JP3918508B2 - Particle size distribution measuring apparatus and method - Google Patents

Particle size distribution measuring apparatus and method Download PDF

Info

Publication number
JP3918508B2
JP3918508B2 JP2001333163A JP2001333163A JP3918508B2 JP 3918508 B2 JP3918508 B2 JP 3918508B2 JP 2001333163 A JP2001333163 A JP 2001333163A JP 2001333163 A JP2001333163 A JP 2001333163A JP 3918508 B2 JP3918508 B2 JP 3918508B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
particle size
distribution width
rate constant
relationship
light intensity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001333163A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003139679A (en
Inventor
芳樹 高鳥
一弘 秋浜
哲 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP2001333163A priority Critical patent/JP3918508B2/en
Publication of JP2003139679A publication Critical patent/JP2003139679A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3918508B2 publication Critical patent/JP3918508B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒径分布測定装置および方法に係り、特に内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質（以下「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）」という。）等の浮遊粒子の粒径分布を測定するのに用いて好適な粒径分布測定装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、空気中の浮遊粒子の粒径を測定する方法の１つとして、レーザ誘起白熱法（以下「ＬＩＩ法」という。）が知られている。ＬＩＩ法は、パルスレーザを浮遊粒子に照射して浮遊粒子の温度をすすの蒸発温度（約４５００Ｋ）まで瞬間的に上昇させて浮遊粒子からの白熱光を検出し、そのときのレーザ誘起白熱光信号（以下「ＬＩＩ信号」という。）の減衰速度が粒径によって異なることを利用して、粒径を測定するものである。
【０００３】
図１１は、パルスレーザ照射後の時間に対するＬＩＩ信号強度の関係を示す図である。同図に示すように、中心粒径Ｄnが１００、９０、８０、…、１０［ｎｍ］になるに従ってＬＩＩ信号強度の減衰速度は速くなっている。
【０００４】
ところで、空気中の浮遊粒子の粒径は一定ではなく、ある分布幅をもっているのが通常である。このため、ＬＩＩ信号の強度は、時間が経過するに従って粒径の大きい粒子の影響が大きくなる傾向がある。
【０００５】
図１２（Ａ）は、中心粒径Ｄnが２０［ｎｍ］で分布幅σが単分散、０．１、０．２、……、０．７になった場合におけるパルスレーザ照射後の時間［ｎｓ］に対するＬＩＩ信号強度の関係を示す図である。図１２（Ｂ）は、中心粒径Ｄnが２０［ｎｍ］で分布幅σが単分散、０．１、０．２、……、０．７になった場合における浮遊粒子の数密度分布を示す図である。
【０００６】
図１３（Ａ）は、中心粒径Ｄnが５０［ｎｍ］で分布幅σが単分散、０．１、０．２、……、０．７になった場合におけるパルスレーザ照射後の時間［ｎｓ］に対するＬＩＩ信号強度の関係を示す図である。図１３（Ｂ）は、中心粒径Ｄnが５０［ｎｍ］で分布幅σが単分散、０．１、０．２、……、０．７になった場合における浮遊粒子の数密度分布を示す図である。
【０００７】
図１２及び図１３に示すように、中心粒径Ｄnが大きくなるに従ってＬＩＩ信号の減衰速度は遅くなり、また、同じ中心粒径であっても分布幅によってＬＩＩ信号の経時変化が異なっている。したがって、単分散を仮定して得られる粒径と分布中心粒径とは差異が生じることになる。
【０００８】
米国特許６１８１４１９Ｂ１号明細書（以下「先行文献１」という。）には、図１４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、初期のＬＩＩ信号の強度と発光強度の積算値の比が粒径の関数になることを利用して平均粒径を求めることが記載されている。
【０００９】
また、文献“ＳＡＥ１９９９−０１−０１４６”（以下「先行文献２」という。）には、図１５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ＬＩＩ信号の減衰時間から粒径を決定することが記載されている。
【００１０】
しかし、先行文献１及び２に記載された技術は、単分散粒子と仮定してＬＩＩ信号を解析しているので、粒径分布を正確に測定することができない問題がある。
【００１１】
そこで、ＬＩＩ信号の経時変化から粒径分布を算出する方法として、一般には、ＬＩＩ信号を数値的にデコンボリュートして、元の粒子分布関数を求める方法が考えられる。しかし、この方法は、演算処理に時間がかかり、実時間連続測定のような迅速性を要する系への適用には限界がある。このため、より簡便かつ迅速な粒径分布の解析方法が必要である。
【００１２】
図１６（Ａ）は、減衰速度定数が約０〜４．０×１０7［ｓ-1］における中心粒径Ｄnに対する分布幅σの粒径分布のマップを示す図である。図１６（Ｂ）は、上記マップを減衰速度定数ｋ1の軸方向からみたときの中心粒径Ｄnに対する分布幅σの粒径分布を示す図である。
【００１３】
ＬＩＩ信号の減衰速度の粒径依存度を考慮すると、図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、５０［ｎｍ］以下のナノ粒子の領域では、減衰時間の変化率は大きい。しかし、粒径が大きくなるに従って、減衰時間の変化率が小さくなり、粒径の測定精度が低下する。したがって、ＬＩＩ法を用いて浮遊粒子の粒径を測定する場合、計測可能な粒径の上限が制約される問題がある。
【００１４】
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、粒径の大きさを問わず、簡便かつ迅速に、浮遊粒子の粒径分布を測定する粒径分布測定装置および方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
［第１の発明］
最初に、第１の本発明の原理を説明する。
【００１６】
ＬＩＩ信号の減衰速度は、図１１に示すように、浮遊粒子の粒径が大きくなるに従って遅くなる。また、ある粒径分布を有する系のＬＩＩ信号の減衰速度は、図１２に示すように、分布幅によって異なる。これは、ＬＩＩ信号の減衰初期段階では分布のピーク付近に影響が大きく、減衰終期段階では粒径の大きい粒子の影響が大きくなるからである。よって、２つの時間領域に分けて減衰速度を求めると、中心粒径及び分布幅に関する情報が得られる。
【００１７】
例えば、レーザ照射後３０〜１００［ｎｓ］の減衰速度定数をｋ1とした場合、減衰速度定数ｋ1における中心粒径（Ｄn）−分布幅（σ）のマップは、図１６に示すようになる。また、レーザ照射後１００〜３００［ｎｓ］の減衰速度定数をｋ2とした場合、ｋ2／ｋ1における中心粒径（Ｄn）−分布幅（σ）のマップは、図１に示すようになる。
【００１８】
図１６に示すマップと図１に示すマップとでは、等高線（中心粒径−分布幅）の通る位置、すなわち等高線の偏りが異なる。特に、微小粒径になるに従って、各マップの等高線の偏りの相違が顕著になる。そこで、２つのマップの等高線を重ね合わせることによって、中心粒径（Ｄn）及び分布幅（σ）で与えられる粒径分布を一義的に求めることができる。すなわち、従来困難であった中心粒径と分布幅の同時決定が可能となる。
【００１９】
そこで、請求項１記載の発明は、浮遊粒子にレーザを照射するレーザ照射手段と、前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する白熱光検出手段と、前記白熱光検出手段で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算手段と、予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶手段と、前記第１の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第２の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する演算手段と、前記演算手段で演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定手段と、を備えている。
【００２０】
請求項５記載の発明は、浮遊粒子にレーザを照射するレーザ照射工程と、前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する白熱光検出工程と、前記白熱光検出工程で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算工程と、予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、が記憶されたマップ記憶部から、前記減衰速度定数演算工程で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記減衰速度定数演算工程で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する演算工程と、前記演算工程で演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定工程と、を備えている。
【００２１】
上記発明では、レーザ照射手段は、浮遊粒子にレーザを照射することで、浮遊粒子をレーザ誘起させて加熱させる。なお、浮遊粒子としては、内燃機関の排気ガスに含まれるＰＭが好ましく、特にＰＭの主成分であるすす粒子が好ましい。浮遊粒子は、加熱されると白熱光を放射する。このとき、白熱光検出手段は、浮遊粒子から放射された白熱光強度を検出する。
【００２２】
減衰速度定数演算手段は、白熱光検出手段で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の異なる時間領域における第１及び第２の減衰速度定数をそれぞれ演算する。ここで、第１及び第２の減衰速度定数は互いに大きく異なっているほど、粒径分布の測定精度が向上する。したがって、第１の減衰速度定数の時間領域と、第２の減衰速度定数の時間領域とは、できるだけ時間差があるのが好ましい。
【００２３】
第１の中心粒径−分布幅マップは、予め理論計算により求められたデータであり、第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示すデータである。したがって、第１の中心粒径−分布幅マップによると、第１の減衰速度定数が定まると、当該第１の減衰速度定数に対応する中心粒径及び分布幅の関係が分かるようになっている。
【００２４】
第２の中心粒径−分布幅マップは、予め理論計算により求められたデータである。第２の中心粒径−分布幅マップは、第２の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示すデータ、又は、第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示すデータである。ここで、第２の減衰速度定数を有するパラメータとは、第２の減衰速度定数以外の定数又は変数を含むパラメータを意味する。したがって、第２の中心粒径−分布幅マップによると、第２の減衰速度定数が定まると、当該第２の減衰速度定数に対応する中心粒径及び分布幅の関係、又は、当該第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径及び分布幅の関係が分かるようになっている。
【００２５】
演算手段は、第１の中心粒径−分布幅マップから、減衰速度定数演算手段で演算された第１の減衰速度定数に対応した第１の関係を演算する。演算手段は、同様に、第２の中心粒径−分布幅マップから、減衰速度定数演算手段で演算された第２の減衰速度定数に対応した第２の関係を演算する。そして、決定手段は、演算手段により演算された第１及び第２の関係を重ね合わせて、重ね合った位置から前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する。
【００２６】
したがって、上記発明によれば、予め理論計算を行って用意しておいた第１及び第２の中心粒径−分布幅マップから、実際の演算値に対応した第１及び第２の関係を演算し、第１及び第２の関係に基づいて浮遊粒子の粒径分布を測定することにより、簡便かつ迅速に粒径分布を測定することができる。
【００２７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第２の減衰速度定数を有するパラメータは、第２の減衰速度定数を第１の減衰速度定数で除したパラメータであることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記第２の減衰速度定数を有するパラメータは、第２の減衰速度定数を第１の減衰速度定数で除したパラメータであることを特徴とする。
【００２９】
上記発明では、第１の中心粒径−分布幅マップは、請求項１又は請求項５に記載されたものと同様に構成されている。一方、第２の中心粒径−分布幅マップは、（第２の減衰速度定数／第１の減衰速度定数）、中心粒径及び分布幅の関係を示すデータである。したがって、第２の中心粒径−分布幅マップによると、（第２の減衰速度定数／第１の減衰速度定数）が定まると、当該（第２の減衰速度定数／第１の減衰速度定数）に対応する中心粒径及び分布幅の関係が分かるようになっている。
【００３０】
演算手段は、第１の中心粒径−分布幅マップから、減衰速度定数演算手段で演算された第１の減衰速度定数に対応した中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係を演算する。また、第１の中心粒径−分布幅マップから、（減衰速度定数演算手段で演算された第２の減衰速度定数／減衰速度定数演算手段で演算された第１の減衰速度定数）に対応した中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係を演算する。
【００３１】
これにより、決定手段は、演算された第１及び第２の関係の交点に基づいて、簡便かつ迅速に浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定することができる。
【００３２】
［第２の発明］
つぎに、第２の発明について説明する。
【００３３】
浮遊粒子の粒径が大きくなるに従って、ＬＩＩ信号の減衰速度定数ｋ1の変化率は小さくなるので、粒径測定精度は低下する。一方、浮遊粒子の粒径が大きくなるに従って、２角の散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2の変化率は大きくなる。そこで、光散乱法を組み合わせることにより、粒径が大きい領域における測定精度の低下を補完する。
【００３４】
ここで、２角の散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2における中心粒径（Ｄn）−分布幅（σ）のマップは、図２に示すようになる。ＬＩＩ法により得られた図１に示すマップと、光散乱法により得られた図２に示すマップとでは、等高線の通る位置が異なる。そこで、２つのマップの等高線を重ね合わせることによって、粒径が大きい場合であっても、中心粒径（Ｄn）及び分布幅（σ）で与えられる粒径分布を一義的に求めることができる。
【００３５】
そこで、請求項３記載の発明は、浮遊粒子にレーザを照射する第１のレーザ照射手段と、散乱光を生じさせるためのレーザを照射する第２のレーザ照射手段と、前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する白熱光検出手段と、前記白熱光検出手段で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の所定時間領域における減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算手段と、前記浮遊粒子からの２方向の散乱光強度をそれぞれ検出する散乱光強度検出手段と、前記散乱光強度検出手段により検出された各散乱光強度に基づいて、２方向の散乱光強度比を演算する散乱光強度比演算手段と、予め求めておいた減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶手段と、前記第１の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第２の中心粒径−分布幅マップから前記散乱光強度比演算手段で演算された散乱光強度比に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する演算手段と、前記演算手段により演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定手段と、を備えている。
【００３６】
請求項７記載の発明は、浮遊粒子に第１のレーザを照射すると共に、散乱光を生じさせるための第２のレーザを照射するレーザ照射工程と、前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出すると共に、前記浮遊粒子からの２方向の散乱光強度をそれぞれ検出する検出工程と、前記検出工程で検出された白熱光強度の時間変化に基づいてレーザ照射後の所定時間領域における減衰速度定数を演算すると共に、前記検出工程により検出された各散乱光強度に基づいて２方向の散乱光強度比を演算する第１の演算工程と、予め求めておいた減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、が記憶されたマップ記憶部から、前記第１の演算工程で演算された減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第１の演算工程で演算された散乱光強度比に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する第２の演算工程と、前記第２の演算工程により演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定工程と、を備えている。
【００３７】
上記発明では、浮遊粒子をレーザ誘起させるためのレーザとしてはパルスレーザが好ましく、散乱光を生じさせるためのレーザとしては連続発光レーザが好ましい。
【００３８】
減衰速度定数演算手段は、白熱光検出手段で検出された白熱光強度に基づいてレーザ照射後の所定時間領域における減衰速度定数を演算する。なお、レーザ照射後の所定時間領域は特に限定されず、白熱光の減衰初期であっても、減衰終期であっても、その間であってもよい。
【００３９】
散乱光強度比演算手段は、散乱光強度検出手段により検出された２方向の散乱光強度に基づいて２方向の散乱光強度比を演算する。なお、散乱光の散乱角は、特に限定されるものではないが、例えば、散乱光放射用のレーザの入射方向に対して３０度や１５０度を用いることができる。
【００４０】
第１の中心粒径−分布幅マップは、ＬＩＩ法により予め理論計算で求められたものであり、減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示している。第２の中心粒径−分布幅マップは、光散乱法により予め理論計算で求められたものであり、散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示している。
【００４１】
ここで、浮遊粒子の粒径が大きくなるに従って、例えば図１６（Ｂ）に示すように、減衰速度定数の変化率は小さくなるので、第１の中心粒径−分布幅マップによる粒径分布の精度は低くなる。一方、浮遊粒子の粒径が大きくなるに従って、例えば図２に示すように、散乱光強度比の変化率は大きくなるので、第２の中心粒径−分布幅マップによる粒径分布の精度は高くなる。
【００４２】
演算手段は、第１の中心粒径−分布幅マップから、減衰速度定数演算手段で演算された減衰速度定数をに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係を演算する。演算手段は、第２の中心粒径−分布幅マップから、散乱光強度比演算手段で演算された散乱光強度比に対応するような中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係を演算する。
【００４３】
決定手段は、演算された第１及び第２の関係に基づいて、浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する。したがって、ＬＩＩ法によって求められた第１の関係と、光散乱法によって求められた第２の関係とを用いているので、ＬＩＩ法による測定精度の低下を補完して、比較的大きな粒径であっても、正確に、粒径分布を測定することができる。
【００４４】
なお、第１及び第２の発明を組み合わせることによって第３の発明を構成してもよい。第３の発明によれば、ナノ粒子の場合は第１の発明によって粒径分布を測定し、５０〜１００［ｎｍ］の微小粒子の場合は第２の発明によって粒径分布を測定することができるので、測定可能な粒径範囲を拡大することができる。
【００４５】
具体的には、請求項４記載の発明は、浮遊粒子にレーザを照射する第１のレーザ照射手段と、散乱光を生じさせるためのレーザを照射する第２のレーザ照射手段と、前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する白熱光検出手段と、前記白熱光検出手段で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算手段と、前記浮遊粒子からの２方向の散乱光強度をそれぞれ検出する散乱光強度検出手段と、前記散乱光強度検出手段により検出された各散乱光強度に基づいて、２方向の散乱光強度比を演算する散乱光強度比演算手段と、予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示す第３の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶手段と、前記第１の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第２の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、前記第３の中心粒径−分布幅マップから前記散乱光強度比演算手段で演算された散乱光強度比に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第３の関係と、を演算する演算手段と、前記演算手段により演算された第１から第３の少なくとも２つの関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定手段と、を備えている。
【００４６】
また、請求項８記載の発明は、浮遊粒子に第１のレーザを照射すると共に、散乱光を生じさせるための第２のレーザを照射するレーザ照射工程と、前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出すると共に、前記浮遊粒子からの２方向の散乱光強度をそれぞれ検出する検出工程と、前記検出工程により検出された白熱光強度の時間変化に基づいてレーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算すると共に、前記検出工程により検出された各散乱光強度に基づいて２方向の散乱光強度比を演算する第１の演算工程と、予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示す第３の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶部から、前記第１の演算工程で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第１の演算工程で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、前記第１の演算工程で演算された散乱光強度比に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第３の関係と、を演算する第２の演算工程と、前記第２の演算工程により演算された第１から第３の少なくとも２つの関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定工程と、を備えている。
【００４７】
その他の発明として、コンピュータにインストールされている粒径分布測定プログラムを適用してもよい。例えば、コンピュータを、浮遊粒子のレーザ誘起による白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算手段と、予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶手段と、前記第１の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第２の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する演算手段と、前記演算手段で演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定手段と、として機能させることを特徴とする粒径分布測定プログラムを用いることができる。粒径分布測定プログラムにおいては、前記第２の減衰速度定数を有するパラメータとして、第２の減衰速度定数を第１の減衰速度定数で除したパラメータを用いてもよい。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４９】
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る粒径分布測定装置は、排気ガスに含まれるＰＭがナノ粒子（粒径５０［ｎｍ］以下）の場合に、ＰＭの粒径分布を測定するのに好適なものである。
【００５０】
図３は、第１の実施形態の形態に係る粒径分布測定装置の構成を示す図である。粒径分布測定装置は、浮遊粒子にパルスレーザを照射するパルス発振レーザ装置１１と、浮遊粒子のレーザ誘起による白熱光を濾過するフィルタ１２と、フィルタ１２を介して入射された白熱光を検出する光電子倍増管１３と、浮遊粒子の粒径分布を演算するコンピュータ２０と、を備えている。
【００５１】
パルス発振レーザ装置１１は、浮遊粒子が存在する観測領域（例えば、内燃機関の排気管）にパルスレーザを照射することで浮遊粒子をレーザ誘起させる。浮遊粒子は、レーザ誘起によって加熱されると白熱光を放射する。
【００５２】
フィルタ１２は、例えば４００〜５００［ｎｍ］までの波長域の光を透過し、それ以外の波長域の光をカットする性質を有する。光電子倍増管１３は、フィルタ１２を介して入射された白熱光を光電面において電子に変換して、白熱光の強度に応じた電流を出力する。
【００５３】
コンピュータ２０は、光電子倍増管１３で検出された電流に基づいて２つの減衰速度定数ｋ1，ｋ2を演算する。そして、減衰速度定数ｋ1及び減衰速度定数比ｋ2／ｋ1にそれぞれ対応する中心粒径−分布幅データを演算して、各中心粒径−分布幅データに基づいて粒径分布を求める。コンピュータ２０は、このような処理を行うために、具体的には次のような機能構成になっている。
【００５４】
図４は、コンピュータ２０の機能的な構成を示すブロック図である。図５は、コンピュータ２０の処理内容を模式的に示した図である。
【００５５】
コンピュータ２０は、光電子倍増管１３で検出された白熱光の波形を記憶する波形記憶部２１と、減衰速度定数ｋ1を演算するｋ1演算部２２と、減衰速度定数ｋ1の中心粒径−分布幅３次元マップを記憶するｋ1マップ記憶部２３と、演算された減衰速度定数ｋ1に対応する中心粒径−分布幅データを演算するｋ1データ演算部２４と、を備えている。
【００５６】
さらに、コンピュータ２０は、減衰速度定数比ｋ2／ｋ1を演算するｋ2／ｋ1演算部２５と、減衰速度定数比ｋ2／ｋ1の中心粒径−分布幅３次元マップを記憶するｋ2／ｋ1マップ記憶部２６と、中心粒径−分布幅３次元マップから中心粒径−分布幅データを演算するｋ2／ｋ1データ演算部２７と、演算された２つの中心粒径−分布幅データに基づいて粒径分布を測定する粒径分布測定部２８と、を備えている。
【００５７】
ｋ1演算部２２は、波形記憶部２１に記憶されている白熱光の波形のうち減衰初期（時刻ｔ0〜ｔ1）における波形を用いて、減衰初期の減衰速度定数ｋ1を演算する。
【００５８】
ｋ1マップ記憶部２３には、予め用意された理論計算値である中心粒径−分布幅３次元マップが記憶されている。中心粒径−分布幅３次元マップは、減衰速度定数ｋ1が様々な値を取るときの中心粒径Ｄnと分布幅σとの関係を表したものである。したがって、中心粒径−分布幅３次元マップによると、減衰速度定数ｋ1が定まると、当該減衰速度定数ｋ1に対応する中心粒径Ｄnと分布幅σとの関係を示す中心粒径−分布幅データが定まるようになっている。
【００５９】
例えば、３０〜１００［ｎｓ］までを減衰初期の時間領域とした場合、ｋ1マップ記憶部２３には、図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示すような中心粒径−分布幅３次元マップが記憶されている。この中心粒径−分布幅３次元マップによると、減衰速度定数ｋ1が約０〜４．０×１０7［ｓ-1］までのいずれかで定まると、中心粒径Ｄnと分布幅σとの関係を表す中心粒径−分布幅データが定まるようになっている。
【００６０】
ｋ1データ演算部２４は、ｋ1マップ記憶部２３に記憶されている中心粒径−分布幅３次元マップから、ｋ1演算部２２で演算された減衰速度定数ｋ1に対応する中心粒径−分布幅データを演算し、この中心粒径−分布幅データを粒径分布測定部２８に供給する。
【００６１】
ｋ2／ｋ1演算部２５は、最初に波形記憶部２１に記憶されている白熱光の波形のうち減衰終期（時刻ｔ’0〜ｔ’1）における波形を用いて、減衰終期の減衰速度定数ｋ2を演算する。そして、この減衰速度定数ｋ2と、ｋ1演算部２２で演算された減衰速度定数ｋ1と、を用いて、減衰速度定数比ｋ2／ｋ1を演算する。
【００６２】
ｋ2／ｋ1マップ記憶部２６には、予め用意された理論計算値である中心粒径−分布幅３次元マップが記憶されている。中心粒径−分布幅３次元マップは、減衰速度定数比ｋ2／ｋ1が様々な値を取るときの中心粒径Ｄnと分布幅σとの関係を表したものである。したがって、中心粒径−分布幅３次元マップによると、減衰速度定数比ｋ2／ｋ1が定まると、当該減衰速度定数比ｋ2／ｋ1に対応する中心粒径Ｄnと分布幅σとの関係を示す中心粒径−分布幅データが定まるようになっている。
【００６３】
例えば、３０〜１００［ｎｓ］までを減衰初期の時間領域とし、１００〜３００［ｎｓ］までを減衰終期の時間領域とした場合、ｋ2／ｋ1マップ記憶部２６には、図１に示すような中心粒径−分布幅３次元マップが記憶されている。この中心粒径−分布幅３次元マップによると、減衰速度定数比ｋ2／ｋ1が約０．２〜０．９までのいずれかで定まると、中心粒径Ｄnと分布幅σとの関係を表す中心粒径−分布幅データが定まるようになっている。
【００６４】
ｋ2／ｋ1データ演算部２７は、ｋ2／ｋ1マップ記憶部２６に記憶されている中心粒径−分布幅３次元マップから、ｋ2／ｋ1演算部２５で演算された減衰速度定数比ｋ2／ｋ1に対応する中心粒径−分布幅データを演算し、この中心粒径−分布幅データを粒径分布測定部２８に供給する。
【００６５】
粒径分布測定部２８は、ｋ1データ演算部２４から供給された中心粒径−分布幅データとｋ2／ｋ1データ演算部２７から供給された中心粒径−分布幅データとを重ね合わせる。ナノ粒子の場合では、図５に示すように、これらの中心粒径−分布幅データは１点で交わり、この交点が観測領域における粒径分布を表している。そこで、粒径分布測定部２８は、２つの中心粒径−分布幅データに基づいて、重なり合う点（中心粒径Ｄn，分布幅σ）を求める。
【００６６】
そして、粒径分布測定部２８は、中心粒径Ｄn，分布幅σを用いて正規対数分布の粒子数分布Ｐ（Ｄ）を測定するときは、以下の式（１）を演算する。なお、Ｄは粒径を示している。
【００６７】
【数１】

Figure 0003918508
【００６８】
なお、粒径分布は、正規対数分布に限らない。
【００６９】
以上のように、第１の実施形態に係る粒径分布測定装置は、浮遊粒子が放射した白熱光の時間領域が異なる減衰速度定数ｋ1，ｋ2を測定し、演算された減衰速度定数ｋ1，ｋ2と中心粒径−分布幅３次元マップとに基づいて２つ中心粒径−分布幅データを求め、各中心粒径−分布幅データを重ね合わせることによって、浮遊粒子の中心粒径Ｄn及び分布幅σを測定することができる。
【００７０】
この際、予め用意しておいた理論計算値である２つ中心粒径−分布幅３次元マップから、測定された減衰速度定数ｋ1及び減衰速度定数比ｋ2／ｋ1に対応する中心粒径−分布幅データを演算しているので、簡便かつ迅速に粒径分布を測定することができる。
【００７１】
また、粒径分布測定装置は、レーザによる光学的手法を用いているので、実時間で、かつ浮遊粒子に接触することなく、粒径分布を測定することができる。したがって、内燃機関の過渡運転状態のように、観測領域の浮遊粒子の粒径分布が時間的に変化する場合においても、正確に粒径分布を測定することができる。
【００７２】
なお、本実施の形態では、減衰速度定数ｋ1及び減衰速度定数比ｋ2／ｋ1のそれぞれの中心粒径−分布幅３次元マップを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ｋ2／ｋ1の中心粒径−分布幅３次元マップに代えて、ｋ1／ｋ2の中心粒径−分布幅３次元マップを用いることもできる。
【００７３】
［第２の実施形態］
つぎに、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同一の部位については同一の符号を付し、重複する部位の詳細な説明は省略する。 第２の実施形態に係る粒径分布測定装置は、排気ガスに含まれるＰＭが微小粒子（粒径５０〜１００［ｎｍ］程度）の場合に、ＰＭの粒径分布を測定するのに好適なものである。
【００７４】
図６は、第２の実施の形態に係る粒径分布測定装置の構成を示す図である。粒径分布測定装置は、浮遊粒子にパルスレーザを照射するパルス発振レーザ装置１１と、浮遊粒子からの白熱光を濾過するフィルタ１２と、フィルタ１２を介して入射された白熱光を検出する光電子倍増管光電子倍増管１３と、光散乱用の連続発振レーザ装置（以下「ＣＷレーザ装置」という。）１４と、フィルタ１５，１７と、散乱光の強度を検出する光検出器１６，１８と、散乱光の強度をディジタル化するデジタイザ１９と、浮遊粒子の粒径分布を測定するコンピュータ２０と、を備えている。
【００７５】
ＣＷレーザ装置１４は、浮遊粒子の観測領域に対して光散乱用のＣＷレーザを出射して、観測領域に散乱光を生じさせる。なお、ＣＷレーザの入射角は特に限定されるものではない。
【００７６】
光検出器１６は、ＣＷレーザ出射方向に対して約３０度の角度で観測領域において散乱した散乱光を、フィルタ１５を介して検出する。光検出器１８は、ＣＷレーザ出射方向に対して約１５０度の角度で観測領域において散乱した散乱光を、フィルタ１７を介して検出する。
【００７７】
デジタイザ１９は、光検出器１６で検出された光強度Ｉ1をディジタル化し、光検出器１８で検出された光強度Ｉ2をディジタル化し、光強度Ｉ1，Ｉ2のデータをコンピュータ２０に供給する。
【００７８】
コンピュータ２０は、光電子倍増管１３で検出された電流に基づいて減衰初期の減衰速度定数ｋ1を演算し、求められた減衰速度定数ｋ1に対応する中心粒径−分布幅データを演算する。さらに、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2を演算し、求められた散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2に対応する中心粒径−分布幅データを演算して、各中心粒径−分布幅データに基づいて粒径分布を求める。具体的にはコンピュータ２０は、次のような機能構成になっている。
【００７９】
図７は、コンピュータ２０の機能的な構成を示すブロック図である。図８は、コンピュータ２０の処理内容を模式的に示した図である。
【００８０】
コンピュータ２０は、光電子倍増管１３で検出された白熱光の波形を記憶する波形記憶部２１と、減衰速度定数ｋ1を演算するｋ1演算部２２と、減衰速度定数ｋ1の中心粒径−分布幅３次元マップを記憶するｋ1マップ記憶部２３と、演算された減衰速度定数ｋ1に対応する中心粒径−分布幅データを演算するｋ1データ演算部２４と、を備えている。
【００８１】
さらに、コンピュータ２０は、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2を演算するＩ1／Ｉ2演算部３１と、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2の中心粒径−分布幅３次元マップを記憶するＩ1／Ｉ2マップ記憶部３２と、演算された散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2に対応する中心粒径−分布幅データを演算するＩ1／Ｉ2データ演算部３３と、２つの中心粒径−分布幅データに基づいて粒径分布を測定する粒径分布測定部２８と、を備えている。
【００８２】
Ｉ1／Ｉ2演算部３１は、デジタイザ１９から供給される光強度Ｉ1，Ｉ2を用いてＩ1／Ｉ2を演算し、演算結果をＩ1／Ｉ2データ演算部３３に供給する。
【００８３】
Ｉ1／Ｉ2マップ記憶部３２には、予め用意された理論計算値である中心粒径−分布幅３次元マップが記憶されている。中心粒径−分布幅３次元マップは、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2が様々な値を取るときの中心粒径Ｄnと分布幅σとの関係を表したものである。したがって、中心粒径−分布幅３次元マップによると、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2が定まると、当該散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2に対応する中心粒径及び分布幅の関係が定まるようになっている。
【００８４】
Ｉ1／Ｉ2マップ記憶部２３には、例えば図２に示すような中心粒径−分布幅３次元マップが記憶されている。この中心粒径−分布幅３次元マップは、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2が約１〜１４の所定値毎に、中心粒径Ｄnと分布幅σとの関係を表す複数の中心粒径−分布幅データで構成されている。
【００８５】
Ｉ1／Ｉ2データ演算部３３は、Ｉ1／Ｉ2マップ記憶部３２に記憶されている中心粒径−分布幅３次元マップから、Ｉ1／Ｉ2演算部３１で演算された散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2に対応する中心粒径−分布幅データを演算し、この中心粒径−分布幅データを粒径分布測定部２８に供給する。
【００８６】
粒径分布測定部２８は、ｋ1データ演算部２４から供給された中心粒径−分布幅データとｋ2／ｋ1データ演算部２７から供給された中心粒径−分布幅データとを重ね合わせる。微小粒子の場合では、図８に示すように、これらの中心粒径−分布幅データは１点で交わり、この交点が観測領域における粒径分布を表している。そこで、粒径分布測定部２８は、２つの中心粒径−分布幅データに基づいて、重なり合う点（中心粒径Ｄn，分布幅σ）を求める。
【００８７】
そして、粒径分布測定部２８は、中心粒径Ｄn，分布幅σを用いて正規対数分布の粒子数分布Ｐ（Ｄ）を測定するときは、上述した式（１）を演算すればよい。
【００８８】
以上のように、第２の実施の形態に係る粒径分布測定装置は、浮遊粒子が放射した白熱光の減衰速度定数ｋ1と、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2を測定し、これらの測定値と中心粒径−分布幅３次元マップとに基づいて２つ中心粒径−分布幅データを求め、各中心粒径−分布幅データを重ね合わせることによって、浮遊粒子の中心粒径Ｄn及び分布幅σを測定することができる。
【００８９】
特に、粒径が大きくなるに従って、光散乱法によって得られる散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2の変化率は大きくなる性質がある。したがって、粒径分布測定装置は、ＬＩＩ法で粒径分布測定の精度が低下するような粒径領域（５０〜１００［ｎｍ］程度）であっても、光散乱法を用いることで、正確に粒径分布を測定することができる。
【００９０】
また、予め用意しておいた理論計算値である２つ中心粒径−分布幅３次元マップから、測定された減衰速度定数ｋ1及び散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2に対応する中心粒径−分布幅データを読み出しているので、簡便かつ迅速に粒径分布を測定することができる。
【００９１】
さらに、粒径分布測定装置は、第１の実施形態と同様にレーザによる光学的手法を用いているので、実時間で、かつ浮遊粒子に接触することなく、粒径分布を測定することができ、この結果、観測領域の浮遊粒子の粒径分布が時間的に変化する場合においても正確に粒径分布を測定することができる。
【００９２】
なお、本実施の形態では、散乱角として３０度と１５０度の場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の散乱角を用いてもよいのは勿論である。例えば、散乱角Ｘ度のときの光強度をＩX、散乱角Ｙ度のときの光強度をＩYとした場合、Ｉ1／Ｉ2マップ記憶部３２に、予め理論計算によりＩX／ＩYの中心粒径−分布幅３次元マップを記憶しておけばよい。
【００９３】
さらに、減衰速度定数ｋ1の中心粒径−分布幅３次元マップに代えて、減衰速度定数ｋ2の中心粒径−分布幅３次元マップを用いることができるのは勿論である。
【００９４】
［第３の実施形態］
つぎに、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同一の部位については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００９５】
第３の実施形態に係る粒径分布測定装置は、第２の実施形態と同様に、図６に示すように構成されている。但し、コンピュータ２０は、第２の実施形態と異なり、次のように構成されている。
【００９６】
図９は、コンピュータ２０の機能的な構成を示すブロック図である。図１０は、コンピュータ２０の処理内容を模式的に示した図である。
【００９７】
コンピュータ２０は、光電子倍増管１３で検出された白熱光の波形を記憶する波形記憶部２１と、減衰速度定数ｋ1を演算するｋ1演算部２２と、減衰速度定数ｋ1の中心粒径−分布幅３次元マップを記憶するｋ1マップ記憶部２３と、演算された減衰速度定数ｋ1に対応する中心粒径−分布幅データを演算するｋ1データ演算部２４と、を備えている。
【００９８】
また、コンピュータ２０は、減衰速度定数比ｋ2／ｋ1を演算するｋ2／ｋ1演算部２５と、減衰速度定数比ｋ2／ｋ1の中心粒径−分布幅３次元マップを記憶するｋ2／ｋ1マップ記憶部２６と、中心粒径−分布幅３次元マップから中心粒径−分布幅データを演算するｋ2／ｋ1データ演算部２７と、演算された２つの中心粒径−分布幅データに基づいて粒径分布を測定する粒径分布測定部２８と、を備えている。
【００９９】
さらに、コンピュータ２０は、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2を演算するＩ1／Ｉ2演算部３１と、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2の中心粒径−分布幅３次元マップを記憶するＩ1／Ｉ2マップ記憶部３２と、演算された散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2に対応する中心粒径−分布幅データを演算するＩ1／Ｉ2データ演算部３３と、２つの中心粒径−分布幅データに基づいて粒径分布を測定する粒径分布測定部２８と、を備えている。
【０１００】
例えば浮遊粒子がナノ粒子の場合では、粒径分布測定部２８は、ｋ1データ演算部２４で演算された中心粒径−分布幅データと、ｋ2／ｋ1データ演算部２７で演算された中心粒径−分布幅データと、を重ね合わせて粒径分布（Ｄn，σ）を測定する。
【０１０１】
また、例えば浮遊粒子が微小粒子の場合では、粒径分布測定部２８は、ｋ1データ演算部２４で演算された中心粒径−分布幅データと、Ｉ1／Ｉ2データ演算部３３で演算された中心粒径−分布幅データと、を重ね合わせて粒径分布（Ｄn，σ）を測定する。また、粒径分布測定部２８は、ｋ2／ｋ1データ演算部２７で演算された中心粒径−分布幅データと、Ｉ1／Ｉ2データ演算部３３で演算された中心粒径−分布幅データと、を重ね合わせて粒径分布（Ｄn，σ）を測定してもよい。
【０１０２】
さらに、例えば浮遊粒子の粒径の予測ができないときは、粒径分布測定部２８は、ｋ1データ演算部２４で演算された中心粒径−分布幅データと、Ｉ1／Ｉ2データ演算部３３で演算された中心粒径−分布幅データと、ｋ2／ｋ1データ演算部２７で演算された中心粒径−分布幅データと、を重ね合わせて粒径分布（Ｄn，σ）を測定してもよい。
【０１０３】
以上のように、第３の実施形態に係る粒径分布測定装置は、浮遊粒子の粒径の大きさに応じて参照すべき中心粒径−分布幅３次元マップ及び中心粒径−分布幅データを演算することによって、浮遊粒子の粒径の大きさを問わず、粒径分布を正確に測定することができる。
【０１０４】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で様々な設計上の変更を行うことができるのは勿論である。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明に係る粒径分布測定装置および方法によれば、予め理論計算を行って用意しておいた複数の中心粒径−分布幅３次元マップから、実際の演算値に対応する少なくとも２つの関係を演算し、これらの関係に基づいて浮遊粒子の粒径分布を決定することにより、簡便かつ迅速に粒径分布を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】１００から３００［ｎｓ］の減衰速度定数をｋ2として、ｋ2／ｋ1における中心粒径（Ｄn）−分布幅（σ）のマップ上での関係を示す図である。
【図２】２角の散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2における中心粒径（Ｄn）−分布幅（σ）のマップ上での関係を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る粒径分布測定装置の構成を示す図である。
【図４】粒径分布測定装置に備えられたコンピュータの機能的な構成を示すブロック図である。
【図５】コンピュータの処理内容を模式的に示した図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る粒径分布測定装置の構成を示す図である。
【図７】粒径分布測定装置に備えられたコンピュータの機能的な構成を示すブロック図である。
【図８】コンピュータの処理内容を模式的に示した図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る粒径分布測定装置に備えられたコンピュータの機能的な構成を示すブロック図である。
【図１０】コンピュータの処理内容を模式的に示した図である。
【図１１】パルスレーザ照射後の時間に対するＬＩＩ信号強度の関係を示す図である。
【図１２】中心粒径Ｄnが２０［ｎｍ］で分布幅σが単分散、０．１、０．２、……、０．７になった場合において、（Ａ）はパルスレーザ照射後の時間［ｎｓ］に対するＬＩＩ信号強度の関係を示す図であり、（Ｂ）は浮遊粒子の数密度分布を示す図である。
【図１３】中心粒径Ｄnが５０［ｎｍ］で分布幅σが単分散、０．１、０．２、……、０．７になった場合において、（Ａ）はパルスレーザ照射後の時間［ｎｓ］に対するＬＩＩ信号強度の関係を示す図であり、（Ｂ）は浮遊粒子の数密度分布を示す図である。
【図１４】初期のＬＩＩ信号の強度と発光強度の積算値の比が粒径の関数になることを利用して平均粒径を求めることを説明するための図である。
【図１５】ＬＩＩ信号の減衰時間から粒径を決定することを説明するための図である。
【図１６】（Ａ）は、減衰速度定数ｋ1が０から４．０×１０7［ｓ-1］における中心粒径Ｄnに対する分布幅σの粒径分布を３次元で示す図である。（Ｂ）は、減衰速度定数ｋ1が０から４．０×１０7［ｓ-1］まで所定値毎に変化したときの中心粒径Ｄnに対する分布幅σの粒径分布を示す図である。
【符号の説明】
１１ パルスレーザ装置
１２，１５，１７ フィルタ
１３ 光電子倍増管
１４ ＣＷレーザ装置
１６，１８ 光検出器
１９ デジタイザ
２０ コンピュータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a particle size distribution measuring apparatus and method, and in particular, to measure the particle size distribution of suspended particles such as particulate matter (hereinafter referred to as “PM (Particulate Matter)”) contained in exhaust gas of an internal combustion engine. The present invention relates to a particle size distribution measuring apparatus and method suitable for use in the present invention.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Conventionally, a laser-induced incandescent method (hereinafter referred to as “LII method”) is known as one of methods for measuring the particle size of airborne particles. In the LII method, the suspended particles are irradiated with a pulsed laser to instantaneously raise the temperature of the suspended particles to the soot evaporation temperature (about 4500 K) to detect incandescent light from the suspended particles, and the laser-induced incandescent light at that time The particle size is measured by utilizing the fact that the decay rate of the signal (hereinafter referred to as “LII signal”) varies depending on the particle size.
[0003]
FIG. 11 is a diagram showing the relationship of the LII signal intensity with respect to the time after pulse laser irradiation. As shown in FIG. n Becomes 100, 90, 80,..., 10 [nm], and the attenuation rate of the LII signal intensity increases.
[0004]
By the way, the particle size of suspended particles in the air is not constant, and usually has a certain distribution width. For this reason, the intensity of the LII signal tends to increase as the influence of particles having a larger particle diameter increases with time.
[0005]
FIG. 12A shows the center particle diameter D. n Is a graph showing the relationship of LII signal intensity with respect to time [ns] after pulse laser irradiation when the distribution width σ is monodisperse, 0.1, 0.2,. It is. FIG. 12B shows the center particle diameter D. n Is a diagram showing the number density distribution of suspended particles when the distribution width σ is monodispersed, 0.1, 0.2,.
[0006]
FIG. 13A shows the center particle diameter D. n Is a diagram showing the relationship of the LII signal intensity with respect to the time [ns] after pulse laser irradiation when the distribution width σ is monodisperse, 0.1, 0.2,. It is. FIG. 13B shows the center particle diameter D. n Is a diagram showing the number density distribution of suspended particles when the distribution width σ is monodispersed, 0.1, 0.2,.
[0007]
As shown in FIG. 12 and FIG. n As the value increases, the decay rate of the LII signal decreases, and even with the same center particle size, the change over time of the LII signal varies depending on the distribution width. Therefore, there is a difference between the particle size obtained assuming monodispersion and the distribution center particle size.
[0008]
In US Pat. No. 6,181,419 B1 (hereinafter referred to as “prior art document 1”), as shown in FIGS. 14A and 14B, the ratio between the initial LII signal intensity and the integrated value of the emission intensity is the particle size. It is described that the average particle diameter is obtained by utilizing the function of
[0009]
Further, in the document “SAE1999-01-0146” (hereinafter referred to as “preceding document 2”), as shown in FIGS. 15A and 15B, the particle size can be determined from the decay time of the LII signal. Are listed.
[0010]
However, since the techniques described in the prior art documents 1 and 2 analyze the LII signal on the assumption that the particles are monodisperse particles, there is a problem that the particle size distribution cannot be measured accurately.
[0011]
Therefore, as a method for calculating the particle size distribution from the change over time of the LII signal, generally, a method of obtaining the original particle distribution function by numerically deconvoluting the LII signal can be considered. However, this method takes time for arithmetic processing, and has a limit to application to a system that requires rapidity such as real-time continuous measurement. For this reason, a simpler and quicker analysis method of particle size distribution is required.
[0012]
In FIG. 16A, the damping rate constant is about 0 to 4.0 × 10. 7 [S -1 ] Central particle diameter D n It is a figure which shows the map of the particle size distribution of distribution width (sigma) with respect to. FIG. 16 (B) shows the above map with the damping rate constant k. 1 Central particle diameter D when viewed from the axial direction of n It is a figure which shows the particle size distribution of distribution width (sigma) with respect to.
[0013]
Considering the particle size dependence of the decay rate of the LII signal, as shown in FIGS. 16A and 16B, the rate of change of the decay time is large in the nanoparticle region of 50 [nm] or less. However, as the particle size increases, the rate of change of the decay time decreases, and the particle size measurement accuracy decreases. Therefore, when measuring the particle size of suspended particles using the LII method, there is a problem that the upper limit of the measurable particle size is restricted.
[0014]
The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems, and provides a particle size distribution measuring apparatus and method for measuring the particle size distribution of suspended particles easily and quickly regardless of the particle size. The purpose is to provide.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
[First invention]
First, the principle of the first present invention will be described.
[0016]
As shown in FIG. 11, the attenuation rate of the LII signal decreases as the particle size of the suspended particles increases. Further, the attenuation rate of the LII signal of a system having a certain particle size distribution varies depending on the distribution width as shown in FIG. This is because the influence in the vicinity of the distribution peak is large in the initial attenuation stage of the LII signal, and the influence of the large particle diameter is increased in the final attenuation stage. Therefore, when the decay rate is obtained by dividing into two time regions, information on the center particle size and the distribution width can be obtained.
[0017]
For example, the decay rate constant of 30 to 100 [ns] after laser irradiation is k 1 The damping rate constant k 1 Center particle diameter (D n ) -Distribution width (σ) is as shown in FIG. Further, the attenuation rate constant of 100 to 300 [ns] after laser irradiation is set to k. 2 K 2 / K 1 Center particle diameter (D n ) -Distribution width (σ) is as shown in FIG.
[0018]
The map shown in FIG. 16 and the map shown in FIG. 1 differ in the position through which the contour line (center particle diameter-distribution width) passes, that is, the contour line bias. In particular, as the particle diameter becomes smaller, the difference in the contour lines of each map becomes more significant. Therefore, by superposing the contour lines of the two maps, the center particle size (D n ) And the distribution width (σ) can be uniquely determined. That is, it is possible to simultaneously determine the center particle size and the distribution width, which has been difficult in the past.
[0019]
Therefore, the invention according to claim 1 is detected by a laser irradiation means for irradiating the suspended particles with laser, an incandescent light detecting means for detecting the intensity of incandescent light from the suspended particles, and the incandescent light detecting means. Attenuation rate constant calculating means for calculating the first and second attenuation rate constants of the incandescent light intensity in different time regions after laser irradiation based on the temporal change of the incandescent light intensity, and a first obtained in advance A first center particle size-distribution width map showing the relationship between the damping rate constant, the center grain size, and the distribution width, a parameter having the second damping rate constant or the second damping rate constant determined in advance, and the center grain Map storage means for storing a second central particle diameter-distribution width map indicating the relationship between the diameter and the distribution width, and the damping rate constant calculating means calculated from the first central particle diameter-distribution width map. First decay rate A first relationship indicating a relationship between the center particle size corresponding to the number and the distribution width, and a second damping rate constant calculated by the damping rate constant calculating means from the second center particle size-distribution width map, or A computing means for computing a second relation indicating a relation between the center particle diameter and the distribution width corresponding to the parameter having the second damping rate constant; and the first and second relations computed by the computing means. And determining means for determining at least one of the center particle diameter and the distribution width of the suspended particles.
[0020]
The invention according to claim 5 is a laser irradiation step of irradiating a suspended particle with a laser, an incandescent light detection step of detecting an incandescent light intensity induced by laser from the suspended particle, and an incandescence detected in the incandescent light detection step. An attenuation rate constant calculating step for calculating the first and second attenuation rate constants of the incandescent light intensity in different time regions after laser irradiation based on the time change of the light intensity, and a first attenuation rate obtained in advance A first central particle size-distribution width map showing a relationship between a constant, a central particle size, and a distribution width; a second attenuation rate constant or a parameter having a second attenuation rate constant determined in advance; A central particle size corresponding to the first damping rate constant calculated in the damping rate constant calculating step from the map storage unit storing the second center particle size-distribution range map indicating the relationship of the distribution range; Shows the relationship with distribution width A first relationship and a second relationship showing a relationship between the center particle size corresponding to the second damping rate constant calculated in the damping rate constant calculating step or the parameter having the second damping rate constant and the distribution width And a determination step for determining at least one of the center particle size and the distribution width of the suspended particles based on the first and second relationships calculated in the calculation step. ing.
[0021]
In the said invention, a laser irradiation means irradiates a floating particle with a laser, carries out laser induction of a floating particle, and heats it. As the suspended particles, PM contained in the exhaust gas of the internal combustion engine is preferable, and soot particles that are the main component of PM are particularly preferable. Airborne particles emit incandescent light when heated. At this time, the incandescent light detecting means detects the incandescent light intensity emitted from the suspended particles.
[0022]
The attenuation rate constant calculating means calculates the first and second attenuation rate constants in different time regions after laser irradiation based on the time change of the incandescent light intensity detected by the incandescent light detecting means. Here, the measurement accuracy of the particle size distribution improves as the first and second attenuation rate constants are greatly different from each other. Therefore, it is preferable that there is a time difference as much as possible between the time domain of the first decay rate constant and the time domain of the second decay rate constant.
[0023]
The first central particle size-distribution width map is data obtained by theoretical calculation in advance, and is data indicating the relationship between the first damping rate constant, the central particle size, and the distribution width. Therefore, according to the first center particle size-distribution width map, when the first attenuation rate constant is determined, the relationship between the center particle size and the distribution range corresponding to the first attenuation rate constant can be understood. .
[0024]
The second center particle size-distribution width map is data obtained in advance by theoretical calculation. The second center particle size-distribution width map is data indicating the relationship between the second damping rate constant, the center particle size and the distribution width, or a parameter having the second damping rate constant, the center particle size and the distribution width. Data indicating the relationship. Here, the parameter having the second damping rate constant means a parameter including constants or variables other than the second damping rate constant. Therefore, according to the second center particle size-distribution width map, when the second attenuation rate constant is determined, the relationship between the center particle size and the distribution range corresponding to the second attenuation rate constant, or the second The relationship between the center particle diameter and the distribution width corresponding to the parameter having the decay rate constant can be understood.
[0025]
The calculating means calculates a first relationship corresponding to the first damping rate constant calculated by the damping rate constant calculating unit from the first central particle size-distribution width map. Similarly, the calculating means calculates a second relationship corresponding to the second damping rate constant calculated by the damping rate constant calculating unit from the second center particle size-distribution width map. Then, the determining means superimposes the first and second relationships calculated by the calculating means, and determines at least one of the center particle size and the distribution width of the suspended particles from the overlapping position.
[0026]
Therefore, according to the above-described invention, the first and second relations corresponding to the actual calculation values are calculated from the first and second center particle diameter-distribution width maps prepared by performing theoretical calculation in advance. Then, by measuring the particle size distribution of the suspended particles based on the first and second relationships, the particle size distribution can be measured easily and quickly.
[0027]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the parameter having the second damping rate constant is a parameter obtained by dividing the second damping rate constant by the first damping rate constant. It is characterized by.
[0028]
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the invention, the parameter having the second damping rate constant is a parameter obtained by dividing the second damping rate constant by the first damping rate constant. It is characterized by.
[0029]
In the said invention, the 1st center particle size-distribution width map is comprised similarly to what was described in Claim 1 or Claim 5. On the other hand, the second center particle size-distribution width map is data indicating the relationship between (second damping rate constant / first damping rate constant), center size and distribution width. Therefore, according to the second center particle diameter-distribution width map, when (second damping rate constant / first damping rate constant) is determined, the (second damping rate constant / first damping rate constant) is determined. The relationship between the center particle size and the distribution width corresponding to is understood.
[0030]
The calculation means has a first relationship indicating a relationship between the center particle diameter and the distribution width corresponding to the first attenuation rate constant calculated by the attenuation rate constant calculation unit from the first center particle size-distribution width map. Calculate. Further, from the first central particle size-distribution width map, it corresponds to (second damping rate constant calculated by the damping rate constant calculating unit / first damping rate constant calculated by the damping rate constant calculating unit). A second relationship indicating the relationship between the center particle size and the distribution width is calculated.
[0031]
Thereby, the determination means can determine at least one of the center particle diameter and distribution width of a floating particle simply and rapidly based on the calculated intersection of the first and second relationships.
[0032]
[Second invention]
Next, the second invention will be described.
[0033]
Decrease rate constant k of LII signal as the particle size of suspended particles increases 1 Since the rate of change of becomes small, the particle size measurement accuracy decreases. On the other hand, as the particle size of the suspended particles increases, the scattered light intensity ratio I 1 / I 2 The rate of change increases. Therefore, by combining the light scattering method, the decrease in measurement accuracy in a region where the particle diameter is large is complemented.
[0034]
Here, the two-angle scattered light intensity ratio I 1 / I 2 Center particle diameter (D n ) -Distribution width (σ) is as shown in FIG. The map shown in FIG. 1 obtained by the LII method and the map shown in FIG. 2 obtained by the light scattering method differ in the positions where the contour lines pass. Therefore, by superimposing the contour lines of the two maps, even if the particle size is large, the center particle size (D n ) And the distribution width (σ) can be uniquely determined.
[0035]
Accordingly, the invention described in claim 3 is a first laser irradiation means for irradiating a suspended particle with a laser, a second laser irradiation means for irradiating a laser for generating scattered light, and a laser from the suspended particle. Incandescent light detecting means for detecting the incandescent light intensity induced, and an attenuation rate constant for calculating an attenuation rate constant in a predetermined time region after laser irradiation based on the temporal change of the incandescent light intensity detected by the incandescent light detecting means Based on the scattered light intensity detected by the computing means, the scattered light intensity detecting means for detecting the scattered light intensity in two directions from the suspended particles, and the scattered light intensity detected by the scattered light intensity detecting means, Scattered light intensity ratio calculating means for calculating the ratio, a first center particle size-distribution width map showing the relationship between the attenuation rate constant, the center particle size and the distribution width determined in advance, and the scattered light determined in advance. strength A map storage means for storing a second center particle diameter-distribution width map indicating the relationship among the ratio, the center particle diameter and the distribution width; and the damping rate constant calculating means from the first center particle diameter-distribution width map. Calculated by the scattered light intensity ratio calculating means from the first relationship indicating the relationship between the center particle size and the distribution width corresponding to the decay rate constant calculated in step 2 and the second center particle size-distribution width map. Based on the first relation and the second relation computed by the computing means, the computing means for computing the second relation showing the relation between the central particle size corresponding to the scattered light intensity ratio and the distribution width, Determining means for determining at least one of a central particle size and a distribution width of the suspended particles.
[0036]
The invention according to claim 7 is a laser irradiation step of irradiating the suspended particles with the first laser and irradiating a second laser for generating scattered light, and an incandescent light intensity induced by the laser from the suspended particles. And detecting the intensity of scattered light in two directions from the suspended particles, and the decay rate in a predetermined time region after laser irradiation based on the temporal change of the incandescent light intensity detected in the detection process A first calculation step that calculates a constant, and calculates a scattered light intensity ratio in two directions based on each scattered light intensity detected by the detection step, a previously determined attenuation rate constant, center particle size, and A first central particle size-distribution width map showing the relationship of the distribution width, a second central particle size-distribution width map showing the relationship of the scattered light intensity ratio, the central particle size and the distribution width determined in advance; Was remembered The first relationship indicating the relationship between the center particle size and the distribution width corresponding to the decay rate constant calculated in the first calculation step, and the scattering calculated in the first calculation step A second calculation step of calculating a second relationship indicating the relationship between the center particle size corresponding to the light intensity ratio and the distribution width; and the first and second relationships calculated by the second calculation step. And a determination step of determining at least one of a center particle size and a distribution width of the suspended particles.
[0037]
In the above invention, a pulse laser is preferable as a laser for inducing suspended particles, and a continuous light emission laser is preferable as a laser for generating scattered light.
[0038]
The attenuation rate constant calculating means calculates an attenuation rate constant in a predetermined time region after laser irradiation based on the incandescent light intensity detected by the incandescent light detecting means. Note that the predetermined time region after the laser irradiation is not particularly limited, and may be in the early decay period of incandescent light, in the final decay period, or in the meantime.
[0039]
The scattered light intensity ratio calculating means calculates a scattered light intensity ratio in two directions based on the scattered light intensity in two directions detected by the scattered light intensity detecting means. The scattering angle of the scattered light is not particularly limited, and for example, 30 degrees or 150 degrees can be used with respect to the incident direction of the scattered light emitting laser.
[0040]
The first central particle size-distribution width map is obtained by theoretical calculation in advance by the LII method, and shows the relationship between the damping rate constant, the central particle size, and the distribution width. The second center particle size-distribution width map is obtained by theoretical calculation in advance by the light scattering method, and shows the relationship between the scattered light intensity ratio, the center particle size, and the distribution width.
[0041]
Here, as the particle size of the suspended particles increases, for example, as shown in FIG. 16B, the rate of change of the decay rate constant decreases, so the particle size distribution of the first central particle size-distribution width map The accuracy is low. On the other hand, as the particle size of the suspended particles increases, for example, as shown in FIG. 2, the rate of change of the scattered light intensity ratio increases, so the accuracy of the particle size distribution by the second center particle size-distribution width map increases. Become.
[0042]
The calculating means calculates a first relationship indicating a relationship between the center particle diameter and the distribution width corresponding to the damping rate constant calculated by the damping rate constant calculating means from the first center particle size-distribution width map. . The calculating means is a second relationship indicating a relationship between the center particle diameter and the distribution width corresponding to the scattered light intensity ratio calculated by the scattered light intensity ratio calculating means from the second center particle diameter-distribution width map. Is calculated.
[0043]
The determining means determines at least one of the center particle size and the distribution width of the suspended particles based on the calculated first and second relationships. Therefore, since the first relationship obtained by the LII method and the second relationship obtained by the light scattering method are used, the decrease in measurement accuracy by the LII method is complemented, and a relatively large particle size is obtained. Even if it exists, a particle size distribution can be measured correctly.
[0044]
Note that the third invention may be configured by combining the first and second inventions. According to the third invention, in the case of nanoparticles, the particle size distribution is measured by the first invention, and in the case of fine particles of 50 to 100 [nm], the particle size distribution can be measured by the second invention. Therefore, the measurable particle size range can be expanded.
[0045]
Specifically, the invention according to claim 4 is the first laser irradiation means for irradiating the suspended particles with laser, the second laser irradiation means for irradiating the laser for generating scattered light, and the suspended particles. An incandescent light detecting means for detecting the intensity of the incandescent light induced by the laser, and a first incandescent light intensity in a different time region after laser irradiation based on the temporal change of the incandescent light intensity detected by the incandescent light detecting means. And an attenuation rate constant calculating means for calculating the second attenuation rate constant, scattered light intensity detecting means for detecting scattered light intensity in two directions from the suspended particles, and each detected by the scattered light intensity detecting means. A scattered light intensity ratio calculating means for calculating a scattered light intensity ratio in two directions based on the scattered light intensity, and a first relationship indicating a relationship between a first attenuation rate constant, a center particle diameter, and a distribution width obtained in advance. Center particle size-min A width map and a second center particle size-distribution width map showing a relationship between a second attenuation rate constant or a parameter having the second attenuation rate constant determined in advance, a center particle size and a distribution width; Map storage means for storing a third central particle size-distribution width map indicating the relationship between the scattered light intensity ratio, the central particle size and the distribution width, and the first central particle size-distribution width map. The first relationship indicating the relationship between the center particle size and the distribution width corresponding to the first attenuation rate constant calculated by the attenuation rate constant calculating means, and the attenuation from the second center particle size-distribution width map. A second relationship indicating a relationship between the center particle size and the distribution width corresponding to the second damping rate constant calculated by the rate constant calculating means or the parameter having the second damping rate constant; and the third center particle Calculated by the scattered light intensity ratio calculation means from the diameter-distribution width map Calculating means for calculating a relationship between the center particle size corresponding to the scattered light intensity ratio and the distribution width, and at least two relations calculated by the calculating means. And determining means for determining at least one of the center particle diameter and the distribution width of the suspended particles.
[0046]
The invention according to claim 8 is a laser irradiation step of irradiating the suspended particles with the first laser and irradiating a second laser for generating scattered light, and incandescence induced by laser from the suspended particles. In a different time region after laser irradiation based on the detection step of detecting the light intensity and detecting the intensity of scattered light in two directions from the suspended particles, respectively, and the time change of the incandescent light intensity detected by the detection step A first calculation step of calculating first and second decay rate constants of incandescent light intensity and calculating a ratio of scattered light intensity in two directions based on each scattered light intensity detected by the detection step; A first central particle size-distribution width map showing the relationship between the first attenuation rate constant, the center particle size and the distribution width obtained, and the second attenuation rate constant or the second attenuation rate obtained in advance. Has constant A second central particle size-distribution width map showing the relationship between the parameters, the central particle size and the distribution width, and a third central particle showing the relationship between the scattered light intensity ratio, the central particle size and the distribution width obtained in advance. A first relationship indicating a relationship between a center particle size corresponding to the first damping rate constant calculated in the first calculation step and a distribution width from a map storage unit storing a diameter-distribution width map; A second relationship indicating a relationship between a center particle size corresponding to a second damping rate constant calculated in the first computing step or a parameter having a second damping rate constant and a distribution width; A second calculation step for calculating a third relationship indicating a relationship between the center particle diameter and the distribution width corresponding to the scattered light intensity ratio calculated in the calculation step, and the second calculation step. Based on the first to third relationships, the center particle of the suspended particles And a, a determination step of determining at least one of the distribution width.
[0047]
As another invention, a particle size distribution measurement program installed in a computer may be applied. For example, the computer calculates a decay rate constant calculating means for calculating first and second decay rate constants of the incandescent light intensity in different time regions after laser irradiation based on the time change of the incandescent light intensity induced by the laser of the suspended particles. A first center particle diameter-distribution width map showing the relationship between the first attenuation rate constant, center particle size and distribution width obtained in advance, and the second attenuation rate constant or second obtained in advance. A map storage means for storing a second center particle size-distribution width map indicating a relationship between a parameter having a damping rate constant, a center particle size, and a distribution width, and from the first center particle size-distribution width map The first relationship indicating the relationship between the center particle size and the distribution width corresponding to the first attenuation rate constant calculated by the attenuation rate constant calculating means, and the attenuation from the second center particle size-distribution width map. Calculated by speed constant calculation means The second damping rate constant or the second relationship indicating the relationship between the center particle size and the distribution width corresponding to the parameter having the second damping rate constant, and the computing unit. Using a particle size distribution measurement program characterized by functioning as a determining means for determining at least one of a center particle size and a distribution width of the suspended particles based on the first and second relationships. it can. In the particle size distribution measurement program, a parameter obtained by dividing the second attenuation rate constant by the first attenuation rate constant may be used as the parameter having the second attenuation rate constant.
[0048]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0049]
[First Embodiment]
The particle size distribution measuring apparatus according to the first embodiment is suitable for measuring the particle size distribution of PM when the PM contained in the exhaust gas is nanoparticles (particle size of 50 [nm] or less). is there.
[0050]
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the particle size distribution measuring apparatus according to the first embodiment. The particle size distribution measuring device detects a pulsed laser device 11 that irradiates a suspended particle with a pulse laser, a filter 12 that filters incandescent light induced by laser of the suspended particle, and incandescent light incident through the filter 12. The photomultiplier tube 13 and a computer 20 for calculating the particle size distribution of the suspended particles are provided.
[0051]
The pulsed laser device 11 causes the floating particles to be laser-induced by irradiating the observation region where the floating particles exist (for example, an exhaust pipe of an internal combustion engine) with a pulse laser. Airborne particles emit incandescent light when heated by laser induction.
[0052]
The filter 12 has a property of transmitting light in a wavelength range from 400 to 500 [nm], for example, and cutting light in other wavelength ranges. The photomultiplier tube 13 converts incandescent light incident through the filter 12 into electrons on the photocathode, and outputs a current corresponding to the intensity of the incandescent light.
[0053]
The computer 20 calculates two attenuation rate constants k based on the current detected by the photomultiplier tube 13. 1 , K 2 Is calculated. And the damping rate constant k 1 And damping rate constant ratio k 2 / K 1 The center particle size-distribution width data corresponding to each is calculated, and the particle size distribution is obtained based on each center particle size-distribution width data. In order to perform such processing, the computer 20 specifically has the following functional configuration.
[0054]
FIG. 4 is a block diagram illustrating a functional configuration of the computer 20. FIG. 5 is a diagram schematically showing the processing contents of the computer 20.
[0055]
The computer 20 includes a waveform storage unit 21 that stores the waveform of incandescent light detected by the photomultiplier tube 13, and an attenuation rate constant k. 1 K to calculate 1 Calculation unit 22 and damping rate constant k 1 Memorizes the central particle size-distribution width three-dimensional map of k 1 Map storage unit 23 and calculated damping rate constant k 1 K to calculate the center particle size-distribution width data corresponding to 1 A data operation unit 24.
[0056]
In addition, the computer 20 can determine the damping rate constant ratio k. 2 / K 1 K to calculate 2 / K 1 Calculation unit 25 and damping rate constant ratio k 2 / K 1 Memorizes the central particle size-distribution width three-dimensional map of k 2 / K 1 K for calculating center particle size-distribution width data from the map storage unit 26 and the center particle size-distribution width three-dimensional map 2 / K 1 A data calculation unit 27 and a particle size distribution measurement unit 28 that measures the particle size distribution based on the calculated two center particle size-distribution width data are provided.
[0057]
k 1 The computing unit 22 is the initial attenuation (time t) of the incandescent light waveform stored in the waveform storage unit 21. 0 ~ T 1 ) At the initial decay rate constant k 1 Is calculated.
[0058]
k 1 The map storage unit 23 stores a central particle size-distribution width three-dimensional map that is a theoretical calculation value prepared in advance. The center particle size-distribution width three-dimensional map shows the damping rate constant k. 1 Median particle diameter D when the value takes various values n And the distribution width σ. Therefore, according to the center particle size-distribution width three-dimensional map, the damping rate constant k 1 Is determined, the damping rate constant k 1 Center particle size D corresponding to n The center particle size-distribution width data indicating the relationship between the distribution width σ and the distribution width σ is determined.
[0059]
For example, when 30 to 100 [ns] is set as the initial time region of attenuation, k 1 The map storage unit 23 stores a center particle diameter-distribution width three-dimensional map as shown in FIGS. 16 (A) and 16 (B). According to this center particle size-distribution width three-dimensional map, the damping rate constant k 1 Is about 0-4.0 × 10 7 [S -1 ], The central particle diameter D n And the center particle size-distribution width data representing the relationship between the distribution width σ and the distribution width σ.
[0060]
k 1 The data calculation unit 24 is k 1 From the central particle size-distribution width three-dimensional map stored in the map storage unit 23, k 1 Decay rate constant k calculated by the calculation unit 22 1 The center particle size-distribution width data corresponding to is calculated, and the center particle size-distribution width data is supplied to the particle size distribution measuring unit 28.
[0061]
k 2 / K 1 The arithmetic unit 25 first ends the decay (time t ′ of the incandescent light waveform stored in the waveform storage unit 21 first. 0 ~ T ' 1 ), The decay rate constant k at the end of decay. 2 Is calculated. And this damping rate constant k 2 And k 1 Decay rate constant k calculated by the calculation unit 22 1 And the damping rate constant ratio k 2 / K 1 Is calculated.
[0062]
k 2 / K 1 The map storage unit 26 stores a three-dimensional center particle size-distribution width map that is a theoretical calculation value prepared in advance. The center particle size-distribution width three-dimensional map shows the damping rate constant ratio k 2 / K 1 Median particle diameter D when the value takes various values n And the distribution width σ. Therefore, according to the center particle size-distribution width three-dimensional map, the damping rate constant ratio k 2 / K 1 Is determined, the damping rate constant ratio k 2 / K 1 Center particle size D corresponding to n The center particle size-distribution width data indicating the relationship between the distribution width σ and the distribution width σ is determined.
[0063]
For example, when 30 to 100 [ns] is the time domain of the initial attenuation, and 100 to 300 [ns] is the time domain of the final attenuation, k 2 / K 1 The map storage unit 26 stores a center particle size-distribution width three-dimensional map as shown in FIG. According to the three-dimensional map of the center particle diameter-distribution width, the damping rate constant ratio k 2 / K 1 Is determined to be about 0.2 to 0.9, the center particle diameter D n And the center particle size-distribution width data representing the relationship between the distribution width σ and the distribution width σ.
[0064]
k 2 / K 1 The data calculation unit 27 is k 2 / K 1 From the central particle size-distribution width three-dimensional map stored in the map storage unit 26, k 2 / K 1 Decay rate constant ratio k calculated by the calculation unit 25 2 / K 1 The center particle size-distribution width data corresponding to is calculated, and the center particle size-distribution width data is supplied to the particle size distribution measuring unit 28.
[0065]
The particle size distribution measuring unit 28 is k 1 Central particle size-distribution width data and k supplied from the data calculation unit 24 2 / K 1 The center particle diameter-distribution width data supplied from the data calculation unit 27 is superimposed. In the case of nanoparticles, as shown in FIG. 5, the central particle size-distribution width data intersect at one point, and this intersection represents the particle size distribution in the observation region. Therefore, the particle size distribution measuring unit 28 determines the overlapping point (center particle size D based on the two center particle size-distribution width data. n , Distribution width σ).
[0066]
Then, the particle size distribution measuring unit 28 has a center particle size D n When the particle size distribution P (D) of the normal logarithmic distribution is measured using the distribution width σ, the following equation (1) is calculated. D represents the particle size.
[0067]
[Expression 1]
Figure 0003918508
[0068]
The particle size distribution is not limited to the normal logarithmic distribution.
[0069]
As described above, the particle size distribution measuring apparatus according to the first embodiment has the decay rate constant k in which the time domain of the incandescent light emitted by the suspended particles is different. 1 , K 2 And the calculated damping rate constant k 1 , K 2 And the center particle size-distribution width three-dimensional map to obtain two center particle size-distribution width data and superimpose each center particle size-distribution width data to obtain the center particle size D of the suspended particles. n And the distribution width σ can be measured.
[0070]
At this time, the measured damping rate constant k is calculated from two center particle diameter-distribution width three-dimensional maps which are theoretical calculation values prepared in advance. 1 And damping rate constant ratio k 2 / K 1 Since the center particle size-distribution width data corresponding to is calculated, the particle size distribution can be measured easily and quickly.
[0071]
In addition, since the particle size distribution measuring apparatus uses an optical method using a laser, the particle size distribution can be measured in real time without contacting the suspended particles. Therefore, the particle size distribution can be accurately measured even when the particle size distribution of the suspended particles in the observation region changes with time as in the transient operation state of the internal combustion engine.
[0072]
In the present embodiment, the damping rate constant k 1 And damping rate constant ratio k 2 / K 1 Although each center particle diameter-distribution width three-dimensional map has been described as an example, the present invention is not limited to this. For example, k 2 / K 1 Instead of the center particle size-distribution width 3D map of k 1 / K 2 It is also possible to use a three-dimensional map of the center particle diameter-distribution width.
[0073]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the site | part same as 1st Embodiment, and detailed description of the overlapping site | part is abbreviate | omitted. The particle size distribution measuring apparatus according to the second embodiment is suitable for measuring the particle size distribution of PM when the PM contained in the exhaust gas is fine particles (particle size of about 50 to 100 [nm]). Is.
[0074]
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a particle size distribution measuring apparatus according to the second embodiment. The particle size distribution measuring device includes a pulsed laser device 11 that irradiates a suspended particle with a pulse laser, a filter 12 that filters incandescent light from the suspended particle, and a photomultiplier that detects incandescent light incident through the filter 12. Tube photomultiplier tube 13, continuous wave laser device for light scattering (hereinafter referred to as "CW laser device") 14, filters 15 and 17, photodetectors 16 and 18 for detecting the intensity of scattered light, and scattering A digitizer 19 for digitizing light intensity and a computer 20 for measuring the particle size distribution of suspended particles are provided.
[0075]
The CW laser device 14 emits a light scattering CW laser to the observation region of suspended particles, and generates scattered light in the observation region. The incident angle of the CW laser is not particularly limited.
[0076]
The photodetector 16 detects the scattered light scattered in the observation region at an angle of about 30 degrees with respect to the CW laser emission direction via the filter 15. The photodetector 18 detects the scattered light scattered in the observation region at an angle of about 150 degrees with respect to the CW laser emission direction via the filter 17.
[0077]
The digitizer 19 has a light intensity I detected by the photodetector 16. 1 The light intensity I detected by the photodetector 18 is digitized. 2 And digitize the light intensity I 1 , I 2 Are supplied to the computer 20.
[0078]
Based on the current detected by the photomultiplier tube 13, the computer 20 determines an attenuation rate constant k at the initial attenuation. 1 To calculate the damping rate constant k 1 The center particle diameter-distribution width data corresponding to is calculated. Further, the scattered light intensity ratio I 1 / I 2 To calculate the scattered light intensity ratio I 1 / I 2 The center particle size-distribution width data corresponding to is calculated, and the particle size distribution is obtained based on each center particle size-distribution width data. Specifically, the computer 20 has the following functional configuration.
[0079]
FIG. 7 is a block diagram illustrating a functional configuration of the computer 20. FIG. 8 is a diagram schematically showing the processing contents of the computer 20.
[0080]
The computer 20 includes a waveform storage unit 21 that stores the waveform of incandescent light detected by the photomultiplier tube 13, and an attenuation rate constant k. 1 K to calculate 1 Calculation unit 22 and damping rate constant k 1 Memorizes the central particle size-distribution width three-dimensional map of k 1 Map storage unit 23 and calculated damping rate constant k 1 K to calculate the center particle size-distribution width data corresponding to 1 A data operation unit 24.
[0081]
Further, the computer 20 calculates the scattered light intensity ratio I 1 / I 2 I to calculate 1 / I 2 Calculation unit 31 and scattered light intensity ratio I 1 / I 2 Memorizing the center particle size-distribution width three-dimensional map of I 1 / I 2 Map storage unit 32 and calculated scattered light intensity ratio I 1 / I 2 To calculate the center particle size-distribution width data corresponding to 1 / I 2 A data calculation unit 33 and a particle size distribution measurement unit 28 that measures the particle size distribution based on two pieces of center particle size-distribution width data are provided.
[0082]
I 1 / I 2 The calculation unit 31 is configured to output the light intensity I supplied from the digitizer 19. 1 , I 2 I 1 / I 2 And calculate the result as I 1 / I 2 This is supplied to the data calculation unit 33.
[0083]
I 1 / I 2 The map storage unit 32 stores a central particle size-distribution width three-dimensional map which is a theoretical calculation value prepared in advance. The center particle size-distribution width three-dimensional map shows the scattered light intensity ratio I 1 / I 2 Median particle diameter D when the value takes various values n And the distribution width σ. Therefore, according to the center particle size-distribution width three-dimensional map, the scattered light intensity ratio I 1 / I 2 Is determined, the scattered light intensity ratio I 1 / I 2 The relationship between the center particle size and the distribution width corresponding to is determined.
[0084]
I 1 / I 2 In the map storage unit 23, for example, a center particle size-distribution width three-dimensional map as shown in FIG. 2 is stored. This three-dimensional map of the center particle size-distribution width shows the scattered light intensity ratio I 1 / I 2 For each predetermined value of about 1 to 14, the center particle size D n And a plurality of center particle diameter-distribution width data representing the relationship between the distribution width σ and the distribution width σ.
[0085]
I 1 / I 2 The data calculation unit 33 1 / I 2 From the center particle size-distribution width three-dimensional map stored in the map storage unit 32, I 1 / I 2 Scattered light intensity ratio I calculated by the calculation unit 31 1 / I 2 The center particle size-distribution width data corresponding to is calculated, and the center particle size-distribution width data is supplied to the particle size distribution measuring unit 28.
[0086]
The particle size distribution measuring unit 28 is k 1 Central particle size-distribution width data and k supplied from the data calculation unit 24 2 / K 1 The center particle diameter-distribution width data supplied from the data calculation unit 27 is superimposed. In the case of fine particles, as shown in FIG. 8, the central particle size-distribution width data intersect at one point, and this intersection represents the particle size distribution in the observation region. Therefore, the particle size distribution measuring unit 28 determines the overlapping point (center particle size D based on the two center particle size-distribution width data. n , Distribution width σ).
[0087]
Then, the particle size distribution measuring unit 28 has a center particle size D n When the particle size distribution P (D) of the normal logarithmic distribution is measured using the distribution width σ, the above-described equation (1) may be calculated.
[0088]
As described above, the particle size distribution measuring apparatus according to the second embodiment has the decay rate constant k of incandescent light emitted by suspended particles. 1 And scattered light intensity ratio I 1 / I 2 Are obtained, and based on these measured values and the center particle size-distribution width three-dimensional map, two center particle size-distribution width data are obtained, and each center particle size-distribution width data is overlaid to obtain floating particles. Center particle diameter D n And the distribution width σ can be measured.
[0089]
In particular, the scattered light intensity ratio I obtained by the light scattering method as the particle size increases. 1 / I 2 The rate of change of is large. Therefore, the particle size distribution measuring apparatus accurately uses the light scattering method even in a particle size region (about 50 to 100 [nm]) where the accuracy of the particle size distribution measurement is lowered by the LII method. The particle size distribution can be measured.
[0090]
Further, from the two center particle diameter-distribution width three-dimensional maps which are theoretical calculation values prepared in advance, the measured damping rate constant k 1 And scattered light intensity ratio I 1 / I 2 Since the center particle size-distribution width data corresponding to is read out, the particle size distribution can be measured easily and quickly.
[0091]
Furthermore, since the particle size distribution measuring apparatus uses an optical technique using a laser as in the first embodiment, the particle size distribution can be measured in real time and without contacting floating particles. As a result, the particle size distribution can be accurately measured even when the particle size distribution of the suspended particles in the observation region changes with time.
[0092]
In the present embodiment, the case where the scattering angle is 30 degrees and 150 degrees has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and other scattering angles may be used. Of course. For example, the light intensity at the scattering angle X degree is expressed as I X , The light intensity when the scattering angle is Y degrees Y I 1 / I 2 The map storage unit 32 stores I by theoretical calculation in advance. X / I Y A three-dimensional map of the center particle diameter-distribution width may be stored.
[0093]
Furthermore, the damping rate constant k 1 Instead of a three-dimensional map of the center particle size-distribution width of 2 Of course, a three-dimensional map of the center particle diameter-distribution width can be used.
[0094]
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In addition, about the site | part same as embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
[0095]
The particle size distribution measuring apparatus according to the third embodiment is configured as shown in FIG. 6 as in the second embodiment. However, unlike the second embodiment, the computer 20 is configured as follows.
[0096]
FIG. 9 is a block diagram illustrating a functional configuration of the computer 20. FIG. 10 is a diagram schematically showing the processing contents of the computer 20.
[0097]
The computer 20 includes a waveform storage unit 21 that stores the waveform of incandescent light detected by the photomultiplier tube 13, and an attenuation rate constant k. 1 K to calculate 1 Calculation unit 22 and damping rate constant k 1 Memorizes the central particle size-distribution width three-dimensional map of k 1 Map storage unit 23 and calculated damping rate constant k 1 K to calculate the center particle size-distribution width data corresponding to 1 A data operation unit 24.
[0098]
In addition, the computer 20 uses a damping rate constant ratio k 2 / K 1 K to calculate 2 / K 1 Calculation unit 25 and damping rate constant ratio k 2 / K 1 Memorizes the central particle size-distribution width three-dimensional map of k 2 / K 1 K for calculating center particle size-distribution width data from the map storage unit 26 and the center particle size-distribution width three-dimensional map 2 / K 1 A data calculation unit 27 and a particle size distribution measurement unit 28 that measures the particle size distribution based on the calculated two center particle size-distribution width data are provided.
[0099]
Further, the computer 20 calculates the scattered light intensity ratio I 1 / I 2 I to calculate 1 / I 2 Calculation unit 31 and scattered light intensity ratio I 1 / I 2 Memorizing the center particle size-distribution width three-dimensional map of I 1 / I 2 Map storage unit 32 and calculated scattered light intensity ratio I 1 / I 2 To calculate the center particle size-distribution width data corresponding to 1 / I 2 A data calculation unit 33 and a particle size distribution measurement unit 28 that measures the particle size distribution based on two pieces of center particle size-distribution width data are provided.
[0100]
For example, when the suspended particles are nanoparticles, the particle size distribution measuring unit 28 1 The center particle diameter-distribution width data calculated by the data calculation unit 24, and k 2 / K 1 The particle size distribution (D) is obtained by superimposing the center particle size-distribution width data calculated by the data calculating unit 27. n , Σ).
[0101]
For example, when the suspended particles are fine particles, the particle size distribution measuring unit 28 1 The center particle size-distribution width data calculated by the data calculation unit 24 and I 1 / I 2 The particle size distribution (D) is obtained by superimposing the center particle size-distribution width data calculated by the data calculation unit 33. n , Σ). In addition, the particle size distribution measuring unit 28 is k 2 / K 1 The center particle diameter-distribution width data calculated by the data calculation unit 27, and I 1 / I 2 The particle size distribution (D) is obtained by superimposing the center particle size-distribution width data calculated by the data calculation unit 33. n , Σ) may be measured.
[0102]
Further, for example, when the particle size of the suspended particles cannot be predicted, the particle size distribution measuring unit 28 1 The center particle size-distribution width data calculated by the data calculation unit 24 and I 1 / I 2 The center particle diameter-distribution width data calculated by the data calculation unit 33, k 2 / K 1 The particle size distribution (D) is obtained by superimposing the center particle size-distribution width data calculated by the data calculating unit 27. n , Σ) may be measured.
[0103]
As described above, the particle size distribution measuring apparatus according to the third embodiment has the center particle size-distribution width three-dimensional map and the center particle size-distribution width data to be referred to according to the size of the particle size of the suspended particles. Is calculated, the particle size distribution can be accurately measured regardless of the size of the particle size of the suspended particles.
[0104]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made within the scope described in the claims.
[0105]
【The invention's effect】
According to the particle size distribution measuring apparatus and method according to the present invention, at least two relationships corresponding to actual calculated values from a plurality of center particle size-distribution width three-dimensional maps prepared by theoretical calculation in advance. Is calculated, and the particle size distribution of the suspended particles is determined based on these relationships, whereby the particle size distribution can be measured easily and quickly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an attenuation rate constant from 100 to 300 [ns] as k. 2 As k 2 / K 1 Center particle diameter (D n It is a figure which shows the relationship on the map of distribution width ((sigma)).
FIG. 2 Scattered light intensity ratio I of two angles 1 / I 2 Center particle diameter (D n It is a figure which shows the relationship on the map of distribution width ((sigma)).
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a particle size distribution measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of a computer provided in the particle size distribution measuring apparatus.
FIG. 5 is a diagram schematically showing processing contents of a computer.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a particle size distribution measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a functional configuration of a computer provided in the particle size distribution measuring apparatus.
FIG. 8 is a diagram schematically showing processing contents of a computer.
FIG. 9 is a block diagram showing a functional configuration of a computer provided in a particle size distribution measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram schematically showing processing contents of a computer.
FIG. 11 is a diagram showing the relationship of LII signal intensity with respect to time after pulse laser irradiation.
FIG. 12: Center particle diameter D n Is 20 [nm] and the distribution width σ is monodisperse, 0.1, 0.2,..., 0.7, (A) shows the LII signal intensity with respect to the time [ns] after pulse laser irradiation. (B) is a figure which shows the number density distribution of floating particle | grains.
FIG. 13: Center particle diameter D n Is 50 [nm] and the distribution width σ is monodisperse, 0.1, 0.2,..., 0.7, (A) shows the LII signal intensity with respect to the time [ns] after pulse laser irradiation. (B) is a figure which shows the number density distribution of floating particle | grains.
FIG. 14 is a diagram for explaining that the average particle diameter is obtained by utilizing the fact that the ratio of the integrated value of the intensity of the initial LII signal and the emission intensity is a function of the particle diameter.
FIG. 15 is a diagram for explaining the determination of the particle diameter from the decay time of the LII signal.
FIG. 16A shows a damping rate constant k. 1 Is from 0 to 4.0 × 10 7 [S -1 ] Central particle diameter D n It is a figure which shows the particle size distribution of distribution width (sigma) with respect to three-dimensionally. (B) is the damping rate constant k 1 Is from 0 to 4.0 × 10 7 [S -1 ] To the center particle diameter D n It is a figure which shows the particle size distribution of distribution width (sigma) with respect to.
[Explanation of symbols]
11 Pulse laser equipment
12, 15, 17 Filter
13 Photomultiplier tube
14 CW laser equipment
16, 18 photodetector
19 Digitizer
20 computers

Claims (8)

浮遊粒子にレーザを照射するレーザ照射手段と、
前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する白熱光検出手段と、
前記白熱光検出手段で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算手段と、
予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶手段と、
前記第１の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第２の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する演算手段と、
前記演算手段で演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定手段と、
を備えた粒径分布測定装置。Laser irradiation means for irradiating suspended particles with laser;
Incandescent light detecting means for detecting the intensity of laser-induced incandescent light from the suspended particles;
Attenuation rate constant calculating means for calculating the first and second attenuation rate constants of the incandescent light intensity in different time regions after laser irradiation based on the temporal change of the incandescent light intensity detected by the incandescent light detecting unit;
A first central particle size-distribution width map showing the relationship between the first attenuation rate constant, center particle size and distribution width obtained in advance, and the second attenuation rate constant or second attenuation obtained in advance. Map storage means for storing a parameter having a rate constant, a second center particle size-distribution width map indicating a relationship between the center particle size and the distribution width;
A first relationship showing a relationship between a center particle size corresponding to a first damping rate constant calculated by the damping rate constant calculating means from the first center particle size-distribution width map and a distribution range; 2 shows the relationship between the central particle size corresponding to the second damping rate constant calculated by the damping rate constant calculating means or the parameter having the second damping rate constant from the center size-distribution width map of 2 and the distribution range. A computing means for computing the second relationship;
Determining means for determining at least one of a center particle size and a distribution width of the suspended particles based on the first and second relationships calculated by the calculating means;
A particle size distribution measuring apparatus. 前記第２の減衰速度定数を有するパラメータは、第２の減衰速度定数を第１の減衰速度定数で除したパラメータであること
を特徴とする請求項１記載の粒径分布測定装置。2. The particle size distribution measuring apparatus according to claim 1, wherein the parameter having the second decay rate constant is a parameter obtained by dividing the second decay rate constant by the first decay rate constant. 浮遊粒子にレーザを照射する第１のレーザ照射手段と、
散乱光を生じさせるためのレーザを照射する第２のレーザ照射手段と、
前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する白熱光検出手段と、
前記白熱光検出手段で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の所定時間領域における減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算手段と、
前記浮遊粒子からの２方向の散乱光強度をそれぞれ検出する散乱光強度検出手段と、
前記散乱光強度検出手段により検出された各散乱光強度に基づいて、２方向の散乱光強度比を演算する散乱光強度比演算手段と、
予め求めておいた減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶手段と、
前記第１の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第２の中心粒径−分布幅マップから前記散乱光強度比演算手段で演算された散乱光強度比に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する演算手段と、
前記演算手段により演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定手段と、
を備えた粒径分布測定装置。First laser irradiation means for irradiating the suspended particles with laser;
A second laser irradiation means for irradiating a laser for generating scattered light;
Incandescent light detecting means for detecting the intensity of laser-induced incandescent light from the suspended particles;
An attenuation rate constant calculating means for calculating an attenuation rate constant in a predetermined time region after laser irradiation based on the time change of the incandescent light intensity detected by the incandescent light detection means,
Scattered light intensity detecting means for detecting scattered light intensity in two directions from the suspended particles,
A scattered light intensity ratio calculating means for calculating a scattered light intensity ratio in two directions based on each scattered light intensity detected by the scattered light intensity detecting means;
The first central particle size-distribution width map showing the relationship between the attenuation rate constant, the center particle size and the distribution width obtained in advance, and the relationship between the scattered light intensity ratio, the center particle size and the distribution width obtained in advance. Map storage means for storing a second center particle size-distribution width map shown;
A first relationship indicating a relationship between a center particle size and a distribution width corresponding to an attenuation rate constant calculated by the attenuation rate constant calculating means from the first center particle size-distribution width map; and the second center A calculating means for calculating a second relationship indicating a relationship between the center particle diameter and the distribution width corresponding to the scattered light intensity ratio calculated by the scattered light intensity ratio calculating means from the particle diameter-distribution width map;
Determining means for determining at least one of a central particle size and a distribution width of the suspended particles based on the first and second relationships calculated by the calculating means;
A particle size distribution measuring apparatus. 浮遊粒子にレーザを照射する第１のレーザ照射手段と、
散乱光を生じさせるためのレーザを照射する第２のレーザ照射手段と、
前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する白熱光検出手段と、
前記白熱光検出手段で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算手段と、
前記浮遊粒子からの２方向の散乱光強度をそれぞれ検出する散乱光強度検出手段と、
前記散乱光強度検出手段により検出された各散乱光強度に基づいて、２方向の散乱光強度比を演算する散乱光強度比演算手段と、
予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示す第３の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶手段と、
前記第１の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第２の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、前記第３の中心粒径−分布幅マップから前記散乱光強度比演算手段で演算された散乱光強度比に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第３の関係と、を演算する演算手段と、
前記演算手段により演算された第１から第３の少なくとも２つの関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定手段と、
を備えた粒径分布測定装置。First laser irradiation means for irradiating the suspended particles with laser;
A second laser irradiation means for irradiating a laser for generating scattered light;
Incandescent light detecting means for detecting the intensity of laser-induced incandescent light from the suspended particles;
Attenuation rate constant calculating means for calculating the first and second attenuation rate constants of the incandescent light intensity in different time regions after laser irradiation based on the temporal change of the incandescent light intensity detected by the incandescent light detecting unit;
Scattered light intensity detecting means for detecting scattered light intensity in two directions from the suspended particles,
A scattered light intensity ratio calculating means for calculating a scattered light intensity ratio in two directions based on each scattered light intensity detected by the scattered light intensity detecting means;
A first central particle size-distribution width map showing the relationship between the first attenuation rate constant, center particle size and distribution width obtained in advance, and the second attenuation rate constant or second attenuation obtained in advance. A second center particle size-distribution width map showing the relationship between the parameter having the rate constant, the center particle size and the distribution width, and a third relationship showing the relationship between the scattered light intensity ratio, the center particle size and the distribution width determined in advance. A center particle size-distribution width map of map storage means for storing,
A first relationship showing a relationship between a center particle size corresponding to a first damping rate constant calculated by the damping rate constant calculating means from the first center particle size-distribution width map and a distribution range; 2 shows the relationship between the central particle size corresponding to the second damping rate constant calculated by the damping rate constant calculating means or the parameter having the second damping rate constant from the center size-distribution width map of 2 and the distribution range. A third relationship showing a second relationship and a relationship between the center particle size and the distribution width corresponding to the scattered light intensity ratio calculated by the scattered light intensity ratio calculation means from the third center particle size-distribution width map. A computing means for computing the relationship,
Determining means for determining at least one of a center particle size and a distribution width of the suspended particles based on at least two relationships from the first to the third calculated by the calculating means;
A particle size distribution measuring apparatus. 浮遊粒子にレーザを照射するレーザ照射工程と、
前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する白熱光検出工程と、
前記白熱光検出工程で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算工程と、
予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、が記憶されたマップ記憶部から、前記減衰速度定数演算工程で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記減衰速度定数演算工程で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する演算工程と、
前記演算工程で演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定工程と、
を備えた粒径分布測定方法。A laser irradiation process for irradiating the suspended particles with a laser;
Incandescent light detection step for detecting the intensity of laser-induced incandescent light from the suspended particles;
An attenuation rate constant calculating step of calculating first and second attenuation rate constants of the incandescent light intensity in different time regions after laser irradiation based on the temporal change of the incandescent light intensity detected in the incandescent light detecting step;
A first central particle size-distribution width map showing the relationship between the first attenuation rate constant, center particle size and distribution width obtained in advance, and the second attenuation rate constant or second attenuation obtained in advance. A parameter having a rate constant, a second center particle size-distribution width map showing a relationship between the center particle size and the distribution width, and the first storage rate calculated in the decay rate constant calculating step from the stored map storage unit. A first relationship indicating the relationship between the center particle diameter corresponding to the damping rate constant and the distribution width, and a parameter having the second damping rate constant or the second damping rate constant calculated in the damping rate constant calculating step. A calculation step of calculating a second relationship indicating a relationship between a corresponding center particle size and distribution width;
A determination step of determining at least one of a center particle size and a distribution width of the floating particles based on the first and second relationships calculated in the calculation step;
A particle size distribution measuring method comprising: 前記第２の減衰速度定数を有するパラメータは、第２の減衰速度定数を第１の減衰速度定数で除したパラメータであること
を特徴とする請求項５記載の粒径分布測定方法。6. The particle size distribution measuring method according to claim 5, wherein the parameter having the second decay rate constant is a parameter obtained by dividing the second decay rate constant by the first decay rate constant. 浮遊粒子に第１のレーザを照射すると共に、散乱光を生じさせるための第２のレーザを照射するレーザ照射工程と、
前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出すると共に、前記浮遊粒子からの２方向の散乱光強度をそれぞれ検出する検出工程と、
前記検出工程で検出された白熱光強度の時間変化に基づいてレーザ照射後の所定時間領域における減衰速度定数を演算すると共に、前記検出工程により検出された各散乱光強度に基づいて２方向の散乱光強度比を演算する第１の演算工程と、
予め求めておいた減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、が記憶されたマップ記憶部から、前記第１の演算工程で演算された減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第１の演算工程で演算された散乱光強度比に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する第２の演算工程と、
前記第２の演算工程により演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定工程と、
を備えた粒径分布測定方法。A laser irradiation step of irradiating the suspended particles with a first laser and irradiating a second laser for generating scattered light;
A detection step of detecting incandescent light intensity induced by laser from the suspended particles and detecting scattered light intensity in two directions from the suspended particles;
Based on the time change of the incandescent light intensity detected in the detection step, an attenuation rate constant in a predetermined time region after laser irradiation is calculated, and scattering in two directions is performed based on each scattered light intensity detected in the detection step. A first calculation step of calculating a light intensity ratio;
The first central particle size-distribution width map showing the relationship between the attenuation rate constant, the center particle size and the distribution width obtained in advance, and the relationship between the scattered light intensity ratio, the center particle size and the distribution width obtained in advance. The second central particle size-distribution width map shown in FIG. 1 shows the relationship between the central particle size corresponding to the damping rate constant calculated in the first calculation step and the distribution width from the map storage unit storing the second central particle size-distribution width map. A second calculation step of calculating a relationship of 1 and a second relationship indicating a relationship between a central particle size corresponding to the scattered light intensity ratio calculated in the first calculation step and a distribution width;
A determination step of determining at least one of a central particle size and a distribution width of the suspended particles based on the first and second relationships calculated by the second calculation step;
A particle size distribution measuring method comprising: 浮遊粒子に第１のレーザを照射すると共に、散乱光を生じさせるための第２のレーザを照射するレーザ照射工程と、
前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出すると共に、前記浮遊粒子からの２方向の散乱光強度をそれぞれ検出する検出工程と、
前記検出工程により検出された白熱光強度の時間変化に基づいてレーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算すると共に、前記検出工程により検出された各散乱光強度に基づいて２方向の散乱光強度比を演算する第１の演算工程と、
予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示す第３の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶部から、前記第１の演算工程で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第１の演算工程で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、前記第１の演算工程で演算された散乱光強度比に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第３の関係と、を演算する第２の演算工程と、
前記第２の演算工程により演算された第１から第３の少なくとも２つの関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定工程と、
を備えた粒径分布測定方法。A laser irradiation step of irradiating the suspended particles with a first laser and irradiating a second laser for generating scattered light;
A detection step of detecting incandescent light intensity induced by laser from the suspended particles and detecting scattered light intensity in two directions from the suspended particles;
The first and second decay rate constants of the incandescent light intensity in different time regions after laser irradiation are calculated based on the temporal change in the incandescent light intensity detected by the detecting step, and each detected by the detecting step A first calculation step of calculating a scattered light intensity ratio in two directions based on the scattered light intensity;
A first central particle size-distribution width map showing the relationship between the first attenuation rate constant, center particle size and distribution width obtained in advance, and the second attenuation rate constant or second attenuation obtained in advance. A second center particle size-distribution width map showing the relationship between the parameter having the rate constant, the center particle size and the distribution width, and a third relationship showing the relationship between the scattered light intensity ratio, the center particle size and the distribution width determined in advance. A first storage showing a relationship between a central particle size corresponding to the first decay rate constant calculated in the first calculation step and a distribution width from a map storage unit storing a central particle size-distribution width map of A second relationship indicating the relationship between the center particle size and the distribution width corresponding to the second attenuation rate constant calculated in the first calculation step or the parameter having the second attenuation rate constant; Central particle size and distribution corresponding to the scattered light intensity ratio calculated in the first calculation step A second calculation step of calculating a third relationship that shows the relationship between,
A determination step of determining at least one of a center particle size and a distribution width of the suspended particles based on at least two relationships from the first to the third calculated by the second calculation step;
A particle size distribution measuring method comprising:
JP2001333163A 2001-10-30 2001-10-30 Particle size distribution measuring apparatus and method Expired - Fee Related JP3918508B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001333163A JP3918508B2 (en) 2001-10-30 2001-10-30 Particle size distribution measuring apparatus and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001333163A JP3918508B2 (en) 2001-10-30 2001-10-30 Particle size distribution measuring apparatus and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003139679A JP2003139679A (en) 2003-05-14
JP3918508B2 true JP3918508B2 (en) 2007-05-23

Family

ID=19148477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001333163A Expired - Fee Related JP3918508B2 (en) 2001-10-30 2001-10-30 Particle size distribution measuring apparatus and method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3918508B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2272255C (en) * 1998-05-22 2005-05-10 David R. Snelling Absolute light intensity measurements in laser induced incandescence
JP5141419B2 (en) * 2008-07-24 2013-02-13 いすゞ自動車株式会社 Soot concentration measuring device
CN111896436B (en) * 2020-08-11 2023-08-01 哈尔滨工业大学 Method and device for simultaneously measuring primary particle size distribution and thermal adaptation coefficient of carbon black agglomerates

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003139679A (en) 2003-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2198265B1 (en) Laser-based apparatus and method for measuring agglomerate concentration and mean agglomerate size
US20170010197A1 (en) Method and device for determining characteristic properties of a transparent particle
JP3918508B2 (en) Particle size distribution measuring apparatus and method
Zentgraf et al. Application of structured illumination to gas phase thermometry using thermographic phosphor particles: a study for averaged imaging
CN114484287A (en) Hydrogenation station gas safety control method and device, computer equipment and storage medium
Knowles et al. Quantification of dispersed phase concentration using light sheet imaging methods
Cernuschi et al. Accurate particle speed prediction by improved particle speed measurement and 3-dimensional particle size and shape characterization technique
CN115494523B (en) Atmospheric pollutant concentration detection device and detection method
Oussairan et al. Interaction between two car models with application to pollutant dispersion
CN110006849A (en) A kind of method and apparatus obtaining Aerosol Extinction
JP2004163180A (en) Simultaneous measuring method and instrument for temperature, pressure and velocity distributions in flow field
KR101539599B1 (en) Accelerated structural damage visualization through multi-level noncontact laser ultrasonic scanning and visualization method thereof
JPH0462455A (en) Particle size distribution measuring instrument
JP4716055B2 (en) Laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer
US20030197863A1 (en) Small particle analysis by laser induced incandescence
JP2013057657A (en) Method for searching nonsteady dust source position of dust fall
Lindgren Detection and 3-D positioning of small defects using 3-D point reconstruction, tracking, and the radiographic magnification technique
JP2015152522A (en) Concentration measurement method and device
Moritz et al. Absorbance measurement for in situ process regime identification in laser processing
JPWO2020067149A1 (en) Particle detection device
JP2001091451A (en) Crystal defect analyzer
JP7265401B2 (en) Particle diameter acquisition device, particle diameter acquisition system, and particle diameter acquisition method
WO2022085591A1 (en) Nondestructive inspecting device, and nondestructive inspecting method
JPH05206235A (en) Measuring method for particle
CN118392737A (en) Method for detecting vehicle exhaust, electronic device and computer readable storage medium

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040416

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050524

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070123

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070205

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees