JP3207861B2 - 後方散乱光の測定による複位相流体の像形成システム - Google Patents
後方散乱光の測定による複位相流体の像形成システムInfo
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
-
- G—PHYSICS
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
- G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明の背景 これは、1994年９月21日に出願され、“Ａ System
for Acquireing an Image of ａ Multi−Phase
Fluid by Measuring Backscattered Light"の名称
の米国出願No.08/310,630で、現在同じ譲受人に与えら
れ、全体で参照としてここに記載された米国特許No.5,6
19,043の一部継続出願である。
for Acquireing an Image of ａ Multi−Phase
Fluid by Measuring Backscattered Light"の名称
の米国出願No.08/310,630で、現在同じ譲受人に与えら
れ、全体で参照としてここに記載された米国特許No.5,6
19,043の一部継続出願である。
本発明の技術分野 本発明は、形、サイズ、濃度を含む特徴を、結像によ
り複位相流体状の媒体の物理的特徴を解析するための装
置並びに方法に関する。
り複位相流体状の媒体の物理的特徴を解析するための装
置並びに方法に関する。
本発明の背景 スループットの向上し、回収率を良くし、試薬の消費
を減じ、品質を良くするように、粒子特性の測定が、改
良されたプロセス制御を与え得る多くの適用がある。こ
れらの利益の結果、コストを減じ、利益を高めて、プロ
セス制御機器の使用に非常に適合する。しかし、粒子の
サイズを測定するのに利用できる器具があるけれども、
多くのプロセスは、これらの装置のほとんどの測定範囲
外の高い粒子濃度で動作する。かくして、プロセス制御
に必要なリアルタイムでの測定のために本来使用され得
る粒子測定機器が無い。
を減じ、品質を良くするように、粒子特性の測定が、改
良されたプロセス制御を与え得る多くの適用がある。こ
れらの利益の結果、コストを減じ、利益を高めて、プロ
セス制御機器の使用に非常に適合する。しかし、粒子の
サイズを測定するのに利用できる器具があるけれども、
多くのプロセスは、これらの装置のほとんどの測定範囲
外の高い粒子濃度で動作する。かくして、プロセス制御
に必要なリアルタイムでの測定のために本来使用され得
る粒子測定機器が無い。
重合もしくは結晶反応のような代表的なプロセスにお
いて、化学もしくは物理上の変化がスラリーの中の物質
に生じながら、粒子もしくは小滴が、液体もしくは気体
状の流体媒体の中に懸濁されている。多くの場合、これ
ら変化は、活性的であり、かくして、物質は、パイプラ
インもしくは容器から取り出して測定され得ない。例え
ば、サンプルが結晶化容器から得られる場合、サンプル
が測定器具に移される間に結晶は成長を続けるか融解す
る。小滴の分散は、これらが振動している環境から取り
出されると、すぐに結合し、正確なオフライン測定をす
ることを妨げる。
いて、化学もしくは物理上の変化がスラリーの中の物質
に生じながら、粒子もしくは小滴が、液体もしくは気体
状の流体媒体の中に懸濁されている。多くの場合、これ
ら変化は、活性的であり、かくして、物質は、パイプラ
インもしくは容器から取り出して測定され得ない。例え
ば、サンプルが結晶化容器から得られる場合、サンプル
が測定器具に移される間に結晶は成長を続けるか融解す
る。小滴の分散は、これらが振動している環境から取り
出されると、すぐに結合し、正確なオフライン測定をす
ることを妨げる。
光学的方法は、粒子サイズに対して多くの効果がある
けれども、１つの重要な制限がある。高い粒子濃度にお
いて、光は粒子から粒子へと散乱され、所謂この多重散
乱は、物質の屈折率、表面粗さ、透過率、サイズ、形状
等のファクーに対応し、予測され難い。かくして、光学
的測定方法は、粒子のサイズを測定に関係付ける関係式
は、単一の粒子のみにより散乱されるか、光の無視でき
ない減衰を総て想定しているので、粒子が高濃度では精
度並びに解像度を低くする。高濃度での粒子の結像は、
同様に影響され、多重散乱は、コントラストを減じ、粒
子、特に、小さい粒子もしくは表面形状を解像する能力
を減じる。
けれども、１つの重要な制限がある。高い粒子濃度にお
いて、光は粒子から粒子へと散乱され、所謂この多重散
乱は、物質の屈折率、表面粗さ、透過率、サイズ、形状
等のファクーに対応し、予測され難い。かくして、光学
的測定方法は、粒子のサイズを測定に関係付ける関係式
は、単一の粒子のみにより散乱されるか、光の無視でき
ない減衰を総て想定しているので、粒子が高濃度では精
度並びに解像度を低くする。高濃度での粒子の結像は、
同様に影響され、多重散乱は、コントラストを減じ、粒
子、特に、小さい粒子もしくは表面形状を解像する能力
を減じる。
米国特許No.4,871,251は、高濃度のスラリー中の粒子
を測定可能な光学装置を開示している。これは、粒子を
通るように集束されたレザーで走査し、粒子がビーム内
にある時間を測定することにより、粒子の１つのディメ
ンションに関係した統計的情報を生じさせるけれども、
形状を識別すること並びに絶対的サイズを測定すること
はできない。この方法は、集束されたビームの使用によ
り、高濃度のもとで操作できる効果はあるけれども、サ
イズもしくは形状の個々の測定を精度良くすることはで
きない。その代わりに、高速並びに統計的な精度におい
て信頼性がある。
を測定可能な光学装置を開示している。これは、粒子を
通るように集束されたレザーで走査し、粒子がビーム内
にある時間を測定することにより、粒子の１つのディメ
ンションに関係した統計的情報を生じさせるけれども、
形状を識別すること並びに絶対的サイズを測定すること
はできない。この方法は、集束されたビームの使用によ
り、高濃度のもとで操作できる効果はあるけれども、サ
イズもしくは形状の個々の測定を精度良くすることはで
きない。その代わりに、高速並びに統計的な精度におい
て信頼性がある。
ふるい分け、沈降分離、エレクトロゾーン、多くの光
学散乱技術、音響効果、並びに結像を含む実験での粒子
サイズ“オフ・ライン”を測定する他の多くの方法があ
る。これら方法の全ては、結像を除いて、粒子の体積も
しくは直径のような単一の粒子ディメンションを得るこ
とのみができる。結像は、サイズ、形状、表面形状、透
明性、並びに粒子の他の物理的特製を示すことができ
る。
学散乱技術、音響効果、並びに結像を含む実験での粒子
サイズ“オフ・ライン”を測定する他の多くの方法があ
る。これら方法の全ては、結像を除いて、粒子の体積も
しくは直径のような単一の粒子ディメンションを得るこ
とのみができる。結像は、サイズ、形状、表面形状、透
明性、並びに粒子の他の物理的特製を示すことができ
る。
かくして、結像は、個々の粒子のサイズと形状とを正
確に測定する唯一の既知の方法ではあるけれども、これ
は顕微鏡によってオフ・ラインを通常は果たす。明らか
に、その場所でのリアルタイムの結像システムは、プロ
セス工業において大きな効果をもたらすであろう。現場
での結像装置を形成する試みはあるけれども、本発明が
解決する問題を全て有する。
確に測定する唯一の既知の方法ではあるけれども、これ
は顕微鏡によってオフ・ラインを通常は果たす。明らか
に、その場所でのリアルタイムの結像システムは、プロ
セス工業において大きな効果をもたらすであろう。現場
での結像装置を形成する試みはあるけれども、本発明が
解決する問題を全て有する。
これらシステムの多くは、充分なコントラストの像を
形成ように、透過形態を利用している。米国特許No.4,5
29,306に示されたシステムは、押し出し成形機での汚染
ポリマー融解物を検出するために、Flow Vision,Inc.
により販売されている。また、米国特許No.4,075,462
は、透過幾何学を使用して粒子の像をつくる装置を開示
している。他の非常に類似した例は、米国特許No.4,13
6,950に示されている。これら装置の全てにおいて、照
明ビームは、ディテクターに向かって流れる物質を透過
し、粒子が光源とディテクターとの間を通過するのに従
って粒子の影を検出する。透過幾何学のために、これら
技術は、かなり低い濃度での粒子を測定するのみに使用
され得る。
形成ように、透過形態を利用している。米国特許No.4,5
29,306に示されたシステムは、押し出し成形機での汚染
ポリマー融解物を検出するために、Flow Vision,Inc.
により販売されている。また、米国特許No.4,075,462
は、透過幾何学を使用して粒子の像をつくる装置を開示
している。他の非常に類似した例は、米国特許No.4,13
6,950に示されている。これら装置の全てにおいて、照
明ビームは、ディテクターに向かって流れる物質を透過
し、粒子が光源とディテクターとの間を通過するのに従
って粒子の影を検出する。透過幾何学のために、これら
技術は、かなり低い濃度での粒子を測定するのみに使用
され得る。
Flow Visionにまた譲受された米国特許No.5,191,388
は、指定されたファイバー束の小さい端部に接近した粒
子を拡大像を形成するテーパ付けされた光ファイバーを
使用した装置を開示している。この装置は、以下の幾つ
かの問題により制限を受けている。１）サイズ分解能
は、ファイバー間の中心から中心までの距離よりも小さ
くすることができない。２）同じファイバー束が照射と
結像とのために使用されており、このことは、非反射コ
ーティングがなされていても、照射光の少なくとも一部
は、ファイバーの端面の各々により直接反射されて像へ
と戻るので、コントラストが低下する。３）テーパ付け
されたファイバー束は、最大長さが約６インチのみにし
か形成され得ないので、プローブの長さを制限してい
る。４）テーパ付けされたファイバー束は、効率の悪い
光透過装置である。10mmの長さを通る透過は、10mmの長
さを通る40ないし50％である。約６インチの最大長さ
で、光の40％以下が、照射方向と受光方向との両方で、
透過されるであろう。５）また、光はファイバー束の長
さに沿ってファイバー間でリークするので、像の質は、
長くなると共に低下する。ファイバー束が長くなればな
るほど、ファイバー間のクロストークガ発生し、コント
ラストと像の鮮明さにロスが生じる。コントラストは、
ファイバー間に光吸収材を付加することにより改良され
得るが、これは、比較的高い透過ロスを生じる。
は、指定されたファイバー束の小さい端部に接近した粒
子を拡大像を形成するテーパ付けされた光ファイバーを
使用した装置を開示している。この装置は、以下の幾つ
かの問題により制限を受けている。１）サイズ分解能
は、ファイバー間の中心から中心までの距離よりも小さ
くすることができない。２）同じファイバー束が照射と
結像とのために使用されており、このことは、非反射コ
ーティングがなされていても、照射光の少なくとも一部
は、ファイバーの端面の各々により直接反射されて像へ
と戻るので、コントラストが低下する。３）テーパ付け
されたファイバー束は、最大長さが約６インチのみにし
か形成され得ないので、プローブの長さを制限してい
る。４）テーパ付けされたファイバー束は、効率の悪い
光透過装置である。10mmの長さを通る透過は、10mmの長
さを通る40ないし50％である。約６インチの最大長さ
で、光の40％以下が、照射方向と受光方向との両方で、
透過されるであろう。５）また、光はファイバー束の長
さに沿ってファイバー間でリークするので、像の質は、
長くなると共に低下する。ファイバー束が長くなればな
るほど、ファイバー間のクロストークガ発生し、コント
ラストと像の鮮明さにロスが生じる。コントラストは、
ファイバー間に光吸収材を付加することにより改良され
得るが、これは、比較的高い透過ロスを生じる。
他の異なる方法は、プロセス流の中に装入される幾つ
かの部品のうちの１つにより製造された（Schott,オリ
ンパス,Lenox等により）ボアスコープを使用することで
ある。このようなシステムは、Dr.Arthur Boxman（Flo
rida大学でEngineering Research Centerで1996年の
７月９日に開かれた“Advances in the Measurement
and Control of Particle Systems"の一部として
発表された）により、詳しく述べられている。このボア
スコープは、径を細くすることができ、また、離れた光
源から光を導くために対物レンズの回りに同心的に配置
された複数の光ファイバーを供えている。このボアスコ
ープをプローブの中に挿入することにより、プロセス流
から光学系を分離する窓を使用して、Dr.Boxmanは、プ
ロセスの中に挿入された検査システムを形成した。
かの部品のうちの１つにより製造された（Schott,オリ
ンパス,Lenox等により）ボアスコープを使用することで
ある。このようなシステムは、Dr.Arthur Boxman（Flo
rida大学でEngineering Research Centerで1996年の
７月９日に開かれた“Advances in the Measurement
and Control of Particle Systems"の一部として
発表された）により、詳しく述べられている。このボア
スコープは、径を細くすることができ、また、離れた光
源から光を導くために対物レンズの回りに同心的に配置
された複数の光ファイバーを供えている。このボアスコ
ープをプローブの中に挿入することにより、プロセス流
から光学系を分離する窓を使用して、Dr.Boxmanは、プ
ロセスの中に挿入された検査システムを形成した。
このシステムは、ある分野で使用可能であるけれど
も、また、欠点を有する。即ち、光ファイバーは、視野
の回の広い領域を照明する拡散光を与えて、目標領域の
外からの光を視野の中に散乱させ、この結果、コントラ
ストのロスを生じ、また、粒子の姿の解像を難しくして
いる。他の欠点は、このボアスコープ光学系は、接眼レ
ンズを調節することにより焦点を合わせなければなら
ず、これは、システムの焦点距離を変化させて、倍率を
変化させ、また、結像された粒子の見掛けのサイズを変
えるのみならず、焦点に対する光学の位置関係も変え
る。
も、また、欠点を有する。即ち、光ファイバーは、視野
の回の広い領域を照明する拡散光を与えて、目標領域の
外からの光を視野の中に散乱させ、この結果、コントラ
ストのロスを生じ、また、粒子の姿の解像を難しくして
いる。他の欠点は、このボアスコープ光学系は、接眼レ
ンズを調節することにより焦点を合わせなければなら
ず、これは、システムの焦点距離を変化させて、倍率を
変化させ、また、結像された粒子の見掛けのサイズを変
えるのみならず、焦点に対する光学の位置関係も変え
る。
前述した装置は、一般に幾つかの欠点を有する。材料
の照明は、発散光、もしくは、ほぼコリメートされた光
の広角ビームによりなされ、この理論は、大光量の光で
領域を投光することは最も良い像を形成するということ
である。視野内の目的の物質が少ない場合には、多くし
た光量は、結像光学系が受光する光量を多くすることは
事実である。しかし、粒子の濃度が高いときには、過度
の光量の光は、より固有の制御されない光は、光学シス
テムの視野内での多重散乱を生じさせ、得られる像のコ
ントラストを低下させる。また、このようなビームのエ
ネルギーは、広範囲に渡って広がり、このために、高い
光強度を必要とし、充分な後方散乱光を生じさせる。
の照明は、発散光、もしくは、ほぼコリメートされた光
の広角ビームによりなされ、この理論は、大光量の光で
領域を投光することは最も良い像を形成するということ
である。視野内の目的の物質が少ない場合には、多くし
た光量は、結像光学系が受光する光量を多くすることは
事実である。しかし、粒子の濃度が高いときには、過度
の光量の光は、より固有の制御されない光は、光学シス
テムの視野内での多重散乱を生じさせ、得られる像のコ
ントラストを低下させる。また、このようなビームのエ
ネルギーは、広範囲に渡って広がり、このために、高い
光強度を必要とし、充分な後方散乱光を生じさせる。
また、従来技術は、視野窓が、測定されるスラリーを
運ぶパイプラインもしくは容器の壁と同一面となるよう
にこれら装置を装着することを教示している。本発明
は、この概念がなぜ多くの用途に適していないかを示
す。
運ぶパイプラインもしくは容器の壁と同一面となるよう
にこれら装置を装着することを教示している。本発明
は、この概念がなぜ多くの用途に適していないかを示
す。
本発明の概要 本発明は、上記要求の全てを満たし、充分なプロセス
濃度でのプロセス容器もしくはパイプラインの中にある
粒子もしくは小滴を解析するのに適した基本的な結像シ
ステムである。これは、例え、高濃度であっても、液状
媒体の中に懸濁されている粒子、小滴、もしくは他の対
称物の像を捕捉することができ、また、非常に小さいサ
イズに、ほぼ照明光の波長に低下した姿を解像すること
ができる。これは、従来のインライン結像システムの問
題、特に、多重散乱や粒子速度により生じる問題を克服
している。さらに、これは、流れの妨害を最小にして、
測定されるプロセス全体を代表する流れの深い点に達し
ながら、プロセス流の中に直接挿入され得る小径のプロ
ーブの中に収容されるシステムである。これは、画質を
最適にするように窓の表面に対して焦点面を移動させる
ことができる付加の効果を有する、固定焦点距離の光学
システムを使用いている。
濃度でのプロセス容器もしくはパイプラインの中にある
粒子もしくは小滴を解析するのに適した基本的な結像シ
ステムである。これは、例え、高濃度であっても、液状
媒体の中に懸濁されている粒子、小滴、もしくは他の対
称物の像を捕捉することができ、また、非常に小さいサ
イズに、ほぼ照明光の波長に低下した姿を解像すること
ができる。これは、従来のインライン結像システムの問
題、特に、多重散乱や粒子速度により生じる問題を克服
している。さらに、これは、流れの妨害を最小にして、
測定されるプロセス全体を代表する流れの深い点に達し
ながら、プロセス流の中に直接挿入され得る小径のプロ
ーブの中に収容されるシステムである。これは、画質を
最適にするように窓の表面に対して焦点面を移動させる
ことができる付加の効果を有する、固定焦点距離の光学
システムを使用いている。
好ましい一実施の形態において、光源は、パルス発生
（短い持続ON時間）モードで動作され、高いピークのパ
ワー出力を有し得るレザーダイオドであり、これは、プ
ローブの内側に配置される。他の実施の形態において、
２重周波数のNd:Yagもしくは類似のレザーがプローブの
外側に配置されたハウジング内に配置される。光源から
の光は、光ファイバーとカップリングされる。そして、
この光は、光ファイバーにより、プローブの一端近くの
レンズシステムに導かれる。このレンズシステムは、結
像光学系の焦点面で視野と一致する領域に、窓を介して
光を収束する。結像光学系は、好ましくは小滴からの後
方散乱された光を収集し、像を拡大し、これをCCDアレ
イのような像検出器に投影する。
（短い持続ON時間）モードで動作され、高いピークのパ
ワー出力を有し得るレザーダイオドであり、これは、プ
ローブの内側に配置される。他の実施の形態において、
２重周波数のNd:Yagもしくは類似のレザーがプローブの
外側に配置されたハウジング内に配置される。光源から
の光は、光ファイバーとカップリングされる。そして、
この光は、光ファイバーにより、プローブの一端近くの
レンズシステムに導かれる。このレンズシステムは、結
像光学系の焦点面で視野と一致する領域に、窓を介して
光を収束する。結像光学系は、好ましくは小滴からの後
方散乱された光を収集し、像を拡大し、これをCCDアレ
イのような像検出器に投影する。
前記照明システムと、結像光学系と、像検出器とは、
固定収束光学システムを構成している。この光学システ
ムは、優れた状態で最良の像を得るのに適した場所にシ
ステムの焦点面を配置するために、窓に対して移動され
得る。
固定収束光学システムを構成している。この光学システ
ムは、優れた状態で最良の像を得るのに適した場所にシ
ステムの焦点面を配置するために、窓に対して移動され
得る。
光源は、粒子を照明するために非常に短い時間（パル
ス発振動作）でスイッチングされる、このような時間
は、プロセス流により運ばれる粒子が照明パルスの間に
かなりの距離を動かないようにするのに充分に短い。こ
の照明時間は、像検出器の積分機関と同期されている。
ス発振動作）でスイッチングされる、このような時間
は、プロセス流により運ばれる粒子が照明パルスの間に
かなりの距離を動かないようにするのに充分に短い。こ
の照明時間は、像検出器の積分機関と同期されている。
像検出器からの出力は、標準のビデオ信号もしくはデ
ジタルデータストリームに変換される。これらの信号
は、CRTビデオモニターのような表示装置で見るための
像に変換されるか、像から自動的にサイズ、形状、並び
に他の情報を抽出できる特別な信号処理（プロセス）手
段により処理され得る。
ジタルデータストリームに変換される。これらの信号
は、CRTビデオモニターのような表示装置で見るための
像に変換されるか、像から自動的にサイズ、形状、並び
に他の情報を抽出できる特別な信号処理（プロセス）手
段により処理され得る。
プローブチューブは、前の見る窓が物質の流れと直接
に接触するように、挿入アッセンブリーを介して挿入さ
れ、また、流れが窓を通る物質の連続かつ代表的な流れ
となるように配置されうる。最良の測定状態は、プロー
ブの窓を流れに対して約45゜の角度で配置することによ
り得られる。この状態で、流れは、粒子のモーメントが
窓の表面に粒子を押し付けて、結像光学系によりこれを
見ることができるように、窓に当る。このことは、容器
もしくはパイプラインと同一面となるように窓を配置す
るか、窓の表面が流路と平行となるようにプローブを装
着する従来の方法とは異なり、窓に物質の好ましくより
代表的なサンプルが接触することを果たす。
に接触するように、挿入アッセンブリーを介して挿入さ
れ、また、流れが窓を通る物質の連続かつ代表的な流れ
となるように配置されうる。最良の測定状態は、プロー
ブの窓を流れに対して約45゜の角度で配置することによ
り得られる。この状態で、流れは、粒子のモーメントが
窓の表面に粒子を押し付けて、結像光学系によりこれを
見ることができるように、窓に当る。このことは、容器
もしくはパイプラインと同一面となるように窓を配置す
るか、窓の表面が流路と平行となるようにプローブを装
着する従来の方法とは異なり、窓に物質の好ましくより
代表的なサンプルが接触することを果たす。
図面の簡単な説明 前記態様と本発明の得られる効果の多くとは、添付図
面と関連して、以下の詳細な説明を参照することにより
より理解され得ると共に、より容易に評価され得るであ
ろう。
面と関連して、以下の詳細な説明を参照することにより
より理解され得ると共に、より容易に評価され得るであ
ろう。
図１は、焦点合わせ照明システムと結像光学系との一
般的な配置を示す、プローブの断面図である。
般的な配置を示す、プローブの断面図である。
図２は、外部光源を供えたプローブを示す。
図３は、像の品質を低下させないで、光学アッセンブ
リーを長くする方法を示す、プローブの断面図である。
リーを長くする方法を示す、プローブの断面図である。
図４は、視野と照明ビームとを示す、プローブの先端
の断面図である。
の断面図である。
図５は、照明制御システムの詳細を示す。
図6aないし6fは、夫々異なるシステムに対する光軸に
沿う強度を示す。
沿う強度を示す。
図7aないし7dは、移動流内に置かれたプローブの先端
での夫々異なる流れのパターンを示す。
での夫々異なる流れのパターンを示す。
図８は、スラリーが流れている間での、パイプもしく
は容器に対する婦の挿入並びに抜き取りを可能にする線
システムとボールバルブとを示す。
は容器に対する婦の挿入並びに抜き取りを可能にする線
システムとボールバルブとを示す。
図９は、ボールバルブ／挿入システムの断面図であ
る。
る。
好ましい実施の形態の詳細な説明 図１は、プローブ・アッセンブリーの好ましい実施の
形態を断面で示す。このプローブ・アッセンブリーの主
要な２つの部分である、前部は、窓11により先端のスラ
リー端で閉塞されたプローブ・チューブ10であり、後部
は、モニターされるプロセス流の中には通常は挿入され
ないプローブ・ハウジング28である。これらプローブ・
チューブ10と、プローブ・ハウジング28とは、プローブ
の全ての部品を収容し、これらをプロセス環境から保護
する堅くシールドされたシェルを構成するように、接続
されている。
形態を断面で示す。このプローブ・アッセンブリーの主
要な２つの部分である、前部は、窓11により先端のスラ
リー端で閉塞されたプローブ・チューブ10であり、後部
は、モニターされるプロセス流の中には通常は挿入され
ないプローブ・ハウジング28である。これらプローブ・
チューブ10と、プローブ・ハウジング28とは、プローブ
の全ての部品を収容し、これらをプロセス環境から保護
する堅くシールドされたシェルを構成するように、接続
されている。
前記プローブ・ハウジング28には、ケーブル49が接続
されており、このケーブル49が電力と制御信号とをプロ
ーブに供給する。高速ドライバー回路47が電流の短い持
続時間のパルスをレザーダイオード45に供給し、この結
果、レザーダイオード45は、前記電流パルスと等しい短
い持続時間で、光のパルスを射出する。このレザーダイ
オード45からの光は、光ファイバー６内をカップラー44
により案内され、ファイバー６によりフェルール４の所
に導かれる。このファイバー６からの光は、ファイバー
の開口数に従った発散ビームとなる。照明制御レンズ３
が、この光を小さいビーム絞りで、スラリー流13に接触
する窓11の表面もしくはこの近くに位置する焦点１に集
束させて、窓を通過するように流れる粒子を照明する。
この焦点の幅は、前記フェルール４の端部とレンズ３と
の距離関係により制御される。視野に関係した焦点の横
方向の位置は、レンズ３の光軸に対してフェルール４を
変位させることにより調節され得、このことは、図５に
詳細に示されている。
されており、このケーブル49が電力と制御信号とをプロ
ーブに供給する。高速ドライバー回路47が電流の短い持
続時間のパルスをレザーダイオード45に供給し、この結
果、レザーダイオード45は、前記電流パルスと等しい短
い持続時間で、光のパルスを射出する。このレザーダイ
オード45からの光は、光ファイバー６内をカップラー44
により案内され、ファイバー６によりフェルール４の所
に導かれる。このファイバー６からの光は、ファイバー
の開口数に従った発散ビームとなる。照明制御レンズ３
が、この光を小さいビーム絞りで、スラリー流13に接触
する窓11の表面もしくはこの近くに位置する焦点１に集
束させて、窓を通過するように流れる粒子を照明する。
この焦点の幅は、前記フェルール４の端部とレンズ３と
の距離関係により制御される。視野に関係した焦点の横
方向の位置は、レンズ３の光軸に対してフェルール４を
変位させることにより調節され得、このことは、図５に
詳細に示されている。
夫々が自身のドライバーと、カップラーと、ファイバ
ーと、照明制御レンズとを有する複数のレザーダイオー
ドか設けられ得る。前記焦点１は、レンズ群７と像検出
器52とを有する結像光学システムの焦点面と、前記結像
光学システムの光軸との交点に位置されている。前記レ
ンズ群７は、焦点１での焦点面を像検出器52に焦点合わ
せする。また、このレンズ群７は、必要であれば、増を
拡大するようにデザインされ得、複数のレンズ要素で構
成され得る。
ーと、照明制御レンズとを有する複数のレザーダイオー
ドか設けられ得る。前記焦点１は、レンズ群７と像検出
器52とを有する結像光学システムの焦点面と、前記結像
光学システムの光軸との交点に位置されている。前記レ
ンズ群７は、焦点１での焦点面を像検出器52に焦点合わ
せする。また、このレンズ群７は、必要であれば、増を
拡大するようにデザインされ得、複数のレンズ要素で構
成され得る。
好ましい実施の形態において、前記像検出器52は、ア
レイを構成する複数の要素を有するCCDである。これ要
素の数と、結像光学システムの倍率とは、システムの解
像度のファクターである。例えば、10x10mmの要素と、1
0Xの倍率とは、サイズで1mmの良好な解像度を呈する。
このシステムの解像度を制限するたの光学ファクターが
ある。この光学システムは、これらの影響を最小にする
ように、注意深くデザインされなければならない。Texa
s Instruments製のTC241のような、適したCCD装置が利
用され得る。電子パッケージ46が、像検出器52での像を
信号に変換するための通常の回路を収容している。この
信号は、スラリー13中を流れる目的物の像から、形状、
サイズ、数等の特徴を決定可能な像処理システムもしく
は見るディスプレイへと、ケーブル49により伝送され
る。また、このケーブル49は、プローブの中の電子部品
へ制御信号と電子力とを供給する。
レイを構成する複数の要素を有するCCDである。これ要
素の数と、結像光学システムの倍率とは、システムの解
像度のファクターである。例えば、10x10mmの要素と、1
0Xの倍率とは、サイズで1mmの良好な解像度を呈する。
このシステムの解像度を制限するたの光学ファクターが
ある。この光学システムは、これらの影響を最小にする
ように、注意深くデザインされなければならない。Texa
s Instruments製のTC241のような、適したCCD装置が利
用され得る。電子パッケージ46が、像検出器52での像を
信号に変換するための通常の回路を収容している。この
信号は、スラリー13中を流れる目的物の像から、形状、
サイズ、数等の特徴を決定可能な像処理システムもしく
は見るディスプレイへと、ケーブル49により伝送され
る。また、このケーブル49は、プローブの中の電子部品
へ制御信号と電子力とを供給する。
電子シャッターユニット55が、後方散乱が非常に少な
い場合に光学的ノイズを制限するように使用されてい
る。前記CCDは、照明パルス間隔の期間の間統合し続け
るので、前記像検出器の表面に当たるいかなる迷光も像
に好ましくないノイズを生じる。照明パルスの期間と同
期するように電子シャッターを“開成”することによ
り、光学的ノイズは、最小にされる。１μ秒未満の非常
に短い期間ごとに開成できる電子シャッターの例は、Cl
eveland Crystals,Inc.で販売されているtype LX415
のPockels cellである。
い場合に光学的ノイズを制限するように使用されてい
る。前記CCDは、照明パルス間隔の期間の間統合し続け
るので、前記像検出器の表面に当たるいかなる迷光も像
に好ましくないノイズを生じる。照明パルスの期間と同
期するように電子シャッターを“開成”することによ
り、光学的ノイズは、最小にされる。１μ秒未満の非常
に短い期間ごとに開成できる電子シャッターの例は、Cl
eveland Crystals,Inc.で販売されているtype LX415
のPockels cellである。
光学アッセンブリー支持体53が、ドライバー電子部品
47と同様にレザーダイオード・アッセンブリー（44並び
に45）を支持すると共に、CCDイメージヤー46と光学支
持チューブ８とを支持し、全ての他の光学部品を含む。
前記照明用のファイバー６は、この光学支持チューブ８
の外側に固定されている。かくして、上記部品は、全て
単一のアッセンブリーとして接続されており、プローブ
・チューブ10とハウジング28とを有する外方プローブ・
アッセンブリー内に収容されている。前記窓11は、チュ
ーブ10の一端に装着されている。焦点合わせねじ54が、
この焦点合わせねじ54を回転することにより、内方アッ
センブリー53が外方アッセンブリー28に対して移動する
ように一端が光学支持体53に取着されるようにして、ハ
ウジング28に装着されている。これは、窓からの距離が
プロセス状態に対して最良の像の捕捉を可能にするよう
に、窓11に対してフォーカルスポット１の位置を調節す
る。ロック・カラー33が、後で詳述される挿入手段にプ
ローブを装着するための手段を構成している。
47と同様にレザーダイオード・アッセンブリー（44並び
に45）を支持すると共に、CCDイメージヤー46と光学支
持チューブ８とを支持し、全ての他の光学部品を含む。
前記照明用のファイバー６は、この光学支持チューブ８
の外側に固定されている。かくして、上記部品は、全て
単一のアッセンブリーとして接続されており、プローブ
・チューブ10とハウジング28とを有する外方プローブ・
アッセンブリー内に収容されている。前記窓11は、チュ
ーブ10の一端に装着されている。焦点合わせねじ54が、
この焦点合わせねじ54を回転することにより、内方アッ
センブリー53が外方アッセンブリー28に対して移動する
ように一端が光学支持体53に取着されるようにして、ハ
ウジング28に装着されている。これは、窓からの距離が
プロセス状態に対して最良の像の捕捉を可能にするよう
に、窓11に対してフォーカルスポット１の位置を調節す
る。ロック・カラー33が、後で詳述される挿入手段にプ
ローブを装着するための手段を構成している。
図２は、光源としてレザーダイオードの代わりにハイ
パワレザー42を使用する他の実施の形態を示す。このレ
ザー42は、制御ユニット40内に収容されている。このユ
ニットは、また、レザーのための電源並びに制御回路を
収容している。レザーからの光は、カップラー／分配器
41によって、光ファイバー６中に射出される。そして、
この光は、ケーブル49に挿入されたファイバー６によ
り、プローブ・アッセンブリーに送られる。このような
外部のレザー42は、よりような高価ではあるが、代表的
なレザーダイオードの波長を非常に吸収する適用のため
の他の波長の選択を可能にする。
パワレザー42を使用する他の実施の形態を示す。このレ
ザー42は、制御ユニット40内に収容されている。このユ
ニットは、また、レザーのための電源並びに制御回路を
収容している。レザーからの光は、カップラー／分配器
41によって、光ファイバー６中に射出される。そして、
この光は、ケーブル49に挿入されたファイバー６によ
り、プローブ・アッセンブリーに送られる。このような
外部のレザー42は、よりような高価ではあるが、代表的
なレザーダイオードの波長を非常に吸収する適用のため
の他の波長の選択を可能にする。
白色光源を使用することは論理的には可能であるが、
ガス放電閃光チューブやアーク灯のような代表的な白色
光ストロボスコープは広い射出領域と非方向性とを有し
ていることは注意すべきである。このことは、大きい光
源から比較的細いファイバー中へエネルギーを集めて収
束するための精巧な光学システムを必要とする。これら
形式のランプの他の欠点は、これらが、毎秒30パルスで
約１カ月のみである約108パルスと非常に短い寿命を有
することである。
ガス放電閃光チューブやアーク灯のような代表的な白色
光ストロボスコープは広い射出領域と非方向性とを有し
ていることは注意すべきである。このことは、大きい光
源から比較的細いファイバー中へエネルギーを集めて収
束するための精巧な光学システムを必要とする。これら
形式のランプの他の欠点は、これらが、毎秒30パルスで
約１カ月のみである約108パルスと非常に短い寿命を有
することである。
図３は、プローブ・チューブ10の長さが、リレー光学
系を使用することにより、どのようにして延ばされ得る
かを示す。レンズ50は、共役レシオリレーレンズであ
り、これをオリジナル像平面20と像検出器52との間に配
置することにより、プローブは、レンズ50の焦点距離の
４倍だけ長くされ得る。さらに別のリレーレンズがプロ
ーブさらに長くするために追加され得る。光ファイバー
６と、構成要素の全てとは、結像光学系に合うように長
くされる。
系を使用することにより、どのようにして延ばされ得る
かを示す。レンズ50は、共役レシオリレーレンズであ
り、これをオリジナル像平面20と像検出器52との間に配
置することにより、プローブは、レンズ50の焦点距離の
４倍だけ長くされ得る。さらに別のリレーレンズがプロ
ーブさらに長くするために追加され得る。光ファイバー
６と、構成要素の全てとは、結像光学系に合うように長
くされる。
上記のようにプローブを長くすることにより、像検出
器と、像電子部品と、レザーとは、全てプロセススラリ
ーの温度状態からさらに隔離されうる。ある適用におい
ては、プロセス容器内の代表的な領域に達するように長
いプローブを有することが要求され得る。像の品質を低
下させないで、光学アッセンブリーを長くできること
は、米国特許No.5,191,388に開示された装置のようなテ
ーパ付けされた光ファイバーを使用する装置よりも優れ
た本発明の効果である。
器と、像電子部品と、レザーとは、全てプロセススラリ
ーの温度状態からさらに隔離されうる。ある適用におい
ては、プロセス容器内の代表的な領域に達するように長
いプローブを有することが要求され得る。像の品質を低
下させないで、光学アッセンブリーを長くできること
は、米国特許No.5,191,388に開示された装置のようなテ
ーパ付けされた光ファイバーを使用する装置よりも優れ
た本発明の効果である。
結合光学系に対する照明部品の関係は、図４に示され
ている。図面には、３つの角度が、即ち、１）視野24の
半角28と、２）照明ビームの光軸29と光学システムの光
軸23との間の角度26と、３）収束される照明ビーム２の
半角27とが、示されている。焦点面25の視野24の領域の
みを照明するために、前記角度26は、前記半角27と半角
28との合計よりも大きくなければならない。このような
配置は、照明ビーム２が焦点面25を除いたたの如何なる
点で、視野24と重ならないことを、確実にする。照明シ
ステムの光学系は、照明ビーム２のフォーカルスポット
１のサイズが、焦点面25での視野24のサイズとほとんど
一致するように、注意深く選定されなければならない。
また、この照明システムは、焦点面での光強度を最大に
するために、フォーカルスポット１での短いビーム絞り
を形成するように可能な限り開口数を大きくしなければ
ならない。同時に、この開口数は、焦点領域の外の粒子
からの光の多重散乱を防止するために、焦点面25以外の
いかなる点で、視野24へ照明ビーム２からの光が交差し
ないよように充分に小さくしなければならない。
ている。図面には、３つの角度が、即ち、１）視野24の
半角28と、２）照明ビームの光軸29と光学システムの光
軸23との間の角度26と、３）収束される照明ビーム２の
半角27とが、示されている。焦点面25の視野24の領域の
みを照明するために、前記角度26は、前記半角27と半角
28との合計よりも大きくなければならない。このような
配置は、照明ビーム２が焦点面25を除いたたの如何なる
点で、視野24と重ならないことを、確実にする。照明シ
ステムの光学系は、照明ビーム２のフォーカルスポット
１のサイズが、焦点面25での視野24のサイズとほとんど
一致するように、注意深く選定されなければならない。
また、この照明システムは、焦点面での光強度を最大に
するために、フォーカルスポット１での短いビーム絞り
を形成するように可能な限り開口数を大きくしなければ
ならない。同時に、この開口数は、焦点領域の外の粒子
からの光の多重散乱を防止するために、焦点面25以外の
いかなる点で、視野24へ照明ビーム２からの光が交差し
ないよように充分に小さくしなければならない。
前述したように、前記焦点面25は、プローブの窓（図
１で符号11で示す）の外面に、もしくはこれに非常に近
接して位置されている。この窓11は、光学系からプロセ
ススラリーを分離する機能を有しているけれども、シス
テムの光学的機能に対しても、また重要である。この窓
の面に、もしくはこの近くに焦点面を位置させることに
より、照明光と、粒子からの後方散乱光とは、スラリー
内を長く伝送されず、かくして、窓と焦点面との間で粒
子により悪影響を受けない。このような配置により、本
発明は、高濃度の粒子の場合でさえも、高品質の像を得
ることができる。
１で符号11で示す）の外面に、もしくはこれに非常に近
接して位置されている。この窓11は、光学系からプロセ
ススラリーを分離する機能を有しているけれども、シス
テムの光学的機能に対しても、また重要である。この窓
の面に、もしくはこの近くに焦点面を位置させることに
より、照明光と、粒子からの後方散乱光とは、スラリー
内を長く伝送されず、かくして、窓と焦点面との間で粒
子により悪影響を受けない。このような配置により、本
発明は、高濃度の粒子の場合でさえも、高品質の像を得
ることができる。
上記のような形態は、照明ビームの角度が注意深く制
御されているので、光源から結像光学システムへの直接
の反射を無くしているさらなる効果を奏する。
御されているので、光源から結像光学システムへの直接
の反射を無くしているさらなる効果を奏する。
このような照明装置のさらなる効果は、ミー散乱理論
により説明される、粒子による散乱光の良く知られた性
質により説明される。多くの光は、度々マグニチュード
（Kerker）のオーダで、光源方向に戻るよりも、小粒子
により前方に散乱される。従来の装置のように収束され
ない光を使用することは、像平面より後方の粒子は光の
前方への散乱光成分により照明されるということを意味
する。このようにして照明された粒子は、バックグラウ
ンド光レベルを高め、像平面での粒子の像のコントラス
トを低下させる。視野軸に対して角度26で粒子を照明す
ることにより、前方に散乱された光は、視野内には入ら
ず、測定の領域での粒子のみが照明される。
により説明される、粒子による散乱光の良く知られた性
質により説明される。多くの光は、度々マグニチュード
（Kerker）のオーダで、光源方向に戻るよりも、小粒子
により前方に散乱される。従来の装置のように収束され
ない光を使用することは、像平面より後方の粒子は光の
前方への散乱光成分により照明されるということを意味
する。このようにして照明された粒子は、バックグラウ
ンド光レベルを高め、像平面での粒子の像のコントラス
トを低下させる。視野軸に対して角度26で粒子を照明す
ることにより、前方に散乱された光は、視野内には入ら
ず、測定の領域での粒子のみが照明される。
前記照明システムは、図５に示すように調節される。
ファイバー６の一端から射出された光は、レンズ３に集
められてビーム２を形成するように収束される。このビ
ーム２は、その最小点でフォーカルスポット１に収容さ
れる。このフォーカルスポット１の位置は、ｘ−ｙ調節
手段によりフェルール４をレンズ３に対して移動させる
ことにより、調節される。また、フォーカルスポットま
での距離は、レンズ３に対してフェルール４をこれのｚ
軸に沿って移動させることにより調節される。そして、
フォーカルスポット１の位置は、視野24内の結像光学系
の焦点面25の領域と一致するように調節される。
ファイバー６の一端から射出された光は、レンズ３に集
められてビーム２を形成するように収束される。このビ
ーム２は、その最小点でフォーカルスポット１に収容さ
れる。このフォーカルスポット１の位置は、ｘ−ｙ調節
手段によりフェルール４をレンズ３に対して移動させる
ことにより、調節される。また、フォーカルスポットま
での距離は、レンズ３に対してフェルール４をこれのｚ
軸に沿って移動させることにより調節される。そして、
フォーカルスポット１の位置は、視野24内の結像光学系
の焦点面25の領域と一致するように調節される。
この方法を使用して、結像光学系の径方向の周りを通
る複ビームのフォーカルスポットは、同じ焦点領域に収
束され得る。かくして、粒子は、同時に全ての側から照
射され得るか、使用される光源の数に応じて選定された
角度から照明され得る。
る複ビームのフォーカルスポットは、同じ焦点領域に収
束され得る。かくして、粒子は、同時に全ての側から照
射され得るか、使用される光源の数に応じて選定された
角度から照明され得る。
図６は、光軸に沿って焦点面d0からの距離の函数とし
ての異なる照明システムに対する放射線の入射量、もし
くは、光強度の比較である。図6aは、米国特許No.5,19
1,388で使用されたようなファイバー束70の一端部を示
し、収束されない照明を使用する従来のシステムを表し
ている。光は、ファイバーの開口数に従って、所定の発
散角を有する光コーン71を形成するようにファイバー束
から射出される。この形式のシステムにおいて、視野
は、光コーンと同じである。このシステムは、焦点を有
しておらず、ファイバーの端面に直接結像されるので、
像面d0はファイバー束の端面近くにある。図6bは、像面
からの距離ｄが長くなるのに従って光軸75に沿う放射線
の入射量Ｉは少なくなることを示している。像面d0から
の距離が長い場合にでも、まだ、光の強度はかなり強い
ことが判る。視野内にある粒子は、例え、像面にない場
合にでも、入社光を散乱して焦点合わせされた像を形成
し、また、像面内で粒子から散乱された光と干渉する。
ての異なる照明システムに対する放射線の入射量、もし
くは、光強度の比較である。図6aは、米国特許No.5,19
1,388で使用されたようなファイバー束70の一端部を示
し、収束されない照明を使用する従来のシステムを表し
ている。光は、ファイバーの開口数に従って、所定の発
散角を有する光コーン71を形成するようにファイバー束
から射出される。この形式のシステムにおいて、視野
は、光コーンと同じである。このシステムは、焦点を有
しておらず、ファイバーの端面に直接結像されるので、
像面d0はファイバー束の端面近くにある。図6bは、像面
からの距離ｄが長くなるのに従って光軸75に沿う放射線
の入射量Ｉは少なくなることを示している。像面d0から
の距離が長い場合にでも、まだ、光の強度はかなり強い
ことが判る。視野内にある粒子は、例え、像面にない場
合にでも、入社光を散乱して焦点合わせされた像を形成
し、また、像面内で粒子から散乱された光と干渉する。
図6cは、ボアスコープの通常の照射方法を持ちいた観
察光学系77の周囲に同軸的に配置された複数の光ファイ
バー76を備えた装置を示す。これらファイバーにより形
成される光コーンは、互いに異なって中心光コーン80を
形成する。図6dから明らかなように、強度は、観察光学
系の像面d0内の点で実際に最高となり、距離ｄがながく
なるのに従って減少する。前述した実施の形態と同様
に、観察光学系77の視野78内に多量の光があり、これら
は、集束される粒子以外の粒子で散乱され得る。
察光学系77の周囲に同軸的に配置された複数の光ファイ
バー76を備えた装置を示す。これらファイバーにより形
成される光コーンは、互いに異なって中心光コーン80を
形成する。図6dから明らかなように、強度は、観察光学
系の像面d0内の点で実際に最高となり、距離ｄがながく
なるのに従って減少する。前述した実施の形態と同様
に、観察光学系77の視野78内に多量の光があり、これら
は、集束される粒子以外の粒子で散乱され得る。
本発明の照明システムは、図6eに示されている。照明
ビーム２は、結像光学系７の視野８と、像面d0との両方
に一致する領域にレンズ３により集束される。このよう
な構成により、光は、視野の広い領域に渡っては広がら
ず、図6fに示すように、照明ビームの強度は、d0に集中
され、像面から非常に短い距離の所でゼロになるように
減じられる。これは、焦点にない粒子が照明されず、像
面での粒子の像のコントラストを高くするということを
意味する。
ビーム２は、結像光学系７の視野８と、像面d0との両方
に一致する領域にレンズ３により集束される。このよう
な構成により、光は、視野の広い領域に渡っては広がら
ず、図6fに示すように、照明ビームの強度は、d0に集中
され、像面から非常に短い距離の所でゼロになるように
減じられる。これは、焦点にない粒子が照明されず、像
面での粒子の像のコントラストを高くするということを
意味する。
図７は、窓に対しての最適な位置に物質を存在される
ためにどのようにしプローブを注意深く位置させなけれ
ばならないかを示す。窓11を備えたプローブ10は、移動
しているスラリー流の中へと挿入される。図7aにおいて
は、窓11が、パイプラインもしくは容器の壁と同一面と
なるように装着されている。この壁16での摩擦により、
この壁に近接した流れの速度Ｖは、流れの中心近くより
も遅くなる。壁の最も近くでは、物質の薄い層15は、非
常にゆっくりと移動する。これは、高速の流れであって
も、パイプラインの内面で堆積が生じるからである。速
い流れにより運ばれる粒子並びに小滴17は、遅い層15に
簡単に入ることはなく、かくして、壁16と同一面に配置
された窓に近ずくことが防止される。図7bは、窓が流れ
に対して平行な状態で、さらに深く挿入されたプローブ
を示す。この場合、プローブは、流れに直交した障害物
となり、窓から流れを反らす衝撃並18を形成して、窓の
前に無領域12を生じさせる。
ためにどのようにしプローブを注意深く位置させなけれ
ばならないかを示す。窓11を備えたプローブ10は、移動
しているスラリー流の中へと挿入される。図7aにおいて
は、窓11が、パイプラインもしくは容器の壁と同一面と
なるように装着されている。この壁16での摩擦により、
この壁に近接した流れの速度Ｖは、流れの中心近くより
も遅くなる。壁の最も近くでは、物質の薄い層15は、非
常にゆっくりと移動する。これは、高速の流れであって
も、パイプラインの内面で堆積が生じるからである。速
い流れにより運ばれる粒子並びに小滴17は、遅い層15に
簡単に入ることはなく、かくして、壁16と同一面に配置
された窓に近ずくことが防止される。図7bは、窓が流れ
に対して平行な状態で、さらに深く挿入されたプローブ
を示す。この場合、プローブは、流れに直交した障害物
となり、窓から流れを反らす衝撃並18を形成して、窓の
前に無領域12を生じさせる。
図7dでは、プローブのブラントエンドに対する流れ
が、また、衝撃波を形成し、この波の回りでを物質の大
部分が流れ、この衝撃波と窓との間に無領域12が形成さ
れ、この領域の中には物質は容易には流れない。図7aの
場合での窓の所での低速と、図7b,7dの場合での無領域1
2とは、流れ13中の粒子の代表的な測定を阻止し、窓に
堆積するのを可能にしている。
が、また、衝撃波を形成し、この波の回りでを物質の大
部分が流れ、この衝撃波と窓との間に無領域12が形成さ
れ、この領域の中には物質は容易には流れない。図7aの
場合での窓の所での低速と、図7b,7dの場合での無領域1
2とは、流れ13中の粒子の代表的な測定を阻止し、窓に
堆積するのを可能にしている。
図7cにおいてのみ、窓の表面に対して当たって通る衝
突流れ14が生じ、この流れは、最良の測定をするように
粒子を窓に近接させて運ぶと共に、窓に粒子が堆積する
のを防止する擦る流れを生じさせる。最良の向きは、流
れに対する窓の角度が約45゜のときである。
突流れ14が生じ、この流れは、最良の測定をするように
粒子を窓に近接させて運ぶと共に、窓に粒子が堆積する
のを防止する擦る流れを生じさせる。最良の向きは、流
れに対する窓の角度が約45゜のときである。
図7aに示す状態を防ぐために、壁効果を除去うるよう
に、プローブを物質の流れの中に充分な深さまで挿入す
ることが必要である。図８並びに９は、プローブの窓を
パイプの壁から離れ、かつ流れに対して適当な角度で配
置させるイン・ライン設備を示す。これは、プロセスを
停止し、パイプラインをドレイン操作することがなく、
プロセスを続けながら、プローブの挿入並びに抜き取り
を可能にする効果を有する。図９は、アッセンブリーの
断面を示す。プローブ・アッセンブリーの筒状のプロー
ブチューブ10は、プローブの窓がスラリーの流れ13と直
接に接触するように、グランド・シール39と、フランジ
32と、ボールバルブ31と、プローブシールド30と、フラ
ンジ26と、パイプセクション25とにより形成されたアッ
センブリーにより挿入される。前記パイプセクション25
は、パイプラインもしくはプロセス容器の壁16に所定角
度で（図7cにおいて角度Ａ）溶接される。前記プローブ
セクションは、プローブの先端まで延びているが、流れ
を妨げない。また、このセクションは、研磨性のあるス
ラリー内での過度の摩耗に対してプローブチューブ10を
保護するのに使用される。前記ボールバルブは、プロー
ブを連続した動作プロセスの中に挿入される（もしくは
これから引き抜かれる）ことを可能にする。図８に示す
ように、リンクカラー33がプローブハウジング28に装着
されており、これは、プローブ本体をフランジ32にロッ
クするように使用される。Ｏ−リングアッセンブリー39
は、圧力シールを果たし、これら全ての部品は、高プロ
セス圧力に耐えるように構成されている。プローブは、
カラー33のロックを解除し、プローブアッセンブリーと
ロックカラーを２つの案内バー37に沿って、相互ロック
バー35を通過し、カラー33がトグルボルト・アッセンブ
リー36に当たるまで、摺動させることにより引き抜かれ
る。そして、前記ボールバルブは、ハンドル38を90゜回
転させることにより閉じられ、プロセスと分離され得
る。そして、トグルボルトハ、プローブが自由に引き抜
かれる得るように取り外される。このプローブは、上記
とき逆の手順で元に戻される。ボールバルブが閉じた状
態で、インターロックバー35の先端は、プローブの窓が
バルブアッセンブリーの閉じたボールと接触するのを防
止するように、カラー33の最大挿入距離を決定する。ハ
ンドル38によりボールバルブが開成されたときに、イン
ターロックバー35は邪魔になるないように移動されて、
カラー33がグランドシール39とロック可能な位置に摺動
して戻ることを可能にする。前記プローブ本体と、バル
ブアッセンブリーの全ての濡れる部品とは、プロセスス
ラリーの材料並びに環境と両立されるのに適した材料で
形成される。ある結晶化への使用においては、プローブ
チューブ10とプローブシールド30との間で結晶化材料が
固まるかもしれない。このような場合には、まず、加熱
された懸濁液の流れを使用して固まった材料を溶かさな
いで、プローブアッセンブリーを抜き取ることが非常に
難しくなるかもしれない。これは、ボールバルブ・アッ
センブリーの側で、装着品34を介してプローブシールド
の中に懸濁液の加圧流を射出して加えることによる連続
した基本に従ってなされ得る。結晶化プロセスにおい
て、プローブの濃度よりも少なくとも10℃高い温度に射
出される懸濁液を加熱することにより、プローブに結晶
化された塊の発生が防止される。
に、プローブを物質の流れの中に充分な深さまで挿入す
ることが必要である。図８並びに９は、プローブの窓を
パイプの壁から離れ、かつ流れに対して適当な角度で配
置させるイン・ライン設備を示す。これは、プロセスを
停止し、パイプラインをドレイン操作することがなく、
プロセスを続けながら、プローブの挿入並びに抜き取り
を可能にする効果を有する。図９は、アッセンブリーの
断面を示す。プローブ・アッセンブリーの筒状のプロー
ブチューブ10は、プローブの窓がスラリーの流れ13と直
接に接触するように、グランド・シール39と、フランジ
32と、ボールバルブ31と、プローブシールド30と、フラ
ンジ26と、パイプセクション25とにより形成されたアッ
センブリーにより挿入される。前記パイプセクション25
は、パイプラインもしくはプロセス容器の壁16に所定角
度で（図7cにおいて角度Ａ）溶接される。前記プローブ
セクションは、プローブの先端まで延びているが、流れ
を妨げない。また、このセクションは、研磨性のあるス
ラリー内での過度の摩耗に対してプローブチューブ10を
保護するのに使用される。前記ボールバルブは、プロー
ブを連続した動作プロセスの中に挿入される（もしくは
これから引き抜かれる）ことを可能にする。図８に示す
ように、リンクカラー33がプローブハウジング28に装着
されており、これは、プローブ本体をフランジ32にロッ
クするように使用される。Ｏ−リングアッセンブリー39
は、圧力シールを果たし、これら全ての部品は、高プロ
セス圧力に耐えるように構成されている。プローブは、
カラー33のロックを解除し、プローブアッセンブリーと
ロックカラーを２つの案内バー37に沿って、相互ロック
バー35を通過し、カラー33がトグルボルト・アッセンブ
リー36に当たるまで、摺動させることにより引き抜かれ
る。そして、前記ボールバルブは、ハンドル38を90゜回
転させることにより閉じられ、プロセスと分離され得
る。そして、トグルボルトハ、プローブが自由に引き抜
かれる得るように取り外される。このプローブは、上記
とき逆の手順で元に戻される。ボールバルブが閉じた状
態で、インターロックバー35の先端は、プローブの窓が
バルブアッセンブリーの閉じたボールと接触するのを防
止するように、カラー33の最大挿入距離を決定する。ハ
ンドル38によりボールバルブが開成されたときに、イン
ターロックバー35は邪魔になるないように移動されて、
カラー33がグランドシール39とロック可能な位置に摺動
して戻ることを可能にする。前記プローブ本体と、バル
ブアッセンブリーの全ての濡れる部品とは、プロセスス
ラリーの材料並びに環境と両立されるのに適した材料で
形成される。ある結晶化への使用においては、プローブ
チューブ10とプローブシールド30との間で結晶化材料が
固まるかもしれない。このような場合には、まず、加熱
された懸濁液の流れを使用して固まった材料を溶かさな
いで、プローブアッセンブリーを抜き取ることが非常に
難しくなるかもしれない。これは、ボールバルブ・アッ
センブリーの側で、装着品34を介してプローブシールド
の中に懸濁液の加圧流を射出して加えることによる連続
した基本に従ってなされ得る。結晶化プロセスにおい
て、プローブの濃度よりも少なくとも10℃高い温度に射
出される懸濁液を加熱することにより、プローブに結晶
化された塊の発生が防止される。
本発明の上記実施の形態が示されかつ説明されたが、
種々の変更が本発明の精神並びに範囲から逸脱しないで
なされ得ることは判るであろう。排他的特性もしくは権
利が要求されている本発明の実施の形態は、請求の範囲
により規定される。
種々の変更が本発明の精神並びに範囲から逸脱しないで
なされ得ることは判るであろう。排他的特性もしくは権
利が要求されている本発明の実施の形態は、請求の範囲
により規定される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホカンソン、ジョン・ブイ アメリカ合衆国、ワシントン州 98053、 レッドモンド、エヌ・イー・フォーティ ーンス・ドライブ 22512 (72)発明者 ハマン、オリバー・エス アメリカ合衆国、ワシントン州 98054、 レッドモンド、エヌ・イー・ナインティ ース・ストリート 15817、アパートメ ント・ジー154 (72)発明者 モンタギュー、トーマス・ダブリュー アメリカ合衆国、ワシントン州 98053、 レッドモンド、ツーハンドレッドアンド サーティース・プレイス・エヌ・イー 2017 (56)参考文献 特開 平５−346389（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−321335（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−126138（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−131810（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 15/02
Claims (11)
- 【請求項１】液状媒体の像を得る装置であり、 この装置は、この液状媒体の中に挿入され、先端に窓を
有し、この窓の面が液状媒体の流れの方向に対して傾斜
された角度で位置されるように、液状媒体に対して配置
されるプローブと、 照明光を発生する光源と、 前記照明光を液状媒体中の焦点面に収束させるための収
束レンズシステムを有し、前記光源からの照明光を前記
窓に伝送する光伝送システムと、 像検出器と、 プロセッサーと、 前記液状媒体の光学像を形成するように、収集角全体に
渡っての前記液状媒体からの後方散乱光を集めるための
光学システムとを具備し、この光学システムは、前記照
明光の焦点面と実質的に同じ焦点面を有し、この光学シ
ステムは、前記像検出器に光学像を中継し、前記像検出
器と前記プロセッサーとは、像を発生させるように機能
する、装置。 - 【請求項２】前記プローブは、前記光学システムの焦点
距離もしくは倍率を変えないで、前記光伝送システムと
光学システムとの間の空間関係を一定に保って、前記窓
の表面に対して前記光学システムの焦点面を移動させる
手段を有する請求項１の装置。 - 【請求項３】前記光源は、パルスレザー発振ダイオード
である請求項１の装置。 - 【請求項４】前記後方散乱光を集めるための光学システ
ムは、倍率を変更可能にレンズシステムを有する請求項
１の装置。 - 【請求項５】前記光伝送システムは、光ファイバーケー
ブルであり、また、前記光伝送システムは、光源からの
照明光を光ファイバーケーブルの一端に収束させる収束
光学系を有する請求項１の装置。 - 【請求項６】前記像検出器は、CCDアレイを有する請求
項１の装置。 - 【請求項７】前記CCDアレイは、前記光学像を記憶し、
短い露光積分時間を可能にする記憶アレイを有する請求
項６の装置。 - 【請求項８】前記後方散乱光を集めるための光学システ
ムは、結像レンズにより構成されている請求項１の装
置。 - 【請求項９】前記プローブの挿入角度は、30゜ないし45
゜である請求項１の装置。 - 【請求項１０】前記後方散乱光は、光学シャッターを通
り、この光学シャッターは、照射光の持続時間だけ開
く、請求項１の装置。 - 【請求項１１】液状媒体の像を得る方法であり、 この方法は、先端に窓を有し、この窓の面が液状媒体の
流れの方向に対して傾斜された角度で位置されるよう
に、液状媒体に対して配置されるプローブを液の中に挿
入する工程と、 照明光を発生する工程と、 前記照明光を液状媒体に焦点面で収束させるように、液
状媒体の中に前記窓を介して照明光を伝送し、収束させ
る工程と、 １セットの収束光学系を使用して、前記液状媒体から収
集角全体に後方散乱光を収集する工程と、 前記焦点面からの後方散乱光を像検出器に収束させて、
この像検出器に前記液状媒体の光学像を形成する工程
と、 結像プロセッサーに光学像を中継する工程とを具備する
方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/835,188 | 1997-04-07 | ||
| US08/835,188 US5815264A (en) | 1994-09-21 | 1997-04-07 | System for acquiring an image of a multi-phase fluid by measuring backscattered light |
| PCT/US1998/006511 WO1998045682A1 (en) | 1997-04-07 | 1998-04-01 | A system for acquiring an image of a multi-phase fluid by measuring backscattered light |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000510597A JP2000510597A (ja) | 2000-08-15 |
| JP3207861B2 true JP3207861B2 (ja) | 2001-09-10 |
Family
ID=25268862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54289398A Expired - Fee Related JP3207861B2 (ja) | 1997-04-07 | 1998-04-01 | 後方散乱光の測定による複位相流体の像形成システム |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5815264A (ja) |
| EP (1) | EP0974045B1 (ja) |
| JP (1) | JP3207861B2 (ja) |
| AU (1) | AU724733B2 (ja) |
| CA (1) | CA2285189C (ja) |
| DE (1) | DE69833368T2 (ja) |
| WO (1) | WO1998045682A1 (ja) |
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