JPH0240526Y2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0240526Y2 JPH0240526Y2 JP1988158452U JP15845288U JPH0240526Y2 JP H0240526 Y2 JPH0240526 Y2 JP H0240526Y2 JP 1988158452 U JP1988158452 U JP 1988158452U JP 15845288 U JP15845288 U JP 15845288U JP H0240526 Y2 JPH0240526 Y2 JP H0240526Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photodetector
- light
- lens
- sample volume
- particles
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
- G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/15—Preventing contamination of the components of the optical system or obstruction of the light path
- G01N2021/151—Gas blown
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
技術分野
本考案はガス中に伴なわれる粒子の望ましくな
いレベルを検出するための光学的センサに係り、
一層詳細には、エネルギ回収装置のタービンブレ
ードを損傷し得る触媒粒子の望ましくないレベル
を瞬時に検出するため触媒分解蒸留プロセスの廃
ガスを監視するのに特に適した実時間レーザ粒子
センサに係る。
いレベルを検出するための光学的センサに係り、
一層詳細には、エネルギ回収装置のタービンブレ
ードを損傷し得る触媒粒子の望ましくないレベル
を瞬時に検出するため触媒分解蒸留プロセスの廃
ガスを監視するのに特に適した実時間レーザ粒子
センサに係る。
背景技術
流体分解蒸留プロセスはしばしば重油の分別蒸
留に用いられる。その場合、重質の炭化水素材料
が高温に加熱されて、触媒粒子と接触させられ
る。或る時間に亙る触媒との接触後に、重質の炭
化水素が低分子量の炭化水素に変換される。この
プロセスの間に、触媒の効率を低下させる不揮発
性炭素質材料を除去するため、触媒粒子を再循環
することがしばしば必要である。再生された触媒
が分解蒸留プロセス内での使用のために戻され得
るように、再生プロセスの間に炭素質材料又はコ
ークスが除去される。エネルギを節減するため、
コークスの燃焼により生ずる高温ガスはしばしば
熱回収システムを通される。
留に用いられる。その場合、重質の炭化水素材料
が高温に加熱されて、触媒粒子と接触させられ
る。或る時間に亙る触媒との接触後に、重質の炭
化水素が低分子量の炭化水素に変換される。この
プロセスの間に、触媒の効率を低下させる不揮発
性炭素質材料を除去するため、触媒粒子を再循環
することがしばしば必要である。再生された触媒
が分解蒸留プロセス内での使用のために戻され得
るように、再生プロセスの間に炭素質材料又はコ
ークスが除去される。エネルギを節減するため、
コークスの燃焼により生ずる高温ガスはしばしば
熱回収システムを通される。
このようなパワー回収システムの使用にあたつ
ての主要な問題点は、触媒ロードダンピングが生
じ得ることである。触媒ダンピングが生ずると、
全流動触媒床がほぼ失われ、また異常な量の触
媒、ケイ素質材料、がエネルギ回収システムのタ
ービンブレードを通じて流されることになる。場
合によつては、損傷が生ずる以前に熱回収システ
ムのタービンブレードからガスの流れを切換える
ことによりエネルギ回収システムを保護するた
め、バイパスが用いられ得る。エネルギ回収シス
テムを保護するためバイパスを使用するエネルギ
回収システムと組合された触媒分解蒸留プロセス
の一層完全な説明は1979年11月14日付米国特許出
願第06／094140号明細書に記載されている。
ての主要な問題点は、触媒ロードダンピングが生
じ得ることである。触媒ダンピングが生ずると、
全流動触媒床がほぼ失われ、また異常な量の触
媒、ケイ素質材料、がエネルギ回収システムのタ
ービンブレードを通じて流されることになる。場
合によつては、損傷が生ずる以前に熱回収システ
ムのタービンブレードからガスの流れを切換える
ことによりエネルギ回収システムを保護するた
め、バイパスが用いられ得る。エネルギ回収シス
テムを保護するためバイパスを使用するエネルギ
回収システムと組合された触媒分解蒸留プロセス
の一層完全な説明は1979年11月14日付米国特許出
願第06／094140号明細書に記載されている。
廃熱回収システムを適当に保護するための重要
な鍵は、触媒ダンピングが生じたときを検出し
て、バイパスループを制御する弁の迅速トリガを
可能にするセンサである。このセンサにとつて重
要なことは、煙や汚れたセンサ等により誤警報を
生じてバイパスループをトリガすることのないよ
うに識別能力を有することである。
な鍵は、触媒ダンピングが生じたときを検出し
て、バイパスループを制御する弁の迅速トリガを
可能にするセンサである。このセンサにとつて重
要なことは、煙や汚れたセンサ等により誤警報を
生じてバイパスループをトリガすることのないよ
うに識別能力を有することである。
粒子センサの一つの形式は1975年３月25日付の
“流体中に懸濁する粒子の特有の性質を検出する
方法”という名称の米国特許第3873206号明細書
に開示されている。このセンサは、粒子を伴なう
ガスが流れるスタツクの一方の側の開口に配置さ
れたレーザを含んでいる。パイプの反対側には、
コヒーレント光ビームを横切る粒子により散乱さ
れた光を受けるべく第一及び第二のレンズが配置
されている。散乱された光は光検出器上に焦点を
結ばれ、検出器に入射する光束に比例する出力信
号を生ずる。このセンサの一つの問題点は、大き
な直径のパイプに対して使用するのにはあまり適
していないことである。このセンサを大きな直径
のパイプに使用することは、一次レンズに対する
集光開口が非常に大きくなければならないことを
意味する。大きな直径のレンズは、高価であり且
その大きな表面積を清浄に保つことが困難である
ので、望ましくない。加圧された空気流がレンズ
及び窓の表面を清浄に保つために用いられ得る
が、レンズの直径が大きいぼどその表面に粒子が
堆積しないようにすることは困難になる。この特
許に記載されているレンズ系の他の欠点は、窓表
面に堆積している粒子からの散乱の影響が生じる
ことである。何故ならば、この散乱された光は集
光レンズのフラウンホーフア平面内に像を結ぶか
らである。大きな開口のレンズの他の問題点は、
このようなレンズは集光プロセスの精度を減ずる
傾向のある収差を伴ない易いことである。即ち、
大きな集光レンズは、光検出器をレンズの焦点面
に位置させるため、光検出器が大直径パイプの側
壁からかなり離れた位置に置かれなければならな
いことを意味し、このことはセンサの物理的寸法
を取扱い難いものとし、更にシステムの構成要素
のアラインメントを一層困難にする。
“流体中に懸濁する粒子の特有の性質を検出する
方法”という名称の米国特許第3873206号明細書
に開示されている。このセンサは、粒子を伴なう
ガスが流れるスタツクの一方の側の開口に配置さ
れたレーザを含んでいる。パイプの反対側には、
コヒーレント光ビームを横切る粒子により散乱さ
れた光を受けるべく第一及び第二のレンズが配置
されている。散乱された光は光検出器上に焦点を
結ばれ、検出器に入射する光束に比例する出力信
号を生ずる。このセンサの一つの問題点は、大き
な直径のパイプに対して使用するのにはあまり適
していないことである。このセンサを大きな直径
のパイプに使用することは、一次レンズに対する
集光開口が非常に大きくなければならないことを
意味する。大きな直径のレンズは、高価であり且
その大きな表面積を清浄に保つことが困難である
ので、望ましくない。加圧された空気流がレンズ
及び窓の表面を清浄に保つために用いられ得る
が、レンズの直径が大きいぼどその表面に粒子が
堆積しないようにすることは困難になる。この特
許に記載されているレンズ系の他の欠点は、窓表
面に堆積している粒子からの散乱の影響が生じる
ことである。何故ならば、この散乱された光は集
光レンズのフラウンホーフア平面内に像を結ぶか
らである。大きな開口のレンズの他の問題点は、
このようなレンズは集光プロセスの精度を減ずる
傾向のある収差を伴ない易いことである。即ち、
大きな集光レンズは、光検出器をレンズの焦点面
に位置させるため、光検出器が大直径パイプの側
壁からかなり離れた位置に置かれなければならな
いことを意味し、このことはセンサの物理的寸法
を取扱い難いものとし、更にシステムの構成要素
のアラインメントを一層困難にする。
考案の開示
本考案の目的は、大直径パイプを通つて流れる
粒子の望ましくないレベル、例えば触媒分解蒸留
プロセス内の触媒ダンピングに伴なう望ましくな
いレベル、を検出するのに特に適した実時間前方
散乱レーザ粒子センサを提供することである。
粒子の望ましくないレベル、例えば触媒分解蒸留
プロセス内の触媒ダンピングに伴なう望ましくな
いレベル、を検出するのに特に適した実時間前方
散乱レーザ粒子センサを提供することである。
本考案による前方散乱レーザ粒子センサの特に
重要な特徴は、センサがパイプ内部の良好に郭定
されたサンプルボリユーム内の粒子のみに応動す
るようにレンズ系が設計されていることである。
このサンプルボリユームからの応答は多少非対称
であるが、レンズ及び構成要素の相対位置の注意
深い選定により、サンプルボリユームは大直径の
ガスを流すパイプの寸法内に完全に含まれ得る。
重要な特徴は、センサがパイプ内部の良好に郭定
されたサンプルボリユーム内の粒子のみに応動す
るようにレンズ系が設計されていることである。
このサンプルボリユームからの応答は多少非対称
であるが、レンズ及び構成要素の相対位置の注意
深い選定により、サンプルボリユームは大直径の
ガスを流すパイプの寸法内に完全に含まれ得る。
本考案による実時間前方散乱レーザ粒子センサ
の他の重要な特徴は、センサがパイプ内部のサン
プルボリユームを通過する粒子のみに応答し、光
エネルギが通過する窓上の粒子には応答しないよ
うにレンズ系及び光検出器の位置及び寸法が選定
されていることである。
の他の重要な特徴は、センサがパイプ内部のサン
プルボリユームを通過する粒子のみに応答し、光
エネルギが通過する窓上の粒子には応答しないよ
うにレンズ系及び光検出器の位置及び寸法が選定
されていることである。
本考案による実時間前方散乱レーザ粒子センサ
の更に他の特徴は、入射光源の強度の変動が測定
され得るように直接光と前方散乱された光との比
が測定されることである。
の更に他の特徴は、入射光源の強度の変動が測定
され得るように直接光と前方散乱された光との比
が測定されることである。
本考案による実時間前方散乱レーザ粒子センサ
の他の目的は、前方散乱された光が通過する対物
窓がパイプの直径に比べて比較的小さな直径を有
し得るので、その表面に粒子が堆積しないように
することが簡単なことである。
の他の目的は、前方散乱された光が通過する対物
窓がパイプの直径に比べて比較的小さな直径を有
し得るので、その表面に粒子が堆積しないように
することが簡単なことである。
本考案による実時間前方散乱レーザ粒子センサ
の更に他の特徴は、エネルギ回収装置のタービン
ブレードを損傷し得る触媒粒子の望ましくないレ
ベルを迅速に検出し、しかも煙、光源強度の変動
等の（損傷の原因とならない）条件により誤つた
警報信号を発生しないように識別を行い得ること
である。
の更に他の特徴は、エネルギ回収装置のタービン
ブレードを損傷し得る触媒粒子の望ましくないレ
ベルを迅速に検出し、しかも煙、光源強度の変動
等の（損傷の原因とならない）条件により誤つた
警報信号を発生しないように識別を行い得ること
である。
本考案の上記及び他の目的、特徴及び利点は以
下に好ましい実施例を図面により詳細に説明する
なかで一層明らかになろう。
下に好ましい実施例を図面により詳細に説明する
なかで一層明らかになろう。
実施例
最初に第１図を参照すると、パイプ１０を通つ
て流れるガスに伴なわれる粒子の望ましくない高
いレベルを検出するための本考案による実時間前
方散乱レーザ粒子センサの一つの実施例が示され
ている。このセンサは5mwヘリウム・ネオン・
レーザのようなレーザ１２を含んでおり、このレ
ーザはパイプ１０の側壁に対して垂直に取付けら
れており、パイプ１０を通るガスの流れに対して
ほぼ垂直な方向に光エネルギの狭いコリメートさ
れたビームを生ずる。ガスに伴なわれており且良
好に郭定されたサンプルボリユーム１６を通過す
る粒子は、コリメートされたビームから光エネル
ギの前方散乱を生じさせる。この散乱された光エ
ネルギの環状部分は一次レンズ１８により集めら
れ、且スペクトラル・フイルタ２０を通じて第一
の光検出器２２上に焦点を結ばせられる。透過し
た（散乱しなかつた）光エネルギは第二のレンズ
２８により集められて、第二の光検出器３０上に
焦点を結ばせられる。
て流れるガスに伴なわれる粒子の望ましくない高
いレベルを検出するための本考案による実時間前
方散乱レーザ粒子センサの一つの実施例が示され
ている。このセンサは5mwヘリウム・ネオン・
レーザのようなレーザ１２を含んでおり、このレ
ーザはパイプ１０の側壁に対して垂直に取付けら
れており、パイプ１０を通るガスの流れに対して
ほぼ垂直な方向に光エネルギの狭いコリメートさ
れたビームを生ずる。ガスに伴なわれており且良
好に郭定されたサンプルボリユーム１６を通過す
る粒子は、コリメートされたビームから光エネル
ギの前方散乱を生じさせる。この散乱された光エ
ネルギの環状部分は一次レンズ１８により集めら
れ、且スペクトラル・フイルタ２０を通じて第一
の光検出器２２上に焦点を結ばせられる。透過し
た（散乱しなかつた）光エネルギは第二のレンズ
２８により集められて、第二の光検出器３０上に
焦点を結ばせられる。
パイプ１０内のガスは一般に高圧且高温である
ので、センサの構成要素をこれらの過酷な条件か
ら絶縁することが望ましい。従つて、パイプの円
筒部分のよいな取付具３２及び６４がパイプ１０
の側壁の両側に取付けられ、そこから半径方向に
外方に延びている。外端に位置する透明窓３６が
パイプ１０内の高圧ガスから絶縁され得るよう
に、一般にゲート弁３４が取付具３２内に設けら
れている。レーザ１２の光ビームの直径をコリメ
ートし且増大させるべく、一般にコンデンサ・レ
ンズ３８、開口３９及びコリメーテイング・レン
ズ４０からなるビーム・エクスパンダが設けられ
ている。コリメーテイング・レンズ４０が全ての
場合に常に必要ではないことは理解されよう。同
様に、パイプ１０の反対側には、透明窓５０及び
集光装置を高温高圧ガスから絶縁するため、ゲー
ト弁４８が取付具４６のなかに設けられている。
各取付具３２及び４６の長さ及び形状は典型的
に、外端に於ける低温動作のために十分な温度勾
配を生ずるように選択されている。もし必要であ
れば、コイル５２及び５４のような追加的熱シン
クがそれぞれ取付具３２及び４６に配置され、ま
た測定系構成要素と高温ガスとの間の温度勾配を
一層増大させるため熱シンクを通じて冷媒が循環
され得る。
ので、センサの構成要素をこれらの過酷な条件か
ら絶縁することが望ましい。従つて、パイプの円
筒部分のよいな取付具３２及び６４がパイプ１０
の側壁の両側に取付けられ、そこから半径方向に
外方に延びている。外端に位置する透明窓３６が
パイプ１０内の高圧ガスから絶縁され得るよう
に、一般にゲート弁３４が取付具３２内に設けら
れている。レーザ１２の光ビームの直径をコリメ
ートし且増大させるべく、一般にコンデンサ・レ
ンズ３８、開口３９及びコリメーテイング・レン
ズ４０からなるビーム・エクスパンダが設けられ
ている。コリメーテイング・レンズ４０が全ての
場合に常に必要ではないことは理解されよう。同
様に、パイプ１０の反対側には、透明窓５０及び
集光装置を高温高圧ガスから絶縁するため、ゲー
ト弁４８が取付具４６のなかに設けられている。
各取付具３２及び４６の長さ及び形状は典型的
に、外端に於ける低温動作のために十分な温度勾
配を生ずるように選択されている。もし必要であ
れば、コイル５２及び５４のような追加的熱シン
クがそれぞれ取付具３２及び４６に配置され、ま
た測定系構成要素と高温ガスとの間の温度勾配を
一層増大させるため熱シンクを通じて冷媒が循環
され得る。
好ましい実施例では、窓の表面にパージ・ガス
を向けるため、チユーブ５６及びチユーブ５８が
それぞれ取付具３２及び４６に取付けられてい
る。各窓表面を横切つて流れる無油空気又は窒素
のようなパージ・ガスの導入を可能とする一つ又
はそれ以上のポートが設けられれている。それに
より窓の表面が清浄に保たれ、窓の表面に粒子が
堆積して窓を通る光の透過を妨げることが防止さ
れる。
を向けるため、チユーブ５６及びチユーブ５８が
それぞれ取付具３２及び４６に取付けられてい
る。各窓表面を横切つて流れる無油空気又は窒素
のようなパージ・ガスの導入を可能とする一つ又
はそれ以上のポートが設けられれている。それに
より窓の表面が清浄に保たれ、窓の表面に粒子が
堆積して窓を通る光の透過を妨げることが防止さ
れる。
弁３４及び４８により閉じられる空間を換気す
るべく、チユーブ６０及びチユーブ６２が各取付
具３２及び４６に設けられていてよい。各チユー
ブは、窓の交換又は保守のために弁が閉位置にあ
るときに高圧ガスを油気又は換気する。
るべく、チユーブ６０及びチユーブ６２が各取付
具３２及び４６に設けられていてよい。各チユー
ブは、窓の交換又は保守のために弁が閉位置にあ
るときに高圧ガスを油気又は換気する。
第３図に合せて第２図を参照して、サンプルボ
リユーム１６内で散乱されて光検出器２２の表面
に衝突する光の効果を説明する。サンプルボリユ
ーム１６の範囲８０（第２図）は、底面で結ばれ
た二つの円錐状範囲の形状であり、底面は一次対
物レンズ１８から距離φに位置している。サンプ
ルボリユーム１６の部分８０内の任意の点から散
乱された光エネルギは対物レンズ１８により第一
の光検出器２２の表面上に焦点を結ばせられる。
例えば、第一の光検出器２２上の環状範囲８２
（第３ａ図）はサンプルボリユーム１６の中心部
分８０内の或る点から散乱された光の像を示して
いる。サンプルボリユーム１６の他の部分から散
乱された光も光検出器２２に到達する。例えば、
サンプルボリユーム１６の部分８４（部分８０に
隣接する部分）から散乱された光も光検出器２２
の表面に到達するが、それはこの光エネルギの一
部分に過ぎない。最後に、サンプルボリユーム１
６の部分８０も部分８４も通過しない粒子は軸線
に沿い光を散乱しないので、その光は対物レンズ
１８により受けられ、環状ストツプ２０により受
入れられ、光検出器２２上に入射する。
リユーム１６内で散乱されて光検出器２２の表面
に衝突する光の効果を説明する。サンプルボリユ
ーム１６の範囲８０（第２図）は、底面で結ばれ
た二つの円錐状範囲の形状であり、底面は一次対
物レンズ１８から距離φに位置している。サンプ
ルボリユーム１６の部分８０内の任意の点から散
乱された光エネルギは対物レンズ１８により第一
の光検出器２２の表面上に焦点を結ばせられる。
例えば、第一の光検出器２２上の環状範囲８２
（第３ａ図）はサンプルボリユーム１６の中心部
分８０内の或る点から散乱された光の像を示して
いる。サンプルボリユーム１６の他の部分から散
乱された光も光検出器２２に到達する。例えば、
サンプルボリユーム１６の部分８４（部分８０に
隣接する部分）から散乱された光も光検出器２２
の表面に到達するが、それはこの光エネルギの一
部分に過ぎない。最後に、サンプルボリユーム１
６の部分８０も部分８４も通過しない粒子は軸線
に沿い光を散乱しないので、その光は対物レンズ
１８により受けられ、環状ストツプ２０により受
入れられ、光検出器２２上に入射する。
本考案に用いられる光学系の一つの特徴は、大
きなパイプ１０の内部に選択的にサンプルボリユ
ーム１６が郭定され、そこで粒子により散乱され
た光エネルギが第一の光検出器２２に到達するこ
とである。換言すれば、第一の光検出器２２は、
サンプルボリユーム１６を通過する粒子により散
乱された光にのみ応答し、このサンプルボリユー
ムの外側の粒子により散乱された光には応答しな
い。窓３６の表面にも窓５０の表面にも作動中に
粒子が堆積する傾向があるが、これらの粒子は第
一の光検出器２２に衝突する光エネルギを散乱し
ないので、上記のことは特に有意義である。この
ことは、第１図に加えて第２図を参照し、式(1)を
以下に説明することにより最もよく理解される。
第２図には、サンプルボリユーム１６と一次対物
レンズ１８とフイルタ２０と第一の光検出器２２
との間の関係が拡大し且簡単化して示されてい
る。レンズからの正規対物距離φとして、φ＋
Δφ+よりも離れた粒子又はφ−Δφ-よりも近い粒
子から散乱された光エネルギは光検出器２２に到
達しない。サンプルボリユームの広がりΔφ+＋
Δφ-は下式により集光系のパラメータに関係付け
られる： Δφ+＝hI／２＋rφ／Iu0−ｒ Δφ-＝hI／２＋rφ／Iu0＋ｒ (1) ここに： ｈは光ビーム半径であり、 Ｉは像距離であり、 ｒは検出器半径であり、 u0（ラジアン）はオブスキユレーシヨンの半フ
イールドである。
きなパイプ１０の内部に選択的にサンプルボリユ
ーム１６が郭定され、そこで粒子により散乱され
た光エネルギが第一の光検出器２２に到達するこ
とである。換言すれば、第一の光検出器２２は、
サンプルボリユーム１６を通過する粒子により散
乱された光にのみ応答し、このサンプルボリユー
ムの外側の粒子により散乱された光には応答しな
い。窓３６の表面にも窓５０の表面にも作動中に
粒子が堆積する傾向があるが、これらの粒子は第
一の光検出器２２に衝突する光エネルギを散乱し
ないので、上記のことは特に有意義である。この
ことは、第１図に加えて第２図を参照し、式(1)を
以下に説明することにより最もよく理解される。
第２図には、サンプルボリユーム１６と一次対物
レンズ１８とフイルタ２０と第一の光検出器２２
との間の関係が拡大し且簡単化して示されてい
る。レンズからの正規対物距離φとして、φ＋
Δφ+よりも離れた粒子又はφ−Δφ-よりも近い粒
子から散乱された光エネルギは光検出器２２に到
達しない。サンプルボリユームの広がりΔφ+＋
Δφ-は下式により集光系のパラメータに関係付け
られる： Δφ+＝hI／２＋rφ／Iu0−ｒ Δφ-＝hI／２＋rφ／Iu0＋ｒ (1) ここに： ｈは光ビーム半径であり、 Ｉは像距離であり、 ｒは検出器半径であり、 u0（ラジアン）はオブスキユレーシヨンの半フ
イールドである。
この点で、本考案の原理による粒子センサの設
計パラメータについて若干の考察をすることは理
解を助けよう。前記のように、センサはパワー回
復エクスパンダへの入口パイプ内のサイクロン分
離器の下流の異常に高い触媒のレベルの急激な発
生を検出することができなければならない。この
パイプの内径は典型的に４乃至６フイート（1.21
乃至1.82m）である。説明の目的で、サンプルボ
リユームは４フイート（1.21m）パイプの中心即
ち窓から約60cmに位置すべきものとする。式(1)か
ら解るように、サンプルボリユームの寸法は光ビ
ーム半径ｈ及び集光立体角Ωの内側開口数u0より
決定される。ビーム半径ｈ＝１mm且u1＝1゜であれ
ば、商業的な寸法の設備に対する典型的な値は
Δφ+＝9.6cm且Δφ-＝7.8cmである。第２図を参照
すると、φ＋Δφよりも離れた粒子又はφ−Δφよ
りも近い粒子（ここにφはビームに沿うサンプル
ボリユームの正規中心、この場合には60cmであ
る）は一次光検出器２２に入射する光エネルギを
散乱しない。換言すれば、窓３６及び５０の位置
をも含めてこの範囲の外側の粒子から散乱される
光は第一の光検出器２２に入射しない。有効サン
プルボリユームの長さは近似的に4/9（Δφ+＋
Δφ-）である。何故ならば、ビーム及びφ＋Δφ+
とφ−Δφ-との間に含まれる領域により郭定され
る円筒状ボリユームの部分内の粒子からの信号は
部分的にしか検出されないからである。この例の
所与のパラメータに対しては≒８cmである。
計パラメータについて若干の考察をすることは理
解を助けよう。前記のように、センサはパワー回
復エクスパンダへの入口パイプ内のサイクロン分
離器の下流の異常に高い触媒のレベルの急激な発
生を検出することができなければならない。この
パイプの内径は典型的に４乃至６フイート（1.21
乃至1.82m）である。説明の目的で、サンプルボ
リユームは４フイート（1.21m）パイプの中心即
ち窓から約60cmに位置すべきものとする。式(1)か
ら解るように、サンプルボリユームの寸法は光ビ
ーム半径ｈ及び集光立体角Ωの内側開口数u0より
決定される。ビーム半径ｈ＝１mm且u1＝1゜であれ
ば、商業的な寸法の設備に対する典型的な値は
Δφ+＝9.6cm且Δφ-＝7.8cmである。第２図を参照
すると、φ＋Δφよりも離れた粒子又はφ−Δφよ
りも近い粒子（ここにφはビームに沿うサンプル
ボリユームの正規中心、この場合には60cmであ
る）は一次光検出器２２に入射する光エネルギを
散乱しない。換言すれば、窓３６及び５０の位置
をも含めてこの範囲の外側の粒子から散乱される
光は第一の光検出器２２に入射しない。有効サン
プルボリユームの長さは近似的に4/9（Δφ+＋
Δφ-）である。何故ならば、ビーム及びφ＋Δφ+
とφ−Δφ-との間に含まれる領域により郭定され
る円筒状ボリユームの部分内の粒子からの信号は
部分的にしか検出されないからである。この例の
所与のパラメータに対しては≒８cmである。
立体角Ω内の散乱放射を集める一次対物レンズ
１８の特性は検出器寸法2r及びサンプルボリユー
ムの中心の正規位置φにより決定される。もしＩ
がサンプルボリユームの中心に於けるビーム断面
の像の位置であれば（第２図）、レンズ公式から
次式が成立つ： １／Ｉ＋１／φ＝１／ｆ (2) ここに：ｆは一次レンズの焦点距離であり、ま
た ｒ／ｈ＝Ｉ／φ (3) である。
１８の特性は検出器寸法2r及びサンプルボリユー
ムの中心の正規位置φにより決定される。もしＩ
がサンプルボリユームの中心に於けるビーム断面
の像の位置であれば（第２図）、レンズ公式から
次式が成立つ： １／Ｉ＋１／φ＝１／ｆ (2) ここに：ｆは一次レンズの焦点距離であり、ま
た ｒ／ｈ＝Ｉ／φ (3) である。
最後の式では、第一の光検出器２２がサンプル
ボリユーム断面の像に正しく合わされているもの
と仮定されている。これらの二つの式を組合せる
ことにより必要な焦点距離は次式から求められ
る： ｆ＝φ／ｈ／ｆ＋１ (4) もし第一の光検出器２２が0.5mmの直径を有す
れば、背景散乱内の期待される減少及び特定のサ
ンプルボリユームを得るために焦点距離120mmの
一次レンズが必要とされる。レンズのｆナンバは
立体角Ωの外側開口数u1及びφにより決定され、
u1＝2゜且φ＝60cmであれば、ｆナンバ≦2.8であ
る。
ボリユーム断面の像に正しく合わされているもの
と仮定されている。これらの二つの式を組合せる
ことにより必要な焦点距離は次式から求められ
る： ｆ＝φ／ｈ／ｆ＋１ (4) もし第一の光検出器２２が0.5mmの直径を有す
れば、背景散乱内の期待される減少及び特定のサ
ンプルボリユームを得るために焦点距離120mmの
一次レンズが必要とされる。レンズのｆナンバは
立体角Ωの外側開口数u1及びφにより決定され、
u1＝2゜且φ＝60cmであれば、ｆナンバ≦2.8であ
る。
この例で、エクスパンダ入口の上流のサイクロ
ン分離器を通りレーザ粒子センサを含むパイプ１
０に流入する触媒を正規条件下で40ポンド／hr
（18Kg／hr）であるものと仮定する。更に、多く
の場合にそうであるように、粒子の寸法分布は質
量（又はボリユーム）によるログーノーマルに分
布しているものとする。質量（又はボリユーム）
による分布がログーノーマルであれば、寸法によ
るフラクシヨナル濃度もログーノーマルである。
ン分離器を通りレーザ粒子センサを含むパイプ１
０に流入する触媒を正規条件下で40ポンド／hr
（18Kg／hr）であるものと仮定する。更に、多く
の場合にそうであるように、粒子の寸法分布は質
量（又はボリユーム）によるログーノーマルに分
布しているものとする。質量（又はボリユーム）
による分布がログーノーマルであれば、寸法によ
るフラクシヨナル濃度もログーノーマルである。
サンプルボリユーム内の粒子により立体角Ω内
に散乱される光パワーPsと直接に透過するパワ
ーPtとの比Ｒは煙道ガス中に伴なわれる粒子質
量の尺度である。もし立体角Ωが円錐状であり且
ポーラ角度θ−Δθ／２とθ＋Δθ／２との間に含
まれていれば、比Ｒは次式となる。
に散乱される光パワーPsと直接に透過するパワ
ーPtとの比Ｒは煙道ガス中に伴なわれる粒子質
量の尺度である。もし立体角Ωが円錐状であり且
ポーラ角度θ−Δθ／２とθ＋Δθ／２との間に含
まれていれば、比Ｒは次式となる。
Ｒ＝Ps／Pt＝Ｎ (5)
ここに
Ｎは粒子濃度であり、
は円筒状サンプルボリユームの有効長さであ
り、 Ωは粒子分布に亙り平均化された立体角Ω内
への前方散乱に対する断面である。
り、 Ωは粒子分布に亙り平均化された立体角Ω内
への前方散乱に対する断面である。
この量は当業者によりミー散乱公式から計算さ
れ得る。もし粒子の大部分が１〜20μmの寸法範
囲にあり、且Δθ≦θ＜λ／2πanioであれば、次式
が得られる。
れ得る。もし粒子の大部分が１〜20μmの寸法範
囲にあり、且Δθ≦θ＜λ／2πanioであれば、次式
が得られる。
Ω≒2π3／λ2∫amax anioa4n(a)da (6)
ここに
ａは粒子半径であり、
λは光の波長であり、
ｎ(a)はナンバによるフラクシヨナル分布であ
る。
る。
Ｒは質量（又はボリユーム）濃度と質量（又は
ボリユーム）平均寸法との積に比例する。このこ
とは、a3n(a)daがａとａ＋daとの間の半径を有す
る粒子のフラクシヨナル・ボリユーム（又は質
量）であることに留意することにより容易に知ら
れる；従つて下式が成立つ。
ボリユーム）平均寸法との積に比例する。このこ
とは、a3n(a)daがａとａ＋daとの間の半径を有す
る粒子のフラクシヨナル・ボリユーム（又は質
量）であることに留意することにより容易に知ら
れる；従つて下式が成立つ。
Ｒ∝ρｖ (7)
ここに
ρはガスの流れのなかの粒子の密度であり、
ｖはボリユーム（又は質量）平均直径であ
る。
る。
簡単に言えば、センサ応答Ｒは質量ローデイン
グ及び平均ボリユーム直径の増加関数である。こ
れらの量の双方は、触媒床がアツプセツトされる
ときに増大するものと期待される。
グ及び平均ボリユーム直径の増加関数である。こ
れらの量の双方は、触媒床がアツプセツトされる
ときに増大するものと期待される。
次に第４図を参照すると、第一の光検出器２２
及び第二の光検出器３０からの出力信号を処理し
て、パイプ１０を通つて流れる粒子が望ましくな
い高いレベルに達したことを示す警報を与えるた
めの処理方法の一つの実施例がブロツク回路図で
示されている。第一の光検出器２２の出力は前置
増幅器６０を通じて信号平均化器６２、典型的に
は低域通過フイルタ、に与えられる。信号平均化
器６２は、第一の光検出器２２により受けられた
光束の所定時間、一般に約0.1〜1sの範囲、に亙
る平均強度に比例する出力信号を生ずる。信号平
均化器６２からの出力は、受けられた光束の所定
の時間、一般に0.1〜1s、に亙る平均に比例する
信号である。信号平均化器６８からの出力は比検
出器６４の第二の入力端に与えられる。比検出器
６４からの出力は、散乱された光束と透過した光
束との比を表わす信号であり、サンプルボリユー
ム１６内の粒子の量の明白な指示を与える。
及び第二の光検出器３０からの出力信号を処理し
て、パイプ１０を通つて流れる粒子が望ましくな
い高いレベルに達したことを示す警報を与えるた
めの処理方法の一つの実施例がブロツク回路図で
示されている。第一の光検出器２２の出力は前置
増幅器６０を通じて信号平均化器６２、典型的に
は低域通過フイルタ、に与えられる。信号平均化
器６２は、第一の光検出器２２により受けられた
光束の所定時間、一般に約0.1〜1sの範囲、に亙
る平均強度に比例する出力信号を生ずる。信号平
均化器６２からの出力は、受けられた光束の所定
の時間、一般に0.1〜1s、に亙る平均に比例する
信号である。信号平均化器６８からの出力は比検
出器６４の第二の入力端に与えられる。比検出器
６４からの出力は、散乱された光束と透過した光
束との比を表わす信号であり、サンプルボリユー
ム１６内の粒子の量の明白な指示を与える。
次に第５図を参照すると、パイプ１０を通つて
流れる粒子の種々の濃度に対して本考案による前
方散乱レーザ粒子センサの典型的な応答曲線が示
されている。警報信号は、比検出器６４からの出
力を受けるべく接続されているしきい値検出器７
０により与えられる。第５図のレベル７２により
示されているように粒子の特定のレベルは許容可
能と看做され、このレベル以下の粒子の濃度では
警報信号は発せられない。しかし、もし粒子の濃
度がレベル７２を超過すれば、しきい値検出器７
０の出力端７４に於ける警報信号が粒子の超過濃
度を指示する。
流れる粒子の種々の濃度に対して本考案による前
方散乱レーザ粒子センサの典型的な応答曲線が示
されている。警報信号は、比検出器６４からの出
力を受けるべく接続されているしきい値検出器７
０により与えられる。第５図のレベル７２により
示されているように粒子の特定のレベルは許容可
能と看做され、このレベル以下の粒子の濃度では
警報信号は発せられない。しかし、もし粒子の濃
度がレベル７２を超過すれば、しきい値検出器７
０の出力端７４に於ける警報信号が粒子の超過濃
度を指示する。
当業者により理解されるように、光検出器２２
及び３０の出力を処理するための上記の方法は一
例に過ぎない。粒子センサは冒頭に記載したよう
な流体分解蒸留プロセスの触媒ダンピングのチエ
ツクに使用されるが、このようなプラントは典型
的にプラントを通じての種々の物理的条件を連続
的に監視する複雑な計算機制御システムを用いて
いる。このような場合、粒子センサからの出力は
複雑なアルゴリズムを使用する制御システムによ
り監視される多くの条件の一つであつてよい。
及び３０の出力を処理するための上記の方法は一
例に過ぎない。粒子センサは冒頭に記載したよう
な流体分解蒸留プロセスの触媒ダンピングのチエ
ツクに使用されるが、このようなプラントは典型
的にプラントを通じての種々の物理的条件を連続
的に監視する複雑な計算機制御システムを用いて
いる。このような場合、粒子センサからの出力は
複雑なアルゴリズムを使用する制御システムによ
り監視される多くの条件の一つであつてよい。
本考案をその好ましい実施例について図示し説
明してきたが、本考案の範囲内で種々の変更が行
われ得ることは当業者により理解されよう。
明してきたが、本考案の範囲内で種々の変更が行
われ得ることは当業者により理解されよう。
第１図は、粒子を伴なうガスが流れるパイプ又
はダクトに取付けられた前方散乱レーザ粒子セン
サの一つの実施例を示す断面図である。第２図は
本考案に用いられる光学系を拡大し且簡単化して
示す図である。第３図は第２図中に示されている
サンプルボリユームの部分から散乱された粒子か
ら散乱された光の第一の光検出器上の像の間の関
係を示す図である。第４図は第１図の光検出器か
らの出力信号を処理するための簡単な電気回路の
図である。第５図は前方散乱レーザ粒子センサの
応答曲線を示すグラフである。 １０……パイプ、１２……レーザ、１６……サ
ンプルボリユーム、１８……一次レンズ、２０…
…フイルタ、２２……第一の光検出器、２８……
二次レンズ、３０……第二の光検出器、３２……
取付具、３４……ゲート弁、３６……窓、３８…
…レンズ、３９……開口、４０レンズ、４６……
取付具、４８……ゲート弁、５０……窓、５２，
５４……コイル、５６，５８，６０，６２……チ
ユーブ。
はダクトに取付けられた前方散乱レーザ粒子セン
サの一つの実施例を示す断面図である。第２図は
本考案に用いられる光学系を拡大し且簡単化して
示す図である。第３図は第２図中に示されている
サンプルボリユームの部分から散乱された粒子か
ら散乱された光の第一の光検出器上の像の間の関
係を示す図である。第４図は第１図の光検出器か
らの出力信号を処理するための簡単な電気回路の
図である。第５図は前方散乱レーザ粒子センサの
応答曲線を示すグラフである。 １０……パイプ、１２……レーザ、１６……サ
ンプルボリユーム、１８……一次レンズ、２０…
…フイルタ、２２……第一の光検出器、２８……
二次レンズ、３０……第二の光検出器、３２……
取付具、３４……ゲート弁、３６……窓、３８…
…レンズ、３９……開口、４０レンズ、４６……
取付具、４８……ゲート弁、５０……窓、５２，
５４……コイル、５６，５８，６０，６２……チ
ユーブ。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 ガスの流れ１０を横切る光のビームを生じさせ
るべく配置されたレーザ１２と、 前記ガスの流れの中に位置するサンプルボリユ
ーム１６から散乱された光を特定の軸線に沿つて
集める第一のレンズ１８と、 前記第一のレンズ１８によつて焦点が結ばれた
光のエネルギを受けるべく配置され、前記光のエ
ネルギに比例する第一の検出器出力信号を供給す
る第一の光検出器２２と、 前記レーザ１２からの光エネルギを受入れるよ
うに配置され、前記光エネルギに比例する第二の
検出器出力信号を供給する第二の光検出器３０
と、 前記第一の光検出器出力信号及び第二の光検出
器出力信号に応答し前記サンプルボリユーム内の
粒子レベルが所定のレベルを越えた時それを指示
する出力信号を供給する閾値検出器６４，７０
と、 を含み、ガスの流れの中の粒子のレベルを監視
するための前方散乱レーザ粒子センサにして、 散乱した光が前記第一のレンズ１８を通ること
によつて前記サンプルボリユームの中央部の光ビ
ーム断面の像が前記第一の光検出器２２上に結ば
れるように前記第一の光検出器の検出器半径ｒが
前記光ビーム断面の半径ｈに対応していること
と、 前記第一のレンズ１８と前記第二の光検出器３
０との間にて前記光ビーム内に設けられ、中心孔
と該中心孔を囲む環状の孔とを有し、前記光ビー
ムの方向に前記サンプルボリユームの限界を郭定
するように寸法が定められたフイルタ２０と、 前記第二の光検出器３０は前記第一のレンズ１
８と前記第一の光検出器２２との間に配置されて
いることと、 前記フイルタ２０の中心孔内に配置された第二
のレンズ２８によつて前記レーザ１２からの光エ
ネルギが前記第二の光検出器３０上にその焦点が
結ばれるように構成されていることと、を含むこ
とを特徴とする前方散乱レーザ粒子センサ。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US37686182A | 1982-05-10 | 1982-05-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01144850U JPH01144850U (ja) | 1989-10-04 |
| JPH0240526Y2 true JPH0240526Y2 (ja) | 1990-10-29 |
Family
ID=23486812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1988158452U Expired JPH0240526Y2 (ja) | 1982-05-10 | 1988-12-05 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0108799B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0240526Y2 (ja) |
| DE (1) | DE3381053D1 (ja) |
| WO (1) | WO1983004098A1 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2166232A (en) * | 1984-10-10 | 1986-04-30 | Lee Dickens Limited | Monitoring oil mist level |
| US4890920A (en) * | 1986-02-12 | 1990-01-02 | Combustion Engineering, Inc. | In situ particle size measuring device |
| US5701176A (en) * | 1995-07-28 | 1997-12-23 | Precision Detectors, Inc. | High temperature light scattering measurement device comprising a rigid extension tube |
| US5831730A (en) * | 1996-12-06 | 1998-11-03 | United Sciences, Inc. | Method for monitoring particulates using beam-steered solid-state light source |
| GB2390893A (en) * | 2002-07-15 | 2004-01-21 | Pcme Ltd | Method and apparatus for monitoring particles in a stack |
| GB2398117A (en) * | 2002-12-23 | 2004-08-11 | Borealis Tech Oy | Catalyst flow meter |
| GB2422897A (en) | 2005-02-02 | 2006-08-09 | Pcme Ltd | A monitor for monitoring particles flowing in a stack |
| WO2012126470A1 (en) * | 2011-03-23 | 2012-09-27 | Danfoss Ixa A/S | High temperature gas sensor |
| BE1026632B1 (nl) * | 2018-09-18 | 2020-04-16 | Optimum Nv | Sorteerapparaat |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1969626A (en) * | 1931-08-14 | 1934-08-07 | Simon Alfred Walter | Smoke density meter device |
| US3713743A (en) * | 1970-11-25 | 1973-01-30 | Agricultural Control Syst | Forward scatter optical turbidimeter apparatus |
| US3743430A (en) * | 1971-11-12 | 1973-07-03 | Shell Oil Co | Light transmission monitor |
| US3850529A (en) * | 1972-10-26 | 1974-11-26 | R Brugger | Device for calibrating a transmissometer |
| JPS5845582B2 (ja) * | 1976-07-23 | 1983-10-11 | 株式会社デンソー | 内燃機関用燃料噴射量演算方法 |
| JPS53111777A (en) * | 1977-03-11 | 1978-09-29 | Taishin Kougiyou Kk | Nephelometer |
| DK466080A (da) * | 1979-11-14 | 1981-05-15 | Carrier Corp | Fremgangsmaade og apparat til at overvaage taetheden af partikelformet stof der er foert med i en gasstroem |
-
1983
- 1983-05-10 WO PCT/US1983/000713 patent/WO1983004098A1/en not_active Ceased
- 1983-05-10 DE DE8383902028T patent/DE3381053D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1983-05-10 EP EP19830902028 patent/EP0108799B1/en not_active Expired
-
1988
- 1988-12-05 JP JP1988158452U patent/JPH0240526Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1983004098A1 (en) | 1983-11-24 |
| DE3381053D1 (de) | 1990-02-08 |
| EP0108799B1 (en) | 1990-01-03 |
| EP0108799A4 (en) | 1984-09-14 |
| JPH01144850U (ja) | 1989-10-04 |
| EP0108799A1 (en) | 1984-05-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7551277B2 (en) | Particle monitors and method(s) therefor | |
| EP2112639B1 (en) | Improvement(s) related to particle detectors | |
| JP5574959B2 (ja) | 流体内の汚染物質を遠隔モニタするためのシステム及び方法 | |
| JP4802310B2 (ja) | 浮揚汚染物質の検出 | |
| JPH0240526Y2 (ja) | ||
| KR101451983B1 (ko) | 연기 감지기 | |
| US4966462A (en) | Series cell light extinction monitor | |
| US4482247A (en) | Forward scattering laser particulate sensor | |
| US11733149B2 (en) | Monitor for environmental particulate matter size, concentration, and complex index of refraction | |
| JP5453607B2 (ja) | 光散乱式ダスト濃度計 | |
| EP0590841B1 (en) | Device and method for determining the particle size distribution | |
| JPS59501172A (ja) | 前方散乱レ−ザ粒子センサ | |
| CA1240758A (en) | Forward scattering laser particulate sensor | |
| AU2007203107B2 (en) | Improvement(s) related to particle monitors and method(s) therefor | |
| KR20230032181A (ko) | 미세오염물질입자 측정장치 | |
| Wolf | Continuous across-the-stack measurement | |
| CA2598926A1 (en) | Improvement(s) related to particle monitors and method(s) therefor | |
| JP2923068B2 (ja) | 高温ガス浄化方法及び装置 | |
| KR20250097305A (ko) | 재생오일 내 포함된 입자 검출장치 | |
| Nan et al. | Experimental study on the testing environment improvement of fire smoke detectors | |
| Partin et al. | Investigation of optical technologies for measuring geothermal fluid properties | |
| CN118583813A (zh) | 一种污染源监测系统及方法 | |
| HK1099395B (en) | Improvement(s) related to particle monitors and method(s) therefor | |
| HK1115188A (en) | Housing arrangement adapted to be mounted on a duct and a method of mounting a housing on a duct | |
| HK1115187A (en) | A chamber configuration for a particle detector and a method of enabling fluid to flow through a particle detection zone |