JPH0237978B2 - - Google Patents

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JPH0237978B2
JPH0237978B2 JP58150976A JP15097683A JPH0237978B2 JP H0237978 B2 JPH0237978 B2 JP H0237978B2 JP 58150976 A JP58150976 A JP 58150976A JP 15097683 A JP15097683 A JP 15097683A JP H0237978 B2 JPH0237978 B2 JP H0237978B2
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JP
Japan
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particle size
measured
laser beam
scattered light
particle
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JP58150976A
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Japanese (ja)
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JPS6042640A (en
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Kyoichi Tatsuno
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS6042640A publication Critical patent/JPS6042640A/en
Publication of JPH0237978B2 publication Critical patent/JPH0237978B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205Investigating particle size or size distribution by optical means

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔発明の技術分野〕 本発明は微小粒子の径を測定する粒径測定装置
に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 粒径Dの球状粒子にレーザ光等の平行な単色光
を照射したとき、角度θ方向に生じる散乱光強度
i(D、θ)はミー(Mie)散乱理論とにより正
確に計算することができる。 そこで本発明者は、被測定粒子群に照射したレ
ーザ光の散乱光強度分布I()を測定し、ミー散乱
理論に基づいて求めた1粒子による散乱光強度i
(D、θ)と粒径分布nr(D)との間に I()=∫i(D、θ)nr(D)dD ……(1) なる関係が成立することからその粒径分布nr(D)を
求める粒径測定装置を提唱した。この装置は、第
1図にその概略構成を示すように、レーザ装置1
が発振出力したレーザ光をコリメータ系2を介し
て所定断面積の平行レーザビームとし、これを被
測定粒子群3に照射する。そして、上記被測定粒
子群3の位置から等距離で、且つ散乱角θに応じ
て微小角度Δθ毎に配置された受光部にて前記レ
ーザ光の被測定粒子群3による散乱光をその散乱
角θに応じてそれぞれ検知し、その散乱光強度分
布を求めている。尚、ここでは光フアイバ41
4nの一端を前記散乱角θに応じた受光部に配置
し、これらの光フアイバ41〜4nを介して導び
かれた各散乱光をフオトデテクタ51〜5nにて
受光検知し、この検出したフオトデテクタからの
電流を電圧に変換し増幅する増幅器61〜6nを
介して計算機システム7に入力するように構成さ
れている。この計算機システム7で、光フアイバ
1〜4nが設置された散乱角θ1〜θoにおける散
乱光強度I1,I2,……,Inから散乱光強度分布I()
=(I1,I2,……,Ioが求められ、前記第(1)式に従
つて粒径分布nr(D)が計算される。この結果が、つ
まり粒径分布nr(D)がデイスプレイ8を介して表示
される。 ところが、このような装置にあつては次のよう
な問題があつた。即ち、測定粒子が広範囲に存在
する場合や、被測定粒子群3の粒子密度が高い場
合にはレーザ光に対する散乱粒子数が多くなり、
その多重散乱の影響が無視できなくなる。この
為、前記第(1)式に示される関係、即ち測定された
散乱光強度分布が1粒子による散乱光の重ね合せ
によつて示されると云う関係が成立しなくなり、
結局粒径測定ができなくなる。また前述の如く測
定される散乱光強度分布は相対値である為、これ
から求められる粒径分布も相対的な値しかとり得
ないと云う不都合がある。これ故、粒径測定には
多くの測定制約条件が加わつた。 〔発明の目的〕 本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、散乱粒子数が多
い場合であつても、その粒径分布を正確に、しか
も絶対値として求めることのできる簡易で実用性
の高い粒径測定装置を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は、被測定粒子群に照射されるレーザ光
の上記被測定粒子群を透過した光量からその透過
率を求め、この透過率に従つて前記被測定粘子群
に対する前記レーザ光の散乱光路長を調整したの
ち、この散乱光路長領域における前記レーザ光の
被測定粒子群による散乱光を検出して散乱光強度
分布を求め、この散乱光強度分布から被測定粒子
群の粒径分布を絶対的に求めるようにしたもので
ある。 特に上記散乱光路長Lを前記レーザ光の透過率
が約60%以上となる長さに調整したのち、散乱光
強度分布を求めるようにしたものである。 〔発明の効果〕 かくして本発明によれば、散乱粒子数が多い場
合であつても、その散乱光路長Lの調整によつて
多重散乱の影響を無視できる状態でその散乱光強
度分布を求めることが可能となり、従つてこの散
乱光強度分布から粒径分布を計算することが可能
となる。 即ち、第2図は測定不可能な最小粒子密度の場
合の散乱光路長Lと透過率との関係を示すもので
あり、この例は粒径が0.312〜11.9mmφのポリス
チレン粒子を水中に浮遊させて測定した結果を示
している。尚、上記測定不可能な最小粒子密度と
は、多重散乱の影響が表われる粒子密度のうち、
その最小粒密度のことである。すなわち、斜線部
分の範囲であれば粒子密度に無関係に測定可能で
あることを示している。この第2図に示される関
係から明らかなように、散乱光路長Lが0.1mmの
とき、全散乱粒子による多重散乱の影響が生じて
いるときの透過率は約0.34(34%)以下であり、
散乱光路長Lが0.2mmのときに多重散乱の影響が
生じているときの透過率は約0.55(55%)以下で
ある。従つて、上記透過率が約60%以上確保され
るように散乱光路長Lを調整すれば、多重散乱の
影響を受けることなしに散乱光強度分布を測定可
能なことが判る。しかも、上記第2図に示す結果
は、全散乱粒子の散乱断面積が照射ビームの断面
積を越えると、多重散乱の影響が現われると云う
物理的な根拠に裏付けされている。 ところで被測定粒子群3を透過するレーザ光の
透過率Iout/Iin.は次のように示すことができる。 Iout/Iin.=exp{−L・∫ 0C(D)・N(D)dD}……(2
) 但し、上式においてC(D)は粒径Dの粒子による
散乱断面積、N(D)は絶対個数で表示した粒径分
布、Bはレーザビームの径である。また相対的な
粒径分布をnr(D)とすると、上記絶対個数で示され
る粒径分布N(D)は、Aを定数として、 N(D)=A・nr(D) ……(3) として示すことができる。この関係を前記第(2)式
に代入して整理すると Iout/Iio=exp{−L・A∫ 0C(D)・nr(D)dD}……(
4) となり、その対数をとると lo(Iout/Iin)=−L・A∫ 0C(D)・nr(D)dD}……
(5) となる。ここで上式中におけるL、C(D)は既知で
あり、nr(D)は前記第(1)式に示される関係から求め
られるので、従つて前記レーザ光の透過率Iout/
Iinを測定すれば、上記第(5)式から前記定数Aを
求めることができる。これ故、この定数Aを用い
て、前記第(3)式の関係から、被測定粒子群3の絶
対値な粒径分布N(D)を求めることが可能となる。 このようにして本発明装置によれば散乱粒子数
が多い場合であつても、その絶対的な粒径分布を
簡易にして効果的に求めることができ、実用上多
大なる効果が奏せられる。 〔発明の実施例〕 以下、図面を参照して本発明の実施例につき説
明する。 第3図は実施例装置の要部概略構成図である。
この装置は透光性の遮蔽体、例えばガラス11,
12の対向間隔Lを変え、その間に被測定粒子群
3を導びくように構成され、上記間隔Lによつて
散乱光路長が調整されるようになつている。上記
ガラス11は散乱光路領域とレーザ光照射系側と
を隔離するもので、レーザ装置1から出力された
レーザ光を光フアイバ13により導びき、このレ
ーザ光をコリメータレンズ14を介して平行ビー
ム化して前記散乱光路領域に照射するものとなつ
ている。このガラス11およびレンズ14等がそ
の光軸に沿つて一体的に移動され、前記散乱光路
長Lが可変設定される。 一方、前記ガラス12によつて散乱光路領域と
隔離された受光系側は、所定本数の光フアイバ4
〜4nの各一端面を前記散乱角θに応じて微小
角度Δθ毎に等距離配置すると共に、透過光側定
用の光フアイバ15を前記光軸上に設けている。
これらの光フアイバ41〜4n,15を介して抽
出された光が、フオートデテクタによりそれぞれ
検出される。つまり受光系側は、前記第1図に示
す構成に加えて、透過光測定用の光フアイバ15
およびこの光フアイバ15を介して透過光を受光
検出するフオトデテクタ等を備えたものとなつて
いる。そして、上記光フアイバ15を介して検出
される透過光量から、前記ガラス11,12によ
つて規定される所定長さの散乱光路領域における
レーザ光の被測定粒子群3に対する透過率が求め
られるようになつている。そして、このようにし
て求められる透過率に応じて前記ガラス11を含
むレーザ光照射系がその光軸に沿つて進退制御さ
れ、上記透過率が60%を越える位置に調整され
る。このときの光路長Lは別の手段によつて測定
される。例えばレーザ測長器を用いて光路長Lを
測定しても良いし、またマイクロメータ機構等に
よつて移動されるレンズ14の移動量と、基準位
置との関係から上記光路長Lを求めるようにして
もよい。尚、レーザ光照射系に代えて、受光系側
をレーザビーム照射光軸に沿つて一体的に移動さ
せて前記光路長Lを調整するようにしてもよい。
また光フアイバ41〜4n,15を介して透過光
や散乱光を検出することに代えて、フオトデテク
タを各受光位置にそれぞれ配置し、上記透過光や
散乱光を直接検出するように構成することも可能
である。 そして、上記の如く散乱光路長Lが設定された
のち、被測定粒子群3による散乱光強度分布I(D)
が求められ、次のようにして粒径分布N(D)が算出
される。即ち計算機システム7は第4図に示すよ
うに、先ず散乱角度θに応じた位置でそれぞれ求
められる散乱光の強度I1、I2〜Inから散乱光強度
分布 I()(I1、I2〜In) が求められる。しかるのち、この散乱光強度分布
から前記第(1)式に示される関係に従つて粒径分布
が求められる。この粒径分布への変換処理として
具体的には(i)対数束縛積分方程式法、あるいは(ii)
対数分布関数近似法が用いられる。しかるのち、
これらの手段によつて求められた粒径分布の絶対
値化処理が行われる。 上記対数束縛積分方程式法は、粒径がとり得る
範囲を細分化し、連立方程式によつて近似し乍ら
粒径分布を求めるものであり、その処理の流れは
例えば第5図の如く示される。即ち、粒径範囲を
〔Dmin、Dmax〕とし、この区間をN分割して前
記第(1)式を次のように近似する。 I()Ni=1Dj Di-1i(D、θ)n(D)dD そして、〔Dj、Dj-1〕なる範囲では粒径分布n(D)
が一定であると仮定し、 ∫Dj Di-1i(D、θ)n(D)dD 〔∫Dj Di-1i(D、θ)dD〕n(Dj) と近似する。このとき is(Dj、θ)=∫Dj Di-1i(D、θ)dD と置くと、前式を次のように整理することができ
る。 I()Nj=1 is(Dj、θ)n(Dj) しかして、前記散乱光強度分布の測定点をθ1
θ2〜θkとすると、 I(i)Nj=1 is(Dj、θi)n(Dj) として表わすことができ、 is(Dj、θi)=iij I(θi)=Ii n(Dj)=nj とおいて、
[Technical Field of the Invention] The present invention relates to a particle size measuring device for measuring the diameter of microparticles. [Technical background of the invention and its problems] When a spherical particle with a particle size D is irradiated with parallel monochromatic light such as a laser beam, the scattered light intensity i (D, θ) generated in the angle θ direction is Mie It can be calculated accurately using scattering theory. Therefore, the present inventor measured the scattered light intensity distribution I () of the laser beam irradiated to the particle group to be measured, and calculated the scattered light intensity i by one particle based on the Mie scattering theory.
(D, θ) and particle size distribution nr(D) as follows: I () =∫i(D, θ)n r(D) dD ……(1) Since the relationship A particle size measuring device for determining the distribution nr(D) was proposed. As shown in FIG. 1, this device has a laser device 1.
The laser beam oscillated and outputted by the collimator system 2 is converted into a parallel laser beam having a predetermined cross-sectional area, and the particle group 3 to be measured is irradiated with this. Then, the scattered light of the laser beam by the particle group 3 to be measured is detected at the scattering angle of the laser beam by a light receiving section arranged equidistantly from the position of the particle group 3 to be measured and at every minute angle Δθ according to the scattering angle θ. Each is detected according to θ, and the scattered light intensity distribution is determined. In addition, here, the optical fiber 4 1 ~
One end of the optical fiber 4n is placed in a light receiving section corresponding to the scattering angle θ, and each scattered light guided through these optical fibers 4 1 to 4n is received and detected by a photodetector 5 1 to 5n. The current from the photodetector is configured to be input to the computer system 7 via amplifiers 6 1 to 6n that convert the current into voltage and amplify it. This computer system 7 calculates the scattered light intensity distribution I () from the scattered light intensities I 1 , I 2 , ..., In at the scattering angles θ 1 to θ o at which the optical fibers 4 1 to 4n are installed.
= (I 1 , I 2 , ..., I o is determined, and the particle size distribution n r (D) is calculated according to the above equation (1). This result is, in other words, the particle size distribution n r ( D) is displayed on the display 8. However, such a device has the following problems. Namely, when the particles to be measured are present over a wide range, or when the particles of the particle group 3 to be measured When the density is high, the number of particles scattering the laser beam increases,
The influence of multiple scattering cannot be ignored. For this reason, the relationship shown in equation (1) above, that is, the relationship that the measured scattered light intensity distribution is expressed by the superposition of scattered light by one particle, no longer holds.
As a result, particle size measurement becomes impossible. Furthermore, since the scattered light intensity distribution measured as described above is a relative value, there is a disadvantage that the particle size distribution calculated from it can only take a relative value. Therefore, many measurement constraints have been added to particle size measurements. [Object of the Invention] The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to accurately measure the particle size distribution even when there are a large number of scattered particles, and to determine the absolute value of the particle size distribution. The object of the present invention is to provide a simple and highly practical particle size measuring device that can be used to measure the particle size. [Summary of the Invention] The present invention calculates the transmittance of a laser beam irradiated onto a particle group to be measured from the amount of light transmitted through the particle group to be measured, and according to this transmittance, the After adjusting the scattered optical path length of the laser beam, the scattered light of the laser beam by the particle group to be measured in this scattered optical path length region is detected to obtain the scattered light intensity distribution, and from this scattered light intensity distribution, the particle group to be measured is determined. The particle size distribution is determined absolutely. In particular, the scattered light intensity distribution is determined after adjusting the scattered light path length L to such a length that the transmittance of the laser light is about 60% or more. [Effects of the Invention] Thus, according to the present invention, even when the number of scattered particles is large, the scattered light intensity distribution can be determined in a state where the influence of multiple scattering can be ignored by adjusting the scattered optical path length L. Therefore, it becomes possible to calculate the particle size distribution from this scattered light intensity distribution. That is, Figure 2 shows the relationship between the scattered optical path length L and the transmittance in the case of a minimum particle density that cannot be measured. The results are shown below. The above-mentioned minimum particle density that cannot be measured is the particle density where the influence of multiple scattering appears.
It is the minimum grain density. In other words, it is shown that measurement is possible regardless of the particle density within the shaded range. As is clear from the relationship shown in Figure 2, when the scattered optical path length L is 0.1 mm, the transmittance is approximately 0.34 (34%) or less when the influence of multiple scattering by all scattering particles occurs. ,
When the scattered optical path length L is 0.2 mm and the influence of multiple scattering occurs, the transmittance is about 0.55 (55%) or less. Therefore, it can be seen that the scattered light intensity distribution can be measured without being affected by multiple scattering if the scattered light path length L is adjusted so that the above transmittance is maintained at about 60% or more. Moreover, the results shown in FIG. 2 above are supported by the physical basis that when the scattering cross-section of all scattering particles exceeds the cross-section of the irradiation beam, the effect of multiple scattering appears. By the way, the transmittance Iout/Iin. of the laser beam that passes through the particle group 3 to be measured can be expressed as follows. Iout/Iin.=exp{−L・∫ 0 C (D)・N (D) dD}……(2
) However, in the above equation, C (D) is the scattering cross section by particles of particle size D, N (D) is the particle size distribution expressed in absolute number, and B is the diameter of the laser beam. Furthermore, if the relative particle size distribution is n r(D) , the particle size distribution N (D) indicated by the absolute number above is given by A as a constant, N (D) = A・n r(D) ... (3) It can be shown as: Substituting this relationship into the above equation (2) and rearranging it, Iout/I io =exp{−L・A∫ 0 C (D)・n r(D) dD}……(
4), and taking its logarithm, l o (Iout/Iin)=−L・A∫ 0 C (D)・n r(D) dD}...
(5) becomes. Here, L and C (D) in the above equation are known, and n r (D) can be obtained from the relationship shown in the above equation (1), so the transmittance of the laser beam Iout/
By measuring Iin, the constant A can be determined from the above equation (5). Therefore, using this constant A, it is possible to obtain the absolute value particle size distribution N (D) of the particle group 3 to be measured from the relationship of equation (3). In this way, according to the apparatus of the present invention, even when the number of scattered particles is large, the absolute particle size distribution can be easily and effectively determined, and a great practical effect can be achieved. [Embodiments of the Invention] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic diagram of the main parts of the embodiment device.
This device uses a light-transmitting shield, such as glass 11,
12, and the particle group 3 to be measured is guided between them, and the scattered light path length is adjusted by the distance L. The glass 11 separates the scattering optical path region from the laser beam irradiation system side, and guides the laser beam output from the laser device 1 through the optical fiber 13, and converts the laser beam into a parallel beam via the collimator lens 14. and irradiates the scattered light path region. The glass 11, lens 14, etc. are moved integrally along the optical axis, and the scattered light path length L is variably set. On the other hand, the light receiving system side, which is separated from the scattering optical path region by the glass 12, has a predetermined number of optical fibers 4.
1 to 4n are arranged equidistantly at every minute angle Δθ according to the scattering angle θ, and an optical fiber 15 for determining the transmitted light side is provided on the optical axis.
The light extracted through these optical fibers 4 1 -4n, 15 is detected by photodetectors, respectively. In other words, in addition to the configuration shown in FIG. 1, the light receiving system side includes an optical fiber 15 for measuring transmitted light.
The optical fiber 15 is also equipped with a photodetector for receiving and detecting transmitted light through the optical fiber 15. Then, from the amount of transmitted light detected through the optical fiber 15, the transmittance of the laser beam to the particle group 3 to be measured in the scattering optical path region of a predetermined length defined by the glasses 11 and 12 is determined. It's getting old. Then, the laser beam irradiation system including the glass 11 is controlled to advance or retreat along its optical axis in accordance with the transmittance determined in this manner, and the transmittance is adjusted to a position exceeding 60%. The optical path length L at this time is measured by another means. For example, the optical path length L may be measured using a laser length measuring device, or the optical path length L may be determined from the relationship between the amount of movement of the lens 14 and the reference position using a micrometer mechanism or the like. You may also do so. Incidentally, instead of the laser beam irradiation system, the light receiving system side may be moved integrally along the laser beam irradiation optical axis to adjust the optical path length L.
Furthermore, instead of detecting the transmitted light and scattered light through the optical fibers 41 to 4n and 15, a photodetector may be arranged at each light receiving position to directly detect the transmitted light and scattered light. is also possible. After the scattered light path length L is set as described above, the scattered light intensity distribution I (D) by the particle group 3 to be measured is
is determined, and the particle size distribution N (D) is calculated as follows. That is, as shown in FIG . 4, the computer system 7 first calculates the scattered light intensity distribution I () ( I 1 , I 2 ~In) is required. Thereafter, the particle size distribution is determined from this scattered light intensity distribution according to the relationship shown in equation (1) above. Specifically, the conversion process to this particle size distribution is (i) logarithmic bound integral equation method, or (ii)
A logarithmic distribution function approximation method is used. Afterwards,
The particle size distribution determined by these means is converted into an absolute value. The logarithm-bound integral equation method subdivides the possible particle size range and approximates it using simultaneous equations to determine the particle size distribution, and the process flow is shown, for example, in FIG. 5. That is, the particle size range is set to [Dmin, Dmax], this interval is divided into N, and the above equation (1) is approximated as follows. I () = Ni=1Dj Di-1 i(D, θ)n (D) dD Then, in the range [D j , D j-1 ], the particle size distribution n (D)
Assuming that is constant, it is approximated as ∫ Dj Di-1 i (D, θ) n (D) dD [∫ Dj Di-1 i (D, θ) dD] n (Dj). In this case, by setting i s (Dj, θ)=∫ Dj Di-1 i (D, θ) dD, the previous equation can be rearranged as follows. I () = Nj=1 i s (Dj, θ) n (Dj) Therefore, the measurement point of the scattered light intensity distribution is θ 1 ,
If θ 2 ~ θk, it can be expressed as I (i) = Nj=1 i s (Dj, θi) n (Dj), and i s (Dj, θi) = i ij I (θi) = Letting I i n(Dj)=n j ,

【式】【formula】

【式】【formula】

【式】 とすると、前式を次のように表現できる。 I=G・n そして、これを対数変換したものを I〓=G〓・n で表わし、粒径分布が滑らかであると云う条件、
即ちnjの3次の差分の2乗和を小さな値に抑える
べくn*Hoを付加したとき、その最小2乗解はラ
グランジ(Lagrange)の未定乗数法により n=(G〓*G〓+γH)-1G〓*I〓 として求めることができる。但し、G〓*はG〓の転
置行列であり、γは未定乗数である。しかして、
粒径分布njが正または零であると云う条件の下
で、上式の解が最小2乗解である為の条件を満足
するように、粒径分布njのうちの正なるものを選
択すれば、ここに前記散乱光強度分布からその粒
径分布を求めることが可能となる。つまり、前式
の解が最小2乗解である為の条件(カーン・タツ
カー(Kuhn−Tucker)の定理) y=G〓*(G〓o−I〓)+γHo なるyが (a) nj=0なるjに対してyj0 (b) nj>0なるjに対してyi=0 を満足するようにすれば、(n0)なる条件の
下での最小2乗解を得ることが可能となる。 以上を総括すれば log〔I()〕=log〔∫i(D、〓)n(D)dD〕 なる連立方程式にて前記第(1)式で示される関係を
近似し、次の2つの条件の下で最小2乗解を求め
ることにより粒径分布n(D)が得られる。 条件1……粒径分布が滑らかである。 条件2……n0である。 これに対して対数分布関数近似法を用いる場合
には、 E=|log〔I()〕 −log〔∫i(D、〓)n(D)dD〕|2 が最小となるように、n(D)の分布パラメータを決
定するようにすればよい。即ち、その処理の流れ
を第6図に示すようにn(D)の分布関数を仮定し、
その仮定された分布関数を修正し乍ら上記Eが最
小となるようにして行けばよい。この場合、上記
分布関数としては、例えば分布パラメータをA、
Bとして なる正規分布関数を初期値として仮定するように
すればよい。 このようにして粒径分布n(D)が求められたなら
ば、この粒径分布が相対値であることから、前記
第(2)〜(4)式で示されるようにして、その絶対値変
換を行う。つまり、第7図にその変換処理の流れ
を示すように、散乱光路長L等の値を用いて変換
定数Aを計算したのち、相対粒径分布の絶対値化
を行うようにすればよい。 以上のように本装置によれば散乱粒子数が多い
場合であつても、その多重散乱の影響を招くこと
なしに散乱光強度分布を求め、この強度分布から
粒径分布の絶対値を求めることができる。しかも
レーザ光の透過率に応じて散乱光路長を制限する
ことによつて簡易に、しかも効果的に粒径分布を
求めることができ、その実用的利点は非常に高
い。また、光フアイバ41〜4nを用いて散乱光
を検出する場合、光フアイバの開口端が或る拡が
りのある入射角を持つことから、通常散乱光のみ
を受光する為に第8図に示すように光フアイバの
端面にコリメータレンズ16を設けることが考え
られていたが、前述したように散乱光路長Lを制
限する本装置にあつては、散乱光路領域と光フア
イバとの距離を適正設定するだけでその散乱光の
みを受光するようにすることができる。この為、
上記レンズ16が不要となり、その構成の簡易化
を図ることが可能となる。 また第9図に示すように透過光をコリメータレ
ンズ17を介して光フアイバ15に導びくように
すれば、透過光量を正確に測定することが可能と
なり、測定精度の向上を図り得る。更には、照射
レーザ光の一部をビームスプリツタ18にて分波
し、これを参照光として検出して例えば前記透過
光量を正規化すれば、照射レーザ光の強度変化等
を効果的に相殺して、その透過率を正確に求める
ことが可能となる。またこの参照光を利用して前
記散乱光強度の正規化を図ることも非常に有用で
ある。従つてこのようにすれば、レーザ装置1の
電源投入時等のレーザ光強度が不安定な場合であ
つても、上述した粒径測定を精度良く行うことが
可能となる。 また実施例ではガラス11,12を用いて散乱
光路長Lを制限するようにしたが、第10図に示
すようにパージエアを用いて、被測定粒子群の存
在範囲を規定し、これによつて散乱光路長Lを制
限するようにしてもよい。このようにガラス1
1,12を用いないようにすれば、ガラス11,
12に付着したゴミに起因する測定誤差の問題を
回避することが可能となる。その他、本発明はそ
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施する
ことができ、その実用性が高い。
[Formula] Then, the previous equation can be expressed as follows. I=G・n Then, the logarithmic transformation of this is expressed as I〓=G〓・n, and the condition that the particle size distribution is smooth,
In other words, when n * H o is added to suppress the sum of squares of the cubic differences of n j to a small value, the least squares solution is n = (G〓 * G〓) using Lagrange's undetermined multiplier method. +γH) -1 G〓 * I〓. However, G〓 * is the transposed matrix of G〓, and γ is an undetermined multiplier. However,
Under the condition that the particle size distribution n j is positive or zero, select the positive particle size distribution n j so that the solution to the above equation satisfies the condition for being a least squares solution. If selected, the particle size distribution can be determined from the scattered light intensity distribution. In other words, the condition for the solution of the previous equation to be a least squares solution (Kuhn-Tucker theorem) is that y = G〓 * (G〓 o −I〓) + γH o is (a) n If we satisfy y j 0 (b) for j where j = 0, and y i = 0 for j where n j > 0, we will obtain the least squares solution under the condition (n0). becomes possible. To sum up the above, we can approximate the relationship shown in equation (1) using the simultaneous equations log [I () ] = log [∫i (D , 〓 ) n (D) dD], and form the following two equations. The particle size distribution n (D) can be obtained by finding the least squares solution under two conditions. Condition 1: Particle size distribution is smooth. Condition 2...n0. On the other hand, when using the logarithmic distribution function approximation method, E = | log [I () ] −log [∫i (D , 〓 ) n (D) dD] | 2 is minimized, What is necessary is to determine the distribution parameter of n (D) . That is, the process flow is shown in Figure 6, assuming a distribution function of n (D) ,
The assumed distribution function may be modified so that the above E is minimized. In this case, as the above distribution function, for example, the distribution parameter is A,
As B It is sufficient to assume a normal distribution function as the initial value. Once the particle size distribution n (D) has been determined in this way, since this particle size distribution is a relative value, its absolute value is Perform the conversion. That is, as shown in the flow of the conversion process in FIG. 7, the conversion constant A may be calculated using values such as the scattered optical path length L, and then the absolute value of the relative particle size distribution may be converted. As described above, with this device, even when the number of scattered particles is large, the scattered light intensity distribution can be determined without causing the effects of multiple scattering, and the absolute value of the particle size distribution can be determined from this intensity distribution. Can be done. Moreover, by limiting the scattered optical path length according to the transmittance of the laser beam, the particle size distribution can be easily and effectively obtained, which has a very high practical advantage. In addition, when detecting scattered light using optical fibers 4 1 to 4n, the opening end of the optical fiber has a certain spread of incidence angles, so in order to normally receive only scattered light, the optical fibers shown in Fig. 8 are used. It has been considered to provide a collimator lens 16 on the end face of the optical fiber, but as mentioned above, in the case of this device which limits the scattered light path length L, it is necessary to appropriately set the distance between the scattered light path region and the optical fiber. By simply doing this, only the scattered light can be received. For this reason,
The lens 16 becomes unnecessary, and the configuration can be simplified. Further, if the transmitted light is guided to the optical fiber 15 through the collimator lens 17 as shown in FIG. 9, the amount of transmitted light can be accurately measured, and measurement accuracy can be improved. Furthermore, if a part of the irradiated laser beam is split by the beam splitter 18 and detected as a reference beam to normalize the amount of transmitted light, for example, changes in the intensity of the irradiated laser beam can be effectively canceled out. This makes it possible to accurately determine the transmittance. It is also very useful to normalize the scattered light intensity using this reference light. Therefore, in this way, even if the laser beam intensity is unstable, such as when the power of the laser device 1 is turned on, the above-mentioned particle size measurement can be performed with high accuracy. In addition, in the embodiment, the scattered optical path length L was limited using the glasses 11 and 12, but as shown in FIG. The scattered light path length L may be limited. Glass 1 like this
If glasses 1 and 12 are not used, glass 11,
It is possible to avoid the problem of measurement errors caused by dust attached to the sensor 12. In addition, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the gist thereof, and its practicality is high.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は粒径測定装置の基本構成図、第2図は
多重散乱の影響が生じるときの散乱光路長と透過
率との関係を示す図、第3図は本発明の実施例装
置の要部構成図、第4図乃至第7図は実施例装置
における変換処理の流れを示す図、第8図は散乱
光検出部の構成を模式的に示す図、第9図および
第10図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す要
部構成図である。 1……レーザ装置、2……コリメータレンズ、
3……被測定粒子群、41,42〜4n……光フア
イバ、51,52〜5n……フオトデテクタ、61
2〜6n……前置増幅器、7……計算機システ
ム、8……デイスプレイ、11,12……ガラ
ス、13,15……光フアイバ、14,17……
コリメータレンズ、18……ビームスプリツタ、
L……散乱光路長、θ……散乱角度。
Fig. 1 is a basic configuration diagram of a particle size measuring device, Fig. 2 is a diagram showing the relationship between the scattered optical path length and transmittance when the influence of multiple scattering occurs, and Fig. 3 is a diagram showing the main components of an embodiment of the device of the present invention. 4 to 7 are diagrams showing the flow of conversion processing in the embodiment device, FIG. 8 is a diagram schematically showing the configuration of the scattered light detection section, and FIGS. 9 and 10 are respectively FIG. 7 is a configuration diagram of main parts showing another embodiment of the present invention. 1... Laser device, 2... Collimator lens,
3...Particle group to be measured, 41 , 42 to 4n...Optical fiber, 51 , 52 to 5n ...Photodetector, 61 ,
6 2 - 6n... Preamplifier, 7... Computer system, 8... Display, 11, 12... Glass, 13, 15... Optical fiber, 14, 17...
Collimator lens, 18...beam splitter,
L...scattered optical path length, θ...scattering angle.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 レーザ光源と、このレーザ光源を被測定粒子
群に照射する手段と、この被測定粒子群を透過す
る上記レーザ光を受光検知する透過光検出手段
と、この透過光検出手段で検出した透過レーザ光
量に応じて前記被測定粒子群に対する前記レーザ
光の散乱光路長を多重散乱の生じない長さに調整
する手段と、この調整された散乱光路長領域にお
ける前記レーザ光の前記被測定粒子群による散乱
光をその散乱角に応じてそれぞれ受光検知する散
乱光検出手段と、これらの散乱角に応じた散乱光
の分布から前記被測定粒子群の粒径分布を計算す
る手段とを具備したことを特徴とする粒径測定装
置。 2 被測定粒子群に対するレーザ光の散乱光路長
は、上記被測定粒子群を透過するレーザ光の透過
率が60%以上となる長さに調整されるものである
特許請求の範囲第1項記載の粒径測定装置。 3 粒径分布の計算は、散乱光の強度分布から粒
径分布の成対値を求めたのち、被測定粒子群を透
過したレーザ光の透過率に従つて上記相対値を絶
対値変換してなるものである特許請求の範囲第1
項記載の粒径測定装置。
[Scope of Claims] 1. A laser light source, a means for irradiating a group of particles to be measured with the laser light source, a transmitted light detection means for receiving and detecting the laser beam transmitted through the group of particles to be measured, and a means for detecting the transmitted light. means for adjusting the scattered optical path length of the laser beam with respect to the particle group to be measured to a length that does not cause multiple scattering according to the amount of transmitted laser light detected by the means; Scattered light detection means for receiving and detecting scattered light by the particle group to be measured according to its scattering angle, and means for calculating the particle size distribution of the particle group to be measured from the distribution of the scattered light according to these scattering angles. A particle size measuring device characterized by comprising: 2. The scattering optical path length of the laser beam with respect to the particle group to be measured is adjusted to a length such that the transmittance of the laser beam passing through the particle group to be measured is 60% or more. particle size measuring device. 3 To calculate the particle size distribution, first calculate the relative value of the particle size distribution from the intensity distribution of the scattered light, and then convert the above relative value to an absolute value according to the transmittance of the laser beam that has passed through the particle group to be measured. Claim 1 which is
Particle size measuring device as described in section.
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