(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油膜の浮遊する水面に、入射光軸が水面と交わる点に立てた水面の法線および入射光軸を含む平面に平行な偏光成分（以下、Ｐ偏光成分と記す）と前記平面に垂直な偏光成分（以下、Ｓ偏光成分と記す）の両方の成分を同時に含む光ビームを照射する投光手段と、照射された前記光ビームによる前記水面からの反射光をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分ける偏光分離手段と、分離したＰ偏光成分とＳ偏光成分の光量を各々電気信号に変換する光電変換手段と、この光電変換手段からの信号出力に基づきＰ偏光成分とＳ偏光成分の光量比を演算し、前記光電変換手段からの信号出力が予め定めた基準値より低いことを検知した場合のみ、前記光量比を演算した信号をホールドする機能を有する演算手段と、その演算出力を水面に油膜のない正常時の基準値と比較する比較手段とを備え、その比較結果から水面上の油膜の有無を判定する油膜検知装置。
【請求項２】
油膜の浮遊する水面に、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の両方を同時に含む光ビームを照射する投光手段と、前記光ビームは入射光軸が水面と交わる点に立てた水面の法線と入射光軸とのなす角度（以下、入射角と記す）を６０〜９０°にして照射された前記光ビームによる前記水面からの反射光をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分ける偏光分離手段と、分離したＰ偏光成分とＳ偏光成分の光量を各々電気信号に変換する光電変換手段と、この光電変換手段からの信号出力に基づきＰ偏光成分とＳ偏光成分の反射光量を各々正常時の基準値と比較する比較手段と、Ｓ偏光成分の反射光量が正常時と比較して増加したことと、Ｐ偏光成分の反射光量が正常値と比較して一定または減少したことを判定する判定手段とを備え、その判定結果からの２つの条件を満足した場合に水面上の油膜の存在を判定する油膜検知装置。
【請求項３】
油膜の浮遊する水面に、Ｐ偏光特性を有する光ビームとＳ偏光特性を有する光ビームを水面の波の周期に比べて早い周期の変調で交互に同軸にして照射する投光手段と、前記水面から反射したＰ偏光成分の反射光とＳ偏光成分の反射光の光量を各々前記変調に同期して電気信号に変換する光電変換手段と、この光電変換手段からの信号出力に基づきＰ偏光成分とＳ偏光成分の光量比を演算し、前記光電変換手段からの信号出力が予め定めた基準値より低いことを検知した場合のみ、前記光量比を演算した信号をホールドする機能を有する演算手段と、その演算出力を水面に油膜のない正常時の基準値と比較する比較手段とを備え、その比較結果から水面上の油膜の有無を判定する油膜検知装置。
【請求項４】
油膜の浮遊する水面に、Ｐ偏光特性を有する光ビームとＳ偏光特性を有する光ビームを水面の波の周期に比べて早い周期の変調で交互に同軸にして、前記光ビームは入射光軸が水面と交わる点に立てた水面の法線と入射光軸とのなす角度（以下、入射角と記す）を６０〜９０°にして照射する投光手段と、
前記水面から反射したＰ偏光成分の反射光とＳ偏光成分の反射光の光量を各々電気信号に変換する光電変換手段と、この光電変換手段からの信号出力に基づきＰ偏光成分とＳ偏光成分の反射光量を各々正常時の基準値と比較する比較手段と、Ｓ偏光成分の反射光量が正常時と比較して増加したことと、Ｐ偏光成分の反射光量が正常値と比較して一定または減少したことを判定する判定手段とを備え、その判定結果からの２つの条件を満足した場合に水面上の油膜の存在を判定する油膜検知装置。
【請求項５】
請求項１または３の装置において、入射光軸が水面と交わる点に立てた水面の法線と入射光軸とのなす角度（以下、入射角と記す）を６０〜９０°とした油膜検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水面上の油膜を検知する装置に関する。詳しくは、浄水場、養殖場などに流入する油分、また、工場排水施設などから流出する油分を、水面上の油膜として自動的に検知する油膜検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
浄水場においては、原水の油汚染が水質事故の約半数を占め取水停止や浄水場の清掃が必要になる重大事故であるために、また、養殖場では、油の流入によって生産物が汚染または死滅する危険があるために、これらの取水施設への油の流入を常時監視する方法と装置が求められている。一方、工場においては、油分の混入した排水を公共水域に排出することは水質汚染として社会的な問題であるために、排水基準を満たす必要があり、処理後の排水中に油分が残っているかどうかを連続的に監視する方法と装置が求められている。
【０００３】
浄水場において取水への油の流入を自動検知する方法としては、例えば、（１）反射率測定法、（２）ＴＶカメラによる画像監視法などがある。また、工場において排水中の油分の検知方法としては、例えば、（３）ヘキサン抽出・重量法、（４）抽出・赤外線吸収測定法、（５）乳化・濁度測定法、（６）蛍光測定法などが従来から知られている。
【０００４】
これらの測定方法のそれぞれの概要について、次に簡単に記述する。
（１）反射率測定法は、光源にレーザやＬＥＤを用いて光線を水面上にあて、反射した光の反射率が油膜の存在によって増大することを利用して油膜を検知するものである。
（２）ＴＶカメラによる画像監視法は、照明装置によって水面を照らし、ＴＶカメラでこの水面を撮影し、得られた画像を２値化するが、ここで油膜の反射率が水よりも大きいことを利用して、２値化のしきい値を水面と油膜の反射率の間におき、油膜を検知する方法である。
【０００５】
（３）ヘキサン抽出・重量法は試料中の油分をｎ−ヘキサンで抽出した後８０°Ｃでｎ−ヘキサンのみを揮散させて残留した物質の質量を測定して油分の量を知る方法である。
（４）抽出・赤外線吸収測定法は、四塩化炭素などの抽出溶媒に油分を抽出し、赤外線分析計で油分に特有な波長３．４μｍ付近の吸収スペクトルを測定して油分濃度を測定する方法である。
【０００６】
（５）乳化・濁度測定法は試料中の油分を超音波などで乳化し、この乳化前後における濁度の変化から油分濃度を測定する方法である。
（６）蛍光測定法は試料水に紫外光を照射し、油分から発生する照射光より長い特定の波長の蛍光を測定して油分濃度を測定する方法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来から各種の油分検知装置が利用されているが、一般にこれらの装置は、連続自動測定が難しいこと、微量油分の検出が困難なこと、誤動作が多いこと、などの問題がある。以下にこれらの問題をさらに詳しく説明する。
例えば、浄水場の取水施設への油の流入監視を例にとってみる。原水の油汚染は、河川などへの油の不法投棄や事故による油の流出が主な原因であり、いつ起こるかわからないために、２４時間の連続自動監視が必要とされる。また、飲料用水に用いられる点からも、油の汚染は微量でも重大事故となり、ｐｐｂ〜ｐｐｍオーダーの微量油分を検知できる能力が要求される。しかし現状の装置にはこれらの要求を満足するものがないため、多くの浄水場では２４時間体制で人が水のにおいをかいで検査したり取水口を目視観察するといった多大な労力を要する方法が未だにとられている。
【０００８】
上述の各測定法の問題点について、次に簡単に述べる。
（１）反射率測定法と（２）ＴＶカメラによる画像監視法とは、連続自動監視が可能な方法で、静水面では有効に油膜を検知できるが、水面が波立ち反射光が乱反射した場合や、油以外の浮遊物が通過した場合には、反射光強度が変化してしまい、誤動作するという問題がある。これを防ぐために、出力信号にピーク保持回路を用いて波立ちの影響を低減する方法もあるが、油膜のない正常時の信号出力（ベースライン）が大きくなるなどの理由から感度が十分でなく、微量の油分を検知できないという問題点が残る。
【０００９】
（３）ヘキサン抽出・重量法と（４）抽出・赤外線吸収測定法とは、連続自動監視が困難という問題がある。これらの方法はＪＩＳ・Ｋ０１０１、ＪＩＳ・Ｋ０１０２に規定された方法であるが、抽出という前処理が必要であり、例え複雑な操作を自動化したとしても、機構が複雑でメンテナンスが大変であり、また、廃液の処理を行わなければならないという欠点があるために、連続自動測定には向いていない。
【００１０】
（５）乳化・濁度測定法は、浮上油があると超音波照射でも瞬間的乳化が行われにくいことや、熱履歴をうけて劣化した乳化油は粒度が安定でないこと、また試料中に濁質が共存すると測定値に影響するなどの理由で、測定誤差が大きくなり、微量油分の検出が行えないという問題がある。
（６）蛍光測定法は、油から発する微弱な蛍光を検出するために、ある程度まとまったの油量を必要とすることから、微量油分の検出が困難である。また、劣化した油など油の種類によっては蛍光で検知できないという問題がある。
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、浄水場、養殖場に流入する微量な油分、または工場排水施設から油出する微量な油分を高感度で正確に連続自動監視する油膜検知装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明では照射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分とを利用し、以下に説明する４通りの手段を利用した油膜検知装置を提供する。本発明の第１の装置では、油膜の浮遊する水面にＰ偏光成分とＳ偏光成分の両方を同時に含む光ビームを照射する投光手段と、照射された前記光ビームによる前記水面からの反射光をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分ける偏光分離手段と、分離したＰ偏光成分とＳ偏光成分の光量を各々電気信号に変換する光電変換手段と、この光電変換手段からの信号出力に基づきＰ偏光成分とＳ偏光成分の光量比を演算し、前記光電変換手段からの信号出力が予め定めた基準値より低いことを検知した場合のみ、前記光量比を演算した信号をホールドする機能を有する演算手段と、その演算出力を水面に油膜のない正常時の基準値と比較する比較手段とを技術的手段として採用する。
【００１３】
本発明の第２の装置では、油膜の浮遊する水面にＰ偏光成分とＳ偏光成分の両方を同時に含む光ビームを照射する投光手段と、前記光ビームは入射光軸が水面と交わる点に立てた水面の法線と入射光軸とのなす角度（以下、入射角と記す）を６０〜９０°にして照射された前記光ビームによる前記水面からの反射光をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分ける偏光分離手段と、分離したＰ偏光成分とＳ偏光成分の光量を各々電気信号に変換する光電変換手段と、この光電変換手段からの信号出力に基づきＰ偏光成分とＳ偏光成分の反射光量を各々正常時の基準値と比較する比較手段と、Ｓ偏光成分の反射光量が正常時と比較して増加したことと、Ｐ偏光成分の反射光量が正常値と比較して一定または減少したことを判定する判定手段とを備え、その判定結果からの２つの条件を満足した場合に水面上の油膜の存在を判定することを技術的手段として採用する。
【００１４】
本発明の第３の装置では、油膜の浮遊する水面にＰ偏光成分を有する光ビームとＳ偏光成分を有する光ビームを水面の波の周期に比べて早い周期の変調で交互に同軸にして照射する投光手段と、前記水面から反射したＰ偏光成分の反射光とＳ偏光成分の反射光の光量を各々前記変調に同期して電気信号に変換する光電変換手段と、この光電変換手段からの信号出力に基づきＰ偏光成分とＳ偏光成分の光量比を演算し、前記光電変換手段からの信号出力が予め定めた基準値より低いことを検知した場合のみ、前記光量比を演算した信号をホールドする機能を有する演算手段と、その演算出力を正常時の基準値と比較する比較手段とを技術的手段として採用する。
【００１５】
本発明の第４の装置では、油膜の浮遊する水面にＰ偏光成分を有する光ビームとＳ偏光成分を有する光ビームを水面の波の周期に比べて早い周期の変調で交互に同軸にして、前記光ビームは入射光軸が水面と交わる点に立てた水面の法線と入射光軸とのなす角度（以下、入射角と記す）を６０〜９０°にして照射する投光手段と、前記水面から反射したＰ偏光成分の反射光とＳ偏光成分の反射光の光量を各々電気信号に変換する光電変換手段と、この光電変換手段からの信号出力に基づきＰ偏光成分とＳ偏光成分の反射光量を各々正常時の基準値と比較する比較手段と、Ｓ偏光成分の反射光量が正常時と比較して増加したことと、Ｐ偏光成分の反射光量が正常値と比較して一定または減少したことを判定する判定手段とを備え、その判定結果からの２つの条件を満足した場合に水面上の油膜の存在を判定することを技術的手段として採用する。
【００１６】
本発明の第１の手段は、油膜の有る水面と無い水面で、反射した光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との比が異なることを利用して油膜を検知する。
電磁波である光は、伝播方向に垂直な面内で振動する横波であるので、その面内で方向性のある振動をする。この振動の電界ベクトルの方向が偏光の特性を示す。振動が特定の方向に保たれているとき、その光ビームは直線偏光特性をもつと言い、特定の方向に偏らず全ての方向に不規則に変化するときには、無偏光特性をもつという。また、電界ベクトルの軌跡が円形のものを円偏光、楕円形のものを楕円偏光と呼ぶ。
【００１７】
これらの任意の光線の偏光成分は、伝播方向に垂直で互いに直行する２つの成分に分解できる。本発明の第１の手段のように、入射光軸が水面と交わる点に立てた水面の法線および入射光軸を含む平面に平行な偏光成分（Ｐ偏光成分）と垂直な偏光成分（Ｓ偏光成分）の２つの成分を同時に含む光ビームを照射するには、無偏光特性または円偏光特性の光ビームを照射するか、直線偏光特性の光ビームをその偏光方向が入射光軸と水面の法線を含む平面に対して傾けて（例えば４５°）にして照射すればよい。図５に水面、入射光、Ｐ偏光面、Ｓ偏光面との相互の関係を示す。
【００１８】
Ｐ偏光成分とＳ偏光成分は水面で各々独立に反射されると考えることができる。そしてその反射光強度は、フレネルの反射係数で規定され、光線の入射する入射角度と媒質の屈折率（または誘電率）によって各々独立に変化する。そのために水面に油膜が存在する場合には、油と水の屈折率の違いによってＰ偏光成分とＳ偏光成分の反射光強度が各々独立に変化する。そこで、反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分を分離し、各々の反射光強度をそれぞれ測定し、その比をとると、油膜の存在によってその値が変わるため、これにより油膜を検知することができる。
【００１９】
この手段の特徴は、光学的な測定であるため、複雑な操作を必要とせず簡便に連続的に油膜を検知できることの他、水面の波立ちや浮遊する異物の影響を受けにくく、正確で高感度に油膜を検知できることである。水面が波立ったり異物が浮遊してくると乱反射光が生じるため、単に反射光の強度をモニタするだけであると、その強度が変化して安定な測定が行えず感度が低下してしまう。
【００２０】
これに対して、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の比をモニタするようにすると、水面が波立って反射光の強度が変化しても、一定の反射角で受光しているかぎり偏光成分の比は変化しにくいために、安定で高感度な測定が行うことができる。また、水面に浮遊する異物がある場合、ある範囲の入射角度でモニタすれば、Ｓ偏光成分をＰ偏光成分で除した比は、油膜の存在により水に比べて大きくなるのに対し、異物の場合は偏光が解消してその比は小さくなるため、この違いによって油膜と異物を判別することができる。このように、発明した油膜検知装置は水面の波立ちや浮遊する異物の影響を受けにくく、正確で高感度に油膜を検知できる。
【００２１】
本発明の第２の手段は、水面からの反射光をある範囲の受光角度においてモニタした場合、油膜の存在によって、反射光のＳ偏光成分は増加するが、Ｐ偏光成分は一定または減少するという現象を利用して、油膜を検知する。この手段の投光部、偏光分離部、光電変換部は、本発明の第１の手段と同じで、反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分の強度をそれぞれ測定する。水面に油膜が存在した場合、油と水の屈折率の違いによってＰ偏光成分とＳ偏光成分の反射光強度が各々独立に変化するが、その変化の仕方をより詳細に調べると、次のようになる。
【００２２】
Ｓ偏光成分は、水面と平行な振動方向をもち、水分子の電荷を水面と平行な方向に振動させて反射光をつくる。その効果は、屈折率の大きい媒質のときにより大きく、油膜の場合には、反射光の強度が増加する。一方、Ｐ偏光成分は、水面に対して垂直な平面内で振動し、反射光の振動方向と同じ方向の電荷の振動成分のみが、反射光量に寄与する。そのために反射角度によってその効果が変わる。水面と入射光軸のなす角度が小さい場合（入射角が大きい場合）、屈折率のより大きい油膜のときに反射光の強度は一定または減少する。従って、この違いによって油膜を検知することができる。
【００２３】
この第２の手段は、本発明の第１の手段と同じように油膜を検知できるが、「Ｓ偏光成分の増加」と「Ｐ偏光成分の一定または減少」という２つの条件を満足した場合にのみ油膜と判定するようになっているため、油膜でないものを油膜と誤って判定することがより少なくなる。本発明の第３の手段は、第１の手段と同じように、油膜の有る水面と無い水面で、反射した光のＰ偏光成分とＳ偏光成分の比が異なることを利用して油膜を検知する。第１の手段と違うのは、Ｐ偏光特性を有する光ビームとＳ偏光特性を有する光ビームを同軸にして交互に照射して、反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分の強度を１つの光電変換器で測定するようにしたことであり、これによって偏光分離手段を省略したことを特徴とする。
【００２４】
本発明の第４の手段は、第２の手段と同じように、水面からの反射光をある範囲の受光角度においてモニタした場合、油膜の存在によって、反射光のＳ偏光成分は増加するがＰ偏光成分は一定または減少する現象を利用して油膜を検知する。第２の手段と違うのは、Ｐ偏光特性を有する光ビームとＳ偏光特性を有する光ビームを同軸にして交互に照射して、反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分の強度を１つの光電変換器で測定するようにしたことであり、これによって偏光分離手段を省略したことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各種実施例について、図を用いて述べる。
［実施例１］
発明の第１の実施例としての油膜検知装置を図１に示す。
円偏光特性を有するレーザー光源１を用いて、Ｐ偏光成分（図中では、Ｐ偏光成分の振動方向２を上下の矢印で示す）とＳ偏光成分（図中では、Ｓ偏光成分の振動方向３を中心に黒点のある円で示す）とを均等に含む光ビーム４を、油膜５の浮遊する波立った水面６に、ある入射角７で斜めから照射する（入射角７とは入射光軸８が水面６と交わる点に立てた水面の法線９と入射光軸８とのなす角度をいう）。水面６からの反射光１０をピンホール１１で光路制限をした後、偏光ビームスプリッタ１２に通し、Ｐ偏光成分１３とＳ偏光成分１４とに分離する。分離したＰ偏光成分１３とＳ偏光成分１４をフォトダイオード１５とフォトダイオード１６で各々光電変換して各々の光量を電気信号に変換する。
【００２６】
各々の電気信号をアンプ１７とアンプ１８でそれぞれ増幅した後、演算回路１９に入力する。演算回路１９は入力信号に基づきＰ偏光成分とＳ偏光成分の光量比を演算出力する。またコンパレータ２０はアンプ１８から分岐した信号が基準電圧２１より低いことを検知し信号を出力する。ホールド回路２２は演算回路１９からの信号をコンパレータ２０の信号出力に従ってホールドする。これは、ピンホール１１の光路制限のために反射光１０がフォトダイオード１６に届かずにアンプ１８の信号レベルが低下しているとき、演算回路１９の信号をホールドしてこれを無効とするための処理である。ホールド回路２２からの信号出力を平均演算回路２３で移動平均した後、比較回路２４に入力する。比較回路２４は水面に油膜のない正常時に相当する基準値２５と入力信号を比較し、あらかじめ設定した範囲を超えたときに油膜があると判定し、外部に警報２６を出力する。
【００２７】
表１に、実施例１の装置で油膜の無い水面と種々の油膜が浮遊する水面と異物の浮遊する水面を測定したときのＰ偏光成分とＳ偏光成分との反射光量の比のデータを示す。この表の測定は、レーザ光の波長は６３３ｎｍ、入射角は７０°であり、また、油膜の膜厚は０．５〜５０μｍである。
【００２８】
【表１】
0003713879.tif 000002
Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の反射光量の比は油膜の有る場合は無い場合に比べて１．２〜１．７倍と大きく、微量な油膜の有無を十分検知できることがわかる。また、異物はＰ偏光成分とＳ偏光成分の反射光量の比が０．３〜０．４倍と小さく、油膜と異物の判別が可能なことがわかる。
【００２９】
表１のデータは、入射角が７０°の場合のデータであるが、その他の入射角の場合について以下に説明する。図６には、油膜の無い水面と屈折率１．５、厚さ１μｍの油膜の浮遊する水面における、入射角に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分の反射光量比の変化を示す。入射角４５°〜６０°付近のデータがスケールオーバしていて具体的数値を示していないのは、この付近ではＰ偏光成分の反射強度が極めて小さく計測誤差が大きいためである。図６から、油膜のある場合と無い場合の計測差が大きいのは入射角６０°〜９０°であり、この範囲の入射角で測定すると効率よく油膜を検知できことがわかる。
【００３０】
水面が揺れているときの信号処理過程を図７に示す。この図には、（１）反射光のＰ偏光成分の強度を示すアンプ１６の出力と、（２）Ｓ偏光成分の強度を示すアンプ１７の出力と、（３）Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の光量比を示す演算回路１９の出力と、（４）ホールド回路２１の出力と、（５）平均演算回路２５の出力が示されている。水面の揺れのために、（１）Ｐ偏光成分の強度と（２）Ｓ偏光成分の強度は大きく乱れているが、（３）Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の光量比は乱れが少ない。そして（４）ホールド回路の出力はさらに安定していて、最終処理された（５）平均演算回路２５の出力信号はほとんど乱れていない。このことから水面が揺れても油膜を正確に検知できることが分かる。
【００３１】
以上のように、発明の第１の実施例の装置は、光学的な測定であるため、複雑な操作を必要とせず簡便に連続的に油膜を検知できることの他、水面の波立ちや浮遊する異物の影響を受けにくく、正確で高感度に油膜を検知できる。
図７の例では、光源に円偏光特性のレーザ光源を用いたが、無偏光特性のレーザ光源を用いてもよい、ただし、市販の無偏光特性レーザ光源はＰ偏光成分とＳ偏光成分の強度が数秒の周期で変化するものが多いため、その場合は光量の補正を行う必要がある。また、直線偏光のレーザ光源を、その偏光方向が入射光軸と水面の法線を含む平面に対して傾けて（例えば４５°にして）照射してもよい。この場合は、傾ける角度が変わるとＰ偏光成分とＳ偏光成分の強度が変わるので、各々の初期光量の確認が必要である。
【００３２】
水面の揺れが小さい場合には、反射光の光路制限を行うためのピンホール１１と反射光が遮光された期間の信号出力を無効にするためのコンパレータ２０とホールド回路２２と平均演算回路２３は必要が無く、演算回路１９の出力をそのまま、比較回路２４に入力すればよい。
［実施例２］
発明の第２の実施例としての油膜検知装置を図２に示す。
【００３３】
この図において図１に示した符号と同一のものは同一物を示している。この実施例では、本発明の第１の手段と同じように、反射光のＰ偏光成分の強度がアンプ１７から、Ｓ偏光成分の強度がアンプ１８からそれぞれ出力され、アンプ１７からの信号は比較回路２７に、アンプ１８からの信号は比較回路２８に、それぞれ入力される。比較回路２７は、水面に油膜のない正常時のＰ偏光成分の強度に相当する基準値２９と入力信号を比較し、入力信号が基準値２９と同じまたは小さくなったときに、判定回路３０へ信号を出力する。比較回路２８は、水面に油膜のない正常時のＳ偏光成分の強度に相当する基準値３１と入力信号を比較し、入力信号が基準値３１より大きくなったときに、判定回路３０へ信号を出力する。判定回路３０は、比較回路２７と比較回路２８の出力信号の論理積をとり、Ｓ偏光成分の強度のみが増加したことを確認したときに、油膜があると判定し、外部に警報２６を出力する。
【００３４】
図８に、油膜の無い水面と屈折率１．５、厚さ１μｍの膜膜の浮遊する水面のそれぞれについて、入射角に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分の反射光量の変化が示されている。入射角６０°〜９０°の範囲において、Ｐ偏光成分の光量は、油膜の有るときと無いときで差がないのに対して、Ｓ偏光成分の光量は、油膜の有るときに大きくなっている。この実施例２の装置は、実施例１の装置と同じように油膜を検知できるが、「Ｓ偏光成分の増加」と「Ｐ偏光成分の一定または減少」という２つの条件を満足した場合にのみ油膜と判定するようになっているため、油膜でないものを油膜と誤って判定することがより少なくなる。
［実施例３］
発明の第３の実施例としての油膜検知装置を図３に示す。
【００３５】
この図において図１、図２に示した符号と同一のものは同一物を示している。この実施例では、直線偏光特性のレーザ光源３２の発するＰ偏光特性の光ビームともう一つの直線偏光特性のレーザ光源３３の発するＳ偏光特性の光ビームを、水面の波の周期に比べて十分に速い周期でＯＮ／ＯＦＦ変調して交互に点灯し、ミラー３４とハーフミラー３５を用いて同軸にして、水面６に照射する。水面６からの反射光１０は直接フォトダイオード１５で光電変換し、光ビームのＯＮ／ＯＦＦ変調に同期してＰ偏光成分１３とＳ偏光成分１４の光量を各々電気信号に変換する。これから後の信号処理は実施例１と同様である。この実施例の特徴は、偏光ビームスプリッタ１２を省略して１つのフォトダイオード１５でＰ偏光成分１３とＳ偏光成分１４の光量を測定するようにしたことであり、実施例１と同じ性能が得られる。
［実施例４］
発明の第４の実施例としての油膜検知装置を図４に示す。
【００３６】
この図において図１、図２、図３に示した符号と同一のものは同一物を示している。この実施例では、実施例３と同じように、レーザ光源３２とレーザ光源３３を用いてＰ偏光特性を有する光ビームとＳ偏光特性を有する光ビームを交互に照射して、反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分の強度を１つの光電変換器１５で測定するようにした。信号処理は実施例２と同様である。この実施例の特徴は、実施例３と同じように、偏光ビームスプリッタ１２を省略して１つのフォトダイオード１５でＰ偏光成分１３とＳ偏光成分１４の光量を測定するようにしたことであり、実施例２と同じ性能が得られる。
【００３７】
実施例１〜４の図には油膜検知装置の設置方法が示されていないが、水位の変化しない水槽ではその周囲に固定して、水位の変化する河川、海洋等では浮きフロートに乗せて水面に浮かして設置する方法を採用することができる。また、太陽光などの外乱光の影響があるときには、受光部の光電変換器の前に、投光ビームの波長のみを通す干渉フィルタを設けたり、投光ビームを変調してその変調周波数のみを信号処理部で選別したりして、外乱光の影響を除くことができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の油膜検知装置は、浄水場、養殖場などに流入する油分、または、工場排水施設などから流出する油分を、水面上の油膜として自動的に検知する油膜検知装置に関し、従来の装置の問題点である、連続自動測定が難しいこと、微量油分の検出が困難なこと、誤動作が多いことを解決するために考案されたものであり、油膜の有る水面と無い水面で反射した光のＰ偏光成分とＳ偏光成分の比が異なること、また、油膜の存在によって、反射光のＳ偏光成分は増加するがＰ偏光成分は一定または減少する現象を利用して油膜を検知するので、水面の波立ちや浮遊する異物の影響を受けることなく、簡便で連続的に高感度で正確に油膜を検知できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】油膜検知装置の第１の発明例の模式図
【図２】油膜検知装置の第２の発明例の模式図
【図３】油膜検知装置の第３の発明例の模式図
【図４】油膜検知装置の第４の発明例の模式図
【図５】水面、入射光、Ｐ偏光面、Ｓ偏光面との相互の関係を示す図
【図６】油膜の無い水面と膜膜の浮遊する水面における、入射角に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分の反射光量の比の変化を示す図
【図７】水面が揺れているときの信号処理過程を示す図。
【図８】油膜の無い水面と膜膜の浮遊する水面における、入射角に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分の反射光量の変化を示す図
【符号の説明】
１：      レーザ光源
２：      Ｓ偏光成分の振動方向
３：      Ｐ偏光成分の振動方向
４：      光ビーム
５：      油膜
６：      水面
７：      入射角
８：      入射光軸
９：      水面の法線
１０：      反射光
１１：      ピンホール
１２：      偏光ビームスプリッタ
１３：      Ｐ偏光成分
１４：      Ｓ偏光成分
１５：      フォトダイオード
１６：      フォトダイオード
１７：      アンプ
１８：      アンプ
１９：      演算回路
２０：      コンパレータ
２１：      基準電圧
２２：      ホールド回路
２３：      平均演算回路
２４：      比較回路
２５：      基準値
２６：      警報
２７：      比較回路
２８：      比較回路
２９：      基準値
３０：      判定回路
３１：      基準値
３２：      レーザ光源
３３：      レーザ光源
３４：      ミラー
３５：      ハーフミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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