JPH03220444A - 吸光状態測定方法および吸光測定装置 - 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、測定光を照射窓から測定対象流体中に入射さ
せ、その測定対象流体を透過した後に受光窓に受け入れ
た測定光を用いて前記測定対象流体の吸光状態を測定す
る吸光状態測定方法、および、測定対象流体に光源から
の測定光を入射させるための照射窓と、その照射窓から
射出されて前記測定対象流体中を透過した測定光を受け
入れて吸光状態測定用の受光手段に受光させるための受
光窓とを、離隔させて設けてある吸光測定装置に関する
。

〔従来の技術〕

上述した流体の吸光状態の測定は、例えば、得られる吸
収係数からそれに比例する測定対象流体の濃度を求めた
り、或いは、受光窓に受け入れた測定光をスペクトル分
析して測定対象流体の成分の同定を行ったりするための
ものである。ところが、この測定は、測定光を照射窓か
ら測定対象流体中に入射させ、その後、測定対象流体を
透過した測定光を受光窓から取り出すものであり、測定
に際して、照射窓と受光窓とがともに測定対象流体に接
触しているから、長期間に亘って測定を続けていると、
それら照射窓および受光窓に汚れが付着したり疵が付い
たりすることに起因してその照射窓および受光窓の部分
での光の吸収に変化が生じ、同じ吸収係数の測定対象流
体であっても、得られる測定光の強度が汚れや疵のない
時点としては異なることとなってしまう。そこで、従来
、定期的に照射窓や受光窓の清掃を行ったり、汚れ等が
ひどくなると照射窓や受光窓を新品に取り替えたり、と
いったメンテナンス作業を行うとか、或いは、そのよう
な経年変化による影響を除去するために、測定を開始す
る前に、例えば、汚れや疵のない時点で得た測定光の強
度に基づいて、測定系を較正（キャリブレーション）す
ることが−船釣に行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述した従来の測定においては、つまり、従来
の吸光状態測定方法による測定、或いは、従来の吸光測
定装置を用いた吸光状態の測定においては、前者のメン
テナンス作業を行う場合にはその作業に多大の労力を要
するとともに流体の流れを中断しなければならないので
操業率が低下するものであり、特に、扱う流体が汚泥や
或いは濁度の高いものである場合には汚れ等がつき易く
そのメンテナンス作業を頻繁に行う必要があって効率的
でなく、また、後者のキャリブレーション作業を行う場
合には、測定の度に、それに先立って必要となるキャリ
ブレーションの作業が煩わしく、かつ、そのキャリブレ
ーションのために吸収係数が既知である流体を用いて測
定光の基準強度を得る必要があることからその作業に手
間が掛かる問題があった。

本発明の目的は、上記実情に鑑み、長期間にわたって測
定を行っても汚れや疵等による影響を受けることなく、
かつ、測定対象流体の流れを中断することなく測定を継
続して行うことのできる吸光状態測定方法および吸光測
定装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために講じた第１の手段である本発
明による吸光状態測定方法の特徴は、測定対象流体に光
源からの測定光を入射させるための照射窓と、この照射
窓から射出されて前記測定対象流体中を透過した測定光
を受け入れて吸光状態測定用の受光手段に受光させるた
めの受光窓とを設定距離を隔てて位置させた第１の測定
状態で前記受光窓に受け入れた第１の測定光の強度、及
び、この第１の測定状態とは異なる設定距離を隔てて前
記照射窓と受光窓とを位置させた第２の測定状態で前記
受光窓に受け入れた第２の測定光の強度とを用いて、ｋ
−（１／ΔＬ）ｌ！ｏｇａ　Ｉｏｕｔ／Ｉ′ｏｕｔ）た
だし、ｋ：測定対象流体での吸収係数ΔＬ：２つの測定
状態間の照射窓と受光窓との離隔距離の差 Ｉｏｕｔ：第１の測定光の強度 Ｉ′ｏｕｔ：第２の測定光の強度 の式により前記測定対象流体（Ｓ）の吸収係数を求める
ことにある。

また、前記目的を達成するために講じた第２の手段であ
る本発明による吸光測定装置の特徴構成は、照射窓と受
光窓とを測定光の透過方向に沿って相対移動自在に設け
、それら照射窓と受光窓とを相対移動させて離隔距離を
変更する測定距離変更手段と、この測定距離変更手段に
より互いに離隔距離を異ならせた２つの測定状態で前記
受光手段が各別に受光した第１および第２の測定光の強
度を用いて、 ｋ＝　（１／ΔＬ）・ｆｏｇｓ　Ｉｏｕｔ／Ｉ′ｏｕｔ
）ただし、ｋ：測定対象流体の吸収係数 ΔＬ＝２つの測定状態間での照射窓と受光窓との離隔距
離の差 Ｉｏｕｔ：第１の測定光の強度 Ｉ′ｏｕｔ：第２の測定光の強度 の式により前記測定対象流体の吸収係数を求める演算手
段とを設けたことにある。

〔作　用〕

つまり、この種の吸光状態の測定においては、測定が面
倒なこと、および、測定系の感度の影響があることから
、測定光の強度の絶対値を測定するのではなく、一般に
、測定対象流体に入射した測定光（以下、入射光と称す
る）の強度と測定対象流体を透過した後に受光された測
定光（以下、出射光と称する）の強度との比を求めこと
が行われる。そして、上述の比と測定対象流体の吸収係
数との間には、ランハート−ヘールの法則によって、次
の■弐の関係があることが知られている。すなわち、 Ｉｏｕｔ／１．、＝ｅ−”Ｌ　　　　　　■ただし、Ｉ
ｏｕ　ｔ　：出射光の強度 １１）１：入射光の強度 に：測定対象流体の吸収係数 Ｌ：照射窓と受光窓との離隔距離 である。一般には、この０式により、吸収係数を求める
のである。

ここで、上掲の０式に照射窓および受光窓等による吸収
を導入すると、 Ｉｏｕｔ／ＩＢ＝ｅ−”°１゛１′　　　　　　　■た
だし、ａ：照射窓と受光窓等による吸収となる。そして
、それら照射窓ならびに受光窓に汚れや疵が付くと、上
掲の０式における［ａ］の値が変化するため、吸収係数
を正確に求めることができなくなるのである。

しかし、この吸収は、長期間に亘る使用では変化するが
、はぼ同時期に照射窓と受光窓との位置関係が変わって
も変化するものではない。

そこで、照射窓と受光窓との離隔距離を異ならせた第２
の測定状態で測定を行うと、この場合に得られる出射光
の強度と測定対象流体の吸収係数との関係は、 Ｉ′ｏｕｔ／Ｉ、、−ｅ−（ｋ”’　”’　　　　　　
■ただし、Ｉ′ｏｕｔ：第２の測定状態での出射光の強
度 Ｌ゛：第２の測定状態での照射窓と 受光窓との離隔距離 （＝Ｌ＋ΔＬ） となる。

従って、０式と０式とを連立させて［ｋ］について解く
と、 （Ｉｏｕ　ｔ／　Ｉ　Ｉ　Ｎ）バＩ′ｏｕｔ／ＩｔＮ）
　　＝　ｅ（”°ｌ−＋ａｌｌ　　／（ｅ−１°Ｌ’　
ｏｎ＋　） ■ｏｕｔ／ｆ’。ｕｔ＝ｅ（−に−Ｌ−ａ〉−（−に’
Ｌ’　−ａ）＝ｅｋ−（１−１’） となり、両辺の対数をとって、 ｌｏｇ、Ｉｏｕｔ／Ｉ′ｏｕｔ）＝に、（Ｌ’−Ｌ）＝
ｋ・ΔＬ となるから、結局、 ｋ＝（１／ΔＬ）・ｌ　Ｉｇ、（Ｉｏｕｔ／Ｉ′ｏｕｔ
）■ の弐のよって、測定対象流体の吸収係数を求めることが
できる。そして、この式から明らかなように、吸収係数
を求めるにあたって、照射窓ならびに受光窓による吸収
の要素が除去されており、また、照射窓と受光窓との離
隔距離は必要でなく２つの測定状態でそれらの離隔距離
の差が分かればよく、さらに、測定対象流体へ入射され
る測定光の強度は分がっていなくてもよい 要約すると、設定距離を互いに異ならせた２つの測定状
態で得た２つの測定光の強度を用いて前掲の０式に基づ
いて計算すると、照射光や受光窓についた汚れや疵の影
響を受けることなく、測定系の経年変化に拘らず、常に
正確に測定対象流体の吸収係数を求めることができるの
である。

また、請求項２記載のように、上述のような吸収係数を
求めるアルゴリズムを組み込んだ測定手段を備えた吸光
測定装置においては、照射窓と受光窓とのＭ隔距離を異
ならせる測定距離変更手段による２つの測定状態の切替
えと相俟って、上記演算手段が、自動的に測定対象流体
の吸収係数を求めるから、測定を極めて簡略かつ迅速に
行うことができる。

〔発明の効果］ その結果、本発明の吸光状態測定方法によれば、測定系
の経年変化に拘らず、照射窓や受光窓等による吸収の影
響を受けない状態で、常に、正確に測定対象流体の吸収
係数を求めることができるから、多大の労力を要し操業
率を低下させる虞のあるメンテナンス作業を煩雑に行う
必要なく、或いは、煩わしく手間の掛かるキャリブレー
ション作業を測定の度に行う必要なく、長期間にわたっ
て測定を行うことができ、しかも、その測定に際して測
定対象流体の流れを中断させることをなくせるから、全
体として、流体の吸光状態の測定を、手際よく行えるよ
うになった。

さらに、照射窓と受光窓との離隔距離は必要でなく、そ
れらの２つの測定状態間での差が分かη、ばよいから、
例えば、照射窓と受光窓とが分割されていて、それらを
流路径が不明な流路に通用する場合に、何れが一方の窓
の位置のみを正確に把握すればよく、測定系の流路への
設置が容易に行える利点もある。また、測定対象流体へ
の入射光の強さは必要でないから、測定光の強さを測る
ための構成を受光側だけに設けらればよく、測定系の簡
素化を図ることができる利点もある。

また、本発明の吸光測定装置によれば、本発明の吸光状
態測定方法を具現した一例であり、上述した効果に加え
て、測定の手順を自動化することで、より一層の測定作
業の簡略化ならびに迅速化を図ることができる。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。なお、
本発明の吸光状態測定方法の一例は本発明の吸光測定装
置によって具現されるものであるから、本発明の詳細な
説明は、吸光測定装置の説明を以って、両発明の説明を
兼ねて行う。

第１図および第２図に示すように、測定対象流体（Ｓ）
が流れる輸送管（ｐ）の管壁の互いに対向する箇所に、
光源（１）から出射されコリメータレンズ（２）で平行
光線束に整形された測定光を測定対象流体（Ｓ）に入射
させる照射窓（３）と、その照射窓（３）から射出され
て前記測定対象流体（Ｓ）中を透過した測定光を受け入
れて集光レンズ（４）で集光させた後に吸光状態測定用
の受光手段である受光素子（Ｓ）に受光させるための受
光窓（６）とを、振り分けて配設し、前記受光素子（５
）により受光されて光電変換された光電流を用いて測定
対象流体（Ｓ）の吸光状態を測定するための演算手段（
７）を設けて、吸光測定装置を構成しである。

前記受光窓（６）が設けられた流路の部分に、側方に膨
出する形状の補助室（８）を形成してあり、その補助室
（８）内に、前記受光窓（６）・集光レンズ（４）・受
光素子（５）からなる受光ユニット（Ｒ）を、ダイヤフ
ラム（９）を介して前記管壁に支持させた状態で収容し
、その受光ユニ７ト（Ｒ）を輸送管（［〕）の径方向に
沿って位置変更させるように前記ダイヤフラム（９）を
伸縮させる一対のフリツプ（ｌＯ）を設けてある。

この一対のフリツプ（１０）は、前記演算手段（７）を
含む制御装置（Ｃ）からの制御信号によって伸縮駆動さ
れるように構成しである。そして、前記演算手段（７）
は、測定距離変更手段である上述したフリツプ（１０）
に対する制御信号に応して自動的に前記受光ユニ７ト（
Ｒ）の移動で照射窓（３）と受光窓（６）との離隔距離
を互いに異ならせた２つの測定状態で前記受光素子（５
）が各別に受光した第１および第２の測定光の強度を用
いて、下記の式により前記測定対象流体（Ｓ）の吸収係
数を求めるように構成しである。すなわち、 ｋ−（１／ΔＬ）ｌ！ｏｇ＊　Ｉｏｕｔ／Ｉ′ｏｕｔ）
ただし、ｋ：測定対象流体の吸収係数 ΔＬ：２つの測定状態間での照射窓と受光窓との離隔距
離の差 ｒｏｕｔ：第１の測定光の強度 Ｉ′ｏｕｔ：第２の測定光の強度 つまり、流体の吸光状態に関わるランヘルドヘールの法
則から、測定対象流体（Ｓ）への入射光の強度ＣＩＩＮ
］と、測定対象流体（Ｓ）を透過した後の出射光の強度
［Ｉｏｕｔ］の比は、測定対象流体（Ｓ）の吸収係数［
ｋ］ならびに照射窓（３）と受光窓（６）との離隔距離
［Ｌ］とに応して変化し、その関係式は、 Ｉｏｕｔ／Ｉ＋ｓ＝ｅ　−”’ で表せる。そして、測定対象流体（Ｓ）による吸収以外
の照射窓（３）と受光窓（６）等による吸収［ａ］を含
めて考えると、上式は、 Ｉｏｕｔ／１１Ｈ＝ｅ　−”°１゛１ と表せるから、照射窓（３）と受光窓（６）との離隔距
離を互いに異ならせて得た２つの出射光の強度［Ｉｏｕ
ｔ、　Ｉ′ｏｕｔ］を用いて、各別に、Ｉｏｕｔ／Ｉ＋
Ｎ＝ｅ−””ａ） Ｉ′ｏｕｔ／Ｉ＋Ｎ＝ｅ−”°１″＋まただし、Ｌ’＝
Ｌ＋ΔＬ の関係式を得、それらを連立させて吸収係数［ｋ］につ
いて解くことで、経年変化が生しる照射窓（３）と受光
窓（６）等による吸収ｆａ］の影響を除去して、長期間
に亘って連続的な吸光状態の測定を簡単にかつ迅速に行
えるようにしである。すなわち、 ｋ−（１／ΔＬ）ｌ！ｏｇ、　Ｉｏｕｔ／Ｉ′ｏｕｔ）
Ｏこよって吸収係数Ｆｋ］を求めるのである。

〔別実施例〕

次に、本発明の別の実施例を列記する。

くｌ〉吸光状態測定方法において、第１の測定光の強度
ならびに第２の測定光の強度を測定した後、それから手
計算或いは計算機へ入力することによって、吸収係数［
ｋ］を求めてもよい。

〈２〉吸光測定装置において、照射窓（３）と受光窓（
６）とを輸送管（Ｐ）の管壁に設ける構成に替えて、照
射窓（３）と受光窓（６）のほか光源（１）や受光素子
（５）や測定手段（７）等を一体化して携帯も可能な構
成とし、測定に際して、その照射芯（３）と受光窓（６
）との部分を測定対象流体（Ｓ）中に浸漬して測定を行
えるようにしてもよい。

く３〉吸光測定装置において、受光窓（６）を移動させ
ることに替えて照射窓（３）を移動させてもよく、要す
るに、照射窓（３）と受光窓（６）とを、測定光の透過
方向に沿って移動させるものであれば、測定距離変更手
段の具体的構成は適宜変更自在で、例えば、手動操作す
るものであっても、２つの測定状態間の照射窓（３）と
受光窓（６）との離隔距離の差が測定手段において検出
できる構成であれば構わない。

く４〉光源（１）の種類或いは受光手段（５）の形式等
は任意である。また、測定対象流体（Ｓ）の種類は特に
限定されるのではない。

〈５〉本発明による測定は、単に全波長に亘る吸収係数
を測定する場合だけでなく、各種の単色光を用いて異な
る波長毎に得た測定結果から、スペクトル分析を行うも
のであってもよい。

４ 面、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る吸光状態測定方法および吸光測定装
置の実施例を示し、第１図及び第２図はそれぞれ異なる
測定状態での吸光測定装置の概略構成図である。 （１）・・・・・・光源、（３）・・・・・・照射窓、
（５）・・・・・・受光手段、（６）・・・・・・受光
窓、（７）・・・・・・演算手段、（ｌＯ）・・・・・
・測定距離変更手段、（Ｓ）・・・・・・測定対象流体
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、測定光を照射窓（３）から測定対象流体（Ｓ）中に
   入射させ、その測定対象流体（Ｓ）を透過した後に受光
   窓（６）に受け入れた測定光を用いて前記測定対象流体
   （Ｓ）の吸光状態を測定する吸光状態測定方法であって
   、前記照射窓（３）と受光窓（６）とを設定距離を隔て
   て位置させた第１の測定状態で前記受光窓（６）に受け
   入れた第１の測定光の強度、及び、この第１の測定状態
   とは異なる設定距離を隔てて前記照射窓（３）と受光窓
   （６）とを位置させた第２の測定状態で前記受光窓（６
   ）に受け入れた第２の測定光の強度とを用いて、 ｋ＝（１／ΔＬ）・ｌｏｇ＿ｅＩｏｕｔ／Ｉ′ｏｕｔ）
   ただし、ｋ：測定対象流体の吸収係数 ΔＬ：２つの測定状態間での照射窓と 受光窓との離隔距離の差 Ｉｏｕｔ：第１の測定光の強度 Ｉ′ｏｕｔ：第２の測定光の強度 の式により前記測定対象流体（Ｓ）の吸収係数を求める
   吸光状態測定方法。 ２、測定対象流体（Ｓ）に光源（１）からの測定光を入
   射させるための照射窓（３）と、この照射窓（３）から
   射出されて前記測定対象流体（Ｓ）中を透過した測定光
   を受け入れて吸光状態測定用の受光手段（５）に受光さ
   せるための受光窓（６）とを、離隔させて設けてある吸
   光測定装置において、前記照射窓（３）と受光窓（６）
   とを測定光の透過方向に沿って相対移動自在に設け、そ
   れら照射窓（３）と受光窓（６）とを相対移動させて離
   隔距離を変更する測定距離変更手段（１０）と、この測
   定距離変更手段（１０）により互いに離隔距離を異なら
   せた２つの測定状態で前記受光手段（５）が各別に受光
   した第１および第２の測定光の強度を用いて、 ｋ＝（１／ΔＬ）・ｌｏｇ＿ｅＩｏｕｔ／Ｉ′ｏｕｔ）
   ただし、ｋ：測定対象流体の吸収係数 ΔＬ：２つの測定状態間での照射窓と 受光窓との離隔距離の差 Ｉｏｕｔ：第１の測定光の強度 Ｉ′ｏｕｔ：第２の測定光の強度 の式により前記測定対象流体（Ｓ）の吸収係数を求める
   演算手段（７）とを設けてある吸光測定装置。