熱赤外線放射型CTを用いた燃焼火炎内温度分布計測システム

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550411
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 伊藤 直史 群馬大学, 工学部, 講師 (20223159)
• Keywords: 温度計測 / 放射測温 / 赤外線センサ / CT / 計算機トモグラフィ

Research Abstract

メタン/空気混合炎を計測するために、256個のInGaAs赤外線検出素子を1次元アレー状に配置したセンサ(浜松ホトニクスG8180-256W)を使用し、燃焼火炎からの熱放射の投影像を得るための光学系を備えた計測システムを構築した。このセンサの感度波長範囲は1.2〜2.6μmであり、燃焼火炎中に多く存在する水蒸気の吸収スペクトルのうち、2.5μm付近の吸収のピークを検出することが可能である。センサの出力は12ビットAD変換器でデジタルデータに変換し、コンピュータに取り込んでデータ処理を行う。
燃焼火炎をはさんで外部放射源とセンサを対向させて配置し、外部光源がON(点灯中)とOFF(消灯中)のセンサ出力の変化から、外部光源から放射された光が燃焼火炎によって吸収される量についての投影データが得られる。これに透過型CTのアルゴリズムを適用すると吸収分布が求まる。また外部光源OFF時のセンサの出力は燃焼火炎それ自身からの熱放射についての投影データとなっている。先に求めた吸収分布を考慮して、熱放射の投影データから熱放射分布を再構成するアルゴリズムを開発した。これを用いると熱放射分布が求まり、プランクの放射則を用いて温度分布がわかる。
火炎の揺らぎの影響を低減するため、データ収集時間の短縮を図っている。外部光源のON/OFFの切り替え時間は約20ms、1ライン256個のデータを収集するのに要する時間は約6msである。
実験では、光路長が約20mmのメタン/空気混合炎の場合、最大で約10%の吸収(透過率0.90)が観測され、1.4μmの吸収を計測した場合の約3%の吸収(透過率0.97)に比較すると、著しい吸収の増加が生ずることが確認された。