JPS6033392Y2 - 濁度計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、電流−光変換および光−電流変換における変
換効率の経時的変化や温度変化に加えて検水温度による
補償をしながら検水中に含まれる懸濁物からの散乱反射
光を測定することによって、検水の濁度を高精度にて求
め得るように構成された濁度計に関するものである。

従来より検水の濁度を測定するには一般に光学的方法が
採られているのが実状である。

光学的方法としては現在のところ検水を透過した光の光
量を測定することによって濁度を求めるといった透過光
法や、検水中で散乱された光の光量より濁度を求めると
いった散乱光法、透過光と散乱光を定量的に検出した後
演算を行なうことによって濁度を求めるといった透過光
・散乱光演算法などが実用に供されているが、従来にあ
っては発光素子や受光素子の特性変化が考慮されていな
かったり、更には発光素子の選択とその発光制御、受光
素子からの出力の処理が適当にされていないことから、
検水の濁度を高精度にて求め得ないという欠点がある。

更に発光素子に対する発光駆動や発光駆動によって発生
される光の波長なども適当に考慮されるべきである。

最近では白熱ランプによる可視光領域の光に限ることな
くレーザ光、赤外光、近赤外光、偏光なども利用されて
いるが、発光素子が発光素子による光のみを受光する必
要があるところから、濁度検出に利用される光はその波
長領域が適当範囲内に限定されるべきである。

また、仮に発光素子によるものばかりか、それ以外の光
が受光素子によって検出された場合は、後の適当な処理
によって検出出力よりその光によるものが除去されるべ
く発光素子の発光方法も適当にされるべきである。

そこで、本考案者は、検出の濁度を高精度にて求め得る
濁度計として、検出部を検水中に浸漬した散乱光方式で
濁度測定し、光源として近赤外発光ダイオードを使用し
てパルス的に発光駆動する一方、その受光素子としてホ
トダイオードを使用して該ホトダイオードの出力より交
流成分のみを抽出して濁度対応のアナログ量を得るもの
を提案している。

こうした濁度計は、発光ダイオードの発光スペクトルが
近赤外の短波長側（０，９〜１μｍ）の領域にできるか
ら、濁度測定の際に問題となる濁質の色の影響や溶媒の
色の影響を除去し得る。

また、光源をパルス駆動して受光出力の交流成分のみを
取り出すことにより、太陽光などの迷光の影響を防ぐと
共に光源の駆動周波数を適当に選ぶことで螢光灯などの
交流的な迷光を防ぐことができる。

また、検出器構成は濁度検出用ホトダイオードを複数並
列接続としてその経時変化を無くし、この検出用ダイオ
ードのほかに発光ダイオードの光出力を一定に制御する
ために該発光ダイオードの光出力を検出するホトダイオ
ードを濁度検出用ホトダイオード近傍に設けることで発
光ダイオードの光出力経時変化を無くし、さらに両者の
回路に同じ構成のもの同じ条件下におくことで温度変化
による影響を無くすことができる。

しかし、光源として近赤外光を用いているため、近赤外
光は水中での吸収量が水温によって変化するため、発光
素子や受光素子さらには測定回路の温度補償を完全なも
のとしても濁度出力が検水温度によって変る問題があっ
た。

この実験として、発光素子にピーク波長９５０１ｍスペ
クトル半値幅４６．５ｎｍの近赤外発光ダイオードを用
い、検水に約４００ＦＴＵ （Ｆｏｒｍａｌｉｎ Ｔｕ
ｒｂｉｌｉｔｙ Ｕｎｉｔ） ノアオルマシン溶液を使
用して水温を変化させた場合、出力変化は約−０，７％
／ｄｅｇであった。

また、検水をカオリン懸濁液とした実験結果でも同等の
温度変化があった。

本考案の目的は、検水温度による影響を無くして濁度を
高精度に求め得る濁度計を提供するにある。

この目的のため、本考案は、光源の光出力を一定にする
ための比較検出用ホトダイオードまでの光経路を光源か
ら濁度検出用ホトダイオードまでの光経路と同じに光源
−ガラス−水−ガラス−ホトダイオードとなる構成にし
、その経路の水は検水と同じ温度になるように構成した
ものである。

以下、第１図より第４図により本考案の一実施例を説明
すれば以下のようである。

先ず第１図は本考案による濁度計の使用態様を示したも
のである。

図示の如く検水（河川、湖、沼、海洋あるいは排水槽内
の水、またはそれらの水に脱泡等の処理を施こした後の
貯水）１中に、先端部に検出器が収容された濁度検出筒
２を浸漬し、浸漬中検出器より得られた濁度検出出力を
ケーブル５を介し、制御・変換処理部３にて変換処理し
、この変換処理によって得られた濁度対応大きさのアナ
ログ電圧あるいはアナログ電流が、ケーブル５Ａを介し
て接続された指示計４で表示されるようにしたものであ
る。

第２図ａ、 ｂはその濁度検出筒２の縦断側面と前面（
検出器表面側）を示す。

図示の如くハウジング１１，１３．１７ （ハウジング
１１，１７はＯリング１２によって水密に接合）はパイ
プ１０とともに濁度検出筒外面を形成しており、第１図
図示のケーブル５はパイプ８の一端においてグランド６
、ワッシャ７、パツキン８およびバブボデー９を介して
水密にパイプ８内に導入される。

ハウジング１７の他の端面にはまた光学窓ガラス２２が
接着されており、この光学窓ガラス２２の内表面近くに
発光ダイオード２４、濁度検出用ホトダイオード２３、
比較検出用ホトダイオード２６をプリント板２０に接続
した状態で図示の如くに配するものである。

マウント２１はそれら発光ダイオード２４、ホトダイオ
ード２３．２６及び検水温度補償用ガラス容器２７を載
置取付けあるいは位置決め収容するためのものであり、
第３図に要部拡大図を示すように中心部に位置決め収容
される発光ダイオード２４の光は直接ホトダイオード２
３に入射されないように発光ダイオード２４は一部が切
欠された円筒部分に位置決め収容される一方、発光ダイ
オード２４の光はその切欠部分即ち入射光量調節用スペ
ーサ２５及び水を封入したガラス容器２７を介して直接
にホトダイオード２６に入射するようにされる。

水容器２７は光学窓ガラス２２を通してホトダイオード
２６に不必要な散乱光が入らないよう該ガラス２２側に
しや先板２８を貼着もしくは側壁に巻回している。

このガラス容器２７としや先板２８は、図示の構造に限
らず、発光ダイオード２４からホトダイオード２６に直
接に向う光に水を介在させるものであれば良く、例えば
じゃ先板２８自体を容器の側壁とし両端に光透過用ガラ
スにした容器にされる。

また、ガラス容器２７内の水の温度が検水温度に早い応
答性で一致するようじや先板２８は熱伝導性の良い金属
が好ましい。

第２図に戻って、プリント板２０、ホルダ１８および隔
壁１４とによって囲まれる内部空間にはプリアンプ回路
実装のためのプリント板１５が設けられ、既述のケーブ
ル５はこれに接続されるわけである。

隔壁１４はゴムあるいはスポンジよりなり、パイプ１０
内空気とハウジング内空気とを遮断することによって検
出器内部での空気対流による温度応答速度の低下を防ぐ
べく機能するようにされる。

尚、ハウジング１７、マウント２１および光学窓ガラス
２２によって囲まれた空間には防水用のＯリング１６が
設けられ、また、プリント板２０とホルダ１８との間に
はパツキン１９が介在される。

本考案に係る濁度検出筒は以上のように構成されるが、
次に第４図により濁度計全体の電気的構成について説明
する。

図示の如く電流制御回路２９は発振回路２９Ａからの出
力周波数にもとづき、電流制限抵抗２４Ａが直列接続さ
れた発光ダイオード２４にある大きさの矩形波電流を流
すようにされる。

これにより発光ダイオード２４は発振回路２９Ａの出力
周波数で点滅発光駆動され、発光ダイオード２４からの
光は既述の光学窓ガラスを介し検水に照射される一方、
その一部は既述のガラス容器２７を通してホトダイオー
ド２６に入射されるようになる。

検水中に照射された光は懸濁物質により散乱反射され、
散乱反射光の一部は光学窓ガラスを介してホトダイオー
ド２３（本例では感度の上昇を図るべく５個並列接続）
に入射されるところとなるが、その検出出力は一般に図
示の如くになる。

これは一般にホトダイオード２３には発光ダイオード２
４からの光による光成分（短形波成分）の他、太陽光か
らの光成分（直流的成分）や螢光灯などからの光成分（
光流的成分）が入射されるからであるが、検出出力より
短形波成分のみを抽出することは容易である。

即ち、ホトダイオード２３の検出出力は交流分用幅器３
６を介されることによって直流成分が除去され、更にバ
イパスフィルタ３７を介されることによって低周波交流
成分が除去され得るものである。

ここにいう低周波交流成分とは５０Ｈ２あるいは６０Ｈ
ｚの交流成分とその高周波をいうが、発振回路２９Ａの
出力周波数ＩＫＨｚかあるいはそれ以上に設定し、それ
に応じた透過周波数領域のバイパスフィルタを用いるこ
とによって短形波成分の抽出は容易である。

バイパスフィルタ３７の出力はその後整流回路３８、直
流増幅器３９、出力回路４０を順次繰ることによって濁
度対応大きさのアナログ電圧あるいはアナログ電流に変
換され、その大きさは指示計４１に表示されるようにな
るものである。

一方、比較検出用ホトダイオード２６の検出出力もホト
トランジスタ２３の検出出力とほぼ同様な電流波形とな
るが、ホトダイオード２６の検出出立より抽出された短
形波成分は発光ダイオード’２４の出力制御に供される
。

ホトダイオード２６の検出出力は交流分用幅器３０、バ
イパスフィルタ３１、整流回路３２、直流増幅回路３３
を介し比較回路３４に入力され、設定回路３５からの基
準電圧と比較され、その偏差分をして発光ダイオード２
４の発光出力が一定となるべく電流制御回路２９が発光
ダイオード２４に対する駆動電流の大きさを制御するも
のである。

ここで、ホトダイオード２３．２６に同一特性同一種類
のものを使用し、光流用増幅器３６より直流増幅器３９
に至′る回路構成と、光流用増幅器３０より直流増幅器
３３に至る回路構成とを全く同一にし、しかも同一条件
下におくことによりホトダイオード２３゜２６、発光ダ
イオード２４、交流分用幅器などの各回路部における電
気的特性の温度変化や経時変化を補償することが可能と
なるわけである。

本例ではプリアンプとしての交流分用幅器３０．３６を
既に述べた如く濁度検出筒内部に設け、他の回路部分は
制御・変換処理部内に設けることを想定しているが、こ
れに限定されることな〈実施可能である。

ここで注目すべきことは、発光ダイオード２４からホト
ダイオード２６に致る光経路に水封入したガラス容器２
７を介在させることで検水温度変化による出力変動を無
くした濁度検出が可能となる。

即ち、検水での光経路は発光ダイオード２４−ガラス２
２−検水−ガラス２２−ホトダイオード２３にあるのに
対し、比較検出のための光経路は発光ダイオード２４一
容器２７のガラス−容器２７中の水−容器２７のガラス
ーホトダイオード２６にあって検水の場合と同じに水を
介した光経路になり、しかも検水と容器２７中の水とが
検水温度変化に十分に追従して変化する。

従って、検水の温度変化による光吸収量の変化分と同化
の変化分の光吸収量でホトダイオード２６の光入力とな
り、ホトダイオード２６の光入力の変化は発光ダイオー
ド２４の光出力変化として現わ、結果的にホトダイオー
ド２３の光入力を検水の温度変化分だけ補償した発光ダ
イオード２４の光出力になり、メータ４１での検水温度
による出力変動を補償できる。

以上説明したように、本考案は発光スペクトルが近赤外
の短波長側領域とされた発光ダイオードをその出力が一
定となるべくパルス的に発光駆動する一方、近赤外短波
長側領域の光のみを検出器とするホトダイオードの出力
より濁度検出するという近赤外短波長側領域光での濁度
計において、検水温度検出器を設けることなく検水の温
度変化分も補償した検出が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る濁度計の使用態様図、第２図ａ、
ｂはその濁度計における濁度検出筒の構成を示す図、
第３図は第２図における要部構成図、第４図は本考案に
よる濁度計の電気的回路構成図である。 ２２・・・・・・光学窓ガラス、２３・・・・・・濁度
検出用ホトダイオード、２６・・・・・・比較検出用ホ
トダイオード、２７・・・・・・検水温度補償用ガラス
容器、２８・・・・・・しや先板、２９・・・・・・電
流制御回路、２９Ａ・・・・・・発振回路、３０．３６
・・・・・・交流用増幅器、３１゜３７・・・・・・バ
イパスフィルタ、３２．３８・・・・・・整流回路、３
３，３９・・・・・・直流増幅器、３４・・曲比較回路
、３５・・・・・・基準電圧設定回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 検水中に浸漬される防水筒面に取付けられた発光窓ガラ
   スを通して該筒内から近赤外の発光スペクトルを持つ発
   光ダイオードで検水を照射し、検水からの散乱光量を上
   記光学窓ガラスを通して筒内の濁度検出用ホトダイオー
   ドで検出し、上記筒内に設けられ上記発光ダイオードか
   らの光を水が封入されたガラス容器を通してその光量を
   負帰還制御するための比較検出用ダイオードで検出し、
   上記濁度検出用ホトダイオードの出力より検水の濁度信
   号を取出し、上記比較検出用ダイオードの出力に検水の
   温度変化に対応した上記ガラス容器内の水温度変化も含
   めた検出信号を取出して上記発光ダイオードの光出力を
   制御し、検水温度変化による濁度検出値変動を補償する
   構成を特徴とする濁度計。