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LIFによる燃焼計測

燃焼計測

火炎中のガス分子種を計測するには様々な方法があります。ポイント計測、ライン計測それにエリア(2D)計測と用途によっても変わってきます。表はそれぞれの計測方法、計測可能なガス分子種の一例です。
ここではエリア計測のひとつであるPLIF法についてご案内します。

計測 計測システム ガス分子種
ポイント 自発光スペクトル OH, CH, C2
CARS N2, O2
ライン ラマン散乱法 OH, NO, NO2, C2, CH等
TDLAS CH4, CO, CO2, O2, HCl, NH3, HC等
エリア PLIF OH, C, NO, O2, CO
OH-PLIFの仕様例を見る


LIFによる燃焼計測ではアセトン、OH、CH、NO等のガス分子種およびそれらの瞬時分布を測定することが可能です。LIFのなかでも特に画像による平面LIF計測をPLIF(画像レーザー誘起蛍光法、Planer Laser Induced Fluorescence)と呼びます。
PLIFはICCD等の超高感度カメラを利用するLIFシステムで、燃焼計測・解析にたいへん有効な手法です。

機器構成

LIFを観測する基本的な光学系を図に示します。対象とする分子の存在する観測領域に励起光を入射させ、対象とする原子、分子を共鳴励起します。発生した蛍光を、励起光の光軸と直角方向に設置した比較的口径の大きいレンズで集光し、カメラなどの検出器で検出します。励起用光源には波長が幅広い範囲で変えられる色素レーザーとその高調波が用いられます。

アセトンPLIF

最も簡単な手法に、室温で非常に高い蒸発圧のアセトンを流れ場にシーディングするアセトンLIFがあります。このアセトンは280nmを最大値とする225nmから320nmの範囲で吸収し、350nmから550nmの広い範囲で短い時間蛍光を発します。
イメージインテンシファイヤーのないCCDカメラで十分に高い分解能での信号を得ることができます。

マルチKoncerto-PLIFの可能性

多変数、つまり多分子種、温度、速度などを同時に測定するPLIFシステムです。
例えば280nmに吸収のピーク、435nm近辺に蛍光が見られるアセトンと、283nmによって励起され、瞬時に315nm近辺に蛍光を発する振動モードのOHラジカルの同時計測が可能です。283nmにチューニングされたレーザーは燃焼中にあるアセトンとOHを同時に励起し、それぞれの蛍光波長フィルターを装着した2台のカメラ(またはイメージダブラーを装着した1台のカメラ)で別々に計測し、OHは反応領域の計測を、アセトンは炎の中では熱分解して消えてしまうので、火炎のない領域の計測に利用します。