JPS63225145A - 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微粒子を計測する
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ビームはその
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
がビームのど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。

又従来においてはレーザービームの断面上の強度分布を
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じる。

更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絞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な走査
させて不純微粒子からの反応光をパルス出力として得る
ものである。

しかし該装置においてはレーザービームの走査波形に１
則して何の記載もない。

更に走査手段として振動磁界により鏡を振動させる方法
及び光音響偏向素子によりビームを偏向させて走査させ
る方法が記載されている。

この振動磁界を用いる方法においては応答性が悪いため
走査周波数及び走査波形は限られた範囲のものとなる。

次に光音響偏向素子を用いろ方法においてはレーザービ
ームの波長が短くなる（短い方が小さな不純微粒子まで
計測出来る）に従って透過率が低下していきく例えば波
長５００ｎｍ以上で７８％が波長３５０ｎｍ以下て０％
）十分な出力が得られないだけでなく装置として高価に
なる。

（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計測領域内について
均一な強度のレーザービームを照射出来及び十分なビー
ム強度を確保出来る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３角波状の走査波形で反覆走査して照射
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、レーザービームを反射さ
せる鏡を３角波状に振動させる圧電アクチュエーターと
、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３、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
３角波状の基本波に高周波の反覆波を重ねた走査波形で
反覆走査して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 ４、レーザービームを反射させる鏡を３角波状の基本波
に高周波の反覆波を重ねた波形でｗｉ動させる圧電アク
チュエーターと、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＠粒子計測装置 ５、流れのある流体中の微粒子に流れを横切る状態でレ
ーザービームを反覆走査して照射し走査波形の折り返し
位置付近の一定位置より端の部分についてはデーターと
して無視して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 ６、レーザービームを反覆走査させろ駆動回路と、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、前
記駆動回路からの信号と同期してゲートをＥ　ＩＦ　Ｌ
／走査波形の折り返し位置付近の一定位置より端の部分
についてはデーターの通過を遮断するゲート回路とから
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） 本発明の計測方法は特許請求の範囲第１項に記載した構
成にした場合にはレーザービームを３角波状の走査波形
で反覆走査させるため折り返し位置において照射時間が
長くなることはなく、その結果計測領域内について均一
な強度のレーザービームを照射出来るのである。

本発明の計測装置は特許請求の範囲第２項に記載した構
成にした場合には圧電アクチュエーターにより鏡を３角
波状に振動させるためビーム強度を低下させることなく
均一な強度のレーザービームを照射出来るのである。

本発明の計測方法は特許請求の範囲第３項に記載した構
成にした場合には検波整流後の山状の出力が大きくなり
、その結果より粒径の小さい不純微粒子まで検出可能に
なる。

本発明の計測装置は特許請求の範囲第４項に記載した構
成にした場合には特許請求の範囲第３項の計測方法を具
体化することが出来る。

本発明の計測方法は特許請求の範囲第５項に記載した構
成にした場合には走査波形の折り返し位置（１近の一定
位置より端の部分についてはデーターとして東視するた
め計測領域内について均一な強度のレーザービームを照
射出来るのである。

本発明の計測装置は特許請求の範囲第６項に記載した構
成にした場合にはレーザービームを反覆走査させる駆動
回路からの信号と同期するゲート回路を有するため走査
波形の折り返し位置付近の一定位置より端の部分につい
てのデーターの集視が確実に行えるのである。

（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図及び第２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（、ｌ）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が反復走査される。

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
反覆走査されるのである。

レーザービームｂの走査波形は３角波状（上方の図）に
するものとし、これによって折り返し位置において例え
ばサイン波の走査波形と比較して照射時間が長くなるこ
とはないのである。

この様な３角波状の走査波形にする場合走査手段として
は高周波に対する応答性が十分なものでなければならな
い。

本発明においては走査手段として第４図に示す様に鏡を
用い該鏡を圧電アクチュエーター（５）により振動させ
てレーザービームを３角波状に走査させるのである。

圧電アクチュエーターは高周波に対する応答性が極めて
よいく例えば１００ＫＨ２程度も可能）ため高周波成分
の含まれる３角波状の走査も十分可能となるのである。

以上の；（角波状の走査波形とは実質的に３角波と考え
られる様な波形を含むものとする。

第２図に戻ってレーザービームｂ自体の断面上の強度分
イσは通常ガウス分布（右方の図）であるが走査により
決定される走査領域への横方向断面の強度分イｉ７（下
方の図）は端部を除いて幅方向にほぼ均一の強度りとな
る。

以りの走査領域Ａ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０４先
は次の状態となる。

すなわちレーザービームｈの反覆走査が微粒子（２０）
の流れ路を１．時、１２時、ｔ３時・・・に横切ったと
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ため中央部を通
過する時の反射光の強度が最も強く上下両端部における
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
発生することになる。

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を反覆走査させ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該ノイズの除去が
極めて容易である。

更に走査領域Ａの横方向断面の強度分布が横方向にほぼ
均一の強度りであるため広い走査領域Ａであるにもかか
わらず微粒子（２０）が通過する横方向位置にほぼ関係
なく同一粒径の微粒子（２０）に対してはほぼ同一（特
にそのピーク１１！＞のパルス列の出力が得られるので
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（２０）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羽器（３）からのレーザービ
ームｂを反覆走査させるための鏡（４）及び鎖駆動手段
としての圧電アクチュエーター（５）が設けられる。

圧電アクチュエーター（５）は駆動回路（６）により発
生された３角波状出力に基づき駆動されて鏡（４）を３
角波状に振動させる。

レーザービームｂの走査周期は流体の流れ速度に依存し
て決められる。

すなわち第２図に示した様に走査領域Ａを縦方向に微粒
子（２０）が横切る間に複数個（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
様に走査周期が調整されるのである。

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ｉＮ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
整流回路（１２）、ピーク値検出回路（！３）、Ａ／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（ＩＩ）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。

次に以上の出力は検波整流回路（１２）により検波整流
されパルス列の出力が単一の山状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。

改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）によりデジタル菫
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０４Ｚ（３）からのレーザー出
力は例えば経時変化するのでこれの補正のためレーザー
出力検出回ｖｆＪ（＋７）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（ＩＩ）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ｉ学的に不純微粒子が１個しか含まれない程度にす
るものとする。

次に以上に述べた流体中のｖｌｉ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微粒子（２０）等が考えられ
る。

又微粒子（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。

第５図及び第６図は本発明の他の流体中の不純ｖ１１粒
子計測方法を示し、該計測方法は第２図乃至第４図に示
したものと比較して次の特徴を有する。

すなわちレーザービームｂの走査波形（図示のものは３
角波状）の折り返し位置付近の一定位置Ｒ，、Ｒ２（例
えば端部よりビーム径外だけ内方の位置）より端の部分
についてはデーターとして無視するのである。

言い替えれば第５図に示す計測領域Ｒ内のみの微粒子（
２０）からの反応光を出力として得るのである。

この様な方法を用いれば折り返し位置付近の照射時間の
不均一化を防止出来ることになる。

従って図示の様な３角波状の走査波形でなく例えばサイ
ン波状の走査波形でも計測領域Ｒ内でのレーザービーム
ｂの照射強度をほぼ均一にすることが出来るのである。

以上の方法を１体化する計測装置を第６図に基づき以下
に説明する。

すなわち駆動回路（６）で発生される３角波状出力がゲ
ート回路（１６）に入力される。

該ゲート回路（Ｉ６）は図示の実施例ではＡ／Ｄ変換回
路（１４）と計数処理回路（１５）の間に介装される。

すなわちレーザービームｂが計測領域Ｒ内にある場合に
はゲート回路（１６）はゲートを開きデーターを通過さ
せ、−力計測領域Ｒ外にある場合にはゲート回″ｔＩＪ
（１６）はゲートを■じてデーターの通過を遮断するの
である。

この様にゲート回路（１６）はレーザービームｂを反覆
走査させる駆動回路（６）からの信号と同１！ｎシてゲ
ートのｌ閑を行うことになる。

第７図及び第８図は本発明の他の流体中の不純微粒子計
測方法を示し、該計測方法は第１図乃至第４図に示した
ものと比較して次の特徴を有する。

すなわちレーザービームｂの走査波形として３角波状の
基本波により高周波の正弦波等の反覆波を重ねたものを
用いている。

この様な走査波形を用いることにより第８図に示す様な
反射光のパルス列を得ることが出来、その結果第２図及
び第３図のものより検波整流後の山伏の出力が大きくな
る（何故なら人力エネルギーが多くなるため）。

従ってより粒径の小さい不純微粒子まで検出可能になる
のである。

以上の３角波状の基本波に高周波の反覆波を重ねた走査
波形は第４図に示した圧電アクチュエーター（５）によ
り実現することが出来る。

（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装置の実
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第１項に記載
した構成にした場合にはレーザービームを３角波状の走
査波形で反覆走査させるため折り返し位置において照射
時間が長くなることはなく、その結果計測領域内につい
て均一な強度のレーザービームを照射出来るのである。

（２）本発明の計測装置は特許請求の範囲第２項に記載
した構成にした場合には圧電アクチュエーターにより鏡
を３角波状に撮動させるためビーム強度を低下させるこ
となく均一な強度のレーザービームを照射出来るのであ
る。

（３）本発明の計測方法は特許請求の範囲第３項に記載
した構成にした場合には検波！ＩＦＥ流後の山状の出力
が大きくなり、その結果より粒径の小さい不純微粒子ま
で検出可能になる。

（４）本発明の計１ｌｌＩＨ置は特許請求の範囲第４項
に記載した構成にした場合には特許請求の範囲第３項の
計測方法を具体化することが出来る。

（５）本発明の計測方法は特許請求の範囲第５項に記載
した構成にした場合には走査波形の折り返し位置付近の
一定位置より端の部分についてはデーターとして無視す
るため計測領域内について均一な強度のレーザービーム
を照射出来るのである。

（６）本発明の計測装置は特許請求の範囲第６項に記載
した構成にした場合にはレーザービームを反覆走査させ
る駆動回路からの信号と同期するゲート回路を有するた
め走査波形の折り返し位置付近の一定位置より端の部分
についてのデーターの無視が確実に行えるのである。

【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走査波形等を示す図 第３図は第２図に対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図は本発明の他の計測方法における走査波形等を示
す図 第６図は本発明の他の計１１４装置の概念図第７図は本
発明の他の計測方法における走査波形等を示す図 第８図は第７図に対応する反応光のパルス列の出力を示
す図 １：サンプリングセル ３：レーザービーム発０４器 ４：鏡　　　　　　　５：圧電アクチュエーター６：駆
動回′ｔ？Ｉ　　　　７：レンズ８ニスリツト　　　　
９：光検出器 ｌｌ：高周波増幅回路１２：検波！！ｉ流回路１３：ピ
ーク値検出回路 １４：Ａ／Ｄ変換回路１５：計数処理回路１６二ゲ一ト
回路 １７：レーザー出力検出回路 ２０：微粒子

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３角波状の走査波形で反覆走査して照射
   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、レーザービームを反射さ
   せる鏡を３角波状に振動させる圧電アクチュエーターと
   、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 ３、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３角波状の基本波に高周波の反覆波を重
   ねた走査波形で反覆走査して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 ４、レーザービームを反射させる鏡を３角波状の基本波
   に高周波の反覆波を重ねた波形で振動させる圧電アクチ
   ュエーターと、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 ５、流れのある流体中の微粒子に流れを横切る状態でレ
   ーザービームを反覆走査して照射し走査波形の折り返し
   位置付近の一定位置より端の部分についてはデーターと
   して無視して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 ６、レーザービームを反覆走査させる駆動回路と、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、前
   記駆動回路からの信号と同期してゲートを開閉し走査波
   形の折り返し位置付近の一定位置より端の部分について
   はデーターの通過を遮断するゲート回路とからなる流体
   中の不純微粒子計測装置