JPH04160348A - 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、該被測定物からの測定光の反射光量と参照光の反
射光量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、この測定光と参照光の被測定物からの各反射光
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。

第５図は従来の赤外線測定装置の一例を示すブロンク図
である。

光源４１からの光は集光レンズ４２で収束されて回転デ
ィスク４３のフィルタ４３ａ、４３ｂによって測定光あ
るいは参照光にされ、反射板４４を介して測定光と参照
光とが交互に試料Ｓに照射される。

また、試料Ｓからの反射光は集光レンズ４５で集光され
てＰｂＳで構成された赤外線検出器４６に導かれ、この
赤外線検出器４６は受光出力電圧を増幅器４７に出力す
る。

そして、この増幅器４７で増幅された電圧信号により、
マイクロコンピュータ等で構成された演算装置４８で水
分値が演算される。

第６図は増幅器４７の回路を示す図であり、いわゆいる
オートゲインコントロール（ＡＧＣ）　を構成している
。

すなわち、増幅器４７の帰還抵抗４７１は、ＬＥＤ４７
１　ａとＣｄ５４７１ｂとテフォト力フラの構造になっ
ており、ＬＥＤ４７１ａに供給される電圧に応してＣｄ
５４７　ｌ　ｂが抵抗値、すなわち、帰還抵抗４７１自
体の抵抗値が変わるようになってい′る。そして、この
増幅器４７は、参照光についての出力電圧と基準電圧と
の偏差信号■。

によっＬＥＤ４７１　ａを駆動し、フィードバック制御
により、参照光についての出力電圧を一定レベルにコン
トロールする。

この、参照先についての出力電圧のコントロールは、演
算装置４８で電圧信号をアナログ／ディジタル変換する
のに適したレベルにし、試料の反射率や測定距離の変動
に対して、各波長の出力電圧が大きく変動しないように
するためのものである。

なお、増幅率（Ａ）は次式（１）になる。

Ａ＝１＋Ｒｆ／Ｒ＋　　・・・・・・（１）演算装置４
８における測定水分値は、参照光の受光出力に対応する
電圧出力■、と測定光の受光出力に対応する電圧出力ｖ
Ａの比の対数を演算し、例えば次式（２）により求めら
れる。

Ｍ　＝　Ｋ　＋　　＋　Ｋ２　　・ｌｏｇ（Ｖｕ　／　
Ｖａ　　）　　−・”（２）なお、Ｍは水分値、Ｋｌ、
に２はキャリブレーションにより予め設定された係数で
あり、具体的には、同一試料について赤外線水分測定装
置と乾燥法などの基準水分測定法とでそれぞれ測定を行
って回帰分析により係数Ｋｌ　　、に２が求められる。

ここで、参照光は、試料Ｓまでの距離の変動や試料Ｓの
表面状態等の要因による測定誤差を軽減するためのもの
であるが、従来の装置では、この測定誤差が完全にはな
くならない。

この測定誤差の大きな要因は、例えば第４図に曲線Ｐで
示したように、赤外線検出器４６を構成するＰｂＳ等の
入射光強度に対する出力電圧の非線形性にある。

すなわち、水分値Ｍは、前掲の式（２）によって求める
ものであるが、例えば測定距離が変動して■８、ｖＡが
変動しても、この距離変動による■、。

■４への作用が等しければ、Ｖ、、Ｖ、の絶対値が変化
するだけで、その比は一定になる。したがって、この場
合には水分値Ｍは変動しないで測定誤差が現れない。

しかし、前記のように近赤外光電変換素子の特性が非線
形であると、上記のようにはならず測定誤差が現れてし
まう。

そこで本発明は、近赤外光電変換素子の特性による測定
誤差をなくした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、被測定物に近赤外線の測定光と参照光とを
照射し、該被測定物からの測定光と参照光との各反射光
を近赤外光電変換素子で受光し、上記測定光と参照光と
にそれぞれ対応する該近赤外光電変換素子の受光出力電
圧に基づいて上記被測定物の水分値を測定するようにし
た赤外線水分測定装置において、入力される制御信号に
応じて増幅率を変えることができるとともに前記近赤外
光電変換素子の受光出力電圧を増幅する増幅手段と、前
記参照光に対応する受光出力電圧についての上記増幅手
段からの出力電圧が一定レベルになるように該増幅手段
に前記制御信号を出力するとともに、該制御信号で指定
した該増幅手段の増幅率と該増幅手段からの出力電圧と
に基づいて前記近赤外光電変換素子の入射光量−出力電
圧特性を線形に補正した補正出力電圧を求め、前記測定
光と参照光とに対応する上記各補正出力電圧から前記被
測定物の水分値を演算する制御手段と、を備えたことを
特徴とする。

〔作　用〕

本発明の赤外線水分測定装置において、前記増幅手段か
らは、前記近赤外光電変換素子の受光出力電圧を増幅し
た出力電圧が得られる。一方、制御手段は、参照光に対
応する受光出力電圧の上記近赤外光電変換素子からの出
力電圧が一定レベルになるように制御信号を出力して増
幅手段の増幅率を制御する。

したがって、制御手段は増幅手段からの出力電圧とこの
増幅手段の増幅率により、近赤外光電変換素子からの出
力されている増幅前の受光出力電圧を求めることができ
、この受光出力電圧により近赤外光電変換素子の入射光
量−出力電圧特性を線形に補正した補正出力電圧を求め
ることができる。

したがって、演算に使用する電圧出力が近赤外光電変換
素子における入射光強度に対して直線的に比例するもの
となり、近赤外光電変換素子の特性による測定誤差がな
くなる。

〔実施例］ 第１図は本発明実施例の赤外線水分測定装置を示すブロ
ック図であり、１は測定光と参照光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、ＰｂＳで
構成された赤外線検出器１９を含んでいる。

第２図に示すように、回転ディスク１３には、水分によ
って吸収されやすい近赤外領域の光（測定光）を選択透
過する測定波干渉フィルタ１３ａ１と、水分によって殆
ど吸収されない近赤外領域の２種類の光（第１参照光お
よび第２参照光）をそれぞれ選択透過する参照波干渉フ
ィルタ１３ａ２．１３ａ３、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１
４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
の位置検出によって上記光路位置に来たフィルタの種類
すなわち測定光、参照光および可視光の種類がアナログ
処理部２で識別される。

光源１１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
受光出力電圧をアナログ処理部２に出力する。なお、赤
外線検出器１９における入射光強度と出力電圧との関係
は前記第４図のものと同じである。

赤外線検出器１９からの出力電圧は回転ディスク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ッサの制御により
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入力部
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。

第３図は交流増幅部２１の回路を示す図であり、交流増
幅部２１はプログラマブルゲインコントロールアンプで
構成されている。

すなわち、赤外線検出器１９の出力電圧を増幅する増幅
器２１ａの帰還抵抗２１ｂは予め抵抗値が設定されてい
る複数の抵抗器Ｒｆｌ〜Ｒいを並列に接続したもので、
この抵抗器Ｒｆｌ〜Ｒｆｎは、ディジタル処理部３から
の制御信号で動作するスイッチＳＷによって切換接続さ
れる。

この抵抗器Ｒｆｌ〜Ｒｆ、、を切換接続することにより
、交流増幅部２１における増幅率（Ａ、〜Ａ、）が選択
的に切換られる。また、増幅率（Ａ、）は次式（３）に
なる。

Ａｉ　＝１＋Ｒｆｉ／Ｒ，・・・・・・（３）なお、前
記従来の増幅器４７では、帰還抵抗４７１のＣｄ５４７
１の抵抗値は温度によっても変化するので、この従来の
増幅器４７では正確な増幅率を知ることができず、従来
の装置では赤外線検出器４６の実際の出力電圧を検出す
ることができなかったが、この実施例においては、交流
増幅部２１の増幅率（Ａ、）は分かっているので、赤外
線検出器１９の実際の出力電圧を検出することができ。

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、キーボード入力部３４および交流増幅部２２
に制御信号を出力するディジタル出力部３５を含んでい
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は参照光の電圧信号が一定
レベルになるようにディジタル出力部３５から交流増幅
部２２に制御信号を出力し、交流増幅部２２の増幅率を
設定する。

また、演算処理部３２は、交流増幅部２２に設定した増
幅率（Ａ、）とそのときの電圧信号（ｖ　　−′）のデ
ータとに基づいて赤外線検出器１９からの受光出力電圧
（Ｖ）を演算し、この受光出力電圧（Ｖ）と次式（４）
により、第４図に破線Ｑで示したような赤外線検出器１
９における仮想的な特性すなわち、入射光強度と出力電
圧とが直線的な特性であるとした場合の電圧データ（Ｖ
）に変換する。

Ｖ＝ａ、＋ａ、　・　ｖ＋ａ３・　ｖ”　＋ａ、−ｖ”
　−−−−−−（４）ただし、ａ＋　　＊ａｚ　　ｇ　
　：＋　　、ａ＝は赤外線検出器１９の特性により予め
設定された係数である。

この変換は、参照光と測定光との何れについても行い、
参照先に対応する電圧データ（Ｖ、ｌ）と測定光に対応
する電圧データ（■Ａ）から、前掲の式（２）により水
分値（Ｍ）を演算する。

そして得られた水分値（Ｍ）を表示部３３に表示する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、被測定物に近赤外
線の測定光と参照光とを照射し、この被測定物からの反
射光を近赤外光電変換素子で受光し、測定光と参照光と
にそれぞれ対応する近赤外光電変換素子の受光出力電圧
に基づいて被測定物の水分値を測定するようにした赤外
線水分測定装置において、増幅率を既知な値に変えるこ
とができる増幅手段で近赤外光電変換素子の受光出力電
圧を増幅して参照先に対応する増幅手段からの出力電圧
を一定レベルにし、増幅手段の増幅率とこの増幅手段か
らの出力電圧とに基づいて近赤外光電変換素子の入射光
量−出力電圧特性を線形に補正した補正出力電圧を求め
、測定光と参照光とに対応する各補正出力電圧から被測
定物の水分値を演ｐするようにしたので、近赤外光電変
換素子の非線形な特性による測定誤差をなくすことがで
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を示すブロ
ック図、 ・第２図は実施例における回転ディスクを示す図、第３
図は実施例における交流増幅部の回路を示す図、 第４図は本発明に係わる近赤外光電変換素子おける入射
光強度−出力電圧特性の一例を示す図、 第５図は従来の赤外線測定装置の一例を示すブロック図
、 第６図は従来の赤外線測定装置における増幅器の回路を
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、　　１９・・・赤外線検出器、２１・
・・交流増幅部、３１・・・演算処理部。 特許出願人　　　　日本たばこ産業株式会社同　　　　
株式会社イーオス 第３図 第４因 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被測定物に近赤外線の測定光と参照光とを照射し、該被
   測定物からの測定光と参照光との各反射光を近赤外光電
   変換素子で受光し、上記測定光と参照光とにそれぞれ対
   応する該近赤外光電変換素子の受光出力電圧に基づいて
   上記被測定物の水分値を測定するようにした赤外線水分
   測定装置において、 入力される制御信号に応じて増幅率を変えることができ
   るとともに前記近赤外光電変換素子の受光出力電圧を増
   幅する増幅手段と、 前記参照光に対応する受光出力電圧についての上記増幅
   手段からの出力電圧が一定レベルになるように該増幅手
   段に前記制御信号を出力するとともに、該制御信号で指
   定した該増幅手段の増幅率と該増幅手段からの出力電圧
   とに基づいて前記近赤外光電変換素子の入射光量−出力
   電圧特性を線形に補正した補正出力電圧を求め、前記測
   定光と参照光とに対応する上記各補正出力電圧から前記
   被測定物の水分値を演算する制御手段と、 を備えたことを特徴とする赤外線水分測定装置。