JPH04160347A - 赤外線水分測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被測定物に近赤外線の測定光と参照光とを照
射し、該被測定光からの測定光の反射光量と参照光の反
射光量とに基づいて該被測定物の水分値を測定する赤外
線水分測定装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、近赤外線を利用して水分値を測定する装置はいわ
ゆる赤外線水分計として知られており、水分に対して高
い吸収特性を示す近赤外領域の測定光とこの測定光付近
の波長で水に吸収されにくい参照光を被測定物に交互に
照射し、そのときの被測定物からの反射光量を求め、参
照光の反射光量と測定光の反射光量とを比較することに
より被測定物の色や成分などのちがいによる影響を低減
して被測定物の水分値を測定するものである。

なお、測定光と参照光の各反射光は赤外線検出器等によ
って受光量に応じた出力信号に変換され、マイクロコン
ピュータ等により予め設定された検量線に基づいて上記
出力信号から水分値が演算される。

ところで、近赤外領域における水の吸収帯（ＫｅｙＢａ
ｎｄ）は１．９〜１．９５　ａ　ｍ付近や１．４〜１．
４５μｍ付近に現れ、従来の赤外線水分測定装置におけ
る測定光の波長は、フィルタ等を用いて上記何れかの吸
収帯の中心付近に設定されている。第１０図は従来の赤
外線水分測定装置で用いられているフィルタの一例とし
てそのフィルタ特性を示す図であり、測定□光の波長は
水の吸収帯の１．９４μｍを中心にした狭帯域に設定さ
れ、参照光の波長はこの測定光の両側で１．７８μｍ、
２．１０μｍをそれぞれ中心にした狭帯域に設定されて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、被測定物からの反射光の分光特性は、構
成物質の違いなどによりさまざまで、特に反射率が１０
％程度という低反射率の被測定物では、例えば第９図に
示したように、水の吸収帯のある１、７８〜２．１０μ
ｍの波長帯域でも、水分濃度による反射率の門札がほと
んど平行になる特性を示すものが多い。なお、この現象
は、例えば、乾いた砂と湿った砂とで色が極端に異なる
ように、被測定物の物質表面の状態や被測定物の構造な
どにより、照射した光が被測定物の内部まで侵入して水
の吸収帯以外の波長の光でも被測定物に吸収され゛るた
めに生じると考えられる。

このような特性の被測定物は、第１０図の特性のフィル
タを使用した従来の赤外線水分測定装置では測定困難で
ある。

本発明は、上記のような低反射率の被測定物でも水分値
を測定できるような赤外線水分測定装置を提供すること
を課題とする。

〔課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するためになした本発明の赤外線水分
測定装置は、近赤外領域の測定光と近赤外領域の参照光
とを低反射率の被測定物に照射し、この被、測定物から
の反射光の光量に基づいて被測定物の水分値を測定する
赤外線水分測定装置において、前記測定光の波長を水の
吸収帯の波長に設定するとともに、前記参照光の波長を
、上記測定光の波長より短波長側と長波長側との両側で
水の吸収帯を避けた広帯域幅に設定してなることを特徴
とする。

〔作　用〕

本発明の赤外線水分測定装置において、近赤外領域で反
射率の高い被測定物については、水の吸収帯の波長であ
る測定光と、この波長以外の波長をに設定された参照光
とにより、従来同様に水分値を測定することができる。

一方、前記第９図のような特性の被測定物の分光特性を
さらに広帯域の波長について検討してみると、例えば第
８図のように水分による吸収現象が広い範囲に及んでい
る。

したがって、本発明の赤外線水分測定装置のように、参
照光が、測定光の波長より短波長側と長波長側との両側
で水の吸収体を避けた広帯域幅に設定すると近赤外領域
での反射率が低い被測定物についても水分値を測定する
ことができ−る。

〔実施例〕

第３図は本発明の赤外線水分測定装置の一実施例を示す
ブロック図であり、ｌは測定光と参照先の光束を生成す
るとともに試料Ｓからの反射光を検出するための光学系
、２は光学系１からのアナログ信号を処理するアナログ
処理部、３はアナログ処理部にからの信号に基づいて水
分値を演算・表示するディジタル処理部である。

光学系１は、光源１１、第１集光レンズ１２、回転ディ
スク１３、ディスク回転用モータ１４、反射板１５、第
２集光レンズ１６、凹面鏡１７、凸面鏡１８、赤外線検
出器１９を含んでいる。

第４図に示すように、回転ディスク１３には、後述説明
するように、測定光を選択透過する測定波干渉フィルタ
１３　ａ　ｌ　、第１参照光を選択透過する第１参照波
干渉フイルタ１３ａ２、第２参照光を選択透過する第２
参照波干渉フイルタ１３ａ３、それに可視光を選択透過
する可視光干渉フィルタ１３ａ４がそれぞれディスクの
同一円周上で取付けられており、ディスク回転用モータ
１４によって回転ディスク１３が回転されると、上記各
フィルタ１３ａが第１集光レンズ１２と反射板１５間の
光路を順番に横切るようになっている。なお、回転ディ
スク１３の近傍には光センサなどによって回転ディスク
１３の回転位置を検出する回転位置検出器１３ｂが配設
されており、この回転位置検出器１３ｂからの位置検出
信号は同期信号としてアナログ処理部２に出力され、ア
ナログ処理部２は、この同期信号に基づいて光学系１の
光路を横切るフィルタの種類を識別する。

光ＳＺからの光は第１集光レンズ１２で収束されて回転
ディスク１３のフィルタ１３ａによって測定光、参照光
あるいは可視光にされ、反射板１５を介して第２集光レ
ンズ１６から試料Ｓに照射される。そして、試料Ｓから
の反射光は凹面鏡１７で集光されて凸面鏡１８を介して
赤外線検出器１９に導かれ、この赤外線検出器１９は受
光量に応じたレベルの電圧信号をアナログ処理部２に出
力する。

赤外線検出器１９からの電圧信号は回転ディスク１３の
回転に伴って交流信号となり、この信号は交流増幅部２
１で増幅されて同期整流部２２に入力される。また、回
転位置検出器１３ｂからの位置検出信号は同期信号発生
部２３に入力され、この同期信号発生部２３は回転ディ
スク１３の回転に伴って光学系１の光路を横切るフィル
タ１３ａの種類に応じた同期信号を発生して上記同期整
流部２２に供給する。

同期整流部２２の出力端子は、フィルタ１３ａの種類に
対応して上記同期信号毎に予め設定されており、交流増
幅部２１から入力される電圧信号について、測定光によ
る電圧信号、２種類の参照光による電圧信号を、それぞ
れ同期信号から識別し、それぞれ整流して選択的に各出
力端子に出力する。そして、各電圧信号はディジタル処
理部３のアナログ入力部３１に出力される。

なお、モータ制御部２５は、ディジタル処理部３の演算
処理部３１を構成するマイクロプロセンサの制御により
ディスク回転用モータ１４の回転を制御する。また、温
度センサ２６による装置内の検出温度はアナログ人力部
３１を介して演算処理部３１に入力され、温度補償がお
こなわれる。

ディジタル処理部３は、Ａ／Ｄ変換器等を備えたアナロ
グ入力部３１、マイクロプロセッサ等でディジタルデー
タの処理を行う演算処理部３２、測定結果を表示する表
示部３３および操作キーなどのキーボード入力部３４が
含まれる。

アナログ処理部２の同期整流部２２からの測定光の電圧
信号と参照光の電圧信号はアナログ入力部３１でそれぞ
れ電圧値を示すディジタルデータに変換され、このデー
タに基づいて演算処理部３２で水分値が演算され、求め
られた水分値は表示部３３で表示される。

なお、水分値の演算は次式により行う。

Ｍ＝に＋　＋に２１ｏｇ（Ｒ／ＶＡ）　・−＝（１）Ｒ
＝　（Ｖｍ　Ｉ＋Ｖｌ　２　）　／２　　・・・・・・
（２）ただし、Ｍは水分値（％）、■、は測定光の反射
光量に対応する電圧データ、Ｖｌｌ　１は第１参照光の
反射光量に対応する電圧データ、Ｋ、およびに２はそれ
ぞれキャリブレーションにより予め設定された係数であ
る。

第１図は測定波干渉フィルタ１３ａ１、第１参照波干渉
フイルタ１３ａ２および第２参照波干渉フイルタ１３ａ
３のフィルタ特性を示す図である。

図の曲線Ａで示したように、測定波干渉フィルタ１３ａ
１は水の吸収帯の１．９４μｍを中心にした狭帯域の波
長の光を選択透過し、第１参照波干渉フイルタ１３ａ２
は、曲線Ｂのように１．９４μｍの水の吸収帯より短波
長側で１．６〜１．７８μｍの広帯域の波長の光を選択
的に透過し、さらに、第２参照波干渉フイルタ１３ａ２
は、曲線Ｃのように水の吸収帯より長波長側で２．１〜
２．３μｍの広帯域の波長の光を選択的に透過する。ま
た、第２図に水の吸収特性を示したように、第１参照波
干渉フイルタ１３ａ２と第２参照波干渉フイルタ１３ａ
３の透過波長は、１．４５μｍと２．７μｍの水の吸収
帯にも懸からないように設定されている。

このように、測定光は水分に吸収されやすい近赤外線光
に設定され、第１．第２の参照光は水分に吸収されにく
い広帯域の近赤外線光にそれぞれ設定されている。

上記のように参照光の帯域幅を大きく設定しているため
、赤外線検出器１９の出力を強めることができるととも
に、水分以外の原因によるノイズを平均化することがで
き、安定した出力を得ることができる。

このように参照光を広帯域に設定したものは、例えば第
５図に概念的に示したように、主波長がそれぞれλｘ、
〜λｘ１１およびλｙ１〜λｙ、１の各参照光を設定し
たものと等価であり、前掲の式（２）における電圧デー
タＶ、、、Ｖ、□は、第５Ｍのλｘ、〜λＸ１およびλ
ｙｌ〜λｙ、の波長に対応する電圧データＶｘ、〜■Ｘ
、、およびＶｙ１〜■ｙ、、の平均値に等価である。

したがって、前掲の式（１）　、　（２）は、次式（３
）　、　（４）と等価になる。

Ｍ＝に＋　＋Ｋｚ　ｌｏｇ（Ｒ’　／　Ｖａ　）　−−
（３）そして、従来では例えば第７図のように吸光度（
ｌｏｇ（Ｒ／　ＶＡ　）　）と実測水分値とにほとんど
相関関係が得られないような被測定物に対しても、上記
のように参照光の波長を広帯域に設定すると、例えば第
６図のように相関関係が得られ、水分値の測定を行うこ
とができる。

〔発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、近赤外領域の測定
光と近赤外領域の参照光とを低反射率の被測定物に照射
し、この被測定物からの反射光の光量に基づいて被測定
物の水分値を測定する赤外線水分測定装置において、前
記測定光の波長を水の吸収帯の波長に設定するとともに
、前記参照光の波長を、上記測定光の波長より短波長側
と長波長側との両側で水の吸収帯を避けた広帯域幅に設
定したので、近赤外領域で反射率の高い被測定物につい
ては、従来同様に水分値を測定することができ、近赤外
領域での反射率が低い被測定物についても水分値を測定
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の赤外線水分測定装置におけるフ
ィルタの透過特性を示す図、 第２図は実施例における測定光および参照光の波長を水
の吸収特性と比較して示す図、第３図は本発明の赤外線
水分測定装置の一実施例を示すブロック図、 第４図は実施例における回転ディスクを示す図、第５図
は実施例における参照光と等価な参照光の一例を示す図
、 第６図は反射率が低い被測定物に対する実施例の測定例
を示す図、 第７図は反射率が低い被測定物に対する従来の測定例を
示す図、 第８図は近赤外領域での反射率が低い被測定物の反射特
性の一例を広帯域について示す図、 第９図は近赤外領域での反射率が低い被測定物の反射特
性の一例を示す図、 第１０図は従来の赤外線水分測定装置におけるフィルタ
の透過特性を示す図である。 １・・・光学系、２・・・アナログ処理部、３・・・デ
ィジタル処理部、１３ａｌ　・・・測定波干渉フィルタ
、１３ｂ２・・・第１参照波干渉フイルタ、１３ｂ３・
・・第２参照波干渉フイルタ。 孟色第 第１０口 引１弾今連 第６図 實硬ｂｋＱイ、１ 第７図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 近赤外領域の測定光と近赤外領域の参照光とを低反射率
   の被測定物に照射し、この被測定物からの反射光の光量
   に基づいて被測定物の水分値を測定する赤外線水分測定
   装置において、 前記測定光の波長を水の吸収帯の波長に設定するととも
   に、前記参照光の波長を、上記測定光の波長より短波長
   側と長波長側との両側で水の吸収帯を避けた広帯域幅に
   設定してなることを特徴とする赤外線水分測定装置。