JPH01116433A - レーザ発光による微粒子濃度計測法 - Google Patents
レーザ発光による微粒子濃度計測法Info
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- JPH01116433A JPH01116433A JP62277110A JP27711087A JPH01116433A JP H01116433 A JPH01116433 A JP H01116433A JP 62277110 A JP62277110 A JP 62277110A JP 27711087 A JP27711087 A JP 27711087A JP H01116433 A JPH01116433 A JP H01116433A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
- G01N21/718—Laser microanalysis, i.e. with formation of sample plasma
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）発明の目的
［産業上の利用分野］
この発明は、ディーゼルエンジン、ガスタービン等の排
気中或いはクリーンルーム内の、粒子濃度や粒径の計測
、粒子構成物質の同定等の、微粒子ｍ度計測法に関する
ものである。
気中或いはクリーンルーム内の、粒子濃度や粒径の計測
、粒子構成物質の同定等の、微粒子ｍ度計測法に関する
ものである。
［従来の技術］
近年、環境汚染が大きな社会問題となっており、例えば
ディーゼルエンジン、ガスタービン或いはスターリング
エンジン等の各種排気はその含む粒子の濃度や粒子径、
構成物質をコントロールする必要がある。
ディーゼルエンジン、ガスタービン或いはスターリング
エンジン等の各種排気はその含む粒子の濃度や粒子径、
構成物質をコントロールする必要がある。
このような場合に用いる粒子濃度・粒径等の測定法とし
て従来用いられているのは、 （１）粒子をフィルター等で捕集してそれを顕微鏡等で
観測する （２）粒子の分散系に光を入射し粒子の光散乱による入
射光の減衰を用いる （３）粒子の分散系に光を入射し粒子による散乱光を検
出する （４）フラウンホーファー回折を利用して粒径分布を計
測する 等の方法である。
て従来用いられているのは、 （１）粒子をフィルター等で捕集してそれを顕微鏡等で
観測する （２）粒子の分散系に光を入射し粒子の光散乱による入
射光の減衰を用いる （３）粒子の分散系に光を入射し粒子による散乱光を検
出する （４）フラウンホーファー回折を利用して粒径分布を計
測する 等の方法である。
［発明が解決しようとする問題点］
しかるに、
（１）はバッチ（ｂａｔｃｈ）方法であり、時間的・空
間的に近接した一区間を１回分にまとめてからする測定
しかできないため対応が遅れかつ局所計測ができないう
えに、場に大きな擾乱を与える（２）は入射光の光路全
長についての平均値の計測しかできない （３）は粒子物質の区別ができず、粒径が小さくなると
Ｓ／Ｎ比（信号雑音比）バ低くなり劣る。
間的に近接した一区間を１回分にまとめてからする測定
しかできないため対応が遅れかつ局所計測ができないう
えに、場に大きな擾乱を与える（２）は入射光の光路全
長についての平均値の計測しかできない （３）は粒子物質の区別ができず、粒径が小さくなると
Ｓ／Ｎ比（信号雑音比）バ低くなり劣る。
（４）は高速の測定には不適当である
等の問題点をそれぞれ有する。
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、場を擾乱することなく高速流れ場での測定、局所計
測が可能で、Ｓ／Ｎ比が極めて高く、粒子濃度と同時に
粒径の推定も可能で、しかも重要な点として従来出来な
かった粒子物質の区別をも可能とする微粒子濃度計測法
を提供することを目的としている。
て、場を擾乱することなく高速流れ場での測定、局所計
測が可能で、Ｓ／Ｎ比が極めて高く、粒子濃度と同時に
粒径の推定も可能で、しかも重要な点として従来出来な
かった粒子物質の区別をも可能とする微粒子濃度計測法
を提供することを目的としている。
（ロ）発明の構成
［問題を解決するための手段１
この目的に対応して、この発明のレーザ発光による微粒
子濃度計測法は、粒子にレーザ光を入射することにより
前記粒子からの蒸発物を発光させ、該発光を分光して得
られるスペクトルにより粒子を測定することを特徴とし
ている。
子濃度計測法は、粒子にレーザ光を入射することにより
前記粒子からの蒸発物を発光させ、該発光を分光して得
られるスペクトルにより粒子を測定することを特徴とし
ている。
以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。
明する。
まず第３図についてこの測定法の原理を説明する。第３
図は炭素の固体表面にパルスレーザ光（ヤグレーザ、波
長１．０６μｍ）を当てて、１パルス当たりの蒸発ｆｆ
１（μｇ／パルス）を計測したものであるが、その際、
パルスレーザ光の出力強度を約５００１１ｊを最大１と
してＯから１まで種々変化させた各場合について計測し
その結束をプロットし、グラフに示したものである。
図は炭素の固体表面にパルスレーザ光（ヤグレーザ、波
長１．０６μｍ）を当てて、１パルス当たりの蒸発ｆｆ
１（μｇ／パルス）を計測したものであるが、その際、
パルスレーザ光の出力強度を約５００１１ｊを最大１と
してＯから１まで種々変化させた各場合について計測し
その結束をプロットし、グラフに示したものである。
第３図では、パルスレーザ光の出力強度がある強度（図
中的０．３）以上のときは、出力強度が大きくなっても
１パルス当たりの炭素の蒸発量はらはや増加せず、はぼ
一定値となることが示されている。
中的０．３）以上のときは、出力強度が大きくなっても
１パルス当たりの炭素の蒸発量はらはや増加せず、はぼ
一定値となることが示されている。
これはパルスレーザの出力がある強度以上であると、１
パルスの一部分、すなわちスタートからある時点までの
間に、固体表面が非常に高温となりそこから蒸発が起っ
て固体表面近傍にプラズマ状態が発生し、後続の光はこ
のプラズマにブロックされて固体表面に達しなくなって
蒸発量は増加しなくなるものと考えられ、かわりにこの
ブロックされたレーザ光がこのプラズマを熱しその強度
に応じた強度の発光現象が起る。
パルスの一部分、すなわちスタートからある時点までの
間に、固体表面が非常に高温となりそこから蒸発が起っ
て固体表面近傍にプラズマ状態が発生し、後続の光はこ
のプラズマにブロックされて固体表面に達しなくなって
蒸発量は増加しなくなるものと考えられ、かわりにこの
ブロックされたレーザ光がこのプラズマを熱しその強度
に応じた強度の発光現象が起る。
この発光は固体の構成物質によりそれぞれ異なるスペク
トルを示し、かつその強度は粒子の断面積に比例するか
ら、一定の強度のレーザ光を入射したときの該発光を分
光して得られた単色光のスペクトルの強度を計測すれば
、粒子の構成物質の同定、レーザ光が入射した粒子の断
面積が分かる。
トルを示し、かつその強度は粒子の断面積に比例するか
ら、一定の強度のレーザ光を入射したときの該発光を分
光して得られた単色光のスペクトルの強度を計測すれば
、粒子の構成物質の同定、レーザ光が入射した粒子の断
面積が分かる。
次に第２図によってこの発明のレーザ発光による微粒子
ａ度計測法を示す。
ａ度計測法を示す。
まず、粒子２に前記した一定強度以上のレーザ光１を入
射しく第２図（ａ））、粒子２の表面近傍で粒子２から
の蒸発物３によるプラズマ状態を発生させかつこの蒸発
物３から光４を発光させる（第２図（ｂ））。この発光
はレーザ光１がパルスレーザ光である場合１パルスの時
間内において起る。
射しく第２図（ａ））、粒子２の表面近傍で粒子２から
の蒸発物３によるプラズマ状態を発生させかつこの蒸発
物３から光４を発光させる（第２図（ｂ））。この発光
はレーザ光１がパルスレーザ光である場合１パルスの時
間内において起る。
この先４を集光して分光器５で分光して得られるスペク
トル６を光電変換器２０で受光する。
トル６を光電変換器２０で受光する。
レーザ光照射体積に含まれる粒子数が１以下のような粒
子１１度が稀薄の場合、発光回数を計数することにより
粒子Ｓ度の測定を、また発光強度が粒子断面積に比例す
ることがら粒径の推計を行なう。
子１１度が稀薄の場合、発光回数を計数することにより
粒子Ｓ度の測定を、また発光強度が粒子断面積に比例す
ることがら粒径の推計を行なう。
一方粒子濃度が高くレーザ光照射体積内に複数の粒子が
存在する場合には空間分解能を有する光電変換器（例え
ばマトリックス状のマイクロチャンネルプレート）で発
光を受け、同時発光する粒子の計数を行なう。また上記
粒子Ｓ度が稀薄な場合と同様発光強度から粒径の推計を
行なう。
存在する場合には空間分解能を有する光電変換器（例え
ばマトリックス状のマイクロチャンネルプレート）で発
光を受け、同時発光する粒子の計数を行なう。また上記
粒子Ｓ度が稀薄な場合と同様発光強度から粒径の推計を
行なう。
また構成物質の相異なる複数種の粒子からの発光を分光
しそれぞれの構成物質に対応する単色光の強さを検出し
て、各粒子の濃度を区別してＨ４１ｌする。
しそれぞれの構成物質に対応する単色光の強さを検出し
て、各粒子の濃度を区別してＨ４１ｌする。
［実施例］
第１図はこの発明のレーザ発光による微粒子濃度計測法
を実施するための測定装置１０を示している。測定装置
１０においてはレーザ光発振器９から発したレーザ光１
を凹レンズ１１によっていったん拡光後、凸レンズ１２
．１３を含む集光光学系 １４で集光する。この集光さ
れたレーザ光１を断面の半径０．５ａｍ〜０．８Ｈｎの
スポット状に受ける位置に試料７を置く。
を実施するための測定装置１０を示している。測定装置
１０においてはレーザ光発振器９から発したレーザ光１
を凹レンズ１１によっていったん拡光後、凸レンズ１２
．１３を含む集光光学系 １４で集光する。この集光さ
れたレーザ光１を断面の半径０．５ａｍ〜０．８Ｈｎの
スポット状に受ける位置に試料７を置く。
試料７の粒子の表面近傍に発生したプラズマからの発光
４を集光器１５で集光して分光器５に入射し、分光器５
により分光して得られた単色光をフォトマルチプライア
−１６により光電変換し、アンプ１７で増幅後オシロス
コープ１８によりその強度の経時変化を記録する。オシ
ロスコープ１８はフォトダイオード２１をトリガーとし
て作動するように、発光４の一部はフォトダイオード２
１に入るようにされている。
４を集光器１５で集光して分光器５に入射し、分光器５
により分光して得られた単色光をフォトマルチプライア
−１６により光電変換し、アンプ１７で増幅後オシロス
コープ１８によりその強度の経時変化を記録する。オシ
ロスコープ１８はフォトダイオード２１をトリガーとし
て作動するように、発光４の一部はフォトダイオード２
１に入るようにされている。
［実験例］
試料７としてここでは炭素板７ａを用い、モータ８によ
り定速回転させて、炭素板７ａにおけるレーザ光１の入
射位置が定速で移動するようにし、炭素板７ａの表面を
構成する炭素粒子の同一なるものが逐次レーザ光１に入
射されるようにして、粒子の流通運動を摸する。測定装
置１０によって、大気中で炭素板７ａの表面の炭素粒子
にレーザ光１を入射して、その際の発光４を分光して）
９られたスペクトルの強さの経時変化を記録し、第４図
を得た。すなわちレーザ光が炭素板に入射されるとその
表面近傍にプラズマ状態が発生し、蒸発物のうち炭素Ｃ
に対応して波長２４８ ｎ１ｌｌの単色光、Ｃ２に対応
して波長５１６ｎｍのスペクトル、及びＣＮに対応して
波長３８８ ｒｕ＋＋のスペクトルが現れ、このプラズ
マ状態が冷却するに伴い発光が減衰する様子を示してい
る。
り定速回転させて、炭素板７ａにおけるレーザ光１の入
射位置が定速で移動するようにし、炭素板７ａの表面を
構成する炭素粒子の同一なるものが逐次レーザ光１に入
射されるようにして、粒子の流通運動を摸する。測定装
置１０によって、大気中で炭素板７ａの表面の炭素粒子
にレーザ光１を入射して、その際の発光４を分光して）
９られたスペクトルの強さの経時変化を記録し、第４図
を得た。すなわちレーザ光が炭素板に入射されるとその
表面近傍にプラズマ状態が発生し、蒸発物のうち炭素Ｃ
に対応して波長２４８ ｎ１ｌｌの単色光、Ｃ２に対応
して波長５１６ｎｍのスペクトル、及びＣＮに対応して
波長３８８ ｒｕ＋＋のスペクトルが現れ、このプラズ
マ状態が冷却するに伴い発光が減衰する様子を示してい
る。
［作用・効果］
実験例では定速回転する炭素板７ａにレーザ光１を入射
しているが、分散した粒子にレーザ光を入射してその発
光を分光し、そのスペクトルの強度を記録するように測
定装置を構成することができ、この場合、粒子の発光に
関する既知のデータどの比較により粒子の構成物質の同
定・粒子の計数・粒子の濃度の計測・粒子の粒径の計測
等の測定を行うことができ、高速流れ場での測定、局所
計測が可能で、Ｓ／Ｎ比が極めて高く、粒子濃度と同時
に粒径の推定も可能で、しかも重要な点として従来出来
なかった粒子物質の区別をも可能とする微粒子濃度計測
法を得ることができる。
しているが、分散した粒子にレーザ光を入射してその発
光を分光し、そのスペクトルの強度を記録するように測
定装置を構成することができ、この場合、粒子の発光に
関する既知のデータどの比較により粒子の構成物質の同
定・粒子の計数・粒子の濃度の計測・粒子の粒径の計測
等の測定を行うことができ、高速流れ場での測定、局所
計測が可能で、Ｓ／Ｎ比が極めて高く、粒子濃度と同時
に粒径の推定も可能で、しかも重要な点として従来出来
なかった粒子物質の区別をも可能とする微粒子濃度計測
法を得ることができる。
第１図はこの発明のレーザ発光による微粒子濃度計測法
を固体表面の粒子に対して実施する測定装置の一実施例
を示す構成説明図、第２図はこの発明のレーザ発光によ
る微粒子濃度計測法を示す説明図、第３図は第１図に示
す装置において１パルス当たりの炭素の蒸発口（１シヨ
ツト当たりの炭素板の厚みの減少）と入射するパルスレ
ーザ光の強度の関係を示すグラフ、及び第４図は第１図
に示すＷＡ置により炭素板にレーザ光を入射して記録さ
れた単色光の強度の経時変化を示すグラフである。 １・・・レーザ光 ２・・・粒子 ３・・・蒸発物
４・・・発光 ５・・・分光器 ６・・・スペクト
ル７・・・試料 ７ａ・・・炭素板 ８・・・モー
タ９・・・レーザ光発振器 １０・・・測定装置
１１・・・凹レンズ １２・・・凸レンズ １３・
・・凸レンズ １４・・・集光光学系 １５・・・
集光器１６・・・フォトマルチプライア−１７・・・ア
ンプ１８・・・オシロスコープ ２０・・・光電変換
器２１・・・フォトダイオード 第 １１ 第２図 （ａ） （ｂ）
（ｃ）第３図 パ
之バルスレーサ゛九のねす↑的づ
風皮 第４厘 時間（μＳ）
を固体表面の粒子に対して実施する測定装置の一実施例
を示す構成説明図、第２図はこの発明のレーザ発光によ
る微粒子濃度計測法を示す説明図、第３図は第１図に示
す装置において１パルス当たりの炭素の蒸発口（１シヨ
ツト当たりの炭素板の厚みの減少）と入射するパルスレ
ーザ光の強度の関係を示すグラフ、及び第４図は第１図
に示すＷＡ置により炭素板にレーザ光を入射して記録さ
れた単色光の強度の経時変化を示すグラフである。 １・・・レーザ光 ２・・・粒子 ３・・・蒸発物
４・・・発光 ５・・・分光器 ６・・・スペクト
ル７・・・試料 ７ａ・・・炭素板 ８・・・モー
タ９・・・レーザ光発振器 １０・・・測定装置
１１・・・凹レンズ １２・・・凸レンズ １３・
・・凸レンズ １４・・・集光光学系 １５・・・
集光器１６・・・フォトマルチプライア−１７・・・ア
ンプ１８・・・オシロスコープ ２０・・・光電変換
器２１・・・フォトダイオード 第 １１ 第２図 （ａ） （ｂ）
（ｃ）第３図 パ
之バルスレーサ゛九のねす↑的づ
風皮 第４厘 時間（μＳ）
Claims (1)
- 粒子にレーザ光を入射することにより前記粒子からの蒸
発物を発光させ、該発光を分光して得られるスペクトル
により粒子を測定することを特徴とするレーザ発光によ
る微粒子濃度計測法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62277110A JPH01116433A (ja) | 1987-10-29 | 1987-10-29 | レーザ発光による微粒子濃度計測法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62277110A JPH01116433A (ja) | 1987-10-29 | 1987-10-29 | レーザ発光による微粒子濃度計測法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01116433A true JPH01116433A (ja) | 1989-05-09 |
Family
ID=17578923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62277110A Pending JPH01116433A (ja) | 1987-10-29 | 1987-10-29 | レーザ発光による微粒子濃度計測法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01116433A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005155631A (ja) * | 2003-11-25 | 2005-06-16 | General Electric Co <Ge> | 回転機械を評価するための方法及び装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4915491A (ja) * | 1972-03-22 | 1974-02-09 | ||
| JPS61178645A (ja) * | 1985-02-04 | 1986-08-11 | Hitachi Ltd | 粒子密度計測装置 |
-
1987
- 1987-10-29 JP JP62277110A patent/JPH01116433A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4915491A (ja) * | 1972-03-22 | 1974-02-09 | ||
| JPS61178645A (ja) * | 1985-02-04 | 1986-08-11 | Hitachi Ltd | 粒子密度計測装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005155631A (ja) * | 2003-11-25 | 2005-06-16 | General Electric Co <Ge> | 回転機械を評価するための方法及び装置 |
| JP4688479B2 (ja) * | 2003-11-25 | 2011-05-25 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 回転機械を評価するための方法及び装置 |
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