JPH06331543A - 浮遊粒子濃度計測装置 - Google Patents
浮遊粒子濃度計測装置Info
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- JPH06331543A JPH06331543A JP12028593A JP12028593A JPH06331543A JP H06331543 A JPH06331543 A JP H06331543A JP 12028593 A JP12028593 A JP 12028593A JP 12028593 A JP12028593 A JP 12028593A JP H06331543 A JPH06331543 A JP H06331543A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】投光部，受光部の光学窓，レンズの汚れ、およ
び光電素子の経時的な特性変化の影響を殆ど受けること
なしに、長期間安定な測定精度が得られるようにした浮
遊粒子濃度計測装置を提供する。 【構成】投光部１と受光部２との間の被測定空間に浮遊
する粒子状物質の濃度を光学的に計測する装置であっ
て、平行な光を出射する投光部と、該投光部からの出射
光をその投光軸Ｏ上で透過光４ａを受光し、その受光量
（Ｉａ）に応じた電気信号を出力する第１の受光部２Ｉ
と、前記投光軸と異なる光軸Ｏ1 上で浮遊粒子５による
散乱光４ｂを受光し、その受光量（Ｉｂ）に応じた電気
信号を出力する第２の受光部２IIと、演算部３とから構
成し、第１の受光部と第２の受光部の電気信号出力の比
（Ｉｂ／Ｉａ）を演算して浮遊粒子濃度に対応した測定
出力（Ｙ）を得る。
び光電素子の経時的な特性変化の影響を殆ど受けること
なしに、長期間安定な測定精度が得られるようにした浮
遊粒子濃度計測装置を提供する。 【構成】投光部１と受光部２との間の被測定空間に浮遊
する粒子状物質の濃度を光学的に計測する装置であっ
て、平行な光を出射する投光部と、該投光部からの出射
光をその投光軸Ｏ上で透過光４ａを受光し、その受光量
（Ｉａ）に応じた電気信号を出力する第１の受光部２Ｉ
と、前記投光軸と異なる光軸Ｏ1 上で浮遊粒子５による
散乱光４ｂを受光し、その受光量（Ｉｂ）に応じた電気
信号を出力する第２の受光部２IIと、演算部３とから構
成し、第１の受光部と第２の受光部の電気信号出力の比
（Ｉｂ／Ｉａ）を演算して浮遊粒子濃度に対応した測定
出力（Ｙ）を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、道路，トンネル，空
港，港湾などにおいて霧，雨，粉塵，煤煙などによに視
認性の度合を浮遊粒子濃度として光学的に測定する浮遊
粒子濃度計測装置に関する。
港，港湾などにおいて霧，雨，粉塵，煤煙などによに視
認性の度合を浮遊粒子濃度として光学的に測定する浮遊
粒子濃度計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】頭記の浮遊粒子濃度計測装置として、例
えば煙霧透過計と呼ばれる装置が従来より知られてい
る。この装置は距離Ｌを隔てて対向配置した投光部と受
光部とからなり、投光部から出射した光ビームを受光部
で受光し、投光部から出射した光ビームの強度Ｉo と、
受光部で受光した光ビームの強度Ｉを測定することによ
り、次記式（１),（２）で求めた透過率Ｔ，吸光度Ｋを
電気信号として出力するものである。
えば煙霧透過計と呼ばれる装置が従来より知られてい
る。この装置は距離Ｌを隔てて対向配置した投光部と受
光部とからなり、投光部から出射した光ビームを受光部
で受光し、投光部から出射した光ビームの強度Ｉo と、
受光部で受光した光ビームの強度Ｉを測定することによ
り、次記式（１),（２）で求めた透過率Ｔ，吸光度Ｋを
電気信号として出力するものである。
【０００３】 透過率：Ｔ＝Ｉ／Ｉo ─────────────────（１） 吸光度：Ｋ＝−（１／Ｌ）log(Ｉ／Ｉo) ─────────（２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した浮
遊粒子濃度計測装置に対する最大の問題は、計測装置の
経時変化に伴う測定精度の低下，補正の仕方である。こ
こで、計測装置が経時変化を引き起こす主な要因とし
て、次記のような点が挙げられる。 （１）投光部と受光部との間の光軸のずれ （２）受光部への外乱光の入射 （３）投光部，受光部の光学窓，レンズに対する煤煙な
どによる汚れ （４）投光部，受光部における光電素子の経時的な特性
変化 一方、この問題に対処するための測定方式として、光フ
ァイバを用いた計測方法が特開昭５９−１１６０３７
号，特開昭５９−１３３４５０号公報などに記載されて
いる。しかしながら、これらの方法では（４）に起因す
る問題を解消することができても、（３）に起因する問
題に関しては十分な成果が得られない。すなわち、前記
方法では投光部の光学窓，レンズを透過した光の一部を
光ファイバに入射させ、光ファイバの他端からの出射光
を受光部の光学窓またはレンズに入射させることによ
り、光学窓やレンズの汚れに応じた補正を行うものであ
るが、光学窓，レンズの汚れが均一でない場合には、光
ファイバの入射端および出射端近傍の汚れを測定に関与
する光路全体の汚れとして補正してしまう欠点がある。
なお、（１),（２）の問題に対しては、投光部と受光部
との間の光路長を従来では５０〜１００ｍに設定したい
たものを数ｍの光路長に短縮することにより、光軸のず
れや外乱光の入射の影響を除くという対策が採られてい
るが、この場合でも光学窓，レンズの汚れ，および光電
素子の経時的な特性変化についての補正が必要となる。
遊粒子濃度計測装置に対する最大の問題は、計測装置の
経時変化に伴う測定精度の低下，補正の仕方である。こ
こで、計測装置が経時変化を引き起こす主な要因とし
て、次記のような点が挙げられる。 （１）投光部と受光部との間の光軸のずれ （２）受光部への外乱光の入射 （３）投光部，受光部の光学窓，レンズに対する煤煙な
どによる汚れ （４）投光部，受光部における光電素子の経時的な特性
変化 一方、この問題に対処するための測定方式として、光フ
ァイバを用いた計測方法が特開昭５９−１１６０３７
号，特開昭５９−１３３４５０号公報などに記載されて
いる。しかしながら、これらの方法では（４）に起因す
る問題を解消することができても、（３）に起因する問
題に関しては十分な成果が得られない。すなわち、前記
方法では投光部の光学窓，レンズを透過した光の一部を
光ファイバに入射させ、光ファイバの他端からの出射光
を受光部の光学窓またはレンズに入射させることによ
り、光学窓やレンズの汚れに応じた補正を行うものであ
るが、光学窓，レンズの汚れが均一でない場合には、光
ファイバの入射端および出射端近傍の汚れを測定に関与
する光路全体の汚れとして補正してしまう欠点がある。
なお、（１),（２）の問題に対しては、投光部と受光部
との間の光路長を従来では５０〜１００ｍに設定したい
たものを数ｍの光路長に短縮することにより、光軸のず
れや外乱光の入射の影響を除くという対策が採られてい
るが、この場合でも光学窓，レンズの汚れ，および光電
素子の経時的な特性変化についての補正が必要となる。
【０００５】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は投光部，受光部の光学窓，レンズの
汚れ、および光電素子の経時的な特性変化の影響を殆ど
受けることなしに、長期間安定な測定精度が得られるよ
うにした浮遊粒子濃度計測装置を提供することにある。
であり、その目的は投光部，受光部の光学窓，レンズの
汚れ、および光電素子の経時的な特性変化の影響を殆ど
受けることなしに、長期間安定な測定精度が得られるよ
うにした浮遊粒子濃度計測装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
り浮遊粒子濃度計測装置を次記のように構成することに
より達成される。 （１）平行な光を出射する投光部と、該投光部からの出
射光をその投光軸上で受光し、その受光量に応じた電気
信号を出力する第１の受光部と、前記投光軸とは異なる
光軸上で浮遊粒子の散乱光を受光し、その受光量に応じ
た電気信号を出力する第２の受光部と、第１受光部の電
気信号出力と第２受光部の電気信号出力の比を演算して
測定出力を得る演算器とから構成する。
り浮遊粒子濃度計測装置を次記のように構成することに
より達成される。 （１）平行な光を出射する投光部と、該投光部からの出
射光をその投光軸上で受光し、その受光量に応じた電気
信号を出力する第１の受光部と、前記投光軸とは異なる
光軸上で浮遊粒子の散乱光を受光し、その受光量に応じ
た電気信号を出力する第２の受光部と、第１受光部の電
気信号出力と第２受光部の電気信号出力の比を演算して
測定出力を得る演算器とから構成する。
【０００７】（２）平行な光を出射する投光部と、該投
光部からの出射光を受光し、その受光量に応じた電気信
号を出力する受光部と、該受光部を投光部の投光軸に一
致する第１の受光位置，および前記投光軸と異なる光軸
上の第２の受光位置に定周期で交互に移動させる受光部
移動機構と、第１の受光位置，および第２の受光位置で
受光した受光部の電気信号出力の比を演算して測定出力
を得る演算部とから構成する。
光部からの出射光を受光し、その受光量に応じた電気信
号を出力する受光部と、該受光部を投光部の投光軸に一
致する第１の受光位置，および前記投光軸と異なる光軸
上の第２の受光位置に定周期で交互に移動させる受光部
移動機構と、第１の受光位置，および第２の受光位置で
受光した受光部の電気信号出力の比を演算して測定出力
を得る演算部とから構成する。
【０００８】（３）平行な光を出射する投光部と、該投
光部の投光軸上に配置した第１の受光レンズと、前記投
光軸とは異なる光軸上に配置した第２の受光レンズと、
第１の受光レンズ，および第２の受光レンズを透過した
光を交互に受光し、その受光量に応じた電気信号を出力
する各レンズに共通な受光素子と、第１の受光レンズを
透過した光と第２の受光レンズを透過した光を時分割し
て前記受光素子に交互に導光するミラー機構と、第１の
受光レンズ，および第２の受光レンズを通じて受光した
受光素子の電気信号出力の比を演算して測定出力を得る
演算部とから構成する。
光部の投光軸上に配置した第１の受光レンズと、前記投
光軸とは異なる光軸上に配置した第２の受光レンズと、
第１の受光レンズ，および第２の受光レンズを透過した
光を交互に受光し、その受光量に応じた電気信号を出力
する各レンズに共通な受光素子と、第１の受光レンズを
透過した光と第２の受光レンズを透過した光を時分割し
て前記受光素子に交互に導光するミラー機構と、第１の
受光レンズ，および第２の受光レンズを通じて受光した
受光素子の電気信号出力の比を演算して測定出力を得る
演算部とから構成する。
【０００９】また、上記構成の計測装置に対する測定精
度のチエック，並びに校正を現場で簡単に行うための手
段として、両端面に光学窓を備えた筒内に光散乱媒質を
均一に分散した構成になり、かつ計測の校正時にのみ投
光部と受光部との間の被測定空間の光路に挿入して用い
る基準光路セルを備えた構成がある。
度のチエック，並びに校正を現場で簡単に行うための手
段として、両端面に光学窓を備えた筒内に光散乱媒質を
均一に分散した構成になり、かつ計測の校正時にのみ投
光部と受光部との間の被測定空間の光路に挿入して用い
る基準光路セルを備えた構成がある。
【００１０】
【作用】上記の構成において、投光部より受光部に向け
平行度の高いコヒーレントなレーザ光などを用いて投光
し、その投光軸上で浮遊粒子を含む被測定空間の透過光
量を受光した受光部出力（ＲＡ）と、投光軸と若干傾い
た光軸上で浮遊粒子の散乱光量を受光した受光部出力
（ＲＢ）との比ＲＡ／ＲＢを演算することにより、投光
部，受光部の光学窓，レンズに付着した煤塵などの汚れ
に対する影響が相殺されて測定出力に現れず、かつ投光
源の光強度の経時的変化にも影響されることなく、これ
により測定空間における浮遊粒子の濃度に比例した測定
出力を得ることができる。
平行度の高いコヒーレントなレーザ光などを用いて投光
し、その投光軸上で浮遊粒子を含む被測定空間の透過光
量を受光した受光部出力（ＲＡ）と、投光軸と若干傾い
た光軸上で浮遊粒子の散乱光量を受光した受光部出力
（ＲＢ）との比ＲＡ／ＲＢを演算することにより、投光
部，受光部の光学窓，レンズに付着した煤塵などの汚れ
に対する影響が相殺されて測定出力に現れず、かつ投光
源の光強度の経時的変化にも影響されることなく、これ
により測定空間における浮遊粒子の濃度に比例した測定
出力を得ることができる。
【００１１】また、前項（２),（３）のように１基の受
光素子を共通に用いて投光軸上での受光量，および浮遊
粒子による散乱光の受光量を測定することにより、２基
の受光素子を用いた場合における特性のばらつき，およ
び各受光素子の経時的な特性変化に起因する計測誤差を
防ぐことができる。したがって、上記の計測装置を採用
すれば、使用現場での計測校正は基本的には不要である
が、特に測定結果の信頼性を確認するために定期点検時
などで計測装置の校正を行う場合には、前記の基準光路
セルを投光部と受光部との間の光路に挿入する。この光
路セルは、筒内に光散乱媒質が均一に分散して充填され
ており、その透過率，吸光度はあらかじめ計測されて既
知であるので、この光路セルを用いて被測定空間の実測
値とを対比することにより、投光部，受光部の光学窓，
レンズなどに付着した汚れ，および光電素子の経時的な
特性変化による影響を検出することが可能であり、これ
により現場での計測装置の校正，補正を簡単，かつ的確
に行うことができる。
光素子を共通に用いて投光軸上での受光量，および浮遊
粒子による散乱光の受光量を測定することにより、２基
の受光素子を用いた場合における特性のばらつき，およ
び各受光素子の経時的な特性変化に起因する計測誤差を
防ぐことができる。したがって、上記の計測装置を採用
すれば、使用現場での計測校正は基本的には不要である
が、特に測定結果の信頼性を確認するために定期点検時
などで計測装置の校正を行う場合には、前記の基準光路
セルを投光部と受光部との間の光路に挿入する。この光
路セルは、筒内に光散乱媒質が均一に分散して充填され
ており、その透過率，吸光度はあらかじめ計測されて既
知であるので、この光路セルを用いて被測定空間の実測
値とを対比することにより、投光部，受光部の光学窓，
レンズなどに付着した汚れ，および光電素子の経時的な
特性変化による影響を検出することが可能であり、これ
により現場での計測装置の校正，補正を簡単，かつ的確
に行うことができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 実施例１：図１は本発明の請求項１に対応する浮遊粒子
濃度計測装置の構成配置を示す模式図である。図におい
て、１は投光部、２は受光部、３は演算部である。ここ
で、投光部１は光源１１と、投光レンズ１２と、投光窓
１３からなる。なお、光源１１として、例えば波長６３
３mmのHe−Neレーザ, あるいは波長６７０mmの半導体レ
ーザを用いる。一方、受光部２は、投光部１から出射す
る光ビームの投光軸Ｏに光軸を合わせて設置した第１の
受光部２Ｉと、第１の受光部２Ｉに並置して前記投光軸
Ｏから若干傾いた（傾斜角θ）光軸Ｏ1 に合わせて設置
した第２の受光部２IIとの組合わせからなり、光学窓２
１、受光レンズ２２Ｉ，２２II、受光素子（光電変換素
子）２３Ｉ，２３II、出力回路２４Ｉ，２４II、アパー
チャー２５、および第１の受光部２Ｉと第２の受光部２
IIとの間を仕切る仕切隔壁２６から構成されている。ま
た、演算部３は第１，第２の受光部２Ｉ，２IIにおける
受光素子２３Ｉ，２３IIからの出力を後記のように演算
し、適当な増幅とフィルタリング処理を行って測定出力
を得る。
する。 実施例１：図１は本発明の請求項１に対応する浮遊粒子
濃度計測装置の構成配置を示す模式図である。図におい
て、１は投光部、２は受光部、３は演算部である。ここ
で、投光部１は光源１１と、投光レンズ１２と、投光窓
１３からなる。なお、光源１１として、例えば波長６３
３mmのHe−Neレーザ, あるいは波長６７０mmの半導体レ
ーザを用いる。一方、受光部２は、投光部１から出射す
る光ビームの投光軸Ｏに光軸を合わせて設置した第１の
受光部２Ｉと、第１の受光部２Ｉに並置して前記投光軸
Ｏから若干傾いた（傾斜角θ）光軸Ｏ1 に合わせて設置
した第２の受光部２IIとの組合わせからなり、光学窓２
１、受光レンズ２２Ｉ，２２II、受光素子（光電変換素
子）２３Ｉ，２３II、出力回路２４Ｉ，２４II、アパー
チャー２５、および第１の受光部２Ｉと第２の受光部２
IIとの間を仕切る仕切隔壁２６から構成されている。ま
た、演算部３は第１，第２の受光部２Ｉ，２IIにおける
受光素子２３Ｉ，２３IIからの出力を後記のように演算
し、適当な増幅とフィルタリング処理を行って測定出力
を得る。
【００１３】なお、前記構成での光源１１は人の目に対
する安全性を考慮して最大出力１ｍＷ以下とする。ま
た、光ビーム４の径はビームの平行度を保つために太く
する必要があるが、He−Neレーザから出射するレーザ光
は約１mm程度であり、このビームは１ミリラジアン程度
の広がり角をもつため、例えば５ｍの光路長では１０mm
程度まで広がってしまう。そこで光路の全長に亘って測
定条件を均一にするためにも、光ビーム４の径が大幅に
変化するのを避けるように、He−Neレーザを用いる際に
は投光レンズ１２にビームエキスバンダを用いてビーム
径を１０mm程度まで拡大する。これに対して、半導体レ
ーザでは光源１１からの出射ビームの広がり角が非常に
大きいため、投光レンズに適当な焦点距離のコリメータ
レンズを用いて１０mm程度の出射ビーム径とする。な
お、光源１１は必ずしもレーザである必要はなく、ＬＥ
Ｄ（発光ダイオード），あるいはハロゲンランプなどを
用いることもできる。その場合には指向性を十分に高め
ておく配慮が必要である。
する安全性を考慮して最大出力１ｍＷ以下とする。ま
た、光ビーム４の径はビームの平行度を保つために太く
する必要があるが、He−Neレーザから出射するレーザ光
は約１mm程度であり、このビームは１ミリラジアン程度
の広がり角をもつため、例えば５ｍの光路長では１０mm
程度まで広がってしまう。そこで光路の全長に亘って測
定条件を均一にするためにも、光ビーム４の径が大幅に
変化するのを避けるように、He−Neレーザを用いる際に
は投光レンズ１２にビームエキスバンダを用いてビーム
径を１０mm程度まで拡大する。これに対して、半導体レ
ーザでは光源１１からの出射ビームの広がり角が非常に
大きいため、投光レンズに適当な焦点距離のコリメータ
レンズを用いて１０mm程度の出射ビーム径とする。な
お、光源１１は必ずしもレーザである必要はなく、ＬＥ
Ｄ（発光ダイオード），あるいはハロゲンランプなどを
用いることもできる。その場合には指向性を十分に高め
ておく配慮が必要である。
【００１４】また、第１の受光部２Ｉと第２の受光部２
IIとは同じ光学系で構成するものとし、その受光素子２
２Ｉ，２２IIには通常フォトダイオードを用いるが、必
要に応じて光源１１から出射する光ビーム４の波長のみ
を選択的に透過させて外乱光の入射を阻止する光学フィ
ルタをその前面に用いてもよい。その他、外乱光の影響
を抑えるために、光源１１を強度変調し、その変調周波
数の信号のみを増幅する回路を設ける場合もあるが、そ
のときは光源１１を半導体レーザとして、その光源駆動
回路に変調回路を設けか、あるいは半導体レーザ以外の
光源の場合には回転スリットを用いて出射光を一定周期
で機械的にチョッピングする変調方式を採用することも
できる。
IIとは同じ光学系で構成するものとし、その受光素子２
２Ｉ，２２IIには通常フォトダイオードを用いるが、必
要に応じて光源１１から出射する光ビーム４の波長のみ
を選択的に透過させて外乱光の入射を阻止する光学フィ
ルタをその前面に用いてもよい。その他、外乱光の影響
を抑えるために、光源１１を強度変調し、その変調周波
数の信号のみを増幅する回路を設ける場合もあるが、そ
のときは光源１１を半導体レーザとして、その光源駆動
回路に変調回路を設けか、あるいは半導体レーザ以外の
光源の場合には回転スリットを用いて出射光を一定周期
で機械的にチョッピングする変調方式を採用することも
できる。
【００１５】次に、前記構成の装置による浮遊粒子濃度
の測定原理について述べる。すなわち、投光部１から出
射した光ビーム（強度Ｉo)４は浮遊粒子５を含む被測定
空間を透過, 散乱し、投光軸Ｏに沿った透過光４ａ（強
度Ｉa)は第１の受光部２Ｉに、また浮遊粒子４に当たっ
て散乱した散乱光４ｂ（強度Ｉb)は投光軸Ｏと僅かな角
度θだけ傾斜した光軸Ｏ1 の延長線上に配置した第２の
受光部２IIにて受光される。そして、受光素子２３Ｉ，
２３IIは透過光４ａ，散乱光４ｂの光強度Ｉa,Ｉb に比
例した電気信号（電流信号）を出力する。また、出力回
路２４Ｉ，２４IIは電流信号を電圧信号に変換して後段
の演算部３に与え、演算部では前記の光強度Ｉa,Ｉb の
比を演算した上で測定出力Ｙを出力する。
の測定原理について述べる。すなわち、投光部１から出
射した光ビーム（強度Ｉo)４は浮遊粒子５を含む被測定
空間を透過, 散乱し、投光軸Ｏに沿った透過光４ａ（強
度Ｉa)は第１の受光部２Ｉに、また浮遊粒子４に当たっ
て散乱した散乱光４ｂ（強度Ｉb)は投光軸Ｏと僅かな角
度θだけ傾斜した光軸Ｏ1 の延長線上に配置した第２の
受光部２IIにて受光される。そして、受光素子２３Ｉ，
２３IIは透過光４ａ，散乱光４ｂの光強度Ｉa,Ｉb に比
例した電気信号（電流信号）を出力する。また、出力回
路２４Ｉ，２４IIは電流信号を電圧信号に変換して後段
の演算部３に与え、演算部では前記の光強度Ｉa,Ｉb の
比を演算した上で測定出力Ｙを出力する。
【００１６】ここで、前記の光強度Ｉa,Ｉb および測定
出力Ｙは次記式（３）〜（５）で表される。 Ｉa ＝Ｉo ・ｅ-KL-K1d1-K2d2 ──────────────（３） Ｉｂ＝Ａ・Ｉo ・Ｋs ・ｌ・ｅ-K1d1-K2d2・ｆ（θ）────（４） Ｙ＝Ｉb ／Ｉa ────────────────────（５） なお、上記の式において、Ｋは浮遊粒子による吸光度、
Ｋ1,Ｋ2 はそれぞれ投光部１の光学窓，受光部２の光学
窓に付着した浮遊粒子煤塵による吸光度、Ｋsは浮遊粒
子による散乱度、Ｌは光ビームの透過距離（被測定空間
の距離）、ｌは散乱領域の等価距離、ｄ1,ｄ2 は投光部
１，受光部２の光学窓に堆積した煤塵の層厚さである。
出力Ｙは次記式（３）〜（５）で表される。 Ｉa ＝Ｉo ・ｅ-KL-K1d1-K2d2 ──────────────（３） Ｉｂ＝Ａ・Ｉo ・Ｋs ・ｌ・ｅ-K1d1-K2d2・ｆ（θ）────（４） Ｙ＝Ｉb ／Ｉa ────────────────────（５） なお、上記の式において、Ｋは浮遊粒子による吸光度、
Ｋ1,Ｋ2 はそれぞれ投光部１の光学窓，受光部２の光学
窓に付着した浮遊粒子煤塵による吸光度、Ｋsは浮遊粒
子による散乱度、Ｌは光ビームの透過距離（被測定空間
の距離）、ｌは散乱領域の等価距離、ｄ1,ｄ2 は投光部
１，受光部２の光学窓に堆積した煤塵の層厚さである。
【００１７】そして、投光軸Ｏと散乱光の受光軸Ｏ1 と
のなす角をθとすれば、浮遊粒子による散乱強度は角度
θの関数ｆ（θ）として表される。なお、散乱光は受光
部２の光学窓２１に対して角度θだけずれて入射するた
めに、散乱光が光学窓２１に付着した煤塵（厚さｄ2)を
通過する距離ｄ2'はｄ2'＝ｄ2 ／ cosθとなる。したが
って、前記式（５）に式（３),（４）を代入して展開す
ると、 Ｙ＝Ｉb ／Ｉa ＝Ａ・Ｋs ・ｌ・ｅKL-K2(d2'-d2) ・ｆ（θ）──（６） となる。なお、（６）式でＡ，Ｌ，ｌは光学系で決まる
定数である。また、第１の受光部２Ｉと第２の受光部２
IIを近接させることにより、ｄ2'≒ｄ1 と見做すことが
できるので、これにより（６）式は近似的に、 Ｙ＝Ａ・Ｋs ・ｌ・ｅKL・ｆ（θ）──────────────（７） となる。さらに大気中での浮遊粒子濃度は通常0.０１〜
１mg／ｍ3 の範囲であり、この範囲では浮遊粒子による
吸光度Ｋ＝０〜0.０１（ｍ-1），透過距離Ｌを１ｍとす
るとＫＬ＝０〜0.０１である。したがって、前記（７）
式における項ｅKL＝ｅ0.0 〜ｅ0.01の範囲では、ｅKLの
変化はΔｅKL＜１となるので、Ａo ＝Ａ・ｌ・ｆ（θ）
として（７）式は、 Ｙ＝Ａo ・Ｋs ──────────────────────（８） となる。これにより、演算部３では浮遊粒子による散乱
度Ｋs にのみ比例した測定出力を得ることができる。つ
まり、（８）式においては投光部１，受光部２の光学窓
に付着した煤塵による汚れの影響が相殺されて測定出力
には現れず、また投光部１から出射する光ビームの光強
度Ｉo にも依存しないため、光源１１の経時的な出力変
化の影響を受けることもなく、長期安定した精度での測
定が可能となる。
のなす角をθとすれば、浮遊粒子による散乱強度は角度
θの関数ｆ（θ）として表される。なお、散乱光は受光
部２の光学窓２１に対して角度θだけずれて入射するた
めに、散乱光が光学窓２１に付着した煤塵（厚さｄ2)を
通過する距離ｄ2'はｄ2'＝ｄ2 ／ cosθとなる。したが
って、前記式（５）に式（３),（４）を代入して展開す
ると、 Ｙ＝Ｉb ／Ｉa ＝Ａ・Ｋs ・ｌ・ｅKL-K2(d2'-d2) ・ｆ（θ）──（６） となる。なお、（６）式でＡ，Ｌ，ｌは光学系で決まる
定数である。また、第１の受光部２Ｉと第２の受光部２
IIを近接させることにより、ｄ2'≒ｄ1 と見做すことが
できるので、これにより（６）式は近似的に、 Ｙ＝Ａ・Ｋs ・ｌ・ｅKL・ｆ（θ）──────────────（７） となる。さらに大気中での浮遊粒子濃度は通常0.０１〜
１mg／ｍ3 の範囲であり、この範囲では浮遊粒子による
吸光度Ｋ＝０〜0.０１（ｍ-1），透過距離Ｌを１ｍとす
るとＫＬ＝０〜0.０１である。したがって、前記（７）
式における項ｅKL＝ｅ0.0 〜ｅ0.01の範囲では、ｅKLの
変化はΔｅKL＜１となるので、Ａo ＝Ａ・ｌ・ｆ（θ）
として（７）式は、 Ｙ＝Ａo ・Ｋs ──────────────────────（８） となる。これにより、演算部３では浮遊粒子による散乱
度Ｋs にのみ比例した測定出力を得ることができる。つ
まり、（８）式においては投光部１，受光部２の光学窓
に付着した煤塵による汚れの影響が相殺されて測定出力
には現れず、また投光部１から出射する光ビームの光強
度Ｉo にも依存しないため、光源１１の経時的な出力変
化の影響を受けることもなく、長期安定した精度での測
定が可能となる。
【００１８】実施例２：図２は本発明の請求項２に対応
する実施例の受光部の構成を示すものである。この実施
例は受光部を１組の光学系で構成し、この受光部を前記
実施例１における第１の受光部，第２の受光部と対応す
る各位置に定周期で交互に移動し、投光部より浮遊粒子
を含む被測定空間を通過した光ビームの透過光、および
浮遊粒子の散乱光をそれぞれ投光軸上，および投光軸と
傾いた光軸上で受光し、各受光位置で受光部から出力し
た各電気信号出力の比を後段の演算部で演算して測定出
力を得るようにしたものである。
する実施例の受光部の構成を示すものである。この実施
例は受光部を１組の光学系で構成し、この受光部を前記
実施例１における第１の受光部，第２の受光部と対応す
る各位置に定周期で交互に移動し、投光部より浮遊粒子
を含む被測定空間を通過した光ビームの透過光、および
浮遊粒子の散乱光をそれぞれ投光軸上，および投光軸と
傾いた光軸上で受光し、各受光位置で受光部から出力し
た各電気信号出力の比を後段の演算部で演算して測定出
力を得るようにしたものである。
【００１９】すなわち、図示のように受光部２には、前
面に装備した光学窓２１のほかに、回転軸６と一緒に回
る回転ハウジング７に受光レンズ２１，受光素子２３，
出力回路２４，アパーチャー２５が組み込まれており、
駆動モータ８により前記回転ハウジング７を回転操作
し、実線位置で示す第１の受光位置と鎖線で示す第２の
受光位置に定周期で交互に回転移動するようにしてい
る。なお、８ａは駆動モータの回転制御部である。ま
た、前記した第１の受光位置と第２の受光位置には出力
回路２４の出力信号を非接触で受信する受信回路２７Ｉ
と２７IIが配置されており、各受光位置ごとに受信回路
２７Ｉ，あるいは２７IIを介して受光素子２３の出力信
号が演算部３に送られ、ここで実施例１で述べたと同様
な演算処理を行って浮遊粒子濃度を測定する。なお、出
力回路２４と受信回路２７Ｉ，２７IIとの間の非接触式
送信手段としては、例えば光カプラが使用される。
面に装備した光学窓２１のほかに、回転軸６と一緒に回
る回転ハウジング７に受光レンズ２１，受光素子２３，
出力回路２４，アパーチャー２５が組み込まれており、
駆動モータ８により前記回転ハウジング７を回転操作
し、実線位置で示す第１の受光位置と鎖線で示す第２の
受光位置に定周期で交互に回転移動するようにしてい
る。なお、８ａは駆動モータの回転制御部である。ま
た、前記した第１の受光位置と第２の受光位置には出力
回路２４の出力信号を非接触で受信する受信回路２７Ｉ
と２７IIが配置されており、各受光位置ごとに受信回路
２７Ｉ，あるいは２７IIを介して受光素子２３の出力信
号が演算部３に送られ、ここで実施例１で述べたと同様
な演算処理を行って浮遊粒子濃度を測定する。なお、出
力回路２４と受信回路２７Ｉ，２７IIとの間の非接触式
送信手段としては、例えば光カプラが使用される。
【００２０】かかる構成により、実施例１と同様に光学
窓の汚れ，投光部の経時的な出力変化の影響を受けずに
浮遊粒子濃度が計測できるほか、受光部２を構成する受
光レンズ２２，および受光素子２３が１組であり、かつ
同一の受光素子２３を使用して投光軸Ｏの方向から入射
する透過光４ａ，および光軸Ｏ1 の方向から入射する散
乱光４ｂを受光するので、２組の受光素子を用いた実施
例１と比べて、二組の受光素子の特性ばらつき，および
受光素子の経時的な特性変化に起因する測定誤差の問題
を解決することができる。
窓の汚れ，投光部の経時的な出力変化の影響を受けずに
浮遊粒子濃度が計測できるほか、受光部２を構成する受
光レンズ２２，および受光素子２３が１組であり、かつ
同一の受光素子２３を使用して投光軸Ｏの方向から入射
する透過光４ａ，および光軸Ｏ1 の方向から入射する散
乱光４ｂを受光するので、２組の受光素子を用いた実施
例１と比べて、二組の受光素子の特性ばらつき，および
受光素子の経時的な特性変化に起因する測定誤差の問題
を解決することができる。
【００２１】実施例３：図３は本発明の請求項３に対応
する実施例の受光部の構成を示すものである。この実施
例は、実施例２と同様な原理で投光軸Ｏの方向から入射
する透過光４ａ，および光軸Ｏ1 の方向から入射する散
乱光４ｂを１個の受光素子２３で受光するようにしたも
ので、光学窓２１の背後には先記実施例１における第
１，第２の受光部と同様に第１の受光レンズ２２Ｉ，２
２IIが固定的に配置されており、さらにその背後に固定
配置した受光素子２３との間には、第１，第２の受光レ
ンズ２２Ｉ，２２IIと個々に対応するベンドミラー２８
Ｉ，２８II、および駆動モータ８で回転操作される回転
ミラー２９が配備されている。なお、受光素子２３の前
面には第３の受光レンズ２２III を備えている。
する実施例の受光部の構成を示すものである。この実施
例は、実施例２と同様な原理で投光軸Ｏの方向から入射
する透過光４ａ，および光軸Ｏ1 の方向から入射する散
乱光４ｂを１個の受光素子２３で受光するようにしたも
ので、光学窓２１の背後には先記実施例１における第
１，第２の受光部と同様に第１の受光レンズ２２Ｉ，２
２IIが固定的に配置されており、さらにその背後に固定
配置した受光素子２３との間には、第１，第２の受光レ
ンズ２２Ｉ，２２IIと個々に対応するベンドミラー２８
Ｉ，２８II、および駆動モータ８で回転操作される回転
ミラー２９が配備されている。なお、受光素子２３の前
面には第３の受光レンズ２２III を備えている。
【００２２】かかる構成で、回転ミラー２９を回転する
と、回転ミラー２９が図示の位置にあるときは第１の受
光レンズ２２Ｉを通過した透過光４ａがベンドミラー２
８Ｉ，回転ミラー２９を経て受光素子２３に導光され
る。また、回転ミラー２９が図示位置から１８０゜回転
して下向きに移動すると、第２の受光レンズ２２IIを通
過した散乱光４ｂがベンドミラー２８II，回転ミラー２
９を経て受光素子２３に導光される。つまり、回転ミラ
ー２９を回転することにより、透過光４ａと散乱光４ｂ
とが時分割されて受光素子２３に導光，受光され、その
出力信号が出力回路２４を経て演算部３に送られる。そ
して、演算部３では実施例１で述べたと同様な演算処理
を行って測定出力を得る。
と、回転ミラー２９が図示の位置にあるときは第１の受
光レンズ２２Ｉを通過した透過光４ａがベンドミラー２
８Ｉ，回転ミラー２９を経て受光素子２３に導光され
る。また、回転ミラー２９が図示位置から１８０゜回転
して下向きに移動すると、第２の受光レンズ２２IIを通
過した散乱光４ｂがベンドミラー２８II，回転ミラー２
９を経て受光素子２３に導光される。つまり、回転ミラ
ー２９を回転することにより、透過光４ａと散乱光４ｂ
とが時分割されて受光素子２３に導光，受光され、その
出力信号が出力回路２４を経て演算部３に送られる。そ
して、演算部３では実施例１で述べたと同様な演算処理
を行って測定出力を得る。
【００２３】この実施例によれば、先に述べた実施例２
と同様に１個の受光素子で透過光，散乱光を受光するよ
うにしたので、受光素子の経時的な特性変化の問題を解
決できる。 実施例４：図４は本発明の請求項４に対応する実施例を
示すものであり、計測の校正を行う際に投光部１と受光
部２との間の光路に挿入される基準光路セル９が別に用
意されている。この光路セル９は、光反射を防止するた
めに内面を黒色つや消し塗装した筒９ａの両端に光学窓
９ｂを取付け、かつ筒内部に散乱粒子を均一に分散した
固体性の光散乱媒質９ｃで満たしてあり、その透過率，
吸光度があらかじめ基準値となるように調整されてい
る。
と同様に１個の受光素子で透過光，散乱光を受光するよ
うにしたので、受光素子の経時的な特性変化の問題を解
決できる。 実施例４：図４は本発明の請求項４に対応する実施例を
示すものであり、計測の校正を行う際に投光部１と受光
部２との間の光路に挿入される基準光路セル９が別に用
意されている。この光路セル９は、光反射を防止するた
めに内面を黒色つや消し塗装した筒９ａの両端に光学窓
９ｂを取付け、かつ筒内部に散乱粒子を均一に分散した
固体性の光散乱媒質９ｃで満たしてあり、その透過率，
吸光度があらかじめ基準値となるように調整されてい
る。
【００２４】そして、通常は光路セル９を図示実線のよ
うに計測装置から外しておき、この状態で大気中の浮遊
粒子濃度を測定する。一方、定期点検時などで計測装置
の校正を行う場合には、光路セル９を鎖線で示すように
投光部１と受光部２との間の光路に挿入セットする。こ
れにより投光部と受光部との間に既知な散乱濃度環境を
簡単に再現性よく作り出すことができる。そして、この
状態で計測出力をチエックすれば、計測装置における光
学窓の汚れ，光電素子の経時的な特性変化などに起因す
る測定出力への影響が判るので、これを基に適正に補正
を行うことができる。
うに計測装置から外しておき、この状態で大気中の浮遊
粒子濃度を測定する。一方、定期点検時などで計測装置
の校正を行う場合には、光路セル９を鎖線で示すように
投光部１と受光部２との間の光路に挿入セットする。こ
れにより投光部と受光部との間に既知な散乱濃度環境を
簡単に再現性よく作り出すことができる。そして、この
状態で計測出力をチエックすれば、計測装置における光
学窓の汚れ，光電素子の経時的な特性変化などに起因す
る測定出力への影響が判るので、これを基に適正に補正
を行うことができる。
【００２５】なお、図４は実施例１の構成に基準光路セ
ルを適用した場合の実施例を示したが、実施例２，実施
例３に対しても同様な基準光路セルを適用して計測の校
正を行うことができる。また、大気中の浮遊粒子濃度ゼ
ロでの校正は、第２の受光部２IIに対する受光，あるい
は出力信号をカットすることで容易に行える。
ルを適用した場合の実施例を示したが、実施例２，実施
例３に対しても同様な基準光路セルを適用して計測の校
正を行うことができる。また、大気中の浮遊粒子濃度ゼ
ロでの校正は、第２の受光部２IIに対する受光，あるい
は出力信号をカットすることで容易に行える。
【００２６】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、受光
部において、投光部の投光軸方向から入射する透過光と
浮遊粒子による散乱光を受光し、その光強度の比を演算
して測定出力を得るようにしたことにより、投光部，受
光部に装備した光学窓の煤塵付着による汚れ，投光強度
の経時的変化の影響を受けずに浮遊粒子濃度を長期安定
した測定精度で計測することかできる。
部において、投光部の投光軸方向から入射する透過光と
浮遊粒子による散乱光を受光し、その光強度の比を演算
して測定出力を得るようにしたことにより、投光部，受
光部に装備した光学窓の煤塵付着による汚れ，投光強度
の経時的変化の影響を受けずに浮遊粒子濃度を長期安定
した測定精度で計測することかできる。
【００２７】また、請求項２あるいは３の構成を採用す
ることにより、同一の受光素子を使用して透過光，散乱
光を受光することができるので、二組の受光系の機差の
経時的な変化に起因する測定誤差の問題を解消すること
ができる。さらに、請求項４による基準光路セルを用い
ることにより、計測の校正時に投光部と受光部との間に
既知な散乱濃度環境を簡単に再現性よく作り出すことが
でき、これにより光学窓の汚れを含めた計測装置全体の
長期的経時変化のチエック，並びに補正が簡単に行え
る。
ることにより、同一の受光素子を使用して透過光，散乱
光を受光することができるので、二組の受光系の機差の
経時的な変化に起因する測定誤差の問題を解消すること
ができる。さらに、請求項４による基準光路セルを用い
ることにより、計測の校正時に投光部と受光部との間に
既知な散乱濃度環境を簡単に再現性よく作り出すことが
でき、これにより光学窓の汚れを含めた計測装置全体の
長期的経時変化のチエック，並びに補正が簡単に行え
る。
【図１】本発明の実施例１による浮遊粒子濃度計測装置
の全体の構成を示す模式図
の全体の構成を示す模式図
【図２】本発明の実施例２による浮遊粒子濃度計測装置
の受光部の構成を示す模式図
の受光部の構成を示す模式図
【図３】本発明の実施例３による浮遊粒子濃度計測装置
の受光部の構成を示す模式図
の受光部の構成を示す模式図
【図４】本発明の実施例４による浮遊粒子濃度計測装置
の構成を示す模式図
の構成を示す模式図
１ 投光部 ２ 受光部 ２Ｉ 第１の受光部 ２II 第２の受光部 ２１ 光学窓 ２２ 受光レンズ ２３ 受光素子 ２８ ベンドミラー ２９ 回転ミラー ３ 演算部 ４ 光ビーム ４ａ 透過光 ４ｂ 散乱光 ５ 浮遊粒子 ６ 回転軸 ８ 駆動モータ ９ 基準光路セル ９ａ 筒 ９ｂ 光学窓 ９ｃ 光散乱媒質
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 幸一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】投光部と受光部との間の被測定空間に浮遊
する粒子状物質の濃度を光学的に計測する装置であっ
て、平行な光を出射する投光部と、該投光部からの出射
光をその投光軸上で受光し、その受光量に応じた電気信
号を出力する第１の受光部と、前記投光軸と異なる光軸
上で浮遊粒子の散乱光を受光し、その受光量に応じた電
気信号を出力する第２の受光部と、第１受光部の電気信
号出力と第２受光部の電気信号出力の比を演算して測定
出力を得る演算器とから構成したことを特徴とする浮遊
粒子濃度計測装置。 - 【請求項２】投光部と受光部との間の被測定空間に浮遊
する粒子状物質の濃度を光学的に計測する装置であっ
て、平行な光を出射する投光部と、該投光部からの出射
光を受光し、その受光量に応じた電気信号を出力する受
光部と、該受光部を投光部の投光軸に一致する第１の受
光位置，および前記投光軸と異なる光軸上の第２の受光
位置に定周期で交互に移動させる受光部移動機構と、第
１の受光位置，および第２の受光位置で受光した受光部
の電気信号出力の比を演算して測定出力を得る演算部と
から構成したことを特徴とする浮遊粒子濃度計測装置。 - 【請求項３】投光部と受光部との間の被測定空間に浮遊
する粒子状物質の濃度を光学的に計測する装置であっ
て、平行な光を出射する投光部と、該投光部の投光軸上
に配置した第１の受光レンズと、前記投光軸とは異なる
光軸上に配置した第２の受光レンズと、第１の受光レン
ズ，および第２の受光レンズを透過した光を交互に受光
し、その受光量に応じた電気信号を出力する各レンズに
共通な受光素子と、第１の受光レンズを透過した光と第
２の受光レンズを透過した光を時分割して前記受光素子
に交互に導光するミラー機構と、第１の受光レンズ，お
よび第２の受光レンズを通じて受光した受光素子の電気
信号出力の比を演算して測定出力を得る演算部とから構
成したことを特徴とする浮遊粒子濃度計測装置。 - 【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の浮遊
粒子濃度計測装置において、両端面に光学窓を備えた筒
内に光散乱媒質を均一に分散した構成になり、かつ計測
の校正時にのみ投光部と受光部との間の被測定空間の光
路に挿入して用いる基準光路セルを備えたことを特徴と
する浮遊粒子濃度計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12028593A JPH06331543A (ja) | 1993-05-24 | 1993-05-24 | 浮遊粒子濃度計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12028593A JPH06331543A (ja) | 1993-05-24 | 1993-05-24 | 浮遊粒子濃度計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06331543A true JPH06331543A (ja) | 1994-12-02 |
Family
ID=14782463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12028593A Pending JPH06331543A (ja) | 1993-05-24 | 1993-05-24 | 浮遊粒子濃度計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06331543A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007278858A (ja) * | 2006-04-07 | 2007-10-25 | Shinei Kk | 霧粒子センサ及び霧センサ |
| JP2009002733A (ja) * | 2007-06-20 | 2009-01-08 | Toshiba Corp | 浮遊パーティクル検出装置及び浮遊パーティクル検出方法 |
| JP2010169444A (ja) * | 2009-01-20 | 2010-08-05 | Toshiba Corp | エアロゾル分光分析装置およびその較正方法 |
| JP2010533865A (ja) * | 2007-07-19 | 2010-10-28 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 光学的特性センサー |
| JP2011220847A (ja) * | 2010-04-09 | 2011-11-04 | Tsukasa Sokken Co Ltd | 排気微粒子濃度の光学的測定装置 |
| JP2012514755A (ja) * | 2009-01-09 | 2012-06-28 | ゾロ テクノロジーズ，インコーポレイティド | ボイラの内部空間における燃焼特性をモニタするモニタ方法及びモニタ装置 |
| JP2012251886A (ja) * | 2011-06-03 | 2012-12-20 | Fuji Electric Co Ltd | 微粒子検出装置 |
| CN107144507A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-09-08 | 西石（厦门）科技有限公司 | 一种可自校准的双光路粉尘浓度测量仪 |
| KR20180115447A (ko) * | 2017-04-13 | 2018-10-23 | 엘지전자 주식회사 | 부유미생물 측정장치, 이를 이용한 측정방법 및 이를 구비한 공기조화장치 |
| KR20190123983A (ko) * | 2018-04-25 | 2019-11-04 | (주)파이버피아 | 오염인자 농도 측정 장치 및 방법 |
| JP2020085597A (ja) * | 2018-11-21 | 2020-06-04 | 株式会社マツシマメジャテック | 盤内粉塵監視装置及び方法、盤内粉塵監視システム |
| CN116879120A (zh) * | 2023-09-06 | 2023-10-13 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 烟雾检测装置 |
| CN116973283A (zh) * | 2023-07-28 | 2023-10-31 | 深圳市正精达仪器有限公司 | 烟尘浓度检测光路及烟尘浓度监测方法 |
-
1993
- 1993-05-24 JP JP12028593A patent/JPH06331543A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007278858A (ja) * | 2006-04-07 | 2007-10-25 | Shinei Kk | 霧粒子センサ及び霧センサ |
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| JP2010169444A (ja) * | 2009-01-20 | 2010-08-05 | Toshiba Corp | エアロゾル分光分析装置およびその較正方法 |
| JP2011220847A (ja) * | 2010-04-09 | 2011-11-04 | Tsukasa Sokken Co Ltd | 排気微粒子濃度の光学的測定装置 |
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| KR20180115447A (ko) * | 2017-04-13 | 2018-10-23 | 엘지전자 주식회사 | 부유미생물 측정장치, 이를 이용한 측정방법 및 이를 구비한 공기조화장치 |
| CN107144507A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-09-08 | 西石（厦门）科技有限公司 | 一种可自校准的双光路粉尘浓度测量仪 |
| KR20190123983A (ko) * | 2018-04-25 | 2019-11-04 | (주)파이버피아 | 오염인자 농도 측정 장치 및 방법 |
| JP2020085597A (ja) * | 2018-11-21 | 2020-06-04 | 株式会社マツシマメジャテック | 盤内粉塵監視装置及び方法、盤内粉塵監視システム |
| CN116973283A (zh) * | 2023-07-28 | 2023-10-31 | 深圳市正精达仪器有限公司 | 烟尘浓度检测光路及烟尘浓度监测方法 |
| CN116879120A (zh) * | 2023-09-06 | 2023-10-13 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 烟雾检测装置 |
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