JPS60174929A - 濃度計 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は発酵、食品、パルプ等の産業分野における廃水
に含まれる懸濁物の濃度を光学的に測定する濃度計、特
に廃水に接触する部分に懸濁物による閉塞を生じること
なく高濃度までの測定が行え、かつ測定結果が廃水接触
部の汚れの影響を受けることがないようにすることもで
きる濃度計に関する。

〔従来技術とその問題点〕

液体中の懸濁物濃度を測定するために従来光学的手法が
多く採用されているが、この手法は大別して透過光式と
散乱光式とに分類され、それぞれ従来の手法には次に説
明するような問題がある。

すなわち、透過光式は液体中を透過した光の減衰を測定
する方式であるが、この方式は懸濁物の濃度が高くなる
と透過光の一減衰量が大きくなるため、発光強度の大き
い光源や高感度な受光素子を用いるとか、検出部におけ
る液体試料の流路を狭くしてここを横断、透過する光の
光路長を短くするなどの対策を講じる必要があり、流路
を狭くすると懸濁物によってこの流路がつまる恐れがあ
るので、この測定方式による上限濃度は通常乾燥濃度で
１％程度とされている。すなわち透過光式には測定可能
乾燥濃度の上限が１％程度で、これ以上の濃度では試料
の流路がつまる恐れがあるという問題がある。

一方、散乱光式は液体中に投射された光の懸濁物による
散乱光を測定する方式で、この方式でも透過光式の場合
と同様に懸濁物の濃度が高くなると散乱光強度が弱くな
るので、光源の発光強度を大きくしなければならないと
か受光素子の感度を高く、しなければならないなどの問
題があり、散乱光強度が弱くなると受光素子に入射する
散乱光以外の迷光も無視できなくなるので、−個の光源
にもとづく散乱光を二個所で検出して雨検出結果を比較
する散乱光比較方式と呼ばれる方式が採用されることも
あるが、この場合でも測定可能上限濃度は乾燥濃度でた
かだか１％程度で、これ以上の懸濁物濃度は測定できな
いという問題がある。

また、以上は上述した各測定方式に個有の問題であるが
、これら両方式に共通な問題として、両方式がいずれも
光学的な測定方式であるが故に、検出部を構成する測定
セル壁に懸濁物が付着していわゆる汚れが発生するとこ
こを透過する光の強度が変化する結果、大きい測定誤差
を生じるという問題もある。

〔発明の目的〕

本発明は、液体中の懸濁物濃度を測定する、上述した従
来の光学的測定方式を採用した濃度計における問題点を
解決して、高濃度測定が可能でかつ懸濁物によって閉塞
が発生する恐れがなく、そのうえ測定結果が懸濁物によ
る接液部の汚れの影響を受けることのないようにするこ
ともできる懸濁物濃度測定用の濃度計を提供することを
目的とするものである。

〔発明の要点〕

本発明は、上述の目的を達成するために、光源装置によ
ってレーザビームのようなビーム状の光を懸濁物を含む
液体と気体または透光性を有する固体との界面に気体ま
たは固体側から投射し、この時液体に入射したビーム光
の反射、散乱によつを設けた検出装置で検出するように
したもので、この場合光像の大きさが液体中の懸濁物濃
度と一定の関係を有するところから、さらに、光像の大
きさに応じた検出装置の出力信号について演算を行って
懸濁物濃度に応じた信号を出力する演算装置を設け、こ
のような光源装置と検出装置と演算装置とで懸濁物濃度
を測定する濃度計を構成するようにしたものであって、
このように濃度計を構成することによって、前記液体が
接触する部分に懸濁物による閉塞が発生することなく高
濃度までの測定が可能で、そのうえ測定結果が懸濁物を
こよる接液部の汚れの影響を受けることのないようにす
ることもできる懸濁物用濃度計が得られるようにしたも
のである。

〔発明の実施例〕

次に本発明の実施例を図面を参照して説明するが、まず
始めに本発明による濃度計の動作原理を説明する。第１
図は動作原理基本図で、図において１は測定対象である
懸濁物を含む液体、２は液体１の上方にあってかつこの
液体に接する、たとえば空気のような気体、３は液体１
と気体２との界面である。気体２はガラスのような透光
性を有する固体であってもよい。５はレーザビームのよ
うな細いビーム状の光４を出射する光源装置で、光源装
置５は光４を気体２の側から界面３にほぼ垂直に投射す
るように配設されている。図では光４は空間伝送されて
いるが光ファイバによって伝送されるようにしてもよい
。光源装置５は、気体２にかわってこの部分に透光性の
固体が設けられている時は、この固体を透過して光４を
界面３に投射するように配置されて差し支えないし、ま
た光４は界面３に必ずしも垂直に投射される必要はない
。Ｐは光４と界面３との交点である。

第１図のようにして光４が液体１に投射されると、この
光の一部は液体１によって吸収され残部は液体ｌ内で反
射、散乱される結果、界面３に点Ｐを中心とする円形の
光像６が生成され、この光像６の大きさは液体・１にお
ける懸濁物の濃度に応じて変化する。本発明者の実験に
よれば、液体１を懸濁物としての汚泥を含む下水とし、
光源装置５に出力１ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザを用いた場
合、汚泥の乾燥濃度が５％の時光像６の直径ははば１０
朋、汚泥乾燥濃度０．５％の時光像の直径は約４０闘で
あった。第２図はこの光像６における光の強度分布観測
結果の概略図で、図においてＲは点Ｐからの距離、■は
点ＰからＩｔの距離における点の光像の強度で、Ｈ，Ｍ
、Ｌはそれぞれ液体１中の懸濁物濃度が高い場合、中程
度である場合、低い場合の各特性線である。図から懸濁
物濃度が高くなる程光廉が小さくなりかつその中心の光
強度が強くなることが明らかである。Ｓは特性線）（、
Ｍ。

Ｌのいずれにも交わるようにＩ＝Ｉｓに設定した特性線
、Ａ、Ｂ、Ｃは特性線Ｓと＋（、Ｍ　、　Ｌの各特性線
との交点で、特性線ＳにおけるＩｓは点Ａ。

Ｂ、Ｃに対応する距離几が懸濁物濃度が高くなると短く
なるように設定されている。第３図は第２図の点Ａ、Ｂ
、Ｃ等の特性線Ｓ上の点に対応する距離凡の値Ｒｓと懸
濁物の濃度りとの関係を第２図から作図したもので、本
図から懸濁物濃度が高くなるとＲｓが小さくなることが
一層明らかである。

Ｒｓは第２図から明らかなように、第１図における光像
６の大きさを表す量であるから、第３図は光像６の大き
さと懸濁物濃度との関係を示すもので、両者間にはこの
ような一定の関係があるからＲｓを測定することによっ
て濃度りを知ることが出来る。

上述した説明はビーム光４が界面３に垂直に投射される
場合であった。ビーム光４が界面３に斜めに投射される
と光像６は楕円になる。しかしながらこの場合も楕円の
大きさが懸濁物の濃度に応じて変化する。したがって、
この場合、たとえば楕円状光像の長軸の長さを測定する
ことによって懸濁物濃度を知ることができる。本発明の
濃度計は、上記したように、ビーム光４を界面３に投射
した時にこの界面に生成される円形または楕円形の光像
の大きさを測定することによって、懸濁物濃度を測定す
ることを測定原理とするものである。

第４図は上述の動作原理を適用した本発明による濃度計
の一実施例の構成図で、図において７は液体１をとり囲
む壁の一部を構成しているガラス板、８はガラス板７と
液体１との界面である。この場合光源装置５はガラス板
７を介して光４を界面８にほぼ垂直投射するように配置
され、この場合にも界面８に円形の光像６を生じる。Ｑ
はガラス板７の光源装置５側の面と光４との交点である
。

９は多数のフォトダイオードを一定の間隔で直線状に配
置したフォトダイオードアレイで、このアレイ９はガラ
ス板７の点ＱＫのある面上にあってかつ点Ｑから放射状
に出る一体の半直線上に配置設され、受光面が光像６に
対向するようにガラス板７に接着されている。アレイ９
は光４が界面８に投射されるのを妨げないようにして、
できるだけ点Ｑの近くにまで配置され、ガラス板７に接
着された状態で光像６の光を受光しつるように構成され
ている。１０は、アレイ９から出力される何個のフォト
ダイオードの受光強度に応じた出力信号が入力され、こ
れらの信号の中の、第２図で説明した光強度Ｉｓ以上の
光強度に応じた信号の個数を検出して光像６の大きさに
相当した信号１１ａを出力するようにした信号処理部で
、１１は受光部としてのフォトダイオードアレイ９と信
号処理部１０とからなり、光像６の大きさを検出してこ
の大きさに応じた信号１１ａを出力する検出装置である
。１２は検出装置の出力信号１１ａが入力されると第３
図の特性線に応じた演算を行い、液体１中の懸濁物濃度
に応じた信号１２ａを出力する演算装置で、１゛３は上
述の検出装置１１および演算装置１２と光源装置５とか
らなる濃度計である０ 濃度計１３は上述のように構成されているので出力信号
１２ａによって液体１中の懸濁物濃度を測定することが
でき、この場合の測定は従来の光学的な濃度測定の場合
のように投射光の減衰の程度を測定するものではなくて
光像６の大きさを測定するものであるから高濃度までの
測定を容易に行うことができ、また懸濁物濃度の連続測
定を行うために液体１を点Ｑの近傍において流動させる
場合、懸濁物濃度が高くなっても液体１の流路を前述し
た従来の光学的測定方法におけるように狭くする必要は
ないからこの流路が懸濁物によって閉塞されることはな
い。第４図においては界面８が懸濁物によって汚される
と測定結果が影響を受けるが、第１図のようにしてビー
ム光４を界面３に投射するようにし、点Ｐ近傍の気体２
中にフォトダイオードアレイ９のような受光部を配置す
るようにすれば、界面３が懸濁物によって汚されて測定
結果が影響を受けるというようなことはない。

第４図の実施例においては検出装置１１を構成する受光
部をフォトダイオードアレイ９で形成してガラス板７に
接着するようにしたが、この受光部はフォトトランジス
タまたはＣｄＳ等の各複数個で形成してもよいし、また
テレビカメラで形成してもよいものであり、またガラス
板７に接着しないでこのガラス板から離して固定するよ
うにしてもよいものである。また第４図の実施例ではフ
ォ点 トダイオードアレイ９をｆＱから放射状に出る一本の半
直線上に配置したが、このアレイ９は、第５図（５）に
示したように二個のアレイ９を点Ｑに対して対称に配置
するようにしてもよく、また第５図ＣＢ）に示したよう
に点Ｑを中心とする同心環状に配置した光電池等の感光
体としでもよいものであって、第４図において光像６を
検出する検出装置１１の受光部を第５図のように形成す
ると、この受光部の感度が向上する効果がある。なお上
述の実施例では界面３または８がいずれも平面状、に形
成され、したがって光像６を検出するフォトダイオード
アレイ９等の受光部が平面状に配置されるものとしたが
、本発明は第６図に示したように、液体ｌが管状のガラ
ス壁１５でとり囲まれて液体１とガラス壁１５との界面
１６が曲面状に形成され、したがってフォトダイオード
アレイ９がガラス壁１５の外面に取り付けられ、界面１
６の曲面に応じて曲面状に配置されるようにしても差し
支えないものである。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明においては、懸濁物を含む液体
と気体または透光性を有するガラスのような固体との界
面に気体側または固体側からビーム状の光を投射する光
源装置と、ビーム状の光によって界面に生成した光像の
大きさを界面に対向するようにして設けた受光部を介し
て検出する検出装置と、この検出装置の出力信号が入力
され演算を行って前記懸濁物の濃度に応じた信号を出力
する演算装置とで前記懸濁物の濃度計を構成するように
したので、このような濃度計は、従来の光学的測定方法
を用いた濃度針のように投射光の減衰の程度を測定する
ものではないから、高濃度の懸濁物濃度を測定できる効
果があり、また懸濁物濃度が高くなっても、従来の光学
的測定方法を用いた濃度計におけるように液体の流路を
狭くする必要はないから、この流路が懸濁物によって閉
塞されることはないという効果もある。さらにまた本発
明の濃度計では、懸濁物を含む液体の液面にビーム状の
光による光像を生成させた場合、検出装置の受光部およ
びこの受光部に至る光像の光路が懸濁物によって汚され
ないように構成することができるので、このような場合
濃度測定結果が懸濁物の汚損にもとづく誤差を含むこと
はないという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による濃度計の動作原理基本図、第２図
は第１図の光像における光の強度分布図、第３図は第２
図からめた、光像の大きさと懸濁物濃度との関係特性図
、第４図は本発明による濃度計の一実施例の構成図、第
５図（５）は第４図におけるフォトダイオードアレイの
配置例とは異なるフォトダイオードアレイの第２配置例
の説明図、第５図（均は第４図におけるフォトダイオー
ドアレイにかわる感光体の配置説明図、第６図はフォト
ダイオードアレイの第３配置例の説明図である。 １・・・液体、２・・、気体、３　、８　、１６２３．
界面、４・・・光、５・・・光源装置、６・・・光像、
７・・・固体としてのガラス板、９・・・受光部として
のフォトダイオードアレイ、１１・・検出装置、１２・
・・演算装置、１３・・・濃度計、１４・・９受光部と
しての感光体。 ｉｌｌ　図 第２図 第　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 懸濁物を含む液体と、気体または透光性を有する固体と
   の界面に前記気体側または前記固体側からビーム状の光
   を投射する光源装置と、受光部を有しかつ前記受光部が
   前記液体外から前記界面に対向するように設けられ、前
   記光によって前記界面に生成した光像の大きさを前記受
   光部を介して検出する検出装置と、前記検出装置の出力
   信号について所定の演算を行い前記懸濁物の濃度に応じ
   た信号を出力する演算装置とからなり、前記演算装置の
   出力信号により前記懸濁物の濃度を測定することを特徴
   とする濃度計。