JP3004558B2

JP3004558B2 - 水質測定装置

Info

Publication number: JP3004558B2
Application number: JP7025797A
Authority: JP
Inventors: 精男早乙女; 正章新庄
Original assignee: 株式会社東邦計測研究所
Priority date: 1995-01-23
Filing date: 1995-01-23
Publication date: 2000-01-31
Anticipated expiration: 2015-01-31
Also published as: JPH08201283A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、海洋や河川、ダム湖等
の水質を、測定するための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ダム湖等に於ける富栄養化現象は、藻類
の大量発生等の水質低下の原因となるため、富栄養化の
一因である各種のリン類、窒素類及びアンモニア類や、
藻類の発生量と相関するクロロフィル濃度を常に監視し
ておく必要がある。また、これ等に限らず、化学的酸素
要求量（ＣＯＤ）を監視することも必要である。

【０００３】更には、水中に浮遊する多量の砂泥等は景
観を損ねるばかりでなく、やがて沈降、堆積してダムを
埋没させたり海底生物を死滅させたりする虞れがあるの
で、「濁度」として常に監視し、それについての対策が
必要である。

【０００４】リン類、窒素類、アンモニア類、クロロフ
ィル等の濃度、濁度、及び化学的酸素要求量を計測する
手段としては、水質の各種分析、吸光度法、蛍光光度法
等が採用されているが、水質を化学的または物理的に処
理して計量や計算する分析手段は、ダム湖等で常時リア
ルタイムで連続的に測定することが困難で、また、手作
業であるために人件費が嵩む等の欠点がある。

【０００５】そこで、吸光度法或いは蛍光光度法が広く
採られており、蛍光光度法は、特定波長の光をクロロフ
ィル等に照射して、これによって励起される蛍光の量を
測定することにより濃度を計測するものである。

【０００６】更には、化学的酸素要求量を計測する場合
には、水中に於ける或る種の有機物は紫外線を良く吸収
し、その量が化学的酸素要求量と良く相関するため、そ
の有機物の定性定量に紫外線を照射し、その吸光度を計
測する手段もある。

【０００７】また、リン類、窒素類、アンモニア類の場
合にも特定の試薬を加え反応させた後、特定の波長の光
を照射してその吸光度から含有量を計測するし、濁度の
場合にも、光を照射して水中懸濁物による反射・散乱量
を測定して濁度としての数値を得る。

【０００８】このような計測を達成するための発光源と
しては、従来よりハロゲンランプ、熱陰極蛍光管、低圧
水銀灯、等が使用されてきた。例えば特開平４−１２２
５２号公報、特開平４−１２２５０号公報等で開示され
ている発明である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハロゲ
ンランプ、熱陰極蛍光管、低圧水銀灯、等は、使用条件
により差があるものの、一般的に使用経時に従う劣化が
早くて寿命が短く、補修がきかず、形態が大きいために
装置自体も大きくなり、消費電力が大きくてランニング
コストが嵩む等の多くの不都合があった。

【００１０】そして、例えばクロロフィルの濃度を蛍光
光度法で計測する場合には、４３６nmの光を当て、６７
０nmの発光量を測定することになっており、４３６nmの
成分を取り出すべく、発光源にフィルターをかけて余分
な波長をカットする必要があり、それだけ部材提供の手
間や費用がかかるばかりでなく、光量自体の無駄を生じ
させている。この手間や費用の嵩む点、光量を浪費する
点、等は、クロロフィルを対象とする場合に限らず、他
の測定の際にも同様に問題となる。

【００１１】更には、測定精度を高めるためには、外来
光の入射を避け、また測定回路のゼロ点補正をしなけれ
ばならず、そのためには発光源はパルス発光（点滅）さ
せなければならないが、ハロゲンランプ、熱陰極蛍光
管、低圧水銀灯等の発光源は、その点滅操作だけではパ
ルス発光が不能であるから、例えば上記従来例の公報で
も開示されているように、発光が間欠的に達成されるよ
うに回転スリットの如き装置が必要となる。

【００１２】即ち、外来光があると、直接的、間接的に
その光量分が、光源の発光光のみによって測定対象物に
起因した反応光（例えばクロロフィルであれば蛍光光）
に加算されてしまうので測定値に大幅な誤差が生じてし
まう。この誤差を避けるためには、全受光量から無発光
時の受光量を差引き、光源の発光光のみに反応した光量
（例えばクロロフィルであれば蛍光光）を求める必要が
あり、上述したような回転スリットを回転させてパルス
発光させ、発光状態と無発光状態とを形成しなければな
らないのである。

【００１３】また、受光回路には、外来光とは別に、電
気的に経時や温度等に伴う種々の誤差が生じるのが常で
ある。そして、これ等の誤差を事前に簡易に補正する手
段の一つとして、上述した測定回路のゼロ点補正があ
る。つまり、被検物に対して照射しなければ蛍光しない
のであるから、例えば回転スリットによりパルス発光さ
せて、この照射していないときの受光量をゼロとする回
路構成にすれば良い。

【００１４】このような理由から、各種の水質を測定す
る装置に於いて、発光源としてハロゲンランプ、熱陰極
蛍光管、低圧水銀灯等を使用する場合には、回転スリッ
ト等のパルス発光装置が必要となり、それだけ回転動力
源も含めて装置全体が大規模なものとならざるを得ず、
機械的構成であるが故に故障原因を含むものになってい
る。

【００１５】また、交流電源によって点灯させる光源の
場合、電源波形に対応して光量は刻々と繰返し変化する
ため、受光信号をそのまま使用できず、バンドパスフィ
ルター又は専用の整流回路等が必要となる問題もある。

【００１６】そして、上記した特開平４−１２２５２号
公報の従来例では、熱陰極蛍光管から光電子増培管に向
けて測定光を直接に発光するのとは別に、光ファイバを
介して回転スリット経由で参照光も発光している。また
特開平４−１２２５０号公報の従来例では、低圧水銀灯
から第一光電管に向けて測定光を直接に発光するのとは
別に、低圧水銀灯から第二光電管光に向けて参照光も発
光している。

【００１７】如何なる種類の発光源であっても、種々の
理由によって光量が変動し得る。特に発光源としてのハ
ロゲンランプ、熱陰極蛍光管、低圧水銀灯等は、使用に
従う経時変化により煤けたりフィラメントの抵抗が変化
して劣化し、光量の大幅な変動が見込まれる。

【００１８】従って発光源の光量を常に測定し、光量を
一定に補正するか、或いは測定値を割戻すか等の手当が
必要である。しかしながら、上述した従来例は、装置全
体が大規模なことから、参照光を得るための手段も大規
模となり、それだけ装置が複雑化し、コストアップとな
っている。

【００１９】処で、この種の水質測定装置で各種の水質
を測定するためには、ダム湖等の任意の水中深度の水を
サンプルとして採取して測定する採水方式と、任意の深
度の水中に吊り下げて水を採取しながら測定する浸漬方
式とがある。

【００２０】このうち採水方式は、採水器による人為的
方法であれば採水作業に時間を要して人件費が嵩むばか
りか、リアルタイムに計測できない不満があり、自動的
採水方法であれば汲み上げポンプを必要とし、ゴミ詰ま
りが生じ、水深変更に手間がかかる等々、多くの問題が
ある。そして、両方法とも、採水による水質の変動によ
って結果的に正しい計測ができない欠点があり得る。

【００２１】そこで、上記した浸漬方式を選択すること
が多いが、この浸漬方式では装置全体を水中に入れるこ
とになるため、発光、受光部分に微生物や浮遊物が付着
し、計測結果に誤差が生じる欠点がある。

【００２２】この浸漬方式は、必ずしも常に水中に浸漬
している訳ではなく、例えば一日に一回水中に投入して
計測することもあり、このような場合には、装置を水上
に引上げた際に人為的に発光、受光部分を清掃すれば良
いのであるが、水中に投入して計測する直前に微生物や
浮遊物が付着することも多々ある。

【００２３】また、採水方式といえども、連続（自動）
測定を行えば必ず発光・受光部分に浮遊物等が付着する
し、間欠且つ人為的な採水・計測であっても、直前に浮
遊物等が付着するのは同様である。

【００２４】このようなことから例えば前記した特開平
４−１２２５２号公報や特開平４−１２２５０号公報の
従来例では、サンプル水が通過して光を照射する部分に
清掃用のワイパーを配しているが、構造が極めて複雑な
ものになっている。

【００２５】これは、外来光を遮蔽するために透明筒体
内に弁を介してサンプル水を吸入する構成となっている
ための複雑化と思われ、弁がそのままワイパーとしても
機能するようになっているのであるが、透明筒体の内面
に付着した微生物等をワイパーの往復動によって払拭し
たとしてもその微生物等が筒体内に残存する虞れがあ
り、従って正確な計測が望めず、また、構造が複雑なる
が故に、サンプル水の吸入或いは排出時に、払拭された
付着物を含む泥詰まり等の事故の生じる虞れが多分にあ
る。

【００２６】次に、上記した従来例では、透明筒体内の
サンプル水を透明筒体の外部から照射し、透過した光を
透明筒体の外部で受光する形態である。しかしながら、
光を外面で反射させることなくサンプル水に照射し、且
つ透過させて所定外部個所で受光できる程度に光を制御
するためには、透明筒体自体に対して極めて精度の高い
光学的な研磨を施さなくてはならず、極めて高価なもの
になる。

【００２７】また、例えば比較的狭く且つ閉鎖的なダム
湖等であっても、その水質状況は水深や水平位置により
千差万別であるため、水質測定装置を一定速度で昇降、
曳航して使用することが多いが、従来技術で筒体内に吸
入する方式だと多少の遅れが生じるので、浸漬式の利点
が減殺される。

【００２８】特に前述の従来装置では、注水孔や誘導孔
が極端に細く且つウォームギア使用のため、１回の吸水
・排水には相当な時間を要する。更には、１回の吸水・
排水では誘導孔や透明筒体内に可成の水が残り、且つ注
水孔に弁機能がないために一部の水が逆流するので、透
明筒体内の水が完全に入れ替わるには複数回の吸水・排
水が必要となり、大幅な時間の遅れが生じて連続測定は
極めて実現が難しいものになっている。

【００２９】よって、本発明は、上述した従来技術の欠
点、不都合、問題点を解消するべく開発されたもので、
パルス発光制御が簡単な発光源を使用できるようにし、
発光源の光量の一定化を図り、更には最適な測定環境を
形成することを技術的な課題とし、もって装置全体を小
規模に構成し、且つ測定精度を高めることを目的とす
る。

【００３０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の水質測定装置は、一部に透明体により壁部を形
成したケーシング内に、前記した透明体を透過して水中
に発光する発光ダイオードと、水中内で反応したこの発
光ダイオードの光を透明体を透過して受光する受光素子
とを配置して測定部を構成すると共に、受光素子の受光
量を測定する回路をこの測定部に接続し、更に前記した
ケーシングに透明体を覆う形態でハウジングを連設し、
ハウジングによって形成された測定室の一部に開閉自在
な水の流入口と流出口とを設け、この測定室内に試薬を
注出できる試薬タンクを、ハウジングに付設した構成で
ある。

【００３１】或いは、一部に第一の透明体により壁部を
形成し、内部に、この第一の透明体を透過して水中に発
光する発光ダイオードを収納した第一のケーシング部
と、一部に第二の透明体により壁部を形成し、内部に、
水中内で反応した発光ダイオードの光をこの第二の透明
体を透過して受光する受光素子を収納した第二のケーシ
ング部とで測定部を構成すると共に、この測定部に受光
素子の受光量を測定する回路を接続し、一部に開閉自在
な水の流入口と流出口とを設け、内部に測定室を形成し
た閉鎖されたハウジングを、第一の透明体と第二の透明
体とを覆う形態で第一のケーシング部と第二のケーシン
グ部に連設し、測定室内に試薬を注出できる試薬タンク
をハウジングに付設する。

【００３２】従って、透明体を覆うハウジング内を流通
する水中に透明体を透過して出射された発光ダイオード
の出力光は、水中内の有機物やクロロフィル等の被測定
物を照射し、反応した光を再度透明体を透過してケーシ
ング内の受光素子が受光し、測定回路により受光素子の
受光量を計測し、水中内の有機物やクロロフィル等の濃
度を測定するのである。

【００３３】また、水中のリン類、窒素類、アンモニア
類等の含有量を計測する場合は、特定の試薬を加え反応
させた後、特定の波長の光を照射してその吸光度からそ
の含有量を計測することになり、この特定の試薬を加え
て反応させる前処理を施すべく、サンプル水を取水し試
薬を加えるための測定室を形成するためのハウジングを
設けた。

【００３４】即ち、ハウジングに付設された試薬タンク
から測定室内に試薬を注出し、測定室内のサンプル水と
反応させた後、特定の波長の光を照射してその吸光度か
らリン類、窒素類、アンモニア類等の含有量を計測する
のである。

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】第一のケーシング部と第二のケーシング部
とで構成した場合、発光ダイオードと受光素子との組合
せ物を第一のケーシング部のみにする。

【００４２】

【００４３】発光ダイオードと、受光素子と、この受光
量を測定する回路とは、一個のケーシング内に一体組込
する形態であっても、発光ダイオードを第一のケーシン
グ部に、受光素子を第二のケーシング部に夫々個別に収
納すると共に、測定回路を第一のケーシング部と第二の
ケーシング部との何れかに収納し、或いは更に水上等に
別途に配置する形態であっても良いものである。

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】また、ケーシングを、発光ダイオードを収
納する第一のケーシング部と受光素子を収納する第二の
ケーシング部とに区画する構成にすれば、発光ダイオー
ドの発光光路と受光素子の受光光路とが交差する形態、
或いは更に、発光ダイオードと受光素子とが仮想される
直線上で対向するように、第一のケーシング部と第二の
ケーシング部とを配することが可能であり、光の散乱や
透過を受光素子で確実に捕捉することができる。

【００４８】

【００４９】次に、発光源として発光ダイオードを使用
するため、従来技術の光源に較べて安定且つ長寿命であ
るばかりでなく、電気的にパルス発光させることが可能
であり、発光状態と無発光状態とを確実且つ簡易に制御
し、外来光キャンセル等が可能で外来光に影響されるこ
となく、装置が小型にも拘らず確実に測定することがで
きる。

【００５０】

【００５１】

【００５２】また、発光ダイオードと受光素子との組合
せ物の複数個を、夫々の光路が交差または一致する形態
で配すれば、それだけ情報量が増す。そして、第一のケ
ーシング部と第二のケーシング部とを設けた構成では、
発光ダイオードと受光素子との組合せ物を、第一のケー
シング部と第二のケーシング部との夫々に、または何れ
か一方のケーシング部に配すれば、同様に情報量を益す
ことができる。

【００５３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１に於いて、中空なケーシング１は、開放さ
れた下端が端板２によって密封閉鎖され、上端から延出
するケーブル３によって吊下げられ、水中に浸漬される
ようになっている。但し、浸漬測定の場合は水が内部に
浸入しないようにケーシング１全体を当然ながら密封構
造とするが、例えば被測定水を採取し、水槽等に収納し
た状態で測定するような場合は、ケーシング１は、水が
浸入しない限り上方が開放された構成であっても良い。

【００５４】ケーシング１の壁部の一部を形成する端板
２には窓孔４が開設され、この窓孔４に透明体５として
レンズが密に嵌め込まれている。

【００５５】透明体５たるレンズは、図示実施例では平
凸レンズであり、平坦面をケーシング１の外面となるよ
うに配置され（即ちレンズの球面がケーシング１の内面
に位置し）、光軸位置には、球面から所定径で所定深さ
の穴孔６が貫通しないように開設されている。

【００５６】ケーシング１内にあって、透明体５の内面
には、その球面を覆う形態で光源ホルダー７が配され、
図示実施例では透明体５の穴孔６に対向する中心個所、
及びこの中心個所を中心として同心円上に図示実施例で
等間隔に八個所に、貫通孔８が開設されている。

【００５７】光源ホルダー７の同心円上の八個所の貫通
孔８には、透明体５の球面に光軸がほぼ垂直になる形態
で発光ダイオード９が埋設され、透明体５の穴孔６には
フォトダイオード等の受光素子１０が埋設され、この受
光素子１０の受光面は透明体５の平坦面とほぼ平行にな
る形態とし、更に受光素子１０のリード線は光源ホルダ
ー７の中心個所の貫通孔８を貫通している。

【００５８】そして、例えばクロロフィルの濃度を蛍光
光度法で計測する場合には、発光ダイオード９の先端面
には青色フィルター１１、受光素子１０の先端面には赤
色フィルター１２が配され、更に光源ホルダー７の同心
円上の八個所の貫通孔８に於ける発光ダイオード９の近
傍には、発光ダイオード９の発光を直接受光する光量補
正用受光素子１３が配されている。

【００５９】但し、同様にクロロフィルの濃度を蛍光光
度法で計測する場合には、必要に応じて、光量補正用受
光素子１３の位置を青色フィルター１１の前に配した
り、青色フィルターを光量補正用受光素子１３に付ける
場合もある。尚、発光ダイオードの場合、他の光源と異
なって単波長のものが多いので、これを使用する場合は
全ての青色フィルターが不要となり、効率が高くしかも
コストを低く抑えることができる。

【００６０】発光ダイオード９、受光素子１０、光量補
正用受光素子１３等のリード線は、光源ホルダー７の内
側に配された回路基板１４に接続され、発光ダイオード
９の発光を制御したり、特には後述する各種の補正を行
う。そして、回路基板１４で得られたデータは、情報と
してケーブル３を介して水上に送られるのである。

【００６１】また、回路基板１４等の測定回路は、必ず
しもケーシング１内に配さなければならないものではな
く、水上の測定現場に設置しても良いものである。

【００６２】発光ダイオード９は、高輝度のものが採用
され、電気的に高周波点滅が可能であるが、光量が少な
いために複数個を使用することになる。発光ダイオード
９は寸法が小さいので、複数個であってもコンパクトに
ケーシング１内に組み込むことができ、同じく複数個で
あっても、消費電力も少なく、また、電源電圧は極めて
低くて済む。また、発光ダイオード９は自己発熱も殆ど
ないので、使用上の制約もない。

【００６３】前述したように例えばクロロフィルの濃度
を蛍光光度法で計測する場合には、ここでの発光ダイオ
ード９は、４３６nmの波長を含む光を発するものが採用
される。そして、発光ダイオード９がこの波長のみの単
波長を発する場合には、上記したように青色フィルター
１１を必要としない。青色フィルター１１は、光源の発
光波長中、４３６nmの波長をクロロフィルに照射する目
的をもって使用されるものであるからである。青色フィ
ルター１１を必要としない点については、他の被測定物
を他の波長の発光光で計測する場合にも同様である。

【００６４】透明体５の穴孔６に埋設される受光素子１
０は、４３６nmの光が当てられたクロロフィルの蛍光光
を６７０nmの波長で受光するもので、この波長を得るた
めに前述した赤色フィルター１２を配するのであり、こ
の作用が得られる限りフォトダイオードである必要はな
いが、前記した従来例で使用されている光電子倍増管の
如きは、大型で高価であり、専用の高圧電源が必要とな
るので、簡便性等よりするとフォトダイオードが望まし
い。これは、他の被測定物による他の反応光を受光する
場合にも同様である。

【００６５】受光素子１０を透明体５の穴孔６に埋設す
る理由は、透明体５の内面である球面に位置させると、
この境界面で発光ダイオード９の光が反射して受光素子
１０に直接入射する虞れがあるからであり、また、水中
からの反応光を効率良く受光するには、透明体５の外面
である平坦面にできるだけ近い方が望ましいからであ
る。

【００６６】但し、発光ダイオード９の光が反射して受
光素子１０に直接入射する虞れがなく、しかも反応光を
受光するにもレンズ効果を利用しようとする場合には、
穴孔６を開設することなく、透明体５の内面である球面
に受光素子１０を位置させても良いものである。

【００６７】尚、実験結果よりすると、上記した平凸レ
ンズ形状の透明体５の内面に更に両面凸レンズを一枚以
上使用すれば、当然ながらレンズ効果が高まることが確
認されており、図示実施例のレンズ形態に限定されるも
のではない。

【００６８】次に、ケーシング１内には、前記した各部
材に隣接して洗浄装置１５が設けられている。即ちケー
シング１内には駆動部１６が内蔵され、そのモータ軸１
７は水密パッキン（図示省略）を介して端板２を貫通し
て下方に延出し、このモータ軸１７の先端である下端に
はワイパー１８が連設される。

【００６９】駆動部１６は、モータと減速器一体型であ
って、摩耗や故障等が予想されるウォームギア等は採用
せず、小型で高い耐久力を有し、低価格で保守の容易な
ものが選択される。

【００７０】ワイパー１８は、平坦面となった透明体５
の外面に接触して付着する微生物や浮遊物を払拭除去す
るものであり、この除去が確実になされるように前述し
たように透明体５の外面を平坦面とし、図１、２の図示
実施例では、約９０度の角度で往復動するようにして、
ケーシング１内に内蔵されたワイパー位置検出器（図示
省略）により、非駆動時には透明体５の外面にかからな
いように制御され、待機位置が設定される。

【００７１】図示実施例では、ケーシング１内に洗浄装
置１５を設ける構成としたが、回路部分及び光学部分に
比べて故障の率の高い洗浄装置１５は、保守や交換の手
間を考えると光学部分と別体とする方が望ましく、例え
ばケーシング１と隣接して洗浄装置１５を内蔵する他の
ケーシングを配し、ワイパー１８のみが透明体５の外面
に接触できるようにしても良い。

【００７２】尚、外来光が直接に透明体５内に入射する
ことを極力避けるために、ケーシング１の下端に少なく
とも下端が開放されたフード（図示省略）を設けても良
い。但し、測定しようとする水がこのフード内に滞留し
てしまっては正確な計測が図れなくなる虞れもでてくる
ので、フードの側壁を例えばブラインドパネル状にし
て、外来光は遮断するものの水の流入は自由に行えるよ
うにしておく必要があろう。

【００７３】次に、前記したケーシング１を、第一の透
明体５ａを配した第一のケーシング部１ａと、第二の透
明体５ｂを配した第二のケーシング部１ｂとに区画し、
第一のケーシング部１ａには発光ダイオード９を収納
し、第二のケーシング部１ｂには受光素子１０を収納す
る構成とし、更に、受光素子１０の受光量を測定する回
路基板１４等の回路を、第一のケーシング部１ａ或いは
第二のケーシング部１ｂに収納し、若しくは水中や水上
を問わず別個に配置する構成としても良い。

【００７４】このように構成すれば、例えば図３に示し
た説明図の如く、第一の透明体５ａを透過した発光ダイ
オード９の発光光路と、第二の透明体５ｂを透過する受
光素子１０の受光光路とが交差する形態で、第一のケー
シング部１ａと第二のケーシング部１ｂとを配置した
り、発光ダイオード９と受光素子１０とが仮想される直
線上で対向する形態で、第一のケーシング部１ａと第二
のケーシング部１ｂとを配置したり（図４）することが
でき、被測定水内で反応する発光ダイオード９の光の散
乱や透過を受光素子１０で確実に捕捉することができ
る。

【００７５】尚、第一のケーシング部１ａと第二のケー
シング部１ｂとに個別に構成したとしても、夫々に於け
る第一の透明体５ａと第二の透明体５ｂに前記したワイ
パー１８を装着した方が望ましいことは勿論である。特
に図４で示したように、発光ダイオード９と受光素子１
０とが仮想される直線上で対向する形態で、第一のケー
シング部１ａと第二のケーシング部１ｂとを配置する構
成とした場合には、第一の透明体５ａと第二の透明体５
ｂを清掃するワイパー１８を一本のモータ軸１７で同軸
に兼用させ、一基の駆動部１６で駆動させることができ
る。

【００７６】次いで図５の実施例では、サンプル水か
ら、リン類、窒素類、アンモニア類等の含有量を計測す
るような場合の構成について示している。

【００７７】前述したように、水中のリン類、窒素類、
アンモニア類等の含有量を計測する場合は、特定の試薬
を加え反応させた後、特定の波長の光を照射してその吸
光度からその含有量を計測するのであり、この特定の試
薬を加えて反応させる前処理を必要とし、図５は、サン
プル水を取水し試薬を加えるための測定室１９を形成す
るためのハウジング２０を、図１で示した実施例のケー
シング１に一体設した構成を示すものである。

【００７８】即ち、ワイパー１８を含む図１で示した実
施例のケーシング１の下端からは、閉鎖されたハウジン
グ２０が透明体５を覆う形態で一体設されており、ケー
シング１内の、透明体５を透過して水中に発光する発光
ダイオード９と、水中内で反応した発光ダイオード９の
光を受光する受光素子１０とにより測定部２１が構成さ
れ、受光素子１０の受光量を測定する回路がこの測定部
２１に接続される。

【００７９】このハウジング２０に、一部に開閉自在な
水の流入口２２と流出口２３とを設けると共に、測定室
１９内に試薬を注出できる試薬タンク２４を設け、流入
口２２から取り入れられたサンプル水に試薬を注出し、
反応させた後、特定の波長の光を照射してその吸光度か
らリン類、窒素類、アンモニア類等の含有量を計測する
のである。尚、試薬タンク２４は、図示実施例のように
測定室１９内に設けても、ハウジング２０外に設けて試
薬を測定室１９内に注出する構成としても良いものであ
る。

【００８０】流入口２２、流出口２３、試薬タンク２４
の夫々の開閉弁の制御は、夫々所定の手順にしたがって
行われる。

【００８１】即ち、先ず流出口２３を閉鎖した状態で流
入口２２を開き、水中からサンプル水を測定室１９内に
ポンプ等を介して取り入れてから流入口２２を閉鎖し、
試薬タンク２４の弁を開いて所定一定量の試薬を測定室
１９内に注出し、ポンプ等を介して混合する。

【００８２】試薬により測定室１９内のサンプル水が反
応したならば、ケーシング１内に於ける測定部２１の発
光ダイオード９から特定の波長の光を透明体５を透過し
て測定室１９内のサンプル水中に出射し、水中内で反応
した発光ダイオード９の光を受光する受光素子１０と、
受光素子１０の受光量を測定する回路基板１４等の回路
により、吸光度を計る。

【００８３】次いで、流出口２３を開いて測定室１９か
らサンプル水をポンプ等を介して排出し、更に流入口２
２を開いて水を取り入れ、測定室１９内の水洗いやワイ
パー１８による透明体５の洗浄を行い、次の測定に備え
て洗浄水を流出口２３から排出するのである。

【００８４】尚、試薬タンク２４内に収納する試薬は、
含有量を測定しようとするリン類、窒素類、アンモニア
類等によって異なっており、例えばリン類のうちリン酸
イオンを対象としたモリブデン青アスコルビン酸還元法
では、アスコルビン酸溶液とモリブデン酸アンモニウム
溶液とを１：５で混合した溶液を、ＪＩＳで定められた
規格に沿って使用する。

【００８５】また、図５の実施例では、発光ダイオード
９と受光素子１０と測定回路とにより構成した測定部２
１を内蔵したケーシング１にハウジング２０を一体設し
た構成であるが、これに限定されるものではなく、被測
定物の種類によっては、発光ダイオード９を収納した第
一のケーシング部１ａと、受光素子１０を収納した第二
のケーシング部１ｂと、受光素子１０の受光量を測定す
る回路基板１４の回路等を内蔵する測定部２１等を別個
に配置し、発光ダイオード９の発光光路と受光素子１０
の受光光路とが交差する形態となるようにしたり、発光
ダイオード９と受光素子１０とが仮想される直線上で対
向する形態となるようにしたりしても良いものである。

【００８６】次に図６は、各実施例の計測方法に於ける
測定回路のブロック図であり、ここでは発光ダイオード
９の発光光量を光量補正用受光素子１３により監視し、
周囲温度や経時劣化等で変動し得る発光光量が常に一定
となるように調整する。

【００８７】即ち、発光ダイオード９は、発振回路、点
滅回路等によりパルス制御されて発光するが、その発光
光量は光量補正用受光素子１３により監視され、予め設
定された値から変動した場合には、その変動を電流調整
回路に送り、発光ダイオード９の発光光量を上記一定値
に調整し、維持させるのである。

【００８８】一方、反応光は受光素子１０に入射し、そ
の信号は増幅回路を経て増幅され、発振回路と接続され
た外来光補正回路に送られる。

【００８９】外来光によるノイズ的な光の量は、点滅す
る発光ダイオード９の無発光時に於ける受光素子１０の
受光量で算出でき、発光時に於ける受光素子１０の受光
量から無発光時の受光量を差し引いた量が、発光光に対
する純粋な反応光量となり、この値を外来光補正回路で
得る。発光ダイオード９の点滅制御は電気的に極めて容
易であるから、電気的に同期させての反応光量の算出も
電気的に極めて容易なものになる。

【００９０】ここでの同期のための信号は、大本の発振
回路から得られるので、従来例に於ける回転スリットの
ように、その回転を検出するための機構は不要となる。

【００９１】また受光回路では、外来光によるノイズ的
な光とは別に、経時や温度等の要因で電気的に種々の誤
差が生じるのが常である。これ等の狂いを補正する手段
として、発振回路と接続され、且つ外来光補正回路と接
続されたゼロ点補正回路を用いる。

【００９２】この補正は、発光ダイオード９の無発光時
の受光量をゼロとする回路を構成することにより簡単に
達成することができる。そしてこのゼロ点補正回路は、
回路の構成方法によっては外来光補正回路と兼用させる
ことも可能である。

【００９３】図７は、外来光補正回路とゼロ点補正回路
とを兼用させた微分回路を代替として採用したものであ
り、この場合、微分回路には、発振回路からの発振信号
は不要であって発振回路とは接続されていない。

【００９４】このようにして補正された信号は、整流回
路、出力回路を経て、データ信号として送られる。

【００９５】次いで図８は、所謂割戻し手段による測定
回路ブロックを示すものである。前記した図６の実施例
では、発光ダイオード９の発光光量を光量補正用受光素
子１３により監視して、発光光量を電流調整回路により
常に所定一定値に調整していたが、ここでは、発光ダイ
オード９の発光光量の変動に伴い、受光量を割戻すもの
である。

【００９６】即ち、ゼロ点補正回路と整流回路との間に
光源変化割戻し回路を介在させる。この光源変化割戻し
回路は、発振回路及び光量補正用受光素子１３と接続し
ており、光量補正用受光素子１３は電流調整回路とは接
続されていない。

【００９７】そこで、ゼロ点補正回路までで得られた受
光量データに、光量補正用受光素子１３で監視すること
により得られた変動する発光ダイオード９の発光光量の
データを直接に取り込み、正確な反応光量として割戻す
のである。

【００９８】サンプル水から、リン類、窒素類、アンモ
ニア類等の含有量を計測するような場合の図５で説明し
た構成について、流入口２２、流出口２３、試薬タンク
２４の夫々の開閉弁の制御、ワイパー１８による透明体
５の洗浄制御等も、ここでの測定回路の一部で達成され
る。

【００９９】尚、化学的酸素要求量やリン類、窒素類、
更には濁度の一部の測定では、発光ダイオード９による
特定波長の光を有機物に照射してその吸光度を計測す
る。具体的な装置構成としては、図３の実施例で前述し
たように、発光ダイオード９を収納する第一のケーシン
グ部１ａと、受光素子１０を収納する第二のケーシング
部１ｂと、受光素子１０の受光量を測定する回路基板１
４等の回路等とを別個に構成し、例えば発光ダイオード
９と受光素子１０の光軸とを直交させるなり（図３）、
１８０度の角度で対向させるなり（図４）して位置さ
せ、有機物によって吸光されなかった量を測定し、間接
的に吸光度を計測する。

【０１００】処で、各種の被測定物を上述したような手
段で計測する場合に極めて精度高く計測しようとするに
は、この被測定物に対しあらゆる方向から光を照射し、
その反応を計測するのが最も望ましい形態である。

【０１０１】そこで、例えば発光ダイオード９と受光素
子１０との組合せ物（例えば、図１に於ける発光ダイオ
ード９と受光素子１０のみ。但し、何れの個所かに於い
て測定回路を配さなければならないのは勿論である。）
の複数個を、夫々の光路が交差または一致する形態で配
すれば、それだけ情報量が益すことになるので、上記要
望を或る程度満足させることができる。

【０１０２】そして、例えば図３や図４の実施例で示し
たように、第一のケーシング部１ａと第二のケーシング
部１ｂとを設けた構成にあっては、同様の趣旨で発光ダ
イオード９と受光素子１０との組合せ物を、第一のケー
シング部１ａと第二のケーシング部１ｂとの夫々に配し
ても良いものである。また、発光ダイオード９と受光素
子１０との組合せ物を第一のケーシング部１ａのみに配
し、第二のケーシング部１ｂには受光素子１０のみを配
しても良い。

【０１０３】更には、リン類、窒素類を含む有機物によ
って吸光される量以外に、他の物質によって吸収・反射
される分がある場合には、有機物の吸光に関与しない波
長の光を別に照射・受光する。そして、この量と前述の
有機物によって吸光される量とから吸光度を計測するこ
とになる。

【０１０４】また、受光素子１０が受光する光は、クロ
ロフィルの場合は発光ダイオード９から出射された光が
クロロフィルに反応して得られた蛍光光であったり、濁
度の場合はその散乱光であったり、ＣＯＤや窒素の場合
はその吸光されなかった分であったりするのであるが、
本発明ではこれに限定されるものではなく、例えば発光
ダイオード９の無発光状態を検知するのも、水中に於け
る或る種の反応であるといえる。

【０１０５】或いは、発光ダイオード９の出射光が水中
の何ら物質にも吸収されず、反射されず、蛍光されなけ
れば（つまり例えば水中が極めて清浄であるならば）、
無反応という反応を受光素子１０は検知することにな
る。

【０１０６】また、本発明の装置にあっては、単に複数
の水質項目を測定する機構のみならず、水深別鉛直水質
分布を測定する場合に有効となるよう、水深測定装置の
現在水深を測定する水深測定機構を内蔵したり、水質の
基礎ともいえる水温、特に生物面でクロロフィルと密接
な関係がある水温を測定する機構を内蔵することもあ
る。

【０１０７】

【発明の効果】本発明にかかる水質測定装置は、発光源
として発光ダイオードを採用した上述した構成となって
いるので、電気的にパルス発光させることが可能であ
り、従って発光状態と無発光状態とを形成するための回
転スリットの如き機械的な装置を必要とせず、それ故に
全体的な小型化が達成できるばかりでなく、機械的故障
がないため修理等の必要もなく、経時的な摩耗からくる
定期的な部品交換も不要であり、更にはそのためのコス
トが省略でき、モータの省電力を達成することができ
る。

【０１０８】また、発光ダイオード自体が極めて小型で
低廉であり、他の蛍光管等に比べて寿命が長く、光量の
劣化ダウンもないのであるから、仮に多数個を使用しな
ければならないとしても大きなスペースを占めることも
なく、経済的であり、消費電力も少なくて済み、自己発
熱も殆どないので使用上の規制もない。

【０１０９】

【０１１０】更には、透明体をレンズで構成すること、
及び複数の発光ダイオードを円形に羅列したり、発光ダ
イオードの円形中心に受光素子を配することにより、発
光ダイオードの出力光の方向性を制御し、また蛍光光等
の反応した光をレンズに埋設した受光素子に確実に受光
させることができ、また、発光ダイオードの近傍に光量
補正用受光素子を配したので、周囲温度や経時劣化等で
変動し得る発光ダイオードの発光光量を直接監視して補
正することができる。

【０１１１】水中のリン類、窒素類、アンモニア類等の
含有量を計測する場合は、特定の試薬を加え反応させな
ければならないが、本発明ではこの必要となる前処理を
計測直前に行うことができるので、リアルタイムでこれ
等の含有量の計測を確実に達成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測定装置の一実施例を示す縦断面図で
ある。

【図２】底面図である。

【図３】他の実施例を示す配置説明図である。

【図４】更に他の実施例を示す配置説明図である。

【図５】試薬を使用して測定する場合の実施例を示す縦
断面図である。

【図６】測定回路の一実施例を示すブロック図である。

【図７】測定回路の他の実施例を示すブロック図であ
る。

【図８】測定回路の更に他の実施例を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１；ケーシング、１ａ；第一のケーシング部、１ｂ；第
二のケーシング部、２；端板、３；ケーブル、４；窓
孔、５；透明体、５ａ；第一の透明体、５ｂ；第二の透
明体、６；穴孔、７；光源ホルダー、８；貫通孔、
９；発光ダイオード、１０；受光素子、１１；青色フィ
ルター、１２；赤色フィルター、１３；光量補正用受光
素子、１４；回路基板、１５；洗浄装置、１６；駆動
部、１７；モータ軸、１８；ワイパー、１９；測定室、
２０；ハウジング、２１；測定部、２２；流入口、２
３；流出口、２４；試薬タンク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭55−62357（ＪＰ，Ａ) 実開平３−35458（ＪＰ，Ｕ) 実開昭58−187760（ＪＰ，Ｕ) 実開平６−49989（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−58746（ＪＰ，Ｕ) 実公昭51−13103（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/61 G01N 21/75 G01N 33/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一部に透明体（５）により壁部を形成し
たケーシング（１）内に、前記透明体（５）を透過して
水中に発光する発光ダイオード（９）と、水中内で反応
した該発光ダイオード（９）の光を前記透明体（５）を
透過して受光する受光素子（１０）とを配置して測定部
（２１）を構成すると共に、前記受光素子（１０）の受
光量を測定する回路を該測定部（２１）に接続し、更に
前記ケーシング（１）に前記透明体（５）を覆う形態で
ハウジング（２０）を連設し、前記ハウジング（２０）
によって形成された測定室（１９）の一部に開閉自在な
水の流入口（２２）と流出口（２３）とを設け、該測定
室（１９）内に試薬を注出できる試薬タンク（２４）
を、前記ハウジング（２０）に付設したことを特徴とす
る水質測定装置。
【請求項２】一部に第一の透明体（５ａ）により壁部
を形成し、内部に前記第一の透明体（５ａ）を透過して
水中に発光する発光ダイオード（９）を収納した第一の
ケーシング部（１ａ）と、一部に第二の透明体（５ｂ）
により壁部を形成し、内部に水中内で反応した前記発光
ダイオード（９）の光を前記第二の透明体（５ｂ）を透
過して受光する受光素子（１０）を収納した第二のケー
シング部（１ｂ）とで測定部（２１）を構成すると共
に、前記受光素子（１０）の受光量を測定する回路を測
定部（２１）に接続し、一部に開閉自在な水の流入口
（２２）と流出口（２３）とを設け、内部に測定室（１
９）を形成した閉鎖されたハウジング（２０）を、前記
第一の透明体（５ａ）と第二の透明体（５ｂ）を覆う形
態で第一のケーシング部（１ａ）と第二のケーシング部
（１ｂ）に連設し、前記測定室（１９）内に試薬を注出
できる試薬タンク（２４）を、前記ハウジング（２０）
に付設したことを特徴とする水質測定装置。