(57)【要約】【課題】流体の流速を詳細に計測可能な流体計測装置を提供する。【解決手段】流体計測装置（１０）を、流体が流れる管路（２２）上に互いに離間した状態で複数が設けられ、前記流体の状態の変化に対応して変化するパラメータを検出する検出部（３０、４０）と、一組の前記検出部が検出した前記パラメータの変化の時間ずれ（ΔＴ）、及び、当該一組の検出部の前記管路に沿った距離（Ｌ）に基づいて前記流体の流速を演算する演算部（５０）とを備える構成とした。【選択図】図１
2009168688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる管路上に互いに離間した状態で複数が設けられ、前記流体の状態の変化に対応して変化するパラメータを検出する検出部と、
一組の前記検出部が検出した前記パラメータの変化の時間ずれ、及び、当該一組の検出部の前記管路に沿った距離に基づいて前記流体の流速を演算する演算部と
を備える流体計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流体計測装置において、
前記演算部は、前記流体の流速と前記管路の断面積とに基づいて前記流体の流量を演算すること
を特徴とする流体計測装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の流体計測装置において、
前記流体の状態の変化に対応して変化するパラメータには、前記流体の温度、前記流体に含まれる物質の濃度、及び、前記物質により吸収・錯乱・発光された光の強度の少なくともひとつが含まれること
を特徴とする流体計測装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の流体計測装置において、
前記検出部は、前記流体中にレーザ光を照射する照射部と、前記流体中を透過又は錯乱した前記レーザ光を受光する受光部とを備え、前記照射部が照射する照射光と前記受光部が受光する透過光との強度比に基づいて前記パラメータを検出すること
を特徴とする流体計測装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の流体計測装置において、
前記演算部は、前記一組の検出部が検出したパラメータの変化に基づく波形信号同士を対比することによって、前記パラメータの変化の時間ずれを評価すること
を特徴とする流体計測装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の流体計測装置において、
前記演算部は、前記一組の検出部が検出したパラメータの変化の相関を計算することによって、前記パラメータの変化の時間ずれを評価すること
を特徴とする流体計測装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の流体計測装置において、
前記検出部は、３つ以上が設けられ、
前記演算部は、前記３つ以上が設けられた検出部のうちの２つの組み合わせを前記流体の流速に応じて決定すること
を特徴とする流体計測装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の流体計測装置において、
前記流体は、内燃機関から排出される排ガスであり、
前記演算部は、前記検出部の出力信号から得られた前記排ガスの温度又は前記排ガスに含まれるガスのガス濃度を周波数解析したパワースペクトルに基づいて前記内燃機関の回転速度を推定すること
を特徴とする流体計測装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の流体計測装置において、
前記流体が流れる管路上において、前記検出部の上流に配置され、前記流体に含まれる物質の濃度を増減させる手段を有すること
を特徴とする流体計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、内燃機関から排出される排ガス等の流体の流速等を計測する流体計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの低燃費化、低エミッション化のためには、エンジンの１回の燃焼サイクルを詳細に解析することが重要である。このためには、エンジンから排出される排ガス（燃焼ガス）の温度や濃度等の変化を詳細に測定することが有効である。従来、レーザ光を用いて燃焼ガスの温度及び濃度を詳細に検出することが可能な計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許３９４３８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、排ガスのガス濃度及び流速が分かれば、排ガスに含まれる各ガスの時間当たりの質量又はモード走行当たりの総排出量等を求めることができる。このため、エンジンの低燃費化、低エミッション化のためには、排ガスの温度、濃度の変化に加え、排ガスの流速を詳細に測定することが重要である。しかしながら、高温の排ガスの流速や流量を詳細に測定可能な方法は提示されていない。
そこで、本発明の課題は、流体の流速を詳細に計測可能な流体計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、流体が流れる管路（２２）上に互いに離間した状態で複数が設けられ、前記流体の状態の変化に対応して変化するパラメータを検出する検出部（３０、４０）と、一組の前記検出部が検出した前記パラメータの変化の時間ずれ（ΔＴ）、及び、当該一組の検出部の前記管路に沿った距離（Ｌ）に基づいて前記流体の流速を演算する演算部（５０）とを備える流体計測装置（１０）である。
【０００５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の流体計測装置において、前記演算部（５０）は、前記流体の流速と前記管路（２２）の断面積とに基づいて前記流体の流量を演算することを特徴とする流体計測装置（１０）である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の流体計測装置において、前記流体の状態の変化に対応して変化するパラメータには、前記流体の温度、前記流体に含まれる物質の濃度、及び、前記物質により吸収・錯乱・発光された光の強度の少なくともひとつが含まれることを特徴とする流体計測装置（１０）である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の流体計測装置において、前記検出部（３０、４０）は、前記流体中にレーザ光を照射する照射部（３１、４１）と、前記流体中を透過又は錯乱した前記レーザ光を受光する受光部（３２、４２）とを備え、前記照射部が照射する照射光と前記受光部が受光する透過光との強度比に基づいて前記パラメータを検出することを特徴とする流体計測装置（１０）である。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の流体計測装置において、前記演算部（５０）は、前記一組の検出部（３０、４０）が検出したパラメータの変化に基づく波形信号同士を対比することによって、前記パラメータの変化の時間ずれを評価することを特徴とする流体計測装置（１０）である。
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の流体計測装置において、前記演算部（５０）は、前記一組の検出部（３０、４０）が検出したパラメータの変化の相関を計算することによって、前記パラメータの変化の時間ずれを評価することを特徴とする流体計測装置（１０）である。
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の流体計測装置において、前記検出部（３０、４０、６０）は、３つ以上が設けられ、前記演算部（５０）は、前記３つ以上が設けられた検出部のうちの２つの組み合わせを前記流体の流速に応じて決定することを特徴とする流体計測装置（１１０）である。
請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の流体計測装置において、前記流体は、内燃機関（２０）から排出される排ガスであり、前記演算部（５０）は、前記検出部（３０、４０）の出力信号から得られた前記排ガスの温度又は前記排ガスに含まれるガスのガス濃度を周波数解析したパワースペクトルに基づいて前記内燃機関の回転速度を推定することを特徴とする流体計測装置（１０）である。
請求項９の発明は、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の流体計測装置において、前記流体が流れる管路（２２）上において、前記検出部（３０、４０）の上流に配置され、前記流体に含まれる物質の濃度を増減させる手段（７０）を有することを特徴とする流体計測装置（２１０）である。
なお、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）本発明に係る流体計測装置は、流体の状態の変化に応じて変化するパラメータを一組の検出部でそれぞれ検出し、上流側の検出部が検出したパラメータの変化と下流側の検出部が検出したパラメータの変化との時間ずれ（タイムラグ）に基づいて流速を求めるので、流体の流速を詳細に計測することができる。
（２）流体の流速と併せて流体の流量を求めることができるので便利である。
（３）検出部は、レーザ光の照射光と透過光との強度比等に基づいて流体に関するパラメータを計測する高速応答型のセンサなので、流体のパラメータの変化を詳細に測定でき、流体の流速を詳細に測定できる。また、流体が高温であってもパラメータの変化を確実に検出することができる。
（４）３つ以上の検出部を設け、検出部間の距離のバリエーションを増やしたので、流体の流速に関わらず、その流速を詳細に計測することができる。
（５）排ガスに関するパラメータのパワースペクトルと、内燃機関の燃焼サイクルのパワースペクトルとのピーク周波数が対応することを利用して、排ガスに関するパラメータに基づいて内燃機関の回転速度を推定するので、回転速度計としても機能することができ、便利である。
（６）流体自体のパラメータの変化が小さい場合やパラメータの変化が無い場合、又は、パラメータの変化が規則的であって時間ずれの特定が困難な場合であっても、流体に含まれる物質の濃度を増減させて起点を作ることによって、時間ずれを容易に特定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、流体の流速を詳細に計測可能な流体計測装置を提供するという課題を、排ガスの温度及び濃度を計測する一組の計測セルの出力信号の時間ずれ、及び、一組の計測セル間の距離に基づいて、当該排ガスの流速を演算する演算部を設けることによって解決した。
【実施例】
【０００８】
（第１実施例）
以下、図面等を参照して、本発明を適用した流体計測装置の第１実施例である流速計１０について説明する。本実施例の流速計１０による計測対象物の流体は、内燃機関である４サイクルガソリンエンジン２０（以下、単にエンジン２０と称する）から排出される排ガスである。
図１は、実施例の流速計１０とエンジン２０とを示す図である。
図２は、図１に示す流速計１０に備えられた計測セル３０の構造を示す図である。
【０００９】
エンジン２０は、ガソリンと空気との混合気をシリンダ内で燃焼させて駆動力を得るものであり、その排ガスには、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、一酸化炭素ガス（ＣＯ）、二酸化炭素ガス（ＣＯ２）、メタンガス（ＣＨ４）等の各種ガスが含まれている。エンジン２０から排出される排ガスは、排気マニホールド２１を介して排気管２２に導入され、排気管２２を通過して大気中に排気される。
【００１０】
流速計１０は、排気管２２の途中に設けられた一組の計測セル３０、４０と、この一組の計測セル３０、４０の出力信号の時間ずれ、及び、一組の計測セル３０、４０間の距離に基づいて排ガスの流速を演算する演算部５０とを備えている。計測セル３０は、計測セル４０に対して排ガスの排出方向の上流側（エンジン２０側）に設けられている。
【００１１】
検出部である計測セル３０、４０は、排ガス中に特有の波長のレーザ光を照射した場合に、分子の振動回転遷移等によってレーザ光が吸収される特性（レーザ吸収分光法）を利用するものであり、入射光と透過光の強度比に基づいてガス濃度を測定する。また、計測セル３０、４０は、例えば、Ｈ２Ｏ濃度に基づいてガスの温度を測定できるようになっている。また、レーザ光の吸収係数は、排ガスの温度と排ガスの圧力に依存するため、排ガスの圧力を計測する必要があるが、排ガスの圧力は、流路内に設けた図示しない圧力センサによって計測する。以下、図１において、一組の計測セル３０、４０間の排気管２２に沿った距離に符号Ｌを付して説明する。
【００１２】
計測セル３０、４０は、その配置位置が異なる以外、実質的に同じものであるので、以下、計測セル３０の構造についてのみ説明する。図２に示すように、計測セル３０は、レーザ光を照射する照射部３１と、照射部３１から照射され排ガス中を透過したレーザ光（透過光）を受光する受光部３２とを備えている。
【００１３】
照射部３１及び受光部３２の先端部は、それぞれ管状に形成され、排気管に設けられた孔部を介して排気管２２内に挿入されている。この管状に形成された部分にはパージガスが供給され、排ガスが流入することによって照射窓及び受光窓が汚れることを防止している。計測セル３０は、照射部３１が送光用光学系３３を介して発振タイミングの異なる複数のレーザ光を照射する。このレーザ光は、排ガス中を透過し、この透過光を受光部３２が受光用光学系３４を介して検出する。受光部３２は、受光したレーザ光を電気信号（アナログ信号）に変換する信号処理回路３５を備えており、この電気信号は、演算部５０に入力される。演算部５０は、この電気信号をＡ／Ｄ変換して波形データ（後述）を生成する。
【００１４】
エンジン２０から排出される排ガスは、エンジン２０の燃焼サイクルに対応して略一定のサイクルで温度及びガス濃度等が脈動する。本実施例の計測セル３０、４０は、例えば、１ｍｓ以下の応答性を有しており、脈動する排ガスのガス濃度及び温度の変化を詳細に計測することができるようになっている。
【００１５】
なお、図１では、実車に搭載されたエンジン２０から排出される排ガスの流速を計測する例を示しているが、排ガスの流速の計測は、これに限らず、エンジン２０単体（エンジンベンチ試験）で行ってもよい。
【００１６】
以下、本実施例の流速計１０による流速の計測手法について、試験データを参照して具体的に説明する。試験は、単気筒の４サイクルエンジンを用いて、２４００ｍｉｎ−１（２４００ｒｐｍ）、及び、３６００ｍｉｎ−１（３６００ｒｐｍ）の２つの条件で行った。
【００１７】
図３は、回転速度が２４００ｍｉｎ−１のときの計測セル３０の出力に基づいて生成された波形データであり、（ａ）は、４秒間計測結果、（ｂ）は、１秒間計測結果をそれぞれ示している。
【００１８】
図４は、回転速度が３６００ｍｉｎ−１のときの計測セル３０の出力に基づいて生成された波形データであり、（ａ）は、４秒間計測結果、（ｂ）は、０．６秒間計測結果をそれぞれ示している。
【００１９】
図３及び図４に示すように、排ガスのガス温度、ＣＯ２濃度、Ｈ２Ｏ濃度、ＣＯ濃度は、それぞれ略一定の周期で脈動している。なお、これらの図では省略してあるが、ＣＨ４濃度も同様に脈動している。例えば、エンジン２０の回転速度が２４００ｍｉｎ−１のとき、ガス温度、Ｈ２Ｏ濃度は、それぞれ１秒間に２０回脈動しており（図３（ｂ）参照）、その脈動周期は、０．０５秒（５０ｍｓ）となる。これに対し、本実施例の計測セル３０、４０は、１ｍｓ以下の応答速度を有しており、ガス温度、Ｈ２Ｏ濃度が１サイクル分変化する際に、約５０回以上のデータサンプリングが可能である。したがって、ガス濃度等のパラメータの変化を詳細に捉えることができる。なお、エンジンの回転速度が３６００ｍｉｎ−１のときは、脈動周期は、３３．３ｍｓとなるが、この場合であっても、充分にガス濃度等のパラメータの変化を詳細に捉えることができる。
【００２０】
図５は、エンジン回転速度が２４００ｍｉｎ−１のときの計測セル３０の出力に基づいて生成された波形データと、計測セル４０の出力に基づいて生成された波形データとを対比して示す図であり、（ａ）はガス温度を、（ｂ）はＨ２Ｏ濃度を対比して示している。また、図６は、エンジン回転速度が３６００ｍｉｎ−１のときの計測セル３０の出力に基づいて生成された波形データと、計測セル４０の出力に基づいて生成された波形データとを対比して示す図であり、（ａ）はガス温度を、（ｂ）はＨ２Ｏ濃度を対比して示している。
【００２１】
演算部５０は、計測セル３０の出力に基づいて生成された波形データと、計測セル４０の出力に基づいて生成された波形データを対比することによって、これらの波形の時間ずれを求める。なお、図３及び図４に示すように、計測セル３０、４０の出力に基づいて生成された波形データは、ガス温度やＨ２Ｏ以外のガスについても同様に脈動しているので、時間ずれを求める際は、他のガスのガス濃度の波形データを用いてもよい。
【００２２】
計測セル３０と計測セル４０とは、実質的に同じ物なので、図５、図６の各図に示すように、ガス温度、Ｈ２Ｏ濃度を示す波形信号は、略同じ波形となっている。ただし、計測セル４０は、計測セル３０よりも下流側に配置されているので、計測セル３０の出力と、計測セル４０の出力との間に時間ずれ（位相差ΔＴ）が発生する。演算部５０は、これらの波形データから位相差ΔＴを評価し、この位相差ΔＴと計測セル３０、４０間の距離Ｌとに基づいて、排ガスの速度を演算する。
【００２３】
また、本実施例の流速計１０は、予め測定しておいた排気管２２の断面積と、排ガス流速とに基づいて演算部５０が時間当たり流れる排ガスの体積（流量）を求めるようになっており、流量計としての機能を有している。これによって、排ガスに含まれる、例えば、ＣＯ２ガス等の時間当たりの排出質量を把握することができる。
【００２４】
なお、計測セル３０、４０の出力の時間ずれを評価する手法としては、上記のように信号の波形データを対比する手法に限らず、例えば、以下に示す式１に基づいて、計測信号の相互相関を解析計算する手法を用いてもよい。計測セル３０からの出力信号を、ＳＡ（ｔ１）、計測セル４０からの出力信号を、ＳＢ（ｔ２）とすると、これらの相互相関を示す式１は、
ＳＢ（ｔ２−Ｔ）・ＳＡ（ｔ１）  ・・・（式１）
で表される。
【００２５】
また、本実施例の流速計１０は、計測セル３０（又は計測セル４０）の出力を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して求めたガス温度又はガス濃度のパワースペクトルに基づいて、エンジン２０の回転速度を推定することができるようになっており、エンジン回転計としての機能も有している。
【００２６】
図７〜９は、ガス温度又はガス濃度のパワースペクトルとエンジンの回転速度（２４００ｍｉｎ−１）のパワースペクトルとを対比して示す図である。図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ガス温度、Ｈ２Ｏ濃度のパワースペクトルとエンジンの回転速度のパワースペクトルとを対比して示している。図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ＣＯ２濃度、ＣＯ濃度のパワースペクトルとエンジンの回転速度のパワースペクトルとを対比して示している。図９は、ＣＨ４濃度のパワースペクトルとエンジンの回転速度のパワースペクトルとを対比して示している。
【００２７】
図１０〜１２は、ガス温度又はガス濃度のパワースペクトルとエンジンの回転速度（３６００ｍｉｎ−１）のパワースペクトルとを対比して示す図である。図１０（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ガス温度、Ｈ２Ｏ濃度のパワースペクトルとエンジンの回転速度のパワースペクトルとを対比して示している。図１１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ＣＯ２濃度、ＣＯ濃度のパワースペクトルとエンジンの回転速度のパワースペクトルとを対比して示している。図１２は、ＣＨ４濃度のパワースペクトルとエンジンの回転速度のパワースペクトルとを対比して示している。
【００２８】
例えば、図７（ａ）に示すように、ガス温度のパワースペクトルのピークが出現する周波数（略２０Ｈｚ）と、エンジン２０の燃焼周期のパワースペクトルのピークが出現する周波数（略２０Ｈｚ）とは対応しており、ガス温度のパワースペクトルのピークによって、エンジンの回転速度を推定することができる。例えば、計測セル３０の出力からガス温度のピーク周波数が、略２０Ｈｚであることが分かれば、仮にエンジン回転速度のパワースペクトルが不明であっても、エンジン回転速度のピーク周波数も略２０Ｈｚであることが推定できる。４サイクルエンジンは、１燃焼サイクル当たりクランク軸が２回転するため、エンジン２０の燃焼サイクル（燃焼周期）を求めることができれば、エンジン２０の回転速度が求めることもできる。この場合、燃焼サイクルが２０Ｈｚであるので、エンジン回転速度は、毎分２４００回転（２４００ｍｉｎ−１）と推定できる。
【００２９】
また、以上の例では、ガス温度に基づいてエンジン回転速度を推定したが、これに限らず、計測セル３０が検出可能な各種ガスの濃度のパワースペクトルのピークから、同様にエンジン２０の燃焼サイクルを推定することができる。図７（ｂ）、図８（ａ）に示すように、計測セル３０の出力に基づいて得られたＨ２Ｏ濃度、ＣＯ２濃度のパワースペクトルのピークは、ガス温度と同様に、略２０Ｈｚに出現している。したがって、これらのガス濃度からもエンジン回転速度（２４００ｍｉｎ−１）を推定することができる。
【００３０】
エンジン回転速度が３６００ｍｉｎ−１の場合であっても、計測セル３０からの出力（ガス温度、ガス濃度）のパワースペクトルからエンジン回転速度を推定できることは、図１０〜１２から明らかである。例えば、図１１（ａ）に示すように、ガス温度のパワースペクトルのピークが略３０Ｈｚであれば、仮にエンジン回転速度のパワースペクトルが不明であっても、エンジン回転速度のピーク周波数も略３０Ｈｚであることが推定でき、エンジン回転速度が３６００ｍｉｎ−１であると推定できる。
【００３１】
なお、回転速度が２４００ｍｉｎ−１の場合、ＣＯ濃度、ＣＨ４濃度のパワースペクトルは、そのピーク周波数を特定することが困難なので、エンジン２０の回転速度を推定するために使用するパラメータは、予想されるエンジン回転速度に応じて適宜種類を選別するとよい。例えば、２４００ｍｉｎ−１であっても、Ｈ２Ｏ濃度、ＣＯ２濃度のパワースペクトルには、明確なピークが出現しており、エンジン回転速度を推定することが可能である。
【００３２】
以上説明した第１実施例の流速計１０によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）流速計１０は、一組の計測セル３０、４０の出力に時間ずれがあることに着目している。計測セル３０、４０は、それぞれ排ガスのガス温度及びガス濃度の変化を詳細に検出することが可能な高応答のものを使用しているので、演算部５０は、これらの出力の時間のずれから直接排ガスの流速を求めることができる。したがって、排ガスの流速を詳細に計測することができる。
（２）例えば、排ガスの温度を測定するのに、排気管内に熱電対を設けることが考えられるが、この場合、排ガスの流れを阻害する可能性があり、排ガス流速の正確な測定が困難になる可能性がある。これに対し、本実施例の計測セル３０、４０は、排ガス内にレーザを照射するタイプなので、排ガスの抵抗にならなず、正確に排ガスの流速を計測することができる。
（３）排ガスに含まれる各ガスの濃度と密度に基づいて排ガスの質量を求めることができるので、排ガスの流速から排ガスに含まれるＣＯ２等の時間当たりの排出量を質量ベースで求めることができる。
（４）排ガスの温度変化、濃度変化に基づいて、エンジン２０の回転速度を推定できるので便利である。
【００３３】
（第２実施例）
次に、本発明を適用した流体計測装置の第２実施例である流速計１１０について説明する。この第２実施例及び後述する他の実施例において、上述した第１実施例と同様な機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に統一した符号を付して、重複する説明や図面を適宜省略する。
【００３４】
図１３は、第２実施例の流速計１１０とエンジン２０とを示す図である。
第１実施例の流速計１０は、排気管２２の途中に２つの計測セル３０、４０を備えていたのに対し、第２実施例の流速計１１０では、排気管２２の途中に上流側から下流側に向かって３つの計測セル３０、４０、６０がこの順番で配置されている。計測セル３０と計測セル４０とは、距離Ｌ１をおいて配置され、計測セル４０と計測セル６０とは、距離Ｌ１よりも長い距離Ｌ２をおいて配置されている。また、計測セル３０と計測セル６０との間の距離（Ｌ１＋Ｌ２）に符号Ｌ３を付して説明する。演算部５０は、これらの計測セル３０、４０、６０のうちの２つを組み合わせ、選択した２つの計測セル間の距離に基づいて、排ガスの流速を測定する。
【００３５】
以下、３つの計測セル３０、４０、６０を設けた理由について説明する。前述の第１実施例で説明したように、演算部５０は、一組の計測セルの出力を示す波形同士を対比して排ガスの流速を求める。ここで、例えば、排ガス流速が低速である場合には、上流側の計測セル３０の出力が１サイクルしたにも関わらず、下流側の計測セル４０の出力波形が立ち上がらず、波形データ同士の比較が困難になり、流速測定の精度が低下する可能性がある。このような不具合は、一組の計測セルを接近させることによって解消できるが、計測セルの時間分解能が一定の場合に計測セル同士を極端に接近させると、同様に流速測定の精度が低下する可能性がある。したがって、エンジン２０と計測セル４０との距離はある程度離れていた方がよい。
【００３６】
このように、一組の計測セル４０の距離は、測定対象となる排ガスの速度によっては、離れすぎていても近すぎても流速の計測が困難になる場合がある。そこで、本第２実施例の流速計１１０は、排気管２２の途中に３つの計測セル３０、４０、６０を設け、一組の計測セル同士の距離に３つのバリエーション（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を持たせた。測定者は、予想される排ガスの速度に応じて計測セル３０、４０、６０のいずれかを選択することよって、排ガスの流速を的確に測定することができる。
【００３７】
以上説明した第２実施例の流速計１１０によれば、第１実施例の流速計１０で得られる効果に加え、排ガスの流速に関わらず詳細に排ガスの流速を計測することができるという効果が得られる。
【００３８】
（第３実施例）
次に本発明を適用した流体計測装置の第３実施例である流速計２１０について説明する。図１４は、第３実施例の流速計２１０とエンジン２０とを示す図である。第３実施例の流速計２１０は、第１実施例と同様に、排気管２２の途中に２つの計測セル３０、４０を備えている。
【００３９】
また、流速計２１０は、排気管２２内であって、計測セル３０の上流側（エンジン２０側）に不活性ガスであるヘリウムガスを供給するガス供給装置７０を備えている。ガス供給装置７０は、ヘリウムガスが充填されたボンベ７１を備えており、このボンベ７１と排気管２２とを接続する配管の途中には電磁弁７２が設けられている。ガス供給装置７０は、電磁弁７２の開閉タイミングをコントロールするバルブタイミングコントローラ７３（以下、コントローラ７３と称する）を備えており、このコントローラ７３には、エンジン２０の回転周期に同期した信号、及び、一定周期信号発生器７４が発信する周期的な信号が選択的に入力される。コントローラ７３は、これらの信号に応じて電磁弁７２を制御し、ヘリウムガスの排ガスに対する供給／非供給を一定周期で切り替える。
【００４０】
第３実施例の流速計２１０では、排気管２２内を流れる排ガスに対してヘリウムを供給することによって、排ガスに含まれるＨ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２ガス等のガス濃度が相対的に低下する。そして、ヘリウムガスの供給／非供給が周期的に変化するのに応じて、ガス濃度の変動も周期的となる。このように、第３実施例の流速計２１０は、ヘリウムガスを変動マーカガスとして排ガスに供給するので、仮に排ガスに関するパラメータ（温度及び排ガスに含まれるガス濃度）の変化の度合いが小さい場合やパラメータの変化が実質的に無い場合であっても、確実に流速を計測することができる。また、排ガスに関するパラメータの変化を示す波形データが、例えば、正弦波に近いような整った波形の場合、時間ずれを判定することが困難になる可能性があるが、ヘリウムガスを一定周期で供給することによって波形が乱れるので、容易に時間ずれを判定することができる。
【００４１】
なお、本実施例では、第１実施例と同様の計測セルでＣＯ２ガス等のガス濃度の変動を検出したが、これに限らず、ヘリウムガス自体の周期的な濃度変化を検出してもよい。この場合であっても、一組の計測セルの出力の時間ずれから詳細に排ガスの流速を計測することができる。また、本実施例は、第１実施例の流速計１０に対してガス供給装置７０を追加的に設けた構成であったが、第２実施例の流速計１１０に対してガス供給装置７０を追加的に設けてもよい。
【００４２】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であって、これらも本発明の技術的範囲内に含まれる。
（１）本発明の流体計測装置の計測対象は、実施例ではガソリンエンジンから排出される排ガスであったが、これに限らず、焼却炉から排出される排ガスや、火力発電所のタービンに供給する水蒸気等、他の流体であってもよい。また、測定対象の流体は、気体（ガス）に限らず、液体であってもよい。
（２）実施例は、検出部としてレーザ吸収分光法を利用した計測セルを用いたが、検出部は、これに限らず、例えば、公知の薄膜温度センサやレーザ以外の光を用いた吸収分光法・錯乱分光法・発光分光法を使用してもよく、これらのセンサの出力（温度変化等）に基づいて流体の流速及び流量を計測してもよい。
（３）実施例は、計測セルの出力に基づいて生成された波形データの位相差に基づいて流速を計測したが、これに限らず、計測セルから出力されるアナログ信号を用いて直接に流速を計測してもよい。この場合、検出の応答性が向上するので、エンジン回転速度が実施例よりも高く、排ガスの流速がより高速な場合であっても、詳細に流速を計測することができる。
（４）第２実施例は、３つの計測セルを設けたが、計測セルの数はこれに限らず、４つ以上でもよい。
（５）第３実施例では、不活性ガスを排ガス内に供給することによって、排ガスに含まれるガス濃度を相対的に低下させたが、これに限らず、排ガスに含まれるガスと同じガスを周期的に供給してガス濃度を増加させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１実施例の流速計とエンジンとを示す図である。
【図２】図１に示す流速計に備えられた計測セルの構造を示す図である
【図３】エンジン回転速度が２４００ｍｉｎ−１のときの計測セルからの出力を示すグラフである。
【図４】エンジン回転速度が３６００ｍｉｎ−１のときの計測セルからの出力を示すグラフである。
【図５】エンジン回転速度が２４００ｍｉｎ−１のときの計測セル同士の波形データを対比して示す図である。
【図６】エンジン回転速度が３６００ｍｉｎ−１のときの計測セル同士の波形データを対比して示す図である。
【図７】ガス温度、Ｈ２Ｏ濃度のパワースペクトルとエンジンの回転速度（２４００ｍｉｎ−１）のパワースペクトルとを対比して示す図である。
【図８】ＣＯ２濃度、ＣＯ濃度のパワースペクトルとエンジンの回転速度（２４００ｍｉｎ−１）のパワースペクトルとを対比して示す図である。
【図９】ＣＨ４濃度のパワースペクトルとエンジンの回転速度（２４００ｍｉｎ−１）のパワースペクトルとを対比して示す図である。
【図１０】ガス温度、Ｈ２Ｏ濃度のパワースペクトルとエンジンの回転速度（３６００ｍｉｎ−１）のパワースペクトルとを対比して示す図である。
【図１１】ＣＯ２濃度、ＣＯ濃度のパワースペクトルとエンジンの回転速度（３６００ｍｉｎ−１）のパワースペクトルとを対比して示す図である。
【図１２】ＣＨ４濃度のパワースペクトルとエンジンの回転速度（３６００ｍｉｎ−１）のパワースペクトルとを対比して示す図である。
【図１３】第２実施例の流速計とエンジンとを示す図である。
【図１４】第３実施例の流速計とエンジンとを示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  流速計
２０  エンジン
３０  計測セル
４０  計測セル
５０  演算部
【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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