(57)【要約】【課題】ガスの流速測定において、より正確な流速測定を実現するための新たな技術を提案する。【解決手段】波長の異なるレーザを生成する複数のレーザダイオード２・３と、前記各レーザダイオード２・３からそれぞれ入力されるレーザを複数のレーザに分けるための複数のスプリッタ５Ａ・５Ｂと、前記各スプリッタ５Ａ・５Ｂにより複数に分けられたレーザを測定対象となるガスに対してそれぞれクロスして出射、受光するための第一の出射部／受光部、及び、第二の出射部／受光部の複数の組と（６Ａ／７Ａと８Ａ／９Ａの組、６Ｂ／７Ｂと８Ｂ／９Ｂの組）、複数の第一のレーザ検出器１０Ａ・１０Ｂと、複数の第二のレーザ検出器１１Ａ・１１Ｂと、前記レーザダイオード２・３によるレーザ生成の制御を行うためのコントロールユニット１２を具備する、ガス流速計測装置１とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流速測定対象となるガスに含まれるガス成分の中から、複数のトレーサガスを選択し、前記各トレーサガスの流速を求め、前記各流速を利用して前記ガスの流速を求める、ガス流速計測方法。
【請求項２】
前記各トレーサガスの各流速は、ドップラーシフトを利用して求められる、ことを特徴とする、請求項１に記載のガス流速計測方法。
【請求項３】
前記ガスの流速は、前記各トレーサガスの各流速を重み付けして加算することにより求められる、ことを特徴とする、請求項１、又は、請求項２に記載のガス流速計測方法。
【請求項４】
前記重み付けは、前記各トレーサガスについて実測した吸収量の比に基づいて行うこととする、ことを特徴とする、請求項３に記載のガス流速計測方法。
【請求項５】
前記重み付けは、前記各トレーサガスの吸収波長における吸収量の比に基づいて行うこととする、ことを特徴とする、請求項３に記載のガス流速計測方法。
【請求項６】
前記重み付けは、或る特定のトレーサガスについての流速については利用しないこととする、ことを特徴とする、請求項３に記載のガス流速計測方法。
【請求項７】
前記重み付けの設定は、前記各トレーサガスの流速を利用して前記ガスの流速を算出するプログラムによる変更、又は、オペレータの任意の操作による変更が可能とされることとする、ことを特徴とする、請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載のガス流速計測方法。
【請求項８】
波長の異なるレーザを生成する複数のレーザダイオードと、前記各レーザダイオードからそれぞれ入力されるレーザを複数のレーザに分けるための複数のスプリッタと、前記各スプリッタにより複数に分けられたレーザを測定対象となるガスに対してそれぞれクロスして出射、受光するための第一の出射部／受光部、及び、第二の出射部／受光部の複数の組と、前記各スプリッタからのレーザと前記各第一の受光部からのレーザがそれぞれ入力される複数の第一のレーザ検出器と、前記各スプリッタからのレーザと前記各第二の受光部からのレーザがそれぞれ入力される複数の第二のレーザ検出器と、前記レーザダイオードによるレーザ生成の制御を行うためのコントロールユニットを具備する、ガス流速計測装置。
【請求項９】
前記第一・第二のレーザ検出器においては、前記各トレーサガスについてドップラーシフトした二つの吸収スペクトルが求められ、前記コントロールユニットにおいては、前記各トレーサガスについての前記二つの吸収スペクトルのドップラーシフト量に基づいて、前記各トレーサガスについての流速が求められ、前記各トレーサガスの各流速を重み付けして加算することにより、前記測定対象となるガスの流速を求めることとする、ことを特徴とする、請求項８に記載のガス流速計測装置。
【請求項１０】
前記重み付けは、前記各トレーサガスについて実測した吸収量の比に基づいて行うこととする、ことを特徴とする、請求項９に記載のガス流速計測装置。
【請求項１１】
前記重み付けは、前記各トレーサガスの吸収波長における吸収量の比に基づいて行うこととする、ことを特徴とする、請求項９に記載のガス流速計測装置。
【請求項１２】
前記重み付けは、或る特定のトレーサガスについての流速については利用しないこととする、ことを特徴とする、請求項９に記載のガス流速計測装置。
【請求項１３】
前記重み付けの設定は、前記各トレーサガスの流速を利用して前記ガスの流速を算出するプログラムによる変更、又は、オペレータの任意の操作による変更が可能に構成されることとする、ことを特徴とする、請求項９乃至請求項１２のいずれか一項に記載のガス流速計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドップラーシフトを利用したガス流速の計測技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ドップラーシフトを利用したガス流速の計測技術は知られており、この技術について開示する文献も存在する（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１においては、二組のレーザ発信部、受光部を、流速測定対象となるガスの流路と非垂直となる光路を形成するように配置し、発信されたレーザのガスによる光吸収からドップラーシフト量を求め、このドップラーシフト量からガスの流速（直接流速）が求められることが開示されている。
【０００３】
そして、前記ドップラーシフト量を利用したガス流速の測定においては、流速の測定対象となるガスに含まれる或るガス成分を、流速測定のためのトレーサガスとして規定し、このトレーサガスの光吸収を基準にして、ドップラーシフト量を求めることとしている。例えば、自動車の排気ガスであれば、Ｈ２Ｏ（水）や、ＣＯ２（二酸化炭素）等のうちから一つのガス成分を規定し、そのガス成分についての光吸収を測定することでドップラーシフト量が求められる。
【０００４】
ここで、前記トレーサガスについては、大きな吸収量を呈するものを利用することが、ドップラーシフト量を正確に求める上で望ましいことになる。つまり、測定対象となるガスに含まれる複数のガス成分のうち、濃度の高いものが選択されることが望ましいといえる。
【０００５】
ところが、例えば、自動車の排気ガスの流速を測ることを想定した場合、（１）排気ガス中のガス成分の濃度は、その測定箇所において大きく異なることになる。例えば、触媒を通過後の測定箇所が設定される場合では、触媒による浄化によって特定のガス成分の濃度が低下することが考えられる。（２）また、測定箇所における温度、圧力といった要素もガス成分の濃度に影響を与える要因となる。例えば、温度降下による飽和量の低下により、ガス成分の濃度が低下するということが考えられる。（３）また、測定箇所が同じであっても、運転条件の変化によってもガス成分の濃度は変動し、計算精度が悪化することが考えられる。
【０００６】
このようなことから、例えば、自動車のエンジン排気ポートからマフラーテールエンドまでの排気経路といったような、長い経路を流れるガスの流速測定において、ドップラーシフト量から測定対象のガスの流速を求める場合では、様々な条件を考慮してトレーサガスを規定する必要があり、場合によっては、一種類のトレーサガスの吸収を利用するだけでなく、複数種類のトレーサガスの吸収を利用することが有効となる場合がある。
【０００７】
ただし、測定箇所ごとに最適なトレーサガスと、そのトレーサガスの吸収に適した波長を規定して、測定箇所ごとに個別に測定装置を構成することとすると、一台の装置が一箇所にしか対応できないことになり（汎用性が低い）、また、その測定箇所でのトレーサガスの濃度も温度等によって変更することになるから、各測定箇所において一種類のトレーサガスをもとに測定対象となるガスの流速を正確に求めることは困難であると考えられる。
【０００８】
また、解析試験において、測定対象となるガス中に、特定のトレーサガスを添加して、そのトレーサガスの光吸収を基準とする方法も考えられるが、これでは、実際のガスとは成分割合が異なるため、実現象とは異なる測定結果が得られることになり、正確に解析できないこととなる。
【特許文献１】特開２００２−２２８５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は以上の問題に鑑み、ガスの流速測定において、より正確な流速測定を実現するための新たな技術を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１に記載のごとく、流速測定対象となるガスに含まれるガス成分の中から、複数のトレーサガスを選択し、前記各トレーサガスの流速を求め、前記各流速を利用して前記ガスの流速を求めることとするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載のごとく、前記各トレーサガスの各流速は、ドップラーシフトを利用して求められることとするものである。
【００１３】
また、請求項３に記載のごとく、前記ガスの流速は、前記各トレーサガスの各流速を重み付けして加算することにより求められることとするものである。
【００１４】
また、請求項４に記載のごとく、前記重み付けは、前記各トレーサガスについて実測した吸収量の比に基づいて行うこととするものである。
【００１５】
また、請求項５に記載のごとく、前記重み付けは、前記各トレーサガスの吸収波長における吸収量の比に基づいて行うこととするものである。
【００１６】
また、請求項６に記載のごとく、前記重み付けは、或る特定のトレーサガスについての流速については利用しないこととするものである。
【００１７】
また、請求項７に記載のごとく、前記重み付けの設定は、前記各トレーサガスの流速を利用して前記ガスの流速を算出するプログラムによる変更、又は、オペレータの任意の操作による変更が可能とされることとするものである。
【００１８】
また、請求項８に記載のごとく、波長の異なるレーザを生成する複数のレーザダイオードと、前記各レーザダイオードからそれぞれ入力されるレーザを複数のレーザに分けるための複数のスプリッタと、前記各スプリッタにより複数に分けられたレーザを測定対象となるガスに対してそれぞれクロスして出射、受光するための第一の出射部／受光部、及び、第二の出射部／受光部の複数の組と、前記各スプリッタからのレーザと前記各第一の受光部からのレーザがそれぞれ入力される複数の第一のレーザ検出器と、前記各スプリッタからのレーザと前記各第二の受光部からのレーザがそれぞれ入力される複数の第二のレーザ検出器と、前記レーザダイオードによるレーザ生成の制御を行うためのコントロールユニットを具備する、ガス流速計測装置とするものである。
【００１９】
また、請求項９に記載のごとく、前記第一・第二のレーザ検出器においては、前記各トレーサガスについてドップラーシフトした二つの吸収スペクトルが求められ、前記コントロールユニットにおいては、前記各トレーサガスについての前記二つの吸収スペクトルのドップラーシフト量に基づいて、前記各トレーサガスについての流速が求められ、前記各トレーサガスの各流速を重み付けして加算することにより、前記測定対象となるガスの流速を求めることとするものである。
【００２０】
また、請求項１０に記載のごとく、前記重み付けは、前記各トレーサガスについて実測した吸収量の比に基づいて行うこととするものである。
【００２１】
また、請求項１１に記載のごとく、前記重み付けは、前記各トレーサガスの吸収波長における吸収量の比に基づいて行うこととするものである。
【００２２】
また、請求項１２に記載のごとく、前記重み付けは、或る特定のトレーサガスについての流速については利用しないこととするものである。
【００２３】
また、請求項１３に記載のごとく、前記重み付けの設定は、前記各トレーサガスの流速を利用して前記ガスの流速を算出するプログラムによる変更、又は、オペレータの任意の操作による変更が可能に構成されることとするものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２５】
請求項１、２、８においては、複数のトレーサガスについて測定された流速を効果的に利用して、より信頼性の高い流速測定を実現することができる。
【００２６】
請求項３、４、５、６、１０、１１、１２においては、重み付けを行うことにより、より信頼性の高いトレーサガスの流速の要素を、ガス全体の流速に反映させることができ、最終的に求まるガス全体の流速の測定結果の信頼性を高めることができる。
【００２７】
請求項７、１３においては、適宜重み付けの最適化が図られ、より信頼性の高い流速の測定を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に、発明の実施の形態を説明する。まず、図１乃至図３に示すごとく、流速測定対象となるガスに含まれるガス成分の中から、複数のトレーサガスを選択し、前記各トレーサガスの流速を求め、前記各流速を利用して前記ガスの流速を求めることとするものである。
【００２９】
また、図１乃至図３に示すごとく、前記各トレーサガスの各流速は、ドップラーシフトを利用して求められることとするものである。
【００３０】
また、後述の式に示すごとく、前記ガスの流速は、前記各トレーサガスの各流速を重み付けして加算することにより求められることとするものである。
【００３１】
また、前記重み付けは、前記各トレーサガスについて実測した吸収量の比に基づいて行うこととするものである。
【００３２】
また、前記重み付けは、前記各トレーサガスの吸収波長における吸収量の比に基づいて行うこととするものである。
【００３３】
また、前記重み付けは、或る特定のトレーサガスについての流速については利用しないこととするものである。
【００３４】
また、前記重み付けの設定は、プログラム、又は、オペレータの任意によって、変更されることとするものである。
【００３５】
また、図１に示すごとく、波長の異なるレーザを生成する複数のレーザダイオード２・３と、前記各レーザダイオード２・３からそれぞれ入力されるレーザを複数のレーザに分けるための複数のスプリッタ５Ａ・５Ｂと、前記各スプリッタ５Ａ・５Ｂにより複数に分けられたレーザを測定対象となるガスに対してそれぞれクロスして出射、受光するための第一の出射部／受光部、及び、第二の出射部／受光部の複数の組と（６Ａ／７Ａと８Ａ／９Ａの組、６Ｂ／７Ｂと８Ｂ／９Ｂの組）、前記各スプリッタ５Ａ・５Ｂからのレーザと前記第一の受光部７Ａ・７Ｂからのレーザがそれぞれ入力される複数の第一のレーザ検出器１０Ａ・１０Ｂと、前記各スプリッタ５Ａ・５Ｂからのレーザと前記第二の受光部９Ａ・９Ｂからのレーザがそれぞれ入力される複数の第二のレーザ検出器１１Ａ・１１Ｂと、前記レーザダイオード２・３によるレーザ生成の制御を行うためのコントロールユニット１２を具備する、ガス流速計測装置１とするものである。
【００３６】
また、図１及び図２に示すごとく、前記各第一・第二のレーザ検出器の組（１０Ａ・１１Ａ、１０Ｂ・１１Ｂ）においては、前記各トレーサガスについてドップラーシフトした二つの吸収スペクトルが求められ、前記コントロールユニット１２においては、前記各トレーサガスについての前記二つの吸収スペクトルのドップラーシフト量に基づいて、前記各トレーサガスについての流速が求められ、前記各トレーサガスの各流速を重み付けして加算することにより、前記測定対象となるガスの流速を求めることとするものである。
【実施例１】
【００３７】
以下では、実施例についてより詳細に説明する。図１は、本実施例１によるガス流速計測方法にて利用できるガス流速計測装置１の構成について示すものである。この例では、ガス流速計測装置１は、自動車の排気管２０に流れる排気ガス２１の流速を求めることとしている。
【００３８】
また、図１に示すごとく、ガス流速計測装置１は、波長の異なるレーザを生成する複数のレーザダイオード２・３と、前記各レーザダイオード２・３からそれぞれ入力されるレーザを複数のレーザに分けるための複数のスプリッタ５Ａ・５Ｂと、前記各スプリッタ５Ａ・５Ｂにより複数に分けられたレーザを測定対象となるガスに対してそれぞれクロスして出射、受光するための第一の出射部／受光部、及び、第二の出射部／受光部の複数の組と（６Ａ／７Ａと８Ａ／９Ａの組、６Ｂ／７Ｂと８Ｂ／９Ｂの組）、前記各スプリッタ５Ａ・５Ｂからのレーザと前記第一の受光部７Ａ・７Ｂからのレーザがそれぞれ入力される複数の第一のレーザ検出器１０Ａ・１０Ｂと、前記各スプリッタ５Ａ・５Ｂからのレーザと前記第二の受光部９Ａ・９Ｂからのレーザがそれぞれ入力される複数の第二のレーザ検出器１１Ａ・１１Ｂと、前記レーザダイオード２・３によるレーザ生成の制御を行うためのコントロールユニット１２を具備する構成としている。
【００３９】
以下、図１に示す構成の詳細について説明すると、前記レーザダイオード２・３においては、前記コントロールユニット１２による制御により、それぞれトレーサガスの吸収波長ω１・ω２に対応する波長のレーザＬ１・Ｌ２が生成させるようにしている。本実施例では、Ｈ２Ｏ（水）とＣＯ２（二酸化炭素）の二種類のトレーサガスが規定されるものとし、前記レーザダイオード２・３においては、それぞれ、Ｈ２Ｏ（水）、ＣＯ２（二酸化炭素）の吸収波長ω１・ω２に対応する波長のレーザＬ１・Ｌ２が生成され、前記排気ガス２１によるレーザＬ１・Ｌ２の吸収量が大きくなるようにしている。尚、前記吸収波長ω１・ω２は、各トレーサガスにおいて、その吸収量が最大となる波長を選択することが好適である。
【００４０】
また、図１に示す構成において、トレーサガスＨ２Ｏについては、第一の出射部６Ａ／受光部７Ａ、第二の出射部８Ａ／受光部９Ａが利用され、トレーサガスＣＯ２についは、第一の出射部６Ｂ／受光部７Ｂが利用されるものである。また、これに対応し、レーザ検出器についても、各トレーサガスＨ２Ｏ・ＣＯ２について、それぞれ独立して設けられるものとしている。即ち、トレーサガスＨ２Ｏについては、第一・第二のレーザ検出器１０Ａ・１１Ａが利用され、トレーサガスＣＯ２についは、第一・第二のレーザ検出器１０Ｂ・１１Ｂが利用されるものである。
【００４１】
また、図１に示す構成において、スプリッタについても、各トレーサガスＨ２Ｏ・ＣＯ２について、それぞれ独立して設けられるものとしている。即ち、トレーサガスＨ２Ｏについては、スプリッタ５Ａが利用され、トレーサガスＣＯ２についは、スプリッタ５Ｂが利用されるものである。
【００４２】
また、図１に示す構成において、前記レーザダイオード２・３におけるレーザＬ１・Ｌ２は、それぞれスプリッタ５Ａ・５Ｂに送られて分割される。また、前記スプリッタ５Ａにおいては、各レーザＬ１・Ｌ２がそれぞれ４つ分割され、前記レーザＬ１（Ｈ２Ｏ）についていえば、前記第一・第二の出射部６Ａ・８Ａへは測定光Ｌ１ａ・Ｌ１ｂとして送られ、前記第一・第二のレーザ検出器１０Ａ・１１Ａへは参照光Ｌ１ｃ・Ｌ１ｄとして送られる。尚、レーザＬ２（ＣＯ２）についても同様に、前記第一・第二の出射部６Ｂ・８Ｂへは測定光Ｌ２ａ・Ｌ２ｂとして送られ、前記第一・第二のレーザ検出器１０Ｂ・１１Ｂへは参照光Ｌ２ｃ・Ｌ２ｄとして送られる。
【００４３】
また、図１に示す構成において、前記第一の出射部６Ａ・６Ｂからは、測定対象となる排気ガス２１の流れの上流側から下流側へ向かうレーザＬ１ａ・Ｌ２ａがそれぞれ出射される（フォワード方向）。また、前記第二の出射部８Ａ・８Ｂからは、測定対象となる排気ガス２１の流れの下流側から上流側へ向かうレーザＬ１ｂ・Ｌ２ｂがそれぞれ出射される（アゲンスト方向）。このようにして、第一・第二の出射部６Ａ・８Ａ、６Ｂ・８Ｂから出射されるレーザＬ１ａ・Ｌ１ｂ、Ｌ２ａ・Ｌ２ｂは、それぞれクロスするように照射される。
【００４４】
また、図１に示す構成において、前記第一・第二の出射部６Ａ・８Ａ、６Ｂ・８Ｂから出射されるレーザＬ１ａ・Ｌ１ｂ、Ｌ２ａ・Ｌ２ｂは、それぞれ、前記第一・第二の受光部７Ａ・９Ａ、７Ｂ・９Ｂにて受光される。尚、前記第一・第二の出射部６Ａ・８Ａ、６Ｂ・８Ｂは、光ファイバから構成され、前記第一・第二の受光部７Ａ・９Ａ、７Ｂ・９Ｂはフォトダイオードにて構成することができる。
【００４５】
また、各第一・第二の出射部、各第一・第二の受光部の組、即ち、一つの組を、第一・第二の出射部６Ａ・８Ａ、第一・第二の受光部７Ａ・９Ａからなる組、もう一つの組を、第一・第二の出射部６Ｂ・８Ｂ、第一・第二の受光部７Ｂ・９Ｂからなる組、とすると、各組は、排気管２０の円周方向においてずらして設置されることにより、排気ガス２１の流れ方向において、両組が同一の位置に設置されることになっている。このような配置により、各トレーサガスＨ２Ｏ・ＣＯ２についてのレーザＬ１ａ・Ｌ２ａ、Ｌ１ｂ・Ｌ２ｂを同時に出射して、各トレーサガスＨ２Ｏ・ＣＯ２について、逐次流速を求めることが可能となる。
【００４６】
また、図１に示す構成において、前記第一・第二のレーザ検出器１０Ａ・１１Ａにおいては、それぞれ、前記第一・第二の受光部７Ａ・９Ａにて検出する測定光レーザＬ１ａ・Ｌ１ｂと、前記参照光Ｌ１ｃ・Ｌ１ｄとから、吸収量が算出され、それぞれ、図２に示すごとく、吸収スペクトルＳ１ａ・Ｓ１ｂが得られる。ここで、波長の長い側に現れる吸収スペクトルＳ１ａが、フォワード方向ＦのレーザＬ１ａと参照光Ｌ１ｃについてのものであり、波長の短い側に現れる吸収スペクトルＳ１ｂがアゲンスト方向ＡのレーザＬ１ｂと参照光Ｌ１ｄについてのものである。そして、両吸収スペクトルＳ１ａ・Ｓ１ｂのピーク（山形状の頂上）のズレ量がドップラーシフト量Δω１として規定される。また、図２に示すごとく、レーザＬ２（ＣＯ２）に関する吸収スペクトルＳ２ａ・Ｓ２ｂについても、同様に、前記第一・第二のレーザ検出器１０Ｂ・１１Ｂにおいて、ドップラーシフト量Δω２が求められる。尚、図２の吸収スペクトルＳ１ａ・Ｓ１ｂ・Ｓ２ａ・Ｓ２ｂについて、縦軸は吸収量、横軸は波長としている。
【００４７】
また、図１に示す構成において、前記レーザＬ１ａ・Ｌ１ｂ、Ｌ２ａ・Ｌ２ｂがそれぞれ排気ガス２１の流れと成す角度について、フォワード方向の前記レーザＬ１ａ／Ｌ２ａについては鋭角θ１、アゲンスト方向の前記レーザＬ１ｂ／Ｌ２ｂについては鈍角θ２として規定される。
【００４８】
そして、前記ドップラーシフト量Δω１・Δω２、光の流速ｃ、前記レーザＬ１・Ｌ２の吸収波長ω１・ω２、さらに、前記鋭角θ１・鈍角θ２を用いることにより、トレーサガスＨ２Ｏ（水）の流速Ｖ１、トレーサガスＣＯ２（二酸化炭素）の流速Ｖ２は、それぞれ次の式により定義することができる。
【００４９】
【数１】
2008170394.tif 000003
【００５０】
【数２】
2008170394.tif 000004
【００５１】
以上のようにして、二つのトレーサガスＨ２Ｏ（水）・ＣＯ２（二酸化炭素）について、それぞれ、流速Ｖ１・流速Ｖ２が求められることになる。そして、この二つの流速Ｖ１・流速Ｖ２を用いて、測定対象となる前記排気ガス２１の流速を定義することとする。
【００５２】
これは、例えば、図３に示すごとく、或る測定箇所におけるＨ２Ｏ・ＣＯ２の濃度の時間変化に着目した場合、エンジンが始動された時間Ｔ１の直後においては、ＣＯ２の濃度は直ぐに立ち上がるが、Ｈ２Ｏの濃度については、或る時間Ｔ２を経過後でなければ濃度が立ち上がらないことになる。
【００５３】
このような場合に、時間Ｔ１と時間Ｔ２の間における排気ガス２１の流速をトレーサガスＨ２Ｏの流速Ｖ１のみに基づいて決定しようとすると、濃度が低いことから、前記レーザＬ１ａ・Ｌ１ｂ（図１参照）について十分な吸収量が得られず、図２に示される吸収スペクトルＳ１ａ・Ｓ１ｂにおいて、はっきりとしたピークが得られないことになって（山形状の高さが低くなり、頂上がなだらかになる）、得られるドップラーシフト量Δω１の精度が悪いものとなる。換言すれば、ドップラーシフト量Δω１を定義するために必要となる数値の分解能が低下するため、結果的に、流速Ｖ１の信頼性が低下するものとなる。
【００５４】
他方、もう一方のトレーサガスＣＯ２の濃度は、エンジン始動直後から高く、その吸収率が高くなることから、前記ドップラーシフト量Δω２の信頼性が高いものとなり、トレーサガスＣＯ２の流速Ｖ２に基づいて排気ガス２１の流速を決定した方がより好適であることが考えられる。
【００５５】
以上のことから解るように、本実施例では、複数のトレーサガスについて測定された流速を効果的に利用して、より信頼性の高い流速測定を実現しようとするものである。より具体的には、各トレーサガスについて求まる流速について重み付けを行って、測定対象となるガス全体としての流速を求めることとするものである。
【００５６】
本実施例では、二種類のトレーサガスＨ２Ｏ・ＣＯ２について、それぞれ、流速Ｖ１・Ｖ２を求めており、この流速Ｖ１・Ｖ２について、次の式のようにして重み付けを行うこととする。
【００５７】
【数３】
2008170394.tif 000005
【００５８】
【数４】
2008170394.tif 000006
【００５９】
この重み付け関数ｆ１・ｆ２の決定方法について例を挙げると、まず、第一の例として、図４に示すごとく、実測した吸収スペクトルＳ１ａ・Ｓ１ｂ・Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの高さａ・ｂ（吸収量）、即ち、吸収量の比に基づいて重み付けを行う例である。それぞれの吸収スペクトルの高さａ・ｂは、各トレーサガスについての吸収波長ω１・ω２に関係する温度、圧力、濃度によって定義されるものであり、この吸収スペクトルの高さａ・ｂに基づいて重み付けをするものである。即ち、ガス全体としての流速Ｖを次のようにして求めるものである。
【００６０】
【数５】
2008170394.tif 000007
【００６１】
図４の場合では、トレーサガスＨ２Ｏについての高さａの方が、トレーサガスＣＯ２についての高さｂよりも高いものであり、このことは、トレーサガスＨ２Ｏの濃度がトレーサガスＣＯ２の濃度よりも高いことを表す。そこで、上記のように、流速Ｖ１・Ｖ２について各高さａ・ｂの割合をとった係数をかけることによれば、濃度が高く、信頼性がより高いといえるトレーサガスＨ２Ｏの流速Ｖ１の要素を、ガス全体としての流速Ｖに反映させることができるので、このように求められる流速Ｖは、信頼性の高い値となることができる。
【００６２】
次に、重み付けの第二の例では、各トレーサガスＨ２Ｏ・ＣＯ２についての温度・圧力・濃度の三要素と、吸収量の相関をとったデータベースを参照し、実測される各トレーサガスＨ２Ｏ・ＣＯ２の温度・圧力・濃度から、各トレーサガスＨ２Ｏ・ＣＯ２の吸収量Ｑａ・Ｑｂを決定し、その吸収量Ｑａ・Ｑｂの割合に基づいて重み付けを行うものである。例えば、図５に示すごとく、或る温度Ｔ・圧力Ｐ・濃度Ｃにおける各吸収波長ω１・ω２の吸収量Ｑａ・Ｑｂを求めたデータベースを参照し、次の式のようにして重み付けを行うものである。この例においても、トレーサガスＨ２Ｏの吸収量ＱａがトレーサガスＣＯ２の吸収量Ｑｂよりも高いこととなっており、トレーサガスＨ２Ｏの流速Ｖ１の要素を、ガス全体としての流速Ｖに反映させることができるので、このように求められる流速Ｖは、信頼性の高い値となることができる。
【００６３】
【数６】
2008170394.tif 000008
【００６４】
次に、重み付けの第三の例では、複数のトレーサガスについて、或る特定のトレーサガスについての流速のみに基づいて、測定対象となるガスの全体としての流速Ｖを求めることとするものである。換言すれば、或る特定のトレーサガスについての流速の要素を用いないこととするものである。これは、例えば、図３に示される状況のように、時間Ｔ１〜時間Ｔ２においては、トレーサガスＨ２Ｏの濃度が低く、この低い濃度に基づいて求められる流速Ｖ１については、信頼性の低いものとなる。このような場合、流速Ｖ１を加味してガス全体としての流速Ｖを求めることとすると、この流速Ｖの信頼性を低下させることになる。そこで、濃度の高いトレーサガスＣＯ２の流速Ｖ２のみを用いて、前記流速Ｖを求める、つまりは、トレーサガスＣＯ２の流速Ｖ２をガス全体の流速Ｖとして定義するものである。
【００６５】
ここで、本実施例では、二種類のトレーサガスＨ２Ｏ・ＣＯ２を基準としているため、この第三の例では、いずれか一方のトレーサガスの流速に基づいて、ガス全体の流速Ｖが決定されることになるが、より多い種類のトレーサガスを利用する場合においては、一、又は、複数のトレーサガスについて測定される流速は利用せず、残りの複数のトレーサガスについて、上記の第一・第二の例と同様に重み付けを行うことにより、流速測定に有効なトレーサガスの流速を適宜利用することとなる。例えば、四種類のトレーサガスが利用される場合において、二種類のトレーサガスについて測定される流速は利用せず、残りの二種類のトレーサガスについて測定される流速を利用し、重み付けして、ガス全体の流速を求めることといったものである。
【００６６】
また、図３に示されるような状況では、時間に応じて流速決定に用いるトレーサガスの要素を変更してもよく、例えば、時間Ｔ２経過後は、トレーサガスＨ２Ｏの流速Ｖ１をガス全体の流速Ｖとすることや、両トレーサガスＨ２Ｏ・ＣＯ２の流速Ｖ１・Ｖ２を考慮に入れてガス全体の流速Ｖを求めることとしてもよい。
【００６７】
また、図３に示されるような時間に応じてトレーサガスの濃度の状況が変更する場合に対応して流速の測定に利用するトレーサガスを選択する他、測定箇所に応じて流速の測定に利用するトレーサガスを選択することとしてもよい。例えば、自動車の排気ガスにおいて、マフラーのテールエンド付近においては、排気ガス２１中のレーサガスＨ２Ｏの濃度は低くなるので（温度降下による飽和量の低下）、トレーサガスＣＯ２のみを流速Ｖの計算に利用する、といったように、測定箇所に応じて利用するトレーサガスを適宜設定するということも可能である。
【００６８】
また、以上に述べた各トレーサガスの流速の算出や、各トレーサガスの流速の重み付けによるガス全体としての流速の算出は、前記コントロールユニット１２に備えられた算出手段（コンピュータ）、及び、プログラムにより実行されることとしている。そして、前記重み付けの設定を、前記各トレーサガスの流速を利用して前記ガスの流速を算出するプログラムによって、時間・測定箇所等の各種状況に応じて、適宜、変更可能に構成し、これにより重み付けの最適化を図ることができ、より信頼性の高い流速の測定を行うことが可能となる。
【００６９】
また、上述の重み付けの第三の例は、いわゆるソフトウェア（プログラム）の観点からアプローチを図るものであるが、ハードウェアの観点からアプローチを図ってもよい。即ち、或る測定箇所においては、図１に示す構成において、レーザダイオード２のみを設置してトレーサガスＨ２Ｏの流速Ｖ１のみを測定することとし、レーザダイオード３については省略することといったことである。また、この逆も考えられる。そして、汎用性の観点からは、ガス流速計測装置１において、レーザダイオード２・３を個別に取付／取外し可能に構成することで、汎用性を担保することができる。さらに、切り替えスイッチ等の機械的な操作により、オペレータの任意の操作によって重み付けを変更する構成とすることもできる。
【００７０】
また、図２に示すごとく、各出射部６Ａ・８Ａ・６Ｂ・８Ｂからは、それぞれ、レーザＬ１ａ・Ｌ１ｂ・Ｌ２ａ・Ｌ２ｂが連続して出射され、各トレーサガスＨ２Ｏ・ＣＯ２について、より多くの回数の流速Ｖ１・Ｖ２の測定を実施することができる。そして、これにより、流速Ｖ１・Ｖ２を利用して求められるガス全体の流速Ｖの信頼性を向上させることが可能となる。
【００７１】
また、以上の実施例においては、トレーサガスを二種類とし、これに対応してレーザダイオード２・３（図１参照）も二つ設けた構成としたが、この例に限らず、トレーサガスの種類をより多くし、これに対応してレーザダイオードの数を多くすることによれば、より多くのトレーサガスの流速測定に基づくガス流速の解析が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施例１のガス流速計測装置の構成について示す図。
【図２】実施例１のレーザ出射のタイミングとドップラーシフト量について示す図。
【図３】時間によるガス成分の濃度変化について示す図。
【図４】重み付けをする際に実測の吸収スペクトルの高さの比を用いる例について示す図。
【図５】温度、圧力、濃度と吸収量を関連付けたデータベースの例について示す図。
【符号の説明】
【００７３】
１      ガス流速計測装置
２・３    レーザダイオード
５    スプリッタ
６    出射部
７    受光部
８    出射部
９    受光部
１０・１１  レーザ検出器
１２    コントロールユニット
２０  排気管
２１  排気ガス
Ｌ１・Ｌ２  レーザ
【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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