(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な端面を有し、該端面と該端面における軸線とが直交するように形成された複数の光ファイバを備えた光学ファイバケーブルと、前記光ファイバの軸線に直交して光ファイバの前記端面に接する平坦な基端面と該基端面とある角度をなすよう配置された平坦な末端面とを有する光伝達ロッドと、前記光ファイバの軸線に直交する内側平坦表面および外側平坦表面を有し、前記光伝達ロッドの末端面に接するよう配置されて前記光学ファイバケーブルの発光用光ファイバおよび前記光伝達ロッドを通して伝達されてきた光を伝達し、かつ、拡散反射光を光伝達ロッドにより前記光学ファイバケーブルの受光用光ファイバに伝達させるために拡散反射光を光伝達ロッドに伝達する、屈折率がサファイアより低い材料からなる窓と、を備え、前記窓が、該窓の内側平坦表面に隣接して放射外方向に延在する外向きフランジを有し、前記プローブが、前記窓近傍で放射内方向に延在する内向きフランジと、前記窓の外向きフランジの外方向の移動に対抗して窓を保持する筒状ケーシングと、該筒状ケーシング内で前記窓の外向きフランジを筒状ケーシングの内向きフランジに対抗して保持する手段と、前記ケーシング終端面の前記窓の周囲に足部と、を有し、前記窓の外側面が前記内向きフランジの先端の平面から突出していることを特徴とする粉末成分測定用の光学ファイバプローブ。
【請求項２】
前記光ファイバおよび前記光伝達ロッドが近赤外線光を透過可能で、前記窓が近赤外線光を透過可能で石英からなることを特徴とする請求項１記載の粉末成分測定用の光学ファイバプローブ。
【請求項３】
前記光伝達ロッドがサファイアからなることを特徴とする請求項２記載の粉末成分測定用の光学ファイバプローブ。
【請求項４】
前記窓の外向きフランジと筒状ケーシングの内向きフランジに挟持されたＯリングを有することを特徴とする請求項１記載の粉末成分測定用の光学ファイバプローブ。
【請求項５】
前記窓の外向きフランジを筒状ケーシングの内向きフランジに対抗して保持する前記手段が、前記筒状ケーシング内で収縮されて前記光伝達ロッドを支持する筒状メンバを有することを特徴とする請求項１記載の粉末成分測定用の光学ファイバプローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、粉末の成分を測定するために改良された粉末測定方法および装置、並びに、粉末測定用の光学ファイバプローブに関し、例えば粉末に含有する水分量を測定するための測定方法、測定装置および光学ファイバプローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉末の含水率を測定する方法の一つとして、近赤外線分光分析によるものが知られており、この近赤外線分光分析においては、近赤外線光により粉末を照射し、粉末からの拡散反射光を狭帯域成分に分光して数理解析を施すことにより含水率を正確に測定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近赤外線光を分光分析を利用して、例えば粉ミルクのような粉末の含水率を測定する初期の試みには、正反射光が分光分析装置に戻ることにより、測定精度が低下するという課題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、プローブの窓と光ファイバの間に光伝達ロッドを配置して、光ファイバ端面に対して窓側のロッド表面に所定角度をつけることにより、正反射光が光ファイバに戻るのを防止して、測定精度を向上することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、平坦な端面を有し、該端面と該端面における軸線とが直交するように形成された複数の光ファイバを備えた光学ファイバケーブルと、前記光ファイバの軸線に直交して光ファイバの前記端面に接する平坦な基端面と該基端面とある角度をなすよう配置された平坦な末端面とを有する光伝達ロッドと、前記光ファイバの軸線に直交する内側平坦表面および外側平坦表面を有し、前記光伝達ロッドの末端面に接するよう配置されて前記光学ファイバケーブルの発光用光ファイバおよび前記光伝達ロッドを通して伝達されてきた光を伝達し、かつ、拡散反射光を光伝達ロッドにより前記光学ファイバケーブルの受光用光ファイバに伝達させるために拡散反射光を光伝達ロッドに伝達する、屈折率がサファイアより低い材料からなる窓と、を備え、前記窓が、該窓の内側平坦表面に隣接して放射外方向に延在する外向きフランジを有し、前記プローブが、前記窓近傍で放射内方向に延在する内向きフランジを有し、前記窓の外向きフランジの外方向の移動に対抗して窓を保持する筒状ケーシングと、該筒状ケーシング内で前記窓の外向きフランジを筒状ケーシングの内向きフランジに対抗して保持する手段と、を有し、前記窓の外側面が前記内向きフランジの先端の平面から突出していることを特徴としている。
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１の構成に加え、前記光ファイバおよび前記光伝達ロッドが近赤外線光を透過可能で、前記窓が近赤外線光を透過可能で石英からなることを特徴としている。請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項２の構成に加え、前記光伝達ロッドがサファイアからなることを特徴としている。
【０００６】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、前記窓が、該窓の内側平坦表面に隣接して放射外方向に延在する外向きフランジを有し、前記プローブが、前記窓近傍で放射内方向に延在する内向きフランジを有し、前記窓の外向きフランジの外方向の移動に対抗して窓を保持する筒状ケーシングと、該筒状ケーシング内で前記窓の外向きフランジを筒状ケーシングの内向きフランジに対抗して保持する手段と、を有することを特徴としている。
【０００７】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項４の構成に加え、前記窓の外向きフランジと筒状ケーシングの内向きフランジに挟持されたＯリングを有することを特徴としている。請求項６記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項５の構成に加え、前記窓の外向きフランジを筒状ケーシングの内向きフランジに対抗して保持する前記手段が、前記筒状ケーシング内で収縮されて前記光伝達ロッドを支持する筒状メンバを有することを特徴としている。
【０００８】
【作用】
本発明では、光学ファイバプローブの窓と光ファイバ端面の間に光伝達ロッドが配置されて、光ファイバの端面に対して光伝達ロッドの窓側の端面に所定角度がつけられているので、正反射光が分光分析装置側に戻るのが防止され、測定精度が向上する。
【０００９】
【実施例】
図面に基づいて実施例を説明する前に、本発明の要旨を説明する。光学ファイバプローブは、プローブ自身と計測装置ハウジングを接続する光学ファイバケーブルを有している。この計測装置ハウジング内には、近赤外線光を光学ファイバケーブルの伝達光ファイバを通してプローブに伝達するための近赤外線光源が配置されている。赤外線光はプローブの末端部に位置する窓を通して流動床にある粉末に伝達される。粉末に伝達された赤外線光は粉末により拡散反射されて窓を透過し、光学ファイバケーブルのなかの受光ファイバを通して計測装置ハウジングに戻ってくる。この計測装置ハウジング内では戻ってきた赤外線光の分光分析を行うことによって粉末の含水率の計測を行うことができる。
【００１０】
光学ファイバプローブの内部では、光ファイバケーブル終端部の平面と、近赤外線光を透過させるサファイヤロッドの平坦な基端面とが接触している。屈折率整合油は光ファイバ末端部とサファイヤロッドとの間に充填される。サファイヤロッド末端部には、サファイヤロッド終端部を透過してきた光を屈折させるための角度が付けられており、その角度は光ファイバの最大受光許容角度の１／２に設定されている。プローブの末端部には石英窓があり、該石英窓の外面と内面とは平行になっており、プローブ内における光ファイバの軸方向に対して直角に設置されている。この窓とサファイヤロッドとの角度によって、プローブ内光ファイバケーブルの光ファイバ末端部から出て、サファイヤロッド終端部を正反射した光が光ファイバの受光端に受光されるのを防いでいる。同時にプローブ先端部分の窓に石英を使用することによって窓の壁からの正反射も防ぐことができる。したがって、正反射光が計測器に戻ることはない。
【００１１】
石英窓はフランジを持ち、プローブ末端部の外筒から内側方向に延在するフランジと協働して、該石英窓がプローブ末端部に位置するように該プローブ内に挟持固定されている。サファイヤロッドは、プローブ外筒内に隙間なく挿入されている円筒形スリーブの内部に配設されてプローブ外筒の終端にある内側方向に向いたフランジに対抗して石英窓を保持している。Ｏリングは石英窓のフランジと、プローブ外筒内部の終端にある内側方向に向いたフランジとの間に挟持されており、粉末あるいは他の外部媒体がプローブ内に侵入するのを防いでいる。本構成のように窓が確実な固定である機械式固定方法により、従来のものにあるような、のり付けによる固定時におこる虞のある、プローブ終端部から窓が弛んでくるような状態を防ぐことができる。また本構成の固定には接着剤を使用していないため、流動床の温度の作用により窓の固定部分が品質低下をおこすようなことはない。
【００１２】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１において、１１は粉末による流動床であり、この場合の粉末は、例えば粉ミルクであり、流動床１１は流動床室１３内に収容されている。流動床室１３のメッシュ状底面部１４はメッシュ構造になっており、メッシュ状底面部１４の下方に設けられたブロア２２からメッシュ状底面部１４を通して導入された空気によって粉末は流動床室１３内で流動状態を保持される。空気は粉末の間をぬって通過し、その結果、粉末を流動させ、流動床を通過した後、流動床室１３の頂上部に設けられた弁１８を通って外部に排出される。噴射された空気は粉末に流動状態を与えるとともに粉末を乾燥させる。光学ファイバプローブ１５は流動床室１３の壁部を通って、光学ファイバケーブル１６を介して、分光分析装置ハウジング１９の中の赤外線光源１７に接続されている。分光分析システム２０は該ハウジング１９内に収容されている。このシステムは赤外線測定分析システムであり、このようなシステムは一般市場において、ＮＩＲシステムズ（ＮＩＲＳｙｓｔｅｍｓ） モデルＮｏ．ＯＬ ５０００またはＮｏ．ＯＬ ６５００としてＮＩＲシステムズ社により市販されている。赤外線光源１７が発生する赤外線光は光学ファイバケーブル１６の中に束ねられた複数の発光用光ファイバに導入されて、この発光用光ファイバを通してプローブ１５に伝達される。そして、伝達された赤外線光は、流動床室１１内のプローブ１５の末端部の窓２１に当たっている流動床室１１中の粉末を照射する。粉末による拡散反射光はプローブ１５およびプローブ１５において終端となる受光用光ファイバケーブル１６中の光ファイバにより受光される。受光された赤外線光は受光用光ファイバを通してハウジング１９に戻り、分光分析システム２０により分析される。
【００１３】
粉末１１の流動床はメッシュ部１４から吹上げられる乾燥空気により粉末を攪拌した状態を表している。その攪拌の結果、窓２１に付着しようとする粉末を攪拌された粉末が継続的に掻き落とすことにより、窓に粉末が付着するのが防止される。したがって、粉末を乾燥したままの状態に出来るので、連続的に計測することが可能となる。好適な実施例においては、粉末は、流動床の一部および流動床中の乾燥粉末中に新たな湿った粉末を流動床の一端から取入れるようにし一連のプロセスにおいて乾燥され計測される。あるいは別なシステムとして、粉末を一括乾燥させるプロセスにおいて計測を行うようにしてもよい。
【００１４】
分光分析システム１９は、受光した赤外線光を狭帯スペクトル成分に振分け、これらの成分の振幅を計測する。この計測によって得られる複数波長の間の幅の相対増加はサンプルの、反射率を意味する。この計測と、これに対応する基準サンプル計測から、上述のＮＩＲシステムズ モデルＮｏ．ＯＬ ５０００計測器あるいはモデルＮｏ．ＯＬ ６５００計測器ならば粉末の中に含まれる水分を周知の演算プロセスで計測することが出来る。例えば、該計測器は各波長における粉末の反射率と、サンプルの反射率とを比較し、各増分波長を求めて粉末の吸光率を決定することができる。計測器は粉末に含まれる水分の割合を、一つあるいはそれ以上の波長を選び出し、この波長における吸光率を下記の演算公式にあてはめて決定する。
【００１５】
水分含有率 ％ ＝Ａｘ ＋ Ｂこの場合、Ａ、Ｂは定数、およびｘは、選定された波長による粉末の吸光率を表す。図２において、光学ファイバプローブには外筒ハウジング３１があり、該ハウジングの末端部は内側に向かうフランジ３３をもっている。石英製の窓２１は該フランジ３３における環状に狭まったエッジの開口部に位置している。また石英窓２１の内外側面は平面であり、プローブ軸に対して直角である。石英窓２１の外側面はフランジ３３の先端の平面から僅かに突出している。この特徴または石英窓２１の外側面とはフランジ３３の先端の平面とを一致させる特徴は、窓２１の外側面に流動床の粉末が堆積するのを妨ぐには重要なこととなる。石英窓２１は、石英窓２１の内側面に位置するフランジ３７を備え、これに近接したフランジ３３が共同して、プローブ１５末端部外側方向に移動しようとする窓２１を係止している。Ｏリング３９は、フランジ３７とフランジ３３との間にあって圧縮され、プローブ内部に粉末が侵入するのを封間して防いでいる。保持筒４１は外筒ハウジング３１により収縮された状態にあり、保持筒４１がフランジ３７を押すことによりフランジ３３とフランジ３７の間にあるＯリング３９を強制的に圧縮している。保持筒４１にはサファイアロッド４３が装着されており、前面４７、後面４５の平面をもっている。前記後面４５は、プローブ軸とは直角方向の面を形成しており、前記前面４７は該後面４５に対し２５度の角度をもった平面を形成している。外筒３１は、雌ねじ部４９によって後筒ハウジング５３に設けられた雄ねじ部と嵌合している。後筒ハウジング５３には光学ファイバケーブル１６が嵌通している。保持筒４１の後端はねじ部４９の前端に位置している。後筒ハウジング５３の先端は環状平面になっており、保持筒４１の平坦な後面と接している。後筒ハウジング５３と保持筒４１との隣接面は、プローブの軸と直角の平面になっている。後筒ハウジング５３は、ねじ部４９を十分に捩じ込んだ場合に、保持筒４１をフランジ３７に対して押圧することによりＯリング３９を圧縮固定している。環状溝部５８は、後筒ハウジング５３の外側面にＯリング６０の固定位置を定めており、外筒ハウジング３１と環状溝部５８の底部とでＯリング６０は圧縮されている。該Ｏリング６０は外筒ハウジング３１と後筒ハウジング５３との間から粉末がプローブ内に侵入してくるのを防止している。
【００１６】
後筒ハウジング５３を貫通する光学ファイバケーブル１６は、チューブ５６に包まれた複数の光ファイバ５５からなっている。複数の光ファイバ５５終端にある末端の平面部５７における各光ファイバの軸線は、プローブ軸線と平行になっている。光ファイバ終端の平面と、サファイヤロッド４３の後面４５とが隣接するように後筒ハウジング５３のねじ部４９は十分に捩じ込まれている。また、光ファイバ５５の終端平面とサファイヤロッド４３の後面４５との界面には、屈折率整合油が塗布されている。角度のついたサファイヤロッド４３の前面４７は、前面４７で正反射した光が光ファイバ５５に受光するのを妨げる働きをする。なぜなら、正反射による光の角度は光ファイバの最大許容角度になる。したがって、光ファイバは正反射光を受光および伝達することがない。サファイヤロッド４３は、サファイヤを他の赤外線光伝達材料に置き換えてもよい。しかしながら、窓２１に使用される材料は、屈折率の低いものでなければならないので、この場合サファイヤは申分のない材料とは言えない。何故なら、サファイヤは屈折率が高い物質に属するからである。もし仮に、サファイヤ材を窓２１に用いたとすると、窓２１から過剰に光を反射して、能率良く粉末の計測を行うことができなくなる。
【００１７】
本発明に係わるプローブ部の先端面を示す図３を見ると解るとおり、外筒ハウジング３１終端面の窓２１の周囲に３つに分散した足部６１が設けられている。足部６１は、ビーカー内の液体の成分を計測するときに用いられるものである。この場合の計測方法は、反射板の位置をビーカーの底部とし、プローブは該反射板に向けた状態にして窓２１と反射板との間に一定の空間を設け、その間の液体を計測する。
【００１８】
なお、光学ファイバプローブは初期のものに比べて機能向上が計られている。初期のものではサファイヤロッド自体の外表面が、プローブの窓の外面として使用されていた。以前の機種のプローブにおいては、サファイヤロッドの末端面の角度が光ファイバの最大受光許容角度にほぼ一致しており、その結果、サファイヤロッド窓からの正反射した光も、窓に密着した粉末粒子によって反射した光も、光ファイバの最大許容角度で光ファイバに向けて反射してしまうため、分光分析システムに計測光を戻すことができなかった。
【００１９】
ここに開示されたものは本発明における一実施例を示しただけであり、これに限定されるものではない。上記実施例に開示されていないものであっても、本発明の請求項に基づいた範囲内であれば本発明に含まれるものである。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、粉末は流動室に収容されており、その流動室内においては粉末中に空気を吹上げて粉末を流動させるようにしている。このような構成をとることによって窓に付着しようとする粉末を粉末粒子の攪拌によって継続的に掻き落とすことにより、窓に粉末が付着するのが防止されるので、光学ファイバプローブの窓が粉末により覆われることはない。この結果、赤外線光はプローブ中を通過することができるので、赤外線光を粉末により拡散反射させて、分光分析装置に戻して正確な分析をすることができる。
【００２１】
また、光学ファイバプローブの窓と光ファイバ端面の間に光伝達ロッドが配置されて、光ファイバの端面に対して光伝達ロッドの窓側の端面に所定角度がつけられているので、正反射光が分光分析装置側に戻るのを防止することができ、測定精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる粉末成分測定装置の一実施例の概略構成図
【図２】図１に示される光学ファイバプローブの軸方向断面図
【図３】図１に示される光学ファイバプローブ左側面図
【符号の説明】
１１ 粉末または流動床
１３ 流動床室
１４ メッシュ状底面部
１５ 光学ファイバプローブ
１６ 光学ファイバケーブル
１７ 赤外線源
１８ 弁
１９ 分光分析装置ハウジング
２０ 分光分析システム
２１ 窓
２２ ブロア
３１ 外筒ハウジング（筒状ケーシング）
３３ フランジ（内向きフランジ）
３７ フランジ（外向きフランジ）
３９ Ｏリング
４１ 保持筒（筒状メンバ）
４３ サファイヤロッド（光伝達ロッド）
４５ サファイヤロッドの後面
４７ サファイヤロッドの前面
４９ ねじ部
５３ 後筒ハウジング
５５ 光ファイバ
５６ チューブ
５７ 平面部
５８ 環状溝部
６６ Ｏリング
【図１】
0003699075.tif 000002
【図２】
0003699075.tif 000003
【図３】
0003699075.tif 000004