JP2011232268A - 校正機能を備えた反射率及び反射濃度の計測方法及びそれを実施するシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の校正機能を備えた反射率及び反射濃度を計測する方法は、反射率が既知の2種類の校正用反射率基準板を用い、予めそれぞれについての照射光量に対応する反射光量センサ出力との特性を測定し、その関係式と変動因子との関係を把握してその特性をメモリに記憶しておき、校正時にはその際の照射光量を検出し、その値と記憶した因果関係から2種類の校正用反射率基準板に基づく校正時の正確関係式を確立し、次に被測定物の反射光量センサ出力値Sを測定し、反射率及び反射濃度を算出する。
【選択図】図1
Description
D=−log10R ‥‥‥‥‥‥‥ (式1)
として反射濃度を求める。この反射率測定の際の照射光と反射光との関係は米国ANSI PH2.17やISO 5-4、JISZ8722、JISB9623等の規準書で示される45°/0°(又は0°/45°)光学系で行うことが定められている。45°/0°光学系は被測定物に垂直方向に対し45°の角度の円周上から光を照射し、その反射光量を被測定物の照射点の垂直方向から検出するものであるが、垂直上方から照射し、垂直に対し45°の角度の円周上から検出するものでもよく、これを0°/45°光学系と呼ぶ。
同一被測定物に対する測定においては、照射光量が過剰でない場合は照射光量及び照射光量に対応する反射光量と反射光量センサ出力とはリニアな関係にあり、また上記照射光量を一定にし、異なる反射率の被測定物を測定した場合、反射率は被測定物への照射光量と反射光量の比であるために反射率と反射光量センサ出力との間にもリニアな関係がある。
いま照射光量をIとするとき照射光量Iが一定値I0の場合、被測定物の反射率をR、反射光量センサ出力値をSとしa,bを定数とした場合、このリニアな関係を式
S=aR+b ‥‥‥‥‥‥‥ (式2)
a:被測定物の反射光の検出に関する定数 b:被測定物検出時のノイズ成分で表すことが出来る。
a=(S1−S2)/(R1−R2)、 b=(R1S2−R2S1)/(R1−R2) ‥‥ (式3)
から求めることが出来る。a、bが決定された後は、不明な反射率Rのサンプルを上記照射光量I0のもとで反射光量センサ出力値Sを測定し、(式2)からの計算式
R=S/a−b/a ‥‥‥‥‥‥‥ (式4)
で算出することにより反射率Rを求めることが出来る。この機能が反射率計、反射濃度計である。しかしa、bの確定後に(式2)のS=aR+bの関係式が常に成立するためには照射光量及び温度等の測定環境がa,bを求めた時と同一であり変化してないことが条件であり、照射光量値又は環境条件が変化した場合は新しい条件の下で再度定数a,bを求め直す必要がある。反射率測定の校正作業とはこの定数a,bの値を再確定することである。但し環境条件の変化に対しては反射光量センサ回路を注意深く設計することにより温度等の環境変動に対しては殆ど無視することが出来る。例えば本発明の実施形態で使用した反射率計の反射光量センサ回路では温度が5℃〜35℃の30度の変化に対し25℃での値を基準にして+0.25%、−0.14%の変化となっている。
校正法における第1の従来例として、市販の反射濃度計測器では上述したように既知の大きく異なる反射率の基準板である校正用反射率基準板を2枚用意し、照射光量を変化させずに、この2枚の校正用反射率基準板で反射光量センサ出力値を求めa、bの値を確定する方法を採用している。
また校正方法の第2の従来例では、既知の反射率の1枚の校正用基準板を用いた時の反射光量センサ出力と、照射光を消した時の反射光量センサ出力とから反射率と反射光量センサ出力との関係式の(式2) S=aR+b に於けるa,bを求める方法がある。
b=(反射光計測環境に関し照射及び反射光量により発生する迷光による光ノイズ成分)+(センサ回路の電気ノイズ成分)
一方、照射光を消した時のセンサ出力は上記の迷光成分はなく光量センサ回路の電気ノイズ成分のみとなり、大きな差異が生ずる。そのために関係式のS=aR+bが不正確となり、校正が不十分なため精度の高くない反射率計となる。
校正時の照射光量I0検出は、前記2種類の校正用反射率基準板のいずれかを用い、その際の反射光の検出量測定、または既知の反射率の被測定物の台紙または白色バッキング材を常用反射率基準板として用い、その際の反射光の検出量測定、または照射光量モニタによってなされるものとした。
また、本発明の校正機能を備えた反射率及び反射濃度を計測する方法は、定められた温度T0での被測定物の反射光量センサ出力値S(T0)をSとし、温度Tでの温度補正前の値S(T)をSncとし、温度を変化させSncの温度特性を測定し、S/Snc=f(T)なる温度補正式のグラフを作成しグラフから補正式を求め、次にグラフ及び式から補正テーブルを作成し、温度補正後の反射光量センサ出力値Sを求めるようにした。
また、本発明の校正機能を備えた反射率及び反射濃度を計測するシステムは、異なる形態として測定対象への照射とその反射光量を検出すると共に照射光量を検出する手段を備えた45/0光学系もしくは0/45光学系で構成された反射光量計と、該反射光量計に装着または外部からアクセスできる不揮発性メモリと、前記反射光量計からの信号を入力し、前記反射光量計からの校正時の前記光量計信号を記憶しかつその信号を前記不揮発性メモリーに出力するとともに計測時の反射光量計の信号を前記不揮発性メモリに出力するコントローラとを具備し、前記不揮発性メモリには反射率がR1、R2(R1> R2)である既知の2種類の校正用反射率基準板を用い、予めそれぞれについての照射光量Iに対応する反射光量センサ出力SとのI−S特性を測定し、関係式 S=aR+bのa,b値と変動因子との関係を把握してその因果関係であるI−a,b特性、S−a,b特性のテーブル及び反射率Rの式 R=S/a−b/a、濃度 D=−log10R に基づく反射率Rと濃度Dの計算テーブルが記憶されており、該不揮発性メモリーは校正時に記憶された信号と測定時に前記反射光量計からの反射光量センサ出力値Sを前記コントローラを通して前記不揮発性メモリに入力し、その入力に従ってテーブル出力信号の反射率R、濃度Dを不揮発性メモリから出力する機能を備えるものとした。
そして、前記不揮発性メモリは1形態として外部から情報を自由に入力しまた変更できるメモリーカードを採用するものとした。
また、本発明の校正機能を備えた反射率及び反射濃度を計測するシステムは、温度センサと前記不揮発性メモリには反射光量の温度特性情報を備え、計測時の環境温度による反射光量変動を補償する機能を備えるものとした。
本発明の校正機能を備えた反射率及び反射濃度を計測する方法は、予め用いる装置の反射光量の温度特性を把握していることにより、計測時の環境温度を計測して温度による反射光量変動を補償して高精度の反射率及び反射濃度の計測が可能となる。
本発明の校正機能を備えた反射率及び反射濃度を計測するシステムは、前述した構成を採用したことにより上記のような効果を計測時に実現することが出来る。
本発明の第1の実施形態について説明する。本実施形態は図9に示すような航空エンジン用排煙濃度測定装置に組み込んだもので、その排煙の濃度測定を反射率計、又は反射濃度計93によって行うものである。図中一点鎖線で囲われた部分は加熱保温状態に置かれている。この航空エンジン用排煙濃度測定装置は航空エンジンより排出された排ガスをプローブ(非表示)を使用して取得し、プローブから配管を通った排ガスをロール型濾紙91を挟んだフィルタホルダー92に一定量通過させ濾紙上に排煙固形物であるスモークを堆積させる。次にフィルタホルダー92及び反射濃度計保持部を開いてフィルタホルダー92で採取したスモーク部分の濾紙を反射濃度計93まで移動させ、反射濃度計93ではスモーク堆積部分を挟み込んで保持し、そのスモークの反射率を測定した後、航空エンジン用排煙濃度計の規準書に定められたSN(スモークナンバー)値に換算し表示するものである。この装置に用いられている反射率計、及び反射濃度計93は、本装置特有のものでなく一般的に使用されている反射率計、及び反射濃度計と同じ原理、構造のものを使用している。そして一般的な反射率計、又は反射濃度計と同様に照射光と反射光との関係が米国ANSIPH2.17やISO 5-4、JISZ8722、等の規準書に示されている45°/0°光学系を採用している。
本実施形態では照射光としてリングライトを用いたが、リングライトでなく複数個の光源をリング状に配置し下方45度の角度に照射するものでもよく、また図22に示すように0°/45°光学系にして光センサと光源の位置を逆にし円筒中心上方部に光源を置き直下に照射し、被測定物からの反射光を垂直上方45度方向に光センサを置き受光するものでもよい。
反射率計、反射濃度計はこのような方法で計測を行っている。このa,b値を確定するため1つの方法として反射率がR1、R2 (R1> R2)である既知の2種類の校正用反射率基準板を、照射光量一定値のもとで夫々反射光量センサ出力値S1、S2を測定し(R1,S1)、(R2,S2)を得た後、S1=aR1+b、S2=aR2+b を計算することにより、a,bは(式3) a=(S1−S2)/(R1−R2)、 b=(R1S2−R2S1)/(R1−R2) により確定する。そして校正とはこのように2種類の校正用反射率基準板を計測してこのa,b値を更新することである。
S=CIP(1+mr2Q2)R+CI(1−P)r1Q1+N ‥‥‥‥ (式5)
となる。照射光量Iが固定値の時 光量センサ出力値Sと被測定物の反射率Rとの間にはa,bを定数として(式2) S=aR+b なる関係が成立するので、a,bは
a=CIP(1+mr2Q2)=CP(1+mr2Q2)I‥‥‥‥ (式6)
b=CI(1−P)r1Q1+N=Cr1Q1(1−P)I+N‥‥‥‥‥ (式7)
と表される。ここでC、P、m、r1、r2、Q1、Q2、Nは固定値(定数)である。
今、照射光量Iを固定値としているのでa,bは定数であるが、照射光量Iを変化させた場合はa,bは照射光量Iに対してリニアな関係にあることが判る。
I=(S1−N)/C{P(1+mr2Q2)R1+(1−P)r1Q1} ‥‥‥‥ (式8)
となる。C、M、m、r1、r2、Q1、Q2、R1、Nは夫々定数であるから(式8)から照射光量Iは反射光量センサ出力値S1に対しリニアな関係であることがわかる。そして(式6)、(式7)、(式8)から
a= CP(1+mr2Q2)I
=P(1+mr2Q2)(S1-N)/{P(1+mr2Q2)R1+(1-P)r1Q1} ‥‥‥ (式9)
b=CCr1Q1(1−P)I+N
={r1Q1(1−P)S1+P(1+mr2Q2)R1N}/{P(1+m2Q2)R1+(1-P)r1Q1}
‥‥‥ (式10)
となり、a,bは反射率R1の反射率基準板の場合の反射光量センサ出力値S1に対し夫々リニアな関係にあることがわかる。このa,bのS1に対するリニアな関係式を a=g(S1)、b=h(S1) とする。
そして一般に既知の反射率R0に対し、(式9)、(式10)に於いてR1をR0とすることにより次式が成立する。
a=CP(1+mr2Q2)I
=P(1+r2Q2)(S0−)/{P(1+mr2Q2)R0+(1-P)r1Q1}‥‥‥ (式11)
b=Cr1Q1(1−P)I+N
= {r1Q1(1−P)S0+P(1+mr2Q2)R0N}/{P(1+mr2Q2)R0+(1−P)r1Q1}
‥‥‥‥ (式12)
ここで(式11)、(式12)を簡単に直線式 a=g(S0)、b=h(S0) で表す。
更に(式11)、(式12)は反射率がR1,R2(R1> R2)である既知の2種類の校正用反射率基準板以外に被測定物の台紙や白色バッキングプレート等、既知の反射率R0を持ち、常時この反射率R0の基準板(これを常用反射率基準板と呼ぶ。)の反射光量センサ出力値S0を測定できる場合は、上記校正準備段階で照射光量Iを変化させて前記常用反射率基準板の反射光量センサ出力値S0とa,b値とのリニアな関係式a=g(S0)、b=h(S0) を把握しておくことにより、被測定物の反射光量センサ出力値Sを測定する前又は後に前記常用反射率基準板の反射光量センサ出力値S0を測定しa,b値を確定し、このa,b値と被測定物の反射光量センサ出力値Sから(式4) R=S/a−b/a に基づいて反射率Rを求めることができることを意味するものである。これにより照射光量変化及び環境変化に対しタイムラグの小さい校正ができ高精度な測定が行える。またこの場合は手作業による校正操作が不要であるため省力化にもなり、更に連続測定作業にも適している。
先ず、校正前準備として次に示すような手順で、照射光量Iと反射率R1、R2、R0の反射率基準板との特性を取得し、次にS0に対する(式2)におけるa,bの特性を求め、この特性式、特性テーブルをメモリに書き込む。
1)校正用反射率基準板として高反射率R1の「白基準板」と低反射率R2の「黒基準板」及び反射率R0の「常用反射率基準板」として被測定物の台紙である「濾紙」を用意する。
2)投射光量Iを変化させ、各光量毎の「白基準板」、「黒基準板」の校正用反射率基準板、及び「濾紙」の「常用反射率基準板」の反射光量センサ出力値Sを測定、記録する。各光量毎の「白基準板」、「黒基準板」の反射光量センサ出力値S1、S2から、(式3)を用いてa,bを算出する。
3)投射光量設定電圧Eを横軸に取り、「白基準板」、「黒基準板」、a値、b値を縦軸にとり、夫々のグラフを作成し、各グラフが直線(リニア)となることを確認し、次に「常用反射率基準板」のセンサ出力値S0を横軸に取り、a値、b値を縦軸にとりグラフを作成し、a値、b値について直線式 a=g(S0)、 b=h(S0)を求める。
4)この直線式a=g(S0)、b=h(S0)又はこのグラフより、「常用反射率基準板」の光量センサ出力値S0とa値、b値のデータテーブルを作成する。
5)このa値、b値についての直線式及びテーブルをE-PROMやフラッシュメモリ等の書換え可能な不揮発性メモリに書き込む。
以上が校正前準備である。この1)〜5)の校正前準備は装置を起動する毎に行う必要は無く、基本的に反射率計の測定部内の光学系の形状及び位置変化や黒色塗装状態の大幅な変化が無ければ直線式や値は変化しないため、反射率計の改修時や装置のメンテナンス時等に上記「校正前準備」の操作を行う程度でよい。また校正前準備2)の段階での3種の基準板における反射光量センサ出力値の測定では基準板の反射光量センサ出力値は投射光量に対しリニアな関係にあるため2点以上の光量値について夫々測定すればよい。
図1は本発明第1の実施形態における校正機能を有し、反射率R、反射濃度Dを算出する反射率計又は反射濃度計の機能ブロック図である。
図1において11は反射光量計であり、信号系としては図4に示すように反射光量センサ44と反射光量センサ回路47で構成されている。この反射光量計11は温度変動の少ない部品を選定し、また感温素子を組み込む等の注意深い設計により出力である反射光量センサ出力の温度変動を少なくするように設計されており、本実施形態では5℃から35℃までの温度変動に対し25℃を基準として0.4%以内の出力変動幅となっている。12はA/Dコンバータ及びマイクロコンピュータ等を内蔵した演算制御回路である。13はE-PROMやフラッシュメモリのようなリライタブル不揮発性メモリ(Re-writable & non volatile memory)であり、前記校正前準備で取得した反射率校正用データである常用反射率基準板の反射光量センサ出力値S0−a,b特性の直線特性式データ及び直線式 a=g(S0)、 b=h(S0)から得られるS0(入力)−a,b(出力)のデータテーブルが書き込まれている。このメモリー13は本装置内で書き換え動作をしてもよいが、E-PROMやメモリーカードのように装置外部でデータを書き込んだ後装置に挿入するものでもよい。以上のような構成で次に反射率計の動作を説明する。
校正前準備の項目5)として
5)このa値、b値についての直線式a=g(S0)、 b=h(S0)をE−PROMやフラッシュメモリ等の書換え可能な不揮発性メモリに書き込む。
とし、図9において装置の電源が投入された初期状態で図1の演算制御回路12は特性式が格納されているリライタブル不揮発性メモリ13のアドレスを指定しa値、b値の特性式a=g(S0)、 b=h(S0) を取り込み、夫々の指定メモリに格納する。次に測定段階でS0が入力された時点で特性式a=g(S0)、b=h(S0)に代入してa値、b値を求め、予め定められたa値、b値のメモリーに夫々格納する。次にスモークサンプルの反射光量センサ出力値Sが入力された時はテーブル参照時の動作と同じように入力された反射光量センサ出力値SをA/D変換しディジタル値のSをマイクロプロセッサのアキュムレータ等のS用メモリに格納し、先にメモリに格納したa値、b値とから(式4)の反射率R=S/a−b/a を計算し、その値を先に採取したスモークの反射率Rとして出力する。また必要に応じて(式1)の反射濃度D=−log10R から反射濃度を算出し出力する。
図1、図2において反射光量計11と21は同じものであり、リライタブル不揮発性メモリ13と23は書き込まれた内容は異なるが同じ機能を持つものである。図2において図1と異なるのは図1の演算制御回路12の代わりに図2ではコントローラ22となっている点であり、このコントローラ22はA/D変換器とメモリは備わっているが演算機能を持たず、装置及び反射光量計の制御機能を持つものである。従って演算機能を持たない代わりにリライタブル不揮発性メモリ23に演算機能部分を代用させるものである。つまり入力として「常用反射率基準板」の光量センサ出力値S0と被測定物の反射光量センサ出力値Sであり、出力として反射率R又は反射濃度Dのテーブルがリライタブル不揮発性メモリ23の内容となる。それ故、前述した校正前準備の項目4)を次のように変更する。
4)校正兼反射率用テーブルまたは校正兼反射濃度用テーブルを作成する。
直線式 a=g(S0)、b=h(S0) と計算式 R=S/a−b/a =(S−b)/a、D=−log10R、より校正兼反射率用テーブルは、式 R=(S−b)/a ={S−h(S0)}/g(S0) 及びこのグラフより、S0とS(入力)−反射率R(出力) のデータテーブルを作成する。
校正兼反射濃度用テーブルは、式 D=−log10[{S−h(S0)}/g(S0)] 及びこのグラフよりS0とS(入力)−反射濃度D(出力) のデータテーブルを作成する。
先ず、図9の排煙濃度測定装置のブロック図に示すようにロール型の濾紙91はフィルタホルダー92を通過後反射濃度計93を通り巻き取られるので常に汚れの無いクリーンな濾紙を供給することができる。そこでクリーンなロール型濾紙91をフィルタホルダー92及び反射濃度計93に供給しフィルタホルダー92で挟んだ部分に定められた量の排ガスを通しその濾紙上に排煙固形物のスモークを堆積させる。このスモーク堆積開始とほぼ同時に反射濃度計93内にある図2の反射光量計21では校正用として用いる常用反射率基準板であるクリーンな濾紙の反射光量を測定し測定結果の反射光量センサ出力値S0のアナログ信号をコントローラ22へ送出する。コントローラ22では入力された反射光量センサ出力値S0をA/D変換しディジタル値のS0をS0用メモリに格納しそのメモリ出力S0をリライタブル不揮発性メモリ23に出力する。次に図9に於いてフィルタホルダー92で挟んだ濾紙91に定められた量の排ガスを通しその濾紙上に排煙固形物のスモークを堆積させる。スモークの堆積した箇所の濾紙を反射濃度計93の反射率測定部分に移動させ、そのときの反射光量を図2の反射光量計21で測定し、その反射光量センサ出力S(アナログ量)をコントローラ22に送出する。コントローラ22では入力された反射光量センサ出力値SをA/D変換しディジタル値のSをS用メモリに格納し、そのメモリ出力Sをリライタブル不揮発性メモリ23に出力する。S0及びS(入力)−R(出力)、又はS0及びS(入力)−D(出力)のデータテーブルが書き込まれているメモリ23は入力されたS0値及びS値に対応するR値又はD値を先に採取したスモークの反射率R、又は反射濃度Dとして出力する。連続でスモークを採取する場合は、実施形態1と同様な操作法を用いればよいので説明は省略する。
従って以下に示す校正前準備における「白基準板」、「黒基準板」の反射光量センサ出力値S1、S2及び「常用反射率基準板」のセンサ出力値S0は上記の方法により温度Tにおける補正前のS1nc、S2nc、及びS0ncを温度T0での値に補正したものである。
先ず、校正前準備として次に示すような手順で、照射光量Iと反射率R1、R2、R0の反射率基準板との特性を取得し、次にS0に対する(式2)におけるa,bの特性を求め、この特性式a=g(S0)、b=h(S0) の特性テーブルをメモリに書き込む。
1)校正用反射率基準板として高反射率R1の「白基準板」と低反射率R2の「黒基準板」及び反射率R0の「常用反射率基準板」として被測定物の台紙である「濾紙」を用意する。
2)投射光量を変化させ、各光量毎の「白基準板」、「黒基準板」の校正用反射率基準板、及び「濾紙」の「常用反射率基準板」の反射光量センサ出力値Sを測定、記録する。各光量毎の「白基準板」、「黒基準板」の反射光量センサ出力値S1、S2から、a,b値を算出する。
3)投射光量設定電圧Eを横軸に取り、「白基準板」、「黒基準板」、a値、b値を縦軸にとり、夫々のグラフを作成し、各グラフが直線(リニア)となることを確認し、次に「常用反射率基準板」のセンサ出力値S0を横軸に取り、a値、b値を縦軸にとりグラフを作成し、a値、b値について直線式 a=g(S0)、 b=h(S0)を求める。
4)この直線式又はこのデータより、「常用反射率基準板」の光量センサ出力値S0とa値、b値のテーブルを作成する。この校正用テーブル作成段階で、先に説明した温度補正テーブルと関連付けを考慮し以下の4ケースに分けて作成する。
イ.校正用テーブルと温度補正テーブルを別々とし、校正用テーブルは(入力) S0−(出力)a,b とし、温度補正テーブルは(入力)温度TとSnc値−(出力)S値とする。
温度補正テーブル:S=f(T)×Snc、校正用テーブル:a=g(S0)、b=h(S0)の各式及びグラフをもとにテーブルを作成する。
ロ.校正兼反射率算出用テーブルまたは校正兼反射率算出兼反射濃度算出用テーブルと、温度補正テーブルを作成する。
直線式 a=g(S0)、b=h(S0) と計算式 R=S/a−b/a=(S−b)/a、D=−log10R、より校正兼反射率算出用テーブルは、反射率R=(S−b)/a={S−h(S0)}/g(S0) 及びこのグラフより、(入力)S0とS−(出力)反射率R のデータテーブルを作成する。校正兼反射率算出兼反射濃度算出用テーブルは、反射濃度 D=−log10[{S−h(S0)}/g(S0)] 及びこのグラフより (入力) S0とS−(出力) 反射濃度Dのデータテーブルを作成する。温度補正テーブルは、式 S=f(T)×Snc、S0=f(T)×S0nc 及びこのグラフより、(入力)温度TとSnc値−(出力)S値 のデータテーブルを作成する。
ハ.テーブルは作成せず、校正用ではa,bとS0との直線表現の関係式 a=g(S0)、b=h(S0) 、温度補正用は温度との関係式f(T) を用意する。
ニ.校正用テーブルと温度補正テーブルとを1つにしたテーブルを作成する。
R=S/a−b/a 、D=−log10R、S=f(T)×Snc、S0=f(T)×S0nc、a=g(S0)、b=h(S0)より 温度補正兼校正兼反射率算出用テーブルは、式 R=(S−b)/a=[f(T)×Snc−h{f(T)×S0nc}]/g{f(T)×S0nc} 及びこのグラフより [入力]温度T、S0nc値(温度補正前のS0値)、Snc値(温度補正前のS値)−[出力]反射率R のデータテーブルを作成する。
温度補正兼校正兼反射率算出反射濃度算出用テーブルは、式 D=−log10[[f(T)×Snc−h{f(T)×S0nc}]/g{f(T)×S0nc}] 及びこのグラフより[入力]温度T、S0nc値(温度補正前のS0値)、Snc値(温度補正前のS値)−[出力]反射濃度Dのデータテーブルを作成する。
5)項目4)のイ.〜ニ.で用意したテーブルおよび関係式をそれぞれの場合に応じてE−PROMやフラッシュメモリ等のリライタブル不揮発性メモリに書き込む。
以上が校正前準備である。この1)〜5)の校正前準備は装置を起動する毎に行う必要は無く、基本的に反射率計の測定部内の光学系の形状及び位置変化や黒色塗装状態の大幅な変化が無ければ直線式や値は変化しないため、反射率計の改修時や装置のメンテナンス時等に上記「校正前準備」の操作を行う程度でよい。また校正前準備2)の段階での3種の基準板における反射光量センサ出力値の測定では基準板の反射光量センサ出力値は投射光量に対しリニアな関係にあるため2点以上の光量値について夫々測定すればよい。
図10は本発明第3の実施形態における反射率計であり、校正機能を有し、反射率R、反射濃度Dを算出するための構成を示すブロック図である。本実施形態では反射率計に使用している反射光量センサ及び反射光量センサ回路にはハードウェア的な温度補正機能を持たないために温度補正機能を付加した構成での実施形態である。また本実施形態における測定前準備は先に説明した項目1)〜5)であるがそのうち項目4)ではイ.のケースに相当するものである。
イ.校正用テーブルと温度補正テーブルを別々とし、校正用テーブルはS0(入力)−a,b(出力) とし、温度補正テーブルは温度TとSnc値(入力)−S値(出力) とする。
温度補正テーブル:S=f(T)×Snc、校正用テーブル:a=g(S0)、b=h(S0) の各式及びグラフをもとにテーブルを作成する。
図10において反射光量計101は構成要素である反射光量センサ及び反射光量センサ回路にハードウェア的な温度補正機能を持たないが、それ以外の機能としては図1の反射光量計11と同じであり、演算制御回路102と12夫々同じ機能を有する。103はリライタブル不揮発性メモリであり、測定前準備の段階で内部に温度補正用と校正用の2個のテーブルが格納されている。リライタブル不揮発性メモリ103への入出力数が多いため実際は演算制御回路のリライタブル不揮発性メモリ103入出力部分にマルチプレクサが設けてあり、温度補正用の入出力と校正用の入出力とを切り替えている。105は温度変化により出力が変化するいわゆる温度センサである。
先ず、図9の排煙濃度測定装置のブロック図に示すようにロール型の濾紙91はフィルタホルダー92を通過後反射濃度計93を通り巻き取られるので常に汚れの無いクリーンな濾紙を供給することができる。そこでクリーンなロール型濾紙91をフィルタホルダー92及び反射濃度計93に供給しフィルタホルダー92で挟んだ部分に定められた量の排ガスを通しその濾紙上に排煙固形物のスモークを堆積させる。このスモーク堆積開始とほぼ同時に反射濃度計93内にある図10の反射光量計101では校正用として用いる常用反射率基準板であるクリーンな濾紙の反射光量を測定し測定結果として温度補正前の反射光量センサ出力値S0ncのアナログ信号を演算制御回路102に送出する。演算制御回路102では入力された反射光量センサ出力値S0ncをA/D変換しディジタル値のS0ncをマイクロプロセッサのアキュムレータ等のS0nc用メモリに格納しそのメモリ出力S0ncをリライタブル不揮発性メモリ103に出力する。次に反射光量計101の近傍に設置されている温度センサ105から温度信号Tが演算制御回路102に入力されA/D変換しディジタル値のTをマイクロプロセッサのアキュムレータ等のT用メモリに格納しそのメモリ出力Tをリライタブル不揮発性メモリ103に出力する。リライタブル不揮発性メモリ103の内部の温度補正テーブルではこの2つの入力T、S0ncから温度補正後の常用反射率基準板であるクリーンな濾紙の反射光量センサ出力値S0を演算制御回路102に出力する。演算制御回路102では入力されたS0をS0用メモリに格納し、格納したS0を再びリライタブル不揮発性メモリ103の校正用テーブル入力へ送る。リライタブル不揮発性メモリ103は入力されたS0値に対応するa値、b値を演算制御回路102に送り、演算制御回路102のa値、b値用メモリに格納される。次に図9に於いてロール型濾紙91のフィルタホルダー92で挟んだ部分に定められた量の排ガスを通しその濾紙上に排煙固形物のスモークを堆積させた時点でその堆積した箇所の濾紙を反射濃度計93の反射率測定部分に移動させ、そのときの反射光量を図10の反射光量計101で測定し、温度補正前の反射光量センサ出力Snc(アナログ量)を演算回路102に送出する。演算制御回路102では入力された反射光量センサ出力値SncをA/D変換しディジタル値のSncをマイクロプロセッサのアキュムレータ等のSnc用メモリに格納し、そのSnc信号をリライタブル不揮発性メモリ103の温度補正テーブルの入力に送出する。また同時に先に取得した温度信号Tも温度補正テーブルの入力に送出する。リライタブル不揮発性メモリ103の温度補正テーブルではこの2つの入力T、Sncから温度補正後の被測定物であるスモークに対する反射光量センサ出力値Sを演算制御回路102に出力する。演算制御回路102では入力されたSをS用メモリに格納し、先にメモリに格納したa値、b値とから(式4)の反射率R=S/a−b/a を計算し、その値を今回採取したスモークの反射率Rとして出力する。また必要に応じて(式1)の反射濃度D=−log10R から反射濃度を算出し出力する。
連続でスモークを採取し、各反射率測定毎に校正を行う場合は、図9に於ける反射濃度計93で上記の最初(1回目)のスモークサンプルの反射光量センサ出力値Sを計測し始めると同時にフィルタホルダー92内で次(2回目)のスモークサンプルを採取し始める。反射率Rの算出時間より排煙のサンプル採取時間が長いが2回目のサンプル採取が終了した時点でそのスモークサンプルを反射濃度計93まで移動せずその半分程度まで移動し、反射濃度計93の反射率測定部分をクリーンな濾紙にし、そこで上記のように常用反射率基準板であるクリーンな濾紙の反射光量を測定し、測定結果を新たな次(2回目のサンプル)の温度補正前反射光量センサ出力値S0ncのアナログ信号として演算制御回路102に出力する。次に濾紙を更に移動し2回目のスモークサンプルを反射濃度計93の反射率測定部分まで移動させる。この移動期間中に演算制御回路102は入力された2回目のクリーンな濾紙の温度補正前センサ出力値S0ncをA/D変換した後、ディジタル値のS0ncをマイクロプロセッサのアキュムレータ等のS0nc用メモリに格納しそのメモリ出力S0ncをリライタブル不揮発性メモリ103に出力する。次に反射光量計101の近傍に設置されている温度センサ105から温度信号Tが演算制御回路102に入力されA/D変換しディジタル値のTを取得する。この2回目の温度信号Tと1回目のTとを比較しあらかじめ定められた範囲内であれば1回目の温度信号Tを今回の温度信号Tとし、定められた範囲以上であれば2回目のTをマイクロプロセッサのアキュムレータ等のT用メモリに格納しそのメモリ出力Tをリライタブル不揮発性メモリ103に出力する。リライタブル不揮発性メモリ103の内部の温度補正テーブルではこの2つの入力T、S0ncから温度補正後の常用反射率基準板であるクリーンな濾紙の反射光量センサ出力値S0を演算制御回路102に出力する。演算制御回路102では入力されたS0を最初(1回目)のS0用メモリに格納されたS0と比較し予め定められた比率以内であれば2回目のS0を破棄し、従ってa値、b値はメモリに格納した1個目のS0の値を使用するが、2回目の濾紙のセンサ出力値S0が1回目のS0と比較し予め定められた比率以上であれば1回目のS0に変えて2回目のS0を定められたS0用メモリに再格納し、格納したS0を再びリライタブル不揮発性メモリ103の校正用テーブル入力へ送り、リライタブル不揮発性メモリ103は入力された2回目のS0に対応したa値、b値を演算制御回路102に送り、演算制御回路102のa値、b値用メモリに格納される。
次に図9において2回目のスモークサンプルが反射濃度計93の反射率測定部分まで移動した時点で2回目のスモークサンプルの温度補正前の反射光量センサ出力値Sncを計測し始めると同時にフィルタホルダー92内で次(3回目)のスモークサンプルを採取し始める。
2回目のスモークサンプルの反射光量の処理については上述したとおりである。つまり図10の反射光量計101で測定した温度補正前の反射光量センサ出力Snc (アナログ量)を演算回路102に送出し、演算制御回路102では入力された反射光量センサ出力値SncをA/D変換しディジタル値のSncをマイクロプロセッサのアキュムレータ等のSnc用メモリに格納し、そのSnc信号をリライタブル不揮発性メモリ103の温度補正テーブルの入力に送出する。また同時に先に取得した温度信号Tも温度補正テーブルの入力に送出する。リライタブル不揮発性メモリ103の温度補正テーブルではこの2つの入力T、Sncから温度補正後の被測定物であるスモークに対する反射光量センサ出力値Sを演算制御回路102に出力する。演算制御回路102では入力されたSをS用メモリに格納し、先にメモリに格納したa値、b値とから(式4)の反射率R=S/a−b/a を計算し、その値を今回採取したスモークの反射率Rとして出力する。また必要に応じて(式1)の反射濃度D=−log10R から反射濃度を算出し出力する。このように連続でスモークを採取し、各計測毎に校正を行う場合は以上の動作の繰り返しとなる。
連続でスモークを採取するが、複数回の計測毎に校正を行う場合は上述したように各回毎のスモーク採取位置から反射率測定位置への半分送りを複数回毎に行い、それ以外の送りではスモーク採取位置から反射率測定位置への全送りにすればよい。
ロ.校正兼反射率算出用テーブルまたは校正兼反射率算出兼反射濃度算出用テーブルと、温度補正テーブルを作成する。
直線式 a=g(S0)、b=h(S0) と計算式 R=S/a−b/a=(S−b)/a、D=−log10R 、より校正兼反射率算出用テーブルは、反射率R=(S−b)/a={S−h(S0)}/g(S0) 及びこのグラフより、(入力)S0とS−(出力)反射率R のデータテーブルを作成する。
校正兼反射率算出兼反射濃度算出用テーブルは、反射濃度 D=−log10[{S−h(S0)}/g(S0)] 及びこのグラフより (入力) S0とS−(出力)反射濃度D のデータテーブルを作成する。
温度補正テーブルは、式 S=f(T)×Snc、S0=f(T)×S0nc 及びこのグラフより、(入力)温度TとSnc値−(出力)S値 のデータテーブルを作成する。
先ず、図9の排煙濃度測定装置のブロック図に示すようにロール型の濾紙91はフィルタホルダー92を通過後反射濃度計93を通り巻き取られるので常に汚れの無いクリーンな濾紙を供給することができる。そこでクリーンなロール型濾紙91をフィルタホルダー92及び反射濃度計93に供給しフィルタホルダー92で挟んだ部分に定められた量の排ガスを通しその濾紙上に排煙固形物のスモークを堆積させる。このスモーク堆積開始とほぼ同時に反射濃度計93内にある図11の反射光量計111では校正用として用いる常用反射率基準板であるクリーンな濾紙の反射光量を測定し測定結果として温度補正前の反射光量センサ出力値S0ncのアナログ信号をコントローラ112に送出する。コントローラ112では入力された反射光量センサ出力値S0ncをA/D変換しディジタル値のS0ncをの内蔵メモリの中のS0nc用メモリに格納しそのメモリ出力S0ncをリライタブル不揮発性メモリ113に出力する。また反射光量計111の出力がコントローラ112に入力される時と前後して反射光量計111の近傍に設置されている温度センサ115から温度信号Tがコントローラ112に入力されA/D変換しディジタル値のTを内蔵メモリの中のT用メモリに格納しそのメモリ出力Tをリライタブル不揮発性メモリ113に出力する。リライタブル不揮発性メモリ113の内部の温度補正テーブルではこの2つの入力T、S0ncから温度補正後の常用反射率基準板であるクリーンな濾紙の反射光量センサ出力値S0をコントローラ112に出力する。コントローラ112では入力されたS0をS0用メモリに格納する。
連続でスモークを採取し、各測定毎又は複数回測定毎に校正を行う場合は実施形態3で説明したと同じ方法で行う。説明は省略する。
ハ.テーブルは作成せず、校正用ではa,bとS0との直線表現の関係式 a=g(S0)、b=h(S0) 、温度補正用は温度との関係式f(T) を用意する。
図12と本発明第3の実施形態における構成を示すブロック図である図10において、反射光量計121と101、演算制御回路122と102及び温度センサ125と105とは夫々同じものであり、リライタブル不揮発性メモリ123と103はメモリ機能としては同じであるが、書き込み内容が第3の実施形態では温度補正用テーブルと校正用テーブルから成っており、本実施形態では温度補正用としてf(T)の式、校正用としてはa=g(S0)、b=h(S0)の1次式が書き込まれている。
先ず図9に示すような装置の電源が投入された初期状態で図12の演算制御回路122は特性式が格納されているリライタブル不揮発性メモリ123のアドレスに出力設定信号Enを入力し、温度補正用としてf(T)の式、及び校正用としてはa=g(S0)、b=h(S0)の1次式を取り込み、夫々の指定メモリに格納する。
次に図9の排煙濃度測定装置のブロック図に示すようにロール型の濾紙91はフィルタホルダー92を通過後反射濃度計93を通り巻き取られるので常に汚れの無いクリーンな濾紙を供給することができる。そこでクリーンなロール型濾紙91をフィルタホルダー92及び反射濃度計93に供給しフィルタホルダー92で挟んだ部分に定められた量の排ガスを通しその濾紙上に排煙固形物のスモークを堆積させる。このスモーク堆積開始とほぼ同時に反射濃度計93内にある図12の反射光量計121では校正用として用いる常用反射率基準板であるクリーンな濾紙の反射光量を測定し測定結果として温度補正前の反射光量センサ出力値S0ncのアナログ信号を演算制御回路122に送出する。演算制御回路122では入力された反射光量センサ出力値S0ncをA/D変換しディジタル値のS0ncをマイクロプロセッサのアキュムレータ等のS0nc用メモリに格納する。また反射光量計121の出力が演算制御回路122に入力される時と前後して反射光量計121の近傍に設置されている温度センサ125から温度信号Tが演算制御回路122に入力されA/D変換しディジタル値のTをマイクロプロセッサのアキュムレータ等のT用メモリに格納する。次に電源投入時点でリライタブル不揮発性メモリ123より取り出し、専用メモリに格納した温度補正用のf(T)式と先程メモリに格納した温度信号T、温度補正前の常用反射率基準板であるクリーンな濾紙の反射光量センサ出力値S0ncを各メモリより出力し、S0=f(T)×S0nc の式に従ってS0を算出し、S0用メモリに格納する。次に電源投入直後にリライタブル不揮発性メモリ123より取り出し、専用メモリに格納した校正用のa値、b値の特性式a=g(S0)、b=h(S0) 式と先程メモリに格納した温度補正後の反射光量センサ出力値S0を各メモリより出力し、a値、b値を算出し、a値、b値の夫々の専用メモリに格納する。
次に図9に於いてロール型濾紙91のフィルタホルダー92で挟んだ部分に定められた量の排ガスを通しその濾紙上に排煙固形物のスモークを堆積させた時点でその堆積した箇所の濾紙を反射濃度計93の反射率測定部分に移動させ、そのときの反射光量を図12の反射光量計121で測定し、温度補正前の反射光量センサ出力Snc(アナログ量)を演算回路122に送出する。演算制御回路122では入力された反射光量センサ出力値SncをA/D変換しディジタル値のSncをマイクロプロセッサのアキュムレータ等のSnc用メモリに格納する。次に温度補正用の専用メモリに格納されている温度補正用のf(T)式と温度信号T及び先程メモリに格納した温度補正前のスモークの反射光量センサ出力値Sncを各メモリより出力し、S=f(T)×Snc の式に従ってSを算出し、格納する。
先に校正用の専用メモリに格納したa値、b値と、先程S用メモリに格納したS値とを各メモリより出力し、(式4) R=S/a−b/a=(S−b) /a に代入し、R値を算出し、その値を今回採取したスモークの反射率Rとして出力する。また必要に応じて(式1)の反射濃度D=−log10R から反射濃度を算出し出力する。
連続でスモークを採取し、各測定毎又は複数回測定毎に校正を行う場合は実施形態3で説明したと同じ方法で行う。説明は省略する。
ニ.校正用テーブルと温度補正テーブルとを1つにしたテーブルを作成する。
R=S/a−b/a 、D=−log10R、S=f(T)×Snc、S0=f(T)×S0nc、a=g(S0)、b=h(S0)より、
温度補正兼校正兼反射率算出用テーブルは、式 R=(S−b) /a=[f(T)×Snc−h{f(T)×S0nc}]/g{f(T)×S0nc} 及びこのグラフより、[入力]温度T、S0nc値(温度補正前のS0値)、Snc値(温度補正前のS値)−[出力]反射率R のデータテーブルを作成する。
温度補正兼校正兼反射率算出反射濃度算出用テーブルは、式 D=−log10[[f(T)×Snc−h{f(T)×S0nc}]/g{f(T)×S0nc}] 及びこのグラフより、[入力]温度T、S0nc値(温度補正前のS0値)、Snc値(温度補正前のS値)−[出力]反射濃度Dのデータテーブルを作成する。
以上のような構成の反射率計において次にその動作を説明する。
先ず、図9の排煙濃度測定装置のブロック図に示すようにロール型の濾紙91はフィルタホルダー92を通過後反射濃度計93を通り巻き取られるので常に汚れの無いクリーンな濾紙を供給することができる。そこでクリーンなロール型濾紙91をフィルタホルダー92及び反射濃度計93に供給しフィルタホルダー92で挟んだ部分に定められた量の排ガスを通しその濾紙上に排煙固形物のスモークを堆積させる。このスモーク堆積開始とほぼ同時に反射濃度計93内にある図13の反射光量計131では校正用として用いる常用反射率基準板であるクリーンな濾紙の反射光量を測定し測定結果として温度補正前の反射光量センサ出力値S0ncのアナログ信号をコントローラ132に送出する。コントローラ132では入力された反射光量センサ出力値S0ncをA/D変換しディジタル値のS0ncをの内蔵メモリの中のS0nc用メモリに格納する。また反射光量計131の出力がコントローラ132に入力される時と前後して反射光量計131の近傍に設置されている温度センサ135から温度信号Tがコントローラ132に入力されA/D変換しディジタル値のTを内蔵メモリの中のT用メモリに格納する。
次に図9に於いてロール型濾紙91のフィルタホルダー92で挟んだ部分に定められた量の排ガスを通しその濾紙上に排煙固形物のスモークを堆積させる。その堆積した箇所の濾紙を反射濃度計93の反射率測定部分に移動させ、そのときの反射光量を図13の反射光量計131で測定し、温度補正前の反射光量センサ出力Snc(アナログ量)をコントローラ132に送出する。コントローラ132では入力された反射光量センサ出力値SncをA/D変換しディジタル値のSncを内蔵メモリの中のSnc用メモリに格納する。
次に先にコントローラ132のメモリに格納した常用反射率基準板であるクリーンな濾紙の温度補正前の反射光量センサ出力値S0nc、温度信号T、及びスモークの温度補正前の反射光量センサ出力Sncの3個の信号をリライタブル不揮発性メモリ133に出力する。
校正前準備の段階で校正前準備項目4)のニ.に示すように校正用テーブルと温度補正テーブルとを統合し、且つ反射率計算用テーブルも加えて1つのテーブルにした温度補正・校正・反射率計算テーブルや、更に反射濃度計算用テーブルも加えて1つのテーブルにした温度補正・校正・反射率計算・反射濃度計算テーブルを作成しリライタブル不揮発性メモリ133に予め書き込んでいるのでS0nc、T、Sncの3個の信号を入力することにより、温度補正され且つ校正処理された、今回採取したスモークの反射率R、または反射濃度Dとして出力される。
連続でスモークを採取し、各測定毎又は複数回測定毎に校正を行う場合は実施形態3で説明したと同じ方法で行う。説明は省略する。
実施形態1〜6では校正時に1枚の反射率基準板あるいはこの基準板に変わる常用反射率基準板を用いた実施形態を紹介し、特に常用反射率基準板を用いて校正の省力化と時間短縮化及び高精度を維持し、反射率の連続取得を可能にした実施形態について説明したが、この実施形態で常用反射率基準板として用いたロール型ろ紙は反射率がほぼ一定であるが更に詳しく調べてみると測定場所により僅かではあるが変動することが確認されている。それ故、校正の省力化と時間短縮化及び反射率の連続取得という条件のもとでこの反射率変動幅より高い測定精度が要求された場合、常用反射率基準板としてロール型濾紙は使用出来なくなる。また一般的に校正から反射率測定までの時間が短いほど変動要因が少なく変動値が低くなるので測定精度が向上する。
そこで本実施形態では校正の省力化と時間短縮化及び反射率の連続取得という条件のもとで、測定精度をさらに高めるために常用反射率基準板を用いず、照射光量をモニターすることにより(式6)、(式7)に示すa値、b値を求めて校正する反射率計測例について説明する。
次に図14の光量減衰用光量フィルタ149の減衰量をj(j≧1) とし、照射光量モニタ出力値をM、とするとき、モニタ用の光量センサ147とモニタ光量センサ回路148は図4の反射率計の光量センサ44および光量センサ回路45と同じものを使用しているので照射光量モニタ用センサの光電変換率は(式5)のC、照射光量モニタ出力値Mの電気ノイズ成分は(式5)のNに等しく、従って
照射光量モニタ出力値Mは M=C[Im] /j+N で表すことができ、[Im]=I/kであるから、 M=CI/jk+N となる。これを照射光量Iについて展開すると
I=jk(M−N)/C ‥‥‥‥‥‥‥‥ (式13)
(式13)から照射光量Iと照射光量モニタ出力値Mとはリニアな関係にあること事がわかる。
更に(式6)及び(式7)は(式13) から a、bは
a= CIP(1+mr2Q2)=jkP(1+mr2Q2)(M−N) ‥‥‥‥‥ (式14)
b= CI(1−P)r1Q1+N
=jk(1−P)r1Q1M +{1−jk(1−P)r1Q1}N ‥‥‥‥‥ (式15)
で表すことができる。ここでC、P、m、r1、r2、Q1、Q2、j、k、N は固定値(定数)であるので、(式14)、(式15)からa値、b値はそれぞれ照射光量モニタ出力値Mに対しリニアな関係にあることが判る。この(式14)、(式15)のMに対するリニアな関係式を簡単に a=v(M)、 b=w(M) で表す。
(式14)、(式15)は反射率がR1,R2 (R1>R2)である既知の2種類の校正用反射率基準板の反射光量センサ出力値S1、S2と照射光量モニタ出力値Mを測定できる場合、上記校正準備段階で照射光量Iを変化させて照射光量モニタ出力値Mとa,b値とのリニアな関係式a=v(M)、b=w(M) を把握しておくことにより、被測定物の反射光量センサ出力値Sを測定すると同時に照射光量モニタ出力値Mを測定しa,b値を確定し、このa,b値と被測定物の反射光量センサ出力値Sから(式4) R=S/a−b/a に基づいて反射率Rを求めることができることを意味するものである。これにより照射光量変化及び環境変化に対しタイムラグのない校正ができ実施形態1より更に高精度な測定が行える。またこの場合は手作業による校正操作が不要であるため省力化にもなり、更に連続測定作業にも適している。
従って反射率計測として、図17に示すようなMを基準とするa値、b値の各特性式 a=v(M)、b=w(M) をグラフより求め、M(入力)−a値、b値(出力) のテーブルを作成しておくことにより、被測定物の反射率測定において、被測定物の反射光量センサ出力値Sを測定すると同時に照射光量モニタ出力値Mも測定し、このM値から先に作成したテーブルを参照してa値、b値を求めるか、或いは直接M値を先に図17のグラフより求めた特性式 a=v(M)、b=w(M) に入れa値、b値を確定し、このa値、b値と被測定物の反射光量センサ出力値Sから(式4) R=S/a−b/a に基づいて反射率Rを算出することができることを示すものであり、敏速で正確な校正が行える。
1)校正用反射率基準板として高反射率R1の「白基準板」と低反射率R2の「黒基準板」を用意する。
2)投射光量を変化させ、各光量毎の照射光量モニタ出力値Mと「白基準板」、「黒基準板」の校正用反射率基準板の反射光量センサ出力値Sを測定、記録する。各光量毎の「白基準板」、「黒基準板」の反射光量センサ出力値S1、S2から、a,bを算出する。
3)投射光量設定電圧Eを横軸に取り、照射光量モニタ出力値M、「白基準板」及び「黒基準板」の校正用反射率基準板の反射光量センサ出力値S、a値、b値を縦軸にとり、夫々のグラフを作成し、各グラフが直線(リニア)となることを確認し、次に照射光量モニタ出力値Mを横軸に取り、a値、b値を縦軸にとりグラフを作成し、a値、b値について直線式a=v(M)、b=w(M)を求める。
4)この直線式直線式a=v(M)、b=w(M) 又はこのグラフより、照射光量モニタ出力値M(入力)とa値、b値(出力)のテーブルを作成する。
5)このa値、b値についての直線式a=v(M)、 b=w(M)及びテーブルをE−PROMやフラッシュメモリ等の書換え可能な不揮発性メモリに書き込む。
以上が校正前準備である。この1)〜5)の校正前準備は装置を起動する毎に行う必要は無く、基本的に反射率計の測定部内の光学系の形状及び位置変化や黒色塗装状態の大幅な変化が無ければ直線式や値は変化しないため、反射率計の改修時や装置のメンテナンス時等に上記「校正前準備」の操作を行う程度でよい。また校正前準備2)の段階での2種の基準板における反射光量センサ出力値の測定では基準板の反射光量センサ出力値は投射光量に対しリニアな関係にあるため2点以上の光量値について夫々測定すればよい。
図15は本発明の第7の実施形態における反射率計または反射濃度計の回路ブロック図であり、本発明の第1の実施形態の回路ブロック図である図1に対応している。両図において反射光量計151と11は図4の反射光量計であり、演算制御回路152と12、リライタブル不揮発性メモリ153と13は同じものである。第1の実施形態との違いは照射光量モニタ154を設けた点である。照射光量モニタ154は図14の照射光量モニタ146の機能を有するものであり、モニタ用ライトガイド145からのモニタ光を検出することによりリングライトの照射光量を常に検出し、モニタ光の受光量を照射光量モニタ出力Mとして演算制御回路152へ送出している。以上のように構成した図15の反射率計機能ブロック図において次に動作説明をする。
先ず、図9に示すようにロール型濾紙91を挟んだフィルタホルダー92に定められた量の排気ガスを通し濾紙上に排ガスの固形物のスモークを堆積させ、この堆積した箇所の濾紙を反射濃度計93の反射率測定部分に移動する。移動後再びフィルタホルダー92側では排気ガスを通して次のスモークサンプルを採取するが、この採取動作の開始と同時に図15の明照射光量モニタ154よりアナログ量の照射光量モニタ出力Mを演算制御回路152に入力する。演算制御回路152では入力された照射光量モニタ出力Mを内蔵しているA/D変換器でディジタル値に直し、内蔵しているマイコンのアキュムレータ等のM用メモリに格納しそのメモリ出力Mをリライタブル不揮発性メモリ153に出力する。M(入力)−a,b(出力)のデータテーブルが書き込まれている前記メモリ153は入力されたM値に対応するa値、b値を演算制御回路152に出力する。演算制御回路152はメモリ153より入力されたa値、b値を演算制御回路152内のa値、b値用メモリに格納する。
次に図9に於いて先ほど、フィルタホルダー92側では定められた量の排気ガスを通して2番目のスモークサンプルを採取を行っているが、採取が終了すれば、先に説明したと同様にスモーク部分の濾紙を反射率計に移動し、照射光量をモニタした後に反射率を測定する。ここで照射光量モニタ値を取得した時、新しいモニタ値を取得する度にそれに対応するa値、b値を校正に用いることもできるが、現在使用しているa値、b値に対応しているモニタ値と比較し予め定められた範囲以内であれば前と同じモニター値を使用し、予め定められた範囲を超えた値の時に、この値を新しいモニタ値とし、この値に対応したa値、b値を校正に用いることもできる。このようにして反射光量測定直前に照射光量をモニターし照射光量モニタ出力Mにより反射率計の、校正を行うことにより精度の高い反射率測定ができる。またこの実施形態では反射率の連続測定のとき特別なことをする必要がなく上記の測定方法を繰り返すだけで実現できるので連続測定に適している。
上記の動作ではリライタブル不揮発性メモリ153の内容が作成したテーブルである時の説明をしたが、前記メモリ153の内容がテーブルの元であるa値、b値のMを変数とする特性式a=v(M)、b=w(M) の場合は、次の様にして反射率R、及び反射濃度Dを算出する。図9に示すような装置において、電源が投入された初期状態で図15の演算制御回路152は特性式が格納されているリライタブル不揮発性メモリ153のアドレスを指定しa値、b値の特性式を取り込み、夫々の指定メモリに格納する。次に測定段階で照射光量モニタ出力Mが入力された時点でディジタル値に変換されたMを前記特性式に代入してa値、b値を求め、予め定められた夫々のメモリーに格納する。次にスモークサンプルの反射光量センサ出力値Sが入力された時にテーブル参照時の動作と同じようにa値、b値、Sから(式4)より反射率R=S/a−b/a を計算し、その値を先に採取したスモークの反射率Rとして出力する。また必要に応じて(式1)の反射濃度D=−log10R から反射濃度を算出し出力する。
本実施形態の構成を示すブロック図の図16と本発明第7の実施形態の構成を示すブロック図の図15とにおいて反射光量計151と161は同じものであり、リライタブル不揮発性メモリ153と163は書き込まれた内容は異なるが同じ機能を持つものである。図16において図15と異なるのは図15の演算制御回路152の代わりに図16ではコントローラ162となっている点であり、このコントローラ162はA/D変換器とメモリは備わっているが演算機能を持たず、装置及び反射光量計の制御機能を持つものである。従って演算機能を持たない代わりにリライタブル不揮発性メモリ163に演算機能部分を代用させるものである。つまり入力として照射光量モニタ出力Mと被測定物の反射光量センサ出力値Sであり、出力として反射率R又は反射濃度Dのテーブルがリライタブル不揮発性メモリ163の内容となる。それ故、前述した校正前準備の項目4)を次のように変更する。
4)この直線式 a=v(M)、b=w(M) と反射率Rの(式4) R=S/a−b/a 及び反射濃度Dの(式1) D=−log10R より、
反射率 R=(S−b)/a={S−w(M)}/v(M)
反射濃度D=−log10R=−log10[{S−w(M)}/v(M)]
となり、この式から照射光量モニタ出力M、及び被測定物の反射光量センサ出力値S(入力)−反射率R (出力)とする反射率テーブル、並びに照射光量モニタ出力M、及び被測定物の反射光量センサ出力値S(入力)−反射濃度 (出力)とする反射濃度テーブルを作成する。
次に図16に従って簡単に動作説明をする。
先ず、図9に示すようにロール型濾紙91を挟んだフィルタホルダー92に定められた量の排気ガスを通し濾紙上に排ガスの固形物のスモークを堆積させ、この堆積した箇所の濾紙を反射濃度計93の反射率測定部分に移動する。移動後再びフィルタホルダー92側では排気ガスを通して次のスモークサンプルを採取するが、この採取動作の開始と同時に図16の照射光量モニタ164よりアナログ量の照射光量モニタ出力Mをコントローラ162に入力する。コントローラ162では入力された照射光量モニタ出力Mを内蔵しているA/D変換器でディジタル値に直し、内蔵しているM用メモリに格納しそのメモリ出力である照射光量モニタ出力Mをリライタブル不揮発性メモリ163に出力する。
次に図9に於いて先ほど、フィルタホルダー92側では定められた量の排気ガスを通して2番目のスモークサンプルを採取しているが、採取が終了すれば、先に説明したと同様の動作を行い、反射率を測定する。
以上第7の実施形態、第8の実施形態のように照射光量が変化する環境下で反射率測定をする場合は照射光量をモニタすることが重要であり、光ファイバーの一部を光量モニタ用に分け、反射率計と同じセンサ及び光フィルタを使用し、反射光量測定時に照射光量をモニターし照射光量モニタ出力Mにより反射率計の校正を反射率測定時に行うため正確な反射率測定ができるのみならず、これらの操作が人の手を用いずにできるため自動化に適しており、また連続測定にも適している。
温度補正方法としては、定められた温度T0(例えばT0=25℃)での被測定物の反射光量センサ出力値S(T0)をSとし、温度Tでの温度補正前の値S(T)をSncとする。次に温度を変化させSncの温度特性を測定し、S/Snc= f(T)なる温度補正式のグラフを作成し、補正式を求めると、温度Tで測定したSncから 温度T0での値SはS=Snc×f(T) により温度補正後の反射光量センサ出力値Sを簡単に求めることができる。またS=Snc×f(T) か、または直接特性グラフから、温度TとSnc値を入力とし、S値を出力とするテーブルを作成し、このテーブルを参照することにより容易にS値が得られる。これは照射光量モニタ出力値Mについても同様に、照射光量モニタ出力値M(T0)をMとし、温度Tでの温度補正前の値M(T)をMncとする。本実施形態では実際に温度Tの関数である温度補正式f(T)を求める場合は反射率基準板のうち白基準板の反射光量センサ出力値S1を使用し、温度T0での値S1を温度Tでの値S1ncで除した値S1/S1nc =f(T)として温度Tを変化させてグラフを作成しf(T)を求めた。
従って以下に示す校正前準備における「白基準板」、「黒基準板」の反射光量センサ出力値S1、S2及び照射光量モニタ出力値Mは上記の方法により温度Tにおける補正前のS1nc、S2nc、及びMncを温度T0での値に温度補正したものである。
1)校正用反射率基準板として高反射率R1の「白基準板」と低反射率R2の「黒基準板」を用意する。
2)投射光量を変化させ、各光量毎の照射光量モニタ出力値Mと「白基準板」、「黒基準板」の校正用反射率基準板の反射光量センサ出力値Sを測定、記録する。各光量毎の「白基準板」、「黒基準板」の反射光量センサ出力値S1、S2から、a,bを算出する。
3)投射光量設定電圧Eを横軸に取り、照射光量モニタ出力値M、「白基準板」及び「黒基準板」の校正用反射率基準板の反射光量センサ出力値S1、S2、a値、b値を縦軸にとり、夫々のグラフを作成し、各グラフが直線(リニア)となることを確認し、次に照射光量モニタ出力値Mを横軸に取り、a値、b値を縦軸にとりグラフを作成し、a値、b値について直線式a=v(M)、b=w(M)を求める。
4)この直線式又はこのデータより、照射光量モニタ出力値M(入力)とa値、b値(出力)のテーブルを作成する。この校正用テーブル作成段階で、先に説明した温度補正テーブルと関連付けを考慮し以下の4ケースに分けて作成する。
イ.校正用テーブルと温度補正テーブルを別々とし、校正用テーブルは(入力)M−(出力)a,b とし、温度補正テーブルは、(入力)温度T及びSnc値−(出力)S値 とする。
温度補正テーブル:S=f(T)×Snc 、並びに校正用テーブル:a=v(M)、 b=w(M) の各式及びグラフをもとに双方のテーブルを作成する。
ロ.校正兼反射率算出用テーブルまたは校正兼反射率算出兼反射濃度算出用テーブルと、温度補正テーブルを作成する。
直線式 a=v(M)、b=w(M) と計算式 R=S/a−b/a=(S−b)/a、D=−log10R、より
校正兼反射率算出用テーブルは、反射率R=(S−b)/a ={S−w(M)}/v(M) 及びこのグラフより、(入力)MとS−(出力)反射率R のデータテーブルを作成する。
校正兼反射率算出兼反射濃度算出用テーブルは、反射濃度 D=−log10[{S−w(M)}/v(M)] 及びこのグラフより (入力)MとS−(出力)反射濃度D のデータテーブルを作成する。
温度補正テーブルは、式 S=f(T)×Snc、M=f(T)×Mnc 及びこのグラフより、(入力)温度TとSnc値−(出力)S値 のデータテーブルを作成する。
ハ.テーブルは作成せず、校正用ではa,bとMとの直線表現の関係式a=v(M)、 b=w(M)、温度補正用は温度との関係式f(T) を用意する。
ニ.校正用テーブルと温度補正テーブルとを1つにしたテーブルを作成する。
R=S/a−b/a 、D=−log10R、S=f(T)×Snc、M=f(T)×Mnc、a=v(M)、b=w(M)より
温度補正兼校正兼反射率算出用テーブルは、反射率 R=(S−b) /a =[f(T)×Snc−w{f(T)×Mnc}]/ v{f(T)×Mnc} 及びこのグラフより [入力]温度T、Mnc値(温度補正前のM値)、Snc値(温度補正前のS値)−[出力]反射率R のデータテーブルを作成する。
温度補正兼校正兼反射率算出兼反射濃度算出用テーブルは、反射濃度D=−log10 [[f(T)×Snc−w{f(T)×Mnc}]/v{f(T)×Mnc}] 及びこのグラフより [入力]温度T、Mnc値(温度補正前のM値)、Snc値(温度補正前のS値)−[出力]反射濃度D のデータテーブルを作成する。
5)項目4)のイ.〜ニ.で用意したテーブルおよび関係式をそれぞれの場合に応じてE−PROMやフラッシュメモリ等のリライタブル不揮発性メモリに書き込む。
以上が校正前準備である。この1)〜5)の校正前準備は装置を起動する毎に行う必要は無く、基本的に反射率計の測定部内の光学系の形状及び位置変化や黒色塗装状態の大幅な変化が無ければ直線式や値は変化しないため、反射率計の改修時や装置のメンテナンス時等に上記「校正前準備」の操作を行う程度でよい。また校正前準備2)の段階での2種の基準板における反射光量センサ出力値の測定では基準板の反射光量センサ出力値は投射光量に対しリニアな関係にあるため2点以上の光量値について夫々測定すればよい。
図18は本発明第9の実施形態における反射率計であり、校正機能を有し、反射率R、反射濃度Dを算出するための構成を示すブロック図である。本実施形態では反射率計に使用している反射光量センサ及び反射光量センサ回路、モニタ光量センサ、及びモニタ光量センサ回路にはハードウェア的な温度補正機能を持たないために温度補正機能を付加した構成での実施形態である。また本実施形態における測定前準備は先に説明した項目1)〜5)であるがそのうち項目4)ではイ.のケースに相当するものである。
イ.校正用テーブルと温度補正テーブルを別々とし、校正用テーブルは(入力)M−(出力)a,b とし、温度補正テーブルは、(入力)温度T及びSnc値−(出力)S値 とする。
温度補正テーブル:S=f(T)×Snc、並びに校正用テーブル:a=v(M)、b=w(M) の各式及びグラフをもとに双方のテーブルを作成する。
図18は本発明の第9の実施形態における反射率計または反射濃度計の回路ブロック図であり、本発明の第7の実施形態の回路ブロック図である図15に対応している。両図において反射光量計181は構成要素である図4に示す反射光量センサ44及び反射光量センサ回路47にハードウェア的な温度補正機能を持たないが、それ以外の機能として反射光量計151と同じであり、同様に照射光量モニタ184は構成要素である図14に示すモニタ光量センサ147及びモニタ光量センサ回路148にハードウェア的な温度補正機能を持たないが、それ以外の機能として照射光量モニタ154と同じである。そして照射光量モニタ184は反射光量計181と比較的接近した場所に設けられておりほぼ同じ雰囲気にある。演算制御回路182と152とは夫々同じ機能を有する。183はリライタブル不揮発性メモリであり、測定前準備の段階で内部に温度補正用と校正用の2個のテーブルが格納されている。リライタブル不揮発性メモリ183への入出力数が多いため実際は演算制御回路のリライタブル不揮発性メモリ183入出力部分にマルチプレクサが設けてあり、温度補正用の入出力と校正用の入出力とを切り替えている。185は温度変化により出力が変化するいわゆる温度センサであり、反射光量計181の近傍に設けられている。
先ず、図9に示すようにロール型濾紙91を挟んだフィルタホルダー92に定められた量の排気ガスを通し濾紙上に排ガスの固形物のスモークを堆積させ、この堆積した箇所の濾紙を反射濃度計93の反射率測定部分に移動する。移動後再びフィルタホルダー92側では排気ガスを通して次のスモークサンプルを採取するが、この採取動作の開始とほぼ同時に図18の照射光量モニタ184よりアナログ量の照射光量モニタ出力Mncを演算制御回路182に入力する。演算制御回路182では入力された照射光量モニタ出力Mncを内蔵しているA/D変換器でディジタル値に直し、内蔵しているマイコンのアキュムレータ等のMnc用メモリに格納しそのメモリ出力Mncをリライタブル不揮発性メモリ183に出力する。次に反射光量計181の近傍に設置されている温度センサ185から温度信号Tが演算制御回路182に入力されA/D変換しディジタル値のTをマイクロプロセッサのアキュムレータ等のT用メモリに格納しそのメモリ出力Tをリライタブル不揮発性メモリ183に出力する。リライタブル不揮発性メモリ183の内部の温度補正テーブルではこの2つの入力T、Mncから温度補正後の照射光量モニタ出力値Mを演算制御回路182に出力する。演算制御回路182では入力されたMをM用メモリに格納し、次にはリライタブル不揮発性メモリ193への出力と入力を内蔵しているマルチプレクサを使い新たな出力と入力に切り替える。そして新たな出力として、格納したMを再びリライタブル不揮発性メモリ183の校正用テーブル入力へ送る。(入力)M−(出力)a,bのデータテーブルが書き込まれているリライタブル不揮発性メモリ183は入力されたM値に対応するa値、b値を演算制御回路182に出力する。演算制御回路182はメモリ183より入力されたa値、b値を演算制御回路182内のa値、b値用メモリに格納する。
次に図9に於いて先ほど、フィルタホルダー92側では定められた量の排気ガスを通して2番目のスモークサンプルを採取を行っているが、採取が終了すれば、先に説明したと同様の動作を行い、反射率を測定する。連続してスモークサンプルを採取し反射率Sncを測定する場合は以上の操作を繰り返す。このようにして反射光量測定直前に照射光量をモニターし照射光量モニタ出力Mにより反射率計の校正を行うことにより精度の高い反射率測定ができる。またこの実施形態では反射率の連続測定のとき特別なことをする必要がなく上記の測定方法を繰り返すだけで実現できるので連続測定に適している。
次に図19は本発明第10の実施形態における反射率計であり、校正機能を有し、反射率R、反射濃度Dを算出するための構成を示すブロック図である。本実施形態では反射率計に使用している反射光量センサ及び反射光量センサ回路にはハードウェア的な温度補正機能を持たないために温度補正機能を付加した構成での実施形態である。また本実施形態における測定前準備は先に説明した項目1)〜5)であるがそのうち項目4)ではロ.のケースに相当するものである。
ロ.校正兼反射率算出用テーブルまたは校正兼反射率算出兼反射濃度算出用テーブルと、温度補正テーブルを作成する。
直線式 a=v(M)、 b=w(M) と計算式 R=S/a−b/a=(S−b)/a、D=−log10R、より
校正兼反射率算出用テーブルは、反射率R=(S−b)/a={S−w(M)}/v(M) 及びこのグラフより、(入力)MとS−(出力)反射率R のデータテーブルを作成する。
校正兼反射率算出兼反射濃度算出用テーブルは、反射濃度 D=−log10[{S−w(M)}/v(M)] 及びこのグラフより (入力)MとS−(出力)反射濃度D のデータテーブルを作成する。
温度補正テーブルは、式 S=f(T)×Snc、M=f(T)×Mnc 及びこのグラフより、(入力)温度TとSnc値−(出力)S値 のデータテーブルを作成する。
図19は本発明の第10の実施形態における反射率計または反射濃度計の回路ブロック図であり、本発明の第8の実施形態の回路ブロック図である図16に対応している。両図において反射光量計191は構成要素である図4に示す反射光量センサ44及び反射光量センサ回路47にハードウェア的な温度補正機能を持たないが、それ以外の機能として反射光量計161と同じであり、同様に照射光量モニタ194は構成要素である図14に示すモニタ光量センサ147及びモニタ光量センサ回路148にハードウェア的な温度補正機能を持たないが、それ以外の機能として照射光量モニタ164と同じである。そして照射光量モニタ194は反射光量計191と比較的接近された場所に設けられておりほぼ同じ雰囲気にある。コントローラ192と162とは夫々同じ機能を有する。リライタブル不揮発性メモリ193は、測定前準備の段階で内部に温度補正用と校正用の2個のテーブルが格納されている。リライタブル不揮発性メモリ193への入出力数が多いため実際は演算制御回路のリライタブル不揮発性メモリ193の入出力部分にマルチプレクサが設けてあり、温度補正用の入出力と校正用の入出力とを切り替えている。195は温度変化により出力が変化するいわゆる温度センサであり、反射光量計191の近傍に設けられている。
先ず、図9に示すようにロール型濾紙91を挟んだフィルタホルダー92に定められた量の排気ガスを通し濾紙上に排ガスの固形物のスモークを堆積させ、この堆積した箇所の濾紙を反射濃度計93の反射率測定部分に移動する。移動後再びフィルタホルダー92側では排気ガスを通して次のスモークサンプルを採取するが、この採取動作の開始とほぼ同時に図19の照射光量モニタ194よりアナログ量の照射光量モニタ出力Mncをコントローラ192に入力する。コントローラ192では入力された照射光量モニタ出力Mncを内蔵しているA/D変換器でディジタル値に直し、内蔵しているMnc用メモリに格納しそのメモリ出力Mncをリライタブル不揮発性メモリ193に出力する。次に反射光量計191の近傍に設置されている温度センサ195から温度信号Tがコントローラ192に入力されA/D変換しディジタル値のTを内蔵しているT用メモリに格納しそのメモリ出力Tをリライタブル不揮発性メモリ193に出力する。リライタブル不揮発性メモリ193の内部の温度補正テーブルではこの2入力であるT、Mncから温度補正後の照射光量モニタ出力値Mをコントローラ192に出力する。コントローラ192では入力されたMをM用メモリに格納する。
ハ.テーブルは作成せず、校正用ではa,bとMとの直線表現の関係式a=v(M)、 b=w(M)、温度補正用は温度との関係式f(T) を用意する。
本実施形態の構成を示すブロック図の図20と本発明第9の実施形態における構成を示すブロック図である図18において、反射光量計201と181、演算制御回路202と182、照射光量モニタ回路204と184及び温度センサ205と185とは夫々同じものであり、リライタブル不揮発性メモリ203と183はメモリ機能としては同じであるが、書き込み内容が第9の実施形態では温度補正用テーブルと校正用テーブルから成っており、本実施形態では温度補正用として温度補正式f(T)の式、校正用としてはa=v(M)、b=w(M)の1次式が書き込まれている。
先ず図9に示すような装置の電源が投入された初期状態で図20の演算制御回路202は特性式が格納されているリライタブル不揮発性メモリ203のアドレスに出力設定信号Enを入力し、温度補正用としてf(T)の式、及び校正用としてはa=v(M)、b=w(M)の1次式を取り込み、夫々演算制御回路202内部の指定メモリに格納する。
次に測定操作では図9に示すようにロール型濾紙91を挟んだフィルタホルダー92に定められた量の排気ガスを通し濾紙上に排ガスの固形物のスモークを堆積させ、この堆積した箇所の濾紙を反射濃度計93の反射率測定部分に移動する。移動後再びフィルタホルダー92側では排気ガスを通して次のスモークサンプルを採取するが、この採取動作の開始と同時に図20の照射光量モニタ204よりアナログ量の温度補正前の照射光量モニタ出力Mncを演算制御回路202に入力する。演算制御回路202では入力された補正前照射光量モニタ出力Mncを内蔵しているA/D変換器でディジタル値に直し、内蔵しているマイコンのアキュムレータ等のMnc用メモリに格納する。次に反射光量計201の近傍に設置されている温度センサ205から温度信号Tが演算制御回路202に入力されA/D変換しディジタル値のTをマイクロプロセッサのアキュムレータ等のT用メモリに格納する。次に電源投入時点でリライタブル不揮発性メモリ203より取り出し、専用メモリに格納した温度補正用のf(T)式と先程メモリに格納した温度信号T、補正前照射光量モニタ出力Mncを各メモリより出力し、温度補正後の照射光量モニタ出力値M=f(T)×Mnc の式に従ってMを算出し、M用メモリに格納する。次に電源投入直後にリライタブル不揮発性メモリ203より取り出し、専用メモリに格納した校正用のa値、b値の特性式a=v(M)、b=w(M) 式と先程メモリに格納した温度補正後の照射光量モニタ出力値Mを各メモリーより出力し、 a値、b値を算出し、a値、b値の夫々の専用メモリに格納する。
先に校正用の専用メモリに格納したa値、b値と、先程S用メモリに格納したS値とを各メモリーより出力し、(式4) R=S/a−b/a=(S−b)/a に代入し、R値を算出し、その値を今回採取したスモークの反射率Rとして出力する。また必要に応じて(式1)の反射濃度D=−log10R から反射濃度を算出し出力する。
連続でスモークを採取する場合は上記操作を繰り返す。また本実施形態ではリライタブル不揮発性メモリ203の中身が数式だけであり、テーブルを作成し書き込む必要がないために校正前の準備が簡単になる。またこの方法実施形態では反射率の連続測定のとき特別なことをする必要がなく上記の測定方法を繰り返すだけで実現できるので連続測定にも適している。
ニ.校正用テーブルと温度補正テーブルとを1つにしたテーブルを作成する。
R=S/a−b/a 、D=−log10R、S=f(T)×Snc、M=f(T)×Mnc、a=v(M)、b=w(M)より
温度補正兼校正兼反射率算出用テーブルは、反射率 R=(S−b) /a =[f(T)×Snc−w{f(T)×Mnc}]/v{f(T)×Mnc} 及びこのグラフより [入力]温度T、Mnc値(温度補正前のM値)、Snc値(温度補正前のS値)−[出力]反射率R のデータテーブルを作成する。
温度補正兼校正兼反射率算出兼反射濃度算出用テーブルは、反射濃度D=−log10 [[f(T)×Snc−w{f(T)×Mnc}]/v{f(T)×Mnc}] 及びこのグラフより [入力]温度T、Mnc値(温度補正前のM値)、Snc値(温度補正前のS値)−[出力]反射濃度Dのデータテーブルを作成する。
図21は本発明の第12の実施形態における反射率計または反射濃度計の回路ブロック図であり、本発明の第10の実施形態の回路ブロック図である図19に対応している。両図において反射光量計211と191、照射光量モニタ214と194、コントローラ212と192、温度センサ215と195夫々同じであり、反射光量計及び照射光量モニタは夫々センサ及び回路に温度補正機能を持たない。リライタブル不揮発性メモリ213と193は、機能的には同じであるが、メモリの中身のテーブルがリライタブル不揮発性メモリ193では反射率出力の場合は温度補正用と校正用兼反射率計算用の2個のテーブルが格納されているが、リライタブル不揮発性メモリ213では反射率出力の場合は温度補正用と校正用兼反射率計算用の各テーブルが統合され1つになっており、反射濃度出力の場合は温度補正用と校正用兼反射率計算用と反射濃度計算用の各テーブルが統合され1つになっている。
先ず、図9に示すようにロール型濾紙91を挟んだフィルタホルダー92に定められた量の排気ガスを通し濾紙上に排ガスの固形物のスモークを堆積させ、この堆積した箇所の濾紙を反射濃度計93の反射率測定部分に移動する。移動後再びフィルタホルダー92側では排気ガスを通して次のスモークサンプルを採取するが、この採取動作の開始と同時に図21の照射光量モニタ214よりアナログ量の照射光量モニタ出力Mncをコントローラ212に入力する。コントローラ212では入力された温度補正前の照射光量モニタ出力Mncを内蔵しているA/D変換器でディジタル値に直し、内蔵しているMnc用メモリに格納する。
次に反射光量計211の近傍に設置されている温度センサ215から温度信号Tがコントローラ212に入力されA/D変換しディジタル値のTを内蔵しているT用メモリに格納する。
次に先にコントローラ212のメモリに格納した温度補正前の照射光量モニタ出力Mnc、温度信号T、及びスモークの温度補正前の反射光量センサ出力Sncの3個の信号をリライタブル不揮発性メモリ213に出力する。
校正前準備の段階で校正前準備項目4)のニ.に示すように校正用テーブルと温度補正テーブルとを統合し、且つ反射率計算用テーブルも加えて1つのテーブルにした温度補正兼校正兼反射率計算テーブルや、更に反射濃度計算用テーブルも加えて1つのテーブルにした温度補正兼校正兼反射率計算兼反射濃度計算テーブルを作成しリライタブル不揮発性メモリ133に予め書き込んでいるのでMnc、T、Sncの3個の信号を入力することにより、温度補正され且つ校正処理された、今回採取したスモークの反射率R、または反射濃度Dとして出力される。
次に図9に於いて先ほど、フィルタホルダー92側では定められた量の排気ガスを通して2番目のスモークサンプルを採取を行っているが、採取が終了すれば、先に説明したと同様の操作を行い、反射率又は反射濃度を測定する。
このようにして反射光量測定直前に照射光量をモニターし照射光量モニタ出力Mにより反射率計の、校正を行うことにより精度の高い反射率測定ができる。またこれらの操作が人の手を用いずにできるため自動化に適しており、この方法は反射率の連続測定にも適している。
また、今まで反射率計、反射濃度計の校正する場合は2枚以上の校正用反射率基準板を用いていたがこの校正用特性グラフの関係式を用いる本発明の方法を用いれば、1枚の基準板による校正でa値、b値が求められ2枚以上の校正用反射率基準板を用いた時と同等の精度の校正ができることが判る。
12、102、122、152、182、202 演算制御回路
22、112、132、162、192、212 コントローラ
13、23、103、113、123、133、153、163、183、193、203、213 リライタブル不揮発性メモリ
184、194、204、214 照射光量モニタ
105、115、125、135、185、195、205、215 温度センサ
31、81、141 グラスファイバー入射光側口金
32、82、142 フレキシブルチューブ
33、83、143 リングライト筐体
34、84、144 リングライト(環状光源)
140 遮光筒 145 モニタ用ライトガイド
146 照射光量モニタ 147 モニタ光量センサ
148 モニタ光量センサ回路 149 光量減衰用フィルタ
40 環状光源 41 被測定物台紙
42 被測定物 43 アパーチャー
44 反射光量センサ 45 反射光量センサ回路
46 3刺激値緑フィルタ 91 ロール型濾紙
92 フィルタホルダー 93 反射率濃度計
Claims (9)
- 反射率がR1、R2(R1> R2)である既知の2種類の校正用反射率基準板を用い、予めそれぞれについての照射光量Iに対応する反射光量センサ出力SとのI−S特性を測定し、関係式 S=aR+bのa,b値と変動因子との関係を把握してその因果関係であるI−a,b特性、S−a,b特性をメモリに記憶しておき、校正時にはその際の照射光量I0を検出し、その値と記憶した因果関係から2種類の校正用反射率基準板に基づく校正時の正確なa,b値を特定して関係式S=aR+b を確立し、次に被測定物の反射光量センサ出力値Sを測定し、反射率Rの式 R=S/a−b/a より、反射率Rを、また前記反射率R値を用い 濃度D=−log10R を算出するものである反射率及び反射濃度を計測する方法。
ここで、aは被測定物の反射光の検出に関する定数を、bは被測定物検出時のノイズ成分を表す。 - 前記校正時の照射光量I0検出は、前記2種類の校正用反射率基準板のいずれかを用い、その際の反射光の検出量測定によってなされる請求項1に記載の反射率及び反射濃度を計測する方法。
- 前記校正時の照射光量I0検出は、既知の反射率の被測定物の台紙または白色バッキング材を常用反射率基準板として用い、その際の反射光の検出量測定によってなされる請求項1に記載の反射率及び反射濃度を計測する方法。
- 前記校正時の照射光量I0検出は、照射光量モニタによってなされる請求項1に記載の反射率及び反射濃度を計測する方法。
- 定められた温度T0での被測定物の反射光量センサ出力値S(T0)をSとし、温度Tでの温度補正前の値S(T)をSncとし、温度を変化させSncの温度特性を測定し、S/Snc=f(T)なる温度補正式から温度補正テーブルを作成し、温度補正後の反射光量センサ出力値Sを求めるようにした請求項1乃至4のいずれかに記載の反射率及び反射濃度を計測する方法。
- 測定対象への照射とその反射光量を検出すると共に照射光量を検出する手段を備えた45/0光学系もしくは0/45光学系で構成された反射光量計と、該反射光量計に装着または外部からアクセスできる不揮発性メモリと、前記反射光量計からの信号を入力し、前記不揮発性メモリに入出力し演算制御を行うマイクロプロセッサとを具備し、
前記不揮発性メモリには反射率がR1、R2(R1> R2)である既知の2種類の校正用反射率基準板を用い、予めそれぞれについての照射光量Iに対応する反射光量センサ出力SとのI−S特性を測定し、関係式 S=aR+bのa,b値と変動因子との関係を把握してその因果関係であるI−a,b特性、S−a,b特性が記憶されており、前記マイクロプロセッサは検出した照射光量値I0と前記メモリに記憶した因果関係から前記2種類の校正用反射率基準板に基づくその時点のa,b値を特定して関係式S=aR+b を確立し、次に被測定物の反射光量センサ出力値Sを測定し、反射率Rの式 R=S/a−b/a より、反射率Rを、また前記反射率R値を用い濃度 D=−log10R を算出するものである校正機能を備えたことを特徴とする反射率及び反射濃度計測システム。
ここで、aは被測定物の反射光の検出に関する定数を、bは被測定物検出時のノイズ成分を表す。 - 測定対象への照射とその反射光量を検出すると共に照射光量を検出する手段を備えた45/0光学系もしくは0/45光学系で構成された反射光量計と、該反射光量計に装着または外部からアクセスできる不揮発性メモリと、前記反射光量計からの信号を入力し、前記反射光量計からの校正時の前記光量計信号を記憶しかつその信号を前記不揮発性メモリーに出力するとともに計測時の反射光量計の信号を前記不揮発性メモリに出力するコントローラとを具備し、
前記不揮発性メモリには反射率がR1、R2(R1> R2)である既知の2種類の校正用反射率基準板を用い、予めそれぞれについての照射光量Iに対応する反射光量センサ出力SとのI−S特性を測定し、関係式 S=aR+bのa,b値と変動因子との関係を把握してその因果関係であるI−a,b特性、S−a,b特性のテーブル及び反射率Rの式 R=S/a−b/a、濃度の式 D=−log10R に基づく反射率Rと濃度Dの計算テーブルが記憶されており、該不揮発性メモリーは校正時に記憶された信号と測定時に前記反射光量計からの反射光量センサ出力値Sを前記コントローラを通して前記不揮発性メモリに入力し、その入力に従ってテーブル出力信号の反射率R、濃度Dを不揮発性メモリから出力する機能を備えたことを特徴とする反射率及び反射濃度計測システム。
ここで、aは被測定物の反射光の検出に関する定数を、bは被測定物検出時のノイズ成分を表す。 - 前記不揮発性メモリが外部から情報を自由に入力しまた変更できるメモリーカードである請求項6又は7に記載の反射率計もしくは反射濃度計システム。
- 温度センサと前記不揮発性メモリには反射光量の温度特性情報を備え、計測時の環境温度による反射光量変動を補償する機能を備えたことを特徴とする請求項6乃至8のいずれかに記載の反射率及び反射濃度計測システム。
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