JPH01316633A - 懸濁物中の粒子密度の測定方法および測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の概要］ 懸濁物、特に高い粒子密度を有する懸濁物の粒子密度を
測定する方法および装置、光を懸濁物に指向させ、光は
粒子によって散乱され、好ましくは後方散乱光を、光が
懸濁物に送られる位置から異なる距離に位置する第１お
よび第２位置で検出する。その後、 ａｒｔａｎｈ　（Ｅｆ／Ｅｎ１ として、または好ましくは、 ｐ　１ｎＥｆ＋　Ｅｎ Ｅｎ−Ｅｆ （式中、Ｅｎは比較的近傍の第１位置で検出された光強
度であり、Ｅｎは比較的遠隔の第２位置での光強度であ
る）として密度を計算する。懸濁物に向けられた光の強
度を、関係Ｅｎ・Ｅｎ＝１によって制御する。その後、
ＥｎおよびＥｎの平均値を１と比較し、計算した密度が
測定された懸濁物の密度に対応するか否かの決定を図る
。

〔産業上の利用分野］ 本発明は、流体に懸濁された粒子の密度を測定する方法
に関し、放射エネルギを流体に指向させ、粒子によって
散乱されたエネルギの強度を測定することからなる。

本発明は、また、この方法を実施する装置に関する。

［従来の技術］ 前記した種類の各種の方法および装置が開発され、各種
の懸濁物の粒子密度の連続的監視の提供が図られている
が、一般に、密度を正確に測定する方法および装置の提
供が、特に懸濁物が比較的高い粒子密度を有する場合、
および実質的に密度の線形関数たる出力信号を得るのが
望ましい場合に課題であり、この際、あまり複雑でない
装置を使用してこの種の出力信号を与えるべきである。

［発明が解決しようとする課Ｍ］ したがって、本発明は、粒子懸濁物、特に比較的高い密
度のものの粒子の密度を測定する複雑でない技術を提供
することを目的とする。

他の目的は、この種の技術であって、出力信号が実質的
に密度、特に高い密度の線形関数であるものを提供する
ことである。

池の目的は、測定範囲で出力信号が懸濁物に及ぶか否か
を決定することである。

池の目的は、この測定技術を実施する適切な装置を製造
することである。

他の目的は、装置のディメンション限界を確定しである
種のエラーを回避し、測定された信号のレベルを最大化
しつつ測定された信号の分布幅を最少化゛する適切な構
造特性を確定することである。

前記目的、並びにここに記載した目的または当業者によ
って企図された目的は、本発明によって少くともある程
度達成され得る。

［課題を解決するための手段］ 本発明方法は、放射エネルギを懸濁物に指向させ、粒子
によって散乱されるエネルギの強度を測定する公知の工
程を含むが、エネルギを流体に向ける発出位置の比較的
近傍に位置する第１位置で強度を測定し、前記発出位置
から比較的遠隔に位置する第２位置でも同様にし、密度
の測定値として ａｒｅａｎｈ　（Ｅｆ／Ｅｎｌ （式中、Ｅｌは前記比較的近傍の第１位置でのエネルギ
強度であり、Ｅｒは前記比較的遠隔の第２位置でのエネ
ルギ強度である）を計算することを特徴とする。１つの
態様では、ａｒｔａｎｈ　　（Ｅｆ／Ｅｎｌ を −ｉｎ　　Ｅｆ＋Ｅｎ ２　　　　　Ｅｎ　−阿 として計算する。

更なる態様によれば、流体に向けられる放射の強度、を
関係 Ｅ【・Ｅｎ寓ｌ によって適切に制御する。

また、本発明の更なる態様は、測定強度ＥＣおよびＥｎ
の平均値を決定し、この平均値を１と比較し、操作が意
図する測定範囲内にあるか否かの決定を図ることからな
る。

本発明による流体に懸濁された粒子の密度を測定する装
置は、放射エネルギを流体に向ける手段と、粒子によっ
て散乱される放射を検出する手段とからなり、検出手段
が、放射エネルギを流体に向ける発出位置の比較的近傍
の位置で散乱エネルギの強度を検出する第１検出手段と
、発出位置から比較的遠隔の位置で散乱エネルギを検出
する第２検出手段と、密度の測定値として ａｒｔａｎｈ　（Ｅ（／Ｅｎｌ （式中、Ｅｎは前記比較的近傍の第１位置でのエネルギ
強度であり、Ｅｎは前記比較的遠隔の第２位置でのエネ
ルギ強度である）を計算する手段とからなることを特徴
とする。

１つの態様では、計算する手段が、 ａｒｔａｎｈ　　（Ｅｆ／Ｅｎ１ を 杏１・家÷研 として計算するよう装設される。

本装置は、有利には、流体に向けられた放射エネルギを
関係 Ｅｌ　−Ｅｎ　輸ｌ によって制御する手段を有し得る。

また、本装置は、有利には、検出した強度ＥｔおよびＥ
ｎの平均値を形成する手段と、この値を１と比較して装
置が意図する測定範囲内で作動するか否かの決定を図る
手段とを有し得る。

本発明装置にあっては、流体への放射エネルギを第１光
ファイバを介して指向さぜることができ゛、更に、２組
の光ファイバを介して散乱放射を検出することができ、
それぞれの組は円に沿って終焉し、前記円は第１ファイ
バの出力端に対して同軸である。１つのＢ様では、前記
組のファイバおよび第１ファイバが所定の平面で終焉し
、これは第１光ファイバに対して垂直な平面であり、全
てのファイバが前記平面に隣接して平行に延在する。

本発明の方法および装置の他の特徴的な構成については
、以下に宣明され、或いは当業者の認める所となろう。

［実施例］ 添付図面を参照して本発明をここに更に特定する。

第１図は、本発明による装置の配置の基本的構成を概略
的に示す。

第２図は、請求項１に記載した構成に対応するエネルギ
勾配を概略的に示す。

第３図は、ｆ（ａ）＝ｈｅ−ａの振幅スペクトルを示す
。

第４図は、測定位置の距離に関連して、懸濁物に送られ
た光の振幅特性を示す。

第５図は、近傍位置Ｅｎおよび遠隔位置Ｅ、での測定と
する散乱光関数を示す。

第６図は、１つのダイヤグラムにおける伝達関数および
散乱光関数を示す。

第７図は、伝達光の場を示す。

第８図は、開数Ｅｎ・Ｅｎ＝１を示す。

第９図は、概略Ｅｔ　＝ｒ　（Ｅｆｉ）のパラメータ値
を決定する座標変換を使用する基本的方法をグラフ的に
示す。

第１０図は、エネルギが懸濁物に送られる位置から比較
的近傍および比較的遠隔にて測定した散乱光の測定値を
基礎とし、懸濁物中の比較的高い粒子密度に比例する出
力信号を計算する基本回路を概略的に示す。

第１１図は、第１０図に示した回路の操作に際して得ら
れる信号カウンタを示す。

第１２図は、５１０２の測定について示される基本出力
関数特性を示す。

第１３図は、懸濁物に光が発出される位置から２つの異
なる距離で散乱光を検出する光ファイバの有効な配設を
示す斜視図である。

第１４図は、本発明の１つの態様によるプローブ（Ｄｒ
ＯＶｅ　）の端部の断面を概略的に示す。

第１５図は、表面におけるエネルギ反射および伝達を概
略的に示す。

第１６図は、基本プローブ構成の軸線方向断面を概略的
に示す。

第１７図は、本発明装置に包含される３つの異なる組の
光ファイバの間の相互距離を概略的に示す。

基本グローブ構成の原則的設計は、伝達光ビームを発出
する光源１および異なる距離で散乱光を測定する２つの
検出器２．３からなる。第１図を参照するとよい、１０
−ブの複雑でない形状および平滑な表面に関し、これに
よって好ましくは後方散乱光を測定することにより、第
１図に示すが、光源１および検出器２．３を共通平面１
８に配設して材料１７に対し平行方向の当接を図り、こ
の粒子密度を測定する。

２つの検出器によって検出される散乱エネルギを利用し
て材料１７の密度を決定することができ、これを液体、
例えば水のような液体中の粒子懸濁物とし得る。

以下に記載する検討の結果は、基本的には、伝達光のｅ
−関数性状の特性から由来するものである。これは、あ
る粒子位置に達する一次光であり、発生される散乱光の
光路は二次光と考え得るという理由による。ｅ−開数は
、それ自体、異なる目的の物理問題を解決する広範囲の
有用な数学的手法提供するものである。解を見出すこと
は、指数の大きさに属するものではない、指数は無次元
であるという理由による。

物理問題におけるこの指数を記述するには、これは通常
は大きさと、逆の次元を有するシステムの特性値との積
である。

これに等価なものとして、吸収関数は特性ｅＡｘを有す
る。

Ａは吸光度を示し、Ｘは光源からの距離を示す。

次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ　）は同じ基本的関係を有す
る： ｄｉｍ　　（ＸＩ　　ｗ　ｍ ｄｉｍ　（Ａｌ　−ｍ−１ 基本的には、ｅ−関数は波動方程式の解である。これを
フーリエ変換によって記述し吸収に渡る振幅のスペクト
ル分析を得ることもできる９時間間数と吸収関数との間
の、コヒーレンス（ｃｏｔ＋ｅｒｅｎｃｅ　）は、波の
ような媒体に至る光を観察することにより基本的に与え
られる。距離に渡る振幅特性の包括関数は、ランベルト
−ベヤの法則を与える。

また、ある位置では、特定の振幅特性によって電子が振
動する。よって基本的には、コヒーレンスは、先行する
波の重複振幅減少を伴う局所的振動の振幅スペクトルと
して吸収関数を見るものである。

基本的には、勾配は、所定の位置に渡るエネルギの最大
変化の方向を示すものである。

実際には、検出器は媒体中の一点の応答のみを見るもの
ではなく、容積を有する一定の部分を見るものである。

よって、これは、この範囲における生成した光の全量を
検出する。

更に、勾配は、最大値を有する２つの意味の関数である
ことが知られている。よって、このベクトルは媒体内で
回転し、その特性に起因するその関数における相が存す
るものと考えることができる。

一定の距離に渡る勾配は、出入する光の量の差によって
記述することができ、吸収された光を示す。

Ｅ０＝１とする。

次に、位置ｘおよびｙにおける値を次のようにする： ＥＸａｉｅ−ＡＸ Ｅｙ■ｅ−ＡＶ よって、吸収されたエネルギは次のように記載される： ΔＥ　ｗｅ　ｅ−ＡＸ　−ｅＡｙ ここで、実数の指数を有するｅ−関数を双曲線（ｈＶｐ
ｅｒｂｅ　ｌ　）関数として記載することができる。

ｃ−Ａｘ　＝。ｈ　Ａｘ　−ｓ凶、 ｅ−八Ｙ　ｍ　　ｃｏｓｈ　Δｙ　−５Ｌｎｈ　　Ａｙ
双曲線関数の加減の定理によれば、これは次のようにな
る： 、２８丹５ｉｎｈ　Ａ〒 よって、基本的結果は次の通りである：この式は、Ｘお
よびｙ並びに虚の相の間の中間的な距離におけるｅ−関
数による勾配を記述したものである。双曲線関数は虚の
論理を有する三角関数であるという理由による。

５ｉｎｈ　ａ　ｗ　−ｊ　５ｉｎｊａ また、虚の単位−ｊは、複素数領域における一９０度の
回転を記述するものである。

よって、勾配の記載は次のようにもなるニーへ二 ΔＥ・−ｊ２ｅ　　”　　ｓλ。〕Ａ〒この結果を裏付
けるべく、ｅ−関数のフーリエ変換を展開することがで
きる。

共通関数は：　ｆ　（ａ）＝ｈｅ−’となる。

特定間数の値は次のようになる： ｆのダイヤグラム゛は連続スペクトルを与える。第３図
を参照するとよい。

よって、虚の振幅スペクトルは次のようになる： １°小）“−７ ここで、ｂ／（１＋ｂ２　）は次の記載の有理のパラメ
ータであるニ ア１゜ｂ２ 次の理由により、 ７　ｓｉｎ　ｚ　諧−ｊ　Ｗ　５ｉｎｈ　ｚ虚の部分は
次のようになり、 Ｉｎ　ｆ（ｚ）　ｗ　−ｊ　７５ｉｎｈ　ｚ次のものも
同様である。

ｊ　ＩＯＩ　（ｚ）　ＩＩ　２５ｉｎｈ　ｚよって、勾
配の式は、フーリエ変換の虚の部分を表し、これは、フ
ーリエ変換の虚の部分によって記述される媒体中の分散
が勾配変化の途上にあることを意味する。

また、この分散は、媒体の屈折率の変化は吸収によるこ
とを意味する。

よって、場の勾配に従えば、散乱光関数特性を生起する
基本的な場の大きさを得る。

光源が媒体に光を送ると、振幅特性は、第４図に示すよ
うに測定位置の距離に渡りランベルト−ベヤの法則に従
う。

ビーム方向のそれぞれの位置において、粒子は、散乱光
を発生するエネルギの影響下にある。

散乱光の性状は原子放射振動である。電子は、線形振動
子のモデルによって説明することができ、原子は双極子
特性を獲得する。電子は、到達する電磁光波のＥ−ベク
トルの影響下で振動を強制される。

吸収に渡る散乱光の振幅特性についての所定の位置で見
ることにより、第５図に示す関数が与えられる６　Ｅ　
ｏ　ｓ　ｎ並びにｆはそれぞれ一定である。

Ｅｎは近傍の位置を示し、Ｅｔは遠隔の位置を示す。

散乱光関数は、低い吸収の一定の範囲で最初に増加する
。これは最大値に達した後に再び低下する。

遠隔および近傍双方の光は類似する特性を有するが、遠
隔光にて先に達成される最大強度の位置における差異が
存する。

測定の対象は関数の減少部分である。これが最も高い密
度に至るという理由による。しかし、この解を見出すに
は、その概観における完全な関数を説明する必要がある
。

第６図は、１つのダイヤグラムに伝達関数および散乱光
関数を示す。

散乱光最大強度の左側部に従うことにより、増加する吸
収は増加する散乱光を発生するなめ、ゲイン範囲が与え
られる。最大値の右側部により減衰範囲が与えられる。

増加する吸収は散乱光の振幅を減少させるからである。

これを説明するためには、原子の双極子的性状を見る必
要がある。双極子放射の強度は、誘導エネルギに依存す
る。

誘導システムの全ゆる出力応答は、入力エネルギの勾配
によって生起される。

これと同様に、電気技術における誘導法則により、これ
に対する一定の理解が与えられ、例えば電流の勾配は、
誘導の終端における電圧振幅による。

散乱光の量に関連する勾配は、伝達光の勾配である。こ
れにより一定の位置における吸収光が示され、これは、
散乱光を発生するのに利用可能なエネルギを意味する。

第７図は、吸収範囲における伝達光陽の値が、如何にし
て近傍および遠隔光位置の間の小距離に渡って変化する
かを示す、このダイヤグラムは、勾配がまず増加して最
大値に達した後に再び低下することを示す、勾配の最大
値は、吸収光の最大値を示し、従って散乱光の最大値を
示す。

よって、この地点で、散乱光関数はその強度特性の頂部
に達する。

この地点でｅ−関数の指数を検討すれば興味深い。

まず、伝達光の勾配は位置関数である。

耘Ｅｔ　ＩＩＩ　耘Ｅ。ξ−Ａ２　種　−人Ｅ。−２彎
−トｄＥＪ一定の位置で、これは吸収にも依存するニー
’Ｆ；、　Ｉｇｒａｄ　ＥＪ　＃　−Ｅｏ（ｅ−Ａｚ−
Ａｗｅ−”　）ＡＺについての最大値を与えるべく、 ＥｏｆＡｚａ　　−ｅ　　］＋＊０ により次の結果を得る。

Ａｚ−１ この指数をとるニ 一人ｚ　　　　−１ ｅ　　　　−ｅ　　　ｓ＋０．３６ｆ１これにより、積
Ａｚ＝１についての最大勾配が決定され、光源エネルギ
Ｅ０のｅ−１の量に対する局所的伝達光の減少が決定さ
れる。

また、これは、例えばダイナミックシステムの時定数の
ようなシステム定数について典型的である。

１つの設計についての基本的意味は、減衰範囲において
低い密度範囲限界の意味を有する散乱光の頂部は、距離
が大きくなると、低い密度に設定し得る点である。積Ａ
ｚがより早く１になるからである。

散乱光関数は、２つの意味の関数の性状に由来する。

一定の振幅について、密度がゲイン範囲にあるか、また
は減衰範囲にあるかを示すのは基本的に可能ではない。

それぞれの最大値に対する曲線の非対称形状により、唯
一の明確な大きさは、遠隔および近傍の光の対の値であ
る。

よって、座標系におけるこの対の値の概観は、第９図に
示すように、パラメータとして吸光度を有する明確な関
数である。

吸収パラメータの決定については、角度による一定の位
置への座標系変換によって説明できる。

関連する角度関数は双曲線関数によって置換すべきであ
り、これを同様にして使用し得る。三角関数と円との関
係により、双曲線関数は、実際に円との関係を有する双
曲線に属する。よって、双曲線関数は、双曲線軌跡上の
点の角度を記述するものである。

双曲線関数は、等辺双曲線について特定される。

この式の場合、単位双曲線の漸近線の座標系の選択を行
う、散乱値の線形関係に、より、関数について整理を行
う： ＥｎＥｆｗ−１ この式は、光源電流についての制御関数である。これは
自然な曲線により、同様に双曲線を特定する。基本的に
は、これも平行四辺形一定の法則であり、これは一般に
関数の種類を叙述するものである。第８図を参照すると
よい。

この積を一定の１に調節することに関し、所望の間数に
属さない非対称については保護されない。

非対称性は、小直径のパイプにおける混在化および反射
伝達によって生起され得る。実際、この影響は、光源が
媒体に高い出力を送った場合に、低密度に対する効果を
有する。

このエラーを最少に低減し、反射伝達光に対し、検出円
に至る対称量の光を強制し、制御回路を自己誘導システ
ムとし得る。

ＥｎＥｆ寓１　　＞　Ｅｎｍ　［ｆ−１これは、自己誘
導システムは、常にポテンシャルエネルギの最低レベル
を見出し得ることも意味する。

パラメータ角度を測定するなめには、制御値Ｅｎおよび
Ｅｆを次によって計算する必要がある： 、ＪＪ＝ａｒｔａｎｈ　、ｑ　　（−４収）Ｅ。

これは、吸収による線形出力応答を得る基本的な式であ
る。

ここで、ａｒｔａｎ　ｈを次によって表し得る：ｎ よって、吸収に由来するψの対数的依存性を実際に得る
。信号が弐Ｅｆ　Ｅｎ＝１による双曲線の座標を与える
場合には、この関数は線形である。

差および和の商も混在の補償である。

付加的な減衰を伴う測定値を、減少する伝達係数によっ
て表現し得る。

Ｅ　　−＞　　ｃε　、Ｃ＜１ 双方の検出器ラインについての共通窓表面により、混在
は平均化され得る。

よって、次を得る： 商は、これを割ることにより混在エラーを除去する。

基本的な回路は、構造ダイヤグラムにおける完全な測定
原理を示す、第１０図を参照するとよい。

第１０図に示す基本的回路において、４２はＥｎを検出
する検出器を示し、この信号をラインラ２および計算器
６０を介して伝え、これにより、密度に対応する出力信
号６１（Ｕ）を与える。４３はＥｎを検出する検出器を
示し、これからの信号はライン５３を介して計算器６０
に達する。５２および５３を抵抗器１を介してライン８
１に接続し、４２および４３からの出力の中間ポテンシ
ャルを比較器８０に伝える。比較器８０では、中間ポテ
ンシャルを参照値８２と比較し、出力８３は出力信号６
１が意図する測定範囲での密度に及んでいるか否かを示
す。

更に、検出器４２および４３からの出力を制御手段７０
に接続し、前記したように、関係Ｅｎ・Ｅｎ＝１に応答
してエミッタ４１を駆動するようこれを゛装設する。

第１０図に示す回路は、増幅器および比較器並びに類似
物からなり、簡便な様式で示されている。

散乱光の低い振幅のなめ、大きな検出表面を展開する必
要があるが、これも特定された距離の前提の下にある。

これに対する唯一の幾何学的形状は円である。光源の周
囲の円２０．３０上に検出器２．３が存すれば、円錐体
で出てくる光の量を最も効率的に検出し得る。

これにより、第１３図の基本設計が導かれる。

光源および検出器をファイバによって表す。

１つの円の全ての゛ファイバを束ねて共通ずる検出器に
導く。

内部範囲のファイバに達する散乱光を「近傍の光」と呼
ぶことができ、外側の環に達する散乱光を「遠隔の光」
と呼ぶことができる。

このシステムは単一のキャリブレーション手順を必要と
する。高い密度では、散乱光信号は一定の状態および等
しい光の量となり、これにより、双方の位置における等
しい勾配による媒体中の均質な光の分布が記述される。

この地点で、測定する信号を環の上のファイバの数の比
率によって基本的に特定する。

これは、検出器の予備増幅ゲインの値に対する規則を与
える。

ｎｆ−ユ　　　ｎ：ファイバの数 ｎｎ　”　　　　ｖ：検出器信号のゲイン抵抗性を調整
するためには、極めて暗色の密度で検出器信号の間の差
異をゼロに調整する必要がある。これを行う媒体の種類
はそれ程重要ではない、均質な光分布の状態のみを必要
とするという理由による。

このプローブについて、３％のグラファイト溶液中にて
これを行う（１０００１の水に対して３０ｇのグラファ
イト）。

全体として、密度がゲイン範囲または減衰範囲に属する
か否かを決定する可能性がここに存する。

第１１図は、座標系（Ｅ−、Ｅｒ　）における曲線を示
す、これは、実際、対合する値についての明確な関数で
ある。Ｇは曲線の勾配−のラインである。

よって、ゲイン範囲においては、全ての値は理想関数の
下であり、減衰範囲においては、全ての値は理想関数の
上である。

これは、積が１より大きい場合、プローブが測定範囲に
あることを意味する。積が１より小さい場合、これは「
範囲外」を示す、同様の効果について、近傍および遠隔
の光信号の中間ポテンシャルを１と比較する。この方法
を第１０図に示す。

第１２図は、測定原理による典型的な出力関数特性を示
す。

第１６図は、プローブの完全な基本形状を示す、単純な
構成を得ることに関し、プローブ・チップ４を平坦なガ
ラス窓６によって被覆する。

ファイバの束の近い端部を集め、近傍のバンドル・チッ
プ１９に固定し、検出器４２．４３にそれぞれ対面させ
る。同様に、ファイバ１の近い端部をチップ１９に固定
し、エミッタ４１に対面させる。検出器およびエミッタ
はライン５３．５２．５１を介して第１０図に示す基本
回路に接続する。ブロープゲース１０の外ｒＰＪ端部に
シールリング１１を設け、ケースの内部を外界から遮断
することができる。

発生源４１．１に由来する光ビームは、窓６を通過し、
検出器ファイバ２．３に帰還する内部反射を生起する。

これにより測定の過誤が起る。よって、媒体からの真の
後方散乱光を得るためには、これらの反射を除去する必
要がある。

幾度かの反射の後の反射光の量が顕著なエラーを生起す
る程に小さくなければ、近傍の光の環の所定の距離によ
りこれを回避することができる。

この媒体距離は、使用した材料のディメンションおよび
これらの屈折率に依存する。

基本的には、ファイバチップ表面とガラス窓の底表面と
の間には、エアスロットは存し得ない、しかし、極めて
小さいエアスロットを装設するためには、これは実際は
計算に際してのエラーの原因なるを意味するが、以下の
計算をエアスロット５について考慮する。

光ファイバチップ１．２．３はガラスマトリックス４に
固定することができ、ガラス窓６の外側の流体を水とみ
なすことができる。

第１４図は、この構成における光の行路を示す。

およその値を用いる実際の計算は、窓の直径に渡る反射
光プロフィールを示し、これにより内部内の半径につい
ての基本的規則が与えられる。

計算について、０．４のＮＡを有する共通のファイバを
使用し得る。

これは次の半分の容認角度である： Ｉ　ｍ　Ｏ，５ａｒｃｓｉｎ　Ｏ，４ｍｌ　１２゜Ａ、
Ｂ並びにＣは興味ある点であり、これに対してファイバ
からの出力Ｅ０から導かれる到達エネルギの強さの割合
を計算する。

利用可能な値は次の通りである： ｎｏｓｎ２ｍ　１．５　−ＰＯ−Ｊ’２ｍ１２゜ｎ１１
１１１，０　　　　　ヂｌ　＝１１８，１７゜ｎ３　　
＋ｌｌ　　ｌ、３コ　　　　　　　　４）３−　１３．
５６゜表面上の反射および伝達エネルギの強さの割合は
、フレスネルの式によって計算し得る。

これらは、反射および伝達に対する増幅および強さの係
数を記述するが、これは第１５図を参照すると次の通り
である： 反射についての増幅係数： 伝達についての増幅係数： 反射についての強さの係数：Ｒ＝ｒ２ 伝達についての強さの係数：Ｔ＝１−Ｒこれらの式を用
いて次の強さの割合を得る：Ｒｏ　＝Ｑ、０４６　　ガ
ラス〈−−〉空気Ｒ，＝０．４６　　　空気　〈−一〉
ガラス表面上で反射される Ｒ２＝０．００４　　ガラス〈−一〉水Ｔ、＝０．９５
４　　ガラス　−一〉空気’ｒ、＝ｏ、９５４　　空気
　　−−〉ガラス表面を介して伝達される Ｔ’、＝０．９９６　　ガラス　−一〉水ファイバの内
側から水に伝達される、強さの割合は次の通りである： Ｅ３−　Ｔ２　ＴＩＴｏＥＯ＝　０，９０６　Ｅｏこれ
は、チップにおけるプロセスへの入力からのエネルギの
全体の損失が約１０％であることを意味する。

興味ある点における強さは、概路次の通りである： これは、点Ｂに至る距離が高反射エネルギ力についての
臨界的距離であることを意味する。

より大きい距離については、強さの割合は入力の１０−
５に急激にゆらいで低下する。

この値は、比較的大きな距離に急激に減少する。

この２つのファイバの周部の間の距離ｄ。

は次の通りである： ｄｏｍ　２ｄｌｔａｎ４１　＋　２６２ｊａｎｆ０ファ
イバの半径を含める場合は、第１７図による同心環のそ
れぞれの半径について与える。

よって、臨界的な距離は、散乱光のみを得て顕著な内部
反射エネルギを全く与えないことを確実にする基本的な
設計値である。

ｒａ−１”１　＋　ｒ２　＋　ａｃ ｒＬ　”　ｒｄ　＋　　ｒ２　　＋　　ｒ３　　＋　　
ｄｃ−ｍに、プローブの配設は、エミッタによって発出
され粒子のみによって反射されたちの以外のエネルギを
検出器によって検出する危険性を最少化するようにすべ
きである。よって、エミッタおよび検出器の配設は、エ
ミッタから検出器へのエネルギの直接伝達、反射または
類似物による危険性を最少化するようにすべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の配置の基本的構成を概略
的に示す図、第２図は、請求項１に記載した構成に対応
するエネルギ勾配を概略的に示す図、第３図は、ｆ　（
ａ＞−ｈｅ−１の＠幅スペクトルを示す図、第４図は、
測定位置の距離に関連して、懸濁物に送られた光の振幅
特性を示す図、第５図は、近傍位置Ｅｎおよび遠障位置
Ｅｎでの測定とする散乱光関数を示す図、第６図は、１
つのダイヤグラムにおける伝達関数および散乱光関数を
示す図、第７図は、伝達光の場を示す図、第８図は、開
数Ｅｎ・Ｅｒ＝ｉを示す図、第９図は、概略Ｅｎ＝ｆ　
（Ｂ、）のパラメータ値を決定する座標変換を使用する
基本的方法をグラフ的に示す図、第１０図は、エネルギ
が懸濁物に送られる位置から比較的近傍および比較的遠
隔にて測定した散乱光の測定値を基礎とし、懸濁物中の
比較的高い粒子密度に比例する出力信号を計算する基本
回路を概略的に示す図、第１１図は、第１０図に示した
回路の操作に際して得られる信号カウンタを示す図、第
１２図は、Ｓ　ｉ　Ｏ２の測定について示される基本出
力関数特性を示す図、第１３図は、懸濁物に光が発出さ
れる位置から２つの異なる距離で散乱光を検出する光フ
ァイバの有効な配設の示す斜視図、第１４図は、本発明
の１つの態様によるプローブの端部の断面を概略的に示
す図、第１５図は、表面におけるエネルギ反射および伝
達を概略的に示す図、第１６図は、基本プローブ構成の
軸線方向断面を概略的に示す図・、第１７図は、本発明
装置に包含される３つの異なる組の光ファイバの間の相
互距離を概略的に示す図である。 １・・・光源　　　　　　２・・・検出器３・・・検出
器　　　　　４・・・プローブ・チップ５・・・エアス
ロット　　６・・・ガラス窓１０・・・ブローブゲース
　１１・・・シールリング１７・・・材料　　　　　　
１９・・・バンドル・チップ２０・・・光源の周囲の円
　３０・・・光源の周囲の円４１・・・エミッタ ４２・・・Ｅｎを検出する検出器 ４３・・・Ｅｔを検出する検出器 ５１・・・ライン　　　　　５２・・・ライン５３・・
・ライン　　　　　６０・・・計算器６１・・・密度に
対応す′る出力信号 ８０・・・比較器　　　　　８１・・・ライン８２・・
・参照値　　　　　８３・・・出力特許出願人　　　ボ
ンニエ　テクノロジー　グループＥｆＭ　ＥｎＭ 田 ■ ０゜ 手続補正書（成） １．事ｆ［の表示 平成　１年　特許願　第３９４９７号 ２、発明の名称 懸濁物中の粒子密度の測定方法および測定装置３、補正
を覆る者 事件との関係　　特許出願人 名称　　ボンニエ　テクノロジー　グループ　インコー
ホレイテッド代表者　　デイ−チル　ヤロブスキー （国Ｗ）（アメリカ合衆国） ４、代理人

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体に懸濁された粒子の密度を測定するに際し、
   放射エネルギを流体に向け、粒子によって散乱されるエ
   ネルギの強度を測定することからなり、エネルギを流体
   に向ける発出位置の比較的近傍に位置する第１位置で強
   度を測定し、前記発出位置から比較的遠隔に位置する第
   ２位置でも同様にし、密度の測定値として ａｒｔａｎｈ（Ｅ＿ｆ／Ｅ＿ｎ） （式中、Ｅ＿ｎは前記比較的近傍の第１位置でのエネル
   ギ強度であり、Ｅ＿ｆは前記比較的遠隔の第２位置での
   エネルギ強度である）を計算することを特徴とする流体
   に懸濁された粒子密度の測定方法。
2. （２）ａｒｔａｎｈ（Ｅ＿ｆ／Ｅ＿ｎ） を ▲数式、化学式、表等があります▼ として計算することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. （３）流体に向けられた放射の強度を関係 Ｅ＿ｆ・Ｅ＿ｎ＝１ によつて制御することを特徴とする請求項１または２記
   載の方法。
4. （４）強度Ｅ＿ｆおよびＥ＿ｎの平均値を１と比較し、
   操作が意図する測定範囲内にあるか否かの決定を図る請
   求項３記載の方法。
5. （５）流体に懸濁された粒子の密度を測定する装置であ
   って、放射エネルギを流体に向ける手段と粒子によって
   散乱される放射を検出する手段とからなり、前記検出手
   段が、放射エネルギを流体に向ける発出位置の比較的近
   傍の位置で散乱エネルギの強度を検出する第１検出手段
   と、発出位置から比較的遠隔の位置で散乱エネルギを検
   出する第２検出手段と、密度の測定値として ａｒｔａｎｈ（Ｅ＿ｆ／Ｅ＿ｎ） （式中、Ｅ＿ｎは前記比較的近傍の第１位置でのエネル
   ギ強度であり、Ｅ＿ｆは前記比較的遠隔の第２位置での
   エネルギ強度である）を計算する手段とからなることを
   特徴とする流体に懸濁された粒子密度の測定装置。
6. （６）計算する手段が、 ａｒｔａｎｈ（Ｅ＿ｆ／Ｅ＿ｎ） を ▲数式、化学式、表等があります▼ として計算するよう装設された請求項５記載の装置。
7. （７）流体に向けられた放射エネルギを関係Ｅ＿ｆ・Ｅ
   ＿ｎ＝１ によって制御する手段を特徴とする請求項５または６記
   載の装置。
8. （８）検出した強度Ｅ＿ｆおよびＥ＿ｎの平均値を形成
   する手段と、この値を１と比較して計算値が測定範囲の
   密度に対応するか否かの決定を図る手段とを特徴とする
   請求項７記載の装置。
9. （９）流体への放射エネルギを指向する第１光ファイバ
   と、それぞれの検出器に散乱エネルギを伝達する２組の
   光ファイバとを特徴とし、それぞれの組の光ファイバは
   円に沿って終焉し、前記円が第１ファイバの出力端に対
   して同軸である請求項５乃至８いずれかに記載の装置。
10. （１０）前記組のファイバおよび第１ファイバが所定の
    平面で終焉し、これは第１光ファイバに対して垂直な平
    面であり、好ましくは全てのファイバが前記平面に隣接
    して平行に延在することを特徴とする請求項９記載の装
    置。