JPH0440344A - 浮遊粒子濃度の測定装置 - 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〕 本発明は道路、トンネル、空港１港湾などにおいて霧、
雨、粉塵、煤煙などによる視認性の度合いを浮遊粒子濃
度として光学的に測定する装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、上記のような目的を持つ装置として、例えば煙霧
透過針と呼ばれる装置が知られている。

この装置は距ＭＬだけ翻して対向配置した投光部と受光
部とからなり、投光部から出射する光ビームを受光部で
受け、出射した光ビームの強度■。

と受光した光ビームの強度■を測定することにより、（
１）式に示す透過率Ｔや＋２１式に示す吸光度Ｋを電気
信号として出力するものである。

透過率：Ｔ−１／Ｉｓ　　　　　　　　（１１吸光度：
　Ｋ−（１／Ｌ）　ｌｏｇ（Ｊ／　Ｌ　）　−４２）〔
発明が解決しようとする課題〕 このような装置における最大の問題は、装置の経時変化
の補正のしかたである。装置が経時変化を起こす主な要
因は、 ■　光軸のずれ ■　外乱光の入射 ■　光学窓やレンズの汚れ ■　装置内の１成部材の長期的経時変化などがある。こ
れらのうち、■、■の問題を解決する方法として、光フ
ァイバーを用いた方法が特開昭５９−１１６０３７号公
報、特開昭５９−１３３４５０号公報に記載されている
。この方法では■に起因する問題を除去することはでき
るが、■に起因する問題に関しては十分な補正を行なう
ことができない。

即ち、この方法では、投光部の光学窓またはレンズを通
過した光の一部を光ファイバーに入射させ、光ファイバ
ーの他端からの出射光を受光部の光学窓またはレンズに
入射させることにより、光学窓やレンズの汚れに応じた
補正を行なうものであるが、光学窓やレンズの汚れが均
一でない場合には、光ファイバーの入射端および出射端
近傍の汚れを測定に関与する光路全体の汚れとして補正
してしまうという欠点がある。■、■の問題に対しては
、従来投光部と受光部間の光路長を５０〜１００ｍに設
定していたものを数ｍの光路長とし、光路を短縮するこ
とにより光軸のずれや外乱光の入射の影響を除くという
対策が採られでいるが、この場合にも■、■即ち光学窓
やレンズの汚れ、または装置内の構成部材の長期的経時
変化についての補正が必要となる。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的はこのような数ｍ程度の短光路で光学窓やレンズの汚
れ、または装置内の構成部材の長期的経時変化を有効に
補正することが可能な浮遊粒子濃度測定装置を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記のＩｆを解決するために本発明の浮遊粒子濃度測定
装置は次のように構成したものである。

ａ、平行なレーザ光を出射する投光部と、ｂ、レーザ光
を受光し受光量に応じた電気信号を出力する受光部と、 Ｃ１投光部と受光部間の被測定空間に形成される光路に
測定の校正時のみ挿入され、両端面に光学窓を備え内部
に濾過した清浄な空気を充填した光路筒 とを有する。

さらに、これを自動化するために、 ａ、平行なレーザ光を出射する投光部と、ｂ、レーザ光
を受光し受光量に応じた電気信号を出力する受光部と、 Ｃ１投光部と受光部間の被測定空間に配置され両端部が
円板からなる回転筒と、 ｄ１回転筒の各円板にそれぞれ両端面の光学窓を埋め込
み内部に濾過した清浄な空気が充填され、測定の校正時
に回転筒の回転により各光学窓がそれぞれ投光部と受光
部に設けた光学窓と封抗位１になる〜つの光路筒と、 ｅ回転筒の各円板にそれぞれ埋め込んで形成され、測定
時に回転筒の回転により埋め込み部が投光部と受光部に
設けた光学窓と対抗位置になり両端が開口した二つの防
塵筒、 ｆ、前記光路筒の各光学窓の汚染を防止し、前記各円板
の外周に取り付けた防塵部材 とから構成したものである。

〔作用〕

本発明の浮遊粒子濃度測定装置は上記のように構成し、
平行度の高いコヒーレントなレーザ光を用いて、投光部
と受光部間の光路に挿入する光路筒内を光エネルギーを
損なうことなく通過させ、この光路筒内には浮遊性の粒
子状物質を含んでいないから、光ビームは投光部と受光
部に設けた光学窓に付着した汚れの影響のみを受けるこ
とになり、この状態で補正を行なうことにより、光学窓
の汚れや装置構成部材の長期的な経時変化に対する効果
的な補正が可能となる。また−１光路筒とともに防塵筒
を備え、校正時と測定時にこれらを切り替えて光路に挿
入することにより、測定時の投光部と受光部の光学窓の
汚れを低減することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づき説明する。

第１図は本発明の浮遊粒子濃度測定装置の構成部材の配
置を示す模式図である。この装置は投光部上と受光部Ｉ
を所定の間隔に配置し、これらの間に光路筒を挿入する
ことにより、測定時の補正を行なうものであるが、第１
図では同じ光路筒に関して二つの状態を示してあり、投
光部上と受光部１の間を通る光ビーム４の光路から外れ
た状態の断面図で示した光路筒ハと、これを光路内に挿
入した状態を点線で示した光路筒ハとして表わしている
。

第１図において、投光部上は光源５．光源用駆動回路６
．投光レンズ７および第１の光学窓８ａを有する。光ビ
ーム４はコヒーレントな光を用いるので、光源５はレー
ザ光源とするが、実用的なレーザ光として波長６３３ｎ
ｓ＋のＨｅ−Ｎｅレーザ光や波長６７０ｎ−の半導体レ
ーザ光がある。光路周辺の空間の空気が測定対象である
から、光路は解放状態として空気の流れを阻害しないよ
うにしなければならない、そこで人の目に対する安全性
を考慮して光ビーム４の強度は最大１−一以下とする。

光ビーム４の径はビームの平行度を保つために太くする
必要があるが、Ｈｅ−Ｎｏレーザ光のビーム径は約１鶴
程度であり、このビームは１ミリラジアン程度の広がり
角を持つため、例えば５ｍの光路長では１０ｍ程度まで
広がってしまう、光路の全長に亘って測定条件を均一に
するためにも、光ビーム４の径が大幅に変化するのを避
けねばならないので、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光を用いるとき
は、投光レンズ７にビームエキスパンダを用いてビーム
径を太くする。

光ビーム４の径の大きさは１０鶴程度が適当である。

半導体レーザ光の場合には、光源５からの出射ビームの
広がり角が非常に大きいため、・適当な焦点距離のコリ
メータレンズを投光レンズ７として用い、１０鶴程度の
出射ビーム径とすることができる。

このとき出射ビームの断面形状は楕円形となる。

第１の光学窓８ａは投光部上と外界とを隔てるものであ
るが、投光レンズ７をそのまま窓とすることもできる。

受光部１は第１の光学窓８ｂ、受光レンズ９．受光レン
ズ９の視野を限定するアパーチャー１０．光電変換器１
１．回路１２を有する。光電変換器１１には通常フォト
ダイオードを用いるが、必要に応じて光源５の波長のみ
を選択的に透過する光学フィルタをその前面に用いる。

この光学フィルタにより、外乱光の入射の影響を大幅に
低減することができる８回路１２は光電変換器１１から
の電流信号を電圧信号に変換した後、適当な増幅とフィ
ルタリング処理を行ない、測定出力１３を得る機能を持
つ、この他、外乱光の影響を受は難くするために光源５
を強度変調し、その変調周波数の信号のみを増幅する回
路を設ける場合もあるが、そのときは光源５を半導体レ
ーザ装置とし、光源用駆動回路６に変調回路を設ける。

光路筒ハまたは赴は、光ビーム４の径が１０ｆｉ程度の
場合、内径２０鶴程度の筒とし、その内部は光の反射を
防止するために、黒色つや消し塗装を行なう。光路筒ハ
または赴の両端部には光ビーム４の波長を通過する第２
の光学窓１４ａおよび１４ｂを設け、内部をフィルタ１
５で濾過した空気で満たした後、全体を気密とする。但
し、必要に応じて内部空気の熱的な体積変化を許容する
とき、フィルタ１５を介して内部空気と外気との流通を
行なうことができる。このフィルタ１５により第２の光
学窓１４Ｂおよび１４ｂへの結露などを防ぐという効果
もある。

以上、本発明の浮遊粒子濃度測定装置の概要を述べたが
、次にこの装置を用いた測定の際に、光学窓の汚れによ
る経時変化を補正するための操作について説明する０本
発明では測定時は投光部上と受光部１との間に光路筒を
挿入せず、第１図の光路筒ハの状態にしておき、ここで
得られた測定値を補正するとき光路筒ハの挿入位置とな
るように、光ビームの通過位置に出し入れするものであ
る。そして本発明ではコヒーレントな光によって形成し
た細く平行度の高い光ビーム４を用いる点に特徴を持っ
ている。従来はインコヒーレントな光源からの光ビーム
を使っていたため、光ビームの平行度が低く、数ｍの光
路長では光ビームが広がってしまい、実用的な大きさの
光路筒を、光エネルギーを損なうことなく道通させるの
が困難となる。また、光路の長さ方向にビーム径が変化
すると、場所によって特性値が変化し、安定な測定を行
なうことができない０例えばインコヒーレント光による
光ビームの広がりを光ビーム強度が最大点く光軸上）の
１／ｅ”　（＝１３．５％）になるビーム径で示すと、
出射端で１０ｆｉ程度のビーム径が５ｍの光路で約０．
４〜１ｍ程度の広がりを持ってしまう、これに対して本
発明の装置に用いられるコヒーレントな光ビーム４では
、出射端ビーム径を１０鶴とすると、５ｍの光路端にお
けるビーム径は１Ｏ０５鶴程度となり、内径約２０鶴の
光路筒動向を光エネルギーを損なうことなく通過させる
ことができる。

このような光ビーム４に対し、本発明の装置は、両端に
透明な第２の光学窓１４ａ、　１４ｂを有し、内部に浮
遊性の粒子状物質を含んでいない光路筒ハを、光路筒ハ
内を光ビーム４の全エネルギーが通過する形で投光部上
と受光部１の間に、光路筒用のように挿入することによ
り、光路内に粒子状物質を含まない環境を容易に再現性
よく作り出すことができる。この状態で光ビーム４は投
光部上と受光部１の第１の光学窓８ａおよび８ｂに付着
した汚れによる影響のみを受けることになる。したがっ
て、投光部上と受光部１間の光路に光路筒ハを挿入した
状態で補正を行なうことにより、第１の光学窓８ａと８
ｂの汚れによる影響と装置構成部材の長期的な経時変化
の補正が可能である。このとき第２の光学窓１４ａ、　
１４ｂによっても光の吸収が生ずるため、同時にその影
響も合わせて補正することができる。

本発明の１！置では、通常の測定は光路筒が光路内にな
い状態（ハ）で行ない、補正が必要なときのみ光路筒を
光路内に挿入した状態（蝕）で行なうものであって、こ
の光路筒打または共は光ビーム４の全エネルギーを通過
させるから、前述の公報に記載されている方法で生ずる
ような光学窓の汚れに関する補正上の不都合を生ずるこ
とはない。

さらに本発明の装置は上記の操作を回転体を用いて自動
的に行なうこともできる。第２図１８＋はその装置構成
の概要を一部断面図で示した模式図であり、第２図山）
は第２図１ａｌのＡ−Ａ断面図である。

第２図１ａｌの第１図と共通部分を同一符号で表わしで
ある。第２図１ａｌにおける投光部上と受光部又および
第１の光４学窓８ａ、８ｂについては、第１図と同じで
あるから説明を省略する。この装置では第２図１８＋、
（ｂ）のように両端部が円板１６ａと１６ｂからなり中
心軸１７を有する回転体■を用い、この回転体１Ｂに第
２の光学窓１９ａ、１９ｂを備えた第１図に示したもの
と同様な光路筒匙と、二つの防塵筒２０ａ２０ｂを嵌め
込んである。防塵筒２０ａ　、　２０ｂは互いに連続し
ておらず、一端は被測定空間内で開口部を有し、測定時
に用いるものである０回転体旦の回転は、例えば受光部
２に配！したモータ２１の回転をローラ２２を介して円
板１６ｂに伝え、回転角を制御することにより、第１の
光学窓８ａ、８ｂと第２の光学窓１９ａ、’１９ｂとが
対向する位！、または第１の光学窓８ａ、８ｂと防塵筒
２０ａ、２０ｂの取り付は部の関口端とが対向する位置
を選択する。このときは、回転体旦の中心軸１７は投光
部上と受光部蛮に固定し、中心軸１７と円板１６ａ、　
１６ｂの間には図示してない軸受けを用いて回転体旦の
回転を円滑に行なわせることができる。もしくは、回転
体旦の回転はローラ２２を用いることなく、中心軸】７
を両端で円板１６ａと１６ｂに直結し、中心軸１７を直
接モータ２１で駆動することにより行なうこともできる
０以上のようにして、この装置では防塵筒２０ａ、２０
ｂまたは光路筒３Ｃを第１の光学窓８ａ、８ｂに位置合
わせし、測定または補正を行なうが、円板１６ａ、１６
ｂは、測定または補正に必要とする個所以外の部分は黒
色に塗装しであるので、例えば第２開山）に点線で示し
た不透明部２３の位置を利用して受光部１のゼロ調整を
行なう、光路筒鉦は１００％透過率の補正時に用いるが
、光路筒柱の第２の光学窓１９ａ、１９ｂに汚れが付着
しないようにするため、円板１６ａ、　１６ｂと投光部
上、受光部１とは、はぼ密着状態となるようにし円板１
６ａ、　１６ｂの外周を防塵部材２４ａ、２４ｂで覆っ
ている。

第２図（４）、伽）に示した装置には、防塵筒２０ａ。

２０ｂを用いることにより、第１の光学窓８ａ、８ｂが
汚れるのを抑制し、光路筒柱による補正の精度を上げる
とともに、第１の光学窓８ａ、８ｂの交換韻度を減らす
ことができるという利点もある。

〔発明の効果〕

投光部と受光部間の測定空間に浮遊する粒状物質を光学
的に測定する比較的短光路の浮遊粒子濃度測定装置は、
従来光軸のずれや外乱光の入射の影響が少ないという利
点はあるものの、光学窓やレンズの汚れによる経時変化
の補正に関しては満足する装置が得られていなかったの
に対し、本発明では実施例で述べた如く、平行度の高い
レーザ光と、両端に光学窓を持ち内部に浮遊粒状物質を
含まない光路筒を用いて、補正が必要なときはこの光路
筒を投光部と受光部間の光路に挿入し、浮遊粒状物質を
含まない環境を容易に再現性よく作り出すことができる
ようにしたため、光学窓の汚れや装置内の構成部材の長
期的な経時変化の補正を極めて有効に行なうことが可能
となった。

また、光路筒とともに防塵筒を備え、校正時と測定時に
これらを切り替えて光路に挿入することにより、測定時
に生ずる投光部と受光部の光学窓の汚れを低減し、メン
テナンスの頻度を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の浮遊粒子濃度測定装置の構成部材の配
置を示す模式図、第２図１ａｔ、（ｂｌは本発明の装置
の第１図とは異なる実施例を示した模式図である。 ↓：投光部、ｉ：受光部、ハ、　Ｌｂ、　Ａｘ　Ｅ光路
筒、４：光ビーム、５：光源、６：光源用駆動回路、７
：投光レンズ、８ａ、８ｂ：第１の光学窓、９：受光レ
ンズ、１０ニアパーチヤー、１１：光電変換器、１２；
回路、１３：測定出力、１４ａ、　１４ｂ、　１９ａ、
　１９ｂ　：第２の光学窓、１５：フィルタ、１６ａ、
　１６ｂ　：円板、１７：中心軸、■＝回転体、２０ａ
、　２０ｂ　：防塵筒、２１：モータ、２２：ローラ、
２３：不透明部、２４ａ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）投光部と受光部間に浮遊する粒子状物質の濃度を光
   学的に測定する装置であって、 ａ、平行なレーザ光を出射する投光部と、 ｂ、前記レーザ光を受光し受光量に応じた電気信号を出
   力する受光部と、 ｃ、前記投光部と前記受光部間の被測定空間に形成され
   る光路に測定の校正時のみ挿入され、両端面に光学窓を
   備え内部に濾過した清浄な空気を充填した光路筒 とを有することを特徴とする浮遊粒子濃度の測定装置。 ２）投光部と受光部間に浮遊する粒子状物質の濃度を光
   学的に測定する装置であって、 ａ、平行なレーザ光を出射する投光部と、 ｂ、前記レーザ光を受光し受光量に応じた電気信号を出
   力する受光部と、 ｃ、前記投光部と前記受光部間の被測定空間に配置され
   両端部が円板からなる回転筒と、 ｄ、この回転筒の各円板にそれぞれ両端面の光学窓を埋
   め込み内部に濾過した清浄な空気が充填され、測定の校
   正時に前記回転筒の回転により前記各光学窓がそれぞれ
   前記投光部と前記受光部に設けた光学窓と対抗位置にな
   る一つの光路筒と、 ｅ、前記回転筒の各円板にそれぞれ埋め込んで形成され
   、測定時に前記回転筒の回転により埋め込み部が前記投
   光部と前記受光部に設けた光学窓と対抗位置になり両端
   が開口した二つの防塵筒と、 ｆ、前記光路筒の各光学窓の汚染を防止し、前記各円板
   の外周に取り付けた防塵部材 とを有することを特徴とする浮遊粒子濃度の測定装置。