JPH0658314B2 - レ−ザ光回折を利用した粒度分布測定装置 - Google Patents

レ−ザ光回折を利用した粒度分布測定装置

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JPH0658314B2
JPH0658314B2 JP60242064A JP24206485A JPH0658314B2 JP H0658314 B2 JPH0658314 B2 JP H0658314B2 JP 60242064 A JP60242064 A JP 60242064A JP 24206485 A JP24206485 A JP 24206485A JP H0658314 B2 JPH0658314 B2 JP H0658314B2
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和弘 林田
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205Investigating particle size or size distribution by optical means
    • G01N15/0211Investigating a scatter or diffraction pattern

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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、フラウンホーファ回折を利用した粒度分布測
定装置に関する。
<従来の技術> コヒーレントな光がスリット,円形開口,あるいはディ
スク等を通過したときに生ずる回折現象、すなわちフラ
ウンホーファ回折を利用して、粒子群の粒度分布を測定
する方法は既に知られている。実際には、飛しょう状態
の粒子群にレーザ光を照射し、各粒子の大きさに応じて
回折される光をレンズで受け、そのレンズの焦点面上に
回折像を結ばせる。そしてこの回折像の光強度分布の実
測値から、粒子群の粒度分布を算出する。
従来、上述の光強度分布を測定する方法の一つとして、
第3図に示す如く、ホトダイオード等の受光素子を複数
個リング状に組み合わせたリングデテクタを用いる方法
がある。この方法による利点は、回折光には若干のゆ
らぎが存在し、測定に際しては強度信号を平均化する必
要があるが、この平均化が、それぞれの素子について時
間的に平行して行えるので、測定時間が短縮できる。
可動部がない。回折角度の大きい部分は光強度が弱く
なるが、リングデテクタの場合、回折角度が大きくなる
程受光受面積が大きくなるので、測定精度が向上する、
等がある。
<発明が解決しようとする問題点> リングデテクタを用いる方法の欠点としては、透過光
はデテクタの中心に集光するが、この光強度は極めて大
きく、デテクタ面上で熱エネルギとなって中心部の受光
素子に熱影響を与える結果、素子の温度特性による測定
誤差が生ずる虞れがある。デテクタの最中心部の受光
部は、その半径が1mm以下であり、デテクタが集光用の
レンズの光軸と少しでもずれると大きな誤差を生じる
為、その位置合わせが重要となるが、その作業が困難で
ある、等があった。
<問題点を解決するための手段> 本発明は上述の欠点を解消すべくなされたもので、その
構成を実施例図面である第1図,第2図を参照しつつ説
明すると、本発明は、分散飛しょう状態の供試粒子群W
にレーザ光を照射し、粒子の大きさに応じて回折される
レーザ光を、供試粒子群Wの後方に置かれたレンズ1に
より、そのレンズ1の焦点面に配設された複数個の受光
素子からなるデテクタ(例えばリングデテクタ)2上に
集光し、そのデテクタの半径方向の受光強度分布から供
試粒子群Wの粒度分布を求める装置において、上記デテ
クタ2の中心部に貫通小孔2aが穿設する。また、その
貫通小孔2aの後方所定距離の位置には、この小孔2a
を通過したレーザ光を受光する為の受光手段(透過光強
度測定用デテクタ)3を設けた構成とする。
<作用> レンズ1の焦点面に配設されたデテクタ2の表面中心部
に集光すべき透過レーザ光は、貫通小孔2aを通過し
て、その後方所定距離の位置の受光手段3に入射される
ことになる。貫通小孔2aを通過したレーザ光を全てこ
の受光手段3で受光しても、この受光手段3の受光面上
においては再び拡散されているので、単位面積当りのエ
ネルギが弱くなっており、熱的影響を受けにくく、測定
誤差が生じない。また、レンズ1とデテクタ2の位置合
わせについて、受光手段3の受光量が最大となるようレ
ンズ1の位置を調節することにより、レンズ1の光軸と
デテクタ2の中心が合致し、かつ、レンズ1の焦点面と
デテクタ2の受光面が一致したことになって、その調節
作業が容易となる。
<実施例> 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。
第1図は本発明実施例の構成図で、第2図はそのリング
デテクタ2の中心部近傍の拡大図である。
レーザ光源4からのレーザ光はコリメータレンズ5a,
5bによって拡大され、フローセル6に照射される。フ
ローセル6内には、後述するように、供試粒子群Wが希
釈液の中に分散してなる懸濁液が循環しており、照射さ
れたレーザ光はこの分散粒子によって、各粒子径に応じ
た角度で回折する。その回折光は次段の集光用のレンズ
1によって、レンズ1の焦点面に置かれたリングデテク
タ2上に回折像を結ぶ。このレンズ1には、リングデテ
クタ2との位置関係を調節する為の位置調節機構17が
付設されている。
リングデテクタ2は、ホトダイオードを複数個リング状
に組み合わせて構成されており、そのリングの中心にあ
たる位置には、所定径,例えば1mm以下の貫通小孔2a
が穿たれている。そして、その貫通小孔2aの後方、距
離lの位置には、同様にホトダイオードから構成され、
貫通小孔2aを通過したレーザ光を受光するための、透
過光強度測定用デテクタ3が配設されている。
リングデテクタ2上に集光されたレーザ光の半径方向へ
の強度分布は、フローセル6内の分散粒子の各粒子の大
きさに基づく回折角度の分布に対応している。すなわ
ち、回折角度の小さい光は内側の素子に、回折角度の大
きい光は外側の素子に集光される。また、回折を受けな
い光、すなわち透過光は、リングデテクタ2の中心の貫
通小孔2aを通過して、透過光強度測定用デテクタ3に
入射される。
リングデテクタ2の各半径位置にある素子への光量は、
各素子によって電気信号に変換され、マルチプレクサ
7,アンプ8およびA−D変換器9によって量子化され
た後、CPU10を介してRAM11内に格納される。
また、透過光強度測定用デテクタ3への光量、すなわ
ち、透過光量も、同様にアンプ8およびA−D変換器9
で量子化された後、RAM11内に格納される。
CPU10は、ROM12に書き込まれたプログラムに
基づいて、公知の算法により、RAM11内に格納され
ているリングデテクタ2の受光強度分布、および透過光
強度測定用デテクタ3への入射光強度、すなわち透過光
強度のデータから、供試粒子群Wの粒度分布を算出する
ことができる。
CPU10には、指令を与えるためのキーボード13,
粒度分布算出結果等を表示するためのCRT14,およ
び入出力ポート15が接続されており、この入出力ポー
ト15には、フローセル6内に懸濁液を循環させ、ある
いは、CPU10からの指令によって、希釈液を追加注
入する為の希釈・循環装置16が接続されている。そし
て、ROM12には、前述した粒度分布算出プログラム
のほかに、透過光強度測定用デテクタ3の出力の監視に
よる濃度制御用プログラムが書き込まれている。このプ
ログラムは測定に先立って実行され、フローセル6内の
懸濁液濃度が自動的に規定濃度になるよう、希釈・循環
装置16が制御される。
すなわち、透過光強度測定用デテクタ3の出力は前述し
た通り、懸濁液を透過した光量を示すもので、この出力
から透過度を求めることができる。透過度は吸光度に容
易に変換することができ、吸光度は懸濁液の面積濃度に
比例する。従って、透過光強度測定用デテクタ3の出力
を監視して、その値がROM12にあらかじめ記憶され
ている所定の値になるまで希釈液を追加してゆくことに
より、懸濁液濃度を規定濃度とすることができる。
以上の本発明実施例を使用するとき、まず、レンズ1と
リングデテクタ2の位置合わせを行う。この位置合わせ
は、レンズ1の焦点面に正しくリングデテクタ2の受光
面が位置し、かつ、レンズ1の光軸が正しくリングデテ
クタ2の中心と一致するよう調整するもので、通常、レ
ンズ1は複数枚の焦点距離の異なるレンズが用意されて
おり、測定範囲に応じて交換自在となっている。このレ
ンズ1の交換時においては、その光軸とリングデテクタ
2のセンタがずれる可能性があって、センタがずれると
大きな測定誤差が発生するから、この位置合わせは重要
である。本発明実施例によると、透過光強度測定用デテ
クタ3に入射する光量が最大となるように位置調節機構
17を操作すれば、透過光が全て貫通小孔2aを通過し
て透過孔強度測定用デテクタ3に入射される状態になっ
たということであって、上述した条件を満たす位置にレ
ンズ1が位置決めされたことになり、その作業は容易で
ある。
次に、濃度制御用プログラムが実行される。このプログ
ラムの実行により、前述したように、フローセル3内の
懸濁液濃度が規定濃度に制御される。懸濁液濃度は、低
い場合は回折孔強度が全体的に弱くなって測定が不正確
となる。また高い場合は回折光が再び回折されるという
二重回折現象が発生し、この場合も測定が不正確とな
り、従ってこの濃度は適宜値に設定する必要がある。本
発明実施例によると、透過光強度測定用デテクタ3の出
力により、自動的に懸濁液濃度が適宜値に制御される。
その後、実際の測定動作が実行されるが、このとき、粒
子により回折されずにレンズ1の光軸に平行に入射され
る光、すなわち透過光は、全てリングデテクタ2の受光
面中心部に集光され、極めて大きなエネルギを持ってい
るが、透過光強度測定用デテクタ3はレンズ1の焦点面
から距離lだけ後方に配設されているので、透過光は拡
散され、このデテクタ3の受光面上では単位面積当りの
エネルギは弱くなる。
なお、以上の実施例では、液体中に供試粒子群を分散さ
せた場合の測定例を示したが、ガス中に供試粒子群を分
散させてもよいことは勿論である。また、リングデテク
タ2としては、第3図に示したようなリング一周に全て
素子を配列したものに限られることなく、半円形,扇形
に配列したもの、あるいは、直線的に素子を配列した、
ホトダイオードアレイを用いたものであっても、本発明
を適用することができる。
<効果> 以上説明したように、本発明によれば、フランホーファ
回折を利用した粒度分布測定装置において、回折光集光
用のレンズ1の焦点面に置かれるリングデテクタ2の中
心部に貫通小孔2aを穿ち、透過光をその貫通小孔2a
を通過させて、焦点面から所定距離後方の透過光強度測
定用デテクタ3によってその強度を測定するよう構成し
たから、従来のような透過光の集光による受光素子の熱
的影響に起因する測定誤差が生じない。また、透過光が
全て貫通小孔2aを通過して透過光強度測定用デテクタ
3に入射されるようレンズ1とリングデテクタ2の位置
関係を調節することにより、すなわち、透過光強度測定
用デテクタ3への入射光が最大となるよう上述の位置関
係を調節するだけで、レンズ1とリングデテクタ2の位
置が正しく位置決めされたことになり、その調節作業が
容易となる。
更に、透過光強度測定用デテクタ3の出力を監視するこ
とにより、供試粒子分散系の濃度を自動的に制御するこ
とも可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の構成図、第2図はそのリングデ
テクタ2の中心部近傍の拡大図、第3図はリングデテク
タの構成例を示す説明図である。 1……レンズ、2……リングデテクタ 2a……貫通小孔 3……透過光強度測定用デテクタ 4……レーザ光源 5a,5b……コリメータレンズ 6……フローセル、9……A−D変換器 10……CPU、11……RAM 12……ROM、16……希釈・循環装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】分散飛しょう状態の供試粒子群にレーザ光
    を照射し、粒子の大きさに応じて回折されるレーザ光
    を、供試粒子群の後方に置かれたレンズにより、そのレ
    ンズの焦点面に配設された複数個の受光素子からなるデ
    テクタ上に集光し、そのデテクタの半径方向の受光強度
    分布から供試粒子群の粒度分布を求める装置において、
    上記デテクタの中心部に貫通小孔が穿設され、その貫通
    小孔の後方所定距離の位置には、当該小孔を通過したレ
    ーザ光を受光する為の受光手段が設けられていることを
    特徴とする、レーザ光回折を利用した粒度分布測定装
    置。
JP60242064A 1985-10-28 1985-10-28 レ−ザ光回折を利用した粒度分布測定装置 Expired - Lifetime JPH0658314B2 (ja)

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JPH02179444A (ja) * 1988-12-29 1990-07-12 Shimadzu Corp 粒度分布測定装置
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