従来の調整可能な半導体レーザー吸収分光法（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy、TDLAS）システムは、複雑なスペクトルラインのフィッティングおよび数値反演アルゴリズムにより処理速度がエンジンのミリ秒級の瞬時燃焼測定要求を満たすことが困難である問題に対し、対数増幅に基づく高速ハードウェアスペクトル処理システムを提案・開発した。システム全体設計、背景放射自動減算回路設計、対数増幅回路設計、アルゴリズム補正、リアルタイムデータ処理構成に関する研究を行った。本システムはアナログフロントエンドに自主設計の背景放射自動減算回路とLOG114チップに基づく対数比増幅回路を導入し、吸光度に比例する電圧信号を直接出力する。デジタル部はフィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）を用いて高速データ収集と吸光度の積分加算を行い、マイクロコントローラが温度の反演を実現する。実験結果は、100 kHzのスキャン周波数でシステムが背景放射の安定した減算を実現し、単一温度計算時間が約2.5 msであることを示した。本システムはミリ秒級の高温流動場の高速測定を実現し、エンジンの瞬時燃焼変化を捉える潜在能力を有する。

TDLAS;燃焼場;高周波応答;対数比増幅;背景放射減算;高速測定