(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、従来技術よりも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、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。【解決手段】複数の送信アンテナ２１、２１ａ〜２１ｄ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１つ以上、好ましくは少なくとも２以上の波長のテラヘルツ波ＴＷｉを送信して、それぞれが通過する計測領域ＩＴからのテラヘルツ波ＴＷｉを受信して、この受信したテラヘルツ波Ｔｗｉの強度に基づいて、計測領域のテラヘルツ波Ｔｗｉに対しての温度ＴＩｉを算出し、これらの温度ＴＩｉから計測領域ＩＴの温度ＴＩを算出する。【選択図】図２
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【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、
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１つ以上の波長のテラヘルツ波を送信して、前記立体装置の前記内部空間の計測領域を通過させる送信ユニットと、
前記計測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前記送信アンテナに対向させて配置した受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、前記受信センサで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から前記計測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】
前記計測領域の温度計測用に、少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波を使用するとともに、
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、前記計測領域の少なくとも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を算出し、これらの温度から前記計測領域の温度を算出する手段である請求項１に記載の立体装置の温度及び濃度計測装置。
【請求項３】
前記制御装置が、
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又は２に記載の立体装置の温度及び濃度計測装置。
【請求項４】
前記温度及び濃度算出手段が、予め設定された少なくとも１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、前記計測領域の温度及びガス成分の濃度を算出する請求項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】
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に設けると共に、前記受信ユニットにおいては前記送信アンテナの位置の変更に対応させて前記受信センサの位置を移動可能に設けた請求項２〜４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６】
前記送信ユニットにおいて、異なる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回転軸から等距離に配置して、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回転軸から等距離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５に記載された立体装置の温度及び濃度計測装置。
【請求項７】
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２〜５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８】
請求項１〜７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９】
請求項８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１０】
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、
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１つ以上の波長のテラヘルツ波を送信して、前記立体装置の前記内部空間の計測領域を通過させて、前記計測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から前記計測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１１】
前記計測領域の温度計測用に、少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波を使用するとともに、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、前記計測領域の少なくとも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を算出し、これらの温度から前記計測領域の温度を算出する請求項１０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、計測領域を通過した後のテラヘルツ波の減衰量即ち強度の変化量が計測領域の温度とガス成分の濃度と密接な関係があること、及び、波長が異なるテラヘルツ波の場合には、計測領域を通過した後のテラヘルツ波の減衰量から算出した計測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１つ以上、好ましくは、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、計測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、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１つ以上の波長のテラヘルツ波を送信して、前記立体装置の前記内部空間の計測領域を通過させる送信ユニットと、前記計測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前記送信アンテナに対向させて配置した受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、前記受信センサで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から前記計測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１つ以上の波長のテラヘルツ波を送信する。このテラヘルツ波の強度の変化（減衰量）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。
【００１６】
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。
【００１７】
そして、この計測領域の温度に起因するテラヘルツ波の変化量と、計測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、計測領域の温度及びガス成分の濃度を算出する。
【００１８】
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、ガス成分の濃度）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。
【００１９】
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、位置を制御できる計測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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
上記の立体装置の温度及び濃度計測装置において、前記計測領域の温度計測用に、少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波を使用するとともに、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、前記計測領域の少なくとも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を算出し、これらの温度から前記計測領域の温度を算出する手段であるように構成する。
【００２４】
つまり、計測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透過による値と比較し、計測領域において吸収された信号強度から、計測領域、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を算出し、これらの温度から前記計測領域の温度を算出する。
【００２５】
これにより、波長が異なるテラヘルツ波の場合には、計測領域から伝搬してくるテラヘルツ波の強度の変化量から算出した計測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計測領域の温度を測定することにより、計測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計測領域の温度を同時刻に測定するようにすると、計測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。
【００２６】
なお、この計測領域の温度に起因する、テラヘルツ波の強度の変化量と、計測領域の温度との関係は、それぞれの波長毎に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。このそれぞれの波長毎の較正データに基づいて、温度計測時において、受信センサで検出したテラヘルツ波の強度から、計測領域の少なくとも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を算出し、これらの温度から計測領域の温度を算出する。
【００２７】
なお、使用するテラヘルツ波の波長の数としては、２つ以上で、上限は実用的に定まり、計算能力を考えると１００程度であるが、通常は２〜８程度が考えられる。
【００２８】
また、上記の立体装置の温度及び濃度計測装置において、前記制御装置が、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、計測領域の位置をより精度よく設定できるようになる。
【００２９】
また、上記の立体装置の温度及び濃度計測装置において、前記温度及び濃度算出手段が、予め設定された少なくとも１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、前記計測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。
【００３０】
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。
【００３１】
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と、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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に設けると共に、前記受信ユニットにおいては前記送信アンテナの位置の変更に対応させて前記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計測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、送信アンテナの位置の変更に対応させて、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させることにより、計測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。
【００３４】
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、異なる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回転軸から等距離に配置して、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回転軸から等距離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、異なる波長のテラヘルツ波を送信する複数の送信アンテナを同じ位置に配置することが容易にできるようになり、異なる波長のテラヘルツ波が通過する計測領域を同じ領域にすることが容易にできるようになる。これにより、計測領域を狭くすることができ、温度分布の測定精度を高めることができる。
【００３５】
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を直線状に配置した構成よりも、より広い計測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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、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１つ以上の波長のテラヘルツ波を送信して、前記立体装置の前記内部空間の計測領域を通過させて、前記計測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から前記計測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。
【００３９】
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、前記計測領域の温度計測用に、少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波を使用するとともに、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、前記計測領域の少なくとも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を算出し、これらの温度から前記計測領域の温度を算出する。
【００４０】
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】
【００４１】
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１つ以上、好ましくは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】
【００４２】
【図１】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、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】１対の送信アンテナと受信センサを用いた場合の図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】４対の送信アンテナと受信センサを用いた場合の図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４】４対の送信アンテナと受信センサを用いると共に回転可能に構成した場合の図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５】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６】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７】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】
【００４３】
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。
【００４４】
図１に示すように、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。
【００４５】
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、図３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。
【００４６】
図２に、この送信ユニット２０と受信ユニット２２が、１対の送信アンテナ２１と受信センサ２３をそれぞれ備えた構成を示す。この構成では、送信アンテナ２１から立体装置の内部空間に向けて周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある波長のテラヘルツ波ＴＷを送信して、気筒１０ａの内部空間の計測領域ＩＴを通過させる。また、受信センサ２３で計測領域ＩＴからのテラヘルツ波ＴＷを受信してテラヘルツ波ＴＷの強度を検出する。
【００４７】
この場合には、計測領域ＩＴの長さの範囲の全体の温度に関係する温度を測定することになるが、計測領域ＩＴの範囲内であればほぼ同じ温度と考えられるので、問題は少ない。この計測領域ＩＴの径は、最小の限界値はテラヘルツ波の波長に関係し、０．１ｍｍφ程度であるが、送信アンテナ２１と受信センサ２３の送信部分と受信部分の大きさに依存してしまうため、実用的には数ｍｍφ程度である。また、この計測領域ＩＴの長さは、送信アンテナ２１と受信センサ２３の間の距離となる。
【００４８】
このテラヘルツ波ＴＷは、温度計測用に１つの波長しか使用しなくても、温度計測は可能であるが、温度計測用に複数（少なくとも２以上：図３、図４では４つ）のテラヘルツ波ＴＷａ〜ＴＷｄを用いると、より温度計測の精度を高めることができる。
【００４９】
そして、温度計測用に１つの波長しか使用しない場合には、図２に示す送信アンテナ２１で、その波長のテラヘルツ波ＴＷを送信し、計測領域ＩＴを通過したテラヘルツ波ＴＷを受信センサ２３で受信してテラヘルツ波ＴＷの強度ＢＩを検出する。
【００５０】
一方、温度計測用に２つ以上の波長を使用する場合で、しかも、この１つの送信アンテナ２１で少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波ＴＷａ、ＴＷｂ・・・を送信することができて、また、１つの受信センサ２３でこれらの波長のテラヘルツ波ＴＷａ、ＴＷｂ・・・を受信することができる場合には、図２に示すような構成で、この１つの送信アンテナ２１で少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波ＴＷａ、ＴＷｂ・・・を送信し、計測領域ＩＴを通過したテラヘルツ波ＴＷａ、ＴＷｂ・・・を受信センサ２３で受信してテラヘルツ波ＴＷａ、ＴＷｂ・・・の強度ＢＩａ、ＢＩｂ・・・を検出する
また、温度計測用に２つ以上の波長を使用する場合で、しかも、１つの送信アンテナ２１で１つの波長のテラヘルツ波ＴＷしか送信することができず、また、１つの受信センサ２３はその波長のテラヘルツ波ＴＷしか受信することができない場合には、複数の送信アンテナ２１ａ、２１ｂ・・・でテラヘルツ波ＴＷａ、ＴＷｂ・・・を送信し、それぞれのテラヘルツ波ＴＷａ、ＴＷｂ・・・を複数の受信センサ２３ａ、２３ｂ・・・で受信する。
【００５１】
この場合に、図３に示すように、少なくとも２つ以上（ここでは４つ）の波長のテラヘルツ波ＴＷａ〜ＴＷｄを送信する場合において、この送信ユニット２０と受信ユニット２２が、４対の送信アンテナ２１ａ〜２１ｄと受信センサ２３ａ〜２３ｄをそれぞれ備えて構成する。
【００５２】
この送信ユニット２０では、４つの送信アンテナ２１ａ〜２１ｄ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４つの波長のテラヘルツ波ＴＷａ〜ＴＷｄを送信し、それぞれの波長に対応する受信センサ２３ａ〜２３ｄにより、それぞれの波長のテラヘルツ波ＴＷａ〜ＴＷｄを受信する。
【００５３】
この送信アンテナ２１ａ〜２１ｄと受信センサ２３ａ〜２３ｄとが固定されている場合には、この４つの波長のテラヘルツ波ＴＷａ〜ＴＷｄが通過する領域を計測領域ＩＴと考え、この計測領域ＩＴ全体の温度推定をすることになるので、計測領域ＩＴを狭めて温度分布の計測精度を高めるためには、送信アンテナ２１ａ〜２１ｄ同士、及び、受信センサ２３ａ〜２３ｄ同士を十分に接近させて配置しておくことが好ましい。
【００５４】
さらには、図４に示す構成では、送信ユニット２０において、異なる波長のテラヘルツ波Ｔｗａ〜ＴＷｄを送信する４つの送信アンテナ２１ａ〜２１ｄを第１モータ（回転機械）２４ａの第１回転軸２４ａｃから等距離に配置して、送信ユニット２０を第１回転軸２４ａｃ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、４つの受信センサ２３ａ〜２３ｄを第２モータ（回転機械）２４ｂの第２回転軸２４ｂｃから等距離に配置して受信ユニット２２を第２回転軸２４ｂｃ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した場合を示す。
【００５５】
つまり、図４に示す構成では、送信ユニット２０においては送信アンテナ２１ａ〜２１ｄの位置を変更可能に設けると共に、受信ユニット２２においては送信アンテナ２１ａ〜２１ｄの位置の変更に同期させて受信センサ２３ａ〜２３ｄの位置を移動可能に設ける。この図４では回転運動としているが、直線往復運動にしてもよい。なお、回転運動にして、円状に送信アンテナ２１ａ〜２１ｄと受信センサ２３ａ〜２３ｄを配置することで、スペースの都合が許す限り、送信アンテナ数と受信センサ数を増加させることができる。
【００５６】
そして、送信アンテナ２１ａ〜２１ｄと受信センサ２３ａ〜２３ｄのそれぞれにおいて、特定の位置（例えば、送信ユニット２０の上死点）まで回転したときに、テラヘルツ波Ｔｗａ〜ＴＷｄを順繰りに送信する。
【００５７】
この図４の構成では、この送信ユニット２０と受信ユニット２２の回転により、異なる波長のテラヘルツ波Ｔｗａ〜ＴＷｄを送信する４つの送信アンテナ２１ａ〜２１ｄを順繰りに同じ位置に配置して、気筒１０ａの内部空間の計測領域ＩＴに、異なる波長のテラヘルツ波ＴＷａ〜ＴＷｄを順繰りに発生させることができる。これにより、異なる波長のテラヘルツ波Ｔｗａ〜ＴＷｄが通過する計測領域ＩＴを気筒１０ａ内の同じ領域にすることが容易にできるようになる。
【００５８】
この送信ユニット２０と受信ユニット２２を回転させる方法を用いると、気筒１０ａの内部空間の計測領域ＩＴ（例えば、上死点の空間）における計測を高速化することが可能となる。つまり、回転速度を上げることと、それぞれの送信アンテナ２１ａ〜２１ｄと受信センサ２３ａ〜２３ｄの組の発信・受信を計測領域ＩＴごとに制御することで、この計測領域ＩＴでの温度計測を高速化することができる。
【００５９】
なお、送信ユニット２０と受信ユニット２２を固定した場合には、それぞれの送信アンテナ２１ａ〜２１ｄと受信センサ２３ａ〜２３ｄの組の発信・受信を高速化する必要があるが、回転させることで、送信アンテナ２１ａ〜２１ｄと受信センサ２３ａ〜２３ｄの組を待機させることができる。
【００６０】
そして、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５に示すように、この制御装置４０は、温度及び濃度算出手段４１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。
【００６１】
この温度及び濃度算出手段４１は、図５の構成で、温度測定用に１つの波長のテラヘルツ波ＴＷしか用いない場合には、受信センサ２３で検出したテラヘルツ波ＴＷの強度に基づいて、計測領域ＩＴの温度ＴＩ及び、計測領域ＩＴのガス成分Ｇの濃度ＤＩを算出する手段とする。
【００６２】
しかし、図３及び図４の構成のように、温度測定用に２つ以上の波長のテラヘルツ波ＴＷａ〜ＴＷｄを用いる場合には、この温度及び濃度算出手段４１は、受信センサ２３で検出したテラヘルツ波ＴＷａ〜ＴＷｄの強度に基づいて、計測領域ＩＴの温度ＴＩａ〜ＴＩｄを算出し、これらの温度ＴＩａ〜ＴＩｄから計測領域ＩＴの温度ＴＩｍを算出する手段とする。また、必要に応じて、計測領域ＩＴのガス成分Ｇの濃度ＤＩも算出する。
【００６３】
送信方向補正手段４２は、受信センサ２３（又は２３ａ〜２３ｄ）で検出したテラヘルツ波ＴＷ（又はＴＷａ〜ＴＷｄ）の強度に基づいて、送信アンテナ２１（又は２１ａ〜２１ｄ）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、受信センサ２３（又は２３ａ〜２３ｄ）の位置とセンサの方向と、これらの受信センサ２３（又は２３ａ〜２３ｄ）で検出したテラヘルツ波ＴＷ（又はＴＷａ〜ＴＷｄ）の強度に基づいて、送信アンテナ２１（又は２１ａ〜２１ｄ）の送信方向を補正することにより、計測の精度をより高めることができる。
【００６４】
また、第１温度補正手段４３は、温度及び濃度算出手段４１で算出された温度ＴＩ（又はＴＩａ〜ＴＩｄ）を、ガス成分Ｇの濃度ＤＩに基づいて補正する手段である。
【００６５】
また、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ＴＷの強度に基づいて、温度及び濃度算出手段４１で算出された温度ＴＩ（又はＴＩａ〜ＴＩｄ）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。
【００６６】
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ＴＷ（又はＴＷａ〜ＴＷｄ）の強度の減少量で、温度及び濃度算出手段４１で算出された温度ＴＩ（又はＴＩａ〜ＴＩｄ）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。
【００６７】
このテラヘルツ波ＴＷ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ＴＷ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ＴＷの強度ＢＩから算出される温度ＴＩ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ＴＩの計測精度をより高めることができる。
【００６８】
なお、この計測領域ＩＴの温度ＴＩに起因するテラヘルツ波ＴＷの強度ＢＩの変化量と、計測領域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、計測領域ＩＴの温度ＴＩを算出する。
【００６９】
同様に、テラヘルツ波ＴＷの強度ＢＩ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ＴＷの強度ＢＩから、計測領域ＩＴのガス成分Ｇの濃度ＤＩ又は補正量を算出する。
【００７０】
なお、温度ＴＩ及びガス成分Ｇの濃度ＤＩの一方を固定した場合には、その一方（例えば、ガス成分Ｇの濃度ＤＩ）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ＴＩ）への影響を考慮することなく他方を容易に算出できる。
【００７１】
この温度及び濃度計測装置１Ａを用いた、本発明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（内部空間）１０ａ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、温度計測用に１つの波長のテラヘルツ波ＴＷのみを用いる場合には、単一の送信アンテナ２１から気筒１０ａの気筒（内部空間）１０ａに向けて周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある１つの波長のテラヘルツ波ＴＷを送信して、この計測領域ＩＴからのテラヘルツ波ＴＷを受信センサ２３で受信して、この受信したテラヘルツ波ＴＷの強度ＢＩに基づいて、計測領域ＩＴの温度ＴＩを算出する。なお、必要に応じて、ガス成分Ｇの濃度ＤＩは他の波長のテラヘルツ波ＴＷｘの強度ＢＩｘに基づいて算出する。
【００７２】
一方、この温度及び濃度計測方法で、温度計測用に複数（少なくとも２以上：ここでは４個）の波長のテラヘルツ波ＴＷａ〜ＴＷｄを用いる場合には、送信アンテナ２１ａ〜２１ｄから気筒１０ａに向けて周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある４つの波長のテラヘルツ波ＴＷａ〜ＴＷｄを送信して、この計測領域ＩＴからのテラヘルツ波ＴＷａ〜ＴＷｄを受信センサ２３ａ〜２３ｄで受信して、この受信したテラヘルツ波ＴＷａ〜ＴＷｄの強度ＢＩａ〜ＢＩｄに基づいて、計測領域ＩＴの４つの波長のテラヘルツ波ＴＷａ〜ＴＷｄのそれぞれに対しての温度ＴＩａ〜ＴＩｄを算出し、これらの温度ＴＩａ〜ＴＩｄから計測領域ＩＴの温度ＴＩｍを算出する。なお、必要に応じて、ガス成分Ｇの濃度ＤＩは他の波長のテラヘルツ波ＴＷｘの強度ＢＩｘに基づいて算出する。
【００７３】
なお、温度計測用に２つ以上の波長を使用する場合で、しかも、この１つの送信アンテナ２１で少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波ＴＷａ、ＴＷｂ・・・を送信することができて、また、１つの受信センサ２３でこれらの波長のテラヘルツ波ＴＷａ、ＴＷｂ・・・を受信することができる場合には、図２に示すような構成で、この１つの送信アンテナ２１で少なくとも２つ以上の波長のテラヘルツ波ＴＷａ、ＴＷｂ・・・を送信し、計測領域ＩＴを通過したテラヘルツ波ＴＷａ、ＴＷｂ・・・を受信センサ２３で受信してテラヘルツ波ＴＷａ、ＴＷｂ・・・の強度ＢＩａ、ＢＩｂ・・・を検出して、この強度ＢＩａ、ＢＩｂ・・・に基づいて、計測領域ＩＴの波長のテラヘルツ波ＴＷａ、ＴＷｂ・・・のそれぞれに対しての温度ＴＩａ、ＴＩｂ・・・を算出し、これらの温度ＴＩａ、ＴＩｂ・・・から計測領域ＩＴの温度ＴＩｍを算出する。
【００７４】
一般に、テラヘルツ波ＴＷの強度ＢＩの変化と温度ＴＩ及びガス成分Ｇの濃度ＤＩ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ＢＩの変化と温度ＴＩ及びガス成分Ｇの濃度ＤＩ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ＴＩ及びガス成分Ｇの濃度ＤＩ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ＴＷ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。
【００７５】
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ＴＷの強度ＢＩに対して、基準となる温度Ｔ０でテラヘルツ波ＴＷの強度ＢＩ０に対して、各温度ＴＩにおける干渉後のテラヘルツ波ＴＷの強度ＢＩとの関係を求めて、較正データを作成しておく。
【００７６】
例えば、図６に例示するように、この較正データは、テラヘルツ波Ａ（ＴＷａ）、Ｂ（ＴＷｂ）、Ｃ（ＴＷｃ）別に、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ＢＩａ〜ＢＩｃと温度ＴＩａ〜ＴＩｃ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等で、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。なお、図６では、３つの波長について図示したが、４つの波長のテラヘルツ波ＴＷａ〜ＴＷｄを用いる場合には、その４つの波長に関する較正データが必要になる。
【００７７】
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６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ＴＷ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。
【００７８】
そして、図６に従って、３つの波長Ａ、Ｂ、Ｃで説明すると、本発明においては、少なくとも２つ以上の波長Ａ、Ｂ、Ｃの温度測定用周波数を用いると、それぞれの温度測定用周波数における測定温度ＴＩａ、ＴＩｂ、ＴＩｃの誤差範囲（推定範囲）ＲＴＩａ、ＲＴＩｂ、ＲＴＩｃが異なる。
【００７９】
そこで、この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ＴＩｍとすればよい。そして、これらの誤差範囲ＲＴＩａ、ＲＴＩｂ、ＲＴＩｃ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ＴＩｍをより絞り込むことができるようになる。なお、この重み付き平均の重み係数としは、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。
【００８０】
しかしながら、送信アンテナ２１、２１ａ〜２１ｄや受信センサ２３、２３ａ〜２３ｄの不具合等の原因で、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６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ＴＩｃを平均温度、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。
【００８１】
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ＴＷｓの強度ＢＩｓ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ＢＩｓ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。
【００８２】
そして、この受信センサ２３で受信するテラヘルツ波ＴＷｓ計測領域ＩＴの温度特性を反映して受信センサ２３に入射するので、この強度ＢＩａ、ＢＩｂ・・・から算出された温度ＴＩａ、ＴＩｂ・・・を算出して、これらの温度ＴＩａ、ＴＩｂ・・・に基づいて算出した温度ＴＩｍは、計測領域ＩＴの温度ＴＩを精度よく推定したものと考えることができる。
【００８３】
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１つ以上、好ましくは２つ以上（ｉ）の波長のテラヘルツ波ＴＷｉのテラヘルツ波ＴＷｉを送信する。そして、これらのテラヘルツ波ＴＷｉが通過する計測領域ＩＴを温度計測の対象領域として、この計測領域ＩＴを通過したテラヘルツ波ＴＷｉを受信する。この受信したテラヘルツ波ＴＷｉ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ＴＩｍを算出することにより、計測領域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。つまり、算出された温度ＴＩｍを計測温度ＴＩとする。
【００８４】
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、位置を制御できる計測領域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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
また、図７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２０，２２に備える送信アンテナ２１、受信センサ２３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、送信アンテナ２１、受信センサ２３はその位置を移動することなく、送信アンテナ２１と受信センサ２３の間でそれぞれが対向できるように構成する。なお、各アンテナと受信センサ２３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、送信アンテナ２１と受信センサ２３の向きを変更できる。
【００８８】
そして、測定時において、制御装置４０により、受信センサ２３の中から、計測領域ＩＴからのテラヘルツ波ＴＷを取得する受信センサ２３を選択して、このテラヘルツ波ＴＷ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、計測領域ＩＴの位置の移動に対応でき、効率よくテラヘルツ波ＴＷ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、計測領域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。
【００８９】
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に示すように、この立体装置の温度及び濃度計測装置１Ａを備えて構成される。このエンジン１０では、制御装置４０と送信ユニット２０の送信アンテナ２１、２１ａ〜２１ｄ、受信ユニット２２の受信センサ２３、２３ａ〜２３ｄの間、制御装置４０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、受信センサ２３、２３ａ〜２３ｄ、５１、６１、６２からの信号を取得後に制御装置４０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、受信センサ２３、２３ａ〜２３ｄ、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。
【００９０】
上記の構成の立体装置の温度及び濃度計測装置１Ａ、燃焼機関の温度及び濃度計測装置１Ａ、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１つ以上、好ましくは少なくとも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】
【００９１】
１Ａ  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
２１、２１ａ〜２１ｄ  送信アンテナ
２２  受信ユニット
２３、２３ａ〜２３ｄ  受信センサ
２４ａ  第１モータ
２４ａｃ  第１回転軸
２４ｂ  第２モータ
２４ｂｃ  第２回転軸
２５、２６、２７、２８  配線
４０  制御装置
４１  第１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
ＣＡ  中心軸
ＩＴ  計測領域
Ｇ  ガス成分
Ｌ、Ｌａ  直線
ＴＷ、ＴＷａ〜ＴＷｄ  テラヘルツ波
【図１】
2016180722.tif 000003
【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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