JP2002116135A

JP2002116135A - 微粒子カウント式濁度計および微粒子カウンタ用の電子回路

Info

Publication number: JP2002116135A
Application number: JP2000309076A
Authority: JP
Inventors: Hirohide Yamaguchi; 太秀山口; Akira Morita; 晃森田; Mutsuhisa Hiraoka; 睦久平岡; Akinori Sasaki; 明徳佐々木; Yuji Mimori; 裕司三森
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2002-04-19
Anticipated expiration: 2020-10-10
Also published as: JP3928347B2

Abstract

(57)【要約】【課題】微粒子カウント式濁度計や微粒子カウンタ用の
電子回路は、複数粒径区分に対応する微粒子個数濃度の
測定のために、広いダイナミックレンジが必要で、従来
の対数アンプは温度ドリフトが大きく、複数のゲイン回
路のリニアアンプは各ゲイン毎に増幅とピークホールド
回路、Ａ／Ｄコンバータが必要で基板が大きくなる。本
発明はこの課題を解決した電子回路を提供することにあ
る。【解決手段】微粒子の電気パルス信号を、１個または複
数の光電変換素子と異なるゲインの複数の増幅回路との
組み合わせで増幅後、マルチプレクサを使い、Ａ／Ｄコ
ンバータと複数の電気信号毎のデジタルピークホールド
回路、粒径別のデジタルコンパレータ、カウンタ回路で
カウントする。またデジタル回路はＦＰＧＡ等のＩＣで
集積化し基板を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微粒子カウント式
濁度計および微粒子カウンタ用の電子回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】１９９６年のクリプトスポリジウム流出
事故以降、上水分野では微粒子監視が普及し始めてい
る。微粒子カウンタの測定方式には、光ビームを試料水
に照射し、光ビームの観測領域を微粒子が通過したとき
に生ずる散乱光パルス信号をカウントする散乱光方式
と、光ビームの観測領域を微粒子が通過したときに生ず
る、透過光量の減光パルス信号をカウントする光遮断方
式とがある。光遮断方式は最小検出粒径が１〜２μｍで
あり、この粒径以上が光遮断方式の測定粒径となる。散
乱光方式の最小検出粒径はパルス信号を検出する受光光
学系の位置によって異なるが、側方散乱光方式で０．１
μｍ以下、前方散乱光方式で０．１〜０．２μｍであ
る。側方散乱方式では、前記クリプトスポリジウムなど
の生物のように大きさがある程度揃い、屈折率が水に近
い物質に対してほとんど感度を持たない場合があること
が知られている。前方散乱光方式の場合は、前記生物の
ように光ビームの波長と比較して同程度以上に大きくな
ると、ほとんどが前方に向けて光ビームが散乱されるよ
うになるので、側方散乱光方式と比較すると屈折率に対
する影響は非常に小さいが、吸収成分を検出していない
分だけ光遮断方式より粒径に対する感度が小さくなり、
実際の大きさより小さい微粒子としてカウントされる場
合がある。

【０００３】そこで、上水分野では、クリプトスポリジ
ウム相当径の４〜６μｍの粒子を監視することと、前記
クリプトスポリジウムや浄水中にしばしば含まれる藻類
は、校正に用いる標準粒子より屈折率が水に近いので、
散乱光方式のパルス信号が小さくなるという理由から、
主に光遮断方式が採用されている。また、前記事故を契
機に厚生省から発表された「クリプトスポリジウムによ
って水道原水が汚染されるおそれのある浄水場ではろ過
池出口の濁度を０．１度以下に維持すること」という暫
定対策指針以降、微粒子カウンタの技術を応用した濁度
計が開発されている。例えば微粒子が光ビームを通過す
る際に、粒径に応じた波高値で観測される散乱光を粒径
区分ごとにカウントし、カウントされた一つ一つの信号
を微粒子の大きさに応じた濁度に変換することが、本発
明者らが出願した特開平１０−３１１７８４号公報（発
明の名称：濁度および微粒子の測定方法と装置）に記載
され、また、前記の濁度測定方法の測定粒径範囲を拡張
するために散乱光方式と光遮断方式を組み合わせること
が、本発明者らが出願中の特願２０００−２８４６１１
号の明細書（発明の名称：濁度および微粒子の測定方法
と装置）に記載されている。

【０００４】前記の微粒子カウンタや微粒子カウント式
濁度計は、微粒子によるパルス信号をカウントして、微
粒子の個数濃度を計測する。前記パルス信号は粒径に応
じた波高値を持ち、前記装置の電子回路では、前記パル
ス信号を所定のゲインで増幅し、各粒径別にしきい値を
設定して、粒径区分毎にパルスをカウントしている。こ
こで、前記パルス信号の波高値は、粒径によって大きく
変化し、通常のリニアアンプのダイナミックレンジで
は、全ての粒径をカバーできない。そこで、入力電圧を
対数的に増幅する対数アンプを使用し、ダイナミックレ
ンジを広げる方法と、異なるゲインの増幅回路をリニア
アンプで構成し、複数の粒径レンジでパルスカウントを
個別に行う方法が主に採用されている。

【０００５】従来からの第１の方法として、まず、微粒
子カウンタや微粒子カウント式濁度計において、対数ア
ンプを用いた従来の電子回路ブロック図の例を図３に示
す。この図において、光電変換素子１からの電気信号
は、プリアンプ２によって増幅され、ＡＣカップリング
の対数アンプ３でさらに増幅される。このとき、対数ア
ンプ３の出力は入力電圧が大きいほど、ゲインが小さく
なるので、リニアアンプよりダイナミックレンジが大き
くとれ、幅広い粒径に対応することが可能である。

【０００６】前記対数アンプ３の出力は、ピークホール
ド回路４によってピーク値がホールドされるが、このと
き、コンパレータ５１と５２の出力はタイミング回路６
に入力され、タイミング回路６からはコンパレータ５１
で設定された所定のしきい値５１１をパルス信号が越え
た時点でピークホールド動作を開始し、コンパレータ５
２でしきい値５１１より小さい値に設定されたしきい値
５２１よりパルス信号が小さくなったときにパルス終了
信号６１、リセット信号６２の順にワンショット信号が
出力される。尚、コンパレータ５１、５２は、一つのコ
ンパレータとし、ヒステリシス特性を持たせてもよい。

【０００７】次にピークホールド回路４の出力はＡ／Ｄ
コンバータ７によってＡ／Ｄ変換され、粒径に応じたし
きい値８１が設定されているデジタルコンパレータ８に
入力される。そして、ＡＮＤ回路１１にはデジタルコン
パレータ８の出力とパルス終了信号６１が入力される。
このとき、ＡＮＤ回路１１からは、前記コンパレータ８
のしきい値８１をＡ／Ｄコンバータ７の出力が越えてい
る状態で、タイミング回路６からパルス終了信号６１が
出力されるとそのたびに信号が出力され、カウンタ回路
９のカウント値が１カウント増加する。ここで、パルス
終了信号６１はコンパレータ５２で設定されたしきい値
５２１よりパルス信号が小さくなった時点から、リセッ
ト信号６２が出力されるまでの間に出力される。

【０００８】次に、一定時間ごとにＣＰＵ１０によって
カウンタ回路９の計数値を読み出し、微粒子個数濃度が
演算される。粒径区分の数が多い場合には、その数に応
じてデジタルコンパレータ８と異なるしきい値が設定さ
れたデジタルコンパレータと、ＡＮＤ回路、カウンタ回
路を用意することになる。このとき、ＣＰＵ１０からの
信号によりデジタルコンパレータのしきい値を設定でき
るようにしておけば、任意の粒径を複数選択することが
可能となる。

【０００９】従来からの第２の方法として、次に、微粒
子カウンタや微粒子カウント式濁度計において、２種類
のリニアアンプを用い異なるゲインで動作させた従来の
電子回路ブロック図の例を図４に示す。この図におい
て、光電変換素子１からの電気信号はプリアンプ２によ
って増幅され、ＡＣカップリングのリニアアンプ３Ａ、
３Ｂでさらに増幅される。ここで、パルス信号に対する
ダイナミックレンジを広げるため、リニアアンプ３Ａと
３Ｂのゲインは各々異なるものとし、各々異なる粒径範
囲を測定する。

【００１０】前記リニアアンプ３Ａと３Ｂの出力は、そ
れぞれピークホールド回路４Ａと４Ｂによってピーク値
がホールドされるが、このとき、コンパレータ５１Ａ、
５２Ａとコンパレータ５１Ｂ、５２Ｂの出力は、それぞ
れタイミング回路６Ａ、６Ｂに入力される。タイミング
回路６Ａからはコンパレータ５１Ａで設定された所定の
しきい値５１１Ａをパルス信号が越えた時点でリニアア
ンプ３Ａの出力のピークホールドを開始し、コンパレー
タ５２Ａにおいてしきい値５１１Ａより小さい値に設定
されたしきい値５２１Ａよりパルス信号が小さくなった
ときに、パルス終了信号６１Ａ、リセット信号６２Ａの
順にワンショット信号が出力される。同様に、タイミン
グ回路６Ｂからはコンパレータ５１Ｂで設定された所定
のしきい値５１１Ｂをパルス信号が越えた時点でリニア
アンプ３Ｂの出力のピークホールドを開始し、コンパレ
ータ５２Ｂにおいてしきい値５１１Ｂより小さい値に設
定されたしきい値５２１Ｂよりパルス信号が小さくなっ
たときに、パルス終了信号６１Ｂ、リセット信号６２Ｂ
の順にワンショット信号が出力される。尚、コンパレー
タ５１Ａと５２Ａ、およびコンパレータ５１Ｂと５２Ｂ
は、各々一つのコンパレータとし、ヒステリシス特性を
持たせてもよい。

【００１１】次にピークホールド回路４Ａの出力はＡ／
Ｄコンバータ７ＡによってＡ／Ｄ変換され、粒径に応じ
たしきい値８１Ａが設定されているデジタルコンパレー
タ８Ａに入力される。そして、ＡＮＤ回路１１Ａにはデ
ジタルコンパレータ８Ａの出力とパルス終了信号６１Ａ
が入力される。このとき、ＡＮＤ回路１１Ａからは、前
記デジタルコンパレータ８Ａのしきい値８１ＡをＡ／Ｄ
コンバータ７Ａの出力が越えている状態で、タイミング
回路６Ａからパルス終了信号６１Ａが出力されると、そ
のたびに信号が出力され、カウンタ回路９Ａのカウント
値が１カウント増加する。ここで、パルス終了信号６１
Ａはコンパレータ５２Ａで設定されたしきい値５２１Ａ
よりパルス信号が小さくなった時点から、リセット信号
６２Ａが出力されるまでの間に出力される。次に、一定
時間ごとにＣＰＵ１０によってカウンタ回路９Ａの計数
値を読み出し、微粒子個数濃度が演算される。

【００１２】同様に、カウンタ回路９Ｂは、ピークホー
ルド回路４Ｂからの入力を変換したＡ／Ｄコンバータ７
Ｂの出力とデジタルコンパレータ８Ｂのしきい値８１Ｂ
の比較条件とパルス終了信号６１Ｂによりカウントアッ
プされ、微粒子個数濃度がＣＰＵ１０によって演算され
る。粒径区分を増やす場合、その粒径区分がリニアアン
プ３Ａの粒径範囲に相当するときは、デジタルコンパレ
ータ８Ａと同じ入力に対し、粒径に応じて異なるしきい
値が設定されたデジタルコンパレータを用意し、リニア
アンプ３Ｂの粒径範囲に相当するときは、デジタルコン
パレータ８Ｂと同じ入力に対し、粒径に応じて異なるし
きい値が設定されたデジタルコンパレータを用意するこ
とになる。このとき、ＣＰＵ１０からの信号によりデジ
タルコンパレータのしきい値を設定できるようにしてお
けば、任意の粒径を複数選択することが可能となる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記の微粒子カウント
式濁度計、あるいは微粒子カウンタの電子回路により、
複数の粒径区分に対応する微粒子個数濃度が測定可能と
なるが、対数アンプは温度変化によるドリフトがリニア
アンプより大きく、製品の種類も少ないので、工業計器
としてはリニアアンプを用いた方が好ましい。また、リ
ニアアンプを用いてゲインの異なる複数の回路を用いた
場合には、ゲイン毎に増幅回路が必要なだけでなく、前
記パルス信号のピークを検出するピークホールド回路、
前記ピークホールド回路の出力をデジタル信号に変換す
るＡ／Ｄコンバータがゲインの異なる回路毎に必要とな
る。ゲインの種類が少ない場合にはリニアアンプの方法
は有効であるが、粒径レンジが広い場合、特に散乱光方
式と光遮断方式を組み合わせた装置の場合には、入力が
２種類あるので、ゲインの種類が多くなり、基板面積が
大きくなってしまうという問題があった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、請求項１の発明は、試料水に光ビームを照射し、試
料水中の微粒子による散乱光や透過光を、光電変換手段
で得られる散乱光パルス、あるいは光遮断パルスの信号
をカウントする微粒子カウント式濁度計および微粒子カ
ウンタ用の電子回路において、光強度を電気信号に変換
するための光電変換素子から出力される電気信号を複数
の増幅回路によって複数の電気信号に増幅した後、各々
微粒子によるパルス幅よりも十分短い周期で信号を切替
える機能を持ったマルチプレクサに入力し、その出力を
Ａ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換し、複数の電気
信号毎に設けたデジタルピークホールド回路と粒径別に
設けたデジタルコンパレータとカウンタ回路で、前記マ
ルチプレクサからの出力信号がどの増幅率の信号である
かを認識しておき、信号の種類ごとにパルス信号をカウ
ントする構成とすることを特徴とする。

【００１５】請求項２の発明は、試料水に光ビームを照
射し、試料水中の微粒子による散乱光や透過光を、光電
変換手段で得られる散乱光パルス、あるいは光遮断パル
スの信号をカウントする微粒子カウント式濁度計および
微粒子カウンタ用の電子回路において、散乱光パルス用
光電変換素子と光遮断パルス用光電変換素子を設置し、
共に測定をする場合などのように、複数の光電変換素子
から出力される電気信号を各々異なるゲインの増幅器に
よって複数の電気信号に増幅した後、各々前記請求項１
と同様にマルチプレクサに入力し、その出力をＡ／Ｄコ
ンバータでデジタル信号に変換し、複数の電気信号毎に
設けたデジタルピークホールド回路と粒径別に設けたデ
ジタルコンパレータとカウンタ回路で、前記マルチプレ
クサからの出力信号がどの光電変換素子の信号である
か、かつどの増幅率の信号であるかを認識しておき、信
号の種類ごとにパルス信号をカウントする構成とするこ
とを特徴とする。

【００１６】上記の請求項１や２の発明により、複数の
電気信号毎にそれぞれアナログピークホールド回路とＡ
／Ｄコンバータとを設けることを防ぎ、プリント基板面
積を縮小することができる。さらに、請求項３の発明
は、請求項１または２記載の微粒子カウント式濁度計お
よび微粒子カウンタ用の電子回路において、Ａ／Ｄコン
バータ以降のデジタル回路は容易に集積化が可能である
ので、使用時に利用者が機能を設定できるＩＣであるＦ
ＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａ
ｔｅＡｒｒａｙ）などのＩＣを使用して、デジタルピ
ークホールド回路、粒径別のデジタルコンパレータとカ
ウンタ回路を集積することを特徴とする。この集積化に
より、より小さい基板面積で複数の粒径区分を設定する
ことが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態について
詳細に説明する。（実施例１）本発明の請求項１、３に関する実施例とし
て、微粒子カウンタや微粒子カウント式濁度計におい
て、電子回路ゲインが２種類（Ａ、Ｂ）で各々のゲイン
における粒径区分も２種類（ａ、ｂ）あり、マルチプレ
クサを利用した電子回路のブロック図を図１に示す。

【００１８】この図において、光電変換素子１からの電
気信号はプリアンプ２によって増幅された後、ＬＰＦ
（ローパスフィルタ）１３によってノイズが除去され、
差動アンプ１４に入力される。差動アンプ１４には、さ
らにＬＰＦ１３の出力をなまらせることで、プリアンプ
２の出力のベースラインとしたＬＰＦ１５の出力を入力
する。ここで、ＬＰＦ１３、および１５のカットオフ周
波数は、試料水の流量にもよるが、ＬＰＦ１３で数十ｋ
Ｈｚから数百ｋＨｚ、ＬＰＦ１５で数十Ｈｚ以下が選択
される。尚、ＡＣカップリングのリニアアンプを差動ア
ンプの変わりに使用することもできる。この場合、前記
リニアアンプの入力はＬＰＦ１３の出力のみとなる。

【００１９】差動アンプ１４の出力はＬＰＦ１３の出力
からベースラインが差し引かれることで、常にゼロ電圧
付近からパルスが発生する。このパルス信号はリニアア
ンプ１６Ａ、１６Ｂでさらに増幅される。ここで、パル
ス信号に対するダイナミックレンジを広げるため、リニ
アアンプ１６Ａのゲインは１６Ｂより大きいものとし、
各々異なる粒径範囲を測定する。

【００２０】次に前記リニアアンプ１６Ａと１６Ｂの出
力は、マルチプレクサ１７に入力され、マルチプレクサ
１７はサンプリング設定回路１８から出力される切替信
号１８１によって微粒子によるパルス幅よりも十分短い
周期で信号を切替えられる。前記マルチプレクサ１７の
出力は前記切替信号１８１の周期よりも高速なＡ／Ｄコ
ンバータ１９によりデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ
コンバータ１９のサンプリングはサンプリング設定回路
１８から出力される切替信号１８１と同じ周期で、位相
の異なるサンプリング信号１８２により行い、その出力
はデジタルコンパレータ２０Ａ、ラッチ回路２１Ａ、デ
ジタルコンパレータ２２Ａに入力される。

【００２１】ラッチ回路２１Ａはデジタルコンパレータ
２２Ａの出力とサンプリング設定回路１８から出力され
るセレクト信号１８３ＡをＡＮＤ回路２３Ａに入力した
際、ＡＮＤ回路２３Ａから出力される書換信号２３１Ａ
により、Ａ／Ｄコンバータ１９の出力値に書き換えられ
る。ここで、セレクト信号１８３ＡはＡ／Ｄコンバータ
１９の出力がゲインＡであることを示す信号であり、デ
ジタルコンパレータ２２ＡはＡ／Ｄコンバータ１９の出
力とラッチ回路２１Ａに記憶されている前回値とを比較
し、前者が後者より大きい値のときに信号を出力する。
したがって、ラッチ回路２１ＡはＡ／Ｄコンバータ１９
の出力がゲインＡの信号で、かつ前記信号がラッチ回路
２１Ａに記憶されている前回値より大きい値のときにの
み書き変わるため、ラッチ回路２１Ａ、デジタルコンパ
レータ２２Ａ、ＡＮＤ回路２３Ａは、ゲインＡの信号に
対するデジタルピークホールド回路とも言い表すことも
できる。

【００２２】次にデジタルコンパレータ２０Ａはパルス
信号を判定するための所定のしきい値２０１Ａがノイズ
のピーク幅の３倍程度以上で設定されており、Ａ／Ｄコ
ンバータ１９の出力と前記しきい値２０１Ａを比較し、
前者が後者より大きい値のときに信号を出力する。そし
て、ＡＮＤ回路２４Ａには前記デジタルコンパレータ２
０Ａの出力とサンプリング設定回路１８から出力される
セレクト信号１８３Ａを入力され、ＡＮＤ回路２４Ａか
ら出力されるゲインＡの信号に対するパルス判定信号２
４１Ａはタイミング回路２５Ａに入力される。ここで、
タイミング回路２５ＡからはゲインＡのパルス判定信号
２４１Ａが立ち下がった時点で、パルス終了信号２５１
Ａ、リセット信号２５２Ａの順にワンショット信号が出
力される。

【００２３】次にコンパレータ２６Ａａは、ラッチ回路
２１Ａに記憶されている値と所定の粒径のパルス波高値
に相当するしきい値２６１Ａａとを比較し、前者が後者
より大きい値のときに信号を出力し、ＡＮＤ回路２７Ａ
ａには前記デジタルコンパレータ２６Ａａの出力と前記
パルス終了信号２５１Ａが入力される。ＡＮＤ回路２７
ＡａからはゲインＡのパルスが終了した時点で、ラッチ
回路２１Ａに記憶されている前記パルス信号のピーク値
が前記所定の粒径のしきい値２６１Ａａを超えている場
合のみカウントアップ信号２７１Ａａが出力され、カウ
ンタ回路２８Ａａに記憶されている数値を１カウント増
加させる。尚、ラッチ回路２１Ａで記憶されている値
は、パルス終了信号２５１Ａの後に出力されるリセット
信号２５２Ａによりリセットされるので、ゲインＡのパ
ルス信号が発生するたびにラッチ回路２１Ａはそのパル
ス信号のピーク値が記憶され、そのピーク値が所定の粒
径のしきい値２６１Ａａより大きければ、カウンタ回路
２８Ａａの計数値が１カウントずつ増加することにな
る。そして、一定時間ごとにＣＰＵ１２によってカウン
タ回路２８Ａａの計数値を読み出し、しきい値２６１Ａ
ａで規定される粒径の微粒子個数濃度が演算される。

【００２４】同様にしきい値２６１Ａｂで規定される粒
径の微粒子個数濃度は、ゲインＡのパルス信号が発生す
るたびにゲインＡのパルス信号のピーク値と前記しきい
値２６１Ａｂをデジタルコンパレータ２６Ａｂにて比較
し、前者が後者より大きければ、ＡＮＤ回路２７Ａｂか
らカウントアップ信号２７１Ａｂが出力し、カウンタ回
路２８Ａｂの計数値を１カウントずつ増加させることに
よりＣＰＵ１０にて演算される。

【００２５】ゲインＢについては、デジタルコンパレー
タ２０Ｂ、ラッチ回路２１Ｂ、デジタルコンパレータ２
２Ｂ、ＡＮＤ回路２３Ｂ、ＡＮＤ回路２４Ｂ、タイミン
グ回路２５Ｂ、デジタルコンパレータ２６Ｂａ、２６Ｂ
ｂ、ＡＮＤ回路２７Ｂａ、２７Ｂｂ、カウンタ回路２８
Ｂａ、２８Ｂｂにより、二つの異なる粒径の微粒子個数
濃度がＣＰＵ１０にて演算される。尚、ゲインＢの各回
路はゲインＡのセレクト信号１８３Ａ、パルス終了信号
２５１Ａ、リセット信号２５２Ａに相当する信号が、各
々セレクト信号１８３Ｂ、ゲインＢのパルス終了信号２
５１Ｂ、リセット信号２５２Ｂになり、Ａ／Ｄコンバー
タ１９の出力がゲインＢの信号であるときに機能し、ゲ
インＢのパルス信号をカウントするように動作する。

【００２６】以上より、二つのゲインＡ、Ｂの回路によ
って、合計４種類の粒径の微粒子数個数濃度が演算され
る。尚、ゲインＡ、あるいはＢにおいて、粒径区分を増
やすためには各々デジタルコンパレータ２６Ａａ、ＡＮ
Ｄ回路２７Ａａ、カウンタ回路２８Ａａと同じ構成のブ
ロックを増やし、デジタルコンパレータのしきい値を得
たい粒径の波高値に相当する値に設定すればよい。

【００２７】また、ゲインＡ、Ｂのレンジに入らない粒
径区分の微粒子個数濃度を得たい場合には、その粒径に
対応するゲインのリニアアンプと、マルチプレクサ１７
の入力、Ａ／Ｄコンバータ１９以降のデジタル回路を追
加することで、アナログピークホールド回路、Ａ／Ｄコ
ンバータをゲインごとに設けることなく、容易に対応可
能である。尚、サンプリング設定回路１８と、Ａ／Ｄコ
ンバータ以降のデジタル回路は容易に集積化が可能で、
ＦＰＧＡなどのＩＣにて構築すれば、さらに小さい基板
面積で、複数のゲイン、および複数の粒径に対する微粒
子個数濃度の演算が可能となる。（実施例２）本発明の請求項２、３に関する実施例とし
て、微粒子カウンタや微粒子カウント式濁度計におい
て、例えば散乱光パルス用と光遮断パルス用光電変換素
子を設置した場合などに適用するための、光電変換素子
の種類が２種類（α、β）で、ゲインは各々１種類、各
々の光電変換素子における粒径区分も１種類で、マルチ
プレクサを利用した電子回路のブロック図を図２に示
す。

【００２８】この図において、光電変換素子１αからの
電気信号はプリアンプ２αによって増幅された後、ＬＰ
Ｆ１３αによってノイズが除去され、差動アンプ１４α
に入力される。差動アンプ１４αには、さらにＬＰＦ１
３αの出力をなまらせることで、プリアンプ２αの出力
のベースラインとしたＬＰＦ１５αの出力を入力する。

【００２９】ここで、ＬＰＦ１３α、および１５αのカ
ットオフ周波数は、試料水の流量にもよるが、ＬＰＦ１
３αで数十ｋＨｚから数百ｋＨｚ、ＬＰＦ１５αで数十
Ｈｚ以下が選択される。尚、ＡＣカップリングのリニア
アンプを差動アンプの変わりに使用することもできる。
この場合、前記リニアアンプの入力はＬＰＦ１３αの出
力のみとなる。差動アンプ１４αの出力はＬＰＦ１３α
の出力からベースラインが差し引かれることで、常にゼ
ロ電圧付近からパルスが発生する。

【００３０】同様に光電変換素子１βからの電気信号
は、プリアンプ２β、ＬＰＦ１３β、１５β、差動アン
プ１４βにより、常にゼロ電圧付近から発生するパルス
信号を出力する。これら光電変換素子１α、１βのパル
ス信号は、必要に応じて各々リニアアンプ１６α、１６
βでさらに増幅される。尚、光電変換素子１αと１βが
各々異なる光学系に設置されている場合には、前記ＬＰ
Ｆのカットオフ周波数は異なる値に設定することもあ
る。

【００３１】次に前記リニアアンプ１６αと１６βの出
力は、マルチプレクサ１７に入力され、実施例１のゲイ
ンＡ、Ｂを切替えて各々のパルスカウントを行ったのと
同様に、サンプリング設定回路１８とその出力信号１８
１、１８２、１８３α、１８３β、Ａ／Ｄコンバータ１
９、デジタルコンパレータ２０α、２０βとそのしきい
値２０１α、２０１β、ラッチ回路２１α、２１β、デ
ジタルコンパレータ２２α、２２β、ＡＮＤ回路２３
α、２３β、ＡＮＤ回路２４α、２４β、タイミング回
路２５α、２５βとその出力信号２５１α、２５１β、
２５２α、２５２β、ＡＮＤ回路２７α、２７β、カウ
ンタ回路２８α、２８βにより、光電変換素子１αと１
βの信号を切替えて、各々のパルスカウントを行うこと
で、光電変換素子の種類ごとにアナログピークホールド
回路、Ａ／Ｄコンバータを設けることなく、別々にカウ
ントすることが可能である。

【００３２】ここで、粒径区分を増やすためにはデジタ
ルコンパレータ２６α、ＡＮＤ回路２７α、カウンタ回
路２８α、あるいは、デジタルコンパレータ２６β、Ａ
ＮＤ回路２７β、カウンタ回路２８βと同じ構成のブロ
ックを増やし、コンパレータのしきい値を得たい粒径の
波高値に相当する値に設定すればよい。また、光電変換
素子１α、１βのパルスカウントの粒径レンジを広げた
い場合には、各々リニアアンプ１６α、および１６βと
異なるゲインのリニアアンプと、マルチプレクサの入
力、Ａ／Ｄコンバータ１９以降のデジタル回路を追加す
ればよい。

【００３３】さらに、光電変換素子を増やすには、プリ
アンプ２α、ＬＰＦ１３α、１５α、差動アンプ１４α
と同じ構成のブロック、マルチプレクサ１７の入力、Ａ
/Ｄコンバータ１９以降のデジタル回路を追加すればよ
い。以上より、アナログピークホールド回路、Ａ／Ｄコ
ンバータを光電変換素子の種類ごと、およびゲインごと
に設けることなく、パルスカウントが可能であり、特に
サンプリング設定回路１８と、Ａ／Ｄコンバータ以降の
デジタル回路をＦＰＧＡなどのＩＣにて構築すれば、さ
らに小さい基板面積で、複数の光電変換素子、複数のゲ
イン、および複数の粒径に対する微粒子個数濃度の演算
が可能となる。

【００３４】

【発明の効果】本発明は微粒子カウント式濁度計と微粒
子カウンタの電子回路にかかり、微粒子によるパルス信
号をカウントする際、粒径レンジを広げるためにゲイン
の種類を複数とした場合、アナログピークホールド回路
とそれに付随するアナログコンパレータ、およびＡ／Ｄ
コンバータをゲインごとに設ける必要が無くなり、ま
た、光電変換素子が複数使用する場合にも、アナログピ
ークホールド回路とそれに付随するアナログコンパレー
タ、およびＡ／Ｄコンバータを光電変換素子ごとに設け
る必要が無くなり、より小さいプリント基板の面積で、
複数の光電変換素子、あるいは複数のゲイン、および複
数の粒径に対する微粒子個数濃度の演算が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】微粒子カウンタや微粒子カウント式濁度計にお
いて、電子回路ゲインが２種類で、マルチプレクサを利
用した電子回路のブロック図の例を示す図

【図２】微粒子カウンタや微粒子カウント式濁度計にお
いて、光電変換素子が２種類で、マルチプレクサを利用
した電子回路のブロック図の例を示す図

【図３】微粒子カウンタや微粒子カウント式濁度計にお
いて、対数アンプを用いた従来の電子回路ブロック図の
例を示す図

【図４】微粒子カウンタや微粒子カウント式濁度計にお
いて、２種類のリニアアンプを用い異なるゲインで動作
させた従来の電子回路ブロック図の例を示す図

【符号の説明】

１、１α、１β：光電変換素子２、２α、２β：プリアンプ３：対数アンプ３Ａ、３Ｂ：リニアアンプ４、４Ａ、４Ｂ：ピークホールド回路５１、５１Ａ、５２Ａ：コンパレータ５２、５１Ｂ、５２Ｂ：コンパレータ５１１、５１１Ａ：しきい値５２１、５２１Ａ：しきい値６、６Ａ、６Ｂ：タイミング回路６１、６１Ａ、６１Ｂ：パルス終了信号６２、６２Ａ、６２Ｂ：リセット信号７、７Ａ、７Ｂ：Ａ／Ｄコンバータ８、８Ａ、８Ｂ：デジタルコンパレータ８１、８１Ａ、８１Ｂ：しきい値９、９Ａ、９Ｂ：カウンタ回路１０：ＣＰＵ１１、１１Ａ：ＡＮＤ回路１３、１３α、１３β：ＬＰＦ１４、１４α、１４β：差動アンプ１５、１５α、１５β：ＬＰＦ１６Ａ、１６Ｂ、１６α、１６β：リニアアンプ１７：マルチプレクサ１８：サンプリング設定回路１８１：切替信号１８２：サンプリング信号１８３Ａ、１８３Ｂ：セレクト信号１８３α、１８３β：セレクト信号１９：Ａ／Ｄコンバータ２０Ａ、２０Ｂ、２０α、２０β：デジタルコンパレ
ータ２０１Ａ、２０１α、２０１β：しきい値２１Ａ、２１Ｂ、２１α、２１β：ラッチ回路２２Ａ、２２Ｂ、２２α、２２β：デジタルコンパレ
ータ２３Ａ、２３Ｂ、２３α、２３β：ＡＮＤ回路２４Ａ、２４Ｂ、２４α、２４β：ＡＮＤ回路２３１Ａ：書換信号２４１Ａ：パルス判定信号２５Ａ、２５Ｂ、２５α、２５β：タイミング回路２５１Ａ、２５１Ｂ：パルス終了信号２５１α、２５１β：パルス終了信号２５２Ａ、２５２Ｂ：リセット信号２５２α、２５２β：リセット信号２６Ａａ、２６Ａｂ：デジタルコンパレータ２６Ｂａ、２６Ｂｂ：デジタルコンパレータ２６α、２６β：デジタルコンパレータ２６１Ａａ、２６１Ａｂ：しきい値２７Ａａ、２７Ａｂ：ＡＮＤ回路２７Ｂａ、２７Ｂｂ：ＡＮＤ回路２７α、２７β：ＡＮＤ回路２７１Ａａ、２７１Ａｂ：カウントアップ信号２８Ａａ、２８Ａｂ：カウンタ回路２８Ｂａ、２８Ｂｂ：カウンタ回路２８α、２８β：カウンタ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平岡睦久神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (72)発明者佐々木明徳神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (72)発明者三森裕司神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内Ｆターム(参考） 2G059 AA01 AA05 BB04 CC19 EE01 EE02 GG08 KK01 KK03 MM01 MM05 MM09 MM11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料水に光ビームを照射し、試料水中の微
粒子による散乱光や透過光を、光電変換手段で得られる
散乱光パルス、あるいは光遮断パルスの信号をカウント
する微粒子カウント式濁度計および微粒子カウンタ用の
電子回路において、光強度を電気信号に変換するための
光電変換素子から出力される電気信号を複数の増幅回路
によって複数の電気信号に増幅した後、各々微粒子によ
るパルス幅よりも十分短い周期で信号を切替える機能を
持ったマルチプレクサに入力し、その出力をＡ／Ｄコン
バータでデジタル信号に変換し、複数の電気信号毎に設
けたデジタルピークホールド回路と粒径別に設けたデジ
タルコンパレータとカウンタ回路で、前記マルチプレク
サからの出力信号がどの増幅率の信号であるかを認識し
ておき、信号の種類ごとにパルス信号をカウントする構
成とすることを特徴とする微粒子カウント式濁度計およ
び微粒子カウンタ用の電子回路。
【請求項２】試料水に光ビームを照射し、試料水中の微
粒子による散乱光や透過光を、光電変換手段で得られる
散乱光パルス、あるいは光遮断パルスの信号をカウント
する微粒子カウント式濁度計および微粒子カウンタ用の
電子回路において、複数の光電変換素子から出力される
電気信号を各々異なるゲインの増幅器によって複数の電
気信号に増幅した後、各々前記請求項１と同様にマルチ
プレクサに入力し、その出力をＡ／Ｄコンバータでデジ
タル信号に変換し、複数の電気信号毎に設けたデジタル
ピークホールド回路と粒径別に設けたデジタルコンパレ
ータとカウンタ回路で、前記マルチプレクサからの出力
信号がどの光電変換素子の信号であるか、かつどの増幅
率の信号であるかを認識しておき、信号の種類ごとにパ
ルス信号をカウントする構成とすることを特徴とする微
粒子カウント式濁度計および微粒子カウンタ用の電子回
路。
【請求項３】請求項１または２記載の微粒子カウント式
濁度計および微粒子カウンタ用の電子回路において、デ
ジタルピークホールド回路と粒径ごとに設けるデジタル
コンパレータとカウンタ回路を、ＦＰＧＡなどのＩＣで
構築することを特徴とする微粒子カウント式濁度計およ
び微粒子カウンタ用の電子回路。