JPH0143635Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、電流一光変換および光一電流変換に
おける変換効率の経時的変化や温度変化を補償し
ながら検水中に含まれる懸濁物からの散乱反射光
を測定することによつて、検水の濁度を高精度に
て求め得るように構成された濁度計に関するもの
である。

従来より検水を濁度を測定するには一般に光学
的方法が採られているのが実状である。光学的方
法としては現在のところ検水を透過した光の光量
を測定することによつて濁度を求めるといつた透
過光法や、検水中で散乱された光の光量より濁度
を求めるといつた散乱光法、透過光と散乱光を定
量的に検出した後演算を行なうことによつて濁度
を求めるといつた透過光・散乱光演算法などが実
用に供されているが、従来にあつては発光素子や
受光素子の特性変化が考慮されていなかつたり、
更には発光素子の選択とその発光制御、受光素子
からの出力の処理が適当にされていないことか
ら、検水の濁度を高精度にて求め得ないという欠
点がある。

即ち、第１図ａ，ｂはそれぞれ発光素子として
の発光ダイオードの動作時間に対する相対発光出
力特性、周囲温度に対する相対発光出力特性を示
すが、これより判るように光出力は経時的に、ま
た、周囲温度の変化によつても変化することか
ら、その変化が適当に補償されない限り受光素子
での出力も正規なものとなり得ないから、濁度検
出を高精度に行ない得ないというものである。

また、第２図は受光素子としてのホトダイオー
ドの光電流−温度特性を示すが、周囲温度に光電
流が依存することから、これに対しても何等かの
対策が必要である。しかし、発光ダイオードに比
して温度変化に対する出力変化は小さいことか
ら、適当な特性をもつたホトダイオードを選択
し、しかもそれを適当範囲内の周囲温度の下で使
用する限り周囲温度変化に対する光電流変化はあ
る程度無視し得るものである。

更に発光素子に対する発光駆動や発光駆動によ
つて発生される光の波長なども適当に考慮される
べきである。最近では白熱ランプによる可視光領
域の光に限ることなくレーザ光、赤外光、近赤外
光、偏光なども利用されているが、受光素子が発
光素子による光のみを受光する必要があるところ
から、濁度検出に利用される光はその波長領域が
適当範囲内に限定されるべきである。また、仮に
発光素子によるものばかりか、それ以外の光が受
光素子によつて検出された場合は、後の適当な処
理によつて検出出力よりその光によるものが除去
されるべく発光素子の発光方法も適当にされるべ
きである。

本考案の目的は、検水の濁度を高精度にて求め
得る濁度計を供するにある。

この目的のため、本考案は、発光スペクトルが
近赤外の短波長（約0.9〜1μ）側領域とされた、
発光素子としての発光ダイオードをその出力が一
定となるべく制御しながらパルス的に発光駆動す
る一方、近赤外短波長側領域の光のみを検出可と
された、受光素子としてのホトダイオードの出力
より発光ダイオードの発光駆動周波数成分のみを
抽出した後整流することによつて濁度対応のアナ
ログ量を得るようにしたものである。

ここで発光素子、受光素子としてそれぞれ近赤
外の発光ダイオード、近赤外のホトダイオードを
用いる理由は、その寿命が白熱ランプ等に比して
長く鋭い発光スペクトル（例えばピーク波長
950nm、スペクトル半値幅46.5nm）が得られる
からである。また、電流−光変換、光−電流変換
における変換効率が優れ、しかも熱の発生が僅か
であるからである。更に高周波応答特性が優れて
いることから、その点滅周期が高く採れることに
他ならない。発光スペクトルを近赤外短波長側領
域とすれば、濁度測定の際に問題となる濁質の色
の影響や溶媒の色の影響を除去し得る点も見逃せ
ないところである。

以下、第３図より第７図により本考案を説明す
れば以下のようである。

先ず第３図は本考案による濁度計の使用態様を
示したものである。図示の如く検水（河川、湖、
沼、海洋あるいは排水槽内の水、またはそれらの
水に脱泡等の処理を施こした後の貯水）１中に、
先端部に検出器が収容された濁度検出筒２を浸漬
し、浸漬中検出器より得られた濁度検出出力をケ
ーブル５を介し、制御・変換処理部３にて変換処
理し、この変換処理によつて得られた濁度対応大
きさのアナログ電圧あるいはアナログ電流が、ケ
ーブル６を介して接続された指示計４で表示され
るようにしたものである。

第４図ａ，ｂはその濁度検出筒２の縦断側面と
前面（検出器表面側）を示す。図示の如くハウジ
ング１１，１３，１７（ハウジング１１，１７は
Ｏリング１２によつて水密に接合）はパイプ１０
とともに濁度検出筒外面を形成しており、第３
図々示のケーブル５はパイプ８の一端においてグ
ランド６、ワツシヤ７、パツキン８およびハブボ
デー９を介して水密にパイプ８内に導入される。
ハウジング１７の他の端面にはまた光学窓ガラス
２２が接着されており、この光学窓ガラス２２の
内表面近くに発光ダイオード２４、濁度検出用ホ
トダイオード２３、比較検出用ホトダイオード２
６をプリント板２０に接続した状態で図示の如く
に配するものである。マウント２１はそれら発光
ダイオード２４、ホトダイオード２３，２６を載
置取付あるいは位置決め収容するためのものであ
り、中心部に位置決め収容される発光ダイオード
２４の光は直接ホトダイオード２３に入射されな
いように発光ダイオード２４は１部が切欠された
円筒部分に位置決め収容される一方、発光ダイオ
ード２４の光はその切欠部分、入射光量調節用ス
ペーサ２５を介し、直接ホトダイオード２６に入
射するようにされる。プリント板２０、ホルダ１
８および隔壁１４とによつて囲まれる内部空間に
はプリアンプ回路実装のためのプリント板１５が
設けられ、既述のケーブル５はこれに接続される
わけである。隔壁１４はゴムあるいはスポンジよ
りなり、パイプ１０内空気とハウジング内空気と
を遮断することによつて検出器内部での空気対流
による温度応答速度の低下を防ぐべく機能するよ
うにされる。尚、ハウジング１７、マウント２１
および光学窓ガラス２２によつて囲まれた空間に
は防水用のＯリング１６が設けられ、また、プリ
ント板２０とホルダ１８との間にはパツキン１９
が介在される。

本考案に係る濁度検出筒は以上のように構成さ
れるが、次に第５図により濁度計全体の電気的構
成について説明する。

図示の如く電流制御回路２８は発振回路２７か
らの出力周波数にもとづいき、電流制限抵抗２９
が直列接続された発光ダイオード２４にある大き
さの短形波電流を流すようにされる。これにより
発光ダイオード２４は発振回路２７の出力周波数
で点滅発光駆動され、発光ダイオード２４からの
光は既述の光学窓ガラスをを介し検水に照射され
る一方、その一部は直接ホトダイオード２６に入
射されるようになる。検水中に照射された光は懸
濁物質により散乱反射され、散乱反射光の一部は
光学窓ガラスを介してホトダイオード２３（本例
では感度の上昇を図るべく５個並列接続）に入射
されるところとなるが、その検出出力は一般に図
示の如くになる。これは一般にホトダイオード２
３には発光ダイオード２４からの光による光成分
（短形波成分）の他、太陽光からの光成分（直流
的成分）や蛍光灯などからの光成分（交流的成
分）が入射されるからであるが、検出出力より短
形波成分のみを抽出することは容易である。即
ち、ホトダイオード２３の検出出力は交流分増幅
器３６を介されることによつて直流成分が除去さ
れ、更にハイパスフイルタ３７を介されることに
よつて低周波交流成分が除去され得るものであ
る。ここにいう低周波交流成分とは50Hzあるいは
60Hzの交流成分とその高調波をいうが、発振回路
２７の出力周波数1KHzかあるいはそれ以上に設
定し、それに応じた透過周波数領域のハイパスフ
イルタを用いることによつて短形波成分の抽出は
容易である。ハイパスフイルタ３７の出力はその
後整流回路３８、直流増幅器３９、出力回路４０
を順次経ることによつて濁度対応大きさのアナロ
グ電圧あるいはアナログ電流に変換され、その大
きさは指示計４１に表示されるようになるもので
ある。

一方、比較検出用ホトダイオード２６の検出出
力もホトトランジスタ２３の検出出力とほぼ同様
な電流波形となるが、ホトダイオード２６の検出
出力より抽出された短形波成分は発光ダイオード
２４の出力制御に供される。ホトダイオードの検
出出力は交流分増幅器３０、ハイパスフイルタ３
１、整流回路３２、直流増幅回路３３を介し比較
回路３４に入力され、設定回路３５からの基準電
圧と比較され、その偏差分をして発光ダイオード
２４の発光出力が一定となるべく電流制御回路２
８が発光ダイオード２４に対する駆動電流の大き
さを制御するものである。ここで、ホトダイオー
ド２３，２６に同一特性同一種類のものを使用
し、交流分増幅器３６より直流増幅器３９に至る
濁度検出用の処理回路の回路構成と、交流分増幅
器３０より直流増幅器３３に至る比較検出用の処
理回路の回路構成とを全く同一にし、しかも同一
条件下におくことによりホトダイオード２３，２
６、発光ダイオード２４、交流分増幅器などの各
回路部における電気的特性の温度変化や経時変化
を補償することが可能となるわけである。本例で
はプリアンプとしての交流分増幅器３０，３６を
既に述べた如く濁度検出筒内部に設け、他の回路
部分は制御・変換処理部内に設けることを想定し
ているが、これに限定されることなく実施可能で
ある。

第６図は発光ダイオード２４に50mAの電流を
流した場合での濁度（あるいは濃度）−出力電圧
特性を示したものである。本例での検水はフオル
マジン溶液であるが、濃度と出力電圧はリニアな
関係にあることを示し、直線性に優れたものとな
つている。但し、濃度０において出力電圧が０と
はなつていないが、これは発光ダイオード２４を
位置決め収容する円筒部分によつては光学窓ガラ
スを介してホトダイオード２３方向に伝播される
発光ダイオード２４の光を十分遮光し得ないこと
にその原因を求め得る。しかし、これはさしたる
問題ではない。最終出力電圧を得たところで濃度
０に対する出力電圧を電気的に差し引くことによ
つてその補正は容易であるからである。

本考案は以上の如くにしてなるが、本考案に一
部類似なものとしては特開昭51−140673号公報に
開示された「濁度計測装置」を挙げ得る。これは
第７図ａ，ｂにその概略を示すように、複数個
（６個）の発光ダイオード１０２からの光が窓ガ
ラス１０４や水密性用筒状ケース１０３の内側で
反射されることによつて、あるいは直接光が受光
素子１０１に入射されることがないように光遮へ
いの目的で受光素子１０１は円筒形パイプ１０５
の端１０５₁にその受光面を窓ガラス１０４方向
に向けて配置され、円筒形パイプ１０５の一方の
端１０５₂は窓ガラス１０４に密着させるように
したものである。また、発光ダイオード１０２は
その光軸が受光素子１０１を取付けてなる円筒形
パイプ１０５の軸上であるところの汚濁水中で交
わるべく傾斜取付された構造となつているもので
ある。これとの比較においても本考案によるもの
は種々の利点を有するものである。

即ち、公報に係るものにおいては複数の発光ダ
イオードは直列接続されて使用に供されることか
ら、高い電圧を必要とし電流の安定化が困難であ
るというものである。また、周波数が5KHz程度
の交流電圧を使用する場合にあつては、他に誘導
障害を発生させる虞が多分にあるが、本考案にあ
つてはそのような不具合は生じないものとなつて
いる。公報に係るものにおいてはまた発光ダイオ
ードの光軸は受光素子のそれと所定関係にあるよ
うにされる必要があるばかりか、各発光ダイオー
ドの光軸交点とその近傍に存する懸濁物による散
乱反射光のみを検出せんとするものであり、更に
受光素子が筒内の奥まつた位置に取付されている
ことから、散乱反射光を十分に受光し得なく、正
確な濁度測定が行ない得ないという欠点がある。
この点に関し本考案では広範囲の懸濁物により散
乱反射光が光学窓ガラス内面近傍に配された複数
のホトダイオードによつて効率的に受光され得る
から、公報のものに見受けられる如くの不具合は
何等生じないものとなつている。

以上説明したように本考案は、素子や回路部に
おける特性変化を補償しつつ発光スペクトルが近
赤外の短波長側領域とされた発光ダイオードをそ
の出力が一定となるべくパルス的に発光駆動する
一方、近赤外短波長側領域の光のみを検出可とさ
れたホトダイオードの出力より発光ダイオード駆
動周波数成分のみを抽出整流することによつて濁
度対応大きさのアナログ量を得るようにしたもの
である。したがつて、本考案による場合経時や温
度による特性変化は補償されるから、長時間に亘
つて、しかも広い濁度範囲内で直線性良好にして
濁度を正確に求め得るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは、発光ダイオードの動作時間に
対する相対発光出力特性と周囲温度に対する相対
発光出力特性を示す図、第２図は、ホトダイオー
ドの光電流−温度特性図、第３図は、本考案によ
る濁度計の使用態様図、第４図ａ，ｂは、その濁
度計における濁度検出筒の構成を示す図、第５図
は、本考案による濁度計の電気的回路構成図、第
６図は、本考案による濁度計の一例での濁度−出
力電圧特性図、第７図ａ，ｂは、従来における濁
度計測装置の一例での構成図である。 ２２……光学窓ガラス、２３……濁度検出用ホ
トダイオード、２４……発光ダイオード、２６…
…比較検出用ホトダイオード、２７……発振回
路、２８……電流制御回路、３０，３６……交流
分増幅器、３１，３７……ハイパスフイルタ、３
２，３８……整流回路、３３，３９……直流増幅
器、３４……比較回路、３５……基準電圧設定回
路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 防水性が保持された筒の一端面に取付された光
   学窓ガラス内面に近接して発光スペクトルが近赤
   外短波長側領域とされた発光ダイオードを配する
   とともに、該ダイオードの周囲にはリング状に感
   度特性が近赤外短波長側領域とされた複数並列接
   続の濁度検出用ホトダイオードと該検出用ホトダ
   イオードに特性を同じくする単一の比較検出用ホ
   トダイオードを配し、上記濁度検出用ホトダイオ
   ードは上記発光ダイオードからの光を直接受けな
   いで上記光学窓ガラス外面側からの散乱反射光を
   受けるように配置され、また、上記比較検出用ホ
   トダイオードは上記発光ダイオードからの光を直
   接受けるように配置され、上記発光ダイオードに
   は、発振回路からの出力周波数にもとづいた周波
   数で当該発光ダイオードに矩形波電流を流す電流
   制御回路を接続し、上記濁度検出用ホトダイオー
   ドには、当該ホトダイオードから得られた電気信
   号のうちの交流分を増幅する交流分増幅器とこの
   増幅器の出力側に順次に接続された上記周波数成
   分を抽出するためのハイパスフイルタ、整流回路
   及び直流増幅器とを備えた濁度検出用の処理回路
   を接続し、上記比較検出用ホトダイオードには、
   当該ホトダイオードから得られた電気信号のうち
   の交流分を増幅する交流分増幅器とこの増幅器の
   出力側に順次に接続された上記周波数成分を抽出
   するためのハイパスフイルタ、整流回路及び直流
   増幅器とを備えた比較検出用の処理回路を接続
   し、比較検出側の直流増幅器の出力信号と設定信
   号との偏差分を取り出す比較回路を設け、この比
   較回路の出力信号にもとづいて上記電流制御回路
   の出力電流の大きさを制御することを特徴とする
   濁度計。