JPH11326195A - 含水率測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定対象を成す脱水ケーキの不安定な形状に
も拘わらず安定な測定値を出力する含水率測定装置を提
供する。 【解決手段】 含水率測定装置は、測定対象を成す脱水
ケーキ５０に複数波長の近赤外光を照射する光照射装置
１０と、反射光を受光する受光装置２０と、受光装置か
らの信号を処理する信号処理部３０とを有する。信号処
理部３０のＣＰＵ３４は、測定値の変動が所定範囲より
も大きいと前回の測定値を採用し、採用した５つの測定
値の平均値を出力する。近赤外光が脱水ケーキの存在し
ない部分に入射しても安定な測定出力が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、含水率測定装置に
関し、更に詳しくは、ベルトプレス型脱水機、遠心脱水
機、スクリュープレス脱水機等の脱水機から排出される
脱水ケーキ中に含まれる水分の測定に好適に使用される
含水率測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】下水、し尿又は産業排水処理施設などか
ら発生する汚泥は、ベルトプレス型脱水機や遠心脱水
機、或いは、フィルタプレス等を利用して脱水処理さ
れ、脱水ケーキとなった後に焼却処分又は埋立処分など
の次工程に移送される。

【０００３】脱水ケーキ中の水分は、脱水ケーキを焼却
処分する場合には焼却の際の燃料の使用量に影響を及ぼ
し、また、脱水ケーキを埋立処分する場合には運搬や処
分地の容積に重大な影響を及ぼすため、脱水ケーキは、
夫々の処分方法に見合った所定の含水率（水分含有率）
とした後に排出することが望まれている。

【０００４】そこで、従来から、汚泥脱水機等の出口或
いは脱水ケーキを搬送するベルトコンベア上に赤外線水
分計を設置し、赤外線の入射光量と反射光量の比率に基
づいて含水率を求める方法が知られており、この含水率
に基づいて脱水機の凝集剤の添加量を制御し、或いは、
脱水ケーキの焼却設備における燃料の量を制御してい
る。この測定方法は、近赤外線領域の光を、水分を含ん
だ物質に照射すると、特定の波長帯において、水分の量
に応じて反射率又は吸収率が大きく変化する現象を利用
するもので、例えば、特開平６−２２９９１８号公報、
特開平７−１５９３１４号公報等に記載されており、被
測定物の水分含有率を非接触で測定できる利点を有す
る。

【０００５】コンベア上で運搬される脱水ケーキの表面
は、含水率が小さいほどその形状が不安定であり、特に
脱水ケーキ表面と含水率測定装置の受光素子との間の距
離の変動によって含水率測定値が変動することが知られ
ている。このため、含水率測定装置では、一定幅以内の
距離変動があっても、誤差が所定範囲内に収まるような
大きな入射光量を用いて含水率を測定している。また、
その不安定な形状によって変動する測定値を、例えば移
動平均等によって、平均化してその値を出力している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】脱水ケーキは、脱水機
を出てコンベアに供給される際に、その供給が不連続に
なる場合があり、このため、含水率測定装置からの光が
脱水ケーキの存在しないコンベア部分に入射することが
ある。この場合、直ちに脱水ケーキが再びコンベア上に
現れて光が正常に入射しても、移動平均値が正常値に戻
るまでに例えば２０〜３０秒を要する。この時間内で
は、測定された含水率によって制御される脱水機等で
は、正常な制御が行われない不都合がある。

【０００７】本発明は、上記に鑑み、コンベア上で脱水
ケーキの形状が不安定であっても、制御のための測定値
が安定に得られるため、脱水機等の制御を円滑に行うこ
とが出来る含水率測定装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の含水率測定装置は、水分の含有量に応じた
吸収特性を示す波長の赤外光を被測定試料に照射する光
照射装置と、被測定試料を透過又は反射した前記赤外光
を受光する受光装置と、前記受光装置で得られた受光量
に基づいて被測定試料の含水率を演算する演算装置とを
備え、前記演算装置は、今回の測定値の前回の測定値か
らの変化が所定範囲内であるときには今回の測定値を採
用し、今回の測定値の前回の測定値からの変化が所定範
外であるときには、今回の測定値に代えて前回の測定値
を採用する判定手段を備えることを特徴とする。

【０００９】本発明の含水率測定装置によると、被測定
試料における不安定な形状等に起因して測定値が大きく
変動しても安定な採用測定値が得られるので、含水率の
測定値に基づいて制御される装置の動作が安定する。

【００１０】ここで、本発明の含水率測定装置の被測定
対象としては、含水率測定が求められるいかなる試料で
もよいが、一例として、下水、し尿、又は、産業廃水処
理施設等などから発生する汚泥を固液分離して得られた
脱水ケーキが挙げられる。

【００１１】本発明の含水率測定装置では、前記演算装
置が、前記判定手段の出力に基づいて所定数の採用測定
値の平均値を演算する平均値演算手段を備えることが好
ましい。この場合、得られた平均値は、脱水ケーキ等の
含水率を表す良好な制御信号として脱水機等の制御に好
適に利用できる。

【００１２】また、前記光照射装置が、更に、有機物の
含有量に応じた吸収特性を示す別の複数波長の赤外光を
照射し、前記演算装置が、前記別の複数波長赤外光から
被測定試料の成分を演算する成分演算手段と、該成分演
算手段の出力に基づいて前記演算された含水率を補正す
る補正手段とを更に備えることも本発明の好ましい態様
である。この場合、被測定対象の成分の変動にも拘わら
ず、正確な含水率がリアルタイムで得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の実施形態
例の含水率測定装置に基づいて本発明を更に詳細に説明
する。

【００１４】図１は、本発明の一実施形態例の含水率測
定装置を示すブロック図である。本測定装置は、複数の
所定波長の赤外光の内の近赤外光を順次に照射する光照
射装置１０と、測定対象を成す脱水ケーキ５０からの反
射光を受光する受光装置２０と、受光装置２０で検出さ
れた各波長毎の近赤外光の光量から脱水ケーキ５０の含
水率をリアルタイムで演算する信号処理部３０とから構
成される。

【００１５】光照射装置１０は、可視光及び近赤外光の
各波長を含む白色光を発生する光源を成すランプ１１、
ランプ１１からの白色光を集光する１対のレンズ１２及
び１３、モータ１４で回転駆動されて、ランプ１１から
の白色光を受け複数の所定波長の赤外光及び可視光を順
次に透過させるフィルタホイール１５、及び、照射光学
系から成る。照射光学系は、レンズ１６、反射鏡１７及
びレンズ１８から構成され、フィルタホイール１５を透
過した各所定波長の赤外光又は可視光を、測定対象を成
す脱水ケーキ５０に照射する。

【００１６】図２は、フィルタホイール１５の構成を正
面図として示している。フィルタホイール１５には、６
つの円形フィルタＦ１〜Ｆ６がホイール１５の外周に沿
って順次に配列されており、モータ１４の回転に従って
選択された１枚のフィルタによって、対応する特定波長
の光を透過させる。６つのフィルタＦ１〜Ｆ６は、水分
で吸収を受ける特定波長（水分測定用波長）の赤外光の
みを透過する第１フィルタＦ１、水分以外の成分１（例
えば蛋白質）測定用波長の赤外光のみを透過させる第２
フィルタＦ２、水分以外の成分２（例えば脂質）測定用
波長の赤外光のみを透過させる第３フィルタＦ３、水分
以外の成分３（例えば繊維質）測定用波長の赤外光のみ
を透過させる第４フィルタＦ４、水分、成分１、成分２
及び成分３の何れにも吸収されない波長の赤外光のみを
透過させる第５フィルタＦ５、及び、可視光を透過させ
る第６フィルタＦ６から成る。第６フィルタＦ６は、近
赤外線が人間の目では見えないため、ランプが正常に点
灯していることを随時視認する目的で組み込まれてい
る。フィルタホイール１５は、信号処理部３０からの同
期信号に基づいて、これらフィルタＦ１〜Ｆ６の内の１
枚が光源１１と照射光学系１６〜１８との間の光路に挿
入されるように、モータ１４によって駆動される。

【００１７】受光装置２０は、集光用の凹面鏡２１、反
射鏡２２及び可視光カットフィルタ２３から成る受光光
学系と、ＰbＳから成る光電変換素子２４とから構成さ
れる。光電変換素子２４は、水分、成分１、成分２及び
成分３で吸収される各波長の近赤外光及びこれらに吸収
されない波長の近赤外光を順次に受光し、これら各近赤
外光の光量に比例した出力を順次に与える。

【００１８】信号処理部３０は、光電変換素子２４から
の信号を増幅するプリアンプ３１、フィルタホイール１
５の回転に同期してプリアンプ３１の出力をサンプリン
グするサンプル・ホールド回路３２、サンプル・ホール
ド回路３２の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３３、
並びに、その出力を受けて所定の演算を行うＣＰＵ３４
及びこれに付属するメモリ３５を含む演算装置から構成
される。ＣＰＵ３４の出力は、図示しない通信装置を介
して脱水機等の制御部に入力される。

【００１９】上記構成により、光源１１からの白色光
は、まず、フィルタホイール１５を透過して複数の所定
波長の近赤外光となって順次に脱水ケーキ５０に照射さ
れる。脱水ケーキ５０から反射した各特定波長の近赤外
光は、脱水ケーキ内の水分、成分１、成分２、及び、成
分３の各含有率に比例する光量が夫々吸収されることに
より、各成分の含有率に比例して光電変換素子２４で検
出される反射光の光量が増減する。サンプル・ホールド
回路３２は、特定波長のフィルタの挿入に対応して、受
光量をサンプリングしＡ／Ｄ変換器３３を経由してＣＰ
Ｕ３４に与える。ＣＰＵ３４は、その受光量に基づい
て、水分、脱水ケーキ内の成分１、成分２及び成分３の
各含有率に応じた有機物含有率を演算で求める。一般
に、脱水ケーキでは、これら有機物含有量の比率が異な
ると、水分を吸収する近赤外線の吸収度によって測定し
た含水率が異なる。このため、測定した有機物含有率に
基づいて含水率を補正して正確な含水率をリアルタイム
で出力している。

【００２０】図３は、図１の含水率測定装置における測
定値の処理に関するフローチャートである。本実施形態
例の測定装置では、従来技術における移動平均法に代え
て、連続５回の測定値の平均値を含水率として出力する
構成を採用しており、測定のサンプル周期を１２秒と
し、１分間に５回の測定を行ってその平均値を１分毎に
出力する。。電源が投入されて測定装置がオンになる
と、まず、各測定値で平均値算定に採用される採用測定
値の合計を記憶する採用値合計メモリ、及び、測定回数
を記憶するサンプル回数カウントメモリをリセットする
（ステップＳ１、Ｓ２）。次いで、まだ測定回数が所定
回数（５回）以内であることを確認して（ステップＳ
３）、測定処理に移行する。

【００２１】サンプル周期１２秒を待って（ステップＳ
４）、測定値のサンプリングを行う（ステップＳ５）。
この測定値（現在値）の、直前の測定値(前回値)からの
変化率が所定値以上であるか否かが判定される（ステッ
プＳ６）。ステップＳ６で、変化率が所定値以内である
と判定されると、その現在値が平均値の計算に加えられ
るべき採用測定値であると判定される（ステップＳ
７）。また、変化率が所定値を越えている場合には、今
回値に代えて前回値が採用される（ステップＳ８）。い
ずれの場合もステップＳ９に移り、平均値サンプル回数
メモリの値が１つ増減される。次いで、今回の採用測定
値が現在までの採用測定値合計に加算され（ステップＳ
１０）、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３からステッ
プＳ１０迄の処理が５回繰り返され、採用測定値合計が
演算される。

【００２２】所定回数（５回）のサンプリングが終了
し、ステップＳ３でサンプルカウントが設定値よりも大
きいと判断されると、ステップＳ１１に移り、採用測定
値合計がそのサンプル回数５で除算されて採用測定値の
平均値が算出される。算出した平均値を脱水機等の制御
部に出力し、再び、ステップＳ１に戻り、新たに平均値
を算出するための処理を繰り返す。この平均値を求める
処理が、１分間に１度の割合で繰り返される。

【００２３】図４は、ステップＳ５のサンプリング処理
に付属する増減率算出処理の詳細を示している。サンプ
リングされて得られた測定値は、まず、デジタル値に置
き換えられ（ステップＳ１１）、現在値と前回値の大小
関係が調べられる（ステップＳ１２）。現在値が前回値
よりも大きければ、ステップＳ１３に移り増加値が算出
され、増加値／全スパンの除算によって増加率が演算さ
れる（ステップＳ１４）。また、現在値が前回値よりも
小さければ、ステップＳ１５に移り減少値が演算され、
減少率／全スパンの除算によって減少率が演算される
（ステップＳ１５）。全スパンは、水分率０〜１００％
に対応する信号振幅で定められる。

【００２４】前回値は、電源投入直後は入力されていな
いため、電源投入直後の初期化処理によって前回値を定
める。この場合、先の電源遮断の直前の測定値を前回値
として作用することができ、或いは、電源投入直後にオ
ペレータが適切な値を入力することも出来る。

【００２５】本発明では、上記のように、今回の測定値
が前回の測定値と大きく異なる場合には、前回の測定値
を採用する。従来の移動平均法では、脱水ケーキがコン
ベア上で途切れると、例えば２０〜３０秒程度は出力が
不安定になる不都合があった。本発明では、大きな変動
を有する測定値はこれを排除して前回値を採用する構成
を採用している。一般に、コンベア上で測定される脱水
ケーキの含水率は緩やかに変動するので、大きな変動を
有する測定値は、脱水ケーキが入射光によって照射され
たコンベア部分に存在しないことを示す可能性が大き
い。本発明では、このような不安定な測定値が生じた場
合には前回値を採用することで、脱水装置等の安定な制
御を可能にする。

【００２６】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の含水率測定装置は、上記実
施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実
施形態例の構成から種々の修正及び変更を施したもの
も、本発明の範囲に含まれる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の含水率測
定装置によると、含水率測定装置で不安定な測定値が生
じてもこれを採用測定値から排除するので、脱水機等の
安定な制御を可能にする出力を得ることが出来るという
顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例の含水率測定装置の模式
的ブロック図。

【図２】図１の含水率測定装置で使用されるフィルタホ
イールの正面図。

【図３】図１の実施形態例の含水率測定装置における処
理を示すフローチャート。

【図４】図３の処理の一部詳細を示すフローチャート。

【符号の説明】

１０ 光照射装置 １１ ランプ １２、１３、１６、１８ レンズ １４ モータ １５ フィルタホイール １７、２２ 反射鏡 ２０ 受光装置 ２１ 凹面鏡 ２３ 可視光カットフィルタ ２４ 光電変換素子 ３０ 信号処理部 ３１ プリアンプ ３２ サンプル・ホールド回路 ３３ Ａ／Ｄ変換器 ３４ ＣＰＵ ３５ メモリ ５０ 脱水ケーキ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水分の含有量に応じた吸収特性を示す波
   長の赤外光を被測定試料に照射する光照射装置と、 被測定試料を透過又は反射した前記赤外光を受光する受
   光装置と、 前記受光装置で得られた受光量に基づいて被測定試料の
   含水率を演算する演算装置とを備え、 前記演算装置は、今回の測定値の前回の測定値からの変
   化が所定範囲内であるときには今回の測定値を採用し、
   今回の測定値の前回の測定値からの変化が所定範外であ
   るときには、今回の測定値に代えて前回の測定値を採用
   する判定手段を備えることを特徴とする含水率測定装
   置。
2. 【請求項２】 前記演算装置が、前記判定手段の出力に
   基づいて所定数の採用測定値の平均値を演算する平均値
   演算手段を備える、請求項１に記載の含水率測定装置。
3. 【請求項３】 前記光照射装置は、更に、有機物の含有
   量に応じた吸収特性を示す別の複数波長の赤外光を照射
   し、 前記演算装置は、前記別の複数波長の赤外光から被測定
   試料の成分を演算する成分演算手段と、該成分演算手段
   の出力に基づいて前記演算された含水率を補正する補正
   手段とを備える、請求項１又は２に記載の含水率測定装
   置。