JP2821201B2 - 粒子測定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は粒子測定方法および装置、さらに詳細には流
体中にレーザ光を照射し、所定の受光系を介して流体中
に浮遊する微粒子からの散乱光を検出して粒子特性を計
測する粒子測定方法および装置に関する。

［従来の技術］ 従来、このような装置では、粒子を含む測定セル中の
流体にレーザ光を照射し、粒子からの散乱光強度が粒子
径に依存することを利用して、その粒子の散乱光強度の
ピーク値から粒子径を算出していた。また、さらに流体
に測定体積から粒子密度などの特性を測定することも行
なわれている。

まず、従来の装置を第４図を用いて説明する。第４図
において、レーザ光源１から放出されたレーザ光は、レ
ンズ２によって測定セル４中の測定領域５に集光され
る。

この時、レーザ光はレーザビームの集光点を中心とし
た曲率を有する球面窓３を通過する。この球面窓３は、
レンズ２によって流体中に集光されるレーザ光の集光点
の位置を、流体の屈折率によって変化させないようなセ
ル窓として提案されている。（特願昭63−68074） 測定領域５内を粒子が通過すると、粒子はレーザ光を
散乱する。粒子によって散乱させられた光をレンズ６で
集光し、スリット７に結像させる。

スリット７を通過した光は光電子像倍管８に到達し、
電気信号に変換される。前置増幅器９によって増幅され
た電気信号は、粒度分布解析装置10でアナログ法や光子
計数法によって解析され、その散乱光強度のピーク値か
ら粒子径が算出される。

［発明が解決しようとする課題］ 粒子測定装置における散乱光強度のピーク値と粒子径
の間の関係は、通常、水にポリスチレンラテックス標準
粒子を混入させてあらかじめ実験的に決めておく。ま
た、粒子数密度は、ポリスチレンラテックス標準粒子の
希釈倍率から決められる。

ここで、前述したようにレーザ光集光点を中心とする
曲率を有する球面窓３を採用した場合、レーザビームの
集光点の位置ずれは起きないが、集光点での入射レーザ
光のビーム径が変化し、レーザビームの中心強度が変化
する。このビーム径は流体の屈折率に依存するので、同
一粒子であっても、流体の屈折率が変われば散乱光強度
は変化することになる。

受光光学系に球面窓３を用いた場合、ある流体中集光
点におけるレーザ窓のスポットサイズをω、基準の屈折
率をもつ水におけるスポットサイズをω０、水の屈折率
をn0、流体の屈折率をｎとすると、 と表せる。

ここで、レーザビームの中心強度はスポットサイズの
２乗に反比例するので、結局流体の屈折率がｎのときの
レーザビームの中心強度は、ｎの２乗に比例する。つま
り、上記流体中における中心強度をＩ、基準流体の水中
での中心強度をI0とすれば、 と表せる。

したがって、球面窓３を採用する場合、流体の屈折率
を依存する、レーザ光の集光点における中心強度をなん
ら補正しない場合には、たとえ同一の粒子を用いたとし
ても、粒子からの散乱光強度が異なるので、正しい粒子
径の測定を行なうことができなくなってしまう。

ところで、レーザ散乱光法を応用した流体中の微粒子
計測器においては、流体の屈折率に応じてレーザ光の集
光点における中心強度に対応した測定パラメータ、たと
えば測定体積または粒子数測定値などの測定結果、ある
いは測定条件を補正する機能がまったく設けられていな
かった。

本発明は以上の問題を解決するために成されたもの
で、流体の屈折率に応じて、測定結果ないし条件を補正
して正しい粒子特性測定結果を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 以上の課題を解決するために、本発明においては、流
体中にレーザ光を照射し、所定の受光系を介して流体中
に浮遊する微粒子からの散乱光を検出して粒子特性を測
定する粒子測定方法および装置において、使用する流体
の屈折率から、基準の流体に対するレーザ光の使用流体
中の集光点での中心強度比を算出し、この強度比に応じ
て測定結果ないし測定条件を補正する構成を採用した。

［作 用］ 以上の構成によれば、測定に使用する流体の屈折率に
基づきレーザ光の中心強度比を算出し、この強度比に応
じて粒子特性、特に粒子径の算出の際に測定結果ないし
測定条件を補正することができる。

［実施例］ 以下、第１図に示す実施例に基づいて本発明を詳細に
説明する。第１図に本発明を採用した粒子測定装置の構
成を示す。第１図において第４図の従来構成と同一また
は相当する部分には同一符号を付し、その詳細な説明は
省略する。

第４図との比較から明らかなように、第１図の構成は
レーザ光源１〜前置増幅器９（符号順）までの構成、す
なわち、測定セル３の照明系および粒子からの散乱光を
電気信号に変換するまでの構成は従来構成と同じである
が、本実施例においては、粒度分布解析装置10における
粒度分布解析を測定セル３中の流体の屈折率に応じて制
御するため、使用する流体の屈折率を入力するための装
置11が設けられている。

屈折率入力装置11はたとえばキーボードなどから構成
することが考えられ、この場合にはユーザが数値情報と
して使用する流体の屈折率ｎを入力する。また、屈折率
入力装置11は、測定セルに付設した流体の屈折率ｎを自
動的に測定する検出装置の測定結果を自動的に入力する
ものであってもよい。

屈折率入力装置11から入力する屈折率ｎは、次のよう
に変換され、粒度分布解析装置10に入力される。

屈折率入力装置11に屈折率ｎが入力されると、水の屈
折率n0（1.333）は既知であり、屈折率入力装置11は
（２）式におけるレーザ光の中心強度比（n/n₀）^２を求
めることができる。このような演算を行なうため、屈折
率入力装置11はマイクロプロセッサなどを用いた処理装
置から構成する。

たとえば、水（屈折率1.333）の中の粒子を測定して
いる場合とトリクロロエチレン（屈折率1.478）の中の
粒子を測定している場合とを考える。

中心強度比は、水の場合とトリクロロエチレンの場合
では、（２）式から約1:1.23になる。すなわち、レーザ
ビームの中心強度だけを考えた場合、トリクロロエチレ
ンに混入している粒子からの散乱光強度は、水に混入し
ている粒子からの散乱光強度の約1.23倍になる。

以上のようにして、屈折率入力装置11で入力された流
体の屈折率から、水の場合に対するレーザ光の中心強度
比を計算でき、粒度分布解析装置10ではその中心強度比
をもとに粒度測定結果を補正する。

粒度分布解析装置10は、基本的には流体が水であるこ
とを前提として粒径解析を行なう。使用する流体に混入
している粒子からの散乱光強度を、基準流体としての水
に混入している粒子からの散乱光強度と同等の条件で扱
うためには、散乱光強度の測定知は補正せず粒径判定の
ための設定値に中心強度比を乗算する補正を行なうか、
粒径区分値は補正せず中心強度比の逆数を散乱光強度の
測定値に乗算する補正を行なうかすればよい。

流体の屈折率によるレーザ光の中心強度を考慮した場
合、先にトリクロロエチレンの例でいえば、トリクロロ
エチレンに混入している粒子からの散乱光強度を、基準
流体としての水に混入している粒子からの散乱光強度と
同等の条件で扱うためには、トリクロロエチレンにおけ
る粒径判定のための設定値を水の場合の約1.23倍にする
か、またはトリクロロエチレンに混入している粒子から
の散乱光強度を約1/1.23にすればよい。

粒度分布解析装置10における具体的な補正処理方法と
しては、どのような演算処理を行なうかにもよるが、実
際の補正方法には、次のような２つの方法が考えられ
る。

１つは第２図に示すように粒子数密度を算出するため
の散乱光強度は固定しておき粒径を判定するための設定
値そのものを屈折率入力装置11から入力される中心強度
比により補正する方法と、もう１つの第３図に示すよう
に粒径判定のための設定値を国定し散乱光強度の測定値
を屈折率入力装置11から入力される中心強度比により補
正する方法である。

まず、第２図の処理から説明する。なお、第２図、第
３図のステップS2は後述の変形例において用いられるも
ので、ここではこれらのステップを除いて説明する。

第２図のステップS1では、屈折率入力装置11から測定
に使用する流体の屈折率を入力する。前述のように、屈
折率入力装置11はキーボードあるいは屈折率測定装置か
ら屈折率を入力する。

ステップS3では、ステップS1での入力値から水の屈折
率を用いて（２）式の比例定数であるレーザ光の中心強
度比を算出する。

ステップS4において、流体の屈折率が水に等しいこと
を前提として公知の処理により得られた粒子からの散乱
光強度のピーク値から粒径判定をする際に、ステップS3
で求められた中心強度比により補正する。すなわち、中
心強度比（n/n₀）^２を粒径判定のための設定値に乗算
し、補正された粒度分布データを得る。

一方、第３図の場合も同様で、ステップS1〜S3で屈折
率の入力および入力された屈折率に基づくレーザ光の中
心強度比を算出し、これに基づきステップS5において散
乱光強度の測定値を補正する。すなわち、中心強度比
（n/n₀）^２の逆数を散乱光強度の測定値に乗算補正する
補正を行なう。

以上のような測定処理により、屈折率入力装置11から
使用する流体の屈折率を入力しこれにより照射光学系に
球面窓３を用いた場合に生じるレーザ光の中心強度の変
化を補正し、正確な粒度評価を行なえる。屈折率入力装
置11により自動的に流体屈折率を入力するようにすれ
ば、面倒な操作を行なうことなく正確な測定結果を得ら
れる。

なお、以上では、（２）式の比例定数を演算処理によ
り決定するものとしたが、粒度分布解析装置10ないし屈
折率入力装置11に流体の屈折率と水に対するレーザ光の
中心強度比との関係をメモリテーブルとして記憶させた
メモリを設け、このメモリを用いたテーブル演算により
中心強度比を求めてもよい。

このメモリには、所定範囲の屈折率をたとえば0.1あ
るいは0.01などの所定間隔で記憶するとともに、これら
各屈折率におけるレーザ光の中心強度比を関連づけて記
憶させる。強度比は、流体が水である場合を基準として
その何倍かを示す値、すなわち、（２）式の（n/n₀）^２
を格納しておく。

屈折率入力装置11に屈折率が入力されると、補間法に
よって前述のデータから流体が水である場合の中心強度
に対する比を計算し、粒度分布解析装置10に出力する。
この補間法には、ラグランジェ補間法やスプライン補間
法などの手法がある。

このような演算処理を用いる場合、第２図、第３図の
ステップS2において、上記メモリを入力された屈折率に
より参照し、対応する中心強度比を読み出す処理を行な
う。また、上記の補間演算が必要な場合には、ステップ
S3において上記の補間法による処理を行なう。

メモリテーブルを用いた方式は、（２）式の演算のみ
を行なう場合にはあまり意味がないが、複製の補正パラ
メータにより測定結果ないし測定時間などの測定条件を
補正する場合には有効な手法である。

以上では粒径評価を行なう場合を示したが、さらに、
測定領域における流体の速度と測定視野面積と測定時間
の条件を定めることにより、粒径条件から粒子数密度を
算出する測定処理においても上記補正処理を経て得られ
た粒径評価結果を使用し、正確な単位体積中の粒子数
（密度）ないし粒度分布を得ることができる。

なお、使用する流体はトリクロロエチレンに限定され
ず、他の屈折率の異なる流体に対しても本発明が適用で
きるのはいうまでもない。また、基準流体が水に限定さ
れないのはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、流体中に
レーザ光を照射し、所定の受光系を介して流体中に浮遊
する微粒子からの散乱光を検出して粒子特性を計測する
粒子測定方法および装置において、使用する流体の屈折
率から、基準の流体に対するレーザ光の使用流体中の集
光点での中心強度比を算出し、この強度比に応じて測定
結果ないし測定条件を補正する構成を採用しているの
で、測定に使用する流体の屈折率に基づきレーザ光の中
心強度比を算出し、この強度比に応じて粒子特性、特に
粒子径の算出の際に測定結果ないし測定条件を補正する
ことができ、より正確な粒度分布または粒子密度などの
特性を測定できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用した粒子測定装置の構成を示した
ブロック図、第２図、第３図は第１図の装置の測定手順
を示したフローチャート図、第４図は従来の粒子測定装
置の構成を示したブロック図である。 １……レーザ光源、２……レンズ ３……球面窓、４……測定セル ５……測定領域、６……受光レンズ ７……スリット、８……光電子増倍管 ９……前置増幅器、10……粒度分布解析装置 11……屈折率入力装置

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体中にレーザ光を照射し、所定の受光系
   を介して流体中に浮遊する微粒子からの散乱光を検出し
   て粒子特性を測定する粒子測定方法において、 粒子の散乱光強度から粒子径を算出する際に使用する流
   体の屈折率から基準の流体に対するレーザ光の使用流体
   中の集光点での中心強度比を算出し、 その中心強度比をもとに粒径判定のための設定値または
   粒子からの散乱光強度のピーク値そのものの補正を行な
   うことによって流体中の粒子の特性を測定することを特
   徴とする粒子測定方法。
2. 【請求項２】測定セル中の流体にレーザ光を測定セル窓
   を介して照射し、流体中に浮遊する微粒子からの散乱光
   を検出して粒子特性を測定する粒子測定装置において、 レーザビームの集光点を曲率の中心として持つ球面から
   構成された測定セルのセル窓と、 使用する流体の屈折率を入力し、この入力屈折率に基づ
   き基準の流体に対するレーザ光の使用流体中の集光点で
   の中心強度比を算出する手段と、 この算出手段により得られる中心強度比に基づき流体中
   の粒子の特性の評価を行なう手段とを設けたことを特徴
   とする粒子測定装置。