JP2000146813A - 粒径分布測定装置 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
しかも安価な粒径分布測定装置を提供すること。 【解決手段】 レーザ光源8からのレーザ光14を分散
した粒子群に照射したときに生ずる回折/散乱光のうち
散乱角の小さいレーザ光14Aの光強度を各散乱角ごと
にリングディテクタ18によって検出し、前記回折/散
乱光のうち散乱角が大きいレーザ光14Bの強度を各散
乱角ごとに複数のフォトセンサ21〜26で構成される
広角散乱光用光検出群20によって検出し、前記リング
ディテクタ18およびフォトセンサ21〜26からの散
乱光強度信号に基づいて前記粒子群における粒径分布を
測定するようにした装置において、前記フォトセンサ2
1〜26の光入射側に、特定の散乱角度の散乱光14B
のみを通過させるための開口31,32を各フォトセン
サ21〜26に対応して形成した光遮蔽部材28を設け
た。
Description
子群にレーザ光を照射することによって生じる回折/散
乱光を検出し、その検出によって得られる散乱光強度信
号に基づいて粒子群の粒径分布を測定する粒径分布測定
装置に関する。
を利用した粒度分布測定装置では、回折光または散乱光
の強度分布、つまり回折角または散乱角と光強度との関
係を測定し、これにフラウンホーファ回折理論またはミ
ー散乱理論に基づく演算処理を施すことによって、試料
粒子の粒度分布が算出される。このような粒径分布測定
装置は、セメントや窯業などほとんどの鉱工業分野、セ
ラミックスを中心とする新素材分野において、原材料な
どの研究・開発に用いられている。
ックスや高分子分野においては、より微小なサブミクロ
ン領域の粒子を測定する要求が高まり、単一の装置で比
較的大きな粒子だけでなく、サブミクロン領域の粒子を
も測定できる装置が開発されるに至っている。
平6−43950号公報に記載されたものがある。図4
は、この公報に係る粒径分布測定装置の構成を概略的に
示すもので、この図において、41は適宜の分散媒に測
定対象の粒子群を分散させた試料液42を収容する透明
な容器よりなるセルである。43はこのセル41の一方
の側(後方側)に設けられるレーザ光源で、これから発
せられる平行なレーザ光44は、例えばビームエキスパ
ンダ(図示していない)で拡大され、その状態でセル4
1を照射する。
られる集光レンズで、その焦点位置にリングディテクタ
46が配置されている。このリングディテクタ46は、
集光レンズ45の光軸を中心として互いに半径の異なる
リング状または半リング状の受光面をもつフォトセンサ
を複数個同心状に配列したもので、セル41内の粒子に
よって回折または散乱したレーザ光44のうち比較的小
さい角度で散乱/回折した光を各散乱角ごとにそれぞれ
受光して、それらの光強度を測定するものである。
粒子によって回折または散乱したレーザ光44のうち比
較的大きい角度で散乱/回折した光を、各散乱角ごとに
個別に検出する広角散乱光用光検出群47が設けられて
いる。この広角散乱光用光検出群47は、集光レンズ4
5およびリングディテクタ46と異なる角度で設けられ
る複数のフォトセンサ48〜53からなり、それぞれの
配設角度に応じて、セル41内の粒子による所定角度を
超える広角の散乱光を検出することができ、フォトセン
サ48〜51が前方散乱光を、フォトセンサ52が側方
散乱光を、フォトセンサ53が後方散乱光をそれぞれ検
出する。
を構成するフォトセンサの出力を増幅するプリアンプ、
55〜58は前方散乱光用フォトセンサ48〜51の出
力をそれぞれ増幅するプリアンプ、59,60は側方散
乱光用フォトセンサ52、後方散乱光用フォトセンサ5
3のそれぞれの出力を増幅するプリアンプである。61
は各プリアンプ54〜60の出力を順次取り込み、AD
変換器62に順次送出するマルチプレクサ、63はAD
変換器62の出力が入力される演算処理装置としてのコ
ンピュータである。このコンピュータ63は、ディジタ
ル信号に変換されたリングディテクタ46およびフォト
センサ48〜53の出力(光強度に関するディジタルデ
ータ)を、フラウンホーファ回折理論やミー散乱理論に
基づいて処理し、粒子群における粒径分布を求めるため
のプログラムが格納されている。
1に試料液42を収容した状態で、レーザ光源43から
レーザ光44を試料セル41に照射すると、このレーザ
光44は、セル41中の粒子によって回折または散乱す
る。その回折光または散乱光のうち、比較的に散乱角の
小さいものは集光レンズ45によってリングディテクタ
46上に結像されるが、この場合、外周側に配置される
フォトセンサが、散乱角のより大きい光を受光し、内周
側のフォトセンサが散乱角のより小さい光を受光する。
したがって、外周側のフォトセンサの検出する光強度は
粒子径のより小さい粒子の量を反映しており、内周側の
フォトセンサの検出する光強度は粒子径のより大きい試
料粒子の量を反映していることになる。これらの各フォ
トセンサが検出した光強度はアナログ電気信号に変換さ
れ、さらにプリアンプ54を経てマルチプレクサ61に
入力される。
たレーザ光44のうち、集光レンズ45によって集光さ
れない比較的に散乱角の大きいものは、前記フォトセン
サ48〜53によってそれぞれ検出され、その光強度分
布が測定される。この場合、前方散乱光用フォトセンサ
48〜51、側方散乱光用フォトセンサ52、後方散乱
光用フォトセンサ53の順に、粒径の小さい粒子からの
散乱光を検出する。これらの各フォトセンサ48〜53
が検出した光強度はアナログ電気信号に変換され、さら
にプリアンプ55〜60を経てマルチプレクサ61に入
力される。
グディテクタ46、フォトセンサ48〜53からの測定
データ、つまりアナログ電気信号が所定の順序で順次取
り込まれる。そして、マルチプレクサ61によって取り
込まれたアナログ電気信号は直列信号にされて、AD変
換器62で順次ディジタル信号に変換され、さらに、コ
ンピュータ63に入力される。
ディテクタ46、フォトセンサ48〜53によってそれ
ぞれ得られた各散乱角ごとの光強度データを、フラウン
ホーファ回折理論やミー散乱理論に基づいて処理する。
ては、主として粒径の大きい範囲についての散乱光の光
強度分布については、リングディテクタ46によって測
定し、主として粒径の小さい範囲についての広角の散乱
光の光強度分布については、フォトセンサ48〜53に
よって測定し、これらのリングディテクタ46およびフ
ォトセンサ48〜53の出力をコンピュータ63におい
て処理しているので、粒子群における粒径分布を、粒径
の比較的大きなものから粒径の微小なものまで広い範囲
にわたって求めることができる。
測定装置においては、粒子群にレーザ光44を照射し、
その散乱光をリングディテクタ46のみならず、広角散
乱光用光検出群47を構成するフォトセンサ48〜53
においても受光させているが、この場合、特定の散乱角
度の散乱光のみをフォトセンサ48〜53に受光させる
ため、従来においては、図5に示すように、各フォトセ
ンサ48〜53の光入射側に、アパーチャ64と集光レ
ンズ65を設けていた。なお、図5においては、一つの
フォトセンサ48しか示してないが、他のフォトセンサ
49〜53においても同様に構成されている。
光レンズ65は高価であり、このような高価な集光レン
ズ65を各フォトセンサ48〜53にそれぞれ対応して
設けているので、粒径分布測定装置がそれだけコストア
ップになるほか、各フォトセンサ48〜53に対応して
設けられるアパーチャ64と集光レンズ65との位置関
係が所定の状態となるように、アパーチャ64および集
光レンズ65を取り付ける必要があるが、それらの組立
や位置調整などの作業が非常に煩わしいといった課題が
ある。
たもので、その目的は、広角散乱光用光検出群の周辺の
構成が簡単でしかも安価な粒径分布測定装置を提供する
ことである。
め、この発明では、レーザ光源からのレーザ光を分散し
た粒子群に照射したときに生ずる回折/散乱光のうち散
乱角の小さいレーザ光の光強度を各散乱角ごとにリング
ディテクタによって検出し、前記回折/散乱光のうち散
乱角が大きいレーザ光の強度を各散乱角ごとに複数のフ
ォトセンサで構成される広角散乱光用光検出群によって
検出し、前記リングディテクタおよびフォトセンサから
の散乱光強度信号に基づいて前記粒子群における粒径分
布を測定するようにした装置において、前記フォトセン
サの光入射側に、特定の散乱角度の散乱光のみを通過さ
せるための開口を各フォトセンサに対応して形成した光
遮蔽部材を設けている(請求項1)。
乱光用光検出群を構成するフォトセンサの光入射側に、
特定の散乱角度の散乱光のみを通過させるための開口を
各フォトセンサに対応して形成した光遮蔽部材を設けて
おり、したがって、従来のこの種の粒径分布測定装置と
異なり、集光レンズを用いることなく、所望の散乱光の
みをフォトセンサに入射させることができる。そして、
広角散乱光用光検出群の周辺における構成部品点数が少
なく、構成が簡単であるとともに、高価な集光レンズを
用いないため、部品費が大幅に低減されるとともに、そ
の固定作業や調整作業がなくなり、組立作業工数も大幅
に低減され、粒径分布測定装置を全体として安価に構成
できる。
材が2枚の板部材よりなり、それらにそれぞれ特定の散
乱角度の散乱光のみを通過させるための開口を形成する
ようにしてもよく(請求項2)、このようにした場合、
所望の散乱光のみをフォトセンサのそれぞれに入射させ
ることができる。
実施の形態を示すもので、図1は、この発明の粒径分布
測定装置の構成を概略的に示す図、図2は、粒径分布測
定装置における光学ベンチの一例を示す斜視図、図3
は、光学ベンチの要部を示す斜視図である。まず、図1
および図2において、1は適当な分散媒に測定対象の粒
子群を分散させた試料液2を収容する透明な容器よりな
る流通型のセルで、光学ベンチベース3の上面に設けら
れたベース部材4に載置されたセル保持ブロック5とセ
ルカバーブロック(図示していない)との間に着脱自在
に立設保持されている。6はセル保持ブロック5に形成
された試料液2の導入部である。
けられるレーザ光源部で、次のように構成されている。
すなわち、8はレーザ光源で、例えば半導体レーザより
なり、レーザ光を水平方向に発するように、光学ベンチ
ベース3の上面に載置された平面視が例えば五角形のベ
ース部材9に立設された光源基板10に保持されてい
る。11はレーザ光源8から発せられる発散性のレーザ
光を収斂する集光レンズで、ベース部材9に立設された
レンズ保持部材12に保持されている。13は集光レン
ズ11を経て収斂されたレーザ光(以下、集光レーザ光
という)14を90°曲げて、セル1方向に反射するミ
ラーで、オートアライメント機構15に保持されてい
る。
カバーする金属製の平面視五角形の上ケースで、ベース
部材9に対して着脱自在であり、その一つの側壁16a
には、集光レーザ光14を通過させる素材からなる窓1
7が形成されている。なお、詳細には図示してないが、
この上ケース16の下端部とベース部材9との間にはパ
ッキンなどシール部材が設けられ、両者16,9で形成
される空間が気密に保持される。
側(前方側)に設けられるリングディテクタで、セル1
を通過した集光レーザ光14が焦点を結ぶ位置に設けら
れている。このリングディテクタ18は、集光レーザ光
14の光軸を中心として互いに半径の異なるリング状ま
たは半リング状の受光面をもつフォトセンサを複数個同
心状に配列したもので、セル1内の粒子によって回折ま
たは散乱した集光レーザ光14のうち比較的小さい角度
で散乱/回折した光14Aを各散乱角ごとにそれぞれ受
光して、それらの光強度を測定するものである。19は
リングディテクタ18を構成するフォトセンサの出力を
それぞれ増幅するプリアンプである。
によって回折または散乱した集光レーザ光14のうち比
較的大きい角度で散乱/回折した光14Bを、各散乱角
ごとに個別に検出する広角散乱光用光検出群20が設け
られている。この広角散乱光用光検出群20は、リング
ディテクタ18と異なる角度で設けられる複数のフォト
センサ21〜26からなり、それぞれの配設角度に応じ
て、セル1内の粒子による所定角度を超える所定角度の
散乱光14Bを検出することができ、フォトセンサ21
〜24が前方散乱光を、フォトセンサ25が側方散乱光
を、フォトセンサ26が後方散乱光をそれぞれ検出す
る。27は各フォトセンサ21〜26の出力をそれぞれ
増幅するプリアンプである。
20の前面側、つまり、各フォトセンサ21〜26の前
面側、より詳しくは、光入射側に設けられる光遮蔽部材
で、この実施の形態においては、互いに平行な状態に立
設される2枚の板部材29,30よりなる。これらの板
部材29,30は、光を透過させない素材よりなり、こ
の実施の形態においては、薄いステンレス鋼板よりな
る。そして、これらの板部材29,30には、図2およ
び図3に示すように、フォトセンサ21〜26に対して
特定の散乱角度の散乱光14Bのみを通過させるための
複数の開口、例えばスリット31,32が、例えばエッ
チングなどの手法によってそれぞれ開設されている。例
えば前方散乱光を検出する一つのフォトセンサ21に対
応するスリット31,32は、必ずしも同じ形状、大き
さでなく、セル1からの前方散乱光のうち、所定の散乱
角の散乱光14Bのみをフォトセンサ21に入射するよ
うに相互の位置が設定されている。このことは、他のフ
ォトセンサ22〜26に対応するスリット31,32に
ついても同様である。
ンプ19,27からの出力を順次取り込み、AD変換器
34に順次送出するマルチプレクサ、35はAD変換器
34の出力が入力される演算処理装置としてのコンピュ
ータである。このコンピュータ35は、ディジタル信号
に変換されたリングディテクタ18およびフォトセンサ
21〜26の出力(光強度に関するディジタルデータ)
を、フラウンホーファ回折理論やミー散乱理論に基づい
て処理し、粒子群における粒径分布を求めるプログラム
が格納されている。
においては、セル1に試料液2を供給している状態で、
レーザ光源8からレーザ光を発すると、このレーザ光
は、集光レンズ11において収斂され、集光レーザ光1
4となってセル1内の試料液2を照射する。そして、こ
の集光レーザ光14は、セル1中の粒子によって回折ま
たは散乱する。その回折光または散乱光のうち、比較的
に散乱角の小さいもの14Aはリングディテクタ18上
に結像されるが、この場合、外周側に配置されるフォト
センサが、散乱角のより大きい光を受光し、内周側のフ
ォトセンサが散乱角のより小さい光を受光する。したが
って、外周側のフォトセンサの検出する光強度は粒径の
より小さい粒子の量を反映しており、内周側のフォトセ
ンサの検出する光強度は粒径のより大きい試料粒子の量
を反映していることになる。これらの各フォトセンサが
検出した光強度はアナログ電気信号に変換され、さらに
プリアンプ19を経てマルチプレクサ33に入力され
る。
た集光レーザ光14のうち、比較的に散乱角の大きいも
の14Bは、広角散乱光用光検出群20の前面側(光入
射側)に設けられた板部材29,30にそれぞれ形成さ
れたスリット31,32によって制限され、特定の散乱
角度の散乱光14Bのみがフォトセンサ21〜26にそ
れぞれ入射し、その光強度分布が測定される。この場
合、前方散乱光用フォトセンサ21〜24、側方散乱光
用フォトセンサ25、後方散乱光用フォトセンサ26の
順に、比較的粒径の大きい粒子からの散乱光を強く検出
する。これらの各フォトセンサ21〜26が検出した光
強度はアナログ電気信号に変換され、さらに、プリアン
プ27を経てマルチプレクサ33に入力される。
グディテクタ18およびフォトセンサ21〜26からの
測定データ、つまりアナログ電気信号が所定の順序で順
次取り込まれる。そして、マルチプレクサ33によって
取り込まれたアナログ電気信号は直列信号にされて、A
D変換器34で順次ディジタル信号に変換され、さら
に、コンピュータ35に入力される。
ディテクタ18およびフォトセンサ21〜26によって
それぞれ得られた各散乱角ごとの光強度データを、フラ
ウンホーファ回折理論やミー散乱理論に基づいて処理す
る。
ては、主として粒径の大きい範囲についての散乱光の光
強度分布については、リングディテクタ18によって測
定し、主として粒径の小さい範囲についての広角の散乱
光の光強度分布については、フォトセンサ21〜26に
よって測定し、これらのリングディテクタ18およびフ
ォトセンサ21〜26の出力をコンピュータ35におい
て処理しているので、粒子群における粒径分布を、粒径
の比較的大きなものから粒径の微小なものまで広い範囲
にわたって一挙に求めることができる。
は、広角散乱光用光検出群20の光入射側に、特定の散
乱角度の散乱光14Bのみを通過させるためのスリット
31,32を各フォトセンサ21〜26に対応してそれ
ぞれ開設した2枚の板部材29,30を設けており、し
たがって、従来のこの種の粒径分布測定装置と異なり、
集光レンズを用いることなく所望の散乱光14Bのみを
フォトセンサ21〜26に入射させることができる。そ
して、広角散乱光用光検出群20の周辺における構成部
品点数が少なく、構成が簡単であるとともに、高価な集
光レンズを用いないため、部品費が大幅に低減されると
ともに、その固定作業や調整作業がなくなり、組立作業
工数も大幅に低減され、粒径分布測定装置を全体として
安価に構成できる。
ものではなく、種々に変形して実施することができる。
例えば、光遮蔽部材28を1枚の板部材で形成し、これ
にフォトセンサ21〜26に対応するようにスリットを
設けるようにしてもよい。この場合、上述した実施の形
態のものに比べて、光の遮蔽精度が低下する。また、前
記板部材を3枚以上並設してもよいが、このようにして
も、板部材を2枚設ける場合に比べて、光の遮蔽精度が
それほど向上しない。なお、板部材を複数設ける場合、
必ずしも互いに平行である必要はない。
て、所定形状の孔を形成してもよい。また、光遮蔽部材
28は、光を遮断する機能を有しておればよく、したが
って、ステンレス鋼以外の金属や、樹脂など他の素材か
らなるものを用いてもよい。
ザに代えて、He−Neレーザなど他のレーザを用いて
もよい。そして、セル1に対して集光したレーザ光14
を照射するのに代えて、図4に示すように、セル1に対
して平行なレーザ光を照射するようにしてあってもよ
い。その場合、セル1とリングディテクタ18との間に
集光レンズ(図4において符号45で示すレンズ)を設
ける必要がある。
く、また、測定対象は、液体中の粒子のみならず、気体
中に分散した粉体や粒子、固体中の粉体や粒体などであ
ってもよい。
出群を構成するフォトセンサの光入射側に、特定の散乱
角度の散乱光のみを通過させるための開口を各フォトセ
ンサに対応して形成した光遮蔽部材を設けているので、
フォトセンサに所望の散乱光のみを入射させることがで
きる。そして、広角散乱光用光検出群の周辺における構
成部品点数が少なく、構成が簡単であるとともに、高価
な集光レンズを用いないため、部品費が大幅に低減され
るとともに、その固定作業や調整作業がなくなり、組立
作業工数も大幅に低減され、この種の粒径分布測定装置
を安価に構成できる。
示す図である。
す斜視図である。
図である。
の図である。
乱光、18…リングディテクタ、20…広角散乱光用光
検出群、21〜26…フォトセンサ、28…光遮蔽部
材、29,30…板部材、31,32…開口。
Claims (2)
- 【請求項1】 レーザ光源からのレーザ光を分散した粒
子群に照射したときに生ずる回折/散乱光のうち散乱角
の小さいレーザ光の光強度を各散乱角ごとにリングディ
テクタによって検出し、前記回折/散乱光のうち散乱角
が大きいレーザ光の強度を各散乱角ごとに複数のフォト
センサで構成される広角散乱光用光検出群によって検出
し、前記リングディテクタおよびフォトセンサからの散
乱光強度信号に基づいて前記粒子群における粒径分布を
測定するようにした装置において、前記フォトセンサの
光入射側に、特定の散乱角度の散乱光のみを通過させる
ための開口を各フォトセンサに対応して形成した光遮蔽
部材を設けたことを特徴とする粒径分布測定装置。 - 【請求項2】 光遮蔽部材が2枚の板部材よりなり、そ
れらにそれぞれ特定の散乱角度の散乱光のみを通過させ
るための開口が形成されている請求項1に記載の粒径分
布測定装置。
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JP31631398A JP3475097B2 (ja) | 1998-11-06 | 1998-11-06 | 粒径分布測定装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP3475097B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002175931A (ja) * | 2000-09-28 | 2002-06-21 | Sumitomo Special Metals Co Ltd | 希土類磁石およびその製造方法 |
JP2014186039A (ja) * | 2009-03-04 | 2014-10-02 | Malvern Instruments Ltd | 粒子特性の測定 |
-
1998
- 1998-11-06 JP JP31631398A patent/JP3475097B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2002175931A (ja) * | 2000-09-28 | 2002-06-21 | Sumitomo Special Metals Co Ltd | 希土類磁石およびその製造方法 |
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