JPH0266427A

JPH0266427A - 直接散乱ライト検出による微粒子測定装置

Info

Publication number: JPH0266427A
Application number: JP1176979A
Authority: JP
Inventors: Holger T Sommer; ホルガー　ティー・ソマー
Original assignee: Pacific Scientific Co
Current assignee: Pacific Scientific Co
Priority date: 1988-07-11
Filing date: 1989-07-07
Publication date: 1990-03-06
Also published as: EP0350768A3; US4917496A; EP0350768A2

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】（産業上の利用分野）本発明は流体ストリーム内に含まれている微粒子の大き
さを測定する装置、詳しくは、微粒子が流体ストリーム
に導入されたライトビームを通過する時に微粒子から散
乱するライトにより微粒子の大きさを測定する装置に関
する。

（従来の技術）米国特許出願Ｎ　ｏ　、　１４４，２５５において、本
発明と関連した微粒子測定装置が開示されている。前記
出願に開示されているように、流体内の微粒子は、ライ
トビームを流体ストリームに通過させ、ライトビームを
通過している微粒子から前方に散乱した光を検出してパ
ルスを発生させ、そのパルスの振幅と長さを微粒子の大
きさとして測定することにより、測定されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来の微粒子装置にあっては
、微粒子からの散乱ライトを効率よく検出できないとい
う問題点があった。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもの
であって、微粒子からの散乱ライトを従来よりも効率よ
（検出できるようにした微粒子測定装置を提供すること
を目的としている。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するために、本発明においては、ライト
ビームを通過している微粒子から前方散乱したライトを
検出する代わりに、光検出器をライトビームを通過して
いる流体ストリームを形成するチューブの壁に設けてい
る。

本発明の一実施例に従って、測定室の中央部から延在し
ているチューブは透明であり、光検出器はレーザービー
ムの上下の透明チューブを包囲している。

本発明の他の実施例に従って、鏡面がレーザービームの
上下の壁に設けられ、チューブの壁に設けられた光検出
器にライトを反射している。

これらの実施例により、微粒子からの散乱ライトがより
多く光検出器の表面に直接集光され、散乱光を従来技術
よりも効率よく検出することができる。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図に示されるように、本発明の装置においては、レ
ーザー１１は平行レーザービーム１３を発生し、そのビ
ーム１３はレーザーイクスパンダー１７に導入される。

レーザーイクスパンダー１７は、レーザービーム１３を
フラットシート状のビーム１９の形にし、本実施例にお
いては、その幅が１ミリメートルで厚さが３５ミクロン
である。フラットシート形状ビーム１９は測定室２３の
透明窓２１を通過し、測定室２３はレーザービーム１９
が試験流体のサンプルを通過できるように配置されてい
る。ビームのフラット形状の面は、試験流体の方向に対
して垂直である。本実′施例においては、その流体は流
体であるが、本発明はガス中の微粒子のサイズの測定に
も適用することができる。また、第１図に示される実施
例においては、流体の方向はレーザービームを上方に横
切るが、その方向は、測定室２３の方向を変えることに
より、いずれの方向でもよい。

レーザービームは、流体がレーザービームを通過するよ
うに、流体の断面に均一に光を投じるようになっている
。測定室２３内の流体を通過しているレーザービームは
、測定室２３の出口窓２５を介して測定室から退出する
。測定室２３を通過している流体内の微粒子と遭遇する
レーザーライト１９は、その微粒子により部分的に散乱
する。測定室２３は、レーザービームの通過方向と垂直
に延在する透明チューブ２７を有する。チューブ２７に
は、光検出器２９が設けられている。微粒子により散乱
したライトは光検出器２９により検出され、光検出器２
９は散乱ライトをパルスに変換する。光検出器２９から
のパルスは、総和回路３１で、各微粒子に対応して１つ
のパルスが発生するように、合計され単一のパルスにさ
れ、微粒子サイズ測定回路機構３３に導入される。微粒
子を有する流体は、圧力源３５により測定室２３を通過
する。測定室２３の下流側にはバルブ３７が設けられ、
バルブ３７により、測定室２３を通過する流量が一定に
なるように制御されている。

微粒子サイズ測定回路機構３３は、米国特許出願Ｎｏ、
　１４４，２２５に記載されているのと同一の方法で、
パルスの振幅と幅により微粒子サイズを測定する。

第２〜４図に示される実施例においては、測定室２３の
透明チューブ２７は、直径１．５　ミリメートルの丸い
内部チャネルを有する。丸チューブ２７は、入口窓２１
と出口窓２５を形成するフラット面を有する。窓２１と
２５のフラット面は、チューブ２７の円筒壁に形成され
たグループ２７により形成される。グループ４１は、第
２図に示されるように上端から下端の幅が０．５ミリメ
ートルになっている。光検出器２９は、円筒形であり、
透明チューブ２７を完全に包囲し、グループ４１の両端
から上下方向に延在する。光検出器２９は、チューブ２
７に非晶質シリコンを直接付着することによりチューブ
２７に形成されている。光検出器２９は、流体を包囲す
る円筒状の内部感光表面を有し、その感光表面に衝突す
るライトを光電池モードで検出する。

レーザービームからの散乱光をより多く収集するために
、追加の光検出器を設けることができる。

第５図および６図に示される測定室は、第２図から４図
の実施例における場合と同様に、丸形透明チューブ４２
と測定室の中心に対し１２２　”の角度で延在するセグ
メント形状の光検出器４３とからなる。光検出器４３は
、一方便に４４度のギャップを有しレーザービームのた
めの入口窓４５を形成し、反対側の４０度にギャップを
有しレーザービームのための出口窓４６を形成している
。第６図に示されるように、入口窓４５の円柱面に入光
するレーザービーム１９は、微粒子を含んだ流体が通過
する円柱通路４７に集光される。窓４５の弓形の面によ
り、レーザービームが円柱通路４７の大きさに一致した
量だけ収束する。このような方法で、レーザービーム１
９は、通路４７の断面をレーザービームで満たされ、微
粒子と衝突したレーザービームの密度が強められるよう
に、円柱面４５のフォーカス効果により集光される。

第２図から４図の実施例の場合と同様に、光検出器４３
は、レーザービーム４５を通過している流体中の微粒子
から散乱したライトを検出し、各微粒子に対応して電気
パルスを発生する。希望すれば、微粒子からの追加の散
乱ライトを集めるために、追加の光検出器を光検出器４
３の間のギャップにおいてレーザービームの上下のチュ
ーブ壁に設けることができる。

第２図〜６図の実施例は、丸形チューブを使用するとい
う利点を有する。しかしながら、円筒チューブに光検出
器を形成するという困難を有する。

第７図〜９図の実施例においては、測定室は、測定室の
透明チューブ５１が丸形でなく矩形になっている以外は
第２〜６図のそれと同様である。したがって、透明チュ
ーブ上に円筒形状の光検出器を形成する代わりに、測定
室は８個の矩形ＰＩＮ光ダイオード５２からなり、その
うちの４個はレーザービームの真上の矩形壁に、残りの
４個はし−ザービームの真下の矩形壁に取り付けられて
いる。光ダイオード５２の感光表面は、流体に直面し包
囲する。矩形チューブの前面と後面上の光ダイオードは
、入口窓５４と出口窓５６を形成するために、０．５ミ
リメートルだけ分離されている。矩形チューブの外部寸
法は３ミリメートルの四角形であり、測定室内の矩形チ
ャネルは各側面で１．３ミリメートルの内部寸法を有す
る。

光検出器が矩形になっているので、光検出器は透明接着
剤によりチューブ壁に取り付けることができる。したが
って、従来の半導体光ダイオードを使用することができ
る。

第１０〜１２図に示される微粒子測定室の実施例におい
ては、その室の丸形チューブ５８は、その上端と下端で
直角ベンド５９に成形され水平部分を有する。測定室の
中心においては、測定室の外側円筒壁に０．５ミリメー
トルのグループ６２が設けられ、入口フラット面６４と
出口フラット面６４を形成する。

チューブ５８の垂直部の内部壁面、すなわち、グループ
６２が形成されている所の測定室の中心から垂直に延在
している部分は、正反射するコーティング６７で鏡にな
っている。コーティング６７は、チューブが直角ベンド
５９を形成する点に向かって上下方向に延在している。

各直角ベンド５９で、チューブの垂直部の軸と一致した
チューブの外部壁にフラット６８が設けられている。こ
れらのフラット６８は、チューブのコーナーからチュー
ブの反対側の外側垂直壁の円筒形の中心を超えて延在し
、その結果、フラット６８が鏡面の円筒形中心の全部に
重なり合うことになる。フラットと完全に重なり合うよ
うに、ＰＩＮ光ダイオード７０が設けられている。光ダ
イオード７０の感光面は流体と直面し、流体の流れを形
成するチューブの内側壁の近傍に位置する。測定室のチ
ューブはガラスから作られ、その全長に亘って透明であ
ってもよい。しかしながら、本実施例におけるチューブ
は、入口窓６４と出口窓６６の反対側で、および光ダイ
オード７０の反対側で、透明であればよい。

チューブの内部壁に鏡面を設ける代わりに、チューブの
垂直部が透明である場合には鏡面を外側壁に設けてもよ
い。入口窓と出口窓をフラットにする代わりに、レーザ
ービームを流体通路に集中する第５図と６図の実施例に
ように、チューブの外側面をフォーカス効果を達成する
ために丸形のままにしておくこともできる。

レーザービームが第１０〜１２図の測定室の中心で微粒
子と遭遇しライトが微粒子から散乱すると、散乱ライト
はコーティング６７から数回反射され光ダイオード７０
に導入されて、光ダイオード７０により電気パルスに変
換される。

第１３図に示される微粒子測定室の実施例は、測定室の
チューブ７２が丸形でなく矩形になっている以外は第１
Ｏ〜１２図に示される測定室と同様である。

その結果、フラット窓を形成するためのグループを測定
室の壁に設ける必要がなく、またチューブが曲がる所に
フラットを設ける必要もない。その代わり、ＰＩＮ光ダ
イオード７４は、光ダイオードが側面から側面まで延在
しチューブのコーナーからチューブの反対側の外側壁の
垂直部の中心を超える点まで延在した状態で、チューブ
が直角ベンドを形成する所の測定室の外側フラット面に
直接取り付けられている。その結果、光ダイオード７４
は、チューブの反射コーティング７６により全ての四面
上のチューブの内側チャネルに設けられた矩形反射面の
中心と重複する。この実施例においては、チューブの反
射コーティング７６は、第１０−１２図の実施例と同様
に、散乱ライトを光ダイオード７４に反射する。また、
この実施例においても、反射面を内側面の代わりに外側
面に形成してもよい。

第１０〜１２図の実施例と同様に、チューブを透明にし
、ガラスから作ってもよい。

上述の各実施例において、レーザービームを通過してい
る微粒子から散乱したライトは、後方散乱又は前方散乱
のわずかな部分を除いて、各微粒子から散乱した光のほ
とんど全てが光電池室により収集されるので、光検出器
により充分に収集される。その結果、光電池室は、与え
られた微粒子から散乱したライトに応じて比較的高い振
幅パルスを発生し、高精度で微粒子サイズの区別を可能
にしている。また、散乱ライトを集光するためのレンズ
が不要になる。

（発明の効果）以上説明してきたように、本発明の一実施例に従って、
測定室の中央部から延在しているチューブは透明であり
、光検出器はレーザービームの上下の透明チューブを包
囲している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を示す全体構成図、第２図は本発明の一
実施例に係る装置の測定室の拡大断面図、第３図は第２
図の３−３に沿った断面図、第４図は第２図に示される
測定室の立面図、第５図は本発明の第２実施例に係る装
置の測定室の立面図、第６図は第５図の６−６に沿った
断面図、第７図は本発明の第３実施例に係る装置の測定
室の拡大断面図、第８図は第７図の８−８に沿った断面
図、第９図は第７図に示される測定室の立面図、第１０
図は本発明の第４実施例に係る装置の測定室の拡大断面
図、第１１図は第１０図の１１−１１に沿った断面図、
第１２図は第１１図の１２−１２に沿った断面図、第１
３図は本発明の第５実施例に係る装置の測定室の拡大断
面図である。１１・・・・・・ライトビームを流体ストリームに導入
する手段、２７・・・・・・チューフ、２９・・・・・・光検出器、３５・・・・・・流体をチューブに通過させる手段。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）チューブと、測定微粒子を含んだ流体が流体スト
リームで前記チューブを通過するための手段と、前記チ
ューブが前記ストリームの流れを形成する内側壁面を有
し、ライトビームを前記チューブ内の前記ストリームに
ストリームの流れと直角に導入する手段と、前記チュー
ブの内側壁面の近傍に位置され、微粒子によりビームか
ら散乱したライトを検出するように配置された感光面を
有し、前記チューブの壁に設けられた少なくとも１つの
光検出器と、を備えたことを特徴とする微粒子測定装置
。
（２）前記光検出器を、感光面が前記ライトビームの近
傍に位置するように、前記チューブの壁に設けたことを
特徴とする請求項第１項記載の微粒子測定装置。
（３）前記チューブを透明にし、前記光検出器を感光面
が流体ストリームに面するようにチューブの外側壁に設
けたことを特徴とする請求項第２項記載の微粒子測定装
置。
（４）前記感光面を、チューブを通過しているライトビ
ームの近傍で前記ストリームを包囲するようにしたこと
を特徴とする請求項第２項記載の微粒子測定装置。
（５）前記チューブを断面形状が矩形にしたことを特徴
とする請求項第２項記載の微粒子測定装置。
（６）前記チューブが丸形、前記感光面が円筒形である
ことを特徴とする請求項第２項記載の微粒子測定装置。
（７）前記ストリームを通過しているライトビームの近
傍にストリームに面した円筒形状の感光面を有する第２
光検出器をチューブの壁に設け、ライトビームが光検出
器間でチューブの壁を通過するようにしたことを特徴と
する請求項第６項記載の微粒子測定装置。
（８）前記チューブが光検出器間のチューブの外側壁に
形成されるフラット面を有することを特徴とする請求項
第７項記載の微粒子測定装置。
（９）前記チューブが直角ベンドを有し、前記ストリー
ム中の微粒子により前記ビームから散乱したライトを反
射するために、鏡面を前記チューブの壁に形成し、前記
鏡面が前記ストリームを通過しているビームの近傍から
前記直角ベンドまで延在し、前記光検出器を、ビームか
ら散乱し鏡面により反射されたライトを受光するように
感光面を位置させた状態で、前記チューブの壁に設けた
ことを特徴とする請求項第１項記載の微粒子測定装置。
（１０）前記チューブが、前記ライトビームが通過する
円筒状の表面を有する円筒形状であり、前記円筒状表面
がビームを集光するようになっていることを特徴とする
請求項第１項記載の微粒子測定装置。
（１１）前記光検出器を前記チューブの外側壁に設け、
前記チューブの壁を前記感光面の近傍で透明にしたこと
を特徴とする請求項第１０項記載の微粒子測定装置。
（１２）前記検出器を前記感光面が前記ライトビームの
近傍に位置するように前記チューブの壁に設け、前記の
第１光検出器の感光面と対向して配置された感光面を有
する第２光検出器を第１光検出器と反対側のチューブの
壁に設けたことを特徴とする請求項第１０項記載の微粒
子測定装置。