JP2003156436A - 赤外線燃焼エネルギー測定装置 - Google Patents
赤外線燃焼エネルギー測定装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 汚泥ケーキの燃焼エネルギー値と水分値を精
度良く測定する。 【解決手段】 狭帯域で１９４０ｎｍを主波長とする水
分測定用赤外線、狭帯域で１３００ｎｍを主波長とする
外乱となる反射率の低減用赤外線、狭帯域で１７２５ｎ
ｍを主波長とする脂質によって吸収されやすい脂質用赤
外線、狭帯域で１８００ｎｍを主波長とする繊維によっ
て吸収されやすい繊維用赤外線、狭帯域で２０６０ｎｍ
を主波長とする蛋白質によって吸収されやすい蛋白質用
赤外線、狭帯域で２１００ｎｍを主波長とする糖類によ
って吸収されやすい糖類用赤外線のうちから、測定対象
の汚泥ケーキＳに応じて赤外線の組み合わせを選択し、
選択された各赤外線を選択的に透過する干渉フィルタＦ
を用いる。干渉フィルタＦの透過帯域は半値幅±１０ｎ
ｍとする。選択された赤外線に応じた２つの検量線と該
赤外線の反射光量とから燃焼エネルギー値と水分値を求
める。
度良く測定する。 【解決手段】 狭帯域で１９４０ｎｍを主波長とする水
分測定用赤外線、狭帯域で１３００ｎｍを主波長とする
外乱となる反射率の低減用赤外線、狭帯域で１７２５ｎ
ｍを主波長とする脂質によって吸収されやすい脂質用赤
外線、狭帯域で１８００ｎｍを主波長とする繊維によっ
て吸収されやすい繊維用赤外線、狭帯域で２０６０ｎｍ
を主波長とする蛋白質によって吸収されやすい蛋白質用
赤外線、狭帯域で２１００ｎｍを主波長とする糖類によ
って吸収されやすい糖類用赤外線のうちから、測定対象
の汚泥ケーキＳに応じて赤外線の組み合わせを選択し、
選択された各赤外線を選択的に透過する干渉フィルタＦ
を用いる。干渉フィルタＦの透過帯域は半値幅±１０ｎ
ｍとする。選択された赤外線に応じた２つの検量線と該
赤外線の反射光量とから燃焼エネルギー値と水分値を求
める。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物質照射し
た赤外線の反射光量に基づいて被測定物質の燃焼エネル
ギー値及び水分値（含水率）を測定する赤外線燃焼エネ
ルギー測定装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、特開平７−１５９３１４号に開示
されているように、特定波長の赤外線を被測定物質に照
射して、被測定物質の含水率を測定する装置が提案され
ている。 【０００３】しかし、下水、し尿あるいは産業排水など
から発生する汚泥の脱水ケーキなどは、通常その減容化
のため、焼却処分するケースが多い。この焼却処分を行
う場合、脱水ケーキの含水率のみでは焼却設備の制御を
行うことができない。すなわち、脱水ケーキ中の成分に
よって燃焼エネルギー（カロリー）が異なることに起因
している。例えば、同じ水分率であっても、脱水ケーキ
の有機物含有率が高いい場合は燃焼エネルギーは高く、
有機物含有率が低い場合は燃焼エネルギーは低くなる。
このようなとき、含水率のみで焼却炉を制御しようとす
ると、有機物含有率が高くなっているにも関わらず補助
燃料を添加していると、炉内温度がさらに上昇し、炉壁
の損傷を引き起こしたり、炉壁耐火構造物の寿命を著し
く短縮することになる。また、逆の場合は、有機物含有
率が低くなっているにも関わらず補助燃料なしで炉を運
転していると、不完全燃焼を起こしてしまうという問題
がある。 【０００４】また、脱水ケーキの燃焼エネルギーに合わ
せて含水率を自然域に入るように制御すれば、焼却時の
補助燃料が不要となり、二酸化炭素等の温室効果ガスの
排出を低減することができ、ひいては地球環境保護にも
有用となる。 【０００５】このような事情から汚泥の脱水ケーキの燃
焼エネルギーを測定することが要求されるが、従来の技
術では含水率は測定できても燃焼エネルギーは測定でき
なかった。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、被測定物質
に照射した赤外線の反射光量に基づいて、被測定物質の
燃焼エネルギー値及び水分値を測定する赤外線燃焼エネ
ルギー測定装置を提供することを課題とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の赤外
線燃焼エネルギー測定装置は、被測定物質の成分によっ
て赤外線吸収量が変化する燃焼エネルギー測定用赤外線
と被測定物質の水分含有量によって赤外線吸収量が変化
する水分測定用赤外線とを被測定物質に照射するととも
に、この被測定物質からのこれら赤外線の反射光を受光
する光学系と、前記光学系で受光した前記燃焼エネルギ
ー測定用赤外線の反射光量に基づいて被測定物質の燃焼
エネルギー値を演算する燃焼エネルギー演算手段と、前
記光学系で受光した前記水分測定用赤外線の反射光量に
基づいて被測定物質の水分値を演算する水分演算手段
と、を備えたことを特徴とする。 【０００８】本発明の赤外線燃焼エネルギー測定装置に
用いる赤外線は、例えば、１９４０ｎｍを主波長とする
狭帯域の赤外線は水分に吸収されやすい水分測定用赤外
線、１３００ｎｍを主波長とする狭帯域の赤外線は外乱
となる反射率の低減用赤外線、１７２５ｎｍを主波長と
する狭帯域の赤外線は脂質によって吸収されやすい赤外
線、１８００ｎｍを主波長とする狭帯域の赤外線は繊維
によって吸収されやすい赤外線であり、２０６０ｎｍを
主波長とする狭帯域の赤外線は蛋白質によって吸収され
やすい赤外線、２１００ｎｍを主波長とする狭帯域の赤
外線は糖類によって吸収されやすい赤外線である。そし
て、汚泥の種類（混合比）に応じてこれらの赤外線の組
み合わせを選択し、その組み合わせに応じた検量線と反
射光量に基づいて汚泥ケーキの燃焼エネルギー値と水分
値を測定する。 【０００９】ところで、本発明が対象とする汚泥は水分
値（含水率）が７０〜９０％程度の高水分汚泥である
が、このような高水分汚泥の水分を単に赤外線の吸光度
に基づいて測定すると、水分以外の成分による吸収によ
り誤差が生じる。そこで、この水分以外の成分による吸
収を考慮して測定を行う必要があるが、高水分汚泥で
は、この水分以外の成分による吸収が水分による吸収に
よりマスクされてしまうので、この水分以外の成分によ
る吸収を示す赤外線波長を適切に設定する必要がある。 【００１０】これに対して、本発明の発明者は、乾燥汚
泥の近赤外線吸収ピークの中から、水分補正に有効な波
長を統計的な方法で選択するとともに、これらの波長の
フィルタの半値幅を狭くし、水分補正に有効な波長の感
度を上げることにより、高精度の測定結果を得ることを
見いだした。また、燃焼エネルギーを測定するために、
乾燥汚泥の近赤外線吸収ピークの中から、燃焼エネルギ
ー補正に有効な波長を統計的な方法で選択するととも
に、これらの波長のフィルタの半値幅を狭くし、燃焼エ
ネルギー補正に有効な波長の感度を上げることにより、
高精度の測定結果を得ることを見いだした。この統計的
な方法とは次のような方法である。乾燥汚泥の測定結果
から重回帰分析を行い、予測値そのもののバラツキＶｒ
と誤差のバラツキＶｅを算出し、この予測値そのものの
バラツキＶｒを誤差のバラツキＶｅで除算し、予測値の
結果にどの程度誤差を含んでいるかを表すＦ値（Ｆ＝Ｖ
ｒ／Ｖｅ）を求める。そして、Ｆ値の高いものを選択す
る。 【００１１】このように本発明における赤外線はその帯
域が狭帯域（例えば赤外線スペクトルの半値幅が±１０
ｎｍ）であり、この狭帯域は、汚泥ケーキに特有の成分
に対する波長の帯域として、重回帰演算機能を用いた検
量線で精度の高い水分測定を行える帯域であり、さらに
精度の高い燃焼エネルギー測定を行える帯域でること
が、本発明の発明者によって見いだされた。 【００１２】 【発明の実施の形態】図１は本発明の赤外線燃焼エネル
ギー測定装置の一実施例を示すブロック図である。光学
系１は、燃焼エネルギー測用赤外線、水分測定用赤外
線、その他の各種赤外線の光束を生成して、コンベア上
の汚泥ケーキＳに照射するとともに、汚泥ケーキＳから
の反射光を検出し、反射光の受光量に応じたアナログ信
号を出力する。アナログ処理部２は光学系１からのアナ
ログ信号を処理し、デジタル処理部３はアナログ処理部
２からの信号に基づいて水分値と燃焼エネルギー値とを
演算して表示する。 【００１３】光学系１で生成される赤外線は、水分に吸
収されやすい１９４０ｎｍを主波長とする狭帯域の水分
測定用赤外線、外乱となる反射率の影響を低減する１３
００ｎｍを主波長とする狭帯域の反射率低減用赤外線、
脂質によって吸収されやすい１７２５ｎｍを主波長とす
る狭帯域の脂質用赤外線（燃焼エネルギー測用赤外
線）、繊維によって吸収されやすい１８００ｎｍを主波
長とする狭帯域の繊維用赤外線（燃焼エネルギー測用赤
外線）、蛋白質によって吸収されやすい２０６０ｎｍを
主波長とする狭帯域の蛋白質用赤外線（燃焼エネルギー
測用赤外線）、糖類によって吸収されやすい２１００ｎ
ｍを主波長とする狭帯域の糖類用赤外線（燃焼エネルギ
ー測用赤外線）のうち、測定対象とする汚泥ケーキの種
類に応じて、選択された赤外線である。なお、水分測定
用赤外線及び燃焼エネルギー測用赤外線は常に含まれて
いる。また、各赤外線の帯域は、半値幅が±１０ｎｍ程
度である。 【００１４】光学系１は、光源１１、集光レンズ１２、
回転ディスク１３、ディスク回転用モータ１４、反射板
１５、凹面鏡１６、凸面鏡１７、赤外線検出器１８、回
転位置検出器１９を含んでおり、回転ディスク１３の同
一円周上には、上記各赤外線のうちの選択された赤外線
を選択的に透過する複数の干渉フィルタＦが取り付けら
れている。 【００１５】そして、ディスク回転モータ１４によって
回転ディスク１３が回転されると、各干渉フィルタＦは
図１に示したように第１集光レンズ１２ａと第２集光レ
ンズ１２ｂの間の光路を順番に横切り、各赤外線が順次
切り換えられる。なお、回転位置検出器１９は光センサ
等によって回転ディスク１３の回転位置を検出し、この
回転位置検出器１９の位置検出によって上記光路位置に
来た干渉フィルタＦの種類がアナログ処理部２で識別さ
れる。 【００１６】光源１１からの光は第１集光レンズ１２ａ
で収束されて回転ディスク１３の干渉フィルタＦによっ
て前記各赤外線にされ、第２集光レンズ１２ｂ、反射板
１５を介して第３集光レンズ１２ｃから汚泥ケーキＳに
照射される。そして、汚泥ケーキＳからの反射光は凹面
鏡１６で集光されて凸面鏡１７を介して赤外線検出器１
８に導かれ、この赤外線検出器１８は受光量に応じたレ
ベルの電圧信号をアナログ処理部２に出力する。 【００１７】赤外線検出器１８からの電圧信号は回転デ
ィスク１３の回転に伴って交流信号となり、この信号は
交流増幅部２１で増幅されて同期整流部２２に入力され
る。また、回転位置検出器１９からの位置検出信号は同
期信号発生部２３に入力され、この同期信号発生部２３
は回転ディスク１３の回転に伴って光学系１の光路を横
切る干渉フィルタＦの種類に応じた同期信号を発生して
同期整流部２２に供給する。 【００１８】同期整流部２２の出力端子は、干渉フィル
タＦの種類に対応して同期信号毎に予め設定されてお
り、交流増幅部２１から入力される電圧信号について、
各赤外線による電圧信号を、それぞれ同期信号から識別
し、それぞれ整流して選択的に各出力端子に出力する。
そして、各電圧信号はディジタル処理部３のアナログ入
力部３１に出力される。 【００１９】ディジタル処理部３は、Ａ／Ｄ変換器等を
備えたアナログ入力部３１、マイクロプロセッサ等でデ
ィジタルデータの処理を行う演算処理部３２、測定結果
を表示する表示部３３を備えており、アナログ処理部２
の同期整流部２２からの各赤外線の電圧信号はアナログ
入力部３１でそれぞれ電圧値を示すデジタルデータに変
換され、このデジタルデータに基づいて演算処理部３２
で水分値と燃焼エネルギー値が演算され、求められた水
分値及び燃焼エネルギー値が表示部３３に表示される。 【００２０】演算処理部３２は、アナログ入力部３１か
らの各赤外線による電圧信号のデータＸn （反射光量に
対応するデータ）に基づいて、次式により水分値（含水
率）（Ｙ）と燃焼エネルギー値（Ｚ）を演算する。 Ｙ＝ａ1 ・Ｘ1 ＋ａ2 ・Ｘ2 ＋…＋ａn ・Ｘn ＋ａ0 Ｚ＝ｂ1 ・Ｘ1 ＋ｂ2 ・Ｘ2 ＋…＋ｂn ・Ｘn ＋ｂ0 【００２１】だだし、ａ0 ，ａ1 〜ａn 、ｂ0 ，ｂ1 〜
ｂn は選択されたｎ種類の波長に対応してキャリブレー
ションにより予め設定された検量線の係数であり、測定
対象の汚泥ケーキについて、実測水分値と測定反射光量
のデータとによる重回帰演算によりａ0 ，ａ1 〜ａn が
予め求められ、実測燃焼エネルギー値と測定反射光量の
データとによる重回帰演算によりｂ0 ，ｂ1 〜ｂn が予
め求められ、メモリに記憶されたものである。また、Ｘ
1 〜Ｘn はｎ種類の上記波長における反射光量のデータ
である。例えば、１９４０ｎｍ、１７２５ｎｍ、１３０
０ｎｍ、１８００ｎｍの４種類の波長が選択され、
ａ1 ，ｂ1 が１９４０ｎｍの波長に対応する係数、
ａ2 ，ｂ2 が１７２５ｎｍの波長に対応する係数、
ａ3 ，ｂ3 が１３００ｎｍの波長に対応する係数、
ａ4 ，ｂ4 が１８００ｎｍの波長に対応する係数とする
と、Ｘ1 を１９４０ｎｍの反射光量のデータ、Ｘ2 を１
７２５ｎｍの反射光量のデータ、Ｘ3 を１３００ｎｍの
反射光量のデータ、Ｘ4 を１８００ｎｍの反射光量のデ
ータとして演算する。また、ａ0 ，ｂ0 は上記４種類の
波長の組み合わせに対応する係数である。 【００２２】図２は、汚泥ケ−キについての乾燥法と実
施形態の赤外線燃焼エネルギー測定装置による水分の測
定結果を示す相関図の一例である。この例では、１９４
０ｎｍ、１７２５ｎｍ、１３００ｎｍ、１８００ｎｍの
４種類の波長が選択され、各波長に対応する検量線の係
数は以下の通りである。 ａ0 ＝ ７６．４２５２８ ａ1 ＝−１２．２９２６７（１９４０ｎｍ） ａ2 ＝−５３２．１６０３（１７２５ｎｍ） ａ3 ＝ ２７．２２３０１（１３００ｎｍ） ａ4 ＝ ２６１．００７５（１８００ｎｍ） 【００２３】乾燥法による水分値に対して赤外線燃焼エ
ネルギー測定装置による水分値が線形になり、測定誤差
が小さく、精度の高い測定値が得られることが判る。な
お、サンプル数ｎ＝１２１に対して、標準偏差σ＝１．
０２４、重相関係数Ｒ＝０．９７５であった。 【００２４】また、汚泥ケ−キについての実測法と実施
形態の赤外線燃焼エネルギー測定装置による燃焼エネル
ギーの測定結果を得た。この例では、１３００ｎｍ、１
９４０ｎｍ、１７２５ｎｍの３種類の波長を選択し、各
波長に対応する検量線の係数は以下の通りである。 ｂ0 ＝２０２２４ ｂ1 ＝−１９０３．７ （１３００ｎｍ） ｂ2 ＝−１６２６．９ （１９４０ｎｍ） ｂ3 ＝２８２９４ （１７２５ｎｍ） 【００２５】実測による燃焼エネルギー値に対して赤外
線燃焼エネルギー測定装置による燃焼エネルギー値が線
形になり、測定誤差が小さく、精度の高い測定値が得ら
れることが判る。なお、サンプル数ｎ＝５８に対して、
標準偏差σ＝２０６、重相関係数Ｒ＝０．９２０であっ
た。 【００２６】以上の実施形態では、干渉フィルタＦは予
め選択された赤外線に対応するものを回転ディスクに設
けるようにしているが、回転ディスクに、１９４０ｎｍ
の水分測定用赤外線、１３００ｎｍの反射率低減用赤外
線、１７２５ｎｍの脂質用赤外線、１８００ｎｍの繊維
用赤外線、２０６０ｎｍの蛋白質用赤外線、２１００ｎ
ｍの糖類用赤外線のそれぞれを選択的に透過する６種類
の干渉フィルタを設けておき、測定対象とする汚泥ケー
キの種類等を入力設定し、この設定に応じて反射光量の
データを選択し、すなわち波長の組み合わせを選択し、
その選択された反射光量のデータと選択に対応する検量
線とに基づいて、水分値及び燃焼エネルギー値を求める
ようにしてもよい。このようにすると、１種類の赤外線
燃焼エネルギー測定装置により、汚泥ケーキの種類に応
じて選択的に測定を行うことができる。 【００２７】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の赤外線燃
焼エネルギー測定装置によれば、汚泥ケーキに特有の成
分に対する狭帯域の赤外線を用いているので、例えばコ
ンベア上を搬送される汚泥ケーキに対して、リアルタイ
ムに精度の高い燃焼エネルギー測定と水分測定を行うこ
とができる。
た赤外線の反射光量に基づいて被測定物質の燃焼エネル
ギー値及び水分値（含水率）を測定する赤外線燃焼エネ
ルギー測定装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、特開平７−１５９３１４号に開示
されているように、特定波長の赤外線を被測定物質に照
射して、被測定物質の含水率を測定する装置が提案され
ている。 【０００３】しかし、下水、し尿あるいは産業排水など
から発生する汚泥の脱水ケーキなどは、通常その減容化
のため、焼却処分するケースが多い。この焼却処分を行
う場合、脱水ケーキの含水率のみでは焼却設備の制御を
行うことができない。すなわち、脱水ケーキ中の成分に
よって燃焼エネルギー（カロリー）が異なることに起因
している。例えば、同じ水分率であっても、脱水ケーキ
の有機物含有率が高いい場合は燃焼エネルギーは高く、
有機物含有率が低い場合は燃焼エネルギーは低くなる。
このようなとき、含水率のみで焼却炉を制御しようとす
ると、有機物含有率が高くなっているにも関わらず補助
燃料を添加していると、炉内温度がさらに上昇し、炉壁
の損傷を引き起こしたり、炉壁耐火構造物の寿命を著し
く短縮することになる。また、逆の場合は、有機物含有
率が低くなっているにも関わらず補助燃料なしで炉を運
転していると、不完全燃焼を起こしてしまうという問題
がある。 【０００４】また、脱水ケーキの燃焼エネルギーに合わ
せて含水率を自然域に入るように制御すれば、焼却時の
補助燃料が不要となり、二酸化炭素等の温室効果ガスの
排出を低減することができ、ひいては地球環境保護にも
有用となる。 【０００５】このような事情から汚泥の脱水ケーキの燃
焼エネルギーを測定することが要求されるが、従来の技
術では含水率は測定できても燃焼エネルギーは測定でき
なかった。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、被測定物質
に照射した赤外線の反射光量に基づいて、被測定物質の
燃焼エネルギー値及び水分値を測定する赤外線燃焼エネ
ルギー測定装置を提供することを課題とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の赤外
線燃焼エネルギー測定装置は、被測定物質の成分によっ
て赤外線吸収量が変化する燃焼エネルギー測定用赤外線
と被測定物質の水分含有量によって赤外線吸収量が変化
する水分測定用赤外線とを被測定物質に照射するととも
に、この被測定物質からのこれら赤外線の反射光を受光
する光学系と、前記光学系で受光した前記燃焼エネルギ
ー測定用赤外線の反射光量に基づいて被測定物質の燃焼
エネルギー値を演算する燃焼エネルギー演算手段と、前
記光学系で受光した前記水分測定用赤外線の反射光量に
基づいて被測定物質の水分値を演算する水分演算手段
と、を備えたことを特徴とする。 【０００８】本発明の赤外線燃焼エネルギー測定装置に
用いる赤外線は、例えば、１９４０ｎｍを主波長とする
狭帯域の赤外線は水分に吸収されやすい水分測定用赤外
線、１３００ｎｍを主波長とする狭帯域の赤外線は外乱
となる反射率の低減用赤外線、１７２５ｎｍを主波長と
する狭帯域の赤外線は脂質によって吸収されやすい赤外
線、１８００ｎｍを主波長とする狭帯域の赤外線は繊維
によって吸収されやすい赤外線であり、２０６０ｎｍを
主波長とする狭帯域の赤外線は蛋白質によって吸収され
やすい赤外線、２１００ｎｍを主波長とする狭帯域の赤
外線は糖類によって吸収されやすい赤外線である。そし
て、汚泥の種類（混合比）に応じてこれらの赤外線の組
み合わせを選択し、その組み合わせに応じた検量線と反
射光量に基づいて汚泥ケーキの燃焼エネルギー値と水分
値を測定する。 【０００９】ところで、本発明が対象とする汚泥は水分
値（含水率）が７０〜９０％程度の高水分汚泥である
が、このような高水分汚泥の水分を単に赤外線の吸光度
に基づいて測定すると、水分以外の成分による吸収によ
り誤差が生じる。そこで、この水分以外の成分による吸
収を考慮して測定を行う必要があるが、高水分汚泥で
は、この水分以外の成分による吸収が水分による吸収に
よりマスクされてしまうので、この水分以外の成分によ
る吸収を示す赤外線波長を適切に設定する必要がある。 【００１０】これに対して、本発明の発明者は、乾燥汚
泥の近赤外線吸収ピークの中から、水分補正に有効な波
長を統計的な方法で選択するとともに、これらの波長の
フィルタの半値幅を狭くし、水分補正に有効な波長の感
度を上げることにより、高精度の測定結果を得ることを
見いだした。また、燃焼エネルギーを測定するために、
乾燥汚泥の近赤外線吸収ピークの中から、燃焼エネルギ
ー補正に有効な波長を統計的な方法で選択するととも
に、これらの波長のフィルタの半値幅を狭くし、燃焼エ
ネルギー補正に有効な波長の感度を上げることにより、
高精度の測定結果を得ることを見いだした。この統計的
な方法とは次のような方法である。乾燥汚泥の測定結果
から重回帰分析を行い、予測値そのもののバラツキＶｒ
と誤差のバラツキＶｅを算出し、この予測値そのものの
バラツキＶｒを誤差のバラツキＶｅで除算し、予測値の
結果にどの程度誤差を含んでいるかを表すＦ値（Ｆ＝Ｖ
ｒ／Ｖｅ）を求める。そして、Ｆ値の高いものを選択す
る。 【００１１】このように本発明における赤外線はその帯
域が狭帯域（例えば赤外線スペクトルの半値幅が±１０
ｎｍ）であり、この狭帯域は、汚泥ケーキに特有の成分
に対する波長の帯域として、重回帰演算機能を用いた検
量線で精度の高い水分測定を行える帯域であり、さらに
精度の高い燃焼エネルギー測定を行える帯域でること
が、本発明の発明者によって見いだされた。 【００１２】 【発明の実施の形態】図１は本発明の赤外線燃焼エネル
ギー測定装置の一実施例を示すブロック図である。光学
系１は、燃焼エネルギー測用赤外線、水分測定用赤外
線、その他の各種赤外線の光束を生成して、コンベア上
の汚泥ケーキＳに照射するとともに、汚泥ケーキＳから
の反射光を検出し、反射光の受光量に応じたアナログ信
号を出力する。アナログ処理部２は光学系１からのアナ
ログ信号を処理し、デジタル処理部３はアナログ処理部
２からの信号に基づいて水分値と燃焼エネルギー値とを
演算して表示する。 【００１３】光学系１で生成される赤外線は、水分に吸
収されやすい１９４０ｎｍを主波長とする狭帯域の水分
測定用赤外線、外乱となる反射率の影響を低減する１３
００ｎｍを主波長とする狭帯域の反射率低減用赤外線、
脂質によって吸収されやすい１７２５ｎｍを主波長とす
る狭帯域の脂質用赤外線（燃焼エネルギー測用赤外
線）、繊維によって吸収されやすい１８００ｎｍを主波
長とする狭帯域の繊維用赤外線（燃焼エネルギー測用赤
外線）、蛋白質によって吸収されやすい２０６０ｎｍを
主波長とする狭帯域の蛋白質用赤外線（燃焼エネルギー
測用赤外線）、糖類によって吸収されやすい２１００ｎ
ｍを主波長とする狭帯域の糖類用赤外線（燃焼エネルギ
ー測用赤外線）のうち、測定対象とする汚泥ケーキの種
類に応じて、選択された赤外線である。なお、水分測定
用赤外線及び燃焼エネルギー測用赤外線は常に含まれて
いる。また、各赤外線の帯域は、半値幅が±１０ｎｍ程
度である。 【００１４】光学系１は、光源１１、集光レンズ１２、
回転ディスク１３、ディスク回転用モータ１４、反射板
１５、凹面鏡１６、凸面鏡１７、赤外線検出器１８、回
転位置検出器１９を含んでおり、回転ディスク１３の同
一円周上には、上記各赤外線のうちの選択された赤外線
を選択的に透過する複数の干渉フィルタＦが取り付けら
れている。 【００１５】そして、ディスク回転モータ１４によって
回転ディスク１３が回転されると、各干渉フィルタＦは
図１に示したように第１集光レンズ１２ａと第２集光レ
ンズ１２ｂの間の光路を順番に横切り、各赤外線が順次
切り換えられる。なお、回転位置検出器１９は光センサ
等によって回転ディスク１３の回転位置を検出し、この
回転位置検出器１９の位置検出によって上記光路位置に
来た干渉フィルタＦの種類がアナログ処理部２で識別さ
れる。 【００１６】光源１１からの光は第１集光レンズ１２ａ
で収束されて回転ディスク１３の干渉フィルタＦによっ
て前記各赤外線にされ、第２集光レンズ１２ｂ、反射板
１５を介して第３集光レンズ１２ｃから汚泥ケーキＳに
照射される。そして、汚泥ケーキＳからの反射光は凹面
鏡１６で集光されて凸面鏡１７を介して赤外線検出器１
８に導かれ、この赤外線検出器１８は受光量に応じたレ
ベルの電圧信号をアナログ処理部２に出力する。 【００１７】赤外線検出器１８からの電圧信号は回転デ
ィスク１３の回転に伴って交流信号となり、この信号は
交流増幅部２１で増幅されて同期整流部２２に入力され
る。また、回転位置検出器１９からの位置検出信号は同
期信号発生部２３に入力され、この同期信号発生部２３
は回転ディスク１３の回転に伴って光学系１の光路を横
切る干渉フィルタＦの種類に応じた同期信号を発生して
同期整流部２２に供給する。 【００１８】同期整流部２２の出力端子は、干渉フィル
タＦの種類に対応して同期信号毎に予め設定されてお
り、交流増幅部２１から入力される電圧信号について、
各赤外線による電圧信号を、それぞれ同期信号から識別
し、それぞれ整流して選択的に各出力端子に出力する。
そして、各電圧信号はディジタル処理部３のアナログ入
力部３１に出力される。 【００１９】ディジタル処理部３は、Ａ／Ｄ変換器等を
備えたアナログ入力部３１、マイクロプロセッサ等でデ
ィジタルデータの処理を行う演算処理部３２、測定結果
を表示する表示部３３を備えており、アナログ処理部２
の同期整流部２２からの各赤外線の電圧信号はアナログ
入力部３１でそれぞれ電圧値を示すデジタルデータに変
換され、このデジタルデータに基づいて演算処理部３２
で水分値と燃焼エネルギー値が演算され、求められた水
分値及び燃焼エネルギー値が表示部３３に表示される。 【００２０】演算処理部３２は、アナログ入力部３１か
らの各赤外線による電圧信号のデータＸn （反射光量に
対応するデータ）に基づいて、次式により水分値（含水
率）（Ｙ）と燃焼エネルギー値（Ｚ）を演算する。 Ｙ＝ａ1 ・Ｘ1 ＋ａ2 ・Ｘ2 ＋…＋ａn ・Ｘn ＋ａ0 Ｚ＝ｂ1 ・Ｘ1 ＋ｂ2 ・Ｘ2 ＋…＋ｂn ・Ｘn ＋ｂ0 【００２１】だだし、ａ0 ，ａ1 〜ａn 、ｂ0 ，ｂ1 〜
ｂn は選択されたｎ種類の波長に対応してキャリブレー
ションにより予め設定された検量線の係数であり、測定
対象の汚泥ケーキについて、実測水分値と測定反射光量
のデータとによる重回帰演算によりａ0 ，ａ1 〜ａn が
予め求められ、実測燃焼エネルギー値と測定反射光量の
データとによる重回帰演算によりｂ0 ，ｂ1 〜ｂn が予
め求められ、メモリに記憶されたものである。また、Ｘ
1 〜Ｘn はｎ種類の上記波長における反射光量のデータ
である。例えば、１９４０ｎｍ、１７２５ｎｍ、１３０
０ｎｍ、１８００ｎｍの４種類の波長が選択され、
ａ1 ，ｂ1 が１９４０ｎｍの波長に対応する係数、
ａ2 ，ｂ2 が１７２５ｎｍの波長に対応する係数、
ａ3 ，ｂ3 が１３００ｎｍの波長に対応する係数、
ａ4 ，ｂ4 が１８００ｎｍの波長に対応する係数とする
と、Ｘ1 を１９４０ｎｍの反射光量のデータ、Ｘ2 を１
７２５ｎｍの反射光量のデータ、Ｘ3 を１３００ｎｍの
反射光量のデータ、Ｘ4 を１８００ｎｍの反射光量のデ
ータとして演算する。また、ａ0 ，ｂ0 は上記４種類の
波長の組み合わせに対応する係数である。 【００２２】図２は、汚泥ケ−キについての乾燥法と実
施形態の赤外線燃焼エネルギー測定装置による水分の測
定結果を示す相関図の一例である。この例では、１９４
０ｎｍ、１７２５ｎｍ、１３００ｎｍ、１８００ｎｍの
４種類の波長が選択され、各波長に対応する検量線の係
数は以下の通りである。 ａ0 ＝ ７６．４２５２８ ａ1 ＝−１２．２９２６７（１９４０ｎｍ） ａ2 ＝−５３２．１６０３（１７２５ｎｍ） ａ3 ＝ ２７．２２３０１（１３００ｎｍ） ａ4 ＝ ２６１．００７５（１８００ｎｍ） 【００２３】乾燥法による水分値に対して赤外線燃焼エ
ネルギー測定装置による水分値が線形になり、測定誤差
が小さく、精度の高い測定値が得られることが判る。な
お、サンプル数ｎ＝１２１に対して、標準偏差σ＝１．
０２４、重相関係数Ｒ＝０．９７５であった。 【００２４】また、汚泥ケ−キについての実測法と実施
形態の赤外線燃焼エネルギー測定装置による燃焼エネル
ギーの測定結果を得た。この例では、１３００ｎｍ、１
９４０ｎｍ、１７２５ｎｍの３種類の波長を選択し、各
波長に対応する検量線の係数は以下の通りである。 ｂ0 ＝２０２２４ ｂ1 ＝−１９０３．７ （１３００ｎｍ） ｂ2 ＝−１６２６．９ （１９４０ｎｍ） ｂ3 ＝２８２９４ （１７２５ｎｍ） 【００２５】実測による燃焼エネルギー値に対して赤外
線燃焼エネルギー測定装置による燃焼エネルギー値が線
形になり、測定誤差が小さく、精度の高い測定値が得ら
れることが判る。なお、サンプル数ｎ＝５８に対して、
標準偏差σ＝２０６、重相関係数Ｒ＝０．９２０であっ
た。 【００２６】以上の実施形態では、干渉フィルタＦは予
め選択された赤外線に対応するものを回転ディスクに設
けるようにしているが、回転ディスクに、１９４０ｎｍ
の水分測定用赤外線、１３００ｎｍの反射率低減用赤外
線、１７２５ｎｍの脂質用赤外線、１８００ｎｍの繊維
用赤外線、２０６０ｎｍの蛋白質用赤外線、２１００ｎ
ｍの糖類用赤外線のそれぞれを選択的に透過する６種類
の干渉フィルタを設けておき、測定対象とする汚泥ケー
キの種類等を入力設定し、この設定に応じて反射光量の
データを選択し、すなわち波長の組み合わせを選択し、
その選択された反射光量のデータと選択に対応する検量
線とに基づいて、水分値及び燃焼エネルギー値を求める
ようにしてもよい。このようにすると、１種類の赤外線
燃焼エネルギー測定装置により、汚泥ケーキの種類に応
じて選択的に測定を行うことができる。 【００２７】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の赤外線燃
焼エネルギー測定装置によれば、汚泥ケーキに特有の成
分に対する狭帯域の赤外線を用いているので、例えばコ
ンベア上を搬送される汚泥ケーキに対して、リアルタイ
ムに精度の高い燃焼エネルギー測定と水分測定を行うこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の赤外線燃焼エネルギー測定装置の一実
施例のブロック図である。 【図２】汚泥ケ−キについての乾燥法と赤外線燃焼エネ
ルギー測定装置による水分の測定結果を示す相関図の一
例である。 【符号の説明】 １ 光学系 ２ アナログ処理部 ３ デジタル処理部 １１ 光源 １３ 回転ディスク １４ ディスク回転モ−タ １６ 凹面鏡 １７ 凸面鏡 １８ 赤外線検出器 １９ 回転位置検出器 Ｆ 干渉フィルタ Ｓ 汚泥ケーキ
施例のブロック図である。 【図２】汚泥ケ−キについての乾燥法と赤外線燃焼エネ
ルギー測定装置による水分の測定結果を示す相関図の一
例である。 【符号の説明】 １ 光学系 ２ アナログ処理部 ３ デジタル処理部 １１ 光源 １３ 回転ディスク １４ ディスク回転モ−タ １６ 凹面鏡 １７ 凸面鏡 １８ 赤外線検出器 １９ 回転位置検出器 Ｆ 干渉フィルタ Ｓ 汚泥ケーキ
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フロントページの続き
(72)発明者 大江 修平
東京都千代田区大手町２丁目６番２号 東
京都下水道サービス株式会社内
(72)発明者 河副 定次
東京都港区芝浦１丁目２番１号 ジェイテ
ィエンジニアリング株式会社内
Ｆターム(参考） 2G059 AA01 AA10 BB20 DD12 EE01
EE02 GG03 HH01 HH06 JJ03
JJ11 JJ14 KK01 MM09
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 被測定物質の成分によって赤外線吸収量
が変化する燃焼エネルギー測定用赤外線と被測定物質の
水分含有量によって赤外線吸収量が変化する水分測定用
赤外線とを被測定物質に照射するとともに、この被測定
物質からのこれら赤外線の反射光を受光する光学系と、 前記光学系で受光した前記燃焼エネルギー測定用赤外線
の反射光量に基づいて被測定物質の燃焼エネルギー値を
演算する燃焼エネルギー演算手段と、 前記光学系で受光した前記水分測定用赤外線の反射光量
に基づいて被測定物質の水分値を演算する水分演算手段
と、 を備えたことを特徴とする赤外線燃焼エネルギー測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001354347A JP2003156436A (ja) | 2001-11-20 | 2001-11-20 | 赤外線燃焼エネルギー測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001354347A JP2003156436A (ja) | 2001-11-20 | 2001-11-20 | 赤外線燃焼エネルギー測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003156436A true JP2003156436A (ja) | 2003-05-30 |
Family
ID=19166222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001354347A Pending JP2003156436A (ja) | 2001-11-20 | 2001-11-20 | 赤外線燃焼エネルギー測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003156436A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006046197A1 (en) * | 2004-10-27 | 2006-05-04 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Device and method for determining the calorie content of an object |
| WO2012118212A1 (ja) * | 2011-03-03 | 2012-09-07 | メタウォーター株式会社 | 汚泥の分析要素量測定方法および汚泥の分析要素量測定装置 |
| JP2013505426A (ja) * | 2009-09-18 | 2013-02-14 | プレスコ テクノロジー インコーポレーテッド | ナローバンド除氷および脱氷システムならびに方法 |
| CN104101680A (zh) * | 2014-06-05 | 2014-10-15 | 广东电网公司电力科学研究院 | 分析污泥燃烧特性的系统和方法 |
| WO2021114109A1 (zh) * | 2019-12-10 | 2021-06-17 | 深圳市能源环保有限公司 | 一种基于cielab色彩空间快速测算污泥热值的方法 |
-
2001
- 2001-11-20 JP JP2001354347A patent/JP2003156436A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006046197A1 (en) * | 2004-10-27 | 2006-05-04 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Device and method for determining the calorie content of an object |
| JP2013505426A (ja) * | 2009-09-18 | 2013-02-14 | プレスコ テクノロジー インコーポレーテッド | ナローバンド除氷および脱氷システムならびに方法 |
| WO2012118212A1 (ja) * | 2011-03-03 | 2012-09-07 | メタウォーター株式会社 | 汚泥の分析要素量測定方法および汚泥の分析要素量測定装置 |
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