JP2005249538A

JP2005249538A - 光学式濁質濃度計の校正時期判定方法

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Publication number: JP2005249538A
Application number: JP2004059051A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nomura; 誠埜村
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-03-03
Also published as: JP4390053B2

Abstract

【課題】濁質の性質変化を確実に検出し、光学式濁質濃度計における検量線の変更すべき時期を的確に判定することが可能な光学式濁質濃度計の校正時期判定方法を提供する。
【解決手段】光学式濁質濃度計における受光部は、発光部１と対峙する部位に位置付けられた透過光受光部５と、前記発光部が前記計測水中に発した光を該計測水中に存在する懸濁物により散乱された散乱光を受光する部位に位置付けられた散乱光受光部６と、前記発光部が前記計測水中に発した光を該計測水中に存在する懸濁物が反射した光を受ける部位に位置付けられた反射光受光部７を備え、これらの受光部における受光レベルの経時変化が所定の閾値を超えたとき、被計測水中の懸濁成分に変化があったと判定して光学式濁質濃度計の検量線の校正を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光部が被計測水中に照射した光を受光部で受けて、この受光レベルによって被計測水の濁質濃度を計測する光学式濁質濃度計の校正時期判定方法に関する。

従来から被計測水に含まれる濁質濃度を計測する濁質濃度計として光学式濁質濃度計が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この光学式濁質濃度計は、被計測水中に発光部と受光部とを挿入し、発光部が被計測水中に照射した光を受けた受光部が出力する検出信号のレベルから被計測水に含まれる濁質の濃度を計測するものである。また、この種の光学式濁質濃度計には、透過光型、散乱光型および反射光型がある。

透過光型の光学式濁質濃度計は、原理的には図６に示すように発光部１により駆動されて被計測水Ｍにレーザ光を照射するレーザダイオード３と、所定の間隔をあけてこのレーザダイオード３と対峙する位置に受光部（透過光受光部）５を位置付けた透過光センサを用いている。この透過光センサは、被計測水Ｍを透過する光、即ち、被計測水Ｍに含まれる濁質（粒子）によって遮られる光の遮蔽度を透過光受光部５が受光した光のレベルとして検出部１０が測定するものである。つまり透過光受光部５が出力する検出信号のレベル（信号強度）は、図７に示すように被計測水の濁質濃度（ＭＬＳＳ濃度）に比例して減少する。

一般に被計測水Ｍに含まれる濁質（粒子）によって遮られる光の遮蔽度は、被計測水中の濁質の特性によって異なる。したがって光学式濁質濃度計にあっては、予め基準計測水との相関を示す検量線を作成する必要がある。そして光学式濁質濃度計の受光部５が受光した光の強度（信号強度）からＭＬＳＳ濃度を相関表示する。
このような原理に基づいて被計測水Ｍの濁質濃度を検出する透過光型の光学式濁質濃度計は、被計測水Ｍに含まれる濁質（粒子）成分による影響が少なく、濁質成分の変化が僅かであれば、ほとんど影響を受けず、被計測水Ｍの濁質濃度を計測できるという特徴がある。ちなみに濁質とは、被計測水中に含まれる無機粒子の濃度（一般にＳＳや濁度と呼ばれる）や、有機粒子の濃度（一般にＭＬＳＳと呼ばれる）のことをいう。

一方、散乱光型または反射光型の光学式濁質濃度計は、図８に示すように発光部１により駆動されて被計測水Ｍにレーザ光を照射するレーザダイオード３と、このレーザダイオード３が被計測水Ｍに照射した光を直接受けることなく、被計測水Ｍに存在する濁質によって散乱または反射された光（散乱光または反射光）を受光する部位に位置付けられた散乱光受光部６または反射光受光部７を備えている。

散乱光受光部６または反射光受光部７は、レーザダイオード３が被計測水Ｍに照射した光がこの被計測水Ｍに含まれる濁質（粒子）によって散乱され、または反射された光を受けるものである。これらの受光部６，７が受光する光のレベル（信号強度）は、図９に示すように濁質濃度（ＭＬＳＳ濃度）に比例して増加する。また、散乱光型および反射光型は、濁質（粒子）の反射光を散乱光受光部６または反射光受光部７で受光するため、これらの受光部が受光する光のレベルは、濁質（粒子）成分の影響を受けるという特徴がある。
特願２００３−１１２７８２号

しかしながら上述した透過光型の光学式濁質濃度計にあっては、被計測水に含まれる濁質（粒子）成分の変化が僅かであれば、その影響を受けることなく濁質濃度を安定して計測することができる反面、濁質成分が変化したことを濃度計自身が検出することは困難である。特に計測した濁質濃度が大きく変化した場合、光学式濁質濃度計はその計測値が正しい値であるかどうか、つまり濁質濃度自体の変化であるのか、濁質成分の変化であるかの判断が計測情報からだけではできず、計測値と濁質濃度との相関が不確かになることが否めない。これは被計測水と予め記憶した検量線とが合致したものであるかどうかの判別を光学式濁質濃度計が自動的に行わないためである。つまり光学式濁質濃度計は、被計測水の濁質変化の頻度が高い場合、高頻度で被計測水をサンプリングして濃度校正を行って検量線を変更する必要がある。

具体的には、濃度計の出力信号のレベル（信号強度）と真のＭＬＳＳ濃度との関係を表すグラフ（図１０）を参照しながら説明すると、最初、被計測水の濁質濃度を示す検量線が［ｘ］であったとする。このとき、光学式濁質濃度計から出力される検出信号のレベル（信号強度）が、Ｔ₁であったとすれば、ＭＬＳＳ濃度は正しい値である［Ｘ］を示す。
次いで時間の経過に伴って濁質に変化があったとする。例えば被計測水の濁質濃度を示す検量線が、最初の検量線［ｘ］に比べて緩やかな傾き、すなわち［信号強度／真のＭＬＳＳ濃度］が小さくなり濃度計の出力信号のレベル（信号強度）と真のＭＬＳＳ濃度との関係を示す検量線が［ｙ］になったとする。

このとき光学式濁質濃度計における検量線の変更がなされていないとすれば、光学式濁質濃度計から出力される検出信号のレベル（信号強度）は、正しいＭＬＳＳ濃度を表示しないことになる。つまり検出信号のレベル（信号強度）がＴ₁であったとすれば、ＭＬＳＳ濃度は真のＭＬＳＳ濃度である［Ｙ］にならず、異なった値である［Ｘ］を示してしまう。

つまり濁質濃度は、上述したようにセンサが出力した信号強度と濁質濃度とを換算する検量線に従って変換される。例えば、図１１の濃度計のセンサが出力する出力信号のレベル（信号強度）と被計測水ＭのＭＬＳＳ濁質濃度との関係を表すグラフに示すように、計測時の検量線が［Ａ］であったとする。このときセンサが出力した信号強度が［Ｔ₁］であれば、この検量線［Ａ］に従って被計測水ＭのＭＬＳＳ濃度は、［Ｘ］であると判定できる。

しかし被計測水Ｍの濁質の特性に変化があり、例えば検量線の傾きが検量線［Ａ］に比べて緩やかになり、図１０の検量線［Ｂ₁］或いは検量線［Ｂ₂］になった場合、センサが出力した信号強度が［Ｔ₁］であれば、検量線［Ｂ₁］および検量線［Ｂ₂］に従って、ＭＬＳＳ濃度は、それぞれ［Ｘ_B1］、［Ｘ_B2］と求めることができる。
或いは被計測水Ｍの濁質の特性に変化があり、例えば検量線の傾きが検量線［Ａ］に比べて急峻になり、図１０の検量線［Ｃ₁］或いは検量線［Ｃ₂］になった場合、センサが出力した信号強度が［Ｔ₁］であれば、検量線［Ｃ₁］および検量線［Ｃ₂］に従って、ＭＬＳＳ濃度は、それぞれ［Ｘ_C1］、［Ｘ_C2］と求めることができる。

また透過光型の光学式濁質濃度計は、前述したように濁質成分が変化したことを濃度計自身で検出することが困難である。つまり透過光型の光学式濁質濃度計は、濁質（粒子）の影響を受けにくいので、一般的に濁質は複雑な粒径分布をもっているが、このような被計測水においても安定した濃度相関表示ができるものの、濁質に変化があっても僅かな変位しか現れない。このため濃度計自身では、検量線の校正時期を知り得ることができず、知らず知らずのうちに検出信号のレベル（信号強度）とＭＬＳＳ濃度との相関表示ができない状態に陥るという問題もあった。

一方、透過光型または反射光型の光学式濁質濃度計にあっては、被計測水に含まれる濁質成分が変化したことを捉えることができる反面、その計測値は、濁質成分の僅かな変化によっても影響を受けてしまうため、濁質濃度を安定して相関表示することができないという問題がある。
本発明は、このような事情に対処してなされたものであり、光学式濁質濃度計を用いて被計測水に含まれる濁質濃度を安定して、かつ信頼できる値として検出信号のレベル（信号強度）と濁質濃度とを相関表示させ得るために被計測水に含まれる濁質成分の変化を確実に検出し、光学式濁質濃度計における検量線の変更すべき時期を的確に判定することが可能な光学式濁質濃度計の校正時期判定方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る光学式濁質濃度計の校正時期判定方法は、
被計測水に照射した光が該被計測水を透過した透過光レベルを計測する透過光センサと、前記被計測水の性状に応じて求められた検量線に従って上記透過光センサの出力値を変換した計測値を求める演算手段と、前記被計測水に照射した光が該被計測水に含まれる懸濁物により散乱された散乱光レベルを計測する散乱光センサおよび／または被計測水に含まれる懸濁物により反射された反射光レベルを計測する反射光センサを備えた計測器に対して、
前記散乱光センサが計測した散乱光レベルまたは前記反射光センサが計測した反射光レベルをそれぞれ所定の時間間隔で平均した平均値が予め定めた閾値を超えたとき、被計測水に含まれる濁質成分に変化があったと判定して前記光学式濁質濃度計における検量線の校正を行うことを特徴としている。

上述した光学式濁質濃度計の校正時期判定方法にあっては、前記散乱光センサが計測した散乱光レベルまたは前記反射光センサが計測した反射光レベルをそれぞれ所定の時間間隔で平均した平均値が所定の閾値を超えたとき被計測水に含まれる濁質成分に変化があったと判定する。
また上述した光学式濁質濃度計の校正時期判定方法は、更に前記散乱光センサが計測した散乱光レベルの最大値と最小値との差またはそれら数値の標準偏差によって示される振幅値または前記反射光センサが計測した反射光レベルにおける最大値と最小値との差によって示される振幅値またはそれら数値の標準偏差が所定の閾値を超えたとき、被計測水に含まれる濁質成分に変化があったと判定するものとして構成される。

或いは上述した光学式濁質濃度計の校正時期判定方法は、更に前記散乱光センサが計測した散乱光レベルまたは前記反射光センサが計測した反射光レベルを前記平均値を求めた時間間隔より短い時間間隔でそれぞれ平均した短時間平均値のばらつきが予め定めた閾値を超えたとき、被計測水に含まれる濁質成分に変化があったと判定して前記光学式濃度計の検量線の校正を行うものとしている。

上述した光学式濁質濃度計の校正時期判定方法にあっては、前記散乱光センサが計測した散乱光レベルの最大値と最小値との差によって示される振幅値またはそれら数値の標準偏差、或いは前記反射光センサが計測した反射光レベルにおける最大値と最小値との差によって示される振幅値またはそれら数値の標準偏差が所定の閾値を超えたとき、或いは、短時間周期で平均した検出信号における短時間平均値のばらつきが予め定めた閾値を超えたとき、被計測水に含まれる濁質成分に変化があったと判定する。

好ましくは上記光学式濁質濃度計の校正時期判定方法は、更に前記透過光センサが計測した透過光レベルと、前記散乱光センサが計測した散乱光レベルまたは前記反射光センサが計測した反射光レベルとの相関関係が崩れたとき、被計測水に含まれる濁質成分に変化があったと判定することが望ましい。

以上説明したように、本発明における光学式濁質濃度計の校正時期判定方法は、散乱光センサが計測した散乱光レベルまたは反射光センサが計測した反射光レベルにおいて、
（１）所定の時間間隔で平均した光レベルの平均値が予め定めた閾値を超えたとき
（２）光レベルの最大値と最小値との差、またはそれらの数値の標準偏差によって示される振幅値が所定の閾値を超えたとき
（３）光レベルの短時間平均値のばらつきが予め定めた閾値を超えたとき
のいずれかを検出したとき、被計測水に含まれる濁質成分に変化があったと判定する。

つまり（１）の情報によっては、濁質（粒子）の色、または濁質の密度に変化があったことが判る。
（２）の情報によっては、濁質（粒子）の粒径に変化があったことが判る。
（３）の情報によっては、濁質（粒子）の一部に凝集が発生している状態、特に有機汚泥の計測においては、糸状性細菌等によるバルキングが発生していることがわかる。

また本発明の光学式濁質濃度計は、
（４）透過光センサが計測した透過光レベルと、前記散乱光センサが計測した散乱光レベルまたは前記反射光センサが計測した反射光レベルとの相関関係が崩れたとき、被計測水に含まれる濁質成分に変化があったと判定している。つまり（４）の情報によっては、（１）〜（３）の情報をより正確に判定することができる。

したがって、本発明における光学式濁質濃度計の校正時期判定方法にあっては、上述した判定を行っているので、被計測水に含まれる濁質成分が変化したことを確実に検出することができ、光学式濁質濃度計における検量線の校正時期判定を正しく行うことができる。

以下、本発明の一実施形態に係る光学式濁質濃度計の校正時期判定方法に関し、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る光学式濁質濃度計の校正時期判定方法が適用される光学式濁質濃度計の概略構成を示すブロック図である。ちなみに図１は、本発明における実施形態の一例を示すものであって、図１によって本発明の範囲が制限されるものではない。

この図に示す光学式濁質濃度計は、透過光センサ、散乱光センサおよび反射光センサを備えて構成される。この光学式濁質濃度計は、被計測水Ｍに所定の周波数で振幅変調されたレーザ光を照射する発光部１を備えている。この発光部１は、レーザダイオード発振器２によって駆動されるレーザダイオード３が出力する例えば波長が［６３０ｎｍ］のレーザ光を［７０〜１５０ｋＨｚ］（例えば９５ｋＨｚ）で電気的に振幅変調（ＡＭ変調）するファンクションジェネレータ等の振幅変調器（ＡＭ変調器）４により駆動して出力されるものとなっている。

発光部１によって所定の周波数で振幅変調されたレーザ光は、レーザダイオード３によって被計測水Ｍに照射される。このレーザダイオード３と被計測水Ｍを介して対峙する部位には、該レーザダイオード３が照射したレーザ光が被計測水Ｍを透過した透過光を受光する透過光受光部５が設けられている。
また、この光学式濁質濃度計には、レーザダイオード３により被計測水Ｍに照射されたレーザ光が被計測水Ｍに含まれる懸濁物によって散乱された散乱光、または被計測水Ｍに含まれる懸濁物によって反射された反射光をそれぞれ受光する散乱光センサ、および反射光センサが設けられている。

具体的に散乱光センサには、レーザダイオード３が被計測水Ｍに照射した光を直接受光しない部位に配置されて、レーザダイオード３が被計測水Ｍに照射したレーザ光が被計測水Ｍに含まれる懸濁物によって散乱された散乱光を受光する散乱光受光部６が設けられたものとなっている。この散乱光受光部６の受光面は、例えばレーザダイオード３の照射方向と直交する部位等に配置される。

一方、反射光センサは、レーザダイオード３の近傍に設けられた反射光受光部７を備えている。この反射光受光部７は、レーザダイオード３の照射面と同一方向に向けられている。そしてレーザダイオード３が被計測水Ｍに照射した光が該被計測水Ｍに含まれる懸濁物によって反射された反射光を検出するようになっている。
これらの各受光部５，６，７がそれぞれ受光した光は、光ファイバ８を介して検出部１０に導かれる。この検出部１０には、各受光部５，６，７がそれぞれ受光した受光量に応じた電気信号のレベルに変換する光電変換器１１が設けられている。この光電変換器１１には、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタ等の素子が用いられる。また検出部１０には、光電変換器１１が出力した電気信号から、変調レーザ光に含まれる振幅変調した周波数成分の信号を抽出する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１２と、この帯域通過フィルタ１２を通過した出力信号を増幅する増幅器１３、およびこの増幅器１３により増幅された振幅変調周波数成分を検波して、その包絡成分を求める検波器１４が設けられている。

尚、上記レーザ光に施す振幅変調は、被計測水Ｍに照射されるレーザ光を変調することで被計測水Ｍに混入する自然光等の外来光と区別する目的で行うものである。
そして詳細は後述するが、検出部１０から出力される各検出信号は、透過光受光部５、散乱光受光部６および反射光受光部７がそれぞれ受光した受光レベルに比例する検出信号のレベルとして出力されて、光学式濁質濃度計の校正時期を判定する判定部２０に与えられるようになっている。詳細は後述するが判定部２０は、光学式濁質濃度計の検量線を求める基準計測水におけるＭＬＳＳ濃度と、この基準計測水を計測したとき各センサがそれぞれ出力する検出信号のレベルを保持する記憶部２１を備えている。

概略的には上述したように構成された本発明に係る光学式濁質濃度計の校正時期判定方法が特徴とするところは、散乱光センサが出力した検出信号のレベルまたは反射光センサが出力した検出信号のレベルをそれぞれ所定の時間間隔で平均した平均値が予め定めた閾値を超えたとき、或いは散乱光センサが出力した検出信号の最大値と最小値との差またはそれらの数値の標準偏差によって示される振幅値、若しくは反射光センサが出力した検出信号の最大値と最小値との差またはそれぞれの数値の標準偏差によって示される振幅値が所定の閾値を超えたとき、或いは散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号のレベルを、前記平均値を求めた時間間隔より短い時間間隔で平均した短時間平均値のばらつきが予め定めた閾値を超えたときのいずれかがあった場合、被計測水に含まれる濁質成分に変化があったと判定する点、並びに透過光センサ、散乱光センサまたは反射光センサのそれぞれから出力される検出信号の変化について、その相関関係が崩れたとき、被計測水に含まれる濁質成分に変化があったと判定する点にある。

より具体的にＭＬＳＳ濃度と、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力する検出信号のレベルとの関係を示す図面を参照しながら説明する。
前述したように透過光センサは、レーザダイオード３が発して被計測水Ｍを透過する光、即ち、被計測水Ｍに含まれる濁質（粒子）によって遮られる光の遮蔽度を測定する。そして判定部２０は、透過光受光部５が受光した光のレベルに応じて検出部１０から出力される検出信号のレベルから被計測水ＭのＭＬＳＳ濃度を計測する。つまり横軸にＭＬＳＳ濃度を、縦軸に透過光センサが出力する検出信号のレベルをとった場合、図７に示すように被計測水Ｍに含まれる懸濁物の濃度（ＭＬＳＳ濃度）が高くなるほど光の遮蔽度が増加して、透過光受光部５が受光する受光レベル、すなわち透過光センサが出力する検出信号のレベルが低下する右肩下がりの直線になる。この直線は、透過光センサが出力する検出信号のレベルと、ＭＬＳＳ濃度とを対応付ける検量線である。この検量線は、被計測水Ｍの濁度を測定する基準となる基準計測水を測定したときに、透過光センサが出力した検出信号のレベルとして得られるもので記憶部２１に保持される。この検量線を用いれば、前述したように被計測水Ｍを計測したとき、透過光センサが出力した検出信号のレベルとの相関関係から被計測水ＭのＭＬＳＳ濃度を求めることができる。

一方、散乱光センサまたは反射光センサは、発光部１が被計測水Ｍに照射した光が、該被計測水Ｍに存在する濁質によって散乱または反射した光を受光するため、濁質濃度に比例してそれぞれのセンサが出力する検出信号のレベルが増加する。したがって透過光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力する検出信号のレベルは、図９に示すように原点を通り、ＭＬＳＳ濃度に比例する右肩上がりの直線になる。この直線は、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号のレベルと、ＭＬＳＳ濃度とを対応付ける検量線である。

この検量線は、被計測水Ｍの濁度を測定する基準となる基準計測水を測定したときに、散乱光センサまたは反射光センサが出力した検出信号のレベルとして得られるもので、予め記憶部２１に保持される。この検量線を用いれば、被計測水Ｍを計測したとき、散乱光センサまたは反射光センサが出力した検出信号のレベルとの相関関係から被計測水ＭのＭＬＳＳ濃度を得ることができる。

さて、散乱光センサまたは反射光センサは上述したように被計測水Ｍに存在する濁質によって散乱または反射した光を受光するため、濁質成分の影響を受けるという特徴がある。それ故、散乱光センサまたは反射光センサが出力する検出信号のレベルの変化を捉えることで、被計測水Ｍに存在する濁質が変化したか否かを検出することが可能となる。つまり本発明に係る光学式濁質濃度計の校正時期判定方法は、このような散乱光センサまたは反射光センサの特性に着目してなされたものである。

具体的に判定部２０は、先ず散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号のレベルから、検出信号の平均値Ｓを算出する。この平均値Ｓは、所定の時間間隔において各センサが出力した検出信号のレベルを積算して得られた値を、その積算時間で除して得られる値である。この平均値Ｓは、被計測水ＭのＭＬＳＳ濃度（固形物乾燥重量濃度）を示す。したがって、基準計測水によって求められた平均値Ｓは、その基準計測水と同じ濁質成分を含む被計測水ＭのＭＬＳＳ濃度を示す検量線を求める基準値となる。

次いで判定部２０は、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号のレベルから得られた平均値Ｓに経時変化がないかどうかを判定する。判定部２０は、この平均値Ｓの経時変化が所定の閾値を超えたとき、被計測水Ｍの濁質成分に変化があったと判定し、光学式濁質濃度計における検量線の変更を行う指示を出す。
かくして本発明に係る光学式濁質濃度計の校正時期判定方法にあっては、散乱光センサおよび／または反射光センサがそれぞれ出力した検出信号のレベルを所定の時間間隔において平均した平均値Ｓの経時変化が所定の閾値を超えたか否かを検出しているので、被計測水Ｍに含まれる濁質成分に変化があったかどうかを判定することができる。

好ましくは判定部２０は、上述した平均値Ｓの経時変化の判定に加えて、更に散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号の振幅Ｎを算出することが望ましい。この信号強度の振幅Ｎは、図２に示すようにセンサから出力される検出信号の最大値と最小値との差（ピークツーピーク値）として得られる値である。また代用として、こられ数値の標準偏差を用いることもできる。

判定部２０は、上述した平均値Ｓおよび検出信号の振幅Ｎについて、それぞれ経時変化がないかどうかを判定する。判定部２０は、この平均値Ｓの経時変化および検出信号の振幅Ｎの経時変化が、それぞれ所定の閾値を超えたとき、被計測水Ｍに含まれる濁質成分に変化があったと判定し、光学式濁質濃度計の検量線の変更を行う指示を出す。
かくして本発明に係る光学式濁質濃度計の校正時期判定方法にあっては、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号のレベルを所定の時間間隔において平均した平均値Ｓの経時変化に加えて各センサが出力した検出信号の振幅Ｎが所定の閾値を超えたか否かを検出して、それぞれ所定の閾値を超えたとき、被計測水Ｍに含まれる濁質成分に変化があったと判定しているので、この濁質成分の変化をより確実に判定することができる。

より好ましくは判定部２０は、上述した平均値Ｓおよび検出信号の振幅Ｎにおける経時変化の判定に加えて、更に散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号のレベル変位ｎを用いて判定するとよい。このレベル変位ｎは、上述したようにして各センサから出力される検出信号のレベルから平均値Ｓを求めた時間周期より短い時間周期における検出信号の平均値の変位として求めた値である。具体的に各センサが出力した信号強度のレベル変位ｎは、例えば図３に示すように各センサから出力される信号強度の短時間当たりの信号強度の平均値が異なるとき、この短時間当たりの検出信号における平均値の差として定義した値である。

判定部２０は、上述した平均値Ｓ、検出信号の振幅Ｎおよびレベル変位ｎについて、それぞれ経時変化がないかどうかを判定する。判定部２０は、この平均値Ｓの経時変化、検出信号の振幅Ｎの経時変化およびレベル変位ｎの経時変化が、それぞれ所定の閾値を超えたとき、被計測水Ｍに含まれる濁質成分に変化があったと判定し、光学式濁質濃度計の検量線の変更を行う指示を出す。

かくして本発明に係る光学式濁質濃度計の校正時期判定方法にあっては、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号のレベルを所定の時間間隔において平均した平均値Ｓの経時変化と、各センサが出力した検出信号の振幅Ｎおよびレベル変位ｎのぞれぞれの値が所定の閾値を超えたか否かを判定しているので、被計測水に含まれる濁質成分に変化があったかどうかを更に確実に判定することができる。

このため被計測水に含まれる濁質成分が変化したことを確実に検出することができると共に、光学式濁質濃度計の検量線の変更を指示することができ、光学式濁質濃度計の校正時期を正しく判定することが可能となる。
次に本発明に係る光学式濁質濃度計の校正時期判定方法に関し、別の実施形態を説明する。この別の実施形態が上述した実施形態と異なるところは、散乱光センサまたは反射光センサからそれぞれ出力される検出信号から求めた平均値Ｓ、検出信号の振幅Ｎおよびレベル変位ｎのそれぞれの経時変化が所定の閾値を超えたか否かという判定に加えて、透過光センサが出力した検出信号のレベルが、散乱光センサまたは反射光センサから出力される検出信号のレベルとの相関関係を満たさないとき、光学式濁質濃度計の校正時期であると判定する点にある。

前述したように透過光センサは、被計測水Ｍを透過する光、即ち、被計測水Ｍに含まれる濁質（粒子）によって遮られる光の遮蔽度を測定し、透過光受光部５が受光した光のレベルに応じて検出部１０から出力される検出信号のレベルから被計測水ＭのＭＬＳＳ濃度を計測する。つまり横軸にＭＬＳＳ濃度を、縦軸に透過光センサが出力する検出信号のレベルをとった場合、被計測水Ｍに含まれる懸濁物の濃度（ＭＬＳＳ濃度）が高くなるほど光の遮蔽度が増加して、透過光受光部５が受光する受光レベル、すなわち透過光センサが出力する検出信号のレベルが低下する右肩下がりの直線になる（図７）。

一方、散乱光センサまたは反射光センサは、発光部１が被計測水Ｍに照射した光が、該被計測水Ｍに存在する濁質によって散乱または反射した光を受光するため、濁質濃度に比例してそれぞれのセンサが出力する検出信号のレベルが増加する。したがって透過光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力する検出信号のレベルは、原点をＭＬＳＳ濃度に比例する右肩上がりの直線になる（図９）。

例えば基準計測水中における透過光センサおよび反射光センサが出力する信号強度が、それぞれ図４の実線に示す関係になったとする。このとき被計測水ＭのＭＬＳＳ濃度が［Ｘ］であったとすると、透過光センサが出力する検出信号のレベルはＴ₁であり、散乱光センサまたは反射光センサが出力する検出信号のレベルはＲ₁となる。そして被計測水ＭのＭＬＳＳ濃度が低下すると透過光受光部５は、発光部１が被計測水Ｍに照射した光をより多く受光するようになる。このため透過光センサが出力する検出信号のレベルが増加する。

一方、散乱光センサまたは反射光センサは、被計測水Ｍに含まれる懸濁物の減少に伴い該懸濁物によって散乱または反射される光のレベルが低下する。このように透過光センサが出力する検出信号のレベルに対して、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力する検出信号のレベルは互いに相反する関係がある。
しかしながら、ＭＬＳＳ濃度に変化がないものの、被計測水Ｍに含まれる濁質成分に変化があった場合、透過光センサが出力する検出信号のレベルに変化は見られないものの、散乱光センサまたは反射光センサが出力する検出信号のレベルが変化することになる。これは前述したように透過光センサが被計測水Ｍに含まれる濁質成分の影響を受けない一方、散乱光センサまたは反射光センサは、発光部１が被計測水Ｍに照射した光が濁質によって散乱または反射された光を受光するため濁質成分の影響を受けることによる。

例えば、被計測水Ｍにおける濁質成分が変化して散乱光センサまたは反射光センサが出力する検出信号のレベルが、図４の一点鎖線に示すような関係になったとする。つまり、前述した基準計測水中におけるＭＬＳＳ濃度と各センサが出力する検出信号のレベルとの関係を表す直線の傾きが緩やかになったとする。
このときの被計測水ＭのＭＬＳＳ濃度が［Ｘ］であったとすると、透過光センサが出力する検出信号のレベルは［Ｔ₁］で変化がないものの、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力する検出信号のレベルは、［Ｒ₁］から［Ｒ₂］に減少する。したがって、前述した基準計測水中における透過光センサが出力する検出信号のレベルに対して、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力する検出信号のレベルにおける相関が崩れることになる。本発明の別の実施形態に係る光学式濁質濃度計の校正時期判定方法は、このような原理に基づいてなされたもので、透過光センサが出力する検出信号のレベルと、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力する検出信号のレベルと相関関係の変化を捉えることによって被計測水Ｍに含まれる濁質成分の変化を検出して光学式濁質濃度計における校正時期の判定を行うものである。

このような原理に基づいてなされた本発明の別の実施形態に係る光学式濁質濃度計の校正時期判定方法に関し、その作動を示す図５のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
先ず判定部２０は、透過光センサ、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号のレベルから、それぞれの検出信号の平均値Ｓを算出する［ステップＳ１］。この平均値Ｓは、所定の時間間隔における各センサが出力した検出信号のレベルを積算して得られた値を、その積算時間で除して得られる値である。この平均値Ｓは、被計測水ＭのＭＬＳＳ濃度（固形物乾燥重量濃度）を示し、その基準計測水と同じ濁質成分を有する被計測水ＭのＭＬＳＳ濃度を示す検量線を求めるための基準値となる。

次いで判定部２０は、ステップＳ１で得られた平均値Ｓに経時変化がないかどうかを判定する［ステップＳ２］。判定部２０は、ステップＳ２で平均値Ｓに経時変化がないと判定したとき、そのままリターンする。一方、判定部２０は、ステップＳ２で平均値Ｓに経時変化があると判定したとき、さらに透過光センサ、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力する検出信号のレベルについて、前述したような相関があるかどうかを判定する［ステップＳ３］。この相関は、ステップＳ１で求めた検量線に基づいて判定部２０によりなされるものである。

判定部２０は、ステップＳ３で透過光センサ、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号のレベルに相関がないと判定したとき、被計測水Ｍに含まれる濁質成分に変化があったとして判定して透過光センサ、散乱光センサまたは反射光センサのそれぞれのＭＬＳＳ濃度と受光レベルとの相関がとれるように校正指示を出す［ステップＳ４］。

このとき判定部２０が出す校正指示は、被計測水Ｍに含まれる濁質成分の変化によってずれた検量線を適正な検量線に校正するべく出すものである。具体的に判定部２０は、濁質成分が変化した被計測水Ｍを新たな基準計測水として透過光センサ、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号を用いて適切な検量線を新規に作成し、保存する。

一方、判定部２０は、ステップＳ３で透過光センサ、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号のレベルに相関があると判定したとき、更に各センサが出力した信号強度の振幅Ｎを算出する［ステップＳ５］。この信号強度の振幅Ｎは、図２に示すようにセンサから出力される検出信号の最大値と最小値との差（ピークツーピーク値）またはそれぞれの数値の標準偏差として求めることのできる値である。

このようにして得られた信号強度の振幅Ｎは、基準計測水を用いて透過光センサ、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号のレベルから求めて、判定部２０の記憶部２１に保持する。そして判定部２０は、この記憶部２１に保持された信号強度の振幅Ｎから透過光センサが出力した検出信号の振幅に対して、散乱光センサまたは反射光センサが出力した検出信号の振幅との相関関係が崩れたとき［ステップＳ６］、被計測水Ｍに含まれる濁質成分に変化があったとして透過光センサ、散乱光センサまたは反射光センサのそれぞれのＭＬＳＳ濃度と受光レベルとの相関がとれるように校正指示を出す［ステップＳ４］。

一方、判定部２０は、ステップＳ６で各センサが出力した検出信号から得られた振幅Ｎに相関があると判定したとき、更に短時間当たりについて各センサが出力した検出信号のレベル変位ｎを算出する［ステップＳ７］。この検出信号のレベル変位ｎは、ステップＳ１で平均値Ｓを求めた時間周期より短い時間周期における検出信号の平均値の変位として求めた値である。具体的に各センサが出力した信号強度のレベル変位ｎは、例えば図３に示すように各センサから出力される信号強度の短時間当たりの信号強度の平均値が異なるとき、この短時間当たりの検出信号における平均値の差として定義した値である。

このレベル変位ｎに関しても、基準計測水を用いて得られた透過光センサ、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号のレベルからレベル変位ｎを求めて、予め判定部２０の記憶部２１に保持させておけばよい。そして判定部２０は、被計測水Ｍにおける透過光センサ、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号のレベルから求めたレベル変位ｎが、記憶部２１に予め保持されたレベル変位ｎとの相関関係が崩れたとき［ステップＳ８］、被計測水Ｍに含まれる濁質成分に変化があったとして透過光センサ、散乱光センサまたは反射光センサのそれぞれのＭＬＳＳ濃度と受光レベルとの相関がとれるように校正指示を出す［ステップＳ４］。

かくして上述した光学式濁質濃度計の校正時期判定方法にあっては、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号のレベルを所定の時間間隔で平均した平均値が予め定めた閾値を超えたとき、或いは前記散乱光センサまたは前記反射光センサが出力した検出信号の最大値と最小値との差またはそれぞれの数値の標準偏差によって示される振幅値が所定の閾値を超えたとき、もしくは前記散乱光センサまたは前記反射光センサが出力した検出信号のレベルを、前記平均値を求めた時間間隔より短い時間間隔で平均した短時間平均値のばらつきが予め定めた閾値を超えたときのいずれかがあった場合、被計測水Ｍに含まれる濁質成分に変化があったと判定している。

このため被計測水Ｍに含まれる濁質成分が変化したことを確実に検出することができると共に、光学式濁質濃度計の検量線の変更を指示することができ、光学式濁質濃度計の校正時期を正しく判定することが可能となる。
また本発明の光学式濁質濃度計の校正時期判定方法は、透過光センサ、散乱光センサまたは反射光センサがそれぞれ出力した検出信号のレベル変化について、その相関関係が崩れたとき、被計測水中の懸濁成分に変化があったと判定している。このため被計測水の懸濁成分が変化したことを確実に検出することができ、光学式濁質濃度計の検量線の変更を指示することができる。それ故、光学式濁質濃度計の校正時期を正しく判定することが可能となる等、実用上多大なる効果を奏する。

本発明に係る光学式濁質濃度計の校正時期判定方法が適用される光学式濁質濃度計の構成例を示すブロック図である。ＭＬＳＳ濃度とセンサから出力される信号強度の振幅の一例を示すグラフである。センサから出力される信号強度の一例を示すグラフであって、短時間当たりの信号強度の変位を示すグラフである。ＭＬＳＳ濃度に対する透過光型受光部と反射光型受光部が出力する信号強度の相関関係を示すグラフである。本発明に係る光学式濁質濃度計の校正時期判定方法の作動を示すフローチャートである。従来の透過光型光学式濁質濃度計の構成例を示すブロック図である。ＭＬＳＳ濃度と透過型受光部が出力する信号強度との関係を示すグラフである。従来の散乱光型および反射光型の光学式濁質濃度計の構成例を示すブロック図である。ＭＬＳＳ濃度と反射型受光部が出力する信号強度との関係を示すグラフである。濃度計の出力信号のレベル（信号強度）と真のＭＬＳＳ濃度との関係を表すグラフである。濃度計のセンサが出力する出力信号のレベル（信号強度）と被計測水のＭＬＳＳ濁質濃度との関係を表すグラフである。

符号の説明

１発光部
５透過光受光部
６散乱光受光部
７反射光受光部
１０検出部
２０判定部

Claims

被計測水に照射した光が該被計測水を透過した透過光レベルを計測する透過光センサと、前記被計測水の性状に応じて求められた検量線に従って上記透過光センサの出力値を変換した計測値を求める演算手段と、前記被計測水に照射した光が該被計測水に含まれる懸濁物により散乱された散乱光レベルを計測する散乱光センサおよび／または被計測水に含まれる懸濁物により反射された反射光レベルを計測する反射光センサとを備えた計測器に対して、
前記散乱光センサが計測した散乱光レベルまたは前記反射光センサが計測した反射光レベルをそれぞれ所定の時間間隔で平均した平均値が予め定めた閾値を超えたとき、被計測水に含まれる濁質成分に変化があったと判定して前記光学式濁質濃度計における検量線の校正を行うことを特徴とする光学式濁質濃度計の校正時期判定方法。
請求項１に記載の光学式濁質濃度計の校正時期判定方法であって、
更に前記散乱光センサが計測した散乱光レベルの最大値と最小値との差またはそれら数値の標準偏差によって示される振幅値または前記反射光センサが計測した反射光レベルにおける最大値と最小値との差またはそれら数値の標準偏差によって示される振幅値が所定の閾値を超えたとき、被計測水に含まれる濁質成分に変化があったと判定するものである光学式濁質濃度計の校正時期判定方法。
請求項１または２に記載の光学式濁質濃度計の校正時期判定方法であって、
更に前記散乱光センサが計測した散乱光レベルまたは前記反射光センサが計測した反射光レベルを前記平均値を求めた時間間隔より短い時間間隔でそれぞれ平均した短時間平均値のばらつきが予め定めた閾値を超えたとき、被計測水に含まれる濁質成分に変化があったと判定するものである光学式濁質濃度計の校正時期判定方法。
請求項１乃至３に記載の光学式濁質濃度計の校正時期判定方法であって、
更に前記透過光センサが計測した透過光レベルと、前記散乱光センサが計測した散乱光レベルまたは前記反射光センサが計測した反射光レベルとの相関関係が崩れたとき、被計測水に含まれる濁質成分に変化があったと判定するものである光学式濁質濃度計の校正時期判定方法。