JPH10185694A - 火炎温度測定方法およびその装置 - Google Patents
火炎温度測定方法およびその装置Info
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- JPH10185694A JPH10185694A JP34186596A JP34186596A JPH10185694A JP H10185694 A JPH10185694 A JP H10185694A JP 34186596 A JP34186596 A JP 34186596A JP 34186596 A JP34186596 A JP 34186596A JP H10185694 A JPH10185694 A JP H10185694A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 すすが多い火炎の温度測定も行うことができ
る火炎温度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】 火炎内のＮＯ分子に励起光を照射しＮＯ
分子からの蛍光を測定することによって、ＮＯ分子の回
転エネルギーを分光測定し、回転エネルギー準位の分布
関数に基づいて火炎の温度を求める火炎温度測定方法に
おいて、励起光の波長よりも短波長側の蛍光すなわちア
ンチストークス光によってＮＯ分子の回転エネルギーを
分光測定するようにした。
る火炎温度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】 火炎内のＮＯ分子に励起光を照射しＮＯ
分子からの蛍光を測定することによって、ＮＯ分子の回
転エネルギーを分光測定し、回転エネルギー準位の分布
関数に基づいて火炎の温度を求める火炎温度測定方法に
おいて、励起光の波長よりも短波長側の蛍光すなわちア
ンチストークス光によってＮＯ分子の回転エネルギーを
分光測定するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は火炎温度測定方法お
よびその装置に関する。
よびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】火炎の温度を測定することは、燃焼器一
般の開発、燃焼基礎研究のためのデータを与えるほか、
燃焼器の制御においても重要な技術である。
般の開発、燃焼基礎研究のためのデータを与えるほか、
燃焼器の制御においても重要な技術である。
【０００３】火炎温度測定方法として、火炎内の分子の
エネルギー状態を計測することによって温度を求める方
法が知られている（たとえば特開平８−７５５６７号公
報参照）。この方法は、たとえば、火炎内のＮＯ分子の
回転エネルギーを分光測定し、各回転エネルギー準位の
分布関数から火炎の温度を求める方法である。この点に
ついて以下に説明する。
エネルギー状態を計測することによって温度を求める方
法が知られている（たとえば特開平８−７５５６７号公
報参照）。この方法は、たとえば、火炎内のＮＯ分子の
回転エネルギーを分光測定し、各回転エネルギー準位の
分布関数から火炎の温度を求める方法である。この点に
ついて以下に説明する。
【０００４】分子のエネルギー状態はある離散的な値を
取るが、ある分子の集団を取ってきたときにその分子の
うちのどれだけの割合の分子がどのエネルギー状態にあ
るかは、統計力学的に数１で表される。すなわち、分子
のエネルギー状態はボルツマン分布を示す。
取るが、ある分子の集団を取ってきたときにその分子の
うちのどれだけの割合の分子がどのエネルギー状態にあ
るかは、統計力学的に数１で表される。すなわち、分子
のエネルギー状態はボルツマン分布を示す。
【０００５】
【数１】Ｎj ∝ｇj ・ｅｘｐ（−Ｅj ／ｋＴ） 数１において、ｊは何番目のエネルギー状態かを示すエ
ネルギー準位であり、Ｎj はエネルギー準位ｊに存在す
る分子の数であり、ｇj はエネルギー準位ｊの縮重度で
あり、Ｅj はエネルギー準位ｊのエネルギーであり、ｋ
はボルツマン定数であり、Ｔは温度である。
ネルギー準位であり、Ｎj はエネルギー準位ｊに存在す
る分子の数であり、ｇj はエネルギー準位ｊの縮重度で
あり、Ｅj はエネルギー準位ｊのエネルギーであり、ｋ
はボルツマン定数であり、Ｔは温度である。
【０００６】数１に示したボルツマン分布によれば、温
度Ｔが低いときには低いエネルギー準位に存在する分子
が多く、温度Ｔが高いときには高いエネルギー準位に存
在する分子が多くなり、これに基づいて火炎の温度Ｔを
求めることができる。すなわち、たとえば、分子数の対
数ｌｏｇＮj を縦軸にしてエネルギーＥj を横軸にした
グラフは、温度Ｔごとに傾きの異なるグラフとなり、こ
の分子数の対数ｌｏｇＮj を縦軸にしてエネルギーＥj
を横軸にしたグラフを求めることによって、火炎の温度
Ｔを特定し求めることができる。
度Ｔが低いときには低いエネルギー準位に存在する分子
が多く、温度Ｔが高いときには高いエネルギー準位に存
在する分子が多くなり、これに基づいて火炎の温度Ｔを
求めることができる。すなわち、たとえば、分子数の対
数ｌｏｇＮj を縦軸にしてエネルギーＥj を横軸にした
グラフは、温度Ｔごとに傾きの異なるグラフとなり、こ
の分子数の対数ｌｏｇＮj を縦軸にしてエネルギーＥj
を横軸にしたグラフを求めることによって、火炎の温度
Ｔを特定し求めることができる。
【０００７】そこで、たとえばレーザー誘起蛍光法（ｌ
ａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃ
ｅ、以下「ＬＩＦ法」という）により、ＮＯ分子につい
て、各エネルギー準位ｊのうち少なくとも２つについて
そのエネルギー準位ｊに存在する分子の数Ｎj を計測す
る。また、ＮＯ分子の各エネルギー準位ｊのエネルギー
Ｅj はすでに従来から特定されているので、これらによ
って、分子数の対数ｌｏｇＮj を縦軸にしてエネルギー
Ｅj を横軸にしたグラフが求まり、火炎の温度Ｔを求め
ることができる。
ａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃ
ｅ、以下「ＬＩＦ法」という）により、ＮＯ分子につい
て、各エネルギー準位ｊのうち少なくとも２つについて
そのエネルギー準位ｊに存在する分子の数Ｎj を計測す
る。また、ＮＯ分子の各エネルギー準位ｊのエネルギー
Ｅj はすでに従来から特定されているので、これらによ
って、分子数の対数ｌｏｇＮj を縦軸にしてエネルギー
Ｅj を横軸にしたグラフが求まり、火炎の温度Ｔを求め
ることができる。
【０００８】従来は、ＮＯ分子数のＬＩＦ法による測定
で火炎の温度計測を行う際、波長２２６ｎｍの軌道Ａ−
Ｘ（０，０）遷移を用いて、励起波長よりも長波長側の
蛍光を検出することにより、火炎の温度を求めていた。
従来は、この方法が標準的であり、他の遷移については
まったく検討がなされない状態であった。
で火炎の温度計測を行う際、波長２２６ｎｍの軌道Ａ−
Ｘ（０，０）遷移を用いて、励起波長よりも長波長側の
蛍光を検出することにより、火炎の温度を求めていた。
従来は、この方法が標準的であり、他の遷移については
まったく検討がなされない状態であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のよう
に、２２６ｎｍのＡ−Ｘ（０，０）遷移を用いた場合、
すすがほとんどない火炎の温度を測定するには何ら問題
がなかったが、すすが多い火炎ではすすやその前駆体か
らの光による信号が強く、ＮＯ分子からの蛍光による信
号のみを計測することができない。このため、従来の火
炎温度測定方法では、すすが多い火炎の温度測定は不可
能であった。
に、２２６ｎｍのＡ−Ｘ（０，０）遷移を用いた場合、
すすがほとんどない火炎の温度を測定するには何ら問題
がなかったが、すすが多い火炎ではすすやその前駆体か
らの光による信号が強く、ＮＯ分子からの蛍光による信
号のみを計測することができない。このため、従来の火
炎温度測定方法では、すすが多い火炎の温度測定は不可
能であった。
【００１０】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
ので、すすが多い火炎の温度測定も行うことができる火
炎温度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、すすが多い火炎の温度測定も行うことができる火
炎温度測定方法およびその装置を提供することを目的と
する。
【００１１】
【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、火炎内のＮＯ分子に励起光を照射し前記
ＮＯ分子からの蛍光を測定することによって、前記ＮＯ
分子の回転エネルギーを分光測定し、前記回転エネルギ
ー準位の分布関数に基づいて前記火炎の温度を求める火
炎温度測定方法において、前記励起光の波長よりも短波
長側の蛍光すなわちアンチストークス光によって前記Ｎ
Ｏ分子の回転エネルギーを分光測定するようにした。
成するために、火炎内のＮＯ分子に励起光を照射し前記
ＮＯ分子からの蛍光を測定することによって、前記ＮＯ
分子の回転エネルギーを分光測定し、前記回転エネルギ
ー準位の分布関数に基づいて前記火炎の温度を求める火
炎温度測定方法において、前記励起光の波長よりも短波
長側の蛍光すなわちアンチストークス光によって前記Ｎ
Ｏ分子の回転エネルギーを分光測定するようにした。
【００１２】また、前記励起光を２３７ｎｍのＡ−Ｘ
（０，１）遷移を励起する励起光として、それより短波
長側の（０，０）からの蛍光を検出するようにした。
（０，１）遷移を励起する励起光として、それより短波
長側の（０，０）からの蛍光を検出するようにした。
【００１３】また、前記励起光を２４８ｎｍのＡ−Ｘ
（０，２）遷移を励起する励起光として、それより短波
長側の（０，０）または（０，１）、あるいはその両方
からの蛍光を検出するようにした。
（０，２）遷移を励起する励起光として、それより短波
長側の（０，０）または（０，１）、あるいはその両方
からの蛍光を検出するようにした。
【００１４】
【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。
【００１５】図１は本発明による火炎温度測定装置の一
実施の形態のブロック図である。
実施の形態のブロック図である。
【００１６】図１において、破線はレーザー２からのレ
ーザー光を示しており、一点鎖線は、レーザー光が火炎
３中を通過した際に励起状態になったＮＯ分子の電子が
基底状態に戻るときに発せられる蛍光を示す。
ーザー光を示しており、一点鎖線は、レーザー光が火炎
３中を通過した際に励起状態になったＮＯ分子の電子が
基底状態に戻るときに発せられる蛍光を示す。
【００１７】火炎温度測定装置１は、火炎３中を通過さ
せるレーザー光を出射するレーザー２と、火炎３を通過
したレーザー光を吸収し反射をなくすビームストッパ４
と、火炎３からの蛍光のうち所定の波長の成分のみを通
過させる波長フィルタ５と、レーザー２にレーザー光出
射の指示を行うトリガ信号ｈを出力するとともにこのト
リガ信号ｈと同じタイミングでトリガ信号ｉを遅延回路
７に対して出力する制御部６と、制御部６からのトリガ
信号ｉを所定時間だけ遅延させて遅延トリガ信号ｊとし
て出力する遅延回路７と、この遅延トリガ信号ｊの入力
のタイミングで火炎３の蛍光を波長フィルタ５を介して
検出するＣＣＤカメラ等の検出器８と、検出器８で検出
した信号強度を記憶するメモリ９と、メモリ９に記憶し
た信号強度に基づいて、エネルギー準位ｊに存在するＮ
Ｏ分子の数Ｎj を求め、これに基づいて火炎３の温度Ｔ
を演算する演算部１０と、演算部１０で演算した火炎３
の温度Ｔを印刷したり表示するプリンタやディスプレイ
等の出力表示部１１とから成る。
せるレーザー光を出射するレーザー２と、火炎３を通過
したレーザー光を吸収し反射をなくすビームストッパ４
と、火炎３からの蛍光のうち所定の波長の成分のみを通
過させる波長フィルタ５と、レーザー２にレーザー光出
射の指示を行うトリガ信号ｈを出力するとともにこのト
リガ信号ｈと同じタイミングでトリガ信号ｉを遅延回路
７に対して出力する制御部６と、制御部６からのトリガ
信号ｉを所定時間だけ遅延させて遅延トリガ信号ｊとし
て出力する遅延回路７と、この遅延トリガ信号ｊの入力
のタイミングで火炎３の蛍光を波長フィルタ５を介して
検出するＣＣＤカメラ等の検出器８と、検出器８で検出
した信号強度を記憶するメモリ９と、メモリ９に記憶し
た信号強度に基づいて、エネルギー準位ｊに存在するＮ
Ｏ分子の数Ｎj を求め、これに基づいて火炎３の温度Ｔ
を演算する演算部１０と、演算部１０で演算した火炎３
の温度Ｔを印刷したり表示するプリンタやディスプレイ
等の出力表示部１１とから成る。
【００１８】レーザー２としては、たとえばＫｒＦレー
ザー、色素レーザーやＯＰＯが波長変換器とともに用い
られる。レーザー２は制御部６からのトリガ信号ｈを受
けてレーザー光を出射するが、このレーザー光が火炎３
中を通過し、火炎３から蛍光が発せられるまでには時間
差がある。遅延回路７は、この時間差を考慮してトリガ
信号ｉを遅延させ、検出器８が蛍光を検出することがで
きるようなタイミングで遅延トリガ信号ｊを出力する。
ザー、色素レーザーやＯＰＯが波長変換器とともに用い
られる。レーザー２は制御部６からのトリガ信号ｈを受
けてレーザー光を出射するが、このレーザー光が火炎３
中を通過し、火炎３から蛍光が発せられるまでには時間
差がある。遅延回路７は、この時間差を考慮してトリガ
信号ｉを遅延させ、検出器８が蛍光を検出することがで
きるようなタイミングで遅延トリガ信号ｊを出力する。
【００１９】本実施の形態では、ＮＯ分子数のＬＩＦ法
による測定の際、従来のような２２６ｎｍのＡ−Ｘ
（０，０）遷移を用いずに、たとえば、２３７ｎｍのＡ
−Ｘ（０，１）遷移や２４８ｎｍのＡ−Ｘ（０，２）遷
移を用いる。そして、励起波長よりも短波長側の蛍光
（アンチストークス光）を検出することにより、エネル
ギー準位ｊに存在するＮＯ分子の数Ｎj を求める。
による測定の際、従来のような２２６ｎｍのＡ−Ｘ
（０，０）遷移を用いずに、たとえば、２３７ｎｍのＡ
−Ｘ（０，１）遷移や２４８ｎｍのＡ−Ｘ（０，２）遷
移を用いる。そして、励起波長よりも短波長側の蛍光
（アンチストークス光）を検出することにより、エネル
ギー準位ｊに存在するＮＯ分子の数Ｎj を求める。
【００２０】すなわち、２３７ｎｍのＡ−Ｘ（０，１）
遷移を用いるときには、レーザー２によってこの２３７
ｎｍのＡ−Ｘ（０，１）遷移を励起し、それより短波長
側の（０，０）からの蛍光を検出する。また、２４８ｎ
ｍのＡ−Ｘ（０，２）遷移を用いるときには、レーザー
２によってこの２４８ｎｍのＡ−Ｘ（０，２）遷移を励
起し、それより短波長側の（０，０）または（０，
１）、あるいはその両方からの蛍光を検出する。波長フ
ィルタ５はこの所望の波長の成分のみを通過させるよう
に設計すればよい。
遷移を用いるときには、レーザー２によってこの２３７
ｎｍのＡ−Ｘ（０，１）遷移を励起し、それより短波長
側の（０，０）からの蛍光を検出する。また、２４８ｎ
ｍのＡ−Ｘ（０，２）遷移を用いるときには、レーザー
２によってこの２４８ｎｍのＡ−Ｘ（０，２）遷移を励
起し、それより短波長側の（０，０）または（０，
１）、あるいはその両方からの蛍光を検出する。波長フ
ィルタ５はこの所望の波長の成分のみを通過させるよう
に設計すればよい。
【００２１】本発明者は実験によって、このように励起
波長よりも短波長側の蛍光すなわちアンチストークス光
を検出することにより、すすやその前駆体からの光との
重なりを避けられる事実を得ることができた。すなわ
ち、本発明によれば、ＮＯ分子からの蛍光による信号の
みを計測することができ、従って、すすの多い火炎であ
ってもＮＯ分子の回転エネルギー分布に基づいた温度測
定が可能となる。
波長よりも短波長側の蛍光すなわちアンチストークス光
を検出することにより、すすやその前駆体からの光との
重なりを避けられる事実を得ることができた。すなわ
ち、本発明によれば、ＮＯ分子からの蛍光による信号の
みを計測することができ、従って、すすの多い火炎であ
ってもＮＯ分子の回転エネルギー分布に基づいた温度測
定が可能となる。
【００２２】なお、本発明は、２５９ｎｍのＡ−Ｘ
（０，３）遷移以降の遷移を用いて測定を行ってもかま
わないが、この場合、非常に高温の火炎でなければ信号
を検出することができないため、現在は実用的ではな
い。
（０，３）遷移以降の遷移を用いて測定を行ってもかま
わないが、この場合、非常に高温の火炎でなければ信号
を検出することができないため、現在は実用的ではな
い。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
すすが多い火炎の温度測定も行うことができる火炎温度
測定方法およびその装置を提供することができる。
すすが多い火炎の温度測定も行うことができる火炎温度
測定方法およびその装置を提供することができる。
【図１】本発明による火炎温度測定装置の一実施の形態
のブロック図である。
のブロック図である。
１ 火炎温度測定装置 ２ レーザー ３ 火炎 ４ ビームストッパ ５ 波長フィルタ ６ 制御部 ７ 遅延回路 ８ 検出器 ９ メモリ １０ 演算部 １１ 出力表示部
Claims (6)
- 【請求項１】 火炎内のＮＯ分子に励起光を照射し前記
ＮＯ分子からの蛍光を測定することによって、前記ＮＯ
分子の回転エネルギーを分光測定し、前記回転エネルギ
ー準位の分布関数に基づいて前記火炎の温度を求める火
炎温度測定方法において、 前記励起光の波長よりも短波長側の蛍光すなわちアンチ
ストークス光によって前記ＮＯ分子の回転エネルギーを
分光測定することを特徴とする火炎温度測定方法。 - 【請求項２】 前記励起光が２３７ｎｍのＡ−Ｘ（０，
１）遷移を励起する励起光である請求項１に記載の火炎
温度測定方法。 - 【請求項３】 前記励起光が２４８ｎｍのＡ−Ｘ（０，
２）遷移を励起する励起光である請求項１に記載の火炎
温度測定方法。 - 【請求項４】 火炎中を通過させるレーザー光を出射す
るレーザーと、前記レーザー光を励起光としたとき前記
火炎内のＮＯ分子から生じる蛍光を検出する検出器と、
該検出器で検出した蛍光信号の強度に基づき前記火炎の
温度を演算する演算部とを有する火炎温度測定装置にお
いて、 前記励起光の波長よりも短波長側の蛍光すなわちアンチ
ストークス光を通過させる波長フィルタをさらに設け、
前記検出器が前記波長フィルタを通過したアンチストー
クス光を検出し、前記演算部が前記波長フィルタを通過
したアンチストークス光信号の強度に基づき前記火炎の
温度を演算することを特徴とする火炎温度測定装置。 - 【請求項５】 前記励起光が２３７ｎｍのＡ−Ｘ（０，
１）遷移を励起する励起光である請求項４に記載の火炎
温度測定装置。 - 【請求項６】 前記励起光が２４８ｎｍのＡ−Ｘ（０，
２）遷移を励起する励起光である請求項４に記載の火炎
温度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34186596A JP3490236B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 火炎温度測定方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34186596A JP3490236B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 火炎温度測定方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10185694A true JPH10185694A (ja) | 1998-07-14 |
| JP3490236B2 JP3490236B2 (ja) | 2004-01-26 |
Family
ID=18349351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34186596A Expired - Fee Related JP3490236B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 火炎温度測定方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3490236B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11173918A (ja) * | 1997-12-12 | 1999-07-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃焼器内の温度分布計測装置 |
| CN109974893A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-07-05 | 东南大学 | 一种梯度折射率火焰三维温度场测量方法 |
| CN109974884A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-05 | 天津大学 | 一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法 |
| CN112629670A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-09 | 上海交通大学 | 一种高频动态火焰温度测量方法与系统 |
-
1996
- 1996-12-20 JP JP34186596A patent/JP3490236B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11173918A (ja) * | 1997-12-12 | 1999-07-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃焼器内の温度分布計測装置 |
| CN109974884A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-05 | 天津大学 | 一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法 |
| CN109974884B (zh) * | 2019-03-26 | 2023-09-22 | 天津大学 | 一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法 |
| CN109974893A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-07-05 | 东南大学 | 一种梯度折射率火焰三维温度场测量方法 |
| CN109974893B (zh) * | 2019-03-27 | 2020-11-03 | 东南大学 | 一种梯度折射率火焰三维温度场测量方法 |
| CN112629670A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-09 | 上海交通大学 | 一种高频动态火焰温度测量方法与系统 |
| CN112629670B (zh) * | 2020-12-28 | 2021-09-24 | 上海交通大学 | 一种高频动态火焰温度测量方法与系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3490236B2 (ja) | 2004-01-26 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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