JPS61108948A - 油検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は例えば船舶用の、水中の油を検出する装置及び
方法に関する。

従来の技術及びその問題点 光散乱技術を用いて水中の微量の油を検出・測定する場
合油滴と懸濁している固体粒子との区別が問題になる。

この問題は水がほとんど常時鉄を含む金属表面から放出
されるさびの粒子を含んでいる海洋環境で特に深刻°で
ある。従来の水中の油を検出する検出器では入射ビーム
に対してある角度で散乱された光の強度が測定され、油
濃度の測定値がこの強度から直接に得られていた。この
場合低油濃度の水中に固定粒子が懸濁していると非常に
不正確な結果が得られる場合があるのがわかる。この問
題を解決するため各々入射光ビームに対して異った散乱
角に構成された複数の光検出器を使用することが提案さ
れている。油と固体の角度散乱特性は異なるので種々の
検出器の出力から油濃度の測定値を得ることが可能であ
る。しかしかかる構成は比較的高価であり、検出過程に
単一の散乱角を用いている既存の装置に取付けるのは容
易でない。

本発明はこの問題点を軽減若しくは解決することを目的
とする。

問題点を解決するための手段 本発明は水中に分散した油を検出し、測定づる油検出方
法であって、実質的に単色の光ビームを油／水混合物に
入射し、混合物中を直接に透過する光と入射ビームに対
してある角度で散乱された光との相対強度を測定し、直
接出力信号及び透過出力信号を該信号にそれぞれ第１及
び第２の所定の乗数因子を乗算してやることにより正規
化し、２つの正規化出力信号を比較し、正規化散乱出力
信号から２つの正規化出力信号間の差に比例する補正因
子を差引くことを含み、もって混合物中の油濃度の測定
値を得ることを特徴とする方法を提供する。

本発明はまた水中の油を検出・測定する油測定装置であ
って、油／水混合物が導入されるセルと、実質的に単色
の光ビームをセルに入射させる手段と、セル中を直接路
及び散乱路を経て透過される光の強度を検出し該強度に
対応する電圧信号を発生する手段と、該電圧から油／水
混合物中の非油性汚染濃度に対応する補正因子を計算し
、該因子を直接出力信号に加える手段とを含み、もって
混合物中の油１１度の測定値を得ることを特徴とする装
置を提供する。

補正因子は直接信号及び散乱信号から得られる油濃度値
の差を用いて計算してもよい。この補正因子は次いで直
接濃度値に適用される。

実施例 以下本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１及び第２図を参照するに、散乱セルは使用の除油を
含む水が内部に導入される中央本体部材２１を含む。本
体２１は入力窓２２を有し、例えば半導体レーザ（図示
せず）よりの実質的に単色の光が好ましくは窓２２に接
続された光ファイバ２３を介してセルに導入される。光
はセルを経て、それぞれ直接透過光及び散乱光を受ける
ため窓２２に対してラジカルに配設された出力窓２４及
び２５により受けられる。散乱角はセルの感度を最大に
するように選ばれ、典型的には１５″から４５°のＶ！
囲である。入力窓２２に隣接してバッフル板２６が設け
られ、散乱出力窓２５をスプリアス信号から遮蔽する。

セルからの出力信号は各々光ファイバ２７及び２８を介
して第１及び第２の光検出器（図示せず）に伝送される
。使用に際しては水がセルに対してガスケット（３１，
３２＞によりシールされた第１及び第２の円錐形部材（
２９，３０）を介して本体部材２１中を流通される。円
錐形部材の小径端部は各々水の配管を受入れるように適
合されている。

直接路及び散乱路を経て窓２４及び２５に供給された光
信号は以下の如く処即される。信号は各々光検出器（図
示せず）に供給され、その結果生じる電気信号が増幅さ
れ、直接出力信号電圧及び散乱出力信号電圧Ｖｄおよび
ＶＳがそれぞれ得られる。各信号に加えられる振幅因子
は固体粒子が存在しない場合直接信号及び散乱信号を増
幅して得られた油濃度値が実質的に等しくなるように選
ばれている。２つの信号の相対的増幅因子は計算あるい
は実験により定めればよい。好ましくは因子は清浄な水
に対する直接的応答より決定するのがよい。

油側定値に対する汚染物質の効果は約５００ｐｐｍの油
濃度までは実質的に直線的である。これを第３図に示す
。ここでは清浄な油／水混合物と汚染された油／水混合
物の双方に対する直接及び散乱油濃度の応答特性が示さ
れている。同様に第４図には見かけの油ｍｒ！Ｘに対す
る汚染物質の濃度の増加が与える実質的に線形の効果が
示されている。

直接出力信号Ｖｄと散乱出力信号Ｖｓとは油及び汚染物
質に対する相対的応答特性が異なることが分った。較正
方程式を用いてまず直接信号のみから油濃度を計算し、
次いで散乱信号のみから油濃度を計算することで２つの
濃度値が得られる。

これらの値が限度内で同等であれば汚染物質は存在して
いない。しかしこれらが異なれば汚染物質が存在してお
り、差に相当する補正因子を一方の埴に作用させて補正
がなされる。

較正された直接及び散乱信号の大きさはレーザ出力変動
、セル窓の劣化等により長い期間が経過すると変動する
。この効果を補償するためシステムは定期的に正規化さ
れる。これは清浄な水について得られた直接信号を基準
値と比較し、乗数因子を計算し測定値をこの基準値に対
してＩＦ規化することよりなる。直接及び散乱測定値に
は次いでこの正規化因子が乗ぜられる。これは各測定町
について浮動小数点乗算操作を行なうのではなく、下記
の式（１）及び（２）中の定数Ｄ１及びＳｌを乗するこ
とでなされる。

理論的には２つの方程式がシステムの油に対する応答を
規定する： 直接応答は Ｖ　ｄ　＝　Ｄｌ　Ｘ　６−（Ｄ２ｘ　ｃ）　　　　　
　　　、式（１）で規定され、第５図に示す形を有する
。

散乱応答は Ｖ　Ｓ　＝　Ｓ　１　Ｘ　ＣＸ　ｅ−（Ｓ２ｘＣ）：　
式（２）で規定され、第６図に示す形を有する。

ここで　Ｖｄ＝直接電圧 Ｖｓ−散乱電圧 ｃ＝ｐｐｍで表わした油濃度 である。

０１．０２．Ｓｌ、８２は装置毎にわずかに変化する定
数である。Ｄｌ及びＳｌは応答の最大値を規定する。　
　　゛ 式（１）及び（２）は他の係数が既知であればＣについ
て解くことができ、従って較正により各定数を計算せね
ばならない。これは既知団の油を採取された水に注入し
、その結果を方程式に代入することでなされる。両者の
定数の組合わせは方程式を連立して解くことで見出され
る。

システムが直接及び散乱信号をサンプリングしている間
Ｖｄ及び■Ｓは式（１）及び式（２）を用いて連続的に
油濃度に変換されている。

直接透過の場合の式はＣについて直接に解くことができ
る（直接に濃度値がＤ　　ｐｐｍとして得られる）。散
乱の式は最小の反復回数で＠終値（散乱濃度：Ｓ　　Ｄ
ｐｍ）に収斂するようなアルゴリズムを用いた反復法に
より解くことができる。

Ｄ　　ｐｐｍとｓ　　ｐｐｍは比較され、もしこれらが
互いに所定の限度以内にあれば汚染物質は実質的に存在
しておらず、正しい油濃度がＤ　　ｏｐｍで与えられる
。その差がこの限度より大きい場合汚染物質の存在が想
定され、Ｄ　　ｐｐｍは補正せねばならない。直接信号
Ｖｄは一般に散乱信号Ｖｓよりも正確なのでこれを計算
の土台に用いるのが有利であり、散乱信号は汚染物質の
存在のチェック及びｏ　　ｐｐｍに対して必要な補正因
子の計算に用いられる。

補正因子（ｐｐｍで表わした）の計算はミリボルトで表
わした散乱電圧誤差（Ｓ　　ｅｒｒ）にＤｐｐｍから計
算されたｐＤｍ／ｍＶで表わした値（従ってＤ　　ｃｏ
ｒと称づる）を乗することで実行される。すなわち 正しいＰＰＨ＝Ｄ−ｐｐｍ−（Ｄ−ｃｏｒｘｓ−ｅｒｒ
）　　：式（３）Ｓ　　ｅｒｒは得られた実際の電圧と
Ｉ）　　ｐｐｍを式（２）中のＣに代入しで得られた電
几との電正誤差の差である。

Ｄ　　ｃｏｒに対する方程式は実験結果から得られ、汚
染物質に対してわずかに補正不足であり次の形を有する
： ［）ｃｏｒ＝ＭｘＤ　　ｐｐｍ＋Ｃ：式（４）すなわち
式（４）は線形関係になっており、ＭとＣとは定数であ
る。

異なった形の油、例えばアラビアンライトとナイジエリ
アンメデイウムとでは散乱応答が約１５０ｐｐｍ以上、
すなわち吸収の効果が散乱を上回り始める場合に異なる
ことに注意しなければならない。そこで−の形の油のみ
について較正し、アルゴリズムをその形の油の全範囲で
用いることが可能である。あるいは典型的な較正値、例
えばアラビアンライトについてのものを選択しアルゴリ
ズムの範囲を１５０ｐｐｍ以下に制限してもよい。

するとアルゴリズムはアラビアンライトと同様な特性の
油、すなわちブラックオイルとして規定される油のある
範囲に対し汚染物質を識別する。

１５０ｐｐｍを超えると乳化器を用いることにより汚染
物質の効果は減少でき、システムの油に対する応答を汚
染物質に対するよりも増大することができる。

２つのグループの油、ブラックとホワイトとは直接及び
散乱応答がグループ間で異なるため別々の較正が必要に
なる。操作者はシステムがサンプリングする除重しい較
正値を選択せねばならない。

信号処理を行なう装置の概略図を第７図に示す。

セル５１からの直接出力及び散乱出力はそれぞれ第１及
び第２の増幅器５２及び５３に供給され、測定された油
濃度に対応する出力信号■ｄ及びＶｓが発生される。２
つの信号は次いで先に説明した計算を実行する例えばマ
イクロプロセッサ５４に供給され補正因子が得られる。

この補正因子は典型的な場合Ｖｄ信号に使用され真の油
濃度の測定値が得られる。

本発明では水中の油Ｉｆが光散乱／吸収技術を用いて測
定される。直接透過光信号及び散乱光信号の強度が比較
され、混合物中の固体汚染物質の濃度に対応する補正因
子が得られる。この補正因子を次いで混合物中を直接に
透過する光の強度に対応する信号に作用させることによ
り正確な油濃度測定値が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は油検出器用光散乱セルの分解図、第２図は第１
図のセルの断面図、第３及び第４図は油側定値に対する
汚染物の効果を示す図、第５及び第６図は第１及び第２
図のセルの、油滴が存在する場合の信号処理後の応答を
示す図、第７図は油濃度測定のため信号処理を行なう装
置の概略図である。 ２１・・・本体部材、２２・・・入力窓、２３・・・光
ファイバ、２４．２５・・・出力窓、２６・・・バッフ
ル板、２７．２８・・・光ファイバ、２９．３０・・・
円錐形部材、３１．３２・・・ガスケット、５１・・・
セル、５２゜５３・・・増幅器、５４・・・マイクロプ
ロセッサ。 ｒＦＭ　　Ｊヨ ＦＴ’Ｍ　抽 手続補正書 昭和６０年１１月２１日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）水中に分散した油を検出し、測定する油検出方法
   であって、実質的に単色の光ビームを油／水混合物に入
   射し、混合物中を直接に透過する光と入射ビームに対し
   てある角度で散乱された光との相対強度を測定し、直接
   及び透過出力信号を該信号にそれぞれ第１及び第２の所
   定の乗数因子を乗算してやることにより正規化し、２つ
   の正規化出力信号を比較し、正規化散乱出力信号から２
   つの正規化出力信号間の差に比例する補正因子を差引く
   ことを含み、もって混合物中の油濃度の測定値を得るこ
   とを特徴とする方法。
2. （２）水中の油を測定する油測定方法であって、実質的
   に単色の光ビームを油／水混合物を通して光ビームに対
   し同一線上及びある角度傾いて配設され、混合物中を直
   接透過する光と散乱路を経て透過する光とを受ける第１
   及び第２の光起電装置へ導き、検出器出力を増幅し、２
   つの信号の相対値から油／水混合物中の非油性汚染物質
   に対応する補正因子を決定し、補正因子を直接光路から
   得た信号に作用させ、混合物中の油の状態の測定値を得
   ることを特徴とする方法。
3. （３）水中の油を検出・測定する油測定装置であって、
   油／水混合物が導入されるセルと、実質的に単色の光ビ
   ームをセルに入射させる手段と、セル中を直接路及び散
   乱路を経て透過される光の強度を検出し該強度に対応す
   る電圧信号を発生する手段と、該電圧から油／水混合物
   中の非油性汚染濃度に対応する補正因子を計算し、該因
   子を直接路電圧信号に加える手段とを含み、もって混合
   物中の油濃度の測定値を得ることを特徴とする装置。
4. （４）該計算をする手段はマイクロプロセッサを含む特
   許請求の範囲第３項記載の装置。