JPH05203561A - 光学測光装置及び流体のオンライン分析を実行する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 市販の光学オンライン分析計器を改良するこ
と。 【構成】 工業用流体系統のオンライン分析のための装
置は、紫外線スペクトル範囲、可視光スペクトル範囲及
び近赤外線スペクトル範囲の個々の波長で吸収、蛍光及
び反射率の測定を実行することができる。光ファイバケ
ーブルは励起光源（２０）から流体中のプローブ（１
２）に光パルスを結合し、プローブにより感知された光
を光検出器（３２）に結合し、基準光源（３４）から光
検出器（３２）に光パルスを結合する。光検出器からの
信号を組み合わせて、光源の強さ、光検出器の感度及び
広範囲にわたる温度とは無関係に、流体の特性を表わす
応答信号を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工業用流体の流れの分
析に際して使用される光学プローブからのパルス光信号
を測定する光学測光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体の流れを含み、その流れの様々な面
を監視することが要求される工業プロセスは非常に多く
存在している。そのようなプロセスには、流れに至る１
つ以上の供給源の化学的組成を変更するように設計され
ているプロセスがある。たとえば、化学合成プロセスは
化学反応物の供給流れを化学生成物に変換する。もう１
つの例としては、給水系統から油又は他の汚染物質を除
去するように設計されたプロセスがある。別の種類のプ
ロセスは流体の流れを使用して、所望の物理的環境を発
生させる。この種のプロセスの例は、内燃機関の温度を
低下させるように設計された水冷システムであろう。数
多くの異なる種類の流体プロセスがあるが、それらは全
てその流体の流れの化学的組成によって何らかの方法で
制御される。このため、流体の流れの化学的組成を実時
間で監視し、その情報を利用して、プロセスが完了する
前にプロセスのパラメータを最適化できるようにするこ
とは重要である。

【０００３】また、種々の液体に処理剤を添加すること
を含むプロセスも非常に多い。そのようなプロセスの多
くについて、その最適の性能を獲得するために薬剤の適
正な供給レベルを保つことをは重要であるといえる。た
とえば、冷却水システムや熱水システムにおいて使用す
る処理剤のレベルが正しくないと、システムの熱交換面
で重大な腐食及び／又は堆積物形成が急速に起こってし
まう。濃度レベルを評価する一般的な方法の１つは、高
分子着きあか抑制剤、リン酸塩又は有機リン酸塩などの
処理剤中の活性成分を測定することを中心としている。
この方法は、背景干渉があることと、現在入手できる機
器が大型で、多くの労力を要することによって、必ずし
も適切な方法とはいえないであろう。処理剤の最適供給
速度を確定する公知の方法の１つは、この明細書にも参
考として取り入れてある米国特許第４，７８３，３１４
号に記載されている。

【０００４】工業用流体流れの中の化学物質の濃度を確
定するための分析方法は非常に多くある。方法の多く
は、その性質上、光学的である。すなわち、化学物質が
その濃度に比例して光を吸収、発光又は反射する固有の
能力に基づいているのである。また、流体の流れに薬剤
を添加する前に薬剤に光学トレーサを添加しておけば、
固有の光学的特性をもたない化学添加剤でも光学的方法
により間接的に測定できる。化学製品に蛍光染料を添加
することに基づいてそのような間接測定を行う公知の方
法も先に挙げた米国特許第４，７８３，３１４号に記載
されている。

【０００５】工業用流体のオンライン分析のための多様
な光学分光計が市販されている。そのような分光計の例
は、カリフォルニア州エルドラドヒルのＧｕｉｄｅｄ
Ｗａｖｅ Ｉｎｃ．が製造しているモデル２６０とモデ
ル３００である。ところが、それらの公知の計器は、い
ずれも、苛酷な工業環境の中で長期間使用するような設
計ではない。分光計の光検出装置は動作するためには間
断のない光ビームを必要とする。そのようなビームを発
生する多様な連続光源は、大量の熱を発する。そのた
め、計器のケースの中に急速に熱が蓄積されてしまうの
で、このような計器は３５℃以下の周囲温度で動作され
ることが必要である。多くの工業プロセスの現場、特に
油関係の場所の周囲温度は５５℃を越える。従って、公
知の計器をそのような環境の中に設置するときには、気
候調整のための追加設備が必要になるであろう。さら
に、波長選択及び光学多重化のために使用される運動部
品が無数にあるために、それらの公知の計器の長期間に
わたる有用性は限定される。工業環境によっては、摩損
条件や腐食条件の下でそのような機械的装置が急速に故
障する場合は多い（たとえば、製油現場では砂の吹き付
けや、酸性ガスが見られる）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、紫外線スペ
クトル範囲、可視光スペクトル範囲及び近赤外線スペク
トル範囲で吸収測定、蛍光測定及び反射率測定を行える
ように構成できる汎用フィルタ測光装置を提供すること
により、既存の市販の光学オンライン分析計器を改良す
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】１つの種類の測定から別
の種類の測定から別の種類の測定は、適切な光源と、検
出器と、光学プローブを選択することにより簡単に行え
る。計器は、多様なパルス光源によって発生させること
ができる短時間の光の点滅を利用する。パルス光源はき
わめて高い光の強さを発生でき、その際に相応して大量
の熱を発生することはないので、本発明の装置は工業環
境の中でしばしば現れる高い周囲温度で動作することが
でき、しかも、いくつかの蛍光物質に対して一兆分のい
くら程度と検出限界はきわめて低い。パルス動作モード
では、いくつかの光ファイバプローブからの光信号を１
つの光検出器により順次監視することも可能である。こ
れは、ある所定の時点で唯一つの信号が検出器に到達す
るように、光学プローブごとに励起光源を順次点滅させ
ることにより行われる。この時間的光学多重化方式は高
速であり、再現率はきわめて高く、運動部品を全く必要
としない。これは、非常に遅く、機械の面で複雑であり
且つ再現性が低いという欠点をもつ空間的光ファイバマ
ルチプレクサと比べて、著しく大きな向上である。デュ
アルチャネル積分器はパルス光源が発射する光の強さ
と、その結果として分析プローブから戻って来るパルス
光の強さとを同時に測定する。これにより、光源が点灯
するたびに、光源の変動について修正を施された分析信
号を得ることができる。従って、パルス光源が老化する
に従って不規則性を増すにつれて計器の性能が劣化する
ことはない。時間的多重化構成においては、分析プロー
ブ信号の間に内部基準信号が散在することになるので、
光検出器感度のドリフトに対して計器の応答を修正する
ことができる。

【０００８】本発明は、ほぼ同一の光感度と温度係数を
有する少なくとも１つの励起光源及び１つの基準光源
と、光源を時限シーケンスに従って点滅させるように光
源を制御する手段と、各光源の出力を感知する光検出器
手段と、励起光源の出力を分析すべき流体の中に挿入さ
れたプローブに結合し、プローブにより感知された光を
光検出器手段に結合し、基準光源の出力を光電子増倍管
手段に結合して、光信号の組み合わせを実行し、系統内
の流体を分析させる光ファイバ手段とを有する流体系統
のオンライン分析のための光学測光装置に関する。以
下、本発明を添付の図面を参照しながら実施例によって
説明する。

【０００９】

【実施例】本発明の光学測光装置１０は周知のように光
ファイバプローブ１２に結合しており、プローブ１２は
周知のようにフローパイプ１４の中へ突出する状態で取
り付けられている。図をわかりやすくするために、プロ
ーブ自体や様々な継手、シールなどの従来通りの特徴に
ついては図示していない。コンピュータモジュール１８
の一部を成すマイクロプロセッサ１６は、瞬時光パルス
を発生する公知の手段である第１の光源モジュール、す
なわち、励起光源モジュール２０に接続している。光源
モジュール２０の出力はフィルタ手段２２を通過して、
光ファイバケーブル２４に光学的に結合する。ケーブル
２４の他端はプローブ１２に光学的に結合している。こ
こでは、光ファイバケーブル２４をフィルタ手段２２に
結合する第１の分岐部分２６と、フィルタ手段３０に光
学的に結合する第２の分岐部分２８とを有する二又ケー
ブルとして示してあるが、それ以外の構造のケーブルも
使用できるであろう。フローパイプ１４の内部にある物
質によって波長及び／又は強さを変調された光はプロー
ブ１２で受け取られ、光ファイバケーブル２４を通って
フィルタ手段３０、さらには光検出器３２に達する。マ
イクロプロセッサ１６は第２の光源モジュール、すなわ
ち、基準光源モジュール３４にも接続している。この第
２の光源モジュール３４の出力はフィルタ手段３６と、
フィルタ手段３０とを経て光検出器３２に結合する。２
つの光源モジュール２０及び３４のパルス出力は時間的
に変化する電子信号に変換され、コンピュータモジュー
ル１８の一部を成すデュアルチャネル積分器３８はそれ
ら２つの信号を光検出器３２からの時間的に変化する信
号と共に受信する。

【００１０】この光学測光装置は数多くの種類のパルス
光源や光検出器と組み合わせた構成にすることができ
る。それらの構成要素は特定の型の測光分析への適性を
考慮して当業者により選択される。使用できる光源はキ
セノンフラッシュランプ、パルスレーザー、パルスダイ
オードレーザー及びパルス発光ダイオード、並びに電子
チョッパ、機械的チョッパ又はシャッタによりパルス光
に変形される連続光源などであるが、それらの光源には
限定されない。適切な光検出器は、光源から発射される
光の波長に応答し且つ光源パルスの周期より短い応答時
間を有するものである。そのような光検出器としては、
電子なだれフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオー
ド、真空光電管及び光電子増倍管があるが、それらには
限定されない。

【００１１】多くの面から見て、多くの型の測光測定に
ついてはキセノンフラッシュランプが理想の光源であ
る。加圧キセノンガスを通る電子放電により、深紫外線
から近赤外線に至る広い帯域にわたる放射を短いパルス
の形態で発生させる。放電アークは小さく、光ファイバ
への効率の良い結合に適合する。出力エネルギーはきわ
めて高く（フラッシュごとに０．１５ジュールまで）、
蛍光発光の励起にはすぐれている。フラッシュ持続時間
は大変短く、通常、約４マイクロ秒である。フラッシュ
速度が５Hzであるとき、ランプはその時間の０．００２
％しか「オン」していないので、熱の発生はごくわずか
である。このことは、周囲温度が高い場合に使用するた
めの計器に関して重要である。キセノンランプは１０⁹
回を越えるフラッシュを定格としている。５Hzで動作さ
れる場合、その有効寿命は約６年ということになる。

【００１２】図１のブロック線図に戻ると、光学測光装
置１０は１つの分析プローブ１２がフローパイプ１４に
挿入された構成である。動作中、マイクロプロセッサ１
６は分析光を発生する励起光源モジュール２０をトリガ
して、短い光パルスを発射させる。その光パルスはフィ
ルタ手段２２によりフィルタリングされて、関心波長を
有するようになり、光ファイバケーブル２４によりフロ
ーパイプへ搬送される。流体系の中の物質と相互作用し
た後、残留光はプローブ１２により回収されて、光ファ
イバケーブル２４により光検出器３２へ伝送される。２
つの分析信号を同時に発生させることになるが、そのう
ち第１の信号は、第１の光源モジュール２０の出力の一
部を受け取る位置に配置されている光検出器ＰＤ_A によ
り発生される。これは、フラッシュの間に光源モジュー
ル２０により発射される光の強さに比例する時間的に変
化する信号である。第２の信号は光検出器３２により発
生され、これは、フローパイプ１４から分析プローブ１
２を経て戻る光の強さに比例する信号である。

【００１３】図２は、それら２つの分析信号を同時に処
理するデュアルチャネル積分器回路３８を詳細に示す。
光検出器ＰＤ_A の信号は４０に入力し、加算入力増幅器
４２を通過して、比較器４４の入力端子に至る。光源信
号の立ち上がり端が４６のプリセット基準電圧を越える
と、比較器４４は状態を変え、積分タイマー４８をトリ
ガし、積分タイマー４８は光源信号積分器５０と、プロ
ーブ信号積分器５２とをイネーブルする。積分器５２は
入力増幅器５４を介してプローブ光検出器信号を受信す
る。あらかじめ設定された時間にわたって信号を積分し
た後、信号をサンプル及びホールド回路５６及び５８に
短時間記憶し、１２ビットアナログ／デジタル変換器６
０及び６２によりディジタル化する。次に、分析データ
と、積分光源強さＬ_A と、積分プローブ強さＰ_A とをコ
ンピュータバス６４へ多重化し、後の処理に備えてメモ
リ６６に記憶する。

【００１４】分析信号を回収した直後、マイクロプロセ
ッサ１６は基準光源モジュール３４をトリガすることに
より基準光パルスを発生させ始める。この基準パルスは
フィルタ手段３６により減衰され、短い光ファイバケー
ブル６８を経て光検出器３２に直接供給される。光検出
器３２からの信号と、光検出器ＰＤ_R からの信号という
２つの時間内に変化する基準信号は同時に発生する。２
つの信号は先に説明したように積分され、メモリに記憶
される。光検出器ＰＤ_R の信号は７０から積分器回路に
入力する。その積分値Ｌ_R は基準光源モジュール３４の
強さに比例する。光検出器３２からの基準信号は入力増
幅器５４を介して入力する。その積分値Ｐ_R も同様に基
準光源モジュール３４の出力に比例する。

【００１５】式１に従って分析値Ｐ_A 及びＬ_A を基準値
Ｐ_R 及びＬ_R と組み合わせると、光源の強さと光検出器
の感度には無関係の分析応答Ｒが得られる。

【００１６】〔数１〕 Ｒ＝Ｐ_A Ｌ_R ／Ｐ_R Ｌ_A （１）

【００１７】光検出器ＰＤ_A 及び ＰＤ_R が光に対して
同一の感度を有し且つ同一の温度係数を有しているなら
ば、式１は有効である。Ｒを応答パラメータとして使用
すると、測光装置は広範囲にわたり変化する温度条件の
下で長期間にわたって校正を維持することができる。

【００１８】この測光装置を複数の光ファイバプローブ
からの信号を処理するように構成することができる。そ
れは、別のパルス光源モジュール（図示せず）を追加す
ることにより簡単に実施可能である。マイクロプロセッ
サ１６は一度に唯一つの光源を動作させて、複数のプロ
ーブの１つの検出器により読み取ることができる。追加
の光源フォトダイオードは、図３に示すように、加算入
力増幅器４６に入力端子４０′，４０″を追加すること
により、デュアルチャネル積分器により簡単に処理され
る。

【００１９】分析計器の１例は分析プローブを１つ設け
た構成である。図１に示すように構成要素を組み立て
た。この測光装置は、それぞれが外部からトリガ可能な
キセノンフラッシュランプ光源と、合成シリカ外囲器を
伴うキセノンフラッシュランプとから構成される光源モ
ジュール２０及び３４を使用して構成されている。光源
モジュール２０は高出力フラッシュランプ電源を内蔵
し、光源モジュール３４は低出力フラッシュランプ電源
を内蔵する。光検出器３２は高電圧電源を伴う高温光電
子増倍管から構成されている。光検出器ＰＤ_A 及びＰＤ
_R はシリコンＰＩＮフォトダイオードであった。光ファ
イバケーブル２４はコアが２００μｍのスーパーガイド
Ｇ光ファイバから成る直径３．２mmのファイバ束であ
る。適切な光ファイバプローブと結合すると、この構成
は紫外線スペクトル範囲及び可視スペクトル範囲の個々
の波長で吸収、蛍光及び反射率の測定を実施することが
できる。

【００２０】この例の計器を実験室及び現場で試験する
ときに２種類の光ファイバプローブを使用した。第１の
プローブは、５１０スーパーガイドＧ光ファイバを入れ
た（図１に示すような）二又光ファイバケーブルから構
成される蛍光プローブである。フローパイプへ光を搬送
する励起用分岐部分２６はファイバ全体の４０％を占
め、光電子増倍管へ蛍光発光を搬送する放射用分岐部分
２８は残る６０％を占める。励起用ファイバと発光用フ
ァイバが出会うファイバ束の共通端部はプローブ１２を
形成する。第２の種類の分析プローブ１２は、カリフォ
ルニア州エルドラドヒルのＧｕｉｄｅｄ Ｗａｖｅ，Ｉ
ｎｃ．製造のワンド形吸収プローブ、モデル１−１Ｗ２
５０−８Ｂである。このプローブには、それぞれが５０
０μｍのコア直径を有する２本のシリカ光ファイバが入
っている。

【００２１】コンピュータ１８はＩＢＭ−Ｐｃ互換性を
考慮して選択された。アプリケーションプログラムを
「Ｃ」言語で書き込んだ。この例の計器が流体系動作に
知能をもって関与できるようにするために、多様なアナ
ログインタフェースとデジタルインタフェースを組み込
んだ。高レベル警報及び低レベル警報を作動すると共
に、外部計器のオン／オフ状態を感知する能力を与える
デジタル入出力ポートを設けた。いくつかの固体継電器
によって高負荷１２０ボルト又は２４０ボルトの装置の
切換えが可能である。アナログインタフェースは外部変
換器（たとえば、腐食プローブ、流量計など）を読み取
るための０〜１０ボルト、４〜２０ｍａの入力端子を含
む。変速外部装置の制御のための４〜２０ｍａの出力端
子を設けた。

【００２２】この例の計器を蛍光測定に合わせた構成と
し、環境室の中に設置した。分析用キセノンフラッシュ
ランプと基準用フラッシュランプを５Hzの速度で交互に
点滅させた。鋼製キャップの中に拡散反射率標準器を配
置し、そのキャップを蛍光プローブの端部に装着するこ
とにより、温度安定標本を製作した。光の強さを測定可
能な光に減少させるために、分析用ランプハウジングと
基準用ランプハウジングの中に中性フィルタを配置し
た。

【００２３】温度が計器の応答に及ぼす影響を査定する
ために、環境室の温度を５０〜１３４°（１０〜５７
℃）の範囲で調整しながら８時間にわたって測定を実施
した。２０分の間隔でデータをログした。その結果を図
４に示す。それぞれのデータ点は２０分の間隔の間に取
り出した６０００個の読みの平均を表わす。分析光電子
増倍管信号Ｐ_A は温度が４７℃上昇する間に２８％減少
した。分析フォトダイオード信号 Ｌ_A も２８％減少し
た。基準信号Ｐ_R 及びＬ_R はそれとは逆の動きを示
し、それぞれ、温度範囲全体にわたって２７％増加す
る。それら２つの光学チャネルの信号の傾向の違いは、
２つの異なる種類のフラッシュランプ電源を使用してい
るためである。分析チャネルでは、できる限り高い蛍光
感度を得るために高出力電源を使用する。基準チャネル
では、適切な基準信号を得るためにはごく低い光レベル
があれば良いので、低出力電源を使用する。それらの２
つの電源は逆の温度係数を有するため、温度が上昇する
につれてランプの強さは発散してゆく。生信号ではドリ
フトを生じる原因があるにもかかわらず、式１に従って
計算した無次元応答パラメータＲは温度範囲全体にわた
ってほぼ一定のままであった。従って、多くの工業環境
の中で起こる日々の、また、季節によっての大きな温度
の変動によって分析精度は影響を受けないはずである。

【００２４】Ｒが光電子増倍管の感度の著しく大きな変
化を有効に補償することを実証するために、印加電圧を
−１２００Ｖから−９１０Ｖまで調整しながら測定を実
行した。温度を３５℃で一定に保持した。その結果を図
５に示す。Ｐ_A 及びＰ_R はその初期値の八分の一まで減
少したが、Ｒはこの場合にも一定のままであった。

【００２５】あらゆる測光計器と同様に、ここで説明し
た例の計器をその応答を化学濃度に変換できるようにな
る前に校正しなければならない。以下に説明する実験室
及び現場での校正は、通常は油田の給水系統において２
０ppm までの用量で使用されている水溶性の四元アミン
腐食抑制剤を利用して実施された。この抑制剤の分光変
動を評価するために、メーカーから１１回分の別個の薬
剤を入手した。それぞれ１回分の抑制剤を消イオン水に
２０ppm まで希釈した。励起波長を３４０nm，発光波長
を４３０nmとして、市販の分光蛍光計により蛍光測定を
実行した。これらの試料から得た相対蛍光強さは０．９
１から１．３８までばらついていた。化学処理製品は通
常は分光分析の仕様に合わせて製造されるものではない
ので、この変動は意外とはいえない。従って、新たな１
回分の薬剤を受け入れるたびに再校正を行うのが賢明で
あろう。

【００２６】実験室においてプローブ（先に説明した通
り）を水道水に腐食抑制剤を溶解させた標準溶液の中に
浸すことにより、蛍光校正曲線と吸収校正曲線を作成し
た。蛍光測定の場合、分析チャネルランプハウジングの
中に干渉フィルタを配置することにより、３４０nmの励
起波長を分離させた。また、光電子増倍管の前方に干渉
フィルタを配置することにより、４３０nmの発光波長を
分離させた。２つのフィルタは１０nmの帯域を有してい
た。プローブをそれぞれの標準溶液の中に入れた後、２
０秒間（１００回の分析と基準点滅）にわたり計器応答
Ｒを平均した。図６に示す通り、校正曲線は０の切片を
もつ直線である。２８０nmで吸収測定を実行した（同様
に、分析ランプハウジングの中に１０nmの帯域をもつ干
渉フィルタを配置することにより分離した）。光電子増
倍管ハウジング内にはフィルタを設けなかった。吸収応
答−log Ｒを２０秒間にわたり平均し、濃度との関係を
グラフに表わした。図７に示すように、吸収曲線も２０
ppm までは直線的である。測定値は水道水ブランクを参
照していないので、曲線には０でない切片がある。

【００２７】先に説明した通り、この例の計器は蛍光測
定に合わせて構成され（３４０nmで励起、４３０nmで発
光）、油田給水系統のバイパスループの中に設置されて
いる。その配置の線図を図８に示す。設備は、Ｔ接合部
７７及び７８で入力フローライン７４と、出力フローラ
イン７６とにそれぞれ接続するバイパスループ７２の形
態をとる。Ｔ接合部は弁手段８１を含むバイパスパイプ
８０により互いに接合している。Ｔ接合部はバイパスル
ープ７２の入力分岐部分８２と、出力分岐部分８４にも
接続している。バイパスループ７２を分離するために、
分岐部分８２，８４は弁手段８６，８８をそれぞれ含
む。入力分岐部分８２はスタティックミキサ９２の上流
側に構成用注入ポート９０を有すると共に、スタティッ
クミキサ９２の下流側には本発明のプローブ９４を有す
る。出力分岐部分８４はタービン流量計９８の上流側に
注入ポート９６を有する。この流量計９８は信号線１０
０により変換器１０２へ電気的に接続し、変換器１０２
は本発明の装置１０に接続している。三方電磁弁１０４
はパイプ１０６により薬剤供給源（図示せず）に接続
し、パイプ１０８によりＴ接合部７７の注入ポート１１
０に接続すると共に、パイプ１１２により注入ポート９
６に接続している。電磁弁１０４は信号線１１４により
本発明の装置にも電気的に接続している。校正用ポンプ
１１６もパイプ１１８により薬剤供給源に接続すると共
に、パイプ１２０により注入ポート９０に接続してい
る。信号線１２２はポンプを本発明の装置に接続する。

【００２８】ループ７２は内径が７．６cmの被覆を施さ
ない鋼パイプから製造されている。地下水はループを通
って毎日２５００バレルの公称速度を流れる。実験室で
の試験において使用したのと同じ腐食抑制剤を弁１０４
を経て注入すると共に、ポンプ１１６により蛍光プロー
ブ９４の約１．２ｍ上流側にある注入ポート９０を経て
注入した。スタティックミキサ９２は、薬剤がプローブ
９４に到達する前に薬剤を完全に分散させるために分岐
部分８２に配置されている。スタティックミキサ９２を
制御するのは、この計器の固体状態継電器（図示せず）
の中の１つである。タービン流量計９８の周波数出力は
変換器１０２により電流に変換され、計器の４〜２０ｍ
ａ入力端子はその電流を監視する。変速ぜん動校正用ポ
ンプ１１６は、計器のオペレーティングプログラムによ
り動作可能であるように、計器の直流ドライバ（同様に
図示せず）の１つに接続している。

【００２９】校正用ポンプ１１６は校正曲線の形状を確
定すると共に、通常の監視中に周期的に自動校正を実行
するために使用されている。初期校正曲線は、抑制剤を
システム中に何度かポンプで送り込みながら計器の応答
を測定することにより確定された。図９に示すように、
濃度が０ppm から１５ppm へ高まるにつれて、Ｒは２．
０５から２．８５まで直線的に増加した。０でない切片
は、油田水の中に天然に蛍光が起こっているためであ
る。校正曲線は完全に直線的であるので、０及びフルス
ケール測定値によってのみ自動校正を実行することは明
確であった。この例の計器により作動されたときに、８
mLの抑制剤を４．１mL／分で送り出すように校正用ポン
プ１１６をプリセットした。この速度は約１５ppm のフ
ルスケール濃度に相当した。次に示す自動校正シーケン
スを実行するように計器をプログラムした。

【００３０】１．電磁弁１０４を動作させることによ
り、薬剤の注入をポート１１０からプローブ９４の下流
側のポート９６に切り換える。 ２．０ppm の濃度を確立させるために６０秒の遅延を設
ける。 ３．２０秒間にわたりＲ_o を測定し、結果を平均する。 ４．校正用ポンプ１１６をトリガする。 ５．校正用ポンプ速度Ｆ_fsを安定させるために３０秒の
遅延を設ける。 ６．Ｒ_fsと水の流量Ｆ_w を２０秒間にわたり測定し、双
方の結果を平均する。 ７．実際のフルスケール濃度Ｃ_fs（ppm 単位）を、

【００３１】〔数２〕 Ｃ_fs ＝ ９．１×１０³ × Ｆ_fs ／ Ｆ_w （２）

【００３２】により計算する。 ８．校正傾きｍを、

【００３３】〔数３〕 ｍ ＝ （Ｒ_fs − Ｒ_o）／Ｃ_fs （３）

【００３４】により計算する。９．電磁弁１０４をオフ
することにより、薬剤の注入をポート９６からプローブ
９４の上流側のポート１１０に戻す。 １０．正規の処理濃度を安定させ且つ正規の監視を再開
させるために６０秒の遅延を設ける。薬剤濃度Ｃは

【００３５】〔数４〕 Ｃ＝（Ｒ−Ｒ_o）／ｍ （４）

【００３６】により確定される。この自動校正方式の信
頼性を確定するために、７時間にわたり１時間に一度ず
つシーケンスを繰り返す。表１に示す通り、校正傾きｍ
と切片Ｒ_o の再現性は高い。また、７．５ppm の薬剤濃
度に対して前述のようにして得た平均応答であるＲ値
２．４５から生じると考えられる抑制剤の濃度も示され
ている。結果としての濃度は平均で７．５±０．２ppm
（±σ、信頼率９５％）であった。

【００３７】 〔表 １〕 実行番号 傾 き 切 片 濃 度 注¹⁾ （ｍ） （Ｒ_o） （ppm） １ ０．０５３３ ２．０５ ７．５ ２ ０．０５３４ ２．０５ ７．５ ３ ０．０５２９ ２．０６ ７．４ ４ ０．０５３０ ２．０５ ７．５ ５ ０．０５２９ ２．０５ ７．６ ６ ０．０５３１ ２．０６ ７．３ ７ ０．０５３４ ２．０５ ７．５ 平 均 ０．０５３１ ２．０５ ７．５ σ,信頼率95％ 注²⁾ ０．０００４ ０．０１ ０．２ 注¹⁾ Ｒ＝２．４５を想定して計算した 注²⁾ 標準偏差

【００３８】本発明を限定的な意味をもたない実施例に
よって説明したが、本発明の趣旨又はその本質的特徴か
ら逸脱せずに数多くの変形や変更を実施できるであろ
う。従って、上述の実施例はあらゆる面で単なる例であ
り、特許請求の範囲により規定される本発明の範囲を限
定するものではないと考えられるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学測光装置のブロック図。

【図２】本発明によるデュアルチャネル積分器のブロッ
ク図。

【図３】本発明に関わる代表的な多重ランプフォトダイ
オード入力端子の概略図。

【図４】本発明の装置に温度が及ぼす影響を示すグラ
フ。

【図５】本発明の装置の応答に光電子増倍管感度が及ぼ
す影響を示すグラフ。

【図６】実験室の蛍光校正を示すグラフ。

【図７】実験室の吸収校正を示すグラフ。

【図８】本発明の装置を組み込んだ現場流れ系統の概略
図。

【図９】現場蛍光校正を示すグラフ。

【符号の説明】

１０ 光学測光装置 １２ 光ファイバプローブ １４ フローパイプ １６ マイクロプロセッサ １８ コンピュータモジュール ２０ 励起光源モジュール ２２ フィルタ手段 ２４ 光ファイバケーブル ２６ 第１の分岐部分 ２８ 第２の分岐部分 ３０ フィルタ手段 ３２ 光検出器 ３４ 基準光源モジュール ３６ フィルタ手段 ３８ デュアルチャネル積分器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランク・マニュエル・レグザック アメリカ合衆国 77077 テキサス州・ヒ ューストン・ブライアーウエスト ナンバ ー2216・2400 (72)発明者 グレゴリイ・アーサー・ウィンスロー アメリカ合衆国 77042 テキサス州・ヒ ューストン・メドウ レイク・10019

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体のオンライン分析のための光学測光
   装置において、 励起光源（２０）及び基準光源（３４）と；前記励起光
   源及び前記基準光源を順次点滅するように制御する手段
   （１６）と；分析すべき流体の中に挿入するためのプロ
   ーブ（１２）と；光検出器（３２）と；前記励起光源の
   出力を前記プローブに結合し、前記プローブにより感知
   された光を前記光検出器に結合し，前記基準光源の出力
   を前記光検出器に結合する光ファイバ手段（２６，２
   ８）と；前記光検出器（３２）が受信した信号を組み合
   わせて、流体の特性を表わす応答信号（Ｒ）を供給する
   分析手段（３８）とを特徴とする光学測光装置。
2. 【請求項２】 光学測光装置によって流体のオンライン
   分析を実行する方法において、 短い光パルスを発射するために光源をトリガする過程
   と；前記光パルスを関心波長にフィルタリングする過程
   と；前記フィルタリングされた光パルスを分析すべき流
   体の中に挿入したプローブへ伝送する過程と；前記プロ
   ーブにより感知された前記流体からの光を回収し、前記
   光を光検出器へ伝送して、そこから第１の信号（Ｐ_A）
   を供給する過程と；前記光検出器が前記励起光パルスの
   一部をさらに受け取ることによって、前記励起光パルス
   と同時に第２の信号（Ｌ_A） を発生する過程と；前記光
   検出器へ伝送される基準光パルスから第３の信号
   （Ｐ_R） を発生する過程と；前記光検出器が前記基準光
   パルスの別の部分を受け取ることによって、前記基準光
   パルスと同時に第４の信号（Ｌ_R） を発生する過程と；
   前記第１及び第２の信号と、前記第３及び第４の信号と
   をそれぞれ同時にヂュアルチャネル積分器でそれらの信
   号を積分するように処理する過程と；前記信号をサンプ
   ル及びホールド回路に記憶する過程と；前記信号をアナ
   ログ／デジタル変換器でディジタル化する過程と；前記
   信号を組み合わせて、流体の特性を表わす応答信号を供
   給する過程とから成る方法。