JPH0634540A - 流動体汚染監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 煙や大気汚染等を含めた種々の流動体の汚染
を検知及び監視するための装置に関し、当該装置の設計
を容易にすると共に、感度の安定性を改善し、装置全体
の消費電力を低減することを目的とする。更に、各微粒
子の大きさに基づいて、これらの識別を可能にすること
を目的とする。 【構成】 流動体をサンプリングするためのチャンバ２
１と、このチャンバ内に光ビーム１０，１１を照射する
ための照準合わせされた光源１４，１５と、上記チャン
バ内で光ビームに晒されるサンプル流動体を導入するた
めの出入口２３と、上記光ビームから離され又は遮蔽さ
れた位置に設けられた光検出セル１６と、上記チャンバ
内に浮遊する微粒子及び分子によって生成された散乱光
を上記検出セルに指向させるための収束装置１７とを備
えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、煙や大気汚染等を含め
た種々の流動体の汚染を光散乱手法によって検知及び監
視するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光散乱手法を用いて煙を検知する装置が
知られている。このような装置は、煙や同様な微粒子等
が浮遊することができるサンプリング領域において、こ
の領域に供給された大気内へ光を照射するように構成さ
れた光源を備えている。微粒子によって散乱された光は
光検出器に集められる。この光検出器からの信号の振幅
は、当該流動体中における微粒子の量の指示値である。

【０００３】特に、高感度型の検出器は、低レベルの流
動体汚染を監視することができ、したがって一般的な大
気汚染を監視するために有効であろう。このような高感
度な検出器は、できるだけ早い段階で火災を検知するこ
とを可能にし、これにより、煙濃度レベルが生命に危険
なレベルとなる前に周囲の人間が携帯用消化器を操作し
たり、あるいは出火源の除去（例えば電流の遮断）をす
ることで、火災を抑制することができる。このような検
出器は、例えば、１立方メートル当たり２０μｇの木材
煙、すなわち４０キロメートルの視界に匹敵する高い感
度を必要とする。

【０００４】本出願人によるオーストラリア特許明細書
第 31843/84 号，第 31842/84 号，第 34537/84 号，第
31841/84 号及び第 42298/85 号に開示された監視装置
は、主に、火災が拡大する前に、過熱している物体から
出る初期の僅かな煙を検知するために開発された。今
日、家具や調度品、電線や装置には合成材料が広く使用
されているので、これは危険に則した要求となってい
る。合成材料は、非常に激しく燃えて、従来の天然材料
と比べて極めて高濃度の有毒な煙を発生させる。したが
って、燻焼状態をより早く検出することが、人命の保護
（例えば、住宅等において）や重要機器の保護（例え
ば、コンピュータにおいて）のために欠かせなくなって
いる。

【０００５】従来におけるこのような装置は、煙のレベ
ルが人命又は精巧な機器に対して危険となる前に、人の
手の介在を喚起することができるので、電源の供給を規
則的に閉鎖させて、過熱している機器（これにより火災
に至るもの）を抑えたり、自動消火システム及び避難誘
導システムを操作することができる。

【０００６】従来技術では、オーストラリア特許第 318
43/84 号に開示されているようなサンプリング・チャン
バが用いられており、そのチャンバ内には、監視される
べきゾーン内の大気から抽出されたサンプルが、吸引装
置によって絶えず吸い込まれる。この大気のサンプル
は、通常、キセノンランプからの強力且つ広帯域のパル
ス光に照らされる。照射光に対して僅かな割合の光が、
大気中の微粒子により散乱されて高感度の検出器に向け
て進み、検出器は、信号処理後、大気中に存在する汚染
物（例えば、煙）のレベルを示すアナログ信号を生成す
る。この機器は非常に高感度なので、大気中の微細分子
によって散乱された光子だけが検知できる。したがって
僅かな汚染が、増分信号として忽ち検知される。また、
この公知の機器装置は、高感度であるにもかかわらず、
通常の煙検知器（比較的感度の鈍い２種または３種のも
の）と比べて誤報の割合が非常に低い。

【０００７】英国特許明細書第 2045456号では、気体内
に浮遊している微粒子の存在を検出するための装置が開
示されている。この装置においては、照準調整された光
ビームが、測定用チャンバ内を通過するように指向され
ており、当該チャンバには、所定の焦点軸と一致してい
る上記光ビームを内部に反射させるための楕円形且つ円
筒状の反射器と、他の焦点軸に配置合せされている光検
出器とが備えられている。また上記明細書には、散乱さ
れない光ビームに対する放射トラップについても開示さ
れている。

【０００８】日本の公開公報第 60-93944 号では、レン
ズを持たない検出器が開示されており、当該機器におい
ては、レーザビーム光が小径の試料流動体を直角に横切
って第１の放物面状ミラーへと進み、当該第１の放物面
状ミラーが、第２の放物面状ミラーの焦点に設けられた
光電変換器（検知器）を備えるように構成されている。

【０００９】上記公開公報第 60-93944 号による検出器
は、散乱光の２重反射を維持するものであり、これによ
り厳密な光学的な配置を必要とするので、これを実行す
る際、光学的利得を実現しながら配置を維持することが
厄介であり、特に、振動や温度変化のある環境での使用
が予め分かっている場合には、装置の設定が難しくなっ
てしまう。

【００１０】また、上記公開公報第 60-93944 号には、
上記標本流から散乱光が発散されて検出器セル上に反射
される間の円錐角に関しては何も言及されていない。

【００１１】更に、米国特許明細書第 4,426,640号に
は、異なる波長の２つのビームを用いた汚染監視装置が
開示されている。

【００１２】また更に、日本の公開公報第 57-69230 号
には、光ビームが光ファイバを通して煙チャンバに送ら
れた煙感知器が開示されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】大気中の微粒子により
散乱されたフォトン (Photon) は、肉眼では見えない微
かな星の光のようなものであり、これに対してキセノン
ランプ又は十分に収束されたレーザビームの場合、その
照射光は、太陽光の輝度と同様である。（したがってこ
の様な装置では、光レベルの範囲が「無限の比率 (Cosm
ic Proportions)」に及ぶ。）太陽光の存在する中で微
かな星の光に相当するものを検出することは厄介なこと
である。そのために、照射光から所望の散乱光を分離す
ることができる高度い光学系の設計と、低温学 (Cryoge
nics) 又は光電子増倍管に頼ることなく僅かな散乱光成
分を検出することができる高度な電子装置が必要とされ
る。

【００１４】従来の技術では、低いエネルギにより強力
で広帯域が得られる適当な光源としてキセノンランプを
採用している。しかしながら、現在のレーザ機器のコス
トが低下したことに鑑み、本発明の目的は、照射軸が調
整されたコヒレントな光を用いることにより、上記サン
プリング・チャンバの設計を容易にすると共に、感度の
安定性を改善し、そして装置全体の消費電力を低減する
ことにある。

【００１５】更に、本発明の目的は、照射されるレーザ
ビームが通る空間的通路を小型化することができるサン
プリング・チャンバ及び検出器を提供することにある。

【００１６】上記レーザビームは、第１の開口部を通し
て上記空間的な通路に進んだ後、この空間内に導入され
る外部の微粒子に当たり、これにより散乱光線が第２の
開口部によって閉じ込められ、上記空間的な通路内の中
央部に頂点をもつ輪郭のある円錐形ゾーンを形成するよ
うに照射される。また、本発明の目的とするところは、
散乱光を当てる反射を１回にすることにより、感度の損
失を最小限にして、当該システムの光学的利得を向上さ
せると共に、配置構成を単純化することにある。

【００１７】また更に、本発明の目的は、各微粒子の検
出において、大きさの異なる範囲でこれらの識別を可能
にする汚染検出器を提供することにある。例えば、煙の
粒子が約 0.1から25ミクロンの範囲内に分類され、一
方、埃の粒子は、通常これより大きいと分類される。し
たがって、本発明の特定の目的は、検出された各微粒子
をその大きさによって分類することが可能な検出器を提
供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、流動体
をサンプルするサンプリング手段と、このサンプリング
手段内に、平行でコヒレントな光ビームを照射するため
の手段と、所定の監視領域からサンプル用の気流を導入
して、上記光ビームに晒されるサンプリング手段内に入
れるための導入手段と、上記光ビームから離れた位置又
は遮蔽された位置に配置された光検出セルと、上記サン
プルリング手段内の大気中の微粒子の存在により生成さ
れた散乱光を上記検出セルに指向させるための手段とを
具備し、上記指向手段が、上記散乱光を検出セル上に集
めるように適合され、この散乱光の形状が、上記平行で
コヒレントな光ビームの軸面で切断したときの断面で円
錐形をなし、これにより、上記散乱光の受光ゾーンが、
約５０度（すなわち、中心からの開きが約２５度以内）
以下の立体角 (Included Angle) をもった円錐領域で形
成される、流動体汚染監視装置が提供される。

【００１９】平行でコヒレントな光源の利点は、大気中
の微粒子によって散乱される光を除いて、光ビームの軸
をはみ出して観測される光が存在しないことである。ま
た、受光される散乱光の円錐角を５０度又は、それ以下
に制限することで、検出装置の感度損失をできる限り少
なくすることができることである。

【００２０】また、本発明の更なる特徴は、上記光ビー
ムに晒されるサンプリング手段の直径断面が、例えば、
約６ｍｍ以下に維持されるので、吸引装置の圧力低下を
十分小さく抑えることができると同時に、上記光ビーム
の大きさを小さくして、監視される気流の範囲をできる
限り小さくすることができることである。

【００２１】もし、光ビームが上記サンプリング手段を
通して照射されて、微粒子に何も衝突しない場合、この
ビームはその軸と外された光検出セルには現れない。こ
の光ビームを散乱する大気中の微粒子の導入により、上
記軸外れの光検出セルによる検知を可能にする光が生成
される。この照射された光ビームは、そのまま投影され
るか、又は上記受光ゾーン向けて、あるいは上記受光ゾ
ーンを外れて反射され得るが、光ビームは、通常、受光
ゾーン内に入光する散乱光から直ぐに分かれて、当該受
光ゾーンの外で吸収される。したがって、上記受光ゾー
ン内に配置された検出セルは散乱光成分にだけ応答す
る。

【００２２】上記検出セルからの出力は、散乱光のレベ
ルに比例しており、上記サンプリング手段内の微粒子の
濃度値を提供しながら変化する。

【００２３】光は、気体の分子に当たって全方向へ散乱
することが知られており、例えば煙のように比較的大き
い粒子の場合、散乱の大部分は、当該光ビームの軸から
の開きが０度から約３０度の範囲で起きる。したがっ
て、本発明の重要な特徴は、散乱光の受光ゾーンの立体
角が、当該光ビーム軸に対して約２５度又はそれ以下に
維持されることであり、そして、この限られた範囲を実
現することが、光学的利得を得るのに必要であることで
ある。

【００２４】本発明の好ましい形態において、進行方向
に散乱する光（すなわち、レーザビーム軸と僅かな角度
をなす光）の検出を向上させることが提案されている。
その為には、大部分の光が僅かな角度で進行方向に散乱
する際に、装置全体の感度を高くするようにしている。

【００２５】上記光ビームの軸と僅かな角度を以て散乱
する光を検知するための１つの方法は、中央に比較的小
さい孔をもつディスク状の上記受光ゾーンの一端に非常
に大きな検出器を配置して、上記非散乱光ビームが進行
できるようにされる。この方法は、例えば、家庭用機器
または特定機器等といった低感度用に適している。

【００２６】商業用または工業用において、通常、この
ようなセルは、感度及び低ノイズの点で必ずしも有効で
はなく、十分な感度を得るためには比較的小さいセルが
使用される必要がある。十分な散乱光を取り出して上記
小さいセル面上に収束させるために、凹面鏡又は凹面レ
ンズを用いることができる。しかし、光学的損失及び位
置合わせの重要性を最小限にする必要から、１回の反射
のみを用いた凹面鏡が好ましく、加えて収束のための条
件を変えることなく、例えば可視光から赤外線に光の波
長を変えることができるようにする必要がある。

【００２７】したがって本発明によれば、流動体の汚染
を監視するための装置に用いられる光検出装置であっ
て、流動体サンプリング用のチャンバと、このサンプリ
ング領域内に軸合わせされるコヒレントな光ビームを与
える又は照射するための手段と、監視すべき領域から上
記光ビームに晒される上記サンプリング領域内にサンプ
ル流を導入するための吸入手段と、上記光ビームから離
れた位置又は上記光ビームから遮断された位置に配置さ
れた光検出用セルと、上記サンプリング領域内にあり、
できる限り多くの有効な散乱光を上記検出用セル上に収
束させるための反射手段とを備えた装置が提供される。
好ましくは、上記反射手段が、軸方向に配置された凹形
反射鏡であることがよい。

【００２８】本発明の好ましい形態においては、少なく
とも２つの反射用セグメントが備えられており、上記光
ビームに対して僅かな角度、又は９０度以上の角度で入
射するいずれかの散乱光を少なくとも２つの検出用セル
に向けて異なる割合で反射させ、それぞれの検出用セル
が、大きさの異なる粒子の入射に応答して、それぞれ割
合の異なる光を受光するように構成される。

【００２９】本発明は、「光学的な信号と雑音との割合
（光学的ＳＮ比）」を改善しながら、残存する入射光に
対する散乱光の割合を実質的に改善することを提供す
る。本発明によれば、入射光の輝度（上記検出用セルの
感度に十分適合した所定の散乱光輝度を生成する必要は
あるが）を小さくすることができる。これにより、光源
のエネルギー消費を少なくすることができる。従来は、
キセノンランプに係る電力使用が、装置全体における殆
どの電力消費をもたらしていた。したがって本発明にお
いては、消費電力の実質的な低減を与えることが可能で
ある。その上、装置全体の感度を上げることが提供さ
れ、これにより、低レベルの微粒子濃度を検知すること
ができる。

【００３０】上記検出用セルの電気的なＳ／Ｎ比を改善
するために、レーザービームをパルス発振または変調し
てもよい。このＳ／Ｎ比を最適化するために、変調周波
数が、位相ロック回路（ＰＬＬ）又はマイクロプロセッ
サ・ユニット（図示せず）を有するデジタルフィルタ手
段によって同期化されるようにしてもよい。更に、この
変調は、装置全体の消費エネルギを減らしながら、レー
ザービームに要求される輝度を減少させる。レーザラン
プをパルス発振させた場合（例えば１００Ｈｚにて）、
最も大きい消費エネルギーの低減化を実現できると共
に、その寿命の延長化を実現することができる。

【００３１】本発明の特徴は、上記サンプリング用チャ
ンバを上記吸引手段の近傍に密接に配置して、この吸引
拡散器に隣接するサンプリング用チャンバ内に比較的狭
い吸込口を配置することを可能にすることにあり、つま
り、吸引器とサンプリング用チャンバとの統合的構成を
可能にして、これにより吸引器における圧力損失を最小
限にしていることである。

【００３２】本発明の実施において、コスト低減による
利益、及び、例えば固体レーザ又はヘリウム−ネオンレ
ーザといった小型レーザの適用性の改善といった利益が
享受されるが、勿論、他のタイプのレーザも使用するこ
とができ、多少高価な可視光レーザーは、短い波長をも
つので高感度を提供するであろう。

【００３３】１つの形態において、上記チャンバは、高
反射率の楕円形チューブ状である。光ビームは、この楕
円形チューブの１つの焦点に向けて照射される。この光
ビーム上に存在する微粒子は、全ての方向に光の散乱を
引き起こすが、上記楕円形チューブは、１回の反射の
後、更に複数の反射により、多くの散乱光を楕円形チュ
ーブ内の第２の焦点に向けて進行させる。複数の反射が
行われる場合、光線が閉じ込められて２つの焦点に整列
されることに注目すべきである。ポート手段は、例えば
サンプル用空気を上記チャンバ内に入れたり、チャンバ
外に出したりするために設けられている。

【００３４】本発明の他の形態において、更なる反射手
段が、上記反射手段の前方中央に配置され、上記光ビー
ムを上記光源の方に戻したり、あるいは上記サンプリン
グ領域内の光吸収手段又はサンプリング領域外の光吸収
手段に向ける方向に反射させている。

【００３５】上記検出用セルは、上記更なる反射手段の
後方に設けられており、上記凹型の反射器によって集光
され且つ収束された散乱光を受光するように配置されて
いる。したがって、この検出用セルでは、上記レーザビ
ームからの直接光を検出することが回避されており、上
記更なる反射手段によって受光された散乱光の大部分が
受光される。

【００３６】この形態においては反射壁をもつチャンバ
を必要とはせず、つまり楕円形のような特殊なチャンバ
を必要としない。したがって、これは、当該監視装置の
感度が、通常考えられるチャンバ面に付着する埃によっ
て影響されないことを表している。上記空気流を適当に
偏らせて、チャンバへの向きを十分配慮することによ
り、すなわち、気流の乱れと気流速度とを十分考慮する
ことにより、実用上、埃の付着に対して上記凹型の反射
器を耐防塵的に作ることができる。

【００３７】本発明によれば、楕円形の反射壁をもつチ
ャンバと、凹型の反射器とを組み合わせて、反射された
光の全てを結果的に結合させることが実現可能である。

【００３８】この機器を用いて非常に小さい微粒子又は
分子を検出するとき、すなわち測定のために用いると
き、所定の大きさの微粒子に対して有効となるように、
レーザの狭い光学的帯域によって検出器の感度を偏らせ
ることができるから（例えば、これにより、他の大きさ
の微粒子に対して比較的低い感度を与える）、好ましく
は、各々異なる波長で動作する２つの平行なレーザービ
ームを設けることが好ましい。

【００３９】

【実施例】第１の実施例において、チャンバは高反射率
の楕円形チューブ２０の形状をしている。光ビームは、
この楕円形チューブの１つの焦点に向けて照射される。
光ビームの進路上に存在している微粒子により、全ての
方向に向けて光の散乱が起こるが、楕円形チューブは、
１回の反射の後、更に複数の反射を行い、大部分の散乱
光を楕円形チューブの第２の焦点に向けて進行させる。
例えば、複数の反射において、各光線が閉じ込められて
２つの焦点に位置合わせされることに注目される。ポー
ト手段２３は、サンプル空気をチャンバ内に取り入れた
り、取り出したりするために設けられている。

【００４０】図１及び図２に示した本発明の他の実施例
において、２本のレーザビームは、プリズム１２又はミ
ラー機構によって、同一線上に揃えられることができ
る。このような機構の一実施例としては、各波長に適合
した異なる屈折角を用いることができる。単一のプリズ
ム１２を用いることにより、各レーザビームは、異なる
入射角で照射されるが、２本のビームが一対の同一線上
の光ビームとして照準器１３内に出現される。この異な
る入射角に関する新しい形態により、２本のレーザービ
ーム１４，１５に対し、欠くことのできない物理的分離
を可能にしている。両方のレーザービームを同時に動作
させたり、あるいは各レーザビームをそれぞれ交互に動
作させて、微粒子または流動体の特徴に関する付加的な
情報を得るようすることができる。

【００４１】これらレーザビームが、上記光源の方に戻
るように指向されるならば、これらビームは、上記プリ
ズムに予め設定された角度で入射した後、光吸収手段に
向けて反射されるようにすることができる。ここで光吸
収手段は、上記チャンバ内に設けられてもよいし、上記
チャンバ外に設けられてもよく、これにより上記反射手
段における臨界的な位置合わせを極めて小さくすること
ができる。

【００４２】勿論、上記検出用セル１６は、各レーザの
波長の両方に応答性がある必要がある。上記検出用セル
が、上記２つのレーザ光の波長に対して異なる感度をも
っているならば、各レーザは、スイッチング型ゲイン増
幅手段により同期速度で交互にパルス発光されて、この
異なる感度を補償することができる。ガス又はエアロゾ
ルに関する光の散乱係数が、照射された光の波長に依存
することが知られている。レイリー氏は、気体に関おい
て、この係数が、使用した波長の４分の１乗に反比例し
て変わることを見い出している。浮遊する微粒子が大き
くなると、係数は、４以下の指数（限りなくゼロに近
く）で反比例的に変わる。したがって、ある浮遊粒子の
大きさに対して、上記補償手段は、更に、上記２つのレ
ーザの波長での異なる光散乱係数を補償するために用い
ることができる。また、装置全体が、空気／ガス／微粒
子の公知のサンプルに対して指数を決定するように使用
することも可能である。

【００４３】図１を参照すると、円形の斬新な光吸収装
置２２が示されており、チャンバ内を通過して進行した
非散乱光ビームを受光している様子が示されている。こ
の装置は、高減衰性 (lossy)の反射壁で示されるように
円形であり、これにより受光された光が、図のような反
射壁の周囲で輝度を減衰させながら連続的に反射され
て、サンプリング用チャンバ内に戻らないよう構成され
ている。勿論、同様な作用は、例えば楕円形の壁とした
他の形態を用いても実現することができる。

【００４４】楕円形のチャンバ２１を必要としない他の
実施例において、散乱光は、反射器１７により受光され
（図２参照）、大部分の散乱光を検出用セル１６上に収
束させている。好ましくは、このセルが、この光を鮮明
点 (Sharp Point)に収束させることなく多くの光が受光
できるような一定の大きさを持つことが好ましい。レン
ズ又は複数のレンズ機構（図示せず）が、この反射器の
代わりに用いられてもよいが、光の収束が複数の波長で
実現される場合には、複合レンズが必要となるであろ
う。

【００４５】また、他の適用形態として、２本又は１本
のレーザビームに発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いるこ
とにより、幾つかの目的に応じた感度を実現することが
可能である。

【００４６】図３乃至図６においては、本発明の更なる
実施例が示されており、流入する空気のサンプルを収容
する導入用チューブ３０が、例えば、煙又は埃、あるい
は同様な汚染物について監視される部屋等の領域から空
気を吸い込むためのアスピレータ３１と結合されている
様子が示されている。この空気は、その後、流れに従っ
て進み、拡散部３０ｂ内に入る。

【００４７】レーザビームは、発生されるた後、チュー
ブ３２内に照射され、参照番号３０ａ点でサンプル用チ
ューブ内を横切り、円錐形の孔３５を通って受光ゾーン
３３内に照射される。上述のように、空気流内の埃又は
煙の粒子に当たる光は、様々な角度で散乱されて上記受
光ゾーン内に進行すると共に、散乱されなかった光は、
狭い通路を直進して受光吸収領域３４内に進行する。散
乱光の軌跡３５は、円錐の断面のように構成されてお
り、図５及び図６の点線で示したように、散乱光を円錐
形の受光領域内に閉じ込めるように構成されている。

【００４８】この円錐形の受光ゾーンには、当該ゾーン
に散乱した光を検出用セル３８上に反射させるための反
射壁３７があり、また、この検出用セル３８は、散乱さ
れていない光成分との直接的な接触から可能な限り十分
離れて配置されている。

【００４９】空気導入用チューブ３０は、断面積３０ａ
を小さくするようにノズルを形成して狭く作られてお
り、その程度は、空気流を通して光ビームを照射するよ
うに選択される。これにより空気流は早く移動し、上記
サンプル領域の断面積に対する光の面積の割合が相対的
に大きくなり、この結果、このサンプル領域内における
微粒子の検出確率を高めることを保障している。すなわ
ち、サンプル用チューブの相対的に小さい領域、つまり
このサンプル用領域は、進行する光ビームによって影響
されない。

【００５０】上記受光ゾーンは、好ましくは５０度より
大きくない立体角θをもち、上記比較的狭いゾーン内の
散乱光が、反射器３７によって反射されて検知器３８上
に収束されることが好ましい。

【００５１】このように、検出用セルの感度は、検知器
３８における受光立体角を、例えば５０度以下にするこ
とによって、通常の信号強度の少なくとも９０％に維持
される。

【００５２】反射器３７内にあるレーザービームの出口
孔３９の直径は、例えば、約５度より小さい僅かな散乱
角に対応されて約３乃至５ｍｍの範囲にあり、これによ
り、煙内に発生する最大粒子から外れる粒子が検出され
るのを防止している。したがって、この検出器は、大き
い粒子間の検知において分別を可能にするように構成さ
れたり、あるいは２つの粒子の両方に対して応答するよ
うに、異なる焦点位置が、少なくとも一対の検出用セル
と結合して作用する反射面を有する分割された反射器を
備えられて、上記各検出用セルの内、その一方が煙の小
さい粒子の存在によって活性化され、またその他方が、
埃の大きい粒子によって活性化されるように構成するこ
とができる。

【００５３】また、図７乃至図１０に示した更なる実施
例は、低感度の用途に有効なものであり、図において、
検出器に多結晶のソーラーセル４０が設けられており、
このソーラーセルは、比較的大きい面積のわりに低コス
トであり、例えば住居部分のような幾つかの用途に対し
て適当な感度を提供する。この例において、サンプル領
域のチューブ３０ａ内に当たった粒子からの散乱光は、
同様な円錐角θを形成している受光ゾーン３３内で受光
されるものであり、上記円錐角θは、図５及び図６に示
したように、５０度を越えないことが必要であり、当た
った光の受光量に基づいて警報回路を活性化するように
適合されている。受光面３７は、散乱されないレーザビ
ームを受けて吸収するように、その中心軸３９部に孔が
設けられている。

【００５４】

【発明の効果】このように本発明によれば、上述の課題
が解決され、これにより、係る汚染検監視装置のサンプ
リング・チャンバの設計を容易にすると共に、感度の安
定性を改善し、そして装置全体の消費電力を低減するこ
とが達成される。また、各微粒子の検出において、大き
さの異なる範囲でこれらの識別を可能にする汚染監視装
置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光検知式汚染検出装置に用いたサ
ンプリング用チャンバの断面図である。

【図２】本発明に係るサンプリング用チャンバの他の実
施例の断面図である。

【図３】本発明に係るサンプリング装置の他の実施例の
断面図である。

【図４】本発明に係るサンプリング装置の他の実施例の
断面図である。

【図５】図３のサンプリング装置を線分５−５で切断し
たときの断面図である。

【図６】図４のサンプリング装置を線分６−６で切断し
たときの断面図である。

【図７】本発明に係るサンプリング装置の他の実施例の
断面図である。

【図８】本発明に係るサンプリング装置の他の実施例の
断面図である。

【図９】図７のサンプリング装置を線分９−９で切断し
たときの断面図である。

【図１０】図８のサンプリング装置を線分１０−１０で
切断したときの断面図である。

【符号の説明】

１０，１１…光ビーム １２…プリズム １３…照準器 １４，１５…光源 １６…光検出用セル １７…反射器 ２０…楕円形チューブ ２２…光吸収装置 ２３…ポート手段（出入口） ３０…空気導入用チューブ ３１…アスピレータ ３７…反射器 ３８…光検出器

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動体の汚染を監視する装置であって、 流動体サンプリング手段と、 平行でコヒレントな光ビームを該サンプリング手段内に
   照射するための照射手段と、 監視されるべき領域から、前記光ビームに晒されるサン
   プリング手段内にサンプル空気を導入するための導入手
   段と、 前記光ビームの光軸から離れた位置、あるいは該光ビー
   ムの光軸から遮られた位置に配置された光検出用セル
   と、 前記サンプリング手段内に浮遊する微粒子の存在によっ
   て生成された散乱光を前記検出用セルに向けて指向させ
   る指向手段とを具備し、 前記指向手段が前記散乱光を検出用セル上に収束させる
   ように適合され、前記平行でコヒレントな光ビームの軸
   面で切断したときの前記散乱光のパターンが実質的に円
   錐形をなし、これによって前記散乱光を受光する領域が
   約５０度を越えない立体角をもつ円錐領域で形成され
   る、流動体汚染監視装置。
2. 【請求項２】 流動体の汚染を監視する装置であって、 流動体サンプリング手段と、 平行でコヒレントな光ビームを該サンプリング手段内に
   照射するための照射手段と、 監視されるべき領域から、前記光ビームに晒されるサン
   プリング手段内にサンプル空気を導入し、前記サンプル
   空気内に存在する微粒子が前記光ビームを散乱させて、
   散乱光を受光する領域内に送るための導入手段と、 前記散乱光を受光する領域内の所定位置に配置された光
   検出用セルと、 浮遊微粒子の存在によって生成された散乱光を前記光検
   出用セルに指向させるための指向手段とを具備し、 前記平行でコヒレントな光ビームの軸平面で切断したと
   きの前記散乱光のパターンが実質的に円錐形をなし、こ
   れによって前記散乱光を受光する領域が約５０度を越え
   ない立体角をもつ円錐領域で形成される、流動体汚染監
   視装置。
3. 【請求項３】 流動体の汚染を監視する装置であって、 流動体サンプリング手段と、 高輝度の光ビームを該サンプリング手段内に照射するた
   めの発光ダイオードと、 監視されるべき領域から、前記光ビームに晒される前記
   サンプル手段を通して、サンプル空気を散乱光受光領域
   に導入するための吸引手段と、 該散乱光受光領域内に配置された光検出用セルと、 浮遊する微粒子の存在によって生成された散乱光を該検
   出用セルに向けて指向させるための指向手段とを具備
   し、 前記光ビームの軸面にて切断したときの前記散乱光のパ
   ターンが実質的に円錐形をなす、流動体汚染監視装置。
4. 【請求項４】 前記検出用セルが、前記受光領域の一端
   に位置決めされ、且つ、中央に比較的小さい孔のあいた
   円盤状に形成された比較的大きい領域を有し、該孔を通
   して非散乱光が通過することにより、該非散乱光が前記
   検出用ディスク面に当たらないように適合されている、
   請求項２又は３に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記光ビームが、異なる波長で動作する
   少なくとも２つのレーザビームで生成され、１対の平行
   光線としてプリズムを通って前記サンプリングチャンバ
   内に照射されるように適合される、請求項１乃至３のい
   ずれか１項に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記光検出用セルの出力が、受光した散
   乱光の大きさに比例して変わることにより当該微粒子の
   濃度測定を提供し、これにより前記チャンバ内において
   流動体汚染測定を与える、請求項１乃至５のいずれか１
   項に記載の装置。
7. 【請求項７】 前記光ビームが、高輝度で光を発する発
   光ダイオードから発生されて照準器内に照射される、請
   求項１または２に記載の装置。
8. 【請求項８】 前記検出手段が、光ファイバ手段又はレ
   ーザーロッド手段と、該光ファイバ手段又はレーザーロ
   ッド手段の端部あるいはその近傍に位置決めされて、該
   光ファイバ手段又はレーザーロッド手段の長手方向に指
   向された散乱光を受光する検出用セルとを備える、請求
   項６に記載の装置。
9. 【請求項９】 前記非散乱光が、実質的に円筒状で後方
   に反射させる光沢のある内部壁を有する受光器によって
   吸収される、請求項３に記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記非散乱光が、ほぼ９０度向きを変
    えられて、前記後方に反射させる光沢のある内部壁に到
    達する、請求項８に記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記導入手段が前記サンプリング手段
    と隣接した吸引器を備え、該サンプリング手段が該吸引
    器の出口にノズル部を備えて、小さく縮小された断面か
    らなるサンプリング領域を形成し、該サンプリング領域
    の面積に対する該サンプリング領域を通して照射される
    光ビームの断面積が比較的大きくされ、これにより微粒
    子を検出するための光が該サンプリング領域で起きるよ
    うにするとともに、上記吸引器からの圧力漏れを最小限
    にする、請求項１または２に記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記中央の孔が、前記受光領域内にお
    ける約５度以下の僅かな散乱角に相当する約３乃至５ｍ
    ｍの大きさをなし、これにより最大の煙粒子よりも大き
    い微粒子の検出を回避する、請求項４に記載の装置。
13. 【請求項１３】 前記指向手段が、少なくとも１対の検
    出器が配置された各位置にそれぞれ焦点をもつ分割され
    た反射手段を備え、一方で前記サンプル空気内の小さい
    粒子の存在によって発生された散乱光、または他方で前
    記サンプル空気内の大きい粒子の存在によって発生され
    た散乱光が、各々前記分割された反射手段の各焦点に配
    置された前記一対の検出器の少なくとも一方によって検
    出される、請求項２または３に記載の装置。