(57)【要約】【課題】ガス成分を内包した立体装置の内部の局所的な領域の温度及びガス成分の濃度を、低コストかつ高精度で計測できる立体装置の温度及び濃度計測装置等を提供する。【解決手段】複数の送信アンテナ２１ａ、２１ｂから立体装置の内部に向けて周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波ＴＷ１ａ、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２を同時に送信して、それぞれが干渉する干渉領域ＩＴからのテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂを受信して、この受信したテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂの強度に基づいて、前記干渉領域の少なくとも２波長以上のテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂのそれぞれに対しての温度ＴＩａ、Ｔｉｂ、及び、干渉領域ＩＴのガス成分Ｇの濃度ＤＩを算出し、これらの温度ＴＩａ、Ｔｉｂから干渉領域ＩＴの温度ＴＩを算出する。【選択図】図１
2016180734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス成分を内包した立体装置の内部空間の温度を計測する温度及び濃度計測装置において、
複数の送信アンテナから前記立体装置の前記内部空間に向けて周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波を同時に送信して、前記立体装置の前記内部空間に前記複数の送信アンテナから送信された同じ波長のテラヘルツ波同士が干渉する干渉領域を発生させる送信ユニットを備えると共に、
当該立体装置の温度及び濃度計測装置を制御する制御装置が、前記干渉領域から伝搬してくる物理量又は前記干渉領域における物理量から前記干渉領域の温度及びガス成分の濃度を算出する温度及び濃度算出手段を備えて構成されることを特徴とする立体装置の温度及び濃度計測装置。
【請求項２】
前記干渉領域からのテラヘルツ波を受信してテラヘルツ波の強度を検出する受信センサを備えた受信ユニットを備えて、該受信ユニットを、前記送信ユニットに対向させて配置して、または、テラヘルツ波の送信方向の側面方向に配置すると共に、
前記温度及び濃度算出手段が、前記受信センサで検出したテラヘルツ波の強度に基づいて、前記干渉領域の少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波のそれぞれに対しての温度、及び、前記干渉領域のガス成分の濃度を算出し、これらの温度から前記干渉領域の温度を算出する第１温度及び濃度算出手段である請求項１に記載の立体装置の温度及び濃度計測装置。
【請求項３】
前記受信ユニットを前記送信ユニットに対向させて配置する際に、前記受信センサを前記送信アンテナからの複数のテラヘルツ波の進行方向の中心となる方向に配置する請求項２に記載の立体装置の温度及び濃度計測装置。
【請求項４】
前記送信ユニットにおいて、同じ波長のテラヘルツ波を送信する複数の前記送信アンテナを第１回転軸から離れた位置に配置して、前記送信ユニットを前記第１回転軸回りに回転可能に構成すると共に、前記受信ユニットにおいて、前記受信センサを第２回転軸から離れた位置に配置して前記受信ユニットを前記第２回転軸回りに、前記送信ユニットの回転に同期させて回転可能に構成する請求項１〜３のいずれか１項に記載された立体装置の温度及び濃度計測装置。
【請求項５】
テラヘルツ波同士が干渉した干渉波を検出する検知プローブを備えて、前記検知プローブを前記内部空間を移動可能に構成し、
前記温度及び濃度算出手段が、前記検知プローブで検知した干渉波の強度に基づいて、前記干渉領域の少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波のそれぞれに対しての温度、及び、前記干渉領域のガス成分の濃度を算出し、これらの温度から前記干渉領域の温度を算出する第２温度及び濃度算出手段である請求項１に記載の立体装置の温度及び濃度計測装置。
【請求項６】
電磁波発生源と、該電磁波発生源から発信されて前記干渉領域を通過した電磁波を受信する電磁波受信センサとを備えて、前記電磁波発生源を前記送信ユニットと前記受信ユニットとは異なる位置に配置すると共に、前記電磁波発生源と前記干渉領域と前記電磁波受信センサが直線上に並ぶように、前記電磁波発生源と前記電磁波受信センサを移動可能に構成し、
さらに、前記温度及び濃度算出手段が、前記電磁波受信センサで干渉波により相互作用を受けた電磁波を受信し、この受信した電磁波の強度に基づいて、前記干渉領域の少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波のそれぞれに対しての温度、及び、前記干渉領域のガス成分の濃度を算出し、これらの温度から前記干渉領域の温度を算出する第３温度及び濃度算出手段である請求項１に記載の立体装置の温度及び濃度計測装置。
【請求項７】
前記受信ユニットが、前記複数の送信アンテナのテラヘルツ波の各送信方向に配置され、前記送信アンテナが送信したテラヘルツ波を受信する副受信センサを備えると共に、
前記制御装置が、
前記副受信センサで検出したテラヘルツ波の強度に基づいて、前記送信アンテナの送信方向を補正する送信方向補正手段を備えて構成される請求項１〜６のいずれか１項に記載の立体装置の温度及び濃度計測装置。
【請求項８】
予め設定された少なくとも２つ以上の波長の温度測定用周波数、及び予め設定された濃度測定用周波数におけるそれぞれのテラヘルツ波の強度に基づいて、前記干渉領域の温度及びガス成分の濃度を算出する請求項１〜５のいずれか１項に記載された立体装置の温度及び濃度計測装置。
【請求項９】
前記送信ユニットにおいては前記送信アンテナの位置を変更可能、かつ、前記送信アンテナの送信方向を変更可能に設けると共に、前記受信ユニットにおいては前記副受信センサの位置を移動可能に設けた請求項２〜８のいずれか１項に記載された立体装置の温度及び濃度計測装置。
【請求項１０】
前記送信ユニットにおいて、前記送信アンテナを面状に配置すると共に、前記受信ユニットにおいて、前記受信センサを面状に配置した請求項２〜９のいずれか１項に記載された立体装置の温度及び濃度計測装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の立体装置の温度及び濃度計測装置を用いて、燃焼機関の気筒内の温度及びガス成分の濃度を計測するように構成された燃焼機関の温度及び濃度計測装置。
【請求項１２】
請求項１１の燃焼機関の温度及び濃度計測装置を備えた燃焼機関。
【請求項１３】
ガス成分を内包した立体装置の内部空間の温度を計測する立体装置の温度及び濃度計測方法において、
複数の送信アンテナから前記立体装置の前記内部空間に向けて周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波を同時に送信して、テラヘルツ波同士が干渉する干渉領域を発生させて、
前記干渉領域から伝搬してくる物理量又は前記干渉領域における物理量から前記干渉領域の温度及びガス成分の濃度を算出することを特徴とする立体装置の温度及び濃度計測方法。
【請求項１４】
前記干渉領域からのテラヘルツ波を受信して、この受信したテラヘルツ波の強度に基づいて、前記干渉領域の少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波のそれぞれに対しての温度、及び、前記干渉領域のガス成分の濃度を算出し、これらの温度から前記干渉領域の温度を算出する請求項１３に記載の立体装置の温度及び濃度計測方法。
【請求項１５】
前記干渉領域の干渉波を検知して、前記干渉波の強度に基づいて、前記干渉領域の少なくとも２波長以上のテラヘルツ波のそれぞれに対しての温度、及び、前記干渉領域のガス成分の濃度を算出し、これらの温度から前記干渉領域の温度を算出する請求項１３に記載の立体装置の温度及び濃度計測方法。
【請求項１６】
前記干渉領域を通過する電磁波を発生させて、前記干渉領域を通過した電磁波の強度に基づいて、前記干渉領域の少なくとも２波長以上のテラヘルツ波のそれぞれに対しての温度、及び、前記干渉領域のガス成分の濃度を算出し、これらの温度から前記干渉領域の温度を算出する請求項１３に記載の立体装置の温度及び濃度計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス成分を内包した立体装置の内部空間の温度分布及びガス成分の濃度を低コストかつ高精度で計測することができる立体装置の温度及び濃度計測装置、燃焼機関の温度及び濃度計測装置、燃焼機関及び立体装置の温度及び濃度計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の気筒（シリンダ）の内の燃焼状況は、この内燃機関を搭載した車両の燃費や排気ガスの浄化処理性能に影響を強く及ぼすため、気筒の内の燃焼状況を制御する必要があり、そのために、気筒の内部空間の温度分布を把握することが非常に重要となる。この気筒の内部空間の温度分布の計測は、気筒の内部空間の局所的な領域の温度を計測して、この局所的な温度を計測場所と対応させて集約することにより行われるのが一般的である。
【０００３】
この気筒の内部空間の局所的な領域の温度の計測手法としては、２次元レーザー誘起蛍光法（ＬＩＦ法）やレーザー吸収法に、ＣＴ法（コンピュータ断層撮影法）を組み合わせる手法、及び、さらに、気筒内に蛍光体（粒子）を混入させ、この蛍光体にレーザー光を照射して、この照射による蛍光体の発光強度に基づいて、気筒の内部空間の局所的な領域の温度を計測する手法が用いられている。
【０００４】
しかしながら、この蛍光体を用いた計測手法は、次のような多くの問題を抱えている。第１の問題として、気筒内に蛍光体を混入させる必要があるため、通常のエンジンの気筒の内部空間では使用できず、この計測手法を用いることができる内部空間は限定されてしまう。
【０００５】
第２の問題として、この計測手法は、気筒内にレーザー光を照射するためのレーザー光学系の設備や、この照射による蛍光体の発光強度を検出するための複数のセンサやこれらのセンサに接続する配線等の設備を気筒に設ける必要があるため、部品を多数配置する構造となり、装置が複雑化してしまう。また、その結果については、センサの数によって精度が異なり、センサ数が少ないと温度の分布が詳細に得られない。
【０００６】
第３の問題として、この計測手法は、レーザー光を蛍光体に入射しても、いわゆる失活現象により、蛍光体が発光しない場合があり、そのために、温度の推定が難しくなる場合がある。
【０００７】
第４の問題として、この計測手法は、発光強度を検出した蛍光体の存在位置の測定精度が高くないため、計測位置を精度良く特定できない。
【０００８】
一方、温度測定ではなく、粒子状物質の濃度測定に関するものであるが、ディーゼルエンジンの排気系に配置されたフィルタのＰＭ堆積分布を検出する場合等に用いる粒子状物質の捕集量分布検出装置として、粒子状物質を含む気体が流通する流路中に配置されて粒子状物質を捕集する捕集装置に対して、この捕集装置の外部から捕集装置に周波数が数１０ＧＨｚ〜数ＴＨｚの電磁波を照射する照射手段と、捕集装置を透過した電磁波の強度を検出する受信手段を、互いに対向させた状態で設けて、照射手段より電磁波を２以上の照射角度で照射して、それぞれの角度で透過した電磁波の強度を受信手段によってそれぞれ検出することで、捕集装置内の粒子状物質の捕集分布を検出する粒子状物質の捕集量分布検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−５８３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明者は、蛍光体とレーザー光を用いて内部空間の局所的な領域の温度を計測する従来の計測手法ではなく、電波の透過性と光の直進性を有する、電波と光の中間の波長を持つ、周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲のテラヘルツ波を使用することにより、従来の計測手法が有する上記の第１〜第４の問題を解決して、気筒等のガスを内包する内部空間の局所的な領域の温度及びガス成分の濃度をより低コストかつ高精度で計測でき、その結果、内部空間の温度分布及びガス成分の濃度をより低コストかつ高精度で計測することができるとの知見を得た。
【００１１】
更に、本発明者は、波長が異なるテラヘルツ波の場合には、同じ波長のテラヘルツ波が干渉してできる干渉領域から伝搬してくる物理量又は干渉領域における物理量から算出した干渉領域の温度の誤差範囲（推定範囲）が異なることを見出し、この少なくとも２つ以上の波長の異なるテラヘルツ波を使用することで、干渉領域の測定温度の誤差範囲をより絞り込むことができて温度計測の精度を高めることができるとの知見を得た。
【００１２】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、例えば、燃焼ガスを内包したエンジンの気筒内のように、ガス成分を内包した立体装置の内部空間の局所的な領域の温度及びガス成分の濃度を、従来技術よりも低コストかつ高精度で計測でき、その結果、立体装置の内部空間の温度分布及びガス成分の濃度を低コストかつ高精度で計測することができる立体装置の温度及び濃度計測装置、燃焼機関の温度及び濃度計測装置、燃焼機関及び立体装置の温度及び濃度計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するための本発明の立体装置の温度及び濃度計測装置は、ガス成分を内包した立体装置の内部空間の温度を計測する温度及び濃度計測装置において、複数の送信アンテナから前記立体装置の前記内部空間に向けて周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波を同時に送信して、前記立体装置の前記内部空間に前記複数の送信アンテナから送信された同じ波長のテラヘルツ波同士が干渉する干渉領域を発生させる送信ユニットを備えると共に、当該立体装置の温度及び濃度計測装置を制御する制御装置が、前記干渉領域から伝搬してくる物理量又は前記干渉領域における物理量から前記干渉領域の温度及びガス成分の濃度を算出する温度及び濃度算出手段を備えて構成される。
【００１４】
なお、ここでいう「温度及びガス成分の濃度」とは、本装置や本方法では「温度」と「ガス成分の濃度」の両方を同じ原理で測定できることを示し、必ずしも、「温度」と「ガス成分の濃度」の両方を出力したり表示したりする装置や方法に限定するものではなく、片方のみを出力したり、表示したりする装置や方法も含む。
【００１５】
すなわち、立体装置の内部空間の温度分布を算出するために、少なくとも２個の送信アンテナを用いて複数方向から、少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波を同時に送信する。この別々の送信アンテナから送信された同じ波長の複数のテラヘルツ波は、干渉波が発生するように、送信アンテナの位相を揃えて送信するか、Ｎ×λ（Ｎ：正数、λ：波長）だけ遅れた波を送信できるようにする。また、これらの送信アンテナから送信する、少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波のそれぞれの信号強度、位相については、制御装置で制御する。
【００１６】
なお、テラヘルツ波の強度の変化と温度の関係が顕著に表れる周波数と、テラヘルツ波の強度の変化とガス成分の濃度の関係が顕著に表れる周波数は異なる場合があり、この周波数の使い分けにより、温度とガス成分の濃度を算出することができる。
【００１７】
また、ガス成分の濃度やテラヘルツ波の吸収度合を検出することにより、受信センサで検出されたテラヘルツ波の強度から算出される温度に対して、ガス成分の濃度の変化やテラヘルツ波の吸収度合を考慮した温度補正をすることが可能となり、温度の計測精度をより高めることができる。なお、このテラヘルツ波の強度は、テラヘルツ波の振幅と密接な関係を持っているので、テラヘルツ波の振幅を検出又は算出できる場合はこの振幅を強度の代用としてもよい。
【００１８】
そして、この干渉領域の温度に起因する、テラヘルツ波や電磁波等の物理量の変化量と、干渉領域の温度及びガス成分の濃度との関係は、それぞれ予め実験等により求めておき、較正データを作成しておく。この較正データに基づいて、温度計測時において、検出した物理量の変化量から、干渉領域の温度及びガス成分の濃度を算出する。
【００１９】
なお、温度及びガス成分の濃度の一方を固定した場合には、その一方（例えば、ガス成分濃度）を固定した較正データにより、その一方の変化による他方（例えば、温度）への影響を考慮することなく他方を容易に算出できる。この場合は、温度及びガス成分の濃度の両方ではなく、一方を測定する装置または他方を測定する装置となる。
【００２０】
更に、周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲で波長が異なるテラヘルツ波の場合には、干渉領域から伝搬してくる物理量又は干渉領域における物理量から算出した干渉領域の温度の誤差範囲（推定範囲）が異なるので、少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波を使用して干渉領域の温度を測定することにより、干渉領域の測定温度の誤差範囲をより絞り込むことができ、温度計測の精度をより高めることができる。さらに、少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波を同時に使用して干渉領域の温度を同時刻に測定することにより、干渉領域の温度の時間的な変化量を考慮しなくて済むので、温度計測の精度をより高めることができる。
【００２１】
また、精度良く位置を特定することが難しい発光強度を検出した蛍光体の存在位置ではなく、位置を制御できる干渉領域の位置の温度及びガス成分の濃度を計測できるので、計測位置が正確となる。
【００２２】
従って、電波の透過性と光の直進性を有する、電波と光の中間の波長を持つ、周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲の少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波を活用することにより、燃焼ガスを内包したエンジンの気筒の内部空間のように、ガス成分を内包した立体装置の内部空間の局所的な領域の温度及びガス成分の濃度を、従来技術よりも低コストかつ高精度で計測でき、その結果、立体装置の内部空間の温度分布及びガス成分の濃度を低コストかつ高精度で計測することができる。
【００２３】
上記の立体装置の温度及び濃度計測装置において、前記干渉領域からのテラヘルツ波を受信してテラヘルツ波の強度を検出する受信センサを備えた受信ユニットを備えて、該受信ユニットを、前記送信ユニットに対向させて配置して、または、テラヘルツ波の送信方向の側面方向に配置すると共に、前記温度及び濃度算出手段が、前記受信センサで検出したテラヘルツ波の強度に基づいて、前記干渉領域の少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波のそれぞれに対しての温度、及び、前記干渉領域のガス成分の濃度を算出し、これらの温度から前記干渉領域の温度を算出する第１温度及び濃度算出手段であるように構成される。
【００２４】
つまり、これらの複数のテラヘルツ波が干渉する干渉領域を温度及び濃度計測の対象領域として、この干渉領域からの少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波を受信センサで同時に受信して、この受信センサで受信した信号強度（ガス内包領域を通過した透過強度）を、制御装置内の演算機構で、理論的に計算されるテラヘルツ波干渉による値と比較し、干渉領域において吸収された信号強度から、干渉領域、つまり、立体装置の内部空間の局所的な領域の少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波のそれぞれに対しての温度、及び、前記干渉領域のガス成分の濃度を算出し、これらの温度から前記干渉領域の温度を算出する。
【００２５】
なお、この干渉領域の温度及びガス成分の濃度に起因する、テラヘルツ波の強度の変化量と、干渉領域の温度及びガス成分の濃度との関係は、それぞれ予め実験等により求めておき、較正データを作成しておく。この較正データに基づいて、温度及びガス成分の濃度計測時において、受信センサで検出したテラヘルツ波の強度から、干渉領域の少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波のそれぞれに対しての温度、及び、前記干渉領域のガス成分の濃度を算出し、これらの温度から前記干渉領域の温度を算出する。
【００２６】
この構成では、従来技術のレーザー誘起蛍光法のように、蛍光体とレーザー光を使用しないので、レーザー光学系の設備が不要になる上に、立体装置の内部空間の各領域の温度及びガス成分の濃度を計測するための多数の部品を配置する必要がなくなるので、装置が簡略化され、低コスト化することができる。
【００２７】
また、立体装置の内部空間に蛍光体を混入しないので、通常のエンジンの気筒の内部空間等でも使用できるようになり、本発明の温度及び濃度計測装置を採用できる内部空間は限定されなくなる。その上、蛍光体の失活現象により温度の推定が難しくなることもない。
【００２８】
上記の立体装置の温度及び濃度計測装置において、前記受信ユニットを前記送信ユニットに対向させて配置する際に、前記受信センサを前記送信アンテナからの複数のテラヘルツ波の進行方向の中心となる方向に配置すると、テラヘルツ波の干渉領域でレイリー散乱が発生する場合は、干渉領域の前方に配置した受信センサのみで、干渉領域の散乱光を検出することが可能になるので、このような場合には、前記受信センサを前記送信アンテナからの複数のテラヘルツ波の進行方向の中心となる方向に配置して、一つの受信センサで受信することができるので、このような配置が好ましい。なお、この「前方」とは送信アンテナから送信されるテラヘルツ波の進行方向の先側、言い換えれば、送信方向の先側のことをいう。
【００２９】
また、上記の立体装置の温度及び濃度計測装置で、前記送信ユニットにおいて、同じ波長のテラヘルツ波を送信する複数の前記送信アンテナを第１回転軸から離れた位置に配置して、前記送信ユニットを前記第１回転軸回りに回転可能に構成すると共に、前記受信ユニットにおいて、前記受信センサを第２回転軸から離れた位置に配置して前記受信ユニットを前記第２回転軸回りに、前記送信ユニットの回転に同期させて回転可能に構成すると、この送信ユニットと受信ユニットの同期した回転により、同じ波長のテラヘルツ波により発生する干渉領域を第１回転軸及び第２回転軸の周りに移動することが容易にできるようになる。これにより、高速の計測に対応することが可能になり、温度分布の測定速度を高めることができる。
【００３０】
あるいは、上記の立体装置の温度及び濃度計測装置において、テラヘルツ波同士が干渉した干渉波を検出する検知プローブを備えて、前記検知プローブを前記内部空間を移動可能に構成し、前記温度及び濃度算出手段が、前記検知プローブで検知した干渉波の強度に基づいて、前記干渉領域の少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波のそれぞれに対しての温度、及び、前記干渉領域のガス成分の濃度を算出し、これらの温度から前記干渉領域の温度を算出する第２温度及び濃度算出手段であるように構成する。
【００３１】
この構成によれば、干渉領域における温度及びガス成分の濃度の変化を、干渉領域に位置移動できる検知プローブで検出した干渉波の変化、即ち、検出された干渉波の周波数スペクトラムや周波数別の強度の変化として捉えて、温度及びガス成分の濃度を局所計測することができるようになる。
【００３２】
なお、この干渉領域の温度及びガス成分の濃度に起因する干渉波の強度の変化量と、干渉領域の温度との関係は、それぞれ予め実験等により求めておき、較正データを作成しておく。この較正データに基づいて、温度及び濃度計測時において、検知プローブで検出した干渉波の強度から、干渉領域の少なくとも２波長以上のテラヘルツ波のそれぞれに対しての温度及びガス成分の濃度を算出し、これらの温度から前記干渉領域の温度を算出する。また、この干渉波の強度は、干渉波の振幅と密接な関係を持っているので、干渉波の振幅を検出又は算出できる場合はこの振幅を強度の代用としてもよい。
【００３３】
この構成では、上記と同様蛍光体とレーザー光を使用しないので、装置が簡略化され、低コスト化することができ、また、通常のエンジンの気筒の内部空間等でも使用できるようになり、本発明の温度及び濃度計測装置を採用できる内部空間は限定されなくなる。その上、蛍光体の失活現象により温度の推定が難しくなることもない。
【００３４】
あるいは、上記の立体装置の温度及び濃度計測装置において、電磁波発生源と、該電磁波発生源から発信されて前記干渉領域を通過した電磁波を受信する電磁波受信センサとを備えて、前記電磁波発生源を前記送信ユニットと前記受信ユニットとは異なる位置に配置すると共に、前記電磁波発生源と前記干渉領域と前記電磁波受信センサが直線上に並ぶように、前記電磁波発生源と前記電磁波受信センサを移動可能に構成し、さらに、前記温度及び濃度算出手段が、前記電磁波受信センサで干渉波により相互作用を受けた電磁波を受信し、この受信した電磁波の強度に基づいて、前記干渉領域の少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波のそれぞれに対しての温度、及び、前記干渉領域のガス成分の濃度を算出し、これらの温度から前記干渉領域の温度を算出する第３温度及び濃度算出手段であるように構成される。
【００３５】
この構成によれば、干渉領域における温度とガス成分の濃度の変化を、この干渉領域を通過した電磁波における、電場の変化、または、磁場の変化、即ち、検出された電磁波の周波数スペクトラムや周波数別の強度の変化として捉えて、温度及びガス成分の濃度を局所計測することができるようになる。
【００３６】
なお、この干渉領域の温度及びガス成分の濃度に起因する電磁波の強度の変化量と、干渉領域の温度及びガス成分の濃度との関係は、それぞれ予め実験等により求めておき、較正データを作成しておく。この較正データに基づいて、温度及び濃度計測時において、電磁波受信センサで検出した電磁波の強度から、干渉領域の温度及びガス成分の濃度を算出する。なお、この電磁波の強度は、電磁波の振幅と密接な関係を持っているので、電磁波の振幅を検出又は算出できる場合はこの振幅を強度の代用としてもよい。
【００３７】
この構成では、上記と同様蛍光体とレーザー光を使用しないので、装置が簡略化され、低コスト化することができ、また、通常のエンジンの気筒の内部空間等でも使用できるようになり、本発明の温度及び濃度計測装置を採用できる内部空間は限定されなくなる。その上、蛍光体の失活現象により温度の推定が難しくなることもない。
【００３８】
また、上記の立体装置の温度計測装置において、前記受信ユニットが、前記複数の送信アンテナのテラヘルツ波の各送信方向に配置され、前記送信アンテナが送信したテラヘルツ波を受信する副受信センサを備えると共に、前記制御装置が、前記副受信センサで検出したテラヘルツ波の強度に基づいて、前記送信アンテナの送信方向を補正する送信方向補正手段を備えて構成されると、干渉領域の位置をより精度よく設定できるようになる。
【００３９】
また、上記の立体装置の温度計測装置において、前記温度及び濃度算出手段が、予め設定された少なくとも２つ以上の波長の温度測定用周波数、及び予め設定された濃度測定用周波数におけるそれぞれのテラヘルツ波の強度に基づいて、前記干渉領域の温度及びガス成分の濃度を算出するように構成されると、次のような効果がある。
【００４０】
一般に、テラヘルツ波の強度の変化と温度及びガス成分の濃度の関係は、周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内で一様ではなく、テラヘルツ波の強度の変化と温度及びガス成分の濃度の関係がそれぞれ顕著に表れる特定の周波数があるので、０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内の周波数帯域におけるスペクトラムの比較で温度を算出する場合よりも、このそれぞれの特定の周波数のテラヘルツ波の強度に関して行う方が、温度及びガス成分の濃度の計測精度が高くなる。
【００４１】
また、少なくとも２つ以上の波長の温度測定用周波数を用いることにより、それぞれの温度測定用周波数における測定温度の誤差範囲（推定範囲）が異なるので、両方が重なりあった温度範囲を採用することにより、測定温度をより絞り込むことができるようになる。
【００４２】
また、この構成により、周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にあるテラヘルツ波の全ての周波数で、テラヘルツ波の強度と温度及び濃度の関係の較正データを作成する必要がなくなり、テラヘルツ波の強度と温度及び濃度の関係が顕著に表れる特定の周波数のみに関して、それぞれの較正データを作成しておけばよいので、また、温度及びガス成分の濃度の算出も、このそれぞれの特定の周波数のテラヘルツ波の強度に関して行えばよいので、温度及びガス成分の濃度の算出の演算量を減少できる。この特定の周波数に対応する２つ以上の波長のテラヘルツ波を採用する。
【００４３】
また、上記の立体装置の温度及び濃度計測装置において、前記送信ユニットにおいては前記送信アンテナの位置を変更可能、かつ、前記送信アンテナの送信方向を変更可能に設けると共に、前記受信ユニットにおいては前記副受信センサの位置を移動可能に設けて構成すると、送信アンテナの送信方向の変更により、立体装置の内部における干渉領域の位置を容易に変更できるようになる。また、受信ユニットにおいて、副受信センサを送信アンテナからのテラヘルツ波を十分に受信できる位置に移動することにより、干渉領域の位置を精度よく設定及び把握することができるようになる。
【００４４】
また、上記の立体装置の温度及び濃度計測装置で、前記送信ユニットにおいて、前記送信アンテナを面状に配置すると共に、前記受信ユニットにおいて、前記受信センサと前記副受信センサを面状に配置して構成すると、送信アンテナを直線上に配置すると共に受信センサと副受信センサを直線状に配置した構成よりも、より広い干渉領域を設けることができ、より広い範囲における温度計測が可能となる。
【００４５】
上記の目的を達成するための本発明の燃焼機関の温度及び濃度計測装置は、上記の立体装置の温度及び濃度計測装置を用いて、燃焼機関の気筒内の温度及びガス成分の濃度を計測するように構成され、上記の温度及び濃度計測装置と同様の作用効果を奏することができる。
【００４６】
上記の目的を達成するための本発明の燃焼機関は、上記の燃焼機関の温度及び濃度計測装置を備えて構成され、上記の温度及び濃度計測装置、及び、上記の燃焼機関の温度及び濃度計測装置と同様の作用効果を奏することができる。
【００４７】
上記の目的を達成するための本発明の立体装置の温度及び濃度計測方法は、ガス成分を内包した立体装置の内部空間の温度を計測する立体装置の温度及び濃度計測方法において、複数の送信アンテナから前記立体装置の前記内部空間に向けて周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波を同時に送信して、テラヘルツ波同士が干渉する干渉領域を発生させて、前記干渉領域から伝搬してくる物理量又は前記干渉領域における物理量から前記干渉領域の温度及びガス成分の濃度を算出することを特徴とする方法である。
【００４８】
そして、上記の立体装置の温度及び濃度計測方法において、前記干渉領域からのテラヘルツ波を受信して、この受信したテラヘルツ波の強度に基づいて、前記干渉領域の少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波のそれぞれに対しての温度、及び、前記干渉領域のガス成分の濃度を算出し、これらの温度から前記干渉領域の温度を算出する。
【００４９】
あるいは、上記の立体装置の温度及び濃度計測方法において、前記干渉領域の干渉波を検知して、前記干渉波の強度に基づいて、前記干渉領域の少なくとも２波長以上のテラヘルツ波のそれぞれに対しての温度、及び、前記干渉領域のガス成分の濃度を算出し、これらの温度から前記干渉領域の温度を算出する。
【００５０】
あるいは、上記の立体装置の温度及び濃度計測方法において、前記干渉領域を通過する電磁波を発生させて、前記干渉領域を通過した電磁波の強度に基づいて、前記干渉領域の少なくとも２波長以上のテラヘルツ波のそれぞれに対しての温度、及び、前記干渉領域のガス成分の濃度を算出し、これらの温度から前記干渉領域の温度を算出する。
【００５１】
これらの方法によれば、それぞれが対応する上記の温度及び濃度計測装置と同様の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明の立体装置の温度及び濃度計測装置、燃焼機関の温度及び濃度計測装置、燃焼機関及び立体装置の温度及び濃度計測方法によれば、電波の透過性と光の直進性を有する、電波と光の中間の波長を持つ、周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲の少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波を活用することにより、燃焼ガスを内包したエンジンの気筒の内部空間のように、ガス成分を内包した立体装置の内部空間の局所的な領域の温度及びガス成分の濃度を、従来技術よりも低コストかつ高精度で計測でき、その結果、立体装置の内部空間の温度分布及びガス成分の濃度を低コストかつ高精度で計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の立体装置の温度及び濃度計測装置、燃焼機関の温度及び濃度計測装置、及び、燃焼機関における、温度及び濃度計測装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１の立体装置の温度及び濃度計測装置の構成を模式的に示す図である。
【図３】立体装置の温度及び濃度計測装置の制御装置の構成を示す図である。
【図４】受信センサで受信したテラヘルツ波の強度と温度との関係をテラヘルツ波の波長別に示す較正データの例を示す図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態の立体装置の温度及び濃度計測装置、燃焼機関の温度及び濃度計測装置、及び、燃焼機関における、温度及び濃度計測装置の構成を模式的に示す図である。
【図６】図５の側面図である。
【図７】本発明に係る第３の実施の形態の立体装置の温度及び濃度計測装置、燃焼機関の温度及び濃度計測装置、及び、燃焼機関における、温度及び濃度計測装置の構成を模式的に示す図である。
【図８】送信アンテナの位置の変化と干渉領域の位置との関係を模式的に示す図である。
【図９】送信アンテナの位置の変化と干渉領域の位置との関係を模式的に示す別の図である。
【図１０】送信アンテナの送信方向の変化と干渉領域の位置との関係を模式的に示す図である。
【図１１】送信アンテナと受信センサを共に回転可能に構成した場合の構成を模式的に示す図である。
【図１２】送信ユニットにおける、送信アンテナの移動機構の構成を模式的に示す図である。
【図１３】受信ユニットにおける、受信センサと受信センサの移動機構の構成を模式的に示す図である。
【図１４】送信ユニットにおける、送信アンテナの十字形の配置を示す図である。
【図１５】受信ユニットにおける、受信センサと副受信センサの十字形の配置を示す図である。
【図１６】送信ユニットと受信ユニットにおけるチップ状のアンテナ、受信センサの配置の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
以下、本発明に係る実施の形態の立体装置の温度及び濃度計測装置、燃焼機関の温度及び濃度計測装置、燃焼機関及び立体装置の温度及び濃度計測方法について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、燃焼機関の例として内燃機関を、立体装置の例として、内燃機関の気筒（シリンダ）を採用して説明しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、ガスタービン等を燃焼機関とし、その燃焼室を立体装置としてもよく、また、立体装置も燃焼機関に含まれるものでなくてもよい。
【００５５】
図１に示すように、本発明に係る第１の実施の形態の立体装置の温度及び濃度計測装置１Ａは、エンジン(内燃機関：燃焼機関)１０の気筒内の温度分布及びガス成分Ｇの濃度を測定する燃焼機関の温度及び濃度計測装置として説明する。つまり、この実施の形態の立体装置の温度及び濃度計測装置１Ａは、本発明の実施の形態の燃焼機関の温度及び濃度計測装置でもあり、このエンジン１０は、本発明の実施の形態の燃焼機関でもある。
【００５６】
そして、この立体装置の温度及び濃度計測装置(以下、温度及び濃度計測装置という)１は、エンジン１０のガス成分Ｇを内包した気筒（立体装置）１０ａの内部空間の温度を計測する温度及び濃度計測装置であり、この温度及び濃度計測装置１Ａにおいて、図１、図２に示すように、送信ユニット２０と、受信ユニット２２を気筒１０ａを間に挟んで、互いに対向させて気筒１０ａの壁面に設けて構成する。
【００５７】
この送信ユニット２０では、複数（図２では、２つの波長のテラヘルツ波に対してそれぞれ２個）の送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂから気筒１０ａの内部空間に向けて周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある２つの波長のテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２を送信する。つまり、一方の波長に対応する複数（図２では２個）の送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂにより、一方の波長のテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２を送信すると同時に、他方の波長に対応する複数（図２では２個）の送信アンテナ２１ｂａ、２１ｂｂから他方の波長のテラヘルツ波ＴＷｂ１、ＴＷｂ２を送信する。
【００５８】
そして、気筒１０ａの内部空間にこの複数の送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂから送信された、同じ波長のテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２同士と、このテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２の波長とは異なる波長を持つ、同じ波長同士のテラヘルツ波ＴＷｂ１、ＴＷｂ２同士を干渉させて干渉領域ＩＴを発生させる。この両方の波長のテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２は、同じ場所でそれぞれの波長で同時に干渉し合うように、同時刻に同じ場所で交叉するように送信する。
【００５９】
この送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂの数は、干渉領域ＩＴ、及び、干渉後のテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂを発生させることができればよいので、それぞれの波長に対して、それぞれ２個以上あればよい。この送信アンテナの数が多いとこの送信アンテナ群から２個以上の送信アンテナを選択的に使用することで、干渉領域ＩＴの位置を変更したり、干渉後のテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂの強度を高めて、温度及び濃度計測の精度を高めたりすることができるようになる。
【００６０】
なお、図２では、２つの波長を１対の送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂと１対の送信アンテナ２１ｂａ、２１ｂｂで別々に送信する構成としたが、２つの波長を同じ送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂで送信する構成としてもよい、この場合には、送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂの数（例えば２波長×２個＝４個）は、干渉を発生させるための個数（例えば２個）に減少させることができる。
【００６１】
また、図２の構成では、受信センサ２３の設置個数は１個であるが、複数個（２個以上）設置してもよい。受信センサ２３の個数を増やして、テラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂの強度ＢＩａ、ＢＩｂの測定数を増やすことで温度及びガス成分Ｇの濃度の測定精度を高めることができるが、その分、受信ユニット２２が大型化することになる。
【００６２】
なお、受信センサ２３の設置個数は１個とする場合には、この受信ユニット２２を送信ユニット２０に対向させて配置する際に、受信ユニット２２を送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂからの複数のテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２の進行方向の中心となる方向に配置する。これにより、テラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２の干渉領域ＩＴでレイリー散乱が発生する場合は、干渉領域ＩＴの前方に配置した受信センサ２３のみで、干渉領域ＩＴの散乱光を検出することが可能になるので、このような場合には、受信センサ２３を送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂからの複数のテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２の進行方向の中心となる方向に配置して、一つの受信センサ２３で受信できるような配置が好ましい。なお、この「前方」とは、送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂから送信されるテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２の進行方向の先側、言い換えれば、送信方向の先側のことをいう。
【００６３】
また、この図２の構成では、送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂと同じ数の副受信センサ２４ａａ、２４ａｂ、２４ｂａ、２４ｂｂを備えているが、この副受信センサ２４ａａ、２４ａｂ、２４ｂａ、２４ｂｂは、複数の送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂのテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴａＷ２、ＴＷｂ１、ＴｂＷ２の各送信方向に配置され、送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂが送信したテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴａＷ２、ＴＷｂ１、ＴｂＷ２を受信し、送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂからのテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２をそれぞれ十分に受信できる位置に副受信センサ２４ａａ、２４ａｂ、２４ｂａ、２４ｂｂを移動することにより、干渉領域ＩＴの位置を精度よく設定し、また、この位置を温度ＴＩ及びガス成分Ｇの濃度ＤＩの計測位置として把握する。
【００６４】
また、この温度及び濃度計測装置１Ａを制御する制御装置４０が設けられ、図３に示すように、この制御装置４０Ａは、温度及び濃度算出手段４１である第１温度及び濃度算出手段４１Ａと、送信方向補正手段４２と、第１温度補正手段４３を備えて構成される。この第１温度及び濃度算出手段４１Ａは、受信センサ２３で検出したテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂの強度に基づいて、干渉領域ＩＴの少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波のそれぞれに対しての温度ＴＩ１、及び、干渉領域ＩＴのガス成分Ｇの濃度ＤＩを算出し、これらの温度ＴＩａ、ＴＩｂから干渉領域ＩＴの温度ＴＩを算出する手段である。
【００６５】
送信方向補正手段４２は、副受信センサ２４ａａ、２４ａｂ、２４ｂａ、２４ｂｂで検出したテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２の強度に基づいて、送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂの送信方向を補正する手段である。送信方向補正手段４２により、副受信センサ２４ａａ、２４ａｂ、２４ｂａ、２４ｂｂの位置とセンサの方向と、これらの副受信センサ２４ａａ、２４ａｂ、２４ｂａ、２４ｂｂで検出したテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２の強度に基づいて、送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂの送信方向を補正することにより、干渉領域の位置をより正確に設定することができる。
【００６６】
また、第１温度補正手段４３は、第１温度及び濃度算出手段４１Ａで算出された温度ＴＩａ、ＴＩｂを、ガス成分Ｇの濃度ＤＩに基づいて補正する手段である。
【００６７】
第１温度補正手段４３の代わりに、受信センサ２３で検出したテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂの強度に基づいて、第１温度及び濃度算出手段４１Ａで算出された温度ＴＩａ、ＴＩｂを補正する第２温度補正手段４４を備えて構成してもよい。この第２温度補正手段４４では、ガス成分Ｇの濃度ＤＩを算出せずに、直接、テラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂの強度の減少量で、第１温度及び濃度算出手段４１Ａで算出された温度ＴＩａ、ＴＩｂを補正する。この方法でも、第１温度補正手段４３で補正するのと同様の効果を得ることができる。
【００６８】
このテラヘルツ波ＳＷの強度ＢＩの変化と温度ＴＩの関係が顕著に表れる周波数と、テラヘルツ波ＳＷの強度ＢＩの変化とガス成分Ｇの濃度ＤＩの関係が顕著に表れる周波数は異なる場合があるので、この周波数の使い分けにより、温度ＴＩとガス成分Ｇの濃度ＤＩを算出することができる。また、ガス成分Ｇの濃度ＤＩを検出することにより、受信センサ２３で検出されたテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂの強度ＢＩａ、ＢＩｂから算出される温度ＴＩａ、ＴＩｂに対して、ガス成分Ｇの濃度ＤＩの変化を考慮した温度補正をすることが可能となり、温度ＴＩａ、ＴＩｂの計測精度をより高めることができる。
【００６９】
なお、この干渉領域ＩＴの温度ＴＩに起因するテラヘルツ波ＳＷの強度ＢＩの変化量と、干渉領域ＩＴの温度ＴＩとの関係は、それぞれ予め実験等により求めておき、較正データを作成しておく。この較正データに基づいて、温度及び濃度計測時において、受信センサ２３で検出したテラヘルツ波ＳＷの強度ＢＩから、干渉領域ＩＴの温度ＴＩを算出する。同様に、テラヘルツ波ＳＷの強度の変化量とガス成分Ｇの濃度ＤＩとの関係もそれぞれ予め実験等により求めておき、較正データを作成しておく。この較正データに基づいて、温度及び濃度計測時において、受信センサ２３で検出したテラヘルツ波ＳＷの強度ＢＩから、干渉領域ＩＴのガス成分Ｇの濃度ＤＩ又は補正量を算出する。
【００７０】
この温度及び濃度計測装置１Ａを用いた、本発明の第１の実施の形態の立体装置の温度及び濃度計測方法は、ガス成分Ｇを内包した気筒１０ａの内部空間の温度ＴＩ及びガス成分Ｇの濃度ＤＩを計測する温度及び濃度計測方法であり、この温度及び濃度計測方法では、複数の送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂから気筒１０ａの内部空間に向けて周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２を同時に送信して、テラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２同士が干渉する干渉領域ＩＴを発生させて、この干渉領域ＩＴからの干渉後のテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂを受信センサ２３で受信して、この受信したテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂの強度ＢＩａ、ＢＩｂに基づいて、干渉領域ＩＴの温度ＴＩ及びガス成分Ｇの濃度ＤＩを算出する方法である。
【００７１】
一般に、テラヘルツ波の強度の変化と温度及びガス成分の濃度の関係は、周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内で一様ではなく、テラヘルツ波の強度の変化と温度及びガス成分の濃度の関係がそれぞれ顕著に表れる特定の周波数があるので、０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内の周波数帯域におけるスペクトラムの比較で温度及びガス成分の濃度を算出する場合よりも、このそれぞれの特定の周波数のテラヘルツ波の強度ＢＩに関して行う方が、温度ＴＩ及びガス成分Ｇの濃度ＤＩの計測精度が高くなる。
【００７２】
そこで、この特定の周波数を温度測定用周波数として予め設定しておき、この温度測定用周波数におけるテラヘルツ波の強度ＢＩに対して、基準となる温度Ｔ０でテラヘルツ波ＳＷの強度Ｂ０に対して、各温度ＴＩにおける干渉後のテラヘルツ波ＳＷの強度ＢＩとの関係を求めて、較正データを作成しておく。
【００７３】
この較正データは、強度比（ＢＩ／Ｂ０）の対数をとると、図４に示すように、テラヘルツ波Ａ（ＴＷａ）、Ｂ（ＴＷｂ）、Ｃ（ＴＷｃ）別に示すように、この強度比（ＢＩａ／Ｂ０ａ）（ＢＩｂ／Ｂ０ｂ）（ＢＩｃ／Ｂ０ｃ）の対数と温度ＴＩａ、ＴＩｂ、ＴＩｃは略直線関係になる。この強度ＢＩと温度ＴＩの相関関係は、予め実験等により制御マップまたは制御式の形で、制御装置４０に記憶させておく。また、ガス成分Ｇの濃度ＤＩに関しても同様である。
【００７４】
そして、実際の測定においては、温度測定用周波数における干渉後のテラヘルツ波ＳＷの強度ＢＩを検出して、図４に示すような較正データを基に温度ＴＩを算出する。これにより、周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にあるテラヘルツ波の全ての周波数で、テラヘルツ波ＴＷの強度ＢＩと温度ＴＩの関係の較正データを作成する必要がなくなり、テラヘルツ波ＴＷの強度ＢＩと温度ＴＩの関係が顕著に表れる特定の周波数のみに関して、較正データを作成しておけばよく、また、温度ＴＩの算出も、この特定の周波数のテラヘルツ波ＴＷの強度ＢＩに関して行えばよいので、温度ＴＩの算出の演算量を著しく減少できる。また、ガス成分Ｇの濃度ＤＩに関しても同様である。
【００７５】
そして、本発明においては、少なくとも２つ以上の波長Ａ、Ｂの温度測定用周波数を用いることにより、それぞれの温度測定用周波数における測定温度ＴＩａ、ＴＩｂの誤差範囲（推定範囲）ＲＴＩａ、ＲＴＩｂが異なるので、両方の誤差範囲ＲＴＩａ、ＲＴＩｂが重なりあった温度範囲ＲＴＩを採用することにより、測定温度ＴＩをより絞り込むことができるようになる。また、測定温度としては、測定温度ＴＩａと測定温度ＴＩｂの平均温度、又は重み付き平均温度を測定温度ＴＩとする。なお、この重み付き平均の重み係数としては、構成データにおける「温度」と「強度比の対数」との間の相関係数を基に決めることができる。つまり、相関係数が１に近く、温度ＴＩの誤差範囲ＲＴＩの幅が狭い方の重み係数を大きくする。
【００７６】
一方、３つ以上の例えば、波長Ａ、Ｂ、Ｃで測定した場合に、３つの誤差範囲ＲＴＩａ、ＲＴＩｂ、ＲＴＩｃが重なりあう場合は、その３つが重なり合った温度範囲ＲＴＩを採用し、測定温度としては、測定温度ＴＩａと測定温度ＴＩｂと測定温度ＴＩｃの平均温度、又は重み付き平均温度を測定温度ＴＩとすればよいが、３つの誤差範囲ＲＴＩａ、ＲＴＩｂ、ＲＴＩｃの全部が重なりあう部位分がなく、例えば、図４の誤差範囲ＲＴＩｃのように他の誤差範囲ＲＴＩａ、ＲＴＩｂから外れる場合は、この誤差範囲ＲＴＩｃを外し、また、測定温度としての平均温度、又は重み付き平均温度の計算からも外すことが好ましい。
【００７７】
なお、送信ユニット２０と受信ユニット２２には、０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内の周波数の全域、即ち、この範囲の周波数帯域を一回の一連の送信で行うことができ、また、受信センサ２３で受信したテラヘルツ波ＴＷの強度ＢＩを一度に検出できるものがあるが、この場合は、この一度に検出できた周波数毎の強度の中から少なくとも２つ以上の波長の温度測定用周波数の強度ＢＩａ、ＢＩｂを抽出して用いればよい。
【００７８】
そして、この受信センサ２３で受信する干渉後のテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂは、干渉領域ＩＴの温度特性を反映して受信センサ２３に入射すると考えられるので、この強度ＢＩａ、ＢＩｂから算出された温度ＴＩａ、ＴＩｂは干渉領域ＩＴの温度ＴＩに相当するものと考えることができる。
【００７９】
また、この送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂから送信するテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２は、干渉領域ＩＴが発生するように、互いの位相差を干渉領域ＩＴで同位相になって干渉後のテラヘルツ波の強度ＢＩａ、ＢＩｂが大きくなるよう位相を制御することで、送信ユニット２０の送信エネルギーを小さくでき、これにより送信ユニット２０の容量を小さくでき小型化できる。
【００８０】
上記の構成の立体装置の温度及び濃度測定装置１Ａ及び立体装置の温度及び濃度測定方法によれば、気筒１０ａ内の温度分布を算出するために、少なくとも２つ以上（ｉ）の波長のテラヘルツ波ＴＷｉに対して、複数（ｊ）方向からテラヘルツ波ＴＷｉｊを送信して、これらの複数のテラヘルツ波ＴＷｉｊが干渉する干渉領域ＩＴを温度計測の対象領域として、この干渉領域ＩＴからのテラヘルツ波ＳＷｉを受信して、この受信したテラヘルツ波ＳＷｉの強度ＢＩｉを検出して温度ＴＩｉを算出して、これらの温度ＴＩｉから温度ＴＩを算出することにより、干渉領域ＩＴ、つまり、気筒１０ａ内の局所的な領域における温度ＴＩ及びガス成分Ｇの濃度ＤＩを計測することができる。
【００８１】
また、この立体装置の温度及び濃度測定方法によれば、気筒１０ａ内に蛍光体を混入しないので、通常のエンジン１０で使用できるようになり、本発明の温度及び濃度計測装置１Ａを採用できるエンジン１０は限定されなくなる。その上、蛍光体の失活現象により温度の推定が難しくなることもない。また、精度良く位置を特定することが難しい発光強度を検出した蛍光体の存在位置ではなく、位置を制御できる干渉領域ＩＴの位置の温度ＴＩ及びガス成分Ｇの濃度ＤＩを計測できるので、計測位置が正確となる。
【００８２】
更に、従来技術のレーザー誘起蛍光法のように、蛍光体とレーザー光を使用しないので、レーザー光学系の設備が不要になる上に、気筒１０ａ内の各領域の温度を計測するための多数の部品を配置する必要がなくなるので、装置が簡略化され、低コスト化することができる。
【００８３】
従って、電波の透過性と光の直進性を有する、電波と光の中間の波長を持つ、周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲の少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波を活用することにより、燃焼ガスを内包したエンジン１０の気筒１０ａの内部の局所的な領域の温度ＴＩ及びガス成分Ｇの濃度ＤＩを、従来技術よりも低コストかつ高精度で計測でき、その結果、気筒１０ａの内部の温度分布及び濃度を低コストかつ高精度で計測することができる。
【００８４】
さらに、副受信センサ２４ａａ、２４ａｂ、２４ｂａ、２４ｂｂにより、テラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２による干渉領域ＩＴの位置を正確に設定及び把握することができるので、気筒１０ａの内部空間の局所的な領域の温度ＴＩ及びガス成分Ｇの濃度ＤＩを高精度で計測することができ、その結果、気筒１０ａの内部空間の温度分布及び濃度を高精度で算出することができる。
【００８５】
次に、本発明に係る第２の実施の形態の立体装置の温度及び濃度計測装置について説明する。図６及び図７に示すように、この第２の実施の形態の立体装置の温度及び濃度計測装置１Ｂは、第１の実施の形態の立体装置の温度及び濃度計測装置１Ａでは、受信センサ２３で検出した干渉領域ＩＴからのテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂの強度に基づいて、第１温度及び濃度算出手段４１Ａで温度ＴＩを算出するのに対して、テラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２同士、テラヘルツ波ＴＷｂ１、ＴＷｂ２同士が干渉した干渉波ＳＷａ、ＳＷｂを検出する検知プローブ５１を移動機構５２で内部空間を移動可能に構成して備え、この検知プローブ５１で検知した干渉波ＳＷａ、ＳＷｂの強度に基づいて、第２温度及び濃度算出手段４１Ｂで干渉領域ＩＴの少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂのそれぞれに対しての温度ＴＩａ、ＴＩｂ、及び、干渉領域ＩＴのガス成分の濃度ＤＩを算出し、これらの温度ＴＩａ、ＴＩｂから干渉領域ＩＴの温度ＴＩを算出する。
【００８６】
つまり、受信センサ２３の代わりに、テラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２同士、テラヘルツ波ＴＷｂ１、ＴＷｂ２が干渉した干渉波ＳＷａ、ＳＷｂを検出する検知プローブ５１を備えて、この検知プローブ５１を内部空間を移動する移動機構５２に載置して、内部空間の全域を移動できるように構成する。これにより、計測時には、副受信センサ２４ａａ、２４ａｂ、２４ｂａ、２４ｂｂで干渉領域ＩＴの位置を設定及び把握して、この干渉領域ＩＴに検知プローブ５１を移動させて、干渉波ＳＷａ、ＳＷｂを検出する。
【００８７】
また、この立体装置の温度及び濃度計測装置１Ｂを制御する制御装置４０Ｂが、検知プローブ６１で検知した干渉波ＳＷａ、ＳＷｂの強度に基づいて、干渉領域ＩＴの少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂのそれぞれに対しての温度ＴＩａ、ＴＩｂ、及び、干渉領域ＴＩのガス成分の濃度を算出し、これらの温度ＴＩａ、ＴＩｂから干渉領域ＩＴの温度ＴＩを算出する温度ＴＩを算出する温度及び濃度算出手段４１である第２温度及び濃度算出手段４１Ｂを備えて構成される。つまり、図３で、第１温度算出手段４１Ａの代わりに第２温度及び濃度算出手段４１Ｂを用いる。
【００８８】
これにより、干渉領域ＩＴにおける温度ＴＩとガス成分Ｇの濃度ＤＩの変化を、干渉波ＳＷの強度の変化、即ち、干渉波ＳＷの周波数スペクトラムや周波数別の強度の変化として捉えて、温度ＴＩ及びガス成分Ｇの濃度ＤＩの局所計測をする。
【００８９】
つまり、この第２の実施の形態の立体装置の温度及び濃度計測方法は、複数の送信アンテナ２１ａ、２１ｂから立体装置の内部空間に向けて周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある少なくとも２波長以上のテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２を送信して、同じ波長のテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２同士と、同じ波長のテラヘルツ波ＴＷｂ１、ＴＷｂ２同士とがそれぞれ干渉する干渉領域ＩＴを発生させると共に、この干渉領域ＩＴの干渉波ＳＷａ、ＳＷｂを検知して、この干渉波ＳＷａ、ＳＷｂの強度に基づいて、干渉領域ＩＴの少なくとも２波長以上のテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂのそれぞれに対しての温度ＴＩａ、ＴＩｂ、及び、干渉領域ＩＴのガス成分Ｇの濃度ＤＩを算出し、これらの温度ＴＩａ、ＴＩｂから干渉領域ＩＴの温度ＴＩを算出する方法である。
【００９０】
次に、本発明に係る第３の実施の形態の立体装置の温度及び濃度計測装置について説明する。図７に示すように、この第３の実施の形態の立体装置の温度及び濃度計測装置１Ｃは、第１の実施の形態の立体装置の温度計測装置１Ａでは、受信センサ２３で検出した干渉領域ＩＴからのテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂの強度に基づいて、第１温度及び濃度算出手段４１Ａで温度ＴＩを算出するのに対して、電磁波発生源６１から電磁波ＥＷを発信し、テラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２同士、テラヘルツ波ＴＷｂ１、ＴＷｂ２同士が干渉した干渉領域ＩＴを通過して干渉領域ＩＴの干渉波ＳＷａ、ＳＷｂにより相互作用を受けた電磁波ＥＷを電磁波受信センサ６２で受信して、温度及び濃度算出手段４１である第３温度及び濃度算出手段４１Ｃでこの受信した電磁波ＥＷからテラヘルツ波の干渉波ＳＷａ、ＳＷｂの強度ＢＩａ、ＢＩｂを算出し、これらの強度ＢＩａ、ＢＩｂから干渉領域ＩＴの少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂのそれぞれに対しての温度ＴＩａ、ＴＩｂ、及び、干渉領域ＩＴのガス成分の濃度ＤＩを算出し、これらの温度ＴＩａ、ＴＩｂから干渉領域ＩＴの温度ＴＩを算出する。
【００９１】
つまり、受信センサ２３の代わりに、電磁波発生源６１と、この電磁波発生源６１から発信されて干渉領域ＩＴを通過した電磁波ＥＷを受信する電磁波受信センサ６２とを備えて構成し、この電磁波発生源６１は、送信ユニット２０と受信ユニット２２とは異なる位置に配置される。さらに、電磁波発生源６１と電磁波受信センサ６２をそれぞれレール６３、６４の上を移動できるように、さらには、電磁波受信センサ６２の受信方向、即ち、センサの向きを変更することができるように構成する。
【００９２】
これにより、計測時には、副受信センサ２４ａａ、２４ａｂ、２４ｂａ、２４ｂｂで干渉領域ＩＴの位置を設定及び把握して、電磁波発生源６１と電磁波受信センサ６２をレール６３、６４の上を移動させて、干渉領域ＩＴと直線上に並べる。そして、電磁波発生源６１と電磁波受信センサ６２の位置と方向を確定させる。
【００９３】
また、この立体装置の温度計測装置１Ｃを制御する制御装置４０Ｃが、電磁波受信センサ６２で干渉波ＳＷａ、ＳＷｂにより相互作用を受けた電磁波ＥＷを受信し、この受信した電磁波ＥＷからテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２の干渉波ＳＷａ、ＳＷｂの強度ＢＩａ、ＢＩｂを算出し、この強度ＢＩａ、ＢＩｂから干渉領域ＩＴの少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂのそれぞれに対しての温度ＴＩａ、ＴＩｂ、及び、干渉領域ＩＴのガス成分の濃度ＤＩを算出し、これらの温度ＴＩａ、ＴＩｂから干渉領域ＩＴの温度ＴＩを算出する第３温度及び濃度算出手段４１Ｃを備えて構成される。つまり、図３で、制御装置４０Ｂでは、第１温度及び濃度算出手段４１Ａの代わりに第３温度及び濃度算出手段４１Ｃを備えて構成する。
【００９４】
これにより、干渉領域ＩＴにおける温度ＴＩとガス成分Ｇの濃度ＤＩの変化を、電場の変化、または、磁場の変化、即ち、電磁波の周波数スペクトラムや周波数別の強度の変化として捉えて、温度ＴＩ及びガス成分Ｇの濃度ＤＩの局所計測をする。そして、この温度ＴＩに対してガス成分Ｇの濃度ＤＩを考慮した温度補正を行う。
【００９５】
つまり、この第３の実施の形態の立体装置の温度及び濃度計測方法は、複数の送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂから立体装置の内部空間に向けて周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にあるテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２を送信して、テラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２同士とテラヘルツ波ＴＷｂ１、ＴＷｂ２同士がそれぞれ干渉する干渉領域ＩＴを発生させると共に、この干渉領域ＩＴを通過する電磁波ＥＷを発生させて、この干渉領域ＩＴを通過した電磁波ＥＷの強度に基づいて、干渉領域ＩＴの少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波ＳＷａ、ＳＷｂのそれぞれに対しての温度ＴＩａ、ＴＩｂ、及び、干渉領域ＩＴのガス成分の濃度ＤＩを算出し、これらの温度ＴＩａ、ＴＩｂから干渉領域ＩＴの温度ＴＩを算出する方法である。
【００９６】
次に、干渉領域ＩＴの位置を変更する機構及び方法について、第１の実施の形態の立体装置の温度及び濃度計測装置１Ａを例にして説明する。また、ここでは、図２に示すような、４個の送信アンテナ２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂａ、２１ｂｂと副受信アンテナ２４ａａ、２４ａｂ、２４ｂａ、２４ｂｂで説明すると、図及び説明が複雑化するので、２個の送信アンテナ２１ａ、２１ｂと、２個の副受信センサ２４ａ、２４ｂに置き替えて説明する。
【００９７】
この機構としては、送信ユニット２０において、送信アンテナ２１ａ、２１ｂの位置を変更可能に、また、送信方向を変更可能に設ける。副受信センサ２４ａ、２４ｂの位置を移動可能に設けて構成する。
【００９８】
そして、図８及び図９に示すように、送信ユニット２０側では、送信アンテナ２１ａ、２１ｂを、送信ユニット２０及び受信ユニット２２の中心軸ＣＡに対して距離Ｌ１、Ｌ２が等しくなるように線上Ｌを反対側に移動させて、送信アンテナ２１ａ、２１ｂの幅（Ｌ１＋Ｌ２）を狭い状態から、広い状態に変更することで、中心軸ＣＡ上において、干渉領域ＩＴの位置を任意に移動させることができる。
【００９９】
つまり、受信側の副受信センサ２４ａ、２４ｂの間隔を狭め、送信側の送信アンテナ２１ａ、２１ｂの間隔を広げると、受信側に近い領域の情報が取得でき、逆に、受信側の副受信センサ２４ａ、２４ｂの間隔を広め、送信側の送信アンテナ２１ａ、２１ｂの間隔を狭めると、送信側に近い領域の情報が取得できる。
【０１００】
従って、送信ユニット２０側の送信アンテナ２１ａ、２１ｂと、受信ユニット２２側の副受信センサ２４ａ、２４ｂを、中心軸ＣＡに対して対称に移動させることで送信側の中心と受信側の中心を結ぶ中心軸ＣＡの全ての位置の温度ＴＩの状態とガス成分Ｇの濃度ＤＩを検出することが可能となる。
【０１０１】
また、図１０に示すように、送信アンテナ２１ａ、２１ｂの送信方向を変更することにより、中心軸ＣＡから外れた位置に干渉領域ＩＴを移動できる。これにより、気筒１０ａの内部における干渉領域ＩＴの位置を容易に変更できる。つまり、送信側の送信アンテナ２１ａ、２１ｂの位置を固定し、受信側の副受信センサ２４ａ、２４ｂを中心軸ＣＡに対して非対称に移動させることで、送信側中心と受信側中心を結ぶ中心軸ＣＡから外れた位置での温度ＴＩの検出も可能となる。
【０１０２】
また、図１１に示すように、送信ユニット２０において、同じ波長のテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２を送信する複数の送信アンテナ２１ａ、２１ｂを第１モータ（回転機械）２０ａの第１回転軸２０ｂから離れた位置に配置して、送信ユニット２０を第１回転軸２０ｂ回りに回転可能に構成すると共に、受信ユニット２２において、受信センサ２３と副受信センサ２４ａ、２４ｂを第２モータ（回転機械）２２ａの第２回転軸２２ｂから離れた位置に配置して受信ユニット２２を第２回転軸２２ｂ回りに、送信ユニット２０の回転に同期させて回転可能に構成する。
【０１０３】
これにより、送信ユニット２０と受信ユニット２２の同期した回転により、同じ波長のテラヘルツ波ＴＷａ１、ＴＷａ２により発生する干渉領域ＩＴを第１回転軸２０ｂ及び第２回転軸２２ｂの周りに移動することが容易にできるようになり、この回転速度を上げることと、干渉領域ＩＴの位置を高速で変更できるので、高速の計測に対応することが可能になり、温度分布の測定速度を高めることができる。
【０１０４】
次に、この送信アンテナ２１ａ、２１ｂ及び副受信センサ２４ａ、２４ｂの位置を移動するための機構及び方法、並びに、送信アンテナ２１ａ、２１ｂの送信方向を変更するための機構及び方法について説明する。
【０１０５】
図１２に示すように、送信ユニット２０においては、案内溝３１を設けて、送信アンテナ２１ａ、２１ｂを載置した変形台３２を案内溝３１に沿って移動可能に構成すると共に、送信ユニット２０の外縁側に伸縮機構３３を送信アンテナ２１ａ、２１ｂに接続して設けて構成する。
【０１０６】
この案内溝３１は、変形台３２を直線方向に移動可能にする構成であればよく、凹部以外にも、レールや条などでも良い。これらの移動方向拘束手段のいずれかにより１組の送信アンテナ２１ａ、２１ｂを、変形しないように移動させるために、中心軸ＣＡに対して対称の位置になるように直線Ｌ上を移動するように構成する。
【０１０７】
また、変形台３２は自身を傾斜させて、送信アンテナ２１ａ、２１ｂの送信方向を変更できればよく、例えば、ピエゾ素子、ばね、あるいは、電気素子（電荷の反発による変形）を利用した周知の機構で、容易に構成できる。これらの傾斜手段により、２つの送信アンテナ２１ａ、２１ｂの送信方向の交わる領域、即ち、干渉領域ＩＴを中心軸ＣＡから離間した位置にすることができるように構成する。
【０１０８】
また、伸縮機構３３は自身を伸縮させて、送信アンテナ２１ａ、２１ｂの位置を移動できればよく、例えば、ピエゾ素子、ばね、ねじ、歯車、クランク機構等を利用した周知の機構で、容易に構成できる。図１１の構成では、伸縮機構３３が伸びると送信アンテナ２１ａ、２１ｂは中心軸ＣＡ側に移動するように構成されている。
【０１０９】
図１３に示すように、受信ユニット２２においては、案内溝３４を設けて、受信センサ２３と副受信センサ２４ａ、２４ｂを載置した変形台３５を案内溝３４に沿って移動可能に構成すると共に、受信ユニット２２の外縁側に伸縮機構３６を副受信センサ２４ａ、２４ｂに接続して設け、更に、受信センサ２３と副受信センサ２４ａ、２４ｂとの間に伸縮機構３７を設けて構成する。
【０１１０】
この案内溝３４は、変形台３５を直線方向に移動可能にする構成であればよく、凹部以外にも、レールや条などでも良い。これらの移動方向拘束手段のいずれかにより受信センサ２３と副受信センサ２４ａ、２４ｂを中心軸ＣＡを通る直線Ｌａ上を移動するように構成する。
【０１１１】
また、変形台３５は自身を傾斜させて、受信センサ２３と副受信センサ２４ａ、２４ｂの受信方向を変更できればよく、例えば、ピエゾ素子、ばね、あるいは、電気素子（電荷の反発による変形）を利用した周知の機構で、容易に構成できる。これらの傾斜手段により、受信センサ２３と副受信センサ２４ａ、２４ｂの受信方向を干渉領域ＩＴの方向と、送信アンテナ２１ａ、２１ｂの方向に向けることができる。なお、受信センサ２３と副受信センサ２４ａ、２４ｂの受信方向が広い場合には、この変形台３５における変形機構は不要になり、受信センサ２３と副受信センサ２４ａ、２４ｂを載置して、案内溝３４内を移動できる台であればよいことになる。
【０１１２】
また、伸縮機構３６、３７は自身を伸縮させて、受信センサ２３と副受信センサ２４ａ、２４ｂの位置を移動させて距離Ｌ３、Ｌ４を変更できればよく、例えば、ピエゾ素子、ばね、ねじ、歯車、クランク機構等を利用した周知の機構で、容易に構成できる。
【０１１３】
この構成により、送信アンテナ２１ａ、２１ｂの位置の移動と送信方向の変更に応じて、受信センサ２３を干渉領域ＩＴに対向した位置に移動でき、副受信センサ２４ａ、２４ｂをそれぞれ送信アンテナ２１ａ、２１ｂと対向した位置に移動できる。
【０１１４】
また、図１４に示すように、送信ユニット２０において、送信アンテナ２１ａ、２１ｂを例えば４つにして十字形等の面状に配置すると共に、図１５に示すように、受信ユニット２２においても、受信センサ２３の周囲に副受信センサ２４ａ、２４ｂを例えば４つにして十字形等の面状に配置して構成することで、送信アンテナ２１ａ、２１ｂを直線上に配置すると共に受信センサ２３と副受信センサ２４ａ、２４ｂを直線状に配置した構成よりも、一方向だけでなく、この一方向を含む面に垂直な方向にも干渉領域ＩＴを移動できるようになるので、一層の面だけでなく多層の面を同時計測でき、言い換えれば、面を層状にした分布で吸収強度が検出可能となり、より広い範囲における温度計測が可能となる。
【０１１５】
また、図１６に示すように、送信ユニット２０、受信ユニット２２の両方において、各ユニットに備えるアンテナ２１、受信センサ２３、２４の個数をさらに増加させて、チップ状の受信センサを平面上に散開した配置にして構成する。この場合は、各アンテナ２１、各センサ２３、２４はその位置を移動することなく、各アンテナ２１と各センサ２３、２４の間でそれぞれが対向できるように構成する。なお、各アンテナと各センサが対向させる構成は、電荷を調整したり、あるいは、バネ等の弾性部材を用いたりする等の周知の構成を用いて、容易に、各アンテナと各センサの向きを変更できる。
【０１１６】
そして、測定時において、制御装置４０Ａにより、各センサ２３、２４の中から、干渉領域ＩＴからのテラヘルツ波ＳＷを取得する受信センサ２３を選択して、このテラヘルツ波ＳＷの強度ＢＩを検出するようにすると、複数のセンサが受信センサ２３の役割を果すことができるので、干渉領域ＩＴの位置の移動に対応でき、効率よくテラヘルツ波ＳＷの強度ＢＩを検出することができる。従って、強度ＢＩの計測精度を向上することができ、干渉領域ＩＴの温度ＴＩ及びガス成分Ｇの濃度ＤＩをより高精度で計測することができる。
【０１１７】
そして、本発明に係る実施の形態のエンジン（燃焼機関）は、図１、図５、図６に示すように、この立体装置の温度及び濃度計測装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃを備えて構成される。このエンジン１０では、制御装置４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃと送信ユニット２０の送信アンテナ２１ａ、２１ｂ、受信ユニット２２の各センサ２３，２４ａ、２４ｂの間、制御装置４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃと燃料噴射装置１１の間、空気制御装置５０等の間を配線２５、２６、２７、２８、５３、６５、６６で結び、各センサ２３、２４ａ、２４ｂ、５１、６１、６２からの信号を取得後に制御装置４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃで演算した結果の温度分布及び濃度を、燃料噴射装置の制御装置に送り、燃料噴射装置に送られる信号を制御する。例えば、各センサ２３、２４ａ、２４ｂ、５１、６１、６２から取得された値が予め設定された閾値を超えた時点で、燃料噴射装置を停止する信号を出して、エンジン１０を保護する。
【０１１８】
上記の構成の立体装置の温度及び濃度計測装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、燃焼機関の温度及び濃度計測装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、燃焼機関１０及び立体装置の温度及び濃度計測方法によれば、電波の透過性と光の直進性を有する、電波と光の中間の波長を持つ、周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲の少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波を活用することにより、燃焼ガスＧを内包したエンジン１０の気筒１０ａの内部の局所的な領域の温度ＴＩ及びガス成分Ｇの濃度ＤＩを、従来技術よりも低コストかつ高精度で計測でき、その結果、気筒１０ａの内部の温度分布及び濃度を低コストかつ高精度で計測することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  立体装置の温度及び濃度計測装置
１０  エンジン(内燃機関：燃焼機関)
１０ａ  気筒（立体装置）
１０ｂ  ピストン
１１  燃料噴射装置
２０  送信ユニット
２１ａ、２１ａａ、２１ａｂ、２１ｂ、２１ｂａ、２１ｂｂ  送信アンテナ
２２  受信ユニット
２３  受信センサ
２４ａ、２４ａａ、２４ａｂ、２４ｂ、２４ｂａ、２４ｂｂ  副受信センサ
２５、２６、２７、２８、５３、６５、６６  配線
３１、３４  案内溝
３２、３５  変形台
３３、３６、３７  伸縮機構
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ  制御装置
４１Ａ  第１温度及び濃度算出手段
４１Ｂ  第２温度及び濃度算出手段
４１Ｃ  第３温度及び濃度算出手段
４２  送信方向補正手段
４３  第１温度補正手段
４４  第２温度補正手段
５１  検知プローブ
５２  移動機構
６１  電磁波発生源
６２  電磁波受信センサ
ＣＡ  中心軸
ＥＧ  電磁波
ＩＴ  干渉領域
Ｇ  ガス成分
Ｌ、Ｌａ  直線
ＳＷ、ＳＷａ、ＳＷｂ  干渉後のテラヘルツ波
ＴＷａ１、ＴＷａ２、ＴＷｂ１、ＴＷｂ２  テラヘルツ波
【図１】
2016180734.tif 000003
【図２】
2016180734.tif 000004
【図３】
2016180734.tif 000005
【図４】
2016180734.tif 000006
【図５】
2016180734.tif 000007
【図６】
2016180734.tif 000008
【図７】
2016180734.tif 000009
【図８】
2016180734.tif 000010
【図９】
2016180734.tif 000011
【図１０】
2016180734.tif 000012
【図１１】
2016180734.tif 000013
【図１２】
2016180734.tif 000014
【図１３】
2016180734.tif 000015
【図１４】
2016180734.tif 000016
【図１５】
2016180734.tif 000017
【図１６】
2016180734.tif 000018