JP5070162B2 - 水質分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば海洋、河川・湖沼、ダム、井戸水・地下水、都市下水、工場下水、農業用水、養殖場等の水質を分析するための水質分析装置に関するものである。

この種の水質分析装置のうち、例えば海水の水質を分析する水質分析装置の場合、装置のセンサ部に複数種類の測定センサを設け、そのセンサ部を海水中に浸漬させて、ｐＨ、導電率、濁度、溶存酸素濃度、水温又は塩分等の多項目の測定を同時に連続して行っている。

そして、従来の水質分析装置は、特許文献１又は特許文献２に示すように、センサ部の下端部に設けた複数種類の測定センサを保護するために、筒状の保護管を設け、設置又は測定の際の衝撃等による測定センサの破損を防ぐようにしている。

しかしながら、例えば濁度を検査する場合、センサ部を水中に設置した状態で、底面からの日光の反射により、濁度を検出するための光検出器に、その反射光も検出されてしまい、正確な濁度を測定することができないという問題がある。
特開２００１−２２８１３９号公報 特開２０００−９７９３０号公報

そこで本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、外部からの反射光を誤検出せず、濁度測定を高い精度で行うことをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る水質分析装置は、濁度センサを含む１又は複数の測定センサを内部に有する浸漬型のセンサ部を備え、前記センサ部の先端部が、互いに所定の間隙を有する内壁及び外壁からなる二重壁構造であり、前記内壁に設けられた内壁貫通孔及び前記外壁に設けられた外壁貫通孔が互いに異なる位置に配設され、前記濁度センサにおいて光源を点灯しない状態で光検出器により測定された光強度値を格納するバックグラウンド光強度格納部と、前記濁度センサにおいて光源を点灯した状態で光検出器により測定された光強度を格納する実測光強度格納部と、前記バックグラウンド光強度格納部と前記実測光強度格納部とから光強度データを取得してバックグラウンド補正を行うバックグラウンド補正部と、を更に備えていることを特徴とする。なお、ここで、バックグラウンド補正とは、光源を点灯した状態で実測された光強度から、外来光等に由来するバックグラウンドの寄与を差し引くことをいう。

このようなものであれば、内壁及び外壁に設けられた貫通孔が互いに異なる位置に配置されているので、センサ部内への測定対象である液体の流入を妨げることなく、外部からの反射光がセンサ部に侵入することを防ぐことができる。更に、濁度測定時にはバックグラウンド補正を行うことにより、仮にセンサ部先端の間隙から外来光が侵入しても、外来光の影響を排除することができ、相乗的に試料液体の濁度を高い精度で測定することができる。

具体的には、本発明に係る水質分析装置は、濁度センサを含む１又は複数の測定センサを有する浸漬型のセンサ部本体と、前記センサ部本体に取り付けられ、前記測定センサを外部から保護する有底筒状のセンサ保護部と、を備え、前記センサ保護部の底部が、互いに間隙を有する内壁及び外壁からなる二重壁構造であり、前記内壁に設けられた内壁貫通孔及び前記外壁に設けられた外壁貫通孔が互いに異なる位置に配設され、前記濁度センサにおいて光源を点灯しない状態で光検出器により測定された光強度値を格納するバックグラウンド光強度格納部と、前記濁度センサにおいて光源を点灯した状態で光検出器により測定された光強度を格納する実測光強度格納部と、前記バックグラウンド光強度格納部と前記実測光強度格納部とから光強度データを取得してバックグラウンド補正を行うバックグラウンド補正部と、を更に備えていることを特徴とする。これならば、従来の水質分析装置のセンサ部本体に設計変更を加えることなく、本発明の効果を奏するようにすることができる。

このとき、前記外壁貫通孔及び内壁貫通孔が、少なくとも径方向において異なる位置に設けられていることが望ましい。これならば、外壁を内壁に取り付ける際にその周方向の位置を考慮することなく、内壁貫通孔及び外壁貫通孔を異なる位置に配置することができる。

このように構成した本発明によれば、浸漬型のセンサ部を有する水質分析装置において、濁度測定のための光検出器が外部からの反射光を誤検出せず、また、衝撃等による測定センサの故障を防ぐことができる。

以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図１は、本実施形態に係る水質分析装置１の斜視図である。図２は、センサ部２の断面図であり、図３は、濁度センサ４１の測定セルＣの横断面図であり、図５は、センサ保護部２２の断面図である。

＜装置構成＞
本実施形態に係る水質分析装置１は、ｐＨ、導電率（Conductivity）、溶存酸素（Dissolved Oxygen）濃度、濁度（Turbidity）及び水温等の測定項目を同時に連続測定するものであり、図１及び図２に示すように、水質測定用の複数の測定センサ４を備えた浸漬型のセンサ部２と、当該センサ部２に防水タイプの電気ケーブルＣＡを介して電気的に接続された計器本体３と、を備えている。そして、例えば海水の水質分析を行う場合には、電気ケーブルＣＡの部分を持ち、センサ部２を海水中に垂下し、海水中に浸漬した状態で行う。

センサ部２は、複数種類の測定センサ４を有する浸漬型のセンサ部本体２１と、当該センサ部本体２１に取り付けられて、測定センサ４を外部から保護するセンサ保護部２２と、を備えている。なお、センサ保護部２２については後述する。

センサ部本体２１は、電源、メモリ機能部を有する演算部２３、演算された水質の測定データ等を時系列的に記録するデータロガーを内蔵する耐圧構造の水密ケース２１１と、その水密ケース２１１の下端部２１１Ａに取り付けられた、例えばｐＨ測定用のガラスｐＨ電極及び比較電極で構成されるｐＨセンサ、導電率センサ、濁度センサ、ＤＯセンサ、温度センサ等と、を備えている。なお、ガラスｐＨ電極、比較電極及びＤＯセンサは、一般に使用に連れて劣化又は不測の破損を伴うことを考慮して、カードリッジ式になっており、交換が容易である。

ここで、外部からの光（直射日光、反射光）の影響を受けやすい濁度センサ４１の構造について説明する。

濁度センサ４１は、特に図２に示すように、水密ケース２１１の下端部に設けられた濁度センサ収容部２１２内に設けられている。濁度センサ収容部２１２は、図３に示すように、上下端を開放した状態で設置された円筒管である測定セルＣと、その円筒管の側周に設けられた光源４１１、透過光検出器４１２、散乱光検出器４１３を収容している。なお、測定セルには、光源４１１、透過光検出器４１２及び散乱光検出器４１３に対応する部分に、光透過窓Ｍ１〜Ｍ３が設けられている。また、その光透過窓の汚れを払拭するためのワイパーＷが設けられている。

ワイパーＷは、図３に示すように、各透光窓Ｍ１〜Ｍ３に対応して設けられた摺動片ａ〜ｄを有する平面視において概略四つ葉形状をなすものであり、ゴム等の弾性部材により一体成形されたものである。

各摺動片ａ〜ｄは、測定セルＣの内壁に形成された遮光板Ｂにより形成される末広がりの空間に合わせて先端に行くに従って徐々に幅広な形状をなす。これにより、測定時において（このときワイパーＷは測定セルＣ上部に位置する）、測定セルＣの上端開口から測定セルＣ内に入る外部の光を遮断することができる。

そして、後述するセンサ保護部２２がセンサ部本体２１に取り付けられた場合に、その濁度センサ収容部２１２の下端部と、センサ保護部２２の底壁２２１Ｂの内面とに若干の間隙Ｇが形成される。この若干の間隙Ｇとは、センサ保護部２２の側壁２２１Ａに設けられた貫通孔Ｈ３を通過した直射日光の殆どが光検出器に到達せず、一方で液体が測定セル内に流入する程度の間隙である。

濁度センサ４１を用いて試料液体の濁度を測定する場合、図４に示すように、まず、光源４１１を点灯しない状態で、透過光検出器４１２と散乱光検出器４１３により、透過光と散乱光のバッググラウンドの光強度ａ、ｂの測定を行うと、バックグラウンド光強度格納部２３１が、当該光強度ａ、ｂに基づく電流値を有する出力信号を受信し、当該光強度ａ、ｂの値を格納する。

次いで、光源４１１を点灯し、試料液体に対して光を射出した状態で、透過光検出器４１２と散乱光検出器４１３により、透過光と散乱光の光強度Ａ、Ｂの測定を行うと、実測光強度格納部２３２が、当該光強度Ａ、Ｂに基づく電流値を有する出力信号を受信し、当該光強度Ａ、Ｂの値を格納する。

そして、バックグラウンド補正部２３３が、バックグラウンド光強度格納部２３１と実測光強度格納部２３２とから、光強度ａ、ｂのデータと光強度Ａ、Ｂのデータを、それぞれ取得し、光強度Ａ、Ｂからバックグラウンドの光強度ａ、ｂを差し引き、バックグランドの影響を排除した真の透過光の光強度Ａ−ａと真の散乱光の光強度Ｂ−ｂを算出する。

更に、濁度算出部２３４が、バックグラウンド補正部２３３から、これら透過光の光強度Ａ−ａのデータと散乱光の光強度Ｂ−ｂのデータを取得し、当該透過光の光強度Ａ−ａと散乱光の光強度Ｂ−ｂの比率から試料液体の濁度を測定する。

なお、これらバックグラウンド光強度格納部２３１、実測光強度格納部２３２、バックグラウンド補正部２３３、及び、濁度算出部２３４等の各機能部は、センサ部本体２１に備わった演算部２３のメモリに所定のプログラムを格納し、そのプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器を協働動作させることによって、その機能が発揮されるものである。また、バックグラウンド補正機能をオフにすることも可能であり、バックグラウンド補正を行うか否かは任意に選択することができる。

更に、測定後、再度、バックグラウンド光強度を測定し、濁度測定前のバックグラウンドの光強度ａ、ｂと比較することで、補正の適否が判断でき、測定値の正確性をより担保することができる。

計器本体３は、前記センサ部２からの測定データ等を表示する表示部、電源キー、機能キー、測定の開始・終了キー、校正キー、セレクトキー、アップダウンキー等を備えている。そして、前記電気ケーブルＣＡを操ってセンサ部２を水没させると、各測定センサ４のからの出力に基づく測定データが前記メモリ機能部に記録され、且つ、その測定値が表示部に表示される。

しかして、本実施形態に係るセンサ部２は、外部からの光を遮光する遮光機能及び設置、測定の際に外部から受ける衝撃を吸収する衝撃吸収機能を有する。

具体的にはセンサ部２のセンサ保護部２２が、上記機能を発揮するものである。センサ保護部２２は、センサ部本体２１（具体的には、水密ケース２１１の下端部２１１Ａ）に取り付けられて、外部の測定対象である液体（例えば、海水）等をセンサ部２内部に導きながらも、測定センサ４を外部から保護するものである。

つまり、センサ保護部２２は、特に図５に示すように、その底部が互いに間隙Ｇを有する内壁及び外壁からなる二重壁構造であり、有底の保護部本体２２１と、当該保護部本体２２１に嵌合して、その底壁２２１Ｂを内壁として、その内壁から所定の間隙Ｇを有する外壁を形成するクッション部材２２２と、を備えている。

保護部本体２２１は、有底筒状をなすものであり、前記センサ部本体２１の先端部、より詳細には、水密ケース２１１の下端部２１１Ａの外側周面に嵌合して取り付けられるものである。その側壁２２１Ａには、測定対象の液体を内部に流入させるための複数の貫通孔Ｈ３が設けられ、その底壁２２１Ｂには、円状に貫通孔（内壁貫通孔）Ｈ１が設けられている。また、底壁２２１Ｂは、外側に突出した断面凸形状をなすものであり、本実施形態では、断面概略Ｖ字形状をなすものである。

クッション部材２２２は、弾性材料からなり、円板部２２２１と、その円板部２２２１の側周縁に設けられ、前記保護部本体２２１の側壁に設けられた係止溝２２１１に嵌合する係止部２２２２と、を有している。

また、クッション部材２２２は、係止部２２２２の弾性変形を利用して、係止部２２２２が係止溝２２１１に嵌り込むようにして取り付けられる。これにより、円板部２２２１が、外壁となる。円板部２２２１には、円状に貫通孔（外壁貫通孔）Ｈ２が設けられている。

ここで、前記内壁貫通孔Ｈ１及び前記外壁貫通孔Ｈ２は、少なくとも径方向において異なる位置に設けられている。つまり、中心からの設置半径が異なるように設けられている。本実施形態では、内壁貫通孔Ｈ１の設置半径が、外壁貫通孔Ｈ２の設置半径よりも小さくなるようにしている。

そして、クッション部材２２２を保護部本体２２１に取り付けることにより、内壁貫通孔Ｈ１及び外壁貫通孔Ｈ２が、軸方向から見た場合に同心円上に配置される。つまり、クッション部材２２２をどの方向にして保護部本体２２１に取り付けても内壁貫通孔Ｈ１及び外壁貫通孔Ｈ２が重ならず、異なる位置に配設されるようになる。

また、クッション部材２２２を保護部本体２２１に取り付けると同時に、保護部本体２２１の底壁２２１Ｂの中央部分が、クッション部材２２２の円板部２２２１の中央部分に弾性変形を生じさせない程度に当接する。これにより、クッション部材２２２が撓んで非弾性的に変形せず、センサ部２が海底や川底等と接触した時に、その衝撃をクッション部材２２２全体に分散させることができるようになる。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る水質分析装置１によれば、センサ部２の先端部２Ａ、具体的にはセンサ保護部２２の底部が二重壁構造であり、内壁２２１Ｂに設けられた内壁貫通孔Ｈ１及び外壁２２２１に設けられた外壁貫通孔Ｈ２が互いに異なる位置に配置されているので、外部からの液体の流入を妨げることなく、外部からの反射光がセンサ部２に侵入することを防ぐことができる。

また、外部からの反射光がセンサ部２に侵入することを防ぐとともに、濁度測定時にはバックグラウンド補正を行うことも可能であるので、仮にセンサ保護部２２底部の間隙から外来光が侵入しても、外来光の影響を排除することができ、この二重壁とバックグラウンド補正とを組み合わせることで、相乗的に試料液体の濁度を高い精度で測定することができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。

例えば、前記実施形態では、内壁２２１Ｂを外壁２２２１側に突出する凸形状にして、内壁２２１Ｂ及び外壁２２２１がその中央部分で接触するようにしているが、図６に示すように、内壁２２１Ｂ及び外壁２２２１を平行に設けても良い。

また、前記実施形態では、クッション部材２２２に係止部２２２２を設け、その弾性変形を利用して取り付けるようにしているが、その他、固定部材を用いて取り付けるようにしても良いし、螺合させて取り付けるようにしても良い。このとき、内壁貫通孔Ｈ１及び外壁貫通孔Ｈ２を周方向において異なる位置に設けるようにしても良いし、径方向及び周方向において異なる位置に設けるようにしても良い。

更に、内壁２２１Ｂの形状としては、断面概略Ｖ字形状の他に、断面概略椀型としても良いし、内壁の中央部分のみ突出した突出部を備える形状としても良い。

加えて、前記センサ部２は、ｐＨセンサ、導電率センサ、濁度センサ、Ｄｏセンサ、温度センサを備えるものであったが、測定センサ４はこれらに限定されるものではない。その他、塩分、ＴＤＳ（全溶存固形物量）、海水比重、水深、ＯＲＰ、硝酸イオン、カルシウムイオン、塩化物イオンを測定するセンサを備えるものであっても良い。

その上、前記実施形態では、保護部本体２２１の底壁２２１Ｂの中央部分がクッション部材２２２の円板部２２２１の中央部分に当接するものであったが、円板部２２２１の非弾性変形を防ぐ程度に近接するようにしても良い。

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

第１実施形態に係る水質分析装置の斜視図。 同実施形態におけるセンサ部の断面図。 同実施形態における濁度センサの測定セルの横断面図。 同実施形態における濁度センサの光学系と演算部の概略構成図。 同実施形態におけるセンサ保護部の断面図。 変形例に係る水質分析装置のセンサ保護部の断面図。

符号の説明

１ ・・・水質分析装置
２ ・・・センサ部
２Ａ ・・・センサ部の先端部
Ｇ ・・・間隙
２１ ・・・センサ部本体
２２ ・・・センサ保護部
２２１ ・・・保護部本体
２２１Ｂ・・・内壁（保護部本体の底壁）
２２２ ・・・クッション部材
Ｈ１ ・・・内壁貫通孔
２２２１・・・外壁（クッション部材の円板部）
Ｈ２ ・・・外壁貫通孔
２３１ ・・・バックグラウンド光強度格納部
２３２ ・・・実測光強度格納部
２３３ ・・・バックグラウンド補正部
３ ・・・計器本体
４ ・・・測定センサ
４１ ・・・濁度センサ

Claims (3)

1. 濁度センサを含む１又は複数の測定センサを内部に有する浸漬型のセンサ部を備え、
   前記センサ部の先端部が、互いに間隙を有する内壁及び外壁からなる二重壁構造を有し、前記内壁に設けられた内壁貫通孔及び前記外壁に設けられた外壁貫通孔が互いに異なる位置に配設され、
   測定対象の液体が流入し、前記濁度センサを構成する、光源、透過光検出器及び散乱光検出器がその側面に設けられる測定セルが、前記内壁の内側に更に配設され、
   前記濁度センサにおいて光源を点灯しない状態で光検出器により測定された光強度値を格納するバックグラウンド光強度格納部と、
   前記濁度センサにおいて光源を点灯した状態で光検出器により測定された光強度を格納する実測光強度格納部と、
   前記バックグラウンド光強度格納部と前記実測光強度格納部とから光強度データを取得してバックグラウンド補正を行うバックグラウンド補正部と、を更に備えていることを特徴とする水質分析装置。
2. 濁度センサを含む１又は複数の測定センサを有する浸漬型のセンサ部本体と、
   前記センサ部本体に取り付けられ、前記測定センサを外部から保護する有底筒状のセンサ保護部と、を備え、
   前記センサ保護部の底部が、互いに間隙を有する内壁及び外壁からなる二重壁構造であり、前記内壁に設けられた内壁貫通孔及び前記外壁に設けられた外壁貫通孔が互いに異なる位置に配設され、
   測定対象の液体が流入し、前記濁度センサを構成する、光源、透過光検出器及び散乱光検出器がその側面に設けられる測定セルが、前記内壁の内側に更に配設され、
   前記濁度センサにおいて光源を点灯しない状態で光検出器により測定された光強度値を格納するバックグラウンド光強度格納部と、
   前記濁度センサにおいて光源を点灯した状態で光検出器により測定された光強度を格納する実測光強度格納部と、
   前記バックグラウンド光強度格納部と前記実測光強度格納部とから光強度データを取得してバックグラウンド補正を行うバックグラウンド補正部と、を更に備えていることを特徴とする水質分析装置。
3. 前記内壁貫通孔及び外壁貫通孔が、少なくとも径方向において異なる位置に設けられている請求項１又は２記載の水質分析装置。