JPH10274617A - 粒度分布測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 媒液に僅かに含まれる試料の粒度分布を、測
定下限０．１μｍ程度まで正確に測定することのできる
粒度分布測定装置を提供する。 【解決手段】 試料が含まれる試料含有媒液と試料媒液
のみとを、試料供給機構３の流路切換器３ａにより交互
に測定セル２のレーザビーム照射領域に供給し、リング
デテクタ１１、側方及び後方散乱光センサ４２、４３に
よる回折／散乱光の検出信号を交流化する。リングデテ
クタ１１、側方及び後方散乱光センサ４２、４３の出力
は、信号処理回路５によって交流増幅後に検波し、その
検波結果をデジタル化して、レーザ回折／散乱式粒度分
布測定装置の原理に基づくコンピュータ６に供給するこ
とで、低濃度の試料でも正確な粒度分布の測定を可能と
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、粉粒体の粒度分布
測定、各種水道水（工業用水、上水）の汚濁モニタ、潤
滑油の汚濁チェックに使用する粒度分布測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】粒子群の粒度分布を測定する装置とし
て、従来、分散状態の被測定粒子群にレーザ光を照射す
ることによって生じる回折／散乱光の空間強度分布を測
定し、その測定結果をフラウンホーファ回折理論やミー
散乱理論に基づいて被測定粒子群の粒度分布に換算す
る、いわゆるレーザ回折／散乱式の粒度分布測定装置が
知られている。なお、このレーザ回折／散乱式の粒度分
布測定装置において被測定粒子群を分散させる方法とし
ては、被測定粒子群を液体中に分散させて懸濁液とする
液相法と、被測定粒子群を気体中に分散させてエアロゾ
ルとする気相法とがあるが、特に前者の液相法に関す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザ回折
／散乱式の粒度分布測定装置では０．１μｍ程度の粒径
も十分に測定可能であるが、試料が含まれた試料含有媒
液に対して直接的にレーザ光を照射して回折／散乱光を
測定していたのでは、試料濃度（媒液中の試料の濃度）
が低い場合、得られる回折／散乱光は極めて微弱なもの
となり、Ｓ／Ｎ比が悪く、検出精度が低下した。

【０００４】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、媒液中の試料の粒径の分布を、１ｐｐｍ以下の
低濃度でも正確に測定することのできる粒度分布測定装
置の提供を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明において
は、試料が含まれた媒液と、そのような試料の含まれな
い媒液とを、照射レーザ光を横切るように交互に供給す
ることにより、回折／散乱光を測定するためのセンサ群
の出力を、それぞれ試料による回折／散乱状態と、非回
折／散乱状態（バックグランド光のみの状態）との２状
態の検出出力が交互に現れる交流信号とし、その交流信
号をまず交流増幅する。これにより、レーザ光源やセン
サアンプなどのドリフト、あるいは照射レーザ光強度の
ふらつきや光学部品への粉塵付着によるバックグランド
の変化の影響を除去することができる。従って、バック
グランドに対して微弱な回折／散乱光の信号成分が乗っ
た状態のセンサ出力と、先に測定したバックグランド相
当分との差を直流増幅する従来の方式に比して、信号成
分の増幅率をより大きくすることが可能となる。

【０００６】そして、このような交流増幅後の信号を検
波することにより、試料含有媒液と媒液のみの切換周波
数よりも高いノイズをも低減でき、交流増幅のための増
幅器のゲインを上げてもそのようなノイズの影響の少な
い正確な回折／散乱光測定結果を得ることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の構成
図で、光学的および機械的構成を示す模式図と、電気的
構成を示すブロック図とを併記して示す図である。

【０００８】レーザ光照射光学系１は、半導体レーザ１
ａと、その出力光を平行ビームにするためのレンズ等か
らなるビーム成形光学系１ｂによって構成されている。
このレーザ照射光学系１からの平行レーザビームは測定
セル２内に照射される。

【０００９】レーザ光照射光学系１からのレーザビーム
は一方の面２ａを介して測定セル２内に照射され、後述
する回折／散乱光の一部（前方回折／散乱光）は他方の
面２ｂを介して測定セル２外に出ていく。

【００１０】そして、この測定セル２内に、そのレーザ
ビーム照射領域を横切るように、試料を含む試料媒液
と、そのような試料を含まない媒液のみとが、試料供給
機構３によって交互に供給される。

【００１１】すなわち、試料供給機構３には、２つの媒
液入口と１つの媒液出口を持つ流路切換器３ａが配置さ
れているとともに、その流路切換器３ａの各媒液入口に
は、それぞれ試料含有媒液の供給管３ｂと媒液のみの供
給管３ｃとが接続されており、これらによって試料供給
機構３が構成されている。そして、この媒液切換器３ａ
により、試料含有媒液と媒液とが交互に切り換えられて
媒液出口に導かれ、これらの媒液が交互にレーザビーム
を横切るように噴出するようになっている。なお、流路
切換器３ａによる流路３ｂ、３ｃの切換周波数は、例え
ば１〜数Ｈｚ程度とすることができる。そして、流路３
ｂには試料を含んだ媒液がサンプル容器３ｅからポンプ
３ｆで吸い上げられ、また流路３ｃにはフィルタ３で試
料がろ過された媒液のみがポンプ３ｈで吸い上げられ、
それぞれ流れる。

【００１２】また、測定セル２には流路切換器３ａの媒
液出口から測定セル２の媒液入口２ｄへ媒液流路３ｄが
形成されているとともに、測定セル２内に供給された媒
液中に含まれる試料はレーザビームを横切った後に直ち
に測定セル２外に排出されるように構成されている。し
たがって、図2 に示すように試料セル２の中には、試料
を含む試料媒液と媒液のみとが交互に流れる。

【００１３】さらに、測定セル２の面２ｂの外側には、
集光レンズ１０とリングデテクタ１１が配置されてい
る。リングデテクタ１１は、互いに異なる半径を持つリ
ング状ないしは半リング状の受光面を有する複数の光セ
ンサが同心円上に並べられた公知のもので、このリング
デテクタ１１は集光レンズ１０の焦点面上に配置されて
いるとともに、これらはともにレーザビームの光輪上に
配置されている。

【００１４】また、測定セル２の内部には、側方散乱光
センサ４２と後方散乱光センサ４３が配置されており、
これらの各光センサ４２、４３と、上記したリングデテ
クタ１１によって、媒液中に含まれる試料によるレーザ
ビームの回折／散乱光の空間強度分布が検出される。

【００１５】すなわち、試料がレーザビームの照射領域
を横切ることにより、そのレーザビームは試料の粒径に
応じた角度で回折／散乱するが、このうち、前方所定角
度範囲への回折／散乱光は集光レンズ１０によってリン
グデテクタ１１の受光面上に導かれてそこに結像し、ま
た、側方および後方への散乱光はそれぞれ側方散乱光セ
ンサ４２および後方散乱光センサ４３の受光面に入射す
る。従って、リングデテクタ１１内の各光センサの出力
と、側方散乱光センサ４２および後方散乱光センサ４３
の出力、および、これらの各光センサの配設位置とか
ら、レーザビームの照射領域中に試料が存在している状
態において生じる回折／散乱光の空間強度分布に係る情
報を知ることができる。

【００１６】ここで、測定セル２内のレーザビーム照射
領域には、試料供給機構３によって試料含有媒液と媒液
のみとが交互に供給されるため、上記した各光センサ出
力は、媒液中の試料により回折／散乱している状態での
出力と、そのような回折／散乱を受けない状態での出力
（このような非回折／散乱状態での出力を、以下、バッ
クグランド出力と称する）とが交互に現れ、従ってこれ
らの各光センサ出力は、試料供給機構３による試料含有
媒液と試料のみとの切換周期に同期した交流信号とな
る。

【００１７】さて、リングデテクタ１１内の各光センサ
の出力と、側方および後方散乱光センサ４２、４３の出
力は、信号処理回路５によって以下に示すような処理を
受けてデジタル化され、コンピュータ６に導入される。

【００１８】すなわち、リングデテクタ１１内の各光セ
ンサの出力と、側方および後方散乱光センサ４２および
４３の出力は、それぞれ個別にプリアンプ５ａに導入さ
れて増幅された後、交流増幅器５ｂによって交流増幅さ
れ、更に検波回路５ｃによって検波される。そして、そ
の各センサごとの検波出力がマルチプレクサ５ｄを介し
てＡ−Ｄ変換器５ｅによってデジタル化される。

【００１９】そして、その各光センサの出力ごとのデジ
タルデータはコンピュータ６に取り込まれ、フラウンホ
ーファ回折理論およびミー散乱理論に基づく公知のアル
ゴリズムによって、試料媒液中に含まれる試料の粒度分
布に換算される。

【００２０】以上の本発明の実施の形態において、各光
センサ出力は、前記したように測定試料による回折／散
乱状態での出力と、バックグランド出力とが交互に現れ
る交流信号となっているため、試料含有媒液中の試料濃
度が数ｐｐｂオーダーの低濃度で、これによって回折／
散乱光強度が極めて微弱であり、また、半導体レーザ１
ａの出力のドリフトやふらつき、あるいはプリアンプ５
ａおよび交流増幅器５ｂにドリフトがあっても、これら
の影響を受けることなく交流増幅器５ｂの増幅率を上げ
ることが可能となる。そして、その交流増幅の後に検波
することによって、各光センサの交流出力の周波数、つ
まり試料含有媒液と媒液の切換周波数よりも高い周波数
のノイズの影響をも低減することができる。

【００２１】従って、コンピュータ６には試料含有媒液
中に含まれる試料による回折／散乱光の空間強度分布に
関する正確なデータが取り込まれ、その粉塵の粒度分布
を正確に算出することが可能となる。

【００２２】なお、流路に対してフィルタを周期的に切
換え、周期的に試料をろ過して、試料含有媒液と媒液の
みとを交互に測定セルに供給するような試料供給手段を
備えたものも、本発明に含まれる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、０．１
μｍ程度の微小な粒径まで正確に測定することのできる
レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置を利用して、その
レーザビームの照射領域に、試料を低濃度で含む試料含
有媒液と媒液のみとを交互に供給して、回折／散乱光の
強度分布を測定するための光センサ群の出力を交流化す
るとともに、その各光センサの出力を交流増幅の後に検
波して、その検波結果をデジタル化して粒度分布の換算
に供しているため、従来のレーザ回折／散乱式粒度分布
測定装置では測定不能であった、１ｐｐｍ以下の極めて
低濃度の試料を含む試料含有媒液であっても、その粒度
分布を正確に測定することが可能となった。

【００２４】従って本発明によれば、試料含有媒液中に
僅かに含まれる試料の粒度分布を十分に正確に測定する
ことが可能となり、粉粒体の粒度分布測定、各種水道水
（工業用水、上水）の汚濁モニタ、潤滑油の汚濁チェッ
クに使用する粒度分布測定装置として用いることによ
り、より細かい粒径まで正確に測定の粒度分布を測定す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の構成図で、光学的および
機械的構成を示す模式図と電気的構成を示すブロック図
とを併記した図。

【図２】試料セル中の媒液の流れ方を示した図。

【符号の説明】

１ レーザビーム照射光学系 １ａ 半導体レーザ １ｂ ビーム成形光学系 ２ 測定セル ３ 試料供給磯構 ３ａ 流路切換器 ５ 信号処理回路 １１ リングデテクタ ４２ 側方散乱光センサ ４３ 後方散乱光センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビーム照射領域を横切るように配
   置された測定セルに、試料が含まれた試料含有媒液と媒
   液のみとを交互に切り換えて供給する試料供給手段と、
   前記測定セルの試料によるレーザビームの回折／散乱光
   の空間強度分布を測定するための光センサ群と、その各
   光センサ群の出力をそれぞれ交流増幅した後に検波し、
   その検波結果をデジタル化する回路手段と、そのデジタ
   ルデータを用いた演算によって前記試料含有媒液中の試
   料の粒度分布を算出する演算手段とを備えた粒度分布測
   定装置。