JP3830050B2 - 水素ガス及び水素火炎監視方法及び装置 - Google Patents
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Description
太陽光による影響を少なくするためには、画像取り込みの時間ゲートを短くすることで対応している。すなわち、パルス幅の短いレーザー光を照射した時に短時間だけパルス状に発光する水素ガスのラマン散乱光だけを時間を限って観測することで、短時間では微弱な強度である太陽光線の影響を最小限とすることができる。
反射光については、光学バンドパスフィルターの透過波長を狭くすることで対応している。すなわち、検出する紫外線の波長域が狭いため、水素ガスあるいは火炎の発する紫外線だけを検出することが可能となる。
蛍光については、反ストークスラマン散乱波長に相当する波長を監視波長に利用することで対応している。すなわち、蛍光は必ず照射レーザー光よりも長波長に出現することから、レーザー光よりも短波長の反ストークス光を監視することで、蛍光による影響を最小限とすることができる。しかしながら、反ストークス光はかなり微弱であり、通常は測定が難しい。そこで、レーザー光と水素のラマンスペクトル波長に一致したレーザー光をミキシングすることで、強い反ストークスラマン散乱光が発生する仕組みを構成した。
(1)監視対象空間に照射した2以上の異なるレーザー光に起因する波長概ね309nmの被検出光を集光し、電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換することで特定波長の空間強度分布を画像化することを特徴とする水素ガス及び水素火炎監視方法。
(2)前記レーザー光は、1以上の波長が概ね355nmのレーザー光源と、1以上の波長が概ね416nmのレーザー光源である上記(1)の水素ガス及び水素火炎監視方法。
(3)前記レーザー光をパルス状に照射し、レーザー光の照射パルスに同期して受光の開閉を行い、前記被検出光が発光する時間帯のみ前記集光を行う上記(1)又は(2)の水素ガス及び水素火炎監視方法。
(4)前記概ね416nmのレーザー光源に、色素レーザー、チタンサファイアレーザー、光パラメトリック発振レーザー又は水素ラマンセルを使用することを特徴とする上記(1)ないし(3)のいずれかの水素ガス及び水素火炎監視方法。
(5)さらに監視対象空間の背景画像を撮像し、当該背景画像と前記特定波長の空間強度分布の画像とを重畳させることを特徴とする上記(1)ないし(4)のいずれかの水素ガス及び水素火炎監視方法。
(6)前記背景画像の撮像は、309nm、355nm及び416nmの波長に不感であることを特徴とする上記(5)の水素ガス及び水素火炎監視方法。
(7)レーザー光の照射時に水素ガスを監視し、レーザー光の非照射時に水素火炎を監視することを特徴とする上記(1)ないし(6)のいずれかの水素ガス及び水素火炎監視方法。
(8)2以上のレーザー光源と、監視対象空間におけるレーザー光に起因する波長概ね309nmの被検出光を集光手段と、当該被検出光を電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換する結像手段と、特定波長の空間強度分布の画像化手段とを有することを特徴とする水素ガス及び水素火炎監視装置。
(9)前記2以上のレーザー光源は、1以上の波長が概ね355nmのレーザー光源と、1以上の波長が概ね416nmのレーザー光源である上記(8)の水素ガス及び水素火炎監視装置。
(10)前記レーザー光照射手段はレーザー光をパルス状に照射し、さらにレーザー光の照射パルスに同期して受光の開閉を行うイメージインテンシファイヤーを有し、前記被検出光が発光する時間帯のみ前記集光を行う上記(8)又は(9)の水素ガス及び水素火炎監視装置。
(11)前記概ね416nmのレーザー光源は、色素レーザー、チタンサファイアレーザー、光パラメトリック発振レーザー又は水素ラマンセルであることを特徴とする上記(8)ないし(10)のいずれかの水素ガス及び水素火炎監視装置。
(12)さらに背景画像の撮像手段を有し、当該撮像手段による画像と前記特定波長の空間強度分布の画像とを重畳させる手段を有することを特徴とする上記(8)ないし(11)のいずれかの水素ガス及び水素火炎監視装置。
(13)前記撮像手段は、309nm、355nm及び416nmの波長に不感であることを特徴とする上記(12)の水素ガス及び水素火炎監視装置。
(14)レーザー光の照射時に水素ガスを監視し、レーザー光の非照射時に水素火炎を監視することを特徴とする上記(8)ないし(13)のいずれかの水素ガス及び水素火炎監視装置。
なお、このような構成を採用することで、2台の光源を同時に照射することができ、装置構成をコンパクトなものとすることを可能としている。
図2は、水素ガスを燃焼させた場合の紫外線領域の発光スペクトル分布である。この実験では、レーザー照射装置20はレーザー発振を停止している。受光は1000マイクロ秒の時間帯で行った。
なお、水素火炎の発光は309nmにピークを持ち±5nmのスペクトル幅で観測される。水素火炎の発光の観測時間(受光時間)を短くすると受信信号が弱くなり、1マイクロ秒以下の観測時間帯では画像化が困難であった。
更には、水素ガスのラマン散乱光のピーク波長と水素火炎の紫外線発光のピーク波長は、共には309nmであり完全に一致するため、水素ガスの漏洩と水素火炎の発生とを309nmの波長の紫外線光で監視することが可能となった。
[図2]水素火炎の紫外線領域の発光スペクトル分布を示す図
[図3a]水素ガスから発せられるラマン散乱光の分光スペクトルを示す図(355nmと416nmのレーザーを照射した場合)
[図3b]水素ガスから発せられるラマン散乱光の分光スペクトルを示す図(355nmのレーザーだけを照射した場合)
[図3c]水素ガスから発せられるラマン散乱光の分光スペクトルを示す図(416nmのレーザーだけを照射した場合)
11 対物レンズ
12 光学バンドパスフィルター (透過光選択手段)
13 イメージインテンシファイヤー(紫外光撮像手段)
14 電子撮像素子
20 レーザー照射装置
21 QスイッチYAGの第3高調(波長:355nm)レーザー発振装置
22 光励起で発振するレーザー(波長:416nm)発振装置
23 レーザー光分配器
24 鏡
25 レーザー光重ね合わせ用鏡
26 レーザービーム拡大用レンズ
30 監視対象領域を撮影する撮像装置
31 電子撮像素子
32 対物レンズ
33 短波長遮断光学フィルター
40 時間同期制御装置
50 画像処理装置
51 パーソナルコンピュータ
52 表示用モニター
Claims (14)
- 監視対象空間に照射した2以上の異なるレーザー光に起因する波長概ね309nmの被検出光を集光し、電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換することで特定波長の空間強度分布を画像化することを特徴とする水素ガス及び水素火炎監視方法。
- 前記レーザー光は、1以上の波長が概ね355nmのレーザー光源と、1以上の波長が概ね416nmのレーザー光源である請求項1の水素ガス及び水素火炎監視方法。
- 前記レーザー光をパルス状に照射し、レーザー光の照射パルスに同期して受光の開閉を行い、前記被検出光が発光する時間帯のみ前記集光を行う請求項1又は2の水素ガス及び水素火炎監視方法。
- 前記概ね416nmのレーザー光源に、色素レーザー、チタンサファイアレーザー、光パラメトリック発振レーザー又は水素ラマンセルを使用することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかの水素ガス及び水素火炎監視方法。
- さらに監視対象空間の背景画像を撮像し、当該背景画像と前記特定波長の空間強度分布の画像とを重畳させることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかの水素ガス及び水素火炎監視方法。
- 前記背景画像の撮像は、309nm、355nm及び416nmの波長に不感であることを特徴とする請求項5の水素ガス及び水素火炎監視方法。
- レーザー光の照射時に水素ガスを監視し、レーザー光の非照射時に水素火炎を監視することを特徴とする請求項1ないし6のいずれかの水素ガス及び水素火炎監視方法。
- 2以上のレーザー光源と、
監視対象空間におけるレーザー光に起因する波長概ね309nmの被検出光の集光手段と、
当該被検出光を電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換する結像手段と、
特定波長の空間強度分布の画像化手段とを有することを特徴とする水素ガス及び水素火炎監視装置。 - 前記2以上のレーザー光源は、1以上の波長が概ね355nmのレーザー光源と、1以上の波長が概ね416nmのレーザー光源である請求項8の水素ガス及び水素火炎監視装置。
- 前記レーザー光源はレーザー光をパルス状に照射し、
さらにレーザー光の照射パルスに同期して受光の開閉を行うイメージインテンシファイヤーを有し、前記被検出光が発光する時間帯のみ前記集光を行う請求項8又は9の水素ガス及び水素火炎監視装置。 - 前記概ね416nmのレーザー光源は、色素レーザー、チタンサファイアレーザー、光パラメトリック発振レーザー又は水素ラマンセルであることを特徴とする請求項8ないし10のいずれかの水素ガス及び水素火炎監視装置。
- さらに背景画像の撮像手段を有し、
当該撮像手段による画像と前記特定波長の空間強度分布の画像とを重畳させる手段を有することを特徴とする請求項8ないし11のいずれかの水素ガス及び水素火炎監視装置。 - 前記撮像手段は、309nm、355nm及び416nmの波長に不感であることを特徴とする請求項12の水素ガス及び水素火炎監視装置。
- レーザー光の照射時に水素ガスを監視し、レーザー光の非照射時に水素火炎を監視することを特徴とする請求項8ないし13のいずれかの水素ガス及び水素火炎監視装置。
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