JPS61271438A - 浮遊微粒子測定方法及びその装置 - Google Patents

浮遊微粒子測定方法及びその装置

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JPS61271438A JP60114565A JP11456585A JPS61271438A JP S61271438 A JPS61271438 A JP S61271438A JP 60114565 A JP60114565 A JP 60114565A JP 11456585 A JP11456585 A JP 11456585A JP S61271438 A JPS61271438 A JP S61271438A
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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、油、水、空気等の流体中に浮遊する微粒子の
/暦度を測定する方法及びその装Hに係り、特に光学的
に測定する方法及びその装置に関する。
〔背景技術とその問題点] 流体中の微粒子(例えば油中のダスト、泡、水中の固形
物、空気中の塵埃)の濃度測定は光学的方法が多く用い
られている。この従来の方法は、光源と光検出器とを一
直線上に配置し、光源からの光を流体に照射して透過し
た光を光検出器で検出し、光検出器で検出される光量が
微粒子による光の吸収または散乱のために光源からの光
量よりも少なくなることに基づき流体中における微粒子
の濃度を測定するものである。
以上の従来技術によると、微粒子の大きさ及び濃度が小
さいときには光源からの光量と光検出器で検出される光
量との差が大きくならないため、測定可能な微粒子の大
きさ及び濃度に限界があり、極小微粒子及び濃度の測定
は不可能であった。また一定収上の測定精度を維持する
ためには光源からの光量と光検出器で検出される光量と
の差を大きくする必要があり、このために測定対象であ
る試料流体の容量を大きくしなければならず、従って試
料流体の大容量化により装置が全体的に大型化してしま
う問題があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、微粒子の大きさ、濃度が極めて小さく
ても測定可能で測定限界の向上を図ることができ、また
装置全体を小型化できて取扱いが容易になるとともに、
携帯することも可能になるようにした浮遊微粒子測定方
法およびその装置を提供するところにある。
〔問題点を解決するための手段および作用〕このため本
発明の測定方法は、微粒子が浮遊する流体に光を照射す
るとともに、この光を鏡面で反射させながら前記流体中
を進行させ、この進行途中で前記微粒子から反射、散乱
した光のそれぞれの平行光線を集光して検出することに
より前記流体中の前記微粒子の4度を測定するものであ
る。
このように光を鏡面で反射させることにより、光路が長
くなって微粒子に多方向から光が照射されるようになり
、集光されて検出される前記平行光線の強度を大きくで
きるようになる。
また本発明の測定装置は、内面が鏡面であって内部に微
粒子が浮遊する流体を収容する筒部材と、この筒部材に
光軸が筒部材軸線と角度をなして取付けられた光源と、
前記微粒子から反射、散乱した光のそれぞれの平行光線
を集光する集光レンズと、この集光レンズと対向配置さ
れた光検出器と、この光検出器で検出された光量に関す
る信号を処理して前記流体中の前記微粒子の濃度を求め
る信号処理装置と、を有し、この構成によって前記測定
方法が実現される。
〔実施例〕
以下に説明する各実施例においては理解および説明の便
宜のため同一部材には同一符号を使用する。
第1図は本実施例に係る装置の基本構造を示す断面図で
、第2図は装置の電気回路構成を示すブロック図である
第1図において微粒子が浮遊する流体を内部に収容する
筒部材1ば同一内径寸法が軸方向に連続した円筒形で、
内面IAは鏡面2になっている。
この鏡面2ば内面IAにAI、Mg、Ag、Au、Cr
等を薄着またばメッキすることにより形成される。筒部
材1には光源3が取付けられ、光源3からの光は筒部材
1の周側面に形成した透孔4を通過して筒部材1の内部
に進入できるようになっている。この透孔4にはガラス
等の透明部材が嵌め込まれ、筒部材1の気密性が確保さ
れている。
光#3はその光軸が筒部材1の軸線と角度をなすように
配置され、本実施例では光源3の光軸と筒部材1の軸線
とが直角をなしている。
光源3は例えば、フォトダイオード、タングステンラン
プにより構成される。これに限らず光源3をレーザー光
や分光された光を発生する装置で構成してもよく、また
光ファイバーを利用したものでもよい。
筒部材1の開口端部IBには集光レンズ5が配置され、
この集光レンズ5は片凸レンズで、凸面を外側に向け、
平坦面を開口端部IBに密着当接させて筒部材1に取付
けられている。集光レンズ5の外側には光検出器6が設
けられ、集光レンズ5と光検出器6とは筒部材1の軸線
延長線上に対向配置され、これらの間隔は集光レンズ5
の焦点距離と同じである。集光レンズ5と光検出器6と
の間にはスリット部材7が配置される。
光検出器6は例えば光電子増倍管、Cdsその他のフォ
トセンサーにより構成される。これに限らず光検出器6
を光ファイバーにより別の検出器、分光器に光を導入す
る構造としてもよい。
第2図に示す通り光検出器6には信号処理装置8が接続
され、この信号処理装置8は光検出器6で検出された光
が光電変換されて電気出力としての信号に変換された後
、この信号を所望処理するものである。すなわち、信号
処理袋W8は電気信号を増幅する機能、これを演算処理
して微粒子の濃度を求める機能、光検出器6で検出され
た光量が少ない場合には光源調整部9を制御して光源3
の発光量を増加させる機能などを有する。信号処理装置
8には表示記録部10が接続され、この表示記録部10
は信号処理装置8で求められた微粒子の濃度をデジタル
またはアナログ表示する機能およびこれを記録する機能
を有する。
次に作用について述べる。
筒部材1の内部に流体を収容する。この流体は濃度を測
定すべきダスト、塵埃等の微粒子が存在するものであれ
ば油、水、空気などでよい。光源3を発光させると流体
に光が照射され、この光は鏡面2で反射しながら流体中
を進行する。進行途中で光は微粒子11に衝突し、反射
、散乱する。
この反射、散乱はそれぞれの微粒子11について行われ
、散乱光の内の平行光線12が集光レンズ5で集光され
ながら筒部材1の外部に導出される。
以上において、鏡面2による反射によって光路が長くな
っているとともに、光の進行方向は乱反射で任意な方向
であるため、微粒子11には多方向から光が照射され、
換言すると筒部材1の内面IAの全面が発光面になった
のと同じになり、従って前記平行光線12の強度は大き
くなり、集光レンズ5で集光されて光検出器6で検出さ
れる光量が大きなものとなる。
光検出器6で検出された光量に基づき電気信号が発生し
、この信号が信号処理装置8で処理されて微粒子11の
濃度が表示記録部10に表示、記録される。ここで、微
粒子11の大きさが極めて小さなものであっても、平行
光線12の強度が大きくなるため極小微粒子IIの測定
が可能になる。
また流体中の微粒子11の濃度が小さなものであっても
それぞれの微粒子11から発生する平行光線12の強度
は大きいためその濃度を測定できるようになり、従来装
置よりも測定感度を高めることができる。
また、本装置は外形において筒部材1が主要部材で、光
検出器6、スリット部材7等を含めても全体的に細長の
筒状となるため、装置を小型、軽量化することができ、
取扱い、操作性の向上を図ることができるとともに、携
帯性も得られるようになる。
第3図、第4図は具体的実施例を示す。筒部材1には保
持部材13が設けられ、この保持部材13は円筒形状で
、外筒である筒部材1に対して内筒である保持部材13
は筒部材1の軸線方向に摺動自在になっている。筒部材
1の内部に臨む保持部材13の開口端部13Aには集光
レンズ5が取付保持され、また保持部材13の内部に光
検出器6及びスリット部材7が配置される。従って集光
レンズ5等は筒部材lに対して移動自在になっている。
筒部材1の底面ICには開口部14が形成され、筒部材
1の周側面にも開口部15が設けられている。
以上の筒部材1、保持部材13等で検出部16が構成さ
れ、この検出部16はコード17で電気制御部18に接
続され、電気制御部18は前記信号処理装置8、光源調
整部9、表示記録部10を含むものとなっている。
本装置の不使用時には保持部材13が筒部材lに押し入
れられ、従って検出部】6は収縮状態とされ、長さ寸法
の短縮により格納スペースを小さくできる。本装置を使
用する場合には、第4図に示す通り検出部16を流体1
9に挿入する。この時保持部材13は筒部材1に対して
伸長状態とされ、前記開口部14から流体19が流入す
るとともに前記開口部15がら空気が排出され、筒部材
1に流体19が収容充填される。そして光1ff13を
発光させて流体19中に浮遊する微粒子の濃度測定が行
われる。
この測定作業において、微粒子の濃度が小さく光検出器
6で検出される光量が少ない場合には、筒部材1に対し
て保持部材13を伸び挙動させて筒部材1に収容される
流体19の量を大きくする。
これにより筒部材1内の微粒子の数が増し、光検吊器6
で検出される光量が増大する。このようにこの実施例で
は保持部材13を筒部材1に対して移動自在としたため
、筒部材1に収容する流体19の量を微粒子の濃度に応
じて調整できるようになり、検出濃度の限界を高めるこ
とができる。
第5図は作業者が筒部材1に試料流体を収容するように
構成されている実施例を示す。筒部材1の周側面には2
本の管部材20.21が立設され、筒部材1を水平方向
に対して角度θ傾け、低位の管部材20から流体を流し
入れるとともに高位の管部材21から空気抜きを行う。
第6図は管路22に流れている流体の微粒子濃度を直接
測定するための実施例を示す。筒部材1の周側面には開
口部23.24が形成され、これらの開口部23.24
は管路22に設けられた開口部25.26と連結管27
.28を介して連結され、管路22中の流体が筒部材1
に迂回流入し、流出する。この実施例では筒部材1の内
部に反射防止部材29が設けられており、この反射防止
部材29の少なくとも集光レンズ5と対向する面が黒色
に着色されている。これにより集光レンズ5とは反対方
向へ進行してから筒部材1の端部で反射されるべき光線
が反射防止部材29で吸収されて反射せず、従って光検
出器6で検出される光が集光レンズ5の方向へ進行した
微粒子11からの前記平行光線12のみとなり、微粒子
濃度の測定精度を高めるようになっている。
第7図は潤滑油にJIS標準ダストを添加し、JIS 
B 9930の5「自動式粒子計数器法」所載の汚濁計
測器HIACPC−320(HTAC/RYCOIns
trument Division製)によるNAS等
級との相関を調べた実験結果である。このグラフが示す
ように相関係数R=0.99の良好な結果が得られた。
また蒸留し、0.8ミクロンのミリポアフィルタ−(M
illipore Corp製)で濾過した水にカオリ
ンを添加し、カオリン粒子量と表示値(検出光量)との
相関を調べた結果、良好な結果が得られた。
更に、試料流体を空気中の煙草の煙とし、この煙の稀釈
量との相関を調べた結果、良好な結果が得られた。
第9図は第8図の過りモータ30で回転する攪拌部材3
1により水をtlからt2まで攪拌し、水中の泡により
従来の透過法による測定方法と本発明に係る測定方法と
による検出光量の違いを調べたものである。攪拌停止後
、透過法では曲線Aのように時間とともに検出光量が増
加するのに対し、本発明の方法では曲&?l Bのよう
に検出光量が減少する。
以上説明した第1図〜第6図の各実施例において、筒部
材Iは断面円形の円筒状となっていたがこれを断面円形
以外の形状、例えば断面四角形としてもよい。また、第
3図、第4図の実施例のように筒部材1に移動自在な保
持部材13を設けて粒子濃度に応じ筒部材1に収容する
流体容量を調整する構成は、第5図、第6図の各実施例
においても実施可能である。更に、第6図で示した反射
防止部材29についての構成も第3図、第4図の実施例
および第5図の実施例に実施可能である。
第3図、第4図の実施例に反射防止部材29を適用する
場合には、反射防止部材29を複数の孔を設けた2枚と
し、これらの反射防止部材29を孔の位置をずらせて筒
部材1の底面ICに設けることにより、流体の流入と光
線の吸収とを同時に達成できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、光検出器で検出される微粒子からの平
行光線の強度が大きくなるため、微粒子の大きさ、濃度
が極めて小さいものであっても測定可能となり、測定限
界を高めることができる。
また装置全体を小型化でき、携帯可能とすることも実現
でき、装置の取扱い、操作性の容易化を達成できるよう
になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は装置の基本構造を示す断面図、第2図は電気回
路を示すブロック図、第3図は具体的実施例を示す一部
断面の説明図、第4図は第3図で示した検出部の使用状
態を示す斜視図、第5図は別実施例を示す斜視図、第6
図は更なる別実施例を示す断面図、第7図は実験結果を
示すグラフの図、第8図は従来方法との比較のための実
験方法を示す図、第9図はその実験結果のグラフ図であ
る。 1・・・筒部材、2・・・鏡面、3・・・光源、5・・
・集光レンズ、6・・・光検出器、7・・・スリット部
材、8・・・信号処理装置、11・・・微粒子、12・
・・平行光線、13・・・保持部材。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)微粒子が浮遊する流体に光を照射するとともに、
    この光を鏡面で反射させながら前記流体中を進行させ、
    この進行途中で前記微粒子から反射、散乱した光のそれ
    ぞれの平行光線を集光して検出することにより前記流体
    中の前記微粒子の濃度を測定することを特徴とする浮遊
    微粒子測定方法。
  2. (2)内面が鏡面であって内部に微粒子が浮遊する流体
    を収容する筒部材と、この筒部材に光軸が筒部材軸線と
    角度をなして取付けられた光源と、前記微粒子から反射
    、散乱した光のそれぞれの平行光線を集光する集光レン
    ズと、この集光レンズと対向配置された光検出器と、こ
    の光検出器で検出された光量に関する信号を処理して前
    記流体中の前記微粒子の濃度を求める信号処理装置と、
    を有することを特徴とする浮遊微粒子測定装置。
  3. (3)特許請求の範囲第2項において、前記集光レンズ
    は前記筒部材に取付けられていることを特徴とする浮遊
    微粒子測定装置。
  4. (4)特許請求の範囲第2項において、前記筒部材には
    筒部材軸線方向に移動自在な保持部材が設けられ、前記
    集光レンズ及び前記光検出器はこの保持部材に保持され
    ていることを特徴とする浮遊微粒子測定装置。
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