JP3049926B2 - 粒度分布測定装置 - Google Patents

粒度分布測定装置

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JP3049926B2 JP4057804A JP5780492A JP3049926B2 JP 3049926 B2 JP3049926 B2 JP 3049926B2 JP 4057804 A JP4057804 A JP 4057804A JP 5780492 A JP5780492 A JP 5780492A JP 3049926 B2 JP3049926 B2 JP 3049926B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種粉粒体、エアロゾ
ル、エマルジョン等の粒子の粒度分布を測定する装置に
関し、更に詳しくは、レーザ回折/散乱式の粒度分布測
定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザ回折/散乱式の粒度分布測定装置
においては、媒体中で分散飛翔状態の被測定粒子群にレ
ーザ光を照射し、粒子による回折/散乱光の空間強度分
布をデテクタによって測定し、その測定結果をA−D変
換器によってデジタル化してコンピュータに採り込み、
フラウンホーファ回折理論ないしはミー散乱理論に基づ
く演算によりその粒子群の粒度分布を求める。
【0003】このようなレーザ回折/散乱式の粒度分布
測定装置においては、従来、被測定粒子群の媒体中にお
ける濃度を、多重散乱を起こさないと思われる程度の濃
度に調整し、その試料に対して一定の強度を持つレーザ
光を照射する。そして、A−D変換器のダイナミックレ
ンジを考慮し、このA−D変換器への入力信号が適当な
値となるように、デテクタとA−D変換器の間に介在す
るアンプのゲインを決定している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この種の装置において
は、近年、粒度分布の測定範囲をより広くすることが要
求され、それに伴って測光精度を向上させる必要が生じ
ている。
【0005】回折/散乱光強度は、試料濃度のほか、被
測定粒子群の粒子径にも依存する。すなわち、小さな粒
子は大きな粒子に比較して、同一濃度でも回折/散乱光
強度は低下する。そのため、小さな粒子では回折/散乱
光強度が低下し、その測定出力のS/Nが悪化する結
果、アンプのゲインを上げても測光精度が低下して上記
の要求を満たすことが困難となる。
【0006】また、粒子群の量が少ない場合等、低濃度
の試料しか得られない場合においても、回折/散乱光強
度が低くなり、同様にして良好なS/Nのもとに強度分
布測定ができず、信頼性の高い粒度分布測定結果を得る
ことができないという問題がある。
【0007】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
ので、微小な粒子や低い濃度の試料でも、高いS/Nの
もとに回折/散乱光の強度分布を測定することができ、
もって常に高精度の粒度分布測定結果を得ることのでき
る装置の提供を目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の粒度分布測定装置は、被測定粒子群に照射
するレーザ光の光源として半導体レーザを使用するとと
もに、この半導体レーザの出力光強度を複数段階に切り
換える切換手段を設け、この切換手段により選択されて
いる光強度に応じた演算のもとに回折/散乱光強度分布
測定結果を粒度分布に換算するように構成したことによ
って特徴付けられる。
【0009】
【作用】被測定粒子群に照射するレーザ光の強度を強く
すると、その分だけ回折/散乱光の強度が増す。回折/
散乱光強度が増せばデテクタの出力信号のS/Nが向上
するから、微小な粒子や低濃度の試料の測定に際して、
必要に応じて照射レーザ光強度を強くすることによっ
て、このような試料でも高精度の粒度分布測定結果を得
ることができる。ここで、回折/散乱光の強度分布測定
結果を粒度分布に換算する際には、照射レーザ光強度の
変更に伴うバックグラウンド光強度の変化分を考慮する
ことにより、照射レーザ光強度の相違に起因する粒度分
布測定結果の相違は問題とならない。
【0010】また、半導体レーザでは、比較的簡単な回
路構成のもとに出力光強度を変化させることができ、本
発明はこの点を利用し、簡単な構成の追加によって所期
の目的を達成している。
【0011】
【実施例】図1は本発明実施例の全体構成図である。レ
ーザダイオード1からの出力光は集光レンズ2aおよび
コリメートレンズ2b等によるビーム成形光学系2によ
って所定の大きさのレーザビームとなってフローセル3
に照射される。フローセル3内には被測定粒子群を媒液
中に分散させた縣濁液が流されており、レーザビームは
このフローセル3内の粒子群によって回折ないしは散乱
される。
【0012】フローセル3を挟んでレーザダイオード1
と反対側には、フーリエ変換レンズ4が配設されている
とともに、その焦点面上には例えばリングデテクタ等の
回折/散乱光検出用デテクタ5が配設されており、この
デテクタ5によってフローセル3内の粒子による回折/
散乱光の強度分布が測定される。
【0013】デテクタ5の出力は、アンプ6およびA−
D変換器7を介してコンピュータ8にサンプリングさ
れ、フラウンホーファないしはミーの理論に基づく演算
によって粒度分布に換算される。
【0014】レーザダイオード1はレーザ出力切換回路
9からの駆動電流によって駆動されるが、このレーザ出
力切換回路9はコンピュータ8からの制御信号により、
レーザダイオード1の出力光強度を例えば2段階に切り
換えることができる。
【0015】図2はレーザ出力切換回路9の構成例を示
すブロック図である。基準電圧発生器91の出力電圧は
複数の抵抗92a・・92cによって分圧され、切換スイ
ッチ93の状態に応じた電圧が増幅器94に入力され
る。増幅器94の出力は電流駆動回路95に導入され、
この電流駆動回路95は入力電圧に応じた大きさの電流
をレーザダイオード1に供給する。
【0016】レーザダイオード1に隣接してモニタ用の
フォトダイオード96が配設されており、このフォトダ
イオード96の出力信号は電流検出回路97を介して増
幅器94の入力段にフィードバックされている。このよ
うな構成により、レーザダイオード1の出力光は、切換
スイッチ93の状態に応じた強度に制御される。
【0017】レーザダイオード1は例えば20mW程度
の高出力のものが用いられているとともに、切換スイッ
チ93は実際には電子スイッチであって、コンピュータ
8からの制御信号に応じて切り換えられるようになって
おり、この切換スイッチ93を接点a側に接続した状態
と、接点b側に接続した状態では、レーザダイオード1
の出力光強度が数倍から10倍程度に変化するように各
抵抗92a・・92cの抵抗値が設定されている。
【0018】コンピュータ8は、レーザダイオード1の
出力光強度が低い側の状態で回折/散乱光の強度分布を
測定している状態において、例えば適当ないくつかの回
折/散乱角における光強度測定データをモニタし、その
値があらかじめ設定された強度に達していない場合に
は、切換スイッチ93を切り換えてレーザダイオード1
の出力光強度を増大させる。この切り換えと同時に、回
折/散乱光強度分布を粒度分布に換算するに際してのバ
ックグラウンド光の強度データを変更する。
【0019】以上の本発明実施例によると、例えばフロ
ーセル3内を流れる試料縣濁液の濃度の不足により、あ
るいは被測定粒子群の粒子径が小さいために、得られる
回折/散乱光強度の検出結果がある程度以上のレベルに
達していない場合には、自動的にレーザダイオード1か
らの出力光強度が数倍ないしは10倍に増強される。こ
れにより、回折/散乱光強度が増大し、デテクタ5の出
力信号のS/Nが向上し、測光精度は通常の試料を測定
する場合と同等の高いレベルに維持される。
【0020】ここで、レーザダイオードは、一般に光出
力強度によって波長が若干変化するが、その変化率は
0.1〜0.2%程度であって、粒度分布測定結果には
殆ど影響を及ぼすことがない。
【0021】なお、以上の実施例においては、レーザ出
力光切換回路9内の切換スイッチ93をコンピュータ8
からの制御信号によって自動的に切り換える場合につい
て述べたが、本発明はこれに限定されることなく、回折
/散乱光強度の測定結果に基づく操作者の判断により、
切換スイッチ93を手動で切り換えるように構成するこ
ともできる。
【0022】また、出力光強度の切り換え可能な段数は
2段に限らず、より多くの段階に切り換え得るように構
成してもよいことは勿論である。更に、以上の実施例で
は液体を媒体として被測定粒子群を分散させたが、気体
中に被測定粒子群を分散させる、いわゆる乾式測定や、
あるいはエマルジョンの測定にも本発明を適用し得るこ
とは言うまでもない。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
測定用光源としてレーザダイオード等の半導体レーザを
用い、この半導体レーザの出力光強度を複数段に切り換
え得るように構成したので、低濃度の試料や微小粒子の
測定等において回折/散乱光強度が不足している場合で
も、高強度のレーザ光を被測定粒子群に照射することに
よって、高いS/Nのもとに回折/散乱光を検出するこ
とができ、このような場合でも高精度の粒度分布測定結
果を得ることができる。
【0024】ここで、現在実用化されているこの種の粒
度分布測定装置では、被測定粒子群の粒子径にもよる
が、概ね、粒子濃度の測定下限が数十ppm程度であ
る。本発明の適用により、照射レーザ光強度を例えば1
0倍程度に切り換え得るように構成した場合、一般的な
濃度の試料から数ppm程度の濃度の試料でも測定が可
能となり、測定アプリケーションに従来とは全く異なっ
たものが追加される可能性も生じる。
【0025】また、本発明によると低濃度の試料でも高
精度の粒度分布測定が可能であることから、試料の濃度
調整の操作が従来に比して簡単になるという効果もあ
る。そして、半導体レーザにおいてその出力光強度を変
化させるためには、その駆動回路内に簡単な切換回路を
追加するだけでよく、本発明を適用した場合でも装置コ
ストは極めて僅かに上昇するだけである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の全体構成図
【図2】そのレーザ出力切換回路9の構成例を示すブロ
ック図
【符号の説明】
1 レーザダイオード 2 ビーム成形光学系 3 フローセル 4 フーリエ変換レンズ 5 デテクタ 6 アンプ 7 A−D変換器 8 コンピュータ 9 レーザ出力切換回路 91 基準電圧発生器 92a・・92c 抵抗 93 切換スイッチ 94 増幅器 95 電流駆動回路 96 フォトダイオード 97 電流検出回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザを測定用光源とし、その出
    力光を分散飛翔状態の被測定粒子群に照射して得られる
    回折/散乱光の空間強度分布の測定結果を、演算手段に
    よりその粒子群の粒度分布に換算する装置において、上
    記半導体レーザの出力光強度を複数段階に切り換える切
    換回路を有し、上記演算手段は、上記切換回路により選
    択されている出力光強度に応じた演算のもとに上記換算
    を行うよう構成されていることを特徴とする粒度分布測
    定装置。
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