JPS58206948A - 前方微小角散乱光強度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １発明の技術分野］ 本発明は、粒子による光散乱強度の角ａ特性を利用しく
、大気中の１７０ゾル、各種噴霧の構成！ｍ粒子鮮、溶
液中のコロイドなどの粒径、数密度をｊ１測するＳ４″
＃Ｉに関するものである。

［発明の技術的背景］ 粒径を散乱光強度の角度特性から求めるｈ法としては、
従来、フォトメータ法、前方微小角散乱法、レー１トレ
ーダ払、偏光比法、非対称良法等多種ある。

ここぐは、本発明に関係ある前り微小角散乱法に限り述
べる。この方式は、ｔＶｊ方散乱光のうらでも特に小角
ぐ、一般的に凸レンズで集光できる角度の範囲の前方散
乱光を計測して、粒径等の決定に利用する九檄としては
、通常ビーム光束が用いられ、凸レンズの物体側照平面
におかれた散乱体から°の１ｒｉＪ−角度の散乱光が、
縁側焦平面では、同一円環状に空間的に分離されること
を利用（る。

この焦平面で、検出器を肋かＪか、複数個配［るかして
、一連の角度について散乱強度を計測することが、通常
行なわれている。この散乱強度の角度特性を光散乱Ｉｌ
ｌ論で嵜た理論曲線より判定しに、イの構成を示す。こ
の６式に関した装薗としては、これまで散乱光強度の測
定を粘度よく行なうことが目的とされてきたようにみう
けられる。

［背Ｈ技術の問題点１ 従来、８１測されてきたｈ度領域は、５ｍ程度より大き
いものでこれより微小角度については、解析法との兼ね
１合い、非散乱光との分離の困難さより計測されていな
い。しかし内燃機関、ジェットエンジンなどでは、公害
の問題とがらんで、燃料噴霧の際の粗大粒子の生成が問
題となり、噴霧特性（粒径分布、数密度分１１ｉ　）を
知ることがｆ！要になっている。粒径決定のために、比
較的解析が自易な散乱強度の角度特性の０次のロープを
利用するとなると、１０μｍ以上の大きさの粒子では、
散乱角度で３度以下の測定、３０μ−以上では、＋　＋
３１１１ストの　連の測定が必要と４１′る、１１１光
明１：１的１ 不発明番よ、散乱角１１０．５１哀から５度稈度よ−（
・の前り黴小角散乱光強痘の精８ｇな測定をし］的とし
く、ｉのｌこめに縁人の光ノイズの発／Ｕ涯；となる人
！）１−次光東金入射側に役割することなく、除去する
ことを試みた。。

１光明の歓斂１ 本７？　Ｉｌｌ　ｔ、ｉ、甲り光条を照射する光源ど、
散乱体をｆＦ　Ｌ　（光源に対峙し−（設けられた、ノ
ラウン１１＼−〕Ｉ・回１１ｉ　録を得るための凸レン
ズと、この像面に配され／、：　複数の光ノアイバーと
、ノン・イバーを透過しくくる散乱光強度をＤＩる検出
器と、微小角葭敗乱を検出４るために設ＧＪｌｃ小凸面
鏡と、この微小角散乱光を受ＩＪる光ツノシイバーど微
小角散乱光を検出りる検出器と、散乱されへい照口・１
　次光東を除ノ、りるための小品面鏡と、内部を反射面
としＩｌｌと、ノ、イ１ヘトノッｌとより構成されるこ
とを特徴とした微小角散乱光強ｆ＆ｉ＋ｌ測装置Ｃある
。

１光明の実施例１ 以下、本発明の実施例を図面を参照し乙がら説明４る。

最初に本発明の原理は、凸レンズの物側焦平面に６１測
ジる散乱体を置き、同−角）皇の散乱光を像側地平面−
ぐ光軸を中心とりる同一半径円１に空間的に分離りる凸
レンズの２−ジー１−変換作用を利用する。

この空間的に分ｌｌｌ１ｌされた各散乱角１良の強痘を
像焦平面に円環状に配置し／ｊ多数のノＩイバーを通し
て検出する。さらに、微小角度の散乱光ｔ、ｌ　、凸面
鏡によって分−１−Ｊる。

ここで測定法と深く関わる解析法につい（簡甲に述べる
。粒子による光散乱現絵につ（いは、古くから研究され
（さたが、Ｍｉａ班ｉ論によると、１個の粒子の散乱強
度１は、散乱角度θ、粒子径ｄ、入射光波長λ、粒子の
複素屈折率ｎをパラメータどして表わされることが知ら
れでいる。入射光強度を１０、散乱体から測定点まぐの
距餡を１＜とりると １　＝＝λ／８ｙｒＲｘＦ（θ、ｒ）、α〉・・・・・
・・・・（１）５− となる。（ＬＪＬ、α−πｄ／λである）ここで［）、
λ、Ｒ１１０を既知とすると、ある角度θで１を測定す
るとＬ式より粒子径ｄが決定される。本発明の小角度光
散□乱強度計測装置の基本的構成を第１図に示Ｊ０ 光源１はレーザ装置を用いＩ＝１リメート光学系２を通
して平行ｊ衰のよい直径５＋ｎｍ程度の光束を作り、こ
の光条を凸レンズ４の物側焦平面に置いた散乱体３に照
ｔＮする、散乱光は、レンズ４にょっ−ｃ　を側地平面
で°ノラウンホーフｊ・回折像′とし°Ｕ　ＩＮられ、
散乱角度に応じ°Ｃ光軸を中心とした円状に分離し、イ
の分−された散乱光の強度を検出器５（゛検出づる。

ｆｆ１２Ｖには、レンズ４によって像側地平面でフフウ
ンホーフ１回折像とし′Ｃ得られ、散乱角度に応じ℃分
離された散乱光を検出するための貝体的招成を示し、散
乱角度に応じて分離された散乱光を１１１１７５１１面
に配置した光）’ｊｌイバー６ａにょっｃ１その開口の
立体角あたりの強度としＣ取込み、フＪ　ｌ−？ル検出
器５で検出する。微小角散乱光１゜６− は、さらに、小凸面全反射鏡７の曲率を適宜に選ぶこと
により、−次光束１１と分配し、光ファイバー６ｂ、検
出器５で検出する。但し、微小角散乱光強度は、ミラー
７の及躬率、検出立体角を弯出し、検出器に補止する。

ここまぐで検出されなかった一次光束とさらに微小角ｊ
良の散乱光は、ミラー７とつなが−）だ、内面に全反射
面をもつｌＩ筒８、を通ってライトトラップ９て・除去
される。

光ファイバー６ａ、ｂには、直径Ｑ、５＋ｕ＋程度の細
いファイバーを用い、細かい角洩幅のｉｆ１測を可能に
し、またミラー７の容積をとることができ、さらには、
検出器を離して設（）ることができ、像平面の部分を簡
単にづることができる。全反射凸面鏡７の曲率に応じて
、微小角領域では、さらに細かく計測できる。全反射鏡
７を用いたのは、−次光束の入射側への反射による戻り
をなくすためで、鏡筒８が中空になっているのは、屈折
率の不連続面による反射をなくす配慮で選んでいる。ラ
イトトラップ９は、ミラー７の位置に直接置くと容積が
小さくなり、大出力の一次光束のエネルギーを吸収しさ
れなくなり、破損し、光ノイズの発生源となる。これを
防ぐために検出部より頗し、次光束を充分に吸収できる
人きざにする。

第３図のように、ライト］・ラップ９は、全反射鏡１３
をイ・１加したＩＭ　ｉｔ！ｉとづる。この装置の場合
は、全反射鏡として凸面鏡を用いＣいるが、甲に平面全
反射鏡を用いると、応用例として、大出力光束の甲なる
ライトトラップとして自効である。

凸レンズ４の焦点距離１としては３００ｍ１ｌｌ、開ｒ
、１ｆｌ　８０　Ｉ１ｍ程度のｂのを使う。検出された
散乱強度のノ゛−夕は、マイクロコンピュータ１２に送
り、ｌｏｇ変換、観測立体角の補正等の処理を行なうこ
とも考えられる。

［発明の効果１ すなわら、この発明は、以上説明したように、０、％）
曵から５度程度の散乱光強度を精密に１測（・すること
になり、大粒径粒子のδＩ測が可能になると期待される
。

ま１．：、全反射鏡とライｌ−１−ラップの組合Ｕを考
え、入射−次光束により発生する光ノイズの低減がはか
られる。さらに光°ノアイバーの利用により像側焦平面
部分の構造が簡単化され、また、検出器の配置は自由な
ので、装置をコンパクトにでさる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による小角度光敗乱強度占１測装置の
基本的構成図、第２図は、本発明の一実施例の小角度光
散乱強磨占１測装置の概略構成図、第３図は、本発明に
よる小角度光散乱強度ｇ１測装置に具備されるライトト
ラップの一実施例を示す図である。 １・・・・・・・・・光源 ２・・・・・・・・・コリメート光学系４・・・・・・
・・・凸レンズ ６・・・・・・・・・光ファイバー ７・・・・・・・・・ミラー ８・・・・・・・・・ｍ簡 ９・・・・・・・・・ライトトラップ 代理人弁理士　則近憲佑（ほか１名） ９−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平行光束を照射する光源と、散乱体を介して光源に対峙
   して設けられた、フラウンホーファ回折像を得るための
   凸レンズと、この像面に配された複数の光ファイバーを
   透過して（る散乱光強度を得る第１の検出器と、凸レン
   ズを透過してくる微小角度散乱光を散乱されない一次光
   束と分離検出するための小凸面鏡と、この小凸面鏡によ
   って反射された微小角度散乱光を検出する第２の検出器
   と、前記小凸面鏡によって分離された一次光束を吸収、
   除去するためのライトトラップとから構成されることを
   特徴とする前方微小角散乱光強度計測ＩＡ置。