JP6494934B2 - Sulfide mineral fine particle detection device using photoacoustic effect, sulfide mineral fine particle detection method, and method for exploring or monitoring sulfide mineral - Google Patents
Sulfide mineral fine particle detection device using photoacoustic effect, sulfide mineral fine particle detection method, and method for exploring or monitoring sulfide mineral Download PDFInfo
- Publication number
- JP6494934B2 JP6494934B2 JP2014139497A JP2014139497A JP6494934B2 JP 6494934 B2 JP6494934 B2 JP 6494934B2 JP 2014139497 A JP2014139497 A JP 2014139497A JP 2014139497 A JP2014139497 A JP 2014139497A JP 6494934 B2 JP6494934 B2 JP 6494934B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sulfide mineral
- fine particles
- photoacoustic effect
- sulfide
- detection
- 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.)
- Active
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Description
本発明は、水中に存在する硫化鉱物微粒子の検出装置、検出方法、及び海底に存在する塊状硫化鉱物等の探査又は監視に関する。 The present invention relates to a detection device and a detection method for sulfide mineral fine particles present in water, and to exploration or monitoring of a massive sulfide mineral present on the seabed.
日本近海を含む世界各地の海底には、高温の熱水が海底から噴出する熱水噴出域が存在する。海底下の熱水には様々な物質が溶解しているが、海中に噴出すると直ちに冷却され、溶解していた物質のうち、常温の海水における溶解度の低い物質が析出する。析出物のうち、金属と硫黄の化合物である硫化鉱物が海底に堆積することによって形成された塊状硫化鉱物は、世界の海底に数多く分布している。特に、銅、鉛、亜鉛などの有用金属を豊富に含む塊状硫化鉱物は、将来の金属鉱物資源として期待されている。
熱水性塊状硫化物が形成されるとき、比較的大きな硫化鉱物の粒子は速やかに海底に堆積して塊状硫化物を形成するのに対して、微細な粒子は沈降せず、海中に流出する。海中に存在する微粒子の検出は、セジメントトラップ等を用いて採取した海中の沈降物の分析により行うことができるが、海中の沈降物には、熱水性塊状硫化物に由来する硫化鉱物微粒子だけではなく、それ以外の人為的活動や、自然界における物理的・生物的な作用によって発生した微粒子も含まれる。硫化鉱物微粒子の検出を行うためには、採取した沈降物を研究施設等に持ち帰り、分析を行うことが必要である。
There are hydrothermal areas where hot hot water erupts from the sea floor around the world, including the sea near Japan. Although various substances are dissolved in the hot water under the seabed, the substance is cooled as soon as it is ejected into the sea, and among the dissolved substances, substances with low solubility in seawater at room temperature are deposited. Among the deposits, massive sulfide minerals formed by depositing sulfide minerals, which are compounds of metals and sulfur, are distributed over the world's ocean floors. In particular, massive sulfide minerals rich in useful metals such as copper, lead, and zinc are expected as future metal mineral resources.
When hydrothermal massive sulfides are formed, particles of relatively large sulfide minerals quickly accumulate on the sea floor to form massive sulfides, whereas fine particles do not settle and flow into the sea. . Fine particles present in the sea can be detected by analyzing sediments collected in the sea using a sediment trap or the like, but only sediment mineral minerals derived from hydrothermal massive sulfides are included in the sediments in the sea. Instead, it includes fine particles generated by other human activities and physical and biological effects in nature. In order to detect sulfide mineral fine particles, it is necessary to bring the collected sediment back to a research facility and analyze it.
海底に存在する塊状硫化鉱物に含まれる銅、鉛、亜鉛などの金属の含有量を測定する方法が、例えば特許文献１に記載されている。この技術においては、海底などの水底に存在する水底物質の近傍から発光装置により単色光を照射し、水底物質に発生する光音響現象を水底物質に接触させた光音響センサーにより感知し圧電信号として検出する。この圧電信号を電気信号に変換し、光音響スペクトルの観測装置に伝送する。観測装置によって得られた水底物質の光音響スペクトル信号の強度と標準光音響スペクトル信号の強度の比を、予め既知試料の特性と対比することにより、水底物質に含まれる銅、鉛、亜鉛などの金属の含有量を測定することができる。
特許文献２においては、光音響効果を利用して媒質中に存在する測定対象分子の二次元又は三次元濃度分布を測定する方法が記載されている。この技術においては、測定対象分子によって強く吸収される波長のパルス光又は変調光を照射し、光と測定対象分子の相互作用による光音響効果で発生する音響波（圧力波）を検出し、検出した音響信号を処理することにより測定対象分子の濃度情報を取得する。また、照射される光の発光から音響波検出までの時間差を計測し、音響波の発生位置を同定する。さらに、光源からの光を一次元又は二次元的に走査することにより、媒質中における測定対象分子の二次元的又は三次元的な濃度分布の情報を取得することができる。
特許文献３においては、光音響効果を利用してガス状試料中に存在するエアロゾルを測定するための測定チャンバーについて記載されている。この技術においては、ガス状試料の流入口を測定チャンバー両端に設け、その中間となる位置に流出口を設けることにより、ガス状試料の窓への衝突を回避し、エアロゾルによる測定チャンバーの窓の汚化を防止することにより、長時間に亘って高感度で測定を行うことができる。
For example, Patent Document 1 discloses a method for measuring the content of metals such as copper, lead, and zinc contained in massive sulfide minerals existing on the seabed. In this technology, monochromatic light is emitted by a light emitting device from the vicinity of a bottom substance existing on the bottom of the sea, such as the sea bottom, and a photoacoustic phenomenon generated in the bottom substance is detected by a photoacoustic sensor in contact with the bottom substance as a piezoelectric signal. To detect. This piezoelectric signal is converted into an electric signal and transmitted to a photoacoustic spectrum observation device. By comparing the ratio of the photoacoustic spectrum signal intensity of the bottom water substance and the standard photoacoustic spectrum signal obtained by the observation device with the characteristics of the known sample in advance, it can be used for copper, lead, zinc, etc. contained in the bottom substance. The metal content can be measured.
Patent Document 2 describes a method of measuring a two-dimensional or three-dimensional concentration distribution of a measurement target molecule present in a medium using a photoacoustic effect. In this technology, pulsed light or modulated light with a wavelength that is strongly absorbed by the molecule to be measured is irradiated, and acoustic waves (pressure waves) generated by the photoacoustic effect due to the interaction between the light and the molecule to be measured are detected and detected. The concentration information of the molecule to be measured is acquired by processing the acoustic signal. Further, the time difference from the emission of the irradiated light to the detection of the acoustic wave is measured, and the generation position of the acoustic wave is identified. Furthermore, by scanning light from the light source one-dimensionally or two-dimensionally, it is possible to acquire information on the two-dimensional or three-dimensional concentration distribution of the molecule to be measured in the medium.
In patent document 3, it describes about the measurement chamber for measuring the aerosol which exists in a gaseous sample using a photoacoustic effect. In this technique, an inlet for a gaseous sample is provided at both ends of the measurement chamber, and an outlet is provided at an intermediate position to avoid collision of the gaseous sample with the window. By preventing the contamination, measurement can be performed with high sensitivity over a long period of time.
しかしながら、特許文献１に記載されている方法で測定を行うためには、水中カメラ等を用いて水底を観察し、測定の対象とすべき水底物質を探索した上で、水底まで発光装置及び光音響センサーを接近させ、水底物質に光音響センサーを接触させなければならない。すなわち、事前に水底物質の存在が分かった上で、水底物質に光音響センサーを接触させて判定するものであるので、広大な海底において所在が知られていない鉱物を新たに発見する行為である探査には使用できない。実際には、海底地形の特徴や海底からの熱水噴出に伴う周辺海水の温度上昇などを手がかりとして探査が行われているが、多大な時間とコストを要している。
また、特許文献２に記載されている方法では、二次元的又は三次元的な濃度分布の情報を取得することができるとされており、液体媒質中に存在する分子の濃度分布を測定する方法も示されている。しかし、水中では光の減衰が大きく、特に塩分や夾雑物を含む海水中では光源からの光は数メートル程度の距離で減衰してしまい、それ以上の距離に対して光源を用いて計測を行うことは現実には不可能である。
また、特許文献３に記載されている方法は、主としてガス状試料に含まれるエアロゾルの測定を想定したものである。ガスや空気などの気体中に浮遊するエアロゾルはきわめて微細な粒子で質量が小さく、沈降しにくいのに対して、水中には比較的サイズや質量の大きな粒子が浮遊しており、流れによどみが生じた場合は速やかに粒子が沈降して測定チャンバー内に滞留する。このため、粒子を含む液状試料に対して本方法を適用した場合、正確な測定ができなくなる可能性が高い。
However, in order to perform the measurement by the method described in Patent Document 1, the bottom of the water is observed using an underwater camera or the like, the bottom material to be measured is searched for, and then the light emitting device and the light up to the bottom of the water. The acoustic sensor must be approached and the photoacoustic sensor must be in contact with the bottom material. In other words, it is an act of discovering new minerals whose location is not known on the vast sea floor because it is determined by contacting the bottom substance with a photoacoustic sensor after knowing the existence of the bottom substance in advance. It cannot be used for exploration. In fact, exploration has been carried out based on the characteristics of the seafloor topography and the temperature rise of the surrounding seawater caused by the hot water eruption from the seabed, but it takes a lot of time and cost.
Further, in the method described in Patent Document 2, information on two-dimensional or three-dimensional concentration distribution can be acquired, and a method for measuring the concentration distribution of molecules present in a liquid medium Is also shown. However, the attenuation of light is large in water, especially in seawater containing salt and impurities, light from the light source is attenuated by a distance of several meters, and measurement is performed using a light source for distances greater than that. That is impossible in reality.
Further, the method described in Patent Document 3 mainly assumes measurement of aerosol contained in a gaseous sample. Aerosols that float in gases such as gas and air are very fine particles that have a small mass and are difficult to settle, whereas particles that are relatively large in size and mass are suspended in the water, causing stagnation in the flow. If it occurs, the particles quickly settle and stay in the measurement chamber. For this reason, when this method is applied to a liquid sample containing particles, there is a high possibility that accurate measurement cannot be performed.
また、塊状硫化鉱物には砒素などの有害な物質が含まれる場合があるため、塊状硫化鉱物の採掘においては、塊状硫化鉱物の破砕により発生した硫化鉱物を含む微粒子（硫化鉱物微粒子）が水中に浮遊したまま外部の海域に流出することを監視する必要がある。硫化鉱物微粒子は水中に浮遊しているため、特許文献１に記載されている方法で光音響センサーを接触させることはできず、上記の方法では硫化鉱物微粒子の流出をリアルタイムで監視することは不可能である。また、特許文献２に記載されている方法では、海水中では数メートル以上の距離に対して光源を用いて計測を行うことは現実には不可能である。上記の２つの方法においては、いずれも開放空間において光音響効果を利用して計測を行っているため、検出対象物質が大量若しくは高濃度で存在する場合でなければ発生する音響波は微弱であるため、検出することは困難である。発生する音響波を効率的に検出するため容器を使用して閉鎖空間で用いることも考えられるが、上記の２つの方法ではいずれも示唆されていない。また、特許文献３に記載されている方法は、粒子を含む液状試料に適用することは適切ではない。 In addition, since massive sulfide minerals may contain harmful substances such as arsenic, in the mining of massive sulfide minerals, fine particles (sulfide mineral fine particles) containing sulfide minerals generated by crushing massive sulfide minerals are contained in water. It is necessary to monitor the discharge to the outside sea area while floating. Since sulfide mineral fine particles are suspended in water, the photoacoustic sensor cannot be brought into contact with the method described in Patent Document 1, and it is impossible to monitor the outflow of sulfide mineral fine particles in real time with the above method. Is possible. In addition, in the method described in Patent Document 2, it is actually impossible to perform measurement using a light source over a distance of several meters or more in seawater. In both of the above methods, since the measurement is performed using the photoacoustic effect in an open space, the generated acoustic wave is weak unless the detection target substance exists in a large amount or at a high concentration. Therefore, it is difficult to detect. Although it is conceivable to use a container in a closed space in order to efficiently detect the generated acoustic wave, neither of the above two methods suggests. Moreover, it is not appropriate to apply the method described in Patent Document 3 to a liquid sample containing particles.
海底の塊状硫化鉱物の探査や、その採掘に伴う硫化鉱物微粒子の流出の監視を行うためには、海中に存在する硫化鉱物微粒子を広範囲にわたって検出する検出装置及び検出方法が必要である。海中に浮遊している硫化鉱物微粒子のサイズは一般に数十μｍ以下であり、また、熱水噴出口などの発生地点を除き、水中における硫化鉱物微粒子の含有率はきわめて低い。このように、微細かつ低含有率で存在している硫化鉱物微粒子を検出するためには、光音響効果により発生する音響波を効率的かつ高感度で検出するために検出用容器等の閉鎖空間を用いた検出装置及び検出方法が必要であるが、そのような検出装置及び検出方法は知られていない。このため、海底の塊状硫化鉱物の探査には多大な時間とコストを要し、また、塊状硫化鉱物の採掘において発生した硫化鉱物微粒子の流出をリアルタイムで監視することは不可能であった。 In order to search for massive sulfide minerals on the seabed and monitor the outflow of sulfide mineral fine particles accompanying mining, a detection device and a detection method for detecting sulfide mineral fine particles existing in the sea over a wide range are required. The size of sulfide mineral fine particles floating in the sea is generally several tens of μm or less, and the content of the sulfide mineral fine particles in water is extremely low except for the generation point such as a hot water jet. As described above, in order to detect fine fine particles of sulfide mineral present at a low content, in order to detect acoustic waves generated by the photoacoustic effect efficiently and with high sensitivity, a closed space such as a detection container is used. However, such a detection device and a detection method are not known. For this reason, exploration of massive sulfide minerals on the sea floor required a great deal of time and cost, and it was impossible to monitor in real time the outflow of sulfide mineral fine particles generated during mining of massive sulfide minerals.
本発明は、斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、光音響効果により発生する音響波を効率的かつ高感度で検出することが可能な検出用容器を用いて、水中に低含有率で存在する硫化鉱物微粒子を広範囲にわたって検出することが可能な検出装置及び検出方法を提供する。また、塊状硫化鉱物の探査に要する時間やコストの低減やリアルタイムでの硫化鉱物微粒子の流出監視等を可能にする探査又は監視する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and has a low content in water using a detection container that can efficiently and highly sensitively detect acoustic waves generated by the photoacoustic effect. Provided are a detection device and a detection method capable of detecting sulfide mineral fine particles present in a wide range. It is another object of the present invention to provide an exploration or monitoring method that enables reduction of time and cost required for exploration of massive sulfide minerals and monitoring of outflow of sulfide mineral fine particles in real time.
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の請求項１に係る光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置は、水中に存在する、硫化鉱物微粒子をリアルタイムで検出する検出装置であって、前記微粒子を含む水を入れる容器である検出用セルと、前記微粒子を含む水を前記検出用セルに断続的に供給及び排水する供給・停止手段と、前記検出用セル内の水に励起光を照射する光源手段と、前記励起光を吸収した前記微粒子が発する音響波を検出する音響波検出手段と、前記光源手段を制御する光源制御手段と、前記音響波検出手段から伝達された音響信号を処理する信号処理手段とを具備することを特徴とする。
この発明においては、硫化鉱物微粒子を含む可能性のある水を検出用セルに入れ、光源手段を用いて励起光を照射する。硫化鉱物はその種類に応じた特定波長の光を吸収し、光音響効果により、音響波を発生する。硫化鉱物微粒子を含む可能性のある水は検出用セルに封入されているため、発生する音響波のエネルギーが外部に漏れることはなく、音響波を高感度で検出することができる。例えば、特定波長の励起光の照射に対する音響波を検出することにより、水中に特定の種類の硫化鉱物微粒子が存在することを効率的に検知することができる。また、断続的に注水・排水を行い、閉鎖空間を構成して硫化鉱物微粒子の検出を行うことが可能となる。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
A detection apparatus for sulfide mineral fine particles using a photoacoustic effect according to claim 1 of the present invention is a detection apparatus for detecting sulfide mineral fine particles existing in water in real time , wherein the container contains water containing the fine particles. A detection cell; supply / stop means for intermittently supplying and draining water containing the fine particles to the detection cell; light source means for irradiating water in the detection cell with excitation light; and the excitation light An acoustic wave detecting means for detecting an acoustic wave emitted from the fine particles that have absorbed the light, a light source control means for controlling the light source means, and a signal processing means for processing an acoustic signal transmitted from the acoustic wave detecting means. It is characterized by that.
In the present invention, water that may contain sulfide mineral fine particles is placed in a detection cell and irradiated with excitation light using a light source means. The sulfide mineral absorbs light of a specific wavelength according to its type and generates an acoustic wave by the photoacoustic effect. Since the water that may contain sulfide mineral fine particles is sealed in the detection cell, the energy of the generated acoustic wave does not leak to the outside, and the acoustic wave can be detected with high sensitivity. For example, the presence of a specific type of sulfide mineral fine particles in water can be efficiently detected by detecting an acoustic wave in response to irradiation with excitation light having a specific wavelength. In addition, intermittent water injection and drainage can be performed to form a closed space and detect sulfide mineral fine particles.
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置において、前記検出用セルが照射された前記励起光が内部を透過する構造であることを特徴とする。
この発明においては、検出用セルが、照射された励起光がその内部を透過する構造を有することにより、検出用セルを構成する部品による励起光の吸収や散乱が防止され、硫化鉱物微粒子による励起光の吸収を促進することが可能となる。
According to a second aspect of the present invention, in the sulfide mineral fine particle detection device using the photoacoustic effect according to the first aspect, the excitation light irradiated on the detection cell has a structure that transmits the inside. Features.
In this invention, the detection cell has a structure in which the irradiated excitation light is transmitted through the inside thereof, so that absorption and scattering of excitation light by the components constituting the detection cell are prevented, and excitation by sulfide mineral fine particles is performed. Light absorption can be promoted.
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置において、前記音響波検出手段は前記検出用セルの中の前記励起光の通過を妨げない構造に形成したことを特徴とする。
この発明においては、検出用セルに設置される音響波検出手段が、照射された励起光が検出用セルの内部を通過することを妨げない構造を有することにより、励起光を照射した場合に検出用セルの中に音響波検出手段の影となる部分がなくなるため、硫化鉱物微粒子による励起光の吸収を促進することが可能となる。
According to a third aspect of the present invention, in the sulfide mineral fine particle detecting apparatus using the photoacoustic effect according to the first or second aspect, the acoustic wave detecting means is configured to detect the excitation light in the detection cell. It is formed in a structure that does not prevent passage.
In this invention, the acoustic wave detecting means installed in the detection cell has a structure that does not prevent the irradiated excitation light from passing through the inside of the detection cell, thereby detecting when the excitation light is irradiated. Since there is no shadowed portion of the acoustic wave detecting means in the cell, absorption of excitation light by the sulfide mineral fine particles can be promoted.
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置において、前記検出用セルが前記検出用セルの中の前記励起光の通過を妨げない構造に形成した注水口及び排水口を有することを特徴とする。
この発明においては、例えば、検出を行う前に、注水口から硫化鉱物微粒子を含む可能性のある水を入れ、検出後にその水を排水口より排出することを、注水口への水の供給・停止を行うための供給・停止手段で行うことにより、励起光の通過を妨げない構造に形成した注水口及び排水口を介して断続的に注水・排水を行い、閉鎖空間を構成して硫化鉱物微粒子の検出を行うことが可能となる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the apparatus for detecting fine sulfide mineral particles using the photoacoustic effect according to any one of the first to third aspects, the detection cell is the excitation in the detection cell. characterized Rukoto that having a water inlet and a water outlet formed in the structure that does not hinder the passage of light.
In the present invention, for example, before performing the detection, water that may contain sulfide mineral fine particles is introduced from the water injection port, and after the detection, the water is discharged from the drain port. By using the supply / stop means for stopping, water is injected and drained intermittently through the water inlet and drain port formed in a structure that does not prevent the passage of excitation light, and a closed space is formed to form sulfide minerals. It becomes possible to detect fine particles.
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の本発明の光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置において、前記微粒子を含まない水を入れた対比用セルと、前記対比用セルの中に照射する励起光を前記励起光から分割する励起光分割手段と、前記対比用セル内で発する音響波を検出する対比音響波検出手段とをさらに具備し、前記信号処理手段が前記対比音響波検出手段から伝達された音響信号をさらに処理することを特徴とする。
この発明においては、検出用セルを用いて硫化鉱物微粒子の検出を行うときに、あらかじめ微粒子を含まない水を入れた対比用セルに、検出用セルに照射される励起光から励起光分割手段を用いて分割された励起光を同時に照射して、対比音響波検出手段から伝達された音響信号を信号処理手段で処理することにより、外部からの振動などにより生じるノイズの影響を除去し、硫化鉱物微粒子の検出を高感度で行うことが可能となる。
The present invention described in claim 5 is a device for detecting fine particles of sulfide mineral using the photoacoustic effect according to any one of claims 1 to 4, in which water containing no fine particles is contained. A cell, excitation light dividing means for dividing the excitation light irradiated into the comparison cell from the excitation light, and contrast acoustic wave detection means for detecting an acoustic wave emitted in the comparison cell, The signal processing means further processes the acoustic signal transmitted from the contrast acoustic wave detecting means.
In the present invention, when detecting the sulfide mineral fine particles using the detection cell, the excitation light dividing means is applied from the excitation light irradiated to the detection cell to the comparison cell previously filled with water not containing the fine particles. By simultaneously irradiating the divided excitation light and using the signal processing means to process the acoustic signal transmitted from the contrast acoustic wave detection means, the influence of noise caused by external vibrations, etc. is removed, and the sulfide mineral Fine particles can be detected with high sensitivity.
請求項６記載の本発明は、請求項５に記載の本発明の光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置において、前記信号処理手段が前記音響波検出手段から伝達された音響信号と前記対比音響波検出手段から伝達された音響信号の差分をとることを特徴とする。
この発明においては、音響波検出手段から伝達された音響信号と対比音響波検出手段から伝達された音響信号の差分をとることにより、外部からの振動などにより生じるノイズの影響を除去し、硫化鉱物微粒子の検出を高感度で行うことが可能となる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the sulfide mineral fine particle detecting apparatus using the photoacoustic effect according to the fifth aspect of the present invention, the signal processing means transmits the acoustic signal transmitted from the acoustic wave detecting means and the The difference between the acoustic signals transmitted from the contrast acoustic wave detecting means is taken.
In the present invention, by taking the difference between the acoustic signal transmitted from the acoustic wave detecting means and the acoustic signal transmitted from the contrast acoustic wave detecting means, the influence of noise caused by external vibration or the like is removed, and the sulfide mineral Fine particles can be detected with high sensitivity.
請求項７記載の本発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の本発明の光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置において、前記微粒子の発光を検出する発光検出手段をさらに具備することを特徴とする。
この発明においては、上記の手段に加えて、励起光を吸収した硫化鉱物微粒子からの発光を検出する発光検出手段を有することにより、微粒子が発する音響波だけでなく、発光をも検出に利用することが可能となる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sulfide mineral fine particle detecting device using the photoacoustic effect according to any one of the first to sixth aspects of the present invention, a light emission detecting means for detecting light emission of the fine particles. Furthermore, it is characterized by comprising.
In the present invention, in addition to the above-described means, by having a light emission detecting means for detecting light emission from the sulfide mineral fine particles that have absorbed the excitation light, not only acoustic waves emitted from the fine particles but also light emission is used for detection. It becomes possible.
請求項８記載の本発明は、請求項７に記載の本発明の光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置において、前記発光検出手段が前記微粒子の発光した燐光を検出することを特徴とする。燐光とは、硫化鉱物微粒子の内部に吸収された励起光のエネルギーが蓄積され、照射終了後においても継続して発光される光である。
この発明においては、前記の発光検出手段が、硫化鉱物微粒子の発する燐光を検出することにより、励起光の照射が終了した後において微粒子の発光を検出し、照射終了後の発光時間を計測することが可能となる。
The present invention described in claim 8 is the sulfide mineral fine particle detection device using the photoacoustic effect of the present invention described in claim 7, characterized in that the light emission detecting means detects phosphorescence emitted from the fine particles. To do. Phosphorescence is light that accumulates the energy of excitation light absorbed inside the sulfide mineral fine particles and is continuously emitted even after the end of irradiation.
In this invention, the light emission detecting means detects phosphorescence emitted from the sulfide mineral fine particles, thereby detecting the light emission of the fine particles after the irradiation of the excitation light is completed, and measuring the light emission time after the completion of the irradiation. Is possible.
請求項９記載の本発明は、請求項１から請求項８のいずれかに記載の本発明の光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置において、前記光源手段が波長の異なる前記励起光を順次照射する順次照射機能を有することを特徴とする。
この発明においては、光源手段が波長の異なる励起光を順次照射し、波長の異なる励起光により生じる発光を区別することが可能となる。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the sulfide mineral fine particle detecting apparatus using the photoacoustic effect according to the first aspect of the present invention, wherein the light source means emits the excitation light having a different wavelength. It has a sequential irradiation function of sequentially irradiating.
In the present invention, the light source means sequentially irradiates excitation light having different wavelengths, and light emission caused by excitation light having different wavelengths can be distinguished.
請求項１０記載の本発明は、請求項１から請求項９のいずれかに記載の本発明の光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置において、前記信号処理手段で得た情報の情報記録手段と、少なくとも前記情報録手段で記録した情報の通信を外部と行う通信手段をさらに具備することを特徴とする。
この発明においては、前記信号処理手段で得た情報を記録する情報記録手段と、少なくとも前記情報録手段で記録した情報の通信を外部と行う通信手段により、硫化鉱物微粒子の検出装置において硫化鉱物微粒子の検出を記録し、通信手段により情報記録手段で記録した情報を外部において利用することが可能となる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the sulfide mineral fine particle detecting apparatus using the photoacoustic effect according to any one of the first to ninth aspects, the information recording of information obtained by the signal processing means And communication means for communicating at least the information recorded by the information recording means with the outside.
In the present invention, the sulfide mineral fine particles are detected in the sulfide mineral fine particle detection apparatus by the information recording means for recording the information obtained by the signal processing means and the communication means for communicating at least the information recorded by the information recording means with the outside. The information recorded by the information recording means by the communication means can be used externally.
本発明の請求項１１に係る光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出方法は、前記請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置を利用した硫化鉱物微粒子の検出方法であって、硫化鉱物が検出されたと判定した場合は、前記音響信号の強度を参照用データと比較し、硫化鉱物の含有量をリアルタイムで判定することを特徴とする。
この発明においては、水中に含まれている硫化鉱物微粒子を検出し、検出された音響信号の強度を、あらかじめ取得されている参照用データと比較することにより、水中に含まれている硫化鉱物の含有量をリアルタイムで判定することが可能となる。
The method for detecting sulfide mineral fine particles using the photoacoustic effect according to claim 11 of the present invention uses the sulfide mineral fine particle detection device using the photoacoustic effect according to any one of claims 1 to 10. A method for detecting sulfide mineral fine particles, wherein when it is determined that sulfide mineral is detected, the intensity of the acoustic signal is compared with reference data, and the content of sulfide mineral is determined in real time. .
In this invention, by detecting the sulfide mineral fine particles contained in the water, and comparing the intensity of the detected acoustic signal with the reference data acquired in advance, the sulfide mineral contained in the water. The content can be determined in real time.
本発明の請求項１２に係る光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出方法は、前記請求項５から請求項１０のいずれかに記載の光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置を利用した硫化鉱物微粒子の検出方法であって、前記信号処理手段が前記音響波検出手段から伝達された音響信号と前記対比音響波検出手段から伝達された音響信号の差分をとることによって硫化鉱物微粒子が検出されたと判定することを特徴とする。
この発明においては、音響波検出手段から伝達された音響信号と対比音響波検出手段から伝達された音響信号の差分をとることにより、外部からの振動などにより生じるノイズの影響を除去し、硫化鉱物微粒子の検出を高感度で行うことが可能となる。
A method for detecting sulfide mineral fine particles using a photoacoustic effect according to claim 12 of the present invention uses the sulfide mineral fine particle detection device using a photoacoustic effect according to any one of claims 5 to 10. In this method, the signal processing means takes the difference between the acoustic signal transmitted from the acoustic wave detecting means and the acoustic signal transmitted from the contrast acoustic wave detecting means, whereby the sulfide mineral fine particles are detected. It is characterized by determining that it has been detected.
In the present invention, by taking the difference between the acoustic signal transmitted from the acoustic wave detecting means and the acoustic signal transmitted from the contrast acoustic wave detecting means, the influence of noise caused by external vibration or the like is removed, and the sulfide mineral Fine particles can be detected with high sensitivity.
本発明の請求項１３に係る光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出方法は、前記請求項７から請求項１０のいずれかに記載の光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置を利用した硫化鉱物微粒子の検出方法であって、硫化鉱物が検出されたと判定した場合は、前記発光検出手段により検出された、前記発光の強度及び発光時間を参照用データと比較し、硫化鉱物の種類及び／又は含有量をリアルタイムで判定することを特徴とする。
この発明においては、水中に含まれている硫化鉱物微粒子を検出し、検出された発光の強度及び発光時間を、あらかじめ取得されている参照用データと比較することにより、水中に含まれている硫化鉱物の種類や含有量をリアルタイムで判定することが可能となる。
A method for detecting sulfide mineral fine particles using the photoacoustic effect according to claim 13 of the present invention uses the sulfide mineral fine particle detection device using the photoacoustic effect according to any one of claims 7 to 10. When the sulfide mineral fine particle detection method determines that sulfide mineral has been detected, the emission intensity and emission time detected by the luminescence detection means are compared with reference data, and the type of sulfide mineral And / or content is determined in real time .
In the present invention, sulfide sulfide fine particles contained in water are detected by detecting sulfide mineral fine particles contained in water, and comparing the detected luminescence intensity and emission time with reference data acquired in advance. It is possible to determine the type and content of minerals in real time.
本発明の請求項１４に係る光音響効果を用いた硫化鉱物を探査又は監視する方法は、前記請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置を利用して、水中に存在する硫化鉱物を含む前記微粒子を検出し、硫化鉱物の種類及び／又は含有量に基づいて水中を自律的に移動することにより、水底に存在する硫化鉱物を探査又は監視することを特徴とする。
この発明においては、光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置を潜水艇などに搭載し、水中に存在する硫化鉱物微粒子を検出し、硫化鉱物の種類や含有量に応じて水中を自律的に移動することにより、水底に存在する硫化鉱物を効率的に探査又は監視することが可能になる。
The method for exploring or monitoring a sulfide mineral using the photoacoustic effect according to claim 14 of the present invention is a device for detecting sulfide mineral fine particles using the photoacoustic effect according to any one of claims 1 to 10. To detect the sulfide minerals present in the bottom of the water by detecting the fine particles containing sulfide minerals present in the water and autonomously moving in the water based on the type and / or content of the sulfide minerals. It is characterized by monitoring.
In the present invention, a device for detecting fine particles of sulfide mineral using a photoacoustic effect is mounted on a submersible craft, etc., and the fine particles of sulfide mineral present in water are detected, and the water is autonomously detected depending on the type and content of sulfide mineral. By moving to, it becomes possible to efficiently explore or monitor sulfide minerals present in the bottom of the water.
本発明の請求項１５に係る光音響効果を用いた硫化鉱物を探査又は監視する方法は、前記請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置を利用して、水中に存在する硫化鉱物を含む前記微粒子を検出し、硫化鉱物の種類及び／又は含有量の情報を位置情報とともにマッピングすることにより、水底に存在する硫化鉱物を探査又は監視することを特徴とする。
この発明においては、硫化鉱物微粒子の検出装置を潜水艇などに搭載し、水中に存在する硫化鉱物微粒子を検出し、硫化鉱物の種類や含有量の情報を位置情報とともにマッピングすることにより、水底に存在する硫化鉱物を効率的に探査又は監視し、また、水中における硫化鉱物微粒子の分布状況に関する知見を得ることすることが可能になる。
The method for exploring or monitoring sulfide minerals using the photoacoustic effect according to claim 15 of the present invention is a device for detecting sulfide mineral fine particles using the photoacoustic effect according to any one of claims 1 to 10. By detecting the fine particles containing sulfide minerals present in water and mapping the type and / or content information of sulfide minerals with location information, the sulfide minerals present in the bottom of the water are explored or monitored. It is characterized by that.
In this invention, a sulfide mineral fine particle detector is mounted on a submersible craft, etc., detects sulfide mineral fine particles present in the water, and maps the type and content information of sulfide minerals along with location information to the bottom of the water. It is possible to efficiently explore or monitor the existing sulfide minerals and obtain knowledge about the distribution state of sulfide mineral fine particles in water.
本発明の光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置においては、検出用セルの中に励起光を照射し励起光を吸収した微粒子が発する音響波を検出する構成であるため、水中に存在する硫化鉱物微粒子を検出することができる。検出用セルを使用することにより、発生する音響波のエネルギーを外部に漏らすことなく、高感度で音響波を検出することができる。また、励起光を照射する発光手段の使用エネルギーが少なくて済む。また、例えば、特定波長の励起光の照射に対する音響波を検出することにより、水中に特定の種類の硫化鉱物微粒子が存在することを効率的に検知することができる。また、硫化鉱物微粒子を含む水の供給・停止手段を有することにより、検出用セルへの水の注水・排水を断続的に行い、閉鎖空間を構成して水中に存在する硫化鉱物微粒子を効率よく検出することができる。 In the detection apparatus for sulfide mineral fine particles using the photoacoustic effect of the present invention, it is configured to detect acoustic waves emitted from the fine particles that have absorbed the excitation light by irradiating the excitation light in the detection cell. It is possible to detect sulfide mineral fine particles. By using the detection cell, the acoustic wave can be detected with high sensitivity without leaking the energy of the generated acoustic wave to the outside. In addition, less energy is required for the light emitting means for irradiating the excitation light. Further, for example, by detecting an acoustic wave for irradiation with excitation light having a specific wavelength, it is possible to efficiently detect the presence of a specific type of sulfide mineral fine particles in water. In addition, by having means for supplying and stopping water containing sulfide mineral fine particles, water is intermittently injected into and drained from the detection cell, and a closed space is formed to efficiently remove sulfide mineral fine particles present in the water. Can be detected.
検出用セルが照射された励起光が内部を透過する構造であるため、検出用セルを構成する部品による励起光の吸収や散乱を防止し、水中に存在する硫化鉱物微粒子を効率よく検出することができる。 Since the excitation light emitted from the detection cell is transmitted through the inside, it prevents absorption and scattering of excitation light by the components that make up the detection cell, and efficiently detects sulfide mineral fine particles present in water Can do.
音響波検出手段が検出用セルの中の励起光の通過を妨げない構造を有することにより、励起光を照射した場合に検出用セルの中に音響波検出手段の影となる部分がなくなるため、水中に存在する硫化鉱物微粒子を効率よく検出することができる。 Since the acoustic wave detection means has a structure that does not prevent the passage of excitation light in the detection cell, when the excitation light is irradiated, there is no shadowed portion of the acoustic wave detection means in the detection cell. It is possible to efficiently detect sulfide mineral fine particles present in water.
検出用セルが検出用セルの中の励起光の通過を妨げない構造に形成した注水口及び排水口を有することにより、励起光の通過を妨げない構造に形成した注水口及び排水口を介して検出用セルへの水の注水・排水を断続的に行い、閉鎖空間を構成して水中に存在する硫化鉱物微粒子を効率よく検出することができる。 The Rukoto the detection cell having a water inlet and a water outlet formed in the structure that does not interfere with the passage of the excitation light in the detection cell, a water inlet formed in the structure that does not interfere with the passage of excitation light and the drain outlet Thus , water can be poured into and drained from the detection cell intermittently to form a closed space, and sulfide mineral fine particles present in the water can be efficiently detected.
微粒子を含まない水を入れた対比用セルと、対比用セルの中に照射する励起光を検出用セルに照射する励起光から分割する励起光分割手段と、対比用セル内で発する音響波を検出する対比音響波検出手段とをさらに有し、信号処理手段が対比音響波検出手段から伝達された音響信号をさらに処理する機能を有することにより、外部からの振動などにより生じるノイズの影響を除去し、高感度で硫化鉱物微粒子を検出することができる。 A comparison cell containing water that does not contain fine particles, excitation light splitting means for splitting the excitation light irradiated into the comparison cell from the excitation light irradiated to the detection cell, and an acoustic wave generated in the comparison cell A contrast acoustic wave detecting means for detecting, and the signal processing means has a function of further processing the acoustic signal transmitted from the contrast acoustic wave detecting means, thereby eliminating the influence of noise caused by external vibrations, etc. The sulfide mineral fine particles can be detected with high sensitivity.
信号処理手段が音響波検出手段から伝達された音響信号と対比音響波検出手段から伝達された音響信号の差分をとる機能を有することにより、外部からの振動などにより生じるノイズの影響を除去し、高感度で硫化鉱物微粒子を検出することができる。 By having the function of taking the difference between the acoustic signal transmitted from the acoustic wave detecting means and the acoustic signal transmitted from the contrast acoustic wave detecting means, the signal processing means eliminates the influence of noise caused by external vibrations, Sulfide mineral fine particles can be detected with high sensitivity.
励起光を吸収した硫化鉱物微粒子の発光を検出する発光検出手段をさらに有することにより、硫化鉱物微粒子が発する音響波だけでなく、発光をも検出に利用することにより、水中に存在する特定の種類の硫化鉱物微粒子を効率よく検出することができる。 By having a luminescence detection means for detecting the luminescence of sulfide mineral fine particles that have absorbed excitation light, not only the acoustic waves emitted by the sulfide mineral fine particles but also the luminescence can be used for the detection, so that specific types present in water The sulfide mineral fine particles can be efficiently detected.
発光検出手段が硫化鉱物微粒子の発光した燐光を検出する機能を有することにより、励起光の照射が終了した後において硫化鉱物微粒子の発光を検出し、水中に存在する硫化鉱物微粒子を効率よく検出することができる。また、照射終了後の発光時間を計測し、燐光の有無により、水中に存在する硫化鉱物微粒子の種類を特定することができる。 The luminescence detection means has a function of detecting phosphorescence emitted from the sulfide mineral fine particles, so that the emission of the sulfide mineral fine particles is detected after the irradiation of the excitation light is completed, and the sulfide mineral fine particles present in the water are efficiently detected. be able to. Moreover, the light emission time after completion | finish of irradiation can be measured, and the kind of sulfide mineral fine particle which exists in water can be specified with the presence or absence of phosphorescence.
光源手段が波長の異なる励起光を順次照射する順次照射機能を有することにより、波長の異なる励起光により生じる発光を区別し、水中に存在する硫化鉱物微粒子の種類を特定することができる。 Since the light source means has a sequential irradiation function of sequentially irradiating excitation light having different wavelengths, it is possible to distinguish light emission caused by excitation light having different wavelengths and to specify the type of sulfide mineral fine particles present in water.
信号処理手段で得た情報の情報記録手段と、少なくとも情報録手段で記録した情報の通信を外部と行う通信手段をさらに有することにより、硫化鉱物微粒子の検出を記録し、通信手段によりその情報を外部において利用することができる。 By further comprising information recording means for information obtained by the signal processing means and communication means for communicating at least information recorded by the information recording means with the outside, the detection of sulfide mineral fine particles is recorded, and the information is recorded by the communication means. Can be used externally.
光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出方法においては、水中に含まれている硫化鉱物微粒子を検出し、検出された音響信号の強度を、あらかじめ取得されている参照用データと比較することにより、水中に存在する硫化鉱物の含有量を判定することができる。 In the method of detecting sulfide mineral fine particles using the photoacoustic effect, the sulfide mineral fine particles contained in water are detected, and the intensity of the detected acoustic signal is compared with reference data acquired in advance. The content of sulfide minerals present in the water can be determined.
信号処理手段が音響波検出手段から伝達された音響信号と対比音響波検出手段から伝達された音響信号の差分をとることにより、外部からの振動などにより生じるノイズの影響を除去し、高感度で硫化鉱物微粒子を検出することができる。 The signal processing means takes the difference between the acoustic signal transmitted from the acoustic wave detection means and the acoustic signal transmitted from the contrast acoustic wave detection means, thereby removing the influence of noise caused by external vibrations, etc. Sulfide mineral fine particles can be detected.
水中に含まれている硫化鉱物微粒子を検出し、検出された発光の強度及び発光時間を、あらかじめ取得されている参照用データと比較することにより、水中に存在する硫化鉱物の種類及び／又は含有量を判定することができる。 The type and / or content of sulfide minerals present in water by detecting sulfide mineral fine particles contained in water and comparing the detected emission intensity and emission time with reference data acquired in advance. The amount can be determined.
光音響効果を用いた硫化鉱物を探査又は監視する方法においては、硫化鉱物の種類及び／又は含有量に基づいて水中を自律的に移動することにより、水底に存在する塊状硫化鉱物を探査することができる。また、塊状硫化鉱物の採掘に伴う硫化鉱物微粒子の流出状況を監視することができる。また、探査や監視に要するコストを削減することが可能になる。 In the method of exploring or monitoring sulfide minerals using the photoacoustic effect, exploring massive sulfide minerals present in the bottom of the water by autonomously moving in water based on the type and / or content of sulfide minerals. Can do. Moreover, it is possible to monitor the flow of sulfide mineral fine particles accompanying the mining of massive sulfide minerals. In addition, the cost required for exploration and monitoring can be reduced.
硫化鉱物の種類及び／又は含有量の情報を位置情報とともにマッピングすることにより、水底に存在する塊状硫化鉱物を探査し、水中における硫化鉱物微粒子の分布状況に関する知見を得ることができる。また、塊状硫化鉱物の採掘に伴う硫化鉱物微粒子の流出状況を監視することができる。また、探査や監視に要するコストを削減することが可能になる。 By mapping information on the type and / or content of sulfide minerals together with location information, it is possible to search for massive sulfide minerals present in the bottom of the water and obtain knowledge about the distribution of sulfide mineral fine particles in water. Moreover, it is possible to monitor the flow of sulfide mineral fine particles accompanying the mining of massive sulfide minerals. In addition, the cost required for exploration and monitoring can be reduced.
以下、本発明を実施するための形態となる光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態における光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子検出装置１０の概念図である。光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子検出装置１０は、検出用セル１１、光源手段１２、光源制御手段１４、圧電素子（音響波検出手段）１５、信号処理手段１６から構成される。光源手段１２は、レーザ制御部１２−１、順次照射部１２−２、レーザヘッド１２−３から構成される。光源制御手段１４は、スイッチ１４−１、順次照射選択スイッチ１４−２、電源部１４−３から構成される。信号処理手段１６は、判断処理部１６−１、参照データ記憶部１６−２、データ比較部１６−３から構成される。圧電素子１５は、筐体３０の内部空間における励起光１３の通過を妨げないように形成される。また、筐体３０の内部への水の供給及び排水のための注水口３２及び排水口３３は、励起光１３の通過を妨げないように形成される。励起光１３の通過を妨げない構造としては、例えば、励起光１３の光路上に圧電素子１５、注水口３２、排水口３３が突出していない構造が考えられる。
図２は、光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子検出装置１０の要部の構成を示す図である。検出用セル１１は、筐体３０及び窓３１から構成される。筐体３０は注水口３２及び排水口３３を有する。検出用セル１１には、水の供給及び供給停止を行うための供給・停止手段３４が取り付けられている。注水や排水において、検出用セル１１内によどみが生じ、硫化鉱物微粒子が滞留することを防ぐために、注水口３２及び排水口３３はテーパーのついた形状になっている。また、注水や排水において、水が窓３１の表面に沿って洗うように流動する構造であるため、硫化鉱物微粒子が窓３１の表面に付着、堆積することを防止することができる。また、圧電素子（音響波検出手段）１５が取り付けられている。さらに、受光素子（発光検出手段）３６を取り付けることにより、励起光を吸収した硫化鉱物微粒子が音響波を生じるだけでなく発光する場合、その発光を検出することができる。
Hereinafter, an apparatus for detecting sulfide mineral fine particles using a photoacoustic effect, which is a mode for carrying out the present invention, will be described.
FIG. 1 is a conceptual diagram of a sulfide mineral fine particle detection apparatus 10 using a photoacoustic effect in the first embodiment of the present invention. The sulfide mineral fine particle detection apparatus 10 using the photoacoustic effect includes a detection cell 11, a light source unit 12, a light source control unit 14, a piezoelectric element (acoustic wave detection unit) 15, and a signal processing unit 16. The light source means 12 includes a laser control unit 12-1, a sequential irradiation unit 12-2, and a laser head 12-3. The light source control means 14 includes a switch 14-1, a sequential irradiation selection switch 14-2, and a power supply unit 14-3. The signal processing unit 16 includes a determination processing unit 16-1, a reference data storage unit 16-2, and a data comparison unit 16-3. The piezoelectric element 15 is formed so as not to prevent the excitation light 13 from passing through the internal space of the housing 30. In addition, the water injection port 32 and the water discharge port 33 for water supply and drainage to the inside of the housing 30 are formed so as not to hinder the passage of the excitation light 13. As a structure that does not hinder the passage of the excitation light 13, for example, a structure in which the piezoelectric element 15, the water injection port 32, and the drainage port 33 do not protrude on the optical path of the excitation light 13 can be considered.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the sulfide mineral particle detection device 10 using the photoacoustic effect. The detection cell 11 includes a housing 30 and a window 31. The housing 30 has a water inlet 32 and a water outlet 33. The detection cell 11 is provided with a supply / stop means 34 for supplying and stopping water supply. In order to prevent stagnation in the detection cell 11 during water injection or drainage and retention of sulfide mineral fine particles, the water injection port 32 and the water discharge port 33 are tapered. Further, in the water injection or drainage, since the water flows so as to be washed along the surface of the window 31, it is possible to prevent the sulfide mineral fine particles from adhering to and depositing on the surface of the window 31. A piezoelectric element (acoustic wave detection means) 15 is attached. Further, by attaching the light receiving element (emission detection means) 36, when the sulfide mineral fine particles that have absorbed the excitation light emit not only acoustic waves but also emit light, the emitted light can be detected.
硫化鉱物微粒子を含む可能性のある水は、検出用セル１１の筐体３０に入れられる。光源手段１２を用いて照射された励起光１３は、窓３１を通して筐体３０の内部空間を通過し、水に照射される。水に硫化鉱物微粒子が含まれていると、硫化鉱物の種類に応じた特定波長の光が硫化鉱物微粒子に吸収される。吸収された励起光１３のエネルギーは熱に変換され、硫化鉱物微粒子や周囲の水の温度を上昇させる。密閉された検出用セル１１内では、温度上昇に伴って内部の圧力が上昇し、圧力波すなわち音響波が生じる。この現象を光音響効果と呼ぶ。圧電素子（音響波検出手段）１５を用いて音響波を検出し、信号処理手段１６を用いて音響波の信号を処理することにより、水中に特定の種類の硫化鉱物微粒子が存在することを検知することができる。 Water that may contain sulfide mineral fine particles is put into the casing 30 of the detection cell 11. The excitation light 13 irradiated using the light source means 12 passes through the internal space of the housing 30 through the window 31 and is irradiated to water. When sulfide mineral fine particles are contained in water, light having a specific wavelength corresponding to the type of sulfide mineral is absorbed by the sulfide mineral fine particles. The absorbed energy of the excitation light 13 is converted into heat, which raises the temperature of the sulfide mineral fine particles and the surrounding water. In the sealed detection cell 11, the internal pressure increases as the temperature rises, and a pressure wave, that is, an acoustic wave is generated. This phenomenon is called a photoacoustic effect. By detecting an acoustic wave using the piezoelectric element (acoustic wave detecting means) 15 and processing the acoustic wave signal using the signal processing means 16, it is detected that a specific type of sulfide mineral fine particles are present in the water. can do.
図３は、本発明の第１の実施の形態における光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子検出装置１０のフローチャートであり、硫化鉱物微粒子検出方法を示す。まず光源制御手段１４に設けられたスイッチ１４−１をオンにすることにより、電源部１４−２から電力が光源手段１２、供給・停止手段３４、圧電素子（音響波検出手段）１５、信号処理手段１６に供給され、硫化鉱物微粒子の検出が開始される。供給・停止手段３４により検出用セル１１内に硫化鉱物微粒子を含む可能性のある水が充填されて密閉され、閉鎖空間が構成される。（ステップＳ１） 光源手段１２のレーザ制御部１２−１によりレーザ発光が制御されレーザヘッド１２−２を用いて励起光１３を検出用セル１１に照射する。（ステップＳ２）検出用セル１１を使用することにより、励起光１３を照射する範囲が限定でき、光源手段１２の使用エネルギーが少なくて済む。
圧電素子（音響波検出手段）１５を用いて音響波を検出し、信号処理手段１６を用いて音響波の信号を処理する。検出用セル１１を使用することにより、発生する音響波のエネルギーを外部に漏らすことなく、高感度で音響波を検出することができる。判断処理部１６−１は特定の種類の硫化鉱物微粒子が存在するか否かを判断する。（ステップＳ３） 音響波の信号が検出されないと判定処理部１６−１が判断した場合は、特定の種類の硫化鉱物微粒子は存在しないと判断される。（ステップＳ４） 音響波の信号が検出されたと判定処理部１６−１が判断した場合は、特定の種類の硫化鉱物微粒子は存在すると判断される。（ステップＳ５） さらに、検出された音響波の信号の強度を、参照データ記憶部１６−２に記憶されている参照用データと比較する。（ステップＳ６） データ比較部１６−３が検出された音響波の信号の強度と参照用データを比較することにより、水中に含まれる特定の種類の硫化鉱物の含有量を判定する。（ステップＳ７） 供給・停止手段３４を用いて検出用セル１１内の水を順次交換して硫化鉱物微粒子の検出を行うことにより、試料の持ち帰りを行うことなくリアルタイムで検出することができる。
FIG. 3 is a flowchart of the sulfide mineral fine particle detection apparatus 10 using the photoacoustic effect in the first embodiment of the present invention, and shows a sulfide mineral fine particle detection method. First, by turning on the switch 14-1 provided in the light source control means 14, power is supplied from the power source 14-2 to the light source means 12, supply / stop means 34, piezoelectric element (acoustic wave detection means) 15, signal processing. Supplied to the means 16, detection of sulfide mineral fine particles is started. The supply / stop means 34 fills the detection cell 11 with water that may contain sulfide mineral fine particles and seals it to form a closed space. (Step S1) Laser light emission is controlled by the laser control unit 12-1 of the light source means 12, and the excitation light 13 is irradiated to the detection cell 11 using the laser head 12-2. (Step S <b> 2) By using the detection cell 11, the range in which the excitation light 13 is irradiated can be limited, and the energy used by the light source means 12 can be reduced.
An acoustic wave is detected using a piezoelectric element (acoustic wave detection means) 15, and an acoustic wave signal is processed using a signal processing means 16. By using the detection cell 11, the acoustic wave can be detected with high sensitivity without leaking the energy of the generated acoustic wave to the outside. The determination processing unit 16-1 determines whether or not a specific type of sulfide mineral fine particles exists. (Step S3) When the determination processing unit 16-1 determines that no acoustic wave signal is detected, it is determined that there is no specific type of sulfide mineral fine particles. (Step S4) When the determination processing unit 16-1 determines that an acoustic wave signal has been detected, it is determined that there are specific types of sulfide mineral fine particles. (Step S5) Further, the intensity of the detected acoustic wave signal is compared with the reference data stored in the reference data storage unit 16-2. (Step S6) The data comparison unit 16-3 compares the intensity of the detected acoustic wave signal with the reference data to determine the content of a specific type of sulfide mineral contained in water. (Step S7) By detecting the sulfide mineral fine particles by sequentially exchanging the water in the detection cell 11 using the supply / stop means 34, the sample can be detected in real time without being brought home.
次に、硫化鉱物の種類と吸収される光の波長との関係について説明する。主な硫化鉱物が吸収する光の波長を表１に示す。硫化鉱物は、その種類に応じた特定波長の光を吸収する。例えば、硫化亜鉛を成分とする閃亜鉛鉱は３５０ｎｍの光を、硫化カドミウムを成分とする硫カドミウム鉱は５１２ｎｍの光を、硫化水銀を成分とする辰砂は６２０ｎｍの光を、硫化鉛を成分とする方鉛鉱は３１００ｎｍの光を吸収する。検出対象とする硫化鉱物の種類に応じて照射する励起光の波長を選択することにより、特定の種類の硫化鉱物微粒子を検出することができる。例えば、閃亜鉛鉱を検出したいときには、波長３５０ｎｍの光を励起光として照射するのがよい。 Next, the relationship between the type of sulfide mineral and the wavelength of absorbed light will be described. Table 1 shows the wavelengths of light absorbed by the main sulfide minerals. A sulfide mineral absorbs light of a specific wavelength according to its type. For example, zinc blende containing zinc sulfide is 350 nm light, cadmium sulfide containing cadmium sulfide is 512 nm light, dredged sand containing mercury sulfide is 620 nm light, and lead sulfide is a component. The galena that does absorbs 3100 nm light. A specific type of sulfide mineral fine particles can be detected by selecting the wavelength of the excitation light to be irradiated according to the type of sulfide mineral to be detected. For example, when detecting zinc blende, it is preferable to irradiate light having a wavelength of 350 nm as excitation light.
なお、１つの波長の励起光により光音響効果と発光の両方を期待できる場合、圧電素子だけではなく受光素子を用いて検出することもできる。例えば、少量のマンガンや銅を微量元素として含む硫化亜鉛は、波長約３５０ｎｍの光を吸収し、微量元素の種類に応じて特定の波長（例えば、マンガンの場合は約５８５ｎｍ）の蛍光を発する。この性質を利用して、音響波と発光の両方を検出に利用することができる。 In addition, when both the photoacoustic effect and light emission can be expected by excitation light of one wavelength, it can be detected using not only a piezoelectric element but also a light receiving element. For example, zinc sulfide containing a small amount of manganese or copper as a trace element absorbs light with a wavelength of about 350 nm, and emits fluorescence with a specific wavelength (for example, about 585 nm in the case of manganese) depending on the type of trace element. Using this property, both acoustic waves and light emission can be used for detection.
図４は、本発明の第２の実施の形態における光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子検出装置１０の要部の構成を示す図である。注水口３２及び排水口３３は筐体３０の両端に配置され、窓３１は筐体３０の側面に配置される。図示していないが、供給・停止手段３４が取り付けられている。励起光１３は窓３１を通して筐体３０の内部空間を通過、水に照射される。検出用セル１１への注水や排水において水は筐体３０内をよどむことなく直線的に流動し、検出用セル１１の内部、特に窓３１の内面に硫化鉱物微粒子が滞留することを防ぐ。筐体３０の側面には、圧電素子（音響波検出手段）１５が取り付けられている。さらに、受光素子（発光検出手段）３６（図示せず）を取り付けることもできる。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a main part of the sulfide mineral fine particle detection device 10 using the photoacoustic effect in the second embodiment of the present invention. The water injection port 32 and the drain port 33 are disposed at both ends of the housing 30, and the window 31 is disposed on the side surface of the housing 30. Although not shown, supply / stop means 34 is attached. The excitation light 13 passes through the internal space of the housing 30 through the window 31 and is irradiated to water. In the water injection or drainage to the detection cell 11, the water flows linearly without stagnation in the housing 30, and the sulfide mineral fine particles are prevented from staying inside the detection cell 11, particularly the inner surface of the window 31. A piezoelectric element (acoustic wave detection means) 15 is attached to the side surface of the housing 30. Furthermore, a light receiving element (light emission detecting means) 36 (not shown) can be attached.
図５は、本発明の第３の実施の形態における光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子検出装置１０の概念図である。本装置は、検出用セル１１、光源手段１２、光源制御手段１４、圧電素子（音響波検出手段）１５、信号処理手段１６、対比用セル１７、励起光１３を分割するハーフミラー（励起光分割手段）１８、対比用セル１７内で発する音響波を検出する圧電素子（対比音響波検出手段）１９から構成される。光源手段１２は、レーザ制御部１２−１、順次照射部１２−２、レーザヘッド１２−３から構成される。光源制御手段１４は、スイッチ１４−１、順次照射選択スイッチ１４−２、電源部１４−３から構成される。信号処理手段１６は、判断処理部１６−１、参照データ記憶部１６−２、データ比較部１６−３、差分処理部１６−４から構成される。また、励起光１３から分割された励起光を対比用セル１７に導くための導光手段２０を設置することもできる。対比用セル１７には硫化鉱物微粒子を含まない水が入れられている。対比用セル１７及び圧電素子（対比音響波検出手段）１９は、検出用セル１１及び圧電素子（音響波検出手段）１５と同一の構造、仕様のものである。励起光分割手段１８により分割された励起光１３を検出用セル１１及び対比用セル１７に同時に照射し、圧電素子（音響波検出手段）１５及び圧電素子（対比音響波検出手段）１９から伝達された音響信号を差分処理部１６−４で処理し、これらの音響信号の差分をとることにより、外部からの振動などにより生じるノイズの影響を除去し、硫化鉱物微粒子の検出を高感度で行うことが可能となる。音響信号の差分に対して、判断処理部１６−１は特定の種類の硫化鉱物微粒子が存在するか否かを判断する。さらに、音響信号の差分の強度と参照データ記憶部１６−２に記憶されている参照用データをデータ比較部１６−３が比較することにより、水中に含まれる特定の種類の硫化鉱物の含有量を判定する。 FIG. 5 is a conceptual diagram of the sulfide mineral fine particle detection apparatus 10 using the photoacoustic effect in the third embodiment of the present invention. This apparatus includes a detection cell 11, a light source unit 12, a light source control unit 14, a piezoelectric element (acoustic wave detection unit) 15, a signal processing unit 16, a comparison cell 17, and a half mirror that divides the excitation light 13 (excitation light division). Means) 18 and a piezoelectric element (contrast acoustic wave detecting means) 19 for detecting an acoustic wave generated in the contrast cell 17. The light source means 12 includes a laser control unit 12-1, a sequential irradiation unit 12-2, and a laser head 12-3. The light source control means 14 includes a switch 14-1, a sequential irradiation selection switch 14-2, and a power supply unit 14-3. The signal processing unit 16 includes a determination processing unit 16-1, a reference data storage unit 16-2, a data comparison unit 16-3, and a difference processing unit 16-4. In addition, a light guide means 20 for guiding the excitation light divided from the excitation light 13 to the comparison cell 17 may be provided. The comparison cell 17 is filled with water that does not contain sulfide mineral fine particles. The comparison cell 17 and the piezoelectric element (contrast acoustic wave detection means) 19 have the same structure and specifications as the detection cell 11 and the piezoelectric element (acoustic wave detection means) 15. The excitation light 13 divided by the excitation light dividing means 18 is simultaneously irradiated to the detection cell 11 and the comparison cell 17 and transmitted from the piezoelectric element (acoustic wave detection means) 15 and the piezoelectric element (contrast acoustic wave detection means) 19. The difference processing unit 16-4 processes the obtained acoustic signal, and by taking the difference between these acoustic signals, the influence of noise caused by external vibration or the like is removed, and the sulfide mineral fine particles are detected with high sensitivity. Is possible. The determination processing unit 16-1 determines whether or not a specific type of sulfide mineral fine particles exists with respect to the difference between the acoustic signals. Further, the content of a specific type of sulfide mineral contained in the water by the data comparison unit 16-3 comparing the intensity of the difference between the acoustic signals and the reference data stored in the reference data storage unit 16-2. Determine.
図６は、本発明の第３の実施の形態における光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子検出装置のスペクトルチャートである。検出用セル１１から得られた音響信号のスペクトルには、硫化鉱物微粒子に由来する音響波の信号だけでなく外部からの振動などにより生じるノイズも含まれるため、高感度で検出できない場合がある。また、ノイズの原因としては、例えば検出用セル１１内の水による励起光１３の吸収も考えられる。そこで、硫化鉱物微粒子を含まない水を入れた対比用セル１７を設置し、検出用セル１１と同様に励起光１３を照射して音響信号のスペクトルを取得し、両者の差分をとることにより、ノイズの影響を除去し、硫化鉱物微粒子の検出を高感度で行うことが可能となる。
励起光を分割せずに対比用セルに励起光を照射する方法としては、対比用セルのために独立した光源手段を設置する方法がある。しかしながら、光源手段を２つ設置するため装置構成が複雑となり、装置の価格も高額になる。また、励起光の光路上に検出用セルと対比用セルを並べ、第１のセルを透過した励起光を第２のセルに照射して音響信号を取得する方法もある。例えば、まず対比用セルに励起光を照射し、透過した励起光を検出用セルに照射する方法が考えられる。しかしながら、励起光が２つのセルを透過するためには、１つのセルを透過する場合よりも出力の大きな光源手段が必要であり、装置の価格も高額になる。これに対して、励起光分割手段としてはハーフミラー等の安価な部品を利用できる。以上のことから、励起光分割手段を用いて励起光を分割し、対比用セルに励起光を照射する方法が優れている。
また、単一の信号処理手段で音響信号間の差分をとる以外の方法として、検出用セルからの音響信号と対比用セルからの音響信号を独立した別個の信号処理手段で処理し、その結果をさらに別の手段で処理する方法もある。しかしながら、装置構成が複雑になり、装置の価格も高額になる。以上のことから、単一の信号処理手段を用いて、検出用セルから得られた音響信号と対比用セルから得られた音響信号の差分をとる方法が優れている。
FIG. 6 is a spectrum chart of the sulfide mineral fine particle detection apparatus using the photoacoustic effect in the third embodiment of the present invention. Since the spectrum of the acoustic signal obtained from the detection cell 11 includes not only the acoustic wave signal derived from the sulfide mineral fine particles but also noise caused by external vibrations, it may not be detected with high sensitivity. Further, as a cause of noise, for example, absorption of the excitation light 13 by water in the detection cell 11 can be considered. Therefore, by installing a comparison cell 17 containing water not containing sulfide mineral fine particles, and irradiating the excitation light 13 in the same manner as the detection cell 11 to acquire the spectrum of the acoustic signal, by taking the difference between the two, It is possible to remove the influence of noise and detect sulfide mineral fine particles with high sensitivity.
As a method of irradiating the comparison cell with the excitation light without dividing the excitation light, there is a method of installing an independent light source means for the comparison cell. However, the installation of two light source means complicates the apparatus configuration and increases the price of the apparatus. There is also a method in which a detection cell and a comparison cell are arranged on the optical path of excitation light, and an acoustic signal is acquired by irradiating the second cell with excitation light transmitted through the first cell. For example, a method of first irradiating the comparison cell with excitation light and irradiating the transmitted excitation light to the detection cell is conceivable. However, in order for the excitation light to pass through the two cells, a light source means having a larger output than that in the case of passing through the one cell is necessary, and the price of the apparatus is also expensive. On the other hand, inexpensive parts such as a half mirror can be used as the excitation light splitting means. From the above, the method of dividing the excitation light using the excitation light dividing means and irradiating the comparison cell with the excitation light is excellent.
Further, as a method other than taking the difference between the acoustic signals by a single signal processing means, the acoustic signal from the detection cell and the acoustic signal from the comparison cell are processed by an independent separate signal processing means, and the result There is also a method of processing by another means. However, the device configuration becomes complicated and the price of the device becomes high. From the above, using a single signal processing means, a method for obtaining the difference between the acoustic signal obtained from the detection cell and the acoustic signal obtained from the comparison cell is excellent.
図７は、本発明の第４の実施の形態における光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子検出装置１０のフローチャートであり、硫化鉱物微粒子検出方法を示す。まず光源制御手段１４に設けられたスイッチ１４−１をオンにすることにより、電源部１４−２から電力が光源手段１２、供給・停止手段３４、圧電素子（音響波検出手段）１５、信号処理手段１６に供給され、硫化鉱物微粒子の検出が開始される。供給・停止手段３４により検出用セル１１内に硫化鉱物微粒子を含む可能性のある水が充填され、密閉される。（ステップＳ１１） 光源手段１２のレーザ制御部１２−１によりレーザ発光が制御されレーザヘッド１２−２を用いて励起光１３を検出用セル１１に照射する。順次照射選択スイッチ１４−３をオンにすることにより順次照射部１２−３が作動し、波長の異なる励起光１３を順次照射する。（ステップＳ１２） 圧電素子（音響波検出手段）１５を用いて音響波を検出し、信号処理手段１６を用いて音響波の信号を処理する。判断処理部１６−１は特定の複数種の硫化鉱物微粒子が存在するか否かを判断する。（ステップＳ１３） 音響波の信号が検出されないと判断処理部１６−１が判断した場合は、特定の複数種の硫化鉱物微粒子は存在しないと判断される。（ステップＳ１４） 音響波の信号が検出されたと判断処理部１６−１が判断した場合は、特定の複数種の硫化鉱物微粒子は存在すると判断される。（ステップＳ１５） さらに、受光素子（発光検出手段）３６を用いて励起光１３の照射後に発生した散乱光、蛍光、燐光などの光を検出する。信号処理手段１６において、発光信号の強度及び発光時間を、参照データ記憶部１６−２に記憶されている参照用データと比較する。（ステップＳ１６） 検出された発光信号の強度及び発光時間を、参照用データと比較することにより、データ比較部１６−３が水中に含まれる特定の複数種の硫化鉱物の種類及び／又は含有量を判定する。（ステップＳ１７） FIG. 7 is a flowchart of the sulfide mineral fine particle detection apparatus 10 using the photoacoustic effect in the fourth embodiment of the present invention, and shows a sulfide mineral fine particle detection method. First, by turning on the switch 14-1 provided in the light source control means 14, power is supplied from the power source 14-2 to the light source means 12, supply / stop means 34, piezoelectric element (acoustic wave detection means) 15, signal processing. Supplied to the means 16, detection of sulfide mineral fine particles is started. The supply / stop means 34 fills the detection cell 11 with water that may contain sulfide mineral fine particles and seals it. (Step S11) Laser light emission is controlled by the laser controller 12-1 of the light source means 12, and the excitation light 13 is irradiated to the detection cell 11 using the laser head 12-2. By sequentially turning on the irradiation selection switch 14-3, the irradiation unit 12-3 operates sequentially, and the excitation light 13 having different wavelengths is sequentially irradiated. (Step S12) An acoustic wave is detected using the piezoelectric element (acoustic wave detecting means) 15, and an acoustic wave signal is processed using the signal processing means 16. The determination processing unit 16-1 determines whether or not there are a plurality of specific types of sulfide mineral fine particles. (Step S13) When the determination processing unit 16-1 determines that an acoustic wave signal is not detected, it is determined that there are no specific plural types of sulfide mineral fine particles. (Step S14) When the determination processing unit 16-1 determines that an acoustic wave signal has been detected, it is determined that there are a plurality of specific types of sulfide mineral fine particles. (Step S15) Furthermore, light such as scattered light, fluorescence, and phosphorescence generated after irradiation of the excitation light 13 is detected using the light receiving element (luminescence detection means) 36. In the signal processing unit 16, the intensity and the light emission time of the light emission signal are compared with the reference data stored in the reference data storage unit 16-2. (Step S16) By comparing the intensity of the detected light emission signal and the light emission time with the reference data, the data comparison unit 16-3 includes the types and / or contents of specific types of sulfide minerals contained in the water. Determine. (Step S17)
本発明の第１の実施の形態においては、単一の波長の励起光を照射し、音響波の信号のみを用いて特定の種類の硫化鉱物微粒子の検出や含有量の判定を行うが、第４の実施の形態においては、波長の異なる励起光を順次照射し、音響波の信号と発光信号の両方を用いる。例えば、音響信号を用いて硫化鉱物微粒子の有無を判定し、発光信号から得られたデータを用いて特定の複数種の硫化鉱物の種類及び／又は含有量を判定する。また、音響信号を用いて硫化鉱物微粒子の有無を判定し、発光信号から得られたデータ及び音響信号から得られたデータの両方を用いて特定の複数種の硫化鉱物の種類及び／又は含有量を判定することも可能である。発光信号から得られたデータ及び音響信号から得られたデータの両方を使用することにより、特定の複数種の硫化鉱物の種類及び／又は含有量の判定がより正確に可能となる。なお、波長の異なる励起光を順次照射し、音響波の信号のみを用いて特定の複数種の硫化鉱物微粒子の検出や含有量の判定を行うことも可能である。また、参照用データと比較する代わりに、予め標準試料を用意しておき、標準試料から得られたデータと比較することも可能である。また、波長の異なる励起光を順次照射するため、複数の光源手段を使用することも、単独で広い範囲の波長の光を発する光源手段と、その光から特定波長の光を取り出すプリズムや回折格子などの分光手段とを組み合わせて使用することも可能である。 In the first embodiment of the present invention, excitation light having a single wavelength is irradiated, and specific types of sulfide mineral fine particles are detected and content is determined using only acoustic wave signals. In the fourth embodiment, excitation light having different wavelengths is sequentially irradiated, and both an acoustic wave signal and a light emission signal are used. For example, the presence or absence of sulfide mineral fine particles is determined using an acoustic signal, and the type and / or content of a specific plurality of types of sulfide minerals is determined using data obtained from a light emission signal. Also, the presence / absence of sulfide mineral fine particles is determined using acoustic signals, and the types and / or contents of specific types of sulfide minerals using both data obtained from luminescence signals and data obtained from acoustic signals Can also be determined. By using both the data obtained from the luminescence signal and the data obtained from the acoustic signal, it is possible to more accurately determine the type and / or content of a specific plurality of types of sulfide minerals. In addition, it is also possible to sequentially irradiate excitation light having different wavelengths and detect specific plural kinds of sulfide mineral fine particles and determine the content using only acoustic wave signals. Instead of comparing with the reference data, a standard sample can be prepared in advance and compared with data obtained from the standard sample. In addition, in order to sequentially irradiate excitation light having different wavelengths, it is possible to use a plurality of light source means, a light source means that emits light of a wide range of wavelengths independently, and a prism or diffraction grating that extracts light of a specific wavelength from the light. It is also possible to use in combination with a spectroscopic means such as.
図８は、本発明の第５の実施の形態における光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置１０の概念図である。本装置は、検出用セル１１、光源手段１２、光源制御手段１４、圧電素子（音響波検出手段）１５、信号処理手段１６、情報記録手段４１、通信手段４２から構成されている。光源手段１２は、レーザ制御部１２−１、順次照射部１２−２、レーザヘッド１２−３から構成される。光源制御手段１４は、スイッチ１４−１、順次照射選択スイッチ１４−２、電源部１４−３から構成される。信号処理手段１６は、判断処理部１６−１、参照データ記憶部１６−２、データ比較部１６−３から構成される。情報記録手段４１は情報記録部４１−１、信号変換部４１−２から構成されている。通信手段４２は送信部４２−１、受信部４２−２から構成されている。 FIG. 8 is a conceptual diagram of a sulfide mineral fine particle detection apparatus 10 using the photoacoustic effect in the fifth embodiment of the present invention. The apparatus includes a detection cell 11, light source means 12, light source control means 14, piezoelectric element (acoustic wave detection means) 15, signal processing means 16, information recording means 41, and communication means 42. The light source means 12 includes a laser control unit 12-1, a sequential irradiation unit 12-2, and a laser head 12-3. The light source control means 14 includes a switch 14-1, a sequential irradiation selection switch 14-2, and a power supply unit 14-3. The signal processing unit 16 includes a determination processing unit 16-1, a reference data storage unit 16-2, and a data comparison unit 16-3. The information recording unit 41 includes an information recording unit 41-1 and a signal conversion unit 41-2. The communication means 42 includes a transmission unit 42-1 and a reception unit 42-2.
この第５の実施の形態においては、信号処理手段１６で得られた情報は情報記録手段４１の信号変換部４１−２により電子情報に変換され、情報記録部４１−１に記録される。さらに、通信手段４２の送信部４２−１により通信を行うことにより、外部４３において記録された情報を入手することができる。通信手段４２の受信部４２−２により外部４３からの命令を受信することができる。 In the fifth embodiment, the information obtained by the signal processing means 16 is converted into electronic information by the signal converting section 41-2 of the information recording means 41 and recorded in the information recording section 41-1. Furthermore, information recorded in the external 43 can be obtained by performing communication with the transmission unit 42-1 of the communication unit 42. A command from the outside 43 can be received by the receiving unit 42-2 of the communication unit.
図９は、本発明の第６の実施形態となる光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置１０を利用して、水底６０に存在する塊状硫化鉱物６１を探査する方法を示す図である。光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置１０及びバッテリー６４を搭載した潜水艇６２を航行させ、水中に存在する硫化鉱物微粒子５０を検出する。水中の硫化鉱物の種類及び／又は含有量に基づいて潜水艇６２の推進手段６３を制御することにより、潜水艇６２を自律的に移動させ、水底６０に存在する塊状硫化鉱物６１を探査することができる。また、水中の硫化鉱物の種類及び／又は含有量の情報を位置情報とともにマッピングすることにより、水底６０に存在する塊状硫化鉱物６１を探査することも可能である。また、得られた情報を通信７１により船舶７０に送信することも可能である。なお水底６０とは、水底表面、水底表面から水中に突出した部分、並びに水底表面下の地中を含むものである。 FIG. 9 is a diagram showing a method for exploring the massive sulfide mineral 61 present in the bottom 60 using the sulfide mineral fine particle detection device 10 using the photoacoustic effect according to the sixth embodiment of the present invention. . The submersible boat 62 equipped with the sulfide mineral fine particle detection device 10 and the battery 64 using the photoacoustic effect is sailed to detect the sulfide mineral fine particles 50 present in the water. By controlling the propulsion means 63 of the submersible craft 62 based on the type and / or content of the sulfide minerals in the water, the submersible craft 62 is moved autonomously to search for the massive sulfide mineral 61 present in the bottom 60. Can do. It is also possible to search for the massive sulfide mineral 61 present in the bottom 60 by mapping information on the type and / or content of sulfide mineral in the water together with position information. It is also possible to transmit the obtained information to the ship 70 via the communication 71. The water bottom 60 includes a water bottom surface, a portion protruding from the water bottom surface into the water, and the underground below the water bottom surface.
また、塊状硫化鉱物６１の採掘が行われている水域において、光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置１０を搭載した潜水艇６２を航行させ、水中に存在する硫化鉱物微粒子５０を検出し、水中の硫化鉱物の種類及び／又は含有量に応じて潜水艇６２を自律的に移動させることにより、硫化鉱物微粒子５０の流出を監視することが可能である。また、水中の硫化鉱物の種類や含有量の情報を位置情報とともにマッピングすることにより、特定の種類の硫化鉱物微粒子５０の流出を監視することも可能である。また、得られた情報を通信７１により船舶７０に送信することも可能である。 Further, in the water area where the massive sulfide mineral 61 is mined, the submersible boat 62 equipped with the sulfide mineral fine particle detection device 10 using the photoacoustic effect is sailed to detect the sulfide mineral fine particles 50 present in the water. The outflow of the sulfide mineral fine particles 50 can be monitored by autonomously moving the submersible boat 62 according to the type and / or content of the sulfide mineral in the water. Moreover, it is also possible to monitor the outflow of specific types of sulfide mineral fine particles 50 by mapping information on the type and content of sulfide minerals in water together with position information. It is also possible to transmit the obtained information to the ship 70 via the communication 71.
以上のように、本発明により、水中に存在する硫化鉱物微粒子のリアルタイムでの検出が可能となり、新たな海底熱水鉱床の発見や、採掘中の海底熱水鉱床の周辺海域における特定の種類の硫化鉱物微粒子の流出や流出した硫化鉱物微粒子の含有量の監視を効率的に実施することが可能となる。また、探査や監視に要するコストを削減することが可能になる。以上に述べた本発明の実施の形態は基本的なものであり、複数の実施の形態を組み合わせることにより、さらに多くの種類の実施の形態を提供することも可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to detect sulfide mineral fine particles existing in water in real time, discovery of a new submarine hydrothermal deposit, and specific types of seawater around the submarine hydrothermal deposit being mined. It is possible to efficiently monitor the outflow of sulfide mineral fine particles and the content of the discharged sulfide fine particles. In addition, the cost required for exploration and monitoring can be reduced. The embodiments of the present invention described above are basic, and it is possible to provide more types of embodiments by combining a plurality of embodiments.
本発明は、例えば、海底の塊状硫化鉱物を資源として開発するための資源探査や、資源開発における鉱害の防止などの分野で利用することができる。また、試験用の硫化鉱物微粒子の検出装置や硫化鉱物微粒子の検出装置を搭載する潜水艇等に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in fields such as resource exploration for developing a sea-floor massive sulfide mineral as a resource and prevention of mine damage in resource development. Further, the present invention can be used for a submerged craft equipped with a detection device for sulfide mineral fine particles or a detection device for sulfide mineral fine particles.
１０ 光音響効果を用いた硫化鉱物微粒子の検出装置
１１ 検出用セル
１２ 光源手段
１２−１ レーザ制御部
１２−２ 順次照射部
１２−３ レーザヘッド
１３ 励起光
１４ 光源制御手段
１４−１ スイッチ
１４−２ 順次照射選択スイッチ
１４−３ 電源部
１５ 圧電素子（音響波検出手段）
１６ 信号処理手段
１６−１ 判断処理部
１６−２ 参照データ記憶部
１６−３ データ比較部
１６−４ 差分処理部
１７ 対比用セル
１８ ハーフミラー（励起光分割手段）
１９ 圧電素子（対比音響波検出手段）
２０ 導光手段
３０ 筐体
３１ 窓
３２ 注水口
３３ 排水口
３４ 供給・停止手段
３６ 受光素子（発光検出手段）
４１ 情報記録手段
４１−１ 情報記録部
４１−２ 信号変換部
４２ 通信手段
４２−１ 送信部
４２−２ 受信部
４３ 外部
５０ 硫化鉱物微粒子
６０ 水底
６１ 塊状硫化鉱物
６２ 潜水艇
６３ 推進手段
６４ バッテリー
７０ 船舶
７１ 通信
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Detection apparatus of sulfide mineral fine particle using photoacoustic effect 11 Detection cell 12 Light source means 12-1 Laser control part 12-2 Sequential irradiation part 12-3 Laser head 13 Excitation light 14 Light source control means 14-1 Switch 14- 2 Sequential irradiation selection switch 14-3 Power source 15 Piezoelectric element (acoustic wave detection means)
16 Signal processing means 16-1 Judgment processing section 16-2 Reference data storage section 16-3 Data comparison section 16-4 Difference processing section 17 Comparison cell 18 Half mirror (excitation light dividing means)
19 Piezoelectric element (contrast acoustic wave detection means)
20 Light guiding means 30 Housing 31 Window 32 Water inlet 33 Drain outlet 34 Supply / stop means 36 Light receiving element (light emission detecting means)
41 Information Recording Unit 41-1 Information Recording Unit 41-2 Signal Conversion Unit 42 Communication Unit 42-1 Transmission Unit 42-2 Reception Unit 43 External 50 Sulfide Mineral Fine Particles 60 Water Bottom 61 Lumped Sulfide Mineral 62 Submersible 63 Propulsion Unit 64 Battery 70 Ship 71 communication
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014139497A JP6494934B2 (en) | 2013-07-05 | 2014-07-07 | Sulfide mineral fine particle detection device using photoacoustic effect, sulfide mineral fine particle detection method, and method for exploring or monitoring sulfide mineral |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013141645 | 2013-07-05 | ||
| JP2013141645 | 2013-07-05 | ||
| JP2014139497A JP6494934B2 (en) | 2013-07-05 | 2014-07-07 | Sulfide mineral fine particle detection device using photoacoustic effect, sulfide mineral fine particle detection method, and method for exploring or monitoring sulfide mineral |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015028476A JP2015028476A (en) | 2015-02-12 |
| JP6494934B2 true JP6494934B2 (en) | 2019-04-03 |
Family
ID=52492235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014139497A Active JP6494934B2 (en) | 2013-07-05 | 2014-07-07 | Sulfide mineral fine particle detection device using photoacoustic effect, sulfide mineral fine particle detection method, and method for exploring or monitoring sulfide mineral |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6494934B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106060457B (en) * | 2016-05-27 | 2019-01-04 | 浙江省海洋水产研究所 | A kind of spawning ground monitoring device of 360 degree rotation monitoring |
| CN106018407B (en) * | 2016-05-27 | 2018-10-23 | 浙江省海洋水产研究所 | A kind of marine conservation areas monitor using wave energy |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5933215B2 (en) * | 1978-09-30 | 1984-08-14 | 富士電機株式会社 | Photoacoustic analyzer signal processing circuit |
| JPS6015013B2 (en) * | 1979-05-31 | 1985-04-17 | 富士電機株式会社 | Photoacoustic analyzer signal processing circuit |
| JPS623722Y2 (en) * | 1981-03-12 | 1987-01-28 | ||
| JPS59187245A (en) * | 1983-04-07 | 1984-10-24 | Chishitsu Kogaku Kk | Method and device for measuring indirectly content of accessory metal in substance on seabed by utilizing photoacoustic phenomenon |
| JPS6082835A (en) * | 1983-10-13 | 1985-05-11 | Akira Fujishima | Automatic spectrum measuring device of light and heat |
| JPH08201271A (en) * | 1995-01-30 | 1996-08-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Opto-acoustic detector |
-
2014
- 2014-07-07 JP JP2014139497A patent/JP6494934B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2015028476A (en) | 2015-02-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Development of a new deep-sea hybrid Raman insertion probe and its application to the geochemistry of hydrothermal vent and cold seep fluids | |
| AU2016228263B2 (en) | Autonomous underwater system for 4d environmental monitoring | |
| Thornton et al. | Development of a deep-sea laser-induced breakdown spectrometer for in situ multi-element chemical analysis | |
| Hester et al. | Gas hydrate measurements at Hydrate Ridge using Raman spectroscopy | |
| EP3170033B1 (en) | Method and system for identifying and sampling hydrocarbons | |
| MX2015001596A (en) | Systems and methods for inspecting and monitoring a pipeline. | |
| US9170208B2 (en) | Handheld characteristic analyzer and methods of using the same | |
| US9103716B2 (en) | Handheld characteristic analyzer and methods of using the same | |
| MX2015001713A (en) | Systems and methods for inspecting and monitoring a pipeline. | |
| WO2016011385A1 (en) | Method and system for performing surveying and sampling in a body of water | |
| JP6730551B2 (en) | Component analyzer | |
| MX2015001882A (en) | Systems and methods for monitoring a subsea environment. | |
| AU2013315826A1 (en) | Systems and methods for inspecting and monitoring a pipeline | |
| AU2013315831A1 (en) | Systems and methods for inspecting and monitoring a pipeline | |
| JP6494934B2 (en) | Sulfide mineral fine particle detection device using photoacoustic effect, sulfide mineral fine particle detection method, and method for exploring or monitoring sulfide mineral | |
| Schaap et al. | Quantification of a subsea CO2 release with lab-on-chip sensors measuring benthic gradients | |
| Gros et al. | Quantification of dissolved CO2 plumes at the Goldeneye CO2-release experiment | |
| Monk et al. | Detecting and mapping a CO2 plume with novel autonomous pH sensors on an underwater vehicle | |
| Du et al. | The applications of the in situ laser spectroscopy to the deep-sea cold seep and hydrothermal vent system | |
| Liu et al. | A review on the methane emission detection during offshore natural gas hydrate production | |
| RU2522821C1 (en) | Pollution monitoring and detection system for offshore oil and gas fields | |
| Du et al. | Feasibility investigation on deep ocean compact autonomous Raman spectrometer developed for in-situ detection of acid radical ions | |
| McStay et al. | A new tool for the rapid remote detection of leaks from subsea pipelines during remotely operated vehicle inspections | |
| JPS59187245A (en) | Method and device for measuring indirectly content of accessory metal in substance on seabed by utilizing photoacoustic phenomenon |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170706 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180425 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180529 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20180727 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180927 |
|
| 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: 20190205 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190306 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6494934 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |