JPS62192630A - 粒子濃度測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は粒子の濃度を測定する装置に係り、特に所定の
空間内に於ける粒子の濃度分布を迅速か、つ正確に行う
ことのできる測定装置に関する。

〔従来の技術〕

ボイラ設備、製鉄所の溶鉱炉等の設備からは排気ガスと
共に大気中に煤塵が排出されるが、最近の公害規制の強
化に伴い、煤塵の排出量は厳しく規制される傾向にある
。このため煤塵の排出量（状態）を測定する装置におけ
る精度、測定速度等、その性能が重要視されてきている
。

−第５図は現在多用されている代表的な測定装置を示す
。

ダクト３０内を矢印２の方向に進行してきたガスの一部
は、このガス流れに対して平行に配置したサンプリング
チューブ３１に流入する。このガスはチューブ３１を経
てサンプリングプローブ３５に流入する。この場合、ガ
スはポンプ３６により吸引され、サンプリングプローブ
３５の流入口に於けるガス流入速度がダクト３１内のガ
ス流速と等しくなるように制御される。３２は流速微調
整用のパルプ、３３は流量計であり、前記サンプリング
プローブ３５の流入口に於けるガス流入速度はこの流量
計３３により測定される。このようにダクト３１内の流
速とガス吸引速度とを等しくする方法は等速吸引法と称
されるが、これはサンプリングした煤塵の測定量を実際
にダクト中を流れる煤塵の量に近似させる為に採用され
る手段である。即ち、ガス吸引の際にガス吸引速度が周
囲の速度と異なると、ガスのみを余分に吸引したり、反
対に煤塵のみを余分に吸、引する等、要するにガス中の
煤塵濃度とは相違する状態でガスを吸引してしまい、正
確な測定が不可能になってしまうからである。

第６図はこの装置に使用する代表的なサンプリングプロ
ーブの構造を示す。

この構造は濾過式のものであり、サンプリングされたガ
ス３４はガス流入部３８を経てプローブ本体内に収納さ
れた濾紙３６により煤塵のみが分離され、残りのガスは
排出口３９から排出（吸引）される。このサンプリング
を定められた時間おこない、この間に分離された煤塵の
量を測定することにより煤塵濃度を算出している。

第７図は別の従来構成を示す。第５図に示す装置ではサ
ンプリングプローブをガス流中に配置す構成となってい
るが、この構成では煤塵補集部はガス流れの外側に配置
しである。このように構成すれば、煤塵補集部の設置に
よりダクト中のガス流に悪影響を与えることがないので
、前述のサンプリングプローブの他に別の形式の大型の
装置も取り付けることが可能になる。例えばサブリング
プローブ３５に代えて、水中で煤塵を補集するインビン
ジャー、静電的に煤塵を補集する電気集塵器等、大型で
あるが煤塵補集能力の高い装置を使用することができる
。なお、図中符号４０はサンプリングチューブ３１内の
ガス圧を測定する圧力計であり、これによりガス流速を
測定する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上に示した従来の技術は結局はガス流中の特定の位置
でガスをサンプリングし、その測定結果を敢行して煤塵
濃度を算出するものであるため、例えサンプリング部の
測定が正確であってもガス流全体に於ける濃度の判定に
は一定の誤差が生じるのは避けられない。特にガス流の
断面に対して煤塵の分布が偏在している場合には多数の
サンプリング点を設定しなければ測定結果の信頼性は大
幅に低下してしまう。火力発電所用の大型ボイラの排ガ
スダクトの場合にはその一辺若しくは直径が１０ｍ若し
くはそれ以上にもなるため、信頼性の高い測定結果を得
る為には極めて多数のサンプリング点を設定せねばなら
ず、その装置は非常に複雑かつ高価となると共に、測定
データに基づく煤塵濃度の算出に長時間を要することに
なる。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は上述した問題点に鑑み構成したものであり、煤
塵を含有するガス流等、測定すべき粒子を含有する流体
に対してスリット光を照射する装置と、この光が照射さ
れた粒子を↑最影する高分解能テレビカメラなどの撮影
装置と、撮影装置から送られた画像情報により粒子の濃
度を測定する演算装置とから成る装置である。

〔作用〕

本発明は上述のように測定すべき粒子を含有する流体に
対して光学的手段を用いて粒子濃度の測定を行うように
構成してあり、これにより光学的に測定したデータを画
像処理を行うことによって短時間に正確な濃度測定を行
うことができる。このため流体のサンプリングが全く不
要となり、かつサンプリング点の多少や配置位置の相違
により測定精度が変化することもなく常時高い測定精度
を保証することが可能となる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を用いて具体的に説明する。

第１図は本発明に係る装置を概念的に示す図である。

図中、１は濃度測定を行うべき粒子を含有する流体（以
下粒子を「煤塵」、煤塵を含有する流体を「ガス」とし
て説明する）が通過するダクトである。１０はこのダク
ト１内のガス流に対して一定の幅のスリット光１１を照
射するスリット光源、１２はこのスリット光１１にほぼ
直交するよるに配置した撮影装置たる高分解能テレビカ
メラである。また１３はこの高分解能テレビカメラ１２
から出力された画像情報を処理し、ガス中の煤塵濃度を
算出する演算装置、１４はこの演算結果または各画像処
理状態を表示する画像表示装置（ＣＲＴ）である、なお
、実際のダクトにおいては、スリ・ノド光透過部、テレ
ビカメラ設置部におけるダクト壁面は耐熱ガラス等を用
い、スリット光の透過や煤塵の撮影が可能なように構成
しておく。

以上の構成において、煤塵を含有するガスは矢印２のよ
うに流れている。この状態のガスに対して光源１０から
所定の幅を有するスリット光１１が照射される。この場
合光源１０は矢印１５の如く、高分解能テレビカメラ１
２の撮影方向に対して移動できるようにしておき、スリ
ット光１１が移動可能なようにしている。高分解能テレ
ビカメラ１２はスリット光１１の照射方向に直交するよ
うに配置されており、このスリット光１１により照射さ
れた煤塵を撮影する。カメラ１２は矢印１５の所定の位
置で照射されたスリット光１１により撮影を行い、各照
射位置における撮影画像は画像信号として演算装置１３
に出力される。演算装置１３においてはこの画像信号に
基づき、画像処理を行い、ガス流中の煤塵濃度を算出し
、その結果を画像表示装置！１４に表示する。

第２図（Ａ）乃至（Ｃ）はこの画像処理の一例を示す。

スリット光１１を、煤塵を含有するガスに対して照射す
ると、このスリット光１１の通過する幅の狭い直方体の
空間内の煤塵３のみがその光を反射して光学的に測定可
能になる。この状態を高分解能テレビカメラ１２で撮影
し、その画像情報を演算装置１３に出力する。この場合
スリット光通過空間とテレビカメラ１２との間に存在す
るガス流中の煤塵が撮影に悪影響を与える虞れがあるよ
うに見えるが、カメラ１２のレンズ口径が煤塵の直径よ
りもはるかに大きいため、煤塵濃度が極端に高い場合を
除いては撮影に支障はなく、発明者等の実験においても
このことは証明された。

第２図（Ａ＞は高分解能テレビカメラ１２で撮影したあ
る瞬間の入力画像である。この画像は何らの処理も施さ
れていない生のままの画像であるため、例えば画面左上
方の粒子２０は薄く小さく、また左下の粒子２“１は濃
く大きく映っている。このような相違は実際の粒子の大
小によるというよりも、照明の不均一、粒子の飛行速度
の相違等に基づく。生画像におけるこのような粒子の大
小は煤塵濃度測定の誤情報となる虞れがあるため、（Ｂ
）に示す画像処理を行う。この画像処理は二値化と称す
る処理であり、画像情報は白か黒の何れか（二値化）す
ることにより、灰色のような中間輝度を排除する処理方
法である。これによって撮影された粒子は黒、それ以外
の部分は白とじて表現される。つまり（Ａ）の粒子２０
．２１共に同じ黒として表現される。（Ｃ）はこのよう
に二値化された画像を百枚重ね合わせて構成した画像で
ある。これにより白部分２５、灰色部分２６黒部分２７
が表現され、その濃淡により粒子濃度−目で判明する画
像となる。但しこの百枚の画像の各々はスリット光１１
を矢印１５の方向に移動させることにより異なる位置で
撮影した画像を処理したものであり、これらの画像を重
ね合わせることにより構成したものである。この様にす
ればガス流の所定の位置に於ける煤塵濃度を測定するこ
とができる。また、この方法の他、スリット光１１自体
は所定の位置に固定し、一定時間内に複数画像の撮影、
画像処理を行い、これを重ね合わせて（Ｃ）に示す画像
を作成してもよい。この場合は煤塵濃度は時間に対する
平均値として算出されることになる。

第３図は画像処理方法の別の例を示す。

同図中（Ａ）、（Ｂ）は各々第２図（Ａ）、（Ｂ）の場
合と同じ状態を示し、かつ（Ｅ）は第２図（Ｃ）と同じ
処理を行った場合を示す。先ず、第２図に示す場合と同
様な処理を行い（Ｂ）に示す画像を得た後、（Ｃ）に示
す処理を行う。この処理は（Ｂ）に示す画面に対して収
縮処理を施したものであり、画像における各々の粒子像
は画像の分解能の限界近くまで小さくなっている。続い
て（Ｄ）で示す膨張処理を行う。この場合、（。

Ｃ）において画像の分解能の限界近くまで収縮処理を行
っているため、各粒子像の大小は殆どなくなり、このた
め膨張処理をした際に各粒子像の大きさはほぼ均等にな
る。この方法を用いると粒子像の少ない場合でも短時間
に煤塵の濃淡画像を作成することができる。但しこの方
法は粒子径がほぼ等しいことが予め分かっている場合に
限られる。

また膨張処理の段階において膨張し過ぎると隣接した粒
子が重なり濃度測定の誤差を生じることになる。（Ｅ）
の画像はこのようにして構成した画像（Ｄ）の複数枚、
例えば百枚を重ね合わせることにより構成した濃淡画像
である。（Ｆ）は濃淡画像（Ｅ）の濃淡レベルを三段階
に分けて表示したものであり濃淡の誤差を判別し易く画
像処理したものである。

第４図は第１図のスリット光源のより具体的な例を示す
。この構成はレーザ光を利用するものであり、タングス
テン光源に比較して照度が高（かつスリット光としての
精度が高いものである。

５０はレーザ光源、５２はシリンドリカルレンズ、５３
はその後ろに配置したコリメータレンズである。この構
成において、レーザ光源５０から発振された光束径が１
鰭のレーザ光５１は、シリンドリカルレンズ５２によっ
て拡大され、かつ後続のコリメータレンズ５３によって
平行光たるスリット光１１となる。この場合シリンドリ
カルレンズ５２は光を一方向にのみ拡大するため、スリ
ット光１１の幅は最初の光束径勿ある１龍を正確に保持
しており、質の高いスリット光１１を得ることができる
。このためこのスリット光１１を用いれば煤塵濃度の測
定精度をより向上させることができる。なお、発明者ら
は本装置による煤塵濃度測定と第１図に示す従来装置を
用いた濃度測定との比較実験を行った結果、従来装置で
は８時間掛かっていた測定を約５分間で終了することが
可能であることを確認した。またこの場合の測定精度は
従来方法よりも一般的にかなり高いものであった。因み
に従来装置ではサンプリング位置の設定、サンプリング
位置の配置数等が適正でないとその測定精度はかなり低
いものとなってしまう。

〔効果〕

本発明は以上のように流体中の粒子の濃度を光学的にと
らえ、かつ画像処理法を用いて処理するよう構成したの
で、測定すべき粒子を含有する流体をサンプリングする
必要がない。

このためサンプリング位置の多少、配置数等によって測
定精度が左右されることもなく、常時高い測定精度を保
持することができる。

また演算装置により、各画像情報をリアルタイムに処理
することができるため、測定結果を極めて短時間で出す
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す粒子濃度測定装置の斜視
図、第２図（Ａ）乃至（Ｃ）は画像処理状態を示す図、
第３図（Ａ）乃至（Ｆ）は他の画像処理状態を示す図、
第４図は本発明の別の実施例を示すスリット光源の斜視
図、第５図は従来の粒子濃度測定装置の側面図、第６図
は第５図に示した装置に使用するサンプリングプローブ
の縦断面図、第７図は別の従来型粒子濃度測定装置の側
面図である。 １・・・ダクト　　３・・・煤塵 １０・・・スリット光源　　　１１・・・スリット光　
　１２・・・高分解能テレビカメラ１３・・・演算装置
　　５０・・・レーザ光源５１・・・レーザ光 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）粒子が散在する空間中の粒子濃度を測定する装置
   において、一定の幅を有するスリット光をこの空間に対
   して照射するスリット光源と、このスリット光の照射方
   向に対してほぼ直交する位置に配置しスリット光を照射
   された粒子を撮影する撮影装置と、この撮影装置から出
   力された画像信号を入力しかつ画像処理機能を有する演
   算装置とから成り、撮影装置の画像信号を画像処理する
   ことにより空間中の粒子濃度を測定するよう構成したこ
   とを特徴とする粒子濃度測定装置。
2. （２）前記撮影装置を高分解能テレビカメラとしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の粒子濃度
   測定装置。
3. （３）前記スリット光源をレーザ光源としたことを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項または第（２）項記載
   の粒子濃度測定装置。
4. （４）スリット光を撮影装置の撮影方向とほぼ直角の方
   向に対して移動可能なようにしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項記載の粒子濃度測定装置。