JPH0875648A

JPH0875648A - 流体の光透過量を測定する装置

Info

Publication number: JPH0875648A
Application number: JP32715194A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Katsube; 光男勝部; Yoshiaki Tatsumi; 喜章辰巳; Tatsuya Togo; 達也藤後
Original assignee: Opt KK
Current assignee: Opt KK
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1996-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】試料を入れるセルを用いず、小型軽量であっ
て持ち運びが容易であり、測定現場において直接水中に
投入するだけ、あるいは配管途中に組み込んで光透過量
を測定することができ、時間的に変化する場合にも連続
かつ自動的に光透過量を測定し、記録または伝送するこ
とができ、しかも構造が簡単で非常に安価な流体の光透
過量を測定する装置を提供する。【構成】投光面と受光面とが所定の距離を隔てて対向
し、また、この投光面から受光面に至る平行光芒の横断
面形状が略方形となるよう光学系を配設し、また、受光
素子の出力信号と基準信号受光素子の出力信号との比を
演算する演算手段と、その演算手段の演算結果により、
濁度あるいは透視度を求める変換手段およびそれらを表
示する表示部を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生活用水、産業用水、
海洋、河川、湖沼、粉塵、砂塵の舞う空気等の、流体の
光透過量を測定する装置に関し、例えば、試料水を採取
することなく現場で直接測定することのできるポータブ
ル型の濁度計、透明度計、透視度計等、また、配管に組
込みプロセス系の自動測定用途に利用しうるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】工業用水試験方法に関するＪＩＳ規定に
よれば、濁度とは、水の濁りの程度を示すもので、精製
カオリン１ｍｇを水１ｌ中に含む場合の濁りを１度（ま
たは１ｐｐｍ）とすると定義されている。

【０００３】この精製カオリンを用いる標準液を作る方
法がＪＩＳに規定されているが、カオリンの産地、精製
方法等により濁度にばらつきが生じ、作られた標準液の
濁度が経時変化するため標準液として用いうる時間帯が
限られるなど、測定器の較正に用いる場合でさえ絶対的
でかつ正確な基準を与えるものではない。

【０００４】普及している濁度計のひとつに、積分球式
濁度計がある。これは、試料をセルの一側面から平行光
線で照射し、試料の透過光量Ｉ₁と、試料による散乱光
を積分球内面積で集光したものＩ₂より濁度を算出する
測定法である。しかし、この濁度計は装置が大型であっ
て試験室内の卓上に据えて使用され、そのため、試料を
現場から試験室まで運ばねばならず、その間に試料の濁
度が変化するという重大な欠点がある。

【０００５】また、現場で使用できる簡便な測定方法と
して、透視度計を用いる方法がある。これは例えば高さ
３０ｃｍの縦形円筒形の側面に目盛を刻んだガラス管の
底面に十字マークの標識板が設けられており、試料を管
内に入れておき、底部の排出口から試料を少しずつ排出
してゆき、管の上方から肉眼で透視して標識板の十字マ
ークが視認できたときの液面の目盛を読み取る測定法で
ある。しかしこの方法は、測定者により測定値がばらつ
く欠点のほか、縦長形で不安定なために倒れたり、突出
した排出口が折損するなど、ガラス製のために破壊され
易く、その場合、予備品が無ければ測定作業が不可能に
なるなどの欠点があった。

【０００６】そのほか、いくつかの従来例があるが、い
ずれも試料水をセルに入れて測定器にセットする方式で
あるため、連続測定が不可能であり、また、セルの汚れ
の影響を受ける欠点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、試料
を入れるセルを用いず、小型軽量であって持ち運びが容
易であり、河川、湖沼、プール、浄化槽、水槽、水路、
浴場などのあらゆる現場において試料水を取り込むこと
なく直接水中に投入して、あるいは配管途中に組み込ん
で、光透過量を測定することができ、時間的に変化する
場合に連続かつ自動的に光透過量を測定し、記録または
伝送することができ、しかも構造が簡単で非常に安価な
流体の光透過量を測定する装置を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の流体の光透過量
を測定する装置は、電子回路等を収納したハウジングの
下面に投光部と受光部が突出し、その投光部の投光面と
受光部の受光面とが所定の距離を隔てて対向しており、
全体が防水構造であることによって特徴付けられてい
る。

【０００９】この特徴をさらに詳述すると、全体として
小型軽量であって、例えば、相対向する投光部と受光部
の対向面距離３０ｍｍ、外側面距離１２０ｍｍと小さい
にもかかわらず、光芒の断面積が例えば２０ｍｍ×３０
ｍｍと大きく、光芒が透過する液体の容積が例えば２０
×３０×３０ｍｍと大きいこと、並びに、光芒の断面積
が円形でなく方形であることが特徴である。

【００１０】横断面形状が方形の光芒を好ましいとする
理由は、ハウジング、プリント基板等が通常は方形、直
方体に作られるので、これに合わせて機器内の空間が有
効に利用できることと、縦横の寸法が定まったとき光芒
の断面積が最大になることによる。

【００１１】これらの特徴を実現させるための本発明の
投光部と受光部の光学系は、光芒が方形となる非球面ミ
ラー、あるいは、全反射型プリズムまたはこれに代わる
平面ミラーにより実施することが好ましい。非球面ミラ
ーは放物面ミラーまたはこれに類似する凹面ミラーが好
ましい。

【００１２】また、本発明の光芒には、赤外光を用いる
ことが好ましい。赤外光が好ましいとする理由は、非可
視光であるため試料の色の影響を受けないことによる。
しかし、本発明は赤外光以外の光線により実施しうるこ
とは勿論である。

【００１３】また、流体の光透過量を濁度に変換して出
力表示する場合、上記投光部に内蔵された発光素子と、
上記受光部に内蔵された受光素子と、上記投光部内の上
記発光素子近傍に配設された基準信号受光素子と、上記
受光素子の出力信号と上記基準信号受光素子の出力信号
との比を演算する演算手段と、実測値に基づいて予め設
定された上記比と濁度との相関関係が格納された記憶部
と、その記憶部を検索して、上記演算結果を水の濁度に
変換する変換手段と、その変換された水の濁度を表示す
る表示部を有することによって特徴付けられている。

【００１４】さらに、流体の光透過量を透視度に変換し
て出力表示する場合、上記変換手段を、上記記憶部を検
索して、上記演算結果を透視度に変換する構成とするこ
とによって特徴付けられている。

【００１５】

【作用】投光部と受光部が下方に突出し、その間に光芒
の通る空間が形成される。投光素子と受光素子は投光部
上部または上方と受光部上部または上方に配設され、投
光部および受光部内の反射鏡またはプリズムにより略直
角に反射されるよう光学系を構成したので、投受光部の
外側距離を小さくしながら光芒の横断面を方形とし、そ
の断面積を容易に大きくすることができる。

【００１６】また、投光部と受光部の間の光芒が通る空
間の前後、下方に何らかの障壁が存在しないので、本発
明装置を液面から液中に浸すだけで直ちに測定が可能で
あり、流水中等においても連続測定が可能である。ま
た、配管途中に組み込んでも同様に連続測定が可能であ
る。

【００１７】また、演算手段では受光素子の出力信号と
基準信号受光素子の出力信号との比が演算される。そし
て、流体の光透過量を濁度に変換して出力表示する場
合、上記の演算結果をもとに記憶部の比と濁度との相関
関係を検索することによって、その演算結果に対応する
濁度が求められ、その濁度は表示部によって表示され
る。一方、流体の光透過量を透視度に変換して出力表示
する場合、上記の演算結果をもとに記憶部の比と透視度
との相関関係を検索することによって、その演算結果に
対応する透視度が求められ、その透視度は表示部によっ
て表示される。

【００１８】

【実施例】図１に、実施例をやや下方から見た斜視図を
示す。ハウジング主部１の下面１ａに投光部２と受光部
３のハウジングが突出し、ハウジング主部１の頂部か
ら、電力、電気信号等を図示しない制御部へ接続するケ
ーブル４が上方へ伸びている。このケーブル４は濁度計
を吊り下げる支持手段を兼用している。投光部２と受光
部３の対向面５，６は互いに平行であって所定の間隔を
有し、その空間部７に光芒が形成される。

【００１９】図２に本発明の一実施例の光学系を示す。
共通な光軸Ｚをもつ互いに向き合った放物面Ａ，Ｂの焦
点に投光素子８と受光素子９が配設され、この光軸Ｚを
外して光芒１０が形成されるように放物面ミラー１１，
１２が配設されている。投光素子８の近傍に、基準信号
受光素子１３が配設されている。この基準信号受光素子
１３は、受光素子９が測定液の濁度に応じて変動した電
気信号を出力するのに対し、測定液の濁度に依存しない
電気信号を出力する。この実施例によれば、発光素子、
受光素子が光芒の影にならないので効率の良い光芒が得
られる効果がある。

【００２０】図３に、この放物面ミラー１１（またはミ
ラー１２）の斜視図を示す。放物面１６を長方形に切り
取り、その前後両側に側面１４，１５を一体形成した形
状の樹脂より成り、内面にアルミニウムが蒸着され鏡面
になっており、投光素子８および基準信号受光素子１３
が所定位置に配設されている。

【００２１】図４に本発明の他の実施例の光学系を示
す。投光部には投光用全反射プリズム１７と、そのプリ
ズム１７に平行光芒を入射させる投光手段１８、すなわ
ち、投光素子と凹面鏡または凸レンズの組合せ装置が設
けられ、受光部には受光用全反射プリズム１９と、その
プリズム１９から出る平行光芒を集光し光電変換する受
光手段２０、すなわち、凹面鏡または凸レンズと受光素
子の組合せ装置が設けられている。また、投光手段１８
の近傍に基準信号受光素子１３が配設されている。光学
系のさらに他の実施例として、投光部の全反射手段に代
えてハーミラーを設け、その透過側に基準信号受光素子
を配設することもできる。

【００２２】図５に、請求項５に対応する発明の実施例
（以下、実施例１という）である濁度計の電気回路ブロ
ック図を示す。発振回路２１は例えば８００Ｈｚの方形
パルスを出力し、投光素子８を８００Ｈｚでパルス発光
させる。投光素子８として赤外光を発光する半導体発光
素子が用いられる。投光素子８の光を空間部を隔てて受
光する受光素子９としてホト・ダイオードまたはホト・
トランジスタが用いられる。受光素子９の電気出力信号
ｅ₁は対数増幅器２２によりｌｏｇｅ₁に増幅され、基
準信号受光素子１３の電気出力信号ｅ₂は対数増幅器２
３によりｌｏｇｅ₂に増幅される。差動増幅器２４は両
対数増幅器２２，２３の出力の差Ｅ＝ｌｏｇｅ₁−ｌｏｇｅ₂ を出力する。同期回路２５は発振回路２１のパルスと同
期する信号のみを出力し、ノイズ成分をカットする。こ
の出力値に基づいて、濁度変換回路２６において、この
出力値を濁度に変換する。この変換においては、ＲＯＭ
２７に予め実測値に基づいて設定された投光素子８の出
力光を直接に受光する基準信号光と、試料の透過光を受
光する信号光の比と、その比に対応する濁度との相関関
係が格納されている。この相関関係のデータ形態は、テ
ーブルとして、あるいはこの相関関係を示す計算式とな
っており、演算された比から、容易に濁度を検索するこ
とができる。そして、この濁度は表示部２８によって出
力表示される。

【００２３】なお、この実施例によれば、投光素子８の
出力光を直接に受光する基準信号光と、試料の透過光を
受光する信号光の比を求めているので、光源の強度変化
の影響を受けない、換言すれば、光源の強度変化が相殺
される効果がある。また、対数増幅器を用いることは、
信号対濁度変化の特性を直線的にする効果がある。さら
に、対数増幅器を用いることは、信号の入力範囲を指数
関数的に拡張するので、測定範囲が拡大される効果があ
る。

【００２４】なお、図５の２個の対数増幅器２２，２３
と差動増幅器２４に代えて、比（ｅ ₁/ｅ₂）を演算する
割算器を用いてもよい。図６に、この実施例による試料
の濃度に対する出力電圧値の変化量を示す。図（Ｂ）は
図（Ａ）のＢ部を拡大表示したものである。この試験デ
ータによれば、ＪＩＳで規定されているカオリン濃度０
〜１６ｐｐｍの広い範囲にわたって出力電圧が直線的に
変化していることが認められる。ここで注目すべきこと
は、１ｐｐｍ以下の濃度に対しても、直線的出力が得ら
れていることである。この試験データによって得られた
出力に基づいて、予め比に対応する濁度との相関関係が
設定されており、これらはＲＯＭ２７に格納されてい
る。そして、測定時には、演算された比に基づいてこの
相関関係データが検索され、その時の濁度が求められ
る。

【００２５】次に、図７に、請求項６に対応する発明の
実施例（以下、実施例２という）の透視度計である電気
回路ブロック図を示す。なお、この実施例においては、
先の実施例１と同じ構成には同符号を記してある。つま
り、この実施例では同期回路２５によって出力され、発
振回路２１のパルスと同期し、ノイズ成分がカットされ
た信号の出力を得る構成は、先の実施例と同様である
が、実施例１ではこの出力値を濁度に変換する濁度変換
回路２が設けられた構成であるのに対し、この実施例２
では透視度に変換する透視度変換回路３０が設けられて
いる点で実施例１と相違したものとなっている。

【００２６】この透視度変換回路３０においては、図８
に示す試料の出力変化量に対する透視度の試験データに
基づいて、予め比に対応する透視度との相関関係が設定
されており、これらはＲＯＭ２７に格納されている。そ
して、測定時には、演算された比に基づいてこの相関関
係データが検索され、その時の透視度が求められる。

【００２７】透視度計に適用したこの実施例２では、従
来例のようにガラス管を用いた方式ではないので、破損
による危険等がなく、また取扱いが簡単である。さら
に、これらの実施例ではいずれも、出力変化量、すなわ
ち、投光素子８の出力光を直接に受光する基準信号光
と、試料の透過光を受光する信号光の比に基づいて、自
動的に濁度あるいは透視度を得ることができ、しかも光
源の強度変化によって、その精度は影響されない。

【００２８】また、これらの装置は、水中に投下して測
定する投げ込み型、また配管に組み込んで測定する通水
型のいずれの形態にも適用可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流体の光
透過量を測定する装置によれば、投光面と受光面とが所
定の距離を隔てて対向し、また、この投光面から受光面
に至る平行光芒の横断面形状が略方形となるよう光学系
を配設し、また、受光素子の出力信号と基準信号受光素
子の出力信号との比を演算する演算手段と、その演算手
段の演算結果により、濁度あるいは透視度を求める変換
手段およびそれらを表示する表示部を設けた構成とした
ので、水路、水槽等の測定現場において液面から本発明
品を浸すだけで直ちに濁度あるいは透視度の測定を行う
ことができる。また、定位置におけるこれらの時間的変
動、水深に対する垂直変化などに対応でき、連続的かつ
自動的に測定結果を得ることができる。また、配管途中
に組込んで使用する場合も同様に、時間的変動に対応で
き、連続的かつ自動的に測定結果を得ることができる。
また、上記の比に基づいた処理がなされるので、光源の
強度変化によって、その精度は影響を受けることがな
い。

【００３０】また、本発明によれば、使用法が簡便であ
り、構造が簡単で安価な濁度計あるいは透視度計が得ら
れるので、自然環境、生活環境、工場現場など広範囲に
わたり、従来大層面倒であったこれらの測定が容易にな
る。

【００３１】特に濁度計に用いた場合、肉眼では濁りの
認識が殆ど不可能な１ｐｐｍ以下の低いレベルの濁度が
高精度に測定できる。従って、雨水や上水道の使用済の
水を浄化して再利用する、いわゆる中水の評価等、従来
困難であった濁度２〜３ｐｐｍの生活用水濁度測定が非
常に簡便化されるのはもちろんのこと、さらに０〜１ｐ
ｐｍの低いレベルの濁度を０．０１ｐｐｍの分解能で測
定できることから、例えばプール浄化装置の制御のため
の水質検知器の用途として等、高度なモニタリングシス
テムにも活用することができる。

【００３２】また、透視度計に用いた場合、従来のよう
にガラス管を用いた構成とする必要はないので、破損に
よる危険等がなく、測定の環境条件や個人差によるバラ
ツキもなく、また取扱いが簡単となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の外観を示す斜視図

【図２】本発明実施例の光学系の説明図

【図３】図２の非球面ミラーの斜視図

【図４】本発明の他の実施例の光学系を示す図

【図５】実施例１の電気回路ブロック図

【図６】実施例１による試料のカオリン濃度に対する
出力電圧値の変化量を示す図

【図７】実施例２の電気回路ブロック図

【図８】実施例２による試料の出力電圧変化量に対す
る透視度の変化を示す図

【図９】実施例２による試料の出力電圧変化量に対す
るカオリン濃度の変化を示す図

【符号の説明】

１‥‥ハウジング主部２‥‥投光部３‥‥受光部４‥‥ケーブル７‥‥空間部８‥‥投光素子９‥‥受光素子１０‥‥光芒１１‥‥投光用非球面ミラー１２‥‥受光用非球面ミラー１３‥‥基準信号受光素子２６‥‥濁度変換回路３０‥‥透視度変換回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングの下面に投光部と受光部が突
出し、その投光部の投光面と受光部の受光面とが所定の
距離を隔てて対向しており、全体が防水構造であること
を特徴とする、流体の光透過量を測定する装置。
【請求項２】投光部から受光部へ至る平行光芒と、そ
の平行光芒の外に配設された発光素子と、その発光素子
の光を上記平行光芒に変える投光用非球面ミラーと、上
記平行光芒の外に配設された受光素子と、上記平行光芒
を上記受光素子に集光させる受光用非球面ミラーを有す
る、請求項１に記載の流体の光透過量を測定する装置。
【請求項３】投光部から受光部へ至る平行光芒と、投
光部に設けられた投光用全反射プリズムと、受光部に設
けられた受光用全反射プリズムと、上記投光用全反射プ
リズムに平行光芒を入射させる投光手段と、上記受光用
全反射プリズムから出る平行光芒を集光し光電変換する
受光手段を有する、請求項１に記載の流体の光透過量を
測定する装置。
【請求項４】上記平行光芒の横断面形状が略方形であ
ることを特徴とする、請求項２，３のいずれかに記載さ
れた流体の光透過量を測定する装置。
【請求項５】上記投光部に内蔵された発光素子と、上
記受光部に内蔵された受光素子と、上記投光部内の上記
発光素子近傍に配設された基準信号受光素子と、上記受
光素子の出力信号と上記基準信号受光素子の出力信号と
の比を演算する演算手段と、実測値に基づいて予め設定
された上記比と濁度との相関関係が格納された記憶部
と、その記憶部を検索して、上記演算結果を水の濁度に
変換する変換手段と、その変換された水の濁度を表示す
る表示部を有する、請求項１，２，３，４のいずれかに
記載された流体の光透過量を測定する装置。
【請求項６】上記変換手段を、上記記憶部を検索し
て、上記演算結果を透視度に変換する構成とする、請求
項１，２，３，４のいずれかに記載された流体の光透過
量を測定する装置。