JP2015210189A - Particle measuring apparatus - Google Patents

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Atsushi Okita
篤志 沖田
建太朗 野村
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建太朗 野村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a particle measuring apparatus capable of precisely measuring grain size of fine particles.SOLUTION: A particle measuring apparatus 100 includes: a light projection element 111; a particle flow pass 33 for allowing atmospheric air containing particles to flow therethrough; a light receiving element 112 that receives scattered light of light from the light projection element 111 which is scattered by the particles in the particle flow pass 33; a flow rate sensor 116 that measures the velocity of the air in the particle flow pass 33; and a calculation unit 162 that corrects a voltage signal which is obtained by converting the current output from the light receiving element 112 based on the velocity of the air measured by the flow rate sensor 116 and calculates the grain size of the particles.

Description

本発明は、粒子測定装置に関する。   The present invention relates to a particle measuring apparatus.

光散乱式粒子測定装置は、投光素子と受光素子とを備えた光電式粒子検出センサを有する粒子測定装置であり、測定対象の気体を取り込んで投光素子の光を当該気体に照射し、その散乱光によって気体に含まれる粒子の有無及び粒径等を検出するものである。例えば、大気中に浮遊するホコリ・花粉・煙等の粒子を検出することができる。   The light scattering particle measuring device is a particle measuring device having a photoelectric particle detection sensor provided with a light projecting element and a light receiving element, takes in a gas to be measured and irradiates the light of the light projecting element to the gas, The presence / absence and particle size of particles contained in the gas are detected by the scattered light. For example, particles such as dust, pollen, and smoke floating in the atmosphere can be detected.

この種の光散乱式粒子検出センサとして、迷光の発生を低減するために、投光素子又は受光素子と対向する位置に光トラップが設けられたものが知られている(例えば特許文献1参照)。   As this type of light scattering type particle detection sensor, a sensor provided with a light trap at a position facing a light projecting element or a light receiving element is known in order to reduce the generation of stray light (see, for example, Patent Document 1). .

特開平11−248629号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-248629

近年、より粒径の小さい微粒子を検出するために粒子検出センサのさらなる高感度化が要望されており、例えば、ファンやヒータ抵抗によって気流を発生させて粒子検出センサ内に沢山の粒子を取り込むことで高感度化することが考えられている。   In recent years, there has been a demand for further enhancement of the sensitivity of particle detection sensors in order to detect fine particles having a smaller particle diameter. For example, a large amount of particles are taken into the particle detection sensor by generating an air flow using a fan or heater resistance. It is considered to increase the sensitivity.

しかしながら、単にファンやヒータ抵抗を設けただけでは粒子検出センサ内の気流速度が変化し、粒径などの測定精度にばらつきが発生する。   However, simply providing a fan or heater resistance changes the air velocity in the particle detection sensor, resulting in variations in measurement accuracy such as particle size.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、微粒子の粒径等を高精度で測定できる粒子測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a particle measuring apparatus capable of measuring the particle diameter of fine particles with high accuracy.

上記目的を達成するために、本発明に係る粒子測定装置の一態様は、投光素子と、粒子を含む大気を流す粒子流路と、前記粒子流路内の前記粒子による前記投光素子の光の散乱光を受光する受光素子と、前記粒子流路内の気流速度を計測する流速センサと、前記受光素子から出力された電流を変換して得られた電圧信号を、前記流速センサにより計測された前記気流速度に基づいて補正することにより、前記粒子の粒径を演算する信号処理部とを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an aspect of the particle measuring apparatus according to the present invention includes a light projecting element, a particle flow path for flowing an atmosphere containing particles, and the light projecting element by the particles in the particle flow path. A light receiving element that receives scattered light of light, a flow rate sensor that measures the airflow velocity in the particle flow path, and a voltage signal obtained by converting the current output from the light receiving element are measured by the flow rate sensor. And a signal processing unit that calculates the particle size of the particles by correcting based on the air flow velocity.

また、本発明に係る粒子測定装置の一態様において、前記信号処理部は、前記受光素子から出力された電流を電圧信号に変換するIV変換部と、前記電圧信号を増幅し、当該電圧信号を前記粒子に対応したパルス波形を含む電圧信号に変換する増幅部と、前記流速センサにより計測された気流速度が基準速度より速い場合、前記パルス波形を含む電圧信号のパルス幅を拡大し、前記気流速度が前記基準速度より遅い場合、前記パルス波形を含む電圧信号のパルス幅を縮小して前記電圧信号を補正することにより、前記粒子の粒径を演算する演算部とを備えてもよい。   Further, in one aspect of the particle measuring apparatus according to the present invention, the signal processing unit amplifies the voltage signal by converting the current output from the light receiving element into a voltage signal, and amplifies the voltage signal. When the air velocity measured by the flow velocity sensor is higher than a reference velocity, the amplification unit that converts the voltage signal including the pulse waveform corresponding to the particles, and the pulse width of the voltage signal including the pulse waveform is expanded, When the speed is slower than the reference speed, a calculation unit that calculates the particle size of the particles by correcting the voltage signal by reducing the pulse width of the voltage signal including the pulse waveform may be provided.

また、本発明に係る粒子測定装置の一態様において、前記演算部は、同じ粒径の粒子に対応した前記パルス波形を含む電圧信号が一定となるよう、前記気流速度に基づいて前記パルス幅を補正してもよい。   Further, in one aspect of the particle measuring apparatus according to the present invention, the calculation unit calculates the pulse width based on the air flow velocity so that a voltage signal including the pulse waveform corresponding to particles having the same particle diameter is constant. It may be corrected.

また、本発明に係る粒子測定装置の一態様において、前記信号処理部は、さらに、前記パルス波形を含む前記電圧信号をサンプリング及び量子化するAD変換部を備え、前記演算部は、前記AD変換部でデジタル変換された前記電圧信号を補正してもよい。   In the aspect of the particle measuring apparatus according to the present invention, the signal processing unit further includes an AD conversion unit that samples and quantizes the voltage signal including the pulse waveform, and the calculation unit includes the AD conversion. The voltage signal digitally converted by the unit may be corrected.

また、本発明に係る粒子測定装置の一態様において、さらに、大気の一部を加熱することにより前記粒子流路に気流を発生させる加熱部を備えてもよい。   Moreover, the aspect of the particle measuring apparatus according to the present invention may further include a heating unit that generates an air flow in the particle flow path by heating a part of the atmosphere.

また、本発明に係る粒子測定装置の一態様において、さらに、外気温を計測する温度センサと、前記温度センサにより計測された外気温及び前記流速センサにより計測された前記気流速度に基づいて、前記加熱部に流す電流を調整する電流調整部とを備えてもよい。   Further, in one aspect of the particle measuring apparatus according to the present invention, based on the temperature sensor that measures the outside air temperature, the outside air temperature measured by the temperature sensor and the air velocity measured by the flow velocity sensor, You may provide the electric current adjustment part which adjusts the electric current sent through a heating part.

また、本発明に係る粒子測定装置の一態様において、前記電流調整部は、前記粒子流路の気流速度が一定となるよう、前記加熱部に流す電流を調整してもよい。   In the aspect of the particle measuring apparatus according to the present invention, the current adjustment unit may adjust a current flowing through the heating unit so that an air velocity in the particle channel is constant.

本発明によれば、微粒子の粒径等を高精度で測定することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to measure the particle size and the like of fine particles with high accuracy.

実施の形態に係る粒子測定装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the particle | grain measuring apparatus which concerns on embodiment. 大気中に粒子が存在しない場合における粒子検出センサの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the particle | grain detection sensor in case the particle | grains do not exist in air | atmosphere. 大気中に粒径の小さい粒子が存在する場合における粒子検出センサの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the particle | grain detection sensor in case the particle | grains with a small particle diameter exist in air | atmosphere. 大気中に粒径の大きい粒子が存在する場合における粒子検出センサの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the particle | grain detection sensor in case the particle | grains with a large particle diameter exist in air | atmosphere. 受光素子で検出される光強度の時間依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the time dependence of the light intensity detected with a light receiving element. 粒径測定方法の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of a particle size measuring method. 比較例に係る粒子測定装置の課題を説明する図である。It is a figure explaining the subject of the particle measuring device concerning a comparative example. 実施の形態に係る粒子測定装置における電圧信号の補正を説明する動作フローチャートである。It is an operation | movement flowchart explaining correction | amendment of the voltage signal in the particle | grain measuring apparatus which concerns on embodiment. 実施の形態の変形例に係る粒子測定装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the particle | grain measuring apparatus which concerns on the modification of embodiment.

以下では、本発明の実施の形態に係る粒子測定装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。   Below, the particle | grain measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention is demonstrated in detail using drawing. Note that each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present invention. Therefore, the numerical values, shapes, materials, components, component arrangements, connection forms, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims showing the highest concept of the present invention are described as optional constituent elements.

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。   Each figure is a mimetic diagram and is not necessarily illustrated strictly. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the same structural member.

(実施の形態)
[1.粒子測定装置の全体構成]
まず、本発明の実施の形態に係る粒子測定装置の全体構成について説明する。
(Embodiment)
[1. Overall configuration of particle measuring apparatus]
First, the whole structure of the particle | grain measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.

図1は、実施の形態に係る粒子測定装置の構成の一例を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a particle measuring apparatus according to an embodiment.

同図に示すように、粒子測定装置100は、粒子検出センサ110、アナログ信号処理部120、及び電源部130を含むセンサモジュール150と、汎用MPU(Micro Processing Unit)160とを備え、大気に含まれる粒子の粒径を測定する。   As shown in the figure, the particle measuring apparatus 100 includes a particle detection sensor 110, an analog signal processing unit 120, a sensor module 150 including a power supply unit 130, and a general-purpose MPU (Micro Processing Unit) 160, and is included in the atmosphere. Measure the particle size.

以下、粒子測定装置100の各構成について、具体的に説明する。   Hereinafter, each structure of the particle | grain measuring apparatus 100 is demonstrated concretely.

[1−1.粒子検出センサの構成]
粒子検出センサ110は、投光素子111と受光素子112とを備える光電式センサであり、検知領域DAにおける粒子による投光素子111からの光の散乱光を受光素子112で受光することにより大気中に含まれる粒子を検出するものである。本実施の形態における粒子検出センサ110は、さらに、反射面を有する反射体114と、大気を加熱する加熱部115と、気流速度を計測する流速センサ116とを有する。
[1-1. Configuration of particle detection sensor]
The particle detection sensor 110 is a photoelectric sensor including a light projecting element 111 and a light receiving element 112, and the light receiving element 112 receives scattered light of light from the light projecting element 111 due to particles in the detection area DA. The particle | grains contained in are detected. The particle detection sensor 110 in the present embodiment further includes a reflector 114 having a reflecting surface, a heating unit 115 that heats the atmosphere, and a flow rate sensor 116 that measures an airflow velocity.

投光素子111は、所定の波長の光を発する光源(発光部)であり、例えば、LEDや半導体レーザ等の固体発光素子である。投光素子111としては、赤外光、青色光、緑色光、赤色光又は紫外光を発する発光素子を用いることができる。   The light projecting element 111 is a light source (light emitting unit) that emits light of a predetermined wavelength, and is, for example, a solid light emitting element such as an LED or a semiconductor laser. As the light projecting element 111, a light emitting element that emits infrared light, blue light, green light, red light, or ultraviolet light can be used.

なお、投光素子111の発光波長が短いほど、粒径の小さな粒子を検出しやすくなる。また、投光素子111の発光制御方式は特に限定されるものではなく、投光素子111から出射する光は、DC駆動による連続光又はパルス光等とすることができる。また、投光素子111の出力の大きさは、時間的に変化していてもよい。   In addition, it becomes easy to detect a particle | grain with a small particle size, so that the light emission wavelength of the light projection element 111 is short. The light emission control method of the light projecting element 111 is not particularly limited, and the light emitted from the light projecting element 111 can be continuous light or pulsed light by DC driving. Moreover, the magnitude | size of the output of the light projection element 111 may be changing temporally.

受光素子112は、光を受ける受光部であり、例えば、フォトダイオード、フォトICダイオード、フォトトランジスタ、又は、光電子倍増管等、光を受けて電気信号に変換する素子(光検出器)である。具体的には、受光素子112は、電気信号として電流信号を生成する。つまり、受光素子112は、受光した光強度に応じた電流信号を出力する。   The light receiving element 112 is a light receiving unit that receives light, and is an element (photodetector) that receives light and converts it into an electrical signal, such as a photodiode, a photo IC diode, a phototransistor, or a photomultiplier tube. Specifically, the light receiving element 112 generates a current signal as an electrical signal. That is, the light receiving element 112 outputs a current signal corresponding to the received light intensity.

これら投光素子111及び受光素子112は、電源部130から供給された電源によって動作する。   The light projecting element 111 and the light receiving element 112 are operated by the power supplied from the power supply unit 130.

図1に示すように、投光素子111及び受光素子112は、筐体113内に配置される。筐体113は、投光素子111及び受光素子112を保持する。本実施の形態において、投光素子111及び受光素子112は、それぞれの光軸を交差させる形で筐体113内に配置されている。   As shown in FIG. 1, the light projecting element 111 and the light receiving element 112 are arranged in a housing 113. The housing 113 holds the light projecting element 111 and the light receiving element 112. In the present embodiment, the light projecting element 111 and the light receiving element 112 are arranged in the housing 113 so that their optical axes intersect each other.

筐体113には、粒子を含む大気(気体)が流れる筒状の空間領域である粒子流路33が設けられている。   The casing 113 is provided with a particle flow path 33 that is a cylindrical space region through which air (gas) containing particles flows.

検知領域DAは、測定対象の気体に含まれる粒子(エアロゾル)を検知するための領域であるエアロゾル検知領域(エアロゾル測定部)であり、投光素子111の光が投光される空間領域と投光素子111の光が粒子に当たって発生した散乱光を受光素子112に導くための空間領域とが重なる空間領域である。また、検知領域DAは、粒子流路33内に存在するように配置されており、測定対象の気体は、粒子流路33を通って検知領域DAに導かれる。   The detection area DA is an aerosol detection area (aerosol measurement unit) that is an area for detecting particles (aerosol) contained in the gas to be measured. The detection area DA is projected with a space area where light from the light projecting element 111 is projected. This is a spatial region that overlaps the spatial region for guiding the scattered light generated when the light of the optical device 111 hits the particles to the light receiving device 112. Further, the detection area DA is arranged so as to exist in the particle flow path 33, and the gas to be measured is guided to the detection area DA through the particle flow path 33.

なお、本実施の形態において、粒子流路33の流路方向(測定対象の気体が流れる方向)は、図1の紙面上下方向としているが、図1の紙面垂直方向としてもよい。つまり、本実施の形態では、粒子流路33の流路軸は、投光素子111及び受光素子112の各光軸が通る平面上に存在するように配置されているが、当該平面と直交するように配置されていてもよい。   In the present embodiment, the flow channel direction of the particle flow channel 33 (the direction in which the gas to be measured flows) is the vertical direction on the paper surface of FIG. 1, but may be the vertical direction on the paper surface of FIG. That is, in the present embodiment, the flow path axis of the particle flow path 33 is arranged so as to exist on a plane through which each optical axis of the light projecting element 111 and the light receiving element 112 passes, but is orthogonal to the plane. It may be arranged as follows.

反射体114(反射板)は、検知領域DAにおける粒子による投光素子111の光の散乱光を反射して当該散乱光を受光素子112に導く反射部材である。本実施の形態において、反射体114は、粒子の散乱光を反射して受光素子112に集光させている。より具体的には、反射体114は、粒子の散乱光を受光素子112に向けて反射している。   The reflector 114 (reflecting plate) is a reflecting member that reflects scattered light of the light projecting element 111 due to particles in the detection area DA and guides the scattered light to the light receiving element 112. In the present embodiment, the reflector 114 reflects the scattered light of the particles and collects it on the light receiving element 112. More specifically, the reflector 114 reflects the scattered light of the particles toward the light receiving element 112.

図1に示すように、本実施の形態では、反射体114は、受光領域32に設けられている。具体的には、反射体114は、受光領域32における筐体113の内面に沿って設けられた集光ミラーであり、反射面である内面が曲面となっている。図1に示すように、反射体114の内面は、回転楕円体の回転面の一部である。つまり、反射体114は、内面(反射面)の形状が回転楕円面の一部の形状をなす楕円ミラーであり、反射体114の内面の断面形状は楕円の一部である。   As shown in FIG. 1, the reflector 114 is provided in the light receiving region 32 in the present embodiment. Specifically, the reflector 114 is a condensing mirror provided along the inner surface of the housing 113 in the light receiving region 32, and the inner surface which is a reflecting surface is a curved surface. As shown in FIG. 1, the inner surface of the reflector 114 is a part of the rotation surface of the spheroid. That is, the reflector 114 is an elliptical mirror in which the shape of the inner surface (reflective surface) forms a part of the spheroid, and the cross-sectional shape of the inner surface of the reflector 114 is a part of the ellipse.

反射体114としては、ベース部材の表面そのものが反射面となるようにベース部材そのものが金属等の反射材料で形成されてもよいし、樹脂や金属のベース部材の表面に反射面となる反射膜が形成されてもよい。   As the reflector 114, the base member itself may be made of a reflective material such as metal so that the surface of the base member itself becomes a reflective surface, or a reflective film that becomes a reflective surface on the surface of a resin or metal base member May be formed.

反射膜としては、アルミニウム、金、銀や銅等の金属反射膜、鏡面反射膜、又は、誘電体多層膜等を用いることができる。反射膜としては、吸収率が小さく、高い反射率を有するものがよい。また、反射膜として、蒸着等で形成したアルミニウム膜の表面に当該アルミニウム膜よりも薄い薄膜を積層したものを用いてもよい。アルミニウム膜に積層する薄膜としては、例えば、MgF膜、SiO膜、SiO膜、AlN膜、アルミナ膜、又は、増反射膜等が用いられる。このように、アルミニウム膜にこれらの薄膜を積層することによって、アルミニウム膜の劣化(腐食等)を抑制したり光増幅による光学特性を向上させたりすることができる。 As the reflection film, a metal reflection film such as aluminum, gold, silver or copper, a mirror reflection film, a dielectric multilayer film, or the like can be used. As the reflective film, a film having a low absorptance and a high reflectance is preferable. Moreover, you may use as a reflecting film what laminated | stacked the thin film thinner than the said aluminum film on the surface of the aluminum film formed by vapor deposition. As the thin film laminated on the aluminum film, for example, an MgF film, a SiO 2 film, a SiO film, an AlN film, an alumina film, an enhanced reflection film, or the like is used. Thus, by laminating these thin films on the aluminum film, it is possible to suppress deterioration (corrosion and the like) of the aluminum film and improve optical characteristics by optical amplification.

加熱部115は、粒子を含む大気を検知領域DAに導入するために大気を加熱するものであり、粒子流路内に流れる気体の流れを促進させるための気流を発生させる気流発生装置として機能する。具体的には、加熱部115は、例えば、ヒータ抵抗等の抵抗素子であり、本実施の形態では、粒子流路の入口付近に配置されている。   The heating unit 115 heats the atmosphere in order to introduce the atmosphere containing particles into the detection area DA, and functions as an airflow generation device that generates an airflow for promoting the flow of the gas flowing in the particle flow path. . Specifically, the heating unit 115 is, for example, a resistance element such as a heater resistor, and is disposed in the vicinity of the inlet of the particle channel in the present embodiment.

例えば、加熱部115がヒータ抵抗である場合、ヒータ抵抗に電流が流れると、ヒータ抵抗が加熱される。これにより、ヒータ抵抗の周囲の大気は、加熱されて密度が小さくなり、重力と逆方向の上方向に移動する。つまり、加熱部115によって粒子流路の入口付近の大気を加熱すると、上方向の気流(上昇気流)を発生させることができる。なお、ヒータ抵抗の温度は、供給電流が大きいほど高くなる。また、上昇気流の速度は、加熱部115が設置された粒子流路の入口付近である下方と粒子流路の出口付近であるの上方との温度差が大きいほど速くなる。   For example, when the heating unit 115 is a heater resistor, the heater resistor is heated when a current flows through the heater resistor. As a result, the atmosphere around the heater resistor is heated to decrease the density, and moves upward in the direction opposite to gravity. That is, when the heating unit 115 heats the atmosphere near the inlet of the particle flow path, an upward air flow (upward air flow) can be generated. Note that the temperature of the heater resistance increases as the supply current increases. Further, the speed of the rising air flow increases as the temperature difference between the lower portion near the inlet of the particle passage where the heating unit 115 is installed and the upper portion near the outlet of the particle passage is larger.

このように、加熱部115によって粒子流路付近の大気の一部を加熱することによって、筐体113(粒子流路)内に測定対象の気体(大気)を容易に引き込むことができる。これにより、加熱部115を設けない場合と比べて、粒子検出センサ110内に多くの粒子を取り込むことができる。したがって、粒子流路に含まれる検知領域DAにおける単位体積あたりの粒子の量を大きくすることができるので、感度を高くすることができる。   In this way, by heating a part of the atmosphere near the particle flow path by the heating unit 115, the gas (atmosphere) to be measured can be easily drawn into the housing 113 (particle flow path). Thereby, compared with the case where the heating part 115 is not provided, many particles can be taken into the particle detection sensor 110. Therefore, since the amount of particles per unit volume in the detection area DA included in the particle flow path can be increased, the sensitivity can be increased.

また、加熱部115は、上昇気流を発生させるので、図1に示すように、粒子流路33の下方部分に設置するとよい。なお、加熱部115が動作していない状態でも、大気は粒子流路内を通過することができる。つまり、加熱部115が動作していない場合でも、大気中に含まれる粒子を検出することは可能である。   Further, since the heating unit 115 generates an upward air flow, it is preferable to install the heating unit 115 in a lower portion of the particle channel 33 as shown in FIG. Even when the heating unit 115 is not operating, the atmosphere can pass through the particle flow path. That is, even when the heating unit 115 is not operating, it is possible to detect particles contained in the atmosphere.

流速センサ116は、粒子流路33内の気流速度を測定するセンサであり、粒子流路33内に設置されている。具体的には、流速センサ116は、例えば、粒子流路33内であって検知領域DA外に設置され、粒子流路33内の上昇気流の速度を計測し、計測データを演算部162へ出力する。   The flow velocity sensor 116 is a sensor that measures the airflow velocity in the particle channel 33 and is installed in the particle channel 33. Specifically, for example, the flow velocity sensor 116 is installed inside the particle channel 33 and outside the detection area DA, measures the velocity of the rising air flow in the particle channel 33, and outputs the measurement data to the calculation unit 162. To do.

[1−2.粒子検出センサの動作]
次に、本実施の形態における粒子検出センサ110の動作について、図2A、図2B、図2C及び図3を用いて説明する。
[1-2. Operation of particle detection sensor]
Next, the operation of the particle detection sensor 110 in this embodiment will be described with reference to FIGS. 2A, 2B, 2C, and 3. FIG.

図2A〜図2Cは、それぞれ、大気中に粒子が存在しない場合、大気中に粒径の小さい粒子が存在する場合及び大気中に粒径の大きい粒子が存在する場合における粒子検出センサの動作を説明するための断面図である。また、図3は、図2A〜図2Cに示す状態において受光素子112で検出される光強度のパルス波形を示すグラフである。   2A to 2C show the operation of the particle detection sensor when there are no particles in the atmosphere, when particles with a small particle diameter exist in the atmosphere, and when particles with a large particle diameter exist in the atmosphere, respectively. It is sectional drawing for demonstrating. FIG. 3 is a graph showing a pulse waveform of the light intensity detected by the light receiving element 112 in the state shown in FIGS. 2A to 2C.

加熱部115を動作させて粒子流路に気流を発生させると、大気導入孔35から粒子検出センサ110内に大気が引き込まれ、当該大気は、粒子流路を経由して検知領域DAに導かれる。   When the heating unit 115 is operated to generate an air flow in the particle flow path, the air is drawn into the particle detection sensor 110 from the air introduction hole 35, and the air is guided to the detection area DA via the particle flow path. .

この場合、図2Aに示すように、粒子検出センサ110内に導入された大気に粒子(エアロゾル)が存在しない場合、つまり、検知領域DAに粒子が流入しない場合は、投光素子111から出射した光は検知領域DAを通過してそのまま直進するので、粒子による散乱光が発生しない。したがって、この場合、基本的には受光素子112の反応がないので、粒子検出センサ110内に導入された大気中に粒子が存在しないことが分かる。   In this case, as shown in FIG. 2A, when there is no particle (aerosol) in the atmosphere introduced into the particle detection sensor 110, that is, when the particle does not flow into the detection area DA, the light is emitted from the light projecting element 111. Since the light passes straight through the detection area DA, light scattered by particles is not generated. Therefore, in this case, basically, there is no reaction of the light receiving element 112, so that it can be seen that there are no particles in the atmosphere introduced into the particle detection sensor 110.

なお、この場合、検知領域DAを通過して直進した光が筐体113の中で反射して迷光となって受光素子112に入射する場合がある。しかしながら、この場合、受光素子112で検出される光強度は、検知領域DAに粒子が存在する場合と比べて小さい。したがって、粒子検出センサ110内に導入された大気中に粒子が存在しないことが分かる。   In this case, light traveling straight through the detection area DA may be reflected in the housing 113 and enter the light receiving element 112 as stray light. However, in this case, the light intensity detected by the light receiving element 112 is smaller than when the particles are present in the detection area DA. Therefore, it can be seen that there are no particles in the atmosphere introduced into the particle detection sensor 110.

また、図2Bに示すように、粒子検出センサ110内に導入した大気に粒径の小さい粒子(エアロゾル)P1が存在する場合、つまり、検知領域DAに粒径の小さい粒子P1が流入した場合は、投光素子111の光は検知領域DAに存在する粒子P1に当たって散乱し、当該散乱光は直接又は反射体114で反射して受光素子112に入射する。   In addition, as shown in FIG. 2B, when there is a particle (aerosol) P1 having a small particle size in the atmosphere introduced into the particle detection sensor 110, that is, when a particle P1 having a small particle size flows into the detection area DA. The light of the light projecting element 111 strikes the particle P1 existing in the detection area DA and is scattered, and the scattered light is reflected directly or by the reflector 114 and enters the light receiving element 112.

具体的には、この場合、図3中の「粒径:小」で示すような光強度を持つ散乱光が受光素子112に入射する。ここで、上述したように、受光素子112は、受光した光強度に応じた電流信号を出力する。よって、この場合、受光素子112から出力される電流信号は比較的小さくなる。これにより、粒子検出センサ110内に導入した大気中には粒径の小さい粒子が存在することが分かる。   Specifically, in this case, scattered light having a light intensity as indicated by “particle size: small” in FIG. Here, as described above, the light receiving element 112 outputs a current signal corresponding to the received light intensity. Therefore, in this case, the current signal output from the light receiving element 112 is relatively small. Thereby, it can be seen that particles having a small particle diameter exist in the atmosphere introduced into the particle detection sensor 110.

また、図2Cに示すように、粒子検出センサ110内に導入した大気に粒径の大きい粒子(エアロゾル)P2が存在する場合、つまり、検知領域DAに粒径の大きい粒子P2が流入した場合も、投光素子111の光は検知領域DAに存在する粒子P2に当たって散乱し、当該散乱光は直接又は反射体114で反射して受光素子112に入射する。   In addition, as shown in FIG. 2C, when particles (aerosol) P2 having a large particle size exist in the atmosphere introduced into the particle detection sensor 110, that is, when particles P2 having a large particle size flow into the detection area DA. The light of the light projecting element 111 strikes the particles P2 existing in the detection area DA and is scattered, and the scattered light is reflected directly or by the reflector 114 and enters the light receiving element 112.

具体的には、この場合、図3中の「粒径:大」で示すような光強度を持つ散乱光が受光素子112に入射する。よって、この場合、受光素子112から出力される電流信号は比較的大きくなる。これにより、粒子検出センサ110内に導入した大気中には粒径の大きい粒子P2が存在することが分かる。   Specifically, in this case, scattered light having a light intensity as indicated by “particle size: large” in FIG. Therefore, in this case, the current signal output from the light receiving element 112 is relatively large. Thus, it can be seen that particles P2 having a large particle size exist in the atmosphere introduced into the particle detection sensor 110.

このように、粒子検出センサ110は、当該粒子検出センサ110内に導入された大気に粒子が含まれるか否か(粒子の有無)を検知することができる。つまり、大気中の粒子を検出することができる。また、当該大気に粒子が含まれる場合、当該粒子の粒径に応じた電流信号を出力する。   In this way, the particle detection sensor 110 can detect whether or not particles are included in the atmosphere introduced into the particle detection sensor 110 (the presence or absence of particles). That is, particles in the atmosphere can be detected. Further, when particles are included in the atmosphere, a current signal corresponding to the particle size of the particles is output.

[1−3.アナログ信号処理部の構成]
アナログ信号処理部120は、粒子検出センサ110から出力された電流信号に対して各種の信号処理を施すことにより、当該電流信号に基づくアナログ電圧信号を出力する。ここで、各種の信号処理とは、例えば、電流(I)を電圧(V)に変換するI/V変換、入力された信号の所望の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタ処理、及び、入力された信号を増幅して出力する増幅処理である。
[1-3. Configuration of analog signal processor]
The analog signal processing unit 120 performs various signal processing on the current signal output from the particle detection sensor 110 to output an analog voltage signal based on the current signal. Here, various signal processing includes, for example, I / V conversion for converting current (I) into voltage (V), bandpass filter processing for passing a desired frequency band of an input signal, and input. Amplification processing for amplifying and outputting the received signal.

なお、アナログ信号処理部120は、ここに例示した各処理に限らず、さらに他の信号処理(例えば、ハイパスフィルタ処理、ローパスフィルタ処理、及び、減衰処理等)を行うものであってもよい。   The analog signal processing unit 120 is not limited to the processes exemplified here, and may perform other signal processing (for example, high-pass filter processing, low-pass filter processing, attenuation processing, and the like).

このアナログ信号処理部120は、図1に示すように、IV変換部121と、増幅部122とを含む。   As illustrated in FIG. 1, the analog signal processing unit 120 includes an IV conversion unit 121 and an amplification unit 122.

[1−3−1.IV変換部]
IV変換部121は、受光素子112から出力された電流を電圧に変換(IV変換)する。つまり、IV変換部121は、粒子検出センサ110から出力された電流信号を電圧信号に変換する。このように電圧信号に変換することにより、IV変換部121の後段に接続された増幅部122の設計が容易になる。
[1-3-1. IV conversion unit]
The IV converter 121 converts the current output from the light receiving element 112 into a voltage (IV conversion). That is, the IV conversion unit 121 converts the current signal output from the particle detection sensor 110 into a voltage signal. By converting the voltage signal in this way, the design of the amplifying unit 122 connected to the subsequent stage of the IV converting unit 121 is facilitated.

[1−3−2.増幅部]
増幅部122は、IV変換部121で変換された電圧信号の所定の帯域を増幅する。具体的には、当該電圧信号に含まれる周波数成分のうち所定の帯域の周波数成分を、他の帯域の周波数成分よりも高い増幅率で増幅する。ここで、所定の帯域とは、例えば、粒子検出センサ110の粒子流路33内に流れる大気の流速v1に対応する周波数f1を中心周波数、帯域幅をfbwとする帯域である。なお、fbwは所定の周波数であってもよいし、電圧信号のノイズフロアに応じて適宜調整される周波数であってもよい。言い換えれば、増幅部122は、IV変換部121で変換された電圧信号を増幅し、粒子に対応したパルス波形を含む電圧信号に変換する。
[1-3-2. Amplification unit]
The amplification unit 122 amplifies a predetermined band of the voltage signal converted by the IV conversion unit 121. Specifically, a frequency component in a predetermined band among frequency components included in the voltage signal is amplified with a higher amplification factor than frequency components in other bands. Here, the predetermined band is, for example, a band where the frequency f1 corresponding to the flow velocity v1 of the atmosphere flowing in the particle flow path 33 of the particle detection sensor 110 is the center frequency and the bandwidth is fbw. Note that fbw may be a predetermined frequency or a frequency that is appropriately adjusted according to the noise floor of the voltage signal. In other words, the amplification unit 122 amplifies the voltage signal converted by the IV conversion unit 121 and converts it to a voltage signal including a pulse waveform corresponding to the particle.

この増幅部122は、例えば、図1に示すように、IV変換部121から出力された電圧信号に含まれる周波数成分のうち所定の帯域の周波数成分を通過するバンドパスフィルタ122aと、バンドパスフィルタ122aを通過した周波数成分からなる信号を増幅する増幅器122bとを含む。なお、バンドパスフィルタ122a及び増幅器122bの接続順はこれに限らず、増幅器122bがバンドパスフィルタ122aよりも前段に設けられていてもよい。   For example, as illustrated in FIG. 1, the amplifying unit 122 includes a band-pass filter 122 a that passes a frequency component in a predetermined band among frequency components included in the voltage signal output from the IV conversion unit 121, and a band-pass filter. And an amplifier 122b that amplifies a signal composed of frequency components that have passed through 122a. Note that the connection order of the bandpass filter 122a and the amplifier 122b is not limited to this, and the amplifier 122b may be provided upstream of the bandpass filter 122a.

このような構成により、アナログ信号処理部120は、粒子検出センサ110から出力された電流信号に基づく電圧信号を出力する。   With such a configuration, the analog signal processing unit 120 outputs a voltage signal based on the current signal output from the particle detection sensor 110.

[1−4.電源部]
電源部130は、センサモジュール150が備える構成のうち、当該電源部130以外の各構成(粒子検出センサ110及びアナログ信号処理部120)に対して、電源を供給する。この電源部130は、例えば、センサモジュール150の外部から供給された電圧を所望の電圧に変換するレギュレータ等を含む。
[1-4. Power supply part]
The power supply unit 130 supplies power to the components (particle detection sensor 110 and analog signal processing unit 120) other than the power supply unit 130 among the configurations included in the sensor module 150. The power supply unit 130 includes, for example, a regulator that converts a voltage supplied from the outside of the sensor module 150 into a desired voltage.

[2.汎用MPUの構成]
汎用MPU160は、アナログ信号処理部120から出力された電圧信号を、流速センサ116により計測された気流速度に基づいて補正することにより、粒子検出センサ110の粒子流路内に流れる大気に含まれる粒子の粒径を算出する。つまり、アナログ信号処理部120と汎用MPU160とは、受光素子112から出力された電流を変換して得られた電圧信号を、流速センサ116により計測された気流速度に基づいて補正することにより、粒径を演算する信号処理部である。この汎用MPU160は、例えば、集積回路であるシステムLSIにより実現され、以下で説明する構成毎に個別に1チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように1チップ化されてもよい。
[2. General-purpose MPU configuration]
The general-purpose MPU 160 corrects the voltage signal output from the analog signal processing unit 120 based on the airflow velocity measured by the flow velocity sensor 116, so that the particles included in the atmosphere flowing in the particle flow path of the particle detection sensor 110. The particle size is calculated. That is, the analog signal processing unit 120 and the general-purpose MPU 160 correct the voltage signal obtained by converting the current output from the light receiving element 112 on the basis of the airflow velocity measured by the flow velocity sensor 116, thereby It is a signal processing unit that calculates the diameter. This general-purpose MPU 160 is realized by, for example, a system LSI that is an integrated circuit, and may be individually made into one chip for each configuration described below, or may be made into one chip so as to include some or all of them. .

また、汎用MPU160は、システムLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後にプログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)、又はLSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。   The general-purpose MPU 160 is not limited to the system LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor. An FPGA (Field Programmable Gate Array) that can be programmed after manufacturing the LSI or a reconfigurable processor that can reconfigure the connection and setting of circuit cells inside the LSI may be used.

このような汎用MPU160は、図1に示すように、AD変換部161と演算部162とを有する。演算部162は、AD変換部161で生成されたデジタルデータを用いて、粒子検出センサ110の粒子流路内に流れる大気に含まれる粒子についての種々の分析を行うことができる。この種々の分析とは、例えば、当該粒子の粒径の算出、又は、当該粒子の同定等である。   Such a general-purpose MPU 160 includes an AD conversion unit 161 and a calculation unit 162, as shown in FIG. The calculation unit 162 can perform various analyzes on particles contained in the atmosphere flowing in the particle flow path of the particle detection sensor 110 using the digital data generated by the AD conversion unit 161. The various analyzes include, for example, calculation of the particle diameter of the particle or identification of the particle.

なお、本実施の形態に係る粒子測定装置100において、AD変換部161は必須の構成要素ではなく、演算部162は、増幅部122から出力されたアナログデータを用いて粒子の粒径等を算出してもよい。以下、汎用MPU160の各構成について説明する。   Note that in the particle measuring apparatus 100 according to the present embodiment, the AD conversion unit 161 is not an essential component, and the calculation unit 162 calculates the particle size and the like of the particles using the analog data output from the amplification unit 122. May be. Hereinafter, each configuration of the general-purpose MPU 160 will be described.

[2−1.AD変換部]
AD変換部161は、増幅部122で増幅された電圧信号をサンプリング(標本化)及び量子化する。言い換えると、当該AD変換部161は、アナログ信号処理部120から出力されたアナログの電圧信号をAD(Analog to Digital)変換することにより、当該電圧信号に対応する時系列のデジタルデータを生成する。つまり、AD変換部161は、粒子検出センサ110から出力された電流信号に基づく時系列のデジタルデータを生成する。
[2-1. AD converter]
The AD conversion unit 161 samples (samples) and quantizes the voltage signal amplified by the amplification unit 122. In other words, the AD converter 161 generates time-series digital data corresponding to the voltage signal by performing AD (Analog to Digital) conversion on the analog voltage signal output from the analog signal processor 120. That is, the AD conversion unit 161 generates time-series digital data based on the current signal output from the particle detection sensor 110.

具体的には、AD変換部161は、汎用MPU160に予め組み込まれたAD変換モジュールであり、当該汎用MPU160のアナログ入力端子に入力された電圧信号をデジタル信号に変換する。例えば、AD変換部161は、汎用MPU160においてアナログ入力用に配置された端子に入力された0.0〜5.0Vの範囲の電圧信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングし、サンプリングされた電圧信号の電圧を10ビットのデジタル値に変換する。   Specifically, the AD conversion unit 161 is an AD conversion module incorporated in advance in the general-purpose MPU 160, and converts a voltage signal input to an analog input terminal of the general-purpose MPU 160 into a digital signal. For example, the AD conversion unit 161 samples a voltage signal in a range of 0.0 to 5.0 V input to a terminal arranged for analog input in the general-purpose MPU 160 at a predetermined sampling period, and the sampled voltage signal Is converted to a 10-bit digital value.

なお、汎用MPU160のアナログ入力端子に入力される電圧の範囲は、上記例に限らず、例えば、当該入力される電圧の最大値は、汎用MPU160の外部から指定される電圧(例えば3.3V)であってもよい。また、AD変換部161で生成されるデジタル値のビット数は、上記例に限らず、例えば8ビットであっても12ビットであってもよい。   The range of the voltage input to the analog input terminal of the general-purpose MPU 160 is not limited to the above example. For example, the maximum value of the input voltage is a voltage specified from the outside of the general-purpose MPU 160 (eg, 3.3 V). It may be. The number of bits of the digital value generated by the AD conversion unit 161 is not limited to the above example, and may be 8 bits or 12 bits, for example.

[2−2.演算部]
演算部162は、AD変換部161で生成されたデジタルデータを用いて、粒子検出センサ110の粒子流路33内に流れる大気に含まれる粒子の粒径を算出する。ここで、演算部162は、上記粒径を算出するにあたり、AD変換部161で生成されたデジタルデータ、または、増幅部122から出力されたアナログデータを、流速センサ116により計測された気流速度に基づいて補正することにより、粒子の粒径を算出する。
[2-2. Calculation unit]
The calculation unit 162 calculates the particle size of particles contained in the atmosphere flowing in the particle flow path 33 of the particle detection sensor 110 using the digital data generated by the AD conversion unit 161. Here, in calculating the particle size, the calculation unit 162 converts the digital data generated by the AD conversion unit 161 or the analog data output from the amplification unit 122 into the airflow velocity measured by the flow rate sensor 116. Based on the correction, the particle size of the particles is calculated.

ここで、演算部162による粒子の粒径の算出処理について説明する。   Here, the calculation process of the particle diameter of the particle | grains by the calculating part 162 is demonstrated.

上述したように、粒子検出センサ110から出力される電流信号は、粒子検出センサ110の粒子流路33内に流れる大気に含まれる粒子の粒径に応じた信号である。よって、AD変換部161から演算部162に入力されるデジタルデータも粒子の粒径に応じた大きさとなる。具体的には、電流信号は、当該粒子の粒径が大きいほど大きくなるので、デジタルデータも、当該粒子の粒径が大きいほど大きくなる。   As described above, the current signal output from the particle detection sensor 110 is a signal corresponding to the particle size of particles contained in the atmosphere flowing in the particle flow path 33 of the particle detection sensor 110. Therefore, the digital data input from the AD conversion unit 161 to the calculation unit 162 also has a size corresponding to the particle size of the particles. Specifically, since the current signal increases as the particle size of the particle increases, the digital data also increases as the particle size of the particle increases.

したがって、演算部162は、時系列のデジタルデータのピークを検出し、検出したピークの値を用いて当該粒子の粒径を算出する。つまり、演算部162は、AD変換部161によるサンプリング及び量子化された電圧信号である時系列のデジタルデータを用いて、当該デジタルデータのピーク値を求め、求めたピーク値を用いて粒子の粒径を演算する。   Therefore, the arithmetic unit 162 detects the peak of the time-series digital data, and calculates the particle size of the particle using the detected peak value. That is, the arithmetic unit 162 obtains the peak value of the digital data using the time-series digital data that is the voltage signal sampled and quantized by the AD converter 161, and uses the obtained peak value to determine the particle size of the particles. Calculate the diameter.

また、粒子検出センサ110から出力される電流信号のピークの1つ1つ、つまり、粒子による散乱光の光強度のピーク1つ1つは、粒子の1つ1つに対応する。よって、演算部162は、粒子検出センサ110内に導入された大気の中の粒子の個数(量)も算出することができる。   Further, each of the peaks of the current signal output from the particle detection sensor 110, that is, each peak of the light intensity of the scattered light by the particles corresponds to each of the particles. Therefore, the calculation unit 162 can also calculate the number (amount) of particles in the atmosphere introduced into the particle detection sensor 110.

また、演算部162は、上述したデジタルデータのピークを検出する演算(ピークサーチ)を、常時行っていてもよいし、所定の条件を満たしている場合のみに行っていてもよい。   In addition, the calculation unit 162 may always perform the above-described calculation (peak search) for detecting the peak of the digital data or only when a predetermined condition is satisfied.

例えば、演算部162は、粒子の粒径を算出するための複数の閾値(例えば、10段階の閾値Vth1〜Vth10)を有し、AD変換部161で生成されたデジタルデータが当該複数の閾値のうち最低の閾値(例えば、Vth1)より大きい場合に、ピークサーチを行ってもよい。言い換えると、演算部162は、当該デジタルデータが最低の閾値を超えた場合に、ピークサーチを開始してもよい。   For example, the calculation unit 162 has a plurality of threshold values (for example, ten levels of threshold values Vth1 to Vth10) for calculating the particle size of the particles, and the digital data generated by the AD conversion unit 161 has the plurality of threshold values. A peak search may be performed when it is larger than the lowest threshold (for example, Vth1). In other words, the arithmetic unit 162 may start the peak search when the digital data exceeds the minimum threshold value.

このように、演算部162は、所定の条件を満たしている場合のみにピークサーチを行うことにより、常時ピークサーチを行う場合と比較して、演算量(処理量)を低減することができる。つまり、汎用MPU160として高性能なデバイスを用いることなく、粒子の粒径を算出することができる。   As described above, the calculation unit 162 can reduce the calculation amount (processing amount) by performing the peak search only when a predetermined condition is satisfied, as compared with the case of performing the constant peak search. That is, the particle size of the particles can be calculated without using a high-performance device as the general-purpose MPU 160.

ここで、粒子の粒径を算出するための複数の閾値のうち最低の閾値は、AD変換部161に入力された電圧信号のノイズフロアに対応するデジタル値より大きい値であってもよい。   Here, the lowest threshold value among the plurality of threshold values for calculating the particle size of the particles may be a value larger than a digital value corresponding to the noise floor of the voltage signal input to the AD conversion unit 161.

これにより、演算部162がノイズのピークを算出することにより生じる各種の誤検知を低減できる。なお、各種の誤検知とは、例えば、粒子の粒径の誤検知、及び、粒子の個数の誤検知等である。   Thereby, the various misdetections which arise when the calculating part 162 calculates the peak of a noise can be reduced. Note that various misdetections include, for example, misdetection of the particle diameter of particles and misdetection of the number of particles.

また、演算部162は、前述したように、増幅部122から出力されたアナログデータを用いて粒子の粒径等を算出してもよい。   Further, as described above, the calculation unit 162 may calculate the particle size of the particles using the analog data output from the amplification unit 122.

図4は、粒径測定方法の一例を説明する図である。同図では、演算部162がアナログデータを用いて粒径を測定する方法を示している。この場合、汎用MPUは、例えば、コンパレータを有する。コンパレータは、アナログ信号処理部120から出力された電圧信号と所定の閾値電圧Vthとを比較し、電圧信号の電圧が閾値電圧Vth以下の場合にハイレベル電圧を出力する。一方、コンパレータは、電圧信号の電圧が閾値電圧Vthより大きい場合にローレベル電圧を出力する。   FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a particle size measuring method. In the figure, a method is shown in which the calculation unit 162 measures the particle size using analog data. In this case, the general-purpose MPU has, for example, a comparator. The comparator compares the voltage signal output from the analog signal processing unit 120 with a predetermined threshold voltage Vth, and outputs a high level voltage when the voltage of the voltage signal is equal to or lower than the threshold voltage Vth. On the other hand, the comparator outputs a low level voltage when the voltage of the voltage signal is larger than the threshold voltage Vth.

例えば、図2Bに示すような粒径の小さな粒子P1が検知領域DAにある場合、電圧信号は図4の(a)の「粒径:小」で示すようなグラフになる。また、図2Cに示すような粒径の大きな粒子P2が検知領域DAにある場合、電圧信号は図4の(a)の「粒径:大」で示すようなグラフになる。このとき、コンパレータの出力がローレベル電圧となっている期間は、粒径の小さな粒子P1が検知領域DAにある場合(期間Pa)より粒径の大きな粒子P2が検知領域DAにある場合(期間Pb)のほうが長くなる。   For example, when a particle P1 having a small particle size as shown in FIG. 2B is in the detection area DA, the voltage signal is a graph as shown by “particle size: small” in FIG. Further, when the particle P2 having a large particle size as shown in FIG. 2C is in the detection area DA, the voltage signal becomes a graph as shown by “particle size: large” in FIG. At this time, the period during which the output of the comparator is at the low level voltage is when the particle P2 having a larger particle diameter is in the detection area DA than when the particle P1 having a smaller particle diameter is in the detection area DA (period Pa) (period). Pb) is longer.

よって、コンパレータの出力がローレベル電圧となっている期間は、検知領域DAに位置する粒子の粒径が大きくなるほど長くなる。   Therefore, the period during which the output of the comparator is at the low level voltage becomes longer as the particle size of the particles located in the detection area DA becomes larger.

したがって、アナログデータから上記期間を算出することにより、検知領域DAに存在する粒子の粒径を推定できる。つまり、演算部162は、増幅部122で変換された電圧信号に対応した信号のパルス幅を求めることにより、粒子の粒径を演算する。   Therefore, by calculating the period from the analog data, the particle size of the particles existing in the detection area DA can be estimated. That is, the calculation unit 162 calculates the particle size of the particles by obtaining the pulse width of the signal corresponding to the voltage signal converted by the amplification unit 122.

図5は、比較例に係る粒子測定装置の課題を説明する図である。より具体的には、図5の(a)には、気体の流速が小さい(気体が遅い)場合の粒子検出センサ110の状態が模式的に示されている。また、図5の(b)には、気体の流速が大きい(気体が速い)場合の粒子検出センサ110の状態が模式的に示されている。また、図5の(c)には、(a)及び(b)に示した状態において、アナログ信号処理部120から出力された電圧信号が示されている。なお、図5の(a)及び(b)では、同じ粒径を有する粒子による散乱光の状態が示されている。   FIG. 5 is a diagram for explaining the problem of the particle measuring apparatus according to the comparative example. More specifically, FIG. 5A schematically shows the state of the particle detection sensor 110 when the gas flow rate is small (gas is slow). FIG. 5B schematically shows the state of the particle detection sensor 110 when the gas flow rate is large (the gas is fast). FIG. 5C shows a voltage signal output from the analog signal processing unit 120 in the state shown in FIGS. FIGS. 5A and 5B show the state of scattered light by particles having the same particle diameter.

同図の(a)に示すように、粒子検出センサ110内に導入した気体の流速が小さい場合、粒子P3からの散乱光が受光素子112で受光される期間が長くなる。   As shown to (a) of the figure, when the flow velocity of the gas introduced into the particle detection sensor 110 is small, the period during which the scattered light from the particle P3 is received by the light receiving element 112 becomes long.

これに対して、同図の(b)に示すように、粒子検出センサ110内に導入した気体の流速が小さい場合、粒子P3からの散乱光が受光素子112で受光される期間が短くなる。   On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the flow velocity of the gas introduced into the particle detection sensor 110 is small, the period in which the scattered light from the particle P3 is received by the light receiving element 112 is shortened.

したがって、検知領域DAに存在する粒子の粒径が実質的に同じ場合であっても、流速が互いに異なる場合には、アナログ信号処理部120から出力される電圧信号の波形が互いに異なる虞がある。   Therefore, even if the particle diameters of the particles existing in the detection area DA are substantially the same, if the flow velocities are different from each other, the waveform of the voltage signal output from the analog signal processing unit 120 may be different from each other. .

具体的には、同図の(c)に示すように、粒子検出センサ110内に導入した気体の流速が小さい場合の電圧信号は、当該流速が大きい場合の電圧信号と比較して、ピーク電圧が同じ、かつ、長時間に亘って出現する波形となる。言い換えると、当該流速が小さい場合の電圧信号は、当該流速が大きい場合の電圧信号と比較して、ピーク電圧が同じ、かつ、パルス幅が大きい波形となる。   Specifically, as shown in (c) of the figure, the voltage signal when the flow velocity of the gas introduced into the particle detection sensor 110 is small is higher than the voltage signal when the flow velocity is large. Are the same and appear over a long period of time. In other words, the voltage signal when the flow rate is small has a waveform with the same peak voltage and a large pulse width as compared with the voltage signal when the flow rate is large.

この電圧信号が、アナログ信号処理部から汎用MPUへ出力された場合、汎用MPUは、同じ粒径を有する粒子であっても気流速度の相違により、電圧信号の電圧が閾値電圧Vthより大きい期間が変動する。この結果、気流速度の相違により、粒径の推定値にばらつきが生じてしまい、粒径測定の精度が低下するという課題が発生する。   When this voltage signal is output from the analog signal processing unit to the general-purpose MPU, the general-purpose MPU has a period in which the voltage of the voltage signal is larger than the threshold voltage Vth due to the difference in the air flow velocity even if the particles have the same particle size. fluctuate. As a result, due to the difference in the air velocity, the estimated value of the particle size varies, which causes a problem that the accuracy of the particle size measurement is lowered.

上記課題は、汎用MPUがアナログ電圧信号を処理する場合に限られず、アナログ電圧信号がAD変換されたデジタル電圧信号を処理する場合であっても発生する虞がある。例えば、AD変換されたデジタル電圧信号からピーク値を算出する場合、AD変換器の精度及びビット数によっては、誤差を含むピーク値をパルス幅(半値幅)で校正することが想定される。   The above-described problem is not limited to the case where the general-purpose MPU processes an analog voltage signal, and may occur even when the analog voltage signal is processed as a digital voltage signal obtained by AD conversion. For example, when a peak value is calculated from an AD-converted digital voltage signal, it is assumed that the peak value including an error is calibrated with a pulse width (half-value width) depending on the accuracy of the AD converter and the number of bits.

これに対して、本実施の形態に係る粒子測定装置100では、(1)流速センサ116が粒子流路33の気流速度を計測し、(2)アナログ信号処理部120が、受光素子112からの電流信号に基づくアナログ電圧信号を出力し、(3)演算部162が、上記アナログ電圧信号に対応した信号を、流速センサ116により計測された気流速度に基づいて補正することにより、粒子の粒径を演算する。より具体的には、粒子測定装置100は、以下のように粒子流路33の気流速度を調整する。   In contrast, in the particle measuring apparatus 100 according to the present embodiment, (1) the flow velocity sensor 116 measures the air flow velocity of the particle flow path 33, and (2) the analog signal processing unit 120 An analog voltage signal based on the current signal is output, and (3) the calculation unit 162 corrects the signal corresponding to the analog voltage signal based on the air flow velocity measured by the flow velocity sensor 116, whereby the particle size of the particles Is calculated. More specifically, the particle measuring apparatus 100 adjusts the air velocity of the particle flow path 33 as follows.

図6は、実施の形態に係る粒子測定装置における電圧信号の補正を説明する動作フローチャートである。   FIG. 6 is an operation flowchart for explaining correction of a voltage signal in the particle measuring apparatus according to the embodiment.

まず、流速センサ116は、気流速度を計測する(S10)。   First, the flow velocity sensor 116 measures the airflow velocity (S10).

次に、演算部162は、流速センサ116で計測された気流速度の計測データを取得し、取得された気流速度Vaと基準速度Vrとを比較する(S20)。   Next, the calculating part 162 acquires the measurement data of the airflow velocity measured by the flow velocity sensor 116, and compares the acquired airflow velocity Va with the reference velocity Vr (S20).

また、演算部162は、アナログ信号処理部120から出力されたアナログ電圧信号に対応した、時間依存性を有する電圧信号を取得する。この時間依存性を有する電圧信号とは、例えば、図4の(a)及び図5の(c)に示されたような、粒子に対応したパルス波形を含む電圧信号である。   In addition, the arithmetic unit 162 acquires a time-dependent voltage signal corresponding to the analog voltage signal output from the analog signal processing unit 120. The time-dependent voltage signal is a voltage signal including a pulse waveform corresponding to particles as shown in FIGS. 4A and 5C, for example.

ステップS20において、気流速度Vaが基準速度Vrよりも速い場合(S20でY)、演算部162は、時間依存性を有する電圧信号のパルス幅を拡大する(S30)。この場合、例えば、アナログ信号処理部120から出力されたアナログ電圧信号は、図5の(c)において(流速:大)に相当する。このとき、演算部162は、気流速度Vaと基準速度Vrとの速度差に対応させて、当該電圧信号のパルス幅を拡大する。   In step S20, when the airflow velocity Va is faster than the reference velocity Vr (Y in S20), the calculation unit 162 expands the pulse width of the voltage signal having time dependency (S30). In this case, for example, the analog voltage signal output from the analog signal processing unit 120 corresponds to (flow velocity: large) in FIG. At this time, the calculation unit 162 expands the pulse width of the voltage signal in correspondence with the speed difference between the airflow speed Va and the reference speed Vr.

また、気流速度Vaが基準速度Vrよりも高くない場合(S20でN)、かつ、気流速度Vaが基準速度Vrよりも低い場合(S40でY)、演算部162は、時間依存性を有する電圧信号のパルス幅を縮小する(S50)。この場合、例えば、アナログ信号処理部120から出力されたアナログ電圧信号は、図5の(c)における(流速:小)に相当する。このとき、演算部162は、気流速度Vaと基準速度Vrとの速度差に対応させて、当該電圧信号のパルス幅を縮小する。   Further, when the airflow velocity Va is not higher than the reference velocity Vr (N in S20) and when the airflow velocity Va is lower than the reference velocity Vr (Y in S40), the calculation unit 162 is a voltage having time dependency. The pulse width of the signal is reduced (S50). In this case, for example, the analog voltage signal output from the analog signal processing unit 120 corresponds to (flow velocity: small) in FIG. At this time, the calculation unit 162 reduces the pulse width of the voltage signal in accordance with the speed difference between the airflow speed Va and the reference speed Vr.

ステップS30及びステップS50における電圧信号の補正処理により、同じ粒径を有する粒子に対応した電圧信号であるにもかかわらず気流速度の差により異なる波形となった電圧信号のパルス幅を一致させることが可能となる。   By correcting the voltage signal in step S30 and step S50, the pulse widths of the voltage signals having different waveforms due to the difference in the air flow velocity despite the voltage signals corresponding to the particles having the same particle diameter can be matched. It becomes possible.

上述したステップS10〜S50を、連続的あるいは定期的に実行することにより、粒子流路33の気流速度の変動があっても、気流速度の変動要因が除外された、補正された電圧信号が得られる。   By executing steps S10 to S50 described above continuously or periodically, a corrected voltage signal from which the variation factor of the airflow velocity is excluded can be obtained even if the airflow velocity of the particle channel 33 varies. It is done.

粒子流路33内の気流速度は、上記温度及び圧力などの要因により変化する。粒子測定装置100の上記構成及び動作によれば、演算部162が、同じ粒径の粒子に対応した電圧信号が一定となるよう、気流速度に基づいてパルス幅を補正する。これにより、センサモジュール150から出力される電圧信号が、気流速度の変動によりパルス幅が変動したとしても、微粒子の粒径等を高精度で測定することが可能となる。   The airflow velocity in the particle flow path 33 varies depending on factors such as the temperature and pressure. According to the configuration and operation of the particle measuring apparatus 100, the calculation unit 162 corrects the pulse width based on the airflow velocity so that the voltage signal corresponding to the particles having the same particle diameter is constant. As a result, even if the pulse width of the voltage signal output from the sensor module 150 fluctuates due to fluctuations in the airflow velocity, the particle diameter of the fine particles can be measured with high accuracy.

[3.変形例]
なお、本実施の形態に係る粒子測定装置において、流速センサ116で計測された気流速度に応じて、加熱部115へ供給される電流を調整することにより、粒子流路33の気流速度を可変させてもよい。
[3. Modified example]
In the particle measuring apparatus according to the present embodiment, the air flow velocity of the particle flow path 33 is varied by adjusting the current supplied to the heating unit 115 according to the air flow velocity measured by the flow velocity sensor 116. May be.

図7は、実施の形態の変形例に係る粒子測定装置の構成の一例を示すブロック図である。同図に示された粒子測定装置200は、実施の形態1に係る粒子測定装置100と比較して、電流調整部270及び温度センサ280が付加されている点が構成として異なる。以下、本変形例に係る粒子測定装置200について、実施の形態1に係る粒子測定装置100と異なる点を中心に説明する。   FIG. 7 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a particle measuring apparatus according to a modification of the embodiment. The particle measuring apparatus 200 shown in the figure is different from the particle measuring apparatus 100 according to Embodiment 1 in that a current adjusting unit 270 and a temperature sensor 280 are added. Hereinafter, the particle measuring apparatus 200 according to this modification will be described focusing on differences from the particle measuring apparatus 100 according to the first embodiment.

温度センサ280は、外気温を計測するセンサであり、例えば、筐体113の外面部または粒子流路33の上端部である大気排出口に設置され、計測データを電流調整部270へ出力する。   The temperature sensor 280 is a sensor that measures the outside air temperature. For example, the temperature sensor 280 is installed at the outer surface of the housing 113 or the air outlet that is the upper end of the particle passage 33, and outputs measurement data to the current adjustment unit 270.

電流調整部270は、温度センサ280により計測された外気温及び流速センサ116により計測された気流速度に基づいて、加熱部215に流す電流を調整する。   The current adjustment unit 270 adjusts the current that flows through the heating unit 215 based on the outside air temperature measured by the temperature sensor 280 and the airflow velocity measured by the flow velocity sensor 116.

例えば、加熱部215がヒータ抵抗である場合、電流調整部270からヒータ抵抗に電流が供給されると、ヒータ抵抗が加熱される。これにより、ヒータ抵抗の周囲の大気は、加熱されて密度が小さくなり、重力と逆方向の上方向に移動する。つまり、加熱部215によって粒子流路33内の大気を加熱すると、上方向の気流(上昇気流)を発生させることができる。なお、ヒータ抵抗の温度は、電流調整部270から供給される電流が大きいほど高くなる。また、上記上昇気流の速度は、加熱部215が設置された粒子流路の下方と加熱部215の温度が伝導しない粒子流路の上方との温度差が大きいほど速くなる。これより、例えば、粒子検出センサ210の外部の温度が一定の場合、電流調整部270から供給される電流が大きいほど上昇気流の速度は大きくなる。   For example, when the heating unit 215 is a heater resistor, the heater resistor is heated when a current is supplied from the current adjusting unit 270 to the heater resistor. As a result, the atmosphere around the heater resistor is heated to decrease the density, and moves upward in the direction opposite to gravity. That is, when the atmosphere in the particle flow path 33 is heated by the heating unit 215, an upward airflow (upward airflow) can be generated. Note that the temperature of the heater resistance increases as the current supplied from the current adjustment unit 270 increases. The speed of the ascending air current increases as the temperature difference between the lower part of the particle channel where the heating unit 215 is installed and the upper part of the particle channel where the temperature of the heating unit 215 does not conduct increases. Thus, for example, when the temperature outside the particle detection sensor 210 is constant, the speed of the updraft increases as the current supplied from the current adjustment unit 270 increases.

以下、粒子測定装置200における粒子流路33の流速制御の一例を説明する。   Hereinafter, an example of flow rate control of the particle flow path 33 in the particle measuring apparatus 200 will be described.

まず、温度センサ280は、外気温を計測する。また、流速センサ116は、粒子流路33の気流速度を計測する。   First, the temperature sensor 280 measures the outside air temperature. Further, the flow velocity sensor 116 measures the air velocity of the particle flow path 33.

次に、電流調整部270は、温度センサ280で計測された外気温の計測データ、及び、流速センサ116で計測された気流速度の計測データを取得する。   Next, the current adjustment unit 270 acquires the outside air temperature measurement data measured by the temperature sensor 280 and the airflow velocity measurement data measured by the flow velocity sensor 116.

次に、電流調整部270は、取得した外気温の計測データTa及び気流速度の計測データVaを用いて、粒子流路33の気流速度が所定の速度となるよう、加熱部215へ供給する電流値を調整する。例えば、電流調整部270は、外気温Taが基準温度Trよりも高い場合、加熱部215へ供給する電流値を所定値よりも増加させる。また、外気温Taが基準温度Trよりも低い場合、加熱部215へ供給する電流値を所定値よりも減少させる。また、気流速度Vaが基準速度Vrよりも遅い場合、加熱部215へ供給する電流値を所定値よりも増加させる。また、気流速度Vaが基準速度Vrよりも速い場合、加熱部215へ供給する電流値を所定値よりも減少させる。   Next, the current adjustment unit 270 uses the acquired outside air temperature measurement data Ta and airflow velocity measurement data Va to supply current to the heating unit 215 so that the airflow velocity in the particle channel 33 becomes a predetermined velocity. Adjust the value. For example, when the outside air temperature Ta is higher than the reference temperature Tr, the current adjustment unit 270 increases the current value supplied to the heating unit 215 from a predetermined value. Further, when the outside air temperature Ta is lower than the reference temperature Tr, the current value supplied to the heating unit 215 is decreased from a predetermined value. Further, when the airflow velocity Va is slower than the reference velocity Vr, the current value supplied to the heating unit 215 is increased from a predetermined value. Further, when the airflow velocity Va is faster than the reference velocity Vr, the current value supplied to the heating unit 215 is decreased from a predetermined value.

上述した制御動作を、連続的あるいは定期的に実行することにより、外気温の変動及び気流速度の変動があっても、粒子流路33の気流速度を目標値に保つことが可能となる。   By executing the above-described control operation continuously or periodically, it is possible to maintain the air flow velocity in the particle flow path 33 at the target value even when there are fluctuations in the outside air temperature and fluctuations in the air flow velocity.

粒子流路33内の気流速度は、加熱部215の温度と外気温との温度差により変化する。粒子測定装置200の上記構成及び動作によれば、温度センサ280及び流速センサ116の出力により、電流調整部270が加熱部215に供給する電流を高精度に調整し、粒子流路33の気流速度を目標値に保つことが可能となる。これにより、センサモジュール250から出力される電圧信号が外部環境により変動することを抑制できる。さらに、演算部162が、同じ粒径の粒子に対応した電圧信号が一定となるよう、気流速度に基づいてパルス幅を補正する。これにより、粒子流路33内の気流速度を調整し、さらに、センサモジュール250から出力される電圧信号が気流速度の変動によりパルス幅が変動したとしても、微粒子の粒径等を高精度で測定することが可能となる。   The airflow velocity in the particle flow path 33 varies depending on the temperature difference between the temperature of the heating unit 215 and the outside air temperature. According to the above configuration and operation of the particle measuring apparatus 200, the current supplied from the current adjustment unit 270 to the heating unit 215 is adjusted with high accuracy by the outputs of the temperature sensor 280 and the flow velocity sensor 116, and the air flow velocity of the particle flow path 33 Can be maintained at the target value. Thereby, it can suppress that the voltage signal output from the sensor module 250 fluctuates with external environments. Further, the calculation unit 162 corrects the pulse width based on the airflow velocity so that the voltage signal corresponding to the particles having the same particle diameter is constant. As a result, the air flow velocity in the particle flow path 33 is adjusted, and even if the pulse width of the voltage signal output from the sensor module 250 fluctuates due to the fluctuation of the air flow velocity, the particle size of the fine particles is measured with high accuracy. It becomes possible to do.

[4.まとめ]
以上説明したように、本実施に係る粒子測定装置100は、投光素子111と、粒子流路33と、受光素子112と、粒子流路33内の気流速度を計測する流速センサ116と、受光素子112から出力された電流を変換して得られた電圧信号を、流速センサ116により計測された気流速度に基づいて補正することにより、粒子の粒径を演算する信号処理部とを備える。
[4. Summary]
As described above, the particle measuring apparatus 100 according to the present embodiment includes the light projecting element 111, the particle flow path 33, the light receiving element 112, the flow velocity sensor 116 that measures the air velocity in the particle flow path 33, and the light reception. And a signal processing unit that calculates the particle size of the particles by correcting the voltage signal obtained by converting the current output from the element 112 based on the air flow velocity measured by the flow velocity sensor.

これによれば、演算部162が、同じ粒径の粒子に対応した電圧信号を、気流速度に基づいてパルス幅を補正する。よって、センサモジュール150から出力される電圧信号が、気流速度の変動によりパルス幅が変動したとしても、微粒子の粒径等を高精度で測定することが可能となる。   According to this, the calculating part 162 correct | amends the pulse width for the voltage signal corresponding to the particle | grains of the same particle diameter based on an airflow velocity. Therefore, even if the pulse width of the voltage signal output from the sensor module 150 varies due to the variation of the air flow velocity, the particle size of the fine particles can be measured with high accuracy.

また、上記信号処理部は、受光素子112から出力された電流を電圧信号に変換するIV変換部121と、電圧信号を増幅し当該電圧信号を前記粒子に対応したパルス波形を含む電圧信号に変換する増幅部122と、流速センサ116により計測された気流速度が基準速度より速い場合、パルス波形を含む電圧信号のパルス幅を拡大し、気流速度が基準速度より遅い場合、パルス波形を含む電圧信号のパルス幅を縮小して電圧信号を補正することにより、粒子の粒径を演算する演算部162とを備えてもよい。つまり、演算部162は、同じ粒径の粒子に対応したパルス波形を含む電圧信号が一定となるよう、気流速度に基づいてパルス幅を補正してもよい。   The signal processing unit includes an IV conversion unit 121 that converts the current output from the light receiving element 112 into a voltage signal, and amplifies the voltage signal and converts the voltage signal into a voltage signal including a pulse waveform corresponding to the particle. When the airflow velocity measured by the amplifying unit 122 and the flow velocity sensor 116 is faster than the reference velocity, the pulse width of the voltage signal including the pulse waveform is expanded, and when the airflow velocity is slower than the reference velocity, the voltage signal including the pulse waveform. And a calculation unit 162 that calculates the particle size of the particles by correcting the voltage signal by reducing the pulse width. That is, the arithmetic unit 162 may correct the pulse width based on the airflow velocity so that the voltage signal including the pulse waveform corresponding to the particles having the same particle diameter is constant.

これにより、同じ粒径を有する粒子に対応した電圧信号であるにもかかわらず気流速度の差により異なる波形となった電圧信号のパルス幅を一致させることが可能となる。   This makes it possible to match the pulse widths of the voltage signals that have different waveforms due to the difference in the air flow speeds despite the voltage signals corresponding to the particles having the same particle diameter.

また、上記信号処理部は、さらに、パルス波形を含む電圧信号をサンプリング及び量子化するAD変換部161を備え、演算部162は、AD変換部でデジタル変換された電圧信号を補正してもよい。   The signal processing unit may further include an AD conversion unit 161 that samples and quantizes a voltage signal including a pulse waveform, and the calculation unit 162 may correct the voltage signal digitally converted by the AD conversion unit. .

これにより、パルス波形を含む電圧信号を高精度にデジタル変換することが可能となる。   As a result, the voltage signal including the pulse waveform can be digitally converted with high accuracy.

また、さらに、大気の一部を加熱することにより粒子流路33に気流を発生させる加熱部115を備えてもよい。   Furthermore, you may provide the heating part 115 which generates airflow in the particle flow path 33 by heating a part of air | atmosphere.

これにより、粒子流路33付近の大気の一部を加熱することが可能となる。よって、粒子検出センサ110内に多くの粒子を取り込むことができる。したがって、粒子流路に含まれる検知領域DAにおける単位体積あたりの粒子の量を大きくすることができるので、感度を高くすることができる。   This makes it possible to heat part of the atmosphere near the particle flow path 33. Therefore, many particles can be taken into the particle detection sensor 110. Therefore, since the amount of particles per unit volume in the detection area DA included in the particle flow path can be increased, the sensitivity can be increased.

また、本実施に係る粒子測定装置200は、粒子測定装置100が備える構成要素に加え、さらに、外気温を計測する温度センサ280と、温度センサ280により計測された外気温及び流速センサ116により計測された気流速度に基づいて、加熱部215に流す電流を調整する電流調整部270とを備えてもよい。   In addition to the components included in the particle measuring apparatus 100, the particle measuring apparatus 200 according to the present embodiment is further measured by a temperature sensor 280 that measures the outside air temperature, and an outside air temperature and flow velocity sensor 116 that is measured by the temperature sensor 280. A current adjustment unit 270 that adjusts the current flowing through the heating unit 215 based on the airflow velocity that has been performed may be provided.

これによれば、温度センサ280及び流速センサ116の出力により、電流調整部270が加熱部215に供給する電流を高精度に調整し、粒子流路33の気流速度を目標値に保つことが可能となる。これにより、センサモジュール250から出力される電圧信号が外部環境により変動することを抑制できる。さらに、演算部162が、同じ粒径の粒子に対応した電圧信号を、気流速度に基づいてパルス幅を補正する。これにより、粒子流路33内の気流速度を調整し、さらに、センサモジュール250から出力される電圧信号が気流速度の変動によりパルス幅が変動したとしても、微粒子の粒径等を高精度で測定することが可能となる。   According to this, the current supplied from the current adjustment unit 270 to the heating unit 215 can be adjusted with high accuracy by the outputs of the temperature sensor 280 and the flow velocity sensor 116, and the air flow velocity of the particle flow path 33 can be maintained at the target value. It becomes. Thereby, it can suppress that the voltage signal output from the sensor module 250 fluctuates with external environments. Furthermore, the calculation part 162 correct | amends the pulse width of the voltage signal corresponding to the particle | grains of the same particle diameter based on an airflow velocity. As a result, the air flow velocity in the particle flow path 33 is adjusted, and even if the pulse width of the voltage signal output from the sensor module 250 fluctuates due to the fluctuation of the air flow velocity, the particle size of the fine particles is measured with high accuracy. It becomes possible to do.

また、電流調整部270は、粒子流路33の気流速度が一定となるよう、加熱部215に流す電流を調整する。   In addition, the current adjusting unit 270 adjusts the current flowing through the heating unit 215 so that the airflow velocity in the particle channel 33 is constant.

これにより、演算部162には、気流速度の変動が抑制されて取得された電圧信号が入力されるので、パルス波形を含む電圧信号のパルス幅をより高精度に補正できる。よって、微粒子の粒径等をより高精度で測定することが可能となる。   Thereby, since the voltage signal acquired by the fluctuation | variation of airflow velocity being suppressed is input into the calculating part 162, the pulse width of the voltage signal containing a pulse waveform can be correct | amended more accurately. Therefore, it is possible to measure the particle diameter of the fine particles with higher accuracy.

(その他変形例等)
以上、本発明に係る粒子測定装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
(Other variations)
As mentioned above, although the particle | grain measuring apparatus which concerns on this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to the said embodiment.

また、上記説明において、粒子を含む媒体は、大気(空気)としたが、大気以外の媒体(水等の液体)であってもよい。   In the above description, the medium containing particles is the atmosphere (air), but may be a medium other than the atmosphere (liquid such as water).

また、粒子検出センサ110の構成は、上記説明に示す構成に限らず、少なくとも、投光素子と受光素子とを備え、検知領域DAにおける粒子による投光素子の光の散乱光を受光素子で受光することにより大気中に含まれる粒子を検出すればよい。このような構成であっても、当該粒子検出センサを備える粒子測定装置は、気体に含まれる粒子の粒径を精度良く測定できる。   The configuration of the particle detection sensor 110 is not limited to the configuration described above, and includes at least a light projecting device and a light receiving device, and the light receiving device receives scattered light of the light projecting device due to particles in the detection area DA. Thus, particles contained in the atmosphere may be detected. Even with such a configuration, the particle measuring apparatus including the particle detection sensor can accurately measure the particle size of particles contained in the gas.

例えば、上記実施の形態において、反射体は、回転楕円体又は回転放物線の一部としたが、これに限るものではなく、円錐曲線の回転体の一部とすることができる。この場合、円錐曲線としては、円よりも、楕円、放物線及び双曲線の中から選ぶとよい。つまり、反射体は、球体よりも、回転楕円体や回転放物線、回転双曲線の一部にするとよい。反射体が球体である場合、積分球のように拡散反射を利用すると、散乱光が何回も反射(多重反射)して減衰して、受光素子112に光があまり入らなくなる。例えば、回転楕円体の場合と比べて、球体の場合は、1/100程度しか受光しなくなる。   For example, in the above-described embodiment, the reflector is a spheroid or a part of a rotating parabola, but is not limited thereto, and may be a part of a conic-curved rotator. In this case, the conic curve may be selected from an ellipse, a parabola and a hyperbola rather than a circle. That is, the reflector is preferably a part of a spheroid, a parabola, or a hyperbola rather than a sphere. When the reflector is a sphere, if diffuse reflection is used like an integrating sphere, scattered light is reflected many times (multiple reflection) and attenuated, so that light does not enter the light receiving element 112 much. For example, in the case of a sphere, only about 1/100 is received compared to the case of a spheroid.

また、増幅部の構成は、上記説明に示す構成に限らず、少なくともIV変換部121から出力された電圧信号を所定の帯域で増幅すればよい。つまり、増幅部はバンドパスフィルタ122aを含まなくてもよく、ハイパスフィルタ又はローパスフィルタ等を含んでもよい。また、増幅器122bは1段であっても複数段であってもよい。   The configuration of the amplifying unit is not limited to the configuration described above, and at least the voltage signal output from the IV conversion unit 121 may be amplified in a predetermined band. That is, the amplification unit may not include the band pass filter 122a, and may include a high pass filter, a low pass filter, or the like. Further, the amplifier 122b may be a single stage or a plurality of stages.

また、上記説明において、汎用MPU内の各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、CPUまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。   In the above description, each component in the general-purpose MPU may be configured by dedicated hardware or may be realized by executing a software program suitable for each component. Each component may be realized by a program execution unit such as a CPU or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory.

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。   In addition, the embodiment can be realized by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention, or a form obtained by subjecting each embodiment to various modifications conceived by those skilled in the art. Forms are also included in the present invention.

33 粒子流路
100、200 粒子測定装置
111 投光素子
112 受光素子
115、215 加熱部
116 流速センサ
121 IV変換部
122 増幅部
161 AD変換部
162 演算部
270 電流調整部
280 温度センサ
33 Particle channel 100, 200 Particle measuring device 111 Light projecting element 112 Light receiving element 115, 215 Heating unit 116 Flow rate sensor 121 IV conversion unit 122 Amplification unit 161 AD conversion unit 162 Calculation unit 270 Current adjustment unit 280 Temperature sensor

Claims (7)

投光素子と、
粒子を含む大気を流す粒子流路と、
前記粒子流路内の前記粒子による前記投光素子の光の散乱光を受光する受光素子と、
前記粒子流路内の気流速度を計測する流速センサと、
前記受光素子から出力された電流を変換して得られた電圧信号を、前記流速センサにより計測された前記気流速度に基づいて補正することにより、前記粒子の粒径を演算する信号処理部とを備える
粒子測定装置。
A light emitting element;
A particle flow path for flowing air containing particles;
A light receiving element for receiving scattered light of the light projecting element by the particles in the particle flow path;
A flow rate sensor for measuring an airflow velocity in the particle channel;
A signal processing unit that calculates the particle size of the particles by correcting a voltage signal obtained by converting the current output from the light receiving element based on the air flow velocity measured by the flow velocity sensor; A particle measuring device.
前記信号処理部は、
前記受光素子から出力された電流を電圧信号に変換するIV変換部と、
前記電圧信号を増幅し、当該電圧信号を前記粒子に対応したパルス波形を含む電圧信号に変換する増幅部と、
前記流速センサにより計測された気流速度が基準速度より速い場合、前記パルス波形を含む電圧信号のパルス幅を拡大し、前記気流速度が前記基準速度より遅い場合、前記パルス波形を含む電圧信号のパルス幅を縮小して前記電圧信号を補正することにより、前記粒子の粒径を演算する演算部とを備える
請求項1に記載の粒子測定装置。
The signal processing unit
An IV converter that converts the current output from the light receiving element into a voltage signal;
An amplifying unit for amplifying the voltage signal and converting the voltage signal into a voltage signal including a pulse waveform corresponding to the particles;
When the airflow velocity measured by the flow velocity sensor is faster than the reference velocity, the pulse width of the voltage signal including the pulse waveform is expanded, and when the airflow velocity is slower than the reference velocity, the pulse of the voltage signal including the pulse waveform. The particle | grain measuring apparatus of Claim 1 provided with the calculating part which calculates the particle size of the said particle | grain by reducing the width | variety and correcting the said voltage signal.
前記演算部は、同じ粒径の粒子に対応した前記パルス波形を含む電圧信号が一定となるよう、前記気流速度に基づいて前記パルス幅を補正する
請求項2に記載の粒子測定装置。
The particle measuring apparatus according to claim 2, wherein the calculation unit corrects the pulse width based on the air flow velocity so that a voltage signal including the pulse waveform corresponding to particles having the same particle diameter is constant.
前記信号処理部は、さらに、
前記パルス波形を含む前記電圧信号をサンプリング及び量子化するAD変換部を備え、
前記演算部は、前記AD変換部でデジタル変換された前記電圧信号を補正する
請求項2に記載の粒子測定装置。
The signal processing unit further includes:
An AD converter that samples and quantizes the voltage signal including the pulse waveform;
The particle measuring apparatus according to claim 2, wherein the calculation unit corrects the voltage signal digitally converted by the AD conversion unit.
さらに、
大気の一部を加熱することにより前記粒子流路に気流を発生させる加熱部を備える
請求項1〜4のいずれか1項に記載の粒子測定装置。
further,
The particle | grain measuring apparatus of any one of Claims 1-4 provided with the heating part which generates an airflow in the said particle flow path by heating a part of air | atmosphere.
さらに、
外気温を計測する温度センサと、
前記温度センサにより計測された外気温及び前記流速センサにより計測された前記気流速度に基づいて、前記加熱部に流す電流を調整する電流調整部とを備える
請求項5に記載の粒子測定装置。
further,
A temperature sensor that measures the outside temperature;
The particle measuring apparatus according to claim 5, further comprising: a current adjusting unit that adjusts a current flowing through the heating unit based on an outside air temperature measured by the temperature sensor and the air flow velocity measured by the flow rate sensor.
前記電流調整部は、前記粒子流路の気流速度が一定となるよう、前記加熱部に流す電流を調整する
請求項6に記載の粒子測定装置。
The particle measuring apparatus according to claim 6, wherein the current adjusting unit adjusts a current flowing through the heating unit so that an airflow velocity in the particle channel is constant.
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