JP2009236563A - Particle separating and measuring instrument and particle separating and measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体によって運ばれる粒子の量を計測する粒子分離計測装置および粒子分離計測方法に関する。 The present invention relates to a particle separation measuring apparatus and a particle separation measuring method for measuring the amount of particles carried by a fluid.
荒廃した山地をはじめとする土地から土砂が流出すると、河床が上昇して河川の流れが変わることがある。また、ダム等により土砂の供給が遮断されると、水みちが固定したり、河床が低下したりする。このような現象は、河川の形を変えて周囲への被害を与えるばかりでなく、生活用水を取水することが不便になる場合も少なくない。このようなことから、河川での土砂の管理が重要な課題となってきている。
河川での土砂の管理を行うことは、河川を構成する水という流体の中で、土砂という粒子を管理することであり、土砂粒子の粒径と分量を分離して計測することが必要になる。粒径と分量を測定(モニタリング)することで、ダムの放水量を決定したり、河川を改修したりするデータとすることができるからである。
When sediment flows from land such as devastated mountains, the riverbed may rise and the river flow may change. In addition, when the supply of earth and sand is cut off by a dam or the like, the water channel is fixed or the river bed is lowered. Such a phenomenon not only causes damage to the surroundings by changing the shape of the river, but it is often inconvenient to take water for daily life. For this reason, management of sediment in rivers has become an important issue.
Managing sediment in rivers is managing particles called sediment in the fluid of water that makes up the river, and it is necessary to measure the particle size and quantity of sediment particles separately. . This is because by measuring (monitoring) the particle size and quantity, it is possible to determine the amount of water discharged from the dam or to reconstruct the river.
このような河川での土砂の管理を行うことを目的として、ハイドロフォンと呼ばれる方法が従来知られていた(非特許文献1参照)。この方法は、土砂の衝突音と衝突回数を測定できるセンサを河床等の所定の場所に設置し、土砂がセンサに衝突する衝突音とその数を音の大きさ毎に集計して、その集計値から土砂量や粒径に変換する方法である。
ハイドロフォンの方法により土砂量や粒径を測定することが一応は可能であったが、この方法で実際に観測している物理量は、センサへの粒子の衝突音の回数(以下「パルス数」という。)とその音の大きさのみである。そこで、パルス数から土砂量および粒径に変換するためには、あらかじめキャリブレーション式を構築しておくなどの工程が不可欠であり、その時々の条件や河川の流速、場所による粒子の分布などの影響を受けるという欠点があった。また、直接の測定ではないので粒径および土砂量については推定値であった。そこで、粒径毎に粒子の個数を計測して土砂量を測定できる装置や方法が望まれていた。 Although it was possible to measure the amount of sediment and particle size by the Hydrophone method, the physical quantity actually observed by this method is the number of particle impact sounds (hereinafter referred to as “pulse number”). And the volume of the sound. Therefore, in order to convert the number of pulses into the amount of sediment and the particle size, it is indispensable to build a calibration equation in advance, such as the conditions at that time, the flow velocity of the river, the distribution of particles by location, etc. There was a drawback of being affected. Moreover, since it was not a direct measurement, it was an estimated value about a particle size and the amount of sediment. Therefore, there has been a demand for an apparatus and method capable of measuring the number of particles for each particle size and measuring the amount of earth and sand.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、粒径毎に粒子の個数を計測できる粒子分離計測装置および粒子分離計測方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a particle separation measuring apparatus and a particle separation measuring method capable of measuring the number of particles for each particle diameter.
上記目的を達成するため、本発明の粒子分離計測装置は、粒子が移動する方向に低くなるように階段状にずらして配置され、かつ、ふるいの目が後段に行くにしたがって大きくなるように配置されて、流体中に混合している、あるいは混合した状態にある粒子をふるい分ける複数個のふるいと、前記ふるいの下に配置され、ふるいから落ちる粒子の衝突を検知するセンサ手段と、前記センサ手段と結線されて信号を受信して粒子の数を計測する計測手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the particle separation measuring apparatus of the present invention is arranged so as to be stepped so as to be lowered in the direction in which the particles move, and is arranged so that the sieve eyes become larger as going to the subsequent stage. A plurality of sieves for sieving particles mixed in the fluid or in a mixed state; sensor means for detecting a collision of particles disposed under the sieve and falling from the sieve; and the sensor And measuring means for measuring the number of particles connected to the means and receiving a signal.
前記ふるいは、粒子を前記ふるいに導くための粒子載置手段を、前記ふるいと同じ高さで備えることが好ましい。 It is preferable that the sieve has particle placing means for guiding particles to the sieve at the same height as the sieve.
また、本発明の粒子分離計測装置は、粒子が移動する方向に低くなるように傾斜させるとともに階段状にずらして配置され、かつ、間隔自体を粒径として小さい順番に並べるように配置されて、流体中に混合している、あるいは混合した状態にある粒子をふるい分ける複数個の粒子載置手段と、前記粒子載置手段の間隔でふるい分けられた粒子の衝突を検知するセンサ手段と、前記センサ手段と結線されて信号を受信して粒子の数を計測する計測手段とを備えることを特徴とする。 Further, the particle separation measuring apparatus of the present invention is arranged so as to be inclined so as to be lowered in the moving direction of the particles and shifted stepwise, and arranged so that the intervals themselves are arranged in a small order as the particle diameter, A plurality of particle placing means for sieving particles mixed in a fluid or in a mixed state, a sensor means for detecting collision of particles screened at intervals of the particle placing means, and the sensor And measuring means for measuring the number of particles connected to the means and receiving a signal.
前記センサ手段は、粒子が衝突すると反射波が変化するFBGセンサであることが好ましい。 The sensor means is preferably an FBG sensor whose reflected wave changes when particles collide.
また、本発明の粒子分離計測方法は、一方向に移動する流体中に複数個のふるいを、ふるいの目が小さい順に並ぶように設置し、流体中に混合している、あるいは混合した状態にある粒子をふるいの目の大きさの順に分離し、分離されたそれぞれの粒子の数を計測することを特徴とする。 In the particle separation measurement method of the present invention, a plurality of sieves are installed in a fluid moving in one direction so that the meshes of the sieves are arranged in ascending order, and are mixed in the fluid or in a mixed state. It is characterized in that a certain particle is separated in the order of the size of the sieve eye and the number of each separated particle is measured.
本発明は、流体によって運ばれる粒子を粒径によって分離できるので、粒径毎に粒子の個数を計測することができる。 In the present invention, particles carried by a fluid can be separated according to particle size, so the number of particles can be measured for each particle size.
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の粒子分離計測装置の一例を説明する図である。図1に示す粒子分離計測装置は、1段目のふるい11と、2段目のふるい12と、3段目のふるい13を備えており、ふるい11、12、13は、粒子が移動する方向に低くなるように階段状にずらして配置され、かつ、ふるいの目が後段に行くにしたがって大きくなるように配置されて、流体中に混合している、あるいは混合した状態にある粒子をふるい分ける。それぞれのふるい11、12、13には、粒子をふるいに導くための水路板14、15、16(粒子載置手段)が、それぞれふるいと同じ高さで配置されている。また、3段目のふるい13の後にも、水路板17が階段状に段差を設けて配置されている。また、ふるい11、12、13の下には、ふるいから落ちる粒子の衝突を検知するセンサ18、19、20(センサ手段)が配置され、さらに、水路板17の後にも水路板17から落ちる粒子の衝突を検知するセンサ21が配置されている。さらに、センサ18、19、20、21にはアナライザ22(計測手段)が接続されている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining an example of the particle separation measuring apparatus of the present invention. The particle separation measuring apparatus shown in FIG. 1 includes a first-stage sieve 11, a second-
ふるい11、12、13と水路板14、15、16、17の配置は、縦方向に同一の高さで配置することも可能であるが、図1に示すようにふるいの目の大きさ程度の段差をつけると重力による沈降と分離が可能になるため、より好ましい。
また、水路板17の後にセンサ21を配置したが、これを配置しない構成も考えられる。
The
Moreover, although the
ふるいの目は後段に行くにしたがって大きくなるようにしており、1段目のふるい11は、粒径2mm以下の土砂を分離できる大きさとし、2段目のふるい12は、粒径4.8mm以下の土砂を分離できる大きさとし、3段目のふるい13は、粒径19mm以下の土砂を分離できる大きさとした。この際の2mm、4.8mm、19mmは例示であって、適宜設計により変更できるが、土木工学・地質学では一般に粒径2mm以下の土砂を砂、それより大きく粒径4.8mm程度以下の土砂を細礫、それより大きく粒径19mm以下の土砂を中礫と呼んで区別しているので、工学的分類のためには本実施の形態のような粒径の分け方が望ましい。
The size of the sieve is increased as it goes to the later stage. The first stage sieve 11 is sized so as to be able to separate earth and sand having a particle size of 2 mm or less, and the
ふるい11、12、13の下、および水路板17の後には、土砂が衝突すると反応するセンサが備えられている。このセンサには一般のセンサが広く適用できるが、最も好ましいのはFBG(Fiber Bragg Grating)センサである。図2は、FBGセンサを説明する図であり、光ファイバ25に設けられたFBGセンサ部24を拡大して示している。FBGセンサでは、1本の光ファイバ25に直列に複数のFBGセンサ部24を設けることができる。FBGセンサとは、光ファイバ25のコア部26の屈折率を一定の周期Λで変化させたもので、特定の波長(Bragg波長)の光のみを選択的に反射するものである。屈折率を一定の周期Λで変化させたグレーティング部27に土砂などの粒子が衝突し、歪みが与えられると、Bragg波長がシフトするため、衝突を光信号に変換してカウントすることができる。
Below the
図3は、FBGセンサの一例を示す図である。FBGセンサ31は、FBG加工された光ファイバを1本以上有し、耐衝撃性のある硬質ゴム物体(望ましくは管、箱)32の上部に、または挟まれて、設置されることにより、防水性を有しているとともに、上部からの粒子の衝突を光の歪みとして信号化して外部に伝えることができる。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the FBG sensor. The
4つのセンサ(好ましくはFBGセンサ)18、19、20、21により得られた光信号は電気信号に変換されて、または光信号のまま、粒子の数を計測する計測手段であるアナライザ(コンピュータ)22に入力される。アナライザ(コンピュータ)22は、各センサからの電気または光の信号を計測して、どのふるいの位置に何回の土砂が落ちたか、位置情報と衝突回数を記録する。 An optical signal obtained by the four sensors (preferably FBG sensors) 18, 19, 20, 21 is converted into an electrical signal, or an analyzer (computer) which is a measuring means for measuring the number of particles while maintaining the optical signal. 22 is input. The analyzer (computer) 22 measures the electrical or optical signal from each sensor, and records the position information and the number of collisions, which number of times the earth and sand have fallen to which position.
上述した本発明の粒子分離計測装置は、一方向に移動する流体中に、ふるいの目が小さい順に並ぶように設置される。具体的には、第1段目のふるいが、河川の上流側となるように本発明の粒子分離計測装置は設置される。河川における土砂の粒子は、水により運搬されるが、この粒子分離計測装置を土砂とともに水が流れて通るとき、ふるいの部分で目の大きさにあわせ、当該の目より小さい土砂は重力の作用で沈降してふるいの下に設置されたセンサに衝突することになる。センサは衝突の刺激を受けると、これを信号としてアナライザ(コンピュータ)に伝え、アナライザ(コンピュータ)は集計を行う。これにより、粒径と土砂量を分離して記録することができる。 The particle separation measuring apparatus of the present invention described above is installed in a fluid moving in one direction so that the sieve eyes are arranged in ascending order. Specifically, the particle separation measuring apparatus of the present invention is installed so that the first stage sieve is on the upstream side of the river. Sediment particles in rivers are transported by water. When water flows through this particle separation and measurement device, the size of the screen is adjusted to the size of the eyes. Will settle down and collide with the sensor installed under the sieve. When the sensor receives a collision stimulus, it transmits this to the analyzer (computer) as a signal, and the analyzer (computer) performs aggregation. Thereby, the particle size and the amount of earth and sand can be separated and recorded.
図4は、本発明の粒子分離計測装置の他の例を説明する図である。上述した実施の形態では、ふるいを用いて粒子の選別を行ったが、図4に示すように、水路板の間隔自体を粒径として粒子の選別を行うようにしてもよい。
複数の水路板14、15、16、17(粒子載置手段)は、粒子が移動する方向に低くなるように傾斜させるとともに階段状にずらして配置され、かつ、水路板の間隔自体を粒径として小さい順番に並べるように配置されて、流体中に混合している、あるいは混合した状態にある粒子をふるい分ける。
水路板14と水路板15との間隔を2mmとし、水路板15と水路板16との間隔を4.8mmとし、水路板16と水路板17との間隔を19mmとした。
さらに、水路板と水路板との間の段差部には、水路板の間隔でふるい分けられた粒子の衝突を検知するセンサ18、19、20、21(センサ手段)が配置され、センサ18、19、20、21にはアナライザ22(計測手段)が接続されている。
FIG. 4 is a diagram for explaining another example of the particle separation measuring apparatus of the present invention. In the above-described embodiment, the particles are selected using a sieve. However, as shown in FIG.
The plurality of
The interval between the
Further,
なお、上述した実施の形態では、ふるいの段数を3段としたが、段数は複数であれば4段でも5段でもよい。
また、上述した実施の形態では、水と土砂を例示しているものの、その対象は流体と粒子であればよく、ふるいの目およびセンサの感度を適宜適切な値に変更することにより、本発明の粒子分離計測装置は、水と土砂以外の系に対しても適用が可能である。例えば、大気中でのゴミの大きさによる分別などにも利用が可能である。
In the above-described embodiment, the number of sieve stages is three. However, as long as there are a plurality of stages, four or five stages may be used.
In the above-described embodiment, although water and earth and sand are exemplified, the objects may be fluids and particles, and the present invention can be achieved by appropriately changing the sieve eyes and the sensitivity of the sensor to appropriate values. This particle separation measuring apparatus can be applied to systems other than water and earth and sand. For example, it can be used for sorting according to the size of garbage in the atmosphere.
11,12,13 ふるい
14,15,16,17 水路板
18,19,20,21 センサ
22 アナライザ
24 FBGセンサ部
25 光ファイバ
26 コア部
27 グレーティング部
31 FBGセンサ
32 硬質ゴム物体
11, 12, 13
Claims (5)
前記ふるいの下に配置され、ふるいから落ちる粒子の衝突を検知するセンサ手段と、
前記センサ手段と結線されて信号を受信して粒子の数を計測する計測手段と、
を備えることを特徴とする粒子分離計測装置。 The particles are arranged so as to be lowered in the moving direction so as to be lowered in a stepped manner, and the sieve eyes are arranged so as to increase as they go to the subsequent stage, and are mixed in the fluid or in a mixed state. Multiple sieves that screen certain particles,
Sensor means disposed under the sieve for detecting a collision of particles falling from the sieve;
Measuring means connected to the sensor means for receiving a signal and measuring the number of particles;
A particle separation measuring apparatus comprising:
前記粒子載置手段の間隔でふるい分けられた粒子の衝突を検知するセンサ手段と、
前記センサ手段と結線されて信号を受信して粒子の数を計測する計測手段と、
を備えることを特徴とする粒子分離計測装置。 The particles are arranged so as to be lowered in the moving direction and shifted in a stepped manner, and arranged so that the intervals themselves are arranged in ascending order of the particle size, and are mixed or mixed in the fluid. A plurality of particle mounting means for sieving particles in a state;
Sensor means for detecting a collision of particles screened at intervals of the particle mounting means;
Measuring means connected to the sensor means for receiving a signal and measuring the number of particles;
A particle separation measuring apparatus comprising:
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---|---|---|---|---|
JP2012194050A (en) * | 2011-03-16 | 2012-10-11 | Toyota Motor Corp | Method and apparatus for measuring particle size |
WO2017056592A1 (en) * | 2015-10-01 | 2017-04-06 | シャープ株式会社 | Fluorescence detection device |
WO2021097910A1 (en) * | 2019-11-19 | 2021-05-27 | 江苏苏净集团有限公司 | Detection device and method for tiny particles in liquid |
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