JP2000206033A - タバコ煙粒子計測装置 - Google Patents
タバコ煙粒子計測装置Info
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Abstract
造でタバコ煙粒子を簡便に検出することができる。 【解決手段】 被検粒子を含む検出空気流Aを生成し、
光源10からの楕円偏向した光ビームの長軸方向が検出
空気流Aに対して略直角方向となるように、光ビームを
非球面レンズ11により検出空気流Aの略中心に集光
し、被検粒子からの散乱光を集光点Cに近接配置した受
光素子12により略90度方向から検出する。
Description
コ煙粒子の量を測定するタバコ煙粒子計測装置に関する
ものである。
る喫煙対策のためのガイドライン」が通達され、そのガ
イドライン中には、職場の空気環境を定期的に測定する
ことが要望されている。職場の空気環境における浮遊粉
塵粒子の中で最も多いのはタバコ煙粒子であり、このタ
バコ煙粒子を測定する専用の測定器としては、労働環境
衛生に使用される相対濃度計が知られている。
埃計があり、この装置は濾紙に室内粉塵を捕集した後
で、波長の異なる2種類の光線を照射し、それぞれの透
過光量を測定して、その差によりタバコ煙粒子の濃度を
測定する。
る高性能な粉塵粒子検出装置を特開平8−159949
号公報に提案しており、この装置は室内塵の質量濃度を
計測するものであり、空気清浄器等の運転の制御等に利
用されている。
来例の分光濾紙塵埃計は、形状が大きくかつ重量がある
ために、位置を変えて多点測定を行うことが難しく、更
に室内粉塵を濾紙に捕集し、その部分に光線を照射して
検出するために捕集時間が長く掛かり、かつ濾紙の交換
等が必要となり連続測定に向かないという問題点があ
る。
塵粒子検出装置は、室内塵を測定することを目的として
いるために、検出する粒子の種類が多岐に渡り、検出粒
子の粒径範囲が広く、その結果として被検粒子の粒径に
対する検出感度に差が生じ、大きな粒径の粒子に対して
小さな粒径の粒子の検出感度が低いという問題点があ
る。従って、0.3μm程度のタバコ煙粒子を効率良く
検出するための専用装置としては必ずしも最適とは云え
ない。
多点測定や連続測定に適した小型で軽量な構造を有し、
効率良くタバコ煙粒子を検出することができるタバコ煙
粒子計測装置を提供することにある。
の本発明に係るタバコ煙粒子計測装置は、タバコ煙に該
当する寸法の粒子を中心に通過させる直管部を有するノ
ズルと、該ノズルを介して被検粒子を含む検出空気流を
生成する空気移送手段と、楕円形状に整形した光ビーム
を発する光源と、前記楕円形状の光ビームが楕円の長軸
方向が前記検出空気流の方向に対して略直角となるよう
に前記検出空気流内の一部に集光する光学系と、前記検
出空気流内を通過する被検粒子からの散乱光を受光する
受光素子とを備え、該受光素子を前記検出空気流に対し
て略直角にかつ近接させて配置し、該受光素子の出力に
より主として前記タバコ煙に該当する寸法の粒子を検出
することを特徴とする。
詳細に説明する。図1は実施例のタバコ煙粒子検出装置
の側面図を示し、装置筐体1の内部には仕切板2が設け
られており、仕切板2の上側には粒子検出部3が配置さ
れ、下側には制御部4が配置されている。筐体1の上面
には外空気取入部5が設けられ、外空気取入部5と粒子
検出部3の間には、例えば直径1mmの検出空気流Aを
生成し直管部から成るノズル6が設けられている。ま
た、粒子検出部3の内部には検出光学系が収納され、ノ
ズル6の下方方向には小型ファン7が取り付けられてい
る。更に、筐体1の両側面の仕切板2の近傍には空気排
出部8が設けられている。
ーザーダイオードから成る光源10の光軸O1上に、集
光用の非球面レンズ11が配置されている。非球面レン
ズ11によるレーザー光の集光点Cには、ノズル6から
の被検粒子を含む検出空気流Aが紙面と直交する方向に
通過し、検出空気流Aの中心に集光点Cが略一致するよ
うにされている。そして、検出空気流Aと直交する面つ
まり紙面上において、レーザー光の光軸O1に対して略
直角方向の光軸O2上に、フォトダイオードから成る受
光素子12が近接して配置されている。
めに、検出空気流Aを挟んで受光素子12と反対側の位
置に、バイパス空気流Bが設けられており、これら検出
空気流A及びバイパス空気流Bは、小型ファン7により
吸引されて生成されるようになっている。特に、直管部
を有するノズル6から流出する検出空気流Aは、ノズル
6の近くにおいては比較的層流状態となっており、安定
した検出を行うために集光点Cはこの層流部分に設けら
れている。ここで、ノズル6、光源10、非球面レンズ
11、受光素子12の相対位置は、測定結果に対して極
めて敏感に影響を及ぼすので、これらの光学系は一体と
して、アルミダイキャストや合成樹脂等から成るケース
ホルダ内に収納固定されて、粒子検出部3が構成されて
いる。
点Tと非球面レンズ11の主点H間の距離をS1、主点
Hと集光点C間の距離をS2、非球面レンズ11の焦点
距離をfとすると、S2=S1・f/(S1―f)の関
係がある。本実施例においては、非球面レンズ11の焦
点距離をf=4.49mm、レンズ11の外径をφ=
6.38mm、距離S1=7.754mmと距離S2=
11.097mmの比をS2/S1=1.431、集光
点Cと受光素子12の間の距離をd=1.5mmと設定
している。
子12の出力は増幅器20、波形整形回路21、パルス
計数積算回路22、マイクロコンピュータを有する制御
回路23に順次に接続されている。更に、制御回路23
には、電池も使用できる電源回路24、操作スイッチ2
5の出力が接続され、制御回路23の出力は、小型ファ
ン7、発光素子12、タイマ回路26、記憶部27、L
CD等を使ってCPMモードとmg/m3 モードの2種
類の表示を行う表示部28、RS−232C等の外部出
力部29にそれぞれ接続されている。
のスタート/ストップスイッチを押すと電源回路24が
オンして、制御回路23は粒子検出部3に電源を供給す
る。小型ファン7が回転して、被検粒子であるタバコ煙
粒子等を含む空気が、外空気取入部5から装置筐体1内
に流入し、図1の矢印に示すように、粒子検出部3内に
おいてノズル6を通って、検出空気流A及びバイパス空
気流Bを生成する。
1を通り、非球面レンズ11により検出空気流Aの集光
点Cに集光する。検出空気流Aを流れる被検粒子が、こ
のレーザー光のビーム径内を通過すると、個々の被検粒
子により散乱光が発生し、光軸O2方向への散乱光が受
光素子12に受光され、電気信号に変換される。この電
気信号は増幅器20、波形整形回路21を通って、被検
粒子の数を計数するパルス計数積算回路22に送られ
る。
した数秒後に、タイマ回路26にスタート支持を送り、
同時にパルス計数積算回路22により積算を開始する。
そして、指定時間が経過した後に、タイマ回路26の指
示によりパルス計数積算回路22の積算を停止する。パ
ルス計数積算回路22で積算された結果は、制御回路2
3を通して記憶部27に記憶され、LCD等の表示部2
8に表示される。測定時間は例えば0.1分間と1分間
の2モードを有し、1分間の測定を10回連続して行っ
た後に、自動的に測定を停止する。また、0.1分間の
測定の場合には、RS−232C等の外部出力部29を
介して、パーソナルコンピュータ等の外部機器へ送信
し、データ処理を行うことが可能である。
対象粒子をタバコ煙含有室内塵の粒子に限定し、粒径に
よる差異が少ない粒子検出装置とするために、大きな粒
径の粒子の検出感度を下げることによって、相対的に小
さな粒径の粒子の検出感度を上げて、有効にタバコ煙粒
子を検出するようにしている。粒子検出装置が粒子を検
出するのは、光ビームと受光素子12の配置により決ま
る検出領域を被検粒子が通過した場合であり、この領域
を被検粒子が通過しなければ検出がされることはない。
粒径の大きい粒子を有効に検出するためには大きい検出
領域の方が有利であるが、小さい検出領域では粒径の小
さい粒子の方が相対的に有利である。従って、検出空気
流A上の検出領域を小さくし、この通過経路を従来より
も細くすることにより、相対的に粒径の大きな粒子の検
出領域を狭めて、粒径の小さな粒子の検出感度を向上さ
せることができる。
るには、被検粒子からの散乱光を効率良く受光する必要
がある。このための方法として、受光部に集光レンズを
使用する方法があるが、集光レンズを利用すると、集光
レンズのマウントや焦点距離のために受光部が大きくな
り、全体として小型化ができなくなる。
ばなる程、減衰により低くなるので、受光素子12を発
光点に近付けることにより散乱光の減衰を少なくし、効
率良く受光するようにすることが好ましい。このとき、
光軸O1に対する受光素子12の受光角度αを90〜1
80度として受光素子12を光ビームの焦光点Cに近接
配置すると、光ビームが直接受光素子12に入射してハ
レーションを起こし易く、光ビームに対して受光角度α
が例えば90度となるように配置することによってハレ
ーションを生じ難くし、光ビームが直接受光素子12に
入射することを回避して、効率の良い受光と装置の小型
化を達成することができる。
は、粒径の大きな粒子は光ビームの端部を掠めても計測
されるが、粒径の小さな粒子は計測され難い。従って、
光ビームの端部を部分横断する粒子を少なくし、殆どの
粒子が光ビームの中央部を貫通するようにする。光源1
0のレーザーダイオードは楕円偏向特性を有する光ビー
ムを発し、この楕円光ビームは接合面に対し垂直方向と
水平方向でビームの広がりが異なる。図4(a) は光源1
0の楕円光ビームLの長軸方向が、被検粒子を含む検出
空気流Aの方向と平行な場合を示し、図4(b) は光源1
0の楕円光ビームLの長軸方向が、被検粒子を含む検出
空気流Aの方向と直交する場合を示している。
小さいために、楕円光ビームLの光軸に沿って光ビーム
を貫通する粒子Pに対し、楕円光ビームLの端部を部分
的に横断する粒子P’は計数され難い。従って、図4
(a) の場合に比べて図4(b) の場合の方が光ビームLを
貫通する粒子Pの割合が大きい。一方、大きい粒径の粒
子の場合は散乱光強度が大きいために、光ビームLを部
分的に横断する粒子でも十分計数されるので、大きな粒
子では図4(a) の場合と図4(b) の場合で、計数される
数量の差はあまりない。従って、図4(b) のように検出
空気流Aに対して楕円光ビームLを光軸方向を直角とな
るように照射することにより、得られる0.3μm程度
の粒径の小さいタバコ煙粒子の相対的な割合を大きくし
て、効率良く検出することができることになる。
コ煙粒子検出装置を、粒径0.3μmの粒子に対する感
度を1としたときの粒径0.6μmの粒子に対する相対
感度で比較した実験によれば、従来の粉塵粒子検出装置
の場合が21であるのに対して、楕円偏向光ビームの断
面の光軸方向を検出空気流Aに略直角方向となるように
光源10を配置した場合には8である。これに加えて検
出空気流Aの通過経路を細くすると3.8となり、更に
受光素子12を光ビームに略直角方向に近接配置して形
成した本実施例のタバコ煙粒子検出装置で測定すると
0.9となり、粒径0.3μm程度のタバコ煙粒子を最
も有効に検出することができる。
のタバコ煙粒子検出装置による検出粒径別感度の測定結
果のグラフ図を示す。粉塵粒子検出装置の場合は、粒径
が0.6μmの大きな粒子の感度が上がっているが、本
実施例のタバコ煙粒子検出装置においては、検出粒径別
の感度が一定となっており、0.3μm程度のタバコ煙
粒子を有効に検出可能であることが分かる。
の径を中心とした浮遊粒子群に反応し、浮遊粒子群の質
量濃度に対応した値を表示する携帯に便利な小型軽量の
装置を実現することができる。
煙粒子計測装置は、直管部を有するノズルを通して、外
部からの空気を流出して検出空気流を生成し、この検出
空気流の略中心に光源からの楕円形状に整形した光ビー
ムを集光し、受光素子により被検粒子からの散乱光を検
出することにより、タバコ煙に該当する大きさの比較的
粒径の小さい粒子を効果的に検出することができ、多点
測定や連続測定を簡便に行うことができる。
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 タバコ煙に該当する寸法の粒子を中心に
通過させる直管部を有するノズルと、該ノズルを介して
被検粒子を含む検出空気流を生成する空気移送手段と、
楕円形状に整形した光ビームを発する光源と、前記楕円
形状の光ビームが楕円の長軸方向が前記検出空気流の方
向に対して略直角となるように前記検出空気流内の一部
に集光する光学系と、前記検出空気流内を通過する被検
粒子からの散乱光を受光する受光素子とを備え、該受光
素子を前記検出空気流に対して略直角にかつ近接させて
配置し、該受光素子の出力により主として前記タバコ煙
に該当する寸法の粒子を検出することを特徴とするタバ
コ煙粒子計測装置。 - 【請求項2】 前記光源はレーザーダイオードとした請
求項1に記載のタバコ煙粒子計測装置。 - 【請求項3】 前記受光素子はフォトダイオードとした
請求項1に記載のタバコ煙粒子計測装置。 - 【請求項4】 前記光源と前記光学系と前記受光素子と
前記空気移送手段とをユニットケースに一体的に固定し
た請求項1に記載の粒子検出装置。 - 【請求項5】 前記空気移送手段は専用の小型ファンと
した請求項1に記載の粒子検出装置。 - 【請求項6】 前記検出手段の出力により被検粒子の計
数値を表示する表示手段を設けた請求項1に記載の粒子
検出装置。
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