(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タバコ煙に該当する寸法の粒子を中心に通過させる直管部を有するノズルと、該ノズルを介して被検粒子を含む検出空気流と該検出空気流に平行なバイパス空気流とを生成する空気移送手段と、前記検出空気流内を通過する被検粒子からの散乱光を受光する受光素子と、楕円形状に整形した光ビームを発する光源と、前記検出空気流と前記バイパス空気流とを結ぶ前記受光素子の光軸と直交する方向から、前記光源の楕円形状の光ビームがその楕円の長軸方向が前記検出空気流の方向に対して略直角となるように前記検出空気流の層流部分に集光する光学系とを備え、前記受光素子を前記バイパス空気流の反対側から前記検出空気流に対して近接させて配置し、前記受光素子の出力により主として前記タバコ煙に該当する寸法の粒子を検出することを特徴とするタバコ煙粒子計測装置。
【請求項２】
前記光源はレーザーダイオードとした請求項１に記載のタバコ煙粒子計測装置。
【請求項３】
前記受光素子はフォトダイオードとした請求項１に記載のタバコ煙粒子計測装置。
【請求項４】
前記光源と前記光学系と前記受光素子と前記空気移送手段とをユニットケースに一体的に固定した請求項１に記載の粒子検出装置。
【請求項５】
前記空気移送手段は専用の小型ファンとした請求項１に記載の粒子検出装置。
【請求項６】
前記受光素子の出力を基に前記検出空気流内を通過する前記被検粒子を計数した計数値を表示する表示手段を設けた請求項１に記載の粒子検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気環境中のタバコ煙粒子の量を測定するタバコ煙粒子計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
平成８年２月に労働省から「職場における喫煙対策のためのガイドライン」が通達され、そのガイドライン中には、職場の空気環境を定期的に測定することが要望されている。職場の空気環境における浮遊粉塵粒子の中で最も多いのはタバコ煙粒子であり、このタバコ煙粒子を測定する専用の測定器としては、労働環境衛生に使用される相対濃度計が知られている。
【０００３】
この専用の相対濃度計としては分光濾紙塵埃計があり、この装置は濾紙に室内粉塵を捕集した後で、波長の異なる２種類の光線を照射し、それぞれの透過光量を測定して、その差によりタバコ煙粒子の濃度を測定する。
【０００４】
また、本発明者らは質量濃度の測定ができる高性能な粉塵粒子検出装置を特開平８−１５９９４９号公報に提案しており、この装置は室内塵の質量濃度を計測するものであり、空気清浄器等の運転の制御等に利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の従来例の分光濾紙塵埃計は、形状が大きくかつ重量があるために、位置を変えて多点測定を行うことが難しく、更に室内粉塵を濾紙に捕集し、その部分に光線を照射して検出するために捕集時間が長く掛かり、かつ濾紙の交換等が必要となり連続測定に向かないという問題点がある。
【０００６】
また、特開平８−１５９９４９号公報の粉塵粒子検出装置は、室内塵を測定することを目的としているために、検出する粒子の種類が多岐に渡り、検出粒子の粒径範囲が広く、その結果として被検粒子の粒径に対する検出感度に差が生じ、大きな粒径の粒子に対して小さな粒径の粒子の検出感度が低いという問題点がある。従って、０．３μｍ程度のタバコ煙粒子を効率良く検出するための専用装置としては必ずしも最適とは云えない。
【０００７】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、多点測定や連続測定に適した小型で軽量な構造を有し、効率良くタバコ煙粒子を検出することができるタバコ煙粒子計測装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るタバコ煙粒子計測装置は、タバコ煙に該当する寸法の粒子を中心に通過させる直管部を有するノズルと、該ノズルを介して被検粒子を含む検出空気流と該検出空気流に平行なバイパス空気流とを生成する空気移送手段と、前記検出空気流内を通過する被検粒子からの散乱光を受光する受光素子と、楕円形状に整形した光ビームを発する光源と、前記検出空気流と前記バイパス空気流とを結ぶ前記受光素子の光軸と直交する方向から、前記光源の楕円形状の光ビームがその楕円の長軸方向が前記検出空気流の方向に対して略直角となるように前記検出空気流の層流部分に集光する光学系とを備え、前記受光素子を前記バイパス空気流の反対側から前記検出空気流に対して近接させて配置し、前記受光素子の出力により主として前記タバコ煙に該当する寸法の粒子を検出することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は実施例のタバコ煙粒子検出装置の側面図を示し、装置筐体１の内部には仕切板２が設けられており、仕切板２の上側には粒子検出部３が配置され、下側には制御部４が配置されている。筐体１の上面には外空気取入部５が設けられ、外空気取入部５と粒子検出部３の間には、例えば直径１ｍｍの検出空気流Ａを生成し直管部から成るノズル６が設けられている。また、粒子検出部３の内部には検出光学系が収納され、ノズル６の下方方向には小型ファン７が取り付けられている。更に、筐体１の両側面の仕切板２の近傍には空気排出部８が設けられている。
【００１０】
図２は粒子検出光学系の構成図を示し、レーザーダイオードから成る光源１０の光軸Ｏ１上に、集光用の非球面レンズ１１が配置されている。非球面レンズ１１によるレーザー光の集光点Ｃには、ノズル６からの被検粒子を含む検出空気流Ａが紙面と直交する方向に通過し、検出空気流Ａの中心に集光点Ｃが略一致するようにされている。そして、検出空気流Ａと直交する面つまり紙面上において、レーザー光の光軸Ｏ１に対して略直角方向の光軸Ｏ２上に、フォトダイオードから成る受光素子１２が近接して配置されている。
【００１１】
また、検出空気流Ａの一様性を確保するために、検出空気流Ａを挟んで受光素子１２と反対側の位置に、バイパス空気流Ｂが設けられており、これら検出空気流Ａ及びバイパス空気流Ｂは、小型ファン７により吸引されて生成されるようになっている。特に、直管部を有するノズル６から流出する検出空気流Ａは、ノズル６の近くにおいては比較的層流状態となっており、安定した検出を行うために集光点Ｃはこの層流部分に設けられている。ここで、ノズル６、光源１０、非球面レンズ１１、受光素子１２の相対位置は、測定結果に対して極めて敏感に影響を及ぼすので、これらの光学系は一体として、アルミダイキャストや合成樹脂等から成るケースホルダ内に収納固定されて、粒子検出部３が構成されている。
【００１２】
また、光源１０におけるレーザー光の発光点Ｔと非球面レンズ１１の主点Ｈ間の距離をＳ１、主点Ｈと集光点Ｃ間の距離をＳ２、非球面レンズ１１の焦点距離をｆとすると、Ｓ２＝Ｓ１・ｆ／（Ｓ１―ｆ）の関係がある。本実施例においては、非球面レンズ１１の焦点距離をｆ＝４．４９ｍｍ、レンズ１１の外径をφ＝６．３８ｍｍ、距離Ｓ１＝７．７５４ｍｍと距離Ｓ２＝１１．０９７ｍｍの比をＳ２／Ｓ１＝１．４３１、集光点Ｃと受光素子１２の間の距離をｄ＝１．５ｍｍと設定している。
【００１３】
図３はブロック回路構成図を示し、受光素子１２の出力は増幅器２０、波形整形回路２１、パルス計数積算回路２２、マイクロコンピュータを有する制御回路２３に順次に接続されている。更に、制御回路２３には、電池も使用できる電源回路２４、操作スイッチ２５の出力が接続され、制御回路２３の出力は、小型ファン７、発光素子１２、タイマ回路２６、記憶部２７、ＬＣＤ等を使ってＣＰＭモードとｍｇ／ｍ3 モードの２種類の表示を行う表示部２８、ＲＳ−２３２Ｃ等の外部出力部２９にそれぞれ接続されている。
【００１４】
このような構成により、操作スイッチ２５のスタート／ストップスイッチを押すと電源回路２４がオンして、制御回路２３は粒子検出部３に電源を供給する。小型ファン７が回転して、被検粒子であるタバコ煙粒子等を含む空気が、外空気取入部５から装置筐体１内に流入し、図１の矢印に示すように、粒子検出部３内においてノズル６を通って、検出空気流Ａ及びバイパス空気流Ｂを生成する。
【００１５】
光源１０から出射したレーザー光は光軸Ｏ１を通り、非球面レンズ１１により検出空気流Ａの集光点Ｃに集光する。検出空気流Ａを流れる被検粒子が、このレーザー光のビーム径内を通過すると、個々の被検粒子により散乱光が発生し、光軸Ｏ２方向への散乱光が受光素子１２に受光され、電気信号に変換される。この電気信号は増幅器２０、波形整形回路２１を通って、被検粒子の数を計数するパルス計数積算回路２２に送られる。
【００１６】
制御回路２３は粒子検出部３に電源を供給した数秒後に、タイマ回路２６にスタート支持を送り、同時にパルス計数積算回路２２により積算を開始する。そして、指定時間が経過した後に、タイマ回路２６の指示によりパルス計数積算回路２２の積算を停止する。パルス計数積算回路２２で積算された結果は、制御回路２３を通して記憶部２７に記憶され、ＬＣＤ等の表示部２８に表示される。測定時間は例えば０．１分間と１分間の２モードを有し、１分間の測定を１０回連続して行った後に、自動的に測定を停止する。また、０．１分間の測定の場合には、ＲＳ−２３２Ｃ等の外部出力部２９を介して、パーソナルコンピュータ等の外部機器へ送信し、データ処理を行うことが可能である。
【００１７】
本実施例のタバコ煙粒子計測装置は、測定対象粒子をタバコ煙含有室内塵の粒子に限定し、粒径による差異が少ない粒子検出装置とするために、大きな粒径の粒子の検出感度を下げることによって、相対的に小さな粒径の粒子の検出感度を上げて、有効にタバコ煙粒子を検出するようにしている。粒子検出装置が粒子を検出するのは、光ビームと受光素子１２の配置により決まる検出領域を被検粒子が通過した場合であり、この領域を被検粒子が通過しなければ検出がされることはない。粒径の大きい粒子を有効に検出するためには大きい検出領域の方が有利であるが、小さい検出領域では粒径の小さい粒子の方が相対的に有利である。従って、検出空気流Ａ上の検出領域を小さくし、この通過経路を従来よりも細くすることにより、相対的に粒径の大きな粒子の検出領域を狭めて、粒径の小さな粒子の検出感度を向上させることができる。
【００１８】
また、粒径の小さな粒子の検出感度を上げるには、被検粒子からの散乱光を効率良く受光する必要がある。このための方法として、受光部に集光レンズを使用する方法があるが、集光レンズを利用すると、集光レンズのマウントや焦点距離のために受光部が大きくなり、全体として小型化ができなくなる。
【００１９】
散乱光強度は発光点からの距離が遠くなればなる程、減衰により低くなるので、受光素子１２を発光点に近付けることにより散乱光の減衰を少なくし、効率良く受光するようにすることが好ましい。このとき、光軸Ｏ１に対する受光素子１２の受光角度αを９０〜１８０度として受光素子１２を光ビームの焦光点Ｃに近接配置すると、光ビームが直接受光素子１２に入射してハレーションを起こし易く、光ビームに対して受光角度αが例えば９０度となるように配置することによってハレーションを生じ難くし、光ビームが直接受光素子１２に入射することを回避して、効率の良い受光と装置の小型化を達成することができる。
【００２０】
また、被検粒子が光ビームを通過する際には、粒径の大きな粒子は光ビームの端部を掠めても計測されるが、粒径の小さな粒子は計測され難い。従って、光ビームの端部を部分横断する粒子を少なくし、殆どの粒子が光ビームの中央部を貫通するようにする。光源１０のレーザーダイオードは楕円偏向特性を有する光ビームを発し、この楕円光ビームは接合面に対し垂直方向と水平方向でビームの広がりが異なる。図４(a) は光源１０の楕円光ビームＬの長軸方向が、被検粒子を含む検出空気流Ａの方向と平行な場合を示し、図４(b) は光源１０の楕円光ビームＬの長軸方向が、被検粒子を含む検出空気流Ａの方向と直交する場合を示している。
【００２１】
小さい粒径の粒子は相対的に散乱光濃度が小さいために、楕円光ビームＬの光軸に沿って光ビームを貫通する粒子Ｐに対し、楕円光ビームＬの端部を部分的に横断する粒子Ｐ’は計数され難い。従って、図４(a) の場合に比べて図４(b) の場合の方が光ビームＬを貫通する粒子Ｐの割合が大きい。一方、大きい粒径の粒子の場合は散乱光強度が大きいために、光ビームＬを部分的に横断する粒子でも十分計数されるので、大きな粒子では図４(a) の場合と図４(b) の場合で、計数される数量の差はあまりない。従って、図４(b) のように検出空気流Ａに対して楕円光ビームＬを光軸方向を直角となるように照射することにより、得られる０．３μｍ程度の粒径の小さいタバコ煙粒子の相対的な割合を大きくして、効率良く検出することができることになる。
【００２２】
従来の粉塵粒子検出装置と本実施例のタバコ煙粒子検出装置を、粒径０．３μｍの粒子に対する感度を１としたときの粒径０．６μｍの粒子に対する相対感度で比較した実験によれば、従来の粉塵粒子検出装置の場合が２１であるのに対して、楕円偏向光ビームの断面の光軸方向を検出空気流Ａに略直角方向となるように光源１０を配置した場合には８である。これに加えて検出空気流Ａの通過経路を細くすると３．８となり、更に受光素子１２を光ビームに略直角方向に近接配置して形成した本実施例のタバコ煙粒子検出装置で測定すると０．９となり、粒径０．３μｍ程度のタバコ煙粒子を最も有効に検出することができる。
【００２３】
図５は従来の粉塵粒子検出装置と本実施例のタバコ煙粒子検出装置による検出粒径別感度の測定結果のグラフ図を示す。粉塵粒子検出装置の場合は、粒径が０．６μｍの大きな粒子の感度が上がっているが、本実施例のタバコ煙粒子検出装置においては、検出粒径別の感度が一定となっており、０．３μｍ程度のタバコ煙粒子を有効に検出可能であることが分かる。
【００２４】
このようにして、本実施例はタバコ煙粒子の径を中心とした浮遊粒子群に反応し、浮遊粒子群の質量濃度に対応した値を表示する携帯に便利な小型軽量の装置を実現することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るタバコ煙粒子計測装置は、直管部を有するノズルを通して、外部からの空気を流出して検出空気流を生成すると共に、バイパス空気流を生成し、検出空気流の略中心に光源からの楕円形状に整形した光ビームを集光し、バイパス空気流の反対側に配置した受光素子により検出空気中の被検粒子から散乱光を検出することにより、たばこ煙に該当する大きさの比較的粒径の小さい粒子を効果的に検出することができ、多点測定や連続測定を簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のタバコ煙粒子検出装置の側面図である。
【図２】検出光学系の構成図である。
【図３】ブロック回路構成図である。
【図４】光ビームの楕円偏向特性の説明図である。
【図５】検出粒径と検出感度の関係のグラフ図である。
【符号の説明】
１  装置筐体
３  粒子検出部
６  ノズル
７  小型ファン
１０  光源
１１  非球面レンズ
１２  受光素子
２２  パルス計数積算回路
２３  コントロール部
２８  表示部
Ａ  検出空気流
Ｂ  バイパス空気流
【図１】
0003638807.tif 000002
【図２】
0003638807.tif 000003
【図３】
0003638807.tif 000004
【図４】
0003638807.tif 000005
【図５】
0003638807.tif 000006