JP2009122083A - 近赤外ｌｅｄを使用した計量器 - Google Patents

Abstract

【課題】 片手で楽に持てるほどの大きさで、簡単に持ち運びできて、正確に水分あるいは糖分の量を測定できる測定器を提供する。
【解決手段】 水分又は糖分などの近赤外領域吸収帯の波長に重なった領域で近赤外発光するＬＥＤと、発光波長の領域が水分あるいは糖分の近赤外線吸収帯から外れた領域で近赤外発光するＬＥＤの２種類を使用して、交互に参照試料と被測定試料を照射し、それぞれの透過光の強度差を基に水分量又は糖分量などを割り出す演算回路を内蔵している、近赤外ＬＥＤを使用した計量器。
【選択図】図１

Description

農産物や海産物等に含まれる水分あるいは糖分の量を近赤外光の透過あるいは散乱を利用して測定する装置に関する。

農産物や海産物に含まれる水分あるいは糖分等の量を、近赤外光を利用して測定する方法としては、対象物に当てた近赤外光の透過あるいは散乱してきた近赤外光をスペクトル分析して、それぞれの吸収ピークの位置に対応するスペクトル強度の変化を利用して測定する方法が一般的である。しかしスペクトル分析するには回折格子を必要とし、装置はどうしても大型になり、手の中に持って使えるようなものではなかった。かつ値段も高価なものであった。

被測定物の水分、糖分濃度を知るために近赤外光の透過あるいは反射のスペクトルデーターを得ることは、それを研究する者にとっては必要なことかもしれないが、生産者は直接水分や糖分の濃度がどれだけあるかが分かれば充分である。生産者が水分濃度、糖度等を正確に知ることができれば、製造工程の管理が容易にできるし、より付加価値を付けて生産物を出荷できるし、あるいは果実などの場合、収穫前に直接測定できればより生産性を向上させることができる。

先程述べたように水分あるいは糖分は、近赤外領域のスペクトルの特定の波長の位置に吸収帯として観測される。スペクトルの強度の検出にはフォトトランジスターあるいはフォトダイオードが使用されるが、それは波長に関係なくそれに入ってきた光量の積分値として出力される。従って波長スペクトルを得るには、回折格子を回転させてフォトトランジスターに入る波長を走査して、フォトトランジスターの出力を波長の関数として記録させているのである。近赤外線光源としては一般的にハロゲンランプが使用される。

ある程度の波長幅を持った特定波長の光源としては、近年近赤外領域も含めて異なった発光波長を持つＬＥＤが多数開発されている。しかし、それらの波長が丁度水分の近赤外吸収ピークや糖分の近赤外吸収ピークとぴったり一致している訳では無い。

手のひらに入るほどの大きさで、簡単に持ち運びできて、正確に水分あるいは糖分の量を測定できる測定器を提供する。

試料に特定波長の近赤外光を当ててそれの透過光の強度をフォトトランジスターで検出するが、測定器の感度の変動や被測定試料（以後サンプルと呼ぶ）の厚さや表面状態による影響を補正するために、異なった波長の近赤外光を発光するＬＥＤを使用し、参照試料（以後リファレンスと呼ぶ）とサンプルを交互に測定し、それぞれの値をデーターとして用い補正を行う。

どの発光波長のＬＥＤを選択するかは以下の手順で決める。それぞれのＬＥＤの発光強度は特定波長を中心にガウス分布している。一種類のＬＥＤ１はその発光波長の領域が水分あるいは糖分の近赤外線吸収帯と重なったものを選び、もう一種のＬＥＤ２はその発光波長の領域が水分あるいは糖分の近赤外線吸収帯から外れたものを使用する。ＬＥＤ２からの近赤外線はその透過光の強度比からリファレンスとサンプルの近赤外線の主に試料の厚さの違いや表面状態の違いによる減衰率の違いを求めるために使用する。次にリファレンスとサンプルにそれぞれＬＥＤ１の近赤外線を照射し、その透過光の強度差と先程ＬＥＤ２の発光を使って求めた減衰率の違いを勘案して、サンプルに含まれる水分量又は糖分量などを、予め測定器に内蔵している演算回路により速やかに計算して表示する。

上記発明によれば、サンプルを非破壊で水分量等を測定することができる。今までよりずっと安価で、軽量な測定器で簡単にフィールドに持ち込んで計測できる。

発明の測定器は片手で持てる大きさと重さで、上面に操作ボタンと表示板が付いており、正面に引き出しがありそこにサンプルを入れる。サンプルを置く位置の中央底には穴が開いており引き出しを閉めたときその穴の下からＬＥＤ１とＬＥＤ２の照射が交互に行われ、その上の天井部にはフォトトランジスターが設置され透過してきた近赤外線を検出、記録できるようになっている。

サンプルとリファレンスの透過光の強度比を効率良く簡単に得るためにはちょっとした工夫をする。引き出し内を前と後ろに仕切り、後ろも底に穴が開けてあり、リファレンスを入れておく。引き出しを軽く前に引き出した時は半分しか出ないようにストッパーが付けてある。サンプルを入れるために引き出しを引き出すと、自動的にＬＥＤ１，ＬＥＤ２からの近赤外光の照射が交互に行われてリファレンスの透過強度が記録され、次に引き出しを閉めて測定スタートボタンを押すと、再びＬＥＤ１とＬＥＤ２からの照射が行われ、サンプルの透過強度が記録される。

その後内蔵の演算回路で、サンプルとリファレンスに対するＬＥＤ１，ＬＥＤ２からの近赤外光の透過強度比が求められ、それらのデーターを基に予め設定されていたプログラムに従ってサンプルに含まれる水分量が計算され、上面の表示板に表示される。

本発明の実施例の一つとして図１に干しホタテ貝柱含有の水分量を計測する水分計１の例を斜視図で示してある。縦、横、高さが２０８ｍｍｘ８０ｍｍｘ６３ｍｍで重さは５３０ｇあり、上面には電源スイッチ２、電源ＯＮ・ＯＦＦインディケーター３、測定開始ボタン４、測定時インディケーター５、計測値表示板６、試料用引き出しストッパー７があり、前面には引き出し８がある。

図２は引き出しを半分開けた状態を示す斜視図で、隠れて見えない引き出しの奥部は点線で示してある。サンプル１０が引き出しの中に入っている。その引き出しを出した状態の計測部の部分断面を示す概念図が図３に示してある。引き出し８には中仕切り９があり、手前にサンプル１０、奥にリファレンス１１を置くようになっている。引き出しの底１２はサンプル等が落ちないように、近赤外線に対しては透明なアクリル板にしてある。引き出しの底の下にはＬＥＤ部１３があり、この場合、波長９７０ｎｍのＬＥＤ２４個、波長８５０ｎｍのＬＥＤ１２個を直径ほぼ３０ｍｍの範囲内に均一に分配して取り付けてある。それぞれのＬＥＤの数が異なっている理由と、ある範囲の面積に配置したのは、２種類のＬＥＤの発光強度に差があるのでそれを同一強度にするためと、サンプルになるべく均一に近赤外線を照射させるためである。リファレンスとしてはテフロンを用いる。

天井部にはフォトトランジスター１４が取り付けてあり、周りから散乱されて入り込む余計な近赤外線を避けるためスリーブ１５が取り付けてある。また引き出し内部や天井も近赤外線の反射を防ぐために近赤外線に対して黒色の塗料が塗ってある。

以上説明したように、本発明の計量器は小型なのと、廉価に提供できるので、気軽に携帯して作業現場に持ち込み、随時計測することが可能になり、生産工程の管理に役立てることができる。

本発明の水分計の全体を示す斜視図。 本発明の水分計の引き出しを出した状態を示す斜視図。 計測部の部分断面を示す概念図

符号の説明

１ 水分計 ２ 電源スイッチスタートボタン
３ 電源ＯＮ・ＯＦＦインディケーター ４ 測定開始ボタン
５ 測定時インディケーター ６ 計測値表示板
７ 試料用引き出しストッパー ８ 引き出し
９ 中仕切り １０ サンプル
１１ リファレンス １２ 引き出しの底
１３ ＬＥＤ部 １４ フォトトランジスター
１５ スリーブ

Claims (5)

1. 水分又は糖分などの近赤外領域吸収帯の波長に近い近赤外発光をするＬＥＤの内、異なった波長で発光する２種類以上のＬＥＤを使用し、それぞれのＬＥＤで被測定試料と参照試料を交互に照射し、それから出てくる透過光をフォトトランジスターまたはフォトダイオード等で検出し、それらの透過強度を基に被測定試料に含まれる水分量又は糖分量などを割り出す演算回路を内蔵している、近赤外ＬＥＤを使用した計量器。
2. 一種類のＬＥＤ１はその発光波長の領域が水分あるいは糖分の近赤外線吸収帯と重なっており、もう一種類のＬＥＤ２はその発光波長の領域が水分あるいは糖分の近赤外線吸収帯から外れたものを使用する。まず試料の厚さの違いや表面状態の違いによる近赤外線の減衰率の違いを求めるために、参照試料と被測定試料にＬＥＤ２からの近赤外線を照射して透過光を計測し、次に参照試料と被測定試料にそれぞれＬＥＤ１の近赤外線を照射し、その透過光の強度差と先程ＬＥＤ２を使って求めた減衰率の違いを勘案して被測定試料に含まれる水分量又は糖分量などを割り出すことを特徴とする請求項１記載の近赤外ＬＥＤを使用した計量器。
3. 試料の測定を開始する時、自動的に参照試料の測定を行うようにしてあることを特徴とする請求項１記載の近赤外ＬＥＤを使用した計量器。
4. ＬＥＤ１の波長が９７０ｎｍとＬＥＤ２の波長が８５０ｎｍである手持ちサイズの水分計として水分量を計測できることを特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３記載の近赤外ＬＥＤを使用した計量器。
5. ＬＥＤとフォトトランジスター等が試料に対して同じ側に位置するようにおいてあり、ＬＥＤから発する近赤外光を試料に照射して、試料内から散乱して出てくる散乱光をフォトトランジスター等で検出して試料に含まれる水分量又は糖分量などを計測する請求項１及び請求項２及び請求項３及び請求項４記載の近赤外ＬＥＤを使用した計量器。

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