JP4769705B2 - 排気ガスの温度分析装置、排気ガス温度分析方法、及び、温度分析プログラム - Google Patents
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Description
測定ガスの実測スペクトルと、温度・圧力毎に予め定義される各理論スペクトルをフィッティングし、フィッティングにより選択された理論スペクトルにて定義される温度を、前記測定ガスの温度とする、排気ガスの温度分析方法であって、
前記理論スペクトルは、予め温度・圧力毎にデータベース化されたテーブルとして記憶装置に記憶されており、
前記フィッティングは、前回の温度分析で求められる或る温度を基準とする第一温度範囲内にて定義される一部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティングを行って概算温度を求めることを少なくとも1回行うステップと、
前記概算温度を基準とし、前記第一温度範囲よりも狭い第二温度範囲内にて定義される全部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティングを行って算出温度を求めるステップと、
前記フィッティングにおいて参照される理論スペクトルの圧力と、測定ガスの実測圧力の間に圧力誤差があるときに、前記算出温度に対し、前記圧力誤差に関する離散化補正をし、補正後温度を求めるステップと、
を有することとする、排気ガスの温度分析方法とするものである。
前記前回の温度分析で求められる或る温度は、前回の温度分析にて求められる概算温度、又は、前回の温度分析にて求められる算出温度、又は、前回の温度分析にて求められる補正後温度であることとするものである。
測定ガスの実測スペクトルと、温度・圧力毎に予め定義される各理論スペクトルをフィッティングし、フィッティングにより選択された理論スペクトルにて定義される温度を、前記測定ガスの温度とする、排気ガスの温度分析装置であって、
前記理論スペクトルが、予め温度・圧力毎にデータベース化されたテーブルとして記憶されている記憶装置と、
前記フィッティングにおいて、前回の温度分析で求められる或る温度を基準とする第一温度範囲内にて定義される一部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティングを行って概算温度を求めることを少なくとも一回行うための手段と、
前記概算温度を基準とし、前記第一温度範囲よりも狭い第二温度範囲内にて定義される全部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティングを行って算出温度を求めるための手段と、
前記フィッティングにおいて参照される理論スペクトルの圧力と、測定ガスの実測圧力の間に圧力誤差があるときに、前記算出温度に対し、前記圧力誤差に関する離散化補正をし、補正後温度を求めるための手段と、
を有することとする、排気ガスの温度分析装置とするものである。
前記前回の温度分析で求められる或る温度は、前回の温度分析にて求められる概算温度、又は、前回の温度分析にて求められる算出温度、又は、前回の温度分析にて求められる補正後温度であることとするものである。
測定ガスの実測スペクトルと、温度・圧力毎に予め定義されデータベース化されたテーブルとして記憶手段に記憶されている各理論スペクトルをフィッティングし、フィッティングにより選択された理論スペクトルにて定義される温度を、前記測定ガスの温度として算出するために、コンピュータを、
前記フィッティングにおいて、前回の温度分析で求められる或る温度を基準とする第一温度範囲内にて定義される一部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティングを行って概算温度を求めることを少なくとも一回行うための手段、
前記概算温度を基準とし、前記第一温度範囲よりも狭い第二温度範囲内にて定義される全部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティングを行って算出温度を求めるための手段、
前記コンピュータを、前記フィッティングにおいて参照される理論スペクトルの圧力と、測定ガスの実測圧力の間に圧力誤差があるときに、前記算出温度に対し、前記圧力誤差に関する離散化補正をし、補正後温度を求めるための手段、
として機能させるための排気ガスの温度分析プログラムとするものである。
前記前回の温度分析で求められる或る温度は、前回の温度分析にて求められる概算温度、又は、前回の温度分析にて求められる算出温度、又は、前回の温度分析にて求められる補正後温度であることとするものである。
短期間で概算的な温度に関する情報を得たい場合(概算温度)、短期間で比較的正確な温度に関する情報を得たい場合(算出温度)、演算の処理に余裕があり、より高精度な解析を確実に行いたい場合(補正後温度Tγ)といった状況に応じて、次回の温度分析において利用される温度を使い分けることが可能となる。
図1は、実施に際して利用する分析装置1の概要について示すものであり、まず、排気ガスに赤外線レーザ光10を照射するために、エンジンベンチ2に設置されたエンジン3の排気管5Aや、車載されたエンジン4の排気マニホールド4aに接続される排気管5Bに、リング状のセンサベース6を介設し、このセンサベース6に、発光部光ファイバ7、受光部光ファイバ8を設ける構成とする。
また、前記センサベース6には、排気ガスをスムーズに通過させるべく、排気管5A(5B)と略同一の内径を形成する貫通孔6aが構成されており、この貫通孔6aの表面は、前記発光部光ファイバ7から照射された赤外線レーザ光10を前記受光部光ファイバ8に導くための反射面6bにて構成されている。
また、前記センサベース6には、貫通孔6aを通過する排気ガスの圧力を検出するための圧力センサ9が設けられている。
このレーザ発光・受光コントローラ30の構成は、図2に示すごとくであり、レーザ発光・受光コントローラ30は、複数の波長の赤外線レーザ光を照射する照射装置として、複数のレーザダイオードLD1〜LD5にファンクションジェネレータ等の信号発生器31から複数の周波数の信号を供給し、レーザダイオードLD1〜LD5は各周波数に対応してそれぞれ複数の波長の赤外線レーザ光を照射する。前記信号発生器31から出力される複数の周波数の信号がレーザダイオードLD1〜LD5に供給されて発光される。赤外線レーザ光は、例えば波長が1300〜1700nm程度のものが用いられる。
さらに、他の排気ガス成分のガス濃度を検出する場合は、排気ガス成分の数に合わせて異なる波長の赤外線レーザ光を使用する。この場合、前記レーザダイオードの数は、分析の対象となる排気ガスの成分数に対応することとされる。
そして、各分波器33で分けられた測定用レーザ光は、光ファイバ34Aを通して合波器35を介し、発光部光ファイバ7を通してセンサベース6へと導光される。前記合波器35からは、各分波器33からの出力に対応する測定用レーザ光が、順番に、一定期間ずつ照射される。尚、前記レーザダイオードLD1〜LD5の数は、分析対象となるガス成分の数に応じて設けられるものであり、例えば、5成分のガス成分を分析対象とする場合では、5個のレーザダイオードが、10成分のガス成分を分析対象とする場合では、10個のレーザダイオードが設けられるものである。
一方、前記各分波器33で分けられた参照用レーザ光は、光ファイバ34Bを通して合波器36へ導光される。
また、前記合波器36に入力された参照用レーザ光は、光ファイバ39を通してフォトダイオードPD2に直接的に受光され、フォトダイオードPD2の出力は前記演算処理装置20に入力される。
この排気ガスの温度の計算は、排気ガスに含まれる各ガス成分について、それぞれ個別に求めることとしてもよいが、例えばH2Oのように、吸収スペクトルのピークが明確に現れる或るガス成分についての温度を計算し、この温度を排気ガス全体の代表温度として利用することによれば、温度については信頼性の高い値を得ることができることとなる。
測定ガスの実測スペクトルと、温度TA〜TB、及び、圧力P1・P2・・・毎に定義される各理論スペクトルをフィッティング(マッチング)し、フィッティング(マッチング)により選択された理論スペクトルにて定義される温度を、前記測定ガスの温度とする、排気ガスの温度分析方法であって、
前記フィッティング(マッチング)は、前回の温度分析で求められる或る温度(Tb・Tc・Td)を基準とする第一温度範囲(TC〜TD)内にて定義される一部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティング(マッチング)を行って概算温度Tα(本実施例では第二の温度Tb)を求めることを少なくとも一回行うステップ(S1・S2)と、
前記概算温度Tαを基準とし、前記第一温度範囲よりも狭い第二温度範囲(TE〜TF)内にて定義される全部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティング(マッチング)を行って算出温度Tβ(本実施例では第三の温度Tc)を求めるステップ(S3・S4)と、
を有することとするものである。
前記各理論スペクトルが定義される全温度範囲TA〜TBから、或る第一の温度Taを選択する第一のステップS1と、
前記或る第一の温度Taを基準とする或る第一温度範囲TC〜TD内にあって、かつ、実測圧力Pとの圧力誤差Δpが最少となる代表圧力P2で定義される、複数の理論スペクトルと前記実測スペクトルのフィッティング(マッチング)を行って、前記実測スペクトルとのフィッティング誤差Δs2(マッチング誤差)が最少となる理論スペクトルRbを選択する第二のステップS2と、
前記第二のステップS2により選択された理論スペクトルRbにて定義される第二の温度Tbを基準とする或る第二温度範囲TE〜TF内にあって、かつ、実測圧力Pとの圧力誤差Δpが最少となる前記代表圧力P2で定義される、複数の理論スペクトルと前記実測スペクトルのフィッティング(マッチング)を行って、前記実測スペクトルとのフィッティング誤差Δs3(マッチング誤差)が最少となる理論スペクトルRcを選択する第三のステップS3と、
前記第三のステップS3によって選択された理論スペクトルRcにて定義される第三の温度Tcを、前記測定ガスの温度とする第四のステップS4と、を有することとするものである。
前記第五のステップS5による離散化補正により定義される第四の温度Tdを、前記測定ガスの温度とする第六のステップS6と、を有することとするものである。
尚、このように演算処理装置20に記憶される関数Nは、その次数が少なければ、圧力の離散化補正に要する演算負荷を少ないものとすることができる。また、この圧力の離散化補正については、本実施例に限定されず、例えば、「圧力誤差Δp」に対応する「圧力補正係数」を予め演算処理装置20に記憶しておき、この「圧力補正係数」を前記第三の温度Tcに乗ずるという補正を行ってもよい。
即ち、測定ガスの実測スペクトルと、温度TA〜TB、及び、圧力P1・P2・・・毎に定義される各理論スペクトルをフィッティング(マッチング)し、フィッティング(マッチング)により選択された理論スペクトルにて定義される温度を、前記測定ガスの温度とする、排気ガスの温度分析装置であって、
前記フィッティング(マッチング)において、前回の温度分析で求められる或る温度(Ta・Tb・Tc・Td)を基準とする第一温度範囲(TC〜TD)内にて定義される一部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティング(マッチング)を行って概算温度Tα(本実施例では第二の温度Tb)を求める少なくとも一回行うための手段と、
前記概算温度Tαを基準とし、前記第一温度範囲よりも狭い第二温度範囲(TE〜TF)内にて定義される全部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティング(マッチング)を行って算出温度Tβ(本実施例では第三の温度Tc)を求めるための手段と、
を有することとするものである。
温度、及び、圧力について一義的に定義される複数理論スペクトルを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶される各理論スペクトルが定義される全温度範囲TA〜TBから、或る第一の温度Taを選択する第一手段と、
前記或る第一の温度Taを基準とする或る第一温度範囲TC〜TD内にあって、かつ、実測圧力Pとの圧力誤差Δpが最少となる代表圧力P2で定義される、複数の理論スペクトルと前記実測スペクトルのフィッティング(マッチング)を行って、前記実測スペクトルとのフィッティング誤差Δs2(マッチング誤差)が最少となる理論スペクトルRbを選択する第二手段と、
前記第二手段により選択された理論スペクトルRbにて定義される第二の温度Tbを基準とする或る第二温度範囲TE〜TF内にあって、かつ、実測圧力Pとの圧力誤差Δpが最少となる前記代表圧力P2で定義される、複数の理論スペクトルと前記実測スペクトルのフィッティング(マッチング)を行って、前記実測スペクトルとのフィッティング誤差Δs3(マッチング誤差)が最少となる理論スペクトルRcを選択する第三手段と、
前記第三手段によって選択された理論スペクトルRcにて定義される第三の温度Tcを、前記測定ガスの温度とする第四手段と、を有することとするものである。
前記第五手段による離散化補正により定義される第四の温度Tdを、前記測定ガスの温度とする第六手段と、を有することとするものである。
即ち、測定ガスの実測スペクトルと、温度TA〜TB、及び、圧力P1・P2・・・毎に定義される各理論スペクトルをフィッティング(マッチング)し、フィッティング(マッチング)により選択された理論スペクトルにて定義される温度を、前記測定ガスの温度として算出するために、コンピュータを、
前記フィッティング(マッチング)において、前回の温度分析で求められる或る温度(Ta・Tb・Tc・Td)を基準とする第一温度範囲(TC〜TD)内にて定義される一部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティング(マッチング)を行って概算温度Tα(本実施例では第二の温度Tb)を求める少なくとも一回行うための手段、
前記概算温度Tαを基準とし、前記第一温度範囲よりも狭い第二温度範囲(TE〜TF)内にて定義される全部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティング(マッチング)を行って算出温度Tβ(本実施例では第三の温度Tc)を求めるための手段、として機能させるための排気ガスの温度分析プログラムとするものである。
温度、及び、圧力について一義的に定義される複数理論スペクトルを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶される各理論スペクトルが定義される全温度範囲TA〜TBから、或る第一の温度Taを選択する第一手段、
前記或る第一の温度Taを基準とする或る第一温度範囲TC〜TD内にあって、かつ、実測圧力Pとの圧力誤差Δpが最少となる代表圧力P2で定義される、複数の理論スペクトルと前記実測スペクトルのフィッティング(マッチング)を行って、前記実測スペクトルとのフィッティング誤差Δs2(マッチング誤差)が最少となる理論スペクトルRbを選択する第二手段、
前記第二手段により選択された理論スペクトルRbにて定義される第二の温度Tbを基準とする或る第二温度範囲TE〜TF内にあって、かつ、実測圧力Pとの圧力誤差Δpが最少となる前記代表圧力P2で定義される、複数の理論スペクトルと前記実測スペクトルのフィッティング(マッチング)を行って、前記実測スペクトルとのフィッティング誤差Δs3(マッチング誤差)が最少となる理論スペクトルRcを選択する第三手段、
前記第三手段によって選択された理論スペクトルRcにて定義される第三の温度Tcを、前記測定ガスの温度とする第四手段、として機能させるための排気ガスの温度分析プログラムとするものである。
前記第五手段による離散化補正により定義される第四の温度Tdを、前記測定ガスの温度とする第六手段、として機能させるための排気ガスの温度分析プログラムとするものである。
P2 代表圧力
Rb 理論スペクトル
Rc 理論スペクトル
Tα 概算温度
Tβ 算出温度
Tγ 補正後温度
Ta 第一の温度
Tb 第二の温度
Tc 第三の温度
Td 第四の温度
Claims (6)
- 測定ガスの実測スペクトルと、温度・圧力毎に予め定義される各理論スペクトルをフィッティングし、フィッティングにより選択された理論スペクトルにて定義される温度を、前記測定ガスの温度とする、排気ガスの温度分析方法であって、
前記理論スペクトルは、予め温度・圧力毎にデータベース化されたテーブルとして記憶装置に記憶されており、
前記フィッティングは、前回の温度分析で求められる或る温度を基準とする第一温度範囲内にて定義される一部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティングを行って概算温度を求めることを少なくとも1回行うステップと、
前記概算温度を基準とし、前記第一温度範囲よりも狭い第二温度範囲内にて定義される全部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティングを行って算出温度を求めるステップと、
前記フィッティングにおいて参照される理論スペクトルの圧力と、測定ガスの実測圧力の間に圧力誤差があるときに、前記算出温度に対し、前記圧力誤差に関する離散化補正をし、補正後温度を求めるステップと、
を有することとする、排気ガスの温度分析方法。 - 前記前回の温度分析で求められる或る温度は、前回の温度分析にて求められる概算温度、又は、前回の温度分析にて求められる算出温度、又は、前回の温度分析にて求められる補正後温度である、ことを特徴とする請求項1に記載の排気ガスの温度分析方法。
- 測定ガスの実測スペクトルと、温度・圧力毎に予め定義される各理論スペクトルをフィッティングし、フィッティングにより選択された理論スペクトルにて定義される温度を、前記測定ガスの温度とする、排気ガスの温度分析装置であって、
前記理論スペクトルが、予め温度・圧力毎にデータベース化されたテーブルとして記憶されている記憶装置と、
前記フィッティングにおいて、前回の温度分析で求められる或る温度を基準とする第一温度範囲内にて定義される一部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティングを行って概算温度を求めることを少なくとも一回行うための手段と、
前記概算温度を基準とし、前記第一温度範囲よりも狭い第二温度範囲内にて定義される全部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティングを行って算出温度を求めるための手段と、
前記フィッティングにおいて参照される理論スペクトルの圧力と、測定ガスの実測圧力の間に圧力誤差があるときに、前記算出温度に対し、前記圧力誤差に関する離散化補正をし、補正後温度を求めるための手段と、
を有することとする、排気ガスの温度分析装置。 - 前記前回の温度分析で求められる或る温度は、前回の温度分析にて求められる概算温度、又は、前回の温度分析にて求められる算出温度、又は、前回の温度分析にて求められる補正後温度である、ことを特徴とする請求項3に記載の排気ガスの温度分析装置。
- 測定ガスの実測スペクトルと、温度・圧力毎に予め定義されデータベース化されたテーブルとして記憶手段に記憶されている各理論スペクトルをフィッティングし、フィッティングにより選択された理論スペクトルにて定義される温度を、前記測定ガスの温度として算出するために、コンピュータを、
前記フィッティングにおいて、前回の温度分析で求められる或る温度を基準とする第一温度範囲内にて定義される一部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティングを行って概算温度を求めることを少なくとも一回行うための手段、
前記概算温度を基準とし、前記第一温度範囲よりも狭い第二温度範囲内にて定義される全部の理論スペクトルと実測スペクトルのフィッティングを行って算出温度を求めるための手段、
前記コンピュータを、前記フィッティングにおいて参照される理論スペクトルの圧力と、測定ガスの実測圧力の間に圧力誤差があるときに、前記算出温度に対し、前記圧力誤差に関する離散化補正をし、補正後温度を求めるための手段、
として機能させるための排気ガスの温度分析プログラム。 - 前記前回の温度分析で求められる或る温度は、前回の温度分析にて求められる概算温度、又は、前回の温度分析にて求められる算出温度、又は、前回の温度分析にて求められる補正後温度である、ことを特徴とする請求項5に排気ガスの温度分析プログラム。
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