ハイスピードカメラPhantom TMX7510カラーによる火花放電の可視化

航空機や自動車のエンジンにおいて、プラズマ、放電現象の解明が求められています。希薄混合気や難燃な気体燃料の燃焼が必要とされ、体積的点火、ロスの低減、部分改質および反応性を向上させた非平衡プラズマを用いたプラズマアシスト点火などの革新的な点火手法が考えられます。

非平衡プラズマを用いた点火では電流を制御したナノパルス点火や誘電体バリア放電による点火があります。 本事例では、高電圧高周波数誘電体バリア放電を用いた放電プラズマの様子の撮影を行いました。ストリーマーやリーダーを伴う放電の挙動、放電が枝分かれしている様子、および誘電体表面をプラズマが覆う様子が鮮明に捉えられています。

本事例での撮影には、高感度、高フレームレートのカラーハイスピードカメラを用いて撮影を行いました。撮影速度が速く、露光時間が短くなる場合、画像は暗くなりますが、本事例で用いたPhantom TMx7510は、ISO感度16,000（カラー）を有し、放電の挙動と枝分かれしている様子を捉えることができました。また10万fpsを1,280X608で撮影できます。

今回は512x128で撮影し旧型機種との比較を行いました。 撮影での印象は、アーク放電等と比較すると非平衡であるため様々な連続でない原子や分子スペクトルによる発光が観察されます。そのため、紫色の放電が観察されます。

これらの発光は熱平衡プラズマの発光と比較すると弱いですが、TMX7510ではS/N比の低い高速度の撮影においても比較的発色が良く現象が撮影されている印象があります。従来ではこの様な計測は感度の関係でモノクロカメラを用いて実施しますが、微弱光においてもカラー撮影の可能性が広がりました。