JPH0575258B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は流体中の粒子計測装置、さらに詳細に
は流体中に混入している粒子の数密度を光子計数
法を用いて測定する装置に関する。

［従来の技術］ 従来、このような装置では、粒子を含む測定セ
ル中の流体にレーザ光を照射し、その散乱光を光
電子増倍管を用いて粒子特性を求めている。

この場合、流体中に混入している粒子の粒子径
が小さくなるにつれて、レーザを照射された粒子
からの散乱光は微弱になる。微弱光検出に対して
は、光電子増倍管をアナログ的に用いるよりも、
光子計数法として用いる方が有効な手段であるこ
とが知られている。

まず、従来の装置を第４図を用いて説明する。

第４図において、レーザ光源１から放出された
レーザ光は、レンズ２によつて測定領域３に集光
される。測定領域３は、流体が流れている測定用
セル４の内部である。測定領域内に粒子が通過す
ると、粒子は入射レーザ光を散乱する。粒子によ
つて散乱させられた光をレンズ５で集光し、スリ
ツト６上に結像させる。スリツトを通過した光は
光電子増倍管７の光電面に到達する。この時、光
を粒子すなわち光子として考えると、光電面に到
達した光子は光電効果により光電面から電子を放
出させる。光電面から放出された電子は、光電子
増倍管７の内部で10⁶倍程度増幅され、光電子増
倍管の出力信号となる。この出力信号を前置増幅
器８で増幅し、波高弁別器９に通す。波高弁別器
のしきい値は光電子増倍管の光電面から電子が１
個だけ放出した時の信号に対応する電圧または電
流の下限に設定しておく。前置増幅器８で増幅さ
れた信号が、波高弁別器９のしきい値より高い時
は、波高弁別器９からパルスが出力される。この
パルスはパルス波形整形回路１０によつてパルス
波形が整えられ、光電子パルスとして出力され
る。この光電子パルスを計数する方法が光子計数
法である。光子計数法においては、粒子からの散
乱光強度は単位時間毎の光電子パルス数に対応す
る。従つて、一定時間間隔内の光電子パルス数を
計数すれば、その計数値から流体中の粒子の数密
度を求めることができる。

しかし、流体中に混入している粒子の粒子径が
小さくなるにつれて、レーザ光を照射された粒子
からの散乱光が微弱になり、粒子からの光子の放
出過程が確率的になる。従つて、単位時間毎の光
電子パルス数の計数値のゆらぎが大きくなる。こ
のゆらぎは、粒子特性を求めるうえで問題とな
る。この光電子パルスの計数値のゆらぎをみかけ
上小さくし、粒子特性を求めやすくするために演
算処理が必要になる。

この演算処理方法としては移動平均法が有効で
ある。移動平均法を説明するために、ある時刻ｔ
からある時間Δtの間に計数した光電子パルス数
をＮ(t)とする。以後このΔtをサンプルタイムと
称する。ｔ＋Δtからｔ＋２・Δtの間に計数した
光電子パルス数をＮ（ｔ＋１）と表わすことにす
る。この表現方法では、ｋを整数として ｔ〜ｔ＋Δt Ｎ(t) ｔ＋Δt〜ｔ＋２・Δt Ｎ（ｔ＋１） ｔ＋２・Δt〜ｔ＋３・Δt Ｎ（ｔ＋２） ｔ＋ｋ・Δt〜ｔ＋（ｋ＋１）・Δt Ｎ（ｔ＋ｋ） と表わすことができる。移動平均の処理方法は、 Ｓ(t)＝_M-1 〓^k=0 Ｎ（ｔ＋ｋ） ……(1) である。ここで、Ｍは加算回路である。このよう
な処理を行なうと、光電子パルスの計数値のゆら
ぎをみかけ上小さくでき、粒子特性が求めやすく
なる。

従来の方法では、第４図において、パルス波形
整形回路１０から出力された光電子パルスをパル
ス計数回路１１で計数し、その計数値をメモリ回
路１２で記憶させ、演算装置で計数値を読み込
み、移動平均の演算処理を行なつている。

［発明が解決しようとする問題点］ 前述のような従来の方法で、光電子パルスの計
数値のゆらぎをみかけ上小さくするために、移動
平均法を用いて光電子パルスの計数値を演算装置
で演算処理した場合、演算時間が必要となる。す
なわち、実時間（リアルタイム）で流体中の粒子
の数密度を求めることができなくなる。

従つて本発明は、このような問題点を解決する
ためになされたもので、光子計数法による光電子
パルスの計数値のゆらぎをみかけ上小さくするた
めの移動平均を実時間で計算し、流体中の粒子の
数密度を実時間で計測できる粒子計測装置を提供
することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明においては上述した問題点を解決するた
めに、流体中粒子からのレーザ散乱光から得られ
る光電子パルスの計数値に対して移動平均処理を
行なつて粒子の特性を求める流体中の粒子計測装
置において、 粒子が流れる流体中にレーザ光を照射するレー
ザ光源と、 粒子からのレーザ散乱光を受光して電気信号に
変換する手段と、 前記光電変換手段からの信号を散乱光強度に応
じた数のパルスにするパルス発生手段と、 前記パルス発生手段からのパルスを計数し移動
平均処理の加算回数に対応する（Ｍ＋１）個のパ
ルス計数回路と、 前記（Ｍ＋１）個のパルス計数回路を制御する
手段と、 前記パルス計数回路の計数値とあらかじめ設定
した設定値とを比較する比較器と、 前記比較器からの信号から粒子数を計数する計
数回路とを備え、 前記（Ｍ＋１）個のパルス計数回路を順次作動
させることにより移動平均処理を実時間で行な
い、粒子計測を行なう構成を採用した。

［作用］ このような構成では、パルス計数に（Ｍ＋１）
個の計数回路が用いられており、前記（Ｍ＋１）
個の計数回路を（Ｍ＋１）ビツトのシフトレジス
タで制御するので、移動平均を実時間で処理する
ことができ、光子計数法を用いて流体中の粒子の
数密度を実時間で計測できる。

［実施例］ 以下、第１図〜第３図を用いて本発明の実施例
を詳細に説明する。

第１図には、本発明装置の構成が図示されてお
り、同図において第４図の同一部分には同一参照
符号を付し、その説明は省略する。

本発明装置では、光電子パルスを得るところま
では第４図装置と同一である。

上述した移動平均を表わす(1)式は、時刻ｔにお
いて、Ｍ・Δtの時間の間、光電子パルスを計数
したことに対応する。すなわち、Ｍ・Δtの時間
で光電子パルスを計数すれば、時刻ｔにおけるＳ
(t)は求めることができる。さらに（Ｍ＋１）個の
計数回路を用いれば、Ｓ(t)の時間変化が計測でき
る。

このために第１図に図示したように（Ｍ＋１）
個のパルス計数回路２１，２２，…２（Ｍ＋１）
が設けられる。各パルス計数回路はナンド回路を
介してパルス波形整形回路１０に接続されてお
り、シフトレジスタ５１のカウント出力端子１，
２，…Ｍ＋１からの信号に応じてカウント動作
し、その計数値をそれぞれラツチ回路３１，３
２，…３（Ｍ＋１）にラツチする。各ラツチ回路
の後段には選択回路４１，４２，…４（Ｍ＋１）
が接続されており、選択信号に応じてラツチ回路
にラツチされている計数値を比較器５５で比較
し、その結果をカウンタ５６で計数する。

また、計数を行なう基準クロツクを発生する基
準クロツク発生器５４が設けられており、基準ク
ロツクは1/2分周器５３を介してタイマー信号発
生回路５２に入力され、タイマー信号発生回路５
２からの信号がシフトレジスタ５１のタイマー端
子に入力される。

移動平均の加算回路Ｍを２回としたときの詳細
な回路が第２図に図示されている。第１図の同一
部分に同一番号が付されている。移動平均を求め
る加算回数を２回としたので、３個のパルス計数
回路２１〜２３と３ビツトのシフトレジスタ５１
が設けられる。

このような構成の計数装置の動作を第３図のタ
イミングチヤートを参照して説明する。

パルス波形整形回路１０から得られる粒子散乱
光に対応した光電子パルスが端子７２に入力され
る。基準クロツク発生器５４から得られる基準ク
ロツクを端子７１に入力し、分周回路５３で1/2
分周し、クロツクＣ２をつくる。ここで基準クロ
ツクとクロツクＣ１は同じ信号である。またクロ
ツクＣ２の１周期がサンプルタイムΔtとなる。
このクロツクＣ２が同期式プリセツタブルの４ビ
ツト２進カウンタからなるタイマー信号発生回路
５２に入力され、タイマー信号TMが出力され
る。このタイマー信号TMは、パルス計数回路２
１〜２３の光電子パルスの計数時間を決定する。
いま、加算回数を２回としたので、加算回数に対
応する光電子パルスの計数時間は、クロツクＣ２
の２周期分である。従つて、タイマー信号TM
は、クロツクＣ２の２周期の時間がハイレベル
で、次のクロツクＣ２の１周期の時間がローレベ
ルとなり、この動作を繰り返す。一般的に任意の
Ｍ回の加算の時には、同期式プリセツタブル４ビ
ツト２進カウンタ５２に入力するデータをＭとす
れば、タイマー信号はクロツクＣ２のＭ周期の時
間がハイレベルで、次のクロツクＣ２の１周期の
時間がローレベルとなり、この動作を繰り返す信
号となる。

このタイマー信号TMとクロツクＣ２がシフト
レジスタ５１に入力され、端子Ｑ０，Ｑ１，Ｑ２
からカウントＴ１、カウントＴ２、カウントＴ３
の制御信号が作られ、それぞれパルス計数回路２
１〜２３に入力される。カウントＴ１、カウント
Ｔ２、カウントＴ３は光電子パルスの計数に関与
する制御信号であり、これらの制御信号がハイレ
ベルのときに、それぞれの制御信号に関与するパ
ルス計数回路２１〜２３が光電子パルスを計数す
る。これらの制御信号がローレベルのときには、
それぞれの制御信号に関与するパルス計数回路２
１〜２３は、光電子パルスを計数せず、その間に
パルス計数回路２１〜２３の計数値を対応するラ
ツチ回路３１〜３３がラツチし、パルス計数回路
２１〜２３を初期状態に設定する。カウント１、
カウントＴ２、カウントＴ３の時間的関係は、カ
ウントＴ１がハイレベルになつてからクロツクＣ
２の１周期分、すなわちサンプルタイム分の時間
Δtだけ遅れてカウントＴ２がハイレベルになる。
さらに、カウントＴ２がハイレベルになつてか
ら、クロツクＣ２の１周期分の時間だけ遅れてカ
ウントＴ３がハイレベルになる。このような制御
方法によつて、Ｓ(t)の時間変化を求めることがで
きる。

カウントＴ１、カウントＴ２、カウントＴ３
は、それぞれインバータ６１〜６３で反転され、
セレクトＳ１、セレクトＳ２、セレクトＳ３が形
成される。セレクトＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、比較器
５５に光電子パルスの計数値を入力するパルス計
数回路を選択する制御信号である。従つて、これ
らの制御信号によつて、同時に２つ以上のパルス
計数回路が選択されないようにする。これらの制
御信号がハイレベルのときに、比較器５５に光電
子パルスの計数値が入力される。

ラツチＬ１、ラツチＬ２、ラツチＬ３はパルス
計数回路２１〜２３で計数された計数値を、ラツ
チ回路３１〜３３でラツチするための制御信号で
ある。これらの制御信号がハイレベルのときのパ
ルス計数回路の計数値がラツチされる。ラツチＬ
１は基準クロツクとクロツクＣ２とセレクトＳ１
のすべての信号がハイレベルになつたときにハイ
レベルになる。同様に、ラツチＬ２は基準クロツ
クとクロツクＣ２とセレクトＳ２のすべての信号
がハイレベルになつたときにハイレベルとなり、
ラツチＬ３は基準クロツクとクロツクＣ２とセレ
クトＳ３のすべての信号がハイレベルになつたと
きにハイレベルとなり、それぞれラツチ回路３１
〜３３に入力される。

また、クロツクＣ２と各カウントＴ１、カウン
トＴ２、カウントＴ３から光電子パルスを計数す
るパルス計数回路２１〜２３を初期状態に設定す
るリセツト信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が形成される。
これらの信号がハイレベルのとき、対応するパル
ス計数回路が初期状態に設定される。リセツトＲ
１はクロツクＣ２とカウントＴ１が同時にローレ
ベルになつたときにハイレベルとなる。同様に、
リセツトＲ２はクロツクＣ２とカウントＴ２が同
時にローレベルになつたときにハイレベルとな
り、リセツトＲ３はクロツクＣ２とカウントＴ３
が同時にローレベルになつたときにハイレベルと
なる。

セレクトＳ１、セレクトＳ２、セレクトＳ３に
よつて選択された各パルス計数回路２１〜２３の
光電子パルスの計数値は、比較器５５に入力され
る。この比較器では、あらかじめ設定したデータ
より大きい計数値が入力されたときにハイレベル
の信号が出力されるように設定しておく。比較器
にあらかじめ設定したデータより大きい計数値が
連続的に入力されても、比較器５５からの出力信
号はハイレベルのままである。そして、比較器に
あらかじめ設定したデータより小さい計数値が入
力されたとき、比較器からの出力信号はローレベ
ルになる。比較器からの出力信号がハイレベルか
らローレベルになることによつて、カウンタ５６
がカウントする。ここで、比較器５５にあらかじ
め設定するデータは、流体中の粒子の粒子径に対
応し、表示器６５で表示されている計数値は、流
体中の粒子の数密度に関与した数値となる。

また、比較器を複数組採用することによつて、
複数の粒子径の数密度を計測することも可能であ
る。

さらに、実施例では、移動平均の加算回数を２
回として説明したが、この加算回数は任意のＭ回
にも拡張できることはもちろんである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、パルス
計数に移動平均処理の加算回数に対応した（Ｍ＋
１）個のパルス計数回路を用い、これを順次作動
させて移動平均処理を行つているので、光電子パ
ルスの計数値のゆらぎを見かけ上小さくし、流体
中の粒子特性を求めやすくするための移動平均を
実時間で処理でき、実時間の粒子の数密度を計測
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の構成を示すブロツク図、
第２図は光電子パルスの計数を行う部分の詳細な
回路図、第３図は動作を説明するタイミングチヤ
ート図、第４図は従来の構成を示すブロツク図で
ある。 ２１〜２３……パルス計数回路、３１〜３３…
…ラツチ回路、４１〜４３……選択回路、５５…
…比較器、５６……カウンタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体中粒子からのレーザ散乱光から得られる
   光電子パルスの計数値に対して移動平均処理を行
   なつて粒子の特性を求める流体中の粒子計測装置
   において、 粒子が流れる流体中にレーザ光を照射するレー
   ザ光源と、 粒子からのレーザ散乱光を受光して電気信号に
   変換する手段と、 前記光電変換手段からの信号を散乱光強度に応
   じた数のパルスにするパルス発生手段と、 前記パルス発生手段からのパルスを計数し移動
   平均処理の加算回数Ｍに対応する（Ｍ＋１）個の
   パルス計数回路と、 前記（Ｍ＋１）個のパルス計数回路を制御する
   手段と、 前記パルス計数回路の計数値とあらかじめ設定
   した設定値とを比較する比較器と、 前記比較器からの信号から粒子数を計数する計
   数回路とを備え、 前記（Ｍ＋１）個のパルス計数回路を順次作動
   させることにより移動平均処理を実時間で行ない
   粒子計測を行なうことを特徴とする流体中の粒子
   計測装置。 ２ 前記パルス計数回路を制御する手段は（Ｍ＋
   １）ビツトのシフトレジスタであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の流体中の粒子
   計測装置。