▶ オンポイント テクノロジーズ リミテッド ライアビリティ カンパニーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-08-03
(54)【発明の名称】レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ及び関連する方法
(51)【国際特許分類】
G01N 21/31 20060101AFI20230727BHJP
【ＦＩ】
G01N21/31 610B
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023501179
(86)(22)【出願日】2021-07-01
(85)【翻訳文提出日】2023-01-06
(86)【国際出願番号】 IB2021055932
(87)【国際公開番号】W WO2022013671
(87)【国際公開日】2022-01-20
(31)【優先権主張番号】63/052,054
(32)【優先日】2020-07-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520418019
【氏名又は名称】オンポイント テクノロジーズ リミテッド ライアビリティ カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100086771
【弁理士】
【氏名又は名称】西島 孝喜
(74)【代理人】
【識別番号】100109335
【弁理士】
【氏名又は名称】上杉 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100120525
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100139712
【弁理士】
【氏名又は名称】那須 威夫
(74)【代理人】
【識別番号】100167911
【弁理士】
【氏名又は名称】豊島 匠二
(72)【発明者】
【氏名】サッピー アンドリュー ディー
【テーマコード（参考）】
2G059
【Ｆターム（参考）】
2G059AA01
2G059BB01
2G059CC04
2G059EE01
2G059EE09
2G059EE12
2G059HH01
2G059JJ22
2G059KK02
2G059MM01
(57)【要約】
レーザヘテロダイン燃焼効率モニタは、燃焼中に燃焼ゾーンから放射される光を捕捉し、捕捉された光に基づいて燃焼効率を決定する。モニタは、捕捉された光を光局部発振器信号と混合することによって電気的応答を生成する光学検出器と、電気的応答をフィルタリングして燃焼ゾーン内の標的種濃度に比例するうなり音を分離する信号フィルタとを含む。局部発振器信号の周波数は、標的種を決定し、標的種は、一酸化炭素、二酸化炭素、又はレーザへテロダイン放射測定を使用して検出することができる別の放射又は吸収線であってもよい。レーザが局部発振器信号を生成する。モニタは、異なる周波数でいくつかの局部発振器信号を放射するいくつかのレーザとともに動作するように拡張されてもよく、それによって、複数の標的種が同時に検出されることを可能にする。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザヘテロダイン燃焼効率モニタであって、燃焼ゾーンからの放射信号を光信号と混合することによって電気的応答を生成する光学検出器と、
前記電気的応答をフィルタリングして、前記燃焼ゾーン内の標的種濃度に比例するうなり音成分を分離する信号フィルタと、
を備える、レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ。
【請求項2】
前記光信号を生成する局部発振器を更に備える、請求項１に記載のレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ。
【請求項3】
前記局部発振器は、ある周波数範囲内の周波数を有する前記光信号を生成することができる、請求項２に記載のレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ。
【請求項4】
前記局部発振器は、一酸化炭素に関連する少なくとも１つの周波数で前記光信号を生成することができ、前記うなり音成分は、前記燃焼ゾーンに存在する一酸化炭素の測定濃度に比例する、請求項２に記載のレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ。
【請求項5】
前記局部発振器は、二酸化炭素に関連する少なくとも１つの周波数で前記光信号を生成することができ、前記うなり音成分は、前記燃焼ゾーンに存在する二酸化炭素の測定濃度に比例する、請求項２に記載のレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ。
【請求項6】
前記局部発振器は、ｉ）太陽放射、及びｉｉ）大気吸収のうちの１つ以上に関連する１つ以上の周波数で前記光信号を生成することができる、請求項２に記載のレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ。
【請求項7】
前記局部発振器は、４．５３９ミクロン付近のフラウンホーファー暗空間周波数範囲内の前記光信号を生成する、請求項２に記載のレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ。
【請求項8】
前記放射信号と前記光信号とを前記光学検出器上で重ね合わせる光カプラを更に備える、請求項１に記載のレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ。
【請求項9】
前記光カプラは、１対５～１対２０の比で前記光信号を前記放射信号と結合するように構成されている、請求項８に記載のレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ。
【請求項10】
複数の局部発振器を更に備え、前記局部発振器の各々は異なる周波数を有する光信号を生成する、請求項１に記載のレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ。
【請求項11】
前記うなり音成分を記録する信号検出器を更に備える、請求項１に記載のレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ。
【請求項12】
前記信号フィルタは複数の副フィルタを含み、前記副フィルタの各々は、対応する周波数範囲を有し、前記電気的応答の対応する部分を分離する、請求項１に記載のレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ。
【請求項13】
複数の副検出器を更に備え、前記副検出器の各々は、前記副フィルタのうちの１つに通信可能に結合される、請求項１０に記載のレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ。
【請求項14】
燃焼効率を監視する方法であって電気的応答を生成するために、燃焼ゾーンからの放射信号を光学検出器上で光信号と重ね合わせることと、
前記電気的応答をフィルタリングしてうなり音成分を分離することと、
を含む、方法。
【請求項15】
局部発振器を用いて前記光信号を生成することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
標的種に関連する１つ以上の周波数で前記光信号を生成することを更に含み、前記うなり音成分は、前記標的種の測定濃度に比例する、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
二酸化炭素に関連する１つ以上の周波数で前記光信号を生成することを更に含み、前記うなり音成分は、前記二酸化炭素の測定濃度に比例する、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記標的種の前記測定濃度を正規化することを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
正規化することは、前記標的種の前記測定濃度を二酸化炭素の前記測定濃度で割ることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記標的種が一酸化炭素である、請求項１６に記載の方法。
【請求項21】
ｉ）太陽放射、及びｉｉ）大気吸収のうちの１つ以上に関連する１つ以上の周波数で前記光信号を生成することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項22】
４．５３９ミクロン付近のフラウンホーファー暗空間周波数範囲内の前記光信号を生成することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項23】
前記重ね合わせるステップは、光カプラを利用するステップを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項24】
重ね合わせることは、前記光信号と前記放射信号とを１対５～１対２０の比で組み合わせる光カプラを利用することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
信号検出器を用いて、前記うなり音成分を記録することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項26】
燃焼ゾーン内の種の濃度を測定する方法であって、複数の発振器周波数における各発振器周波数について、電気的応答を生成するために、燃焼ゾーンからの放射信号を光学検出器上で光信号と重ね合わせることと、
前記電気的応答をフィルタリングしてうなり音成分を分離することと、
信号検出器を用いて前記うなり音成分を記録することと、
スペクトルを生成するために各発振器周波数について前記うなり音成分をプロットすることと、前記スペクトルに基づいて前記燃焼ゾーン内の少なくとも１つの種の濃度を決定することと、を含む、方法。
【請求項27】
燃焼効率を監視する方法であって、電気的応答を生成するために、燃焼ゾーンからの放射信号を光学検出器上で光信号と重ね合わせることと、
複数の副フィルタを用いて前記電気的応答をフィルタリングすることであって、前記副フィルタの各々は周波数範囲を有し、前記周波数範囲に基づいて前記電気的応答の一部を分離することと、
を含む、方法。
【請求項28】
前記電気信号の各部分を信号検出器で記録することを更に含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項29】
記録することは、複数の副検出器のうちの１つの副検出器を用いて前記電気的応答の各部分を記録することを更に含み、前記副検出器の各々は、１つの副フィルタに対応する、請求項２８に記載の方法。
【請求項30】
レーザへテロダイン放射測定を用いて燃焼効率を監視する方法であって、各局部発振器について、複数の局部発振器が、
前記局部発振器で光信号を生成することと、
電気的応答を生成するために、燃焼ゾーンからの放射信号を前記光信号と光学検出器上で重ね合わせることと、
前記電気的応答を信号フィルタでフィルタリングして、前記うなり音成分を分離することと、
を含む、方法。
【請求項31】
各局部発振器について、前記うなり音成分を記録することを更に含む、請求項３０に記載の方法。レーザヘテロダイン燃焼効率モニタは、燃焼ゾーンからの放射信号を光信号と混合することによって電気的応答を生成する光学検出器と、電気的応答をフィルタリングして燃焼ゾーン内の標的種濃度に比例するうなり音成分を分離する信号フィルタとを含む。燃焼ゾーン内の種の濃度を測定する方法は、複数の発振器周波数内の各発振器周波数について、燃焼ゾーンからの放射信号を光学検出器上で光信号と重ね合わせて電気的応答を生成することと、電気的応答をフィルタリングしてうなり音成分を分離することと、うなり音成分を信号検出器で記録することとを含む。本方法は、スペクトルを生成するために各発振器周波数についてうなり音成分をプロットすることと、スペクトルに基づいて燃焼ゾーン内の少なくとも１つの種の濃度を決定することと、を更に含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願）
この出願は、２０２０年７月１５日に出願された米国仮特許出願第６３／０５２，０５４号の優先権を主張し、それは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
（添付書類）
この出願は、２０２０年７月１５日に出願された米国仮特許出願第６３／０５２，０５４号の優先権を主張し、それは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
（添付書類）
【0002】
添付書類Ａは、開示の目的で、「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ Ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ ｆｏｒ ＮＩＲ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ」と題する本発明者らによる論文を含む。
【背景技術】
【0003】
ある範囲の燃焼及び製造プロセスにおいて、適切な動作を維持するために燃焼システムの効率を監視することが必要である。エンジン及びフレアスタックを含む燃焼システムは、火炎及び燃焼前駆体を有するものの中にある。これらの燃焼システムは、満足のいく燃焼効率を維持するために、燃料と空気の特定の比率を必要とし、２つの安定した混合に依存する。
【発明の概要】
【0004】
燃焼プロセスは、標準的な動作条件を満たすために監視を必要とする。火炎内の高温及び揮発性環境に起因して、燃焼システムの直接感知は困難である。火炎を監視するために分光法が使用されてきたが、多くの分光監視システムはかなりの費用を必要とし、しばしば繊細な光学部品の慎重な位置合わせを必要とする。燃焼中、一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ2）が生成される。発生したＣＯの量は、燃料の燃焼効率を示す。火炎中のＣＯの量を監視することにより、燃焼効率をリアルタイムで推定することができる。火炎は揮発性であるので、測定されたＣＯの量は、火炎の動き又は不均一な混合の結果として変動し得る。そのような変動性を制御するために、測定されたＣＯ濃度は、測定されたＣＯ2濃度との比較によって正規化することができる。これは、例えば、測定の検出効率が変化する場合に有用である。
【0005】
本明細書に開示される実施形態は、侵入性プローブ又は複雑な光学系の設置を伴わずに、燃焼システムの効率を監視する。代わりに、燃焼中に燃焼ゾーンから放射される光を捕捉し、収集された光に基づいて燃焼効率を決定するレーザヘテロダイン燃焼効率モニタが開示される。レーザヘテロダイン燃焼効率モニタは、燃焼ゾーンに直接隣接する必要はない。また、燃焼ゾーンを形成する燃焼システムに直接取り付ける必要もない。有利には、ヘテロダイン燃焼効率モニタは、代わりに、燃焼プロセスに関連する高温を回避するために燃焼ゾーンから十分に離れて配置されてもよい。
【0006】
第１の態様では、レーザヘテロダイン燃焼効率モニタは、燃焼ゾーンからの放射信号を光信号と混合することによって電気的応答を生成する光学検出器を含む。レーザヘテロダイン燃焼効率モニタは、電気的応答をフィルタリングして、燃焼ゾーン内の標的種濃度に比例するうなり音成分を分離する信号フィルタを更に含む。
【0007】
第２の態様では、燃焼効率を監視する方法は、燃焼ゾーンからの放射信号を光学検出器上で光信号と重ね合わせて電気的応答を生成することと、電気的応答をフィルタリングしてうなり音成分を分離することとを含む。
【0008】
第３の態様では、燃焼ゾーン内の種の濃度を測定する方法は、複数の発振器周波数内の各発振器周波数について、ｉ）燃焼ゾーンからの放射信号を光学検出器上で光信号と重ね合わせて電気的応答を生成することと、ｉｉ）電気的応答をフィルタリングしてうなり音成分を分離することと、ｉｉｉ）うなり音成分を信号検出器で記録することとを含む。本方法はまた、スペクトルを生成するために各発振器周波数についてうなり音成分をプロットすることと、スペクトルに基づいて燃焼ゾーン内の少なくとも１つの種の濃度を決定することを含む。
【0009】
第４の態様では、燃焼効率を監視する方法は、ｉ）燃焼ゾーンからの放射信号を光学検出器上で光信号と重ね合わせて電気信号を生成することと、ｉｉ）複数の副フィルタで電気的応答をフィルタリングすることであって、副フィルタの各々が周波数範囲を有し、周波数範囲に基づいて電気的応答の一部を分離する、こととを含む。
【0010】
第５の態様では、レーザへテロダイン放射測定を使用して燃焼効率を監視する方法は、複数の局部発振器の各局部発振器について、ｉ）局部発振器で光信号を生成することと、ｉｉ）燃焼ゾーンからの放射信号を光学検出器上で光信号と重ね合わせて電気的応答を生成することと、ｉｉｉ）電気的応答を信号フィルタでフィルタリングしてうなり音成分を分離することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】一実施形態によるレーザヘテロダイン燃焼効率モニタを示す。
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【図5】一実施形態における燃焼効率を監視するための１つの方法を示すフローチャートを示す。
【0016】
【図6】一実施形態において、燃焼ゾーン内の種の濃度を測定するための１つの方法を示すフローチャートを示す。
【0017】
【図7】一実施形態における燃焼効率を監視するための１つの方法を示すフローチャートを示す。
【0018】
【図8】一実施形態において、レーザヘテロダイン放射測定を使用して燃焼効率を監視するための１つの方法を示すフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【0019】
図１は、燃焼システム１２７から生成された燃焼ゾーン１２６を監視するレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００を示す。レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００は、光信号１１２と燃焼ゾーン１２６によって放射された放射信号１２４とを混合して電気的応答１３２を生成する光学検出器１３０を含む。レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００は、電気的応答１３２を受信し、その中に含まれるうなり音成分１３４を分離する信号フィルタ１４０を含む。一実施形態において、レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００は、光信号１１２を生成する局部発振器１１０を含む。レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００は、うなり音成分１３４を記録する信号検出器１５０を含むことができる。光信号１１２は、ＭＩＲ光又はＮＩＲ光に関連付けられた周波数を有し得る。
【0020】
各々固有の発振周波数を有する２つの光ビームがヘテロダインされるとき、結果として生じる信号は、２つの別個の電磁成分を含み、一方は、２つの入力周波数の和に等しい発振周波数を有し、他方は、差周波数成分として知られる、２つの入力周波数の差に等しい発振周波数を有する。これは、図１の電気的応答１３２に当てはまる。信号フィルタ１４０は、差周波数成分を分離するために電気的応答１３２をフィルタリングする。一実施形態では、光信号１１２は赤外線周波数で生成される。信号フィルタ１４０は、５０ＭＨｚを超える周波数を有する電気的応答１３２の部分を除外し、うなり音成分１３４を残す。これは、以下の式１によって表され、式中、ｖ112は、光信号１１２の周波数であり、Ｖ124は、放射信号１２４の周波数である。信号フィルタ１４０は、式１の右辺の第２項を抑制し、うなり音成分１３４によって表される右辺の第１項を分離する。
【数1】
【0021】
一実施形態では、光信号１１２は、光ファイバケーブルによって局部発振器１１０から光学検出器１３０に伝達される。一実施形態では、電気的応答１３２及びうなり音成分１３４は、導電性媒体、例えば同軸ケーブルを介して伝達される。一実施形態では、放射信号１２４は、光ファイバ入力カプラ１２１によって光学検出器１３０に向けられる。
【0022】
レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００は、出力１６０として示される複数のデータ要素を生成することができる。一実施形態では、１つのデータ要素は、燃焼ゾーン１２６内に存在する化学種の吸収特徴に及ぶスペクトル１６２である。一実施形態において、局部発振器１１０は、発振器周波数１６４の範囲内の複数の周波数で光信号１１２を生成する。発振器周波数１６４の各々において、信号検出器１５０はうなり音成分１３４を記録する。スペクトル１６２上の所与の点は、単一の発振器周波数１６４（１）と、発振器周波数１６４（１）で光信号１１２（１）を生成する局部発振器１１０に対応する単一のうなり音成分１３４（１）とを表す。添付書類Ａは、スペクトル１６２がどのように生成されるかに関する更なる詳細を提供する。
【0023】
レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００は、燃焼システム１２７に物理的に取り付けられる必要はなく、又は燃焼ゾーン１２６に隣接する必要もない。代わりに、レーザ燃焼効率モニタ１００は、燃焼ゾーン１２６から離れて、例えば燃焼ゾーン１２６から数メートル離れて配置されてもよい。
【0024】
一実施形態では、局部発振器１１０は、一酸化炭素（ＣＯ）に関連する少なくとも１つの周波数で光信号１１２を生成する。この実施形態では、信号検出器１５０によって記録されたうなり音成分１３４は、燃焼ゾーン１２６内のＣＯ １６６の測定濃度に比例する。
【0025】
一実施形態では、局部発振器１１０は、二酸化炭素（ＣＯ2）に関連する少なくとも１つの周波数で光信号１１２を生成する。この実施形態では、信号検出器１５０によって記録されたうなり音成分１３４は、燃焼ゾーン１２６内のＣＯ2 １６８の測定濃度に比例する。ＣＯ2の測定濃度は、ＣＯ １６６の測定濃度を正規化して、正規化されたＣＯ １７０の濃度を生成するために使用することができ、正規化されたＣＯ １６６の濃度は、ノイズへの寄与を除去するとともに、そうでなければＣＯ １６６の測定濃度の精度を低下させる可変経路長を補正する。
【0026】
局部発振器１１０は、太陽放射及び／又は大気吸収に関連する１つ以上の周波数で光信号１１２を生成することができる。レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００を、太陽放射及び／又は大気吸収に関連する周波数で動作させることにより、レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００の較正が可能になる。太陽放射及び大気吸収は、日中の動作中に容易に利用可能であり、信頼できる周波数特性を有し、それらを有利な較正標的にし、追加の必要な機器なしで較正を可能にする。
【0027】
一実施形態では、局部発振器１１０は、４．５３９ミクロン付近のフラウンホーファー暗空間周波数範囲内の光信号１１２を生成する。日中動作中、レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００は、光信号１１２の周波数と同様の周波数を有する太陽光を検出することができるので、この周波数領域で動作することは有益である。太陽光の検出はノイズの一因となり、例えばＣＯ １６６の測定濃度の不正確さにつながる。フラウンホーファー暗空間周波数範囲内で光信号１１２を生成することは、フラウンホーファー暗空間周波数範囲内の太陽放射が低減されるので、太陽光の検出を低減するのに役立つ。ノイズを低減するために、光信号１１２は、他の燃焼種からの寄与を示さない１つ以上の周波数で生成され得る。他の燃焼種によって生成され、信号検出器１５０によって検出される周波数範囲内の光は、例えば、ＣＯ放射に誤って起因し、レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００の精度に悪影響を及ぼす。
【0028】
図２は、光カプラ２２０を備えた図１のレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００を示す。出力カプラ２２０は、光信号１１２及び放射信号１２４を受信し、それらを結合して重畳信号２２２を形成し、これは光学検出器１３０によって受信される。光カプラ２２０は、光信号１１２と放射信号１２４とを１対１の比で結合して重畳信号２２２を形成してもよいが、本明細書の範囲から逸脱することなく、結合において他の比を使用してもよい。例えば、光カプラ２２０は、光信号１１２と放射信号１２４とを１対９の比で結合して、重畳信号２２２を形成することができ、これは有利に感度を高める。光カプラ２２０は、放射信号１２４のパワー及びノイズレベルに基づいて、光信号１１２と放射信号１２４とを１：５から１：２０の間の比で結合することができる。感度の増加は、例えば、放射信号１２４が光信号１１２よりも弱い場合に有用である。光ファイバ入力カプラ２２１を使用して、放射信号１２４を光カプラ２２０に向けることができる。
【0029】
図３は、複数の光信号３１２を生成する複数の局部発振器３１０を備えた図２のレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００を示す。局部発振器３１０（Ｍ）の各々は、図示されるように、光信号３１２（Ｍ）のうちの１つを生成する。例えば、局部発振器３１０（１）は、光信号３１２（１）を生成する。複数の光信号３１２は、複数の光信号３１２の各々を放射信号１２４と組み合わせることによって複数の重畳信号３２２を生成する光カプラ２２０によって受信される。この場合、光学検出器１３０は、複数の重畳信号３２２の各々を混合して、複数の電気的応答３３２のうちの１つを生成し、各々がうなり音成分３３４（Ｍ）を含み、複数のうなり音成分３３４を形成する。信号フィルタ１４０は、信号検出器１５０による記録のために、複数の電気的応答３３２の各々をフィルタリングして、その対応するうなり音成分３３４（Ｍ）を分離する。信号検出器１５０は、各局部発振器３１０（Ｍ）に対応するうなり音成分３３４（Ｍ）を記録する。
【0030】
例えば、局部発振器３１０（２）は、重畳信号３２２（２）を生成するために使用される光信号３１２（２）を生成する。光学検出器１３０は、重畳信号３２２（２）を混合して、うなり音成分３３４（２）を含む電気的応答３３２（２）を生成する。信号フィルタ１４０はうなり音成分３３４（２）を分離し、これは信号検出器１５０によって記録される。
【0031】
複数のうなり音成分３３４の各々を、対応する光信号３１２の周波数範囲に対してプロットすると、スペクトル１６２が生成される。各局部発振器３１０（Ｍ）は単一の周波数で光信号３１２を生成するだけでよいので、複数の局部発振器３１０は有利である。
【0032】
図４は、複数の副フィルタ４４０及び複数の副検出器４５０を備えた図１のレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００を示す。複数の副フィルタ４４０の各々は、電気的応答１３２の対応する部分を分離するために周波数範囲に関連付けられる。例えば、副フィルタ４４０（１）は、電気的応答１３２（１）の一部を分離する。
【0033】
各副検出器４５０（Ｎ）は、示されるように、１つの副フィルタ４４０（Ｎ）に通信可能に結合される。例えば、副検出器４５０（２）は、副フィルタ４４０（２）に通信可能に結合される。副検出器４５０の各々は、対応する副フィルタ４４０によって分離された電気的応答１３２の部分を記録する。副検出器４５０によって記録された電気的応答１３２の部分は、対応する副フィルタ４４０の周波数範囲に対してグラフ化されると、スペクトル１６２を生成する。
【0034】
図５は、燃焼効率を監視する方法５００を示すフローチャートである。方法５００は、例えば、上述のレーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００によって実施される。方法５００は、ブロック５３０及び５５０を含む。実施形態において、方法５００は、ブロック５１０、５１２、５１４、５１６、５１８、５２０、５２２、５２４、５３２、５３４、及び５６０のうちの少なくとも１つを含む。
【0035】
ブロック５３０において、燃焼ゾーンからの光信号及び放射信号は、電気的応答を生成するために光学検出器上で重ね合わされる。ブロック５３０の一例では、燃焼ゾーン１２６からの光信号１１２放射信号１２４は、光学検出器１３０上で重なり合う。
【0036】
ブロック５５０において、電気的応答は、うなり音成分を分離するためにフィルタリングされる。ブロック５５０の一例では、電気的応答１３２は、うなり音成分１３４を分離するために信号フィルタ１４０によってフィルタリングされる。
【0037】
実施形態において、方法５００は、図５のフローチャートの１つ以上の追加のブロックを含む。ブロック５１０において、光信号は局部発振器で生成される。一例では、光信号１１２は局部発振器１１０によって生成される。ブロック５１２において、光信号は、標的種に関連付けられた１つ以上の周波数で生成され、標的種の測定濃度が生成される。ブロック５１４において、標的種はＣＯである。ブロック５１２及び５１４の例では、レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００は、局部発振器１１０がＣＯに関連付けられた１つ以上の周波数で光信号１１２を生成するとき、ＣＯ １６６の測定濃度を生成する。
【0038】
ブロック５１６において、光信号は、ＣＯ2に関連する１つ以上の周波数で生成され、ＣＯ2の測定濃度が生成される。ブロック５１８において、標的種の測定濃度は正規化され、ブロック５２０において、標的種の測定濃度は、ＣＯ2の測定濃度で割ることによって正規化される。ブロック５１６、５１８、及び５２０の一例では、レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００は、局部発振器１１０がＣＯ2に関連する１つ以上の周波数で光信号１１２を生成するときにＣＯ2の測定濃度１６８を生成し、これはＣＯの正規化濃度１７０を生成するために使用される。
【0039】
ブロック５２２において、光信号は、ｉ）太陽放射及びｉｉ）大気吸収のうちの１つ以上に関連付けられた１つ以上の周波数で生成される。ブロック５２２の一例では、局部発振器１１０は、太陽放射に関連する１つ以上の周波数で光信号１１２を生成する。太陽放射内の明確なスペクトル線の検出を使用して、レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００を較正することができる。ブロック５２２の一例では、局部発振器１１０は、大気吸収に関連する１つ以上の周波数で光信号１１２を生成する。大気放射に関連する明確なスペクトル線の検出を使用して、レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００を較正することができる。
【0040】
ブロック５２４において、光信号は、フラウンホーファー暗空間周波数範囲内で生成される。ブロック５２４の一例では、局部発振器１１０は、フラウンホーファー暗空間周波数範囲内の光信号１１２を生成する。太陽自体の中での光の吸収に起因して、太陽放射スペクトルは、フラウンホーファー暗空間周波数範囲内で低減された放射を示す。レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００は、光信号１１２の周波数に応じて太陽光を検出することができる。フラウンホーファー暗空間周波数範囲内などの低減された放射を示す周波数で光信号１１２を生成することによって、レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００は、そうでなければノイズに寄与し得る太陽によって放射されるより少ない光を検出し、それによって、精度を改善し、感度を増加させる。
【0041】
ブロック５３２において、放射信号及び光信号は、光カプラで重ね合わされる。ブロック５３２の一例では、放射信号１２４及び光信号１１２は、光カプラ２２０で重ね合わされる。一実施形態では、光カプラ２２０は、光ファイバケーブルを使用する。ブロック５３４において、光カプラは、光信号と放射信号とを１：５～１：２０の比で組み合わせる。実施形態において、放射信号１２４は、光信号１１２よりも弱く、放射信号１２４の相対的な寄与を高めることは、レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００の感度の増加につながる。
【0042】
ブロック５６０において、うなり音成分が信号検出器で記録される。ブロック５６０の一例では、うなり音成分１３４は信号検出器１５０で記録される。一実施形態では、うなり音成分１３４を記録することにより、計算を実行し、出力１６０内に見出され得るデータ要素をもたらすことが可能になる。
【0043】
図６は、燃焼ゾーン内の種の濃度を測定するための方法６００を示すフローチャートである。方法６００は、例えば、レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００によって実施される。方法６００は、ブロック６３０、６５０、６６０、６６２、６６４、６６６、及び６７０を含む。
【0044】
ブロック６３０において、燃焼ゾーンからの光信号及び放射信号は、電気的応答を生成するために光学検出器上で重ね合わされる。ブロック６３０の一例では、放射信号１２４及び光信号１１２は、電気的応答１３２を生成するために光学検出器１３０上で重ね合わされる。
【0045】
ブロック６５０において、電気的応答は、うなり音成分を分離するためにフィルタリングされる。ブロック６５０の一例では、電気的応答１３２は、うなり音成分１３４を分離するために信号フィルタ１４０によってフィルタリングされる。
【0046】
ブロック６６０において、うなり音成分が信号検出器で記録される。ブロック６６０の一例では、うなり音成分１３４は信号検出器１５０で記録される。
【0047】
決定ブロック６６２において、ブロック６３０の光信号を記述する発振器周波数は、発振器周波数が反復されるべきかどうかを決定するために、利用可能な発振器周波数６６４のリストと比較される。決定ブロック６６２は、利用可能な発振器周波数６６４を比較して、ｉ）はい、新しい光信号が新しい発振器周波数で生成され、ブロック６３０、６５０、及び６６０が繰り返される、又はｉｉ）いいえ、方法６００を継続する、を決定する。
【0048】
ブロック６６６では、うなり音成分を対応する発振器周波数に対してプロットして、スペクトルを生成する。ブロック６６６の例では、スペクトル１６２を生成するために、うなり音成分１３４が発振器周波数１６４に対してプロットされる。一実施形態では、決定ブロック６６２は発振器周波数を反復するが、ブロック６６６も使用してうなり音成分をプロットし、発振器周波数の各反復中にプロットを更新する。
【0049】
ブロック６７０において、燃焼ゾーン内の種の濃度は、少なくともスペクトルに基づいて決定される。ブロック６７０の例では、燃焼ゾーン１２６内のＣＯ １６６の測定濃度は、少なくともスペクトル１６２に基づいて決定される。
【0050】
図７は、燃焼効率を監視する方法７００を示すフローチャートである。方法７００は、例えば、レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００によって実施される。方法７００は、ブロック７３０及び７５０を含む。複数の実施形態では、方法７００はまた、ブロック７６０及びブロック７６２のうちの少なくとも１つをも含み得る。
【0051】
ブロック７３０において、燃焼ゾーンからの光信号及び放射信号は、電気的応答を生成するために光学検出器上で重ね合わされる。ブロック７３０の一例では、放射信号１２４及び光信号１１２は、電気的応答１３２を生成するために光学検出器１３０上で重ね合わされる。
【0052】
ブロック７５０において、電気的応答は、複数の副フィルタを用いてフィルタリングされ、各々が電気的応答の一部を分離する。ブロック７５０の一例では、電気的応答１３２は、各々が電気的応答１３２の一部を分離する複数の副フィルタ４４０によってフィルタリングされる。
【0053】
ブロック７６０では、電気的応答の各部分が信号検出器で記録される。ブロック７６０の一例では、電気的応答１３２の各部分は、信号フィルタ１５０によって記録される。
【0054】
ブロック７６２において、電気的応答の各部分は、複数の副検出器のうちの１つの副検出器で記録され、副検出器の各々は、副フィルタのうちの１つに対応し、それに通信可能に結合される。ブロック７６２の一例では、電気的応答１３２（１）の一部は、対応する副フィルタ４４０（１）に通信可能に結合された副検出器４５０（１）によって記録される。
【0055】
図８は、レーザヘテロダイン放射測定を使用して燃焼効率を監視する方法８００を示すフローチャートである。方法８００は、例えば、レーザヘテロダイン燃焼効率モニタ１００によって実施される。方法８００は、ブロック８１０、８３０、８５０、８６２、及び８６４を含む。実施形態では、方法８００はまた、少なくともブロック８６０を含み得る。
【0056】
ブロック８１０において、光信号が局部発振器によって生成される。ブロック８１０の一例では、光信号３１２（１）は、局部発振器３１０（１）によって生成される。
【0057】
ブロック８３０において、燃焼ゾーンからの光信号及び放射信号は、電気的応答を生成するために光学検出器上で重ね合わされる。ブロック８３０の一例では、放射信号１２４及び光信号３１２（１）は、電気的応答３３２（１）を生成するために光学検出器１３０上で重ね合わされる。
【0058】
ブロック８５０において、電気的応答は、うなり音成分を分離するためにフィルタリングされる。ブロック８５０の一例では、電気的応答３３２は、うなり音成分３３４を分離するために信号フィルタ１４０によってフィルタリングされる。
【0059】
ブロック８６０において、うなり音成分が信号検出器で記録される。ブロック８６０の一例では、うなり音成分１３４は信号検出器１５０で記録される。
【0060】
決定ブロック８６２では、光信号を生成するためにブロック８１０で使用された局部発振器が、利用可能な局部発振器８６４のリストと比較されて、局部発振器が反復されるべきかどうかを決定する。決定ブロック８６２は、利用可能な発振器８６４のリストを比較して、ｉ）はい、新しい光信号が新しい局部発振器によって生成され、ブロック８１０、８３０、及び８５０が繰り返される、又はｉｉ）いいえ、方法８００を継続する、を決定する。
【0061】
上記の方法及びシステムでの変更は、本実施形態の範囲を逸脱せずに行うことができる。したがって、上記の説明に含まれ、又は添付図面に示された主題は、例示的なものとして解釈されるべきであり、かつ限定的な意味で解釈されるべきではないことを留意されたい。以下の特許請求の範囲は、本明細書に記載された全ての一般的かつ特定の特徴、並びに本発明の方法及びシステムの範囲の全ての陳述をカバーすることを意図し、それは、言葉として、それらの間にあると言ってもよい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】