JP2942341B2 - 赤外線水分測定装置 - Google Patents

赤外線水分測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被測定物に近赤外線の測定光と参照光とを
照射し、該被測定物からの測定光の反射光量と参照光の
反射光量に基づいて該被測定物の水分値を演算して表示
する赤外線水分測定装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、近赤外線を利用して水分値を測定する装置はい
わゆる赤外線水分計として知られており、水分に対して
高い吸収特性を示す近赤外領域の測定光とこの測定光付
近の波長で水に吸収されにくい参照光を被測定物に交互
に照射し、この測定光と参照光の被測定物からの各反射
光量を求め、参照光の反射光量と測定光の反射光量とを
比較することにより被測定物の色や成分などのちがいに
よる影響を低減して被測定物の水分値を測定するもので
ある。
上記のような水分計は、例えば、たばこの製造工程で
は、葉たばこの水分管理を行うためにコンベア上を流れ
る葉たばこの水分値を測定するのに用いられている。
また、測定水分値は、参照光の受光出力に対応する電
圧出力Rと測定光の受光出力に対応する電圧出力Sの比
の対数を演算し、この演算値(吸光度X=log(R/S))
を、例えば次式(1)のような検量線により水分値Yに
換算することにより求められる。
Y=α+β・X+γ・X2 ……(1) なお、α,β,γは、キャリブレーションにより予め
設定された定数であり、具体的には、同一試料について
赤外線水分測定装置と乾燥法などの基準水分測定法とで
それぞれ測定を行い、赤外線水分測定装置で得られた吸
光度Xと基準水分測定法で得られた基準水分との間で回
帰分析を行い、係数α,β,γが求められる。
しかしながら、上記のようにキャリブレーション済の
装置を用いて、例えば前記のたばこの製造工程のように
工程中で水分値の測定を行う場合、第7図のように、表
示された水分値と実測水分値との間に誤差を生じる場合
がある。なお、この誤差の原因としては、測定装置を構
成している光学素子や回路素子の経年変化、測定試料の
組成変化等が考えられる。
そこで、このような場合に再びキャリブレーションを
行うことも考えられるが、キャリブレーションには多大
な労力を必要とする。
ところで、工程中での実際の水分値はさほど大きく変
動することは少なく、第6図に示したように、例えば使
用範囲W1からW2の範囲を考慮した場合、傾きの変化はさ
ほど問題にはならず、検量線の平行移動だけで、対処で
きる場合が多い。
そこで、1つの実測水分に対して表示水分値が一致す
るように、検量線の切片、すなわち、前掲の(1)式の
係数(α)の値を変更して調整するようにしていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、このような従来の方法では、例えば実
測水分値が13.7%のとき表示水分値が12.5%であったと
すると、係数(α)を1.2%だけ増加させるというよう
に、操作する者が実測水分値と表示水分値とのずれを計
算して係数(α)を修正しなければならず、操作が繁雑
であった。
本発明は、赤外線水分測定装置において実測水分値に
対する表示水分値の誤差を、簡単な操作で修正すること
ができるようにすることを課題とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題を解決するためになした本発明の赤外線水
分測定装置は、被測定物に近赤外線の測定光と参照光と
を照射し、該被測定物からの測定光の反射光量と参照光
の反射光量に基づいて吸光度を求め、吸光度と水分値と
についての検量線と上記反射光量に基づいて求められた
吸光度とから該被測定物の水分値を演算し、該水分値を
表示手段に表示する赤外線水分測定装置において、少な
くとも、前記表示手段に表示される水分値を増大させる
操作と減少させる操作との2の異なる操作を個別に入力
できる入力手段と、上記入力手段から入力される操作に
応じて前記表示手段に表示する水分値の値を大または小
に更新する表示更新手段と、前記反射光量に基づいて求
められた吸光度から上記表示更新手段で更新された水分
値が演算されるように、前記検量線をシフトする検量線
シフト手段と、を備えたことを特徴とする。
〔作 用〕
本発明の赤外線水分測定装置は、少なくとも2の異な
る操作を個別に入力できる入力手段と、この入力手段か
ら入力される操作に応じて表示手段に表示する水分値の
値を大または小に更新する表示更新手段と、被測定物か
らの反射光量に基づいて求められた吸光度から、上記表
示更新手段で更新された水分値が演算されるように、前
記検量線をシフトする検量線シフト手段とを備えている
ので、上記表示手段に表示される水分値を見ながら、上
記入力手段によりこの水分値を更新することができ、こ
の水分値を実測水分値に容易に合わせることができる。
このように表示手段で表示される水分値を実測水分値
に合わせると、検量線シフト手段は検量線をシフトし、
被測定物からの反射光量に基づいて求められた吸光度に
対して上記表示更新手段で更新された水分値が演算され
るようになる。
すなわち、この実測水分値付近で、測定水分値と実測
水分値との誤差が最小限になる。
〔実施例〕
第1図は本発明実施例の赤外線水分測定装置を示すブ
ロック図であり、1は測定光と参照光の光束を生成する
とともに試料Sからの反射光を検出するための光学系、
2は光学系1からのアナログ信号を処理するアナログ処
理部、3はアナログ処理部にからの信号に基づいて水分
値を演算・表示するディジタル処理部である。
光学系1は、光源11、第1集光レンズ12、回転ディス
ク13、ディスク回転用モータ14、反射板15、第2集光レ
ンズ16、凹面鏡17、凸面鏡18、赤外線検出器19を含んで
いる。
第2図に示すように、回転ディスク13には、水分によ
って吸収されやすい近赤外領域の光(測定光)を選択透
過する測定波干渉フィルタ13a1と、水分によって殆ど吸
収されない近赤外領域の2種類の光(第1参照光および
第2参照光)をそれぞれ選択透過する参照波干渉フィル
タ13a2,13a3、それに可視光を選択透過する可視光干渉
フィルタ13a4がそれぞれディスクの同一円周上で取付け
られており、ディスク回転用モータ14によって回転ディ
スク13が回転されると、上記各フィルタ13aが第1集光
レンズ12と反射板15間の光路を順番に横切るようになっ
ている。
なお、回転ディスク13の近傍には光センサなどによっ
て回転ディスク13の回転位置を検出する回転位置検出器
13bが配設されており、この回転位置検出器13bの位置検
出によって上記光路位置に来たフィルタの種類すなわち
測定光、参照光および可視光の種類がアナログ処理部2
で識別される。
光源11からの光は第1集光レンズ12で収束されて回転
ディスク13のフィルタ13aによって測定光、参照光ある
いは可視光にされ、反射板15を介して第2集光レンズ16
から試料Sに照射される。そして、試料Sからの反射光
は凹面鏡17で集光されて凸面鏡18を介して赤外線検出器
19に導かれ、この赤外線検出器19は受光量に応じたレベ
ルの電圧信号をアナログ処理部2に出力する。
赤外線検出器19からの電圧信号は回転ディスク13の回
転に伴って交流信号となり、この信号は交流増幅部21で
増幅されて同期整流部22に入力される。また、回転位置
検出器13bからの位置検出信号は同期信号発生部23に入
力され、この同期信号発生部23は回転ディスク13の回転
に伴って光学系1の光路を横切るフィルタ13aの種類に
応じた同期信号を発生して上記同期整流部22に供給す
る。
同期整流部22の出力端子は、フィルタ13aの種類に対
応して上記同期信号毎に予め設定されており、交流増幅
器21から入力される電圧信号について、測定光による電
圧信号、2種類の参照光による電圧信号を、それぞれ同
期信号から識別し、それぞれ整流して選択的に各出力端
子に出力する。そして、各電圧信号はディジタル処理部
3のアナログ入力部31に出力される。
なお、モータ制御部25は、ディジタル処理部3の演算
処理部31を構成するマイクロプロセッサの制御によりデ
ィスク回転用モータ14の回転を制御する。また、温度セ
ンサ26による装置内の検出温度はアナログ入力部31を介
して演算処理部32に入力され、温度補償がおこなわれ
る。
ディジタル処理部3は、A/D変換器等を備えたアナロ
グ入力部31、マイクロプロセッサ等でディジタルデータ
の処理を行う演算処理部32、測定結果を表示するLED表
示器や操作メニュー等を表示する液晶パネル等で構成さ
れた表示部33および操作キーなどのキーボード入力部34
が含まれる。
アナログ処理部2の同期整流部22からの測定光の電圧
信号と参照光の電圧信号はアナログ入力部31でそれぞれ
電圧値を示すディジタルデータに変換され、このデータ
に基づいて演算処理部32で水分値が演算され、求められ
た水分値は表示部33で表示される。
演算処理部32は、アナログ入力部31からの第1,第2の
測定光による各電圧信号のデータを加算し、この加算し
た測定光のデータ(SD)と、参照光による電圧信号のデ
ータ(RD)から、次式(2)により吸光度Xの演算を行
い、この演算結果から次式(3)に基づいて水分値
(Y)を演算する。
X=log(RD/SD) ……(2) Y=α+β・X+γ・X2+OS ……(3) ここで、α,β,γは、従来同様にキャリブレーショ
ンにより予め設定された定数、OSはこの式(3)の検量
線をシフトするための検量線修正係数であり、これらの
係数α,β,γ,OSはメモリ内の係数記憶領域に記憶さ
れ、式(2),(3)により水分値(Y)を演算すると
きにこの係数記憶領域内の値が参照される。なお、検量
線修正係数(OS)の値はキャリブレーション時には“0"
にリセットされて記憶されており、この記憶内容は、後
述説明するセットキーの操作により更新される。
第3図はキーボード入力部34の操作キーを示す図であ
り、キーボード入力部34の操作キーは、表示水分値を所
定の変化量で増加させるための増加キー34a、表示水分
値を所定の変化量で減少させるための減少キー34b、調
整後に検量線修正係数(OS)を記憶させるためのセット
キー34c、表示部33の液晶パネルに操作内容をメニュー
表示するときに操作されるMENUキー34dおよびEXITキー3
4e、メニュー表示の内容を選択するためのテンキー34f
を備えている。
第4図は演算処理部32におけるマイクロプロセッサの
動作を示すフローチャートであり、同図に基づいて動作
を説明する。
装置の電源が投入されると、モータ制御部25を制御し
てディスク回転用モータ14を回転させ、光学系1を介し
て試料Sに、測定光、第1,第2の参照光および可視光を
巡回的に照射し、試料Sの水分値を前記のように演算し
て表示するとともに(ステップS1)、キーボード入力部
34の操作状態を監視する(ステップS2)。
そしてキーボード入力部34の操作により検量線補正モ
ードが設定されると、現在表示している測定水分値のデ
ータをメモリに一時記憶するとともに、この測定水分値
のデータを演算用のレジスタに格納し(ステップS3)、
増加キー34a、減少キー34b、MENUキー34dまたはEXITキ
ー34eの何れが操作されるかを監視する(ステップS4,ス
テップS5)。
ここで、増加キー34aが操作されると、予め設定され
ている所定の変化量だけレジスタ内の測定水分値を増加
させ(ステップS6)、減少キー34bが操作されると、所
定の変化量だけレジスタ内の測定水分値を減少させる
(ステップS7)。そして、このレジスタ内の更新された
測定水分値を表示部33に表示する(ステップS8)。
そして、セットキー34cが操作されたか否かを判定し
(ステップS9)、操作されていなければステップS4以降
の動作を繰り返す。セットキー34cが操作されると、レ
ジスタ内の更新された測定水分値の値からメモリに一時
記憶した測定水分値の値を減算し、この減算値により係
数記憶領域内の検量線修正係数(OS)のデータを書換え
て記憶し(ステップS10)、検量線補正モードから抜け
出す。
なお、ステップS5で。MENUキー34dまたはEXITキー34e
が操作されると検量線補正モードから抜け出す。
演算処理部32のマイクロプロセッサは以上のように動
作するので、使用者は、実測水分値が既知な試料につい
て測定を行い、このときに表示部33に表示される表示水
分値が実測水分値からずれている場合に、キーボード入
力部34を操作して検量線補正モードに入り、増加キー34
aまたは減少キー34bを操作することにより、表示部33を
見ながら表示される水分値を更新することができる。
そして、この表示水分値を実測水分値に合わせたとこ
ろで、セットキー34cを操作することにより、測定水分
値を演算するときに参照される検量線修正係数(OS)の
値が、実測水分値と測定水分値との差として記憶させる
ことができ、前掲の式(3)によって演算されるその後
の測定水分値は、実測水分値の近傍の略正確な水分値と
なる。
上記のように検量線修正係数(OS)を更新すること
は、式(3)の検量線をシフトすることに相当する。
第5図は上記のような検量線のシフトにより表示水分
値が補正される様子を説明する図である。
例えば、装置が経年変化していない状態での実測水分
値Zと吸光度Xとの関係は装置の特性により一定の関係
にあり、例えば第5図の曲線Aのような関係にあるとす
ると、このときのキャリブレーションにより、表示水分
値Y(測定水分値)と吸光度Xとの関係を示す検量線B
が曲線Aと同様なものとして求められる。なお、このと
きの検量線Bは、前掲の式(3)で、OSをゼロとした曲
線になる。
したがって、経年変化等がない状態では、例えば実測
水分値がZ0についての測定を行うと吸光度X0が得られ、
検量線の曲線Bにより(式(3)の演算)、実測水分値
Z0と同じ値の表示水分値Y0が得られる。
ところが、経年変化等により、同じ実測水分値がZ0
ついての測定を行っても、吸光度X0と異なる吸光度X′
が得られたとすると、検量線の曲線Bにより得られる表
示水分値Y′は実測水分値Z0と異なった値になり、測定
誤差を生じる。
そこで、前記のように検量線修正係数(OS)を更新し
て検量線をシフトすると、このシフトされた検量線は第
5図の曲線Cのようになる。
したがって、実測水分値がZ0についての測定を行った
とき吸光度X′が得られたとしても、このシフトされた
検量線の曲線Cから表示水分値を求めると、すなわち、
検量線修正係数(OS)を更新した式(3)により演算を
行うと、実測水分値Z0と同じ値の表示水分値Y0が得られ
る。
このように、使用者はキー操作で表示水分値を実測水
分値に合わせることにより、測定誤差を補正することが
でき、検量線について考慮することなく、以後の測定値
を自動的に補正することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、被測定物に近赤
外線の測定光と参照光とを照射してこの被測定物からの
測定光の反射光量と参照光の反射光量に基づいて吸光度
を求め、吸光度を水分値とについての検量線と上記反射
光量に基づいて求められた吸光度とから被測定物の水分
値を演算して表示する赤外線水分測定装置において、2
つの操作キーなど少なくとも、前記表示手段に表示され
る水分値を増大させる操作と減少させる操作との2の異
なる操作を個別に入力できる入力手段を操作することに
より、表示手段に表示されている水分値を更新できるよ
うにするとともに、この更新された水分値が、反射光量
に基づいて求められた吸光度から演算されるように前記
検量線をシフトするようにしたので、表示手段を見なが
ら表示される水分値を実測水分値に合わせることによ
り、実測水分値付近で、測定水分値と実測水分値との誤
差を最小限にすることができ、実測水分値に対する表示
水分値の誤差を、簡単な操作で修正することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の赤外線水分測定装置を示すブロ
ック図、 第2図は実施例における回転ディスクを示す図、 第3図は実施例におけるキーボード入力部の操作キーを
示す図、 第4図は実施例に係わるフローチャート、 第5図は実施例における検量線のシフトによる表示水分
値の補正を説明する図、 第6図は検量線の平行移動による補正の一例を説明する
図、 第7図は本発明に係わる赤外線水分測定装置における測
定誤差の一例を示す図である。 33……表示部、34……キーボード入力部、34a……増加
キー、34b……減少キー。
フロントページの続き (72)発明者 小西 賢治 神奈川県平塚市黒部丘1番31号 日本た ばこ産業株式会社生産技術研究所内 (72)発明者 杉野 嘉彦 静岡県三島市徳倉2丁目16番12号 株式 会社イーオス内 (56)参考文献 特開 昭62−288550(JP,A) 特開 平2−147837(JP,A) 特開 昭62−157997(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 21/00 - 21/61

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定物に近赤外線の測定光と参照光とを
    照射し、該被測定物からの測定光の反射光量と参照光の
    反射光量に基づいて吸光度を求め、吸光度と水分値とに
    ついての検量線と上記反射光量に基づいて求められた吸
    光度とから該被測定物の水分値を演算し、該水分値を表
    示手段に表示する赤外線水分測定装置において、 少なくとも、前記表示手段に表示される水分値を増大さ
    せる操作と減少させる操作との2の異なる操作を個別に
    入力できる入力手段と、上記入力手段から入力される操
    作に応じて前記表示手段に表示する水分値の値を大また
    は小に更新する表示更新手段と、前記反射光量に基づい
    て求められた吸光度から上記表示更新手段で更新された
    水分値が演算されるように、前記検量線をシフトする検
    量線シフト手段と、 を備えたことを特徴とする赤外線水分測定装置。
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