(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体温度を測定するために、音響光学変調器を利用したヘテロダイン干渉法を用いて定積燃焼容器の一端側に配置される点火電極に対向する他端側の末端部の一方の燃焼室蓋には熱電対を、他方の燃焼室蓋には圧力センサを配置して、前記定積燃焼容器の末端部でのビート周波数の位相変化から気体の屈折率変化を算出し、前記気体組成からグラッドストーン−デイル定数を求め、前記気体の圧力値を用い、気体の状態式から気体温度を測定することを特徴とするヘテロダイン干渉法による気体温度測定方法。
【請求項２】
請求項１記載のヘテロダイン干渉法による気体温度測定方法において、前記定積燃焼容器の一端側に配置される点火電極に対向する他端側の末端部での未燃焼混合気の温度計測を行うヘテロダイン干渉法による気体温度測定方法。
【請求項３】
（ａ）音響光学変調器を利用したヘテロダイン干渉法を用いて定積燃焼容器の一端側に配置される点火電極に対向する他端側の末端部の一方の燃焼室蓋には熱電対を、他方の燃焼室蓋には圧力センサを配置して、前記定積燃焼容器の末端部でのビート周波数の位相変化から定積燃焼容器の一端側に配置される点火電極に対向する他端側の末端部での屈折率変化を算出する手段と、
（ｂ）前記定積燃焼容器の一端側に配置される点火電極に対向する他端側の末端部での気体組成からグラッドストーン−デイル定数を求める手段と、
（ｃ）前記定積燃焼容器の一端側に配置される点火電極に対向する他端側の末端部での気体の圧力値を測定する手段とを備え、
（ｄ）前記気体の圧力値を用い、前記気体の状態式から気体温度を測定することを特徴とするヘテロダイン干渉法による気体温度測定装置。
【請求項４】
請求項３記載のヘテロダイン干渉法による気体温度測定装置において、前記光学系において、定積燃焼容器の一端側に配置される点火電極に対向する他端側の末端部までの光路上に光ファイバを使用し、構成したことを特徴とするヘテロダイン干渉法による気体温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘテロダイン干渉法を用いた、極めて精度が高く、高応答で気体（ガス）温度変化が測定可能なヘテロダイン干渉法による気体温度測定方法およびその装置に関する。特に、気体の温度測定において、ミリ秒オーダーでの時間的変化を非接触で測定することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来のマッハツエンダ干渉計を用いたレーザ干渉法により気体温度変化を非接触にて測定する技術が開示されている〔参考文献：浜本ら、レーザ干渉法によるガス温度変化の測定、日本機械学会論文集（Ｂ編）、５３巻４９６号、ｐｐ．３７９８−３８０２、１９８７年１２月〕。
【０００３】
この技術によれば、２本のレーザビームの交点に生じる干渉縞は、両ビームが通過する気体の屈折率の差が変化すると、光路長差が変化することによって移動する。すなわち、一方のビーム（参照ビーム）が通過する気体の状態を一定に保っておき、他方（テストビーム）の気体の屈折率が変化するとき、干渉縞の移動を測定することによってテストビーム側の気体の屈折率変化を求めることができる。そして、屈折率と密度の関係、および理想気体の状態式から気体の温度変化を求めることができる。
【０００４】
図７はかかる従来のレーザ干渉法を用いたガス温度変化測定方法の光学系の概略図である。
【０００５】
この図において、光源１はＨｅ−Ｎｅレーザ（波長λ＝６３２．８ｎｍ，出力１５ｍＷ，ビーム径１．２ｍｍ）である。ビームスプリッタ２によって２本に分けられたビームの一方（ビームＢR ）は大気中を通過しており、第１のミラー３と第１のレンズ４を通過する。そして他方のテストビーム（ビームＢT ）は気体を充填した容器５内を通過させた後、第２のミラー６，第３のミラー７により反射され、第１のレンズ４を通過する。
【０００６】
第１のレンズ４を通過した２本のビーム（ビームＢR とビームＢT ）は干渉する。第１のレンズ４と第２のレンズ８により２本のビームを一度絞った後にビーム径を拡大し、かつ交叉角を小さくすることによって干渉縞の間隔が約１ｍｍになるまで拡大している。干渉縞の動きをピンホール９後方のフォトトランジスタ１０Ａ，１０Ｂにより検出する。干渉縞の移動方向判別のため、ピンホールおよびフォトトランジスタ１０Ａ，１０Ｂの位置は、干渉縞の明暗の位相が約π／２ずれるように調整する。なお、図７において、５Ａは熱電対、５Ｂは圧力変換素子である。
【０００７】
そこで、幅ｄの容器５内の気体の屈折率が初期値ｎi からｎまで変化するとき、両ビームの光路長の変化ΔＬは、
ΔＬ＝（ｎ−ｎi ）ｄ                                              …（１）
である。
【０００８】
光路長差がレーザの１波長分（＝６３２．８ｎｍ）変化すると干渉縞が一つ移動するので、干渉縞の移動数ＮとΔＬの関係は、
Ｎ＝ΔＬ／λ＝（ｎ−ｎi ）ｄ／λ                                  …（２）
となる。
【０００９】
屈折率が減少する場合にはＮは負となる。屈折率ｎと密度ρの関係は、Ｌｏｒｅｎｔｚ−Ｌｏｒｅｎｚの式により、
ｎ2 ＝（１＋２ρＲL ／Ｍ）／（１−ρＲL ／Ｍ）                    …（３）
と表される。
【００１０】
ここで、Ｍは分子量、ＲL は分子屈折である。気体の場合、ｎが１に非常に近いため、近似的にグラッドストーン−デイル（Ｇｌａｄｓｔｏｎｅ−Ｄａｌｅ）（グラッドストーン−デイル則：物質の屈折率ｎの変化の法則、つまり、ｎ＋１が物質の密度に比例する）の式が用いられる。
【００１１】
ｎ≒１＋（３ρＲL ／２Ｍ）≒１＋（ρＲG ／Ｍ）                    …（４）
ここで、ＲG はグラッドストーン−デイル定数である。ＲL ，ＲG は、使用するレーザの波長と測定する気体の種類によって決定される定数である。また、混合気体の場合は、それぞれの化学種のモル分率をｘj とすると、
【００１２】
【数１】
0003871860.tif 000002
となる。
状態変化が理想気体の状態式に従うものと仮定すると、
ｎ＝１＋（Ｐ・ＲG ）／（Ｒ0 ・Ｔ）                                …（７）
となり、式（２）、（７）より、気体の温度Ｔは次のように求められる。
【００１３】
Ｔ＝ＰＲG Ｔ1 ｄ／（ＮλＲ0 Ｔ1 ＋ＲG Ｐ1 ｄ）                    …（８）
ここで、Ｒ0 は一般気体定数、Ｐは圧力であり、添字１は初期値を表す。すなわち、初期状態における温度、圧力を既知として、干渉縞の移動数Ｎと圧力Ｐの変化を測定することにより、温度Ｔの時間的な変化を求めることができる。この手法により数Ｋでの分解能で温度履歴を測定できる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の方法は、機械的振動に対して、非常に敏感であるという欠点を持っている。そのため、内燃機関や燃焼装置に適用する場合には、機関の振動に影響されない干渉法を用いる必要がある。また、レーザ干渉法の光路上に燃焼装置等を設置する必要があるため、測定対象が限定される。そのため、光路上に光ファイバを使用し、測定部のセンサ化を行う必要がある。
【００１５】
一方、エンジン内部の火炎の伝播や異常燃焼であるノッキングの解明には、エンジン内部の特に未燃部分の温度測定が重要である。プラグ着火から燃焼するまでの短時間での温度変化の測定が必要である。ＣＡＲＳ（コヒーレントアンチストークス分光）法が実用化されているが、１億円以上と高価であり、時間分解能が低く精度も十分でない。
【００１６】
本願発明者等はレーザー干渉法を用いて測定法の開発を行ってきた。定積容器内で温度変化により気体の分子密度が変化するが、屈折率変化をレーザー干渉法で測定し、分子密度の変化を求め、気体の物性定数より温度変化を算出する。この方法では、レーザー干渉法の光路上に被測定部を設置する必要があるため機械的信号に対して、極めて敏感であるという欠点がある。
【００１７】
本発明は、上記状況に鑑みて、非接触、高応答、高精度で気体温度を測定することができるヘテロダイン干渉法による気体温度測定方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕ヘテロダイン干渉法による気体温度測定方法において、気体温度を測定するために、音響光学変調器を利用したヘテロダイン干渉法を用いて定積燃焼容器の一端側に配置される点火電極に対向する他端側の末端部の一方の燃焼室蓋には熱電対を、他方の燃焼室蓋には圧力センサを配置して、前記定積燃焼容器の末端部でのビート周波数の位相変化から気体の屈折率変化を算出し、前記気体組成からグラッドストーン−デイル定数を求め、前記気体の圧力値を用い、気体の状態式から気体温度を測定することを特徴とする。
【００１９】
〔２〕上記〔１〕記載のヘテロダイン干渉法による気体温度測定方法において、前記定積燃焼容器の一端側に配置される点火電極に対向する他端側の末端部での未燃焼混合気の温度計測を行うようにしたものである。
【００２０】
〔３〕ヘテロダイン干渉法による気体温度測定装置において、音響光学変調器を利用したヘテロダイン干渉法を用いて定積燃焼容器の一端側に配置される点火電極に対向する他端側の末端部の一方の燃焼室蓋には熱電対を、他方の燃焼室蓋には圧力センサを配置して、前記定積燃焼容器の末端部でのビート周波数の位相変化から定積燃焼容器の一端側に配置される点火電極に対向する他端側の末端部での屈折率変化を算出する手段と、前記定積燃焼容器の一端側に配置される点火電極に対向する他端側の末端部での気体組成からグラッドストーン−デイル定数を求める手段と、前記定積燃焼容器の一端側に配置される点火電極に対向する他端側の末端部での気体の圧力値を測定する手段とを備え、前記気体の圧力値を用い、前記気体の状態式から気体温度を測定することを特徴とする。
【００２１】
〔４〕上記〔３〕記載のヘテロダイン干渉法による気体温度測定装置において、前記光学系において、定積燃焼容器の一端側に配置される点火電極に対向する他端側の末端部までの光路上に光ファイバを使用し、構成したことを特徴とする。
【００２２】
このように、音響光学変調器を利用したヘテロダイン干渉法を用いることにより、気体温度の時系列変化を非接触、高応答、高精度で計測できる方法とその装置を提供することができる。ヘテロダイン干渉法は、一定の周波数偏移を与えた光を重ね合わせて検出し、気体の位相変化などの情報を効果的に取り出すレーザ干渉法の一つである。検出位相と出力との間に線形関係が成立し較正の必要がない、光源の出力変動の影響を受け難い等の特色を持っている。
【００２３】
これにより、信号光の位相情報のみを取り出すときは、外乱による信号光の強度変動にも影響されず、高精度の測定ができる。また、測定対象が限定される問題に関しては、光路上に光ファイバを使用し、定積燃焼容器の一端側に配置される点火電極に対向する他端側の末端部のセンサ化を行うようにする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例を示すヘテロダイン干渉装置の構成図である。
【００２５】
この図に示すように、光源である安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザ（出力１ｍＷ，波長６３２．８ｎｍ）１１からの光は、ヘテロダイン用音響光学素子（ブラッグセル式）１２により、周波数を８０．０ＭＨｚと７９．９８７５ＭＨｚや、８０．０ＭＨｚと７９．９７５ＭＨｚなど異なる周波数に周波数偏移され、また、２本のビームはそれぞれＰ偏光、Ｓ偏光に分離される。
【００２６】
第１のミラー１３と第１の偏光ビームスプリッタ１４により１本のビームにまとめられ、ハーフミラー１５により２本のビームに分離される。ハーフミラー１５を反射したビームは、偏光面を４５度に傾けた第１の偏光板１６を通過する。その第１の偏光板１６の偏光面を４５度傾けているため、ビームは干渉し、第１のフォトトランジスタ１７により、干渉ビート信号を光電検出され、基準信号が得られる。
【００２７】
一方、ハーフミラー１５を透過したビームは第２の偏光ビームスプリッタ１８により、２本のビーム（第１のビームＢ1 ，第２のビームＢ2 ；それぞれＰ偏光とＳ偏光の偏光面を持つ）に分けられ、マイケルソン干渉計を構成する。試験光の１本（例えばＰ偏光の偏光面を持つビームＢ1 ）は、第１のλ／４波長板１９を通過し、円偏光となる。その第１のλ／４波長板１９を通過後、測定部（燃焼器）２０を通過する。測定部（燃焼器）２０を通過した光は第２のミラー２１により反射され、再度測定部（燃焼器）２０を通過する。測定部（燃焼器）２０から射出したビームは、第１のλ／４波長板１９によりＳ偏光に偏光される。このビームは第２の偏光ビームスプリッタ１８により反射される。
【００２８】
もう一方の第２のビームＢ2 （例えばＳ偏光の偏光面を持つビーム）は、第２の偏光ビームスプリッタ１８により反射され、第２のλ／４波長板２２を通過後、円偏光となる。そして、第３のミラー２３により反射され、再び第２のλ／４波長板２２によりＰ偏光に偏光面を変えられる。
【００２９】
そこで、測定部（燃焼器）２０を通過し、第２の偏光ビームスプリッタ１８により反射されたＳ偏光面を持つビームＢ1 とともに、第２の偏光板２４を通過後干渉し、第２のフォトトランジスタ２５により検出される。５００ｋＨｚのサンプリング周波数でこの干渉信号をディジタルメモリレコーダ（図示なし）に記録する。基準信号と試験信号のビート周波数の違いから、位相差を算出することができる。
【００３０】
図２は本発明の他の実施例を示すヘテロダイン干渉装置の構成図である。
【００３１】
この実施例では、光ファイバを使用した光学系を示す。なお、第１実施例と同じ部分については、同じ符号を付してそれらの説明は省略する。
【００３２】
図２に示すように、光学系に偏波面保存型光ファイバ３３を用いる場合は、図１における第１のλ／４波長板１９の代わりにλ／２波長板３１を使用する。
【００３３】
そこで、λ／２波長板３１を通過した光は偏波面保存型光ファイバ３３を使用して測定部（燃焼器）２０に入射される。偏波面保存型光ファイバ３３の両端にはセルフォックマイクロレンズ３２，３４を取り付けてあり、レーザビームの入射を行い易く、また、偏波面保存型光ファイバ３３から射出された光のビーム径を細くし、コリメート化を行う。測定部（燃焼器）２０を通過した光は第２のミラー２１に反射され、再度測定部（燃焼器）２０を通過する。測定部（燃焼器）２０から射出したビームは再び偏波面保存型光ファイバ３３に入射され、λ／２波長板３１を通過し、第２の偏光ビームスプリッタ１８により反射されたＳ偏光面を持つビームＢ1 とともに、第２の偏光板２４を通過後干渉し、第２のフォトトランジスタ２５により検出される。
【００３４】
この実施例によれば、センサ部を偏波面保存型光ファイバ３３と第２のミラー２１とで構成することにより、測定部の小型化、センサ化が測られる可能性を示している。
【００３５】
火炎伝播により圧縮された燃料空気の混合気や燃焼により温度が変化した気体は、密度が変化し、同時に屈折率が変化する。試験部の気体（ガス）の屈折率が変わると、試験信号と参照信号の位相差が変わり、干渉光強度が変化する。この干渉光強度変化がヘテロダイン干渉計によるビート信号の位相情報として表れる。
【００３６】
光信号の複素振幅は、
Ｅ＝ａ・ｅｘｐ｛ｉ（２πｆｔ−２πｎＬf ／λ）｝                  …（９）
として表される。
【００３７】
ここで、ｆ：周波数，ｎ：屈折率，Ｌf ：光が通過した光路の長さである。光ファイバに入射される光をビームｓとし、参照光をビームｒとして、２つの光の複素振幅は振幅をａとして、次のように示される。
【００３８】
Ｅs ＝ａ・ｅｘｐ｛ｉ（２πｆs ｔ−２πΔｎt Ｌt ／λs ）｝      …（１０）
Ｅr ＝ａ・ｅｘｐ｛ｉ（２πｆr ｔ）｝                            …（１１）
ここで、ｆs ，ｆr ：光の周波数，Δｎt ：測定部の屈折率変化量，Ｌt ：測定部の長さ，ｔ：測定開始からの時間である。λs は試験光のレーザの波長である。
【００３９】
２つの光は互いに干渉し、次のような合成振幅を持つビームとなる。
【００４０】
Ｅ＝Ｅs ＋Ｅr                                                   …（１２）
実際に光電変換して得られる光強度は振幅の２乗として検出されるものであり、次式で表される。
【００４１】
Ｉ＝｜Ｅ｜2 ＝２・Ｉ0 〔１＋ｃｏｓ（２πｆb ｔ＋ΔΨt ）〕      …（１３）
ただし、Ｉ0 ＝ａ2 、ｆb はビート周波数ｆs −ｆr であり、ΔΨt は測定部の位相変化である。
【００４２】
測定開始から、ある時刻ｔまで測定したヘテロダイン信号の位相変化をΔΨt とすれば、測定部気体の位相が変化することによって、測定信号の位相変化量ΔΨH が変わる。ΔΨH は測定部の位相変化ΔΨt と次の関係を持つ。
【００４３】
【数２】
0003871860.tif 000003
測定部の位相変化ΔΨt と屈折率の変化Δｎt の関係は、
ΔΨt ＝２πΔΦt ／λs ＝２πΔｎt Ｌt ／λs                   …（１５）
となる。ここで、Φt は測定部での光路長変化である。
【００４４】
本来、ヘテロダイン干渉法は基準信号としてビームスプリッタにより光源からの光の一部を分割し干渉させる。このとき得られる光強度は次式となる。
【００４５】
Ｉr ＝Ｉr0〔１＋ｃｏｓ（２πｆb ｔ）〕                          …（１６）
式（１３）にて得られる試験信号と式（１６）にて得られる基準信号の位相変化量の比較より測定部の位相変化を求める。このように構成することにより、測定誤差の原因であるビート周波数ｆb の不安定さや振動などによる影響を除去できる。
【００４６】
しかし、ここでは、参照信号を検出せず、測定部の位相変化は、次式にて得られる基準信号と比較して求めた。
【００４７】
Ｉr ′＝Ｉr0〔１＋ｃｏｓ（２πｆbhｔ）〕                        …（１７）
ただし、
【００４８】
【数３】
0003871860.tif 000004
ここで、基準信号の周波数ｆbhは、参照信号のある時間帯ｔ1 〜ｔ2 のビート周波数の平均値である。
【００４９】
そこで、時間０〜ｔの間に基準信号の位相変化は、２πｆbhｔであり、ビート周波数ｆb が安定していると仮定すれば、任意の時間ｔに対して、次の関係式が成立する。
【００５０】
【数４】
0003871860.tif 000005
式（１８）を式（１４）に代入すると、測定部の位相変化ΔΨt は、
ΔΨt ＝ΔΨH −２πｆbhｔ                                      …（１９）
となり、つまり、ビート信号の周波数ｆb が安定していれば、測定信号の位相変化と基準信号の位相経過の差より、測定部の位相変化が正確に求められる。しかし、ビート周波数ｆb が安定していなければ、位相変化の測定値に誤差が生じ、気体温度の測定に誤差をもたらす。
【００５１】
気体温度Ｔt は計測した光学位相変化より求められる。気体の屈折率ｎt と密度ρの関係は近似的にグラッドストーン−デイルの式で表される。
【００５２】
ｎt ＝１＋（ρt ＲGt／Ｍt ）＝１＋（Ｐt ＲGt／Ｒ0 Ｔt ）        …（２０）
ここで、ＲGtはグラッドストーン−デイル定数であり、使用するレーザの波長と気体種類により決まる。Ｍは気体の分子量、Ｒ0 はガス定数、Ｐt は測定部の圧力、Ｔt は測定部の絶対温度である。
【００５３】
グラッドストーン−デイル定数ＲGtは、使用するレーザの波長と測定する気体の種類によって決定される定数である。また、ｓ種の混合気体のグラッドストーン−デイル定数ＲGtは、次式に示すように各種気体のモル分率ＸI から求めることができる。
【００５４】
【数５】
0003871860.tif 000006
ここで、ＲGIは各成分気体のグラッドストーン−デイル定数である。
【００５５】
式（２０）より、気体温度Ｔt は次式で求まる。
Ｔt ＝（２πＰt ＲGtＴt0Ｌt ）／（２πＰt0ＲGtＬt ＋ΔΨt Ｔt0Ｒ0 λ）
…（２２）
すなわち、初期状態の圧力Ｐt0，温度Ｔt0が既知であり、混合気組成が不変であれば、圧力Ｐt および干渉光の位相変化量ΔΨt を測定することにより、測定部の気体温度Ｔt を求めることができる。
【００５６】
【実施例】
ヘテロダイン干渉法による気体温度計測に関する実験を定積燃焼容器の末端部未燃焼混合気の温度計測に関して実施した。
【００５７】
図３は本発明を適用した定積燃焼容器の末端部未燃焼混合気の気体温度計測装置の構成図であり、図３（ａ）はその内部平面図、図３（ｂ）はその断面図である。
【００５８】
これらの図に示すように、定積燃焼容器４０を使用した。光源には周波数安定型Ｈｅ−Ｎｅレーザ（波長：６３２．８ｎｍ）を使用した。定積燃焼器の一部にグラスロッド４１を取り付け、測定距離Ｌt を決めている。燃焼室蓋４２には半導体小型圧力センサ４３が取り付けられている。
【００５９】
また、一方の燃焼室蓋４４には熱電対４５を取り付けている。燃料にはプロパンを用い、空気との混合気を燃焼室に充填し、点火電極４６による電気火花によって点火し、火炎伝播によって圧縮される定積燃焼容器の一端側に配置される点火電極に対向する他端側の末端部の未燃焼混合気の温度変化を測定した。混合気の当量比は１．０となるようにした。火炎伝播による圧縮によって、燃焼室内未燃焼混合気の密度が変化すると、屈折率が変化する。光の位相変化量と燃焼室内の圧力変化を測定することにより、測定部の屈折率変化および気体温度を測定する。
【００６０】
図４に位相変化量と圧力を同時に測定した例を示す。
【００６１】
混合気の初期圧力Ｐ0 ＝１０１ｋＰａ，初期温度Ｔ0 ＝２９１Ｋである。図の横軸は、点火のための火花放電開始時からの経過時間である。火炎が到達する直前までの位相変化量と圧力の値から、式（２２）により温度Ｔt を求めた結果を図５に示す。
【００６２】
定積燃焼容器の末端部の未燃焼混合気が火炎によって断熱圧縮されたと仮定して求めた温度を比較のために図５に示しているが、両者はほぼ一致している。未燃焼混合気の比熱比として温度３００〜５００Ｋ、圧力１００〜６００ｋＰａの範囲における平均値を１．３６１として用いた。
【００６３】
図６に温度の最小読み取り値と圧力との関係を示す。
【００６４】
約２５ｋＨｚのビート周波数信号を５００ｋＨｚのサンプリング周波数で記録しているため、２０点で１周期の信号を記録できるが、火炎伝播中ビート周波数が増加しているため、火炎が測定部に到達する前では、実際に１周期分を記録できるのは１７点程度である。ここで、１／１７周期の光路長変化を最小読み取り値とした。これより、火炎到達直前の温度の最小読みとり値は、光路長３６ｍｍの時、最小で０．５Ｋ程度であり、光路長が長くなると分解能は向上する。
【００６５】
上記したように、本発明では、ヘテロダイン干渉法を用い、レーザー光を音響光学素子に入射し、周波数が異なる２ビーム光を発生させ、更に光束を２分割する。２分割された一方の２ビームを干渉させて基準ビート信号を得、他方の２ビームを分波し、１ビームを被測定領域に通過させた後、２ビームで干渉させ、試験ビート信号を得る。基準・試験ビート信号の位相差と被測定気体の物性定数から温度変化を算出する。基準信号を別途設けることにより、耐震対策のみならず、測定精度の１桁向上を図ることができた。
【００６６】
更に、試験光を光ファイバーで誘導することが可能になり、測定の自由度が大幅に増した。エンジン内部ガスの温度から、一般流体の温度測定への展開性がある。
【００６７】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００６９】
（Ａ）音響光学変調器を利用したヘテロダイン干渉法を用いることにより、気体温度の時系列変化を非接触、高応答、高精度で計測できる。
【００７０】
ヘテロダイン干渉法は、一定の周波数偏移を与えた光を重ね合わせて検出し、気体の位相変化などの情報を効果的に取り出すレーザ干渉法の一つであり、検出位相と出力との間に線形関係が成立し、較正の必要がない。また、光源の出力変動の影響を受け難い等の特色を持っている。
【００７１】
これにより、信号光の位相情報のみを取り出すときは、外乱による信号光の強度変動にも影響されず、高精度の測定ができる。
【００７２】
（Ｂ）測定対象が限定される問題に関しては、光路上に光ファイバを使用し、測定部のセンサ化を行い、測定部の小型化、測定部のみを独立したセンサ部として構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示すヘテロダイン干渉装置の構成図である。
【図２】  本発明の他の実施例を示すヘテロダイン干渉装置の構成図である。
【図３】  本発明を適用した定積燃焼容器の末端部未燃焼混合気の気体温度計測装置の構成図である。
【図４】  図３における定積燃焼容器内の試験信号の位相変化及び圧力履歴を示す図である。
【図５】  図３における定積燃焼容器の点火からの時間と温度変化の測定結果を示す図である。
【図６】  図３における定積燃焼容器の温度の最小読み取り値と圧力との関係を示す図である。
【図７】  従来のレーザ干渉法を用いたガス温度変化測定方法の光学系の概略図である。
【符号の説明】
１１    安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザ
１２    ヘテロダイン用音響光学素子
１３    第１のミラー
１４    第１の偏光ビームスプリッタ
１５    ハーフミラー
１６    第１の偏光板
１７    第１のフォトトランジスタ
１８    第２の偏光ビームスプリッタ
１９    第１のλ／４波長板
２０    測定部（燃焼器）
２１    第２のミラー
２２    第２のλ／４波長板
２３    第３のミラー
２４    第２の偏光板
２５    第２のフォトトランジスタ
３１    λ／２波長板
３２，３４    セルフォックマイクロレンズ
３３    偏波面保存型光ファイバ
４０    定積燃焼容器
４１    グラスロッド
４２，４４    燃焼室蓋
４３    半導体小型圧力センサ
４５    熱電対
４６    点火電極
【図１】
0003871860.tif 000007
【図２】
0003871860.tif 000008
【図３】
0003871860.tif 000009
【図４】
0003871860.tif 000010
【図５】
0003871860.tif 000011
【図６】
0003871860.tif 000012
【図７】
0003871860.tif 000013