JP3006080B2 - 煙霧透過率測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、例えば道路トンネル内部の光透過率または
吸光係数を光学的に測定する煙霧透過率測定装置に関す
る。

従来の技術 従来、この種の煙霧透過率測定装置は、投光部と受光
部を100m程度離して設け、投光部から煤煙・煤塵などが
浮遊する煙霧中に光を透過させて、その透過率を測定し
ていた。

そして、上記の装置には、投光部の光源の光束減退、
受光部素子の経年劣化およびレンズ面の汚れなどによる
測定値の低下を補償するために、校正機能が備えられ、
一定周期毎に校正を行い、低下分の補償を行っていた。
また絶対値（100％）の設定は、測定現地にて目視によ
り合わせるか、設定値の記録より、その最高値を合わせ
るようにしていた。

発明が解決しようとする課題 しかし、上記の従来技術では下記のような問題があっ
た。

（１） 一定周期毎に数％ずつゲインを調整するため、
精度的に数％の誤差は避けられない。

（２） 絶対値（100％）の設定が目視により合わせら
れるため、誤差が大きくなるおそれがあった。

（３） 投光部と受光部の間が100m離れているため、光
軸合わせ、ゲイン調整などの現場調整に時間を要した。

（４） 測定処理部のノイズおよびドリフトによって測
定精度が悪くなっていた。

そこで、本発明の目的は、調整が容易で測定精度が良
い煙霧透過率測定装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 上記の目的を達成するため、本発明は、光源と、この
光源からの光を集光する投射レンズおよび対物レンズ
と、前記投射レンズと対物レンズとの間に配置され、測
定光及び校正光を断続光にするチョッパー装置と、前記
測定光と前記校正光を分光するビームスプリッターと、
前記光源と前記ビームスプリッターとの間において同一
光路を通る光を、前記ビームスプリッター通過後に測定
光と校正光とに切り換える光切替手段と、前記ビームス
プリッターにより投射された校正光と反射部から反射す
る測定光とを電気信号に変換する光電変換部とを有する
投受光部と、前記投受光部と対向して設けられた反射部
と、前記投受光部と反射部との間に浮遊する煙霧粒子層
の光透過率または吸光係数を計測し、電気信号に変換す
る処理部および、煙霧透過率の絶対値測定を行うために
前記投受光部と反射部の間の空間部内を清浄な空気に置
換させる煙霧除去手段を設けたことを特徴とする。

作用 上記の手段を採用したため、測定光と校正光がチョッ
パー手段で断続光とされて光電変換部で電気信号に変換
された後に処理部に入り、ここで光透過率及び吸光係数
が演算される。処理部では測定光と校正光を同時に、ま
たは校正光との２光束を連続して比較演算しており、一
定周期毎の校正機能は必要とされない。さらに処理部で
は測定光及び校正光の各測定値から測定光、校正光を遮
断した時の測定値（０％校正）を用いて光透過率および
吸光係数を演算することができるため、測定値のノイ
ズ，ドリフトなどを除去することができる。また透過率
の絶対値（100％）の設定は煙霧除去手段を使用するこ
とにより行われ、処理部で絶対値合わせが行われる。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の煙霧透過率測定装置の全体構成を示
す図である。この煙霧透過率測定装置は、図に示すよう
に、投受光部１と、反射部２とを相対向させて設けると
ともに、投受光部１から投射された光により、反射部２
との間に浮遊する煤塵や煤煙などの煙霧粒子層４の透過
率または吸光係数を測定する装置で、処理部３を有した
構成である。すなわち、投受光部１は第２図に示すよう
に、ケーシング5,5a,5bは開口、11は第１対物レンズ、
６は光源の白熱ランプ、７はコンデンサレンズ、14は第
１ビームスプリッター、16は第２対物レンズ、17は視野
限定用アパーチャ、18は拡散板、19は光電変換部、20は
プリアンプ回路、15は導光手段である第２ビームスプリ
ッター、９はチョッパー手段、10はチョッパー用の電動
機、12は光切替手段、13は光切替用の電動機、ａは測定
光、ｂは校正光である。同図において、投受光部１と反
射部２とを相対向させ、しかも一体的に設置してあり、
投受光部１から投光された光、すなわち測定光により、
投受光部１と反射部２との間に浮遊する煤煙、煤塵など
の煙霧粒子層４の光透過率または吸光係数を測定する。

具体的には、投受光部１のケーシング５に、第３図に
示す反射部２のミラー22,23に対応する位置に光出入射
用の開口5a,5bが形成され、光出射用の開口5aに対応し
て第１対物レンズ11が配置され、光源６と第１対物レン
ズ11の間にコンデンサレンズ７、投射レンズ８とチョッ
パー手段９が配置されている。また光入射用の開口5bに
対応する位置には、反射部２からの測定光ａが第２ビー
ムスプリッター15、第２対物レンズ16、アパーチャー1
7、拡散板18を介して入射されて、光電気変換をする光
電変換部19と、この光電変換部19からの出力電気信号を
増幅するプリアンプ回路20が設けられている。

前記光源６の出射光の一部は校正光ｂとして第１ビー
ムスプリッター14、第２ビームスプリッター15などを介
して前記光電変換部19に入射される。コンデンサレンズ
７と第１対物レンズ11の間に前記測定光ａおよび校正光
ｂを断続光とするチョッパー手段９が配置され、また光
切替手段12は第１ビームスプリッター14を介して光電変
換部19へ測定光と校正光を同時に、又は、校正光ｂとを
切替え入射させている。

第４図はチョッパー手段９の正面図であって、円周部
に複数個の穴25を穿設した円板状の回転セクタ24と、そ
の回転セクタ24によるチョッパー光の周波数が、例えば
トンネル内のナトリウム灯などからのノイズの影響を受
けることを防止するために、その電源である一次電源周
波数の倍数とならないように回転セクタ22を回転させる
第１図の電動機10からなっている。

第５図は光切替手段12の正面図であって、半円周部分
を削除した円板状の回転板26であり、光束の切り替えを
行う電動機13から成っている。

処理部３は演算処理装置であって、プリアンプ回路部
20からの電気信号を受けると共に、この電気信号に基づ
いて光透過率または吸光係数を演算する。

第６図はプリアンプ回路部からの電気信号V_A,V_Bの波
形図であって、前記処理部３では、この電気信号（電圧
値）に基づいて光透過率および吸光係数が演算される。

すなわち、一般に煙霧粒子層４などの光透過率T_Lは下
記の式で表わせる。

T_L＝Ｊ・（V_A−V_B）/V_B …… ただし、Ｊは係数である。

しかし上記電気信号V_A,V_Bはノイズ，ドリフトが入っ
ているため、これらを除去する必要がある。よって０％
校正時の測定光a,校正光ｂを遮断したときの値V_Cを使っ
て、 測定光a:（V_A−V_B−V_C） 校正光b:（V_B−V_C） を用いればよい。

従って、誤差のない光透過率T_L′は下記の式で表わ
せる。

T_L′＝Ｊ・（V_A−V_B−V_C）／（V_B−V_C） …… また吸光係数Ｋは下記の式で表わされる。

Ｋ＝（1/2L）・log（１・T_L′） …… ただし、Ｌは第１図の投受光部１と反射部２との間の
距離である。

第７図は煙霧除去手段を示す構成図であって、27は投
受光部１と反射部２との間を囲う煙霧除去筒、29は煙霧
除去筒25内にバルブ28を介して清浄空気を供給するため
のエアボンベである。

同図において、絶対値（100％）を設定する場合、煙
霧除去筒27を測定光ａの通路内に配置し、バルブ28を開
きエアボンベ29から清浄な空気を供給し、煙霧除去筒25
内を清浄空気で充満させて煙霧を除去した後、処理部３
でT_L′＝１となるように係数Ｊが自動的に調整される。

次に具体的な測定方法を説明する。

光源６から出射した光の一部は、測定光ａとして投射
レンズ８を介してチョッパー手段９の回転セクター22の
穴23に焦点を結び、断続光となって第１対物レンズ11、
及び第１ビームスプリッター14を介して反射部２に投射
される。反射部２のハーフミラー22,23で反射された測
定光ａは第２ビームスプリッター15および第２対物レン
ズ16などを介して光電変換部19へ入り、電気信号（電圧
値）としてプリアンプ回路部20を経て処理部に入力され
る。

一方、校正光ｂもチョッパー装置９で断続光とされ、
第１対物レンズ11を通過後、第1,第２ビームスプリッタ
ー14,15を介して測定光ａと同様に光電変換部19で電気
信号に変換された後、処理部３に入力され、ここで上記
の〜式に基づいて光透過率又は吸光係数が演算され
て、所定の箇所に出力される。

また処理部３では、測定光ａと校正光ｂを同時に、ま
た校正光ｂの２束の測定値を連続して比較演算してお
り、一定周期後毎の校正機能は必要でない。

発明の効果 以上のように本発明の構成によると以下下記のような
効果が得られる。

（１） ２光束の測定値の連続比較により測定を行うた
め、従来のような一定周期毎の校正と異なり、測定精度
を向上させることが出来る。

（２） 光透過率の絶対値（100％）の設定を行う際、
清浄空気と置換して測定するため、従来の目視による場
合と異なり、誤差を殆どなくすことが出来る。

（３） 投受光部と反射部とが一体的に設けられている
ため、光軸合わせなどの現場調整を容易に行うことが出
来る。

（４） 光透過率および吸光係数の演算をする際に、測
定光および校正光の各測定値から０％校正時の測定光，
校正光を遮断したときのノイズ，ドリフトなどを除去す
ることが出来るので、測定精度の向上を図ることが出来
る。

（５） 測定光と校正光とを同一光路を通るようにした
ので、部品が共有化できることから構成の簡略化が可能
となり、故障要因の低減化が図れる。

また、電子部品及び光学部品のノイズやドリフトの劣
化等の影響を少なくでき、測定精度に優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による煙霧透過率測定装置は一実施例を
示す構成図、第２図は投受光部の構成図、第３図は反射
部の構成図、第４図はチョッパー手段の正面図、第５図
は光切替手段の正面図、第６図はプリアンプ回路部から
の電気信号波形図、第７図は煙霧除去手段の構成図であ
る。 １……投受光部、２……反射部、３……処理部、４……
煙霧粒子層、５……投受光部ケーシング、６……光源、
７……コンデンサレンズ、８……投射レンズ、９……チ
ョッパー手段、10……チョッパー用の電動機、11……第
１対物レンズ、12……光切替手段、13……光切替用の電
動機、14……第１ビームスプリッター、15……第２ビー
ムスプリッター、16……第２対物レンズ、17……視野限
定用アパーチャ、18……拡散板、19……光電変換部、20
……プリアンプ回路部、21……反射部ケーシング、22,2
3……ハーフミラー、24……回転セクタ、25……穴、26
……回転板、27……煙霧除去筒、28……バルブ、29……
エアボンベ、ａ……測定光、ｂ……校正光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/61

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源（６）と、この光源（６）からの光を
   集光する投射レンズ（８）および対物レンズ（11）と、
   前記投射レンズ（８）と対物レンズ（11）との間に配置
   され、測定光及び校正光を断続光にするチョッパー装置
   （９）と、前記測定光と前記校正光を分光するビームス
   プリッター（14）と、前記光源（６）と前記ビームスプ
   リッター（14）との間において同一光路を通る光を、前
   記ビームスプリッター通過後に測定光と校正光とに切り
   換える光切替手段（12）と、前記ビームスプリッター
   （14）により投射された校正光と反射部から反射する測
   定光とを電気信号に変換する光電変換部（19）とを有す
   る投受光部（１）と、前記投受光部（１）と対向して設
   けられた反射部（２）と、前記投受光部（１）と反射部
   （２）との間に浮遊する煙霧粒子層の光透過率または吸
   光係数を計測し、電気信号に変換する処理部（３）およ
   び、煙霧透過率の絶対値設定を行うために前記投受光部
   （１）と反射部（２）との間の所定空間部内を清浄な空
   気に置換させる煙霧除去装置とを具備した煙霧透過率測
   定装置。