JPH09257582A - 光計測方法及び光計測補助具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｓ／Ｎ比が高く、光検出器への熱の影響が少
ない状態で光計測を行える光計測方法を得る。 【解決手段】 燃焼室内の高温状態にある被検体２から
発生される特定検出波長の検出対象光を、前記検出対象
光を選択的に透過する波長選択器１０を介して光検出器
３に導いて計測する光計測方法を取るに、前記被検体２
からの前記検出対象光を前記波長選択器側に反射する選
択反射ミラー７を前記被検体２から前記波長選択器１０
に到る光路上に配設し、前記検出対象光を前記光検出器
３に導いて計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内の高温状
態にある被検体から発生される特定検出波長の検出対象
光を、この検出対象光を選択的に透過する波長選択器を
介して光検出器に導いて計測する光計測方法に関するも
のであり、このような光計測法に使用できる光計測補助
具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】このような計測方法の従来の技術を、高
温炉内の火炎観察を例に取って、以下説明する。高温炉
内から選択的に固有の波長（この波長を特定検出波長と
呼ぶ）の光を検出する場合、この検出対象光に対して炉
内の高温体から発っせられる輻射がノイズの原因とな
る。このため、従来、光検出器の前方に波長選択器とし
ての選択透過フィルター等を配置して、光計測を行って
いた。光計測には、火炎からの自然発光において、その
特定波長成分を計測しようとするもの、火炎にレーザー
光を照射して、火炎から発生してくる蛍光を計測しよう
とするもの、様々なものが知られている。ここで、自然
発光を捉えようとする場合は、紫外、可視、赤外領域に
於ける輻射光が、ノイズ成分となるのであり、レーザー
光照射に伴う散乱光を捉えようとする場合は、先の自然
発光自体がノイズとなる。従って、計測にあたっては、
このようなノイズ除去を良好におこなう必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法で採用されてきた選択透過フィルター等にあって
は、そのノイズ成分に対する遮蔽特性が往々にして完全
でないため、ノイズとしての自然発光、高温赤熱状態に
ある炉内からの輻射などの影響が大きい場合には、Ｓ
（検出対象光の信号強度）／Ｎ（前記検出対象光以外の
成分の信号強度）が低下し、検出感度が低下するという
問題が存在した。また、光検出器に耐熱処理が施されて
いない場合は、検出器が炉内の高温体からの輻射熱の影
響を受けて故障しやすくなるという問題があった。

【０００４】従って、本願発明の目的は、Ｓ／Ｎ比が高
く、光検出器への熱の影響が少ない状態で光計測を行え
る光計測方法を得るとともに、このような手法に使用す
ることができる光計測補助具を得ることにある。

【課題を解決するための手段】

〔構成〕上記の目的を達成するための本発明による燃焼
室内の高温状態にある被検体から発生される特定検出波
長の検出対象光を、この検出対象光を選択的に透過する
波長選択器を介して光検出器に導いて計測する光計測方
法の特徴手段は、以下の通りである。即ち、被検体から
の検出対象光を波長選択器側に反射する選択反射ミラー
を被検体から波長選択器に到る光路上に配設し、検出対
象光を光検出器に導いて計測をおこなうのである。 〔作用〕この構成にあっては、被検体から発生される光
は選択反射ミラーに送られ、このミラーにより特定検出
波長の検出対象光が波長選択器側に反射される。一方、
ノイズ成分である特定検出波長以外の光は、選択反射ミ
ラーを透過し、波長選択器側へ向かうことはない。そし
て、波長選択器においては、その波長選択特性により、
計測に必要な検出対象光が選択されて、光検出器に送ら
れる。従って、従来のように透過型の波長選択器を備え
た構成に比べて、Ｓ／Ｎ比を格段に向上した状態で光計
測をおこなうことができる。さらに、光検出器に於ける
加熱要因となる輻射線（例えば赤熱状態にある燃焼室を
構成する炉壁からの輻射線）は、これをノイズ成分とし
て、選択反射ミラーの透過下手側に送れるため、光検出
器が加熱されて故障を起こす等の不都合を発生すること
もない。さて、このような構成との対比にあっては、選
択反射ミラー、波長選択器の組み合わせの代わりに、波
長選択器を複数枚備えることも考えられるが、この場
合、検出対象光の減衰が大きくなりすぎる。例えば、選
択反射ミラーにあっては、検出対象光を９９％程度まで
反射し、減衰することなく波長選択器まで送れるが、波
長選択器の場合は、この減衰度が比較的大きい。従っ
て、本願の構成が格段に優位である。 〔構成〕さて、上記の方法を採るに、前記被検体が、高
温炉内に形成される火炎であることが好ましい。 〔作用〕高温炉内にあっては、一般に炉内壁が高温赤熱
状態にあり、当然この壁からの輻射も多く発生してい
る。しかしながら、炉内に於ける火炎の状態を良好に把
握しようとする要請は大きい。このような場合に、例え
ば、波長３０８ｎｍ近傍の検出対象光を、輻射光等と区
別して捉えると、炉内に於ける火炎の状態が良好に捉え
られる。そして、計測にあたり、先に説明した本願の特
徴手段を採用すると、炉内の火炎の状態をＳ／Ｎ比の高
い状態で、光検出器に大きな加熱負荷を加えることな
く、計測をおこなうことができる。 〔構成〕さらに、上記の方法を採るに、前記特定検出波
長の検出対象光が、前記被検体にレーザー光を照射する
ことにより、前記被検体から発する光であることが好ま
しい。 〔作用〕レーザー光を火炎等の被検体に照射し、この被
検体から発生される誘起蛍光等を検出して、火炎内に於
ける特定成分の分布を見たり、温度分布に推定を行った
りする場合に、Ｓ／Ｎ比を高めることは、必須の要件で
はあるが、火炎、火炎の周囲環境状況等によっては、従
来なかなか実現できないたぐいのものであった。しかし
ながら、本願にあっては、選択反射ミラーの計測系への
挿入という簡単な操作で、非常に有用なレーザー計測法
を、さらに使用勝手の良好なものとすることができた。 〔構成〕上記の目的を達成するための、光計測補助具の
特徴構成は以下の通りである。即ち、これは、光が導入
される入光部と、特定検出波長の検出対象光が導出され
る出光部とを備え、前記入光部と前記出光部との間の前
記検出対象光光路上に、前記入光部側から、前記入光部
からの前記検出対象光を前記出光部側に反射する選択反
射ミラーと前記検出対象光を選択的に透過する波長選択
器とを、記載順に備えて構成されている。 〔作用〕この光計測補助具は、検出対象光の光路に、入
光側から、入光部、選択反射ミラー、波長選択器、出光
部を、記載順に備えて構成されている。そして、使用に
あたっては、光検出器の検出光導入部位に出光部を対向
させて、さらに、発光している被検出体に入光部を対向
されて、配設して使用される。入光部から入光した光は
選択反射ミラーで、検出対象光とその他の光（ノイズ成
分）とに分けられ、検出対象光が波長選択器、出光部に
導かれて、光検出器に導入されて、光計測に利用され
る。従って、上記方法の説明にあたって説明したと同様
の作用・効果を発揮することができる。さらに、この光
計測補助具にあっては、これが一体に構成されるため、
良好な光学的性能を維持できるとともに、使用勝手のよ
い状態で、これを使用することができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本願の実施の形態を以下、図面を
参照しながら説明する。説明にあたっては、被検体であ
る加熱炉１内に形成される火炎２の状態を、光検出器で
あるスペクトル分析器３で観察し、その炉内火炎スペク
トルを計測する場合の例について説明する。この場合、
加熱炉内の空間が燃焼室内の空間に対応している。図１
は、本願の光計測方法を使用して、観測をおこなってい
る状態の装置構成を示しており、図５は、これを対比で
きる従来の装置構成を示している。バーナー４を備えた
加熱炉１内には、このバーナー４によって火炎２が形成
されている。同図において、模式的に火炎２を破線で示
しているが、実際には、高温状態にある加熱炉１内にあ
っては、内壁面５に於ける赤熱等との関係から火炎２を
目視（識別）することは、殆ど不可能である。さて、前
記加熱炉１には観測用の観測窓６が設けられており、こ
の窓６から、光が出てくる。そして、本願の方法を採る
場合は、この観測窓６に対して、これにほぼ４５度で交
わる姿勢で選択反射ミラー７を配設する。即ち、観測窓
６から図１左側に直進する光８に対して、これに斜行す
る状態で選択反射ミラー７を配設し、選択反射ミラー７
による反射経路９は、前記光８の経路とは直交する図１
上下方向を向くものとされている。一方、このミラー７
を透過する光はミラー７を抜けて直進する。即ち、透過
光の光路と反射光の光路は異なるものとされるととも
に、選択反射ミラー７に対する入射光の光路と反射光の
光路も異なるものとされている。さて、反射経路９の下
手側には、波長選択器としての選択透過フィルター１
０、スペクトル分析器３が記載順に備えられている。従
って、選択反射ミラー７によって反射される、検出対象
となる特定検出波長の検出対象光が光検出器に導入され
る。

【０００６】以下さらに、具体的に使用した各機器の特
性について説明する。選択反射ミラー７としては、中心
波長３０８ｎｍ、半値幅２０ｎｍ、反射率９９％のもの
を使用し、選択透過フィルター１０としては、中心波長
３０８ｎｍ、半値幅１０ｎｍのものを使用して、火炎の
炉内火炎スペクトルを求めた。従って、この場合は、波
長が３０８ｎｍ近傍のスペクトル情報を主に得たい場合
に対応しており、この波長近傍の情報は、炉壁からの輻
射、太陽光、室内蛍光管の蛍光等を避けたものとなり、
火炎に関する情報を良く代表できるものである。結果を
図２に示した。図２は横軸が波長であり、縦軸が各波長
に於ける光信号強度を示している。結果、中心波長３０
８ｎｍ近傍の信号のみが良好に検出されていることがわ
かる。

【０００７】以上が、本願の方法を使用した光計測の結
果であるが、上記の結果との比較のために、従来手法に
おいても、光計測をおこなった。この例の場合の装置系
を図５に、得られた信号スペクトルを図６に示した。図
５において対応する機器を図１と同一の図番で示してい
る。この場合は、当然、観測窓６から直交する方向に、
選択透過フィルター１０、スペクトル分析器３が配設さ
れる。図２との比較において、図６の結果をみると、従
来手法にあっては、検出対象の３０８ｎｍ付近の信号は
良好に捉えられているものの、３５０ｎｍ以上の信号成
分が比較的多く含まれている。従って、図２の結果と図
６の結果を比較すると、前者の方が格段に優れている。

【０００８】以上が、本願の実施の形態であるが、この
ような形態で光計測をおこなう場合にあっては、図３に
示すような光計測補助具５０を使用することが好まし
い。この光計測補助具５０は、光が導入される入光部５
１と、特定検出波長の検出対象光が導出される出光部５
２とを備え、入光部５１と出光部５２との間の検出対象
光光路５３上に、入光部側から、入光部５１からの検出
対象光を出光部側に反射する選択反射ミラー５５と検出
対象光を選択的に透過する波長選択器５６とを、記載順
に備えて構成されている。従って、入光部５１を前記観
測窓６に向けて、出光部５２を光検出器に向けて、簡便
に使用できる。この場合もまた、選択反射ミラー５５に
対する入射光の光路と、このミラー５５を透過した光の
光路及びミラー５５によって反射される検出対象光の光
路とは異なっている。

【０００９】〔別実施の形態〕本願の別実施の形態につ
いて以下説明する。 （イ）上記の実施の形態にあっては、光検出器としては
スペクトル分析器を使用する例を示したが、これは、光
を検出対象として検出するものであればよく、これは、
上記のものの他、ＣＣＤカメラ、半導体光センサ、光電
管等であってもよい。 （ロ）上記の実施の形態にあっては、炉内の火炎を対象
とする場合を示したが、被検体としては、ボイラ、ター
ビン燃焼器、エンジン内等の閉空間内にある火炎であっ
てもよい。即ち、所謂、壁面等に覆われた閉空間である
燃焼室内に形成される火炎を光計測手法により計測する
場合に、本願の手法は好適に適応できる。 （ハ）上記の実施の形態にあっては、被検体として炉内
の火炎をそのまま観測したが、検出対象光の発生形態を
問うものではない。従って、自然発光の観測の他、ＬＩ
Ｆ、ＣＡＲＳ、Ｒａｍａｎ散乱、Ｒａｙｌｅｉｇｈ散
乱、ＰＩＶ法等を使用して、光計測をおこなう場合にあ
っても、本願の手法は好適に採用できる。 （ニ）上記の実施の形態にあっては、選択反射ミラー７
を単一、検出対象光の光路上に備えたが、図４に示すよ
うに、これを複数個備えて本願を適応することも好まし
い。尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にす
るために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面
の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願光計測方法を使用して火炎スペクトルを計
測している状態を示す図

【図２】本願方法によって得られる火炎スペクトルを示
す図

【図３】本願の光計測補助具の構成を示す図

【図４】本願の別実施の形態を示す図

【図５】従来光計測方法を使用して火炎スペクトルを計
測している状態を示す図

【図６】従来方法によって得られる火炎スペクトルを示
す図

【符号の説明】

２ 被検体 ３ 光検出器 ７ 選択反射ミラー １０ 波長選択器 ５１ 入光部 ５２ 出光部 ５５ 選択反射ミラー ５６ 波長選択器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 秀樹 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室内の高温状態にある被検体（２）
   から発生される特定検出波長の検出対象光を、前記検出
   対象光を選択的に透過する波長選択器（１０）を介して
   光検出器（３）に導いて計測する光計測方法であって、
   前記被検体（２）からの前記検出対象光を前記波長選択
   器側に反射する選択反射ミラー（７）を前記被検体
   （２）から前記波長選択器（１０）に到る光路上に配設
   し、前記検出対象光を前記光検出器（３）に導いて計測
   する光計測方法。
2. 【請求項２】 前記被検体が、炉内に形成される火炎で
   ある請求項１記載の光計測方法。
3. 【請求項３】 前記特定検出波長の検出対象光が、前記
   被検体（２）にレーザー光を照射することにより、前記
   被検体（２）から発する光である請求項１または２記載
   の光計測方法。
4. 【請求項４】 光が導入される入光部（５１）と、特定
   検出波長の検出対象光が導出される出光部（５２）とを
   備え、前記入光部（５１）と前記出光部（５２）との間
   の前記検出対象光光路上に、前記入光部側から、前記入
   光部（５１）からの前記検出対象光を前記出光部側に反
   射する選択反射ミラー（５５）と前記検出対象光を選択
   的に透過する波長選択器（５６）とを、記載順に備えた
   光計測補助具。