JPH08128942A - 粒度分布測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の装置に比してより低濃度の試料でも十
分に測定可能なレーザ回折／散乱式粒度分布測定装置を
提供する。 【構成】 被測定粒子群の存在していない状態での光強
度分布データを各角度ごとに記憶する記憶手段１０ａ
と、その各記憶内容をアナログ化して、それぞれ該当の
光センサ５ａ〜５ｎの出力からアンプ７ａ〜７ｎの前段
で減算する回路手段１１ａ〜１１ｎ、１２ａ〜１２ｎを
設け、アンプ７ａ〜７ｎに被測定粒子群による純粋な回
折／散乱光の強度信号を供給するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ回折／散乱式の粒
度分布測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ回折／散乱式の粒度分布測定装置
においては、一般に、分散飛翔状態の被測定粒子群に平
行なレーザ光を照射することによって得られる回折／散
乱光を、複数の回折／散乱角の位置に置かれた光センサ
群によって受光することによって、回折／散乱光の空間
強度分布を測定し、その光強度分布データを、ミーの散
乱理論ないしはフラウンホーファ回折理論に基づく演算
によって、被測定粒子群の粒度分布分布に換算する。

【０００３】このような粒度分布測定装置においては、
各光センサからの出力は、通常、各センサに対応して設
けられたプリアンプおよびアンプで増幅された後、マル
チプレクサを介してＡ−Ｄ変換器に導入され、光強度分
布データとしてコンピュータに取り込まれる。

【０００４】ここで、被測定粒子群の測定中において各
光センサに入力する光は、被測定粒子群による回折／散
乱光ばかりでなく、測定光学系の各種光学要素からでる
迷光（散乱光）が含まれているとともに、各アンプの出
力信号には、自らのオフセット値や光センサのオフセッ
ト値等が含まれている。従って、コンピュータに取り込
まれる光強度分布データは、被測定粒子群による純粋な
回折／散乱光強度分布データとはならない。そこで、こ
れらを除去して純粋な回折／散乱光の強度分布の信号成
分のみを取り出すため、従来、実際の測定に先立ち、被
測定粒子群を供給しない状態における光強度分布デー
タ、いわゆるブランク値データを測定して記憶してお
き、被測定粒子群の供給状態での光強度分布データから
そのブランク値データをソフト的に減算し、粒度分布の
演算に供している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ブランク値
は前記したように光センサやアンプのオフセット値と、
各種光学要素からでる迷光によるものの合計値である
が、試料濃度、つまり分散媒中における被測定粒子群の
濃度が、例えばｐｐｍオーダー等のように低くなると、
各光センサに入射する回折／散乱光の強度は迷光より小
さくなってしまう。このような微弱な回折／散乱光しか
得られない状況において、十分な信号レベルを得るため
には、照射レーザ光強度を上げるか、アンプのゲインを
上げるという対策が考えられるが、これらはいずれも、
Ａ−Ｄ変換器にはその入力レンジに制約があるために採
用することはできない。従って、この種の粒度分布測定
装置では、従来、試料濃度がある濃度より低くなると測
定が不可能になるという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、従来の装置に比してより
低濃度の試料でも十分に測定が可能なレーザ回折／散乱
式粒度分布測定装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、実施例図面である図１を参照しつつ説明す
ると、本発明の粒度分布測定装置は、分散状態の被測定
粒子群に平行レーザ光を照射することによって得られる
回折／散乱光を、複数の回折／散乱角の位置にそれぞれ
配置された光センサ５ａ〜５ｎによって受光し、その各
光センサ５ａ〜５ｎの出力をそれぞれプリアンプ６ａ〜
６ｎおよびアンプ７ａ〜７ｎを介して増幅した後、デジ
タル化（Ａ−Ｄ変換器９）して演算部１０に取り込み、
その回折／散乱光強度分布データを用いて被測定粒子群
の粒度分布を算出する装置において、被測定試料の存在
していない状態での各角度ごとの光強度データを個別に
記憶する記憶手段１０ａと、その各記憶内容をアナログ
化して、それぞれ該当の光センサの出力からアンプの前
段で減算する回路手段１１ａ〜１１ｎ、１２ａ〜１２ｎ
を備えていることによって特徴づけられる。

【０００８】

【作用】被測定粒子群からの回折／散乱光を受光した状
態での各光センサ５ａ〜５ｎからの出力信号は、記憶手
段１０ａに記憶されているそれぞれのブランク値を減算
された後、各アンプ７ａ〜７ｎによって増幅される。す
なわち、各アンプ７ａ〜７ｎは被測定粒子群による回折
／散乱光強度の信号成分のみを増幅することになり、Ａ
−Ｄ変換器９の入力レンジに応じてアンプゲインを適宜
に設定することによって、微弱な回折／散乱光しか得ら
れない状態でも高分解能のもとに回折／散乱光強度分布
データを得ることが可能となる。

【０００９】ここで、レーザ回折／散乱式粒度分布測定
に際して粒度分布の算出に必要なのは、各回折／散乱角
における光強度の分布、つまり各角度ごとの相対的な光
強度情報であり、光強度の絶対値は必要ではない。よっ
て本発明のように純粋な光強度信号のみを増幅する場合
には、アンプゲインを必要に応じて任意に変化させても
何ら問題はない。

【００１０】

【実施例】図１は本発明実施例の全体構成図で、湿式測
定に適用した場合の例を示している。

【００１１】被測定粒子群は媒液中に均一に分散されて
懸濁液の状態で試料セル１内を流される。試料セル１は
透明材料によって形成されたセルであって、このセル１
を介して、流動状態の被測定粒子群の懸濁液に平行レー
ザビームが照射される。この平行レーザビームは、半導
体レーザ２からの出力ビームをレンズ３ａ、スリット３
ｂおよびコリメータレンズ３ｃからなるビーム成形光学
系３を通過させることによって作られる。

【００１２】試料セル１を挟んでビーム成形光学系３と
反対側には集光レンズ４を介してリングデテクタ５が配
設されており、試料懸濁液に平行レーザビームを照射す
ることによって得られる回折／散乱光は、集光レンズ４
によってリングデテクタ５の受光面上に集光され、そこ
に回折／散乱像を結ぶ。

【００１３】リングデテクタ５は、集光レンズ４の光軸
上の一点を中心として、互いに半径の異なる複数のリン
グ状ないしは半リング状の受光面を持つ複数のフォトダ
イオード５ａ〜５ｎが同心円状に配設された公知のもの
で、その各フォトダイオード５ａ〜５ｎの出力から被測
定粒子群による回折／散乱光の空間強度分布を知ること
ができる。

【００１４】各フォトダイオード５ａ〜５ｎの出力は、
それぞれに対応して設けられたプリアンプ６ａ〜６ｎを
介してアンプ７ａ〜７ｎに入力されて増幅された後、マ
ルチプレクサ８を介して順次Ａ−Ｄ変換器９に供給さ
れ、デジタル化された後にコンピュータ１０に取り込ま
れる。各アンプ７ａ〜７ｎはゲイン可変のアンプであっ
て、これらの各ゲインはコンピュータ１０からの制御信
号によって設定されるようになっている。

【００１５】コンピュータ１０は以上のようにして取り
込んだ各フォトダイオード５ａ〜５ｎからの出力に基づ
く回折／散乱光強度分布データを用いて、ミー散乱理論
ないしはフラウンフォーファ回折理論に基づく公知のア
ルゴリズムによって、被測定粒子群の粒度分布を算出す
るが、このコンピュータ１０のメモリ１０ａには、後述
するブランク値データを各角度成分ごとに記憶するエリ
アが設定されている。

【００１６】前記した各アンプ７ａ〜７ｎに対応して、
それぞれＤ−Ａ変換器１１ａ〜１１ｎが配設されてお
り、この各Ｄ−Ａ変換器１１ａ〜１１ｎからのアナログ
出力は、それぞれ各アンプ７ａ〜７ｎの入力段に設けら
れた信号加算点１２ａ〜１２ｎに供給され、後述するよ
うに、各アンプ７ａ〜７ｎの入力からブランク値が減算
される。そして、各Ｄ−Ａ変換器１１ａ〜１１ｎへのデ
ジタル入力は、コンピュータ１０からから供給される。

【００１７】図２はコンピュータ１０に書き込まれたプ
ログラムの内容に基づく本発明実施例の動作手順を表す
フローチャートで、以下、この図を参照しつつ本発明実
施例の作用を述べるまず、実際の測定に先立ち、各Ｄ−
Ａ変換器１１ａ〜１１ｎへの入力を全て０とするととも
に、試料セル１内に媒液のみを流し、その状態でＡ−Ｄ
変換器９からの各角度ごとのデータを読み込む。このデ
ータは、各角度ごとのブランク値を表すことになる。こ
の各角度ごとのブランク値は、前記したメモリ１０ａに
個別に記憶される。

【００１８】コンピュータ１０は、このようにして記憶
した各角度ごとのブランク値データに、それぞれ一定の
係数を乗じた値を、各角度に対応するＤ−Ａ変換器１１
ａ〜１１ｎのデジタル入力に供給して、各信号加算点１
２ａ〜１２ｎにそれぞれのブランク値に比例したアナロ
グ信号を供給する。これにより、各アンプ７ａ〜７ｎの
入力から、それぞれのブランク値に比例した大きさ信号
が減算されることになる。

【００１９】その状態でＡ−Ｄ変換器９からの各角度ご
とのデータを読み込み、全てのデータが０になっている
か否かを判別して、０でないものがある場合には、Ｄ−
Ａ変換器１１ａ〜１１ｎのうち該当のもののみ、ブラン
ク値データに乗ずる係数を変更してデジタル入力を再設
定する。この動作は全ての角度のＡ−Ｄ変換データが０
になるまで繰り返される。試料セル１内に媒液のみを流
した状態での全角度のＡ−Ｄ変換データが０になれば、
全ての角度のデータから正確にブランク値が減算されて
いることを意味し、その状態における各Ｄ−Ａ変換器１
１ａ〜１１ｎへのデジタル入力値を保持したまま、実際
の回折／散乱光の強度分布測定に移行する。

【００２０】実際の回折／散乱光の強度分布測定に際し
ては、媒液中に被測定粒子群を分散させた懸濁液を試料
セル１内に流した状態で、Ａ−Ｄ変換器９から各角度ご
とのデータを読み込む。そして、そのデータが、Ａ−Ｄ
変換器９への入力信号の大きさが、十分な分解能を得る
のに適した大きさとなるよう、アンプ７ａ〜７ｎのゲイ
ンを調整すべく制御信号を供給する。ここで、この状態
でアンプ７ａ〜７ｎによって増幅される信号は、被測定
粒子群による純粋な回折／散乱光の検出信号となってい
るから、この各アンプ７ａ〜７ｎのゲイン調整は、全て
のアンプ７ａ〜７ｎが同一のゲインを維持した状態で行
われる限り、Ａ−Ｄ変換器９の入力レンジに最も適した
大きさとなるように自由に行うことができる。

【００２１】なお、以上の実施例では、回折／散乱光強
度を測定するための光センサ群として、リングデテクタ
５のみによって行ったが、リングデテクタ５に加えて側
方散乱光ないしは後方散乱光強度を測定するための光セ
ンサを追加してもよいし、あるいはリングデテクタ５に
代えて、各角度ごとに他の形態の光センサ群を設けても
よいことは勿論である。

【００２２】また、以上の実施例では、各アンプ７ａ〜
７ｎのゲインをコンピュータ１０からの指令によって自
動的に変化させる例を示したが、本発明はこれに限定さ
れることなく、アンプゲインについては回折／散乱光デ
ータの大きさに基づいて人為的に変化させるように構成
することも可能であり、更には、特にある種の低濃度試
料を専用的に測定する粒度分布測定装置にあっては、ア
ンプゲインをその試料の測定に適する程度の値に固定し
たものとすることとも可能である。

【００２３】更に、本発明は上記したような湿式測定の
ほかに、被測定粒子群の分散媒として空気等の気体を用
いる、いわゆる乾式測定にも同様に適用し得ることは言
うまでもない。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
各角度ごとのブランク値を記憶しておくとともに、実際
の回折／散乱光強度の測定に際しては、各アンプの前段
でその記憶値をアナログ信号の形で光強度検出信号から
減算するから、各アンプは被測定粒子群による純粋な回
折／散乱光の信号成分のみを増幅することになり、各ア
ンプゲインを適宜に調整することによって、微弱な回折
／散乱光しか発生しないような低濃度試料でも十分な分
解能のもとに回折／散乱光強度分布データを採取するこ
とができる。その結果、従来の装置に比してより広い濃
度範囲での測定が可能となり、特に、試料濃度を調整で
きないような試料や、被測定粒子量が少ない場合に極め
て有効である。また、広い濃度範囲での測定が可能とな
るということは、自動化装置において使用する場合、試
料の前処理（濃度調整）が容易になるという効果にも繋
がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の全体構成図

【図２】そのコンピュータ１０に書き込まれたプログラ
ムの内容に基づく、本発明実施例の動作手順を示すフロ
ーチャート

【符号の説明】

１ 試料セル ２ 半導体レーザ ３ ビーム成形光学系 ４ 集光レンズ ５ リングデテクタ ６ａ〜６ｎ プリアンプ ７ａ〜７ｎ アンプ ８ マルチプレクサ ９ Ａ−Ｄ変換器 １０ コンピュータ １１ａ〜１１ｎ Ｄ−Ａ変換器 １２ａ〜１２ｎ 信号加算点

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分散状態の被測定粒子群に平行レーザ光
   を照射することによって得られる回折／散乱光を、複数
   の回折／散乱角の位置にそれぞれ配置された光センサに
   よって受光し、その各光センサの出力をそれぞれプリア
   ンプおよびアンプを介して増幅した後、デジタル化して
   演算部に取り込み、その回折／散乱光強度分布データを
   用いて被測定粒子群の粒度分布を算出する装置におい
   て、被測定試料の存在していない状態での各角度ごとの
   光強度データを個別に記憶する記憶手段と、その各記憶
   内容をアナログ化して、それぞれ該当の光センサの出力
   からアンプの前段で減算する回路手段を備えていること
   を特徴とする粒度分布測定装置。