JPH0755693A - Particle measuring instrument - Google Patents

Particle measuring instrument

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JPH0755693A
JPH0755693A JP5227981A JP22798193A JPH0755693A JP H0755693 A JPH0755693 A JP H0755693A JP 5227981 A JP5227981 A JP 5227981A JP 22798193 A JP22798193 A JP 22798193A JP H0755693 A JPH0755693 A JP H0755693A
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particle
particles
velocity
laser beams
photoelectric conversion
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Masanobu Maeda
昌信 前田
Teiraa Arekisandaa
テイラー アレキサンダー
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Nishiyama Corp
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Abstract

PURPOSE:To measure even aspherical particles with ease and high accuracy by passing particles through a crossing portion from one direction only, which is formed by the crossing of a plurality of laser beams at a predetermined angle. CONSTITUTION:A laser beam polarized by a polarizing plate 12 is split into two laser beams by a beam splitter 13. The laser beams pass through frequency shifters 14a, 14b, beam-direction regulating prisms 15a, 15b and a condenser lens 16 and form a crossing portion 17 where the two laser beams cross each other. Particles are passed through the crossing portion 17 from one direction only. The Doppler frequency of scattered light reflected by the particles is measured as the light beat signal of the scattered light, so as to detect the velocity of the particles. A photoelectric conversion means 20 detects the shape of projection of the particles from a projection that the light diffracted by the particles passing through the crossing portion 17 form on a line sensor 21. An arithmetic means 30 computes the size of the whole particles from the velocity of the particles delivered from a particle velocity detection means 10 and from the shape of the projection delivered from the conversion means 20.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、浮遊する微粒
子等からなる粒子の等価直径、形状等の外観形態(以下
粒子全体の大きさと称す)を非接触に測定する粒子測定
装置に関し、特に、LDV(レーザードップラー流速
計)を利用したものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a particle measuring apparatus for non-contact measuring the appearance form (hereinafter referred to as the size of the whole particle) such as the equivalent diameter and shape of particles made of suspended fine particles, and in particular. , LDV (Laser Doppler Velocity Meter).

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、金属粉、セラミック粉、薬品
粉、燃料用の微粉炭等のように工業的に使用される粉体
材料、あるいは空気中の塵あるいは液滴等のように浮遊
する微粒子の大きさを測定する手段としては、従来か
ら、ホログラフィ法、前方微小角散乱法等が用いられて
いる。
2. Description of the Related Art For example, powder materials used industrially such as metal powder, ceramic powder, chemical powder, pulverized coal for fuel, etc., or fine particles floating in the air, such as dust or droplets. As a means for measuring the size of the, the holography method, the forward small angle scattering method, etc. have been conventionally used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、ホログラフィ
法は、測定装置が比較的大型化し、測定に長時間かかる
という不具合があり、前方微小角散乱法は、形状に関す
る情報が一切得られず、粒子形状が球形と大きく異なる
ときに誤差が非常に大きくなるという欠点があることか
らあまり実用的なものではない。
However, the holography method has a drawback that the measuring device is relatively large and the measurement takes a long time. This is not very practical due to the drawback that the error becomes very large when the shape is significantly different from the spherical shape.

【0004】また、粒子径の測定には、散乱光強度法、
位相法等の方法もあるが、これらの方法は、粒子を球形
と仮定し、統計的な仮定の下に疑似的に測定するにすぎ
ず、このような手法では精度的にも問題があり、測定で
きる粒径範囲も狭く、また、後者の方法の場合、粒子の
屈折率が既知でなければならず、工業的に実施しようと
すれば、特定の系に応じた、大量の統計データを事前に
取得する必要があり、また誤差が数百パーセントに至る
可能性が高いため、機器設計や数値予測等において大き
な妨げとなる虞れが有る。
Further, the scattered light intensity method,
Although there are methods such as the phase method, these methods only assume that the particles are spherical, and only make a pseudo measurement under statistical assumptions, and such a method also has a problem in accuracy, The particle size range that can be measured is narrow, and in the latter method, the refractive index of the particles must be known, so if industrial implementation is attempted, a large amount of statistical data will be prepared in advance depending on the specific system. Since there is a high possibility that the error will reach several hundred percent, there is a possibility that it will be a great obstacle to the device design and numerical prediction.

【0005】特に、前述した粉体材料などの種々の粒子
は、ほとんどが非球形であり、また剪断流中の液滴は、
形状が歪んでいるので、このような非球形の粒子は実験
的にはともかく工業的に連続して簡単に測定できる装置
はないというのが実情である。
In particular, various particles such as the above-mentioned powder materials are mostly non-spherical, and the droplets in the shear flow are
Since the shape is distorted, it is the actual situation that such non-spherical particles cannot be experimentally measured in any industrially continuous manner.

【0006】本発明は、上述した従来技術に伴う課題を
解決するためになされたもので、非球形の粒子であって
も簡単にかつ高精度で測定することができる粒子測定装
置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the problems associated with the above-mentioned prior art, and provides a particle measuring apparatus capable of easily and highly accurately measuring non-spherical particles. With the goal.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは、非接触で測定でき、高空間分解能を
有する等の特徴を備えたレーザードップラ流速計を応用
すれば、従来の散乱光強度法と異なり、粒子の影を受光
するときの受光素子のダイナミックレンジを考慮するこ
とがなく、粒径のほぼ二乗に比例する散乱光の強度から
独立した測定が可能となる等の利便性があることことに
着目し、鋭意検討した結果、このレーザードップラ流速
計から測定した粒子速度と、ライン状に配列されたセン
サーから求めた粒子の時系列的な投影形状というデータ
を再構成すれば、前記粒子全体の大きさを簡単に測定で
きることを見出し、この知見に基づき本発明を完成する
に至ったのである。
In order to achieve the above object, the inventors of the present invention have been able to apply a laser Doppler velocimeter having features such as non-contact measurement and high spatial resolution. Unlike the scattered light intensity method described above, it is possible to make an independent measurement from the scattered light intensity proportional to almost the square of the particle size without considering the dynamic range of the light receiving element when receiving the shadow of a particle. As a result of diligent research, focusing on the fact that it is convenient, we reconstructed the data of the particle velocity measured from this laser Doppler velocimeter and the time-series projection shape of particles obtained from the sensors arranged in a line. Then, it was found that the size of the whole particle can be easily measured, and the present invention has been completed based on this finding.

【0008】つまり、本発明に係る粒子測定装置によれ
ば、複数本のレーザー光の光軸を所定の角度でクロスす
ることにより形成した交差部に、一方向的に粒子を通過
させることにより散乱光のドップラー周波数から粒子の
速度を測定する粒子速度検出手段と、前記交差部を通過
する粒子自体が遮ることによって生じる影が投影される
ライン状に配列された複数個のセンサーからなる光電変
換手段と、前記粒子速度検出手段からの粒子速度と、前
記光電変換手段からの粒子の時系列的な投影形状とから
前記粒子全体の大きさを演算し再構成する演算手段とを
有する粒子測定装置である。
That is, according to the particle measuring apparatus of the present invention, the particles are scattered unidirectionally at the intersection formed by intersecting the optical axes of a plurality of laser beams at a predetermined angle. A particle velocity detecting means for measuring the velocity of a particle from the Doppler frequency of light, and a photoelectric conversion means comprising a plurality of sensors arranged in a line on which a shadow produced by blocking the particle itself passing through the intersection is projected. And a particle velocity from the particle velocity detection means, and a calculation means for calculating and reconstructing the size of the entire particle from the time-series projection shape of the particle from the photoelectric conversion means. is there.

【0009】また、光電変換手段は、前記粒子の影をレ
ンズにより拡大して投影するように構成することが好ま
しい。
Further, it is preferable that the photoelectric conversion means is constructed so that the shadow of the particles is enlarged and projected by a lens.

【0010】[0010]

【作用】すなわち、本発明にあっては、複数本のレーザ
ー光がクロスした交差部に粒子を通過させて測定するの
で、粒子形状に依存しない非接触の測定ができ、粒子径
の測定、特にその形状がもたらす粒子挙動への影響の解
析、等価直径の測定、粒子径分布、挙動及びその空間的
分布の解明などにより混相流を作動媒体とするあらゆる
装置に利用でき、粒子形状と流動特性をオンラインによ
り把握し得る。また、粒子の影をレンズにより拡大して
投影すれば、粒子の速度、粒子の体積混合比等の測定も
高い精度で瞬時に測定ができ、この結果、複雑な形状の
非球形粒子を含む機器内の流れを詳細に把握できる。ま
た、透過光ではなく、影を測定するので、粒子の屈折
率、減衰率などの光学的特性が不明の粒子であっても正
確に測定できる。
In other words, in the present invention, particles are passed through an intersection where a plurality of laser beams cross each other for measurement, so that non-contact measurement independent of particle shape can be performed, and measurement of particle diameter, in particular, It can be used for any device that uses a multiphase flow as a working medium by analyzing the effect of its shape on particle behavior, measuring the equivalent diameter, elucidating the particle size distribution, behavior and its spatial distribution. Can be grasped online. In addition, if the shadow of the particle is enlarged and projected by a lens, the velocity of the particle, the volume mixing ratio of the particle, etc. can be measured instantaneously with high accuracy. You can understand the internal flow in detail. Further, since the shadow is measured instead of the transmitted light, even a particle whose optical characteristics such as a refractive index and an attenuation rate are unknown can be accurately measured.

【0011】[0011]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図1は本発明の一実施例に係る粒子測定装置の
概略説明図、図2は光電変換手段の一例を示す説明図、
図3は前記粒子測定装置の制御系のブロック図、図4は
前記粒子測定装置の作用を示すフローチャート、図5は
粒子が交差部を通過する位置と、この位置に対応する投
影形状を示す説明図、図6は前記粒子が交差部を通過す
る位置に対応してフォトダイオードアレイが出力する信
号レベルを示す説明図、図7は前記粒子測定装置により
測定した結果と実際の粒子系との関係を示すグラフであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a schematic explanatory view of a particle measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing an example of photoelectric conversion means,
FIG. 3 is a block diagram of a control system of the particle measuring device, FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the particle measuring device, and FIG. FIG. 6 is an explanatory view showing the signal level output from the photodiode array corresponding to the position where the particles pass through the intersection, and FIG. 7 is the relationship between the result measured by the particle measuring device and the actual particle system. It is a graph which shows.

【0012】本実施例に係る粒子測定装置は、図1に示
すように、2本のレーザー光の光軸が所定の角度でクロ
スされることにより形成された交差部17を一方向的に
通過する粒子の速度を測定するレーザードップラ流速計
からなる粒子速度検出手段10と、前記交差部16を通
過する粒子P自体が遮ることによって生じる影が投影さ
れる光電変換手段20と、前記粒子速度検出手段10か
らの粒子速度および前記光電変換手段20からの粒子P
の時系列的な投影形状から前記粒子全体の大きさを演算
し再構成する演算手段30とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the particle measuring apparatus according to this embodiment unidirectionally passes through an intersection 17 formed by intersecting the optical axes of two laser beams at a predetermined angle. Particle velocity detecting means 10 composed of a laser Doppler velocimeter for measuring the velocity of particles, photoelectric conversion means 20 for projecting a shadow generated by the particles P themselves passing through the intersection 16, and the particle velocity detection. Particle velocity from means 10 and particle P from said photoelectric conversion means 20
The calculation means 30 calculates and reconstructs the size of the entire particle from the time-series projected shape of.

【0013】前記粒子速度検出手段10は、レーザー発
信器11の前方に偏光板12が設けられ、この偏光板1
2により偏光されたレーザー光がビームスプリッタ13
により2つのレーザー光に分岐されるようになってい
る。
The particle velocity detecting means 10 is provided with a polarizing plate 12 in front of the laser oscillator 11, and this polarizing plate 1
The laser light polarized by 2 is the beam splitter 13
Is split into two laser beams.

【0014】各レーザー光は、周波数シフタ14a,1
4b、ビーム方向調節用プリズム15a,15b及び集
光レンズ16を通って2本のレーザー光がクロスするラ
グビーボール状の交差部17を形成し、この交差部17
に粒子Pを一方向的に通過させるようにしている。
Each of the laser beams has a frequency shifter 14a, 1
4b, the beam direction adjusting prisms 15a and 15b, and the condenser lens 16 to form a rugby ball-shaped intersection 17 where two laser beams cross each other.
The particles P are allowed to pass in one direction.

【0015】なお、光学系の配置上、一般的な1光束の
レーザー光からの散乱光は、多重散乱や焦点深度の影響
を非常に大きく受けるために実用化が難しいが、前述の
ように2光束によるLDV光学系を用いれば、これらの
影響が排除でき、実際の流動場に適用しやすいものとな
るのである。
Due to the arrangement of the optical system, the scattered light from a laser beam of a general one light flux is extremely affected by multiple scattering and the depth of focus, which makes it difficult to put it into practical use. By using the LDV optical system based on the light flux, these influences can be eliminated and it becomes easy to apply to an actual flow field.

【0016】この粒子により反射された散乱光は、ドッ
プラー効果により速度に比例した周波数変化が生じる
が、このドップラー周波数は、例えば、アバランシュェ
フォトダイオードをドップラー信号検出用センサー18
として用いることにより検知し、この信号を前記演算手
段30に入力するようにしている。つまり、この反射さ
れた散乱光のドップラー周波数を、散乱光の光ビート信
号として測定すれば、粒子Pの速度を検知することがで
きるのである。
The scattered light reflected by the particles undergoes a frequency change proportional to the velocity due to the Doppler effect. The Doppler frequency is, for example, an avalanche photodiode and a sensor 18 for detecting the Doppler signal.
It is detected by using it as this, and this signal is input to the arithmetic means 30. That is, if the Doppler frequency of the reflected scattered light is measured as an optical beat signal of the scattered light, the velocity of the particle P can be detected.

【0017】一方、前記光電変換手段20は、図1,2
に示すように、前記交差部17を一方向的に通過する粒
子Pの回折光が後述のラインセンサー21上に生成する
写影から粒子Pの投影形状を検出するものである。つま
り、交差部17を一方向的に通過する粒子Pがレーザー
光を遮ることにより生じる影の大きさを測定し、粒子P
の大きさを感知するものである。したがって、粒子Pに
より遮ぎられた部分を除き、粒子Pの周辺部分より発せ
られる回折光をレンズ群L(レンズL1 ,L2,L3 の
総称)よりCCDエリアセンサーあるいはフォトダイオ
ードアレイ等からなるいわゆるラインセンサー21上に
導くようにし、このラインセンサー21により粒子Pの
大きさを感知するようにしている。
On the other hand, the photoelectric conversion means 20 is shown in FIGS.
As shown in FIG. 5, the projection shape of the particle P is detected from the projection generated by the diffracted light of the particle P passing through the intersection 17 in one direction on the line sensor 21, which will be described later. That is, the size of the shadow generated by the particle P passing the intersection 17 in one direction blocking the laser light is measured, and the particle P is measured.
It senses the size of. Therefore, except for the portion shielded by the particles P, the so-called line composed of a CCD area sensor or a photodiode array or the like is used for the diffracted light emitted from the peripheral portion of the particles P from the lens group L (collective term of the lenses L1, L2, L3) The line sensor 21 guides the particle P onto the sensor 21, and the size of the particle P is detected by the line sensor 21.

【0018】このラインセンサー21は、個々独立の複
数の素子が直線的に配置されたもので、各素子は感知し
た光に応じて光電変換し、この変換された電気量をアナ
ログマルチプレクサ22(CCDセンサーの場合には不
要)及びA/Dコンバータ23等を介して前記演算手段
30に入力するようにしている。
The line sensor 21 has a plurality of independent elements arranged linearly. Each element photoelectrically converts the detected light, and the converted electric quantity is converted into an analog multiplexer 22 (CCD). It is unnecessary in the case of a sensor) and is input to the arithmetic means 30 via the A / D converter 23 and the like.

【0019】前記演算手段30は、前記粒子速度検出手
段10からの粒子速度および前記光電変換手段20から
の粒子Pの時系列的な投影Sの形状から前記粒子全体の
大きさを演算し再構成するものである。例えば、粒子速
度検出手段10からの粒子の速度に基づいて測定間隔を
決定し、各測定間隔毎に粒子の大きさを時系列的に特定
し、粒子全体の大きさを演算するようにしている。
The calculating means 30 calculates and reconstructs the size of the entire particle from the particle velocity from the particle velocity detecting means 10 and the shape of the time-series projection S of the particle P from the photoelectric converting means 20. To do. For example, the measurement interval is determined based on the particle velocity from the particle velocity detection means 10, the size of the particle is specified in time series at each measurement interval, and the size of the entire particle is calculated. .

【0020】この演算手段30は、図3に示すような制
御系を有している。前記ラインセンサー21が感知した
光は、各素子が光電変換し、その電気量がバッファ増幅
器31に入力され、アナログマルチプレクサ22により
その取りだし順が整理されてA/Dコンバータ23に入
力され、アドレスコントローラ32により指定されたス
タティックメモリ33内の所定の場所に記憶される。ス
タックメモリ33内のデータは、トリガー回路34から
の指令によりデータバス35を通ってバッファ36を介
してホストコンピュータ37に入力されるようになって
いる。
The calculation means 30 has a control system as shown in FIG. The light sensed by the line sensor 21 is photoelectrically converted by each element, and the quantity of electricity is input to the buffer amplifier 31, the extraction order is arranged by the analog multiplexer 22 and input to the A / D converter 23, and the address controller It is stored in a predetermined place in the static memory 33 designated by 32. The data in the stack memory 33 is adapted to be input to the host computer 37 through the data bus 35 and the buffer 36 in response to a command from the trigger circuit 34.

【0021】なお、図3中において、符号「38」はI
/Oコントローラである。
In FIG. 3, reference numeral "38" is I.
/ O controller.

【0022】次に、前記実施例の作用を説明する。Next, the operation of the above embodiment will be described.

【0023】レーザー発信器11から発せられたレーザ
ー光は、偏光板12により偏光された後、ビームスプリ
ッタ13により2つのレーザー光に分岐され、2本のレ
ーザー光は、それぞれ周波数シフタ14a,14b、ビ
ーム方向調節用プリズム15a,15b及び集光レンズ
16を通ってクロスし、交差部17が形成される。
The laser beam emitted from the laser oscillator 11 is polarized by the polarizing plate 12 and then split into two laser beams by the beam splitter 13, and the two laser beams are respectively frequency shifters 14a and 14b. The beam-direction adjusting prisms 15a and 15b and the condenser lens 16 are crossed to form an intersecting portion 17.

【0024】そして、この交差部17内を粒子Pが上方
から下方あるいは下方から上方に向かって一方向的に通
過すると、この粒子Pにより反射された散乱光の周波数
がドップラー効果により速度に比例して周波数が変化す
るので、このドップラー周波数を散乱光の光ビート信号
としてセンサー18により検知し(S1)、これを図4
に示すように、演算手段30のホストコンピュータ37
のメモリに入力する(S2)。このホストコンピュータ
31には、予め周波数データが入力されているので、こ
の周波数データと前記センサー18が検知したドップラ
ー信号が比較することにより粒子Pの速度を算出する
(S3)。この粒子Pの速度データはホストコンピュー
タ37に記憶される。
When the particles P pass through the intersection 17 unidirectionally from above to below or from below to above, the frequency of the scattered light reflected by the particles P is proportional to the velocity due to the Doppler effect. As the frequency changes, the Doppler frequency is detected by the sensor 18 as an optical beat signal of scattered light (S1).
As shown in FIG.
(S2). Since frequency data is input to the host computer 31 in advance, the velocity of the particle P is calculated by comparing this frequency data with the Doppler signal detected by the sensor 18 (S3). The velocity data of the particles P is stored in the host computer 37.

【0025】一方、前記交差部17を一方向的に通過す
る粒子Pは、その回折光がレンズ群Lにより拡大され、
ラインセンサー21上に写影を生成する。したがって、
粒子Pの挙動は全て拡大して表示されることになるの
で、粒子の速度、粒子の体積混合比等の測定も高い精度
で測定でき、例えば、複雑な形状の非球形粒子を含む機
器内の流れであっても、これを詳細に把握できることに
なる。
On the other hand, the diffracted light of the particle P passing through the intersection 17 in one direction is magnified by the lens group L,
A projection is generated on the line sensor 21. Therefore,
Since the behaviors of the particles P are all displayed in an enlarged manner, it is possible to measure the velocity of particles, the volume mixing ratio of particles, and the like with high accuracy. Even if it is a flow, it will be possible to grasp this in detail.

【0026】特に、ラインセンサー21は、例えば光電
素子等が直状に配置されたものであるので、ラインセン
サー21自体は粒子Pの影の一部のみを検知することに
なるが、粒子Pは、交差部17内を一方向的に通過する
ので、ラインセンサー21上の影は刻々と変化し、時系
列的に粒子Pの影を詳細に検知することになる。
In particular, since the line sensor 21 has photoelectric elements and the like arranged in a straight line, the line sensor 21 itself detects only a part of the shadow of the particle P, but the particle P is Since the light passes through the intersection 17 in one direction, the shadow on the line sensor 21 changes every moment, and the shadow of the particle P is detected in detail in time series.

【0027】ラインセンサー21の各素子は、感知した
光に応じてそれぞれ独立に光電変換し、変換された電気
量がバッファ増幅器31に所定時間ごとに時系列的に入
力される(S4)。
Each element of the line sensor 21 independently performs photoelectric conversion according to the sensed light, and the converted quantity of electricity is time-sequentially input to the buffer amplifier 31 every predetermined time (S4).

【0028】このようにして光電変換された電気量がバ
ッファ増幅器31に入力されると、図3に示すように、
アナログマルチプレクサ22により順番が整理されて取
り出され、各素子の電気量がA/Dコンバータ23を介
してアドレスコントローラ32により指定されたスタテ
ィックメモリ33内の所定の場所に記憶される。このス
タックメモリ33内のデータは、トリガー回路34から
の指令によりデータバス35を通ってバッファ38を介
してホストコンピュータ37に出力されることになる。
When the amount of electricity photoelectrically converted in this way is input to the buffer amplifier 31, as shown in FIG.
The analog multiplexer 22 takes out the data in order, and the electric quantities of the respective elements are stored in a predetermined location in the static memory 33 designated by the address controller 32 via the A / D converter 23. The data in the stack memory 33 is output to the host computer 37 through the data bus 35 and the buffer 38 in response to a command from the trigger circuit 34.

【0029】ホストコンピュータ37では、S3のステ
ップにおいて算出された粒子Pの速度と、S4のステッ
プにおいて入力された所定時間ごとの光電変換後の電気
量とに基づいて、粒子Pの形状を再構成する処理を行
う。具体的には、ラインセンサー21を構成する各素子
の内、光電変換後の電気量が少なかった素子(写影が生
成された素子)が何個あるかが時系列的に入力されたす
べての電気量に対して算出され、時系列に入力された粒
子の水平方向(通過方向に対して直角な方向)の切断径
を算出する。
In the host computer 37, the shape of the particle P is reconstructed on the basis of the speed of the particle P calculated in the step S3 and the quantity of electricity after photoelectric conversion every predetermined time input in the step S4. Perform processing to Specifically, among all the elements forming the line sensor 21, the number of elements (elements for which a mapping has been generated) having a small amount of electricity after photoelectric conversion is input in time series. The cutting diameter in the horizontal direction (direction perpendicular to the passing direction) of the particles, which is calculated with respect to the amount of electricity and is input in time series, is calculated.

【0030】次に、この時系列ごとに算出された切断径
を算出された速度を参照しながら繋ぎ合わせる処理が行
なわれる。以上の処理によって写影された粒子のおおよ
その形状が再構成されることになる(S5)。
Next, a process of connecting the cutting diameters calculated for each time series with reference to the calculated speed is performed. The approximate shape of the projected particles is reconstructed by the above processing (S5).

【0031】この処理において、粒子Pの正確な大きさ
を算出するに当り問題となるのは、粒子Pが交差部17
に対してどの位置を通過するかである。つまり、粒子P
が交差部17の中心位置を通過すれば、後述する図5か
らも明らかなように、S5のステップにおいて算出され
た形状の補正の必要は生じないが、この位置から外れた
場合には、写影の形態が異なることによる補正を行なう
必要が生じてくるからである。
In this process, the problem in calculating the accurate size of the particles P is that the particles P intersect at the intersection 17
Which position to pass. That is, the particle P
When passes through the center position of the intersection 17, it is not necessary to correct the shape calculated in step S5, as will be apparent from FIG. 5 described later. This is because it becomes necessary to make corrections due to different shadow forms.

【0032】ここに、粒子Pがレーザー光を遮ることに
より生じる影の状態とラインセンサー21が感知した光
に応じて出力される電気量との関係を略示すれば、図5
及び図6のようになっている。
The relationship between the shadow state caused by the particle P blocking the laser light and the quantity of electricity output according to the light sensed by the line sensor 21 is schematically shown in FIG.
And is as shown in FIG.

【0033】例えば、図5(a)に示すように、球形の
粒子Pが交差部17の中心部分を通過したときには、影
Sの状態は真円になり明確にその大きさが分かる。この
場合、ラインセンサー21が感知した光に応じて出力さ
れる電気量は、図6(a)に示すように中央部分のセン
サーのみが低いレベルの電気量を出力することになる。
For example, as shown in FIG. 5 (a), when the spherical particle P passes through the central portion of the intersection 17, the state of the shadow S becomes a perfect circle and its size can be clearly seen. In this case, as for the quantity of electricity output according to the light sensed by the line sensor 21, only the sensor in the central portion outputs a low level quantity of electricity as shown in FIG. 6A.

【0034】図5(b)に示すように、前記球形の粒子
Pが交差部17の中心部分より多少ずれた位置を通過し
たときには、影Sの状態は薄い丸い影が2つと、そのオ
ーバーラップした濃い影とが生じる。したがって、図6
(b)に示すように、中央の僅かな部分のセンサーのみ
が低いレベルの電気量を出力し、その両側のセンサーは
中間レベルの電気量を出力することになる。
As shown in FIG. 5B, when the spherical particle P passes through a position slightly deviated from the center of the intersection 17, the shadow S has two thin round shadows and their overlaps. There is a dark shadow. Therefore, FIG.
As shown in (b), only the sensor in the small portion in the center outputs a low level electricity quantity, and the sensors on both sides thereof output an intermediate level electricity quantity.

【0035】図5(c)に示すように、前記球形の粒子
Pが交差部17よりかなりずれた位置を通過したときに
は、影Sの状態は2つの独立した薄い影が生じる。した
がって、図6(c)に示すように、中央から多少離間し
た位置にあるセンサーが中間レベルの電気量を出力す
る。
As shown in FIG. 5 (c), when the spherical particle P passes through a position that is considerably displaced from the intersection 17, the shadow S state has two independent light shadows. Therefore, as shown in FIG. 6C, the sensor located at a position slightly separated from the center outputs an intermediate level electricity quantity.

【0036】ホストコンピュータ37は、上記のような
粒子Pの通過位置の相違に伴う影Sの状態の相違をS5
のステップにおいて再構成された形状から認識する。ホ
ストコンピュータ37には、図2に示した光学系の焦点
深度に関するデータが予め入力されているので、再構成
された形状とこの焦点深度とに基づいて粒子Pの通過位
置が算出される(S6)。
The host computer 37 determines the difference in the state of the shadow S due to the difference in the passing position of the particle P as described above by S5.
Recognize from the shape reconstructed in the step. Since the host computer 37 is preliminarily input with the data relating to the depth of focus of the optical system shown in FIG. 2, the passage position of the particle P is calculated based on the reconstructed shape and this depth of focus (S6). ).

【0037】次に、S5のステップにおいて算出された
粒子Pの写影の大きさ、形状、およびS6のステップに
おいて算出された粒子Pの通過位置並びに、予め入力さ
れている焦点深度とに基づいて、最終的に粒子Pの等価
直径、粒子形状を演算する。以上の処理によって粒子P
全体の形状、大きさが分かることになる(S7)。
Next, based on the size and shape of the projection of the particle P calculated in the step S5, the passing position of the particle P calculated in the step S6, and the depth of focus previously input. Finally, the equivalent diameter of the particle P and the particle shape are calculated. Through the above processing, the particles P
The overall shape and size will be known (S7).

【0038】このようにして測定された粒子P全体の大
きさと、実際にこの粒子Pを顕微鏡等を用いて測定した
結果とを比較すれば、図7に示すようになる。図7は横
軸が顕微鏡等を用いて測定した粒子Pの大きさであり、
縦軸が本発明に係る粒子測定装置により測定した粒子P
の大きさである。この図7より明らかなように、両測定
値の結果はほぼ1:1の関係となっており、精度的にも
極めて好ましい測定結果が得られていることが分かる。
The size of the whole particle P measured in this way is compared with the result of actual measurement of the particle P using a microscope or the like, as shown in FIG. In FIG. 7, the horizontal axis represents the size of the particle P measured using a microscope,
The vertical axis indicates the particle P measured by the particle measuring device according to the present invention.
Is the size of. As is clear from FIG. 7, the results of both measured values have a relationship of approximately 1: 1, and it can be seen that extremely favorable measuring results are obtained in terms of accuracy.

【0039】前述のごとく、粒子Pの大きさが測定でき
るということは、例えば、粒子Pの等価直径を知る場
合、あるいは粒子が存在する空間分布を知る場合も容易
となる。等価直径を知る場合には、算出された粒子の投
影形状の面積に等しい円の直径を計算により求めればよ
く、空間分布を知る場合には、投影された粒子の影の位
置と、焦点深度の情報から粒子の通過位置を三次元的に
求めればよく、この通過位置の情報から粒子濃度、体積
混合率も算出できる。
As described above, the fact that the size of the particle P can be measured becomes easy, for example, when the equivalent diameter of the particle P is known, or when the spatial distribution in which the particle exists is known. To know the equivalent diameter, the diameter of a circle equal to the calculated projected area of the particle can be calculated.To know the spatial distribution, the shadow position of the projected particle and the depth of focus The passing position of the particles may be obtained three-dimensionally from the information, and the particle concentration and volume mixing ratio can be calculated from the information of the passing position.

【0040】さらに、本実施例では、レーザー光からの
直接入射されるときの入射光の強度を、光電変換装置へ
の入射光の最大強度としているので、粒子の影を受光す
るときの受光素子のダイナミックレンジを考慮すること
がなく、素子数さえ増やせば、測定対象の粒子の大きさ
の範囲を任意に設定できるというメリットに加えて、粒
径のほぼ二乗に比例する散乱光の強度から独立した測定
が可能となるというメリットもある。
Further, in the present embodiment, the intensity of the incident light when it is directly incident from the laser light is set to the maximum intensity of the incident light to the photoelectric conversion device, so that the light receiving element for receiving the shadow of the particle is received. In addition to the advantage that the range of particle size to be measured can be set arbitrarily by increasing the number of elements without considering the dynamic range of, it is independent of the scattered light intensity that is almost proportional to the square of the particle size. There is also an advantage that it is possible to perform the measurement.

【0041】なお、前記ラインセンサー21上に集光さ
れる光が、ラインセンサー21の範囲を逸脱するような
ことがあれば、前記レンズ群Lの拡大率を適宜調整し、
当接する光の範囲を調節すればよい。
If the light condensed on the line sensor 21 deviates from the range of the line sensor 21, the magnification of the lens group L is adjusted appropriately,
It suffices to adjust the range of abutting light.

【0042】上述したものは、本発明の好ましい実施例
であるが、本発明は、この実施例のみに限定されるもの
ではなく、特許請求の範囲内で種々の変更が可能であ
る。例えば、本発明は、2本のレーザー交線により交差
部を形成するのみでなく、さらに多数のレーザー交線に
より交差部を形成しても良い。また、前記実施例では、
レンズ群Lを使用しているが、粒子Pの大きさによって
は、レンズ群Lは必ずしもなくても良い。
Although the above is a preferred embodiment of the present invention, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made within the scope of the claims. For example, in the present invention, not only the intersecting portion is formed by two laser intersecting lines, but also the intersecting portion may be formed by a larger number of laser intersecting lines. Further, in the above embodiment,
Although the lens group L is used, depending on the size of the particle P, the lens group L is not always necessary.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、下
記のような優れた効果を奏する。
As described above, according to the present invention, the following excellent effects are obtained.

【0044】a)粒子形状に依存しない非接触の測定が
可能となる。
A) Non-contact measurement independent of particle shape is possible.

【0045】b)他の光学測定法に比し、数倍から数1
0倍高い精度で測定ができる。
B) Several times to several times that of other optical measurement methods
Measurement can be performed with 0 times higher accuracy.

【0046】c)粒子の屈折率、減衰率などの光学的特
性が不明の粒子であっても正確に測定できる。
C) Particles whose optical characteristics such as refractive index and attenuation rate are unknown can be measured accurately.

【0047】d)空気分解能が数μm以下での非常に精
密な粒子濃度測定も時系列的に行なうことができる。
D) A very precise particle concentration measurement with an air resolution of several μm or less can be performed in time series.

【0048】e)従来写真撮影などが用いられてきた浮
遊微粒子の速度、体積混合比等の測定を瞬時に行なうこ
とができ、複雑な形状の非球形粒子を含む機器内の流れ
を詳細に把握できることなる。
E) It is possible to instantaneously measure the velocity, volume mixing ratio, etc. of suspended fine particles, which have been conventionally used for photography, etc., and to grasp the flow in the equipment containing aspherical particles of complicated shape in detail. It will be possible.

【0049】f)粉体製造過程などにおいて実施されて
いる品質管理を行なう場合にも、高い信頼性をもってオ
ンライン化でき、工業的に極めて利便の高いものとな
る。
F) Even when quality control is carried out in the powder manufacturing process or the like, it can be made online with high reliability, which is extremely convenient industrially.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の一実施例に係る粒子測定装置の概略
説明図である。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a particle measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】 光電変換手段の一例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of photoelectric conversion means.

【図3】 同実施例の粒子測定装置の制御系のブロック
図である。
FIG. 3 is a block diagram of a control system of the particle measuring device according to the embodiment.

【図4】 同実施例の粒子測定装置の作用を示すフロー
チャートである。
FIG. 4 is a flow chart showing an operation of the particle measuring device of the embodiment.

【図5】 粒子が交差部を通過する位置と、この位置に
対応する投影形状を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a position where particles pass through an intersection and a projected shape corresponding to this position.

【図6】 粒子が交差部を通過する位置に対応してフォ
トダイオードアレイが出力する信号レベルを示す説明図
である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a signal level output from a photodiode array corresponding to a position where particles pass through an intersection.

【図7】 同実施例の粒子測定装置により測定した結果
と実際の粒子系との関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a result measured by the particle measuring apparatus of the same example and an actual particle system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…粒子速度検出手段、 17…交差部、
20…光電変換手段、 21…ラインセ
ンサー、30…演算手段、 L…
レンズ、P…粒子、 S…
影。
10 ... Particle velocity detecting means, 17 ... Intersection,
20 ... Photoelectric conversion means, 21 ... Line sensor, 30 ... Calculation means, L ...
Lens, P ... Particle, S ...
Shadow.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数本のレーザー光の光軸を所定の角度
でクロスすることにより形成した交差部に、一方向的に
粒子を通過させることにより生じる散乱光のドップラー
周波数から粒子の速度を測定する粒子速度検出手段と、 前記交差部を通過する粒子自体が遮ることによって生じ
る影が投影されるライン状に配列された複数個のセンサ
ーからなる光電変換手段と、 前記粒子速度検出手段からの粒子速度と、前記光電変換
手段からの粒子の時系列的な投影形状とから前記粒子全
体の大きさを演算し再構成する演算手段とを有する粒子
測定装置。
1. The velocity of particles is measured from the Doppler frequency of scattered light generated by passing particles unidirectionally at the intersection formed by intersecting the optical axes of a plurality of laser beams at a predetermined angle. Particle velocity detecting means, photoelectric conversion means composed of a plurality of sensors arranged in a line on which a shadow generated by blocking the particles themselves passing through the intersection is projected, and particles from the particle velocity detecting means A particle measuring device having a speed and a calculation means for calculating and reconstructing the size of the entire particle from the time-series projection shape of the particle from the photoelectric conversion means.
【請求項2】 前記光電変換手段は、前記粒子の影をレ
ンズにより拡大して投影するようにした請求項1に記載
の粒子測定装置。
2. The particle measuring device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion means enlarges and projects a shadow of the particle by a lens.
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