JPH0694615A - 濁度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正確な濁度測定が可能で、かつ、小型・軽
量、持ち運びに便利な濁度計を提供する。 【構成】 光源部２０のレーザダイオード２は、コント
ロールユニット４０の電源１０から電力の供給を受ける
ドライブ手段１により駆動される。レーザダイオード２
からの光は、三群コリメートレンズ３により、球面収
差，波面収差が補正されて平行光束となり、更にアパー
チャー４を経て厳密な平行光束として射出窓５ａから射
出される。光束は、水中を通って受光ユニットの入射窓
５ｂに至り、内面が黒色で光軸方向に充分厚いアパーチ
ャー６によって外乱光迷光が除去吸収された後、フォト
ディテクタ７に到達し、光電変換される。光電変換信号
は、プリアンプ８で増幅された後、コントロールユニッ
ト４０のメインアンプ９で更に増幅され出力される。メ
インアンプ９は、ＣＰＵを備え、複数の光電変換信号を
それぞれ区別して増幅可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光束の透過率から海洋や
沼湖等の濁度を測定する濁度計に関し、特に小型・軽量
で持ち運びに便利な濁度計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の濁度計の構成を示すブロ
ック図である。図において、電源１１０ａ及び定電圧装
置１１０ｂを備えた水銀ランプ等からなる光源１０２か
ら射出された測定用光束は、レンズ１０３ａによってピ
ンホール板１０４上に集光される。このピンホール板１
０４を通った光束は、レンズ１０３ｂに進む。レンズ１
０３ｂは、ピンホール板１０４のピンホールと光源側焦
点が一致するように配置されており、レンズ１０３ｂを
透過した光束はほぼ平行な光束として射出窓１０５ａか
ら射出される。以上が従来の濁度計の光源部１２０（照
射手段）を構成する。

【０００３】光源部１２０から射出された光束は、光源
部１２０の光学系と光軸が合致するように配置された受
光ユニット（受光手段）１３０の入射窓１０５ｂへ入射
する。光源部１２０の射出窓１０５ａと受光ユニット１
３０の入射窓１０５ｂの間の測定部長Ｌ’は、一定の距
離（例えば１００ｃｍ）に保たれている。

【０００４】続いて、光束は、レンズ１０３ｃ，波長フ
ィルタ１１５を経てピンホール板１０６上に集光され
る。波長フィルタ１１５は濁度測定に使用される特定波
長光のみを透過するものであり、水中の微生物による吸
収・散乱の低い波長（ＪＩＳ規格では６６０ｎｍ）が選
択される。

【０００５】ピンホール板１０６を通過した光束は、光
電変換器（光電池）１０７で光電変換される。この光電
池１０７からの出力は光束の水中誘過率に対応するもの
であり、直流増幅器１０９によって増幅され、記録計１
１６に記録される。

【０００６】上記のような濁度計では、透過率の測定結
果より濁度（平成３年３月現在は、ＪＩＳ規格上では対
ホルマジン濃度換算値を示す）、更には物理学の国際単
位として認められている消散係数（ｍ^−１）が算出され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の濁度計においては、次のような問題点があった。
まず、従来の濁度計では、光源として水銀ランプ，ハロ
ゲンランプ，キセノンランプ等のランプを用いており、
光源が面あるいは線光源で、かつ一定の波長幅をもつこ
とから、光学上の厳密な意味での平行光束並びに焦点結
像の実現が不可能であった。このため、正確な透過率測
定が困難であり、図３に示されたような構成の濁度計で
は、測定誤差が非常に大きく、同じ水域の同じ箇所を測
定しても使用する濁度計によって測定結果が大幅に異な
るという状況であった。

【０００８】また、従来の濁度計の光源から射出窓まで
の距離は、光源からの光を平行光束に近づける必要、並
びに各レンズの球面収差補正等を考慮すると、かなり長
い距離を確保しなければならない。その上、従来の濁度
計では、電源や増幅器も光源部内に収納していたため、
光源部全体が大容量となってしまい、持ち運びが面倒
で、効率的な測定作業ができなかった。

【０００９】更に、従来の濁度計では、上述したよう
に、測定部長Ｌ’を装置毎に一定に保つ必要があったた
め（光束が厳密な平行光ではないので、測定部長を変え
ると測定誤差が大きくなる）、懸濁物の濃度によって測
定部長の異なる装置（懸濁物の濃度が低い場合には測定
部長の長い装置、濃度が高い場合には測定部長の短い装
置）を用意する必要があった。

【００１０】また、同一日時，同一水域の複数の箇所で
濁度を測定するような場合でも、従来の濁度計では、光
電変換器と増幅器とを１対１に対応させているため、測
定箇所毎に装置全体を運んで順次濁度を測定する必要が
あり、作業が繁雑であった。

【００１１】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
のであり、正確な濁度測定が可能で、かつ小型軽量で測
定作業が容易な濁度計を提供することを目的とするもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の濁度計は、水中
に向けて光束を射出する照射手段と、前記水中を透過し
た光を受光して光電変換する受光手段と、該受光手段か
らの信号を増幅する増幅手段とを有し、上記の課題を達
成するために、前記照射手段の光源として、半導体レー
ザを用いたものである。

【００１３】前記増幅手段は、好ましくは、複数の光電
変換信号を同時に増幅するための制御手段を備える。

【００１４】

【作用】本発明では、上述のように、濁度計の光源とし
て半導体レーザを用いている。半導体レーザ自体は、小
型・軽量の光源として既知のものであるが、環境に対す
る耐性、特に振動や温度変化等に対する耐性が高くない
ことから、コンパクトディスクの再生装置等限られた分
野でしか使用されておらず、水中で用いる光源として採
用することは考えられていなかった。

【００１５】このような状況にあって、本願発明者は、
濁度測定の対象となる水域は河口や湖等であって、水温
の範囲も数度〜３０℃程度であり、振動の問題もないこ
とから、濁度計の光源として用いることを考え、本発明
をなすに至った。

【００１６】半導体レーザは、従来用いられていたラン
プがある大きさもつ面又は線光源であるのに対して、単
一波長の点光源とみなすことができる。従って、本発明
の濁度計では、厳密な平行光束を実現することが可能と
なり、従来のように光源から射出窓までの距離を長くと
る必要もない。

【００１７】また、測定部（光源部の射出窓から受光ユ
ニットの入射窓の間）にほぼ完全な平行光束が実現され
ることから、測定部長を任意に変えることが可能とな
り、同一の濁度計で、低濃度（懸濁物質濃度）から高濃
度の測定対象に対応できる。

【００１８】また、実施例で詳述するように、電源部と
増幅器（コントロールユニット）を光源部及び受光ユニ
ットとは別に設け、Ａ（アナログ）／Ｄ（デジタル）変
換器，Ｄ／Ｄ変換器，Ｄ／Ａ変換器等を含む制御手段設
によって、複数の光電変換信号を１つの増幅器で増幅す
るようにすれば（即ち、光電変換器と増幅器を１対多の
対応とすれば）、光源部と受光ユニットの組を各測定箇
所に配置するだけで同時多点計測が可能となる。

【００１９】本発明で使用する半導体レーザの波長は特
に限定されるものではないが、次のような理由から波長
６６０ｎｍの半導体レーザを用いることが好ましい。即
ち、海洋・湖沼等の濁度測定を行なう場合、自然の濁り
（水中微生物による濁り）と人工の濁り（工事等に伴な
う懸濁物質による濁り）を区別して、懸濁物質による濁
りを測定することが求められるため、水中微生物による
吸収・散乱が低い波長を設定することが望まれる。例え
ば、クロロフィルによる散乱は波長が長波長側にいくに
従って低くなり、かつ吸収は６６０ｎｍ付近で極小とな
る。従って、散乱及び吸収が最低となる６６０ｎｍの光
束で透過率の測定を行なえば、微生物以外の懸濁物質に
よる濁りが検出される。

【００２０】

【実施例】図１に本発明実施例による濁度計のブロック
図を示す。図において、光源部２０（照射手段）に配置
されたレーザ・ダイオード２（光源）は、コントロール
ユニット４０の電源１０から電力の供給を受けるドライ
ブ手段１によって駆動される。レーザ・ダイオード２か
ら射出された光は、光源側焦点がレーザ・ダイオード２
の発光点に合致するように配置された三郡コリメートレ
ンズ３によって球面収差，波面収差が補正されるととも
に、光束断面が楕円から円形に成形されて平行光束とな
る。次いで、光束は、アパーチャー４によって所定径に
絞られて更に厳密な平行光束となり、光源部２０の射出
窓５ａから水中に射出される。

【００２１】水中に射出された光束は、直進して、光軸
が光源部２０の光学系と合致するように配置された受光
ユニット３０（受光手段）の入射窓５ｂに至る。光束
は、内部が黒色で光源部２０のアパーチャ４に比べて光
軸方向に充分厚いアパーチャ６を通過する。このアパー
チャ６によって、外乱光迷光が吸収除去され、光束は光
源部２０から射出された光束と同等の厳密な平行光束に
修正される。続いて、光束はフォトダイオード７（光電
変換器）に至り、ここで光電変換される。光電変換信号
は、プリアンプ８で増幅された後、アナログ信号として
コントロールユニット４０のメインアンプ９（増幅手
段）に送られる。

【００２２】測定対象の条件によっては、アパーチャー
６とフォトダイオード７の間、或いはアパーチャー６と
入射窓５ｂの間にローパス・フィルタ（又は、干渉フィ
ルタ）を追加することもある。

【００２３】メインアンプ９に送られた信号は、更に増
幅されて、０〜１Ｖ，あるいは４〜２０ｍＡ程度のアナ
ログ信号として出力される。この出力信号Ｓは、光束の
透過率に対応しており、透過率の測定結果から濁度が算
出される。

【００２４】コントロールユニット４０における信号処
理の形態は特に限定されるものではないが、同時多点計
測（後述）を行なうためには、複数の光電変換器（フォ
トダイオード７）からの光電変換信号をそれぞれ区別し
て増幅するためのＣＰＵ（図示せず）をコントロールユ
ニット４０内に設ける。即ち、コントロールユニット４
０に送られたアナログ信号（光電変換信号）を、Ａ／Ｄ
変換器でデジタル信号に変換し、メインアンプ９内では
Ｄ／Ｄ変換器によってデジタル信号として処理する。増
幅後に、Ｄ／Ａ変換器によって再度アナログ信号（出力
信号Ｓ）に変換する。出力信号Ｓは、必要に応じて記録
計や演算手段（図示せず）に送られる。

【００２５】上述した本実施例の濁度計のうち、浸水部
となるのは、光源部２０と受光ユニット３０であり、両
者は図２に示されるように連結されている。図におい
て、光源部２０と受光ユニット３０は、それぞれ直径６
０ｍｍ程度の防水筒状部材１１，１２内に配置されてお
り、筒状部材１１，１２は、軸が合致するように連結部
材１３で連結されている。この連結部材１３は光束の光
路外に設けられており、望ましくは、伸縮自在に構成さ
れている。筒状部材１２の後方にはシールド線が伸びて
おり、受光ユニット２０からの信号は、シールド線１４
を通ってコントロールユニット４０に送られる。

【００２６】次に、図１，図２に示された本実施例の濁
度計の使用方法について簡単に説明する。まず、測定対
象の水域において、光源部２０側を下側にして、光源部
２０（筒状部材１１）と受光ユニット３０（筒状部材１
２）を所定の深さまで浸水させる。この際、測定部長Ｌ
（光源部２０の射出窓５ａから受光ユニット３０の入射
窓５ｂまでの距離）は、測定水域の懸濁物質の濃度に応
じて長さを調整しておく。

【００２７】しかる後、ドライブ手段１によってレーザ
ダイオード２を発光させ、水中を透過した光束を受光ユ
ニット３０のフォトダイオード７で受光して、透過率
（濁度）の測定を行なう。この際、レーザダイオード２
は、従来使用していた水銀ランプ等に比べて非常に短い
時間に安定するので速やかに測定にとりかかることがで
きる。また、先に説明したように、本発明の濁度計で
は、測定部において厳密な平行光束が実現されるので、
高精度の測定が可能である。更に、レーザダイオード２
で消費される電力は２０ｍＷ程度であるから、コントロ
ールユニット４０に配置される電源１０は小型軽量であ
り、装置全体の持ち運びも簡単である。電源１０として
は、場合によっては乾電池を使用することもできる。

【００２８】同一水域で複数箇所の測定を行なうには、
光源部２０，受光ユニット３０の組（図２の浸水部）を
測定箇所の数だけ準備し、各受光ユニット２０からの光
電変換信号をＣＰＵを備えた単一のコントロールユニッ
ト４０に送って信号処理すれば良い。このようにすれ
ば、コントロールユニット４０は定位置に設置したま
ま、同時多点計測が可能である。本実施例の濁度計の浸
水部の重量は、例えば２ｋｇ程度の軽量とすることがで
き、作業を効率的に進めることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、濁度
計の光源として半導体レーザを用いているので、厳密な
平行光束、焦点結像を実現でき、正確な濁度測定が可能
となる。また、半導体レーザは、従来使用していたラン
プに比べて小型・軽量であり、消費電力も小さいので、
濁度計全体の小型・軽量化を図ることができ、持ち運び
が容易となる。更に、本発明の濁度計は、測定誤差を増
大させることなく測定部長可変型とすることができるの
で、低濃度から高濃度まで広い濃度範囲に対して同一の
濁度計で対応することができる。また、増幅手段にＣＰ
Ｕを設けることで、同時多点計測を行なうことも可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例による濁度計の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】本発明実施例による濁度計の浸水部の側面図で
ある。

【図３】従来の濁度計の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ ドライブ手段 ２ レーザダイオード ３ａ コリメートレンズ ４，６ アパーチャー ５ａ 射出窓 ５ｂ 入射窓 ７ フォトディテクタ ８ プリアンプ ９ メインアンプ １０ 電源 ２０ 光源部 ３０ 受光ユニット ４０ コントロールユニット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水中に向けて光束を射出する照射手段
   と、前記水中を透過した光を受光して光電変換する受光
   手段と、該受光手段からの信号を増幅する増幅手段とを
   備えた濁度計において、前記照射手段の光源として、半
   導体レーザを用いたことを特徴とする濁度計。
2. 【請求項２】 前記増幅手段は、複数の受光手段からの
   光電変換信号をそれぞれ増幅するための制御手段を有す
   ることを特徴とする請求項１記載の濁度計。