JPH06102172A - 光ファイバー水質測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 支持体１に取付け固定して水中に浸漬する複
数の採光部２と、この採光部２において受光された透過
光を導く光ファイバー３と、透過光の分光光度計４とを
有する水質測定器であって、支持体１への取付けを着脱
変更自在とした採光部２は、光ファイバー端部受光面２
１を上向きに配置してこの端部受光面２１を透光性中空
球状体２２に内封してなる光ファイバー水質測定器。 【効果】 簡便な構成で、操作が容易な、安定性に優れ
た精度のよい光学式水質測定が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバー水質測
定器に関するものである。さらに詳しくはこの発明は、
海洋、河川、湖沼等の汚濁とその原因の分析等に有用
な、簡便な操作と、精度の良い測定を可能とする新しい
光学式測定系としての光ファイバー水質測定器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】近年、地球環境の保全に対し
て国内外の関心が高まっており、大気の汚染とともに、
海や川の水質の汚濁についても、全社会的立場からその
改善のための努力が強く求められている。この海や川、
さらには湖沼等の水質は、人々の生活、産業や生物にと
って常に良好な状態に保つ必要があるため、これまでに
も、汚染に関する重金属、化学物質の溶存量や透明度等
の物理的性状、およびＣＯＤ等の化学的性状が測定さ
れ、必要な対策がとられてきている。そして、重金属、
化学物質等の比較的単純な要因による汚染は減少してき
ていると報じられてもいる。

【０００３】しかしながら、この重金属、化学物質によ
る汚染の危険は依然として潜在的に存在し、かつ、ＣＯ
Ｄ等についても、必ずしも根本的な要因が解明されてい
るわけでもない。このため、海洋、河川、湖沼における
汚濁については定期的に、もしくは随時に迅速な水質汚
濁の測定が欠かせない状況にありそのための労力、時
間、費用の負担も大きなものとなっている。

【０００４】このような状況に対応するために、これま
でにも各種方式による水質測定機器が開発され、実用化
されてきており、その一つとして、光源からの光と太陽
光の水中透過度によって水質汚濁を測定する光学的測定
器も検討されてきている。しかしながら、従来の光学測
定器の場合には、特殊機器の使用や、複雑なシステムの
構成が必要なため、その操作は面倒で、かつ精度は必ず
しも安定、良好でなく、設備機器の製作コストも大きな
ものとなっていた。特に、従来のものは、透過光の均一
な採光が難しく、精度が安定せず、良好でないという欠
点があり、そのため、データ処理システムも複雑なもの
にならざるを得なかった。

【０００５】たとえば、従来方式としては、ダブルビー
ム分光光度計測定器と、蛍光光度計測定器とが例示され
るが、ダブルビーム分光光度計の場合には天候による影
響が大きく、良好なＳ／Ｎ比が得られず、しかも光量の
変化に対応する装置の信号処理系のダイナミックレンジ
が狭いという欠点があった。また蛍光光度計の場合に
は、基本的にシングルビームであるため、サンプル光と
レファランス光を識別して取込むシステムになっていな
いため精度の向上には限界があった。

【０００６】この発明は、以上の通りの事情に鑑みてな
されたものであって、従来の光学式測定器の欠点を改善
し、簡便な構成で、その操作が容易であって、しかも安
定して良好な精度による測定が可能な新しい水質測定器
を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決しようとするための手段】この発明は上記
の課題を解決するものとして、支持体に取付け固定して
水中に浸漬する複数の採光部と、この採光部において受
光された透過光を導く光ファイバーと、透過光の分光光
度計とを有する水質測定器であって、支持体への取付け
を着脱および位置変更自在とした採光部は光ファイバー
端面受光面を上向きに配置してこの端部受光面を透光性
中空球状体に内封してなることを特徴とする光ファイバ
ー水質測定器を提供する。

【０００８】

【作用】この発明の水質測定器においては、光検出系を
構成していることがその前提となっている。このこと
は、水質汚濁物質は、その種類に対応して特有の吸収ス
ペクトルを有し、このスペクトルの光透過性の評価によ
って汚濁が観測されるとの原理的特徴に基づいている。

【０００９】たとえば、海水の濁りの原因は、主として
植物プランクトン（葉緑素）、懸濁物質（生物の死骸
等）と可溶性濁物質（土砂等）の因子にあると考えるこ
とができるが、これらの因子は海水の色に固有な特徴を
示し、その吸収スペクトル、すなわち波長と吸光度が決
まっている。従って、海面近傍の上層部と下層部との海
水の吸収スペクトルと吸光度を測定すれば、図１（ａ）
に示したように上層の対照側の光強度が波長ごとに測定
され、下層の試料側の光強度も図１（ｂ）のように測定
されることから、図１（ｃ）のように、波長ごとの吸収
スペクトルが得られる。

【００１０】この吸収スペクトルには、汚濁の要因が複
合的に影響していることから、たとえば図２（ａ）の固
有の吸光スペクトルを有する植物プランクトン、図２
（ｂ）の懸濁物質および図２（ｃ）の可溶性物質等の要
因がどのように影響しているかを、平面・鉛直分布およ
び経時的にも評価することによって水質の汚濁の程度と
その要因の分析が可能となる。つまり、汚濁の因子の組
成がわかり、濁りの原因が位置の相違や過去の測定との
比較からつきとめることができる。

【００１１】この発明においてはこの原理を前提とし
て、より安定した精度のよい測定を可能とする。そのた
めに、この発明においては、分光光度計に水中への透過
光を高感度で安定して導き、波長および吸光度を解析す
る。この分光光度計から得られたデータは位置および経
時的変化、相関性等の観点からデータ処理する。この際
にこの発明の測定器においては、水中に浸漬して太陽光
の透過光を受光する採光部を少くとも２以上の複数設け
る。この採光部は、支持体に取付固定し、上層部と下層
部とにおいてその位置を変更自在とする。すなわち、採
光部の間隔を自由に設定できるようにし、これによって
光路長の測定を自在とする。

【００１２】また、採光部は光ファイバーの端部受光面
を、透光性中空球状体に内封した構造とする。この受光
面で採光した光は光ファイバーを通じて分光光度計へと
導くようにしている。採光部をこのような構成とするこ
とは、この発明の大きな特徴である。それと言うのも、
水中、特に上層部の海面近くの水中においては、理論的
には光は水中で四方八方に散乱すると考えられるもの
の、実際には、海面の波の状態によって均一な散乱光と
しては得られないことがあるからであり、透光性球状体
と、これに内封した上向きの光ファイバー端面受光面と
によって、どの方向からの光であっても受光できるた
め、上層部および下層部の受光の相対性がくずれないよ
うにすることができるからである。

【００１３】しかも、この採光部と光ファイバーによる
構成は極めて簡便であり、その操作も容易となる。以
下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明の光ファイバ
ー水質測定装置について説明する。

【００１４】

【実施例】添付した図面の図３は、この発明の水質測定
器の全体構成を例示したものである。たとえば、この図
３に示したように、この発明においては、適宜な支持体
（１）に複数の、少くとも２個の採光部（２ａ）（２
ｂ）を取付固定し、この採光部において受光された透過
光を光ファイバー（３）によって分光光度計装置（４）
へと導く。採光部（２ａ）（２ｂ）は、支持体（１）に
着脱自在および取付位置変更自在としてる。採光部
（２）は、光ファイバー（３）の端部受光面を上向きに
配置し、この光ファイバー端部（２１）を透光性中空球
状体（２２）に内封している。

【００１５】また、分光光度計装置（４）は、ビーム切
替（４１）、分光器（４２）および光電子増倍管（４
３）等によって構成し、これと一体的に、もしくは別体
として、信号処理／分光制御装置（５）を連結し、さら
にこの信号処理／分光制御装置（５）には、データ収録
装置（６）と表示・印字装置（７）等を連結している。
このような構成において、おもり（８）等を垂下させた
支持体（１）に取付固定した採光部（２ａ）（２ｂ）
は、２個以上とするが、そのうちの少くとも１個の採光
部（２ａ）が上層部水中に浸漬され、他のものは、少く
とも１個の採光部（２ｂ）が所要の深さの下層部水中に
浸漬されるようにする。

【００１６】上層部の採光部（２ａ）は、太陽光の水中
散乱を受光する対照側採光部として機能し、また、下層
部の採光部（２ｂ）は、試料側採光部として機能するこ
とになる。図４および図５は、この発明の測定器の機能
系統図と光学系統図とを例示したものである。

【００１７】前記のビーム切替（４１）はセクターミラ
ーとしてたとえば回転自在とし、対照側光学ファイバー
（３ａ）および試料側光学ファイバー（３ｂ）からの光
を切替えるようにしている。そして、この図４および図
５に例示したように分光光度計装置（４）としては、蛍
光分光器をベースとして使用するようにしている。もち
ろん、この例に限定されるものではない。

【００１８】図６は、この発明の水質測定器の採光部
（２ａ）（２ｂ）の例を示したものである。光ファイバ
ー（３）を用いて、その端部（２１）の受光面を上向き
に配置し、かつ、その端部（２１）を透光性球状体（２
２）の内部に内封している。この時の受光面としての端
部（２１）は、略中心部に位置させるが、透光性中空球
状体（２２）の大きさ、材質、光透過性等に応じて適宜
とすることができる。いづれの場合も、光ファイバー
（３）の挿入口部（２３）は、水密性を確保する必要が
ある。このため、樹脂（２４）等によって封止するよう
にしてもよい。

【００１９】あるいはまた、図７に例示したように、樹
脂栓（２５）によって密封するようにしてもよい。この
透光性中空球状体（２２）については、樹脂、ガラス等
によって形成することができ、その形状は、厳密に真球
状である必要はなく、また、完全に透明である必要もな
い。

【００２０】ただ、可能な限り真球に近く、透光性が良
好であって、特に、その外表面、内表面において反射が
著しく生じないように形成するのが望ましい。このよう
な透光性中空球状体（２２）を用いることにより、たと
えば図６に示したように、どの方向からの光も受光でき
るため、上層の採光部（２ａ）と下層の採光部（２ｂ）
との間の光の受光における相対性がくずれないという効
果が実現される。この効果については実際に、たとえば
図８に例示したように、筒形の容器に光ファイバー
（３）の端部（２１）を配置し、上面の採光窓ガラス面
（２６）より受光する構造によって、さらには、その側
面（２７）を吸光性とする構造によって採光部を形成す
る場合には、一定の時間内に光の入射角が異なり、表層
と深層の採光部とでは相対性がくずれて有意な測定デー
タが得られないことからもその顕著性は明らかである。

【００２１】図９は、この図８に例示した径２５ｍｍの
採光窓を有するものを用いた場合の波長と光透過度との
関係を示したものである。海面から１ｍ以内に浸漬した
場合（Ａ）と、２〜３ｍ浸漬した場合（Ｂ）とを示して
いる。１ｍ以内の浸漬時の採光は極めて不安定な状態に
あることがわかる。一方、図１０は直径３８ｍｍの透光
性樹脂中空球を用いた採光部を用いた場合の測定結果を
示している。極めて安定した採光状態にあることがよく
わかる。

【００２２】そして、この発明の測定器においては、こ
のように安定して精度のよい透過光測定が可能となると
ともに、採光部（２ａ）（２ｂ）の配置位置の選択が自
在であるために、光路長の設定が自在であり、支持体に
装着した採光部を水中に浸漬するだけで測定が可能とな
るため、調査船上からの操作も容易となる。

【００２３】

【発明の効果】この発明によって、以上詳しく説明した
通り、簡便な構成で、操作が容易な、安定性に優れた精
度のよい光学式水質測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、吸光スペクトル解析の
ための測定原理を例示したスペクトル図である。

【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、吸光スペクトル解析の
ために例示した汚濁要因固有のスペクトル図である。

【図３】この発明の測定器の構成を例示したブロック図
である。

【図４】図３に対応する機能系を示したブロック図であ
る。

【図５】図３に対応する光学系を示した斜視図である。

【図６】この発明の採光部を示した断面図である。

【図７】この発明の採光部の他の例を示した断面図であ
る。

【図８】比較のための筒状採光部を示した断面図であ
る。

【図９】図８の実測定値スペクトル図である。

【図１０】図６のこの発明による実測定値スペクトル図
である。

【符号の説明】

１ 支持体 ２ａ、２ｂ 採光部 ３、３ａ、３ｂ 光ファイバー ４ 分光光度計装置 ５ 信号処理／分光制御装置 ６ データ収録装置 ７ 表示・印字装置 ８ おもり ２１ 光ファイバー端部 ２２ 透光性中空球状体 ２３ 挿入口部 ２４ 樹脂 ２５ 樹脂栓 ２６ 採光窓ガラス面 ２７ 側面 ４１ ビーム切替 ４２ 分光器 ４３ 光電子増倍管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持体に取付け固定して水中に浸漬する
   複数の採光部と、この採光部において受光された透過光
   を導く光ファイバーと、透過光の分光光度計とを有する
   水質測定器であって、支持体への取付けを着脱変更自在
   とした採光部は、光ファイバー端部受光面を上向きに配
   置してこの端部受光面を透光性中空球状体に内封してな
   ることを特徴とする光ファイバー水質測定器。