JP2003302342A - 粉塵発生源からの粉塵発生量予測式の算出方法 - Google Patents
粉塵発生源からの粉塵発生量予測式の算出方法Info
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Abstract
の発生範囲や量が異なるものに対しても、粉塵の発生量
を測定することができる、粉塵発生源からの粉塵発生量
予測式の算出方法を提供することを目的としている。 【解決手段】 粉塵発生源からの粉塵発生量予測式の算
出方法は、粉塵発生源から発生する粉塵発生量をレーザ
投光器から照射されたレーザ光線をレーザ受光器で受光
したときの透過率から予測するための予測式を求める方
法において、体積v、長さhの透光性の媒体を入れた校
正器内に、前記粉塵発生源から収集した所定の重量N
1、N2、・・・の粉塵サンプルを均一に分散させて、
前記校正器内の媒体への通過長さがhになるようにレー
ザ光線を照射したときのレーザ光線の透過率の対数変換
値X1、X2、・・・を求め、前記重量N1、N2、・
・・と前記透過率の対数変換値X1、X2、・・・との
関係から、前記長さhに相当する前記体積v当たりの粉
塵発生量予測式を次の一次回帰直線式(1)とすること
を特徴としている。 N=AX+B′ ・・・ (1)
Description
により粉塵量を測定する装置及び方法に関するものであ
る。
定器は知られているが、一般には投光器と受光器間隔、
及びこの間の粉塵含有気体(以降、粉塵ガスと略す)幅
も一定となるように、粉塵ガスを例えばダクトに導きこ
の壁面にレーザの投光器と受光器を配設したり、また投
光器と受光器を所定の寸法間隔に固定して一体化したも
のを粉塵ガス中に配置し、所定の物性の粉塵に対する受
光レベルと粉塵濃度の相関関係を決めておき、この条件
の下で測定するものである(公知例1と称す)。また、
粉塵ガス幅が必ずしも一定とならない長距離空間の粉塵
を測定する粉塵計が、実開昭60−76255に開示さ
れている(公知例2)。これは、レーザ光線を投射する
投光器と、投光器と相対して設けられ前記レーザ光線を
受光する受光器とを有して成り、前記レーザ光線の減衰
量より粉塵濃度を計測するものであるが、粉塵濃度と受
光器の出力の関係を予め指数関係となるように決めてお
き、これをもとに投受光器間空間の平均的粉塵濃度とし
て測定するものである。
する例えば鋳造工場における環境改善においては、まず
各粉塵発生源毎の実際に発生した粉塵の全重量(以降、
粉塵量と略す)を測定する必要がある。このためには、
各粉塵発生源特有の粉塵の物性(例えば粒子材質、粒子
サイズ、凝集性、光減衰性等)や、粉塵ガスの発生範囲
や容量に合わせて粉塵量が測定できなければならない。
従来直接的に発生した全粉塵量を測定できる公知技術は
見当たらず、間接的に粉塵濃度をもとに測定しようとす
る場合でも、下記問題があった。前記公知例1における
粉塵濃度測定器では、例えば溶解炉のような粉塵発生源
に対しては、上部にダクトが設置しづらい上、さらに直
接投光器及び受光器が高温或いは腐食性のガスに触れる
ため機器の信頼性、耐久性に問題があり適用できない。
また公知例2におけるレーザ粉塵計は、測定器間空間の
平均化した粉塵濃度を求めるものであり、粉塵ガス発生
範囲が異なる場合の発生した粉塵ガス中の濃度を求める
ことはできない。即ち、受光器の出力は、粉塵濃度が同
一でも粉塵ガス中の透過距離によって変わること、また
受光器と粉塵発生源の距離によっても変わるからであ
る。また、いずれの公知例でも、粉塵の物性に合わせた
粉塵濃度と受光器の出力の相関関係の求め方については
開示されていない。従って本発明は、物性が異なる粉塵
に対しても、また粉塵ガスの発生範囲や量が異なるもの
に対しても、粉塵の発生量を測定することができる、粉
塵発生源からの粉塵発生量予測式の算出方法を提供する
ことを目的としている。
の粉塵発生量予測式の算出方法は、粉塵発生源から発生
する粉塵発生量をレーザ投光器から照射されたレーザ光
線をレーザ受光器で受光したときの透過率から予測する
ための予測式を求める方法において、体積v、長さhの
透光性の媒体を入れた校正器内に、前記粉塵発生源から
収集した所定の重量N1、N2、・・・の粉塵サンプル
を均一に分散させて、前記校正器内の媒体への通過長さ
がhになるようにレーザ光線を照射したときのレーザ光
線の透過率の対数変換値X1、X2、・・・を求め、前
記重量N1、N2、・・・と前記透過率の対数変換値X
1、X2、・・・との関係から、前記長さhに相当する
前記体積v当たりの粉塵発生量予測式を下記の一次回帰
直線式(1)とすることを特徴としている。
換値X1、X2、・・・は、所定の時間間隔ごとに求め
た値のピーク値または該ピーク値近傍の平均値を前記対
数変換値X1、X2、・・・として採用することが望ま
しい。
間の距離は、前記粉塵発生源からの粉塵発生源を実測す
るときと同等にすることが望ましい。
塵が発生していないときのレーザ透過率の対数変換値を
測定した値を前記式(1)に代入したときの定数B′の
値を求め、前記定数B′の値を実測時の前記式(1)の
定数B′とすれば望ましい。
実施の一形態を図1〜3をもとに説明する。粉塵量測定
装置はレーザ投光器1、レーザ受光器6、信号処理部1
7、入出力部20、校正器14及び粉塵ガス量測定手段
36を備えている。レーザ投光器1は、光源2として有
色、例えば赤色半導体レーザを使用し、外乱光の影響を
抑えるために変調器4により変調している。また、測定
時に粉塵ガス中のレーザ透過断面積が極力同一になるよ
うにするため、及びレーザ光の広がりを防ぐため、コリ
メータレンズ3を設置して、レーザ投光器1から照射さ
れるレーザ光である投射光5が円形断面の平行光になる
ようにしている。レーザ受光器6には、投射光5が粉塵
雰囲気中を透過したレーザ光である入射光13を確実に
光軸上で受光するために、受光レンズ10と一定角度内
のみの入射光13を検出する絞り19を設けている。受
光素子12はシリコンフォトダイオードを用いている。
また、光源2の波長のみを選択して透過する干渉フィル
タや、外乱光の影響を抑えるためのNDフィルタ等の光
学フィルタ11を受光素子12の前面に設けている。
有する現場で粉塵量を測定する場合、各粉塵発生源を巡
回して、粉塵発生源に合わせた位置にレーザ投、受光器
をセットして測定しなければならない。そのため、移動
する度にレーザ投光器1とレーザ受光器6の光軸合わせ
を行う必要があり、容易に光軸合わせができるようにレ
ーザ受光器6に光軸出し部を設けている。これは、入射
光13の一部を直角に反射し光軸出し窓9に導出光15
として導くハーフミラー7と、該導出光15を拡大する
拡大レンズと、中心を合わせるための十字スクリーン
と、目に安全な強度まで減衰させるフィルタ8から成っ
ており、断面が円形の導出光15が光軸出し窓9に写し
出される。この光軸出し窓9を覗きながら、十字の交点
に導出光15の中心を合わせることにより光軸出しを行
うようになっている。
した対数演算部26と粉塵量演算部28、及びメモリ2
7を備えており、入出力部20と電気的に接続されてい
る。対数演算部26は、透過率演算手段26aと対数変
換手段26bを有している。透過率演算手段26aは、
レーザ投光器1とレーザ受光器6からの、投射光5の強
度I0及び入射光13の強度Iが電気信号として入力さ
れると、透過率I/を算出する。対数変換手段26bは
前記算出された透過率I/I0を対数変換し、その対数
変換値Xを粉塵量演算部28へ出力するとともに、入出
力部20へ出力する。粉塵量演算部28は、後述する校
正操作により求めたデータより直線回帰式を算出し、粉
塵量Nを算出する。入出力部20は、モニタ22とキー
ボード等のデータ入力手段、及び各種データを外部に出
力するための出力端子29を有しており、必要に応じて
プリンタや外部記憶装置を接続することができる。
の関係は、後述するように直線回帰式 N=aX+bで表すことができる。aは測定対象毎に設
定すべき定数、bは測定環境又は校正条件により定まる
定数(オフセット値)であり、定数aの値は粉塵量測定
に先立って求めておかなければならない(以下、このた
めの操作を校正操作と呼ぶ)。校正器14は校正操作時
に使用し、両端面にレーザ光が透過できるような光学窓
18を有した筒体であり、内部に粉塵サンプルを入れる
ようにしたものである。例えば、内径d、長さhの透明
な合成樹脂の円筒側面に粉塵サンプルの添加口16を設
け、両端には透明ガラスをセットし、内部に水等の媒体
が封入できる構造とし、その寸法は、投射光が側面に当
たることなく軸線に沿って貫通するに十分の内径で、所
定量注入した粉塵サンプルが凝集することなく、かつ十
分均等に拡散するような容量となるような値を適宜選定
する。レーザ投光器1とレーザ受光器6は各々分離され
ており、三脚1a、6a等により任意の位置に設置する
ことが可能であり、校正器14もレーザ光軸上に位置決
めできるように、同様に三脚又は設置台14aにより任
意の位置に設置することができる。
換値Xとの関係が、直線回帰式 N=aX+bで表すこ
とができることについて説明する。透過率I/I0はラ
ンバート・ベールの法則とミー理論に基づき下記式
(2)で表すことができる。 I/I0=K・exp{−R(α,θ)・Qext・3/2・1/(ρD)・N′・H} ・・・・・・・・・ (2) ここで K:系の光学透過減衰係数 現場測定時:K=k1(周囲空気の透過減衰係数) 校正時 :K=K1・K2・exp(-β,n,h) K2・exp(-β,n,h):校正器の総合透過率(K2:校正器
透過窓及び媒体の減衰係数) β:媒体の減衰係数 n:媒体モル濃度 h:校正器の長さ exp
{−R(α,θ)・Qext・3/2・1/(ρD)・N′・L} :系内にある粉塵の透過率 R(α,θ):粉塵発生源と受光器間距離、及び平均粒
子ハ゜ラメータによる補正係数 α:平均粒子ハ゜ラメータ(=π・D/λ(λはレーザ光の波
長)) θ:粉塵発生源と受光器間距離で決まる検出角度 Qext:粉塵の減衰係数(平均) ρ:粉塵の粒子密度(平均) D:粉塵の直径(平均) N′:レーザの粉塵雰囲気通過単位長さ当たりの粉塵量 L:レーザの粉塵雰囲気通過長さ(校正時はL=h) さらにここで −X=ln(I/I0) :(lnは自然対数を示す記
号) N=N′・L a=1/{R(α,θ)・Qext・3/2・1/(ρ
D)} b=a・ ln K とおくと、式(2)は前述した直線回帰式N=aX+b
に変換することができる。
塵量測定までの手順を説明する。ブロックS1からS4
が校正操作であり、これは測定対象の粉塵発生源の性状
及び発生する粉塵の物性に合わせて行なう操作であり、
特に個々に状況が異なる場合、それに対して行なう必要
がある。ブロックS1において、レーザ投光器1とレー
ザ受光器6を、実際の測定対象とする粉塵発生源に対し
て配置すると同様な位置関係になるように三脚1a、6
aに固定し、対向配置する。離す距離は、粉塵発生源の
性状に合わせ、レーザ投光器1とレーザ受光器6が高温
又は腐食性の粉塵ガスに触れて損傷したり、粉塵がレー
ザ投光器1又はレーザ受光器6の光学窓或いはレンズに
付着しないような距離とする。校正時も実測時と同等の
距離離す理由は、レーザ受光器6で受光する入射光の検
出角度を同一とするためである。
投光器1とレーザ受光器6の光軸出し、及び信号出力チ
ェックを行う。光軸出しは、レーザ投光器1から投射光
5を照射し、まず投光器1の三脚1aを調整して、前述
した導出光15がレーザ受光器6の光軸出し窓9に入る
ようにし、次に光軸出し窓9を覗きながら、レーザ受光
器6の三脚6aを調整して、十字の交点に導出光15の
中心を合わせて行なう。光軸出し終了後、校正器14を
光軸上で、実際の粉塵発生源の位置に相当する場所に配
置するように設置台14aの位置決めを行いセットす
る。次に、校正器14を設置台14aから外して、レー
ザ投光器1からの投射光5を直接レーザ受光器6に照射
する。この時、透過率の対数変換値が0に近い値である
かどうか確認する。これは、レーザ受光器6の受光素子
12が受ける入射光13は、光軸出し窓9の方に分離さ
れた導出光15の分だけ少なくなっており、信号処理部
17が透過率の対数変換値Xを算出するに当たってはこ
れを補正するようにしているが、この機能確認である。
した透光性の媒体を入れる。この媒体を入れた校正器1
4を再度設置台にセットし、レーザ光を照射して媒体中
を透過させ、その時の透過率の対数変換値X0を求め
る。この時粉塵量演算部28では粉塵量N0は0とす
る。なお当然ながら、この時の校正器14をセットした
時の媒体が占める断面範囲は、投射光5の透過断面を包
含することが必要である。つぎに、測定対象の実際の粉
塵から収集した粉塵サンプルから、正確に重量を測定し
て作成した複数の添加用サンプルのうち、まず任意の重
量N1のものを校正器14に添加し、媒体とよく混ぜ合
わせた後レーザを投射し、透過率の対数変換値X1を求
める。この時、透過率の対数変換値は例えば、0.1秒
ごとに測定し、その測定値からピーク値、あるいはその
近傍の平均値を対数変換値X1とするとよい。これは、
通常粉塵の粒子径は数〜数十μmと極めて小さいが、比
重は媒体と異なる場合が多く、時間経過とともに沈降又
は浮上していくため、測定した透過率の対数変換値は時
間経過とともに変化するからである。以降、順次粉塵添
加サンプルを校正器14に添加し同様の測定をし、校正
器中の添加添加サンプル重量N1、N2・・・に対する
レーザ透過率の対数値X1、X2・・・の関係を収集し
ていく。天下重量データは入出力部のキーボードなどで
入力する。なお、校正器14に入れる媒体としては、微
量で微細な粉塵と均一に混じり合い易く透過率が良好な
液体、例えば清水を用いるとよい。また、必ずしも液体
でなくても、粉塵サンプルが十分均等に攪拌できるよう
な手段、例えばブロー循環手段を設置すれば気体を用い
ることもできる。
複数の粉塵量Niに対する対数変換値Xiの測定データ
をもとに、該測定対象の直線回帰式N=AX+B´を最
小二乗法により算出しメモリ27に収納する。この定数
値Aは、粉塵性状と検出角度により決まる固有の値であ
るのに対し、定数値B´は校正時特有のオフセット値で
あり、実測時には改めて求める必要がある。上述したブ
ロックS1からS4の校正操作を、測定対象の粉塵発生
源の性状及び発生する粉塵の物性に合わせて行ない、各
々に対応する固有の直線回帰式を求めて記憶しておく。
ここで、前記直線回帰式から計算される粉塵量Nは、校
正操作環境下での、粉塵通過長さhの時の、容量vの媒
体中に含まれる粉塵量を示すものであり、実際の粉塵測
定時の粉塵量は、固有の定数値Bを求めるとともに、レ
ーザの粉塵ガス通過長さLと、粉塵ガス発生量(容量)
Vに合わせて補正して算出しなければならない。
らの粉塵量測定の手順である。まず、測定対象毎に前述
した校正操作で求めてメモリ27に記憶しておいた直線
回帰式から、該測定対象の直線回帰式N=AX+B´を
選択する。次にブロックS6において、レーザ投光器1
とレーザ受光器6を、測定対象をはさんで、前記校正時
に配置したと同様な位置関係に配置し、光軸合わせを行
なう。次に、ブロックS7に示すように、粉塵が発生し
ていない時にレーザを投射し、この時の透過率の対数変
換値を求める。粉塵量演算部28では前記選択した直線
回帰式N=AX+B´に対し、粉塵量Nをゼロと置くこ
とによって、校正時特有のオフセット値B´に代えて該
測定対象環境のオフセット値Bを求め、該測定対象粉塵
発生源に対する固有の直線回帰式、N=AX+Bを作成
する。
ともに測定を開始する。所定サンプリング時間(例え
ば、0.1秒)毎に、前記設定した固有の直線回帰式N
=AX+Bをもとに粉塵量Nを算出していく。ここで、
前述したようにこの粉塵量値Nは、校正器14を基準と
したもので、レーザが通過するする粉塵雰囲気の幅がh
における透過率の対数変換値をもとに、容量v中に含ま
れる粉塵量を示すものであり、実際に発生する粉塵量Y
とは異なっている。以下、実際に発生する粉塵量Yの算
出方法について説明する。測定開始後の所定サンプリン
グ時間毎に、前記直線回帰式N=AX+Bをもとにした
粉塵量Nを算出するとともに、粉塵ガス量測定手段36
において、発生する粉塵ガスの移動量と、この移動方向
に概直交する方向に広がった粉塵ガス発生幅Hを求め
る。これらの値は、測定対象毎に予め求めた経験値を用
いてもよいが、移動量計測手段として風速計38を用い
て粉塵ガス39の単位時間当たりの上昇速度Sを測定
し、粉塵ガス発生幅計測手段として、撮像装置例えばス
トロボカメラやビデオカメラ37を用いて粉塵ガス39
の動きを撮影することで求めることができる。
る。レーザ投光器からの投射光が粉塵ガス39内を通過
すると、レーザが通過した範囲は赤色になり識別できる
ため、撮影した映像を画像処理手段に送信し(図示せ
ず)、サンプリング時間毎に、公知手段により投射光5
が粉塵ガス39中を通過した長さLを求める。ここで、
レーザ投光器、受光器が、粉塵ガスの発生移動方向と直
交する方向にレーザを照射するようにセットされている
場合、レーザ投射光の粉塵ガス通過長さLをそのまま粉
塵ガス発生幅Hとする。直交する方向から角度γ傾いた
方向に照射するようにセットされている場合、余弦成分
Lcosγを粉塵ガス発生幅Hとする。なお、粉塵濃度
が薄い等で、レーザ投射光の粉塵ガス通過ラインが明瞭
に判別できない場合は、撮像画像中にレーザ通過想定ラ
インを設けて、これをもとにして粉塵ガス通過長さLを
求めることができる。風速計38により粉塵ガス39の
上昇速度Sが求められると、サンプリング間隔時間t当
たりの移動量が計算できる。これらのデータは信号処理
手段17に送られ、サンプリング時間毎に、サンプリン
グ間隔時間t当たりの粉塵ガス39の発生量Vは、例え
ば粉塵ガス発生幅Hを直径とする円内に一様に分布する
と仮定し、下式により算出する。 V=S×t×πH2/4
サンプリング時間毎の粉塵量Yを下記式により算出す
る。 Y=N×h/L×V/v この算出されるデータは、外部記憶装置に出力したり、
入出力部のモニタ或いはプリンタに出力することがで
き、環境改善を行なう場合の対象粉塵源の選定、及び改
善効果の評価を的確に行なうことができる。また、設備
改善に利用する等適宜利用することができる。積算すれ
ば発生する総粉塵量を求めることができるし、経時的な
粉塵発生状況を求めることもできる。また、下記式で示
すように粉塵濃度Wを求めることもでき、粉塵濃度管理
を行なう場合に用いることができる。この場合、粉塵発
生源からの粉塵に対しては、前記粉塵ガス量測定手段3
6のうちビデオカメラ37だけを用いてレーザ投射光の
粉塵ガス通過長さLを測定する。また、特定の粉塵発生
源から離れている粉塵浮遊雰囲気に対しては、ビデオカ
メラ37を用いることなく、レーザ投光器1とレーザ受
光器6の距離を粉塵ガス通過長さLとすればよい。 W=N×h/L×1/v
容易とした実施形態2について、図4を参照しながら以
下説明する。前記実施の形態1で説明した構成のうち、
主として制御部の構成を変えたものであり、信号処理部
17と入出力部20を一体化して操作盤30としてまと
めたものである。従って他の同一の構成部については同
一であり詳しい説明は省略するとともに、説明に当たっ
ては同一の符号を用いることとする。本実施の形態2に
おける操作盤30は、図4に示すように表面に数個のス
イッチと液晶等の簡単な表示器31を有する構成であ
る。また、外部出力端子を有しておりプリンタ等の外部
表示手段と接続可能である。制御機能は前述の実施の形
態1で述べたものとほぼ同様で、対数演算部と粉塵量演
算部を備えているが、制御アルゴリズムはハードウエア
による論理回路で組んでいる。
手段を有している。透過率演算手段は、レーザ投光器1
とレーザ受光器6からの投射光5の強度I0、及び入射
光の強度Iが電気信号として入力されると、透過率I/
I0が論理回路により求められ、この電気信号は対数変
換手段に送られる。対数変換手段は前記透過率I/I 0
を論理回路により対数変換し、その対数変換値Xを電気
信号として粉塵量演算部へ出力する。粉塵量演算部は、
直線回帰式N=aX+bを構成する論理回路を有し粉塵
量Nを求める。上記透過率I/I0の対数変換値X、粉
塵量Nは所定の時間間隔(例えば0.1秒毎)で求め、
表示器に表示することができるとともに、外部出力端子
より出力することができる。なお、前記表示は、切換え
スイッチ32を適宜操作することで、一つの表示器31
に表示するようにしているが、対数変換値X、粉塵量N
用の固有の表示器を設けてもよい。増幅率調節手段33
は、上記直線回帰式の測定対象毎に設定すべき定数aを
電圧で設定するダイヤルであり、目盛付きの可変抵抗器
から構成される。オフセット調節手段34は、測定環境
又は校正条件により定まる定数bを電圧で設定するダイ
ヤルで、目盛付きの可変抵抗器から構成される。
であるが、前記定数a、bの設定方法とその手順が異な
っており、以下それについて説明する。レーザ投光器
1、レーザ受光器6及び校正器14の配置、光軸出し等
が終了した後、校正器14を設置台14aから外して、
レーザ投光器1からの投射光5を直接レーザ受光器6に
照射する。この時、操作盤の表示器31に透過率の対数
変換値Xを表示させ、その値が0に近い値であるかどう
かチェックする。これは、受光器6の受光素子12が受
ける入射光13は、光軸出し窓9の方に分離された導出
光15の分だけ少なくなっており、対数処理部が透過率
の対数変換値Xを変換するに当たってはこれを補正する
ような回路としているが、この機能確認である。
形態1と同様、まず校正器14に正確に容量vを測定し
た清水を入れる。この清水を入れた校正器14を再度設
置台14aにセットし、レーザ光を照射して清水中を透
過させ、その時の透過率の対数変換値X0を求める。次
に、測定対象の実際の粉塵から収集した粉塵サンプルか
ら、正確に重量を測定して作成した複数の添加用サンプ
ルのうち、まず任意の重量N1のものを校正器14に添
加し、清水とよく混ぜ合わせた後レーザを投射し、透過
率の対数変換値X1を記録する。この時、0.1秒ごと
に測定値をプリンタ等に出力し、この出力データをもと
にピーク値、あるいはその近傍の平均値を対数変換値X
1とするとよい。以降、順次添加サンプルを校正器14
に添加し同様の測定をし、校正器中の添加サンプル重量
Niに対するレーザ透過率の対数値Xiの関係を収集し
ていく。続いて、上記複数のNiに対するXiの収集デ
ータをもとに、粉塵量を推定するための直線回帰式N=
AX+B´を最小二乗法により算出し、測定対象の定数
値Aを求める。
象環境における直線回帰式の定数a及びbの値を操作盤
30より設定する操作を行う。まず、校正容器14を外
した状態でレーザを投射し、透過率の対数変換値Xai
rを表示器に表示させて求める。次にこのときの粉塵量
の表示値Nair値を表示器に表示させ、この値が0に
なるようにオフセット調節手段34を調整する。これは
該現場の測定環境におけるオフセット値を求める操作で
あり、定数bの値Bを設定することに相当する。次に、
所定の減衰率(例えば10%)のNDフィルタをレーザ
受光器6前に挿入して擬似粉塵透過状態を作り、この時
のレーザ透過率の対数変換値Xnを求める。これより、
前記で求めた定数A、Xair値をもとにこの時の粉塵
相当量Nnを、Nn=A(Xn―Xair)の式から計
算で求める。このNDフィルタを挿入した状態で、粉塵
量を表示するようにし、表示値が前記算出した値を示す
ように増幅率調節手段33を調整する。このときの増幅
率調節手段33及びオフセット調節手段34の目盛値を
メモ等に記録しておく。上記の操作は、現場測定に先立
って、測定対象である粉塵発生源ごとに行い、定数a、
bの各対象現場毎の固有の環境に対する値A、Bを求め
ることに相当する。実際の測定に当たっては、該測定対
象固有の直線回帰式の定数値A、Bを増幅率調節手段3
3、オフセット調節手段34で設定し、粉塵量演算部に
おける直線回帰式を決定してから行なう。本操作盤30
は、論理回路などの電気回路のみで作成しているために
上記の操作が必要になるが、テンキー等の入力装置は必
要としないためコンパクトとなり、現場で容易に取扱い
ができる。
溶融口を有する溶解炉から発生する粉塵量の測定を行な
った例を、図1及び4を参照しながら説明する。レーザ
投光器1とレーザ受光器6は、溶解炉40を中央にして
20m離し、かつレーザ投射光5は、溶解炉上面から1
mの高さをほぼ水平に通るように設定した。これは溶解
炉40の炉蓋が開いた時にほぼ垂直に立上る高温の粉塵
が、レーザ投光器1或いはレーザ受光器6の光学窓に付
着することによるレーザ強度の変化、即ち測定精度の信
頼性低下を防ぐためであり、またレーザ投光器1及びレ
ーザ受光器6が1500℃近くの溶湯の輻射熱を受ける
のを防ぐためである。校正器14としては、内径d=
0.09m、長さh=0.5mの寸法のものを用い、そ
の容積の約90%にあたる清水を充填した。この時の清
水の容量はv=0.0029m3であった。まず最初
に、レーザ投光器1とレーザ受光器6及び校正器14を
実測時と同様に配置し、校正器14に粉塵を添加しない
清水だけの状態でレーザを照射し、レーザ透過率の対数
変換値X0を求めた。次に直線回帰式を算出するため
に、溶解炉40から発生した粉塵を収集して予め重量N
1を計測しておいた粉塵サンプルを添加し、手で振って
均一に拡散させ、この校正器14に対するレーザ透過率
の対数変換値を0.1秒毎にプリンタ等に出力し、これ
よりピーク値を対数変換値X1として求めた。
には、実際の粉塵発生状態に近い透過率が得られるよう
な粉塵量を校正器14に添加した。この粉塵量は次のよ
うにして設定した。まず、これまでの経験より、溶解炉
40については、その上方での粉塵濃度は2g/m3〜
10g/m3程度であり、溶解炉上面から1mの高さで
は粉塵ガス39は約1.5mの幅で広がっていることが
わかっていた。これよりこれを基準として、レーザ投射
光5が校正器14の長さh=0.5mを通過する時の透
過率が、前述した粉塵ガス幅1.5mを通過した時と同
等になるように粉塵量を決めた。溶解炉40の上方での
粉塵濃度が例えば2g/m3の場合、これに相当する粉
塵添加量は以下のようにして算出した。 2×0.0029×1.5/0.5=0.0174g これより、約17mg見当で、正確に重量を測定した粉
塵サンプルを5セット用意し、校正器14に1セット添
加する毎にレーザ透過率の対数値Xiを測定していっ
た。なお、清水に微量な界面活性剤を添加したところ、
粉塵の拡散状態が安定して保て良好であった。
レーザ透過率の対数値Xiのデータから、粉塵量を推定
するための直線回帰式N=AX+B´を最小二乗法によ
り求めた。上記添加粉塵量Niとレーザ透過率の対数変
換値Xiをもとにした直線回帰式との関係を図5に示
す。これより溶解炉40から発生した粉塵のデータから
粉塵量を推定する直線回帰式35aの傾きAは、A=6
7であった。なお、同図に上に示すもう一つの直線回帰
式35bは同じようにして求めた自動注湯機に対するも
のである。次に現場での実測に先立って、粉塵量を推定
する直線回帰式の定数A、Bの値を設定する操作を行っ
た。まず、前記溶解炉40の粉塵量を測定する場合、校
正容器14を外した状態で、レーザ透過率の対数変換値
Xairを求めた。このときの粉塵量の表示値Nair
値の表示器31の表示が0になるように、オフセット調
節手段34を調整した。次に、所定の減衰率(例えば1
0%)のNDフィルタを受光器6前に挿入し、レーザ透
過率の対数変換値Xnを求めた。このNDフィルタを挿
入した状態で、粉塵量Nnの表示値が、Nn=67(X
n―Xair)の計算式で求めた値となるように増幅率
調節手段33を調整した。
を用い、レーザ投光器1とレーザ受光器6を対象の溶解
炉40に対し前述した所定の位置にセットし、溶解炉4
0の蓋が開放された後の、0.1秒毎の測定した粉塵量
Nを表示器31に表示するとともに、プリンタに出力し
ていった。ここで、上記粉塵量Nは校正操作の基準(内
径0.09m、長さ0.5mの円筒の容量0.0029
m3中に含まれた粉塵量)に対する粉塵量を示したもの
であり、実際の粉塵量は次のようにして求めた。まず、
ビデオカメラ37で粉塵ガス39の動きを撮像していっ
た。同時に溶解炉の上方に設置した風速計38から粉塵
ガスの上昇速度Sを測定し、上記粉塵量Nを出力する同
時刻の値をプリンタに出力していった。レーザ投射光の
粉塵ガス通過長さLは、撮像後の映像をもとに、上述の
測定時刻に相当する画像中に写っている赤色のレーザ光
の画像から算出していった。これより、サンプリング時
間間隔0.1秒間に発生する粉塵ガス発生量はS×0.
1×πH2/4であり、投射光5が透過した粉塵ガス通
過長さLであることから、粉塵発生源から発生したサン
プリング時間毎の粉塵量Yは下記式により求めた。 Y=N×(0.5/L)×(S×0.1×πH2/4)/
0.0029 なお、本実施例においては、レーザ照射方向は粉塵発生
移動方向にほぼ直交するため、H=Lとおくことがで
き、上式は次のようにまとめた。 Y=13.5×N×L×S 上記のようにして求めた溶解炉40の蓋が開閉する間の
時間経過とその間に発生した粉塵量の関係を模式的に示
したものが図6である。以上、鋳造工場の溶解炉から発
生する粉塵量の測定の実施例について説明したが、同様
にして他の粉塵発生源から発生する粉塵量を測定した
り、粉塵濃度を測定することができることは言うまでも
ない。
いる。 1)投光器と受光器を分離しているので、粉塵発生範囲
の異なるものにも広く対応できる。 2)投光器と受光器を粉塵ガスに触れさせず測定するこ
とができるので、粉塵ガスが光学窓等に付着することに
よる精度低下が防止でき、また粉塵ガスが高温或いは腐
食性のものであっても機器を損傷することなく測定でき
る。 3)粉塵の絶対量を測定することができるので、粉塵発
生源の環境への影響度の大小、及び対策後の効果が的確
に把握できるので、環境改善に有効である。 4)粉塵濃度も測定できるので、場所毎の大気中の粉塵
雰囲気の良否が判定できる。 5)レーザ透過率と粉塵量を推定する直線回帰式の傾き
を校正操作により求めるので、粉塵発生源及び粉塵性状
が異なっていても、校正操作をすることで測定をするこ
とができる。 6)校正操作は、予め別の場所で行なうことができるの
で、現場測定は効率良く短時間で実施することができ
る。 7)レーザ強度の信号処理、粉塵量演算処理をハードウ
エアによる論理回路で製作すると、制御部をコンパクト
にすることができ、現場での取扱いが容易となる。
図
するための図
めの図
を求めた例を示す図
図
レーザ受光器 9…光軸出し窓、 10…受光レンズ、 12…受光素
子、 13…入射光 14…校正器、 17…信号処理部、 18…光学窓、
19…絞り 20…入出力部、 22…モニタ、 26…対数演算
部、 27…メモリ 28…粉塵量演算部、 29…出力端子、 30…操作
盤、 31…表示器 33…増幅率調整手段、 34…オフセット値調整手
段、 36…粉塵ガス測定手段、 37…ビデオカメ
ラ、 38…風速計、 39…粉塵ガス
Claims (4)
- 【請求項1】 粉塵発生源から発生する粉塵発生量をレ
ーザ投光器から照射されたレーザ光線をレーザ受光器で
受光したときの透過率から予測するための予測式を求め
る方法において、 体積v、長さhの透光性の媒体を入れた校正器内に、前
記粉塵発生源から収集した所定の重量N1、N2、・・
・の粉塵サンプルを均一に分散させて、前記校正器内の
媒体への通過長さがhになるようにレーザ光線を照射し
たときのレーザ光線の透過率の対数変換値X1、X2、
・・・を求め、前記重量N1、N2、・・・と前記透過
率の対数変換値X1、X2、・・・との関係から、前記
長さhに相当する前記体積v当たりの粉塵発生量予測式
を下記の一次回帰直線式(1)とすることを特徴とする
粉塵発生源からの粉塵発生量予測式の算出方法。 N=AX+B′ ・・・・・・・・・・・・ (1) - 【請求項2】 レーザ光線の透過率の対数変換値X1、
X2、・・・は、所定の時間間隔ごとに求めた値のピー
ク値または該ピーク値近傍の平均値を前記対数変換値X
1、X2、・・・として採用することを特徴とする請求
項1に記載の粉塵発生源からの粉塵発生量予測式の算出
方法。 - 【請求項3】 前記レーザ投光器とレーザ受光器間の距
離は、前記粉塵発生源からの粉塵発生源を実測するとき
と同等にすることを特徴とする請求項1に記載の粉塵発
生源からの粉塵発生量予測式の算出方法。 - 【請求項4】 実測時に、粉塵発生源から粉塵が発生し
ていないときのレーザ透過率の対数変換値を測定した値
を前記式(1)に代入したときの定数B′の値を求め、
前記定数B′の値を実測時の前記式(1)の定数B′と
することを特徴とする請求項1に記載の粉塵発生源から
の粉塵発生量予測式の算出方法。
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