JP4852250B2 - 空間照度測定装置及び空間照度の校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、空間照度測定装置及び空間照度の校正方法に関する。

照度を測定するとき、受光素子としてシリコンフォトダイオードや光電管などを備えた照度測定装置を用いるのが一般的であった。しかし、受光素子としてシリコンフォトダイオードや光電管などを用いた照度測定装置よりも、紫外線波長域の光の照度を精度高く測定できる照度測定装置として、板状に形成した蛍光材料を含む波長変換素子を用い、この波長変換素子の平板面を紫外線の受光面として紫外線を可視光に変換して照度を測定する照度測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、このような照度測定装置では、平面に入射する光束、つまり、平面照度Ｅ＝ｄΦ／ｄＡを計測するものである。ここで、ｄΦは平面ｄＡに入射する光束を計測するものである。このため、光度標準光源を用いて校正できる利点があるが、空間照度を測定することはできない。
これに対して、空間照度を測定できる空間照度測定装置として、蛍光材料を含む波長変換素子を棒状やＵ字形状した空間照度測定装置が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。

特開平６−３１７４６３号公報（第２−３頁、第１図） 実開平５−９３９３２号公報（第３−４頁、第１図） 特開２００１−２１４１３号公報（第２−４頁、第１図）

しかし、波長変換素子を棒状やＵ字形状した空間照度測定装置では、空間照度の相対値を測定することは可能であるが、空間照度の校正方法が無いため、空間照度の絶対値を測定することができないという問題がある。このため、空間照度の絶対値を測定できる空間照度測定装置が求められている。

本発明の課題は、空間照度の絶対値を測定することにある。

本発明の空間照度測定装置は、一方の端部が閉塞され、他方の端部が開口された紫外線透過性を有する筒状の容器に、受光した紫外線を可視光に変換する波長変換材料を充填して形成した受光部と、容器の開口された端部の外周面に取り付けられるシールグラウンドと、受光部からの可視光に基づいて紫外線の照度又は照度に対応する値を検出する検出部と、波長変換材料と光学的に接続されて波長変換材料からの可視光を検出部に伝達する光ファイバーと、光ファイバーの波長変換材料側の端部に取り付けられる閉塞部材を備え、閉塞部材には、容器の開口された端部を挿入して閉塞するとともに、シールグラウンドと螺合して容器が取り付けられる有底穴が形成されている構成とすることにより上記課題を解決する。

このような構成とすることにより、波長変換材料を充填した容器に代えて、波長変換材料を充填していない容器内に光感受性化合物を予め設定した量入れて閉塞部材に取り付け、紫外線を照射したときの、この光感受性化合物の壊変量を測定することにより空間照度の校正を行うことが可能となる。したがって、空間照度の絶対値を測定できる。

また、容器の開口された端部には、この端部の内側に対応する太さの柱状の可視光伝達部材が挿入されており、この可視光伝達部材は、波長変換材料からの可視光を光ファイバーに伝達するとともに、波長変換材料を容器内に封入する栓となる構成とする。このような構成とすることにより、可視光伝達部材により波長変換材料を容器内に充填した状態に確実に固定でき、かつ、波長変換材料で生じた可視光を確実に光ファイバーに伝達できるため、構成を簡素化しながら空間照度の絶対値の測定精度を向上できる。加えて、可視光伝達部材は、容器を形成した材料よりも光の屈折率が大きい材料を用いた構成とする。これにより、可視光伝達部材によって伝達される可視光が容器の内壁面で全反射し、可視光の伝達効率を向上できる。

さらに、容器が、紫外線透過性を有し、照度を測定する紫外線ランプを挿入した管に対応する形状の管に挿入されている構成とする。これにより、紫外線ランプを挿入した管の表面に付着した汚れを除去するワイパー機構を利用して、容器が挿入された管の表面に付着した汚れを除去できる。したがって、容器の外表面に汚れが付着することにより、空間照度の絶対値の測定精度が低下するのを抑制できる。

また、空気より屈折率の大きい媒質が、容器が挿入された管内に充填された構成とする。紫外線は、より密な媒質である容器や管の壁からより粗な媒質である管内の空気に進むとき、管の壁の面に対する入射角が所定の角度以上となる紫外線は、管の壁内で全反射するため、管内に進入しない。このため、波長変換素子に全ての紫外線が入射し難くいため、必要な測定精度が得られない場合がある。しかし、容器が紫外線透過性を有する管に挿入されている場合、この管内に、空気より屈折率の大きい媒質が充填されていれば、全反射を抑制できるため、ほとんどの紫外線を容器内に進入させることができ、空間照度の絶対値の測定精度を向上できる。

さらに、本発明の紫外線処理装置は、複数の紫外線ランプと、これら複数の紫外線ランプに囲まれた位置に設置された空間照度測定装置とを備え、この空間照度測定装置として上記のいずれかの空間照度測定装置を備えた紫外線処理装置。このような構成の紫外線処理装置とすれば、空間照度の絶対値を測定できることにより、紫外線処理装置の紫外線の照射処理の精度を向上できる。

また、本発明の空間照度の校正方法は、上記のような構成の空間照度測定装置を囲んだ状態で複数の校正用の紫外線ランプを設置して、これら複数の校正用の紫外線ランプを予め設定した異なる電力で点灯させたときの各電力に対応する照度又は照度に対応する数値を検出部で検出し、さらに、波長変換材料を充填した容器に代えて、この容器と同一の形状及び材質で、光感受性化合物を予め設定した量入れた容器を閉塞部材に取り付け、複数の校正用の紫外線ランプを前記予め設定した異なる電力で点灯させたときの各電力に対応する紫外線吸収による光感受性化合物の壊変量に基づいて各電力に対応する照度の絶対値を検出し、検出部で検出した数値と光感受性化合物の壊変量に基づいて検出した照度の絶対値との関係を求める校正方法とする。これにより、空間照度の校正が可能となるため、空間照度の絶対値を測定できる。

本発明によれば、空間照度の絶対値を測定できる。

以下、本発明を適用してなる空間照度測定装置及び空間照度の校正方法の一実施形態について図１乃至図８を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる空間照度測定装置の受光部側の部分の概略構成を示す断面図である。図２は、本発明を適用してなる空間照度測定装置の検出部側の部分の概略構成を示す断面図である。図３は、本発明を適用してなる空間照度測定装置を備えた紫外線処理装置の概略構成を示す断面図である。図４は、本発明を適用してなる紫外線処理装置の概略構成を示す上面図である。図５は、本発明を適用してなる紫外線処理装置のワイパー機構の、保護管を払拭するワイパー部分の概略構成を示す断面図である。図６は、本発明を適用してなる空間照度測定装置において、校正時に、光感受性化合物を入れた容器を閉塞部材に取り付けた状態を示す断面図である。図７は、図６のVII−VII線からの矢視断面図である。図８は、本発明を適用してなる空間照度の校正方法における光感受性化合物によって測定した空間照度と光電変換アンプ電圧の測定値との関係の一例を示す図である。

本実施形態の空間照度測定装置１は、図１に示すように、紫外線を可視光に変換する受光部３、受光部３を形成するために波長変換材料３ａが充填される容器５、受光部３の波長変換材料３ａからの可視光を伝達するための光ファイバー７、光ファイバー７の受光部３の波長変換材料３ａと光学的に接続される側の端部に取り付けられた閉塞部材９などを備えている。さらに、本実施形態の空間照度測定装置１は、波長変換材料３ａで生じた可視光を光ファイバー７に伝達するための可視光伝達部材１０が設けられている。

また、本実施形態の空間照度測定装置１は、図２に示すように、光ファイバー７の波長変換材料３ａと光学的に接続される側の端部とは反対側の端部が接続され、光ファイバー７で伝達されてきた可視光を、この可視光の強度に対応する電圧値、つまり、紫外線の照度に対応する電圧値に変換する光電変換アンプ１１などを備えている。この光電変換アンプ１１が、本実施形態における紫外線の照度又は照度に対応する値を検出する検出部となる。加えて、本実施形態の空間照度測定装置１は、図２及び図３に示すように、波長変換材料３ａ、容器５、閉塞部材９、そして、可視光伝達部材１０などからなる紫外線センサー１２や、光ファイバー７などを挿入した状態で設置される保護管１３なども備えている。

受光部３を形成する波長変換材料３ａは、図１に示すように、容器５の閉塞された端部側に充填された粉末状の波長変換ガラスである。本実施形態の波長変換材料３ａとなる波長変換ガラスは、１種又は複数の蛍光材料を石英ガラスなどに混合した蛍光ガラスを主材料としたものである。波長変換材料３ａとなる蛍光材料は、紫外線ランプからの紫外線を可視光に変換する、例えば遷移金属蛍光体、希土類蛍光体、芳香族化合物、タングステン酸塩など、具体的には、例えばナフタレン、アントラセン、タングステン酸マグネシウム、硫化亜鉛、イットリウム化合物などの種々の蛍光材料から適宜選択することができる。

このように、容器５の波長変換材料３ａが充填された部分が紫外線を受光する受光部３となる。なお、本実施形態の空間照度測定装置１は、波長変換材料３ａとなる粉末状の波長変換ガラスを容器５に充填した状態で用いる。しかし、容器５に波長変換材料３ａとなる粉末状の波長変換ガラスを充填した後、加熱処理を行い、粉末状の波長変換ガラスを溶融して固化させて用いることもできる。また、波長変換材料は、蛍光材料をアクリルやポリカーボネートなどの合成樹脂などを混合して形成することもできる。

容器５は、一方の端部が開口し、他方の端部が閉塞された円筒状の容器であり、紫外線透過性の材料、例えば石英ガラスやテフロン（登録商標）樹脂などで形成されている。本実施形態の容器５では、閉塞された側の端部は半球状に形成されている。そして、容器５には半球状の閉塞された端部側に波長変換材料３ａが充填された状態となっている。一方、容器５の開口された端部側には、容器５の内径と同じ径の円柱状の可視光伝達部材１０が挿入されている。本実施形態では、可視光伝達部材１０は、容器５内の波長変換材料３ａが充填された部分以外の空間を埋めるような長さに形成されている。そして、可視光伝達部材１０の波長変換材料３ａと接触する側と反対側の端部、つまり、容器５の開口側に位置する端部が光ファイバー７の端部と光学的に接続されている。なお、本実施形態の可視光伝達部材１０は、容器５を形成した材料よりも光の屈折率が大きい光透過性の材料、例えば容器５が石英ガラスの場合、ゲルマニウムやリンなどを混ぜて屈折率を高めたガラスなどで形成されている。

光ファイバー７は、透明なガラス製又は合成樹脂製であり、光ファイバー７を保護する保護チューブ１５で覆われて光ファイバーコード１６となっている。保護チューブ１５の一方の端部つまり光ファイバー７の一方の端部には閉塞部材９が、保護チューブ１５の他方の端部つまり光ファイバー７の他方の端部には、図２に示すように、光電変換アンプ１１に光学的に接続するための入射フェルール１７が、各々取り付けられている。本実施形態の保護チューブ１５は、紫外線耐性や防食性などを有するステンレス製である。しかし、光ファイバーコード１６を形成するための保護チューブは、光ファイバー７を保護すると共に紫外線耐性や防食性などを有していれば、様々な金属製チューブ又は合成樹脂製チューブなどを用いることができる。

閉塞部材９は、ステンレス鋼や紫外線耐性や防食性などを有する合成樹脂などで形成したもので、円柱状の部分の一方の面の中央部分に２段階に細い径となる円柱状の突起９ａ、９ｂが、他方の面に容器５の開口された端部側を挿入可能な円形の有底穴９ｃとが、各々円柱状の部分の各面と同軸で形成されている。また、閉塞部材９の突起９ｂの端面にも、この端面の中央部分に、有底穴９ｃの底面で開口する円形の貫通穴９ｄが円柱状の部分の面と同軸で形成されている。さらに、閉塞部材９の有底穴９ｃは、開口側の部分よりも底側の部分の方が、径が小さくなっており、開口側の部分よりも底側の部分との間に段部９ｅが形成されている。また、閉塞部材９の有底穴９ｃの開口側の部分の内周面及び貫通穴９ｄの内周面、さらに、突起９ｂの外周面には、各々、ねじが切られている。

容器５の開口側の端部には、この開口側の端部の外周面を覆う略筒状のシールグラウンド１９が、この外周面に密着した状態で取り付けられている。シールグラウンド１９は、ステンレス鋼や紫外線耐性や防食性などを有する合成樹脂などで形成したもので、容器５の開口側と反対側に位置する端部が鍔状に張り出した形状になっている。容器５の開口側の端部の端面は、シールグラウンド１９から突出した状態になっている。そして、閉塞部材９に形成された容器５の開口された端部に対応する形状の有底穴９ｃは、容器５の開口された端部とシールグラウンド１９を嵌合可能な形状、大きさに形成されている。さらに、シールグラウンド１９の外周面には、閉塞部材９の有底穴９ｃの開口側の部分の内周面に切られたねじに対応するねじが切られている。

そして、容器５は、容器５の開口された端部のシールグラウンド１９から突出した部分の大きさに対応するＯリング２１をこの部分の外周面に装着した状態で、シールグラウンド１９の外周面のねじと閉塞部材９の有底穴９ｃの開口側の部分の内周面のねじとを螺合させることにより、容器５の開口された端部とシールグラウンド１９が閉塞部材９の有底穴９ｃの開口側の部分に嵌合され、閉塞部材９に着脱可能に取り付けられる。このとき、シールグラウンド１９の容器５の開口側の端面と閉塞部材９の有底穴９ｃの段部９ｅとの間にＯリング２１が挟み込まれた状態となる。

光ファイバーコード１６の閉塞部材９側の端部、つまり、光ファイバー７の閉塞部材９側の端部には、保護チューブ１５を覆った状態で外周面にねじが切られた筒状のねじ部２３が設けられている。ねじ部２３には、閉塞部材９の貫通穴９ｄの内周面に切られたねじに対応するねじが切られている。そして、保護チューブ１５で覆われた光ファイバー７の閉塞部材９側の端部の端面は、ねじ部２３から突出した状態になっている。本実施形態のねじ部２３は、ステンレス鋼や紫外線耐性や防食性などを有する合成樹脂製である。しかし、光ファイバーコード１６のねじ部は、外周面にねじを切ることができ、紫外線耐性や防食性などを有していれば、様々な金属又は合成樹脂などを用いて形成することができる。

そして、閉塞部材９の貫通穴９ｄに光ファイバーコード１６のねじ部２３を螺合させることで、光ファイバーコード１６の端部つまり光ファイバー７の端部に閉塞部材９を取り付けることができる。このとき、光ファイバーコード１６のねじ部２３のねじが切られた外周面にシール材を塗布して閉塞部材９の貫通穴９ｄに螺合する。これにより、容器５内へ湿気が侵入しないようシールした状態で光ファイバーコード１６の端部に閉塞部材９を取り付けることができる。なお、シール材を塗布する代わりにシールテープなどを巻くことなどもできる。

このように、光ファイバーコード１６の端部に取り付けられた状態の閉塞部材９と容器５を連結すると、シールグラウンド１９の容器５の開口側の端面と閉塞部材９の有底穴９ｃの段部９ｅとの間にＯリング２１が挟み込まれるため、容器５は、閉塞部材９に気密に取り付けられた状態となる。このため、容器５内へ湿気が侵入するのを防ぐことができ、容器５内への湿気の侵入による照度の測定精度の低下を抑制している。なお、本実施形態では、容器５の内部には、乾燥空気又は窒素ガスが満たされた状態になっている。また、このとき、光ファイバー７は、閉塞部材９の中心軸に沿って延在し、光ファイバー７の端面は、容器５の開口された端部に挿入されている可視光伝達部材１０の端面に当接し、光ファイバー７と可視光伝達部材１０とが光学的に接続された状態となる。

閉塞部材９は、閉塞部材９の突起９ｂの外周面に切られたねじに対応するねじが一方の端部の内周面に切られた直管状の閉塞部材支持ロッド２５の一方の端部に取り付けられている。つまり、閉塞部材支持ロッド２５の内径は、閉塞部材９の突起９ｂの外径に対応する径になっており、閉塞部材支持ロッド２５の内周面のねじに閉塞部材９の突起９ｂの外周面のねじを螺合させることで、閉塞部材９は、閉塞部材支持ロッド２５の一方の端部に取り付けられている。閉塞部材支持ロッド２５は、紫外線耐性や防食性などを有するステンレスなどの金属や合成樹脂などで形成したもので、閉塞部材９が取り付けられたとき、閉塞部材支持ロッド２５の環状の一方の端部の端面は、閉塞部材９の突起９ａの、突起９ｂの周囲の端面に当接する。なお、光ファイバーコード１６は、直管状の閉塞部材支持ロッド２５内に挿通されている。

ところで、本実施形態の空間照度測定装置１は、図２及び図３に示すように、光ファイバーコード１６の光ファイバー７で伝達されてきた可視光を対応する電圧値に変換する光電変換アンプ１１や、紫外線センサー１２、光ファイバーコード１６、そして、閉塞部材支持ロッド２５などを挿入した状態で設置される保護管１３なども備えている。波長変換材料３ａ、容器５、閉塞部材９、そして、可視光伝達部材１０などからなる紫外線センサー１２は、直管状の保護管１３のほぼ中央部に位置しており、光ファイバーコード１６や閉塞部材支持ロッド２５などは、保護管１３の光電変換アンプ１１が設置された側の端部に向かって延在している。そして、閉塞部材支持ロッド２５は、保護管１３に同軸に挿入されている。保護管１３は、紫外線透過性の材料、例えば石英ガラスやテフロン（登録商標）樹脂などで形成されている。なお、本実施形態の保護管１３は、空間照度測定装置１を設置する紫外線処理装置に設けられた紫外線ランプを挿入する保護管と同じ形状、大きさのものが用いられている。

閉塞部材支持ロッド２５の他方の端部は、保護管１３の光電変換アンプ１１が設置された側の端部に設けられた閉塞部材支持ロッド固定座２７に固定されている。閉塞部材支持ロッド固定座２７は、紫外線耐性や防食性などを有するステンレスなどの金属や合成樹脂などで形成したもので、片方の端部が閉塞された断面が凹形状の円筒状の部材である。閉塞部材支持ロッド固定座２７は、保護管１３の光電変換アンプ１１が設置された側の端部に取り付けられた略筒状の保護管スリーブシールナット２９の端部に被せた状態で設置されている。

保護管スリーブシールナット２９は、紫外線耐性や防食性などを有するステンレスなどの金属や合成樹脂などで形成したもので、保護管１３の光電変換アンプ１１が設置された側の端部の外周面を覆い、この保護管１３の端部の端面よりも突出した状態で保護管１３の端部に取り付けられている。そして、閉塞部材支持ロッド固定座２７は、保護管スリーブシールナット２９の保護管１３の端面よりも突出した側の端部に被せた状態で設置されている。閉塞部材支持ロッド２５は、閉塞部材支持ロッド２５の端部が、このような保護管スリーブシールナット２９を介して保護管１３に取り付けられた閉塞部材支持ロッド固定座２７の端部を閉塞する円形の壁の面の中心部に形成された貫通穴に挿入され、この円形の壁の面に対して垂直に延在する状態で固定されている。これにより、閉塞部材支持ロッド固定座２７に閉塞部材支持ロッド２５を介して固定された紫外線センサー１２は、この紫外線センサー１２の保護管１３への着脱を繰り返しても、容器５に充填した波長変換材料３ａからなる受光部３に入射する光量が一定になるようになっている。

本実施形態の検出部となる光電変換アンプ１１は、閉塞部材支持ロッド固定座２７の円形の壁の外面側に固定リブ３１を介して固定されている。光ファイバーコード１６の紫外線センサー１２と反対側の端部には、光ファイバー７を光電変換アンプ１１に光学的に接続するための入射フェルール１７が設けられている。入射フェルール１７は、閉塞部材支持ロッド２５の紫外線センサー１２と反対側の端部の開口を閉塞する栓３３に挿通された状態で閉塞部材支持ロッド２５内から外に突出し、光電変換アンプ１１に接続され、光電変換アンプ１１内に設置されている図示していない可視光受光素子、例えば可視光用シリコンフォトダイオードや光電管などと光学的に接続されている。

光電変換アンプ１１は、前述のように、図示していない可視光受光素子や、この可視光受光素子で発生した電気信号を増幅する図示していない増幅回路、光電変換アンプ１１に電力を供給するための電源ケーブルや紫外線ランプの照度又は紫外線ランプの照度に対応する電圧値などを表示するための図示していない表示器などに電気信号を出力するための出力ケーブルなどをまとめたケーブル３５などを有している。

ここで、空間照度測定装置１の設置例として、水中の微生物の殺滅や有機物質の酸化処理を行なう紫外線処理装置３７に設置した場合について説明する。紫外線処理装置３７は、図３及び図４に示すように、被処理水が通流する縦型の処理槽３９中に、処理槽３９の延在方向に沿ってつまり縦方向に直管状のランプ保護管４１内に挿入された状態の紫外線ランプ４３が複数設置されている。ランプ保護管４１は、保護管１３と同様に、紫外線透過性の材料、例えば石英ガラスやテフロン（登録商標）樹脂などで形成されており、ランプ保護管４１と保護管１３とは、同じ形状及び大きさのものである。処理槽３９は、防食性の材料、例えばステンレスやアルミニウムなどの金属などで形成され、両端部にフランジを有する略円筒状の胴部３９ａの上部開口及び底部開口を円盤状の天板３９ｂ及び底板３９ｃをフランジにボルト４５などによって固定することで、略円筒状の胴部３９ａの両端部の開口を閉塞した構造になっている。

天板３９ｂ及び底板３９ｃには、各々の対応する位置に、天板３９ｂ及び底板３９ｃの中心軸を囲む２重の同心円を描く位置に等間隔で複数の円筒状のニップル４７が、天板３９ｂ及び底板３９ｃを貫通し、天板３９ｂ及び底板３９ｃから外側に突出した状態で設置されている。天板３９ｂ及び底板３９ｃの対応する位置にある各々のニップル４７内にランプ保護管４１の端部が挿入され、ニップル４７及びランプ保護管４１の端部の面にＯリング４９を押しつけた状態で、ニップル４７の天板３９ｂ及び底板３９ｃから外側に突出した端部に、断面が凹字形状のシールナット５１が被せてある。これにより、ランプ保護管４１内は、湿気などの進入を防ぐように気密に密閉された状態になっている。なお、ランプ保護管４１に挿入された紫外線ランプ４３は、シールナット５１内の空間に設置された図示していないソケットなどに口金が接続されることで、ランプ保護管４１内に支持されている。

一方、天板３９ｂ及び底板３９ｃの中心軸の位置にも、図２及び図３に示すように、各々、円筒状のニップル４７が、天板３９ｂ及び底板３９ｃを貫通し、天板３９ｂ及び底板３９ｃから外側に突出した状態で設置されている。この天板３９ｂ及び底板３９ｃの中心軸の位置に設置されたニップル４７内には、空間照度測定装置１の保護管１３の端部が挿入されている。天板３９ｂに設けられたニップル４７では、ニップル４７の端面及び保護管１３のニップル４７から突出した端部の部分の外周面にＯリング４９を押しつけた状態で、このニップル４７の天板３９ｂから外側に突出した端部に、円筒状の保護管スリーブシールナット２９が取り付けられ、保護管スリーブシールナット２９に閉塞部材支持ロッド固定座２７が被せてある。底板３９ｃに設けられたニップル４７では、ランプ保護管４１の場合と同様に、Ｏリング４９を押しつけた状態でシールナット５１が被せてある。

このように、紫外線処理装置３７には、図３に示すように、上下方向に延在する複数本の紫外線ランプ４３に囲まれた状態で、空間照度測定装置１が設置されている。また、紫外線処理装置３７は、処理槽３９の下端部側と上端部側に、各々、被処理水を処理槽３９に流入させるための流入口部３９ｄ、被処理水を処理槽３９から流出させるための流出口部３９ｅを有し、さらに、天板３９ｂの外面側を覆うカバー３９ｆ、処理槽３９を支持する台座部５３、図示していない紫外線ランプ４３の点灯の制御部などを有している。また、本実施形態の紫外線処理装置３７は、図３及び図５に示すように、ランプ保護管４１及び空間照度測定装置１の保護管１３の外表面に汚れなどが付くことにより紫外線の照射能力や照度の測定精度が低下するのを防ぐため、図示していない駆動部により、処理槽３９内を上下動してランプ保護管４１及び空間照度測定装置１の保護管１３の外表面の汚れを払拭するワイパー５５を有するワイパー機構を備えている。

ワイパー機構のワイパー５５は、弾性を有すると共に紫外線耐性や防食性などを有するゴムなどの樹脂や合成樹脂などで形成されており、ランプ保護管４１及び空間照度測定装置１の保護管１３の外表面に接触する環状に形成されている。なお、ワイパー機構のワイパーは、ステンレスブラシなど適宜の材料で形成することもできる。また、ワイパー機構のワイパー５５は、図示していない駆動部に連結されて処理槽３９内を上下動するワイパー保持フレーム５７によって保持されている。ワイパー機構のワイパー保持フレーム５７は、紫外線耐性や防食性などを有するステンレスなどの金属や合成樹脂などで形成されている。このように、本実施形態の空間照度測定装置１では、紫外線処理装置３７に設置されたランプ保護管４１に対応する形状の保護管１３を用いており、紫外線処理装置３７に空間照度測定装置１の保護管１３をランプ保護管４１と平行に設置している。このため、紫外線処理装置で一般的に用いられているワイパー機構を利用して、空間照度測定装置１の保護管１３の外表面の汚れなどを払拭することができる。

このような本実施形態の空間照度測定装置１の動作や校正方法、本発明の特徴部などについて説明する。紫外線処理装置３７の紫外線ランプ４３から照射される紫外線は、空間照度測定装置１の保護管１３そして容器５を透過し、受光部３の波長変換材料３ａに入射する。受光部３の波長変換材料３ａは、蛍光材料の紫外線励起により発光し、これにより受光部３に入射した紫外線は可視光に変換される。波長変換材料３ａで発生した可視光は、可視光伝達部１０を介して光ファイバー７へ入射し、光ファイバーコード１６の光ファイバー７を通って光電変換アンプ１１へ伝達される。このとき、可視光伝達部１０は、容器５を形成した材料よりも光の屈折率が大きい光透過性の材料で形成されているため、可視光伝達部材１０を伝わる可視光が容器５の内壁面で全反射し、可視光の伝達効率を向上している。

光電変換アンプ１１に伝達された可視光は、図示していない可視光受光素子によって可視光の照度、すなわち紫外線の照度に応じた電気信号として、図示していない紫外線照度指示計に出力される。本実施形態の光電変換アンプ１１は、紫外線処理装置３７が有する紫外線ランプ４３の紫外線照射による紫外線の空間照度に応じた値の電圧を電気信号として出力する。このとき、本実施形態の空間照度測定装置１は校正が行われているため、空間照度測定装置１が出力する電圧値は、紫外線の空間照度の絶対値に対応するものである。

ここで、紫外線殺菌装置や促進酸化装置などの紫外線処理装置における紫外線の照射量は、例えば紫外線処理装置３７の場合、処理槽３９内の体積平均照度（Ｗ／ｍ^２）＊照射時間（秒）により算出される。体積平均照度は、空間照度を処理槽３９内の全体積で平均したものであるため、体積平均照度を求めるには、空間照度の絶対値を測定する必要がある。そして、空間照度の絶対値を測定するためには、空間照度測定装置を校正する必要がある。空間照度は、微小球体の表面積をｄＳとし、この表面積ｄＳに入射する紫外線光束をｄΦとすれば、空間照度＝ｄΦ／ｄＳで表されるため、空間照度測定装置を校正するには、微小球体へ入射する光量を測定する必要がある。

また、空間照度測定装置１の受光部３の形成に用いた波長変換材料３ａである蛍光ガラスは、紫外線を吸収して可視光を発するが、その総合変換率は、紫外線センサー１２の構造や形態、さらに、波長変換材料３ａと可視光伝達部材１０、可視光伝達部材１０と光ファイバー７、光ファイバー７と光電変換アンプ１１などの接続損失のばらつきにより個体差が生じる。こような、個体差が存在しても、信頼がおける空間照度の絶対値を測定できるようにするためにも、校正の必要がある。

本実施形態の空間照度測定装置１では校正が可能であるが、その校正は以下のような方法で行われる。紫外線処理装置３７の構成と同様の複数本の校正用の紫外線ランプ、望ましくは４本以上の紫外線ランプを設置した校正用紫外線照射槽を準備する。紫外線処理装置３７への空間照度測定装置１の設置方法と同様に、この校正用紫外線照射槽に、保護管１３に紫外線センサー１２を挿入した空間照度測定装置１を、紫外線センサー１２が複数本の紫外線ランプに囲まれた状態で設置する。そして、紫外線ランプの電力を４段階、例えば７２Ｗ、５７Ｗ、５０Ｗ、４２Ｗといったように変化させ、各電力に対応する空間照度測定装置１の光電変換アンプ１１での電圧値を測定する。

続いて、空間照度測定装置１の閉塞部材支持ロッド固定座２７を取り外して保護管１３から紫外線センサー１２を取り出し、図６及び図７に示すように、紫外線センサー１２の閉塞部材９から、波長変換材料３ａを充填し、可視光伝達部材１０を挿入した容器５、及び光ファイバーコード１６を取り外す。そして、容器５に代えて、容器５と同一の形状及び材質で、紫外線の照射により壊変する光感受性化合物５９、例えばウリジン又はロ−ズベンガルなどを予め設定した量張り込んだ容器６１を閉塞部材９に取り付ける。このような容器６１を閉塞部材９に取り付けた紫外線センサー１２を、再び保護管１３に挿入して設置する。

このとき、閉塞部材支持ロッド２５を介して閉塞部材支持ロッド固定座２７に連結された紫外線センサー１２は、閉塞部材９に取り付けた容器の内容物や光ファイバーコード１６のあるなしなどに関わらず、保護管１３内の同じ位置つまり校正用紫外線照射槽内の同じ位置に来る。なお、ウリジン又はロ−ズベンガルなどの光感受性化合物５９を容器６１内に張り込む量は、入射角７１度以下の紫外線が全量入射できる量として設定されたものである。

この状態で、空間照度測定装置１の紫外線センサー１２に波長変換材料３ａを充填した容器５と光ファイバーコード１６を取り付けていたときと同様に、校正用紫外線照射槽に設置した紫外線ランプを、４段階の電力、例えば７２Ｗ、５７Ｗ、５０Ｗ、４２Ｗと変化させて点灯し、各電力における照射時間を変化させて光感受性化合物５９の壊変量を測定する。そして、光感受性化合物５９がウリジンであるとすると、照射時間をｔ、照射時間ｔ＝０秒におけるウリジン濃度をＣ_０、照射時間ｔ秒後のウリジン濃度をＣ_ｔとしたとき、照射時間ｔを横軸に、ｌｏｇ（Ｃ_ｔ／Ｃ_０）を縦軸にプロットすると直線が得られるので、その勾配を求め、次式（１）により空間照度測定装置１の容器６１表面での空間照度を算出する。

−ｌｏｇ（Ｃ_ｔ／Ｃ_０）＝φ_ｕ・ε_ｕ＊Ｉ_ａｖ＊ｔ ・・・（１）

なお、φ_ｕは、ウリジンの量子収率（４.０３４＊１０^−８ｍｏｌウリジン／Ｊ）、ε_ｕは、ウリジンのモル吸光係数（８４１ｍ^２／ｍｏｌウリジン）、Ｉ_ａｖは、容器６１に占めるウリジン溶液内の空間照度の平均値である。

容器６１の表面への平均入射照度をＩ_０、吸収されずに容器６１を透過する照度をＩとすると、Ｉ_ａｖは、Ｉ_０とＩの対数平均照度として次式（２）より求めることができる。

Ｉ_ａｖ＝（Ｉ_０−Ｉ）／２.３０３ｌｏｇ（Ｉ_０／Ｉ） ・・・（２）

さらに、Ｂｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔの法則より、Ｉ／Ｉ_０＝１０^−αｄ、Ｉ_０−Ｉ＝Ｉ_０（１−１０^−αｄ）を式（２）に代入して、次式（３）が得られ、容器６１の表面への平均入射照度Ｉ_０を求めることができる。

Ｉ_０／Ｉ_ａｖ＝２.３０２αｄ／（１−１０^−αｄ） ・・・（３）

このような校正方法によって、ウリジンにより測定した容器６１の表面への平均入射照度と光電変換アンプ１１で検出した電圧との関係を求めた結果の一例を図８に示す。本実施形態の空間照度測定装置１では、このような校正方法によって、図８のような容器６１の表面への平均入射照度と光電変換アンプ１１で検出した電圧のような検出部で検出した数値との関係が得られるため、光電変換アンプ１１のような検出部によって検出した数値から得られる空間照度の値を校正できる。

このように、本実施形態の空間照度測定装置１では、波長変換材料３ａを容器５に充填することで受光部３を形成している。さらに、容器５は、容器５の開口された端部を閉塞する閉塞部材９に着脱可能に取り付けられている。このため、波長変換材料３ａを充填した容器５に代えて、光感受性化合物５９を予め設定した量入れた容器５と同一の形状及び材質の容器６１を取り付け、紫外線を照射したときの光感受性化合物５９の壊変量を測定することにより空間照度の校正を行うことが可能となり、空間照度の絶対値を測定できる。

ところで、紫外線を可視光に変換して紫外線の照度を測定する照度測定装置として、蛍光ガラスファイバーなどで形成された棒状の波長変換素子を用いることが考えられ、また、提案されている。しかし、棒状の波長変換素子は、折れ易く、破損し易いという欠点がある。これに対して、本実施形態の空間照度測定装置１では、波長変換材料３ａを容器５に充填することで受光部３を形成しており、破損し易い波長変換素子を用いる必要がない。さらに、容器５の閉塞部材９への着脱を行うことによる紫外線センサー１２の破損が生じ難い。

さらに、本実施形態の空間照度測定装置１では、容器５の開口された端部には、この端部の内側に対応する太さの柱状の可視光伝達部材１０が挿入されている。そして、可視光伝達部材１０は、波長変換材料３ａからの可視光を光ファイバーに伝達する機能とともに、波長変換材料３ａを容器５内に封入する栓としての機能も果たす。このため、可視光伝達部材１０により波長変換材料３ａを容器５内に充填した状態に確実に固定でき、かつ、波長変換材料３ａで生じた可視光を確実に光ファイバーに伝達できる。したがって、構成を簡素化しながら空間照度の絶対値の測定精度を向上できる。

加えて、本実施形態の空間照度測定装置１の可視光伝達部材１０は、容器５を形成した材料よりも光の屈折率が大きい材料を用いて形成したものである。したがって、可視光伝達部材１０を伝わる可視光が容器５の内壁面で全反射するため、可視光の伝達効率を向上でき、空間照度の絶対値の測定精度をより向上できる。

さらに、本実施形態の空間照度測定装置１では、波長変換材料３ａを充填した容器５が、紫外線ランプ４３を挿入したランプ保護管４１に対応する形状の保護管１３に挿入されている。このため、紫外線ランプ４３のランプ保護管４１の外表面に付着した汚れを除去するワイパー５５を有するワイパー機構を利用して、保護管１３の外表面に付着した汚れを除去できる。したがって、保護管１３が容器５の外表面への汚れ付着を防ぎ、また、保護管１３の外表面に付着した汚れをワイパー機構により除去できる。これにより、空間照度の絶対値の測定精度の低下を抑制できる。ただし、紫外線を照射する処理対象が汚れの付着などが起こる物でない場合などは、保護管１３を設けていない構成にすることもできる。

さらに、波長変換材料と光ファイバーの光学的な接続においては、光パワーの損失ができるだけ小さいこと、着脱が容易なこと、着脱を繰り返しても損失がほとんど変化しないことなどが要求される。これに対して、本実施形態の空間照度測定装置１では、容器５を閉塞するための閉塞部材９に形成された有底穴９ｃにシールグラウンド１９によって可視光伝達部材１０を挿入した容器５を螺合させて取り付け、閉塞部材９に形成された貫通穴９ｄに光ファイバーコード１６に設けられたねじ部２３を螺合させて取り付けることで、波長変換材料３ａと光ファイバー７を、光パワーの損失ができるだけ小さい状態で光学的に接続することができる。また、容器５、６１や光ファイバー７の閉塞部材への着脱を容易にでき、着脱を繰り返しても損失がほとんど変化しない。

加えて、校正を行うために紫外線センサー１２を着脱したとき、着脱によって紫外線センサー１２の位置が変わらないようにできることも、校正の精度を向上する上で重要である。これに対して、本実施形態の空間照度測定装置１では、紫外線センサー１２は、閉塞部材９によって閉塞部材支持ロッド２５の一方の端部に取り付けられている。そして、閉塞部材支持ロッド２５の他方の端部には、閉塞部材支持ロッド固定座２７が取り付けられている。この閉塞部材支持ロッド固定座２７は、位置が変化することがない紫外線処理装置３７の天板３９ｂといったような位置が変化することがない部材に固定されたニップル４７といった部材に、本実施形態では保護管スリーブシールナット２９などを介して取り付けられている。したがって、校正を行うために紫外線センサー１２を着脱しても、紫外線センサー１２の位置は変わることがなく、校正の精度を向上できる。

ところで、本発明を適用してなる空間照度測定装置では、本実施形態の空間照度測定装置１のように保護管１３に紫外線センサー１２つまり容器５を挿入した構成となる場合がある。しかし、保護管１３内が空気の場合、紫外線は密な媒質、例えば石英などで形成された保護管１３の壁から粗な媒質である保護管１３内の空気に進むことになる。このため、保護管１３の壁の面に対する入射角が４９度以上では全反射が起こり、入射角４９度以上の紫外線は、保護管１３内に入射しないことになる。このため、受光部３で受光する紫外線は、実際の紫外線の照射量よりも少なくなり、測定した紫外線の空間照度も実際よりも小さくなる。

このように測定した空間照度が真の空間照度より小さくなることが測定精度上の問題となる場合、測定した空間照度が真の空間照度より小さくなるのを防ぐため、保護管１３のような管内に、屈折率が空気より大きく、かつ、紫外線感受性のない媒質、例えば純水や石英の粉などを充填する。これにより、紫外線の全反射が抑制され、ほとんどの紫外線が容器を挿入した管内に進入できるようになるため、空間照度の絶対値の測定精度を向上できる。

さらに、例えば紫外線処理装置３７のような、通流する被処理水３１中の微生物の殺滅や有機物の酸化などを行なう流水型の紫外線処理装置などでは、運転管理指標として、複数の紫外線ランプ４３から照射される紫外線の総合照度つまり空間照度の絶対値を計測することが重要である。しかし、従来の紫外線照度計では、紫外線受光素子の受光面にほぼ垂直に紫外線を入射させる必要があるため、各紫外線ランプ毎に紫外線受光素子を設置しなければならず、紫外線の空間照度の絶対値を計測することはできない。

これに対して、本実施形態の紫外線処理装置３７は、複数の紫外線ランプ４３に囲まれた位置に空間照度測定装置１を備えている。このため、空間照度測定装置１によって紫外線処理装置３７に設置された複数の紫外線ランプ４３から照射される紫外線の空間照度の絶対値を計測できる。したがって、空間照度の絶対値を測定して監視することができ、紫外線処理装置の紫外線の照射処理の精度を向上できる。

また、可視光伝達部材を内包する容器を閉塞するための閉塞部材の形状や、可視光伝達部材や光ファイバーを閉塞部材に取り付けるための構造などは、本実施形態の閉塞部材９のような形状や、シールグラウンド１９などを用いた構造に限らず、可視光伝達部材や光ファイバーを光学的に接続した状態で取り付けることができ、容器の開口を閉塞できれば様々な形状や構造にできる。

このように、本発明を適用してなる空間照度測定装置は、波長変換材料を充填した容器、この容器の開口側の端部に閉塞部材を備え、容器が閉塞部材に着脱可能に取り付けられているとともに、波長変換材料と光ファイバーとが光学的に接続されていれば、様々な構成にできる。

また、本実施形態では、被処理水中の微生物の殺滅や有機物の酸化処理を行なう縦型の紫外線処理装置３７に本実施形態の照度測定装置１を設置した場合を例として説明した。しかし、本発明はこれに限らず、気体中や物品に付着している微生物の殺滅処理、半導体の製造工程などにおける紫外線感光処理、紫外線を光源とする光触媒処理など、様々な用途、様々な構成の紫外線ランプを備えた紫外線処理装置や、様々な用途、様々な構成の紫外線ランプを備えた紫外線処理装置、また、横型の紫外線処理装置といったように様々な構成の紫外線処理装置における紫外線の空間照度の測定を行う空間照度測定装置に適用できる。

本発明を適用してなる空間照度測定装置の一実施形態における受光部側の部分の概略構成を示す断面図である。 本発明を適用してなる空間照度測定装置の一実施形態における検出部側の部分の概略構成を示す断面図である。 本発明を適用してなる空間照度測定装置を備えた紫外線処理装置の一実施形態の概略構成を示す断面図である。 本発明を適用してなる紫外線処理装置の一実施形態の概略構成を、天板に設置されたカバーを外した状態で示す上面図である。 本発明を適用してなる紫外線処理装置の一実施形態のワイパー機構の、保護管を払拭するワイパー部分の概略構成を示す断面図である。 本発明を適用してなる空間照度測定装置の一実施形態において、校正時に、光感受性化合物を入れた容器を閉塞部材に取り付けた状態を示す断面図である。 図６のVII?VII線からの矢視断面図である。 本発明を適用してなる空間照度の校正方法の一実施形態における光感受性化合物によって測定した空間照度と光電変換アンプ電圧の測定値との関係の一例を示す図である。

符号の説明

１ 空間照度測定装置
３ 受光部
３ａ 波長変換材料
５ 容器
７ 光ファイバー
９ 閉塞部材
１０ 可視光伝達部材
１２ 紫外線センサー
１５ 保護チューブ
１６ 光ファイバーコード
１９ シールグラウンド
２１ Ｏリング
２５ 閉塞部材支持ロッド

Claims (6)

1. 一方の端部が閉塞され、他方の端部が開口された紫外線透過性を有する筒状の容器に、受光した紫外線を可視光に変換する波長変換材料を充填して形成した受光部と、前記容器の開口された端部の外周面に取り付けられるシールグラウンドと、前記受光部からの可視光に基づいて紫外線の照度又は照度に対応する値を検出する検出部と、前記波長変換材料と光学的に接続されて前記波長変換材料からの可視光を前記検出部に伝達する光ファイバーと、該光ファイバーの前記波長変換材料側の端部に取り付けられる閉塞部材を備え、
   該閉塞部材には、前記容器の開口された端部を挿入して閉塞するとともに、前記シールグラウンドと螺合して前記容器が取り付けられる有底穴が形成されている空間照度測定装置。
2. 前記容器の開口された端部には、該端部の内側に対応する太さの柱状の可視光伝達部材が挿入されており、該可視光伝達部材は、前記波長変換材料からの可視光を前記光ファイバーに伝達するとともに、前記波長変換材料を前記容器内に封入する栓となることを特徴とする請求項１に記載の空間照度測定装置。
3. 前記容器が、紫外線透過性を有し、照度を測定する紫外線ランプを挿入した管に対応する形状の管に挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の空間照度測定装置。
4. 前記管内に、空気よりも屈折率の大きい媒質が充填されていることを特徴とする請求項３に記載の空間照度測定装置。
5. 複数の紫外線ランプと、該複数の紫外線ランプに囲まれた位置に設置された空間照度測定装置とを備え、該空間照度測定装置として請求項１乃至４のいずれか１項に記載の空間照度測定装置を備えたことを特徴とする紫外線処理装置。
6. 一方の端部が閉塞され、他方の端部が開口された紫外線透過性を有する筒状の容器に、受光した紫外線を可視光に変換する波長変換材料を充填して形成した受光部と、前記容器の開口された端部の外周面に取り付けられるシールグラウンドと、前記受光部からの可視光に基づいて紫外線の照度又は照度に対応する値を検出する検出部と、前記波長変換材料と光学的に接続されて前記波長変換材料からの可視光を前記検出部に伝達する光ファイバーと、該光ファイバーの前記波長変換材料側の端部に取り付けられる閉塞部材を備え、該閉塞部材には、前記容器の開口された端部を挿入して閉塞するとともに、前記シールグラウンドと螺合して前記容器が取り付けられる有底穴が形成されている空間照度測定装置を用いた空間照度の校正方法であり、
   該空間照度測定装置を囲んだ状態で複数の校正用の紫外線ランプを設置して、該複数の校正用の紫外線ランプを予め設定した異なる電力で点灯させたときの各電力に対応する照度又は照度に対応する数値を前記検出部で検出し、さらに、前記波長変換材料を充填した容器に代えて、該容器と同一の形状及び材質で、光感受性化合物を予め設定した量入れた容器を前記閉塞部材に取り付け、前記複数の校正用の紫外線ランプを前記予め設定した異なる電力で点灯させたときの各電力に対応する紫外線吸収による前記光感受性化合物の壊変量に基づいて前記各電力に対応する照度の絶対値を検出し、前記検出部で検出した数値と前記光感受性化合物の壊変量に基づいて検出した照度の絶対値との関係を求めることを特徴とする空間照度の校正方法。

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