JP2003302342A - 粉塵発生源からの粉塵発生量予測式の算出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 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。 【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

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光の減衰量
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。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光の減衰量を利用した粉塵濃度測
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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】各種の粉塵発生源を有
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。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の粉塵発生源から
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。

【０００５】

【数１】

【０００６】さらに、前記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Ｘ１、Ｘ２、・・・として採用することが望ま
しい。

【０００７】さらに、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が望ましい。

【０００８】さらに、前記実測時に、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′とすれば望ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
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。

【００１０】実際に鋳造工場等の複数の粉塵発生箇所を
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。

【００１１】信号処理部１７は、コンピュータ機能を有
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Ｉ_０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／Ｉ_０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。

【００１２】粉塵量Ｎとレーザ透過率の対数変換値Ｘと
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。

【００１３】ここで、粉塵量Ｎとレーザ透過率の対数変
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 Ｑ_ｅｘｔ：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）・Ｑ_ｅｘｔ・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。

【００１４】次に図７に従い、校正操作から現場での粉
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。

【００１５】次に、ブロックＳ２に示すように、レーザ
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。

【００１６】次に、Ｓ３に示す校正デ ータ取りを行う。まず校正器１４に正確に容量ｖを測定
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。

【００１７】続いて、ブロックＳ４に示すように、上記
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。

【００１８】ブロックＳ５以降が、実際の粉塵発生源か
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。

【００１９】ブロックＳ８において、粉塵の発生開始と
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。

【００２０】粉塵ガス発生幅Ｈは次のようにして求め
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×πＨ^２／４

【００２１】以上の測定結果をもとに、信号処理部では
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

【００２２】（実施の形態２）次に、より操作取扱いを
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。

【００２３】対数演算部は、透過率演算手段と対数変換
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Ｉ_０、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／
Ｉ_０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／Ｉ_０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。

【００２４】校正操作は基本的には前述した方法と同様
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。

【００２５】次に、校正データ取りを行う。前記実施の
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。

【００２６】次に該現場での実測に先立って、該測定対
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。

【００２７】

【実施例】以下、実施の形態２をもとに、直径が１ｍの
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＝０．００２９ｍ^３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。

【００２８】ここで、直線回帰式を精度よく求めるため
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／ｍ^３〜
１０ｇ／ｍ^３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／ｍ^３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。

【００２９】続いて、上記添加粉塵重量Ｎｉと測定した
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。

【００３０】次に上記のようにして校正した操作盤３０
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
ｍ^３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×πＨ^２／４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×πＨ^２／４)／
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。

【００３１】

【発明の効果】以上説明した本発明は次の効果を有して
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の粉塵量測定装置の全体構成を示す概略
図

【図２】レーザ及び制御に関する説明のための図

【図３】レーザ投射光と入射光の制御部での処理を説明
するための図

【図４】制御部を簡易化した実施の形態２を説明するた
めの図

【図５】校正操作により2種類の粉塵に対し直線回帰式
を求めた例を示す図

【図６】溶解炉の蓋の開閉に伴う粉塵量発生状況を示す
図

【図７】粉塵量を測定するときの手順を示す流れ図

【符号の説明】

１…レーザ投光器、 ２…光源、 ５…投射光、 ６…
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)

【特許請求の範囲】
1. 【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）
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。