JPH02128142A - 光学的微粒子測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、微粒子を含む流体に光を投射した時に発生す
る光学的現象を検出し工前記微粒子の個数や粒径分布を
測定する微粒子測定装置、特に。

測定可能な微粒子の最小粒径が小さく、かつ微粒子の広
い粒径範囲にわたつ１高い粒径分解能で測定を行うこと
ができる装置に関する。

〔従来の技術〕

流・肋寸ろ流体中の微粒子の個数や粒径分布に対する測
定（以後、この測定な単忙微粒子の測定ということがあ
る。）を行うに当りＣは、従来、光遮断法を採用した微
粒子測定装置と光散乱法を採用した微粒子測定装置とが
よく弔いらｔｔ−（いる、そうし℃、前者の装ｆｉ１は
、微粒子を含む流動する被測定流体に測定光を投射し、
この測定光が被測定流体を透過し１出工きた透過光を受
光し工。

この受光光量に現れる。前記微粒子が測定光を遮断する
ことにもとづくパルス状の光量減少の程度とこの光景減
少の回数とから微粒子の粒径と個数とを測定するように
したもので、後者の装置は。

微粒子を含む流動する被測定流体に測定光を投射した時
に発生する該微粒子による測定光の散乱光を受光し１．
この受光光量におけろパルス状の光量増加の程度とこの
光量増加の回数とから微粒子の粒径と個数とを測定する
ようにしたものである。

〔発明が解決しようとする課爬〕

流動する被測定流体中の微粒子の測定を行う場合、従来
、上述１−た二種類の測定装置がよく用いらｔ′＋−い
るが、光遮断法を採用した測定装置には。

微粒子の粒径が大きい場合、パルス状の光量減少の大き
さが微粒子の測定光に対する投影面積にほぼ比例するな
どの理由で、微粒子の粒径に対する分解能（以後、この
分解能を単に粒径分解能ということがある。）の高い、
＊言すねばばらつきの少ない測定結果が得られる利点が
あるのに反しＣ。

微粒子の粒径が１μｍ程度以下になると光の回折等の影
響が大きくなるので、測定感度すなわち所定の粒径分解
能で測定することのできる最小の微粒子粒径があまり小
さくならないという欠点がある。そうし工、また。光散
乱法を採用した測定装置には、Ｈｅ＊Ｎｅレーザ、半導
レーザ、発光ダイオ、−ド等が出射する６００〜８ＱＱ
ｎｍ穆度の波長の光を測定光とし１用いた場合、０．３
〜０．５μｍ程度の微細な粒径の微粒子にまで測定感度
を有し工い２光遮断法を採用した測定装置によるよりも
小さい粒径の微粒子を測定し得ろ利点があろのに反し工
、微粒子の粒径がＩ　Ａｍ程度以上になると光のミー散
乱現象のたぬに微粒子の粒径に対する分解能が低下する
という欠点がある。

本発明の目的は、光遮断法な用いた微粒子測定装置と光
散乱法を用いた微粒子測定装置とのそねぞｔｔＫおける
上述の欠点を互いに他の測定装置に利 おけろ次点で補うようにしｃ、０．３〜０．５μｍの下
限粒径まで感度を有しかつこの下限粒径を下限値とする
広い粒径範囲にわたつ℃高い粒径分解能を有する微粒子
測定装置を得ることにある。

〔課題を解決てろたぬの手段〕

上記目的を達成するため９本発明によれば、被測定流体
が貫流する透明材料製ブローセルと、前記フローセル忙
測定光を投射する投光部と、前記フローセルを透過した
前記測定光の透過光な受光し１この受光結果に応じた第
１受光信号を出力する第１受光部と、前記フローセルに
おけろ前記被測定流体中の微粒子が前記測定光により照
射されることにより１前記微粒子で前記測定光が進行す
る向きのほぼ前方に向り一散乱される前方散乱光を受光
し−この受光結果に応じた第２受光信号を出力する第２
受光部と、前記第１及びｍ２受光信号が入力されこれら
の肉入力信号とつい℃所定の信号処理を行つ工その結果
に応じたデータ信号を出力する信号処理部とを備え、前
記データ信号にもとづき前記被測定流体における前記微
粒子の個数と前記微籾千〇粒径分布とを測定″′ｔろよ
う和光学的微粒子測定装置を構成するものとする。

〔作用〕

上記のように構成すると、第１受光信号が上述した光遮
断法にもとづく信号で、このため粒径１μｍ以上の微粒
子に対し−高い粒径分解能の測定結果を得ろことができ
ろ信号であり、また、第２受光信号が上述した光散乱法
にもとづく信号で。

このため０．３〜０．５μｍ程度の下限粒径から１μｍ
程度の粒径までの微粒子粒径の範囲で高い粒径分解能の
測定結果を得ろことができる信号であろので。

データ信号を０．３〜０．５μｍの粒径を下限値とし１
１μｍをはるかＫこえろ広い粒径の範囲内で高い粒径分
解能を有する微粒子測定結果を表す信号とすることがで
きて、この結果、０．３〜０．５μｍの下限粒径まで感
度を有しかつこの下限粒径を下限値とする広い粒径範囲
にトたつ１粒径分解能の低下を招くことなく微粒子の測
定を行うことができる微粒子測定装置が得らセろことだ
なる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は第１図に
おけろ要部の鉱大図である。第１図及び第２図においｃ
、１は微粒子２を含む被測定流体３が第１図の紙面に垂
直に貫流する断面正方形の試料流路４が設けらねた透明
材料製のフローセルで。このフローセルｌは流路４の細
心に垂直な断面が流路４の軸心と同軸である図示した正
方形をなすように四角柱状に形成され工いろ。５１２フ
ローセル１の−［面ｔａ＜垂直に平行光束である測定光
６投射するようＫした。光７鳳を出射する発光ダイオー
ドのような光源７と、光７鳳を集束し−Ｃ測定光６にす
る集束レンズ８と、光７ｍの強さを所定値に制御する光
源駆動回路９とからなる投光部、１０はフローセルｌを
透過した測定光６の透過光１１を受光するようｋした第
１受光部で。

この受光部！Ｏは試料流路番を透過した透過光１１のみ
を通過させ他の透過光ｔｉを遮光するようにしたアパー
チャ１２と、このアパーチャ１２を通過した透過光１１
を受光し−この受光量に応じた電流信号とし１の第１受
光信号１３ｍを出力するようＫしたホトダイオードのよ
うな第１受光素子１３とで構成され１いる。この場合、
被測定流体３を測定光６における−様な光強度分布の部
分で照射するために、投光部５の光軸が試料流路４の軸
心またはその近傍を通るように投光部５とフローセルｌ
とが配設さｔ１″Ｃいｔ、また、アパーチャ１２は上記
のように構成さｔｌＫいるので受光信号ｔ３ｇにおける
ＳＮ比の向上に効果的である。

！４は第１受光信号１３１１な電圧信号に変換し工さら
Ｋこの電圧信号を増幅し、しかる後、この増幅した電圧
信号における直流成分に応じた第１信号ｔ４ａと、増幅
した電圧信号から前記の直流成分を除いた信号、つまり
、微粒子２が測定光６を遮断することによつ１生じたパ
ルス波形を含む経時信号に対応した経時波形を有する第
２信号１４ｂとを出力するようにしたｇｔ信号変換部で
、前述した光源駆動回路９は第１信号１４ａが入力され
ることｋよりｔしかるべき操作量９１１を光源７に与え
″Ｃ，信号１４ａが表す光７ａの強さを定値制御するよ
うに構成され１いる。ここ忙、信号１４ｂが呈する一個
のパルス波形が一個の微粒子２に対応し工おり、また該
パルス波形の波高値が微粒子２の粒径に対応し１いるこ
とは、上述した所から明らかである。１５＆Ｓ第２信号
１４ｂと第１測定条件信号２５ｍとが入力さね１条件信
号２５ａによ′）″Ｃ指定された測定時間Ｔの間に入力
される信号１４ｂＫおけろパルス波形の個数を計数１”
ｃ。

時間Ｔの間に第１受光部１０が検出する微粒子２の個数
に応じた第１個数倍号１５ａを出力すると共に、時間Ｔ
の間に信号１４ｂに現れる前記パルス波形の波高値が条
件信号２５ａによりτ設定された複数個のレベル帯域の
うちのいずれのレベル帯域に属するかを判別しＣは同一
のレベル帯域に属する上記パルスの個数を計数すること
によつＣ。

時間Ｔの間に第！受光部１０が検出する微粒子２の粒径
分布を測定して、この測定結果に応じた第１粒径分布信
号１５ｂを出力する第１計数部で。

この場合、計数部１５は、信号１４ｂに現れるパルスの
波高値が微粒子２の１〜３０μｍの範囲内の粒径に対応
し−いろ場合にのみ上述の信号１５ａ。

１５ｂを出力する動作を行うように構成さｔ′ｔ″Ｃい
る。

１６ｔＸ、フローセル１におけろ被測定流体３中の微粒
子２が測定光６により照射されることにより工この微粒
子２で測定光６が進行する向きのほぼ前方に向り１散乱
される前方散乱光１７を受光し１．この受光結果忙応じ
た電流信号である第２受光信号１９１を出力する第２受
光部で、この受光部１６は、散乱光１７のみを集光し工
透過光１１を集光しないように中央部に貫通孔ｔＳａを
設けたｉ光レンズ１８と、レンズ１８が集光した散乱光
１７％’集束し１ホトダイオードのような第２受光素子
１９に、入射させろようにした集束レンズ２０と、入射
光量に応じた前述の第２受光信号１９ａを出力する第２
受光素子１９と、アパーチャ２１とで構成され１いる。

そうし″Ｃ，レンズ１８の貫通孔１８ａ内忙第１受光部
１０が配置され工おり。

また、アバー千ヤ２１ｔ）第２受光部１６が光を受光し
得る領域（以後、この領域を受光領域ということがある
。）を限定するために設けられ工いろ。

第２受光部１６は上述のよう忙構成され工いろので、そ
の受光領域がレンズ１８．２０とアパーチャ２１と受光
素子１９の受光面！９ｂとで紡錘状に形成さｔｌ″Ｃ第
２図に示した領域２２のようＫなり工いる。第２図にお
ける３０は受光領域２２の境界を形成する光線の光路で
ある。そうし１゜この場合、測定光６で照射された試料
流路４０すべ１が受光領域２２に含まねろように各部が
構成さＦＬ工いるので、測定光６によつ１：微粒子２が
照射さｎると、この微粒子２から出射される散乱光のう
ちの第１図に示したレンズ１８に向う前方散乱光１７が
すベニ受光素子１９に入射することになる。つまり、１
Ｍ１図においＣは、第２受光部１６が検出する散乱光１
７の出射領域が測定光６により一照射される試料流路４
０部分忙一致し工いる。

そうし１．また、第１図においては第１受光部１０が上
述したようＫｍ成されτいる。したがりｔ。

この場合、第１受光ｓｌＯが検出する透過光１１の出射
領域と第２受光部１６が検出する散乱光１７の出射領域
とが一致し工いることになる。

２３は第２受光信号１９ｍが入力され、この信号１９Ｂ
を１！圧信号に変換した後増幅し・ｃ、Ｌかる後この増
幅した電圧信号におけろ直流成分を除去した信号に応じ
た経時信号２３ａを出力する第２信号変俟部、２４４’
！経時信号２３ａと第２測定条件信号２５ｂとが入力さ
れ１条件信号２５ｂにより工指定された測定時間Ｔの間
忙入力される信号２３８における。微粒子２による前方
散乱光１７にもとづくパルス波形の個数を計数し２１時
時間の間に第２受光部１６が検出する微粒子２の個数に
応じた第２個数倍号２４ａを出力すると共Ｋ。

時間Ｔの間に信号２３１に現れろ前記パルス波形の波高
値が条件信号２５ｂＫよつ℃設定された複数個のレベル
帯域のうちのいずれのレベル帯域に属するかを判別し′
Ｃは同一のレベル帯域ＶＣＩ！！４する上記パルスの個
数を計数することＫよつ″Ｃ，時間時間間に第２受光部
！６が検出する微粒子２の粒径分布を測定し′ｃ＆この
測定結果に応じた第２粒径分布信号２４ｂを出力する第
２計数部で、この計数部２４は、信号２３８に現れるパ
ルスの波高値が０．３〜１μｍの範囲内の粒径に対応し
工いる場合にのみ上記の信号２４ａ、２４ｔ）を出力す
る動作を行うように構成さｔ１’ｃいる。

２５はキー操作等のしかるべき設定操作が加えられろこ
とによ′）″にの設定操作に応じた上述の第１測定東件
信号２５１１と第２測足条件信号２５ｂとを出力するよ
うにした測定条件設定部で、この設定部２５は、信号２
５ａと２５ｂとを出力することによつ一１第１及び第２
計数部１５．２４に同時に上述したそれぞれの計数動作
を開始させかつ同時にこれらの計数動作を停止させろよ
うに構成され１いる、２６は第１及び第２信号変換部１
４、２３と第１及び第２計数部１５．２４と測定条件設
定部２５とからなる信号処理部、２７は第１及び第２個
数倍号１５！１．２４１と第１及び第２粒径分布信号１
５ｂ、２４ｂとからなるデータ信号で、信号処理部２６
におい′Ｃは各部が上述のように構成され工いるので、
処理部２６は第１及び第２受光信号１３１１１　１９ｍ
が入力されこれらの入力信号につい工所定の信号処理を
行っ−その結果に応じたデータ信号２７を出力するもの
であるということができる。そうしＣ，この場合。

データ信号２７１Ｃもとづい１被測定流体３における微
粒子２の個数と粒径分布とを測定し得ろことが上述した
所から明らかである。２８は第１図図示の各部からなる
光学的微粒子測定装置である。

第１図においＣは微粒子測定装置２８が上述のように構
成され２い１．かつ第１受光信号１３ａが光遮断法によ
る信号でまたｗＪ２受光信号１９ａが光散乱法による信
号であることは明らかであるから、信号１５ａ、１５ｂ
Ｋより１〜３０μｍの粒径の微粒子２に対し１高い粒径
分解能で個数及び粒径分布を測定することができ、また
、信号２４ａ、２４ｂにより０．３〜１μｍの粒径の微
粒子２１／Ｃ対し１高い粒径分解能で個数及び粒径分布
を測定することができる。そうし′ｃ、また。前述した
ようＶＣ１受光部１０が検出する透過光１１の出射領域
と受光部１６が検出する散乱光１７の出射領域とは同じ
である。したがりｔ、測定装ｆｔ２８は。

試料流路４中の被測定流体３に対し工、０．３μｍとい
うような微細な下限粒径まで感度を有し、かつこの０．
３μｍという下限粒径から３０μｍという上限粒径に至
ろ非常に広い粒径範囲忙わたりて粒径微粒 分解能の低下を招くことなく尋寺子２の測定を行うこと
ができろ光学的微粒子測定装置である。

そうしＣ１さらに、６ｇ３定装置２８においＣは。

光散乱法による第２受光信号１９１１が前方散乱光１７
によ−）工得られた信号となつ−い−ｃ１前方散乱光な
用いると測定光６の光軸に対し１はぼ垂直な方向に出射
される側方散乱光を用いるよりも粒径分解能のよい微粒
子測定結果が得られるのが通例である。故に、このよう
な散乱光の種類の面でも、測定装置２８には、第２受光
信号ｔ９ｍ＜もとづく微粒子測定における粒径分解能が
向上する利点がある、 〔発明の効果〕 上述したように１本発明におい工は、被測定流体が貫流
イる透明材料製フローセルと、このフローセルに測定光
を投射する投光部と、フローセルを透過した測定光の透
過光を受光し１受光結果に応じた第１受光信号を出力す
る第１受光部と、フローセルにおける被測定流体中の微
粒子が測定光により照射さねろことによ−）１この微粒
子で測定光が進行イろ向きのほぼ前方に向り一散乱され
る前方散乱光を受光してこの受光結果和名じた第２受光
信号を出力する第２受光部と、第１及び第２受光信号が
入力さねこれらの肉入力信号につい２所定の信号処理を
行つ疋その結果に応じたデータ信号を出力する信号処理
部とを備え、このデータ信号にもとづき被測定流体にお
ける微粒子の個数と微粒子の粒径分布とを測定するよう
に光学的微粒子測定装置を構成した。

このため、上記のように構成すると、第１受光信号が上
述した光遮断法にもとづく信号で、このため粒径１μｍ
以上の微粒子に対し−高い粒径分解能の測定結果を得る
ことができる信号であり。

また、第２受光信号が上述した光散乱法、特に前方散乱
光を用いろ方法にもとづく信号で、このため０．３〜０
．５μｍ＋１度の下限粒径から１μｍ程度の粒径までの
微粒子粒径の範囲で高い粒径分解能の測定結果を得ろこ
とができる信号であるので、データ信号を０．３〜０．
５μｍの粒径を下限値とし１１μｒｎｙｔはろかＫこえ
る広い粒径の範囲内で高い粒径分解能を有する微粒子測
定結果を表す信号とすることができＣ，この結果１本発
明にハ０．３〜０゜５μｍの下限粒径まで感度を有しか
つこの下兆径を下限値とする広い粒径範囲にわたって粒
径分解能の低下を招くことなく微粒子の測定を行うこと
ができろ微粒子側に装置が得られる効果がある。

、また１本発明では、第１受光信号が光遮断法にもとづ
く信号でありかつ第２受光信号が光散乱法にもとづく信
号であるから１両受光信号を用い１同時に同じ微粒子に
対する測定を行うよう廻信号処理部を構成すると、同時
疋二種類の測定原理にもとづ（微粒子測定結果が得られ
るので１本発明には、信号処理部をこのよう忙構成する
ことにより１被測定流体の調整が固着な場合や被測定流
体におけろ微粒子濃度が希薄な場合に信頼度の高い測定
結果が得ら４る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一笑施例の構成図、第２図は第１図に
おけろ要部の拡大図である。 ｌ・・・・・・フローセル、２・・・・・・微粒子、３
・・・・・・被測定流体、５・・・・・・投光部、６・
・・・・・測定光、　　１０・・・・・・第１受光部、
１１・・・・・・透過光、１３ａ・・・・・・１１ｇ１
受光信号、１６第２受光部、　　１７・・・・・・前方
散乱光、１９ａ・・・・・・第２受光信号、２６・・・
・・・信号処理部、２７：・・・・・・データ信号。 ２８・・・・・・光学的微粒子測定装置。 篤 凹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）被測定流体が貫流する透明材料製フローセルと、前
   記フローセルに測定光を投射する投光部と、前記フロー
   セルを透過した前記測定光の透過光を受光してこの受光
   結果に応じた第１受光信号を出力する第１受光部と、前
   記フローセルにおける前記被測定流体中の微粒子が前記
   測定光により照射されることによって前記微粒子で前記
   測定光が進行する向きのほぼ前方に向って散乱される前
   方散乱光を受光してこの受光結果に応じた第２受光信号
   を出力する第２受光部と、前記第１及び第２受光信号が
   入力されこれらの両入力信号について所定の信号処理を
   行つてその結果に応じたデータ信号を出力する信号処理
   部とを備え、前記データ信号にもとづき前記被測定流体
   における前記微粒子の個数と前記微粒子の粒径分布とを
   測定することを特徴とする光学的微粒子測定装置。