JPS6244646A - 浮遊粒子の濃度及び粒径の測定方法及び装置 - Google Patents
浮遊粒子の濃度及び粒径の測定方法及び装置Info
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- JPS6244646A JPS6244646A JP60184568A JP18456885A JPS6244646A JP S6244646 A JPS6244646 A JP S6244646A JP 60184568 A JP60184568 A JP 60184568A JP 18456885 A JP18456885 A JP 18456885A JP S6244646 A JPS6244646 A JP S6244646A
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
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- G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
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- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［産業上の利用分野］
この発明は噴霧された浮遊粒子の濃度とその粒径とを同
時に測定する方法及びその装置に関するものである。 ［従来技術］ 一般に液体燃料を室内に噴射し微小な粒状物にして燃焼
させる噴霧燃焼法はディーゼル機関、ガスタービン、工
業炉などに広く利用されており、この噴霧された燃料の
粒径分布が各種燃焼器の着火性能、火炎の安定性、燃焼
効率、ヂッン酸化物（ＮＯｘ ）及び煤などの大気汚染
物質の排出抑制に重要な役割を果していることはよく知
られているところである。しかしながら上述の噴霧と燃
焼の関係は情勢的にしか理解されていないのが実情であ
り、燃焼器の設Ｊ１やこのための燃焼モデルの開発に充
分役立つような精度の高い粒径分布の測定を開発するこ
とにより定検的かつ普遍的な噴霧と燃焼の関係を確立す
ることが望まれている。 ｉ え、：、。よ、ややヶヵよ６、いえ、の粒径
や空間的分布の測定法が考えられてきた。 その第一は古くから用いられている液浸法と呼ばれるも
のである。これは粒子を適当な液中に受は止め顕微鏡で
その大きさを測定するもので、正しい試料を採取するこ
とができれば測定精度、分解能、信頼性に優れ、また労
力をいとわな
時に測定する方法及びその装置に関するものである。 ［従来技術］ 一般に液体燃料を室内に噴射し微小な粒状物にして燃焼
させる噴霧燃焼法はディーゼル機関、ガスタービン、工
業炉などに広く利用されており、この噴霧された燃料の
粒径分布が各種燃焼器の着火性能、火炎の安定性、燃焼
効率、ヂッン酸化物（ＮＯｘ ）及び煤などの大気汚染
物質の排出抑制に重要な役割を果していることはよく知
られているところである。しかしながら上述の噴霧と燃
焼の関係は情勢的にしか理解されていないのが実情であ
り、燃焼器の設Ｊ１やこのための燃焼モデルの開発に充
分役立つような精度の高い粒径分布の測定を開発するこ
とにより定検的かつ普遍的な噴霧と燃焼の関係を確立す
ることが望まれている。 ｉ え、：、。よ、ややヶヵよ６、いえ、の粒径
や空間的分布の測定法が考えられてきた。 その第一は古くから用いられている液浸法と呼ばれるも
のである。これは粒子を適当な液中に受は止め顕微鏡で
その大きさを測定するもので、正しい試料を採取するこ
とができれば測定精度、分解能、信頼性に優れ、また労
力をいとわな
【ノれば高価な装置を用いることなく、か
つ高度の熟練を必要とせずに粒径を測定できるという特
徴がある。 しかしながら、サンプリングに際して液滴の合体、分裂
の彰胃を受け、また高圧、高温雰囲気中での測定が極め
て困難である等の直接的な方法に共通の固有の問題点が
ある。そこでこのような直接的な測定方法のもつ制約や
欠点を緩和できる可能性をもった光学的測定法が考えら
れた。この光学的測定方法には液滴の像の大きさを測定
する方法と、液滴の大きさに関係する物理量から粒径を
決定する方法とがあり、古典的な瞬間写真法やこれを発
展させたＴＶイメージ法、あるいはホログラフィは前者
に属し、後者のほとんどは粒子からの光散乱特性を利用
するものである。 単色でコヒーレントなレーザ光源が容易に利用できるよ
うになって以来この分野の研究が活発になっ１＝。従来
微粒子からの光散乱特性を利用する散乱法は主として波
長に比較してそう大きくない粒子を対象としていたが最
近では噴霧中の粒子のように波長の１００倍を越える大
きさのものを測定する試みが行なわれるようになった。 波長に比べて十分大きい粒子からなる粒子群の粒径分布
測定方法の一つに前方に散乱された光の強度変化から粒
径分布を決めるものがある。これは回折近似の範囲に逆
変換公式を用いて分布関数を求めるものである。しかし
ながら、この方法にはこの変換に必要どなる光の強度の
角度に対する微係数を精度よく評価することが極めて難
しいという問題点がある。他の方法としては逆変換公式
を用いるのではなく、散乱光の強度分布からある粒径分
布関数の形状パラメータを決定し、ｌＥｉ霧された粒状
物の粒径分布を測定する方法がある。この方法ではパラ
メータそのものは決定することができないが、散乱光強
度の減衰からザラター平均粒径（以下ＳＭＤと称１）を
比較的簡単に決定することができる。しかしながら、散
乱光の強度を表わすＭｉｅの散乱理論の公式Ｉ（θ）を
解析する際に直接光の干渉を受【ノ易い中心部の影響が
大きくなっている。また重量粒径分布を散乱光強度分布
から得る有効的な方法も確立されていない。 ［発明の目的］ この発明は上記事情に鑑みなされたもので、噴霧された
粒子の粒径分布の測定を粒子からの光散乱特性を利用し
て行なう場合、散乱光の強度をＭｉｅの散乱理論の公式
Ｉ（θ）の回折パターンを解析するのではなく、散乱光
エネルギーの角度θに関する被積分関数である■（θ）
・θの回折パターンを解析することにより測定しようと
するもので、従来の噴霧粒径測定法が有していた問題点
の全てを解決し、噴霧された粒状物の濃度ど粒径分布を
容易にしかも正確に測定する方法及び装置を提供づるこ
とを目的とするものである。 ［発明の構成］ 前記目的を達成するためになされた本発明は、被測定微
粒子群にレーザビームを照射して得られる前方微小角散
乱光をレンズで集光し、その焦点位置上に配した少なく
とも３チャンネルの同心円形状の光電変換素子よりなる
環状光ディテクタで受光し、該光ディテクタで光電変換
された微小電流信号を増幅及びサンプルアンドホールド
させた復、上記光ディテクタが受光した散乱光のパター
ンに比例する各チャンネルからの信号をＩ（θ）・θな
る式〔式中１（θ）は粒子群からの散乱光強度、θは散
乱角〕に基づいて解析することを特徴どする浮遊粒子の
濃度及び粒径の測定方法であって、噴霧された粒子群の
散乱光強度を散乱角による散乱光エネルギーの被積分関
数の回折パターンを解析すれば粒子の濃度を粒径分布と
が測定できるのである。 そして又、上記方法を実施するための装置としては、レ
ーザ発据器と、レーザビームで照射された被測定微小粒
子群からの前方微小角散乱光を集＋ ＊ ’ ８
＊ ９ Ｖ ＞ Ｘ ｋ・Ｈ’／ｅ ’ｌ Ｌ／ ＞
−２” （７） ｌｘ ａ ４１．？ｉ Ｅ配した少
なくとも３チャンネルの同心円形状のシリコンフォトデ
ィテクタ等の光゛電変換素子よりなる環状光ディテクタ
と、該光ディテクタで光電変換された各チャンネルの微
小電流信号を同時に増幅する光ディテクタのヂ１７ンネ
ル数と同数の増幅器と、該増幅器で増幅された電流１３
号を各チャンネルごとにサンプルアンドホールドする回
路と、各チャンネルのＦｌｒ流信号をデジタル信舅に変
換するＡ／Ｄ変換器と、デジタル信号化された光ディテ
クタの各チ１１ンネルが受光した光エネルギ母をの散乱
光強度、０は散乱各〕に基づいて解析する手順を記憶さ
せたマイクロコンピュータ−とからなる浮遊粒子の濃度
及び粒径の測定装置を特定し、たちのであって、前記Ａ
／Ｄ変換器で変換された光エネルギーをコンピュータの
プログラムに基いて解析演算するだけであるため正確に
測定できるのである。 ［実施例］− 以下この発明を測定原理及び図示の実施例に基づき詳細
に説明する。 直径がＤである等方性の単一球形粒子に偏光されていな
い波長λのレーザ光を照射した時に球形粒子により散乱
される光の強度分布は、屈折率ｍと粒径パラメータα（
＝πＤ／λ）により決定される。粒径パラメータαの値
が大きくなるにつれて全敗乱光母に対する前方微小角へ
の散乱光ｍが急激に増大し、この領域での角度に対する
散乱光強度分布の形が粒径パラメータαに応じて敏感に
変化するようになる。この特性を利用して光の波長λに
比べて大ぎな粒子からなる粒子群の粒径あるいは粒径分
布を決めようとするのが広義における前方微小角散乱法
であるが、散乱光強度のパターンから粒径分布を測定す
るのがこの発明の要点である。 第１図に示したように、レーザビーム（単色平行光束）
１′を粒子群２に照射し、その前方にレンズ３を置いて
散乱光を集めると、各粒子からの散乱光の内、散乱角θ
方向の成分は粒子の位置や速度に関係なく受光レンズの
焦点面４においてγ＝ ｆ −ｓｉｎθ＝ｊ・０を半径
とする円周上に集められる。焦点面４における散乱光強
度Ｉ（θ）の分布は、多重散乱の影響を無視できれば個
々の単一粒子からの散乱光強度■（θ、α）の唄ね合わ
せと考えられる。すなわち、個数粒径分布をＮ（α）と
すると次の関係が成り立つ、 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （１）
ｌ（０，α）はＭｉｅの与えた散乱方程式の級数前とし
て計算される。■（θ）の測定から粒径分布を決定する
ことは（１）式の積分方程式を解くことにほかならない
。 また散乱光強度分布から重量粒径分布を得る解を用いる
と、■（θ）・θの値がある散乱角において必ずピーク
値を持つことになるので分布の特徴を把えるのに非常に
都合がよい。ここでＩ（θ）・θ式は散乱光エネルギの
′散乱角度θに関する被積分関数である。また解析にお
いて直接光の干渉を受けやすい中心部の影響を小さくで
きる利点がある。回折近似が成立する場合に（１）式は
■ （θ）・θ− ・・・・・・・・・・・・・・・ （２）となり、これ
に重吊分布団数Ｗ（α）を尋人すると、 Ｉ（θ）・θ＝Ｃ＝ となる。（３）式よりＷ（α）を求めることは対称核［
２Ｊ１ （α、θ）］／αθを持つ第一種アンドホルム
型積分方程式を解くことに相当する。 この関係より粒子の濃度を得ることができる。 以下実施例の装置に基づきこの発明を更に詳しく説明す
る。第２図は本発明の方法を実施する装置の基本概念を
示すもので、ヘリウム・ネオンレーザ発振器（以下単に
Ｈｅ−Ｎｅレーザと称す）１からのレーザビーム１′を
ビームエクスパンダ−又はコリメータレンズ５で拡大し
、そのレーザビームを被測定粒子群２に照ｔＦ１ａｌる
と、粒子群２に衝突したレーザビームの散乱光の内、散
乱角のθ方向の成分は粒子の位ｎヤ速度に関係なく受光
レンズ３の焦点面において、γ＋ｆ−ｓｉｎθ＝ｊ・０
を半径とする円周上に集められる。この焦点面に少なく
とも３チャンネルの受光部を有する同心円形状のシリコ
ンフォトディテクタ等の環状光ディテクタ６を位置させ
ることにより前記したような個々の粒子の散乱光強度の
重ね合わせと考えられる光の強度分布！（θ）を直接受
光することができる。環状光ディテクタ６で受光された
散乱光の強度分布は光電変換されて微小電流信号として
光エネルギ吊測定装首７の入力となる。光エネルギ吊測
定装置７は第３図にブロックダイヤグラムで示すように
、環状光ディテクタの各チャンネル（チ１？ンネル数ｉ
）に対応する増幅器７１１〜７１・及びサンプルアンド
ホールド回路１２１〜７２゜と、Ａ／Ｄ変換器７３と、
コンピューターのインターフェース７４と、マイクロコ
ンピュータ−７５とから構成されている。 マイクロコンピュータ−７５における解析手順は以下の
通りである。まず前記第（３）式を解析するためにＲｏ
ｓｉｍ−Ｒａｍｍｌｅｒの分布関数を採用した。その理
由はパラメータ×２及びＸ３が、×２二分布の広がりぐ
あい、×３二代表粒径（この粒径よりも小さい粒子の１
罎が全体の重量の１／ｅとなる）とわかりやすいためで
ある。 Ｃ＝×２／Ｘ３ （Ｃ：定数）となり小量比例定数×１
を導入すると（４）式は となる。パラメータＸ２．Ｘ３を変化させ、前記ｌ（θ
）・θ式のパターンを（５）式により求める。測定され
た１（θ）・θ式のパターンより×１．×２．×３を求
める。平均粒径 はｘ２．Ｘ３より次式から計鋒される。 ＳＭＤ＝Ｘ３／ｒ’ （１−１／Ｘ２ ）「：ガンマ関
数 ・・・・・・・・・（６）環状光ディテクタの場合
、ｉｌｌ目のチャンネルへの光エネルギｆｆ１Ｅｉに基
づいて粒径分布を決定する。Ｅｉは次式により与えられ
る。 θ・及びθ・は環状光ディテクタの外形をＲＯＵＴ、１
÷ １− 内径をＲ１ｏ１受光レンズの焦点距離をｆとすると、θ
ｉ＋＝ Ｒｏｕｔ ”、０ｉ−＝ Ｒｉｎ”で散乱角で
ある。粒径パラメータα＝πＤ／λが十分に大きく回折
近似が成り立つ場合（３）式の近似を用いると、Ｗ（α
）ｄαｄＯ・・・・・・・・・・・・ （８）・・・
・・・・・・・・・ （９）となり、これを積分す
ると、 Ｊ （αθ・）−Ｊ２ （α０．、）−Ｊ ２（αθ・
））／Ｄｄα ・・・・・・（１０）１１＋ となり、（１０）式から光エネルギａＥｉに基き要求さ
れる値が求められ、る。即ち環状光ディテクタ６の各チ
ャンネルの１１】や中心からの角度に基づくデータと、
（１０）式の演算手順とをマイクロコンピユータ７５の
メモリーに記憶させておくことにより、環状光ディテク
タが受けた散乱光パターンから粒子の濃度と粒径を同時
に測定することができる。 また前記各式に用いた記号の意味は下記の通りである。 α：粒径パラメータ、Ｃ二定数、Ｄ二粒子径、Ｅｉ ：
光エネルー１！尽、Ｉ（θ）、■（α、θ）：単一粒子
からの散乱光強度、■（θ）：粒子群からの散乱光強度
、Ｊｏ （α、θ）：第１種Ｏ次、Ｂｅ５ｓｅｌｌｌｌ
数、Ｊｌ（（Ｚ、θ）：第１種１次Ｂｅ５ｓｅ Ｉ関数
、Ｎ（Ｄ）、Ｎ（α）：個数粒径分布関数、ＳＭＤ ：
ザラター平均粒径、Ｗ（Ｄ）、Ｗ（α）二重聞粒径分布
関数、×１ ：重量比例定数のパラメータ、×２ 二分
布の広がりぐあし）のパラメータ、×３二代表粒径のパ
ラメータ、ｆ：レンズの焦点距離、θ：散乱角、θ１−
：環状光ディテクタのｉチャンネルの内径に対応する散
乱角、θｉ＋：環状光ディテクタのｉチャンネルの外径
に対応する散乱角、λ：レープ光の波長、「：ガンマ関
数。 ［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る浮遊粒子の濃度及び粒
径の測定方法は、空気中に噴霧した被測定微粒子群にレ
ーザビームを照射し、該微粒子群を通じて出た散乱光を
レンズで集光し、該レンズの焦点位置上に配した少なく
とも３チャンネルの環状光ディテクタで受光し、該光デ
ィテクタが受光した散乱光パターンに比例する各チャン
ネルからの信号をＩ（θ）・θなる式で解析することで
、従来非常に困難とされていた浮遊微粒子の１１度ど粒
径とが簡単に測定できるという優れた効果を奏する。 又、前記測定方法を実施する装置どして、レーザ発振器
及びレーザビームのエクスパンダと、微小粒子を通した
散乱光を集光する光学レンズと、その焦点位置に配した
少なくとも３チャンネルの環状光ディテクタと、増幅器
と、信号をホールドする回路と、Ａ／Ｄ変換器とを有様
的に結合すると共に、Ａ／Ｄ変換された光エネルギーを
散乱光強度と散乱角とによる被積分関数を解析演算する
コンピューターとで装置が構成され、簡単な構成であり
ながら正確な粒子と濃度が測定できるのである。 更に、前記測定の効果によって、噴霧燃焼方式を採用し
ている各種燃焼器の燃焼効率を高め、省エネルギーに寄
与すると共に、大気汚染物値の排出軽減に大ぎく寄与す
る等の種々の優れた効果も奏する。
つ高度の熟練を必要とせずに粒径を測定できるという特
徴がある。 しかしながら、サンプリングに際して液滴の合体、分裂
の彰胃を受け、また高圧、高温雰囲気中での測定が極め
て困難である等の直接的な方法に共通の固有の問題点が
ある。そこでこのような直接的な測定方法のもつ制約や
欠点を緩和できる可能性をもった光学的測定法が考えら
れた。この光学的測定方法には液滴の像の大きさを測定
する方法と、液滴の大きさに関係する物理量から粒径を
決定する方法とがあり、古典的な瞬間写真法やこれを発
展させたＴＶイメージ法、あるいはホログラフィは前者
に属し、後者のほとんどは粒子からの光散乱特性を利用
するものである。 単色でコヒーレントなレーザ光源が容易に利用できるよ
うになって以来この分野の研究が活発になっ１＝。従来
微粒子からの光散乱特性を利用する散乱法は主として波
長に比較してそう大きくない粒子を対象としていたが最
近では噴霧中の粒子のように波長の１００倍を越える大
きさのものを測定する試みが行なわれるようになった。 波長に比べて十分大きい粒子からなる粒子群の粒径分布
測定方法の一つに前方に散乱された光の強度変化から粒
径分布を決めるものがある。これは回折近似の範囲に逆
変換公式を用いて分布関数を求めるものである。しかし
ながら、この方法にはこの変換に必要どなる光の強度の
角度に対する微係数を精度よく評価することが極めて難
しいという問題点がある。他の方法としては逆変換公式
を用いるのではなく、散乱光の強度分布からある粒径分
布関数の形状パラメータを決定し、ｌＥｉ霧された粒状
物の粒径分布を測定する方法がある。この方法ではパラ
メータそのものは決定することができないが、散乱光強
度の減衰からザラター平均粒径（以下ＳＭＤと称１）を
比較的簡単に決定することができる。しかしながら、散
乱光の強度を表わすＭｉｅの散乱理論の公式Ｉ（θ）を
解析する際に直接光の干渉を受【ノ易い中心部の影響が
大きくなっている。また重量粒径分布を散乱光強度分布
から得る有効的な方法も確立されていない。 ［発明の目的］ この発明は上記事情に鑑みなされたもので、噴霧された
粒子の粒径分布の測定を粒子からの光散乱特性を利用し
て行なう場合、散乱光の強度をＭｉｅの散乱理論の公式
Ｉ（θ）の回折パターンを解析するのではなく、散乱光
エネルギーの角度θに関する被積分関数である■（θ）
・θの回折パターンを解析することにより測定しようと
するもので、従来の噴霧粒径測定法が有していた問題点
の全てを解決し、噴霧された粒状物の濃度ど粒径分布を
容易にしかも正確に測定する方法及び装置を提供づるこ
とを目的とするものである。 ［発明の構成］ 前記目的を達成するためになされた本発明は、被測定微
粒子群にレーザビームを照射して得られる前方微小角散
乱光をレンズで集光し、その焦点位置上に配した少なく
とも３チャンネルの同心円形状の光電変換素子よりなる
環状光ディテクタで受光し、該光ディテクタで光電変換
された微小電流信号を増幅及びサンプルアンドホールド
させた復、上記光ディテクタが受光した散乱光のパター
ンに比例する各チャンネルからの信号をＩ（θ）・θな
る式〔式中１（θ）は粒子群からの散乱光強度、θは散
乱角〕に基づいて解析することを特徴どする浮遊粒子の
濃度及び粒径の測定方法であって、噴霧された粒子群の
散乱光強度を散乱角による散乱光エネルギーの被積分関
数の回折パターンを解析すれば粒子の濃度を粒径分布と
が測定できるのである。 そして又、上記方法を実施するための装置としては、レ
ーザ発据器と、レーザビームで照射された被測定微小粒
子群からの前方微小角散乱光を集＋ ＊ ’ ８
＊ ９ Ｖ ＞ Ｘ ｋ・Ｈ’／ｅ ’ｌ Ｌ／ ＞
−２” （７） ｌｘ ａ ４１．？ｉ Ｅ配した少
なくとも３チャンネルの同心円形状のシリコンフォトデ
ィテクタ等の光゛電変換素子よりなる環状光ディテクタ
と、該光ディテクタで光電変換された各チャンネルの微
小電流信号を同時に増幅する光ディテクタのヂ１７ンネ
ル数と同数の増幅器と、該増幅器で増幅された電流１３
号を各チャンネルごとにサンプルアンドホールドする回
路と、各チャンネルのＦｌｒ流信号をデジタル信舅に変
換するＡ／Ｄ変換器と、デジタル信号化された光ディテ
クタの各チ１１ンネルが受光した光エネルギ母をの散乱
光強度、０は散乱各〕に基づいて解析する手順を記憶さ
せたマイクロコンピュータ−とからなる浮遊粒子の濃度
及び粒径の測定装置を特定し、たちのであって、前記Ａ
／Ｄ変換器で変換された光エネルギーをコンピュータの
プログラムに基いて解析演算するだけであるため正確に
測定できるのである。 ［実施例］− 以下この発明を測定原理及び図示の実施例に基づき詳細
に説明する。 直径がＤである等方性の単一球形粒子に偏光されていな
い波長λのレーザ光を照射した時に球形粒子により散乱
される光の強度分布は、屈折率ｍと粒径パラメータα（
＝πＤ／λ）により決定される。粒径パラメータαの値
が大きくなるにつれて全敗乱光母に対する前方微小角へ
の散乱光ｍが急激に増大し、この領域での角度に対する
散乱光強度分布の形が粒径パラメータαに応じて敏感に
変化するようになる。この特性を利用して光の波長λに
比べて大ぎな粒子からなる粒子群の粒径あるいは粒径分
布を決めようとするのが広義における前方微小角散乱法
であるが、散乱光強度のパターンから粒径分布を測定す
るのがこの発明の要点である。 第１図に示したように、レーザビーム（単色平行光束）
１′を粒子群２に照射し、その前方にレンズ３を置いて
散乱光を集めると、各粒子からの散乱光の内、散乱角θ
方向の成分は粒子の位置や速度に関係なく受光レンズの
焦点面４においてγ＝ ｆ −ｓｉｎθ＝ｊ・０を半径
とする円周上に集められる。焦点面４における散乱光強
度Ｉ（θ）の分布は、多重散乱の影響を無視できれば個
々の単一粒子からの散乱光強度■（θ、α）の唄ね合わ
せと考えられる。すなわち、個数粒径分布をＮ（α）と
すると次の関係が成り立つ、 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （１）
ｌ（０，α）はＭｉｅの与えた散乱方程式の級数前とし
て計算される。■（θ）の測定から粒径分布を決定する
ことは（１）式の積分方程式を解くことにほかならない
。 また散乱光強度分布から重量粒径分布を得る解を用いる
と、■（θ）・θの値がある散乱角において必ずピーク
値を持つことになるので分布の特徴を把えるのに非常に
都合がよい。ここでＩ（θ）・θ式は散乱光エネルギの
′散乱角度θに関する被積分関数である。また解析にお
いて直接光の干渉を受けやすい中心部の影響を小さくで
きる利点がある。回折近似が成立する場合に（１）式は
■ （θ）・θ− ・・・・・・・・・・・・・・・ （２）となり、これ
に重吊分布団数Ｗ（α）を尋人すると、 Ｉ（θ）・θ＝Ｃ＝ となる。（３）式よりＷ（α）を求めることは対称核［
２Ｊ１ （α、θ）］／αθを持つ第一種アンドホルム
型積分方程式を解くことに相当する。 この関係より粒子の濃度を得ることができる。 以下実施例の装置に基づきこの発明を更に詳しく説明す
る。第２図は本発明の方法を実施する装置の基本概念を
示すもので、ヘリウム・ネオンレーザ発振器（以下単に
Ｈｅ−Ｎｅレーザと称す）１からのレーザビーム１′を
ビームエクスパンダ−又はコリメータレンズ５で拡大し
、そのレーザビームを被測定粒子群２に照ｔＦ１ａｌる
と、粒子群２に衝突したレーザビームの散乱光の内、散
乱角のθ方向の成分は粒子の位ｎヤ速度に関係なく受光
レンズ３の焦点面において、γ＋ｆ−ｓｉｎθ＝ｊ・０
を半径とする円周上に集められる。この焦点面に少なく
とも３チャンネルの受光部を有する同心円形状のシリコ
ンフォトディテクタ等の環状光ディテクタ６を位置させ
ることにより前記したような個々の粒子の散乱光強度の
重ね合わせと考えられる光の強度分布！（θ）を直接受
光することができる。環状光ディテクタ６で受光された
散乱光の強度分布は光電変換されて微小電流信号として
光エネルギ吊測定装首７の入力となる。光エネルギ吊測
定装置７は第３図にブロックダイヤグラムで示すように
、環状光ディテクタの各チャンネル（チ１？ンネル数ｉ
）に対応する増幅器７１１〜７１・及びサンプルアンド
ホールド回路１２１〜７２゜と、Ａ／Ｄ変換器７３と、
コンピューターのインターフェース７４と、マイクロコ
ンピュータ−７５とから構成されている。 マイクロコンピュータ−７５における解析手順は以下の
通りである。まず前記第（３）式を解析するためにＲｏ
ｓｉｍ−Ｒａｍｍｌｅｒの分布関数を採用した。その理
由はパラメータ×２及びＸ３が、×２二分布の広がりぐ
あい、×３二代表粒径（この粒径よりも小さい粒子の１
罎が全体の重量の１／ｅとなる）とわかりやすいためで
ある。 Ｃ＝×２／Ｘ３ （Ｃ：定数）となり小量比例定数×１
を導入すると（４）式は となる。パラメータＸ２．Ｘ３を変化させ、前記ｌ（θ
）・θ式のパターンを（５）式により求める。測定され
た１（θ）・θ式のパターンより×１．×２．×３を求
める。平均粒径 はｘ２．Ｘ３より次式から計鋒される。 ＳＭＤ＝Ｘ３／ｒ’ （１−１／Ｘ２ ）「：ガンマ関
数 ・・・・・・・・・（６）環状光ディテクタの場合
、ｉｌｌ目のチャンネルへの光エネルギｆｆ１Ｅｉに基
づいて粒径分布を決定する。Ｅｉは次式により与えられ
る。 θ・及びθ・は環状光ディテクタの外形をＲＯＵＴ、１
÷ １− 内径をＲ１ｏ１受光レンズの焦点距離をｆとすると、θ
ｉ＋＝ Ｒｏｕｔ ”、０ｉ−＝ Ｒｉｎ”で散乱角で
ある。粒径パラメータα＝πＤ／λが十分に大きく回折
近似が成り立つ場合（３）式の近似を用いると、Ｗ（α
）ｄαｄＯ・・・・・・・・・・・・ （８）・・・
・・・・・・・・・ （９）となり、これを積分す
ると、 Ｊ （αθ・）−Ｊ２ （α０．、）−Ｊ ２（αθ・
））／Ｄｄα ・・・・・・（１０）１１＋ となり、（１０）式から光エネルギａＥｉに基き要求さ
れる値が求められ、る。即ち環状光ディテクタ６の各チ
ャンネルの１１】や中心からの角度に基づくデータと、
（１０）式の演算手順とをマイクロコンピユータ７５の
メモリーに記憶させておくことにより、環状光ディテク
タが受けた散乱光パターンから粒子の濃度と粒径を同時
に測定することができる。 また前記各式に用いた記号の意味は下記の通りである。 α：粒径パラメータ、Ｃ二定数、Ｄ二粒子径、Ｅｉ ：
光エネルー１！尽、Ｉ（θ）、■（α、θ）：単一粒子
からの散乱光強度、■（θ）：粒子群からの散乱光強度
、Ｊｏ （α、θ）：第１種Ｏ次、Ｂｅ５ｓｅｌｌｌｌ
数、Ｊｌ（（Ｚ、θ）：第１種１次Ｂｅ５ｓｅ Ｉ関数
、Ｎ（Ｄ）、Ｎ（α）：個数粒径分布関数、ＳＭＤ ：
ザラター平均粒径、Ｗ（Ｄ）、Ｗ（α）二重聞粒径分布
関数、×１ ：重量比例定数のパラメータ、×２ 二分
布の広がりぐあし）のパラメータ、×３二代表粒径のパ
ラメータ、ｆ：レンズの焦点距離、θ：散乱角、θ１−
：環状光ディテクタのｉチャンネルの内径に対応する散
乱角、θｉ＋：環状光ディテクタのｉチャンネルの外径
に対応する散乱角、λ：レープ光の波長、「：ガンマ関
数。 ［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る浮遊粒子の濃度及び粒
径の測定方法は、空気中に噴霧した被測定微粒子群にレ
ーザビームを照射し、該微粒子群を通じて出た散乱光を
レンズで集光し、該レンズの焦点位置上に配した少なく
とも３チャンネルの環状光ディテクタで受光し、該光デ
ィテクタが受光した散乱光パターンに比例する各チャン
ネルからの信号をＩ（θ）・θなる式で解析することで
、従来非常に困難とされていた浮遊微粒子の１１度ど粒
径とが簡単に測定できるという優れた効果を奏する。 又、前記測定方法を実施する装置どして、レーザ発振器
及びレーザビームのエクスパンダと、微小粒子を通した
散乱光を集光する光学レンズと、その焦点位置に配した
少なくとも３チャンネルの環状光ディテクタと、増幅器
と、信号をホールドする回路と、Ａ／Ｄ変換器とを有様
的に結合すると共に、Ａ／Ｄ変換された光エネルギーを
散乱光強度と散乱角とによる被積分関数を解析演算する
コンピューターとで装置が構成され、簡単な構成であり
ながら正確な粒子と濃度が測定できるのである。 更に、前記測定の効果によって、噴霧燃焼方式を採用し
ている各種燃焼器の燃焼効率を高め、省エネルギーに寄
与すると共に、大気汚染物値の排出軽減に大ぎく寄与す
る等の種々の優れた効果も奏する。
第１図はこの発明の詳細な説明するための説明図、第２
図はこの発明の方法を実施するための装置の略示的構成
図、第３図は同装置における光エネルギ測定装置のブロ
ック図である。 １・・・発振器 ２・・・粒子群３・・・
受光レンズ ４・・・焦点面５・・・］リメー
ターレンズ ６・・・環状光ディテクタ フ・・・光エネルギ測定装置 ７１１〜７１．・・・増幅器、 ７２１〜７２．・・・ザンブルアンドホールド回路７３
・・・Ａ／Ｄ変換器 ７４・・・インターフェース
図はこの発明の方法を実施するための装置の略示的構成
図、第３図は同装置における光エネルギ測定装置のブロ
ック図である。 １・・・発振器 ２・・・粒子群３・・・
受光レンズ ４・・・焦点面５・・・］リメー
ターレンズ ６・・・環状光ディテクタ フ・・・光エネルギ測定装置 ７１１〜７１．・・・増幅器、 ７２１〜７２．・・・ザンブルアンドホールド回路７３
・・・Ａ／Ｄ変換器 ７４・・・インターフェース
Claims (3)
- （１）被測定微粒子群にレーザビームを照射して得られ
る前方微小角散乱光をレンズで集光し、その焦点位置上
に配した少なくとも３チャンネルの同心円形状の光電変
換素子よりなる環状光ディテクタで受光し、該光ディテ
クタで光電変換された微小電流信号を増幅及びサンプル
アンドホールドさせた後、上記光ディテクタが受光した
散乱光のパターンに比例する各チャンネルからの信号を
■（θ）・θなる式〔式中■（θ）は粒子群からの散乱
光強度、θは散乱角〕に基づいて解析することを特徴と
する浮遊粒子の濃度及び粒径の測定方法。 - （２）レーザ発振器と、レーザビームで照射された被測
定微小粒子群からの前方微小角散乱光を集光する光学レ
ンズと、該光学レンズの焦点位置に配した少なくとも３
チャンネルの同心円形状のシリコンフォトディテクタ等
の光電変換素子よりなる環状光ディテクタと、該光ディ
テクタで光電変換された各チャンネルの微小電流信号を
同時に増幅する光ディテクタのチャンネル数と同数の増
幅器と、該増幅器で増幅された電流信号を各チャンネル
ごとにサンプルアンドホールドする回路と、各チャネル
の電流信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
デジタル信号化された光ディテクタの各チャンネルが受
光した光エネルギ量を■（θ）・θなる式（式中■（θ
）は粒子群からの散乱光強度、θは散乱角〕に基づいて
解析する手順を記憶させたマイクロコンピューターとか
らなる浮遊粒子の濃度及び粒径の測定装置。 - （３）前記レーザ発振器のレーザビームをコリメートす
るコリメータレンズを設けたことを特徴とする前記第２
項記載の浮遊粒子の濃度及び粒径の測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60184568A JPS6244646A (ja) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | 浮遊粒子の濃度及び粒径の測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60184568A JPS6244646A (ja) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | 浮遊粒子の濃度及び粒径の測定方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6244646A true JPS6244646A (ja) | 1987-02-26 |
| JPH0355780B2 JPH0355780B2 (ja) | 1991-08-26 |
Family
ID=16155482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60184568A Granted JPS6244646A (ja) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | 浮遊粒子の濃度及び粒径の測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6244646A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63223543A (ja) * | 1987-03-13 | 1988-09-19 | Canon Inc | 粒子解析装置 |
| JPH01284738A (ja) * | 1988-05-10 | 1989-11-16 | Natl Aerospace Lab | 微粒子径及びその分布の測定方法及び装置 |
| JPH03115950A (ja) * | 1989-09-29 | 1991-05-16 | Shimadzu Corp | 粒度分布測定装置 |
| US5229839A (en) * | 1989-10-06 | 1993-07-20 | National Aerospace Laboratory Of Science & Technology Agency | Method and apparatus for measuring the size of a single fine particle and the size distribution of fine particles |
| JPH07209169A (ja) * | 1994-01-21 | 1995-08-11 | Natl Aerospace Lab | 浮遊粒子群の濃度と粒度の空間分布の測定方法と装置 |
| JP2000046719A (ja) * | 1998-07-29 | 2000-02-18 | Shimadzu Corp | 粒子個数計測方法および粒子計測装置 |
| JP2006078464A (ja) * | 2004-08-11 | 2006-03-23 | Fujitsu Ltd | 小角散乱測定装置、小角散乱測定方法、および試料解析方法 |
| JP2008511843A (ja) * | 2004-09-01 | 2008-04-17 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | フローサイトメトリ用の多波長光の周波数多重化検出 |
| CN107121364A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-09-01 | 兰州大学 | 一种颗粒系统对激光信号影响的多功能测量装置 |
-
1985
- 1985-08-22 JP JP60184568A patent/JPS6244646A/ja active Granted
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2008511843A (ja) * | 2004-09-01 | 2008-04-17 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | フローサイトメトリ用の多波長光の周波数多重化検出 |
| JP2011059127A (ja) * | 2004-09-01 | 2011-03-24 | Honeywell Internatl Inc | フローサイトメトリ用の多波長光の周波数多重化検出 |
| CN107121364A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-09-01 | 兰州大学 | 一种颗粒系统对激光信号影响的多功能测量装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0355780B2 (ja) | 1991-08-26 |
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