JP6515317B2 - Particle detector - Google Patents
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Description
本発明は、空気の微細なホコリによる汚染状態を判定するために使用される空気中に含まれるホコリ量を測定するための微粒子検知装置に関するものである。 The present invention relates to a particulate matter detection device for measuring the amount of dust contained in air used to determine the state of fine dust contamination of air.
近年、花粉やアレルギー性ハウスダスト、およびPM2.5を代表とする空気中の微細なホコリにまつわる健康問題が社会的に拡大している。このような課題に対処するためには空気中のホコリを捕集することで清浄な空気質を保つ空気清浄機等の空調装置の活用が有効である。 In recent years, the health problems associated with pollen, allergic house dust, and fine dust in the air, represented by PM2.5, are socially expanding. In order to cope with such problems, it is effective to use an air conditioner such as an air purifier that keeps clean air quality by collecting dust in the air.
しかしながら、空気清浄機等においては、省エネルギーや利便性の観点からホコリの発生に応じて自動的に運転を行うことが望ましく空気中のホコリ量に合わせてより最適に自動運転を行うものが求められている。 However, in air cleaners and the like, it is desirable to automatically operate according to the occurrence of dust from the viewpoint of energy saving and convenience, and it is desirable to perform automatic operation more optimally according to the amount of dust in the air. ing.
この空気清浄機等の最適な自動運転のためには空気中にあるホコリの種類と発生量に応じて送風風量や風向を制御することが必要となることから、ホコリの種類を見分けることができる検知方式に対する要求が高まってきている。 The type of dust can be identified because it is necessary to control the amount and direction of air blowing according to the type and amount of dust present in the air for optimum automatic operation such as this air cleaner. There is a growing demand for detection methods.
このようなホコリの種類を見分ける方式としては、検知したホコリを構成する微粒子の粒子径の違いを識別し、判定する方法が広く一般的に用いられている。この方法は、精度の点では劣るが、比較的単純な構成であることから低コストで実現が可能である。 As a method of identifying the type of such dust, a method of identifying and determining the difference in particle diameter of the particles constituting the detected dust is widely used. Although this method is inferior in accuracy, it can be realized at low cost because of its relatively simple configuration.
従来、この種の微粒子検知装置は、照射した光のホコリによる散乱反射光の強度の違いに基づいて検知する方式が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Heretofore, there has been known a method of detecting this type of particle detecting device based on the difference in the intensity of scattered reflected light due to the dust of the irradiated light (see, for example, Patent Document 1).
以下、その微粒子検知装置について図7を参照しながら説明する。 The particle detector will be described below with reference to FIG.
図7に示すように、従来の微粒子検知装置は、空気中を浮遊しているホコリ100に光を照射するLED発光回路101と空気中のホコリを検知しパルス信号を出力するダスト検知器102と、前記パルス信号を読み取ることでその数量の違いから空気の汚染状態を判定するマイコン103とから構成される。
As shown in FIG. 7, the conventional particle detector comprises an LED light emitting circuit 101 for irradiating light to
ダスト検知器102は、受光回路104と増幅回路105と粒子径判定回路106と出力回路107から構成されている。受光回路104は、ホコリ100の粒子径が大きいほど高強度となる反射光を受光し、受光強度に応じた電圧信号を出力する。また、受光回路104は、ダスト検知器102の主要構成であって、受光素子となっている。増幅回路105は、前記電圧信号を増幅する。粒子径判定回路106は、コンパレータにて構成され、前記増幅された電圧信号を規定する判定基準値となる電圧閾値と比較することでパルス信号に変換して出力する。出力回路107は、前記出力されたパルス信号をマイコン103で読み取れる規定する電圧値の変化に増幅する。
The
また、前記マイコン103により粒子径判定回路106の電圧閾値を切り替えるためのレベル切替回路108を備えている。レベル切替回路108は、粒子径判定回路106の電圧閾値を2段階設けてマイコン103により電圧閾値を交互に切り替える。このようにして、粒子径の異なる複数のホコリ量を1つのダスト検知器102で判定できるようにしている。
Further, a
また、特定の事例は示さないが、この種の微粒子検知装置には、前記ダスト検知器102において異なる電圧閾値をあらかじめ設定した粒子径判定回路106とおよび、出力回路107を1組以上備えて各対応して出力されるパルス信号をマイコン103により読み取ることにより粒子径の異なる複数のホコリ量を判定できるようにしているものもある。
In addition, although a specific case is not shown, this type of particle detector includes at least one set of a particle diameter determination circuit 106 in which different voltage thresholds are previously set in the
このような従来の微粒子検知装置においては、発光素子となるLED発光回路101と、受光回路104を1組として、マイコン103によりレベル切替回路108を介して粒子径判定回路106の2段階設の電圧閾値を切り替えながらダスト検知器102から出力されるパルス信号を読み取る。このようにして、2種類の粒子径の異なる複数のホコリ量を判定する構成となっていた。
In such a conventional particle detection device, the voltage of two stages of the particle diameter determination circuit 106 is set by the
また、ダスト検知器102において異なる電圧閾値をあらかじめ設定した粒子径判定回路106と、出力回路107を1組以上備えて、各対応して出力されるパルス信号をマイコン103により読み取ることにより粒子径の異なる複数のホコリ量を判定する構成となっていた。
Further, the
よって、1組の発光素子と受光素子の組み合わせから得られる電圧信号の電圧値の違いから複数の粒子径の異なるホコリ量を判定することが基本となり、小粒子径側のホコリ量の判定結果には隣り合う大粒子径のホコリ量の影響も含まれるという課題を有していた。 Therefore, it is basic to determine the amount of dust with different particle diameters based on the difference in voltage value of the voltage signal obtained from the combination of one set of light emitting element and light receiving element, and the determination result of the amount of dust on the small particle diameter side Has the problem that the influence of the amount of dust of the large particle diameter adjacent to is also included.
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、1組の発光素子と受光素子の組み合わせから得られる電圧信号から複数の粒子径の異なるパルス信号を得てホコリ量を判定する構成にあって、隣り合う小粒子径と大粒子径の関係において小粒子径側のホコリ量をより正確に判定できる微粒子検知装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention solves the above-described conventional problems, and is configured to obtain a plurality of pulse signals with different particle diameters from voltage signals obtained from a combination of a light emitting element and a light receiving element to determine the amount of dust. An object of the present invention is to provide a particulate matter detection device capable of more accurately determining the amount of dust on the small particle diameter side in the relationship between adjacent small particle diameters and large particle diameters.
そして、この目的を達成するために、本発明は、照射光の散乱による反射光の強度に基づき、空気中に存在するホコリの複数の粒子径に応じた時間幅となるパルス状の検知信号を出力する微粒子検知手段と、前記検知信号を読み取り、単位時間当りの信号の発生量から対応する粒子径のホコリ量を判定する判定手段を備えた微粒子検知装置において、前記判定手段は、読み取った検知信号のうち、小粒子径を示す検知信号と大粒子径を示す検知信号とが同時に検出された場合に小粒子径を示す検知信号から大粒子径を示す検知信号を
減算して、小粒子径のホコリ量を判定するように構成したものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
And in order to achieve this object, according to the present invention, based on the intensity of the reflected light due to the scattering of the irradiation light, a pulse-like detection signal having a time width corresponding to a plurality of particle sizes of dust present in the air A particulate detection apparatus comprising: a particulate detection means for outputting; and a determination means for reading the detection signal and determining the dust amount of the corresponding particle diameter from the generation amount of the signal per unit time, wherein the determination means detects the read among the signals, it subtracts the detection signal indicating the larger particle diameter from the detection signal indicating the small particle diameter when the detection signal indicating the detection signal and the large particle size shows a small particle size has been detected at the same time, the small particle size To determine the amount of dust, thereby achieving the desired purpose.
本発明によれば、照射光の散乱による反射光の強度に基づき、空気中に存在するホコリの複数の粒子径に応じた時間幅となるパルス状の検知信号を出力する微粒子検知手段と、前記検知信号を読み取り、単位時間当りの信号の発生量から対応する粒子径のホコリ量を判定する判定手段を備えた微粒子検知装置において、前記判定手段は、読み取った検知信号のうち、小粒子径を示す検知信号と大粒子径を示す検知信号とが同時に検出された場合に小粒子径を示す検知信号から大粒子径を示す検知信号を減算して、小粒子径のホコリ量を判定するように構成したことにより、判定手段においては小粒子径のホコリ量は読み取った小粒子径から大粒子径の検知信号の差分に基づいて判定するために大粒子径側の影響は抑制される。
According to the present invention, there is provided the particle detecting means for outputting a pulse-like detection signal having a time width corresponding to the plurality of particle diameters of the dust present in the air based on the intensity of the reflected light due to the scattering of the irradiation light In the particulate matter detection apparatus comprising a determination means for reading the detection signal and determining the dust amount of the corresponding particle size from the generation amount of the signal per unit time, the determination means comprises the small particle size of the read detection signal. When the detection signal indicating the large particle size is detected simultaneously with the detection signal indicating the small particle size , the detection signal indicating the large particle size is subtracted from the detection signal indicating the small particle size to determine the amount of dust of the small particle size Since the determination means determines the amount of dust of the small particle diameter based on the difference between the small particle diameter read and the large particle diameter detection signal, the influence on the large particle diameter side is suppressed.
本発明の請求項1記載の微粒子検知装置は、照射光の散乱による反射光の強度に基づき、空気中に存在するホコリの複数の粒子径に応じた時間幅となるパルス状の検知信号を出力する微粒子検知手段と前記検知信号を読み取り、単位時間当りの信号の発生量から対応する粒子径のホコリ量を判定する判定手段を備えた微粒子検知装置において、前記判定手段は、読み取った検知信号のうち、小粒子径を示す検知信号と大粒子径を示す検知信号とが同時に検出された場合に小粒子径を示す検知信号から大粒子径を示す検知信号を減算して、小粒子径のホコリ量を判定するために大粒子径側の影響は抑制される。
The particulate matter detection apparatus according to
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1と図2に示すように、本実施の形態における微粒子検知装置は、照射した光の散乱による反射光の強度に基づき、空気中に存在するホコリの大きさに応じたパルス状となる電圧信号を出力する微粒子検知手段1と、前記電圧信号を読み取り、単位時間当りの信号の発生量から空気中のホコリ量を判定する判定手段2から構成している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the particulate matter detection device according to the present embodiment has a pulse-like voltage according to the size of dust present in the air, based on the intensity of the reflected light due to the scattering of the irradiated light. A particle detection means 1 for outputting a signal, and a determination means 2 for reading the voltage signal and determining the amount of dust in the air from the amount of generation of the signal per unit time are constituted.
微粒子検知手段1は光放射手段3と受光手段4と信号変換手段5とを備えている。光放射手段3は、空気中にただよう微細なホコリを構成する微粒子6に対し光を照射する。受光手段4は、微粒子6の表面で散乱して反射される光放射手段3から照射した光を受光し、受光強度に応じた電圧信号を出力する。信号変換手段5は、前記電圧信号を扱いやすい電圧レベルに増幅し、パルス状の矩形波形の信号に変換して出力する。
The particulate detection means 1 comprises a light emitting means 3, a light receiving means 4 and a signal conversion means 5. The light emitting means 3 irradiates light to the
信号変換手段5は増幅手段7と比較手段8とおよび電圧変換手段9から構成している。増幅手段7は、受光手段4より出力される電圧信号を扱いやすい電圧レベルに増幅する。比較手段8a,8bは、増幅手段7で増幅された電圧信号を規定する2種の判定基準値となる電圧閾値と比較することでパルス状の矩形波形の信号に変換して出力する。電圧変換手段9a,9bは、前記出力される信号を判定手段2にて読み取ることができる電圧値に変換することでパルス状の電圧信号となる検知信号を出力するものであり、比較手段8a,8bに各対応し備えている。 The signal conversion means 5 comprises an amplification means 7, a comparison means 8 and a voltage conversion means 9. The amplifying means 7 amplifies the voltage signal output from the light receiving means 4 to a manageable voltage level. The comparison means 8a and 8b convert the voltage signal amplified by the amplification means 7 into a pulse-like rectangular waveform signal by comparing it with voltage threshold values as two determination reference values defining the signal and output it. The voltage conversion means 9a, 9b convert the output signal into a voltage value that can be read by the determination means 2 to output a detection signal as a pulse-like voltage signal, and the comparison means 8a, 9b, It corresponds to each 8b.
判定手段2には入力端子10a,10bを各備えており、微粒子検知手段1から出力される検知信号を内部に読み込んでいる。 The determination means 2 is provided with input terminals 10a and 10b, and a detection signal output from the particle detection means 1 is read into the inside.
また、微粒子検知手段1と判定手段2は、電源手段11から供給される電力により動作するものである。 Further, the particle detection means 1 and the determination means 2 are operated by the power supplied from the power supply means 11.
ここで、本実施の形態においては比較手段8a,8bは2種の判定基準値となる電圧閾値を設けてものとして説明しているが、この手段の数は特に規定するものでなく2種以上の電圧閾値を設けた複数の手段を備えても構わない。 Here, in the present embodiment, the comparison means 8a and 8b are described as providing voltage thresholds serving as two judgment reference values, but the number of these means is not particularly limited, and two or more kinds are provided. A plurality of means provided with a voltage threshold may be provided.
なお、この比較手段8a,8bにて設けている電圧閾値は後ほど説明するように各検知するホコリの粒子径の設定に対応する。 The voltage threshold provided in the comparison means 8a, 8b corresponds to the setting of the particle diameter of the dust to be detected as will be described later.
ここで、判定手段2は、例えば1チップのマイクロコンピューターを用いるものである。 Here, the determination means 2 uses, for example, a microcomputer of one chip.
このマイクロコンピューターは、演算や判定処理を行う中央演算装置、入出力端子、A/D入力端子、リードオンリーメモリーやランダムアクセスメモリー等を一体としたものである。入出力端子は、外部の電圧変化の信号を取り込み、出力を行う。A/D入力端子は、アナログ電圧信号をデジタル値に変換して取り込む。リードオンリーメモリーは、動作手順をソフトウェアーとして記憶している。ランダムアクセスメモリーは、演算や判定状態を一時的に保存するものである。 This microcomputer integrates a central processing unit for performing calculation and determination processing, an input / output terminal, an A / D input terminal, a read only memory, a random access memory, and the like. The input / output terminal takes in and outputs an external voltage change signal. The A / D input terminal converts an analog voltage signal into a digital value and takes it in. The read only memory stores operation procedures as software. The random access memory is for temporarily storing operation and judgment states.
このようなマイクロコンピューターにて構成とする判定手段2においては、入力端子10にHi電位やLo電位、あるいはアナログ電圧値の変化からなる電気信号をデジタル値としてマイクロコンピューターの内部へ読み込みを行う。Hi電位は許容される電圧の電気信号の仕様で規定される駆動電源の電圧電位である。Lo電位は、基準電位(GND)である。
In the judging means 2 constituted by such a microcomputer, an electric signal consisting of a change of the Hi potential or the Lo potential or an analog voltage value is read into the microcomputer as a digital value at the
また、ソフトウェアー記述のプログラムとしてリードオンリーメモリー上に一連の制御処理の手順として記憶させ、この手順を規定のタイミングに合わせて、あるいは、この内部に読み込んだ電気信号のデジタル値の変化に基づいて実行することにより要求される制御動作を実行させることができる。 Also, it is stored as a procedure of a series of control processing on a read only memory as a program of software description, and this procedure is made in accordance with a prescribed timing or based on the change of digital value of the electrical signal read inside. Execution can execute required control operations.
ここで、光放射手段3は、一定の直流電流を流せば高効率に光を放射する発光ダイオードを主要とした回路で構成している。なお、光放射手段3は、ホコリ量の正確な値の判定の妨げとなる外来可視光の入射による影響を抑制するために、可視光以外の、例えば赤外線発光の発光ダイオードを用いた構成が望ましい。 Here, the light emitting means 3 is composed of a circuit mainly composed of a light emitting diode which emits light with high efficiency if a constant direct current flows. The light emitting means 3 preferably has a configuration using a light emitting diode other than visible light, for example, emitting infrared light, in order to suppress the influence of the incident of the external visible light which interferes with the determination of the accurate value of the amount of dust. .
また、光放射手段3から照射される光は、微粒子6の表面で散乱して微小な反射光となる。そのため、受光手段4は、微小な反射光を受光し、受光強度に応じた電圧信号に効率的に変換し、出力できるものである。例えば、フォトダイオードを主要とした回路で構成する。さらに、赤外線発光の光放射手段3を用いたときには赤外線光以外の透過性を抑制した光学フィルターを備えた赤外線光受光のフォトダイオードを用いた構成が望ましい。
In addition, the light emitted from the light emitting means 3 is scattered on the surface of the
また、受光手段4は、フォトダイオード以外の受光素子であるところのフォトトランジスターを主要構成として用いることもできる。 Moreover, the light receiving means 4 can also use the phototransistor which is light receiving elements other than a photodiode as a main structure.
なお、図3に光放射手段3と受光手段4周辺の概略の構造図を示す。光放射手段3と受光手段4は、その配置位置を固定し、外郭部材12の内部に収められる。外郭部材12は、周囲からのホコリの微粒子6を内部に取り込めるように空気の流れを確保しながら周囲の光の入射を防ぐ構造となっている。
Note that FIG. 3 shows a schematic structural view around the light emitting means 3 and the light receiving means 4. The light emitting means 3 and the light receiving means 4 fix their arrangement positions and are housed inside the outer shell member 12. The outer shell member 12 has a structure for preventing the incidence of ambient light while securing a flow of air so as to take in the
また、同図に示しているように、光放射手段3からの放射光が受光手段4に対して直接的に入射することを避けるために、光の放射方向と入射方向の光軸中心が交わらないように光軸が80°から140°程度で交わるように配置し、固定する。 Further, as shown in the figure, in order to prevent the radiation light from the light emitting means 3 from being directly incident on the light receiving means 4, the light axis and the light axis center in the incident direction cross each other. Place and fix so that the optical axes intersect at about 80 ° to 140 °.
この光軸が交差するポイントがホコリの検知点13となる。 The point at which the optical axes intersect is the dust detection point 13.
なお、この検知点13に対して光放射手段3からの放射光を集光することで増強させるためのレンズ14aを配置することも一般的である。 In addition, it is also common to arrange the lens 14a for making it reinforce by condensing the radiation light from the light emission means 3 with respect to this detection point 13. FIG.
これにより、より微細な粒子からの反射輝度を増加させることにより、より微細となるホコリが検知できるようにしている。 This makes it possible to detect finer dust by increasing the reflection luminance from finer particles.
さらには、同様に検知点13からの反射光のみが選択的に受光手段4に入射するように、レンズ14bを配置する場合もある。 Furthermore, the lens 14b may be arranged so that only the reflected light from the detection point 13 is selectively incident on the light receiving means 4 in the same manner.
ここで、増幅手段7は特定の仕様を求めるものではなく微小な電圧信号を必要とする電圧に増幅するための一般的な直流型の演算増幅器(オペアンプ)を主要とした回路で構成したものである。 Here, the amplifying means 7 does not require a specific specification, and is constituted by a circuit mainly composed of a general DC type operational amplifier (op-amp) for amplifying a minute voltage signal to a required voltage. is there.
また、比較手段8a,8bも特定の仕様を求めるものではなく、入力される電圧信号を規定する判定基準値となる電圧閾値と比較することでパルス状の電圧信号に変換して出力する一般的な比較器(コンパレーター)を主要とした回路で構成したものである。 Also, the comparison means 8a and 8b do not obtain a specific specification, but generally convert it into a pulse-like voltage signal by comparing it with a voltage threshold which is a determination reference value defining an input voltage signal. Comparator is composed mainly of a circuit.
電圧変換手段9は、入力されるパルス状の電圧信号を判定手段2となるマイクロコンピューターの入力端子10に許容される電圧値の信号に変換するものである。例えば、単純なトランジスター素子を用いたスイッチ回路にて構成する。
The voltage conversion means 9 converts the input pulse-like voltage signal into a signal of a voltage value permitted to the
このような構成によれば、検知対象となるホコリの粒子径が大きいほど検知点13を横切る時間が長くなり、反射光も増大する。そのため、受光手段4より出力される電圧信号も粒子径が大きいほど持続時間が長く電圧値が大きくなる。よって、微粒子検知手段1から出力されるパルス状となる検知信号の幅は、ホコリの粒子径に対応して変化することとなる。すなわち、ホコリの粒子径が大きいほど、微粒子検知手段1から出力される検知信号の幅は広くなる。また、ホコリの粒子径が小さくなると、微粒子検知手段1から出力される検知信号の幅は狭くなる。 According to such a configuration, as the particle diameter of the dust to be detected is larger, the time for crossing the detection point 13 is longer, and the reflected light is also increased. Therefore, the voltage signal output from the light receiving means 4 also has a longer duration and a larger voltage value as the particle diameter is larger. Therefore, the width of the pulse-shaped detection signal output from the particle detection means 1 changes in accordance with the particle diameter of the dust. That is, as the particle diameter of the dust is larger, the width of the detection signal output from the particle detection means 1 is wider. In addition, when the particle size of the dust decreases, the width of the detection signal output from the particle detection means 1 narrows.
なお、比較手段8a,8bと電圧変換手段9a,9bは絶対的に必要となる構成ではない。例えば、比較手段8から出力されるパルス状の電圧信号が、判定手段2を構成するマイクロコンピューターの入力端子10に許容される電圧値以下であり、マイクロコンピューターが検知信号として判定可能なHi電位とLo電位の間の電圧値の変化やアナログ電圧値の変化の範囲以内であれば電圧変換手段9は省くことができる。
The comparison means 8a, 8b and the voltage conversion means 9a, 9b are not absolutely required. For example, the pulsed voltage signal output from the comparison means 8 is less than or equal to the voltage value permitted to the
同様に、信号変換手段5から出力される増幅した電圧信号が判定手段2を構成するマイクロコンピューターの入力端子10に許容される電圧値以下であり、マイクロコンピューターが検知信号として判定可能なアナログ電圧値の変化の範囲以内であれば比較手段8も省くことができる。
Similarly, the amplified voltage signal output from the signal conversion means 5 is equal to or less than the voltage value permitted to the
ここで、電源手段11は安定化した直流の電力を供給するものである。 Here, the power supply means 11 supplies stabilized direct current power.
例えば、交流高圧の商用電源を電力供給源として交流電圧を整流後にトランスの1次側に断続電流を導通させることでトランスの2次側に降圧した電圧を生じ発生させた後、整流化し直流電圧を得て、同直流電圧の値を帰還し基準電圧と比較して断続電流の周期や間隔を変化させることで規定値の電圧に安定化し出力する、いわゆるスイッチングレギュレーター回路の構成を用いることができる。 For example, after alternating current voltage is rectified using an AC high voltage commercial power supply as an electric power supply source and then intermittent current is conducted to the primary side of the transformer to generate a stepped-down voltage on the secondary side of the transformer, then rectified and generated. It is possible to use a so-called switching regulator circuit configuration that stabilizes and outputs a voltage of a specified value by feeding back the value of the same DC voltage and changing the period and interval of the intermittent current compared with the reference voltage. .
また、電荷を蓄えることにより規定値の電圧にて負荷側に対して一定時間の電力を供給するバッテリー等の蓄電池を用いても良い。 Further, a storage battery such as a battery may be used which supplies electric power for a fixed time to the load side at a voltage of a specified value by storing electric charge.
なお、これまで微粒子検知手段1と判定手段2は1つの電源手段11からの安定電圧の供給により動作をするものと説明してきたが、異なる安定電圧で動作するものであっても構わず、構成を規定するものではない。
Although the
このように、電源手段11は安定化した直流の電力を供給できるものであれば特定するものではなく、その構成は本実施の形態の要旨には関係しないことから詳細の説明は省略する。 As described above, the power supply unit 11 is not limited as long as it can supply stabilized direct current power, and the configuration thereof is not related to the gist of the present embodiment, and thus the detailed description will be omitted.
なお、前述した通り微粒子検知手段1から出力される検知信号の幅は対象となるホコリの粒子径が大きいほど広くなり、ホコリの粒子径に基本的に対応することなる。 As described above, the width of the detection signal output from the particle detection means 1 becomes wider as the particle size of the target dust becomes larger, and basically corresponds to the particle size of the dust.
しかしながら、前記にて説明した検知点13を移動するホコリの速度が早くなれば同一粒子径のホコリであっても光の反射時間が短くなることで、結果的に得られる電圧信号の幅も細くなる。したがって、再現性のある検知のためにはホコリが一定速度で検知点13を移動するように制御する必要がある。 However, if the speed of the dust moving through the detection point 13 described above is increased, the light reflection time is shortened even for dust of the same particle diameter, and the width of the resultant voltage signal is also narrowed. Become. Therefore, for reproducible detection, it is necessary to control the dust to move the detection point 13 at a constant speed.
よって、外郭部材12の周囲から検知点13において一定方向で一定速度の空気の流れを生じさせる送風機構を一般的に備えている。 Therefore, a blower mechanism is generally provided to generate a flow of air at a constant speed in a fixed direction at the detection point 13 from the periphery of the shell member 12.
この送風機構としては、例えば一定風速の風の流れを生じさせる送風装置や、または微粒子6を垂直方向に移動させるものとして電熱素子に基づく熱対流を用いることが一般的であるが、本考案の要旨には関係しないことから詳細の説明は省略する。
As this air blowing mechanism, it is general to use, for example, an air blower for generating a flow of wind with a constant wind velocity, or thermal convection based on an electric heating element as a device for moving the
次に、図4に示すグラフを用いて微粒子検知手段1から出力される検知信号の生成の詳細を説明する。 Next, details of generation of a detection signal output from the particle detection means 1 will be described using a graph shown in FIG.
図4は、受光手段4より出力され増幅手段7で増幅された電圧信号(図上Vs)と比較手段8a,8bにて電圧比較され電圧変換手段9a,9bにて電圧変換されることでパルス状の電圧信号として出力される検知信号(図上Vpa,Vpb)の各電圧値を縦軸とし横軸に時間を配置して、時間の進行に対する各信号の変化の状態を示したものである。なお、図4の検知信号において図示しているVLを出力している状態が、微粒子検知手段1がホコリを検知した状態である。 In FIG. 4, the voltage signal (Vs in the figure) output from the light receiving means 4 and amplified by the amplifying means 7 is compared with the voltage by the comparing means 8a and 8b and voltage converted by the voltage converting means 9a and 9b. The voltage values of detection signals (Vpa and Vpb in the figure) output as voltage-like voltage signals are taken on the vertical axis, and time is placed on the horizontal axis to show the state of change in each signal with respect to the progress of time. . The state in which V L shown in the detection signal of FIG. 4 is output is the state in which the particulate matter detection means 1 detects dust.
前記にて説明したように受光手段4より出力される電圧信号も粒子径が大きいほど持続時間が長く電圧値も大きくなる。このことから増幅手段7で増幅された電圧信号Vsにおいてもパルス状に隆起する各電圧の変化が微粒子を検知した状態を示すこととなり、パルス形状の幅が大きく電圧値が高いほどより大粒子径となるホコリを検知したことを示す。 As described above, the voltage signal output from the light receiving means 4 also has a longer duration and a larger voltage value as the particle diameter is larger. From this, even in the voltage signal Vs amplified by the amplification means 7, the change in each voltage rising in a pulse shape indicates a state in which the particle is detected, and the larger the pulse width and the higher the voltage value, the larger particle diameter It shows that the dust which becomes
よって、この増幅された電圧信号を比較手段8a,8bにおいて規定する2種の判定基準値となる電圧閾値(図上Vta,Vtb)を設けて電圧比較すれば、各電圧閾値Vta,Vtbに応じた一定以上の電圧信号が生じたことをパルス状の矩形波形となる検知信号の生成として知ることができる。このことは比較手段8a,8bにおける各電圧閾値を適宜選定すれば検知信号Vpa,Vpbの出力の有無で各一定粒子径以上のホコリの検知を判定できることを示している。なお増幅された電圧信号は粒子径が大きいほど電圧値が大きくなることから図に示している高電圧側となる電圧閾値Vtbは電圧閾値Vtaに対してより大きな粒子径のホコリを判定するための設定となることがわかる。よって、このように2種の電圧閾値Vtaと電圧閾値Vtbの設定により判定された検知信号Vpaと検知信号Vpbは小粒子径と大粒子径のホコリの検知結果に対応することとなる。
Therefore, if voltage comparisons (Vta and Vtb in the figure) are made that provide two determination reference values that define the amplified voltage signals in comparison means 8a and 8b, voltage comparison is performed according to each of voltage thresholds Vta and Vtb. The generation of a voltage signal of a certain level or more can be known as generation of a detection signal which is a pulse-like rectangular waveform. This indicates that if the voltage threshold values in the comparison means 8a and 8b are appropriately selected, detection of dust having a particle diameter larger than each constant particle diameter can be determined by the presence or absence of the output of the detection signals Vpa and Vpb. As the voltage value of the amplified voltage signal increases as the particle diameter increases, the voltage threshold Vtb on the high voltage side shown in the figure is for determining dust with a particle diameter larger than the voltage threshold Vta. It turns out that it becomes setting. Therefore, the detection signal Vpa and the detection signal Vpb determined by the setting of the two voltage thresholds Vta and Vtb correspond to the detection results of the small particle diameter and the large particle diameter dust.
また、図に示しているように生成された検知信号のパルス幅は増幅された電圧信号の大きさ(電圧値や持続時間)に左右され、変化する。このことは各電圧閾値を超える電圧信号を生じる粒子径のホコリを検知したときはその粒子径の大小の違いが検知信号のパルス幅の違いとして現れることを示している。よって、ある単位時間を規定し、この単位時間当りにおける各検知信号の総数や占める時間比率を求めれば、周囲の空気中に存在するホコリに含まれる微粒子6の電圧閾値にて規定する各粒子径のホコリ量を判定することができることとなる。
Also, as shown in the figure, the pulse width of the detection signal generated changes depending on the magnitude (voltage value or duration) of the amplified voltage signal. This indicates that when dust having a particle diameter causing a voltage signal exceeding each voltage threshold is detected, the difference in the particle diameter appears as a difference in the pulse width of the detection signal. Therefore, if a certain unit time is defined, and the total number and occupied time ratio of each detection signal per unit time are determined, each particle diameter defined by the voltage threshold value of the
なお、規定時間幅は実験的に求めるものであって、例えば活用対象とする微粒子検知手段1を概知となる一定の粒子径の試験粒子を分散させた試験空間に配置したとき得られる検知信号の幅の平均値を求めて規定するものである。すなわち、このときの試験粒子の粒子径が判定対象となるホコリの粒子径に対応することとなる。また、同様に各比較手段8a,8bにて規定する電圧閾値も前述の試験空間に配置したときに検知信号のパルスが得られる電圧値を設定するものであり、このときの試験粒子の粒子径が検知対象の粒子径となる。さらには単位時間に対するホコリの総量の関係も実験的に求めるものでる。例えば、検討の対象となる微粒子検知手段1を前述の試験空間に配置したとき、規定した単位時間(例えば数秒から数分の任意の時間)当りに得られる検知信号の発生量や頻度と粉塵の計測機等にて測定した空気中に存在するホコリ量(カウント数や単位体積当りの重量換算値)との関係を分散させる試験粒子量を変えて求めるものである。 The specified time width is determined experimentally, and for example, a detection signal obtained when the particle detection means 1 to be utilized is disposed in a test space in which test particles of a fixed particle diameter are dispersed. The average value of the width of is determined and specified. That is, the particle diameter of the test particles at this time corresponds to the particle diameter of the dust to be determined. Similarly, the voltage threshold value defined by each of the comparison means 8a and 8b also sets the voltage value at which the pulse of the detection signal is obtained when arranged in the above-mentioned test space, and the particle diameter of the test particle at this time. Is the particle diameter of the detection target. Furthermore, the relationship of the total amount of dust to unit time is also determined experimentally. For example, when the particle detection means 1 to be studied is disposed in the above-mentioned test space, the amount and frequency of generation of detection signals and dust obtained per defined unit time (for example, arbitrary time from several seconds to several minutes) It is determined by changing the amount of test particles to disperse the relationship with the amount of dust (count number and weight conversion value per unit volume) present in air measured by a measuring instrument or the like.
ここで、微粒子検知手段1から出力される検知信号Vpa,Vpbは図4を用いて説明したように増幅手段7で増幅された1つの電圧信号Vsを2種の電圧閾値Vta,Vtbと電圧比較した結果得られる。 Here, the detection signals Vpa and Vpb output from the particle detection means 1 are the voltage comparison of one voltage signal Vs amplified by the amplification means 7 with the two voltage threshold values Vta and Vtb as described with reference to FIG. Is obtained as a result.
よって、大粒子径側に対応する検知信号Vpbが検知状態(検知信号がVLを出力している状態。以降VL状態)にあれば、同時に小粒子径側に対応する検知信号Vpaも検知状態(VL状態)として信号が出力されることを示す。 Therefore, if the detection signal Vpb corresponding to the large particle diameter side is in the detection state (a state in which the detection signal outputs V L , hereinafter V L state), the detection signal Vpa corresponding to the small particle diameter side is also detected simultaneously Indicates that a signal is output as a state (V L state).
このことは検知信号Vpaが検知状態(VL状態)にあっても同時に検知信号Vpbが検知状態(VL状態)であるときには大粒子径のホコリが検知された、あるいは大粒子径に小粒子径のより微細なホコリが重なって検知された可能性があること示唆している。 This means that even when the detection signal Vpa is in the detection state (V L state), dust with a large particle diameter is detected simultaneously when the detection signal V pb is in the detection state (V L state), or small particles having a large particle diameter It suggests that finer dust of the diameter may be detected overlapping.
よって、検知信号Vpa,Vpbが同時に検知状態にあるときも含めてホコリ量の判定を行うと小粒子径側の判定結果にはおのずと大粒子径のホコリ量が影響し、結果精度が低下する可能性がある。 Therefore, if the amount of dust is determined including the detection signals Vpa and Vpb simultaneously in the detection state, the amount of dust of the large particle diameter naturally influences the determination result on the small particle diameter side, and the accuracy may be lowered as a result There is sex.
そこで、小粒子径のホコリ量を判定する際には小粒子径側となる検知信号Vpaから大粒子径側における検知信号Vpbの検知状態の影響を差し引けばより高精度な判定が可能となることがわかる。 Therefore, when determining the amount of dust with a small particle diameter, more accurate judgment can be made by subtracting the influence of the detection state of the detection signal Vpb on the large particle diameter side from the detection signal Vpa on the small particle diameter side. I understand that.
次に、図5とおよび図6に示すグラフを用いて小粒子径側のホコリ量を判定する際に小粒子径から大粒子径の検知信号の差分を求める判定手段2において実施する処理の方法を説明する。
Next, when the amount of dust on the small particle diameter side is determined using the graphs shown in FIG. 5 and FIG. 6, the method of the process performed in the determination means 2 for determining the difference between the small particle diameter and the large particle diameter detection signal Explain.
図5と図6は、微粒子検知手段1をから出力される検知信号(図上Vpa,Vpb)の各電圧値を縦軸とし横軸に時間を配置して、時間の進行に対する各検知信号の変化の状態のみを抜き出して示したものである。なお、図5、図6においても検知信号は図示しているVLを出力している状態が、微粒子検知手段1がホコリを検知した状態である。 In FIGS. 5 and 6, each voltage value of the detection signal (Vpa, Vpb in the figure) outputted from the particle detection means 1 is taken as the vertical axis and time is arranged on the horizontal axis, Only the state of change is extracted and shown. The detection signal shown in FIGS. 5 and 6 is also outputting the V L when the particle detection means 1 detects dust.
差分を求める処理方法は例えば図5に示しているように検知信号Vpaと検知信号Vpbが同時に検知状態(VL状態)にあればこのときの検知信号Vpaの検知パルスを除いた検知信号(図上Vs1)を求めてこの検知信号Vs1に基づいて小粒子径側のホコリ量を判定するものである。 For example, as shown in FIG. 5, if the detection signal Vpa and the detection signal Vpb are simultaneously in the detection state (V L state) as shown in FIG. The upper Vs1) is determined, and the amount of dust on the small particle diameter side is determined based on the detection signal Vs1.
同方法は検知信号Vpaと検知信号Vpbが同時に検知状態(VL状態)にあれば大粒子径のホコリのみが検知されたと判定する考え方に基づく。 The same method is based on the idea that if the detection signal Vpa and the detection signal Vpb are simultaneously in the detection state (V L state), it is determined that only dust with a large particle diameter is detected.
しかしながら、大粒子径に小粒子径のホコリが重なったためである可能性は考慮外となり、結果得られる小粒子径のホコリ量がより少なめに判定される懸念がある。 However, the possibility that the large particle size is overlapped with the small particle size dust is out of consideration, and there is a concern that the amount of the small particle size dust obtained as a result is determined to be smaller.
このことから、例えば図6に示しているように検知信号Vpaと検知信号Vpbが同時に検知状態(VL状態)にあるときには検知信号Vpaの検知パルスから検知信号Vpbの検知パルスの幅分を減算して新たな検知信号(図上Vs2)求めてこの検知信号Vs2に基づいて小粒子径側のホコリ量を判定する方法も考えられる。 From this, for example, as shown in FIG. 6, when the detection signal Vpa and the detection signal Vpb are simultaneously in the detection state (V L state), the width of the detection pulse of the detection signal Vpb is subtracted from the detection pulse of the detection signal Vpa It is also conceivable to determine a new detection signal (Vs2 in the drawing) and determine the amount of dust on the small particle diameter side based on the detection signal Vs2.
この検知信号Vs2を求める方法であれば検知信号Vpaの検知パルス幅を縮小する形で大粒子径に小粒子径のホコリが重なった可能性の影響も反映できる。 If the detection signal Vs2 is determined, the detection pulse width of the detection signal Vpa can be reduced to reflect the influence of the possibility that the large particle diameter is overlapped with the small particle diameter dust.
なお、検知信号Vs1を求める方法と検知信号Vs2を求める方法のどちらを採用すればより正確な小粒子径側のホコリ量を判定できるかどうかは用いる微粒子検知手段1の違いや対象とする空気汚染におけるホコリの粒子径分布の違い(大粒子径側以上の含有量の多い少ない)などでケースバイケースとなる。 Whether the method of obtaining the detection signal Vs1 or the method of obtaining the detection signal Vs2 can be used to determine the dust amount on the small particle diameter side more accurately depends on the difference between the particle detection means 1 used and the air contamination to be targeted This is a case-by-case case due to the difference in the particle size distribution of dust (in which the content is large on the large particle size side or more).
よって、実活用においては実際の測定結果に基づき、精度の高い小粒子径側のホコリ量が判定できる差分を求める処理方法を選定する必要がある。 Therefore, in practical use, it is necessary to select a processing method for obtaining a difference by which the amount of dust on the small particle diameter side with high accuracy can be determined based on the actual measurement results.
以上の説明においては微粒子検知手段1の信号変換手段5に複数の比較手段8や電圧変換手段9を備えて微粒子検知手段1から複数の粒子径に応じた検知信号が出力される場合に基づいていた。 The above description is based on the case where the signal conversion means 5 of the particle detection means 1 is provided with a plurality of comparison means 8 and voltage conversion means 9 and detection signals according to a plurality of particle sizes are outputted from the particle detection means 1 The
しかしながら、前述したように微粒子検知手段1の信号変換手段5に比較手段8も搭載せず増幅手段7で増幅された1つの電圧信号を判定手段2となるマイクロコンピューターにてアナログ電圧値の変化として読み込みホコリ量を判定することもできる。 However, as described above, the comparison means 8 is not mounted on the signal conversion means 5 of the particle detection means 1 and one voltage signal amplified by the amplification means 7 is changed as a change in analog voltage value by the microcomputer serving as the determination means 2 It is also possible to determine the read dust amount.
このように、電圧信号をアナログ電圧値の変化として読み込む方式にあってはデジタル値として複数の電圧閾値を定めてソフトウェアーの処理によりこの各電圧閾値に対応する各検知信号を求め、さらに差分処理を実施すれば良い。 As described above, in the method of reading a voltage signal as a change in analog voltage value, a plurality of voltage threshold values are defined as digital values, each detection signal corresponding to each voltage threshold value is determined by software processing, and further differential processing If you
このような構成によれば、照射光の散乱による反射光の強度に基づいて空気中に存在するホコリの複数の粒子径に応じた時間幅となるパルス状の検知信号を出力する微粒子検知手段1であっても判定手段2にて検知信号を読み込み、この読み取った検知信号の小粒子径から大粒子径の差分に基づいて小粒子径側のホコリ量は判定される。よって、小粒子径側のホコリ量の判定において大粒子系側の影響を抑制することができることから小粒子径側のホコリ量をより正確に判定することができる。
According to such a configuration, the particulate matter detection means 1 which outputs a pulse-like detection signal having a time width corresponding to a plurality of particle sizes of dust present in the air based on the intensity of the reflected light due to the scattering of the irradiation light. Even in this case, the detection signal is read by the judging means 2, and the amount of dust on the small particle diameter side is judged based on the difference between the small particle diameter and the large particle diameter of the read detection signal. Therefore, since the influence of the large particle system can be suppressed in the determination of the amount of dust on the small particle diameter side, the amount of dust on the small particle diameter side can be determined more accurately.
本発明にかかる微粒子検知装置は、照射光の散乱による反射光の強度に基づいて空気中に存在するホコリの複数の粒子径に応じたホコリ量を検知するものにあって、小粒子径から大粒子径の差分に基づいて小粒子径側のホコリ量を判定することで大粒子系側の影響を抑制できることから小粒子径側のホコリ量のより正確に判定できる微粒子検知装置等として有用である。
Particle detecting apparatus according to the present invention, the apparatus having to detect dust quantity according to a plurality of the particle diameter of the dust present in the air based on the intensity of the reflected light due to scattering of the irradiating light, large from the small particle size Since the influence of the large particle system can be suppressed by determining the amount of dust on the small particle diameter side based on the difference in particle diameter, it is useful as a particulate detection device etc. that can more accurately determine the amount of dust on the small particle diameter side. .
1 微粒子検知手段
2 判定手段
1 particle detection means 2 determination means
Claims (2)
前記検知信号を読み取り、単位時間当りの信号の発生量から対応する粒子径のホコリ量を判定する判定手段を備えた微粒子検知装置において、
前記判定手段は、読み取った検知信号のうち、小粒子径を示す検知信号と大粒子径を示す検知信号とが同時に検出された場合に小粒子径を示す検知信号から大粒子径を示す検知信号を減算して、小粒子径のホコリ量を判定することを特徴とする微粒子検知装置。 Particle detection means for outputting a pulse-like detection signal having a time width corresponding to a plurality of particle sizes of dust present in the air based on the intensity of the reflected light due to the scattering of the irradiation light;
A particle detector comprising reading means for reading the detection signal and determining the amount of dust of the corresponding particle size from the amount of signal generation per unit time,
The determination means of the read detection signal, the detection signal indicating the larger particle diameter from the detection signal indicating the small particle diameter when the detection signal indicating the detection signal and the large particle size shows a small particle size has been detected at the same time A particulate matter detecting device characterized by subtracting the amount of dust of small particle diameter by subtracting.
前記検知信号を読み取り、単位時間当りの信号の発生量から対応する粒子径のホコリ量を判定する判定手段を備えた微粒子検知装置において、
前記判定手段は、読み取った検知信号のうち、小粒子径を示す検知信号と大粒子径を示す検知信号とが同時に検出された場合における連続する小粒子径を示す検知信号を除き小粒子径のホコリ量を判定することを特徴とする微粒子検知装置。
Particle detection means for outputting a pulse-like detection signal having a time width corresponding to a plurality of particle sizes of dust present in the air based on the intensity of the reflected light due to the scattering of the irradiation light;
A particle detector comprising reading means for reading the detection signal and determining the amount of dust of the corresponding particle size from the amount of signal generation per unit time,
The determination means of the read detection signal, the small particle size except a detection signal indicating the small particle diameter consecutive in the case where the detection signal indicating the detection signal and the large particle size shows a small particle size has been detected at the same time What is claimed is: 1. A particulate matter detection device characterized by determining the amount of dust.
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