単一現象追跡のための高速温度画像測定装置の開発

单现象跟踪高速温度图像测量装置研制

基本信息

批准号：
16655005
负责人：
若林知成
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Kinki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

瞬間的な燃焼や発火など、短時間で高温に達する化学反応をリアルタイムで追跡し、発熱過程を制御することは、高温条件下でのみ生成が可能な特異な分子の発見や収率の向上につながる。また、化学反応で放出される熱エネルギーを温度の時間変化から算出することにより、反応過程における分子や微粒子の化学結合および内部状態の変化を明らかにすることが可能となる。本研究では、ミリ秒以下の時間で起こる発熱現象をリアルタイムの画像として捉え、発熱体の温度を実時間追跡するための高速温度画像測定装置の開発を行った。最終年度に当たる本年度は、温度校正のための検量線を作成し、実際の反応系の観察に応用した。検量線の作成においては、電流によって明るさの調節が可能な21Wの電球を高速ビデオカメラおよび2次標準である放射温度計で観察した。カメラの光入射部にはダイクロイックミラーと全反射ミラーを組み合わせた波長一画像分割装置を置く方式を最終的に採用した。フィラメントからの光は波長および空間的に分割され、CCD素子に結像する。画像信号をPCに取り込んだ後、二つのフィラメント像の強度を別々に読み取り、その比を放射温度計の示す温度に対してプロットした。フィラメントの電流を変化させて測定した多数の画像から強度比I_<VIS>/I_<NIR>を求め、対応する放射温度計の温度に対してプロットし、検量線とした。実際の測定では、電流の変化に応じて明るさが桁違いに変化して飽和の起こりやすい状況が生じたため、フィラメントとカメラの間に、減光のためのNDフィルターを置き、減光の度合いを系統的に調節しながら測定を行った。その結果、1700〜2300℃の温度領域で良好な検量線を得ることができた。

跟踪在短时间内达到高温的化学反应，例如实时的瞬时燃烧和点火，并控制放热过程会导致发现只能在高温条件下才能产生的独特分子并提高产量。此外，通过计算从温度变化的化学反应中释放的热能，可以在反应过程中阐明分子和细颗粒内部状态的化学键和内部状态的变化。在这项研究中，我们开发了一种高速温度图像测量设备，用于通过捕获在小于毫秒的实时图像时捕获发热现象的实时跟踪加热元件的温度。今年是最后一年，我们创建了一个用于温度校准的校准曲线，并将其应用于实际反应系统的观察。在准备校准曲线时，使用高速摄像机和次级标准辐射温度计观察到可以通过电流调节亮度的21W灯泡。最后的方法是放置一个将二分色镜和完全反射镜的单波长图像划分设备作为相机的光入射部分。细丝的光被分为波长，并在空间上分为空间，并成像到CCD元件上。将图像信号带入PC后，分别读取两个细丝图像的强度，并将比率与辐射温度计指示的温度绘制。强度比I_ <vis>/I_ <NIR>是根据通过改变细丝的电流测量的大量图像确定的，并在相应的辐射温度计的温度下绘制以用作校准曲线。在实际测量中，亮度响应于当前的变化而变为数量级，从而导致可能饱和的情况，因此在灯丝和摄像机之间放置了用于降低光的滤光片，并在系统地调整降低光的程度时进行了测量。结果，在1700-2300°C的温度范围内获得了良好的校准曲线。