぞれ取得することを特徴とする請求項 1記載の反応解析装置。

[3] 前記通知手段は、前記判定手段により前記相対強度が前記所定の範囲内の値であると判定されたことに応答して、前記反応領域において煤が発生したことを通知する

ことを特徴とする請求項 1、または、請求項 2記載の反応解析装置。

[4] 前記取得手段は、反応領域から発せられた光の前記分光測定装置による測定結果から、第 3の波長成分の強度値及び第 4の波長成分の強度値を取得し、

前記相対強度算出手段は、前記取得手段により取得された前記第 3の波長成分の強度値及び前記第 4の波長成分の強度値から、前記第 4の波長成分に対する前記第 3の波長成分の相対強度を算出し、

前記判定手段が前記相対強度が前記所定の範囲内の値であると判定したことに応答して、前記通知手段が前記反応領域において煤が発生したことを通知したときに、算出手段により、前記第 3の波長成分の強度値及び前記第 4の波長成分の強度値をもとに、前記反応領域において発生した煤の温度を算出する

ことを特徴とする請求項 3記載の反応解析装置。

[5] 前記通知手段が前記反応領域において煤が発生したことを通知したときに、前記第 3の波長成分の強度値、前記第 4の波長成分の強度値及び前記煤の温度をもとに、前記反応領域において発生した煤の濃度を算出する濃度算出手段を有することを特徴とする請求項 4記載の反応解析装置。

[6] 前記通知手段は、前記判定手段により前記相対強度が前記所定の範囲内の値であると判定されたことに応答して、前記反応領域にぉ、て連続的なスペクトルパターンの光を発する反応がおきている状態にあることを通知する

[7] 前記通知手段は、前記判定手段により前記相対強度が前記所定の範囲内の値であると判定されたことに応答して、前記反応領域において輝炎が発生したことを通知する

[8] 前記通知手段は、前記判定手段により前記相対強度が前記所定の範囲内の値であると判定されたことに応答して、前記反応領域において不完全燃焼が発生したことを通知する

[9] 前記通知手段は、前記判定手段により前記相対強度が前記所定の範囲内の値であると判定されたことに応答して、前記反応領域において燃料と酸化剤との予混合不良が発生したことを通知する

[10] 前記通知手段は、前記判定手段により前記相対強度が前記所定の範囲内の値であると判定されたことに応答して、前記反応領域の状態がプラズマ反応の所定の状態にあることを通知する

[11] 前記通知手段は、前記判定手段により前記相対強度が前記所定の範囲内の値であると判定されたことに応答して、前記反応領域がレーザ誘起ブレイクダウン反応の初期状態にあることを通知する

[12] 前記判定手段により前記相対強度が前記所定の範囲内の値ではないと判定されたときに、前記分光測定装置による測定結果をもとに、前記反応領域の空気過剰率を算出する算出手段を有する

ことを特徴とする請求項 1乃至請求項 11のいずれか一に記載の反応解析装置。

[13] 前記判定手段による判定の結果に応じて、第 1の波長範囲及び第 2の波長範囲から、波長範囲を選択する選択手段と、

前記判定手段による判定が実行された測定結果のうち、前記選択手段により選択された波長範囲内に出現するピークの特徴量をもとに、前記反応領域の特徴に関する所定の情報を生成するピーク解析手段と

を備えたことを特徴とする請求項 1乃至請求項 12のいずれか一に記載の反応解析装置。

[14] 前記ピーク解析手段は、前記判定手段による判定が実行された測定結果のうち、前記選択手段により選択された波長範囲内の第 5の波長及び第 6の波長にそれぞれ出現するピークの出現時期をもとに、ノッキングの発生の有無を判定し、当該判定の結果を示す情報を生成する

ことを特徴とする請求項 13記載の反応解析装置。

[15] 前記ピーク解析手段は、前記判定手段による判定が実行された測定結果のうち、前記選択手段により選択された波長範囲内の第 5の波長及び第 6の波長にそれぞれ出現するピークにおける強度の時間変化をもとに、ノッキングの発生の有無を判定し、当該判定の結果を示す情報を生成する

ことを特徴とする請求項 13記載の反応解析装置。

[16] 前記ピーク解析手段は、前記判定手段による判定が実行された測定結果のうち、前記選択手段により選択された波長範囲内に出現するピークの特徴量をもとに、前記反応領域における反応の伝播速度を算出し、その結果を示す情報を生成することを特徴とする請求項 13記載の反応解析装置。

[17] 前記ピーク解析手段は、前記判定手段による判定が実行された測定結果のうち、前記選択手段により選択された波長範囲内に出現するピークの特徴量をもとに、前記反応領域における反応帯の厚さを算出し、その結果を示す情報を生成することを特徴とする請求項 13記載の反応解析装置。

[18] 前記ピーク解析手段は、前記判定手段による判定が実行された測定結果のうち、前記選択手段により選択された波長範囲内に出現するピークの特徴量をもとに、前記反応領域の温度解析を算出し、その結果を示す情報を生成する

ことを特徴とする請求項 13記載の反応解析装置。

[19] 前記ピーク解析手段は、前記判定手段による判定が実行された測定結果のうち、前記選択手段により選択された波長範囲内に出現するピークの特徴量をもとに、前記反応領域の成分を分析し、その結果を示す情報を生成する

ことを特徴とする請求項 13記載の反応解析装置。

[20] コンピュータにより実行され、当該コンピュータを請求項 1乃至請求項 19のいずれか一に記載の反応解析装置として動作させるプログラムが記録された記録媒体。

[21] 請求項 1乃至請求項 19のいずれか一に記載の反応解析装置と、

物点力光が入射されたときに、この光を像点で集光させる光学素子と、前記光学素子により前記像点に集光された光を分光測定し、この分光測定の結果を信号として出力する分光測定手段と

を備え、

前記反応解析装置は、前記分光測定手段により出力される信号を受信することを特徴とする計測システム。

[22] 前記光学素子は、前記物点側より順に第 1面及び第 2面を有して一体的に形成され、前記第 1面及び前記第 2面がそれぞれ第 1領域と第 2領域とを有し、前記第 1面の第 1領域が凹面の透過面となされ、第 2面の第 1領域が凹面反射面となされ、前記第 1面の第 2領域が反射面となされ、前記物点から入射された光を、前記第 2面の第 1領域及び前記第 1面の第 2領域において反射し、前記像点で集光させることを特徴とする請求項 21記載の計測システム。