温度计的制作方法

温度计的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种温度计，能够可靠且高精度地测量流动有高温气体的烟道内的规定位置的温度，所述高温气体中含有粉尘等使光散射的光散射颗粒。温度计(100)包括照射部(1)、受光部(3)、透镜部(5)和计算部(773)。照射部(1)向流动有含有光散射颗粒(P)的气体(S)的烟道(50)内照射测量光(Lm)。受光部(3)接收测量光(Lm)中被光散射颗粒(P)散射的散射测量光(Ld)。透镜部(5)设置在比受光部(3)靠近烟道(50)侧。此外，透镜部(5)位于向受光部(3)的受光面的法线方向延伸的受光轴(Ar)上。透镜部(5)的焦点F设置在受光轴(Ar)上的烟道(50)内的规定位置上。计算部(773)根据多个波长的吸收光谱的强度比，计算烟道(50)内的温度。
【专利说明】温度计

【技术领域】
[0001] 本发明涉及根据在烟道中流动的气体对光的吸收测量烟道内的温度的温度计。

【背景技术】
[0002] 大家知道，根据废气中规定成分的吸收光谱测量工厂或焚烧装置等的烟道中流动 的废气温度的装置(例如参照专利文献1)。
[0003] 在专利文献1所示的测量系统中，使来自半导体激光器的入射光入射到容器内的 气体上，因此通过了该容器的透射光被受光元件接收。此时，容器内的气体吸收特定波段的 光。由于在该波段中存在有吸收线，通过进行半导体激光器的激光波长扫描，能够测量透射 光（由气体造成的光的吸收）的谱线轮廓。
[0004] 在专利文献1所示的测量系统中，用半导体激光器的振荡波长分别对容器内的气 体所吸收的光的不同的两个波长进行扫描，测量出两个吸收线，通过它们的面积比(或峰高 比)，对容器内的气体的温度进行测量。
[0005] 专利文献1 :日本专利公开公报特开2000-74830号
[0006] 利用专利文献1所示的测量系统测量烟道内的温度时，需要在隔着烟道与设置有 半导体激光器的烟道侧壁相反一侧的烟道侧壁上，设置受光元件(有时也把这种结构的测 量装置称为"交叉叠放方式的测量装置")。因此可以考虑到有以下两个问题。
[0007] 第一：在烟道中流动的气体中，如果含有大量粉尘等使光散射的光散射颗粒，则从 半导体激光器照射的激光会到不了受光元件。因此，受光元件接收不到足够进行温度测量 的光量的光。其结果不能高精度地测量烟道内的温度。
[0008] 第二：因为在烟道中流动的气体的温度变化，从半导体激光器照射的激光的光路 (光轴）和/或受光元件的受光轴偏离安装时的状态，所以从半导体激光器照射的激光有时 不被受光元件接收。例如，因为在烟道中流动的气体的温度变化，所以安装有半导体激光器 和受光元件的烟道侧壁和/或安装部件（凸缘和框体等）从安装时的状态产生变形，因此引 起上述情况。
[0009] 特别是由于烟道的直径大(数米程度)，所以即使光轴和受光轴的偏差非常小，也 会使受光元件不能接收从半导体激光器照射的激光。此外，由于在烟道中流动的气体的温 度高、而且变化幅度大，所以容易引起烟道和安装部件的变形。


【发明内容】

[0010] 本发明的目的是提供一种温度计，能够可靠且高精度地测量流动有高温气体的烟 道内的规定区域的温度，所述高温气体中含有粉尘等使光散射的光散射颗粒。
[0011] 下面作为解决问题的手段对几种方式进行说明。这些方式可以根据需要任意组 合。
[0012] 本发明之一的温度计包括照射部、受光部、透镜部和计算部。照射部向流动有含有 光散射颗粒的气体的烟道内照射测量光。受光部接收测量光中被光散射颗粒散射的散射测 量光。透镜部设置在比受光部靠近烟道侧。此外，透镜部位于向受光部的受光面的法线方 向延伸的受光轴上。透镜部的焦点设置在受光轴上的烟道内的规定位置上。计算部根据多 个波长的吸收光谱的强度比，计算所述烟道内的温度。其中，气体中的特定成分的吸收光谱 包含在由受光部接收的散射测量光中。计算烟道内的温度所使用的多个波长的吸收光谱从 规定成分的吸收光谱中选择。
[0013] 其中，所谓吸收光谱是指在使测量光的波长改变时形成的波形或某个波长的吸收 强度。
[0014] 在所述温度计中，首先，照射部通过例如开口部向烟道内照射测量光。测量光入射 到在烟道中流动的气体中的光散射颗粒上之后，测量光被光散射颗粒散射。把测量光中被 光散射颗粒散射的光称为散射测量光。接着透镜部的焦点在受光轴上的烟道内的规定位 置上。然后受光部通过开口部接收散射测量光。此时，受光部接收的散射测量光主要是从 测量光导入烟道内的位置到透镜部的在烟道内的位置上的焦点之间，被光散射颗粒散射的 光。散射测量光是接受烟道内的气体吸收的光。
[0015] 然后，计算部选择多个吸收光谱，所述多个吸收光谱包含在由受光部接收的散射 测量光中、且被在烟道中流动的气体中的规定成分吸收。然后，计算部根据选择的吸收线的 强度比，计算烟道内的温度。
[0016] 所述温度计中受光部接收的是由在烟道内流动的气体中含有的光散射颗粒散射 的散射测量光。因此即使在粉尘等光散射颗粒浓度高而导致测量光不能从烟道的一边向另 一边通过的情况下，受光部也能接收到散射测量光。因此能够测量流动有光散射颗粒浓度 高的气体的烟道内的温度。
[0017] 此外，可以缩短从照射部到受光部的距离，而且可以用广立体角获得散射测量光。 因此即使在烟道和侧壁的温度发生变化的情况下，受光部也能够接收到散射测量光。
[0018] 此外，利用所述温度计测量烟道内的温度，不需要把测量用探针等插入到烟道内。 因此即使烟道内有对热电偶温度计（的护套）等产生腐蚀的腐蚀性气体流动，也能够测量烟 道内的温度。
[0019] 吸收光谱也可以通过在规定波段对散射测量光的波长进行扫描而得到。因此，即 使因为光源被长时间使用而导致相对于输入到光源的电流从光源输出的波长发生变化，也 能够可靠地利用气体中的成分得到吸收光谱。
[0020] 也可以把照射部和受光部设置成，使受光轴和作为测量光的光路的测量光轴至少 在烟道内一致。因此，由于受光部接收来自测量光轴上的散射测量光的比例增加，所以容易 确保受光部能够接收到的散射测量光的光量。
[0021] 照射部和受光部也可以设置在同一框体内。由此，能够抑制因温度变化等外部因 素而造成受光轴和测量光轴偏离。
[0022] 温度计还可以具有调整透镜部的中心位置的调整部。由此，把透镜部的焦点设置 在烟道内的所希望的位置上。其结果，受光部能够接收从测量光导入烟道内的位置到透镜 部的在烟道内的所希望的位置上的焦点之间的散射测量光。因此，能够准确测量从测量光 导入烟道内的位置到透镜部的在烟道内的所希望的位置上的焦点之间的温度。
[0023] 利用上述温度计能够可靠且高精度地测量流动有高温气体的烟道内的规定位置 的温度，所述高温气体中含有粉尘等使光散射的光散射颗粒。

【专利附图】

【附图说明】
[0024] 图1是表示第一实施方式的温度计的结构的图。
[0025] 图2是表示第一实施方式的温度计的透镜部的结构的图。
[0026] 图3是表示第一实施方式的温度计的驱动部的结构的图。
[0027] 图4是表示第一实施方式的温度计的控制分析部的结构的图。
[0028] 图5是表示第一实施方式的温度计的信号处理部的结构的图。
[0029] 图6A是示意性表示在烟道中流动的气体中含有的光散射颗粒的浓度高的情况 下，测量光和散射测量光的情况的图。
[0030] 图6B是示意性表示在烟道中流动的气体中含有的光散射颗粒的浓度低的情况 下，测量光和散射测量光的情况的图。
[0031] 图7是表示在烟道中流动的气体中含有的成分的吸收光谱与温度的依存关系的 图。
[0032] 图8是表示其他实施方式的温度计的结构的图。
[0033] 附图标记说明
[0034] 100、200 温度计
[0035] 1 照射部
[0036] 11 光源
[0037] 13 驱动部
[0038] 131恒定电流发生器
[0039] 133扫描电流发生器
[0040] 135调制电流发生器
[0041] 137电流加法器
[0042] 15 温度调节部
[0043] 17 光路变更部件
[0044] 3 受光部
[0045] 5 透镜部
[0046] 53 第一透镜
[0047] 54 第二透镜
[0048] 55 调整部
[0049] 551透镜部移动手段
[0050] 553调整部控制部
[0051] 7 控制分析部
[0052] 71 信号处理部
[0053] 711锁定放大器
[0054] 713倍频器
[0055] 715低通滤波器
[0056] 73 照射部控制部
[0057] 75 透镜部控制部
[0058] 77 信息处理部
[0059] 771光谱取得部
[0060] 773计算部
[0061] 775控制指令部
[0062] 777存储部
[0063] 8 清除气体导入通道
[0064] 81 清除气体供给部
[0065] 9 框体
[0066] 9a 框体开口部
[0067] 9S 框体空间
[0068] 90 开口部
[0069] 91 框体凸缘部
[0070] 92 光学窗
[0071] 911圆周部
[0072] 50 烟道
[0073] 51 侧壁
[0074] 51a侧壁开口部
[0075] 52 侧壁凸缘部
[0076] 521圆周部
[0077] A' 垂直于烟道的延伸方向的轴
[0078] 测量光轴
[0079] Ar 受光轴
[0080] C 透镜部的中心
[0081] F 焦点
[0082] GP 清除气体
[0083] Ld 散射测量光
[0084] k 测量光
[0085] P 光散射颗粒
[0086] P1 第一吸收光谱的强度
[0087] P2 第二吸收光谱的强度
[0088] S 气体
[0089] S1、S2、S3 吸收光谱
[0090] Θ ： 测量光轴与垂直于烟道的延伸方向的轴所成的角度
[0091] θ2 受光轴与垂直于烟道的延伸方向的轴所成的角度

【具体实施方式】
[0092] (1)第一实施方式
[0093] 1.温度计的结构
[0094] 1-1.整体结构
[0095] 用图1对本实施方式的温度计100的结构进行说明。图1是表示本实施方式的温 度计100的结构的图。温度计100是通过测量在烟道50内流动的含有光散射颗粒P的气 体S的温度来测量烟道50内的温度的装置。光散射颗粒P例如是粉尘微细颗粒或雾状水 蒸气等使光散射的颗粒。
[0096] 温度计100包括照射部1、受光部3、透镜部5和控制分析部7。此外，温度计100 还包括清除气体导入通道8和框体9。
[0097] 框体9形成温度计100的主体，在作为其内部空间的框体空间9S内装有照射部1、 受光部3和透镜部5。这样在同一框体9内设置照射部1和受光部3,能够抑制因温度变化 等外部因素造成受光轴和测量光轴偏离。
[0098] 框体9固定在形成烟道50的侧壁51的一部分上。具体说，框体9以如下方式固 定在侧壁51上。
[0099] 在框体9上形成有框体开口部9a，在框体开口部9a的周围形成有框体凸缘部91。 另一方面，在侧壁开口部51a的周围形成有侧壁凸缘部52。如图1所示，框体凸缘部91的 圆周部911固定在侧壁凸缘部52的圆周部521上，与侧壁凸缘部52的圆周部521 -致。
[0100] 此外如图1所示，在本实施方式的温度计1〇〇中，没有从温度计1〇〇向烟道50内 插入测量探针等。因此即使在烟道50内有腐蚀热电偶温度计（的护套）等的有腐蚀性的气 体流动，也能够测量烟道50内的温度。
[0101] 此外如图1所示，框体9和侧壁51固定成，使设在侧壁51上的侧壁开口部51a和 设在框体9上的框体开口部9a -致。其结果，在烟道50和框体9之间形成能够使光通过 的开口部90。此外，在开口部90的框体开口部9a侧设置有光学窗92,光能够透过所述光 学窗92,而且所述光学窗92把框体空间9S和烟道50在空间上隔开。
[0102] 为了能够把清除气体GP提供到烟道50内的光学窗92附近，把清除气体导入通道 8设置在框体凸缘部91上。清除气体导入通道8的提供清除气体G P -侧的一端，设置成不 从在框体凸缘部91上敞开的清除气体导入口向烟道50内突出。而清除气体导入通道8的 另一端以能够导入清除气体G P的方式与清除气体供给部81连接。因此，利用清除气体导 入通道8能够把清除气体GP提供到烟道50内的光学窗92附近。通过利用清除气体导入 通道8把清除气体G P提供到烟道50内的光学窗92附近，能够抑制框体空间9S内的照射 部1、受光部3、透镜部5和光学窗92被烟道50内的气体S中含有的粉尘等污染。
[0103] 照射部(照射部的一个例子)1从框体9的框体空间9S通过开口部90向烟道50内 照射测量光L m。从照射部1照射的测量光Lm形成作为测量|Lm的光路的测量光轴Am。此 外在本实施方式中，照射部1设置成，使作为测量光L m的光路的测量光轴Am (图1中从照 射部1向烟道50延伸的实线表示的直线）与烟道50的延伸方向垂直，但是也可以不垂直。 此外，侧壁开口部51 a的朝向也未必与烟道50的延伸方向垂直。例如也可以把侧壁开口部 51a的朝向设置成朝向烟道50内的气体S的流动方向（下游方向）。在这种情况下，能够抑 制气体S中的粉尘等堆积在侧壁凸缘部52上。此外，照射部1的结构在后面详细叙述。
[0104] 受光部3 (受光部的一个例子)设置成，使测量光轴Am和从受光部3的受光面的中 心向受光面的法线方向延伸的受光轴4 (图1中的虚线表示的直线）至少在烟道50内一 致。由此在对烟道50内的温度进行测量时，能够减少对照射部1和受光部3的设置位置和 朝向等进行调整的频率。
[0105] 受光部3通过开口部90接收测量光Lm中被光散射颗粒P散射的散射测量光L d。 由此，由于增加了受光部3接收来自测量光轴Am上的散射测量光Ld的比例，因此容易确保 受光部3能够接收的散射测量光L d的光量。此外，即使在烟道50中流动的气体S中的光 散射颗粒P的浓度高而导致测量光Lm不能从烟道50的一边到另一边完全通过的情况下， 受光部3也能够接收到散射测量光L d。其结果，即使是流动有光散射颗粒P的浓度高的气 体的烟道内的温度，也能够根据受光部3接收到的散射测量光L d，测量烟道50内的温度。
[0106] 受光部3例如可以使用光电二极管、光电倍增管等。特别是在使用光电倍增管的 情况下，即使在烟道50中流动的气体S中的光散射颗粒P散射的散射测量光L d的光量少 (散射测量光1^弱）的情况下，也能够把足够的电信号发送到控制分析部7 (后面叙述)。其 结果，能够更高精度地测量烟道50内的温度。
[0107] 透镜部5 (透镜部的一个例子)被设置成比受光部3靠近烟道50、比照射部1远离 烟道50 (即在照射部1和受光部3之间）。此外，透镜部5的中心C在受光轴4上。并且 透镜部5的焦点F设置在受光轴4上的烟道50内的规定位置上。
[0108] 图2表示本实施方式的温度计100的透镜部5的结构。透镜部5具有第一透镜 53、第二透镜54和调整部55。第一透镜53把测量光L m聚焦在烟道50内的规定位置上的 焦点。第二透镜54固定在框体9上。第二透镜54把入射到温度计100上的散射测量光L d 聚焦在受光部3的受光面上的焦点。通过由第二透镜54把入射到温度计100的散射测量 光Ld聚焦在受光部3的受光面上的焦点，能够在受光部3上可靠地接收散射测量光L d。
[0109] 第一透镜53固定在调整部55的上部。调整部55具有透镜部移动手段551和调 整部控制部553。透镜部移动手段551使第一透镜53的中心C在受光轴A,上移动。由此 能够把透镜部5的焦点F设置在烟道50内的所希望的位置上。
[0110] 如上所述，在温度计1〇〇中，作为被光散射颗粒P散射的测量光的散射测量光Ld， 借助与测量光、朝向烟道50内时所通过的开口部90同一个开口部90,被受光部3接收。 即在本实施方式的温度计100中，照射部1、受光部3、透镜部5形成测量光学系统，装在同 一个框体9的框体空间9S中。因此，即使在烟道50和侧壁51的温度发生变化的情况下， 也能够抑制测量光轴A m和受光轴\从预先调整好的状态偏离。其结果，能够抑制因烟道50 和侧壁51的温度发生变化而导致受光部3不能接收测量光L m。
[0111] 在本实施方式的温度计100中，能够抑制受光部3不能接收到测量光、有两个原 因。
[0112] 其一是因为即使因侧壁51 (和/或侧壁凸缘部52)变形而导致框体9的安装角度 等发生变化，但是照射部1、受光部3、透镜部5在框体9内的相对位置关系几乎不变。
[0113] 其二是因为一般入射到光散射颗粒P上的光(测量光Lm)在一定程度上扩散散射， 所以即使照射部1和受光部3的相对位置关系有些偏离而导致测量光轴A m和受光轴4从 预先调整好的状态有些偏离，受光部3也能够接收到散射测量光Ld。
[0114] 控制分析部7对温度计100进行控制。特别是对从照射部1照射的测量光Lm的 波长进行控制，以及如上所述，对变更透镜部5的焦点的位置进行控制。此外，根据受光部3 接收到的散射测量光L d的强度，对从受光部3输出的信号进行处理。此外，对温度计100的 控制指令和从受光部3输出的信号进行信息处理。关于控制分析部7的结构在后面叙述。
[0115] 1-2.照射部的结构
[0116] 下面用图1对照射部1的详细结构进行说明。如前所述，照射部1通过开口部90 向烟道50内照射测量光L m。本实施方式的照射部1包括光源11、驱动部13、温度调节部15 和光路变更部件17。
[0117] 光源11产生测量光Lm。在本实施方式中，光源11产生的测量光Lm，其光路在光路 变更部件17 (后面叙述）上被变更，向烟道50内照射。光源11例如可以使用半导体激光 器、量子级联激光（QCL)等。因此能够增大由在烟道50中流动的气体S中的成分吸收的吸 收光谱峰(信号量)。其结果能够提高温度计100的分辨率，能够高精度地测量烟道50内的 温度。
[0118] 温度调节部15根据来自控制分析部7 (图4)的指令，调整光源11的温度。特别 是在使用半导体激光器光源作为光源11的情况下，即使驱动光源11的驱动电流恒定，但往 往因为光源11等的恶化或光源11的温度而造成从光源11产生的测量光L m的波长发生变 化。利用温度调节部15抑制光源11的温度变化，对于相同的驱动电流能够产生相同波长 的测量光L m。温度调节部15例如可以由测量光源11的温度的温度计和温度调整手段(主 要是电子冷却器等冷却手段）构成。
[0119] 此外，为了使从光源11照射的测量光Lm的波长发生变化，也可以用温度调节部15 使光源11的温度发生变化。由此能够以不改变向光源11提供的驱动电流的方式改变测量 光L m的波长。
[0120] 光路变更部件17向烟道50内照射从光源11产生的测量光Lm。在本实施方式中， 由于光路变更部件17设置在受光轴\上，所以优选至少使光路变更部件17的面积比透镜 部5的透镜的面积小。因为如果光路变更部件17的面积大，则光路变更部件17遮挡散射 测量光L d的比例变大，因此受光部3不能接收足够光量的散射测量光Ld。
[0121] 光路变更部件17可以使用分束器或由半透半反射镜形成的反射镜等。因此散射 测量光L d的一部分能够通过光路变更部件17。其结果，受光部3能够接收更多光量的散射 测量光Ld。
[0122] 驱动部13向光源11提供用于驱动光源11的驱动电流。光源11产生波长与驱动 电流的大小对应的测量光L m。如图3所示，驱动部13主要有恒定电流发生器131。恒定电 流发生器131根据从控制分析部7的照射部控制部73 (图4)输出的扫描波长决定信号，产 生一定强度的电流(恒定电流）（I。）（参照图3中的波形（1))。由此，光源11产生波长与恒 定电流发生器131产生的恒定电流的大小对应的测量光L m。
[0123] 此外在本实施方式的温度计100中，为了得到某波段的吸收光谱，用光源11使测 量光、的波长发生变化。其中，所谓波段是指测量|L m的波长的变化范围。而在本实施方 式中，通过使向光源11提供的驱动电流发生变化，能够使测量光Lm的波长发生变化。此外 如上所述，通过使光源11的温度发生变化，也能够使测量光L m的波长发生变化。
[0124] 为了利用向光源11提供的驱动电流使测量光Lm的波长发生变化，驱动部13还具 有扫描电流发生器133和电流加法器137。扫描电流发生器133根据从控制分析部7的照 射部控制部73输出的波长扫描信号，产生用于扫描测量|L m的波长的电流(扫描电流)。在 图3所示的例子中，扫描电流发生器133产生扫描电流，所述扫描电流以一定扫描周期?\ 反复以下的变化：电流值从〇随时间直线增加到某规定大小的电流值α)，在电流值增加 到电流值仁后，电流值以比所述直线增加更快的时间再返回到〇 (参照图3中的波形（2))。 有时把具有这种波形的电流称之为"锯齿波电流"。
[0125] 电流加法器137与恒定电流发生器131和扫描电流发生器133连接，输入由恒定 电流发生器131产生的恒定电流和由扫描电流发生器133产生的扫描电流。然后，电流加 法器137在扫描电流上重叠恒定电流，作为驱动电流向光源11输出。在由扫描电流发生器 133产生上述锯齿波电流的情况下，从电流加法器137输出如图3中的波形（4)所示的驱动 电流。即图3中的波形（2)所示的锯齿波电流变化了最小电流值(恒定电流）I。的波形。
[0126] 因此，光源11能够产生波长在时间?\期间从由重叠了恒定电流成分的锯齿波成 分的最小电流值I。决定的波长(扫描最小波长）变化到由最大电流值I。+ L决定的波长 (扫描最大波长）的测量光Lm。而在扫描周期?\期间，通过利用受光部3测量规定数量的散 射测量光L d的强度，能够得到由烟道50中流动的气体S中的成分吸收的吸收光谱。
[0127] 此外，在用波长调制光谱(WMS)测量烟道50中流动的气体S中的成分的吸收光谱 的情况下，驱动部13还可以具有调制电流发生器135。调制电流发生器135根据从控制分 析部7的照射部控制部73输出的波长调制信号，产生具有振幅为I m、周期为调制周期T2 (调制周期Τ 2远比扫描周期T i >>Τ 2))的波形的调制电流(在图3中的波形（3) 的情况下为正弦波)。电流加法器137也可以在恒定电流和扫描电流上再重叠调制电流，输 出再重叠了调制电流的驱动电流（图3中的波形（5))。因此光源11能够产生波长周期性变 化的测量光Lm (波长调制)，所述波长的波长范围以由驱动电流中的恒定电流成分和扫描电 流成分决定的波长为中心、且在调制周期T2内由调制电流的振幅Ι π决定。
[0128] 1-3.控制分析部的结构
[0129] 下面用图4对控制分析部7的结构进行说明。图4是表示控制分析部7的结构的 示意图。控制分析部7包括信号处理部71、照射部控制部73、透镜部控制部75和信息处理 部77。
[0130] 信号处理部71把基于受光部3输出的散射测量光Ld的强度的信号(检测信号)，变 换成能够在信息处理部77中处理的信号。此外，在利用所述波长调制光谱测量在烟道50 中流动的气体S中的成分的吸收光谱的情况下，如图5所示，信号处理部71也可以具有锁 定放大器711、倍频器713和低通滤波器715。
[0131] 倍频器713输入从照射部1的驱动部13的调制电流发生器135输出的调制电流， 根据输入的调制电流，生成具有调制电流的调制频率（1/τ 2)的η倍频率(调制周期T2的1/ η周期，Τ2/η)的信号(参照信号）（图5中的波形（6))。锁定放大器711对从倍频器713输 出的参照信号和从受光部3输出的检测信号进行乘法处理，输出进行所述乘法处理后的信 号。低通滤波器715输入从锁定放大器711输出的进行所述乘法处理后的信号，仅输出该 信号的直流成分。
[0132] 用这样的信号处理部71能够从受光部3输出的检测信号（图5中的光谱（7))中， 抽出检测信号的η阶高次谐波分量（图5中的光谱（8))。由于这样的η阶高次谐波分量含 有检测信号的微分成分，所以即使在检测信号小(散射测量光L d的光量少)的情况下或在因 为检测信号中有噪音而导致S/N比小的情况下，也能够获得误差较小的在烟道50中流动的 气体S中的成分的吸收光谱。其结果，能够根据所述吸收光谱高精度地测量烟道50内的温 度。
[0133] 照射部控制部73根据信息处理部77的控制指令部775 (后面叙述）的指令，向照 射部1输出用于控制照射部1的信号(扫描波长决定信号、波长扫描信号、波长调制信号、温 度控制信号)。扫描波长决定信号决定对测量光Lm的波长进行扫描时的开始扫描波长。所 述信号被输入到照射部1的驱动部13的恒定电流发生器131。波长扫描信号是用于对测 量光L m的波长进行扫描的信号。因此波长扫描信号被输入到驱动部13的扫描电流发生器 133。波长调制信号是在利用波长调制光谱测量吸收光谱时对测量光L m的波长进行调制的 信号。因此，波长调制信号被输入到驱动部13的调制电流发生器135。温度控制信号是用 于控制光源11的温度的信号。因此温度控制信号被输入到照射部1的温度调节部15。
[0134] 透镜部控制部75把用于对透镜部5的（中心C的）位置进行控制的信号发送给调 整部55。由此能够对透镜部5的焦点F在烟道50内的位置进行控制。
[0135] 信息处理部77对温度计100的控制指令和根据散射测量光Ld获得的数据进行信 息处理。信息处理部77例如是用于进行信息处理的计算机。此外，信息处理部77为了与 控制分析部7的信号处理部71、照射部控制部73、透镜部控制部75交换信号，也可以具有 包含A/D变换器等的接口。
[0136] 信息处理部77包括光谱取得部771、计算部773、控制指令部775和存储部777。 此外，这些信息处理部77的各部分的功能也可以由在信息处理部77上执行的程序来实现。 此外，所述程序也可以存储在信息处理部77的存储区域(包括存储部777的存储区域）中。
[0137] 光谱取得部771 (光谱取得部的一个例子）从在信号处理部71中处理后的检测信 号，获得表示散射测量光Ld的波长和散射测量光L d的光量(强度）的关系的数据(所述数据 与吸收光谱对应)。
[0138] 计算部773 (计算部的一个例子）从在光谱取得部771获得的数据(吸收光谱)，选 择两个吸收光谱，求出两个吸收光谱的强度比。然后根据两个吸收光谱的强度比和温度的 关系，计算烟道50内的温度。其中，选择的吸收线的数量也可以在3个以上。
[0139] 控制指令部775进行用于控制温度计100的各种设定。然后在该设定的基础上， 根据需要指示控制分析部7的各个构成要素向温度计100发送控制信号。因此，控制指令 部775还具有接受来自信息处理部77的输入装置(未图示）的输入的功能。
[0140] 存储部777中存储有用于对温度计100进行控制的各种设定、气体S中的特定成 分的两个吸收光谱的强度比和温度的关系等，根据散射测量光1^测量烟道50内的温度所 需要的息。
[0141] 此外，气体S中的特定成分的两个吸收光谱的强度比和温度的关系，作为表示温 度和两个吸收光谱的强度比的关系的函数，存储在存储部777中。此外，也可以把温度和两 个吸收光谱的强度比的关系做成表，存储在存储部777中。
[0142] 2.用温度计测量烟道内的温度
[0143] 下面对利用本实施方式的温度计100测量烟道50内的温度的方法进行说明。在 本实施方式中，根据烟道50内的氧、水分或二氧化碳等的吸收光谱，测量烟道50内的温度。 这是因为在烟道50中流动的气体S中含有高浓度的氧、水分或二氧化碳等。此外，氧、水分 或二氧化碳等的吸光系数大也是一个原因。因此能够获得具有足够强度的吸收光谱。其结 果能够高精度地测量烟道50内的温度。
[0144] 此外在本实施方式中，烟道50内的温度的计算根据上述气体S中的成分的吸收光 谱的二阶高次谐波分量进行，上述气体S中的成分的吸收光谱是利用上述波长调制法并根 据基于散射测量光Ld的强度的检测信号获得。
[0145] 首先，照射部1向烟道50内照射调制成烟道50内的氧、水分或二氧化碳等的吸收 光谱的波长的测量光L m。根据从控制分析部7的照射部控制部73输出的波长调制信号对 测量光Lm进行波长调制。具体说，利用驱动电流中的调制电流成分对测量光L m的波长进行 调制。
[0146] 然后，把透镜部5的焦点F设置在烟道50内的规定位置上。此时，透镜部控制部 75调整透镜部5的中心C的位置，把焦点F设置在想测量温度的烟道50内的规定区域上。
[0147] 其中，想测量温度的烟道50内的规定区域可以考虑例如根据散射测量光Ld的强 度决定的区域、或根据烟道50内的光散射颗粒P的浓度决定的区域。
[0148] 通过把透镜部5的焦点F设置在根据散射测量光Ld的强度决定的区域，能够使受 光部3接收到具有足够光量的散射测量光L d。其结果，根据在烟道50中流动的气体S中的 成分(氧、水分或二氧化碳等）的吸收光谱，能够高精度地测量烟道50内的温度。
[0149] 另一方面，在利用烟道50内的光散射颗粒P的浓度改变烟道50内的规定位置上 的散射测量光L d的强度的情况下，把透镜部5的焦点F设置在根据烟道50内的光散射颗粒 P的浓度决定的区域是有利的。即如图6A所示，如果烟道50内的光散射颗粒P的浓度高， 则测量光、几乎在靠近烟道50内的开口部90的位置上被散射。所以为了接收足够强度 的散射测量光L d，把焦点F的位置设定在烟道50内的、测量光Lm能够到达的区域的跟前。
[0150] 由此，受光部3能够接收从测量光Lm导入烟道50内的位置到根据光散射颗粒P的 浓度决定的烟道50内的适当位置之间的散射测量光L d。其结果，根据烟道50中流动的气 体S中的成分(氧、水分或二氧化碳等）的吸收光谱，能够高精度地测量烟道50内的温度。
[0151] 以如下方式获得烟道50内的氧、水分或二氧化碳等的吸收光谱。
[0152] 首先，在规定的波长范围内对测量光Ln的波长进行扫描。测量光k的波长的扫描 根据光源11的驱动电流内的从照射部1的驱动部13的扫描电流发生器133输出的扫描电 流成分进行。在图3所示的例子中，在扫描周期?\期间，测量光L m的波长从由最小电流值 I。决定的扫描最小波长到由最大电流值1。+1」夬定的扫描最大波长，随时间非线性地变化。
[0153] 此后，在由光谱取得部771获得在烟道50中流动的气体S中的氧、水分或二氧化 碳等的吸收光谱之后，由计算部773选择该吸收光谱的规定的两个吸收线，根据选择的两 个吸收线的强度比，计算烟道50内的温度。
[0154] 在图7所示的吸收光谱中，随着烟道50内的温度的升高，吸收光谱按吸收光谱S3 (用粗实线表示的光谱)、吸收光谱S2 (用双点划线表示的光谱)、吸收光谱S1 (用细实线表 示的光谱）的顺序变化。其中，着眼于图7的第一吸收光谱（图7的"第一峰"的框内表示的 吸收光谱）和第二吸收光谱("第二峰"的框内表示的吸收光谱)，第二吸收光谱的强度相对 于温度的变化比第一吸收光谱的强度相对于温度的变化大。
[0155] 因此，第一吸收光谱的强度P1和第二吸收光谱的强度P2的强度比（=P2/P1)也因 温度而发生变化。而由于该强度比是吸收光谱的强度的相对值，所以即使因散射测量光Ld 的强度变化而引起吸收光谱整体的强度发生变化，其也不发生变化。因此，即使(在测量烟 道50内的温度的过程中)在烟道50中流动的气体S中的光散射颗粒P的浓度发生变化等、 导致散射测量光L d发生了变化的情况下，也能够正确测量烟道50内的温度。
[0156] 选择在烟道50中流动的气体S中的氧、水分或二氧化碳等的吸收光谱的哪两个吸 收光谱，可以根据想测量的烟道50内的温度范围决定。而想测量的温度范围和应选择的两 个吸收光谱(显示的波长）可以相关联地存储在存储部777中。在这种情况下，计算部773 首先对由控制指令部775设定的测量温度范围和存储在存储部777中的想测量的温度范围 进行比较。然后由计算部773选择包含该设定的测量温度范围的该想测量的温度范围，决 定与存储在存储部777中的该想测量的温度范围相关联的、应选择的两个吸收光谱(显示 的波长)。
[0157] (2)其他实施方式
[0158] 以上对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，在不 脱离发明宗旨的范围内可以进行各种变更。特别是在本说明书中写的多个实施方式和变形 例可以根据需要任意组合。
[0159] (A)关于照射部和受光部的配置的其他实施方式
[0160] 在上述第一实施方式的温度计100中，把照射部1和受光部3设置成，使受光轴\ 和测量光轴A m至少在烟道50内一致。此外把照射部1设置成，使测量光轴Am与烟道50的 延伸方向垂直。可是照射部1和受光部3的设置关系不限于此。
[0161] 如图8所示的温度计200那样，也可以在温度计200中把照射部1设置成，使测量 光轴A m相对于垂直于烟道50的延伸方向的轴A'有规定角度。此外，也可以在温度计 200中把受光部3设置成，使受光轴A 1?相对于所述轴A'有规定角度Θ 2。
[0162] 由于作为由光散射颗粒P散射的测量光的散射测量光Ld，在一定程度上扩散散射， 因此即使如图8所示受光轴\和测量光轴A m不一致，受光部3也能够接收到散射测量光 Ld。
[0163] 此外，在图8所示的温度计200中，在比受光部3靠近烟道50侧，除了透镜部5没 有其他部件等。因此散射测量光L d不会被遮挡光的部件遮挡。
[0164] 此外，在图8所示的温度计200中，照射部1和受光部3可以安装成，以通过照射 部1和受光部3的中心的、与烟道50的延伸方向垂直(与图8的纸面垂直的方向）的轴为中 心转动。在这种情况下，受光部3和透镜部5也可以安装在共同的固定台（未图示)上，使所 述固定台以与烟道50的延伸方向垂直(与图8的纸面垂直的方向）的轴为中心转动。
[0165] 由此可以把上述角度91和θ2设定成所希望的角度。其结果，能够测量烟道50 内的所希望的位置上的散射测量光L d。因此能够测量烟道50内的所希望的位置的温度。
[0166] 此外，上述角度91和02也可以设定成相同角度。由此受光部3能够接收到强度 更大的散射测量光L d。这是因为以与入射到光散射颗粒P的测量光Lm的入射角（Θ J相同 角度（Θ 2)散射的散射测量光Ld的强度有变大的倾向。
[0167] (B)有关透镜部的其他实施方式
[0168] 在第一实施方式的温度计100中，在透镜部5中设置有两个透镜(第一透镜53和 第二透镜54)。可是在透镜部5中设置的透镜数量不限于此。例如在透镜部5中设置的透 镜数量也可以是一个。在透镜部5中设置的透镜是一个的情况下，在框体9中可以把该透 镜设置成，用调整部55使其在受光轴\上移动。
[0169] 此外，特别是在预先决定焦点F的位置的情况等下，也可以把该透镜固定在框体9 上。在把透镜固定在框体9上的情况下，把该透镜配置在使其焦点在受光部3上的位置上。 通过把透镜固定在框体9上，使透镜到受光部3的距离不发生偏离。因此对于散射测量光 Ld总是能够聚焦在受光部3的受光面上的焦点。其结果，受光部3能够可靠地接收到散射 测量光Ld。
[0170] 工业实用性
[0171] 本发明的温度计可以广泛用于根据在烟道中流动的气体的吸收光谱测量烟道中 的温度。
【权利要求】
1. 一种温度计，其特征在于，包括： 照射部，向流动有含有光散射颗粒的气体的烟道内照射测量光； 受光部，接收所述测量光中被所述光散射颗粒散射的散射测量光； 透镜部，设置在比所述受光部靠近所述烟道侧、且位于向所述受光部的受光面的法线 方向延伸的受光轴上，并且所述透镜部的焦点设置在所述受光轴上的所述烟道内的规定位 置上； 计算部，根据多个波长的吸收光谱的强度比，计算所述烟道内的温度，所述多个波长的 吸收光谱包含在由所述受光部接收的所述散射测量光中、且在所述气体中的规定成分的吸 收光谱中。
2. 根据权利要求1所述的温度计，其特征在于，所述吸收光谱通过在规定波段对所述 散射测量光的波长进行扫描得到。
3. 根据权利要求1或2所述的温度计，其特征在于，把所述照射部和所述受光部设置 成，使所述受光轴和作为所述测量光的光路的测量光轴至少在所述烟道内一致。
4. 根据权利要求1至3中任意一项所述的温度计，其特征在于，所述照射部和所述受光 部设置在同一框体内。
5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的温度计，其特征在于，还包括调整所述透镜部 的中心位置的调整部。
【文档编号】G01K11/00GK104062028SQ201410108517
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2013年3月21日
【发明者】井户琢也, 森哲也 申请人:株式会社堀场制作所