JP2888308B2 - 粉塵検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は粉塵検出装置に係り、特に工場等の排気ダク
トにおける排気中の粉塵量を高精度でかつ連続的に測定
し粉塵状態が異常か否かを判定する光透過式の粉塵検出
装置に関する。

〔従来技術及び発明が解決しようとする課題〕

特開昭61−196140号公報の第４図には、光透過式で粉
塵を検出する装置の原理図が開示されている。この装置
は、粉塵が通過する煙道の両側に発光部と受光部とを対
向するように取付け、発光部と受光部との間の光路を粉
塵が遮断することによって生ずる光透過率の変化から粉
塵の濃度を測定するものである。しかしながら、この装
置においては、以下に列挙する問題点がある。すなわ
ち、（１）発光部と受光部とが分離しているため光軸合
わせが困難である。（２）煙道の熱歪みや機械的振動に
よって光軸ずれが生じ易く安定性に欠ける。（３）発光
部、受光部等を構成する光学レンズの表面が粉塵によっ
て汚損され易く、長期安定性に欠ける。（４）発光部の
発光量、受光部の受光感度が環境温度によって変化を受
け易く、高精度な粉塵濃度測定ができない。

これらの問題点を解決する目的で、特開昭59−136639
号公報には光軸の安定性と発光部、受光部の光学レンズ
等の汚損とを防止する光透過式の塵埃濃度測定装置が開
示されている。この装置では、塵埃による発光部及び受
光部の汚損防止のために煙道と発光部との間及び煙道と
受光部との間にピンホールを備えた仕切板を設けると共
に、清浄気体を前記ピンホールを介して煙道へ吹き出す
ようにしている。さらに、中央に塵埃通路が形成された
容器内に発光部と受光部とを対向配置させ、発光部、受
光部及び容器を一体とすることによって光軸安定性及び
光軸調整の容易性を確保している。また、この塵埃濃度
測定装置には温度変化による発光部の出力変動を補正す
る目的で、発光部出力をハーフミラーによって別途設け
られた参照光用受光部に照射して出力変化を補圧した
り、発光部から受光部への直接光と塵埃による散乱光と
を異なる受光部によって測定し、演算によって発光部出
力の温度変化を補正することが開示されている。かかる
装置においては、次のような問題点がある。（１）受光
部の温度補正をしていないため受光部の温度変化による
感度変化に伴う測定上の不安定性が発生する。（２）複
数の受光部やハーフミラー等の光学装置を用いているた
め装置の複雑さ、不安定さ、あるいは参照光測定や直接
光と散乱光の演算など光出力信号の処理が複雑化する。

上記で説明した欠点の１つである発光部及び受光部の
温度変化による感度変化を補正する目的で、特開平１−
307640号公報には定温発熱体でかつ正の温度特性を持つ
PTCサーミスタと温度センサとによって発光器及び受光
器の温度安定化を図った粉塵濃度測定装置が開示されて
いる。この装置は測温素子によって測定された発光器及
び受光器の温度に基づいて加熱体としてのPTCサーミス
タの作動をフイードバツク制御することによって発光器
及び受光器の動作温度を一定に保ち、発光器の発光出力
及び受光器の受光感度の温度安定化を図っている。

しかし、この粉塵検出装置においては、PTCサーミス
タと温度センサとで構成するフイードバツク制御回路の
ヒステリシス特性によって温度安定化には限界があり、
発光器及び受光器の温度は通常用いられるオンオフ制御
で数℃、PI（比例・積分）制御で±１℃程度変動する。
この精度における温度安定性では、光透過率の微小変化
（１％以下）に対して誤差を与えるため高精度な粉塵計
測が行えない。

また、特開昭61−221634号公報には、発光器と受光器
とを備えた煙量検出装置において、受光器の出力信号の
ピーク値を検出し、これを長時間の積分時定数で積分し
た値と比較することによって煙による変化分のみを検出
する反射型の煙量検出装置が開示されている。

これは大きな不要反射光雰囲気内で煙による微小な信
号光のみを検出する技術に関し、発光器や受光器の劣化
や温度による特性変化及び光学系の汚損等による感度変
化を除去できるという特徴をもっている。しかし、この
煙量検出装置を用いて煙による信号光のみを高精度に検
出するためには、信号光の周波数成分に応じた最適な積
分時定数を設定する必要があり、汎用性に欠ける。

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、排気ダ
クト内の排気中の粉塵を高精度かつ高安定に連続測定す
ることができ、粉塵状態が異常か否かを判定することが
できる耐環境性に優れた粉塵検出装置を得ることを目的
としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明に係る粉塵検出装置
は、集塵装置からの排気が通過する通路を挟んで対向配
置された発光部及び受光部を備え、前記発光部から照射
され前記通路を通過する排気中の粉塵を介して前記受光
部で検出される光量に基づいて前記粉塵の状態を検出す
る粉塵検出装置であって、前記受光部から出力される光
量に応じた信号の微小時間単位で所定値以上変動する変
動成分を抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽
出された変動成分の絶対値を所定時間に亘って積分また
は積算する演算手段と、前記演算手段の演算結果と予め
定められた所定値とを比較して粉塵状態が異常であるか
否かを判定する判定手段と、を有することを特徴として
いる。

〔作用〕

煙突等のダクト内を通過する粉塵は、粉塵粒径が不均
一であること、さらにダクト内の気流が乱流であること
等の理由からダクト内における分布が不均一となり、発
光部と受光部と間の光路を通過する粉塵量はランダムに
変化する。これに伴って、発光部から照射され粉塵を透
過して受光部で検出される透過光量は、粉塵量及び粉塵
の粒径に応じた振幅で、第１図に示すように微小時間単
位で変動することを発明者等は実験によって確認してい
る。なお、発光部と受光部との間の光路上に粉塵が存在
しない場合、受光部から出力される信号は一定のレベル
となる。また、粉塵によって反射された光を検出する場
合にも同様に変化する。

従って本発明では受光部から出力される光量に応じた
信号の微小時間単位で所定値以上変動する変動成分を粉
塵状態が異常のときの変動とみなし、抽出手段によって
これを抽出する。例えば、発光部及び受光部の温度変
化、汚損、劣化等の環境の変化によって受光部から出力
される信号が緩やかに変化した場合、信号の微小時間単
位の変動量は所定値未満で極めて小さく、抽出手段から
出力される信号が影響を受けることはない。従って、環
境の変化を受けることなく粉塵状態が異常のときの変動
成分のみを抽出できる。この微小時間単位で所定値以上
変動する変動成分を抽出する方法としては、受光部から
出力される信号を時定数の小さい微分回路を通過させた
後、振幅が所定値以上の信号成分を抽出したり、前記信
号を微小時間毎にサンプリングして差分、すなわち変化
率を演算した後、所定値以上の変化率の信号成分を抽出
することによって行うことができる。

抽出手段によって抽出された変動成分は、演算手段に
より、その絶対値が所定時間に亘って積分又は積算され
る。従って、演算手段による演算結果は、所定時間内の
粉塵量の総量、或いは粉塵量の平均に対応する値とな
り、この演算結果が判定手段によって所定値と比較され
ることにより、粉塵状態が異常か否かが判断される。こ
れにより、例えば、集塵機のフイルタのメインテナンス
を行う場合の脱塵動作時に一時的、瞬間的に排出される
粉塵に対しては、抽出手段によって抽出される値が第１
図に矢印Ａで示すように一時的に変化するが、演算手段
による所定時間に亘る積分または積算により前記演算結
果の値が所定時間内で平均化されることによって変化が
小さくされるため粉塵状態が異常と判定されることはな
い。

しかし、フイルタ破損時に排出される粉塵は少量でも
連続的に排出されるため、演算結果に大きく反映され適
確に異常として判定することができ、高精度の測定を行
うことができる。

また、前記のような温度変化等の環境の変化の影響を
受けないので、長期間に亘って安定して連続測定を行う
ことができる。

以上述べたように、本発明では、環境の変化による受
光器出力信号の長期間に亙るゆるやかな変動は、抽出手
段において前記信号の微小時間単位で所定値以上変動す
る変動成分を抽出することにより除去され、一方、脱塵
動作等による一時的な変動は、演算手段及び判定手段に
おいて、抽出された変動成分の絶対値の所定時間に亙る
積分または積算演算により平均化して、所定値に対し実
質的に小さな値とすることにより除去される。この結
果、判定手段からは、所定時間に亙って定常的にランダ
ムに変動する異常粉塵状態を反映する信号のみが正確に
出力されるのである。

〔実施例〕

第１実施例 以下、図面を参照して本発明の第１実施例を説明す
る。なお、以下の実施例では本発明に支障のない数値を
用いて説明するが本発明は以下の数値に限定されるもの
ではない。

第２図に示すように、本実施例の粉塵検出装置は、発
光ダイオード（LED）から成る発光素子を備えた発光器1
0と、ホトダイオード（PD）から成る受光素子を備えた
受光器12と、発光器10と受光器12とが対向されて一体的
に固定配置されると共に発光器10と受光器12とを結ぶ光
軸28上に粉塵通路20が形成された容器18と、を備えてい
る。この容器18は、粉塵通路20が集塵装置に連結された
排気ダクト22内に位置するように配設されている。

発光器10の発光ダイオードのカソード及びアノードは
制御装置60のLED駆動回路61に接続されており、発光器1
0はLED駆動回路61によって受光器12へ向けて一定の光量
の光線を照射する。受光器12のホトダイオードのカソー
ド及びアノードは制御装置60の電流増幅回路62の入力端
子に接続されている。受光器12は発光器10から発射され
粉塵を透過した光線を受光し、該光線の光量に応じた信
号を電流増幅回路62へ出力する。電流増幅回路62では受
光器12から出力された信号を増幅する。電流増幅回路62
の出力端子は、抽出手段63の一部を構成する微分回路64
の入力端子に接続されている。微分回路64は時定数が小
さく（例えば１秒以下）なるように各素子の値が設定さ
れている。このため、微分回路64から出力される信号
は、電流増幅回路62から出力された信号の微小時間単位
の変動成分を抽出した信号になる。

微分回路64の出力端子は整流回路65の入力端子に接続
されている。整流回路65は微分回路64から出力された信
号を全波整流して出力する。整流回路65の出力端子は比
較回路67の２つの入力端子の一方に接続されている。比
較回路67の２つの入力端子の他方には基準値e1が入力さ
れる。比較回路67は整流回路65から出力された信号と基
準値e1とを比較し、基準値e1以上の信号成分、すなわち
微小時間単位で所定値以上変動する変動成分を粉塵によ
る信号として出力する。

比較回路67の出力端子は演算手段である積分回路68の
入力端子に接続されている。積分回路68は時定数が大き
く（例えば５分〜10分）なるように各素子の値が設定さ
れている。積分回路は比較回路67の出力信号を時定数に
対応する一定時間で積分した結果を信号として出力す
る。比較回路67から出力される信号は整流回路65によっ
て全波整流されているので、積分回路68から出力される
信号のレベルは、微小時間単位で所定値以上変動する変
動成分の絶対値を、時定数に対応する一定時間に亘って
積分した結果、すなわち前記一定時間内の粉塵量に相当
する。

積分回路68の出力端子は判定手段である比較判定回路
69の２つの入力端子の一方に接続されている。比較判定
回路69の２つの入力端子の他方には基準値e2が入力され
る。また、比較判定回路69の出力端子にはランプやブザ
ー等を備えた表示手段70が接続されている。比較判定回
路69は積分回路68から出力された信号と基準値e2とを比
較し、積分回路68の出力信号のレベルが基準値e2以下の
場合に粉塵状態が正常であると判定すると共に出力信号
のレベルが基準値よりも大きい場合に粉塵状態が異常で
あると判定する。比較判定回路69の判定結果は前記表示
手段70に出力され、判定結果が異常の場合には警告が出
力される。

次に本第１実施例の作用を説明する。

発光器10から照射された光線は、容器18の粉塵通路20
を通過して受光器12に照射され、受光器12からは光電流
が出力される。従って、発光器10と受光器12との間の光
路を粉塵が通過して光線を遮光することによってこの光
路の透過率が変化するため、受光器12の光電流（出力信
号）が変化する。

粉塵通路20を通過する粉塵が無い場合、例として第３
図（Ａ）に示すように、受光器12の出力信号は一定値V₀
となる。この場合、微分回路64の出力信号は常に０とな
り、微小時間単位で基準値e1以上変動する変動成分は抽
出されない。

粉塵通路20内を少量の粉塵が通過している場合、例と
して第３図（Ｂ）に示すように、受光器12の出力信号は
一定値V₀よりも低いレベルで微小時間単位に変動する。
この場合、微分回路64は前記変動に対応した信号を出力
する。しかし、粉塵通路20を通過する粉塵量が少量であ
るため受光器12の出力信号の前記変動の振幅αは小さ
く、上記と同様に変動成分は抽出されない。

また、集塵機のフイルタの脱塵動作によって一時的、
瞬間的に粉塵が排出された場合、例として第３図（Ｃ）
に矢印Ａで示すように、受光器12の出力信号は一時的に
大きく変動する。これにより、微分回路64を経て整流回
路65から出力される信号レベルが基準値e1より一時的に
大きくなるが、積分回路68の時定数が大きくされている
ため、積分回路68から出力される信号のレベルは平均化
されて小さくなり、粉塵状態は正常であると判定され
る。

フイルタの破損等によって粉塵通路20内を大量の粉塵
が継続して通過した場合には、例として第３図（Ｄ）に
示すように、受光器12の出力信号は微小時間単位に激し
く変動し、かつ変動の振幅αが大きい。このような場合
は、微分回路64を経て整流回路65から出力される信号レ
ベルが基準値e1より常に大きくなり、積分回路68から出
力される信号レベルも基準値e2よりも大きくなるので、
比較判定回路69で粉塵状態が異常であると判定されて、
表示手段70に警告メツセージ等が表示される。

また、粒径の小さい微小な粉塵が粉塵通路20内を大量
にかつ継続して通過した場合は、例として第３図（Ｅ）
に示すように、受光器12の出力信号は微小時間単位の変
動数が多くなると共に変動の振幅αも大きめとなる。こ
のような場合は、受光器12の出力信号の振幅αが、微分
回路64を経て整流回路65から出力される信号レベルが基
準値e1を超えるような大きさであれば、前記変動数が多
いために積分結果（積分回路68から出力される信号レベ
ル）が大きくなり、粉塵状態が異常であると判定され
る。従って微小な粉塵であっても高精度に検出すること
ができる。

発光器10及び受光器12に温度変化があった場合、例と
して第３図（Ｆ）に示すように、受光器12の出力信号は
緩やかに変化する。ここで、前記積分の時定数は、脱塵
動作時に排出される粉塵量の大きさに応じて、比例的に
大きくすることにより、粉塵量の大きさに拘わらず適切
な積分値の平均化処理を行うことができ、粉塵異常のみ
を正確に判別することができる。このような受光器12の
出力信号が微分回路64の時定数に対して充分大きな時間
で緩やかに変化した場合は微分回路64の出力信号に影響
を与えないので誤って粉塵状態が異常であると判定する
ことはない。これは、発光器10、受光器12等の光学系の
汚損、発光器10及び受光器の劣化等の経時的、経年的な
変化に対しても同様である。

このように、本第１実施例では微分回路64によって微
分を行って微小時間単位の変動成分を粉塵による変動と
みなして抽出するようにしているので、発光器10及び受
光器12の温度変化や汚損、発光器10及び受光器12の劣化
等の環境の変化に影響されることなく長期間に亘って安
定して粉塵を検出することができる。

また、本第１実施例では積分回路68によって時定数に
応じた時間に亘って積分を行っているため、脱塵動作等
によって一時的、瞬間的に排出された粉塵に対しては積
分値が平均化されて粉塵状態を異常と判定することはな
く、フイルタの破損等による粉塵のみを正確に検出する
ことができる。

なお、本第１実施例において整流回路65は全波整流を
行っていたが、微分回路64から出力された信号のうち粉
塵による変動分に相当する部分が検出できればよく、例
えば半波整流等を行うようにしてもよい。

第２実施例 以下、本発明の第２実施例を説明する。なお、第１実
施例と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略す
る。

第４図に示すように、本第２実施例において電流増幅
回路62の出力端子は、抽出手段71の一部を構成するサン
プルホールド回路72、73の各々の入力端子に接続されて
いる。サンプルホールド回路72、73には第５図（Ａ）に
示すような受光器12の出力信号が入力される。

一方、抽出手段71は発振回路74を備えており、発振回
路74からは第５図（Ｂ）に示すような一定周期のパルス
であるゲート信号Ｇが出力される。発振回路74の出力端
子はタイミングパルス発生回路75の入力端子に接続され
ている。タイミングパルス発生回路75は２つの出力端子
を有し、一方の出力端子からはゲート信号Ｇの立上がり
に同期したサンプリング信号S₁（第５図（Ｃ）参照）を
出力し、他方の出力端子からはゲート信号Ｇの立下がり
に同期したサンプリング信号S₂（第５図（Ｅ）参照）を
出力する。タイミングパルス発生回路75の２つの出力端
子はサンプルホールド回路72、73の同期信号入力端子に
接続されている。

サンプルホールド回路72は、同期信号入力端子から入
力されるサンプリング信号S₁の立上がりと同期して受光
器12の出力信号をサンプリングし、サンプリング時の出
力信号レベルを保持（ホールド）した信号v₁を出力す
る。従って第５図（Ｄ）に示すように、信号v₁は階段状
にレベルが変化する。また、サンプルホールド回路73
は、同期信号入力端子から入力されるサンプリング信号
S₂の立下がりと同期して受光器12の出力信号のサンプリ
ングし、サンプリング時の出力信号レベルを保持（ホー
ルド）した信号v₂を出力する。従って第５図（Ｆ）に示
すように、信号v₂は信号v₁と同様に階段状にレベルが変
化する。従って、ゲート信号Ｇの１パルス毎にサンプル
ホールド回路72、73が交互に作動してサンプリングを行
う。

サンプルホールド回路72の出力端子はゲート回路76の
出力端子に接続されている。ゲート回路76の同期信号入
力端子には、前記発振回路74のゲート信号Ｇが入力され
る。また、サンプルホールド回路73の出力端子はゲート
回路77の出力端子に接続されている。ゲート回路77の同
期信号入力端子にもゲート信号Ｇが入力される。ゲート
回路76、77はゲート信号Ｇがオン（レベルが１）のとき
にのみ入力信号v₁またはv₂を通過させる。

ゲート回路76の出力端子は差動回路78の２つの入力端
子の一方に接続され、ゲート回路77の出力端子は差動回
路78の入力端子の他方に接続されている。差動回路78は
第５図（Ｇ）に示すように入力された２つの信号v₁及び
v₂の差分v₁−v₂（Δｖとする）を出力する。差動回路78
の出力端子は絶対値演算回路79の入力端子に接続されて
いる。絶対値演算回路79は入力信号Δｖの絶対値｜Δv|
を演算し、増幅率Ｋで増幅した信号Ｋ・｜Δv|を出力す
る。

絶対値演算回路79の出力端子は第１実施例と同様な比
較回路67の２つの入力端子の一方に接続されている。比
較回路67の２つの入力端子の他方には基準値e3が入力さ
れる。比較回路67は、絶対値演算回路79から出力された
信号Ｋ・｜Δv|と基準値e3とを比較し、基準値e3以上の
信号成分、すなわち微小時間単位で所定値以上変動する
変動成分を粉塵による信号として出力する。

比較回路67の出力端子は第１実施例の積分回路68に代
わって設けられた積算回路80の入力端子に接続されてい
る。積算回路80は比較回路67から出力された信号を所定
時間（５分〜10分程度）に亘って積算した結果を出力す
る。積算回路80は第１実施例と同様に比較判定回路69の
２つの入力端子の一方に接続されている。比較判定回路
69は入力された積算結果が基準値e4よりも大きいか否か
判定する。積算結果が基準値e4以下の場合には粉塵状態
が正常であると判定し、積算結果が基準値よりも大きい
場合には粉塵状態が異常であると判定する。比較判定回
路69の判定結果は表示手段70へ出力される。本第２実施
例では表示手段70がランプとされ、異常であると判定さ
れた場合に点灯される。

次に本第２実施例の作用を説明する。

本第２実施例ではゲート信号の１パルス毎、すなわち
微小時間単位に受光器12の出力信号の差分を演算し、絶
対値演算回路79において前記演算結果の絶対値を増幅
し、比較回路67で所定値以上変動する変動成分を抽出手
段71の出力信号としている。従って、本第２実施例の抽
出手段71の出力信号は、第１実施例の抽出手段63から出
力される信号と同様に受光器12の出力信号のうち粉塵に
よる変動成分に相当する。例えば、粉塵通路20内に粉塵
が存在しない場合は前記Δｖが常に零になるので、抽出
手段71の出力信号Ｋ・｜Δv|も零になる。粉塵通路20内
を粉塵が通過している場合、前記Δｖは粉塵量の多少に
応じて値が増減する。発光器10、受光器12の温度変化や
光学系の汚損等の緩やかな変化に対しては、微小時間単
位の変化が微小であるため出力信号が影響を受けること
はない。

また、本第２実施例では抽出手段71から出力された信
号を積算回路80で所定時間に亘って積算しており、この
積算は第１実施例の積分回路68による積分に相当する。
例えば、脱塵動作等によって粉塵が一時的、瞬間的に排
出された場合には積算回路80による積算値が大して大き
くならないので、比較判定回路69で粉塵状態が異常と判
定されることはない。また、フイルタの破損等によって
粉塵が大量かつ連続的に排出された場合には、積算回路
80による積算値が充分に大きくなり比較判定回路69で粉
塵状態が異常と判定される。

第３実施例 次に、本発明の第３実施例を説明する。なお、第１実
施例及び第２実施例と同一の部分には同一の符号を付
し、説明を省略する。

第６図に示すように、発光器10と粉塵通路20との間及
び受光器12と粉塵通路20との間には、中心にピンホール
24が穿設された仕切板26が各々複数枚配置されている。
これらの仕切板26は、発光器10と受光器12とを結ぶ光軸
28がピンホール24の中心を通るように配置されている。
発光器10は、温調器46を構成する断熱材ケース14内に固
定配置され、断熱材ケース14によって容器18と一体的に
保持されている。また、受光器12も同様に温調器48を構
成する断熱材ケース16内に固定配置され、断熱材ケース
16によって容器18と一体的に保持されている。容器18の
発光器10の近傍と受光器12の近傍には各々導入口36が形
成されており、これらの導入口36は配管、エアーフイル
タ34及び減圧弁32を介して工場エアー等のエアー供給源
に接続されている。

第７図に示すように、発光器10は制御装置82のLED駆
動回路61に接続されており、受光器12は制御装置82の電
流増幅回路62に接続されている。また、温調器46は、断
熱材ケース14内に固定保持された発光器10を加熱するた
めのPTCサーミスタ等の定温発熱体から構成されたヒー
タ52と、断熱材ケース14内の温度を検出するサーミスタ
等で構成された測温素子50と、を備えている。発光器10
にはヒータ52から発生した熱が図示しない伝熱板を介し
て伝達されて加熱される。また、測温素子50は断熱材ケ
ース14内の温度を測定する。なお、温調器48も温調器46
と同様にヒータ56及び測温素子54を備えている。

ヒータ52は、リレー等で構成されヒータ52をオンオフ
するスイツチ回路83に接続されている。ヒータ56はスイ
ツチ回路84に接続されている。スイツチ回路83、84はマ
イクロコンピユータ85に接続されマイクロコンピユータ
85によって作動が制御される。また、測温素子50及び測
温素子54もマイクロコンピユータ85に接続されている。
マイクロコンピユータ85は、測温素子50、54の出力に基
づいて断熱材ケース14、16内の温度が予め設定された温
度に達したか否かを判定し、達したときにはヒータ52、
56への電力を遮断しかつ達しないときにはヒータ52、56
へ電力を供給するようスイツチ回路83、84を制御する。

電流増幅回路62の出力端子はゲイン調整回路86の入力
端子に接続されている。ゲイン調整回路86には粉塵検出
装置の排気ダクトへの初期取付け時における光透過率10
0％のときの透過光信号レベルが基準レベルとして予め
記憶されており、電流増幅回路62から出力された受光器
12の透過光信号を光透過率として表現するために、出力
信号のレベルが前記基準レベルを100％とする光透過率
に対応するレベルとなるように調整する。

ゲイン調整回路86の出力端子には透過率表示部87及び
AD変換回路88が接続されている。透過率表示部87はゲイ
ン調整回路86から出力された信号を光透過率に変換して
％表示で液相デイスプレイまたはメータ等に表示する。
また、AD変換回路88の出力端子はマイクロコンピユータ
85に接続されており、ゲイン調整回路86から出力された
光透過率信号をデジタル信号に変換してマイクロコンピ
ユータ85へ出力する。

マイクロコンピユータ85ではAD変換回路88から入力さ
れた信号に基づいて、第２実施例の抽出手段71、積算回
路80及び比較判定回路69と同様な動作を行うアルゴリズ
ムに基づいて粉塵状態が異常か否か判定する。マイクロ
コンピユータ85にはデータ入力、設定用のキースイツチ
89が接続されている。キースイツチ89は各判定を行うた
めの判定基準値等をマイクロコンピユータ85へ入力す
る。また、マイクロコンピユータ85には、マイクロコン
ピユータ85の処理結果を表示する液晶デイスプレイ等の
表示部91、マイクロコンピユータ85によって判定された
粉塵状態の異常を、例えばランプを点灯または点滅させ
ることによって作業者に報知する報知手段90、粉塵状態
の異常時に工場の工作機械等の停止動作を行うためのア
ラーム信号を出力するアラーム回路92が接続されてい
る。

次に、本第３実施例の作用を説明する。

工場エアーはエアーの圧力を低減させる減圧弁32のエ
アー中の水分や油分を除去するエアーフイルタ34とを通
過することによって低圧の清浄空気とされ、導入口36か
ら容器18内へ導入される。この清浄空気は、仕切板26の
ピンホール24を通って粉塵通路20方向へ流出し、粉塵通
路20から発光器10及び受光器12方向に粉塵が飛散して発
光器10及び受光器12に付着して汚損されるのを防止する
ことができる。

マイクロコンピユータ85は、スイツチ回路83をオンさ
せてヒータ52に電力を供給し、ヒータ52を発熱させて発
光器10及び受光器12を加熱する。断熱材ケース14内の温
度は測温素子50によって測定され、マイクロコンピユー
タ85は測温素子50で測定された温度と予め設定された設
定温度とを比較し、断熱材ケース14内が設定温度に達す
るとスイツチ回路83をオフしてヒータ52への電力の供給
を遮断する。そして、上記の動作を繰り返して行うこと
によって断熱材ケース14内の温度が一定温度に保持され
る。また、受光器12を収容する断熱材ケース16内の温度
も上記と同様にマイクロコンピユータ85によってスイツ
チ回路84がオンオフされて制御される。従って、それぞ
れ断熱ケース内に収容された発光器10及び受光器12の動
作温度が一定に保持されて、発光出力あるいは受光感度
の温度安定化が容易に達成できる。

受光器12からの透過光信号はゲイン調整回路86で光透
過率に対応するレベルに調整され、光透過率として％表
示で透過率表示部87に表示される。このため、粉塵通路
20内に粉塵が無く、かつ透過率表示部87に表示された透
過率が100％でない場合は、発光器10及び受光器12の劣
化等の不都合が発生していると判断できる。このため、
透過率表示部87に表示された透過率からメインテナンス
の時期等を判断することができる。

次に、第８図のフローチヤートを参照してマイクロコ
ンピユータ85による粉塵状態の判定処理を説明する。

ステツプ100ではキースイツチ89、温調器46、48、エ
アー供給源等の周辺機器とのインターフエースが正常か
否かを判定する。本第３実施例においてマイクロコンピ
ユータ85は周辺機器等をチエツクする機能を有してい
る。インターフエースが正常でないと判定した場合には
前記周辺機器とのインターフエースまたは周辺機器自体
に故障が発生したと判断し、ステツプ122へ移行する。
インターフエースが正常であると判定された場合は、ス
テツプ102でキースイツチ89から入力される異常粉塵等
を判定するための設定値等を確認し、表示部91等に表示
する。

次のステツプ104では温調器46、48による温度コント
ロールが正常か否か判定する。この正常か否かの判定
は、断熱材ケース14、16内の温度が設定温度付近か、ま
たは大きく外れているかによって判定することができ
る。温度コントロールが正常であると判定した場合はス
テツプ108へ移行する。また、温度コントロールが正常
でないと判定した場合は、ステツプ106でヒータ52、56
の予熱状態等の加熱準備中であるか否か判定する。加熱
準備中でないと判定した場合には温調器46、48に故障が
発生したと判断し、ステツプ122へ移行する。加熱準備
中であると判定した場合にはステツプ108へ移行する。

ステツプ108ではAD変換回路88から出力されるデジタ
ルの光透過率信号を取り込む。ステツプ110では透過率
値が許容範囲内か否か判定する。この許容範囲は、各装
置に過大なレベルの信号等が入力されて故障が発生する
ことがないように定められており、許容範囲外である場
合にはステツプ122へ移行する。許容範囲内である場合
にはステツプ112で光透過率信号の変化分を抽出する。
すなわち、マイクロコンピユータ85は前回取り込んだ光
透過率信号を記憶しており、前回取り込んだ光透過率信
号と今回取り込んだ光透過率信号との差分ΔＶを演算
し、この差分ΔＶの絶対値｜ΔV|を変化分として演算す
る。次のステツプ114ではこの変化分がキースイツチ89
等によって設定された基準値よりも小さいか否か判定す
る。変化分が基準値よりも大きい場合には、ステツプ11
6で変化分を積算して積算用エリアに格納しステツプ122
へ移行する。変化分が設定値よりも小さい場合には、ス
テツプ118で変化分を０としてオフセツトし、ステツプ1
20へ移行する。

一方、ステツプ122では異常と判定されたアラーム対
象に対してアラーム判定条件との照合を行う。このアラ
ーム対象としては、インターフエースの異常、エアー供
給源等の周辺機器の故障、温調器の故障、粉塵状態の異
常等がある。例えば、ステツプ114の判定が否定されて
変化分が基準値以上であると判定された場合は、ステツ
プ116の積算結果を異常粉塵に対応する基準値と照合す
る。

ステツプ124では照合したアラーム判定条件からアラ
ームを出力するか否か判断する。アラームを出力する必
要がないと判断した場合にはステツプ120へ移行する。
また、アラームを出力する必要があると判断した場合
は、ステツプ126で報知手段90を作動させて、作業者に
対して異常を報知すると共にアラーム回路92によってア
ラーム信号を出力し、ステツプ120へ移行する。ステツ
プ120では表示部91によって処理データ、セルフチエツ
ク結果の出力、表示を行ってステツプ100へ戻る。

なお、ステツプ100乃至ステツプ120の処理は微小時間
単位、例えば0.1〜１秒の時間で繰り返し行われる。こ
のため、ステツプ112では粉塵による変動成分、すなわ
ち透過率信号の微小時間単位の変動が抽出され、ステツ
プ116では微小時間単位で基準値以上変動する変動成分
が積算される。従ってステツプ116の積算結果を基準値
と比較判定することによって、異常粉塵状態のみを正確
に判定することができる。

このように、本第３実施例では発光器10および受光器
12の動作温度を一定に保持するようにしているため、環
境温度変化を受けることがなく、発光器10の発光出力お
よび受光器12の受光感度を安定化させることができる。

従って、光透過率の絶対値測定が可能となるので光透
過率と比例関係にある粉塵濃度を正確に知ることができ
る。

更に、本第３実施例では、光透過率信号の微小時間単
位の変動成分を抽出するようにしているため、上記光透
過率信号中に含まれる発光器及び受光器の温調による長
周期の温調変動分や外部から混入するスパイクノイズの
影響を受けることなく、粉塵によるランダムに変動する
光透過率成分のみを抽出することができる。

なお、第３実施例のマイクロコンピユータ85は第２実
施例の抽出手段71、積算回路80及び比較判定回路69と同
様の動作を行うアルゴリズムに基づいて粉塵状態が異常
か否かを判定するようにしていたが、第１実施例の抽出
手段63、積分回路68及び比較判定回路69と同様な動作を
行うアルゴリズムに基づいて粉塵状態が異常か否かを判
定するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、透過光量に応じた信
号の微小時間単位で所定値以上変動する変動成分を抽出
し、抽出した変動成分の絶対値を所定時間に亘って積分
または積算し、演算結果を予め定められた所定値と比較
して粉塵状態が異常であるか否かを判定するようにした
ので、排気ダクト内の排気中の粉塵を高精度かつ高安定
に連続測定することができ、粉塵状態が異常か否かを判
定することができる、という優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作用を説明する線図、第２図は第１実
施例に係る粉塵検出装置の概略構成図、第３図（Ａ）乃
至（Ｆ）は受光器の出力信号を示す線図、第４図は第２
実施例の粉塵検出装置の概略構成図、第５図（Ａ）乃至
（Ｈ）は第２実施例の各回路の出力信号を示す線図、第
６図は第３実施例の粉塵検出装置の概略構成図、第７図
は第６図の制御装置の概略ブロツク図、第８図は第６図
の制御装置の作用を説明するフローチヤートである。 10……発光器、 12……受光器、 60、82……制御装置、 63、71……抽出手段、 64……微分回路、 68……積分回路、 69……比較判定回路、 78……差動回路、 80……積算回路、 85……マイクロコンピユータ。

フロントページの続き (72)発明者 深見 昌二 静岡県引佐郡細江町気賀8123番地 東海 アマノ株式会社内 (72)発明者 太田 高史 静岡県引佐郡細江町気賀8123番地 東海 アマノ株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−307641（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−126194（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−134839（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−196140（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−221634（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−208191（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−214996（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−38174（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−11187（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−6831（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】集塵装置からの排気が通過する通路を挟ん
   で対向配置された発光部及び受光部を備え、前記発光部
   から照射され前記通路を通過する排気中の粉塵を介して
   前記受光部で検出される光量に基づいて前記粉塵の状態
   を検出する粉塵検出装置であって、 前記受光部から出力される光量に応じた信号の微小時間
   単位で所定値以上変動する変動成分を抽出する抽出手段
   と、 前記抽出手段によって抽出された変動成分の絶対値を所
   定時間に亘って積分または積算する演算手段と、 前記演算手段の演算結果と予め定められた所定値とを比
   較して粉塵状態が異常であるか否かを判定する判定手段
   と、 を有することを特徴とする粉塵検出装置。