JPH10142141A

JPH10142141A - 水質計測器

Info

Publication number: JPH10142141A
Application number: JP8293478A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Sato; 茂雄佐藤; Koichi Shimizu; 公一清水; Norimasa Yoshino; 徳正吉野
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】測定に悪影響を与えることなく、かつ容易に
検出面の汚損を防止できる水質計測器を提供すること。【解決手段】光学系を測定手段とする浸漬型濁度計に
おいて、その検出面に二酸化チタン膜１Ｂ₂を形成す
る。二酸化チタン膜１Ｂ₂の照射光源としてブラックラ
イト３を設け、３６０ｎｍ付近が主波長の光を集光器
４、光ファイバーケーブル５を介して検出窓１Ｂ前面の
二酸化チタン膜１Ｂ₂全面に照射する。測定光学系の光
源に近赤外域にピークを持つ発光ダイオード１Ｃを、こ
の発光ダイオード１Ｃを取り巻く複数の受光素子に近赤
外域にピークを持つフォトダイオード１Ｄをそれぞれ用
いる。発光ダイオード１Ｃとフォトダイオード１Ｄは、
その波長領域を共有し、かつブラックライト３の発光波
長域とは異なるように波長特性を選定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下排水処理施設や
河川、湖沼などで使用される水質計測器、特にその検出
面の汚損防止手段の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、都市の下水処理場や工場の排水処
理施設では、その運転効率を高めたり、安定性を確保す
るために、沈殿槽や生物処理槽の水質を連続自動測定で
きる各種の水質計測器が使用されている。つまり、シス
テムの監視や制御を迅速、かつ的確に行うようにしてい
る。また、下排水処理施設で処理された処理水（放流
水）や河川、湖沼などの環境水の水質を評価する目的で
も多くの水質計測器が使用されている。

【０００３】上記のような水質計測器の多くにおける問
題点の一つに、微生物膜などの付着による検出面の汚損
がある。水質計測器は、検出面が汚損すると出力に誤差
を生じるものが多く、機種によっては著しくその機能を
失うものもある。特に、光学系を測定手段としている計
測器では著しい機能低下を生じる。

【０００４】図８に浸漬型濁度計の検出器及び測定系の
概略構成を示す。（ａ）は全体構成、（ｂ）は検出器の
正面（検出面）である。図中、１は検出器、２は変換／
演算回路である。検出器１は、円筒状のケース１Ａの一
端面に検出窓１Ｂを設け、内部に投光光源（例えば、発
光ダイオード）１Ｃと複数の受光素子（例えば、フォト
ダイオード）１Ｄを図８（ｂ）に示すような位置関係で
配置した構成としている。通常、検出窓１Ｂにはガラス
を用いている。

【０００５】上記構成の濁度計を下水処理場の沈殿池な
どに設置し長期間連続測定を行うと、試料水と接した検
出窓１Ｂの表面に微生物膜などが付着し汚損される。検
出窓１Ｂが汚損されると、投光光源１Ｃの発光光束や散
乱受光光束が汚損物質により吸収されたり、散乱された
りして、計測出力に誤差を生じるばかりでなく、汚損が
酷いと測定不能になる。

【０００６】従来から、このような水質計測器の検出面
の汚損に対し、その検出面を自動洗浄できる機能を有す
るものが市販されている。その洗浄手段としては、
（１）．超音波洗浄、（２）．ブラシやワイパーなどを
使用した機械的洗浄、（３）．水ジェット洗浄、
（４）．酸、アルカリなどの薬品を用いた薬液洗浄、
（５）．気泡の上昇力で乱流を作って洗浄する気泡洗
浄、（６）．これら（１）〜（５）の組み合わせ、など
がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の水質計測器の洗
浄（汚損防止）手段には、以下のような問題がある。

【０００８】（１）．洗浄部本体やその補機（ポンプや
電磁弁など）には故障発生の確立が高い可動部を有して
おり、その対策を考慮する必要がある。また、そのトラ
ブルを避けるためには、頻繁に保守を行う必要がある。

【０００９】（２）．洗浄時に本来の測定に大きな誤差
を生じる場合が多く、洗浄時には、事前出力のホール
ド、といった対策が必要である。また、その出力を用い
てシステムの制御を行う場合には洗浄中の制御は不可能
となり、洗浄中にその測定対象状態が大きく変化した場
合は、制御の安定性が損なわれる場合がある。

【００１０】そこで本発明は、上記課題を解決し、測定
に悪影響を与えることなく、かつ容易に検出面の汚損を
防止できる水質計測器を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、光学系を測定
手段とする水質計測器において、検出面に二酸化チタン
膜を形成して特定波長領域の光を照射する一方、測定光
学系の光源や受光素子に、二酸化チタンを励起させる光
源波長から外れた波長帯域に動作特性を持つ素子を使用
したことを特徴とする。その場合、検出窓のガラス板の
周縁部を斜面として、ここから汚損防止光源からの光を
ガラス板の内部に入射させ、二酸化チタン膜に作用させ
たり、検出窓の内面に短波長領域で反射率が高く、長波
長領域で透過率が高い波長特性を有する干渉膜を形成し
たり、あるいは二酸化チタンを励起させる汚損防止の照
射光源に太陽光を用い、測定光学系の発光光源駆動電源
に交流電源を、また受光出力処理にハイパスフィルタ回
路などを付設したりして、汚損防止の光照射に影響され
ずに正確な濁度測定を行えるようにする。

【００１２】また本発明は、光学系を測定手段とし、そ
の測定光学系に光ファイバーを用いた水質計測器におい
て、検出面に二酸化チタン膜を形成する一方、測定光学
系の光源や受光素子に、二酸化チタンを励起させる光源
波長から外れた波長帯域に動作特性を持つ素子を使用
し、測定光学系の光ファイバーを汚損防止の光路として
共用して、特定波長領域の光を二酸化チタン膜に照射す
るようにしたことを特徴とする。

【００１３】即ち、光触媒である二酸化チタン（ＴｉＯ
₂）の短波長の光照射による表面上での強力な酸化作用
を、その有機物などの分解効果から汚損防止手段として
活用する。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に本発明の実施形態１を示
す。実施形態１は浸漬型濁度計に適用した場合であり、
図１（ａ）に検出器及び測定系の全体的な概略構成を、
図１（ｂ）に検出器検出面を示す。図中、１は検出器、
２は変換／演算回路、３は汚損防止用光源として使用す
る波長３６０ｎｍ付近に主波長を持つブラックライト、
４はこのブラックライト３の光束を収束する集光器、５
は多数の光ファイバー５ａを束ねた光ファイバーケーブ
ルである。検出器１は、円筒状のケース１Ａの一端面に
検出窓１Ｂを設け、内部に投光光源（例えば、近赤外域
にピークを持つ発光ダイオード）１Ｃと複数の受光素子
（例えば、近赤外域にピークを持つフォトダイオード）
１Ｄを図１（ｂ）に示すような位置関係で配置し、更に
前記光ファイバーケーブル５の一方の端部を分散させ、
その先端面が検出窓１Ａの内面と対向して検出面全体を
照射するように前記投光光源１Ｃと受光素子１Ｄの周囲
に配置した構成としている。光ファイバーケーブル５の
他方の端部は、集光器４に接続している。検出窓１Ｂ
は、ガラス板１Ｂ₁を用いその表面（外面）に二酸化チ
タン膜１Ｂ₂をコーティングしている。光触媒である二
酸化チタン（ＴｉＯ₂）は、短波長の光照射を行うと表
面上で強力な酸化作用を生じる性質を持っており、その
有機物などの分解効果を汚損防止に応用している。

【００１５】このような構成とすると、ブラックライト
３の光束が集光器４及び光ファイバーケーブル５を介し
て検出器１のケース１Ａ内に導かれ、内側から検出窓１
Ｂに照射される。この光照射で二酸化チタン膜１Ｂ₂の
表面上に強力な酸化作用が生じ、微生物膜などの付着物
が的確に分解されて除去される。この場合、図２に示す
ように発光ダイオード１Ｃ、フォトダイオード１Ｄ及び
ブラックライト３の波長特性が選定されているため、濁
度測定は汚損防止の光照射に影響を受けることなく、正
確に行われる。

【００１６】なお、汚損防止光源として、低圧水銀ラン
プなど４００ｎｍより短波長側の発光出力を有し、かつ
フォトダイオード１Ｄの感度範囲以外の出力特性を持つ
光源を使用してもよい。

【００１７】図３に本発明の実施形態２を示す。この実
施形態２では、検出窓１Ｂのガラス板１Ｂ₁の周縁部を
斜面ａとし、これに光ファイバー５ａの先端面を対向さ
せて光束をガラス板１Ｂ₁の内部に入射させるようにし
ている。つまり、ガラス板１Ｂ₁がライトガイドとして
働くように構成しており、ブラックライト３の光はガラ
ス板１Ｂ₁内を進行、反射しながら二酸化チタン膜１Ｂ₂
に作用する。検出窓１Ｂの内面（ガラス板１Ｂ₁の内
面）には図４に示す特性を持つ干渉膜１Ｂ₃をコーティ
ングしている。この干渉膜１Ｂ₃は、ブラックライト３
の光がより一層効率よく二酸化チタン膜１Ｂ₂に作用す
るためのものである。

【００１８】上記構成の実施形態２でも、前述の実施形
態１と同様に検出面の汚損が防止されるとともに、汚損
防止の光照射に影響を受けることなく、濁度測定が正確
に行われる。

【００１９】図５に本発明の実施形態３を示す。この実
施形態３では、実施形態１のブラックライト３の代わり
に太陽光６を使用するようにしている。この場合、太陽
光は近赤外域の光も有するため、発光ダイオード１Ｃの
駆動電源に例えば１ｋＨの正弦波電源７を用い、フォト
ダイオード１Ｄの出力をハイパスフィルタ回路８などで
処理してから変換／演算回路２に送る構成としている。

【００２０】このような構成とすると、図６に示すよう
な相対放射強度波長特性の太陽光を汚損防止の照射光源
として使用しても、直流光である太陽光の影響が取り除
かれて、濁度測定が正確に行われる。また、太陽光６は
実施形態１のブラックライト３の波長領域の光を有する
ため、汚損防止も確実に行われる。しかも、光源部分が
主体の保守が極めて容易になる。

【００２１】なお、上記構成の測定系は、汚損防止の照
射光源にブラックライトを用いた場合や実施形態２にも
適用できる。

【００２２】図７に本発明の実施形態４を示す。この実
施形態４では、濁度測定光学系に光ファイバーを用い、
これをブラックライト３の光路と共用している。この構
成では、発光ダイオード１Ｃとフォトダイオード１Ｄは
検出器１のケース１Ａの外に設置されており、検出窓１
Ｂとの間に光源ファイバー１Ｅ₁及び受光ファイバー１
Ｅ₂が介在している。発光ダイオード１Ｃと光源ファイ
バー１Ｅ₁の接続部には干渉膜ハーフミラー１Ｆ₁を、フ
ォトダイオード１Ｄと受光ファイバー１Ｅ₂の接続部に
は干渉膜ハーフミラー１Ｆ₂をそれぞれ設け、ブラック
ライト３の光を光源ファイバー１Ｅ₁及び受光ファイバ
ー１Ｅ₂に導くようにしている。このため、集光器４の
出力側に分配器９を設置している。

【００２３】上記構成においても、検出面の汚損が防止
されるとともに、汚損防止の光照射に影響を受けること
なく、濁度測定が正確に行われる。これは、実施形態２
や実施形態３と組み合わせた場合にも同様である。

【００２４】なお、各実施形態は浸漬型濁度計について
示したが、光学系を測定手段とする他の水質計測器（例
えば、ＭＬＳＳ計、汚泥濃度計、汚泥界面計、ＳＶ計、
ＵＶ計など）にも全部または一部を適用できる。また、
光学系を測定手段としない水質計測器（例えば、ｐＨ計
やＯＲＰ計など）については、波長域の干渉を考慮せず
に、二酸化チタンによる汚損防止手段を講じることがで
きる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の効果を以下に列挙する。

【００２６】（１）．検出窓外側に二酸化チタンをコー
ティングし、４００ｎｍより短波長の光を照射するよう
にしたので、試料水と接する検出窓表面で強力な酸化作
用が生じ、微生物膜や無機物などの付着による検出窓表
面の汚損を防止することができる。よって、検出窓の汚
損による測定系への影響を防ぐことができ、常に正確な
測定が期待できる。

【００２７】（２）．光学系を測定手段とする水質計測
器において、測定光学系の光源や受光素子として、二酸
化チタンを励起させる光源波長（例えば、ブラックライ
トならば約３００〜４００ｎｍ）から外れた波長帯域
（例えば、近赤外域）に動作特性を持つ素子を使用して
いるため、測定に影響なく、二酸化チタンによる検出面
の汚損防止が可能となる。

【００２８】（３）．光学系を測定手段とする水質計測
器において、二酸化チタンを励起させる光源として太陽
光（広域波長帯を持つ直流的光源）を利用した場合、測
定光学系の光源発光手段及び受光出力増幅手段に交流発
光、ハイパスフィルタ回路などを用いて、二酸化チタン
励起光の影響を除去することにより、測定に影響なく、
二酸化チタンによる検出面の汚損防止が可能となる。

【００２９】（４）．二酸化チタンによる検出面の汚損
防止は測定に影響を与えないため、連続して汚損防止を
実施することが可能であり、汚損防止効果が高くなる。

【００３０】（５）．二酸化チタンによる検出面の汚損
防止は測定に影響を与えないため、洗浄中に出力ホール
ドなどを行う必要がなくなり、計測出力を利用した自動
制御に不要な外乱を与えることがなくなる。このため、
安定した制御システムを組むことができる。

【００３１】（６）．汚損防止手段に可動部を持たない
ため、汚損防止（洗浄）機構としてのトラブルが少な
い。

【００３２】（７）．汚損防止手段の劣化、消耗部は光
源であるので、交換などの保守作業が容易である。ま
た、光源として太陽光を用いれば、消耗部がなくなり、
保守が極めて容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を示す検出器及び測定系の
概略構成図で、（ａ）は全体構成、（ｂ）は検出器検出
面。

【図２】実施形態１の発光ダイオード、フォトダイオー
ド及びブラックライトの波長特性図。

【図３】本発明の実施形態２を示す概略構成図で、
（ａ）は検出器全体、（ｂ）は検出器検出面。

【図４】実施形態２における干渉膜の反射率及び透過率
の波長特性図。

【図５】本発明の実施形態３を示す検出器及び測定系の
概略構成図。

【図６】実施形態３における太陽光の相対放射強度波長
特性図。

【図７】本発明の実施形態４を示す検出器及び測定系の
概略構成図で、（ａ）は全体構成、（ｂ）は検出器検出
面。

【図８】浸漬型濁度計の従来例を示す検出器及び測定系
の概略構成図で、（ａ）は全体構成、（ｂ）は検出器検
出面。

【符号の説明】

１…検出器１Ａ…ケース１Ｂ…検出窓１Ｂ₁…ガラス板１Ｂ₂…二酸化チタン膜１Ｂ₃…干渉膜１Ｃ…発光ダイオード（測定用投光光源）１Ｄ…フォトダイオード（受光素子）１Ｅ₁…光源ファイバー１Ｅ₂…受光ファイバー１Ｆ₁及び１Ｆ₂…干渉膜ハーフミラー２…変換／演算回路３…ブラックライト（汚損防止用照射光源）４…集光器５…光ファイバーケーブル５ａ…光ファイバー６…太陽光（汚損防止用照射光源）７…正弦波電源８…ハイパスフィルタ９…分配器

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０１Ｎ 21/59 Ｇ０１Ｎ 21/59 Ｃ 33/18 １０６ 33/18 １０６Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学系を測定手段とする水質計測器にお
いて、検出面に二酸化チタン膜を形成して特定波長領域
の光を照射する一方、測定光学系の光源や受光素子に、
二酸化チタンを励起させる光源波長から外れた波長帯域
に動作特性を持つ素子を使用したことを特徴とする水質
計測器。
【請求項２】検出窓のガラス板の周縁部を斜面とし
て、ここから汚損防止光源からの光をガラス板の内部に
入射させ、二酸化チタン膜に作用させるようにしたこと
を特徴とする請求項１に記載の水質計測器。
【請求項３】検出窓の内面に、低波長領域で反射率が
高く、高波長領域で透過率が高い波長特性を有する干渉
膜を形成したことを特徴とする請求項２に記載の水質計
測器。
【請求項４】二酸化チタンを励起させる汚損防止の照
射光源に太陽光を用い、測定光学系の発光光源駆動電源
に交流電源を、また受光出力処理にハイパスフィルタ回
路などを付設したことを特徴とする請求項１、２または
３に記載の水質計測器。
【請求項５】光学系を測定手段とし、その測定光学系
に光ファイバーを用いた水質計測器において、検出面に
二酸化チタン膜を形成する一方、測定光学系の光源や受
光素子に、二酸化チタンを励起させる光源波長から外れ
た波長帯域に動作特性を持つ素子を使用し、測定光学系
の光ファイバーを汚損防止の光路として共用して、特定
波長領域の光を二酸化チタン膜に照射するようにしたこ
とを特徴とする水質計測器。