JPH0264435A - 粒度測定装置 - Google Patents

粒度測定装置

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JPH0264435A
JPH0264435A JP63215092A JP21509288A JPH0264435A JP H0264435 A JPH0264435 A JP H0264435A JP 63215092 A JP63215092 A JP 63215092A JP 21509288 A JP21509288 A JP 21509288A JP H0264435 A JPH0264435 A JP H0264435A
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JP
Japan
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light
particle size
light receiving
transmission cable
sensing
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Pending
Application number
JP63215092A
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English (en)
Inventor
Kazuyoshi Chokai
鳥海 計美
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Y D K KK
Original Assignee
Y D K KK
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Publication date
Application filed by Y D K KK filed Critical Y D K KK
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Publication of JPH0264435A publication Critical patent/JPH0264435A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205Investigating particle size or size distribution by optical means

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

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】 11上例杜肛分死 この発明は、粒度計、特に粉体等微粒子の粒度を測定す
る粒度測定装置に関連する。
災米立茨五 例えば、特開昭49−27285号公報に示されるよう
に、ガス状の流体中に粉末材料を懸濁させて、粉末材料
にレーザビームを照射することにより粉末材料の粒度を
測定する技術は公知である。
発光装置から発射された単色平行光線の収斂レーザビー
ムを粉末材料に対して照射すると、粉末材料によってフ
ランホーファの回折像が光学系の焦点面に形成される。
この回折像の光強度は光学系の焦点面に配置された光電
池により検出される。
このとき、回折を受けない光は焦点に集光し1円錐状に
回折された光は光軸の周りに結像する。そして、同一回
折角を有する光は常に焦点面上の同一半径上に集光する
ガス状の流体中に懸濁された粉末材料は種々の直径を有
する粒子の集合であり、それらの粒子から得られる回折
像はさまざまな半径上の位置に結像する。即ち、焦点面
上には粒子径の分布に対応した回折光強度分布が観察さ
れる。従って、光学系の焦点面上に結像した回折像の光
強度を光電池で検出して粒子径を測定することができる
フランホーファの回折像を利用する粒度測定装置につい
て説明すると、aを粒子の半径、c=1/λ E / 
x a7、Eを粒子上への入射エネルギ、λを平行光線
波長、pを焦点面上の位置、k=2π/λ、ω=s/f
、sを焦点面上の半径、ρをディスクの中心からの距離
とすると、振幅U(p)は。
U(p)=2πc/a’Jo(kρω)ρdρ   (
1)で与えられる6式(1)を積分すると。
U(p)= xa”c(2Jo(ka ω)/ka ω
)  (2)従って、光度分布I (p)は。
I (p) = (U (p))’ =(za”c)”(2Ja(ka ω)/ka ω)”
   (3)となる、焦点上の強度を10とすると、式
(1)でω=0とおけばよいから、 ■。=(πa2c)”            (4)
で与えられる。従って比強度をYとすれば、Y = I
 (p)/ I。=4(J、(kρω)八ρω)”  
(5)となる1式(3)右辺の(J、(ka ω)/k
a ω)”の極大値は、 d(Jt(kaω)/kaω)/d(kaω)=O(6
)を満足するkaωで与えられる。ベッセル関数の斬化
式より式(6)が成立するにはJz(kaω)=0であ
ればよく、また最小値はJl(kaω)=0が成立すれ
ばよい。
焦点面上の半径Sは無次元半径Xa=kaωとすると、 5=Xaλf/2xa          (7)とな
る、このように、回折像の直径は粒子径の直径に反比例
することになる。更に、式(5)から明らかなように、
比強度は粒子の位置には無関係に決定され、粒子が光束
中のどの位置にあっても回折像の位置は変わらない。l
だ、粒子径が大きい場合には回折リングの直径は小さく
、粒子径が小さい場合には回折リングの直径が大きくな
る。しかし、粒子径と回折リングの直径との関係は使用
する光又はレンズの種類等により変化する。従って、装
置の内容を決定すると、粒子径と回折リングの直径との
関係は一義的に決定される。複数の粒子が存在する場合
にも、それぞれの粒子が形成する回折リングはレンズの
使用により同心円となる。
他面、米国特許第4,274,741号公報には複数の
扇形の光電池を使用する粒度測定装置が開示されている
。この粒度測定装置を第3図及び第4図について説明す
る。図示しない発光装置からヘリウム−ネオンレーザの
単色光線1が試料を内蔵した透明の容器2に対し照射さ
れる。容器2を通過した光はレンズ3を通じて焦点面4
上の焦点5上に結像される。受光装W6の焦点面7には
第4図に示すように1種々の大きさを有する複数の扇形
の光電池8が設けられている。光電池8の出力は導線9
及び増幅器10.11を通じて演算回路12に供給され
、焦点面7において焦点5からの半径に対応する光強度
が測定される。このように1回折リングの大きさにより
試料の粒度を決定することができる。
また、特公昭57−21042号公報又は56−667
37号公報に示されるように、光散乱による粒子径測定
装置が公知である。この粒子径測定装置では、偏向され
ていないレーザ光等の単一波長光を粒子に照射したとき
、散乱光強度の散乱角分布を垂直成分と水平成分とにつ
いて測定すると粒子径の変化に対して特定の光強度分布
が得られる。この理論はミー(Mis)により提起され
「ミー散乱」と指称されている。ミーは垂直及び水平偏
向強度分布に基づいて得られる1個の粒子からの散乱光
強度が散乱角度1粒子径パラメータα及び被測定物質の
複素屈折率の関数で示されることを解析している。粒子
径パラメータαは、Dρを粒子径、λを光源の波長とす
ると。
α=πDp/λ で定義される。ここで、 (1)  α〈0.3ではレ
イライ散乱領域、 (2)  0 、3 <αく2では
ミー散乱領域、 (3)  2<αでは振動領域として
表わされる。このように散乱光強度を測定して粒子の体
積又は粒径を求めることができる。
が  しようとする課題 ところで、上記の米国特許に開示される粒度測定装置で
は、所定の扇形状に形成された複数のシリコン単結晶を
光電池として使用しなければならない。このため、シリ
コン単結晶を所定の扉形に成形して光電池を製造したり
、光電池に導線を接続する工程を熟練者により慎重に行
わなければならず、光電池の製造に長時間を要していた
。従って、受光装置の価格が高騰した。
また、従来の粒度測定装置では焦点面に配置された光電
池の形状が予め決められており、変更することができな
い。このため、回折光又は散乱光の分解能を変更するに
は種々の形状を有する光電池を具備する多数の受光装置
を準備して必要に応じて受光装置を交換しなければなら
ないから、膨大な設備費用及び工数を必要とする。
そこで、この発明は上記の欠点を解消して安価に製造で
きかつ回折光又は散乱光の分解能を自由に選択すること
のできる粒度測定装置を提供することを目的とする。
を  するための手 この発明による粒度測定装置は、粒度を測定すべき物質
を収容する透明な容器と、容器に対し光線を照射する発
光装置と、発光装置から照射された光線が容器内の物質
により回折又は散乱されて形成された受光面上の回折像
の光強度分布又は散乱光強度分布を測定する受光装置と
を有する。受光装置は受光面上に配置された受光端部を
有する可撓性の光伝達ケーブルと、光伝達ケーブルの発
光端部に隣接して配置された光電変換装置とを有する。
詐二J1 可撓性の光伝達ケーブルを使用することにより、高価な
シリコン単結晶の光電池を使用せず受光装置を安価に製
造することができる。また、光伝達ケーブルの受光端部
と発光端部を所望の形状に形成できるうえ、発光端部に
光学的に接続された受光装置の発・光端部を光伝達ケー
ブルを通じて所望の場所に設置することが可能となる。
受光面に配置された光伝達ケーブルの受光端部を適宜選
択することにより回折光又は散乱光の分解能を任意に選
択することができる。更に、光伝達ケーブルは温度、衝
撃及び振動の影響を受けにくく、電磁ノイズの影響を受
けないので、光伝達ケーブルの発光端部を発光装置等の
発熱部から十分に離れた位置に設置して正確な測定を行
うことができる。
更に、粒度の測定条件を変えて異なる直径の回折リング
又は散乱光を形成する場合に、受光面上の光強度を測定
しかつ測定値をコンピュータ処理することにより、回折
光又は散乱光の全体的に又は部分的に種々の分解能で粒
度を測定することができる。
去−」L−釘 以下、光回折法を利用して粒度を測定する粒度測定装置
について実施したこの発明の実施例を第1図及び第2図
について説明する。
まず、第1図に示すように、この発明による粒度測定装
置20は、粒度を測定すべき物質を収容する透明な容器
(セル)21と、容器21に対し光線を照射する発光装
置22と、発光装置22から照射された光線が容器21
内の物質により回折されて形成された焦点面である受光
面23上の回折像の光強度分布を測定する受光装置24
とを有する。発光装置22はヘリウム−ネオンレーザで
あり、拡散レンズ22aが設けられている。実際にはへ
リウムーネオンレーザの代わりに半導体レーザを使用す
ることも可能である。また、拡散レンズ22aと後述の
凸レンズ26の代わりにビームエックスパンダを使用す
ることもできる。
発光装置22から拡散状態で発射された単色光は容器2
1の前後に配置された光学系25に導入される。光学系
25は発光装置22から拡散された光を平行光線に変換
する凸レンズ26と、容器21を通過した光を集光′す
る集光レンズ27とを有する。集光レンズ27は実際に
は2つのレンズ27aと、27bを有する。集光レンズ
27の受光面23には受光装置24の受光端部28(第
2図)が配置される。容器21内には水又はアルコール
等の光透過性溶液内に微粒子が混入された懸濁液が収容
されている。受光装置24の出力はコンピュータからな
る演算回路30に供給され、演算回路30の出力はデイ
スプレー装置31とプリンタ32に供給される。また、
演算回路30はキーボード33の入力により制御される
0発光装置22の発光状態は演算回路30を通じてキー
ボード33により制御される。
第2図に示すように、受光装置24は受光面23上に配
置された受光端部28を有する可撓性の光伝達ケーブル
34と、光伝達ケーブル34の発光端部35に隣接して
配置された光電変換装W36とを有する。光電変換装置
i36は受光トランジスタ、受光ダイオード等の光電池
が使用される。
詳細には図示しないが、各光伝達ケーブル34は入射し
た光を伝達するコアと、コアの周囲に形成されたクラッ
ドと、クラッドの外面を被覆する外装とを有する。第2
図に示すように5例えば光伝達ケーブル34はケース3
7内に3列に配置され、各列の光伝達ケーブル34の数
は回折リングの大きさに適合する長さを与える。
上記の構成において1発光装置22から拡散されかつ発
射されたレーザ光は凸レンズ26により平行光線に変換
された後、透明な容器21に照射される。容器21内を
通過した光は集光レンズ27により受光面23上の焦点
29に集光される。
容器21内の微粒子により回折された回折光は焦点29
上に集光されずに受光面23上に光の回折リングを形成
する。この状態で1回折光は受光面23上に配置された
受光装置24の受光端部28に入射し光伝達ケーブル3
4を通り光電変換装置36に伝達され、光電変換装置3
6により光強度が電気信号に変換される。光電変換装置
36の出力は演算回路30により数値変換され、デイス
プレー装置31により表示される。図示の例では、光伝
達ケーブル34は3列に配置されるが、各光伝達ケーブ
ル34の受光端部28上の受光断面積は一定であるから
、焦点29を含む半径上に受光端部28を配置しておく
と、回折リングを形成する各半径上の光強度及び回折リ
ングの大きさを計測することができる。
この場合、可撓性の光伝達ケーブル34を使用すること
により、高価なシリコン単結晶の光電池を使用すること
なく受光装置24を製造することができる。また、光伝
達ケーブル34の受光端部28と発光端部35を所望の
形状に形成できるので、受光装置24を所望の場所に設
置することが可能となる。更に、受光面23に配置され
た光伝達ケーブル34の受光端部28を適宜選択するこ
とにより回折光の分解能を任意に選択することができる
。即ち、回折光の分解能を向上するとき。
多数の光伝達ケーブル34の受光端部28から受光した
光の光量を部分的に又は全体的に測定することができる
。逆に、低い分解能で粒度を測定する場合には不必要な
受光端部28での受光を測定しなければよい。このよう
に多数の受光端部28から必要な受光端部28のみを選
択する操作は。
キーボード33を通じて演算回路30を作動させること
により極めて容易に行うことができる。
更に、光伝達ケーブル34は温度、衝撃及び振動の影響
を受けにくく、電磁ノイズの影響を受けないので、光伝
達ケーブル34の発光端部35を発光装置22等の発熱
部から十分に離れた位置に設置して正確な測定を行うこ
とができる。また、粒度の測定条件を変えて異なる直径
の回折リングを形成する場合に、光伝達ケーブル34を
通じて回折リングの各半径上の光強度を測定しかつ測定
値をコンピュータ処理することにより、変化した条件の
下に種々の分解能で粒度を測定することができる。
この発明の上記実施例は変更が可能である。例えば、上
記の実施例では光回折法を利用して粒度を測定する粒度
測定装置について説明したが、光散乱法による粒度の測
定にもこの発明を実施できることは明らかである。この
場合に光源から照射される光線の光軸に対し直角方向に
散乱する光の散乱光強度を測定しなければならないが、
受光装置24の各受光端部28が散乱光に対し直角面を
なすように受光装置24を配置して、ケース37を直線
状以外に環状又は円弧状に形成することもできる。
1JR戸碩釆 上述のように、所定の扇形状に形成された複数のシリコ
ン単結晶を光電池として使用する必要がなく、光電池を
短時間にかつ低価格で製造することができる。また、光
伝達ケーブル及び光電変換装置を介して受光面の所望の
位置の光量を測定することができるので、回折光又は散
乱光の全体的な又は部分的な分解能を適宜変更すること
が可能となる。この場合に、コンピュータの演算回路を
通じて種々の大きさの回折リング又は散乱光に受光装置
を適用することができる。また、受光面の配置を変更す
ることにより光回折法で使用したこの発明の粒度測定装
置をそのまま光散乱法の粒度ホク定装置として使用する
ことができる。更に、光伝達ケーブルの発光端部を所望
の位置に設置できるので、取付スペースの有効活用を図
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による粒度測定装置の概略を示すブロ
ック図、第2図は受光装置の概略を示す斜視図、第3図
は従来の粒度測定装置のブロック図、第4図は従来の粒
度測定装置の受光装置を示すブロック図である。 2000粒度測定装置、 215.容器、 2260発
光装置、 239.受光面、 24.。 受光装置、 280.受光端部、 達ケーブル、3501発光端部、 変換装置。 340.先広 368.光電 特許出願人 株式会社 ワイ・デー・ケー代 理 人 
清水敬−(番より1名)r′、、’、、、、、、)/ 第1図 第3図 第4図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 粒度を測定すべき物質を収容する透明な容器と、容器に
    対し光線を照射する発光装置と、発光装置から照射され
    た光線が容器内の物質により回折又は散乱されて形成さ
    れた受光面上の回折像の光強度分布又は散乱光強度分布
    を測定する受光装置とを有する粒度測定装置において、
    受光装置は受光面上に配置された受光端部を有する可撓
    性の光伝達ケーブルと、光伝達ケーブルの発光端部に隣
    接して配置された光電変換装置とを有することを特徴と
    する粒度測定装置。
JP63215092A 1988-08-31 1988-08-31 粒度測定装置 Pending JPH0264435A (ja)

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