JP3898307B2

JP3898307B2 - 光応答型粒子濃度計

Info

Publication number: JP3898307B2
Application number: JP30317597A
Authority: JP
Inventors: 淳和田; 勝須藤; 英丈戸川
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1997-11-05
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2017-11-05
Also published as: JPH11142333A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体中の懸濁固体粒子の量を計測する個体粒子濃度計に関し、特に粒子の大きさが０.１mm以上の懸濁粒子の測定に適した懸濁粒子濃度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
測定の対象となる流体中に含まれる粒子の濃度測定としては、光や超音波を流体中に連続的に透過させ、この光や超音波が流体中を通過する際にその流体中に含まれる粒子によって減衰させられることから、この減衰率を用いて懸濁粒子濃度を求める濁度計があり、主として１０μｍ以下の懸濁粒子濃度の測定に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来装置の例では、濁度計において、懸濁物粒子の大きさが１０μｍ以下程度の場合では、光または超音波の減衰度と懸濁粒子濃度の間に満足のいく相関関係が得られるが、近年、比較的大きな懸濁粒子の濃度測定の必要性も多くなってきているにもかかわらず、懸濁粒子の直径が０.１ｍｍ以上の大きさになると、上記の相関関係が崩れ始め、さらに０.５ｍｍ以上の大きさの懸濁粒子では、上記の方法による測定では、得られた懸濁粒子濃度の信頼性は大きく低下するという問題があった。
【０００４】
また、上記の従来の方法では、懸濁粒子を含まない流体中での透過光量もしくは超音波の音量を基礎とし、これに比較しての減衰率から濃度を計算しているために、濃度測定処理中にもし発光部、受光部の表面等に汚れが生じた場合には受光部の受光量から求めた減衰率が、流体中透過による減衰をそのまま示すことにはならず、減衰率に狂いを生じるため、発光部、受光部の表面を常に清浄に保つ必要があるなど煩雑な処理を必要とするという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、直径が０.１ｍｍ以上という比較的大きな懸濁粒子であっても、また、懸濁粒子の大きさが一定でない場合にも懸濁粒子濃度を正確に計測でき、さらに検出部に汚れを生じても測定性能に影響を与えずに測定できる懸濁粒子濃度計を得るために、発光部からの光の受光の変化に対応して、懸濁粒子が光路を遮断した時と遮断しない時にそれぞれ対応する２値からなる矩形波として受光信号を出力して、これを積算することにより、遮断時の時間比率から求めた遮断確率が処理対象の懸濁粒子の濃度に精度よく比例することを見出したために、高価なコンピュータや高精度のクロックなどを用いずに簡便な方法で濃度を求めることのできる、平滑回路を用いた光応答型粒子濃度計を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、発光部と、
該発光部の発光面に対向する位置において受光面を上記発光面に向けて設置され、上記発光部から発せられた光を受光して電気信号に変換するものであり、発光面から受光面の光軸上を通過する粒子の有無を、２値からなる間欠的な直流パルスとして出力する受光部と、
上記受光部の出力する電気信号を積算する積算計と
を具備してなる光応答型粒子濃度計である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光応答型粒子濃度計において上記積算計は、平滑回路からなることを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の光応答型粒子濃度計において上記発光部と上記受光部との間隔は３〜２０mmであり、上記発光部と上記受光部との間の光路の直径は測定対象の粒子の直径の２０倍以下であることを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による光応答型粒子濃度計を図面を参照しつつ説明する。
図１は、同実施形態による光応答型粒子濃度計を用いたシステムの概観図である。本図において、符号１は、発光部であり、ＬＥＤ（発光ダイオード）の発光素子そのものでもよいし、発光素子からの光を導いた光ファイバの端部でもよい。符号２は、受光部であり、フォトトランジスタなどの受光素子そのものでもよいし、発光素子からの光を受光素子に導く光ファイバの端部であってもよい。この受光部２には直流低電圧Ｖｃが供給され、発光部１と受光部２とで検出部Ａを構成する。符号３は、測定対象の懸濁粒子を含んだ流体であり、これは容器５の内部に置かれる。符号４は、撹拌器であり、容器５中の流体３をこれによって撹拌し、懸濁粒子の密度を均一にし、測定の精度を高める。
【０００８】
符号６は、発光部１に一定電圧を供給する直流電源である。符号Ｂは、積分回路であり、コンデンサ７と固定抵抗８ａと可変抵抗８ｂとから構成される。受光部２からの出力が可変抵抗８ｂの可変接点部に接続される。該可変抵抗８ｂの端部は固定抵抗８ａの一端に接続されると共に、出力Ｖｏｕｔとして外部に出力され、これが本光応答型粒子濃度計の出力となる。上記固定抵抗８ａの他端は接地される。また、固定抵抗８ａと並列に、出力Ｖｏｕｔと接地電位との間にコンデンサ７が接続される。可変抵抗８ｂの接点の位置を調節することにより出力Ｖｏｕｔの振幅値を調節する。
【０００９】
次に、本実施形態の動作を説明する。まず、直流電源６を接続して発光部より光を流体中に発し、これを受光部２において、例えば光電スイッチ回路等を用いて、受光する。こうして得られた受光部からの信号をＲＣ平滑回路のような積分回路Ｂを用いて積算する。この積分回路によって、発光部１からの光が遮断された時間に応じて全遮断時の出力に相当する電圧（基準電圧）より低い電圧が出力され、この電圧の基準電圧に対する比率が所定時間内における遮断時間の比率を示す。即ち、出力値は懸濁個体粒子の通過時間の比率を示し、これは粒子の大きさが均一でなくとも、懸濁液単位体積中の粒子総体積に対応する。
【００１０】
こうして、発光部〜受光部の光軸上を流体中の懸濁粒子が通過すると、これによって光軸上の光は遮られ、従って出力電圧Ｖｏｕｔは高電位となる。上記光軸上に懸濁粒子が存在しない場合は、出力電圧は低電位であるので、よって、出力電圧Ｖｏｕｔをグラフ表示すると、上記光軸上の懸濁粒子の有無によって２値を持つ矩形波として表される。
【００１１】
発光部１から発せられた光を受ける受光部２の出力を光電スイッチ（図示せず）によって処理することにより、出力される電圧の経時的変動は、懸濁粒子が光路を遮断した時と、しない時にそれぞれ対応する２値からなる間欠的な直流パルス電圧（矩形波）となる。これは、周期が無作為に変化するものであり、その例を図２に示してある。ここでは、横軸が時間、縦軸が電圧であり、電圧が｀１｀（高電位）の時には、発光部と受光部との間の光路を懸濁粒子が遮断しており、また、電圧が｀０｀（低電位）の時には、上記光路中に懸濁粒子が存在していないことになる。
【００１２】
このように２値からなる矩形波にすることにより、アナログによる減衰率を用いる時のような問題が無くなり、上述のように発光部、受光部が汚れたときにも、それに起因する誤差はほとんどなくなる。
【００１３】
図３に平均直径０.５mmの懸濁粒子として固定化菌体を用いた有機化合物反応装置における固定化菌体の濃度と積算回路からの出力電圧との関係が示される。ここでは、横軸に固定化菌体濃度（％）が、縦軸に検出出力積算値（Ｖ）がとられる。この図３から明らかなように、懸濁物の濃度に精度良く比例する。図３においては、固定化菌体濃度が４〜８％の範囲で優れた相関関係を示しているが、感度を低下させるとより低濃度での相関性が高まるので、感度調整により所望の濃度範囲での相関を得ることができる。
【００１４】
上記において、発光部１と受光部２との間隔は２〜２０mmであることが望ましく、５〜１０mmであることがより好ましい。また、発光部１から出て受光部に到達する光の光路の直径は測定対象の懸濁粒子径の２０倍以下であることが好ましい。
【００１５】
以上のように本発明による実施形態による処理と、受光部で得られる矩形波を測定対象の流体中の懸濁粒子による光の遮断に応じて、受光部から出力される無秩序な間隔の信号をコンピュータに入力して、積算値を求め、これから懸濁粒子の濃度を求める計算を行う方法とを比較してみると、本発明による処理は、コンピュータを占有しないために測定装置全体の可搬性に優れ、また、抵抗とコンデンサとからなる受動素子による積分回路を用いるために、屋外で測定を行う場合にも電源の確保や外部環境からの保護装置が必要ないという長所を持つ。
【００１６】
また、受光部からの受光信号を通常のパルス変換器を用いて処理する場合に比べると、本測定対象のようなものは発生するパルス幅が一定ではないので、パルス変換器によるものよりも、本発明によると精度ある測定が可能となる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明による光応答型粒子濃度計によれば、直径０.１mm以上の懸濁粒子の濃度を高精度に測定することができ、その際に発光部や受光部の多少の汚れ等による測定誤差を生ぜず、コンピュータのような外部装置を測定対象の個体濃度測定槽毎に設ける必要がなく、よって安価にかつ簡便に懸濁個体粒子濃度を測定することができる。さらに、コンピュータを占有しないために測定装置全体の可搬性に優れ、また、抵抗とコンデンサとからなる受動素子による積分回路を用いるために、屋外で測定を行う場合にも電源の確保や外部環境からの保護装置が必要ないという長所を持つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による光応答型粒子濃度計のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による光応答型粒子濃度計により測定された、矩形波の出力信号である。
【図３】本発明の一実施形態による光応答型粒子濃度計を用いた懸濁粒子の濃度と出力電圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…発光部
２…受光部
３…流体
４…撹拌器
５…容器
６…直流電源
７…コンデンサ
８ａ、８ｂ…抵抗
Ａ…検出部
Ｂ…積分回路

Claims

発光部と、
該発光部の発光面に対向する位置において受光面を上記発光面に向けて設置され、上記発光部から発せられた光を受光して電気信号に変換するものであり、発光面から受光面の光軸上を通過する粒子の有無を、２値からなる間欠的な直流パルスとして出力する受光部と、
上記受光部の出力する直流パルスを積算する積算計と
を具備してなる光応答型粒子濃度計。
上記積算計は、平滑回路からなることを特徴とする請求項１記載の光応答型粒子濃度計。
上記発光部と上記受光部との間隔は３〜２０mmであり、上記発光部と上記受光部との間の光路の直径は測定対象の粒子の直径の２０倍以下であることを特徴とする請求項１記載の光応答型粒子濃度計。