(57)【要約】  検出対象のガス量を通り抜ける１つより多い照準線経路に沿って複数の波長における吸収データを取得するステップを有する吸収分光の方法である。さらに、本方法は、複数の照準線経路に沿って１つより多い温度及びガス種濃度ビンを特定するステップと、温度及びガス種濃度のマップを作成するステップとを有する。したがって、作成されたマップは、１つより多い照準線経路に沿って特定され、選択Ｐされた温度及びガス種濃度から抽出される少なくとも２次元の情報を有することになる。また、上述の方法を実行する装置も開示される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象のガス量を通る１つより多い照準線経路に沿って複数の波長における吸収データを取得するステップと、
複数の照準線経路に沿って１つより多い温度及びガス種濃度ビンを特定するステップと、
温度及びガス種濃度のマップを作成するステップであって、前記マップは、１つより多い照準線経路に沿って特定され、選択された温度及びガス種濃度ビンから抽出される少なくとも２次元の情報を有するステップと、
を有することを特徴とする吸収分光法。
【請求項２】
１つの照準線経路に沿って特定される前記ビンと、交差する照準線経路に沿って特定される前記ビンとを比較することによって、選択された温度及びガス種濃度ビンのスペクトル位置を決定するステップをさらに有する、請求項１に記載の吸収分光法。
【請求項３】
温度及びガス種濃度の分布は、少なくとも２つの照準線経路のそれぞれに対応する、位置の解析関数として表される、請求項１に記載の吸収分光法。
【請求項４】
温度及びガス種濃度の分布は、少なくとも２つの照準線経路に沿った一連の離散値として表される、請求項１に記載の吸収分光法。
【請求項５】
位置の解析関数の係数は、測定されたスペクトル吸収に吸収式を適用することによって求められる、請求項３に記載の吸収分光法。
【請求項６】
位置の解析関数の係数は、測定されたスペクトル吸収を未知要素のビニングパラメータで計算されるスペクトル形状に適合ことによって求められる、請求項３に記載の吸収分光法。
【請求項７】
前記離散値は、測定されたスペクトル吸収に吸収式を適用することによって決定される、請求項４に記載の吸収分光法。
【請求項８】
前記離散値は、測定されたスペクトル吸収を未知要素のビニングパラメータを有する計算に適合ことによって決定される、請求項４に記載の吸収分光法。
【請求項９】
測定対象のガス量を通る１つより多い照準線経路に沿って複数の波長における吸収データを取得する手段と、
複数の照準線経路に沿って１つより多い温度及びガス種濃度ビンを特定する手段と、
温度及びガス種濃度のマップを作成する手段であって、前記マップは、１つより多い照準線経路に沿って特定され、選択される温度及びガス種濃度ビンから抽出される少なくとも２次元の情報を有する手段と、
を有することを特徴とする吸収分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビニング（binning）及び断層撮影法による温度及び化学種濃度の高空間分解能測定を取得する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長可変ダイオードレーザ吸収分光法（ＴＤＬＡＳ）を含む吸収分光法は、ガス状混合物内の様々な化学種濃度を測定する技術である。吸収分光法は、非常に低い検出限界を実現するために特に適当である。吸収分光法では、化学種の密度に加えて、測定するガスの特定の化学種の温度、圧力、速度、及び質量流束を決定できる。
【０００３】
従来のＴＤＬＡＳ装置は、波長可変ダイオードレーザ光源及び放射と、受光素子及び検出器とを有する。波長可変ダイオードレーザの出力は、レーザビーム経路（the  path  of  the  laser  beam）にある検出対象の様々なガス種の選択された吸収線が包含される波長範囲に亘って調整される。吸収特性によって、信号強度が減少し、信号強度は、ガス濃度及び他の特性を決定するために検出し、使用できる。ＴＤＬＡＳの使用については、名称を「燃焼を監視および制御のための方法と装置（Method  And  Apparatus  For  The  Monitoring  And  Control  Of  Combustion）」という、同時継続中の米国特許出願第１０／５４３２８８号に詳細に説明される。この出願は、参照することによって、本明細書に包含される。
【０００４】
断層撮影法は、選択された様々な方向において、しばしば交差する経路又は投射において、複数に亘る照準線（line-of-sight）の測定結果から空間分解能を取得する技術である。断層撮影法は、周知の技術であり、医療画像のような用途に幅広く使用されている。それぞれの方向で、透過電磁波が監視される。透過測定は、ビームが横断する経路に亘って平均である。言い換えれば、それぞれの投射は、空間情報を提供しない。測定される透過を生成するために、多くの投射から生じる透過を入力として使用することによって、数学的変換を使用して、物体が見えるように再構築することが可能になる。このように、空間分解能は、照準線の平均を本質的に生成する技術から取得される。断層撮影の高い空間分解能には、多くの投射を使用することが必要となる。吸収分光法の応用の場合には、多くのビーム経路を形成するために十分な光アクセス（optical  access）を利用することは難しい。このため、従来の断層撮影法は、比較的低い分解能に限定される。他の場合には、費用を考慮すると、可能なビーム経路の数を限定し、得られる分解能も限定される。
【０００５】
温度ビニング（temperature  binning）は、もう一つの公知の吸収分光法であり、これによって、単一の照準線放射を有する温度測定において、ある程度の空間分解能が実現できる。Liu、Jeffries、及びHansonによる「照準線吸収分光法を使用した不均一温度分布法（Measurement  of  Nonuniform  Temperature  Distributions  Using  Line-of-Sight  Absorption  Spectroscopy）」（２００７年２月、ＡＩＡＡ  Journal  45:2:411）(Appendix  II)などを参照のこと。この論文は参照することにより、本明細書に包含される。温度ビニング技術は、従来の技術を補完して、単一のビーム経路によって温度の変動を決定できる。例えば、従来のＴＤＬＡＳでは、温度が平均化された経路は、注意深く選択された同一の燃料種が有する波長の吸収を測定することによって決定できる。選択された２つのスペクトル特性の透過強度が温度の変化によって異なった振る舞いをすることが知られている場合は、温度測定が検知できる。濃度吸収特性の強度の比率は、一つ一つの線における測定強度のように化学種濃度に依存しないため、温度の指標として特に適切である。したがって、実際の化学種濃度が当初は不明であっても、ＴＤＬＡに基づく装置によって正確に温度を測定することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
温度ビニングは、従来の二線式温度測定（two  line  temperature  measurement）と類似するが、複数の吸収線（multiple  absorption  lines）を使用して照準線経路に沿った２つ以上の温度帯（temperature  zone）の相対的な長さを決定することを可能になる。ここで温度帯は、温度ビン（temperature  bins）として公知である。多くの燃料システムにおいて、水は、燃焼中に偏在し、簡単に利用できる波長で大きく吸収されるため、便利なターゲット化学種を提供する。しかしながら、代替的なガスシステムにおいて同様に、酸素又は他の化学種をターゲットモジュールとして使用できる。多くの燃料システムでは、単一の放射の経路に亘って温度が大きく変化する。要約すれば、温度ビニングは、Ｌ１・・・Ｌｎの長さのビンを特定する複数の波長（multiple  wavelength）を使用することを含む。ここで、特定されたそれぞれのビンはＴ１・・・Ｔｎの平均温度におけるものである。一般的には、ビンを追加する毎に、少なくとも２つの新しい波長を使用して測定する必要がある。ターゲットの化学種濃度が不明である場合は、新しいビンを規定する毎に３つ以上の波長を追加する必要がある。
【０００７】
多くの温度ビンは、十分に大きな数の適当な波長を使用して測定することにより規定できる。しかしながら、温度ビニング技術は、重大な欠点を有する。すなわち、ビニングは、それぞれのビンが他のビンに対してどのように空間的に配置されているかという情報を提供しない。この情報は、ガス、又は燃焼システムの先験的な情報から得ることができることがある。例えば、相対的に温度が低い遷移帯（transition  zone）は、燃焼システムの端部にしばしば位置する。しかしながら、先験的な情報は、誤動作する燃焼器、又は十分に解明されていないガスシステムの場合など、特定の事例では間違った結果を導く可能性がある。
【０００８】
本発明は、上述の１つ以上の問題を克服することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの実施形態は、検出対象のガス量（a  quantity  of  gas）を通り抜ける１つより多い照準線経路に沿った複数の波長における吸収データを取得するステップを有する。さらに、本方法は、複数の照準線経路に沿って１つより多い温度及びガス種濃度ビンを特定するステップと、温度及びガス種濃度のマップを作成するステップとを有する。したがって、作成されたマップは、１つより多い照準線経路に沿って特定され、選択された温度及びガス種濃度から抽出される少なくとも２次元の情報を有することになる。
【００１０】
さらに上述の方法は、１つの照準線経路に沿って特定されるビンと、交差する照準線経路に沿って特定されるビンとを比較することによって、選択された温度及びガス種濃度ビンの空間位置を決定するステップを有することができる。温度及び化学種濃度の分布は、少なくとも２つの照準線経路に対応する、位置の解析関数として表すことができる。また、温度及び化学種濃度の分布は、少なくとも２つの照準線経路に沿った一連の離散値（discrete  values）として表すことができる。
【００１１】
代替的な実施形態では、検出対象のガス量を通り抜ける、１つより多い照準線経路に沿った複数の波長における吸収データを取得する装置を有する。さらに、本装置は、複数の照準線経路に沿った１つより多い温度及びガス種濃度ビンを特定し、温度及びガス種濃度のマップを作成する分光解析及びデータ処理装置を有する。したがって、作成されたマップは、１つより多い照準線経路に沿って特定され、選択された温度及びガス種濃度から抽出される少なくとも２次元の情報を有することになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に調和する、選択された照準線レイアウトを概略的に示す図である。
【図２】本発明に調和する、選択された照準線レイアウトを概略的に示す図である。
【図３】本発明に調和する、選択された照準線レイアウトを概略的に示す図である。
【図４】本明細書で説明される方法によって抽出される断層撮影法を示す図である。
【図５】本明細書で説明される方法によって抽出される断層撮影法を示す図である。
【図６】本明細書で説明される方法を実施するための選択された帯を規定する代替的な照準線経路の配置を示す図である。
【図７】本明細書で説明される方法を実施するための選択された帯を規定する代替的な照準線経路の配置を示す図である。
【図８】本明細書で説明される方法を実施するための選択された帯を規定する代替的な照準線経路の配置を示す図である。
【図９】本明細書で説明される方法を実施するための選択された帯を規定する代替的な照準線経路の配置を示す図である。
【図１０】本明細書で説明される方法を実施するための選択された帯を規定する代替的な照準線経路の配置を示す図である。
【図１１】本明細書で説明される方法を実施するための選択された帯を規定する代替的な照準線経路の配置を示す図である。
【図１２】本明細書で説明される方法を実施するための選択された帯を規定する代替的な照準線経路の配置を示す図である。
【図１３】本明細書で説明される方法を実施するための選択された帯を規定する代替的な照準線経路の配置を示す図である。
【図１４】本明細書で説明される方法を実施するための選択された帯を規定する代替的な照準線経路の配置を示す図である。
【図１５】本明細書で説明される方法を実施するための選択された帯を規定する代替的な照準線経路の配置を示す図である。
【図１６】本明細書で説明される方法を実施するための選択された帯を規定する代替的な照準線経路の配置を示す図である。
【図１７】本発明に調和する装置を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書で開示される１つの実施形態は、断層撮影法と温度ビニングとを組み合わせて、多次元空間の温度及び化学種濃度分解能を改良する吸収分光法を実行する方法である。さらに、断層撮影法と温度ビニングとを組み合わせることによって、必要な特定の初期空間情報を提供して、プローブするガスシステムについて先験的な仮定を要することなく、特定の照準線経路に沿って位置するように決定される温度ビンの配列（order）を推定できる。したがって、断層撮影法と温度ビニングとを組み合わせは、共生である。すなわち、ビニング技術を使用して断層撮影分解能を増加することができ、断層撮影法は、それぞれの照準線経路に沿って測定された温度及び化学種濃度ビンの配列に関する初期空間情報を提供する。
【００１４】
本明細書で開示される特定の方法は、プローブするガス量を通る、選択された数の照準線経路に沿う断層撮影法を特徴とする。さらにそれぞれの照準線経路は、プローブするガス種の１つより多い遷移に関連する複数の吸収線に対応する複数の波長で分光的にプローブされる。本明細書で開示される実施形態は、特定の分光パターン又はビン数に限定されない。本明細書で説明される技術は、燃焼システム、ジェットエンジン、従来型のエンジン、ロケット、及び実験用又は工業用ガスシステムを含む任意のガスシステムで使用できるが、これに限定されるものではない。すべての実施形態において、主要な要素は、以下に要約される吸収分光法を特徴とする。
【００１５】
正確な周波数を有するレーザ光がガスサンプルを通り抜けるとき、吸収されるわずかな光は、アインシュタインの輻射の理論に従って予測できる。ガスの媒体が均一のとき、わずかに吸収されるレーザ光は、ランベルト・ベールの法則に従って計算できる。
【数１】
2010528296.tif 000002
【表１】
2010528296.tif 000003
【００１６】
この関係は、吸収する化学種の温度Ｔが既知であることが必要である。しかしながら、温度は、線強度Ｓが温度のみの関数であるという事実に基づいて測定できる。ここで、吸収スペクトルを掃引して同一の化学種の異なる２つの吸収線がプローブされると、統合された吸収の割合が（式２）によって温度のみの関数となる。
【数２】
2010528296.tif 000004
【表２】
2010528296.tif 000005
【００１７】
上述のように、温度ビニングは、異なる温度依存関係における複数の遷移による（式２）の関係を利用して、選択された照準線に沿った不均一な温度分布に関する情報を決定する。本明細書で開示する方法は、対象とする温度分布と化学種濃度とが、位置の解析関数、又は所与の照準線経路に沿った一連の離散値のいずれかによって表すことを提供できる。位置の解析関数の場合、解析式の係数は、上述のビニング技術と、続いて適用される断層撮影法とによって求めて、考慮中のエリアに亘って温度及び化学種濃度をマッピングできる。離散値を決定する代替的な場合は、それぞれの値は、従来のＴＤＬＡＳとビニング技術とによって、温度分布及び化学種濃度との双方を計算する。それぞれの値は、特定の大きさを有する温度及び化学種濃度ビンを形成する。したがって、温度分布及び化学種濃度マップは、ビニング情報を断層撮影データで補完することによって用意できる。
【００１８】
位置の解析関数を使用してビニングと断層撮影法とによって実施される吸収分光法の例は、図１に概略的に示される。なお、図１及び後続の図の説明は、ここで開示する方法及び装置の範囲を限定するものではないことは重要である。図解され、説明される特定の断層撮影及びビニングの配置は、分解能の所望の目的に達するために実施される、ビニング及び断層撮影法の方略を十分に説明するために選択された代表的な例示である。本明細書で説明される方法及び装置は、任意の数を有する照準線経路の任意の配置と、達成可能な数のビンとを有する任意の断層撮影パターンによって実施できる。本明細書で説明される方法を実施して取得される最終的な解像能は、断層撮影の実施で使用する経路の数及び測定に利用可能な吸収特性に対応する波長の数のみによっては限定されない。
【００１９】
説明される図１は、合計でｍ＋ｎ個の経路を有する任意の大きさの直線グリッドに配置できるｍ個の経路とｎ個の経路との直交配置１０である。図１に示す温度及び化学種濃度は、それぞれの経路に沿った位置の解析関数１２で表される。一般的に位置の解析関数は、F(a1,a2,....ak,L)の形式である。ここで、Ｆは、係数a1,a2,....及びakの関数を示し、Lは、位置を示す。選択された１つの経路における係数の数は、他の経路と異なるようにできる。図１に示す固有の式は、ｍ個の経路における経路ｉの関数１２（ｉ）と、ｎ個の経路における経路ｊの関数１２（ｊ）である。関数１２自体は、位置を記述する解析の形式（analytical  form）にでき、経路毎に異なることができる。しかしながら一般的には、求めることができ且つその結果を使用する波長の数について最大量の情報を提供する連立方程式の数を最小にするように、最も簡単な解析関数（係数が最も少ないもの）を使用すべきである。すべての経路に亘る関数１２の係数は、それぞれの波長で計測されるスペクトル吸収情報と、それぞれの経路における既知の境界条件とを使用して求める必要がある。それぞれの経路に沿った温度及び化学種分布が決定されると、直接経路上にない他の点の温度及び濃度分布は、適当な数学的補間法によって計算できる。例えば、経路にない点を囲む経路上の点に亘る加重平均を使用して、経路にない点の値の推定が計算できる。より高度な他の経路外の推定方法も同様に使用できる。
【００２０】
図２もまた、（合計でｍ＋ｎ個の経路を有する）任意の大きさの直線グリッドに配置できるｍ個の経路とｎ個の経路との直交配置１４である。図２において、温度及び化学種濃度は、それぞれの経路の一部に沿って不連続の値を有する不連続のビン１６で表される。それぞれの温度及び濃度値は、特定の長さＬであるビンの長さに亘って一定であると仮定される。適切な場合には、異なるビンは同一の値及び大きさを有することができる。当初は、所与の経路に沿ったビンの配列は、不明である。従来のＴＤＬＡＳ及びビニング技術を使用してすべての経路について離散値のすべてを求めた後に、ビンの配列は、近接又は交差した経路から観測されるビン情報を使用して推定できる。その後に断層撮影画像は、数学的に有効な補間手段を使用して作成できる。例えば、経路にない点を囲む経路上の点に亘る加重平均は、経路にない点の値の妥当な推定を生じさせる。
【００２１】
本方法は、排他的でない別々の２つの手順を含み、位置の解析関数が作成される場合に係数を求めるか、又は、離散値を使用する場合はそれぞれのビンを求める。この手順は、スペクトル吸収に基づく手順と、スペクトル形状（spectral  profile）に基づく手順とがあるが、それぞれは、以下に詳細に説明される。
【００２２】
〔スペクトル吸収に基づく手順〕
スペクトル吸収に基づく手順は、ランベルト・ベールの法則（式１）から導き出される吸収式を使用してそれぞれのビンにおける値を求める。ここで、位置の解析関数の係数、又はビンの値／大きさは、不明である。計算された結果として生じるそれぞれのビンの吸収度（これは、仮定された濃度、温度及びビンの長さに基づく）は、合計される。そして、それぞれの波長の経路に沿って統合され測定される吸収度の合計と等しくならなければならない。それぞれの線に沿って使用したそれぞれのスペクトル線の統合される吸収度の合計は、周知のランベルト・ベールの法則の技術を使用して決定される。ここで、吸収度のために（式１）を求める。例えば
【数３】
2010528296.tif 000006
【００２３】
単一解（a  unique  solution）を決定するために、温度及び濃度は、位置の解析関数か、又は照準線経路に沿った一連の離散値のいずれかで表され、未知要素の数は、式の数以下でなければならない。境界条件が既知であるか、又は化学種濃度又は温度に関する先見的な情報が利用可能且つ正確である場合は、未知要素の数を増加することなく、式の数を増加できる。以下の表１は、さまざまな実際上の仮定を有する代表的な解析シナリオの排他的でないリストを有する。これによって温度及び濃度が一連の離散値で表されるときにスペクトル吸収データを求めることができる。温度分布及び化学種濃度が位置の解析関数で表される代替的なシナリオは、表１の後で説明する。
【表３】
2010528296.tif 000007
【００２４】
温度の分布及び化学種濃度が位置の解析関数で表される場合は、決定できる係数の最大数が求めることができる式の数と等しくなる。実験中のガス量におけるある態様の先験的な情報を有する場合、より多くの係数をより少ない式で決定できる。ある場合において、先見的な情報が利用できる場合、位置の解析関数と一連の離散値の双方を組み合わせてビニングを実現できる。
【００２５】
一連の離散値で温度の分布及び化学種濃度が表される（初期的に、又は位置の解析関数を求めた後のいずれか）とき、温度、化学種濃度、及びビンの大きさについてのグループのリストが決定される。しかしながら、実験中のガス量における特徴の情報は、所与の経路に沿ったビンの配置のために必要となる可能性がある。しかしながら、交差又は近接する経路に沿ってビニングを終了し、先験的な条件を考慮すると、ガス温度及び濃度の断層撮影表示は、数学的な計算を使用してビンの間の隙間を埋めることで作成できる。
【００２６】
〔スペクトル形状に基づく手順〕
位置の解析関数か、又は照準線経路に沿った一連の離散値のいずれかで、温度分布及び化学種濃度が表されるときに必要な係数を求めるためのスペクトル形状に基づく手順は、測定されたスペクトル形状の特徴に適合するビニングの未知要素を直接含む。一般に、未知要素の数は、スペクトルで測定されたデータ点数よりも少なくなくてはならない。多くの場合、未知要素の数は、スペクトルで測定されたデータ点数より非常にも少ない。測定されたスペクトルデータを温度及び濃度ビンに適合するために、最小二乗誤差に基づくアルゴリズムなどの適当な方法を使用できる。ビニングの未知要素が決定されると、断層撮影画像は、上述のスペクトル吸収に基づく手順と同様な方法で作成できる。
【００２７】
実験中のシステムの測定されるスペクトル形状は、スペクトル形状から決定される吸収率ほど安定しない。その結果として、スペクトル形状に基づく解法は、場合によっては、スペクトル信号が非常に安定し、スペクトルの変化が素早く測定される環境により適している。また、スペクトル形状に基づく解法は、任意の測定環境で使用できる。
【００２８】
〔実施例〕
以下の実施例は、説明の目的でのみ提供され、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【実施例１】
【００２９】
図３及び４において説明されるように、実施例１は、３個の経路と、水の吸収線についての３つの測定とを使用する円柱状に対称な燃焼帯の測定を検討する。したがって、実施例１において、温度及び水濃度は、円形横断面を有する燃焼帯１８に亘って測定される。温度及び水濃度分布は、円柱状に対称であると仮定される。使用される最も小さい対称的なユニットは、円周の１／８である。それぞれの対称的なユニットは、隣接する対称的なユニットに対して鏡面対称（mirror  symmetry）を示す。したがって、１つのユニットにおける温度及び水濃度分布のみを決定でき、その結果は、前述の対称についての仮定に基づいて他のユニットについて同様に仮定される。図３に示すように、３つの照準線経路２０、２２、及び２４は、４５度の円弧の内部を分離する２２．５度で配置される。３つの波長の分光試験は、それぞれの経路に沿ってなされ、２つのビンがそれぞれの経路に沿って決定できる。ここで、２つのビンは、境界ビン（boundary  bin）２６と中央ビン２８（central  bin）とが仮定される。さらに、中央ビン２８は、先に述べた基本的な仮定に従って、３つのすべての経路において同一の大きさ、温度、及び水濃度を有すると仮定される。同様に、３つの境界ビン２４（経路あたり１つのビン）は、それぞれ同一の大きさである。完全対称性の付加的な仮定によって、３つの境界ビンのそれぞれは、実施例の２つの部分２６（ａ、ｂ）に均一に分割され、１つの部分は、所与の経路におけるそれぞれの端部に配置される。
【００３０】
したがって、４つの温度（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、及びＴＣ）と１つの水濃度（Ｘ）とを有し、燃焼帯及び中央ビンの１つの大きさ（ＬＣ）に亘って分圧が等しいと仮定する４つのビン（３つの境界ビン及び１つの中央ビン）がある。その結果、上述の仮定に基づいて、この実施例には６つの未知要素が存在する。３つの経路のそれぞれに沿って測定されるスペクトル線から、９つの式が作成される。したがって、未知要素は、最小二乗誤差、又は同様な方法で十分に求めることができる。
【００３１】
ビニングにより求めると、調査帯における経路から外れた領域は、ビンの値から外挿することによってマッピングできる。例えば、それぞれの経路において、中央ビンと境界ビンの交点に近接するビンの値は、二次曲線、又は２つのビンの値を終端させる他の技術によって平坦化できる。同様に経路２０及び２２の間などの経路の間の領域は、２つの全く等しい部分に分割でき、経路２０に近接する部分は、経路２０上から抽出されるビンの値にマッピングされ、経路２２に近接する部分は、経路２２上から抽出されるビンの値にマッピングされる。２つの部分の間が破断線である同軸領域において、値は、二次曲線、又は２つのビンの値を終端させる他の平坦化技術によって生成できる。同様のマッピング法が経路２２と２４との間の領域に適用される。そして、ユニットは、円形帯１８のすべてに対称的にマッピングされる。
【００３２】
図４は、前述の実施例に基づきコンピュータが抽出した代表的な断層撮影３０であり、化学種濃度３２と温度分布３４とを示す。なお、ビニングの使用と断層撮影法との組み合わせによって実現される分解能は、それぞれの技術を単独で使用したときに可能な分解能を上回る。
【実施例２】
【００３３】
この実施例は、衝撃風洞（shock  tunnel）における３×３グリッドの温度及び水濃度の代表な測定である。
【００３４】
実施例２では、図１の３×３経路レイアウトが使用される。それぞれの経路に沿って２つのスペクトル線が解析される。したがって、未知要素の数が１２を超える一方、利用可能な位置の解析関数は１２個のみである。したがって、初期的には、それぞれの経路に沿って１つの温度及び１つの水濃度のみであると仮定する。断層撮影法は、経路に亘る加重平均に基づく。図５は、上述の技術を使用し、記載された仮定に基づいて抽出した化学種濃度３８と、温度分布４０とを示す代表的な断層撮影３６である。
【実施例３】
【００３５】
図６の２×２経路レイアウトは、ビン／断層撮影法を同時に使用する、円形帯に亘る温度及び水濃度の２×２グリッド測定を示す。この実施例において、それぞれの経路に３つのスペクトル線が使用される。したがって、解析に利用可能な１２個の式がある。４つのビンは、それぞれ図６の１つの交点を対象にすると仮定される。また、４つのビンは、断層撮影を同時に形成する。図６において、４つのビンの図は、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、及びＴ４でそれぞれ示される。
【実施例４】
【００３６】
選択された３つの経路の実施例が図７〜１５に図解的に描かれる。
【実施例５】
【００３７】
これまで詳細に説明したように、特定の事例において、離散値と解析式が解のために組み合わされる。
【００３８】
図１６に示す経路は、台形と仮定する。それぞれの端部は傾斜を示し、中央部分は一定である。双方の端部の傾斜は、まったく同一である。温度及び水濃度が測定される。５つのスペクトル線が使用される。測定は、業務用ボイラにおいて選択された経路配置に亘って実施される。ビンの長さは仮定され、さらに経路の端部の温度（壁の温度）のみが仮定され、中央の温度及び経路に亘る水濃度を決定する必要がある。表１は、選択された経路をLedge/L=0.01と仮定した結果を示し、表２は、経路の結合をLedge/L=0. 1と仮定した結果を示す。
【表４】
2010528296.tif 000008
【表５】
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【００３９】
図１７に概略的に示すように、本明細書で開示する発明の他の態様は、本明細書で開示する方法を実施するのに適当な吸収分光装置１７０である。吸収分光装置１７０は、検出対象のガス量を通る１つより多い照準線経路１７２ａ〜１７２ｎに沿う複数の波長の吸収率データを取得する装置を有する。吸収分光装置１７０は、検出対象の複数の波長を生成する複数の波長可変ダイオードレーザ光源１７４ａ〜１７４ｎを有することができる。複数の波長で生成されたレーザ光は、公知のオプティック又はフォトニックな技術手段によって複数の照準線経路１７２ａ〜１７２ｎに分配できる。１つの代表的な分配方法は、図１７に図解的に示す。図１７の実施形態において、それぞれ波長がλ１〜λｎである光は、マルチプレクサ手段１７８によって、最初に多重化され、単一の光ファイバ１７６に結合される。多重化された光を伝送する光ファイバ１７６は、スイッチ又はルータ１８０と結合される。スイッチ又はルータ１８０は、照準線経路１７２の入力側に関連付けられる光学入力又は光学ピッチ１８２ａ〜ｎ（input  or  pitch  optics）に多重化された光を選択的に送ることができる。光は、光学入力１８２から検出対象であるガス量の反対にある光学出力又は光学捕獲（output  or  catch  optic）１８４ａ〜ｎに照準線経路に亘って投射される。それぞれの光学出力又は光学捕獲１８４は、出力側ルータ又はスイッチ１８６と接続され、光ファイバ１８８を介してデマルチプレクサ１９０と通信できる。デマルチプレクサの出力は、入力波長λ１〜λｎを感知可能な一連の検出器１９２ａ〜ｎに伝送できる。検出器１９２ａ〜ｎの出力は、吸収分光データを計算するように構成される装置１９４と通信できる。装置１９４は、より大きなデータ処理システム１９６の一部にできる。データ処理システム１９６は、検出対象のガス量を通る１つより多い照準線経路１７２ａ〜ｎに沿って特定さ、選択される温度及びガス種濃度ビンから抽出される少なくとも２次元の情報を有する温度及びガス種濃度のマップを作成するのに適したハードウェア及びソフトウェアを含む。
【００４０】
ここに述べた吸収分光装置１７０の具体的なオプティック又はフォトニックな構成は、単なる代表例である。本発明の範囲は、本明細書で説明された方法を実行するのに適当な装置を含む。
【００４１】
また、開示は、複合従属クレームであるかのように、請求項に記載された発明の可能なすべての置換を包含する。
【００４２】
本発明は、複数の実施形態を参照して具体的に図示し、説明されているが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなしに本明細書で開示された様々な実施形態に、形式及び詳細における変形をすること、及び本明細書で開示された様々な実施形態は、特許請求の範囲を限定することをいとしないことを、当業者は理解するだろう。本明細書で引用されたすべての文献は参照することによってすべてが包含される。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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