WO2007088842A1 - 粒子計測装置 - Google Patents

Description

粒子計測装置

技術分野

[0001] 本発明は、粒子個数濃度が高い流体に含まれる粒子数を計測することができる粒 子計測装置に関する。

背景技術

[0002] 空気に含まれる粒子の健康影響は、吸入された粒子が肺内に沈着することが原因 である。粒子の大きさ、組成が一定の場合、個数濃度が高いほどヒトへの健康影響は 大きくなるが、粒子が肺のどの部分に沈着するかによっても健康影響は大きく変化す る。この呼吸器官内の粒子の沈着位置を決定するのが粒子の大きさである。従って、 空気中に浮遊する粒子の健康影響を評価するためには、高 ヽ個数濃度にぉ ヽて、 粒子の大きさと個数の関係を求めることが要求される。

[0003] 従来の浮遊粒子の測定方法に、粒子をフィルタに捕集して質量を量る方法もあるが 、この方法では粒子の大きさと個数の関係は分力 ない。粒径と個数を測定する装 置として、光散乱式粒子測定装置、微分型移動度分析法 (DMA)と凝縮核計数器（ CNC)を組合せた装置、電気式低圧インパクタ (ELPI)などがある力 これらの装置 は原理的に試料の粒子個数濃度が高くなると計測する個数の正確さが失われる。

[0004] この問題を解決するために、いくつかの方法が使われている。例えば、光散乱式粒 子測定装置は、粒子が光ビーム中を通過した時の散乱光強度から粒子の大きさを測 定し、この散乱光のパルスの数から粒子の個数を計数する方法である。故に、粒子 個数濃度が高くなると光ビーム中を複数個の粒子が同時に通過する確率が高くなる ため、正確な粒子個数の測定が困難となる。

高い粒子個数濃度の試料を測定する目的の光散乱式粒子測定装置には、粒子の 検出領域 (光ビームと散乱光の集光光学系で形成される領域)を非常に小さくして粒 子が同時に複数個検出領域に入る確率を小さくする方法が使われている。あるいは 、通常のクリーンルーム用粒子測定装置の試料空気入口に希釈装置 (試料空気を清 浄な空気で希釈する)を取り付け、粒子個数濃度を下げて測定する方法も使われて いる。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] しかし、粒子検出領域を小さくした光散乱式粒子測定装置は、細い光ビームを使う ので、粒子は光ビーム強度の様々な場所を通過するため、散乱光強度がばらつく。 このばらつきは粒径分解能が低下する原因となる。また、この光散乱式粒子測定装 置を粒子個数濃度が低いときに使用すると、検出対象の粒子数が少なくなるので、 統計的な測定誤差が大きくなる。 DMAと CNCを組み合わせた装置、 ELPIでは、粒 子を予め荷電する必要があるが、粒子個数濃度が高くなると荷電効率が低下するこ とが知られている。一方、希釈装置では，希釈装置内の粒子損失が粒子の大きさに よって異なるため希釈率が粒子の大きさによって変化したり、なおかつ希釈率を一定 にするのが非常に難しいため、正確な粒子個数の測定は困難である。

[0006] 本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、そ の目的とするところは、粒子個数濃度が高い流体に含まれる粒子数を高精度で計測 することができる粒子計測装置を提供しょうとするものである。

課題を解決するための手段

[0007] 上記課題を解決すべく請求項 1に係る発明は、流体に含まれる粒子を所定の割合 で除去

する粒子除去手段と、この粒子除去手段を通過した粒子を計測する粒子計測手段を 備えるものである。ここで、粒子除去手段とはフィルタ、メッシュ、細管、チューブ、拡 散バッテリー、インパクタなどがある。または、これらを組合せて構成することもできる。

[0008] 請求項 2に係る発明は、請求項 1記載の粒子計測装置において、前記粒子除去手 段の粒子径に対する固有の除去特性を用いて前記粒子計測手段で計測した粒子 数を補正処理する粒子数補正手段を設けたものである。

発明の効果

[0009] 以上説明したように請求項 1に係る発明によれば、粒子除去手段を設けることで、測 定対象物を光散乱又は遮蔽法の粒子計測器で測定するための適度な濃度にして計 測することができる。例えば、除去効率 99%のフィルタであれば、このフィルタを通過 する流体を計測すると、実際の 1%の粒子個数濃度の計測となるので、この粒子計測 器の適用濃度に対して 100倍の濃度環境下での計測が可能となる。また、フィルタ厚 みを変えることでサンプリング流量が一定であっても容易にフィルタ出口濃度を変え たり、繊維径を変えたりすることで捕集粒径範囲を変えられるので、測定環境に合わ せてフィルタを選択すれば、 1台の粒子計測器で、いろいろな環境の粒子計測がで きる。

[0010] 請求項 2に係る発明によれば、例えば光散乱又は遮蔽法の粒子計測器にフィルタ と粒子数補正手段を設けることで、いろいろな濃度環境下での測定を 1台の粒子計 測器で対応できるようになる。また、原理的に実個数を計測するので、規制などを作 成する際の環境データ採取時におけるバラツキや誤差を低減できる。

図面の簡単な説明

[0011] [図 1]本発明に係る粒子計測装置の構成図

[図 2]光源と照射用集光レンズと受光用集光レンズと光電変換素子の配置説明図 [図 3]粒子除去部の粒子径と除去効率の関係を示す一例図

[図 4]粒子径と粒子数の関係を示す一例図

発明を実施するための最良の形態

[0012] 以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図 1は本発 明に係る粒子計測装置の構成図、図 2は光源と照射用集光レンズと受光用集光レン ズと光電変換素子の配置説明図である。

[0013] 本発明に係る粒子計測装置は、図 1に示すように、入力チューブ 1、粒子除去部 2、 サンプリングチューブ 3、センサ部 4、排気チューブ 5、ポンプ 6、信号処理部 7、表示 部 8により構成され、測定対象の気体に含まれる微粒子 Pを検出し、粒子径毎の粒子 数を表示する。

[0014] 粒子除去部 2は、ケース 21と粒子除去部材 22で構成される。粒子除去部材 22は、 繊維でなるものが望ましい。粒子除去部材 22は、特有の粒子径—除去効率特性を 有する。例えば、フィルタ、繊維、メッシュ、細管、チューブ、拡散バッテリー、インパク タなどを粒子除去部材に適用できる。または、これらを組合せて構成することもできる 。粒子除去部材 22は、交換可能にケース 21に取り付けられている。ケース 21には、 入力口 21aと出力口 21bが形成されて 、る。入力口 21aには入力チューブ 1が接続 され、出力口 21bにはサンプリングチューブ 3の一端が接続されている。粒子除去部 2は、定期的に粒子除去部材 22を交換すれば、一定の除去効率を維持できる。

[0015] センサ部 4は、ケース 41、光源 42、照射用集光レンズ 43、受光用集光レンズ 44、 光電変換素子 45、インレットノズル 46、アウトレットノズル 47により構成される。ケース 41内には、インレットノズル 46とアウトレットノズル 47が所定の間隔を設け、対向して 配設されている。光源 42と光電変換素子 45は、気体力 Sインレットノズル 46からアウト レットノズル 47へ流れる流路の中心軸 Aに対して垂直な平面 Bに配設されて 、る。

[0016] また、インレットノズル 46がサンプリングチューブ 3の他端に接続され、アウトレツ トノズル 47が排気チューブ 5の一端に接続されている。そして、排気チューブ 5の他 端にはポンプ 6が接続されている。ポンプ 6の吸気動作により、微粒子を含んだ測定 対象の気体が入力チューブ 1から粒子除去部 2へ流れ込む。

[0017] 光源 42と光電変換素子 45は、図 2に示すように、光源 42と光電変換素子 45の向 き力 中心軸 Aと平面 Bの交点 Cに対し、互いに直角を成すように平面 B上に配置さ れている。光源 42と交点 Cの間には、照射用集光レンズ 43が配置され、光電変換素 子 45と交点 Cの間には、受光用集光レンズ 44が配置されている。また、照射用集光 レンズ 43の焦点と受光用集光レンズ 44の焦点を、夫々交点 Cと一致させている。交 点 Cが粒子検出領域となる。

[0018] 信号処理部 7は、増幅器 71、 AZD変換器 72、波高分析器 73、サンプルデータメ モリ 74、特性データメモリ 75、 DSP (Digital Signal Processor) 76により構成される。 増幅器 71は、光電変換素子 45の出力信号を増幅して出力する。 AZD変換器 72は 、増幅器 71の出力信号をデジタル信号に変換する。波高分析器 73は、 AZD変換 器 72から出力されるノ ルス信号のピーク電圧値を計測し、その値をデータとして出 力する。

[0019] サンプルデータメモリ部 74は、所定のサンプル期間の波高分析器 73から出力され るデータを保存すると共に、 DSP76からの要求に従ったデータを DSP76へ出力す る。特性データメモリ部 75は、図 3に示すような粒子除去部 2の特性を表わす粒子径 —除去効率特性データを保存すると共に、 DSP76からの要求に従ったデータを DS P76へ出力する。

[0020] DSP76は、特性データメモリ 75に保存されたデータを参照して、サンプルデータメ モリ部 74に保存されたデータを補正処理する。このような特性データメモリ部 75と DS P76で粒子数補正手段を構成する。粒子除去部材 22の粒子径ー除去効率特性は 、実測により求めることができるので、どのような粒子除去部材 22を用いても、補正処 理が可能である。

表示部 8は、図 4に示すような DSP76による出力（粒子径毎の粒子数)を表示する

[0021] 以上のように構成した本発明に係る粒子計測装置の動作にっ 、て説明する。先ず 、ポンプ 6により、微粒子 Pを含んだ測定対象の気体力 入力チューブ 1から粒子除 去部 2へ流れ込む。すると、粒子除去部 2内で、測定対象の気体は粒子除去部材 22 を通過する。例えば、粒子除去部材 22の粒子除去効率が 99. 9%であったとすると 、粒子除去部材 22を通過した気体に含まれる微粒子の濃度は、通過する前の 1Z1 000となる。

[0022] 粒子除去部 2を通過した測定対象の気体は、サンプリングチューブ 3を経由して、 センサ部 4内部でインレットノズル 48から交点 Cを通りアウトレットノズル 49へと流れる 。アウトレットノズル 49に流れ込んだ気体は、排気チューブ 5を経由してポンプ 6により 吸気され、ポンプ 6から排気される。交点 Cでは、光源 42から照射された光 Laが照射 用集光レンズ 43により集光され、交点 Cを粒子が通過したときに散乱光 Lsが発生す る。

[0023] 散乱光 Lsは、受光用集光レンズ 44により集光され、光電変換素子 45で受光される 。 1粒 1粒の粒子が間隔をおいて交点 Cを通過するので、散乱光 Lsは断続的に発生 し、光電変換素子 45の電気信号出力はパルス状になる。また、散乱光 Lsの明るさは 粒子径に依存し、粒子径が大きいほど明るさが強くなる。従って、粒子径が大きいほ ど、光電変換素子 45の出力信号のパルス波高値は大きくなる。

[0024] 光電変換素子 45の出力信号は、信号処理部 7に入力される。信号処理部 7では、 光電変換素子 45の出力信号が増幅器 71で増幅された後に、 AZD変翻72でデ ジタル化され、更に波高分析器 73に取り込まれる。波高分析器 73では、サンプルし たパルス波形のピーク電圧を求め、その値をデータとしてサンプルデータメモリ 74に 所定のサンプル期間分、例えば流量 1L分のサンプルデータを保存する。

[0025] 所定期間のサンプリングが終了したら、 DSP76は、サンプルデータメモリ 74のデー タから粒子径と各粒子径の粒子数を算出する。更に、 DSP76は、特性データメモリ 7 5に保存してある粒子除去部 2の粒子径ー除去効率特性データを参照して、各粒子 径の粒子数を粒子除去部 2通過前の気体中の粒子数に補正処理する。例えば、粒 子径 1 μ mの除去効率が 90%で、粒子径 3 μ mの除去効率が 99%であった場合、 粒子径 1 μ mの 1粒は実際の 10粒として、粒子径 3 μ mの 1粒は 100粒として補正処 理する。そして、 DSP76で補正処理した粒子径ー粒子数データを表示部 8に表示 する。

[0026] また、 DSP76による補正処理は、サンプルデータをリアルタイム処理で行うこともで きる。即ち、 DSP76は、サンプルしたデータを逐次特性データメモリ 75に保存してあ る粒子除去部 2の粒子径ー除去効率特性データを参照して補正処理することができ る。

以上に説明した実施例は、この実施形態に限定されるものではなぐ特許請求の範 囲に記載した発明要旨の範囲内において種種の変更が可能である。例えば、 DMA と CNCを組み合わせた装置や ELPI、さらには液中粒子計測器など粒子計測器全 般に、本発明を適用することが可能である。

産業上の利用可能性

[0027] 測定環境に合わせて粒子除去部材を選択すれば、 1台の粒子計測器で、 V、ろ 、ろ な環境の粒子計測ができ、 1台の粒子計測器の利用拡大が図れる。

Claims

請求の範囲

[1] 流体に含まれる粒子を所定の割合で除去する粒子除去手段と、この粒子除去手段 を通過した粒子を計測する粒子計測手段を備えることを特徴とする粒子計測装置。

[2] 請求項 1記載の粒子計測装置において、前記粒子除去手段の粒子径に対する固有 の除去特性を用いて前記粒子計測手段で計測した粒子数を補正処理する粒子数補 正手段を設けたことを特徴とする粒子計測装置。