JP6948523B2 - 煙霧透過率測定装置およびそれを用いた煙霧透過率測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、道路トンネル内の視感透過率測定に使用される煙霧透過率測定装置の光学系汚れの校正方法に関するものである。

道路トンネル内では、走行する自動車の排出ガス中に含まれる有害物質により視界が妨げられ、道路トンネル利用者の安全な通行に影響を及ぼす。そこで、道路トンネル内におけるヒトの目による見え方を視感透過率として数値化し、その測定データをもとに換気設備の制御を行う方法が実施されている。

従来、道路トンネル内の視感透過率測定に用いられる煙霧透過率測定装置は、一般的に投光部と受光部を１００ｍ離して設置されたものである。投光部と受光部の配置の際には、投光部の光源から投射された光が受光部の受光素子で受光できるように光軸を合わせる調整作業が行われる。透過率は、投光部の光源から投射された光が、道路トンネル内に存在する煤煙の微粒子の吸収または散乱により変化し、受光部の受光素子でその変化に応じた電気信号に変換され、処理部で演算処理することにより得られる。また、道路トンネル用換気制御装置は、この透過率を基に道路トンネル内の視環境改善のための換気機運転を行う。

この種の煙霧透過率測定装置は、長期間の使用で光学系（投光部および受光部内のレンズ等、光が通過する部位）が汚れると、受光素子で受光する光の光量が低下し、透過率が低下してしまうため、光学系の汚れを校正する機能を有している（例えば、特許文献１参照）。

以下、その煙霧透過率測定装置の光学系汚れの校正方法について図２を参照しながら説明する。まず、煙霧透過率を測定する場合について説明する。投光部１０１の光源１０２から投射された光は、投光レンズ１０３により平行光となって防塵窓１０４を通過し、空間１０５を通って受光部１０６に到達する。受光部１０６に到達した光は、受光部１０６内の防塵窓１０７および受光レンズ１０８を介して受光素子１０９で受光し、電気信号に変換され空間１０５の測定光として外部に出力される。

一方、投光部１０１から投射される光は、同時に投光部１０１内のコリメータ１１０に入光する。校正は、光ファイバーケーブル１１１に入光する光を用いて行う。光ファイバーケーブル１１１に入光した光は、光ファイバーケーブル１１１を経由して受光部１０６内の光スイッチ１１２まで到達する。煙霧透過率測定装置が煙霧透過率を測定する場合（通常時）には、光スイッチ１１２は、遮断状態となる。一方で、煙霧透過率測定装置が校正を行う場合、すなわち、汚れてきた光学系の校正を行う場合（校正時）には、光スイッチ１１２は開放状態となる。また、校正時には、受光部１０６内のロータリーソレノイド１１３により遮蔽板１１４を駆動して空間１０５を通る光を遮断する。こうして、校正時には、投光部１０１からの光は、光ファイバーケーブル１１１と受光部１０６内の常設の光ファイバーケーブル１１７を経由してコリメータ１１５から投射される。そして、防塵窓１０７および受光レンズ１０８を介して受光素子１０９で受光し、校正光として出力される。この校正光は、処理部１１６によって、前回（通常は１日乃至２週間程度前）の校正光の出力信号と比較される。校正光の出力信号は、光学系の汚れに応じて信号レベルが低下するため、前回値との差分によって、光学系の汚れを補正している。なお、光ファイバーケーブル１１１および常設の光ファイバーケーブル１１７と光スイッチ１１２の接続は、光ファイバーケーブル１１１および常設の光ファイバーケーブル１１７の端部に取り
付けられたコリメータ１１８およびコリメータ１１９によって接続されている。

特開昭５９−１１６０３７号公報

このような従来の煙霧透過率測定装置においては、校正時に、外部空間からの光を遮断する遮蔽動作、および、光ファイバーケーブル経由の光を受光素子に受光させるための光スイッチ切り替え動作の２つの動作を行う必要がある。そのため、受光部内の構成部品が増えると共に、校正動作の制御が複雑になるという課題を有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、校正動作の駆動部を簡素化し、より単純に光学系の汚れを校正することができる煙霧透過率測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、光源を有する投光部と、投光部の光源から投射された光を受光する受光素子を有する受光部と、受光部の受光素子から出力される電気信号を演算処理する処理部により構成される煙霧透過率測定装置において、
光源で投射された光を前記投光部内から前記受光部内に直接伝搬する光ファイバーケーブルを有し、
前記受光部には、移動して外部から前記受光部内に入る光を入光、あるいは遮蔽を切り替える可動遮蔽部を設け、
前記光ファイバーケーブルの一端を前記光源の光軸上に配し、他端を前記可動遮蔽部に接続し、
前記可動遮蔽部は、通常時には前記投光部と前記受光部の間を開放し、校正時には前記投光部と前記受光部の間を遮蔽し、
前記可動遮蔽部が前記投光部と前記受光部の間を遮蔽したとき、前記光ファイバーケーブルの他端から投射される光が、前記受光素子に入るという構成により、所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、光源を有する投光部と、投光部の光源から投射された光を受光する受光素子を有する受光部と、受光部の受光素子から出力される電気信号を演算処理する処理部により構成される煙霧透過率測定装置において、投光部および受光部内の光学系の汚れを補正するため、光源で投射された光を投光部内から受光部内に直接光ファイバーケーブルで伝搬して校正する方法であって、校正時、受光部外部から受光部内に入る光を遮蔽する可動遮蔽部に光ファイバーケーブルを固定することによって、受光部外部から受光部内に入る光を遮蔽すると同時に、投光部光源から投射された光を光ファイバーケーブル経由で直接受光部受光素子に投射することができ、従来必要だった光ファイバーケーブル経由の光を切り替えるための光スイッチが不要となり、可動遮蔽部を駆動するだけで外部からの光を遮断し、同時に光ファイバーケーブル経由の光のみを受光素子に投射させることができるため、より単純に光学系の汚れを校正することができるという効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１の煙霧透過率測定装置の（ａ）通常の透過率測定時の構成図、（ｂ）光学系汚れの校正時の構成図 従来の煙霧透過率測定装置構成図

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。
（実施の形態１）
図１（ａ）は、道路トンネル用煙霧透過率測定装置の構成図であり、通常の透過率測定時の形態を示している。

煙霧透過率測定装置は、投光部１１と受光部１６および処理部２５で構成されている。投光部１１は、光源１２、投光レンズ１３、防塵窓１４で構成されている。

受光部１６は、受光素子１９、受光レンズ１８、防塵窓１７、可動遮蔽部２３、可動遮蔽部を動作させるロータリーソレノイド２２で構成されている。

投光部１１と受光部１６は、両端にコリメータ２０、コリメータ２４が取り付けられた光ファイバーケーブル２１でつながっている。光ファイバーケーブル２１の一端側となる投光部１１側のコリメータ２０は、光源１２からの光が入光するよう投光部１１内で光軸上に固定されている。光ファイバーケーブル２１の他端側となる受光部１６側のコリメータ２４は、可動遮蔽部２３に固定されており、光ファイバーケーブル２１を経由した光はコリメータ２４から射出される構造となっている。ロータリーソレノイド２２は、可動遮蔽部２３を動かして投光部１１と受光部１６の間（すなわち、空間１５）を遮断、あるいは、開放するものである。通常時、すなわち、空間１５の透過率を測定するときは、ロータリーソレノイド２２を駆動せず、可動遮蔽部２３は、空間１５を遮蔽せず、開放状態となっている（図１（ａ））。なお、光ファイバーケーブル２１の一端側は、投光部１１の光源１２に対向して設けられている。一方の光ファイバーケーブル２１の他端側は、可動遮蔽部２３が投光部１１、受光部１６間を遮蔽したときに、受光部１６の受光面に対向するようになっている。

投光部１１の光源１２から投射された光は、投光レンズ１３により平行光となって防塵窓１４を通過し、空間１５を通って受光部１６に到達する。この光は受光部１６内の防塵窓１７および受光レンズ１８を介して受光素子１９で受光し、電気信号に変換される。受光素子１９で変換された電気信号は、処理部２５にて透過率に換算される。このように通常の透過率測定時は、投光部１１の光源１２から射出した光は、空間１５を通過した光のみが受光部１６の受光素子１９に到達し、処理部２５で透過率に換算され、道路トンネル内の換気機運転の判定に用いられる。なお、コリメータ２４から射出する光の光軸と受光素子１９の位置は一直線上に並んでいないため、受光素子１９には届かない。

図１（ｂ）は、校正時の煙霧透過率測定装置の状態を示している。校正時には、処理部２５からの指令によりロータリーソレノイド２２を駆動し、可動遮蔽部２３の位置を移動させることにより、空間１５からの光を遮断する。同時に、可動遮蔽部２３に固定されたコリメータ２４からは、投光部１１のコリメータ２０に入光した光が光ファイバーケーブル２１を経由した光が直接射出されることになる。このコリメータ２４から発する光は、防塵窓１７および受光レンズ１８を介して受光素子１９で受光する。このように、受光素子１９では、光ファイバーケーブル２１を経由した光のみを受光し、校正光として電気信号に変換される。そして、処理部２５で前回校正時の校正光の大きさと比較することによって光学系の汚れを校正する。

なお、本実施の形態において、ロータリーソレノイド２２は、可動遮蔽部２３の回転運動により、受光部１６に向かう光を受光部１６に入光、あるいは遮蔽するようになっているが、これに限るものではない。ロータリーソレノイド２２の運動を平行移動に変換して
可動遮蔽部２３を動作させてもよい。

このように、コリメータ２４が受光部１６の受光軸上に常時配置されていないので、従来必要だった光ファイバーケーブル経由の光を切り替えるための光スイッチが不要となる。そして、可動遮蔽部２３を駆動するだけで外部からの光を遮断し、同時に光ファイバーケーブル２１経由の光のみを受光素子１９に投射させることができるため、より単純に光学系の汚れを校正することができるという効果を得ることができる。

さらに、従来は図２のように受光部１０６内に、光スイッチ１１２からコリメータ１１５までの光ファイバーケーブル１１７を常設する必要があり、この受光部１０６内部の光ファイバーケーブル１１７と、投受光部間を接続する光ファイバーケーブル１１１は、光スイッチ１１２に接続する側にもコリメータ１１８およびコリメータ１１９が必要であるため、価格も高価になっていた。しかしながら本実施の形態によれば、受光部１０６内部の光スイッチ１１２、常設の光ファイバーケーブル１１７、コリメータ１１８、コリメータ１１９は不要となるため、図１のように投光部１１、受光部１６間を接続する１本のみの光ファイバーケーブル２１で接続可能となり、受光部１６の価格も低減できるという効果も得られる。

なお、投光部１１の防塵窓１４および、受光部１６の防塵窓１７は、投光レンズ１３および受光レンズ１８が直接外気に触れないようにすることが目的で設けられている。防塵窓１４、防塵窓１７は、それぞれ投光部１１および受光部１６から抜き差し可能であり、取り外して付着した汚れを清掃することができるようになっている。しかし、本発明においてはこの防塵窓１４、防塵窓１７を省略してもよい。

本発明によれば、道路トンネルの視感透過率測定に使用される煙霧透過率測定装置において、より単純な構造、制御で光学系の汚れを校正することができる。

１１ 投光部
１２ 光源
１３ 投光レンズ
１４ 防塵窓
１５ 空間
１６ 受光部
１７ 防塵窓
１８ 受光レンズ
１９ 受光素子
２０ コリメータ
２１ 光ファイバーケーブル
２２ ロータリーソレノイド
２３ 可動遮蔽部
２４ コリメータ
２５ 処理部
１０１ 投光部
１０２ 光源
１０３ 投光レンズ
１０４ 防塵窓
１０５ 空間
１０６ 受光部
１０７ 防塵窓
１０８ 受光レンズ
１０９ 受光素子
１１０ コリメータ
１１１ 光ファイバーケーブル
１１２ 光スイッチ
１１３ ロータリーソレノイド
１１４ 遮蔽板
１１５ コリメータ
１１６ 処理部
１１７ 光ファイバーケーブル
１１８ コリメータ
１１９ コリメータ

Claims (2)

1. 光源を有する投光部と、投光部の光源から投射された光を受光する受光素子を有する受光部と、受光部の受光素子から出力される電気信号を演算処理する処理部により構成される煙霧透過率測定装置において、
   光源で投射された光を前記投光部内から前記受光部内に直接伝搬する光ファイバーケーブルを有し、
   前記受光部には、移動して外部から前記受光部内に入る光を入光、あるいは遮蔽を切り替える可動遮蔽部を設け、
   前記光ファイバーケーブルの一端を前記光源の光軸上に配し、他端を前記可動遮蔽部に接続し、
   前記可動遮蔽部は、通常時には前記投光部と前記受光部の間を開放し、校正時には前記投光部と前記受光部の間を遮蔽し、
   前記可動遮蔽部が前記投光部と前記受光部の間を遮蔽したとき、前記光ファイバーケーブルの他端から投射される光が、前記受光素子に入る煙霧透過率測定装置。
2. 請求項１記載の煙霧透過率測定装置を用いた煙霧透過率測定方法。

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