JPS63225143A - 流体中の不純微粒子計測方法及び計測装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は水、空気等の流体中の不純微粒子計測方法及び
計測装置に関するものである。

〈従来の技術） 従来において水、空気等の流体にレーザービームを照射
し反射光の出力により該流体中の不純機ｆ、２　ソを計
測する方法は公知である。

しかしながらこの従来の方法ではレーザーヒーｌ、はそ
の断面上の強度分布が一様でないために計測される微粒
子がビームのとの位置にあるかによって同一粒径であっ
ても反射光の出力に差が生じ、その結果粒径分解能が悪
かった。

叉従来においてはレーザービームの断面上の強度針イ１
１を調整したもの（例えばマルチモートビーム）がある
がこの場合ビームのピーク値が低下してしまい小さな粒
径の不純微粒子は計測出来ないという新たな問題を生し
る。

史に従来の方法では迷光によるノイズ防止を目的として
通常スリットにより計測領域を紋っていたため十分なサ
ンプリング体積を確保す、その結果所要の精度を得るに
は長時間の計測が必要となっていた。

以上の問題を解決すべく特開昭６１−２８８１３９号の
装置が提案されており、該装置はレーザービームを走査
させて不純微粒子からの反応光をパルス出力として１５
るものである。

しかし該装置においてはレーザービームを走査させなけ
ればならないことから機構的に複雑になりそれに伴う種
々の問題が発生する危れがあった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は以上の従来の問題を解決し粒径分解能が高く及
び小さな粒径の不純微粒子も計測出来るのみならず８！
！横的に極めて単純な流体中の不純微粒子計測方法及び
計測装置の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は以上の目的達成のために １、流れのある流体中の微粒子に流れを横切る状態でレ
ーザービームを断続照射し該微粒子からの反応光をパル
ス列の出力として得る流体中の不純微粒子計測方法 ２、流体中のｙ！ｉ粒子へのレーザービームの断続照射
手段と、レーザービーム照射による反応光を検出する光
検出器と、該光検出器の出力を高周波増幅する高周波増
幅回路とからなる流体中の不純微粒子計測装置 以上を提案するものである。

（作用） 木た明の計測方法は特に同一微粒子からの反応光をパル
ス列の出力として得るため例えはパルス列のピーク値を
求めることによりレーザービームの断面Ｌの強度分布が
一様でなくても粒径に対する一定の出力１１αを得るこ
とが出来、その結果粒径分解能が極めて高い。

本発明の計測方法は特にレーザービームが断続発Ｑ（さ
れるので十分強いビーム強度にすることが可能となり、
その結果率さな粒径の不純微粒子も計測可能となる。

本発明の計測装置は特にレーザービームの断続！！！羽
手投手段いるためレーザービームを走査させる必要がな
く、その結果走査のための機構が不要となり全体として
の装置の構造が極めて単純になる。

（実施例） 以下本発明の流体中の不純微粒子計測方法を図面に示す
実施例に従い説明する。

第１図は本発明の計測方法を示し、該計測方法は例えば
サンプリングセル（１）内に計測すべき流体を導き一定
方向に流す。

すなわち図示の実施例では流体は第１図の下から上へサ
ンプリングセル（１）内を流される。

サンプリングセル（＋）内の流体に該流体の流れ「を横
切る状態でレーザービームｂが周期的に断続照射される
。

すなわち第２図に示す様に流体の流れ（これは微粒子（
２０）の流れに相当）ｆを横切ってレーザービームｂが
周期的に断続照射されるのである。

以上のレーザービームｂ内を微粒子（２０）が下から上
へと流れた場合該微粒子（２０）からの反応光としての
反射光は次の状態となる。

すなわちレーザービームｂの照射がｔ４時、ｔ２時、ｔ
３時・・・に行われたとし各々における微粒子（２０）
の流れ方向位置が図示の通りであったとする。

図を参照すれば明らかな様にレーザービームｂの縦方向
断面の強度分布は中央部が盛り上っているため中央部を
通過する時の反射光の強度が最も強＜」二下両端部にお
ける反射光の強度は弱い。

すなわち第３図に示す様な強度ｅの反射光のパルス列が
発生ずることになる。

つまり両端部が低く中央部が高いパルス列となるのであ
る。

以上で明らかな通り流体を流してそれにレーザービーム
ｂを断続照射することにより同一微粒子からの反応光で
ある反射光をパルス列の出力として得られるのである。

この様なパルス列の出力は光等のノイズが低周波である
ことから高周波増幅をすることによりその除去が極めて
容易である。

従って得られたパルス列の出力を適宜処理すれば流体中
に含まれている微粒子（２ｏ）の粒径及びその個数が求
められるのである。

このパルス列の出力の処理回路の一例を計測装置全体と
共に第４図に示し、以下計測装置を説明する。

すなわちレーザービーム発Ｑ−４；３（３）からレーザ
ービームｂが周期的に断続発射される レーザービームｂの断続発射方法としては半導体レーザ
ー発生器を用いれば安価に十分強いビーム強度が得られ
る。

例えば−例としてアルゴンレーザー発生器では２０　ｒ
ｎ　ｍ　Ｗ出力のものが２００万円するのに対し・て半
導体レーザー発生器ではＩＯＷ出力のものがｌＯ万円で
手に入る。

ここで広い照射断面積及び横方向に均一など−１、強度
の分布を得るため次の様な照射系を用いる。

すなわちレーザービームｂはレンズ（４）（シリンドリ
カルレンズ）により第５図に示す円形断面光から第６図
に示す様な横方向に拡がった断面光になる。

次にレーザービームｂはミクサロッド（５）に大引され
て断面内のビーム強度を均一にされる（ミクサロッド（
５）の出口の断面光を第７図に示す）。

すなわちミクサロッド（５）内でレーザービームｂは反
射を繰り返してそのビーム強度が均一になるのである。

次にレーザービームｂはレンズ（６）（シリンドリカル
レンズ）により適々１な横幅（１ｍ　ｒｎ程度）に調整
されてサンプリング七ル（＋）に大引される。

次にレーザーと−Ｊ、ｂの断続発射方法については第２
図に示した様にレーザービームｂ内を縦方向に微粒子（
２０）が横切る開に複数個（望ましくは３個以上）（よ
り望ましくは１０個以上）の出力パルスが得られる様に
その周間を調整すればよい。

次にレーザービームｂによる反応光である反射光を集め
るレンズ（７）及び計測領域を決定するスリット（８）
が設けられる。

これらを通って反射光（パルス列の出力）は光検出器（
９）に人力される。

光検出器（９）から順次高周波増幅回路（１１）、検波
？！！流回路（１２）、ピーク値検出回路（１３）、Δ
／Ｄ変換回路（１４）及び計数処理回路（１５）が接続
される。

まず高周波増幅回路（１１）はしきい値以下の雑音をカ
ットして高周波成分（出力のパルス列は高周波成分であ
る）を増幅する。

すなわち高周波増幅回路（１１）により低周波ノイズが
除去されてＳ／Ｎ比の向上が図れるのであるゆ次に以上
の出力は検波整流回路（１２）により検波！２流されパ
ルス列の出力が単一の山伏の連続出力に変換され、これ
によりショット雑音等の高周波ノイズが除去されるので
ある。

次のピーク値検出回路（１３）は山状の連続出力のピー
ク値を取り出すものである。

該ピーク値はＡ／Ｄ変換回路（１４）によりデジタルか
に変換された後計数処理回路（１５）に人力される。

計数処理回路（１５）は得られたデーターの必要な処理
を行うものである。

更に以上の計測装置の実施例は一例でありより改良され
た出力の処理装置は種々考えられる。

例えばレーザービーム発射器（３）からのレーザー出力
は発０４　ｗにわずかな差異を有するのでこれの補正の
ため及び経時変化の補正のためレーザー出力検出回″ｔ
！４（１７）を設けこの出力を計数処理回路（１５）に
人力して必要な処理を行ってもよい。

更に微粒子（２０）の粒径はピーク値検出回路（１３）
により検出されるピーク値から決定していたが粒径の概
略決定のためには次の方法でも可能である。

すなわち第４図に示す高周波増幅回路（１１）の出力パ
ルスにおいて一定のしきい値以上のパルスの数を数える
。

すなわちこの数は粒径が大きい程多くなるためこれを利
用すれば粒径の概略決定が出来るのである。

次に以上の計測方法における計測領域により決定される
サンプリング体積であるが、該サンプリング体積はその
内に確率的に不純微粒子が１個しか含まれない程度にす
るものとする。

改に以上に述べた流体中の微粒子（２０）とは気体中の
液体、固体又は他の気体微粒子（２０）、液体中の気体
、固体又は他の液体のｖＩｋ粒子（２０）等が考えられ
る。

叉微粒子（２０）からの反応光としては反射光以外に散
乱光、蛍光、ラマンシフト光等が考えられる。

（発明の効果） 本発明の流体中の不純微粒子計測方法及び計測ＳＲｉ：
！＞の実施例は以上の通りでありその効果を次に列記す
る。

（１）本発明の計測方法は特許請求の範囲に記載した構
成であり、特に同一微粒子からの反応光をパルス列の出
力として得るため例えばパルス列のピーク値を求めるこ
とによりレーザービームの断面上の強度分布が一様でな
くても粒径に対する一定の出力値を得ることが出来、そ
の結果粒径分解能が極めて高い。

（２）本発明の計測方法は同上の構成であり、特にレー
ザービームは断続発射されるので十分強いビーム強度に
することが可能となり、その結果小さな粒径の不純微粒
子も計測可能となる。

（３）本発明の計測装置は特許請求の範囲に記載した構
成であり、特にレーザービームの断続照射手段を用いる
ためレーザービームを走査させる必要がなく、その結果
走査のための機構が不要となり全体としての装置の構造
が極めて単純になる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の計測方法の概念図 第２図は同上計測方法における微粒子の動き等を示す図 第′、３図は第２図にλ・１応する反応光のパルス列の
出力を示す図 第４図は本発明の計測装置の概念図 第５図、第６図及び第７図はレーザービーｌいの断面状
態を示す図 １：サンプリングセル ３：レーザービーム発射器 ４：レンズ　　　　　　５：ミクサロッド６：レンズ　
　　　　　７：レンズ ８ニスリツト　　　　　９：光検出器 １１：高周波増幅回路　１２：検波整流回路１３：ビー
ク値検出回路１４　：　Ａ／Ｄ変換回路１５：計数処理
回路 １７：レーザー出力検出回路 ２０：？ｊＩＩ１粒子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流れのある流体中の微粒子に流れを横切る状態でレ
   ーザービームを断続照射し該微粒子からの反応光をパル
   ス列の出力として得る流体中の不純微粒子計測方法 ２、流体中の微粒子へのレーザービームの断続照射手段
   と、レーザービーム照射による反応光を検出する光検出
   器と、該光検出器の出力を高周波増幅する高周波増幅回
   路とからなる流体中の不純微粒子計測装置