当在发生反应的区域(以下简称为“反应区域”)中发生异常反应且未反 应的粒子混合或反应变得不完全时，对利用反应操作的引擎的动作有很大影 响。例如，在未进行碳氢化合物燃料和空气的预混合的情况下，在燃料富集的 区域中发生不完全燃烧从而形成煤烟并产生光焰。当在内燃机的燃烧室中发生 非预期燃烧时，发生所谓的爆震。通过测量和分析来检测这种异常反应的发生 以及了解该反应具有何种特征是使利用反应操作的引擎高效率且更加环境友 好所必需的。
通常，作为检测反应异常性和了解反应特征的方法，有通过人类感知的实 验法、通过反应区域的压强测量和压强分析的方法、通过反应室的声音或振动 的测量和分析的方法、测量来自反应区域的排气等并分析其成分等的方法。然 而，因为这些方法是感知或间接的方法，所以检测的可再现性不够并且不能获 得关于反应的详细信息。
因此，提出了各种技术，比如通过直接地和光学地测量反应区域来检测反 应异常性的发生的技术，以及通过分析发生反应的区域中的光来获取关于反应 状态等的信息的技术。例如，专利文献1公开一种方法，包括：在燃烧室中安 装光学传感器以与火焰的每一自发光相对应，根据由光学传感器检测的发射强 度比计算空气-燃料比，以及基于该空气-燃料比诊断燃烧。或者，如非专利文 献2中描述的燃烧诊断方法，有一种方法包括：将光纤插入燃烧室，经由光纤 检测燃烧室中的光，以及根据光的强度检测诸如爆震之类的燃烧异常性。
本发明人提出一种在专利文献2中描述的光学测量装置。该光学测量装置 用于通过使用具有构成反射光学系统的光学元件的插塞来测量由燃烧室的局 部位置中的物理和化学反应所生成的光，检测并分析物理和化学反应区域以及 局部物理和化学反应特征。
专利文献1：日本专利公开No.2005-226893
专利文献2：日本专利公开No.2006-292524
非专利文献1：AVL Visiolution Catalog(AVL Visiolution目录，日本AVL 株式会社)

本发明要解决的问题
在专利文献1所述的技术中，根据发射强度比来计算空气-燃料比并且根据 空气-燃料比来诊断燃烧。然而，在由于不完全燃烧而在反应区域中形成煤烟且 产生光焰的情况下，不可能准确地测量自发光的强度。因此，不可能计算空气 -燃料比。因此，利用专利文献1所述的技术，不能检测这种异常反应。
在非专利文献1所述的技术中，根据燃烧室中的光的强度来检测燃烧异常 性。然而，在光纤的聚焦性能被反应区域中热量的影响、压强、大气中的化学 物质等或者被粘附于光纤的煤烟恶化的情况下，不可能准确地测量光的强度。 此外，根据不准确的测量值正确地检测燃烧异常性是不可能的。因此，利用非 专利文献1所述的技术，既不可能正确地计算空气-燃料比也不可能确保异常反 应的检测的可再现性。在以上文献所述的技术中可能出现由这种光接收状态所 导致的检测可再现性的问题。
在专利文献1和非专利文献1所述的技术中，因为检测到射向光学传感器 或光纤的来自所有方向的光，所以空间分辨率差。因此，即使在检测到异常反 应时，也非常难以标识在反应区域中的哪一位置发生异常反应或者异常反应采 用哪一空间分布。
在专利文献1所述的技术中，诸如燃气轮机的燃烧室之类的持续进行燃烧 的反应区域被靶定。燃烧诊断装置从由连接到燃烧室的光纤引导的光获得作为 用作运算结果的自发射强度比的一个值。然而，利用这种方法，难以准确地和 精确地分析在反应区域中发生的反应。
例如，在反应区域是诸如汽车的典型引擎之类的火花点火型的排量内燃机 的情况下，或者在反应区域是激光点火型的内燃机的情况下，放电或激光引起 的等离子体大大影响稍后的点火和火焰传播。另外，为了获得关于汽缸中的状 态的信息，对分别来自点火或利用激光诱发的等离子体的放电等离子体的光进 行光谱分析(例如火花诱发击穿光谱分析(SIBS)或激光诱发击穿光谱分析 (LIBS))。然而，从该等离子体发射的光的光谱与来自火焰的光的光谱大不 相同。在专利文献1所述的技术中，不可能判断光学传感器所接收的光是来自 放电和激光还是来自火焰。
例如，在反应区域是诸如汽车用典型引擎之类的火花点火型的排量内燃机 的情况下，火焰带在点火之后形成并且该火焰带在汽缸中生长以便实现火焰传 播。在这种情况下，光生成位置随时间而改变。在专利文献1所述的技术中， 不可能标识燃烧异常性等发生的位置。
此外，汽车用典型引擎设置有多个汽缸。在这些汽缸中产生的火焰决定内 燃机的性能。为了通过专利文献1所述的技术来获得关于汽缸的信息，因为必 须提供数量与汽缸的数量至少相同的用于光谱分析、光电变换、放大和运算处 理的功能部分，所以该装置被不可避免地大型化。
考虑到以上情形提出本发明以便提供能够以高可再现性精确地检测反应 区域是否处于异常反应状态的反应分析装置、测量系统以及其中记录用于形成 反应分析装置的程序的记录介质。
本发明用于提供能够根据反应区域的状态执行正确的分析处理且有效地 分析燃料区域的特征的反应分析装置、测量系统以及其中记录用于形成反应分 析装置的程序的记录介质。
本发明用于提供能够以高空间分辨率检测反应区域是否处于异常状态的 反应分析装置、测量系统以及其中记录用于形成反应分析装置的程序的记录介 质。
解决问题的手段
根据本发明的反应分析装置包括：获取装置，用于根据光谱仪对从反应区 域发射的光的测量结果获得第一波长分量的强度值和第二波长分量的强度值； 相对强度计算装置，用于根据由获取装置所获得的第一波长分量的强度值和第 二波长分量的强度值计算第一波长分量相对于第二波长分量的相对强度；确定 装置，用于确定由相对强度计算装置所计算的相对强度是否是预定范围内的 值；以及通知装置，用于响应于确定装置所作的相对强度是预定范围内的值的 确定通知反应区域的状态是预定状态。
根据以上配置，在预定的光谱仪对从反应区域发射的光的测量结果中，当 第一波长分量相对于第二波长分量的相对强度在预定值内时，通知反应区域处 于预定状态中。与第一波长分量或第二波长分量的强度值相比，该相对强度被 在接收从反应区域发射的光并执行光谱分析时取决于光学系统状态所导致的 误差的影响较少地改变。因此，基于光谱仪对反应区域的测量结果，有可能以 高可再现性正确地检测和通知反应区域处于预定状态而不被测量情形较大地 影响。
优选地，获取装置从预定的光谱仪对从碳氢化合物的反应区域发射的光的 测量结果获得实质上与从C2*发射的光的波长相对应的波长分量的强度值作为 第一波长分量的强度值，以及实质上与从选自由CH*、CN*和OH*组成的组的 至少一个原子团发射的光的波长相对应的波长分量的强度值作为第二波长分 量的强度值。
根据以上配置，基于光谱仪对碳氢化合物的反应区域的测量结果，有可能 以高可再现性正确地检测和通知碳氢化合物的反应区域处于预定状态中。
优选地，通知装置响应于确定装置所作的相对强度是预定范围内的值的确 定而通知在反应区域中产生烟灰。
根据以上配置，基于光谱仪对反应区域的测量结果，有可能以高可再现性 正确地检测和通知在反应区域中产生烟灰。
优选地，在根据本发明的反应分析装置中，获取装置从光谱仪对从反应区 域发射的光的测量结果获得第三波长分量的强度值和第四波长分量的强度值， 相对强度计算装置根据由获取装置所获得的第三波长分量的强度值和第四波 长分量的强度值计算第三波长分量相对于第四波长分量的相对强度，以及当通 知装置响应于确定装置所作的相对强度是预定范围内的值的确定而通知在反 应区域中产生烟灰时，计算装置基于第三波长分量的强度值和第四波长分量的 强度值计算反应区域中所产生的烟灰的温度。
根据以上配置，当通知在反应区域中产生烟灰时根据测量结果计算烟灰的 温度。因为可根据能够计算烟灰温度的测量结果计算烟灰的温度，所以可能有 效地生成关于烟灰温度的信息。
根据本发明的反应分析装置可设置有浓度计算装置，其用于在通知装置通 知在反应区域中产生烟灰时基于第三波长分量的强度值、第四波长分量的强度 值以及烟灰的温度来计算反应区域中所产生烟灰的浓度。
根据以上配置，当通知在反应区域中产生烟灰时根据测量结果计算烟灰的 浓度。因为可根据能够计算烟灰浓度的测量结果计算烟灰的浓度，所以可能有 效地生成关于烟灰浓度的信息。
此外优选地，通知装置响应于确定装置所作的相对强度是预定范围内的值 的确定而通知具有连续光谱图样的发射光的反应正在反应区域中进行。
根据以上配置，基于光谱仪对反应区域的测量结果，有可能以高可再现性 正确地检测和通知具有连续光谱图样的发射光的反应正在反应区域中进行。
通知装置可响应于确定装置所作的相对强度是预定范围内的值的确定而 通知在反应区域中产生光焰。
根据以上配置，基于光谱仪对反应区域的测量结果，有可能以高可再现性 正确地检测和通知反应区域处于产生光焰的状态。
通知装置可响应于确定装置所作的相对强度是预定范围内的值的确定而 通知在反应区域中发生不完全燃烧。
根据以上配置，基于光谱仪对反应区域的测量结果，有可能以高可再现性 正确地检测和通知反应区域处于不完全燃烧状态中。
通知装置可响应于确定装置所作的相对强度是预定范围内的值的确定而 通知在反应区域中发生燃料和氧化剂的预混合失败。
根据以上配置，基于光谱仪对反应区域的测量结果，有可能以高可再现性 正确地检测并通知燃料和氧化剂的预混合处于不充分状态从而通知反应区域 的状态处于预定状态。
通知装置可响应于确定装置所作的相对强度是预定范围内的值的确定而 通知反应区域的状态是等离子体反应的预定状态。
通知装置可响应于确定装置所作的相对强度是预定范围内的值的确定而 通知反应区域处于激光诱发击穿反应的初始状态。
根据以上配置，基于光谱仪对预定的激光诱发击穿反应区域的测量结果， 有可能以高可再现性正确地检测和通知反应区域处于激光诱发击穿反应的初 始状态。
该反应分析装置可具有计算装置，其用于在确定装置确定相对强度不是预 定范围内的值时基于光谱仪的测量结果计算反应区域的空气过量比。
根据以上配置，当发射具有连续光谱图样的光的反应未被进行时，根据测 量结果计算空气-燃料比。因此，有可能避免根据对具有其峰值不能被正确地检 测的连续光谱图样的光的测量结果计算空气过量比从而有效地计算空气过量 比。
优选地，反应分析装置还具有：选择装置，用于根据确定装置的确定结果 从第一波长范围和第二波长范围中选择波长范围；以及峰值分析装置，用于在 确定装置执行确定之后基于测量结果之中的、出现在由选择装置所选的波长范 围内的峰值的特征量生成关于反应区域的特征的预定信息。
根据以上配置，峰值分析装置基于根据确定装置的确定结果所选的波长范 围内的峰值的特征量而生成关于反应区域的特征的预定信息。即，峰值分析装 置基于从根据反应区域的状态所选的波长范围中所获得的信息生成关于反应 区域的特征的预定信息。因此，有可能根据反应区域的状态有效地提供关于反 应区域的特征的信息。
优选地，峰值分析装置在确定装置执行确定之后基于测量结果之中的、在 由选择装置所选的波长范围内的第五波长和第六波长出现的峰值的出现计时 来确定是否发生爆震，并且生成示出确定结果的信息。
根据以上配置，有可能根据反应区域的状态通过有效地处理来确定是否发 生爆震。因为根据从反应区域发射的光确定是否发生爆震，所以与根据振动或 压强确定爆震相比可更容易地获得关于爆震发生位置的信息。关于峰值出现计 时的信息被取决于光的测量系统状态而非反应区域中所发射光的强度和峰值 的强度值所导致的误差的影响较少地改变。因此，基于光谱仪的测量结果，有 可能以高可再现性正确地确定爆震的发生而不被测量情形较大地影响。
优选地，峰值分析装置在确定装置执行确定之后基于测量结果之中的、在 由选择装置所选的波长范围内的第五波长和第六波长出现的峰值上强度的时 间变化来确定是否发生爆震，并且生成示出确定结果的信息。
根据以上配置，有可能根据反应区域的状态通过有效处理来确定是否发生 爆震。因为根据从反应区域发射的光确定是否发生爆震，所以与根据振动或压 强确定爆震相比可更容易地获得关于爆震发生位置的信息。因为峰值出现的时 间段短，所以取决于光的测量系统状态所导致的误差的影响较少。因此，基于 光谱仪的测量结果，有可能以高可再现性正确地确定爆震的发生而不被测量情 形较大地影响。
优选地，峰值分析装置在确定装置执行确定之后基于测量结果之中的、出 现在由选择装置所选的波长范围内的峰值的特征量计算反应区域中反应的传 播速度。
根据以上配置，有可能根据反应区域的状态有效地提供关于反应区域中反 应的传播速度的信息。
优选地，峰值分析装置在确定装置执行确定之后基于测量结果之中的、出 现在由选择装置所选的波长范围内的峰值的特征量计算反应区域中反应带的 厚度。
根据以上配置，有可能根据反应区域的状态有效地提供关于反应区域中反 应带的厚度的信息。
优选地，峰值分析装置在确定装置执行确定之后基于测量结果之中的、出 现在由选择装置所选的波长范围内的峰值的特征量计算反应区域的温度分析。
根据以上配置，有可能根据反应区域的状态有效地提供关于反应区域的温 度的信息。
优选地，峰值分析装置在确定装置执行确定之后基于测量结果之中的、出 现在由选择装置所选的波长范围内的峰值的特征量分析反应区域的成分。
根据以上配置，有可能根据反应区域的状态有效地提供关于反应区域的成 分的信息。
根据本发明的反应分析装置是如权利要求1所述的反应分析装置，其中对 第一波长分量和第二波长分量之间的相对强度的确定是为了从预先固定的三 个或更多个波长分量中产生成对的两个波长分量，计算该对的相对强度，以及 确定构成由所计算相对强度组成的组的相对强度是否满足预定的条件。
根据本发明的反应分析装置是如权利要求13所述的反应分析装置，其中 基于在由选择装置所选的波长范围内的两个或多个波长出现的峰值的宽度生 成并输出关于压强的信息。
在该反应分析装置中，关于压强的信息是关于反应区域的分压的信息。
在根据本发明的记录介质中记录有程序，并且该程序由计算机执行以使该 计算机用作上述反应分析装置。
因为计算机读出并执行在该记录介质上记录的程序，所以计算机有可能实 现以上反应分析装置的作用。
根据本发明的测量系统具有根据本发明的反应分析装置、当光从物点入射 时使光聚焦在像点上的光学元件、以及对由光学元件聚焦在像点上的光进行光 谱测定且将光谱测定的结果作为信号输出的光谱测定装置中的任何一个，其中 反应分析装置接收由光谱测定装置输出的信号。
根据以上配置，物点上产生的光被光学元件聚焦在像点上，光谱测定装置 对所聚焦的光进行光谱测定，并且以上反应分析装置接收其结果。因此，基于 在包括物点的局部位置中发生的反应所生成的光，有可能以高可再现性正确地 通知局部位置处于预定状态而不被光学元件的状态较大地影响。
优选地，光学元件被整体地形成以便从物点侧依次具有第一表面和第二表 面，第一表面和第二表面各自具有第一区域和第二区域，第一表面的第一区域 是凹形可渗透表面，第二表面的第一区域是凹形反射表面，第一表面的第二区 域是反射表面，并且从物点入射的光在第二表面的第一区域和第一表面的第二 区域上反射以便将光聚焦在像点上。
在反射光学元件中，因为有助于成像的表面是反射表面，所以没产生色差 并且具有良好的成像性质。因此，基于在包括物点的局部位置中发生的反应所 生成的光，有可能以高可再现性和高空间分辨率正确地通知局部位置处于预定 状态而不被光学元件的状态较大地影响。
根据本发明的测量系统具有对测量结果的时分功能(重复的测量功能和多 点测量统一功能)，光谱测定装置(或设置在光谱测定装置和反应分析装置之 间的功能部分)基于光谱测定结果信号的周期性在时间方向上划分该信号，并 且反应分析装置具有对测量结果的时分功能以便对作为光谱测定结果的在时 间方向上划分的每段信号执行分析。
在该测量系统中，可设置多个光学元件，并且由多个光学元件聚焦的光可 被聚焦成单一光以便执行光谱测定。
此外在该测量系统中，光谱测定装置可基于预先固定的信息将在时间方向 上划分的每段信号划分成各光学元件的光谱测定结果(按照接收光的顺序)。
在执行LIBS或SIBS的情况下，根据本发明的测量系统可设置有例外处理 功能。即，在该测量系统中，光谱测定装置可在执行LIBS的情况下对自与激 光的波长相对应的波长分量的强度高以来的预定期间内的光谱测定结果以及 在SIBS或火花放电的光被测量的情况下对自流向插塞的电流值高以来的预定 期间内的光谱测定结果不执行反应分析装置的处理而是执行转移到其它处理 的例外处理。
即，该测量系统包括：获取装置，用于从光谱仪对从反应区域发射的光的 测量结果获得第一波长分量的强度值和第二波长分量的强度值；相对强度计算 装置，用于根据由获取装置所获得的第一波长分量的强度值和第二波长分量的 强度值计算第一波长分量相对于第二波长分量的相对强度；确定装置，用于根 据由相对强度计算装置所计算的相对强度的范围来确定热激发发射、化学发光 (包括火焰和等离子体)以及韧致辐射之间的区别；以及通知装置，用于响应 于确定装置所作的相对强度是预定范围内的值的确定通知反应区域的状态是 预定状态。
在该测量系统中，在确定装置的确定结果是与测量结果的时间发展一致的 韧致辐射的时间点，根据测量结果依次在反应区域中执行对离子的分析、对原 子的分析以及对分子的分析。
该测量系统包括：多个分析装置，用于对从反应区域发射的光的光谱测定 的测量结果执行彼此不同的处理以便分别生成关于反应区域的特征的与该处 理相对应的预定信息；波长选择装置，用于根据测量结果选择两个或多个波长； 相对强度计算装置，用于关于由两个或多个波长的波长组合组成的每个组计算 一个波长分量相对于另一波长分量的相对强度；确定装置，用于确定在由波长、 强度和时间的三维空间构成的测量结果空间中产生热激发发射、化学发光(包 括火焰和等离子体)和韧致辐射的区域；以及范围设置装置，用于设置其中多 个分析装置根据确定装置的确定结果执行处理的范围。
此外在该测量系统中，波长选择装置从由于原子、分子或离子而引起的化 学发光的光的波长或者超过约431纳米的波长带内的任意波长中选择波长，并 且所选波长包括从不超过约431纳米的波长带中选择的至少一个波长，以及从 超过约431纳米的波长带中选择的至少一个波长。
此外在该测量系统中，多个分析装置的处理是从双色法处理、基于由自发 光产生的峰值的特征量生成预定信息的处理、或基于通过由于高能量(LIBS、 SIBS)的输入而引起的击穿产生的光的峰值的特征量生成预定信息的处理中选 择的处理。
此外在该测量系统中，在基于通过由于从产生韧致辐射的区域输入高能量 (LIBS、SIBS)而引起的击穿所产生的光的峰值的特征量生成预定信息的处理 中，范围设置装置按生成针对离子的预定信息的处理、生成针对原子的预定信 息的处理、以及生成针对分子的预定信息的处理的顺序来执行处理。
在根据本发明的测量系统中，在反应分析装置中，相对强度是从与第一波 长分量的强度值相对应的位置到与第二波长分量的强度值相对应的位置的直 线和将波长与强度值作为轴的光谱平面上的波长轴线之间的角度。
此外在根据本发明的测量系统中，光学元件与从由放电电极、激光输出设 备和微波辐射天线组成的能量输入装置组中选择的至少一个能量输入装置整 体地形成。
发明的效果
如上所述，当第一波长分量相对于第二波长分量的相对强度在预定值之内 时，根据本发明的反应分析装置用于通知反应区域处于预定状态中。因此，基 于光谱仪对反应区域的测量结果，有可能以高可再现性正确地检测和通知反应 区域处于预定状态中而不被测量情形较大地影响。
基于光谱仪对反应区域的测量结果，有可能以高可再现性正确地通知在反 应区域产生烟灰，并且有效地提供关于烟灰的温度或浓度的信息。
基于光谱仪对反应区域的测量结果，有可能以高可再现性正确地检测和通 知发射具有连续光谱图样的光的反应正在反应区域中进行，并且还有效地计算 空气过量比。
还有可能以高可再现性正确地检测和通知光焰在反应区域中的产生、燃料 和氧化剂的预混合不充分的不完全燃烧或状态、或等离子体反应的预定状态、 或激光诱发击穿反应的初始状态。
峰值分析装置基于从根据反应区域的状态所选的波长范围获得的信息生 成关于反应区域的特征的预定信息。因此，有可能根据反应区域的状态有效地 提供关于反应区域的特征的信息。
还有可能根据反应区域的状态确定爆震是否由有效处理产生。此外，基于 光谱仪的测量结果，有可能以高可再现性正确地检测爆震的产生而不被测量情 形较大地影响。
还有可能根据反应区域的状态有效地提供关于反应在反应区域中的传播 速度、反应带的厚度、反应区域的温度以及反应区域的成分的信息。
在根据本发明的反应分析装置中，对于执行LIBS、SIBS等的情况存在例 外处理功能。因此，有可能基于由于激光或放电而从反应区域发射的光正确地 和有效率地执行对反应的分析。
此外，在根据本发明的反应分析装置中，从与第一波长分量的强度值相对 应的位置到与第二波长分量的强度值相对应的位置的直线和将波长与强度值 作为轴的光谱平面上的波长轴线之间的角度被用作相对强度。因此，可容易地 执行其后的计算。
在根据本发明的测量系统中，在物点上产生的光被光学元件聚焦在像点 上，光谱测定装置对所聚焦的光执行光谱测定，并且以上反应分析装置接收其 结果并通知反应区域处于预定状态中。因此，基于在局部位置中发生的反应所 产生的光，有可能以高可再现性正确地检测和通知该局部位置处于预定状态中 而不被光学元件的状态较大地影响。
在反射光学元件中，因为有助于成像的表面是反射表面，所以没产生色差 并且有良好的成像性质。因此，基于在局部位置中发生的反应所产生的光，有 可能以高可再现性和高空间分辨率正确地检测和通知该局部位置处于预定状 态中而不被光学元件的状态较大地影响。
根据本发明的测量系统具有对测量结果的时分功能(对应于重复的测量和 多点测量的统一)。因此，有可能执行其中对于每个周期性反应划分其中反应 被周期性地进行的反应区域中的光的分析。
在一个反应区域上的多个位置执行测量和分析的情况下，其中在该反应区 域上伴有光发射的反应的位置随着时间而被移动，或者在其中反应在多个反应 区域中有关联地进行的诸如多汽缸引擎之类的对象上执行测量和分析的情况 下，有可能用单个硬件执行光谱分析。
此外，当用单个硬件执行光谱分析时，有可能使测量位置即光谱分析元件 的安排与测量及分析的结果相关。因此，诸如使用多个测量系统对汽缸之间的 变化进行的分析之类的处理可利用一个系统来实现。有可能通过光谱测定硬件 的一体化来使系统小型化。还有可能减少部件的数量并且减少由于执行光谱测 定的硬件所引起的测量误差。
根据本发明的控制系统是用于控制以与给定输入相对应的状态反应的反 应区域的控制系统，并且该控制系统设置有如权利要求27到36中任一项所述 的测量系统、用于将测量系统的输出转换成与该输出相对应的输入值的转换装 置以及用于将该输入值赋予反应区域的调节装置。
在根据本发明的该控制系统中，输入值是从下组中选择的一个或多个值： 位置、路径、高度、姿态、方向、大小、体积、角度、流速、密度、线性速度、 角速度、加速度、机械力、应力、流体压力、扭矩、振幅、频率、相位、数量、 物理化学变量、成分、混合比、湿度、温度、粘性、光量、颜色、电荷、电压、 电流、磁通量密度以及辐射剂量。
根据本发明的控制系统是用于控制以与给定输入相对应的状态运行的内 燃机的控制系统，并且该控制系统设置有如权利要求27到36中任一项所述的 测量系统、用于将测量系统的输出转换成与该输出相对应的输入值的转换装置 以及用于将该输入值赋予反应区域的调节装置。
在根据本发明的控制系统中，输入值是从下组中选择的一个或多个值：输 入流量、输入湿度、氧化剂的供压、氧化剂中成分的混合比、燃料供应量、燃 料供应速度、燃料供应位置、燃料供应方向、燃料供应计时、燃料粒径、燃料 渗透度、混合度、阀计时、阀之间开和关的相对时差、点火计时、用于点火的 输入能量、漩涡强度、翻滚强度、邻近火花塞的工作流体的扰动强度、要操作 的计量器的种类、要操作的计量器的数量、要操作的计量器的安排、废气再循 环量、要再循环的废气的温度、排气管的压强、后燃、废气的定性成分、废气 的定量成分以及压力波的振动。
附图说明
图1：
示出两种光谱用于说明本发明的一个实施例的原理的曲线图。
图2：
示出根据本发明的一个实施例的测量系统的整个配置的框图。
图3：
示出测量系统中的光学元件的配置的截面图。
图4：
示出测量系统中的光谱仪的配置的侧面图。
图5：
示出用作测量系统中的反应分析装置的计算机系统的内部配置的框图。
图6：
示出测量系统中的反应分析装置的功能性配置的框图。
图7：
示出测量系统中的反应分析装置的整个处理的控制结构的流程图。
图8：
示出测量系统中的光谱图样确定处理的控制结构的流程图。
图9：
示出测量系统中的粒子的状态分析的控制结构的流程图。
图10：
示出测量系统中的峰值分析处理的控制结构的流程图。
图11：
示出测量系统中的爆震确定处理的控制结构的流程图。
图12：
示出测量系统中的仅提取特定波长分量的光谱仪的配置的侧视图。
图13：
示出根据本发明的测量系统的经修改示例2中的整个配置的框图。
图14：
示出根据本发明的测量系统的经修改示例2中的光谱仪的配置的局部透视 图。
图15：
示出根据本发明的测量系统的经修改示例2中的光谱仪的动作的要点的示 意图。
图16：
示出根据本发明的测量系统的经修改示例2中的整个配置的框图。
图17：
示出根据本发明的测量系统的经修改示例3中的整个配置的框图。
图18：
示出在执行LIBS(激光诱发击穿光谱分析)的情况下产生的光谱图样的曲 线图。
附图标记说明
104：光学元件
106：光缆
108A到108N：光纤
110A到110N：光谱仪
114：反应分析装置
140：第一表面
140A，142：第一区域
140B，142B：第二区域
142：第二表面
144，146：反射膜
148：保护膜
150：杂散光孔
200：计算机系统
300：信号转换部分
302：光谱分析数据存储器
304：光谱图样确定部分
306：处理选择部分
308：连续图样分析部分
310：峰值分析部分
312：分析结果存储器
314：用户接口
316：输出部分
330：第一强度值获取部分
332：第二强度值获取部分
334：相对强度计算部分
336：参考值存储器
338：确定部分
350：数据读取部分
352：温度计算部分
354：浓度计算部分
370：峰值检测部分
372：峰值特征量提取部分
374：统计处理部分
376：校准信息存储器
378：特征量分析部分
104P到S：光学元件
106P到S：光缆
108nP到S：光纤
700，800，900：测量系统
702：光谱仪
708，804：信号分配器
802：光纤束
902：处理选择器
发明的最佳实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的各实施例。应当注意，在以下描述所 用的附图中，相同的附图标记表示相同的部件。相同的部件具有相同的名称和 功能。
本发明的原理
首先，以下将以火焰为例描述本发明的原理。当燃料和氧化剂被适当地混 合时，燃料完全地燃烧。在这种状态下，燃料被全部电离和激发以便成为原子 团。此时，光从火焰中的原子团发射出。同时，当燃料和氧化剂的混合不适当 时，在燃料富集的部分发生不完全燃烧。在这种状态下，燃料并不完全变成等 离子体，而是其一部分变成微粒从而扩散。这些微粒是烟灰和烟尘。烟灰烟尘 被火焰加热从而发射由于黑体辐射而引起的强光。所谓的光焰就是由该光形成 的。
关于瓦斯在空气中完全燃烧的情况下的火焰和光焰，图1示出从彼此大不 相同的这些火焰中发射的光的、邻近300纳米到550纳米的波长带的光谱。参 考图1，具有与原子团的种类相对应的特殊波长分量的光从原子团发射出。因 此，在从完全燃烧的火焰中发射的光谱中，具有若干尖峰的光谱图样被识别。 同时，在光焰中，除从原子团发射的光的分量之外，通过黑体辐射发射的光的 分量也被检测到。在黑体辐射中，与从原子团发射的光不同，具有宽波长带分 量的光被发射。因此，在从光焰发射的光的光谱中，连续光谱图样尤其在长波 长带中被识别。
在这种光谱图样中，不能确定从C2*发射的光的强度。因此，根据与从C2* 发射的光相对应的波长为约473纳米或约516纳米的分量的强度和与从CH*发 射的光相对应的波长为约431纳米的分量的强度之间的比，空气过量比、当量 比和空气-燃料比都不能被计算出。然而，在从完全燃烧的火焰发射的光的光谱 和从光焰发射的光的光谱之间，波长为约473纳米或约516纳米的分量的强度 和波长为约431纳米的分量的强度之间的比是有很大不同的值。即使在这种光 谱图样中，在与从CH*发射的光相对应的波长为约431纳米或更小的波长带中， 在与从原子团发射的光相对应的波长中可识别峰值。
在本实施例中，根据关于火焰的光谱的信息基于同时测量的两个波长分量 的强度之间的相对值(在下文中称为“相对强度”)确定光谱图样中的这种不 同。因此，光焰或烟灰的产生、燃料预混合失败的状态等被检测到。在本实施 例中，在由于从原子团发射的光而引起的光谱上的强度峰值可被检测到的波长 带中，包括基于诸如峰值的计时、波长、强度、光谱线宽和线形之类的特征执 行对爆震发生的检测的分析处理被执行，并且关于反应区域的信息被获得。
整体配置
图2示出根据本实施例的测量系统的示意性配置。参考图2，测量系统100 具有：光学元件104，用于聚焦从反应区域或从附近的测量区域102发射的光； 光缆106，设置有多条光纤108A到108N，其一端被安排在光学元件104的对 从测量区域102发射的光的聚焦位置，用于从另一端发射入射到这一端的光； 光谱仪110A到110N，分别连接到光纤108A到108N的另一端，用于对从另 一端发射的光进行光谱分析，并且在光谱分析之后输出与分量的强度相对应的 用作电信号的测量信号112A到112N；以及反应分析装置114，用于接收测量 信号112A到112N，对测量信号112A到112N执行信号处理以检测光焰在测 量区域102中的产生，基于其检测结果和测量信号112A到112N对测量区域 102中的要测量的对象、其物理和化学状态等进行分析，并且输出其分析结果 108。
光学元件
图3示出根据本实施例的光学元件104的截面图。参考图3，光学元件104 是具有第一表面140和第二表面142的整体光学元件。在第一表面140和第二 表面142之间存在半透明和均匀介质。具体地，介质是所谓的光学玻璃或石英 等。
第一表面140和第二表面142分别在外周边一侧具有第一区域140A和 142A并且在中心部分具有第二区域140B和142B。第一表面140的第一区域 140A是以预定点O为曲率中心的球形可渗透表面。由诸如金属材料(例如铝) 之类的反射材料制成的第一反射膜144被形成并粘附在第一表面140的第二区 域140B。因此，第一表面140的第二区域140B是来自介质一侧的入射光的反 射表面。此外，用于保护反射膜144使之免遭要测量的对象破坏的保护膜148 被形成在反射膜144的测量位置102的一侧。由与第一反射膜144相同的反射 材料制成的第二反射膜146被形成并粘附在第二表面142的第一区域142A。即， 第二表面142的第一区域142A是来自介质一侧的光的凹形反射表面。第二表 面142的第二区域142B是以点I为曲率中心的球形可渗透表面。在下文中， 点O被称为“物点”而点I被称为“像点”。
来自物点O的光入射在第一表面140的第一区域140A上，穿过第一表面 140和第二表面142之间的介质，并且在第二表面142的第一区域142A上被反 射。在第二表面142的第一区域142A上反射的光在第一表面140的第二区域 140B上被反射，被发射穿过第二表面142的第二区域142B，并且经由杂散光 孔150被聚焦在像点I上。来自物点O一侧上的点O1、O2、O3、O4、O5到On的光 也被光学元件104聚焦在像点I一侧上的成像表面上。因此，在该光学元件104 中，因为只有反射表面是有助于来自物点O1、O2、O3、O4、O5和On的光的光程的 表面，所以没有产生色差。
光缆106的入射侧上的端面被安排为使得光纤108A到108N的入射端面被 安排在包括像点I的光学元件104的成像表面上朝向第一表面140的第二区域 140B。因此，物点O1、O2、O3、O4、O5到On中产生的光通过被安排在与物点相对 应的成像表面上的位置的光纤108A到108N被光学元件104聚焦。所聚焦的光 入射在光纤108A到108N上并且经由光纤108A到108N从光谱仪110A到110N 一侧上的端面发射。
光谱仪
图1所示的光谱仪110A到110N除要连接的光纤不同之外具有彼此相同的 配置。图4示出作为代表的光谱仪110A的侧视图。参考图4，光谱仪110A具 有：准直仪170，其被安排在从光纤108A发射的光的光轴上，用于将从光纤 108A发射的光转换成平行光；第一镜172，其被安排在由准直仪170所转换的 平行光的光轴上；第二镜174，其被安排在经由准直仪170发射并由第一镜172 反射的平行光的反射光的光轴上；光谱分析元件176，其被安排在经由准直仪 170发射并由第二镜174反射的平行光的反射光的光轴上，用于对由第二镜174 反射的光进行光谱分析并将其发射；第三镜178，其被安排在由光谱分析元件 176进行光谱分析之后的光谱光的光程上；以及光检测器180，其被安排在由 第三镜178反射的光谱光的光程上，用于对入射光谱光顺序地进行光电变换并 且输出作为其结果而获得的时间序列电信号作为测量信号112A。
具体地，光谱分析元件176是衍射光栅、棱镜等。具体地，光检测器180 是其中多个电荷耦合器件(CCD)等排列成矩阵的CCD图像传感器等。镜172、 174和178被安排为相对于入射光有预定角度，使得光在从等离子体所产生光 的入射、光谱分析元件176的光谱分析直至由光检测器180接收的过程中不密 集。
由光谱分析元件176对到达光谱分析元件176的光进行光谱分析以形成光 谱光，并且该光经由镜178到达光检测器180。因此，光检测器180上对光谱 光的每个分量的光接收位置根据其波长而不同。同时，光检测部分180接着对 各光接收位置所接收的光执行光电变换，并且输出包括关于在该时间点上的光 接收位置以及该光接收位置处光的强度的信息的测量信号112A。因此，由光检 测器180输出的测量信号112A包括关于包含在每个时间点从物点O1发射的光 中的每个波长分量的强度的信息。
通过计算机进行的信息处理部分的实现和动作
本实施例的反应分析装置114的功能可通过计算机硬件、由计算机硬件执 行的程序和存储在计算机硬件中的数据来实现。图5示出用于实现该反应分析 装置114的功能的计算机系统200的配置。
参考图5，该计算机系统200具有：计算机204，其具有用于输入测量信 号112A到112N并且输出分析结果116的接口202；输入设备218，其被连接 到计算机204，例如键盘；以及输出设备220，其被连接到计算机204，例如显 示设备。
计算机204具有：连接到接口202的总线206；以及除接口202之外的中 央处理单元(CPU)208。计算机204还具有：用于存储启动程序等的只读存储 器(ROM)210；用于存储程序指令、系统程序、工作数据等的随机存取存储 器(RAM)212；硬盘214；以及可移动介质驱动器216。CPU 208、ROM 210、 RAM 212、硬盘214和可移动介质驱动器216都被连接到总线186。尽管在此 并未示出，计算机204还可设置有用于连接到局域网(LAN)的网络适配器板。
用于将计算机系统200用作反应分析装置114的程序被存储在插入可移动 介质驱动器216中的可移动介质中。其存储内容被转移到硬盘214。该程序可 通过网络(未示出)被发送到计算机204并被存储在硬盘214中。在执行该程 序时该程序被加载到RAM 212上。应当注意，可不经由硬盘214而是直接从 可移动介质或网络将该程序加载到RAM 212上。
该程序包括多个指令，通过这些指令计算机204作为反应分析装置114执 行动作。指令执行动作所需的若干基本功能由安装在计算机204中且在计算机 204上运行的操作系统(OS)、第三方程序或各种工具包模块提供。因此，该 程序并不一定包括实现反应分析装置114的动作所需的全部功能。该程序只需 包括用于通过受控以便获得期望结果的方法调用适当功能、工具等来执行反应 分析装置114的功能的指令。因为计算机系统204自身的动作是已知的，所以 将不再重复对其的描述。
功能性配置
图6将反应分析装置114的功能性配置示为框图。参考图6，反应分析装 置114具有：信号转换部分300，用于接收测量信号112A到112N并将其转换 成时间序列数据(在下文中称为“光谱分析数据”)，该时间序列数据示出在 每个时间点从测量区域102中的每个位置发射的光的每个波长分量的强度；以 及光谱分析数据存储器302，用于保存由信号转换部分300生成的光谱分析数 据。
反应分析装置114还具有：光谱图样确定部分304，用于基于光谱分析数 据来确定在某时间点及在某位置处的每个光谱是否具有整个带上有多个峰值 的光谱图样或具有连续部分的光谱图样；处理选择部分306，用于基于光谱图 样确定部分304的确定结果来选择要执行的分析处理，并且输出与选择的结果 相对应的指令；连续图样分析部分308，用于在遵照来自处理选择部分306的 指令时执行对具有连续图样的光谱的光谱分析数据的分析，并且输出其结果； 以及峰值分析部分310，用于在遵照来自处理选择部分306的指令时在光谱分 析数据的基础上基于光谱上的峰值对反应区域的爆震和分析执行确定，并且输 出其结果。
具体地，处理选择部分306的处理选择如下。即，关于在关于光谱分析数 据的时间点中被确定为具有连续光谱图样的时间点上的光谱分析数据，处理选 择部分306选择由连续图样分析部分308和峰值分析部分310两者作出的分析。 此外，未被连续光谱图样严重影响的第一波长范围被选为要由峰值分析部分 310分析的峰值的波长范围。第一波长范围被指定为要分析峰值的波长范围。 关于其它时间点，选择仅由峰值分析部分310作出的分析，此外用作关于光谱 分析数据的整个波长范围的第二波长范围被指定为要由峰值分析部分310分析 的峰值的波长范围。
当产生连续光谱图样的原因已知时，可根据该原因预测未被连续光谱图样 严重影响的波长范围。例如，关于如图1所示的光焰，在与从CH*发射的光相 对应的约431纳米或更少的波长带中，由于烟灰引起的光焰的影响较小。因此， 在本实施例中，关于受限情况下的波长范围的信息被预先准备，并且处理选择 部分306将其保存并在选择时使用该信息。
反应分析装置114还具有：分析结果存储器312，用于保存由连续图样分 析部分308和峰值分析部分310所输出的分析结果；用户接口316，用于接收 用户指示输出分析结果等的操作；以及输出部分314，用于将光谱图样确定部 分304的确定结果和峰值分析部分310对爆震的确定结果转换成关于测量区域 102的状态的信息并将其输出，并且基于由用户接口316所接收的操作读出并 输出保存在分析结果存储器312中的所测量对象的信息。具体地，输出部分314 基于光谱图样确定部分304的确定结果所输出的信息通知烟灰产生，通知燃料 预混合失败、光焰产生等。
光谱图样确定部分304具有：第一强度值获取部分330，用于获得第一波 长分量的强度值(在下文中称为“第一强度值”)，该第一强度值用于根据所 保存的光谱分析数据确定光谱图样；第二强度值获取部分332，用于获得第二 波长分量的强度值(在下文中称为“第二强度值”)；相对强度计算部分334， 用于计算第一强度值相对于第二强度值的相对强度；参考值存储器336，用于 保存关于相对强度和光谱图样的类型之间的关系的参考值信息；以及确定部分 338，用于通过比较相对强度和参考值信息来确定光谱图样是否连续。
其强度被连续光谱图样中的差别较大地改变的波长分量被期望地选为第 一波长分量。其强度被连续光谱图样中的差别相对轻微地改变的波长分量被期 望地选为第二波长分量。例如，在碳氢化合物燃料的燃烧反应在测量区域102 中进行的情况下(参考图2)，可选择与从C2*发射的光相对应的邻近约473 纳米或约516纳米的波长分量。例如，在碳氢化合物燃料的燃烧反应在测量区 域102中进行的情况下(参考图2)，可选择与从CH*、CN*或OH*发射的光 相对应的波长分量作为第二波长分量。
连续图样分析部分308具有：数据读取部分350，用于在遵照与来自处理 选择部分306的连续光谱图样的分析处理相对应的指令时从来自光谱分析数据 存储器302的连续光谱图样读出为分析所需的第三波长分量和第四波长分量的 强度值；温度计算部分352，用于基于由数据读取部分350读出的第三和第四 波长分量的强度值计算产生黑体辐射的粒子的温度；以及浓度计算部分354， 用于基于由温度计算部分352所计算的温度和第四波长分量的强度值计算粒子 的浓度。第三波长分量和第四波长分量两者期望是第二波长范围外的波长分 量。例如，约680纳米的波长分量可被选为第三波长分量，并且约800纳米的 波长分量可被选为第四波长分量。
峰值分析部分310具有：峰值检测部分370，用于扫描保存在光谱分析数 据存储器302中的光谱分析数据并检测从测量区域102发射的光的峰值；以及 峰值特征量提取部分372，用于基于光谱分析数据提取由峰值检测部分370检 测的峰值的特征量。具体地，峰值的特征量是峰值的出现时间点、波长、作为 峰值顶部处的波长分量的强度的峰值高度(在下文中称为“峰值强度”)、光 谱线宽、偏移量和线形。
峰值分析部分310还具有爆震检测部分373，其用于基于在第五波长分量 中出现的峰值的特征量来确定爆震是否发生，其中第五波长分量与从当发生爆 震时由压力波的影响所产生的副产物发射的光或者从在由于反应而从产物发 射的光中产生时间变化的分量发射的光相对应，并且在发生爆震的情况下，输 出信号以便通知发生爆震。例如，第五波长分量是与从OH*发射的光相对应的 波长分量。当压力波由爆震产生时，由于其影响而具有高温和高压的区域中产 生OH*，并且从OH*发射的光有时在未发生燃烧反应的区域中被检测到。在这 种情况下，与从例如由燃烧反应产生的C2*、CN*和/或CH*发射的光相对应的 波长分量中的峰值的出现时间点和与从OH*发射的光相对应的波长分量中的 峰值的出现时间点之间存在差别。通过压力波的影响，从OH*发射的光的强度 有时像波一样随着时间逐渐变化。爆震检测部分373基于当发生爆震时所产生 的光的这种时间变化来确定爆震是否发生。
峰值分析部分310还具有统计处理部分374，其用于对由峰值特征量提取 部分372所提取的峰值特征量执行统计处理并且生成关于从测量位置发射的光 的特征的信息(在下文中称为“所测量光的特征信息”)作为其结果。具体地， 所测量光的特征信息是峰值的特征量、峰值的特征量之间的比、平均值、均方 值、方差、时间变率等。
峰值分析部分310还具有：校准信息存储器376，用于保存关于从反应区 域发射的光的特征和反应区域的状态及特征之间的关系的校准信息；以及特征 量分析部分232，用于基于校准信息来分析所测量光的特征信息并将其转换成 关于要测量的对象的特征的信息，并且将该信息存储在分析结果存储器312中 作为基于峰值的分析的结果。例如，要测量对象的特征是要测量对象的质量、 流速、浓度、压强、温度、等离子体特征评估值等或者其时间变化、反应带的 厚度、反应的扩散速度等。校准信息是示出从等离子体发射的光的特征和要测 量对象的特征之间的关系的函数、相关曲线、表格等。
整个处理的流程
图7是示出由反应分析装置114执行的整个处理的控制结构的流程图。参 考图7，针对测量信号112A到112N执行处理400。当处理400开始时，在步 骤402将要处理对象的时间点初始化为零。在步骤404，将时间点t的测量信 号放大和数字化以便转换成光谱分析数据。在步骤406，步骤404中转换的光 谱分析数据被累积。在步骤408，使用在步骤406中累积的光谱分析数据执行 确定光谱图样的处理。稍后将参考图8描述该处理。
在随后的步骤410中，确定光谱是否在步骤408中被确定为具有连续光谱 图样。如果是，则处理移到步骤412。否则，处理移到步骤416。
在步骤412，时间点t被设置为基于连续光谱图样进行粒子的状态分析的 目标时间点。在随后的步骤414中，为将波长带排除在来自在稍后描述的步骤 418中要处理的对象的黑体辐射的影响之外，选择第一波长范围以限制峰值的 检测范围，并且随后处理移到步骤418。在处理移到步骤416的情况下，在步 骤416选择第二波长范围并且将整个波长带设置为峰值的检测范围，随后处理 移到步骤418。
在步骤418，确定与在时间点t之后的时间点相对应的测量信号是否被给 出。当测量信号被给出时，处理移到步骤420，将时间点t加1，并且处理返回 步骤404。否则，处理移到步骤422。
在步骤422，使用光谱分析数据来分析发射黑体辐射的粒子的状态。稍后 将参考图9描述该处理。在步骤424，对光谱分析数据分析峰值。稍后将参考 图10描述该处理。在步骤426，将作为步骤422和424的处理结果所获得的信 息作为分析结果输出，从而完成该处理。
光谱图样分析处理
图8是示出在上述步骤408(参考图7)中执行的光谱图样分析处理的控 制结构的流程图。参考图8，当处理408开始时，在步骤440从在步骤406(参 考图7)中累积的光谱分析数据读出第一和第二选定波长的强度值。在步骤442， 将第一强度值除以第二强度值以计算相对强度。
在步骤444，确定在步骤442计算的相对强度是预定参考范围内的值还是 该参考范围外的值。当相对强度是参考范围内的值时，光谱图样确定处理408 完成。当相对强度是参考范围之外的值时，处理移到步骤446。在步骤446， 输出与在要确定的光谱中检测到连续光谱图样的事实相对应的值。在随后的步 骤448中，发出与连续光谱图样相对应的通知，从而完成光谱图样确定处理408。
粒子状态分析处理
图9是示出在上述步骤422(参考图7)中执行的粒子状态分析处理的控 制结构的流程图。参考图9，当处理412开始时，在步骤460将该处理的目标 时间点t初始化为零。在步骤462，确定时间点t是否被图7所示处理的步骤 412设置为分析的目标时间点。如果是，则处理移到步骤466。否则，处理移 到步骤464，在步骤478将时间点t加1，并且处理返回步骤462。
在步骤466，从在步骤404(参考图7)累积的光谱分析数据读出时间点t 的第三和第四波长分量的强度值。在步骤468，使用双色法根据在步骤466读 出的第三和第四波长分量的强度值计算发射黑体辐射的光的粒子的温度。
在步骤470，基于普朗克辐射定律根据在步骤468计算的温度和第三波长 分量的强度值计算与第三波长分量相对应的亮度温度。在随后的步骤472，根 据在步骤468计算的温度和在步骤470计算的亮度温度来计算所谓的KL值， 即反应场的发射率和厚度的乘积。在步骤474，将在步骤472所计算的KL值 转换成粒子的浓度。在步骤476，确定在时间点t之后的时间点的光谱分析数 据是否被累积。如果是，则处理移到步骤464。否则，处理移到步骤480。
在步骤480，关于在步骤460到476的一系列处理所计算的粒子的温度和 浓度执行时间方向上的统计处理，并且确定这些值的平均值、标准偏差值、时 间变化值等。在步骤482，在步骤460到476的一系列处理中所计算的粒子的 温度和浓度以及在步骤480所确定的其统计量被输出并存储为分析结果，从而 粒子状态分析处理422完成。
峰值分析处理
图10是示出在上述步骤424(参考图7)执行的峰值分析处理的控制结构 的流程图。参考图10，当峰值分析处理424开始时，在步骤500将该处理的目 标时间点t初始化为零。在步骤502，确定关于时间点t在步骤414或416(对 于这两个步骤参考图7)设置的波长范围是否是受限范围。如果是，则处理移 到步骤504。否则，处理移到步骤506。
在步骤504，在受限波长带中扫描光谱分析数据，检测以上范围中的全部 峰值，并且处理移到步骤508。在步骤506，扫描整个波长带的光谱分析数据， 检测以上范围中的全部峰值，并且处理移到步骤508。
在步骤508，基于光谱分析数据，关于在步骤504或506中检测的峰值， 峰值的出现时间点、波长、峰值强度、光谱线宽、偏移量和线形被标识并被存 储为峰值的特征量。
在步骤510，在步骤474，将步骤472中所计算的KL值转换成粒子的浓度。 在步骤476，确定在时间点t之后的时间点的光谱分析数据是否被累积。如果 是，则处理移到步骤464，将该处理的目标时间点t加1，并且处理返回步骤 502。否则，处理移到步骤513。
在步骤513，执行用于基于峰值的特征量确定是否发生爆震的爆震确定处 理。稍后将参考图11描述该处理。在随后的步骤514，基于由步骤500到512 的一系列处理所标识的峰值的特征量，执行关于峰值的特征量的统计处理并且 生成所测量光的特征信息。存储生成的所测量光的特征信息。
在步骤516，像步骤502一样确定波长范围是否受限。如果否，则处理移 到步骤518。通过将所测量光的特征信息之中的峰值强度与其统计值的比和准 备好的校准曲线相对照，执行对空气过量比的分析并且输出其结果。此时，对 空气过量比的分析结果可在转换成关于局部当量比或局部空气-燃料比的信息 之后而被输出。
当步骤516或518的处理完成时，步骤520和522、步骤524、步骤526、 步骤528和530以及步骤532的分析处理被并行地执行。
在步骤520，基于关于反应在反应区域的起始点的准备位置以及反应的起 始时间点的信息，分析关于所测量光的特征信息之中的峰值的测量位置和出现 时间点、反应在反应区域中的传播速度以及其统计量的信息并且输出和存储其 分析结果。
在步骤522，将步骤520中所分析的传播速度乘以时轴方向上的峰值宽度 以计算反应带的厚度。此外，基于传播速度的统计量和时轴方向上的峰值宽度 的统计量，分析反应带的厚度的统计量。将反应带的厚度及其统计量作为分析 结果输出并存储。
在步骤524，关于与包含在从单个原子团或等离子体发射的光中的多个波 长分量相对应的峰值，基于峰值的峰值强度比及其统计量，分析原子团或等离 子体的旋转温度并且将旋转温度及其统计量作为分析结果输出和存储。
在步骤526，将峰值的光谱线宽转换成测量位置处的压强，并且基于光谱 线宽的统计量分析该压强。对测量位置处的压强和基于统计量的压强的分析的 结果被作为分析结果输出和存储。
在步骤528，根据峰值的波长和偏移量标识测量位置处原子团或等离子体 的特征，并且计算具有根据峰值强度及其统计量所标识的特征的原子团或等离 子体的质量、流速和数量及其统计量。将原子团或等离子体的特征性评估值、 质量、流速和数量及其统计量作为分析结果存储。在随后的步骤530中，基于 步骤528的分析结果，执行诸如分子分析和元素分析之类的成分分析并将其结 果作为分析结果输出和存储。
爆震确定处理
图11是示出在上述步骤513(参考图10)执行的爆震确定处理的控制结 构的流程图。参考图11，当爆震确定处理513开始时，在步骤552确定第五波 长分量的强度与第六波长分量相比是否快速增大。具体地，确定在峰值在第五 波长分量中出现的时间范围中是否有峰值在第六波长分量中出现。如果为否， 则确定第五波长分量的强度快速增大从而处理移到步骤560。如果为是，则确 定该强度没有快速增大从而处理移到步骤554。
在步骤554，确定第五波长分量中峰值的出现时间点与第六波长分量中峰 值的出现时间点之间是否存在间隙。如果为是，则处理移到步骤560。否则， 处理移到步骤558。
在步骤558，确定在峰值在第五波长分量中出现的时间范围内第五波长分 量的强度是否逐步变化。如果为是，则处理移到步骤560。否则，该处理结束。
在步骤560，发出指示发生爆震的通知，从而该处理结束。
动作
在下文中，将例示根据本实施例的测量系统的动作。参考图2，测量系统 100的光学元件104被安排为使来自期望测量位置的光入射在光学元件104上， 并且在该状态下开始测量。参考图3，当从反应区域中的物点O1、O2、O3、O4、 O5到On发射的光入射在光学元件104上时，光通过光学元件104的第一表面 140的第一区域140A，穿过第一表面140和第二表面142之间的介质，并且在 第二表面142的第一区域142A上反射。在第二表面142的第一区域142A上反 射的光在第一表面140的第二区域140B上被反射，被发射穿过第二表面142 的第二区域142B，并且经由杂散光孔150被分别聚焦在光纤108A到108N的 入射端面上。所聚焦的光分别入射在光纤108A到108N上并且经由光纤108A 到108N从光谱仪110A到110N(参考图2)的一侧上的端面发射。
参考图4，入射在光谱仪110A上的光被准直仪170转换成平行光，由第一 镜172和第二镜174反射，并且随后到达光谱分析元件176。由光谱分析元件 176对到达光谱分析元件176的光进行光谱分析以形成光谱光，并且该光经由 第三镜178到达光检测器180。光检测器180接着对到达光接收位置的光执行 光电变换，并且输出测量信号112A，该测量信号112A示出在该时间点光的到 达位置以及该位置处光的强度。图2所示的光谱仪110A到110N执行与以上 动作相同的动作并且分别输出与入射光相对应的测量信号112A到112N。所输 出的测量信号112A到112N被给予反应分析装置114。
当反应分析装置114接收到测量信号112A到112N时，反应分析装置114 执行关于测量信号112A到112N的以下动作。
参考图6，输入到反应分析装置114的测量信号被给予信号转换部分300。 信号转换部分300响应于被给予测量信号的事实，接着将测量信号放大和数字 化以将该信号转换成光谱分析数据，并将光谱分析数据存储在光谱分析数据存 储器302中。
当光谱分析数据被存储在光谱分析数据存储器302中时，光谱图样确定部 分304的第一强度值获取部分330和第二强度值获取部分332接着便从光谱分 析数据读出第一和第二选定波长的强度值并将其给予相对强度计算部分334。 相对强度计算部分334接着将所给的第一强度值除以第二强度值以计算相对强 度。所计算的相对强度接着被给予确定部分338。确定部分338将所给的相对 强度与保存在参考值存储器336中的参考值相比较并且确定相对强度是否在预 定参考范围内。当相对强度不在参考范围内时，确定部分338确定所确定的目 标时间点的光谱是连续光谱图样，并且将信号输出到输出部分316和处理选择 部分306，该信号示出被确定的时间点和该时间点是连续光谱图样的事实。当 接收到该信号的输入时，输出部分316发出并输出的烟灰产生的通知、燃料预 混合失败的通知、光焰的产生等作为分析结果116。
处理选择部分306基于来自确定部分338的信号选择对该时间点的光谱分 析数据的分析处理。即，对于被确定为连续光谱图样的时间点，选择由连续图 样分析部分308和峰值分析部分310两者作出的分析，并进一步将要由峰值分 析部分310分析的峰值的波长范围限制到未被连续光谱图样严重影响的范围。 对于其它时间点，选择仅由峰值分析部分310作出的分析，并进一步将关于光 谱分析数据的整个波长范围指定为要由峰值分析部分310分析的峰值的波长范 围。处理选择部分306生成由连续图样分析部分308和峰值分析部分310基于 该选择结果执行的分析的指令并将其给予连续图样分析部分308和峰值分析部 分310。
当来自处理选择部分306的指令被给予连续图样分析部分308时，在遵照 该指令时数据读取部分350读出从光谱分析数据存储器302选择连续图样分析 部分308的处理的时间点的第三波长分量的强度和第四波长分量的强度，并且 接着将这些强度给予温度计算部分352和浓度计算部分354。温度计算部分352 使用双色法根据第三和第四波长分量的强度值计算发射黑体辐射的光的粒子 的温度。温度计算部分352将所计算的温度值存储在分析结果存储器312中并 且进一步将该值给予浓度计算部分354。在时间方向上执行关于该温度的统计 处理并且将其结果存储在分析结果存储器312中。浓度计算部分354根据第三 波长分量的强度值计算与第三波长分量相对应的亮度温度。根据亮度温度和从 温度计算部分352给予的温度计算KL值。此外，将KL值转换成粒子的浓度。 浓度计算部分354将所计算的粒子的浓度值存储在分析结果存储器312中。浓 度计算部分354在时间方向上执行关于浓度的统计处理，并且将其结果存储在 分析结果存储器312中。
当来自处理选择部分306的指令被给予峰值分析部分310时，峰值检测部 分370在波长方向和时间方向上扫描存储在光谱分析数据存储器302中的光谱 分析数据，并且确定峰值是否在每个时间点存在。然而，对于要处理的波长范 围被来自处理选择部分306的指令所限制的时间点，仅在受限波长范围内执行 扫描。峰值检测部分370将此确定的结果增加到光谱分析数据并将该结果给予 峰值特征量提取部分372。
当从峰值检测部分370给出具有峰值检测结果的光谱分析数据时，峰值特 征量提取部分372基于该数据标识所检测峰值的出现时间点、波长和峰值强度。 峰值特征量提取部分372进一步扫描峰值顶部附近的数据并且针对每个峰值标 识峰值的光谱线宽、偏移量和线形。所标识的信息被给予爆震检测部分373和 统计处理部分374作为每个峰值的特征量。
爆震检测部分373对峰值的所给特征量之中的第五波长分量加以注意，并 且如下确定是否发生爆震。即，在峰值在第五波长分量中出现的时间范围内峰 值不在第六波长分量中出现的情况下，或者在该时间范围内峰值在第六波长分 量中出现但是就峰值的出现时间点而言存在间隙的情况下，或者在第五波长分 量的强度在该时间范围内逐渐变化的情况下，确定爆震发生。在确定爆震发生 的情况下，爆震检测部分373将示出爆震发生的信号输出到输出部分316。当 接收到该信号的输入时，输出部分316发出并输出爆震发生的通知作为分析结 果116。
统计处理部分374根据峰值的特征量来计算峰值的特征量之间的比等。统 计处理部分374还对特征量及其比执行统计处理，并且计算其平均值、均方值、 方差和时间变率。统计处理部分374将峰值的特征量、特征量的比以及对特征 量和比的统计处理的结果给予特征量分析部分378作为所测量光的特征信息。
特征量分析部分378响应于从统计处理部分374给予所测量光的特征信息 的事实，基于保存在校准信息存储器376中的校准信息执行以下分析并将该信 息转换成所测量对象的信息。然而，使用可能出现在峰值检测的目标范围之外 的峰值的特征量进行的分析处理并未被执行。
即，特征量分析部分378将所测量光的特征信息之中的峰值强度与其统计 值的比和配置信息相对照，从而对空气过量比执行分析并将其结果存储在分析 结果存储器312中。此时，对空气过量比的分析结果可在转换成关于局部当量 比或局部空气-燃料比的信息之后而被存储在分析结果存储器312中。然而， 在反应区域中的燃烧是如图1所示的碳氢化合物燃料的燃烧的情况下，从C2* 发射的光的波长分量和光焰的波长分量彼此重叠。因此，当产生光焰时，难以 获得关于与从C2*发射的光相对应的峰值的信息。即，特征量分析部分378不 对产生光焰的时间点的空气过量比执行分析。
特征量分析部分378基于反应在反应区域中的起始点的位置以及反应的起 始时间点、测量位置和峰值的出现时间点对反应在反应区域中的传播速度及其 统计量执行分析，并且将其分析结果存储在分析结果存储器312中。
特征量分析部分378将传播速度乘以时轴方向上的峰值宽度以计算反应带 的厚度。此外，基于传播速度的统计量和时轴方向上的峰值宽度的统计量，执 行对反应带的厚度的统计量的分析。将反应带的厚度及其统计量存储在分析结 果存储器312中。
关于与包含在从单个原子团或等离子体发射的光中的多个波长分量相对 应的峰值，特征量分析部分378基于峰值的峰值强度比及其统计量对原子团或 等离子体的旋转温度执行分析，并且将该温度及其统计量存储在分析结果存储 器312中。
特征量分析部分378将每个峰值的光谱线宽转换成测量位置处的压强，基 于光谱线宽的统计量对该压强执行分析，并且将基于测量位置处的压强和统计 量对该压强分析的结果存储在分析结果存储器312中。
特征量分析部分378根据峰值的波长和偏移量标识测量位置处的原子团或 等离子体的特征，计算具有根据峰值强度及其统计量标识的特征的原子团或等 离子体的质量、流速和数量及其统计量，并且将原子团或等离子体的特征性评 估值、质量、流速和数量及其统计量作为分析结果存储在分析结果存储器312 中。此外，基于该分析结果，执行诸如分子分析和元素分析之类的成分分析并 将其结果存储在分析结果存储器312中。
特征量分析部分378执行检查测量位置处是否存在诸如爆震之类的反应异 常性的处理。将其检测结果存储在分析结果存储器312中。
将连续图样分析部分308和峰值分析部分310的分析结果存储在分析结果 存储器312中。当用户接口314接收到用户需要输出期望的所测量对象的信息 的操作时，用户接口314将与该操作相对应的指令给予输出部分316。在遵照 所给指令时，输出部分316从分析结果存储器312读出与用户需要相对应的信 息，并且输出该信息作为分析结果116。
如上所述，在根据本实施例的测量系统100中，光学元件104聚焦从测量 区域102发射的光。在该光学元件104中，因为与聚焦相关的表面仅是反射表 面，所以没有产生色差。因此，有可能执行高空间分辨率的光谱测定，光焰、 烟灰等产生的检测，爆震的检测以及对反应区域的各种分析。在本实施例中， 生成时间序列信号作为测量信号并且使用该时间序列信号按时间序列执行信 号处理。因此，有可能获得关于测量区域102中的反应的时间序列变化的信息。
在本实施例中，基于通过光谱测定在同一时间点获得的第一波长分量的强 度相对于第二波长分量的强度的相对强度，确定连续光谱图样的光产生。利用 该确定结果检测烟灰或光焰的产生、燃料预混合失败等。因此，有可能检测烟 灰或光焰的产生、燃料预混合失败等而不受接收光的光学元件的由于烟灰等的 粘附而引起的性能退化的影响。
在本实施例中，因为基于以上确定结果选择对光谱测定的结果的分析方 法，所以有可能避免执行多余处理并且根据在测量位置处发射的光执行有效的 分析处理。此外，通过有效地利用光谱测定的结果而不浪费，有可能从测量结 果获得更多信息。
在本实施例中，基于因伴随爆震的压力波的影响从OH*发射的光和从由该 反应以及从OH*发射的光的时间变化所产生的其它原子团发射的光之间的相 对关系检测爆震的发生。因此，与根据压强、振动等检测爆震相比，有可能更 直接地检测爆震，并且改善对爆震发生的检测的可再现性。还有可能检测爆震 的发生而不受接收光的光学元件的由于烟灰等的粘附而引起的性能退化的影 响。
经修改的示例1
在以上实施例中，光学元件104是通过反射聚焦光的光学系统。然而，可 使用诸如凸透镜之类的光学系统代替该光学元件104。但是，在这种情况下， 期望通过各种方法来减小由于光的波长而引起的相差。
在以上实施例中，光学元件104一侧上的光纤108A到108N的端面被两维 地安排在光学元件104的成像表面上。然而，本发明并不限于这种实施例。光 纤108A到108N的入射端面可以是三维安排的。籍此有可能三维地测量和分析 从反应区域发射的光。
在以上实施例中，光谱仪112A到112N对入射光执行光谱测定并且将由光 检测器180获得的光谱光转换成电信号并作为结果输出。然而，本发明并不限 于这种实施例。当在反应区域的测量位置处执行的反应已知时，或者当测量的 目的是获得仅仅关于具有预定的等离子体特征的对象的反应的信息时，光谱仪 可仅仅从反应区域发射的光之中提取特定波长分量并将该波长分量转换成电 信号。
例如，光检测器180可被安排在其中在光谱分析后光谱光中只有特定的波 长分量通过的位置。当有多个期望波长分量时，多个光检测器可被分别安排在 与期望波长分量相对应的位置。
例如，只有特定的波长分量可被相对于光的波长具有渗透性、反射或吸收 的选择性特征的光学元件或者由以上光学元件组成的光学系统的组合提取。图 12示出具有这种功能的配置的光谱仪的一个示例。参考图12，光谱仪600被 连接到光纤108A。该光谱仪600具有用于测量具有根据要测量对象预先选择的 波长(在下文简称为“选定波长”)的光的强度的多个光谱测定单元610A、610B、 610C到610N。例如，当反应区域中的反应是碳氢化合物燃料和空气的混合物 的燃烧反应时，对于选定波长分别选择从OH*产生的光、从CH*产生的光、从 CN*产生的光、从C2*产生的光等的波长以及用于计算烟灰的温度和浓度的两 个波长。应当注意，在应用该光谱仪600的情况下，对于激光通量的波长选择 除选定波长之外的波长。
光谱测定单元610A具有：分色镜612A，其被安排在从光纤108A发射的 光的光轴上以相对于该光轴形成预定角度，其具有相对于包括光谱测定单元 610A的选定波长的预定带中的光学分量的反射特征以及相对于包括激光通量 的波长和除光谱测定单元610A外的选定波长的其它波长带中的光学分量的渗 透性特征；滤波器614A，其被安排在由分色镜612A反射的光的光轴上，其具 有相对于光谱测定单元610A的选定波长的光学分量的渗透性特征；以及光检 测器616A，其被安排在由分色镜612A反射的光的光轴上滤波器614A的相关 于分色镜612A的相对侧。
光谱测定单元610B、610C到610N的配置与光谱测定单元610A的配置相 同。然而，其分色镜和滤波器的波长特征是根据其选定波长来选择的。
该光谱仪600的操作如下。即，当光从光纤108A入射时，由分色镜612A、 612B、612C到612N对光执行光谱测定。光谱测定之后光学分量中的、选定波 长附近的波长带中的分量分别通过滤波器614A、614B、614C到614N并且到 达光检测器616A、616B、616C到616N。光检测器616A、616B、616C到616N 分别地并且顺序地将到达的光学分量转换成测量信号112A并将其输出。
当信号处理设备114基于如上输出的测量信号112A执行确定和分析时， 不需要关于选定波长附近之外的波长带执行峰值的检测和其它处理。因为要处 理的信息量减少，所以信号处理变得更有效以便执行高速处理。
应当注意，当不需要基于波长方向上的光谱线宽、偏移量和线形的分析结 果作为所测量对象的信息时，光检测器616A、616B、616C到616N的输出信 号不一定包含关于光接收位置的信息。在这种情况下，光电子倍增管等可用作 光检测器616A、616B、616C到616N。因为光电子倍增管的时间响应性比诸 如CCD之类的图像传感器高，所以有可能以高时间分辨率执行测量。
在这种光谱仪600中，光检测器616A、616B、616C到616N的输出信号 可被分别放大并且经放大的信号可作为测量信号112A输出。然而，在这种情 况下，需要将存储在图6所示的参考值存储器336中的参考值设置为与该信号 的放大系数一致的值。
在以上实施例中，在全部光谱分析数据被存储在图6所示的光谱分析数据 存储器302中之后的阶段执行基于连续光谱图样的温度和浓度的分析处理以及 基于峰值的分析处理。然而，关于以上分析处理中的、不需要时间方向上的统 计处理的处理，每当产生与时间点相对应的光谱分析数据时，便可执行基于该 时间点的光谱分析数据的分析。此外，可实时执行以上分析处理。此外，可实 时输出通过这种实时处理所获得的分析结果。
在以上实施例中，主要描述了针对由于燃烧反应的光焰而引起的连续光谱 图样的处理。然而，在本发明中，有可能在其它各种反应中确定连续光谱图样 并且基于该确定选择分析处理。例如，在将激光束等辐射到反应区域并使该区 域中的物质等成为等离子体的反应中，有时产生具有连续光谱图样的光，在反 应的最初始阶段在短波长带中尤其如此。在这种情况下，当第一波长分量、第 二波长分量和确定用参考值被正确地选择时，有可能正确地检测反应的初始阶 段。关于以这种方式检测的初始阶段，可省略峰值分析处理。
在以上实施例中，参考图6，输出部分316将光谱图样确定部分304的确 定结果和峰值分析部分310对爆震的确定结果转换成关于测量区域102的状态 的信息并将其输出，并且读出保存在分析结果存储器312中的所测量对象的信 息并将其输出。然而，信号处理部分114还可使要由输出部分316输出的信息 一体化以便生成和输出新的信息。例如，当反应区域是诸如汽车引擎的燃烧室 之类的其中反应以固定周期反复发生的区域时，分析结果可基于存储在存储器 312中的信息针对所测量对象的信息被一体化以便生成和输出关于分析结果和 反应周期之间关系的信息。具体地，当生成和输出关于分析结果的周期变化等 的信息时，有可能提供关于反应区域的更可理解信息。通过相互比较分析结果 或分析相关性来生成和输出关于分析结果之间的关系的信息。
所公开的实施例仅仅是示例，并且本发明并不限于以上实施例。考虑到本 发明的详细描述在权利要求书中示出本发明的范围，并且该范围包括详细描述 的等同含义的用语，并且该范围包括全部变型。
经修改的示例2-对测量结果的时分功能(对应于反复测量、多点测量统一 等)
图13示出根据本实施例的测量系统的示意性配置。
该系统设置有像图1一样的光学元件104、光缆106和反应分析装置114， 并且还设置有直接连接到光缆106的光谱仪702以及连接到光谱仪702和反应 分析装置114的信号分配器708。
图14示出光谱仪702的内部配置。
光谱仪702具有与图4所示的光谱仪110A相同的配置。然而，光缆106 直接连接到光谱仪702而不是连接到要连接到光谱仪110A的光纤108A。光纤 108A到N在光缆106中被集束成一行。光纤108A到N被连接到光谱仪702 以便与该光栅176的狭缝的延伸方向平行地排列成行。从而，关于从光纤108A 到N中的任何一条入射到光谱仪702上的光，相同的波长分量到达光检测器180 的相同位置。因此，从光谱仪702输出的信号704是来自反应区域102中的多 个物点(图3的O1到On)的光的重叠光谱分析结果。
图13所示的信号分配器706基于预定的外部信号706和来自光谱仪702 的信号704的周期性通过在时间方向上划分信号704来生成与物点O1到On 相对应的信号112A到112N。应当注意，此处的外部信号是例如示出光缆106 中的集束光纤的数量、顺序等的信号。
图15通过时间方向上的信号划分示意性地示出信号112A到112N的生成 的原理。参考图15，带形反应区域(在下文中称为“反应带”)720被移动以 便相继跨越物点O1到On。引入到与被跨越物点相对应的光纤108A到N的光 的强度722在反应带720分别跨越物点O1到On的时间点被增强。因此，在从 光纤A到N引入到光谱仪702的光之间存在时差。光谱仪的测量结果704是其 重叠的结果，该结果是极大周期(A1到An)和极小周期(T1到Tn)重复与 光纤数量相同的次数的信号。信号分配器708在信号704的强度极小时(T1 到Tn)的计时在时间方向上划分信号704。基于外部信号706，所划分的信号 被输出为与光纤108A到N相对应的信号114A到N。
图16示出根据本实施例的经修改示例的测量系统800的示意性配置。
该测量系统800具有：四个光学元件104P到S；以及分别连接到光学元件 的光缆106P到S。集束在光缆106P到S中的光纤之中的预定光纤(光纤108nP 到108nS)由光纤束802集束。光纤束802被连接到与图13相同的光谱仪702。 光谱仪702经由信号分配器804连接到反应分析装置114。
例如，输入到信号分配器804的外部信号806是示出光学元件的数量、顺 序等的信号。或者，在以下测量多汽缸引擎的情况下，关于曲柄角的信息可以 是外部信号806。在下文中，将示出使用该测量系统800对定位于四汽缸引擎 的汽缸执行反应分析的动作示例。
在该动作示例中，将光学元件104P到S安装在引擎的汽缸中。在这种情 况下，信号分配器804接收曲柄角的信号作为外部信号806。在四汽缸引擎中， 当曲柄旋转约180度时在任何一个汽缸中执行点火。由点火引起的燃烧在从点 火时间点到曲柄的180度旋转结束的周期内结束。当曲柄旋转约720度时，燃 烧在每个汽缸中被执行一次。其中点火被执行的汽缸的顺序被预先固定。因此， 在其中执行燃烧的汽缸是四个汽缸之一。
从光学元件104P到S发射的光被叠加，并且由光谱仪702对光进行光谱 分析。信号704包括由四个汽缸的燃烧所产生的光的光谱测定结果。然而，因 为如上所述在其中执行燃烧的汽缸是四个汽缸之一，所以信号不重叠。假设当 在四个汽缸之一中执行点火时的曲柄角是零，则信号分配器804将信号划分成 曲柄角为从0到180度的一段、从180到360度的一段、从360到540度的一 段以及从540到720度的一段。段中执行燃烧的汽缸的编号被给予经划分的信 号以产生信号112P到S。这些信号112P到S被给予反应分析装置114。因此， 反应分析装置114针对每个汽缸执行反应分析。
如上所述，测量系统800利用一个光谱仪实现对多汽缸引擎的汽缸的光谱 测定和反应分析。这有助于使测量系统小型化和降低成本。因为易受一般振动 影响的光谱仪的数量及其组成部分的数量减少，所以有可能减少由于光谱仪的 个体差异等而引起的振动。利用该测量系统800，有可能共同地测量和分析关 于汽缸的燃烧反应的各种信息。通过比较对汽缸的反应分析的结果，有可能获 得关于该变化和汽缸之间的改变的信息。
应当注意，可使用(基本应用的)图12所示的光谱仪600代替光谱仪700。 在这种情况下，不需要将光纤排列成行。
应当注意，信号分配器708可被安装在反应分析装置中。例如，当从图6 所示的光谱分析数据存储器302中读出数据时，信号分配器708可对信号执行 时分。
经修改的示例3-执行LIBS、SIBS等的情况下的例外处理功能
图17示出该实施例中的测量系统900的示意性配置。
在该测量系统900中，诸如燃烧之类的反应和激光的等离子体诱发(击穿) 两者在反应区域102中执行。在该测量系统900中，处理选择器902被安排在 图13所示的光谱仪700的光谱仪702和信号分配器708之间的信号通道上， 其根据由信号704示出的特定波长分量的发射强度来选择所接收的信号的输出 方向。
处理选择器902输出具有从检测到特定波长分量(具体地，激光束的波长 分量)的光发射的时间点起的预定周期(执行激光击穿的周期)的信号作为信 号904，并且将其它信号输出到信号分配器708。
通过使用该信号904进行分析，有可能在激光点火或LIBS分析时对反应 执行分析。
在图17中，处理选择器902基于来自光谱仪的信号选择信号的输出方向。 然而，处理选择器902可输出具有从接收到外部信号的时间点起的预定周期的 信号作为信号904。例如，可接收激光辐射的触发信号。在火花点火型的内燃 机或由放电电极上的放电所引起的反应所在的反应区域中，当光学元件104被 安排为朝向执行放电的位置并且流向火花塞或放电电极的电流的测量值被给 予处理选择器时，有可能输出由放电引起的光发射的光谱分析结果作为信号 904。从而，对由放电引起的火焰中心形成的初始状态的光发射的分析和对燃 烧反应的反应分析均可被执行。有可能执行通过放电形成等离子体的SIBS分 析和对其周边的反应的分析两者。
在执行LIBS的情况下，如图18所示，在其初始阶段产生韧致辐射(由于 电子的快速加速和减速而产生的辐射光)并且根据波长的缩短产生具有高发射 强度的光谱图样。当在这种情况下计算相对强度时(假设短波长一侧的强度是 分母)，认为相对强度在LIBS的初始阶段减小，并且随后当移到由于反应区 域中的成分的击穿而引起的光的光谱图样时，该值增大。在此，当在击穿和点 火之后产生烟灰时，相对强度变成更高的值。
当相对强度在预定范围内或更小时，确定光发射是由韧致辐射产生的，并 且可在其后的预定周期内对测量结果执行LIBS分析。
在激光点火的情况下，在从韧致辐射之后的初始火焰中心形成到点火的周 期中执行LIBS测量，并且在此之后，可执行诸如爆震的确定和火焰带的测量 之类的处理。
应当注意，在LIBS中，离子的光发射的光谱图样、原子的光发射的光谱 图样和分子的光发射的光谱图样可在韧致辐射发生之后随着时间按此顺序产 生(尤其是在针对气体的LIBS的情况下)。在这种情况下，当要分析对象从 离子、原子、分子以及随后由韧致辐射引起的火焰变化时，有可能对反应区域 有效地执行分析。
应当注意，在本经修改的示例中，作为示例在燃烧室中执行LIBS或SIBS。 然而，LIBS和SIBS作为分析方法并不限于对在其中执行燃烧的反应区域的分 析。例如，通过激光束、放电等对固态或液体的表面输入高能量，有可能执行 诸如对固定或液体的成分分析和对分子或晶体的结构的分析之类的各种分析。 通过向诸如弱电离等离子体之类的具有低能量密度的等离子体输入更高的能 量，有可能执行以等离子体为目标的SIBS或LIBS。各种已知方法可用于LIBS 或SIBS中的光谱处理。其处理功能可由计算机、数据和计算机程序来实现。 因此，有可能在反应分析装置中安装用于执行该处理的功能性部分。
经修改的示例4-相对强度
在以上实施例中，作为示例，第一波长分量和第二波长分量之间的强度比 被示为相对强度。然而，本发明不限于此。连接与第一波长分量的强度值相对 应的位置和与第二波长分量的强度值相对应的位置的直线与将波长与强度值 作为轴的光谱平面上的波长轴线(强度变化的倾角)之间的角度可用于代替相 对强度。
经修改的示例5-控制系统
在以上实施例中，由具有反应分析装置的测量系统对反应区域执行测量和 分析。然而，关于反应区域的来自测量系统的输出可用作对反应区域的控制。
例如，具有转换部分并且还具有调节部分的控制设备可与测量系统一起使 用，其中转换部分将测量系统的输出转换成输入值，该输入值与输出相对应并 且用作由功能或通过使用预定映射机械地控制的值，调节部分调节反应区域以 便形成与该输入值相对应的状态。输入值可以是位置、路径、高度、姿态、方 向、大小、体积、角度、流速、密度、线性速度、角速度、加速度、机械力、 应力、流体压力、扭矩、振幅、频率、相位、数量、物理化学变量、成分、混 合比、湿度、温度、粘性、光量、颜色、电荷、电压、电流、磁通量密度、辐 射剂量等。例如，当反应区域是内燃机时，输入值可以是输入流、输入湿度、 氧化剂的供压、氧化剂中的成分的混合比、燃料供应量、燃料供应速度、燃料 供应位置、燃料供应方向、燃料供应计时、燃料颗粒直径、燃料渗透度、混合 度、阀计时、阀之间开和关的相对时差、点火计时、用于点火的输入能量、漩 涡强度、翻滚强度、邻近火花塞的工作流体的扰动强度、要操作的计量器的种 类、要操作的计量器的数量、要操作的计量器的安排、废气再循环体积、要再 循环的废气的温度、排气管的压强、后燃、废气的定性成分、废气的定量成分、 压力波的振动等。从控制系统的输出到以上输入值的转换和基于输入值对反应 区域的状态的调节可通过通常例如使用引擎控制单元(ECU)、汽化机等执行 的控制方法来实现。
工业实用性
本发明可在利用燃烧、等离子体反应等的普通技术中用于反应、误差检测、 反应分析和诊断等的测量和分析。