JPH0194246A - 濁度計 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は上下水道の水処理システム等に使用して検水
の濁度を測定する濁度計に関する。

Ｂ１発明の概要 この発明は検出部の先端部分を検水中に浸漬して検水の
濁度を測定する濁度計において、検出部の先端部分に設
けられる素子収納ケース内に配設される発光素子からの
光線が直接受光素子に入射されない光学的構造に形成し
たことにより、 濁度測定の際に現れる零点バイアスを減少させることが
できるとともに、零点バイアス出力を増加させることな
く光学ガラス窓のガラスの厚さを増して高耐水圧形検出
部を得ることができるにうにしたものである。

Ｃ０従来の技術 検水の開度測定には、一般に検水中の懸濁物による光の
散乱あるいは透過の変化を利用して計測する種々の方式
がある。測定形態で分類すると、サンプリング形と浸心
形に分けられる。前者のサンプリング形は第６図Δに示
すように検水をサンプリングポンプ１１で汲み」二げ、
ストレーナ１２゜脱泡槽Ｉ３を介して検出部１４に送る
方式である。

このサンプリング形は多種、多数の計器を集中して置く
ことができ、監視、管理を集中して行うことができるけ
れども、ポンプＩ＋、配管＋５．ストレーナ１２．脱泡
槽１３などの清掃が必要となる問題点がある。この他に
、サンプリング形は適当なザンブリング系の設計が難か
しいこと、サンプリング中の水質の変化、検出の遅れな
どが問題点として挙げられる。

後者の浸漬形は第６図Ｂに示すように、検出部１６を直
接検水に浸漬して検水の濁度を測定する方式である。こ
の浸漬形はポンプ、配管系がないため、メンテナンスの
必要なのは検出部１６のみとなり、メンテナンス時間お
よび設置コストの軽減が計れる。しかし、サンプリング
形で行われている検水のコンディショニング（脱泡、遮
光、定流量化、夾雑物除去など）が行われない状況で測
定をしなければならないので、設置場所の選定および対
応する技術（気泡、外光の影響除去、汚れ防止、耐環境
性の向−になど）が重要となる。なお、第６図へ、　１
３において１７は変換器である。

第７図は散乱光式浸漬形澗度計の検出部の断面図を示し
、第８図は発光、受光素子付近の拡大図を示す。第７図
、第８図において、収納ケース２Ｉの中央部に発光素子
となる発光ダイオード２２を設置′Ｊ１この発光ダイオ
ード２２の周囲に遮光隔壁２３を形成する。遮光隔壁２
３の外周囲には受光素子２４を配設し、遮光隔壁２３に
より、発光ダイオード２２の光線が直接受光素子２４に
入射されないようにしている。２５はガラス窓、２６は
水中懸濁物である。このように構成された検出部で、濁
度を測定するには発光ダイオード２２を点灯させる。発
光ダイオード２２の光線はガラス窓２５を通過して検水
中に入射される。検水中に入射された光線は懸濁物２６
が存在すると、その量に応じて散乱され、その散乱光の
一部が受光素子２４に入射される。受光素子２／Ｉで受
光された光線は電流に変換されて出力される。

この時の濁度と受光素子２４の出力の関係を表ずど第９
図に示す直線ａのようになる。なおここでは発光ダイオ
ード２２の出力、すなわち光源光量一定および外光はな
いものと考える。また、第７図、第８図に示すように、
発光ダイオード２２と受光素子２４との間には遮光隔壁
２３が設けられているから、濁度界の場合、受光素子２
４に光線が入射されないはずであるが、通常第９図に示
す直線ａのように濁度界においてもある値の出力が生じ
てしまう。この出力を零点バイアス出力と称している。

Ｄ１発明が解決しようとする問題点 −上記の零点バイアス出力が生じる原因を第８図に示す
。第８図において、原因の第１は光線Ａがガラス窓２５
のガラス内面で反射して受光素子２４に入射される場合
、第２は光線Ｂが遮光隔壁２′３の内壁面で反射した後
、ガラス内面で反射して受光素子２４に入射する場合で
ある。この両原因のうち特に第２の場合のように光線Ｂ
が反射して受光素子２４に入射されると濁度界の場合で
もバイアス出力が大きく出てしまうのである。そこで、
受光素子２４の出力を濁度に比例した出力（第９図に示
す点線ｂ）とするためには零点バイアスを第１Ｏ図に示
す演算増幅器を用いた濁度計の電気回路で補正する必要
がある。第１０図において、ＯＰ、は受光素子２４の出
力を電流電圧変換する演算増幅器、ＯＰ、は零点バイア
ス補正用の演算増幅器、ｖＲはバイアス設定器、ＯＰ３
はゲイン可変用の演算増幅器である。また、零点バイア
スが温度変化や経時変化が生じる場合にはその補正はさ
らに複雑となる問題点がある。この他、水深の深い位置
での測定や圧力のある検水の測定では検出部の耐水圧性
や防水性を増加させるにはガラス窓２５を厚くしてガラ
ス自体の強度、接着の強＝７− 度を増す必要がある。しかし、ガラス厚を増すことは零
点バイアスの増加となることが実験により確認されてい
るので好ましくない問題点がある。

Ｅ６問題点を解決するための手段 この発明の第１発明は検出部の先端部分にガラス窓を備
えた素子収納ケースを設け、この素子収納ケース内に発
光素子を配置するとともに、この発光素子の光軸の周り
に受光素子を配置してなる濁度計において、 発光素子と受光素子との間に発光素子からの、直射光が
受光素子に入射しないようにした遮光隔壁部材を素子収
納ケース内に設け、この遮光隔壁部材の内周壁に鋸歯状
の凹凸部を形成したことを特徴とするものである。

第２発明は第１発明にレンズ状に形成したガラス窓を設
けたことを特徴とするものである。

２１作用 遮光隔壁部材の内周壁に、発光素子からの光線が反射し
てガラス窓に向かわないような凹凸部を形成し、かつ、
発光素子の光束の開口角度が限定されるように遮光隔壁
部材を形成し、ガラス窓における内面反射を増加させて
受光素子への入射光量を減少させる。また、ガラス窓を
レンズ状に形成して、ガラス窓に入射した光線が受光素
子に入射されないように反射させるようにする。

Ｇ、実施例 以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明するに、
第７図、第８図と同一部分には同一符号を付した。

第１図において、２７は遮光隔壁部材２３の内周壁に形
成された鋸歯状の凹凸部で、この凹凸部２７はガラス窓
２５に接する部位から発光素子２２が配設される位置ま
で形成される。また、遮光隔壁部材２３は筒体状に形成
され、その内径の半径を２、隔壁の厚さをＣとする。な
お第１図では発光素子２２を点光源２２ａとして扱う。

−に記のように遮光隔壁部材２３の内周壁に凹凸部２７
を形成し、かつ光源２２２Ｌの光の拡がりは遮光隔壁部
材２３の内径２ａで規制する。このように構成したこと
により、光源２２ａから隔壁の凹凸部２７に向かう光線
Ｂは図示のように反射される。このため、光線Ｂはガラ
ス窓２５に向かうことがなく、凹凸部２７で複数回反射
されるため、光量は急減する。なお、隔壁部材２３の材
質を黒色とし、また光吸収性の良いものとすることによ
り、光景はさらに減少し、受光素子２４に入射される充
積は無視し得るようになる。これにより、第８図に示し
た光線Ｂによる零点バイアスを無視できるほど減少させ
ることができる。

−１−記の説明は光線Ｂの場合についての説明であるが
、次に、光線への場合について述べる。第１図において
、ｎ、を空気の屈折率、ｎ、をガラスの屈折率とすると
、光線へがガラス窓２５に入射する角度θ、は次式のよ
うになる。

０、　＝　５ｉｎ−Ｉ（ｎ＋／ｎ２・ｓｉｎθ１）＝　
　５ｉｎ−’　（ｎ　Ｉ７　ｎ　２＋ａ／ｒτＪｂ２）
・・・・・（１） 但し、０１は開口角度、ｂは光源２２λからガラス窓２
５までの距離である。

ｄｌ＝２　・ｔ　”ｔａｎθ２　　　　　・＝−（２）
但し、ｄ、は図中Ｘ、とＸ４間の距離、ｔはガラス窓厚
である。

」−記式から、ｃ＞ｄＩとすれば、ガラス窓２５内の反
射光線Ａ３が受光素子２４へ入射するのは防ぐことがで
きる。しかし、反射光線Ａ５のように多数回反射した後
の光線を入射させないようにするにはｃ　＞　Ｋ　ｄ　
＋　（定数Ｋ〉２）とすればよい。

このようにすれば零点バイアス出力の減少を図ることが
できる。

第２図はこの発明の他の実施例を示す説明図で、この実
施例は、ガラス窓２５におけるガラス面内の反射光線を
受光素子２４に入射させないようにするものである。

第２図において、ガラス内面（点ｘａ）にオ（」る反射
光線が、その後、受光素子２４に入射しないようにする
ためには、点Ｘ４　において、β９０°の条件が成立ず
ればよい。いまβ−９０゜とすると、点Ｘ３におけるガ
ラス面の傾き０３は次式のようになる。

θ３＝］／２・０．　　　　　・・・・・・（３）（１
）式より θ３　＝ｘ／２・５ｉｎ−’　（ｎ　＋／　ｎ　２・ａ
／９＋　ｂ　２）となる。

すなわち、 θ３≧１／２°５ｉｎ−’　（ｎ　＋／　ｎ　２　ｊａ
　／−ｒ’；ｉ−１１）　２）・・・・・・・（４） であれば、ガラス内面での反射光線は受光素子２４に入
射されないことになる。

また、ｘ３ｘ４距離、すなわち点ｘ３におけるガラス厚
をｔとし、ｘ、ｘ＊（−ｄ、）とすると、ｄ。

は次式のようになる。

ｄ２≦　↑；　・ｔａｎＯ？ ＝　ｔ　＋ｔａｎ　（ｓｉｎ−’　（ｎ　＋／　ｎ　？
　Ｈａ／Ｑ）　）・・・・・・・・・（５） ここで、（２）式と（５）式を比較する。

（ｉ）ガラス厚さＬを等しいとすると２ｄ、≦ｄ。

になる。

点Ｘ４における透過光が受光素子２４に向かわない必要
最小の遮光隔壁部材２３の厚さをそれぞれＣ＋　＋　　
Ｃ２とすると、ｃｌとＣ７の関係は次式％式％ 従って、この実施例では遮光隔壁部材２３の厚さＣが従
来の１７２以下にずろことができ、しかもその後の反射
光線は受光素子２４に入射しない。

（１１）遮光隔壁部材２３の厚さＣを等しいとし、同様
にガラス厚さの限界をそれぞれｔ、、Ｉ：２とすると、 ｔ、　２　＝　２　ｔ　＋　　　　　・・・・・・（７
）としても、従来と同じ遮光隔壁部材２３の厚さで充分
に遮光効果が得られる。従って、零点バイアス出力を増
加させないで、ガラス厚さを増加させるため、耐水圧強
度を増加させることができる。

第３図Ａ、Ｂはこの発明のさらに他の実施例を示す説明
図で、第３図Ａ、Ｂにおいて、ガラス窓２５を平凸レン
ズに形成したものである。この第３図Ａ、Ｂのように平
凸レンズを設けることにより、ガラス内面の反射光線が
受光素子２４に入射されなくなる。第２図に示した円錐
形レンズの場合と同様に角度０１で光源を出た光線がガ
ラス内面で反射された時に、βこ９０°であれば、反射
光線はレンズの中心へ向かい受光素子２４に入射される
ことはない。これにより、零点バイアスを減少させるこ
とができる。ここで、β＝９０゜（θ４　＝０．　０３
＝１／２・０．）のときのレンズの曲率半径ｒを第３図
Ａ、Ｂと第４図を用いて求める。

□父−Ｊ玉−−＝λ十ｄ、／ｓｉｎθ３−ａ　十ｔ　（
Ｌａｎ０２−　Ｌａｎｅ　＊）／５ｉｎ０３・・・・・
・・・（８） 但し、ｄ、　＝ｔ　（ｔａｎＯｚ　−Ｌａｎ０３）であ
る。

７−不−ｔ／ｃｏｓθ３　　　　・・・・・・・・・（
９）ｒ−ＸｏＸ　３＋Ｘ　３Ｘ３ 」−記式から遮光隔壁部材２３の形状を、半径Ｊ１距離
すで、第３図、第４図のように形成した場合、（１０）
式の曲率半径ｒよりも小さい曲率半径を持った球面平凸
レンズを使えばよいことになる。

上記のように、まず第１の実施例では遮光隔壁部材２３
の内周壁に鋸歯状の凹凸部２７を形成して反射光線が外
部にもれないようにして光を減少させる手段にしたので
、零点バイアス出力の減少が可能となる。このため、第
５図に示すような演算増幅器ＯＰ４だけで濁度測定が可
能となる。また、第２．第３の実施例のように円錐形レ
ンズ。

平凸レンズを用いると、上記効果に加えて零点バイアス
出力を増加させることなく、ガラス窓の厚さを厚くでき
るため、高耐水圧形検出部の実現が可能となる。

Ｉ−Ｉ　、発明の効果 以上述べたように、この発明によれば、遮光隔壁部材の
内周壁に凹凸部を設けるとともにガラス窓の形状をレン
ズ状にして、濁度界のときにおける発光素子からの反射
光線が受光素子に入射しにくい構造としたので、濁度界
における零点バイアス出力を減少させて測定回路の簡素
化を図るとともに高耐水圧形となるガラス窓を備えた検
出部を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す説明図、第２図およ
び第３図Ａ、Ｂはこの発明の他の実施例を示す説明図、
第４図は第３図Δ、Ｂの実施例を説明するだめの図、第
５図はこの発明の各実施例に使用される濁度測定回路図
、第６図Ａ、Ｂはサンブリング形と浸漬形の濁度測定装
置の概略構成図、第７図は浸漬形検出部の要部の断面図
、第８図は第７図の拡大断面図、第９図は濁度と受光素
子出力電流との特性図、第１Ｏ図は従来の濁度測定回路
図である。 ２１・・・素子収納ケース、２２・・発光素子、２３・
・遮光隔壁、２４・・・受光素子、２５・・ガラス窓、
２６・・・水中懸澗物、２７・・鋸歯状の凹凸部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）検出部の先端部分にガラス窓を備えた素子収納ケ
   ースを設け、この素子収納ケース内に発光素子を配置す
   るとともに、この発光素子の光軸の周りに受光素子を配
   置してなる濁度計において、 発光素子と受光素子との間に発光素子からの直射光が受
   光素子に入射しないようにした遮光隔壁部材を素子収納
   ケース内に設け、この遮光隔壁部材の内周壁に鋸歯状の
   凹凸部を形成したことを特徴とする濁度計。
2. （２）検出部の先端部分にガラス窓を備えた素子収納ケ
   ースを設け、この素子収納ケース内に発光素子を配置す
   るとともに、この発光素子の光軸の周りに受光素子を配
   置してなる濁度計において、 発光素子と受光素子との間に発光素子からの直射光が受
   光素子に入射しないようにした遮光隔壁部材を素子収納
   ケース内に設け、この遮光隔壁部材の内周壁に鋸歯状の
   凹凸部を形成し、前記ガラス窓をレンズ状に形成したこ
   とを特徴とする濁度計。