(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の温度分布測定方法であって、
測定対象の気体中に配置され且つ蛍光染料が塗布された細線に対し、前記蛍光染料を励起させる励起光を照射する照射ステップと、
前記細線は、所定の間隔で配置された複数の細線であり、
前記蛍光染料が発生させる蛍光から得られ且つ前記蛍光染料の温度に依存して変化する温度依存値を複数点において取得する温度依存値分布取得ステップと、
前記蛍光染料の温度と前記温度依存値の関係に基づいて、複数の前記温度依存値から前記気体の温度分布を算出する温度分布算出ステップと、
隣り合う前記細線の温度に基づいて、隣り合う前記細線の間の空間における前記気体の温度を補完する補完ステップと、
を有し、
前記複数の細線を同一平面上に配置した細線群を、前記照射ステップにおける前記励起光の光源からみて互いに重ならない位置に複数配置する、気体の温度分布測定方法。
【請求項２】
気体の温度分布測定方法であって、
測定対象の気体中に配置され且つ蛍光染料が塗布された細線に対し、前記蛍光染料を励起させる励起光を照射する照射ステップと、
前記細線は、所定の間隔で配置された複数の細線であり、
前記蛍光染料が発生させる蛍光から得られ且つ前記蛍光染料の温度に依存して変化する温度依存値を複数点において取得する温度依存値分布取得ステップと、
前記蛍光染料の温度と前記温度依存値の関係に基づいて、複数の前記温度依存値から前記気体の温度分布を算出する温度分布算出ステップと、
隣り合う前記細線の温度に基づいて、隣り合う前記細線の間の空間における前記気体の温度を補完する補完ステップと、
を有し、
前記複数の細線の間隔は、前記測定対象の前記気体の流れが速い領域における間隔を前記測定対象の前記気体の流れが遅い領域における間隔よりも狭くなるように調整される、気体の温度分布測定方法。
【請求項３】
前記細線の直径が５μｍ〜６０μｍである、
請求項１又は請求項２に記載の温度分布測定方法。
【請求項４】
前記温度依存値は、互いに異なる波長成分の蛍光強度の比である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の温度分布測定方法。
【請求項５】
前記細線は、流れがある前記気体中に配置される、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の温度分布測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体の温度分布測定方法、システム、装置及び細線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
気体の温度分布測定方法として、ＬＩＦ法（Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ：レーザー誘起蛍光法）を応用した方法がある。
【０００３】
例えば、特許文献１では、温度測定対象となる気体に蛍光染料溶液を噴霧して液滴群とし、これに蛍光染料を励起する波長域の成分を含む光を照射し、蛍光染料の蛍光強度を測定し、その蛍光強度から温度を算出することで、気体の温度を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３-６８４９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載されている方法では、蛍光染料を含む液滴を気体中に噴霧するために液滴が落下し、誤差要因となり得る蛍光強度の非一様性が生じてしまう。さらに、噴霧された液滴により測定領域が汚損される。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、蛍光強度の一様性を担保しつつ測定領域の汚損を防ぐことができる温度分布測定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、気体の温度分布測定方法であって、測定対象の気体中に配置され且つ蛍光染料が塗布された細線に対し、前記蛍光染料を励起させる励起光を照射する照射ステップと、前記蛍光染料が発生させる蛍光から得られ且つ前記蛍光染料の温度に依存して変化する温度依存値を複数点において取得する温度依存値分布取得ステップと、前記蛍光染料の温度と温度依存値の関係に基づいて、複数の前記温度依存値から前記気体の温度分布を算出する温度分布算出ステップと、を有する気体の温度分布測定方法が提供される。
【０００８】
本発明の温度分布測定方法では、蛍光染料が細線に塗布されているため、蛍光染料の落下による蛍光強度の非一様性の発生を低減することができる。さらに、測定領域を汚損することもなくなる。
【０００９】
以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記細線の直径が５μｍ〜６０μｍである。
好ましくは、前記温度依存値は、互いに異なる波長成分の蛍光強度の比である。
好ましくは、前記細線は、流れがある気体中に配置される。
好ましくは、前記細線は、所定の間隔で配置された複数の細線であり、隣り合う前記細線の温度に基づいて、隣り合う前記細線の間の空間における気体の温度を補完する補完ステップを有する。
好ましくは、複数の前記細線を同一平面上に配置した細線群を、前記照射ステップにおける励起光の光源からみて互いに重ならない位置に複数配置する。
好ましくは、前記複数の細線の間隔は、測定対象の気体の流れが速い領域における間隔を測定対象の気体の流れが遅い領域における間隔よりも狭くなるように調整される。
好ましくは、測定対象の気体中に配置され且つ蛍光染料が塗布された細線に対して前記蛍光染料を励起させる励起光を照射する照射手段と、前記蛍光染料が発生させる蛍光から得られ且つ前記蛍光染料の温度に依存して変化する温度依存値を複数点において取得する温度依存値取得手段と、前記蛍光染料の温度と温度依存値の関係に基づいて、複数の前記温度依存値から前記気体の温度分布を算出する温度分布算出手段と、を有する気体の温度分布測定システムである。
好ましくは、蛍光染料が塗布された直径が５μｍ〜６０μｍである細線である。
好ましくは、蛍光染料が塗布された直径が５μｍ〜６０μｍである細線と、前記細線を固定するフレームと、を有する気体の温度分布測定装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る温度分布測定方法に利用する装置の概念図であり、（ａ）は正面図及びシステムの概要を、（ｂ）は細線中の測定ポイントを模式的に表した図である。
【図２】細線の直径と周りの気流の挙動を表す概念図であり、（ａ）は直径が十分に小さい場合、（ｂ）は直径が大きい場合の概念図である。
【図３】蛍光染料の互いに異なる波長成分の強度比及び温度の関係の一例である。
【図４】第２実施形態に係る温度分布測定方法に利用する装置の概念図であり、（ａ）は細線を均等間隔で配置した態様を、（ｂ）は測定対象の気体の流れの速さにより細線の間隔を調整して配置した態様を表す図である。
【図５】第３実施形態に係る温度分布測定方法に利用する装置の概念図であり、（ａ）は縦横配置を、（ｂ）は斜め配置を示す図である。
【図６】第４実施形態に係る温度分布測定方法の概念図である。
【図７】図６をＡ−Ａ'方向から見た概念図である。
【図８】細線を斜め方向から撮像した場合における傾き補正の概念図である。
【図９】実際の測定結果を表す温度分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。
【００１２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明する。第１実施形態では、測定対象の気体中に細線５を配置し、細線５の温度を算出することで周囲の気体の温度を求めることを特徴とする。測定対象の気体中に配置された細線５は時間の経過とともに周囲の気体から熱エネルギーを与えられ、かかる気体の温度と同程度の温度となるため、この細線５の温度を算出することで周囲の気体の温度を測定するものである。詳細には、細線５の温度を算出するために細線５に蛍光染料を塗布し、算出された蛍光染料の温度を細線５の温度とする。これにより、例えば、エアコンによる室内温度の分布、車やバイクのエンジン周りの温度の分布等を測定することが可能となる。
【００１３】
図１は第１実施形態に係る温度分布測定方法に利用する装置の概念図であり、図１（ａ）は正面図及びシステムの概要を、図１（ｂ）は細線５中の測定ポイントを模式的に表した図である。図１（ａ）に示されるように、温度分布測定装置１００は、複数の目盛り３が刻まれた枠１に、蛍光染料が塗布された細線５が固定されたものである。
【００１４】
本実施形態の細線としては、例えば銅線、金線、白金線等の金属線、ナイロン糸、カーボンファイバー、ピアノ線、木綿糸、クモ糸などを利用することができる。本実施形態では、ナイロン糸を利用した。
【００１５】
目盛り３の間隔は適宜調整され、例えば０．５ｍｍ〜１０ｃｍが好ましい。より好ましくは、０．７ｍｍ〜５ｃｍである。さらに好ましくは、１ｍｍ〜１ｃｍである。これにより、ユーザーが細線５の間隔を簡単に調整することが可能となる。
【００１６】
細線５は、なるべく直径の小さなものが好ましい。これは、細線５の直径が大きいと気体との間における粘性力が減少し、気体の慣性力／粘性力で表されるレイノルズ数が増加するためである。その結果、カルマン渦と呼ばれる乱流が発生するため、温度測定において誤差要因となるからである。これを表した概念図が図２であり、図２（ａ）は細線５の直径Ｄが十分に小さい場合を、図２（ｂ）はＤが大きい場合を表す。したがって、細線５の直径の大きさは、乱流の発生を抑えるためにレイノルズ数を一桁以下にすべく、５〜６０μｍが好ましい。より好ましくは、６〜２０μｍである。さらに好ましくは、７〜１５μｍである。具体的には、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、３０、４０、５０、５５、６０μｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。なお、第１実施形態では直径が約１０μｍの細線５を用いた。ここで、細線の直径とは、細線の複数の箇所で計測した直径の平均値を意味する。
【００１７】
なお、かかる数値範囲は以下の計算から算出した。レイノルズ数は「Ｒｅ＝ρｖＬ／μ」（ｖ：物体の流れに対する相対的な平均速度（ｍ／ｓ）、Ｌ：特性長さ（ｍ）（ここでは細線５の直径）、μ：流体の粘性係数（ｋｇ／ｍ・ｓ）、ρ：流体の密度（ｋｇ／ｍ３））で求められる。そこで例えば測定対象気体の温度が１０℃の場合、密度が１．２５（ｋｇ／ｍ３）、粘度が１７．４×１０−６（ｋｇ／ｍ・ｓ）であり、気体の速度が１（ｍ／ｓ）であった場合、レイノルズ数が１以下となるための条件は、「Ｒｅ（レイノルズ数）＝１．２５×１×Ｄ／１．７５×１０−６＜１より、Ｄ＜１３．９×１０−６ｍ（＝１３．９μｍ）となる。また、測定対象気体の温度が８０℃の場合、密度が０．９９（ｋｇ／ｍ３）、粘度が２１．５×１０−６（ｋｇ／ｍ・ｓ）であり、気体の速度が４（ｍ／ｓ）であった場合、レイノルズ数が１以下となるための条件は、「Ｒｅ（レイノルズ数）＝０．９９×４×Ｄ／２１．５×１０−６＜１より、Ｄ＜５４．３×１０−６ｍ（＝５４．３μｍ）となる。そして、気体の速度がさらに速い場合や遅い場合にもレイノルズ数を安定して１桁以下にするために、本実施形態では余裕をもって、５〜６０μｍとした。また、別の観点として、例えばエアコンの冷温風吹き出し口を測る場合、測定対象の気体の温度が２０℃、動粘性係数が０．０００１５１２（ｍ２／ｓ）、気体の速度が５（ｍ／ｓ）とした場合、「Ｒｅ＝ｖＬ／ν」（ｖ：物体の流れに対する相対的な平均速度（ｍ／ｓ）、Ｌ：特性長さ（ｍ）、動粘性係数（ν＝μ／ρ）（ｍ２／ｓ）で求められ、細線５の直径Ｄが５０μｍの場合、Ｒｅ＝１．６５３４３９１５３となる。ここで、通常の環境下で考えられる最大流速としてマッハ１（＝３３０（ｍ／ｓ））を想定した場合でも、細線５の直径Ｄが５μｍの場合、Ｒｅ＝１０．９１２７となり、レイノルズ数が１桁を少し超えた値であるので、これ以上細線５の直径を小さくする必要性は低い。ここで、細線５の直径を変更した場合、後述の温度分布算出ステップにおける蛍光染料の温度に依存して変化する温度依存値を計測し直す必要があるため、なるべく細い細線５を用いることで、測定対象の気体の速度が速い場合でも遅い場合にも対応することが可能となる。したがって、細線５の直径は５〜６０μｍが好ましく、６〜２０μｍよより好ましく、７〜１５μｍがさらに好ましい。
【００１８】
蛍光染料としては、蛍光スペクトルが温度依存性を示す物質、例えばローダミンＢ、ローダミン１１０等が利用可能である。また、蛍光染料として、１種の物質を使用してもよく、２種以上の物質を使用してもよい。例えば、蛍光染料としてローダミンＢにローダミン１１０を加えたものを利用してもよい。
【００１９】
以下、温度分布測定装置１００を用いた気体の温度分布測定方法について説明する。
【００２０】
＜照射ステップ＞
照射ステップでは、温度分布測定装置１００を測定対象の気体中に配置し、蛍光染料を励起する波長域の成分を含む光（励起光）を細線５に照射する。
【００２１】
励起光の光源としては、紫外線ランプ（波長：３１５〜４００μｍ，２０Ｗ）を利用した。これ以外にも蛍光染料を励起する波長域の成分を含む光を発する任意の光源（例えばアルゴンレーザー等）を用いることができる。
【００２２】
＜温度依存値分布取得ステップ＞
温度依存値分布取得ステップでは、蛍光染料が発生させる蛍光から得られ且つ蛍光染料の温度に依存して変化する温度依存値を複数点において取得する。これによって、温度依存値の分布（一次元分布、二次元分布又は三次元分布）が得られる。具体的には、励起光により細線５に塗布された蛍光染料が励起され、それにより蛍光染料から蛍光が発せられる。その蛍光を撮像装置であるカメラ２０で撮像し、後述するＬＩＦ法に必要な画像を取得する。そして、蛍光染料の発する蛍光のスペクトルが温度依存性を有する（例えば温度上昇に伴って短波長成分の割合が増大する）という性質を利用して、取得した画像から蛍光染料の温度に依存して変化する温度依存値を複数点において取得する。
【００２３】
撮像装置（カメラ２０）としては例えばＲＧＢフィルター機能を有するＣＣＤカメラ（以下、カメラ２０）であり、例えばＩＳＯ感度が６，４００〜２０４，８００程度のものが利用可能である。第１実施形態ではＩＳＯ感度が２５，６００のカメラ２０を利用した。ここで、Ｒフィルターは例えば５７５〜６４０μｍ、Ｇフィルターは例えば４９０〜５７５μｍ、Ｂフィルターは例えば４００〜４８５μｍの波長の光を選択的に透過させるフィルターである。そして、シャッタースピードは１／１０秒とした。当然のことであるが、これらの数値は単なる例示であり、細線５の直径やカメラ２０と細線５との距離等に応じて適宜設定されるものである。
【００２４】
カメラ２０と細線５の距離は細線５の直径、間隔、カメラ２０の解像度等により適宜調整され、例えば１０ｃｍ〜１０ｍが好ましい。より好ましくは、１〜５ｍである。さらに好ましくは、１．５〜４ｍである。
【００２５】
温度依存値としては、全波長成分の蛍光強度、特定波長成分の蛍光強度、互いに異なる波長成分の蛍光強度の比などが利用可能であるが、蛍光強度の絶対値は、蛍光染料の塗布量にも依存するので、蛍光強度の違いが温度の違いに起因するものであるか、蛍光染料の塗布量の違いに起因するものであるかの区別が難しい。一方、互いに異なる波長成分の蛍光強度の比は、蛍光染料の塗布量には依存しないので、蛍光強度の比の違いは、蛍光染料の温度の違いに起因しているといえる。従って、温度依存値としては、互いに異なる波長成分の蛍光強度の比を用いることが好ましい。蛍光強度の比としては、一例では、Ｇ成分の蛍光強度に対するＲ成分の蛍光強度の比（Ｒ／Ｇ）を用いることができる。
【００２６】
上述したように、蛍光染料としては、１種の物質を使用してもよく、２種以上の物質を使用してもよい。蛍光スペクトルの温度依存性が異なる２種類の蛍光染料を混合することで、温度依存値の温度依存性を高めて、撮像した画像をＲ成分とＧ成分に分解するのが容易になる場合がある。また、温度変化に伴ってＢ成分の蛍光強度が変化する蛍光染料を細線５に塗布し、Ｂ成分の蛍光強度の温度変化を利用してもよい。さらに、Ｒ／Ｇの強度比に代えて、Ｒ成分の強度、Ｇ成分の強度の温度変化を利用してもよい。
【００２７】
＜温度分布算出ステップ＞
温度分布算出ステップでは、蛍光染料の温度と温度依存値の関係に基づいて、上記ステップで得られた複数点での温度依存値から測定対象の気体の温度分布を算出する。
【００２８】
蛍光染料の温度と温度依存値の関係としては、蛍光染料の温度と温度依存値の関係を表す図、グラフ又は関係式等が挙げられる。この関係は、温度依存値を取得する前に予め求めたものであってもよく、温度依存値を取得した後に求めたものであってもよい。
【００２９】
＜温度依存値及び温度分布測定システム＞
温度依存値の算出は温度依存値算出装置３０により実行され、予め得られた蛍光染料の温度と温度依存値の関係を表すデータは記憶装置４０に記憶され、測定対象の蛍光染料の温度分布の算出は温度分布算出装置５０により実行される。ここで、これらの装置及びカメラ２０は互いにネットワーク６０を介して通信可能となっている。なお、カメラ２０は少なくとも温度依存値算出装置３０と通信可能となっていればよく、通信方法は有線、無線のいずれでも良い。ここで、温度依存値算出装置３０、記憶装置４０及び温度分布算出装置５０はＰＣやサーバ等であり、それぞれの装置が分離していてもよく、単一の装置として構成されていてもよい。このように、温度依存値算出装置３０による処理は、温度に依存して変化する温度依存値を複数点において取得することに相当し、温度依存値算出装置３０及び温度分布算出装置５０が協働して温度分布測定システムを構成する。
【００３０】
＜ＬＩＦ法について＞
ここで、第１実施形態で利用する温度測定のためのＬＩＦ法について簡単に説明する。これは、蛍光スペクトルが温度依存性を示す物質から発せられた蛍光を撮像し、そこから温度を算出するものである。例えば、第１実施形態で用いたローダミンＢは温度上昇に伴って短波長成分の割合が増大し、温度下降に伴って長波長成分の割合が増大する。かかる性質を利用して、ある温度におけるＲ成分の強度とＧ成分の強度の比である強度比Ｒ／Ｇをもとに、測定対象気体の温度を測定するものである。その方法は、以下の通りである。なお、一般的な説明のため、液体の温度を測定する場合について例示する。
【００３１】
＜事前準備＞
１．既存の温度計（センサーを利用するもの等）でローダミンＢを溶かした液体の温度を測定する。
２．測定された温度におけるローダミンＢにローダミンＢの励起波長域の成分を有する光（レーザー等）を照射し、それにより生じた蛍光を撮像し、かかる画像からＲ成分とＧ成分を分離し、Ｒ成分とＧ成分の強度比Ｒ／Ｇを計算する。
３．温度を変化させ、複数の温度におけるＲ／Ｇの値を計算し、横軸を温度、縦軸をＲ／Ｇの値としてプロットする。これを示したのが図３である。
【００３２】
＜測定対象の温度測定＞
１．測定対象の液体中にローダミンＢを溶かし、ローダミンＢの励起波長域の成分を有する光（レーザー等）を照射する。
２．発生した蛍光を撮像し、Ｒ成分とＧ成分に分離して強度比Ｒ／Ｇを算出する。
３．算出したＲ／Ｇの値と事前準備において得られた図３に示されるような蛍光染料の温度と温度依存値の関係を利用して、測定対象の液体に溶かしたローダミンＢの温度を算出する。これにより、測定対象の液体の温度を測定することができる。
なお、事前準備は必ずしも「２．発生した蛍光を撮像し、Ｒ成分とＧ成分に分離して強度比Ｒ／Ｇを算出する」前に行う必要はなく、撮像した画像からＲ／Ｇを算出した後にＲ／Ｇと温度の関係を取得するようにしてもよい。
【００３３】
第１実施形態では、気体の温度を測定することを目的としているので、温度分布測定装置１００を測定対象の気体中に配置し、紫外線により励起されて生じた蛍光を撮像し、細線のそれぞれの位置におけるＲ／Ｇを求める。図１（ｂ）では概念的に１２個のポイントについて示しているが、これらそれぞれについてＲ／Ｇを求めるということである。そして、Ｒ／Ｇが左から順に０．４９，０．４９１，０．４９２・・・，０．５０１であったとすると、図３の結果より、その温度は左から右に向かって約５０℃〜約４４℃となだらかに変化していることがわかる。このようにして、測定対象の気体の温度及び温度分布を算出することができる。
【００３４】
第１実施形態では約１０μｍの直径の細線５を利用しているので、測定対象の気体中に配置してもその周囲における乱流の発生が抑制され、且つ細線５周りの気体の移動を妨げる度合いが少ないため、望ましい測定結果を得ることができる。また、特許文献１に開示されている方法と異なり、蛍光分子の位置が細線５上に固定されている（分子の振動等は除く）ので、誤差要因となり得る蛍光強度の非一様性の発生を抑制することができ、蛍光染料の温度と温度依存値の関係を利用することが容易となるため、より高い精度で温度を算出することができる。また、蛍光であるため、反射光と比べると乱反射の影響を受けることがない。さらに、測定領域を汚損することもない。
【００３５】
（第２実施形態）
次に、図４を用いて第２実施形態について説明する。第２実施形態の温度分布測定装置１００では、図４（ａ）に示されるように、蛍光染料が塗布された細線５を並行に一定の間隔としてｄをあけて複数設ける。そして、複数の細線５のそれぞれについて第１実施形態と同様にＲ／Ｇを算出する。そして、隣接する細線５間の温度を線形補間することで、測定対象の気体の平面（２次元）における温度及び温度分布を測定することができる。
【００３６】
また、図４（ｂ）に示されるように、気体の流れの速い領域では細線５の間隔を狭くし、気体の流れの遅い領域では細線５の間隔を広げる構成としてもよい。これは、気体の流れが速い領域では温度分布の変化が大きいと考えられるので、線形補間の精度を上げるためである。逆に、気体の流れが遅い領域では温度分布の変化が小さいと考えられるので、間隔が広くても線形補間が可能である。
【００３７】
図４（ｂ）では、図の上側の方が下側より気体の流れが速い領域、例えば上側がエアコンの送風口付近であった場合、細線５の間隔を上側ではｄ１（＝ｄ／４）、続いてｄ２（＝ｄ／２）とし、下側ではｄとして配置している。なお、線形補間は、図１（ａ）に示したシステムに接続される情報処理装置又は図示しないＰＣやサーバ等により実行される。
【００３８】
（第３実施形態）
次に、図５を用いて第３実施形態について説明する。第３実施形態の温度分布測定装置１００では、図５（ａ）に示されるように、細線５を枠１に対して縦横に配置する。このように、縦方向の細線５の温度及び温度分布を測定することで、横方向の細線５間の補間の精度を高めることができる。例えば、上下方向にｒ軸をとった場合、最左端の細線５（Ｗ１）の温度分布が関数ｆ（ｒ）で近似されたとする。これを考慮して細線５（Ｗ１）と交差する横方向の細線５間の温度を補間する。具体的には、点Ｏにおけるｒの座標を０、細線５の温度をＴ１とすると、最上段及び上から２番目の細線５（Ｗ２）と細線５（Ｗ３）の間である点Ｏ〜点Ｐの間の空間における気体の温度は、「Ｔ１＋ｆ（ｒ）」で算出される。そして、縦方向の細線５全てについて関数ｆ（ｒ）を求め、それを横方向の細線５間の温度分布の補間に利用することで、平面（２次元）内における温度及び温度分布をより正確に測定することが可能となる。また、図５（ｂ）に示されるように、複数の細線５を枠１に対して斜め方向に配置してもよい。この場合でも、それぞれの細線５間の温度を補間することで、平面（２次元）内における温度及び温度分布を測定することができる。なお、ｆ（ｒ）の算出やこれを利用した線形補間は、図１（ａ）に示したシステムに接続される情報処理装置又は図示しないＰＣやサーバ等により実行される。
【００３９】
（第４実施形態）
次に、図６を用いて第４実施形態について説明する。第４実施形態では、温度分布測定装置１００を利用せず、測定対象領域１０の内部に細線５を直接配置したものである。例えば、テープ等で細線５を測定対象領域１０の壁等に貼り付ける。第４実施形態では、第２実施形態と同様にＸ−Ｚ平面上に複数の細線５を配置した細線群を、Ｙ軸方向に複数設ける。つまり、平面（２次元）内に複数の細線５を配置し、それを空間（３次元）的に配置する構成とする。説明のため、平面（２次元）を手前（Ｙ軸の負側）から順に１列目、２列目、３列目として表記した。
【００４０】
かかる細線５に対して正面から図示しない紫外線ランプで紫外線を照射し、細線５の正面からカメラ２０Ａを用いて蛍光染料から発せられる蛍光を撮像する。そして、１列目、２列目及び３列目の細線５のＲ／Ｇを算出し、１列目〜３列目の細線５の温度及び温度分布を測定する。そして、Ｚ軸方向に対して線形補完することで１列目〜３列目の平面（２次元）における温度及び温度分布を測定することができる。１列目と２列目、２列目と３列目の間の空間における気体の温度及び温度分布についてはＹ軸方向に線形補間することで求めることができる。このようにして、第４実施形態では３次元空間における温度及び温度分布を測定することができる。
【００４１】
ここで、正面のカメラ２０Ａで撮像する場合、１列目、２列目及び３列目の細線５のＺ方向の座標が同じであれば奥の列の細線５を撮像することができない。そこで、第４実施形態では１列目、２列目及び３列目の細線５のＺ方向の位置をずらしている。図６のＡ−Ａ'方向から測定対象領域１０を見た様子の概念図を図７に示す。図７のような配置とすることで、正面のカメラ２０Ａにより後ろの列の蛍光染料から発せられる蛍光を撮像することができる。
【００４２】
さらに、正面のカメラ２０Ａに加え、他の方向から撮像するカメラ２０Ｂを合わせて利用することもできる。例えば、細線５のＺ方向及びＹ方向の間隔が狭い場合、それぞれの列の細線５のＺ座標をずらしても正面のカメラ２０Ａだけでは奥の列の細線５を撮像することが困難な場合がある。このとき、正面のカメラ２０Ａに加え、斜め方向に配置したカメラ２０Ｂも合わせて利用する。そして、かかるカメラ２０Ｂにより２列目及び３列目の細線５を撮像し、これを用いて２列目と３列目の細線５の温度及び温度分布を測定する。
【００４３】
ここで、カメラ２０Ｂは細線５の正面でなく斜め方向から撮像しているため、得られた画像において細線５が傾いてしまう。これを補正するため、例えば図８のような処理を行う。図８に示されるように、カメラ２０Ｂにより実際に撮像された細線５ａは傾斜している。ここで、細線５を正面のカメラ２０Ａで撮像した場合、細線５ｂのように撮像されたとする。このときの細線５ｂの長さがＬであり、実際に撮像された細線５ａの長さがｌ、細線５ａと細線５ｂの角度がθであった場合、実際に撮像された細線５ａを時計回りにθ回転するとともに距離をＬ／ｌ倍することで正面から撮像したものと同等の画像を得ることが可能となる。なお、これは画像処理技術における傾き補正の簡単な説明であり、そのアルゴリズムは種々のものが利用できる。
【００４４】
このように、第４実施形態では測定対象領域１０に複数の細線５を空間（３次元）的に配置し、第２実施形態と同様の処理で１列目〜３列目の平面（２次元）における温度及び温度分布を測定し、各列間についても補間することで、測定対象領域１０における温度及び温度分布を測定することができる。ここで、第４実施形態においてもレイノルズ数が１桁以下となるように、細線５の直径を例えば１０μｍとしているので、空気の流れに対して細線５の後流での乱流の発生を抑制することができ、且つ細線５周りの気体の移動を妨げる度合いが少ないため、測定誤差を最小限に留めることで各列における細線５の実際の温度を正確に測定することが可能となる。さらに、液滴を噴霧することがないので、測定対象領域１０を汚損することもない。加えて、撮像に用いるカメラ２０は市販のもの、例えば２〜５万円程度のもので足りるので、温度測定をする際に必要な機器を揃えるために要するコストを極めて低く抑えることができる。
【００４５】
なお、ｆ（ｒ）の算出やこれを利用した線形補間及び傾き補正は、図１（ａ）に示したシステムに接続される情報処理装置又は図示しないＰＣやサーバ等により実行される。
【００４６】
（実際の測定結果）
次に、実際に行った測定結果について説明する。測定条件は以下の通りである。なお、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸については図６に示される方向の通りとする。
＜測定条件＞
１．蛍光染料：ローダミンＢ
２．細線５：直径５０μｍ、Ｚ＝０，５，１０ｍｍの位置にＸ軸方向に並行に３本配置
３．照射光：波長３１５〜４００μｍ、出力２０Ｗの紫外線ランプ
４．カメラ２０：デジタル一眼レフカメラ（ＩＳＯ  ２５６００）
５．熱源：細線５のＸ軸方向中点（Ｘ＝０）、Ｚ＝−３０ｍｍの位置に設置したニクロムヒーター（直径５ｍｍ、熱出力３０Ｗ）
ここで、熱源は温度分布を大きくし、実験結果を見やすくするために利用した。
【００４７】
まず、ニクロムヒーターにより測定対象領域１０を所定時間加熱し、カメラ２０により測定対象領域１０を撮像した。得られた画像から、Ｚ＝０，５，１０ｍｍの位置に配置された３本の細線５のそれぞれについてＲ／Ｇを算出した。そして、上述した線形補完により、Ｚ＝０〜１０ｍｍの範囲の空間における気体の温度及び温度分布を補完した。これにより、平面（２次元）における温度及び温度分布を測定した。図９は実際の測定結果における温度分布を示す図である。図９に示されるように、Ｘ＝０（熱源の真上）における温度は約８８℃〜７５℃となっており、Ｘ＝−３〜３ｍｍにおいては、熱源の真上を除いてＺ＝０〜１０ｍｍに渡って約４５〜６５℃となっている。そして、Ｘ＝−５〜−３ｍｍ，３〜５ｍｍにおいてはＺ＝０〜１０ｍｍに渡って約１０〜３０℃となっていることがわかった。
【００４８】
このように、蛍光染料を塗布した細線５を測定対象領域１０に配置することで誤差要因となり得る蛍光強度の非一様性の発生を抑制し、測定対象領域１０を汚損することなく温度及び温度分布を測定することができた。また、細線５の直径を小さくしていることで、細線５の後流における乱流の発生を抑制でき、且つ細線５周りの気体の移動を妨げる度合いが少ないため、より正確な温度が測定できたと思われる。
【００４９】
このように、種々の実施形態で説明した温度分布測定方法は、必要な機器はいずれも安価に揃えることができ、熟練の技術者でなくとも簡単に測定対象領域１０の温度及び温度分布を測定できるものである。
【００５０】
また、細線５の配置は適宜調整され、例えば図６の配置に代え、複数の細線５を縦（Ｚ軸）方向に設けてもよい。この場合、測定対象領域１０である部屋の天井及び床に細線５をテープで貼り付けてもよい。また、図６の配置に加え、複数の細線５を前後（Ｙ軸）方向に設けても良く、斜め方向に設けても良い。これらの場合、細線５間の温度を補完するときには、Ｚ軸、Ｙ軸、斜め方向に設けた細線５を用いて第３実施形態と同様の補完をすることができる。さらに、第１実施形態〜第３実施形態における温度分布測定装置１００に紐を結びつけ、測定対象領域１０に吊り下げてもよい。
【００５１】
また、Ｒ成分のみを撮像するカメラ２０とＧ成分のみを撮像するカメラ２０を併用してもよい。さらに、１台のカメラ２０では撮像範囲が足りない場合、撮像範囲を拡張するために複数のカメラ２０を併用してもよい。
【００５２】
また、細線に対して励起光を照射し、それにより蛍光染料から発せられた蛍光からＲ／Ｇの分布を求める工程までを現場の人間が実行し、得られたＲ／Ｇの分布を表すデータを離れた場所に位置する研究所等に送信し、研究所にて温度分布の算出を行うこととしてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１：枠、３：目盛り、５：細線、５ａ：実際に撮像された細線、５ｂ：正面から撮像した場合の細線、１０：測定対象領域、２０：カメラ、３０：温度依存値算出装置、４０：記憶装置、５０：温度分布算出装置、６０：ネットワーク、１００：温度分布測定装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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