JPH11142333A - 光応答型粒子濃度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体中の、直径が０.１mm以上の懸濁粒子を
光学的に測定し、この測定による結果を積算計を用いて
処理する光応答型粒子濃度計を提供すること。 【解決手段】 懸濁粒子を含む被測定流体中に発光部１
と受光部２とからなる検出部Ａを持ち、この受光部２が
受光した後、電気信号に変換したものをコンデンサ７と
抵抗８ａ，８ｂとからなる積分回路に導き、この積算値
の電圧値を測定結果とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体中の懸濁固体
粒子の量を計測する個体粒子濃度計に関し、特に粒子の
大きさが０.１mm以上の懸濁粒子の測定に適した懸濁粒
子濃度計に関する。

【０００２】

【従来の技術】測定の対象となる流体中に含まれる粒子
の濃度測定としては、光や超音波を流体中に連続的に透
過させ、この光や超音波が流体中を通過する際にその流
体中に含まれる粒子によって減衰させられることから、
この減衰率を用いて懸濁粒子濃度を求める濁度計があ
り、主として１０μｍ以下の懸濁粒子濃度の測定に用い
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来装置の例で
は、濁度計において、懸濁物粒子の大きさが１０μｍ以
下程度の場合では、光または超音波の減衰度と懸濁粒子
濃度の間に満足のいく相関関係が得られるが、近年、比
較的大きな懸濁粒子の濃度測定の必要性も多くなってき
ているにもかかわらず、懸濁粒子の直径が０.１ｍｍ以
上の大きさになると、上記の相関関係が崩れ始め、さら
に０.５ｍｍ以上の大きさの懸濁粒子では、上記の方法
による測定では、得られた懸濁粒子濃度の信頼性は大き
く低下するという問題があった。

【０００４】また、上記の従来の方法では、懸濁粒子を
含まない流体中での透過光量もしくは超音波の音量を基
礎とし、これに比較しての減衰率から濃度を計算してい
るために、濃度測定処理中にもし発光部、受光部の表面
等に汚れが生じた場合には受光部の受光量から求めた減
衰率が、流体中透過による減衰をそのまま示すことには
ならず、減衰率に狂いを生じるため、発光部、受光部の
表面を常に清浄に保つ必要があるなど煩雑な処理を必要
とするという問題がある。

【０００５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、直径が０.１ｍｍ以上という比較的大きな懸濁
粒子であっても、また、懸濁粒子の大きさが一定でない
場合にも懸濁粒子濃度を正確に計測でき、さらに検出部
に汚れを生じても測定性能に影響を与えずに測定できる
懸濁粒子濃度計を得るために、発光部からの光の受光の
変化に対応して、懸濁粒子が光路を遮断した時と遮断し
ない時にそれぞれ対応する２値からなる矩形波として受
光信号を出力して、これを積算することにより、遮断時
の時間比率から求めた遮断確率が処理対象の懸濁粒子の
濃度に精度よく比例することを見出したために、高価な
コンピュータや高精度のクロックなどを用いずに簡便な
方法で濃度を求めることのできる、平滑回路を用いた光
応答型粒子濃度計を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
発光部と、該発光部の発光面に対向する位置において受
光面を上記発光面に向けて設置され、上記発光部から発
せられた光を受光して電気信号に変換し、これを出力す
る受光部と、上記受光部の出力する電気信号を積算する
積算計とを具備してなる光応答型粒子濃度計である。請
求項２記載の発明は、請求項１記載の光応答型粒子濃度
計において上記積算計は、平滑回路からなることを特徴
としている。請求項３記載の発明は、請求項１記載の光
応答型粒子濃度計において上記発光部と上記受光部との
間隔は３〜２０mmであり、上記発光部と上記受光部との
間の光路の直径は測定対象の粒子の直径の２０倍以下で
あることを特徴としている。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
光応答型粒子濃度計を図面を参照しつつ説明する。図１
は、同実施形態による光応答型粒子濃度計を用いたシス
テムの概観図である。本図において、符号１は、発光部
であり、ＬＥＤ（発光ダイオード）の発光素子そのもの
でもよいし、発光素子からの光を導いた光ファイバの端
部でもよい。符号２は、受光部であり、フォトトランジ
スタなどの受光素子そのものでもよいし、発光素子から
の光を受光素子に導く光ファイバの端部であってもよ
い。この受光部２には直流低電圧Ｖｃが供給され、発光
部１と受光部２とで検出部Ａを構成する。符号３は、測
定対象の懸濁粒子を含んだ流体であり、これは容器５の
内部に置かれる。符号４は、撹拌器であり、容器５中の
流体３をこれによって撹拌し、懸濁粒子の密度を均一に
し、測定の精度を高める。

【０００８】符号６は、発光部１に一定電圧を供給する
直流電源である。符号Ｂは、積分回路であり、コンデン
サ７と固定抵抗８ａと可変抵抗８ｂとから構成される。
受光部２からの出力が可変抵抗８ｂの可変接点部に接続
される。該可変抵抗８ｂの端部は固定抵抗８ａの一端に
接続されると共に、出力Ｖｏｕｔとして外部に出力さ
れ、これが本光応答型粒子濃度計の出力となる。上記固
定抵抗８ａの他端は接地される。また、固定抵抗８ａと
並列に、出力Ｖｏｕｔと接地電位との間にコンデンサ７
が接続される。可変抵抗８ｂの接点の位置を調節するこ
とにより出力Ｖｏｕｔの振幅値を調節する。

【０００９】次に、本実施形態の動作を説明する。ま
ず、直流電源６を接続して発光部より光を流体中に発
し、これを受光部２において、例えば光電スイッチ回路
等を用いて、受光する。こうして得られた受光部からの
信号をＲＣ平滑回路のような積分回路Ｂを用いて積算す
る。この積分回路によって、発光部１からの光が遮断さ
れた時間に応じて全遮断時の出力に相当する電圧（基準
電圧）より低い電圧が出力され、この電圧の基準電圧に
対する比率が所定時間内における遮断時間の比率を示
す。即ち、出力値は懸濁個体粒子の通過時間の比率を示
し、これは粒子の大きさが均一でなくとも、懸濁液単位
体積中の粒子総体積に対応する。

【００１０】こうして、発光部〜受光部の光軸上を流体
中の懸濁粒子が通過すると、これによって光軸上の光は
遮られ、従って出力電圧Ｖｏｕｔは低電位となる。上記
光軸上に懸濁粒子が存在しない場合は、出力電圧は高電
位であるので、よって、出力電圧Ｖｏｕｔをグラフ表示
すると、上記光軸上の懸濁粒子の有無によって２値を持
つ矩形波として表される。

【００１１】発光部１から発せられた光を受ける受光部
２の出力を光電スイッチ（図示せず）によって処理する
ことにより、出力される電圧の経時的変動は、懸濁粒子
が光路を遮断した時と、しない時にそれぞれ対応する２
値からなる間欠的な直流パルス電圧（矩形波）となる。
これは、周期が無作為に変化するものであり、その例を
図２に示してある。ここでは、横軸が時間、縦軸が電圧
であり、電圧が｀０｀（低電位）の時には、発光部と受
光部との間の光路を懸濁粒子が遮断しており、また、電
圧が｀１｀（高電位）の時には、上記光路中に懸濁粒子
が存在していないことになる。

【００１２】このように２値からなる矩形波にすること
により、アナログによる減衰率を用いる時のような問題
が無くなり、上述のように発光部、受光部が汚れたとき
にも、それに起因する誤差はほとんどなくなる。

【００１３】図３に平均直径０.５mmの懸濁粒子として
固定化菌体を用いた有機化合物反応装置における固定化
菌体の濃度と積算回路からの出力電圧との関係が示され
る。ここでは、横軸に固定化菌体濃度（％）が、縦軸に
検出出力積算値（Ｖ）がとられる。この図３から明らか
なように、懸濁物の濃度に精度良く比例する。図３にお
いては、固定化菌体濃度が４〜８％の範囲で優れた相関
関係を示しているが、感度を低下させるとより低濃度で
の相関性が高まるので、感度調整により所望の濃度範囲
での相関を得ることができる。

【００１４】上記において、発光部１と受光部２との間
隔は２〜２０mmであることが望ましく、５〜１０mmであ
ることがより好ましい。また、発光部１から出て受光部
に到達する光の光路の直径は測定対象の懸濁粒子径の２
０倍以下であることが好ましい。

【００１５】以上のように本発明による実施形態による
処理と、受光部で得られる矩形波を測定対象の流体中の
懸濁粒子による光の遮断に応じて、受光部から出力され
る無秩序な間隔の信号をコンピュータに入力して、積算
値を求め、これから懸濁粒子の濃度を求める計算を行う
方法とを比較してみると、本発明による処理は、コンピ
ュータを占有しないために測定装置全体の可搬性に優
れ、また、抵抗とコンデンサとからなる受動素子による
積分回路を用いるために、屋外で測定を行う場合にも電
源の確保や外部環境からの保護装置が必要ないという長
所を持つ。

【００１６】また、受光部からの受光信号を通常のパル
ス変換器を用いて処理する場合に比べると、本測定対象
のようなものは発生するパルス幅が一定ではないので、
パルス変換器によるものよりも、本発明によると精度あ
る測定が可能となる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による光
応答型粒子濃度計によれば、直径０.１mm以上の懸濁粒
子の濃度を高精度に測定することができ、その際に発光
部や受光部の多少の汚れ等による測定誤差を生ぜず、コ
ンピュータのような外部装置を測定対象の個体濃度測定
槽毎に設ける必要がなく、よって安価にかつ簡便に懸濁
個体粒子濃度を測定することができる。さらに、コンピ
ュータを占有しないために測定装置全体の可搬性に優
れ、また、抵抗とコンデンサとからなる受動素子による
積分回路を用いるために、屋外で測定を行う場合にも電
源の確保や外部環境からの保護装置が必要ないという長
所を持つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態による光応答型粒子濃度
計のブロック図である。

【図２】 本発明の一実施形態による光応答型粒子濃度
計により測定された、矩形波の出力信号である。

【図３】 本発明の一実施形態による光応答型粒子濃度
計を用いた懸濁粒子の濃度と出力電圧との関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１…発光部 ２…受光部 ３…流体 ４…撹拌器 ５…容器 ６…直流電源 ７…コンデンサ ８ａ、８ｂ…抵抗 Ａ…検出部 Ｂ…積分回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光部と、 該発光部の発光面に対向する位置において受光面を上記
   発光面に向けて設置され、上記発光部から発せられた光
   を受光して電気信号に変換し、これを出力する受光部
   と、 上記受光部の出力する電気信号を積算する積算計とを具
   備してなる光応答型粒子濃度計。
2. 【請求項２】 上記積算計は、平滑回路からなることを
   特徴とする請求項１記載の光応答型粒子濃度計。
3. 【請求項３】 上記発光部と上記受光部との間隔は３〜
   ２０mmであり、上記発光部と上記受光部との間の光路の
   直径は測定対象の粒子の直径の２０倍以下であることを
   特徴とする請求項１記載の光応答型粒子濃度計。