JP2002510044A - 粒子検出器の改良 - Google Patents

粒子検出器の改良

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JP2002510044A
JP2002510044A JP2000541501A JP2000541501A JP2002510044A JP 2002510044 A JP2002510044 A JP 2002510044A JP 2000541501 A JP2000541501 A JP 2000541501A JP 2000541501 A JP2000541501 A JP 2000541501A JP 2002510044 A JP2002510044 A JP 2002510044A
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particle detector
signal
monitoring
duct
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リジビー，マイケル
ポウル クレン，ギャリー
Original Assignee
ピーシーエムイー リミテッド
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    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
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Abstract

(57)【要約】 ダクトを流れる粒子を検出するための粒子検出器は、粒子を検出するための第１の摩擦電気プローブ５と、粒子検出器の汚れにより発生する信号を検出するための第２の摩擦電気プローブ３を備える。粒子検出器に信号を発生する汚れがあると、第１のプローブ５にエラー信号が、第２のプローブ３に信号が発生する。従って、第２のプローブ３に存在する信号によって、第１のプローブ５に現れた信号はエラー信号を含むことが分かる。第１のプローブ５に発生する信号の大きさに対する第２のプローブに発生する信号の大きさの比が、所定の限度を超える場合、粒子検出器のクリーニングが必要となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、ダクトを流れる粒子を検出するための装置と、粒子検出器の汚れの
検出方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
摩擦電気式の粒子検出器の性能は、流れに含まれる粒子をその表面に堆積させ
ておくと、損なわれる可能性がある。粒子の堆積を防止する一方法としては、定
期的なプローブのクリーニングがある。しかしながら、クリーニングは、粒子検
出器をオフラインにすることになり、さらに、時間が掛かるとともに、複雑な装
置を分解しなければならない可能性がある。従って、粒子検出器の汚れのレベル
をモニタすることが望ましい。
【０００３】 米国特許第５，２８７，０６１号には、汚れの検出をオンラインでモニタする
方法が記載されている。この特許に記載されている方法においては、プローブ形
の検出器が、流れの中の粒子による摩擦電気により帯電する。この帯電により発
生する信号が、増幅器を備えるモニタ回路を通るが、この増幅器の利得は、プロ
ーブのインピーダンスに依存する。通常の作動状態においては、プローブのイン
ピーダンスは、実質的に無限大である。しかしながら、プローブが汚れてくると
、インピーダンスはかなり低下し、この低下によって、増幅器の利得が変化する
。このような利得変化の発生を検出するために、振幅が既知である第２の信号を
、増幅器に通す。増幅された第２の信号の大きさの変化によって、増幅器の利得
が変化したこと、プローブのクリーニングを行わなければならない可能性がある
こと、が分かる。
【０００４】 プローブのインピーダンスが小さいと、また、増幅器の利得が、増幅器の内部
ノイズなどに対して大きくなり、入力信号によって見られる利得は変化しないが
、内部ノイズによって見られる利得が増加する。これによって、装置のバックグ
ラウンドのノイズレベルが上がり、従って、低レベルの信号が十分に隠される可
能性がある。
【０００５】 しかしながら、プローブの有限のインピーダンスによって、必ずしも粒子検出
装置に問題が生じるとは限らない。英国特許第２２６６７７２号、２２７７１５
４号などに記載してある、特に、交流結合が使用される検出器においては、通常
、プローブのインピーダンスが小さく増幅器が飽和する場合や、プローブのイン
ピーダンスが時間とともに変動する場合に、プローブの有限のインピーダンスに
よって重大な影響が生じるだけである。これらの影響によって、交流モニタ装置
によれば検出されるであろう交流成分を含むエラー信号が発生するであろう。そ
の他の大抵の場合であれば、通常、有限のインピーダンスによって、増幅器のオ
フセットエラー電圧により生じる直流信号となるだけであろう。交流結合回路で
あれば、そのような直流信号は、フィルタにより減衰されるであろう。
【０００６】 検出器の汚れが信号源として作用する場合、直流結合、交流結合の検出器にと
って、より深刻な問題が生じる。検出器を通過して流れる粒子は、汚れと相互作
用し、交流あるいは直流のエラー信号を発生する。汚れによってプローブのイン
ピーダンスが同様に小さくならなければ、上述した、インピーダンスに依存する
汚れのモニタ技術によっては、信号を発生する汚れは検出されないであろう。
【０００７】
【発明の開示】
本発明の目的は、ダクトを流れる粒子を検出するための方法と装置、信号とし
て作用する粒子検出器の汚れを検出するための方法と装置、を提供することであ
る。
【０００８】 本発明によると、粒子を検出するための第１の摩擦電気プローブと、粒子検出
器の汚れにより発生する信号を検出するための第２の摩擦電気プローブを備える
、ダクトを流れる粒子を検出するための粒子検出器が提供される。
【０００９】 第１のプローブは、通常の方法で粒子の流れをモニタするために使用すること
ができる。粒子検出器に信号を発生する汚れがあると、第１のプローブにエラー
信号が発生するであろう。このエラー信号は、第２のプローブが第１のプローブ
と構造体の間に配置してあるので、さらに、第２のプローブに検出されるであろ
う。従って、第２のプローブに存在する信号によって、第１のプローブに現れた
信号はエラー信号を含むことが分かる。問題となる汚れの程度は、第１のプロー
ブに発生する信号の大きさに対する第２のプローブに発生する信号の大きさの比
を考慮することにより、決定することができる。この比が、所定の限度を超える
場合、検出器のクリーニングが必要となるであろう。
【００１０】 第２のプローブは、実質的に第１のプローブを取り囲んでいると、好都合であ
る。第１、第２のプローブのそれぞれは、いくつかの形状にすることが可能であ
り、例えば、プローブの少なくとも１つは、ロッド状（円形の断面であってもよ
い）、リング状、スタッド状などの形状とすることができる。
【００１１】 粒子検出器は、ダクトに取り付ける場合、ダクトを流れる粒子の流れに両方の
プローブを突き出すように、配置することができる。あるいは、粒子検出器は、
ダクトに取り付ける場合、ダクトを流れる粒子の流れに両方のプローブとも突き
出さないように、配置することもできる。好ましくは、粒子検出器は、ダクトに
取り付ける場合、ダクトを流れる粒子の流れに第２のプローブを突き出さないよ
うに、配置する。両方のプローブを粒子の流れに突き出す場合、第２のプローブ
は、粒子に帰属される、第１のプローブにより発生する信号より実質的に小さな
信号を発生するように、配置する必要がある。検出器が汚れていない場合、２つ
のプローブからの信号の比は、ほぼ一定値を保つであろうが、この比が一定値か
ら実質的に異なる場合は、検出器が汚れていることが分かるであろう。第２のプ
ローブが空気の流れの外にある場合でも、第２のプローブによって、粒子の流れ
に帰属される低レベルの信号が検出されるであろう。
【００１２】 さらに、本発明によると、第１のプローブ、第２のプローブを備える粒子検出
器であって、粒子検出器を構造体に取り付ける場合、第２のプローブを第１のプ
ローブと構造体の間に配置し、第１、第２のプローブが互いにおよび構造体から
実質的に電気的に絶縁されるように、第１、第２のプローブを配置してある、粒
子検出器と、第１のプローブに発生する信号をモニタする手段と、粒子検出器の
汚れにより第２のプローブに発生する信号をモニタする手段と、を備えるダクト
を流れる粒子を検出するための装置が提供される。
【００１３】 第２のプローブに発生する信号をモニタする手段は、第１のプローブに発生す
る信号をモニタするのに使用する電子回路と実質的に同一の設計の電子回路とす
ることができる。第２のプローブに発生する信号をモニタする手段は、第１のプ
ローブに発生する信号をモニタする手段と、実質的に独立させることができる。
あるいは、第２のプローブに発生する信号をモニタする手段は、第１のプローブ
に発生する信号をモニタする手段を利用することができる。
【００１４】 モニタ手段は、信号の交流成分をモニタする手段を備えることが可能であり、
さらに、この信号から直流成分を取り除くフィルタ回路を備えることもできる。
あるいは、モニタ手段は、信号の直流成分をモニタする手段を備えることもでき
る。
【００１５】 さらに、本発明によると、上述した粒子検出器とともにダクトを備える粒子検
出設備が提供される。また、本発明によると、上述した粒子を検出するための装
置を備える粒子検出設備が提供される。両方のプローブを、粒子の流れに突き出
すことができる。あるいは、両方のプローブとも、粒子の流れに突き出さないよ
うにすることも可能であるが、好ましくは、第２のプローブを粒子の流れに突き
出さないようにする。ダクトは、縦管（ｓｔａｃｋ）にすることもできる。
【００１６】 さらに、本発明によると、上述した粒子検出器を使用することを含む、粒子検
出器の汚れを検出する方法が提供される。また、本発明によると、上述した粒子
を検出するための装置を使用することを含む、粒子検出器の汚れを検出する方法
が提供される。さらに、本発明によると、上述した粒子検出設備を使用すること
を含む、粒子検出器の汚れを検出する方法が提供される。
【００１７】 さらに、本発明によって、ダクトを流れる粒子を検出するための第１の摩擦電
気プローブと、第２の摩擦電気プローブを備える粒子検出器を設けること、第１
のプローブに発生する信号をモニタすること、汚れにより第２のプローブに発生
する信号をモニタすることからなる、粒子検出器の汚れを検出する方法が提供さ
れる。
【００１８】 第２のプローブからの信号は、第１のプローブからの信号をモニタするために
使用するモニタ回路とは実質的に独立したモニタ回路により、連続的にモニタす
ることができる。あるいは、第２のプローブからの信号は、第１のプローブから
の信号をモニタするために使用するモニタ回路を、２つのプローブの間で切り換
えることにより、断続的にモニタすることもできる。後者の方法は、必要とする
回路が少なくて済むが、前者の方が、第１のプローブをオフラインにせずに、よ
り頻繁にモニタすることができる。
【００１９】 好ましくは、第１、第２のプローブに発生する信号の交流成分をモニタする。
あるいは、第１、第２のプローブに発生する信号の直流成分をモニタすることが
できる。また、交流および直流成分を含む信号をモニタすることもできる。
【００２０】 本発明によって、さらに、構造体に取り付けてある粒子検出器であって、この
粒子検出器は第１の摩擦電気プローブ、第２の摩擦電気プローブを備え、この第
２のプローブは第１のプローブと構造体の間に配置してあり、この第１、第２の
プローブは互いにおよび構造体から実質的に電気的に絶縁してある、粒子検出器
を設けること、汚れにより第２のプローブに発生する信号をモニタすることから
なる、粒子検出器の汚れを検出する方法が提供される。
【００２１】 さて、本発明による、粒子検出器の汚れを検出するための装置を、添付の図面
を参照して、実施例のみにより説明しよう。
【００２２】
【発明を実施するための最良の形態】
図１に示す粒子検出器は、第１のプローブ５、第２のプローブ３を備え、これ
らのプローブは、縦管の中の粒子の流れに突き出すように、縦管の壁１に取り付
けてある。第１のプローブ５と第２のプローブ３は、第１の絶縁層４により、互
いに電気的に絶縁してあり、第２のプローブ３は、第２の絶縁層２により、縦管
の壁１から電気的に絶縁してある。縦管の壁１は電位が零と見なされ、すなわち
、基準電位となる。
【００２３】 粒子検出器が、信号源として作用する汚れにより汚れた場合、汚れは、第１の
プローブ５に一端が接続し、縦管の壁１（すなわち接地）に他端が接続すると、
電位源あるいは電流源として作用する。第２のプローブ３は、第１のプローブ５
と縦管の壁１の間に配置してあるので、この電位源あるいは電流源によって、第
２のプローブ３に信号が発生することになる。従って、粒子検出器の汚れに帰属
されるエラー信号が第１のプローブ５に発生する場合、第２のプローブ３によっ
て信号が発生する。
【００２４】 粒子検出器からの信号は、図２に示した装置によりモニタする。第１のプロー
ブ５からの信号は、主増幅器チャネル６において、フィルタを掛け、増幅し、第
２のプローブ３からの信号は、照合プローブ増幅器チャネル７により、フィルタ
を掛け、増幅する。マイクロプロセッサユニット１０によって、これらのチャネ
ルは、それぞれ同じレベルの利得と感度を維持するように制御される。
【００２５】 本発明の説明したこの実施態様においては、増幅器チャネルのそれぞれにおい
て同じ電子回路を使用する。プローブ３、５からの信号は、まず、入力信号から
出力電圧を与える入力増幅器１１、１２に入力する。入力増幅器１１、１２の感
度は、調整することが可能であり、この調整は、マイクロプロセッサユニット１
０により制御される。感度調整によって、工程の粒子の流量レベルに応じて感度
を調整することにより、この装置は、非常に広い範囲の粒子の流量レベルを対象
とする工程に使用することができる。感度は、通常、装置の取り付け時に調整す
る。
【００２６】 信号は、次に、信号の直流成分を、特定の周波数の上限までの周波数の交流成
分とともに取り除くハイパスフィルタ１３、１４を通過する。本発明の具体例で
は、この上限は、約０．１Ｈｚにすることも可能であるが、上限の値は、装置を
使用する工程に適した値を選択する必要がある。
【００２７】 信号は、さらに、高周波干渉信号を含む信号の高周波成分を取り除くローパス
フィルタ１５、１６を通過する。ローパスフィルタを掛けることによって、装置
は、産業上の環境において、より安定して作動する。
【００２８】 信号は、次いで、特定の工程において見られる広範囲に変化する粒子の流量レ
ベルに適応するように、装置の性能を改善するために使用する切り換え利得増幅
器１７、１８を通過するが、このような工程としては、例えば、クリーニングサ
イクルにおいて非常に大きな振幅の粒子のパルスが見られる、逆向きの空気ジェ
ットによるクリーニングを行うバグフィルタへの応用が挙げられる。それぞれの
成分増幅器（図２においては、２つの増幅器ブロックのそれぞれに、３つの成分
増幅器が示してある）は、独立して１から１６まで切り換えられる利得を備えた
交流増幅器である。増幅器の利得は、通常の装置作動中にマイクロプロセッサユ
ニット１０により、動的に調整される。すなわち、マイクロプロセッサユニット
１０によって、ほこりのレベルの変化に応じて、増幅器１７、１８の利得が切り
換えられる。
【００２９】 増幅器１７、１８からの信号は、マイクロプロセッサユニット１０に入力する
。このマイクロプロセッサユニット１０において、信号は比較され、照合プロー
ブ増幅器１８からの信号が主増幅器１７からの信号に比較して有意の大きさであ
る場合、使用者に、プローブが汚れていることが警告される。低レベルにおいて
は、２つの信号レベルがほぼ等しくなる程度にバックグラウンドのノイズが十分
大きくなる可能性があり、一方、高レベルにおいては、実質的に、それぞれの信
号の全体が、粒子の流れあるいは検出器の汚れに帰属されることになるので、操
作員に警告を知らせるエラー・信号比の閾値は、信号レベルに応じて調整しなけ
ればならない可能性がある。
【００３０】 上述した具体的な実施態様においては、プローブからの信号の交流成分をモニ
タする回路を使用しているが、本発明は、それぞれの信号の直流成分をモニタす
る装置として実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による粒子検出器の断面図。
【図２】 検出器の汚れを検出するために使用する信号処理回路の概略図。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年４月３日（２０００．４．３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 粒子を検出するための第１の摩擦電気プローブと、粒子検出器
    の汚れにより発生する信号を検出するための第２の摩擦電気プローブを備えるこ
    とを特徴とする、ダクトを流れる粒子を検出するための粒子検出器。
  2. 【請求項２】 前記第２のプローブは、実質的に前記第１のプローブを取り囲
    んでいることを特徴とする請求項１記載の粒子検出器。
  3. 【請求項３】 前記プローブの少なくとも一方は、ロッド状の形状であること
    を特徴とする請求項１または２記載の粒子検出器。
  4. 【請求項４】 前記ロッド状の形状は、円形の断面を有することを特徴とする
    請求項３記載の粒子検出器。
  5. 【請求項５】 前記プローブの少なくとも一方は、リング状の形状であること
    を特徴とする請求項１または２記載の粒子検出器。
  6. 【請求項６】 前記粒子検出器は、ダクトへの取り付け時に、前記ダクトを流
    れる粒子の流れに前記両方のプローブを突き出すように配置する取付手段を備え
    ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の粒子検出器。
  7. 【請求項７】 前記粒子検出器は、ダクトへの取り付け時に、前記ダクトを流
    れる粒子の流れに前記第２のプローブを突き出さないように配置する取付手段を
    備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の粒子検出器。
  8. 【請求項８】 第１のプローブ、第２のプローブを備え、前記粒子検出器の構
    造体への取り付け時に、前記第２のプローブを前記第１のプローブと前記構造体
    の間に配置し、前記第１、第２のプローブが互いにおよび前記構造体から実質的
    に電気的に絶縁されるように、前記第１、第２のプローブを配置してある、粒子
    検出器と、前記第１のプローブに発生する信号をモニタする手段と、前記粒子検
    出器の汚れにより前記第２のプローブに発生する信号をモニタする手段と、を備
    えることを特徴とする、ダクトを流れる粒子を検出するための装置。
  9. 【請求項９】 前記第２のプローブに発生する信号をモニタする手段は、前記
    第１のプローブに発生する信号をモニタするのに使用する電子回路と実質的に同
    一の設計の電子回路であることを特徴とする請求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記第２のプローブに発生する信号をモニタする手段は、前
    記第１のプローブに発生する信号をモニタする手段と、実質的に独立しているこ
    とを特徴とする請求項８または９記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記第２のプローブに発生する信号をモニタする手段は、前
    記第１のプローブに発生する信号をモニタする手段を利用することを特徴とする
    請求項８または９記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記モニタする手段は、前記信号の交流成分をモニタする手
    段を備えることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の装置。
  13. 【請求項１３】 実質的に、添付の図面を参照してここに記載してあり、添付
    の図面により示してあることを特徴とする、ダクトを流れる粒子を検出するため
    の装置。
  14. 【請求項１４】 ダクトと、請求項１〜７のいずれかに記載の粒子検出器を備
    えることを特徴とする粒子検出設備。
  15. 【請求項１５】 請求項８〜１３のいずれかに記載のダクトを流れる粒子を検
    出するための装置を備えることを特徴とする粒子検出設備。
  16. 【請求項１６】 前記両方のプローブが、粒子の流れに突き出ていることを特
    徴とする請求項１４または１５記載の粒子検出設備。
  17. 【請求項１７】 前記第２のプローブが、粒子の流れに突き出ていないことを
    特徴とする請求項１４または１５記載の粒子検出設備。
  18. 【請求項１８】 前記ダクトは縦管であることを特徴とする請求項１４〜１７
    のいずれかに記載の粒子検出設備。
  19. 【請求項１９】 請求項１〜７のいずれかに記載の粒子検出器を使用すること
    を特徴とする、粒子検出器の汚れを検出する方法。
  20. 【請求項２０】 請求項８〜１３のいずれかに記載の装置を使用することを特
    徴とする、粒子検出器の汚れを検出する方法。
  21. 【請求項２１】 請求項１４〜１８のいずれかに記載の粒子検出設備を使用す
    ることを特徴とする、粒子検出器の汚れを検出する方法。
  22. 【請求項２２】 ダクトを流れる粒子を検出するための第１の摩擦電気プロー
    ブと、第２の摩擦電気プローブを備える粒子検出器を設けること、前記第１のプ
    ローブに発生する信号をモニタすること、汚れにより前記第２のプローブに発生
    する信号をモニタすることを特徴とする、粒子検出器の汚れを検出する方法。
  23. 【請求項２３】 前記第２のプローブからの信号は、前記第１のプローブから
    の信号をモニタするために使用するモニタ回路とは実質的に独立したモニタ回路
    により、連続的にモニタすることを特徴とする請求項２２記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記第２のプローブからの信号は、前記第１のプローブから
    の信号をモニタするために使用するモニタ回路により、断続的にモニタすること
    を特徴とする請求項２２記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記第１、第２のプローブに発生する信号の交流成分をモニ
    タすることを特徴とする請求項２２〜２４のいずれかに記載の方法。
  26. 【請求項２６】 構造体に取り付けてある粒子検出器であって、前記粒子検出
    器は第１の摩擦電気プローブ、第２の摩擦電気プローブを備え、前記第２のプロ
    ーブは前記第１のプローブと前記構造体の間に配置してあり、前記第１、第２の
    プローブは互いにおよび前記構造体から実質的に電気的に絶縁してある、前記粒
    子検出器を設けること、汚れにより前記第２のプローブに発生する信号をモニタ
    することを特徴とする、粒子検出器の汚れを検出する方法。
  27. 【請求項２７】 実質的に、添付の図面を参照してここに記載してあり、添付
    の図面により示してあることを特徴とする、粒子検出器の汚れを検出する方法。
JP2000541501A 1998-03-27 1999-03-26 粒子検出器の改良 Pending JP2002510044A (ja)

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