JP3532274B2 - 粒子検出装置 - Google Patents
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、粉塵等を検知して室内
空気等の汚れ具合を測定するための粉塵センサや粉塵濃
度計として使用される粒子検出装置に関するものであ
る。
空気等の汚れ具合を測定するための粉塵センサや粉塵濃
度計として使用される粒子検出装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から、室内空気の塵や煙草の煙に応
答して空気清浄機を運転させたり空気の汚れ具合を段階
的に表示するための粉塵センサや、粉塵濃度を定量的に
測定するための粉塵濃度計などが知られている。
答して空気清浄機を運転させたり空気の汚れ具合を段階
的に表示するための粉塵センサや、粉塵濃度を定量的に
測定するための粉塵濃度計などが知られている。
【０００３】例えば、従来の光散乱積算型粉塵計では、
粉塵などの被検粒子群からの散乱光を直流的に捕捉する
ことにより、計測値をほぼ質量濃度に比例した値として
実測している。
粉塵などの被検粒子群からの散乱光を直流的に捕捉する
ことにより、計測値をほぼ質量濃度に比例した値として
実測している。
【０００４】また、従来の粒子計数器では、図９に示す
ようにＨｅ−Ｎｅレーザー光源１から平行なレーザー光
による光ビームＢを出射し、図１０に示すように光ビー
ムＢと交叉するように被検粒子の通過経路Ｆを配置し、
通過経路Ｆの粒子検知領域Ｓを通過する被検粒子からの
散乱光を非球面レンズ２を介して受光素子３で受光し、
信号処理器４により迷光などの外光によるノイズ信号を
直流分として除去し、個々の被検粒子からの散乱光を交
流的に検出して粒子数の計数を行い、低粒子濃度におけ
る個数濃度を求めている。
ようにＨｅ−Ｎｅレーザー光源１から平行なレーザー光
による光ビームＢを出射し、図１０に示すように光ビー
ムＢと交叉するように被検粒子の通過経路Ｆを配置し、
通過経路Ｆの粒子検知領域Ｓを通過する被検粒子からの
散乱光を非球面レンズ２を介して受光素子３で受光し、
信号処理器４により迷光などの外光によるノイズ信号を
直流分として除去し、個々の被検粒子からの散乱光を交
流的に検出して粒子数の計数を行い、低粒子濃度におけ
る個数濃度を求めている。
【０００５】更に、実公平１−２４６１６号公報に光散
乱微粒子測定装置が開示されており、図１１に示すよう
に光源５からの光束を集光レンズ６により試料空気導入
管７内の略中央部に集光させ、試料空気導入管７内を流
れる試料空気に含まれる被検粒子から発生した散乱光の
うちの略中央部において発生したものを、受光レンズ８
を用いて検出部９に集光する装置である。この場合は、
試料空気導入管７の断面よりも小さい領域を通過する試
料空気内の被検粒子を１個１個検出し、その個数濃度を
求めるものである。
乱微粒子測定装置が開示されており、図１１に示すよう
に光源５からの光束を集光レンズ６により試料空気導入
管７内の略中央部に集光させ、試料空気導入管７内を流
れる試料空気に含まれる被検粒子から発生した散乱光の
うちの略中央部において発生したものを、受光レンズ８
を用いて検出部９に集光する装置である。この場合は、
試料空気導入管７の断面よりも小さい領域を通過する試
料空気内の被検粒子を１個１個検出し、その個数濃度を
求めるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しなしながら、上述の
従来例の光散乱積算型粉塵計においては、通常の粒子濃
度においてはほぼ質量濃度に比例した計測値が得られる
が、粒子濃度が低くなると被検粒子群からの散乱光強度
が小さくなり、散乱光強度を大きくするために光源の光
量を増加させると、受光素子で得られる迷光などのノイ
ズ信号も同時に大きくなり、散乱光とノイズの所謂Ｓ／
Ｎ比が低下する。従って、ノイズを完全には除去できな
いことから、低粒子濃度での測定には限界が生ずるとい
う欠点がある。
従来例の光散乱積算型粉塵計においては、通常の粒子濃
度においてはほぼ質量濃度に比例した計測値が得られる
が、粒子濃度が低くなると被検粒子群からの散乱光強度
が小さくなり、散乱光強度を大きくするために光源の光
量を増加させると、受光素子で得られる迷光などのノイ
ズ信号も同時に大きくなり、散乱光とノイズの所謂Ｓ／
Ｎ比が低下する。従って、ノイズを完全には除去できな
いことから、低粒子濃度での測定には限界が生ずるとい
う欠点がある。
【０００７】また、従来例の粒子計数器の場合は、被検
粒子個々の散乱光を交流的に検出して計数するために、
迷光などのノイズ信号は直流分としてカットされてノイ
ズの影響が回避されるので、低粒子濃度での測定には適
しているが、個数濃度の測定であるため、その計数効率
が被検粒子の粒径に依存して変化しないことを原則とし
て、通過粒子の全数検出を行っている。従って、被検粒
子の通過幅よりも広い幅の均一な平行レーザー光を照射
する必要があり、レーザー光が幅方向に分散して光強度
が低下するという問題が生ずる。
粒子個々の散乱光を交流的に検出して計数するために、
迷光などのノイズ信号は直流分としてカットされてノイ
ズの影響が回避されるので、低粒子濃度での測定には適
しているが、個数濃度の測定であるため、その計数効率
が被検粒子の粒径に依存して変化しないことを原則とし
て、通過粒子の全数検出を行っている。従って、被検粒
子の通過幅よりも広い幅の均一な平行レーザー光を照射
する必要があり、レーザー光が幅方向に分散して光強度
が低下するという問題が生ずる。
【０００８】更に、実公平１−２４６１６号公報の装置
では、集光点付近を検知領域とすることにより散乱光強
度は十分得られるようになるが、検出光強度と被検粒子
の粒径とが殆ど対応しないために粒径情報は得られず、
粒子数のみを測定することになる。
では、集光点付近を検知領域とすることにより散乱光強
度は十分得られるようになるが、検出光強度と被検粒子
の粒径とが殆ど対応しないために粒径情報は得られず、
粒子数のみを測定することになる。
【０００９】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
被検粒子の計数を行うにも拘らず、質量濃度の計測が可
能な粒子検出装置を提供することにある。
被検粒子の計数を行うにも拘らず、質量濃度の計測が可
能な粒子検出装置を提供することにある。
【００１０】
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る粒子検出装置は、光源と、該光源からの
光ビームを空気の通過経路を横切るように投射し、集光
点を中心とし光強度をその両側に徐々に弱くし、検知断
面積が粒径の３乗に比例する検知領域を設定する集光レ
ンズと、前記通過経路に被検粒子を含む空気を前記検知
領域を経て移送する空気移送手段と、前記検知領域を通
過する被検粒子からの散乱光を検出する受光素子と、該
受光素子の出力のうち被検粒子が所定の大きさ以上の散
乱光を発生した場合にのみ検出して質量濃度を表す検出
信号を出力する検出手段とを設けたことを特徴とする。
の本発明に係る粒子検出装置は、光源と、該光源からの
光ビームを空気の通過経路を横切るように投射し、集光
点を中心とし光強度をその両側に徐々に弱くし、検知断
面積が粒径の３乗に比例する検知領域を設定する集光レ
ンズと、前記通過経路に被検粒子を含む空気を前記検知
領域を経て移送する空気移送手段と、前記検知領域を通
過する被検粒子からの散乱光を検出する受光素子と、該
受光素子の出力のうち被検粒子が所定の大きさ以上の散
乱光を発生した場合にのみ検出して質量濃度を表す検出
信号を出力する検出手段とを設けたことを特徴とする。
【００１２】
【００１３】
【作用】上述の構成を有する本発明に係る粒子検出装置
においては、集光点を中心とし光強度がその両側に徐々
に弱くなり、検知断面積が粒径の３乗に比例する検知領
域を設定し、この検知領域を通過する粒子の散乱光を受
光素子で受光するようにしたので、粒径の大きい粒子が
検出されない確率は、粒径の小さい粒子が検出されない
確率よりも小さくなり、検出手段は粒子の質量濃度を検
出する。
においては、集光点を中心とし光強度がその両側に徐々
に弱くなり、検知断面積が粒径の３乗に比例する検知領
域を設定し、この検知領域を通過する粒子の散乱光を受
光素子で受光するようにしたので、粒径の大きい粒子が
検出されない確率は、粒径の小さい粒子が検出されない
確率よりも小さくなり、検出手段は粒子の質量濃度を検
出する。
【００１４】
【００１５】
【実施例】本発明を図１〜図８に図示の実施例に基づい
て詳細に説明する。図１は粒子検出光学系の構成図を示
し、レーザーダイオードから成る光源１０の光軸O1上に
集光用の非球面レンズ１１が配置されている。非球面レ
ンズ１１によるレーザー光の集光点Ｃには、光軸O1とほ
ぼ直交して被検粒子を含む空気流が通過する通過経路Ｆ
が設けられ、空気流の中心と集光点Ｃがほぼ一致するよ
うにされている。この空気流は、例えば小型ファンによ
りノズルを介して吸い込まれることにより生成され、空
気流の通過経路Ｆの直径は例えば２ｍｍとなっている。
そして、空気流と直交する面上においてレーザー光の光
軸O1に対して受光角度αが例えば１３５度の方向の光軸
O2上に、フォトダイオードから成る受光素子１２が配置
されている。
て詳細に説明する。図１は粒子検出光学系の構成図を示
し、レーザーダイオードから成る光源１０の光軸O1上に
集光用の非球面レンズ１１が配置されている。非球面レ
ンズ１１によるレーザー光の集光点Ｃには、光軸O1とほ
ぼ直交して被検粒子を含む空気流が通過する通過経路Ｆ
が設けられ、空気流の中心と集光点Ｃがほぼ一致するよ
うにされている。この空気流は、例えば小型ファンによ
りノズルを介して吸い込まれることにより生成され、空
気流の通過経路Ｆの直径は例えば２ｍｍとなっている。
そして、空気流と直交する面上においてレーザー光の光
軸O1に対して受光角度αが例えば１３５度の方向の光軸
O2上に、フォトダイオードから成る受光素子１２が配置
されている。
【００１６】ここで、光源１０、非球面レンズ１１、受
光素子１２、ノズルの位置などは、測定結果に対し極め
て敏感に影響を及ぼすので、これらの光学系はアルミダ
イキャストや合成樹脂等で形成したケースホルダ内に一
体的に配置固定されている。
光素子１２、ノズルの位置などは、測定結果に対し極め
て敏感に影響を及ぼすので、これらの光学系はアルミダ
イキャストや合成樹脂等で形成したケースホルダ内に一
体的に配置固定されている。
【００１７】光源１０として白熱電球や発光ダイオード
を使用した場合は、その発光点が拡がりを持つために１
点に集光させることは難しく、半導体レーザー光源を使
用することが好適である。また、非球面レンズ１１は球
面収差が小さく集光点Ｃにおいて強い光強度が得られる
ので、微小粒子に対しても高い応答性が得られる。しか
し、非球面レンズ１１の焦点距離を長くすると、集光点
Ｃが遠くなって装置が大型化するようになり、またレー
ザー光も発光点から遠くなると拡がりを持ってくるの
で、非球面レンズ１１を大きくする必要が生ずる。従っ
て、焦点距離が短か目のレンズを使用することが好まし
い。
を使用した場合は、その発光点が拡がりを持つために１
点に集光させることは難しく、半導体レーザー光源を使
用することが好適である。また、非球面レンズ１１は球
面収差が小さく集光点Ｃにおいて強い光強度が得られる
ので、微小粒子に対しても高い応答性が得られる。しか
し、非球面レンズ１１の焦点距離を長くすると、集光点
Ｃが遠くなって装置が大型化するようになり、またレー
ザー光も発光点から遠くなると拡がりを持ってくるの
で、非球面レンズ１１を大きくする必要が生ずる。従っ
て、焦点距離が短か目のレンズを使用することが好まし
い。
【００１８】光源１０からのレーザー光は、ほぼ１点か
ら放射されていると見做すことができるので、光源１０
におけるレーザー光の発光点Ｔとレンズ１１の主点Ｈ間
の距離をS1、主点Ｈと集光点Ｃ間の距離をS2、レンズ１
１の焦点距離をｆとすると、S2＝S1・ｆ／（S1−ｆ）の
関係がある。
ら放射されていると見做すことができるので、光源１０
におけるレーザー光の発光点Ｔとレンズ１１の主点Ｈ間
の距離をS1、主点Ｈと集光点Ｃ間の距離をS2、レンズ１
１の焦点距離をｆとすると、S2＝S1・ｆ／（S1−ｆ）の
関係がある。
【００１９】従って、距離S1と焦点距離ｆの値が接近す
ると距離S2は急激に大きくなり、距離S1の誤差が集光点
Ｃの位置を大きく変化させて感度に影響を及ぼすことに
なる。また、距離S1が小さいと距離S1の寸法精度上の誤
差比率が増大し、逆に距離S1が大き過ぎると発光点Ｔか
らの光がレンズ１１からはみ出して感度低下をきたす。
そこで、例えば焦点距離ｆ＝４．６ｍｍのレンズ１１を
使用した場合は、距離S1＝６ｍｍ以上に設定し、距離S2
と距離S1との比S2／S1＝１〜３とすることが望ましい。
ると距離S2は急激に大きくなり、距離S1の誤差が集光点
Ｃの位置を大きく変化させて感度に影響を及ぼすことに
なる。また、距離S1が小さいと距離S1の寸法精度上の誤
差比率が増大し、逆に距離S1が大き過ぎると発光点Ｔか
らの光がレンズ１１からはみ出して感度低下をきたす。
そこで、例えば焦点距離ｆ＝４．６ｍｍのレンズ１１を
使用した場合は、距離S1＝６ｍｍ以上に設定し、距離S2
と距離S1との比S2／S1＝１〜３とすることが望ましい。
【００２０】なお、本実施例においては、非球面レンズ
１１の焦点距離ｆ＝４．６ｍｍ、レンズ１１の外径φ＝
５ｍｍ、距離S1＝７．５１８ｍｍ、距離S2＝１１．８５
ｍｍ、距離比S2／S1＝１．５７６、集光点Ｃと受光素子
１２の間の距離ｄを３．８ｍｍ、集光点Ｃの近傍の光ビ
ームの集光角度θを１６度に設定している。
１１の焦点距離ｆ＝４．６ｍｍ、レンズ１１の外径φ＝
５ｍｍ、距離S1＝７．５１８ｍｍ、距離S2＝１１．８５
ｍｍ、距離比S2／S1＝１．５７６、集光点Ｃと受光素子
１２の間の距離ｄを３．８ｍｍ、集光点Ｃの近傍の光ビ
ームの集光角度θを１６度に設定している。
【００２１】集光点Ｃから受光素子１２までの距離が遠
くなると、受光素子１２での受光量が減少し、逆に近付
き過ぎるとレーザー光が直接受光素子１２に入射しハレ
ーションを起こし検出不能となる。更に、受光素子１２
の受光角度である光軸O1と光軸O2との角度αにより散乱
光強度が大幅に変化し、受光角度αが９０度未満では散
乱光強度は弱過ぎ、１７０度以上ではレーザー光が直接
受光素子１２に入射してしまう。従って、この間の受光
角度内の１２０度〜１５０度に設定することが好適であ
る。このような角度αに設定することにより、受光角度
が１８０度の場合のように、直射光をマスクするための
光トラップとその大きさ分を受光するための大きな受光
素子１２とを必要としないので、小型で簡素な装置を形
成することができる。
くなると、受光素子１２での受光量が減少し、逆に近付
き過ぎるとレーザー光が直接受光素子１２に入射しハレ
ーションを起こし検出不能となる。更に、受光素子１２
の受光角度である光軸O1と光軸O2との角度αにより散乱
光強度が大幅に変化し、受光角度αが９０度未満では散
乱光強度は弱過ぎ、１７０度以上ではレーザー光が直接
受光素子１２に入射してしまう。従って、この間の受光
角度内の１２０度〜１５０度に設定することが好適であ
る。このような角度αに設定することにより、受光角度
が１８０度の場合のように、直射光をマスクするための
光トラップとその大きさ分を受光するための大きな受光
素子１２とを必要としないので、小型で簡素な装置を形
成することができる。
【００２２】光源１０から出射したレーザー光は、非球
面レンズ１１により集光点Ｃに集光する。この場合の光
ビームの光強度は集光点Ｃが最も強く、光軸O1に沿って
集光点Ｃから離れるにつれて集光点Ｃの両側に弱くなる
光強度勾配を有する。粉塵等の被検粒子Ｐを含む空気流
は集光点Ｃを含む通過経路内Ｆを流れ、光ビーム内を被
検粒子Ｐが通過すると、被検粒子Ｐにレーザー光が照射
されて散乱光が発生し、光軸O2方向への散乱光は受光素
子１２によって受光され、この受光信号は電気パルスに
変換され、ノイズ等を除去するために信号処理回路にお
いて一定レベルの閾値を基に選別される。
面レンズ１１により集光点Ｃに集光する。この場合の光
ビームの光強度は集光点Ｃが最も強く、光軸O1に沿って
集光点Ｃから離れるにつれて集光点Ｃの両側に弱くなる
光強度勾配を有する。粉塵等の被検粒子Ｐを含む空気流
は集光点Ｃを含む通過経路内Ｆを流れ、光ビーム内を被
検粒子Ｐが通過すると、被検粒子Ｐにレーザー光が照射
されて散乱光が発生し、光軸O2方向への散乱光は受光素
子１２によって受光され、この受光信号は電気パルスに
変換され、ノイズ等を除去するために信号処理回路にお
いて一定レベルの閾値を基に選別される。
【００２３】例えば、０．２〜０．３μｍよりも小さい
粒径の被検粒子Ｐの散乱光は、電気パルスの波高値が小
さいので、小さな粒径の被検粒子Ｐは光強度の強い集光
点Ｃの近傍を通過した場合のみの散乱光だけが信号処理
回路において検出される。一方、大きな粒径の被検粒子
Ｐは、集光点Ｃから稍々離れた光強度の弱い位置を通過
した場合でも、その散乱光からは高い波高値が得られ信
号処理回路で検出される。従って、粒径の大きな被検粒
子Ｐでは光軸O1に沿った検知領域幅が広くなり、粒径の
小さな被検粒子Ｐでは集光点Ｃ近傍の光強度の強い狭い
部分だけが検知領域幅となる。
粒径の被検粒子Ｐの散乱光は、電気パルスの波高値が小
さいので、小さな粒径の被検粒子Ｐは光強度の強い集光
点Ｃの近傍を通過した場合のみの散乱光だけが信号処理
回路において検出される。一方、大きな粒径の被検粒子
Ｐは、集光点Ｃから稍々離れた光強度の弱い位置を通過
した場合でも、その散乱光からは高い波高値が得られ信
号処理回路で検出される。従って、粒径の大きな被検粒
子Ｐでは光軸O1に沿った検知領域幅が広くなり、粒径の
小さな被検粒子Ｐでは集光点Ｃ近傍の光強度の強い狭い
部分だけが検知領域幅となる。
【００２４】図２はレーザー光に対するこの検知領域幅
の実験値を示している。この実験においては、定数発生
器を使用して発生させたポリスチレンラテックスから成
る標準粒子を検知領域に流し、粒子数濃度をレーザーエ
アロゾルスペクトロメータ（ＰＭＳ製ＬＡＳＸ−ＣＲ
Ｔ）を使用して測定した。この実験値から被検粒子Ｐの
粒径ｘに対応した光ビーム検知断面積が求まり、図３に
示すように検知断面積は粒径の３乗に比例することが分
かる。
の実験値を示している。この実験においては、定数発生
器を使用して発生させたポリスチレンラテックスから成
る標準粒子を検知領域に流し、粒子数濃度をレーザーエ
アロゾルスペクトロメータ（ＰＭＳ製ＬＡＳＸ−ＣＲ
Ｔ）を使用して測定した。この実験値から被検粒子Ｐの
粒径ｘに対応した光ビーム検知断面積が求まり、図３に
示すように検知断面積は粒径の３乗に比例することが分
かる。
【００２５】更に、検知領域幅が粒径に依存し検知断面
積が粒径の３乗に比例することから、図４に示すように
計数効率も粒径の３乗に比例することが分かる。この計
数効率は投入粒子数に対する検知粒子数の割合で定義さ
れ、検知粒子数濃度と投入粒子数濃度との比から求める
ことができる。つまりは、大きな粒径の被検粒子Ｐほど
計数される確率が高くなるために、被検粒子Ｐの通過数
を計数することによって、質量つまり濃度に比例した出
力を得ることができるのである。
積が粒径の３乗に比例することから、図４に示すように
計数効率も粒径の３乗に比例することが分かる。この計
数効率は投入粒子数に対する検知粒子数の割合で定義さ
れ、検知粒子数濃度と投入粒子数濃度との比から求める
ことができる。つまりは、大きな粒径の被検粒子Ｐほど
計数される確率が高くなるために、被検粒子Ｐの通過数
を計数することによって、質量つまり濃度に比例した出
力を得ることができるのである。
【００２６】このことを数式を用いて説明すると、検知
粒子数濃度Ｄは単位時間当りの検知数Ｈを吸引流量ｑで
除して求められ、Ｄ＝Ｈ／ｑとなる。そして、図４の粒
径ｘと計数効率Ｅ（ｘ）との関係から比例係数をＫとす
ると、Ｅ（ｘ）＝Ｋ・ｘ３となる。
粒子数濃度Ｄは単位時間当りの検知数Ｈを吸引流量ｑで
除して求められ、Ｄ＝Ｈ／ｑとなる。そして、図４の粒
径ｘと計数効率Ｅ（ｘ）との関係から比例係数をＫとす
ると、Ｅ（ｘ）＝Ｋ・ｘ３となる。
【００２７】実際の粉塵では粒径はばらつきを有し、個
数を基準とした粒径頻度分布をＦ（ｘ）、通過粒子数濃
度又は投入粒子数濃度をＮ、検知粒子数濃度をＤとする
と、Ｄ＝Ｎ∫Ｅ（ｘ）・Ｆ（ｘ）ｄｘとなる。
数を基準とした粒径頻度分布をＦ（ｘ）、通過粒子数濃
度又は投入粒子数濃度をＮ、検知粒子数濃度をＤとする
と、Ｄ＝Ｎ∫Ｅ（ｘ）・Ｆ（ｘ）ｄｘとなる。
【００２８】一方、質量濃度Ｍは粒子密度ρと粒子数濃
度Ｎから、 Ｍ＝Ｎ・（π／６）・ρ∫ｘ３ ・Ｆ（ｘ）ｄｘ ＝（π／６）・ρ・（１／Ｋ）・Ｎ∫Ｋ・ｘ３ ・Ｆ
（ｘ）ｄｘ ＝Ａ・Ｎ∫Ｅ（ｘ）・Ｆ（ｘ）ｄｘ ＝Ａ・Ｄ＝（Ａ／ｑ）・Ｈ ただし、Ａ＝（π／６）・ρ・（１／Ｋ）
度Ｎから、 Ｍ＝Ｎ・（π／６）・ρ∫ｘ３ ・Ｆ（ｘ）ｄｘ ＝（π／６）・ρ・（１／Ｋ）・Ｎ∫Ｋ・ｘ３ ・Ｆ
（ｘ）ｄｘ ＝Ａ・Ｎ∫Ｅ（ｘ）・Ｆ（ｘ）ｄｘ ＝Ａ・Ｄ＝（Ａ／ｑ）・Ｈ ただし、Ａ＝（π／６）・ρ・（１／Ｋ）
【００２９】このことから、計数効率が粒径の３乗に比
例すれば、検知数は質量濃度に比例し、粒径分布に依存
しないことが分かり、更に質量校正を行ってＡ／ｑを決
定しておけば、検知数は質量濃度そのものを示すことに
なる。
例すれば、検知数は質量濃度に比例し、粒径分布に依存
しないことが分かり、更に質量校正を行ってＡ／ｑを決
定しておけば、検知数は質量濃度そのものを示すことに
なる。
【００３０】図５は図１の検出光学系を粉塵センサに適
用した場合の構成図を示し、検出光学系の受光素子１２
で電気パルス信号に変換された出力は、交流増幅回路１
３を介して比較回路１４に接続され、更に計数回路１
５、計数表示器１６に接続されている。また計数回路１
５の出力はＤ／Ａ変換器１７、直流電圧表示器１８に接
続されている。
用した場合の構成図を示し、検出光学系の受光素子１２
で電気パルス信号に変換された出力は、交流増幅回路１
３を介して比較回路１４に接続され、更に計数回路１
５、計数表示器１６に接続されている。また計数回路１
５の出力はＤ／Ａ変換器１７、直流電圧表示器１８に接
続されている。
【００３１】受光素子１２で検出された電気パルス信号
は、交流増幅回路１３において交流信号に増幅され、比
較回路１４において一定レベル以上のパルス信号がノイ
ズ信号と区別されて、一定波高値の方形波パルスとして
取り出される。比較回路１４によって検出された所定波
高値の方形パルス列は、計数回路１５において計数さ
れ、計数表示器１６にデジタル量の濃度として表示され
る。また、計数回路１５の出力はＤ／Ａ変換器１７でア
ナログ量に変換され、直流電圧表示器１８においてアナ
ログ量の濃度として表示される。
は、交流増幅回路１３において交流信号に増幅され、比
較回路１４において一定レベル以上のパルス信号がノイ
ズ信号と区別されて、一定波高値の方形波パルスとして
取り出される。比較回路１４によって検出された所定波
高値の方形パルス列は、計数回路１５において計数さ
れ、計数表示器１６にデジタル量の濃度として表示され
る。また、計数回路１５の出力はＤ／Ａ変換器１７でア
ナログ量に変換され、直流電圧表示器１８においてアナ
ログ量の濃度として表示される。
【００３２】また、計数回路１５の出力は図示しない別
の回路を介して粉塵濃度に対応して、ＬＥＤの赤・黄・
青の切換えによる段階的表示信号を出力したり、自動的
に空気清浄機の送風機の運転を開始し、粉塵濃度の低下
と共に運転を停止するようにしてもよい。
の回路を介して粉塵濃度に対応して、ＬＥＤの赤・黄・
青の切換えによる段階的表示信号を出力したり、自動的
に空気清浄機の送風機の運転を開始し、粉塵濃度の低下
と共に運転を停止するようにしてもよい。
【００３３】図６は低濃度測定可能範囲を調べるための
測定結果を示し、室内粉塵濃度を通常濃度１００μｇ／
ｍ３ から徐々に下げながら粉塵濃度の指示値を記録し
た。これによると、通常濃度の１／１０００まで十分に
測定することができ、極めて直線性が良好な結果が得ら
れている。
測定結果を示し、室内粉塵濃度を通常濃度１００μｇ／
ｍ３ から徐々に下げながら粉塵濃度の指示値を記録し
た。これによると、通常濃度の１／１０００まで十分に
測定することができ、極めて直線性が良好な結果が得ら
れている。
【００３４】しかし、ここで空気移送手段としての小型
ファンの性能低下などにより空気流の速さに変化が生
じ、単位時間当りに通過経路Ｆを通過する被検粒子Ｐの
数が変ると、粉塵濃度測定に誤差を伴うことになる。こ
の対策として、例えば図７に示すようにフォトダイオー
ドから成る受光素子１２に時間遅れ要素であるＣＲ回路
を接続することにより、流速の変化を補正することがで
きる。
ファンの性能低下などにより空気流の速さに変化が生
じ、単位時間当りに通過経路Ｆを通過する被検粒子Ｐの
数が変ると、粉塵濃度測定に誤差を伴うことになる。こ
の対策として、例えば図７に示すようにフォトダイオー
ドから成る受光素子１２に時間遅れ要素であるＣＲ回路
を接続することにより、流速の変化を補正することがで
きる。
【００３５】つまり、流速が早い場合には被検粒子Ｐの
からの散乱光のパルス幅は狭くなり、このままでは被検
粒子Ｐの数をそのまま計数してしまうことになるが、時
間遅れ要素回路を付加することにより、パルスは稍々平
滑化され、その高さレベルは元のパルスの高さと時間幅
に比例することになる。従って、閾値を適宜に設定する
ことにより、時間遅れを加えない場合におけるパルスの
高さレベルが大きくなくかつ時間幅が狭いものは除去さ
れることになり、流速の割合に応じてパルスが間引かれ
ることになり、流速の影響を補正できることになる。
からの散乱光のパルス幅は狭くなり、このままでは被検
粒子Ｐの数をそのまま計数してしまうことになるが、時
間遅れ要素回路を付加することにより、パルスは稍々平
滑化され、その高さレベルは元のパルスの高さと時間幅
に比例することになる。従って、閾値を適宜に設定する
ことにより、時間遅れを加えない場合におけるパルスの
高さレベルが大きくなくかつ時間幅が狭いものは除去さ
れることになり、流速の割合に応じてパルスが間引かれ
ることになり、流速の影響を補正できることになる。
【００３６】図８はこのような補正回路を使用して測定
した流量とＤ／Ａ変換器１７の出力電圧の関係のグラフ
図である。粉塵濃度が一定の空気を用いてその流量を大
きくしてゆくと、２００ｃｃ／分程度から出力電圧は一
定となることが分かる。従って、これ以上の領域で使用
するようにすれば、たとえ小型ファンの送風能力が低下
してきても、流速に影響されることのないセンサが得ら
れることになる。
した流量とＤ／Ａ変換器１７の出力電圧の関係のグラフ
図である。粉塵濃度が一定の空気を用いてその流量を大
きくしてゆくと、２００ｃｃ／分程度から出力電圧は一
定となることが分かる。従って、これ以上の領域で使用
するようにすれば、たとえ小型ファンの送風能力が低下
してきても、流速に影響されることのないセンサが得ら
れることになる。
【００３７】なお、この時間遅れ要素は特にＣＲ回路を
用いなくとも、例えば受光素子１２として静電容量の大
きなフォトダイオードを用いることによっても実現でき
る。
用いなくとも、例えば受光素子１２として静電容量の大
きなフォトダイオードを用いることによっても実現でき
る。
【００３８】先に述べたように、一般に空気の流量を変
化させると集光点Ｃの近傍を通過する単位時間当りの粒
子数が変化し、これによってパルス頻度つまり変換され
た直流電圧値が変化し、たとえ粉塵濃度が一定でも空気
の流量によって出力のばらつきが発生する。しかし、光
散乱積算型粉塵計の場合は原理的に粒子の通過速度には
影響されないので、その出力が空気の流量によって変化
することはない。一方、光散乱粒子計数計では上述のよ
うに流量の変化によってその出力は影響を受けるが、本
実施例のように粒径に応じて検知領域幅を変化させて計
数効率を変えることにより、流量変化に対しての出力変
化を補正することが可能となる。
化させると集光点Ｃの近傍を通過する単位時間当りの粒
子数が変化し、これによってパルス頻度つまり変換され
た直流電圧値が変化し、たとえ粉塵濃度が一定でも空気
の流量によって出力のばらつきが発生する。しかし、光
散乱積算型粉塵計の場合は原理的に粒子の通過速度には
影響されないので、その出力が空気の流量によって変化
することはない。一方、光散乱粒子計数計では上述のよ
うに流量の変化によってその出力は影響を受けるが、本
実施例のように粒径に応じて検知領域幅を変化させて計
数効率を変えることにより、流量変化に対しての出力変
化を補正することが可能となる。
【００３９】このように、本発明によれば安全衛生法、
大気汚染防止法、ビル管理法に規定される０．１５ｍｇ
／ｍ３ 以下という数値に対応可能な質量濃度に比例し
た計測値を得ることができ、更にこの１／１０００の極
低粒子濃度における粒子検出が可能な粉塵センサや粉塵
濃度計を実現することができ、更に建築物環境の自動管
理システムへの応用も可能となる。
大気汚染防止法、ビル管理法に規定される０．１５ｍｇ
／ｍ３ 以下という数値に対応可能な質量濃度に比例し
た計測値を得ることができ、更にこの１／１０００の極
低粒子濃度における粒子検出が可能な粉塵センサや粉塵
濃度計を実現することができ、更に建築物環境の自動管
理システムへの応用も可能となる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る粒子検
出装置は、集光点を中心とし光強度がその両側に徐々に
弱くなり、検知断面積が粒径の３乗に比例する検知領域
を設けることにより、粒子の計数を行うにも拘らず、質
量濃度を測定することができる。
出装置は、集光点を中心とし光強度がその両側に徐々に
弱くなり、検知断面積が粒径の３乗に比例する検知領域
を設けることにより、粒子の計数を行うにも拘らず、質
量濃度を測定することができる。
【００４１】
【図１】検出光学系の構成図である。
【図２】光ビームに対する検知領域幅の説明図である。
【図３】光ビームの検知断面積と粒径の関係のグラフ図
である。
である。
【図４】計数効率と粒径の関係のグラフ図である。
【図５】粉塵センサの構成図である。
【図６】粉塵濃度特性のグラフ図である。
【図７】流量補正用回路の構成図である。
【図８】流量と出力電圧の関係のグラフ図である。
【図９】従来例の構成図である。
【図１０】検出部位の説明図である。
【図１１】従来例の構成図である。
１０ 光源
１１ 非球面レンズ
１２ 受光素子
１４ 比較回路
１５ 計数回路
１６、１８ 表示器
１７ Ｄ／Ａ変換回路
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平２−163631（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−168345（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−108635（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−126717（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−153448（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−29267（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−35345（ＪＰ，Ａ)
実公 平１−24616（ＪＰ，Ｙ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 15/00 - 15/14
Claims (11)
- 【請求項１】 光源と、該光源からの光ビームを空気の
通過経路を横切るように投射し、集光点を中心とし光強
度をその両側に徐々に弱くし、検知断面積が粒径の３乗
に比例する検知領域を設定する集光レンズと、前記通過
経路に被検粒子を含む空気を前記検知領域を経て移送す
る空気移送手段と、前記検知領域を通過する被検粒子か
らの散乱光を検出する受光素子と、該受光素子の出力の
うち被検粒子が所定の大きさ以上の散乱光を発生した場
合にのみ検出して質量濃度を表す検出信号を出力する検
出手段とを設けたことを特徴とする粒子検出装置。 - 【請求項２】 前記光源をレーザーダイオードとし、前
記受光素子をフォトダイオードとした請求項１に記載の
粒子検出装置。 - 【請求項３】 前記集光レンズは非球面レンズとした請
求項１に記載の粒子検出装置。 - 【請求項４】 前記受光素子を前記光源からの光ビーム
の光軸と前記受光素子の光軸との成す受光角度が１２０
〜１５０度となるように配置し、前記検知領域を通過す
る被検粒子からの散乱光を直接検出するようにした請求
項１に記載の粒子検出装置。 - 【請求項５】 前記光源と前記集光レンズと前記受光素
子とファンから成る前記空気移送手段とをユニットケー
スに一体的に固定した請求項１に記載の粒子検出装置。 - 【請求項６】 前記検出手段の検出信号により被検粒子
の濃度又は計数値を表示する表示手段を設けた請求項１
に記載の粒子検出装置。 - 【請求項７】 前記検出手段の出力により空気清浄機の
送風機の作動を制御するようにした請求項１に記載の粒
子検出装置。 - 【請求項８】 前記光源から前記集光レンズの主点まで
の距離と、前記集光レンズの主点から焦点位置までの距
離との比を１対１〜３とした請求項１に記載の粒子検出
装置。 - 【請求項９】 前記受光素子の出力を遅延させる時間遅
れ回路を設けるか、又は前記受光素子を時間遅れを有す
る受光素子とした請求項１に記載の粒子検出装置。 - 【請求項１０】 前記時間遅れ回路はＣＲ回路とした請
求項９に記載の粒子検出装置。 - 【請求項１１】 前記時間遅れを有する受光素子は静電
容量の大きいフォトダイオードとした請求項９に記載の
粒子検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32352994A JP3532274B2 (ja) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | 粒子検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32352994A JP3532274B2 (ja) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | 粒子検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08159949A JPH08159949A (ja) | 1996-06-21 |
| JP3532274B2 true JP3532274B2 (ja) | 2004-05-31 |
Family
ID=18155720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32352994A Expired - Fee Related JP3532274B2 (ja) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | 粒子検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3532274B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022114733A1 (ko) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | 삼성전자 주식회사 | 입자 사이즈 분포를 결정하는 방법 및 전자 장치 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3638807B2 (ja) * | 1999-01-07 | 2005-04-13 | ミドリ安全株式会社 | タバコ煙粒子計測装置 |
| JP3850403B2 (ja) * | 2003-10-10 | 2006-11-29 | リオン株式会社 | 粒子検出装置 |
| EP1681550A1 (de) * | 2005-01-13 | 2006-07-19 | Matter Engineering AG | Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Anzahlkonzentration und mittlerem Durchmesser von Aerosolpartikeln |
| JP4749777B2 (ja) * | 2005-06-29 | 2011-08-17 | 四国電力株式会社 | 連続式鉄分析方法および装置 |
| JP6861396B2 (ja) * | 2017-08-29 | 2021-04-21 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 粒子検出システム及び粒子検出方法 |
| CN108956430A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-12-07 | 常州海马科技有限公司 | 一种led光源颗粒物计数传感器 |
| CN109406356A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-03-01 | 武汉四方光电科技有限公司 | 一种高精度颗粒物质量浓度检测装置 |
| CN110132802B (zh) * | 2019-05-07 | 2024-01-12 | 张家港谱析传感科技有限公司 | 一种粒径及粒子浓度在线检测装置及在线检测方法 |
| CN111141645B (zh) * | 2019-11-15 | 2023-06-02 | 江苏天瑞仪器股份有限公司 | 一种基于β射线法和光散射原理的颗粒物实时测量方法 |
| JP7416419B2 (ja) * | 2020-07-15 | 2024-01-17 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | 大気浮遊物質質量濃度計測ライダー、大気浮遊物質質量濃度計測方法及びプログラム |
| JP7134391B2 (ja) * | 2021-02-03 | 2022-09-12 | ホーチキ株式会社 | 煙検知装置 |
| WO2022264584A1 (ja) * | 2021-06-14 | 2022-12-22 | オルガノ株式会社 | 微粒子測定装置とこれを備えた超純水製造装置、及び微粒子測定方法 |
-
1994
- 1994-11-30 JP JP32352994A patent/JP3532274B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022114733A1 (ko) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | 삼성전자 주식회사 | 입자 사이즈 분포를 결정하는 방법 및 전자 장치 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08159949A (ja) | 1996-06-21 |
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