JP3615140B2 - Particle detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にレーザ光を用いて試料気体中に含まれる粒子を検出する粒子検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の粒子検出器としては、図4に示すように、レーザ共振器100を構成するレーザ媒質101と反射鏡102間に検出対象となる気体をインレット103からアウトレット104へ通過させる流路105を形成し、レーザ媒質101と流路105の間及び反射鏡102と流路105の間にそれぞれ板部材106を配置し、共振するレーザ光Laと清浄な気体のパージエアPaが通過するピンホール107を板部材106に形成したものが知られている。
【0003】
ピンホール107とは、共振するレーザ光Laのみを通過させる大きさの開口である。また、パージエアPaとは、レーザ媒質101及び反射鏡102が検出対象となる気体中に含まれる塵埃やミストなどによって汚れたりするのを防ぐ目的で、レーザ媒質101、反射鏡102やその近傍に吹き付ける清浄な気体である。なお、109はパージエア導入口である。
【0004】
このように、ピンホール107を開けた板部材106をケース108内に配置したのは、共振するレーザ光Laについてはピンホール107を通して検出対象となる気体に照射させるものの、レーザ媒質101と反射鏡102との間でレーザ光Laが共振する際にレーザ媒質101と反射鏡102で発生する散乱光Sについては板部材106によって検出部(受光部)に入射するのを防止するためである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の粒子検出器においては、ピンホール107を粒子検出に用いるレーザ光Laが通過すると共に、パージエア導入口109からケース108内に圧送され検出対象となる気体と一緒にアウトレット104へ抜けていくパージエアPaも通過するため、パージエアPaの流れによりピンホール107においてレーザ光Laに乱れが生じ、これが光ノイズとなって粒子検出の信号対雑音比(S/N比)が低下するという問題がある。
【0006】
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パージエアの流れによって生じる光の乱れを抑えて粒子検出の信号対雑音比を向上させ微小粒子の検出が可能な粒子検出器を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく請求項1に係る発明は、レーザ共振器内で共振するレーザ光を用いて、清浄な気体のパージエアをレーザ媒質や反射鏡などに吹き付けながら試料気体中に含まれる粒子を検出する粒子検出器において、板部材に形成した前記レーザ光と前記パージエアが通過するピンホールの他に、前記パージエアがアウトレットに抜ける通路を前記板部材又はケースの壁部に設けたものである。
【0008】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の粒子検出器において、前記板部材に設けた通路は、通気孔とした。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図1は本発明に係る粒子検出器の概略構成断面図、図2は同じく概略構成断面図、図3は板部材の他の実施の形態の断面図である。
【0010】
本発明に係る粒子検出器は、図1に示すように、ケース1内にレーザ共振器2を構成するレーザ媒質3と反射鏡4を対向させて配置し、レーザ媒質3と反射鏡4の中間に検出対象となる気体をインレット5からアウトレット6へ通過させる流路7を形成し、更にレーザ媒質3と流路7の間及び反射鏡4と流路7の間にそれぞれ板部材8,9を配置している。
【0011】
レーザ媒質3としては、ルビーレーザやYAGレーザなどの固体レーザ、へリウムネオンレーザや炭酸ガスレーザなどの気体レーザが用いられる。なお、レーザ共振器2は、レーザ媒質3を励起する励起光源(不図示)を備えている。
【0012】
また、レーザ媒質3及び反射鏡4近傍のケース1壁面には、清浄な気体のパージエアPaをケース1内に供給するパージエア導入口10,11が設けられている。なお、12はレーザ光Laと流路7が交差する粒子検出領域である。
【0013】
更に、図2に示すように、レーザ光Laが照射されることにより粒子検出領域12において生じる散乱光を受光する受光部13がケース1内又はケース1外に設けられている。なお、図2は、図1に示す流路7の方向(アウトレット6側)から見た粒子検出器の概略構成図であり、インレット5、パージエア導入口10,11の記載は省略している。
【0014】
受光部13は、共振するレーザ光Laと直交する方向で粒子検出領域12に対向して、インレット5からアウトレット6に至る検出対象となる気体が形成する流路7と干渉しない場所に設置されている。受光部13は、集光レンズ14、光電変換素子(例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタなど)15などを備え、粒子検出領域12における散乱光の強度に応じた電気信号を出力する。
【0015】
板部材8,9には、主として共振するレーザ光Laが通過するピンホール16と、清浄な気体のパージエアPaが通過する通気孔17が形成されている。通気孔17は、板部材8,9の両面に垂直に開口する円形や四角形などの単なる孔である。通気孔17は、レーザ光Laによってレーザ媒質3と反射鏡4で発生する散乱光Sが直接受光部13に入射する虞がない位置に複数設けられている。
【0016】
粒子の検出対象となる気体は、アウトレット6の下流に接続された吸引ポンプ(不図示)がケース1内の気体を吸引することによって、インレット5から流路7を形成する。
なお、本発明に係る粒子検出器は、板部材8,9に通気孔17を形成した以外は、図4に示す従来の粒子検出器と同様な構成である。
【0017】
以上のように構成した本発明に係る粒子検出器の動作について説明する。レーザ媒質3と反射鏡4の間で共振するレーザ光Laを発生させる。このレーザ光Laは、ピンホール16を通過する。
【0018】
更に、2つのパージエア導入口10,11からケース1内に清浄な気体のパージエアPaが供給されると、パージエアPaはレーザ媒質3、反射鏡4やその近傍に吹き付けられた後、主に通気孔17を通過してアウトレット6へ抜ける。なお、パージエアPaの一部は、ピンホール16を通過してアウトレット6へ抜ける。
【0019】
この状態で、吸引ポンプによりケース1内の気体を吸引することによって、インレット5から粒子の検出対象となる気体がケース1内に流入し、流路7を形成する。すると、レーザ光Laと流路7が交差することで粒子検出領域12が形成される。
【0020】
そして、気体中に粒子が含まれていれば、粒子検出領域12で散乱光が生じ、散乱光を受光部13が受光し、散乱光の強度に応じた電気信号のレベルから気体に含まれる粒子の存在を確認することができる。
【0021】
ここで、レーザ媒質3、反射鏡4やその近傍に吹き付けられたパージエアPaは、主に通気孔17を通って検出対象となる気体と共にアウトレット6から排出される。
【0022】
従って、ピンホール16を通過するパージエアPaは、従来の粒子検出器より少なくなるので、パージエアPaがピンホール16を通過することによって生じるレーザ光Laの強度のゆらぎが低減される。その結果、レーザ光Laの強度のゆらぎが原因となって生じる粒子検出の信号対雑音比の低下を防ぐことができる。
【0023】
なお、上述の実施の形態においては、ピンホール16の他に、パージエアPaが板部材8,9を通過する通路として、板部材8,9の両面に垂直に開口する単なる円形や四角形などの通気孔17を採用した。
しかし、レーザ媒質3や反射鏡4で発生する散乱光Sが、板部材8,9に形成した通気孔を通して、直接受光部13に入射せず、しかもパージエアPaがピンホール16をほとんど通過せず円滑にアウトレット6に抜ける構成であればよい。
【0024】
そこで、パージエアPaが板部材8,9を通過する通路としては、単純に板部材8,9の両面に垂直に開口する通気孔17ではなく、図3に示すように、鎧戸状の通気孔18を板部材8,9に形成することもできる。
【0025】
また、図1又は図2に示すように、レーザ媒質3または反射鏡4が配置されたケース1と板部材8,9で形成される空間19,20内に供給されるパージエアPaがアウトレット6に抜ける通路としては、パージエアPaがレーザ媒質3または反射鏡4に吹き付けられた後、板部材8,9とケース1で形成される空間21に導かれる通路、例えばケース1の壁部に形成した空間19,20と空間21を連通する通路(不図示)でもよい。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1に係る発明によれば、ピンホールの他に、パージエアがアウトレットに抜ける通路を前記板部材又はケースの壁部に設けたので、ピンホールを通過するパージエアの量が減り、共振するレーザ光のゆらぎの程度が低減されるため、粒子検出における信号対雑音比を十分高くでき、比較的小さい粒径の粒子を正確に検出できる。
【0027】
請求項2に係る発明によれば、ピンホールを設けた板部材に通気孔を形成するだけの簡易な構成で、ピンホールを通過するパージエアの量を減らして、共振するレーザ光のゆらぎの程度を低減でき、粒子検出における信号対雑音比が十分高くなり、比較的小さい粒径の粒子を正確に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る粒子検出器の概略構成断面図
【図2】本発明に係る粒子検出器の概略構成断面図
【図3】板部材の他の実施の形態の断面図
【図4】従来の粒子検出器の概略構成断面図
【符号の説明】
1…ケース、2…レーザ共振器、3…レーザ媒質、4…反射鏡、5…インレット、6…アウトレット、7…流路、8,9…板部材、10,11…パージエア導入口、12…粒子検出領域、13…受光部、16…ピンホール、17,18…通気孔、19,20,21…空間、La…レーザ光、Pa…パージエア。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention particularly relates to a particle detector that detects particles contained in a sample gas using laser light.
[0002]
[Prior art]
As a conventional particle detector, as shown in FIG. 4, a
[0003]
The
[0004]
As described above, the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional particle detector, the laser beam La used for particle detection passes through the
[0006]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and its object is to improve the signal-to-noise ratio of particle detection by suppressing light disturbance caused by the flow of purge air. It is an object of the present invention to provide a particle detector capable of detecting minute particles.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 uses particles of laser gas that resonate in a laser resonator to spray particles contained in a sample gas while blowing clean gas purge air onto a laser medium or a reflecting mirror. In the particle detector to be detected, in addition to the laser beam formed on the plate member and the pinhole through which the purge air passes, a passage through which the purge air passes to the outlet is provided in the plate member or the wall of the case .
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the particle detector according to the first aspect, the passage provided in the plate member is a vent hole.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Here, FIG. 1 is a schematic sectional view of a particle detector according to the present invention, FIG. 2 is a schematic sectional view of the same, and FIG. 3 is a sectional view of another embodiment of a plate member.
[0010]
As shown in FIG. 1, the particle detector according to the present invention has a laser medium 3 constituting a laser resonator 2 and a reflecting
[0011]
As the laser medium 3, a solid-state laser such as a ruby laser or a YAG laser, or a gas laser such as a helium neon laser or a carbon dioxide laser is used. The laser resonator 2 includes an excitation light source (not shown) that excites the laser medium 3.
[0012]
Further, purge air inlets 10 and 11 for supplying clean gas purge air Pa into the case 1 are provided on the wall surface of the case 1 near the laser medium 3 and the reflecting
[0013]
Further, as shown in FIG. 2, a
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The gas to be detected by the particles forms a flow path 7 from the
The particle detector according to the present invention has the same configuration as the conventional particle detector shown in FIG. 4 except that the
[0017]
The operation of the particle detector according to the present invention configured as described above will be described. Laser light La that resonates between the laser medium 3 and the reflecting
[0018]
Further, when purge gas Pa, which is a clean gas, is supplied into the case 1 from the two purge air inlets 10 and 11, the purge air Pa is sprayed mainly on the laser medium 3, the reflecting
[0019]
In this state, the gas in the case 1 is sucked by the suction pump, whereby the gas to be detected from the
[0020]
If particles are contained in the gas, scattered light is generated in the
[0021]
Here, the purge air Pa blown to the laser medium 3 and the reflecting
[0022]
Accordingly, since the purge air Pa passing through the
[0023]
In the above-described embodiment, in addition to the
However, the scattered light S generated by the laser medium 3 and the reflecting
[0024]
Therefore, the passage through which the purge air Pa passes through the
[0025]
Further, as shown in FIG. 1 or FIG. 2, purge air Pa supplied into the
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, in addition to the pinhole, a passage through which purge air passes to the outlet is provided in the wall of the plate member or case, so that the amount of purge air passing through the pinhole can be reduced. Since the degree of fluctuation of the resonating laser beam is reduced, the signal-to-noise ratio in particle detection can be made sufficiently high, and particles having a relatively small particle size can be accurately detected.
[0027]
According to the second aspect of the present invention, the amount of purge air passing through the pinhole is reduced with a simple configuration that merely forms a vent hole in the plate member provided with the pinhole, and the degree of fluctuation of the resonating laser beam. The signal-to-noise ratio in particle detection is sufficiently high, and particles with a relatively small particle size can be detected accurately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a particle detector according to the present invention. FIG. 2 is a schematic sectional view of a particle detector according to the present invention. FIG. 3 is a sectional view of another embodiment of a plate member. ] Cross-sectional view of schematic configuration of conventional particle detector [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Case, 2 ... Laser resonator, 3 ... Laser medium, 4 ... Reflecting mirror, 5 ... Inlet, 6 ... Outlet, 7 ... Channel, 8, 9 ... Plate member, 10, 11 ... Purge air introduction port, 12 ... Particle detection region, 13... Light receiving portion, 16... Pinhole, 17, 18 .. vent hole, 19, 20, 21 .. space, La .. laser beam, Pa.
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