(57)【要約】【課題】  サンプル液の濁度を測定するための濁度測定システムを提供する。【解決手段】  チャンバーとセンサーとを具備し、センサーが、水密ハウジング、光源、光源から発光され液体サンプルを透過した光を集束する第１光集束装置、前記液体サンプルを通過する光から生じた少なくとも１つの散乱光を収集する第２光集束装置、収集光を受入れ電子信号を発生するフォトダイオード、及び電子信号を処理する電子ボードを具備する。特に、水密ハウジングが傾斜底面を有し、光検出器が、分離された濁度測定範囲を検出する少なくとも２つのフォトダイオードを有し、インサートが、第１及び第２のインサートチャンネルを有するチャンバーの底部に配置され、各チャンネル軸が水密ハウジングの円筒状チャンネルの一軸に向けられ光を捕捉する。【選択図】図２
2006145529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの入口と、少なくとも１つの出口とを有するチャンバーと；
前記チャンバーを覆うカバーと；
前記カバー上に装着されたセンサーユニットと；
を具備してなり、前記センサーユニットは：
サンプル液の液面に対して傾斜した底面を有し、前記センサーユニットの使用時に前記チャンバー内のサンプル液の液面下に配置される水密ハウジングと；
光源と；
前記光源から発光され前記液体サンプルを透過する光を集束するための第１の光集束装置と；
前記液体サンプルを通過する光から生じた少なくとも１つの散乱光を収集するための第２の光集束装置と；
前記収集された光を受け入れて電子信号を発生するための光検出器と；
前記電子信号を濁度測定の構成単位へ変換するためのプロセッサーと；
を含み；
前記水密ハウジングは、前記光源と光検出器とをそれぞれ収容するための２つのキャビティと、前記第１および第２の光集束装置をそれぞれ収容するための２つの円筒状チャンネルとを有し、これら円筒状チャンネルが前記水密ハウジングの傾斜底面から或る角度を以って相称的に離間して傾斜しており；
前記キャビティのそれぞれは、前記水密ハウジングの前記傾斜底面と平行となるように、前記角度の円筒軸に対して傾斜した平坦端面を有するもの；
であることを特徴とするサンプル液を測定するための濁度測定システム。
【請求項２】
前記入口は、前記光源から発生し前記第１の光集束装置を通過する光の第１の光路と、前記第２の光集束装置により収集された少なくとも１つの散乱光の第２の光路との重なりにより画成される分析領域に向けられている請求項１記載の濁度測定システム。
【請求項３】
前記キャビティは、円筒形をなし、互いに平行に配置されている請求項１記載の濁度測定システム。
【請求項４】
前記傾斜底面は、サンプル液に対し４５度の角度で傾斜している請求項１記載の濁度測定システム。
【請求項５】
前記光源は、白熱灯又はＬＥＤである請求項１記載の濁度測定システム。
【請求項６】
前記２つ円筒形チャンネルは、前記水密ハウジングの前記傾斜底面から相互に離間して４５度の角度で傾斜している請求項１記載の濁度測定システム。
【請求項７】
前記チャンバー、前記カバーおよび前記センサーの水密ハウジングは、不透明材料からなり、前記光検出器は前記第２の光集束装置からの前記光のみを受け入れるようになっている請求項１記載の濁度測定システム。
【請求項８】
前記不透明材料がアルミニウム又は黒色ＰＶＣである請求項１記載の濁度測定システム。
【請求項９】
少なくとも１つの入口と、少なくとも１つの出口とを有するチャンバーと；
前記チャンバーを覆うカバーと；
前記カバー上に装着されたセンサーユニットと；
を具備してなり、前記センサーユニットは：
前記センサーユニットの使用時に前記チャンバー内のサンプル液の液面下に配置される水密ハウジングと；
光源と；
前記光源から発光され前記液体サンプルを透過する光を集束するための第１の光集束装置と；
前記液体サンプルを通過する光から生じた少なくとも１つの散乱光を収集するための第２の光集束装置と；
前記収集された光を受け入れて電子信号を発生するための光検出器であって、個別の濁度測定範囲を検出するための少なくとも２つのフォトダイオードを含むものと；
前記電子信号を濁度測定の構成単位に変換するためのプロセッサーと；
を含み；
前記水密ハウジングは、前記光源と光検出器とをそれぞれ収容するための複数のキャビティと、前記第１および第２の光集束装置をそれぞれ収容するための２つの円筒状チャンネルとを有し、これらチャンネルが前記水密ハウジングの傾斜底面から或る角度を以って相称的に離間して傾斜しており；
前記キャビティのそれぞれは、前記水密ハウジングの前記傾斜底面と平行となるように、前記角度の円筒軸に対して傾斜した平坦端面を有するもの；
であることを特徴とする濁度測定システム。
【請求項１０】
前記個別の濁度測定範囲は、０〜２０ＮＴＵと２０〜２００ＮＴＵとを含んでいる請求項９記載の濁度測定システム。
【請求項１１】
前記少なくとも２つのフォトダイオードは、第２の光集束装置により収集された散乱光の８０％を超える割合を測定するため第２の光集束装置を収容するチャンネルの軸に位置合わせされた第１のフォトダイオードと、第２の光集束装置により収集された散乱光の１０％未満を測定するため前記第１のフォトダイオードの直下に配置された第２のフォトダイオードとを含む請求項９記載の濁度測定システム。
【請求項１２】
板状ビームスプリッターを更に有し、前記少なくとも２つのフォトダイオードは、互いに９０度で光軸が交差する第１および第２のフォトダイオードを含み、前記ビームスプリッターは前記第１および第２のフォトダイオード間にそれらの光軸から４５度の角度を以って配置され、ビームスプリッター／フォトダイオードアッセンブリーを形成している請求項９記載の濁度測定システム。
【請求項１３】
前記ビームスプリッター／フォトダイオードアッセンブリーは、前記第２の光集束装置の後方に配置され、前記第２の光集束装置により収集された散乱光の８０％を超えるものを前記第１のフォトダイオードが収集し、前記第２の光集束装置により収集された散乱光の１０％未満を前記第２のフォトダイオードが収集する請求項１２記載の濁度測定システム。
【請求項１４】
少なくとも１つの入口と、少なくとも１つの出口とを有するチャンバーと；
前記チャンバーを覆うカバーと；
前記カバー上に装着されたセンサーユニットと；
を具備してなり、前記センサーユニットは：
前記センサーユニットの使用時に前記チャンバー内のサンプル液の液面の下に配置される水密ハウジングと；
光源と；
前記光源から発光され前記液体サンプルを透過する光を集束するための第１の光集束装置と；
前記液体サンプルを通過する光から生じた少なくとも１つの散乱光を収集するための第２の光集束装置と；
前記収集された光を受け入れて電子信号を発生するための光検出器と；
前記電子信号を濁度測定の構成単位へ変換するためのプロセッサーと；
を含み；
前記水密ハウジングは、前記光源と光検出器とをそれぞれ収容するための２つのキャビティと、前記第１および第２の光集束装置をそれぞれ収容するための２つの円筒状チャンネルとを有し、これらチャンネルが前記水密ハウジングの傾斜底面から或る角度を以って相称的に離間して傾斜しており；
前記キャビティのそれぞれは、前記水密ハウジングの前記傾斜底面と平行となるように、前記角度の円筒軸に対して傾斜した平坦端面を有するものであり；
第１および第２のインサートチャンネルを有したインサートは、チャンバーの底部に配置され、これらチャンネルの軸のそれぞれが前記水密ハウジングの前記円筒状チャンネルの１つの軸に向けられて、光を捕捉するようになっている；
ことを特徴とする濁度測定システム。
【請求項１５】
前記第１および第２のインサートチャンネルは、円錐形をなしている請求項１４記載の濁度定システム。
【請求項１６】
前記第１および第２のインサートチャンネルの１つは、前記チャンバーの入口として用いられる請求項１４記載の濁度測定システム。
【請求項１７】
前記インサートは、更に第３のインサートチャンネルを有し、該第３のインサートチャンネルが前記チャンバーの少なくとも１つの出口の１つと連通している請求項１４記載の濁度測定システム。
【請求項１８】
前記水密ハウジングの底部は、サンプル液面に対し傾斜し、前記インサートの形状は、中実柱の上部から直角谷部を取除き、それにより第１の傾斜面と第２の傾斜面とを形成すると共に前記柱のエッジ部に平坦な頂部を形成するものとなっている請求項１４記載の濁度測定システム。
【請求項１９】
Θ１＝８６°、Θ２＝９０°、Θ３＝９４°、Θ４＝７８°、Θ５＝７８°である請求項１８記載の濁度測定システム。
【請求項２０】
前記水密ハウジングの底部は、サンプル液表面と平行であり、前記インサートの形状が、中実柱の上部中心線から直角谷部を取除き、それにより第１の傾斜面と第２の傾斜面とを形成してなるものである請求項１４記載の濁度測定システム。
【請求項２１】
光源を較正するための基準検出器を更に含む請求項５記載の濁度測定システム。
【請求項２２】
基準信号調整器を更に含み、その基準電気信号についてのＥＰＡ又はＩＳＯの正規値と適合するよう前記基準検出器を調整するようになっている請求項２１記載の濁度測定システム。
【請求項２３】
コントローラを更に含み、基準信号調整器の基準電気信号の公称値を検出することにより白熱灯又はＬＥＤの内のいずれが操作中であるかを判定し、ＥＰＡ処理、ＩＳＯ処理の間を自動的に切換えるようになっている請求項２２記載の濁度測定システム。
【請求項２４】
少なくとも１つの入口と、少なくとも１つの出口とを有するチャンバーと；
前記チャンバーを覆うカバーと；
前記カバー上に装着されたセンサーユニットと；
を具備してなり、前記センサーユニットが：
前記センサーユニットの使用時に前記チャンバー内のサンプル液の液面下に配置される水密ハウジングであって、光源および光検出器を収容するための２つのキャビティを有するものと；
光源と；
集束装置ホルダーであって、前記光源から発光され前記液体サンプルを透過する光を集束するための第１の光集束装置と、前記液体サンプルを通過する光から生じた少なくとも１つの散乱光を収集するための第２の光集束装置と、前記第１および第２の光集束装置をそれぞれ収容するための２つの円筒状チャンネルと、前記集束装置ホルダーを前記水密ハウジングの底部に位置決めするための位置決め手段とを有するものと；
前記収集された光を受け入れて電子信号を発生させるための光検出器と；
前記電子信号を濁度測定の構成単位に変換するためのプロセッサーと；
を含み；
これら円筒状チャンネルが前記水密ハウジングの底面から或る角度を以って相称的に離間して傾斜しており；
前記キャビティのそれぞれが、前記水密ハウジングの前記傾斜底面と平行となるように、前記角度の円筒軸に対して傾斜した平坦端面を有すものである；
ことを特徴とするサンプル液を測定するための濁度測定システム。
【請求項２５】
前記水密ハウジングの底面は、集束装置ホルダーの位置決め手段を受け入れるための少なくとも１つの位置決め穴を有する請求項２４記載の濁度測定システム。
【請求項２６】
前記第１の光集束装置および第２の光集束装置はプリズムレンズを有し、そのそれぞれが一方の側に球面を有し、他方の側に平坦な傾斜面を有する請求項２４記載の濁度測定システム。
【請求項２７】
前記集束装置ホルダーは、前記第１の光集束装置および第２の光集束装置とそれぞれ光学的に連通する２つの窓部を有し、該窓部が不透明バリアーにより互いに分離されている請求項２４記載の濁度測定システム。
【請求項２８】
前記不透明バリアーおよび窓部は、前記ホルダーの底面に接着された単一ユニットとして作られている請求項２７記載の濁度測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、液体の濁度を測定するためのシステムに係り、特に、液体サンプルを受け入れるためのチャンバーと、このチャンバーを覆うための蓋体と、前記液体サンプル内に底部が浸漬されるセンサーユニットとを、具備してなるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
濁度センサーは、水中を通る光の透過と干渉する水中の懸濁物、又は可視深度を制限させる水中の懸濁物を測定するものである。濁度は種々の懸濁物、例えば土、シルト、微細な有機質又は無機質物質、可溶性着色有機化合物、プランクトンおよびその他微生物、その他の類似物質に原因するものである。これら粒子中に覆われて殺菌処理を逃れた病原性バクテリアが存在する可能性があるため、この水中の濁度は、公衆衛生と関係している。濁度が著しく高い場合は、美意識からも問題となる。水中の濁度は、水処理および水浄化プロセスの効率を評価する場合には非常に重要である。濁度の測定単位として比濁度単位（ＮＴＵ）がある。比濁計と呼ばれる機器は、或る角度での散乱光の量を測定することにより濁度を測定するものである。この機器は合成ポリマーであるフォルマジンなどの標準液のサンプルを使用して基準となる目盛りが調整されている。濁度４０００ＮＴＵのフォルマジン原液を製造する標準化された製法を用い、この原液を比例して希釈することにより異なるＮＴＵを有する他の全ての標準液を作成することができる。濁度が５ＮＴＵまでは通常、安全と考えられているが、飲料水は、１ＮＴＵを超えてはならない。米国以外では、この単位は通常、ＦＮＵ（フォルマジン比濁度単位）と呼ばれている。
【０００３】
本発明は水浄化施設又は処理施設での処理前後の水のインライン濁度測定に注目している。世界で一般に使用されている濁度測定には、２つの標準的仕様が存在する。すなわち、国際標準ＩＳＯ  ７０２７（水質−濁度判定，国際標準、第３版、１９９９−１２−１５）およびＵＳＥＰＡ  １８０．１（比濁度法２１３０  Ｂ，  水および廃水検査のための標準的方法）である。双方の方法とも、入射光に対し９０°で散乱した光の強度を測定するものである。ＩＳＯ標準の仕様はより厳格であり、単色光源の使用を要求する。測定値の再現性と、現存する測定機器（例えば、ＯＭＥＧＡエンジニアリング社（米国、コネクチカット州、スタンフォード）により提供されているもの）同士のよる測定値のより正確な合致が要求されている。
【０００４】
下記特許文献１には水中に浸漬された水との接触面を清浄する機能を備えた濁度センサーが記載されている。このセンサーは９０度の角度で散乱した光を測定するよう操作される。このセンサーは接触部から或る距離に置かれた焦点集束レンズを有している。このような光学構成のものは分析領域で発散光を生じさせる。また、これには、光学繊維からなるインターフェース片を備えた他の実施例も記載されている。これら双方の実施例とも、国際標準ＩＳＯ  ７０２７で定めるような光線の収束を与えていない。
【０００５】
下記特許文献２および３に記載されている濁度センサーは、ＬＥＤ光源を使用し、９０°よりも広い範囲の分散角で操作されるようになっていて、その光学的構成は国際標準ＩＳＯ  ７０２７の要件からかなり異なったものとなっている。
【０００６】
下記特許文献４には、内面と、光学表面と、照明並びに検出手段の双方の視界に対する光学的制約部とからなり、迷光により検出された信号を減少することにより濁度計の検出下限を改善するようにした濁度計が記載されている。しかし、この濁度計は、それぞれ傾斜軸を有し角度を持たせた２つのチャンネルではなく、２つの平行チャンネルを有し、窓部がセンサーの底部と平行となっている。更に、その光捕捉部は流体入口として用いられていない。更に、１つの試験範囲をカバーするため僅か１つのフォトダイオードを有するのみである。更に、光源としてタングステンランプを使用していないからＥＰＡ  １８０．１に適合していない。又、励起光と、測定された散乱光との間の角度が国際標準ＩＳＯ  ７０２７に規定された９０±２．５°の範囲内にないから国際標準ＩＳＯ  ７０２７にも適合していない。
【特許文献１】米国特許第６，３２４，９００号明細書
【特許文献２】米国特許第５，３５０，９２２号明細書
【特許文献３】米国特許第４，８４１，１５７号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００３／０２１４６５３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、濁度の測定のための工業的光学センサーの感度を改善すること、およびＥＰＡ  １８０．１に適合した白熱灯又はＩＳＯ  ７０２７に適合した赤外ＬＥＤを設置することを可能とする光学的構成を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、ＥＰＡ  １８０．１およびＩＳＯ  ７０２７の双方に適合するため２つの置換可能な光源と共に使用することができる濁度センサーを提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、異なる感度を有する数個の光学路を提供すべく濁度センサーの測定範囲を改善することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、操作の間、迷光を除去し、粒子および気泡の蓄積を減少させるため、濁度センサー用サンプルチャンバーを改善することである。本発明の更なる目的は、応答時間の迅速化を図ることができ、従来と同じ応答時間でも流量を減少することができるよう濁度測定システムを改善することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の他の目的および利点は以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
図１Ａにおいて、本発明による流体サンプル２を試験するための濁度センサーであって、該濁度センサーは、サンプルチャンバー１と、センサーユニット８と、コントローラ・ユニット１４とを具備してなる。サンプルチャンバー１は、その上面に設けられたセンサーユニット８および位置決めピン４を挿入させる装着リング３と、少なくとも１個の入口５、少なくとも１個の出口６、必要に応じて（例えば、洗浄のため）サンプル２を放出させるための栓体７と、サンプルチャンバー１の外周面のネジ山１−１と螺合するネジ山１０−１を内周面に有するチャンバーキャップ１０と、ケーブル１２をセンサーユニット８に接続させるためのケーブルコネクター１１とを備えている。装着リング３は一対のネジ３−１を介してサンプルチャンバー１に固定することができる。幾つかのＯ−リング９をサンプルチャンバー１、装着リング３およびセンサーユニット８間に設けて互いに固定、封止するようにしている。ケーブル１２はセンサーユニット８と、図１Ｂに示すコントローラ・ユニット１４との間で信号を伝達させる。サンプルチャンバー１およびチャンバーキャップ１０は不透明材料、例えばアルミニウム又は黒色ＰＶＣからなり、フォトダイオードが検出用光学手段２９からの光のみを受け入れるようにしている。このサンプルチャンバー１は直径が７２ｍｍ、高さが１４０ｍｍのものである。前記装着リング３、入口５および出口６は黒色ＰＶＣ、ナイロン又は他のプラスチック材料から作られている。Ｏ−リング９は弾性材料、例えばゴムから作られている。
【００１２】
コントローラ・ユニット１４は、電力供給部１５と、電流調整器１６と、コントローラハウジング２２内に配置された信号処理ユニット１７とを具備してなる。コントローラハウジング２２は、キーパッド２０と、ディスプレー２１と、ケーブル１２をコントローラ・ユニット１４に接続する入力コネクター２３とを具備してなる。信号処理ユニット１７は、メモリー１９と、フォトダイオードにより生成されたアナログ信号をこのメモリー１９内に保存されている等式又は変換テーブルに基づいてＮＴＵにおけるデジタル信号に変換するコントローラ１８と、を具備してなる。信号処理ユニット１７は、アナログ出力コネクター２５およびデジタル出力コネクター２６を介して信号を外部に出力するようになっている。電力供給部１５は電池、又は電力コネクター２４を介して外部電力源に接続されたものでもよい。電力供給部１５は５Ｖ−ＤＣの電力を検出器ユニット３０に出力すると共に、出力電流を２２８ｍＡに調整する電流調整器１６を介して５Ｖ−ＤＣの電力を光源ユニット３１に出力するようになっている。
【００１３】
図２に示したセンサーユニット８の実施形態では、このセンサーユニットは、液体サンプル２に浸漬される円筒状浸漬部２７と、センサーカバー３２と、検出器ユニット３０と、光源ユニット３１とを具備してなる。円筒状浸漬部２７（図８）は、傾斜底部２７−１と、キャビティ１０２を備えた中空上部２７−２と、検出器ユニット３０および光源ユニット３１をそれぞれ収容する２つの中空円筒状キャビティ１０３，１０９を備えた固体下部２７−３とを具備してなる。センサーカバー３２は一対のネジ３６により浸漬部２７に固定されている。浸漬部２７は不透明材料からなり、４２ｍｍの直径と、１０８ｍｍの高さを有する。傾斜底部２７−１は、その周囲に生じた気泡が付着せずにサンプル液面に上昇し得るように、サンプル液面／レベルに対し約３０〜６０度の角度、好ましくは３９度の角度で傾斜している。他の態様としては、浸漬部２７は、米国特許出願公開Ｎｏ．１０／３１５，１４２号明細書（参照としてここに組み込まれるものとする）に記載された濁度センサーのように水平底部を有する。本発明は、この米国特許出願公開Ｎｏ．１０／３１５，１４２号明細書の図１に記載されているものと同様の測定原理を適用するものである。すなわち、液体サンプルを透過し、分析領域１３に到達し、９０°±２．５°の角度で散乱した光を測定する。
【００１４】
この円筒状浸漬部２７は不透明材料、例えばアルミニウム又は黒色ＰＶＣからなり、フォトダイオードが検出用光学手段２９からの光のみを受け入れるようにしている。
【００１５】
図８において、中空円筒状キャビティ１０３は、光源光学手段２８（光源ユニット３１により発生した光線を集束させるためのもの）を収容する中空円筒状チャンネル１０４と光学的に連通し、円筒状キャビティ１０９は、検出器光学手段２９（水中の懸濁物により散乱した光を集めるためのもの）を収容する中空円筒状チャンネル１０５と光学的に連通している。これら双方のチャンネル１０４，１０５は傾斜底部２７−１に対し同一角度δで傾斜している。傾斜底部２７−１に対する法線と、円筒軸との間の角度はαに等しい（α＝９０°−δ）。入射角αは傾斜底部２７−１に対する法線と、水中の光線方向との間の屈折角βが４５°となるように選択されるべきである。この入射角αは、光源光学手段２８および検出器光学手段２９に使用される物質の屈折率に依存する。入射角αが下記式（１）に相当する場合は、屈折角βは４５°と等しい。
【００１６】
Ｓｉｎ（α）＝［Ｎｐ・Ｓｉｎ（４５°）］／Ｎｗ            （１）
ここで、Ｎｐはプリズム状収束装置に使用される物質の屈折率；Ｎｗは水の屈折率である。
【００１７】
センサーカバー３２は、その上面にセンサーコネクター３３を有し、その下面に位置決めピン４を受け入れるための穴又はノッチ３４を有すると共に、浸漬部２７の中空上部２７−２を受け入れるためのＯ−リング３５を備えた円筒状溝３２−１を有する。キャビティ１０３は、光源ユニット３１の一対の位置決めピン３８を受け入れるために、キャビティの底部であって、チャンネル１０５の近傍に、位置決め穴２７−４を有する。
【００１８】
光源光学手段２８は、傾斜した底部２７−１内に埋設された液密窓部２８−１を有し、光源ユニット３１と、浸漬部２７の外側の液体サンプル２との間の光学的な連通を容易にしている。検出器光学手段２９も、傾斜した底部２７−１内に埋設された液密窓部２９−１を有し、検出器ユニット３０と、浸漬部２７の外側の液体サンプル２との間の光学的な連通を容易にしている。これら光源光学手段２８および検出器光学手段２９は米国特許出願公開Ｎｏ．１０／３１５，１４２号明細書の図３に示されている一対のプリズム集束装置２８−２，２９−２を有する。これら光源光学手段２８および検出器光学手段２９はＯ−リング１０６および注封材料１０７により封止されている。例えば、Resinlab EP1056LC Black(Ellsworth Adhesives社、Germantown, WI)を注封材料１０７として使用することができる。他の実施態様として、プリズム集束装置２８−２をハーフボールレンズで置き換えることができ、プリズム集束装置２９−２を米国特許出願公開Ｎｏ．１０／３１５，１４２号明細書の図４に示されているハーフボールレンズおよびボールレンズで置き換えることができる。従って、円筒状チャンネル１０４，１０５のそれぞれを底部２７−１と合致する端部にて半球型キャビティとして変形することができる。
【００１９】
光源ユニット３１は容易に交換し得るように設計されている。図３から４は光源ユニット３１の２つの実施形態の前面図および側面図を示している。交換自在な光源ユニット３１は、位置決めピン３８を備えたプリント配線基板３７を有し、プリント配線基板３７をキャビティ１０３内に位置決め可能とすると共に、光源を保持するための光源ホルダー３９を有する。この光源は白熱灯４１又はＬＥＤ５２であってもよく、これらはチャンネル１０４に向けられている。白熱灯４２はＥＰＡ  １８０．１に従って設けられ、赤外ＬＥＤ５２はＩＳＯ７０２７に従って設けられる。
【００２０】
濁度の感知により、天然水、処理前後の水中の懸濁固形物の相対的量を迅速、かつ実際的な指標が提供される。濁度測定作業のための分析装置は、通常、２つの型の光源を適用することができる。すなわち、白熱灯又は赤外発光ダイオード（ＬＥＤｓ）である。特定の色温度を備えた白熱灯は、４００ｎｍと６００ｎｍとの間の可視光範囲で最大の広帯域光を発光する。この光源の双方のタイプはそれぞれ工業的用途に応じて異なる利点を有している。白熱灯からＬＥＤに容易に変更することができる統一装置は、適切な基準に従って測定手法を最適化することができる。
【００２１】
図３のＢでは、４つのネジ４０によりホルダー３９がプリント配線基板３７に固定され、一対の調整ネジ４４−１により白熱灯４１がホルダー３９に固定され、白熱灯４１の位置を調整し得るようになっている。ホルダー３９はチャンネル９９を有し、このチャンネル９９には光学フィルター４２が設けられ、この光学フィルター４２の上面に集束レンズ４３が接着されている。この光学フィルター４２は一対の調整ネジ４４−２によりホルダー３９に固定されている。光源ユニット３１は、光源ホルダー３９の下方、かつ、チャンネル１０４の上方に位置する基準検出器４５と、光源ユニット３１を検出器ユニット３０の円盤形検出回路基板５７に接続させる光源コネクター４６と、基準信号調整器４７と、を具備してなるものである。基準検出器４５は白熱灯４１により発光された励起ビームの光軸に対しほぼ９０°の角度に向けられている。白熱灯は、通常として、出力強度が大きく変動なるようになっている。この出力強度を調節するため、白熱灯４１はホルダー３９内の適当位置に設定され調整ネジ４４により固定される。出力強度を白熱灯の電流を用いて調節することは推奨できない。なぜならば、それにより色温度が変えられ、白熱灯の寿命に悪影響を与えるからである。白熱灯４１の位置は、溶液のフォルマジン濁度２０ＮＴＵにおけるセンサー出力が、各光源ボードに対して２０００ｍＶ±２００ｍＶと等価となるように調整される。白熱灯４１としては、電気的に加熱されたフィラメントから光を生じさせ、ＥＰＡ  １８０．１仕様と適合する２，２００℃を超える色温度を有する任意の電灯を使用することができる。好ましくは、白熱灯４１としてはGilway L1025(Gilway Technical Lamp社、Woburn, MA)、基準検出器４５としてはフォトダイオードPNZ335(Panasonic社)、基準信号調整用電位差計４７としてはSM4A101(BC Components社)が用いられる。白熱灯４１はその公称電流が２４０ｍＡであるが、この公称電流より低い調整電流２２８ｍＡで操作される。白熱灯製造業者の技術的データによれば、このような操作モードでも２２５０℃の色温度を生じさせることができ、しかも白熱灯の寿命を３０，０００時間まで延ばすことができるとしている。白熱灯４１からの光は光学フィルター４２および集束レンズ４３を通って光源光学手段２８に達し、励起ビームを形成する。集束レンズ４３からの光の僅かな部分が、キャビティ１０３内での多重散乱および反射の後、基準検出器４５に到達する。ついで、この基準検出器４５が前記励起ビームの強度に比例して基準電気信号を発生する。基準信号調整器４７は、この参照電気信号のレベルを変化させ、これを公称値と等しくなるよう設定する。ＥＰＡ光源については、この公称値は１４００ｍＶであり、ＩＳＯ光源については、この基準電気信号の公称値は２０００ｍＶである。コントローラ１８はこの公称値に基づいてどの光源が現在操作中であるかを認識、判断することができる。それにより異なる線形性および較正をとる電気信号のＥＰＡの処理又はＩＳＯの処理の間の自動的切換えが可能となる。図４では、一対のネジ５１によりＬＥＤホルダー５２をプリント配線基板３７に固定している。光源ユニット３１は、基準検出器５３と、光源ユニット３１を検出器ユニット３０の円盤形検出回路基板５７に接続させる光源コネクター５４と、基準信号調整器５５と、ＬＥＤ強度調整用電位差計５６とを具備してなる。基準検出器５３はＬＥＤ５２により発光された励起ビームの光軸に対しほぼ９０°の角度に向けられている。ＬＥＤ５２は狭い帯域スペクトルを発光する低コスト赤外線発光ダイオード（例えば、PDI-E850, Photonic Detectors社）である。ＬＥＤ強度調整用電位差計５６はSM4A101(BC Components社)であってもよい。ＬＥＤ５２からの光は光源光学手段２８に到達し、励起ビームを形成する。ＬＥＤ５２を通る電流は溶液のフォルマジン濁度２０ＮＴＵにおけるセンサー出力が各光源ボードについて２０００ｍＶ±２００ｍＶと等しくなるように調整される。ＬＥＤ５２からの光の僅かな部分が、キャビティ１０３内での多重散乱および反射の後、基準検出器４７に到達する。ついで、この基準検出器４７が前記励起ビームの強度に比例して基準電気信号を発生する。ＩＳＯ光源については、この参照電気信号の公称値は２０００ｍＶである。
【００２２】
図５において、検出器ユニット３０は、浸漬部２７の中空上部２７−２内に嵌合する円盤状検出回路基板５７を有している。この検出器ユニット３０には矩形の検出回路基板５８が設けられ、これはスロット５７−１を介して円盤状検出回路基板５７に垂直に半田付けされている。円盤状検出回路基板５７上には更に検出器ユニットコネクター６０が半田付けされ、又かつ、図３に示す光源コネクター４６（又は図４の光源コネクター５４）と係合するようになっている。円盤状検出回路基板５７には更に装着孔６３が設けられ、これを介して少なくとも１つのネジ３０−１が上から浸漬部２７の中実の下方部２７−３に向けてネジ込まれ、検出器ユニット３０を浸漬部２７中に装着するようになっている。この検出器ユニット３０は円筒状真鍮シールド７１を有し、これが矩形の検出回路基板５８の周りを巻回するようして設けられ、かつ、円盤状検出回路基板５７に半田付けされキャビティ１０９と嵌合するようになっている。検出器光学手段２９を介して導入される光を測定するための少なくとも１つのフォトダイオード６１が検出回路基板５８の下方部に半田付けされている。円筒状真鍮シールド７１はフォトダイオードの前面の下方部分に切欠部又は開口部を有し、散乱した光が検出器光学手段２９からフォトダイオード６１に送られるようになっている。出力信号調整用電位差計６２が検出回路基板５８上に設定され、フォトダイオードの感度の変動を補償し、検出回路基板５８上の前置増幅器の増幅率を調整するようになっている。この出力信号調整用電位差計６２として、SM4A103(BC Components社)を用いることができる。
【００２３】
図６に示す実施態様では、異なる範囲の光を検出するための２つのフォトダイオード６８，６９が用いられている。例えば、フォトダイオード６８として、広いスペクトル範囲を有するシリコン・フォトダイオード（例えば、PN323BPA-ND,Digi-Key社、Thief Rever Fall, MN）を使用することができ、これは０−２０ＮＴＵを検出することができる。フォトダイオード６９として、VTP3310LAを使用することができ、これは２０−２００ＮＴＵを検出することができる。言い換えれば、フォトダイオード６８はチャンネル１０５の軸に位置合わせされており、放射光の８０％を超える量を測定することができ、他方、フォトダイオード６９はサイズがより小さく、フォトダイオード６８の直下に配置され、放射光の１０％未満を測定するようになっている。図７に示す実施態様では、０．５ｍｍ厚のポリカーボネートプレートからなるプレート状ビームスプリッター９２がフォトダイオード９０，９１間に、それらの軸から３９度の角度を以って配置されている。なお、フォトダイオード９０，９１の軸は７８°の角度で互いに交差している。このビームスプリッター／フォトダイオードアッセンブリーは、検出器光学手段２９の後方に配置され、それにより、フォトダイオード９１は８０％を超える量の光を集め、フォトダイオード９０は１０％未満の光を集めるようになっている。フォトダイオード９１は、１２度、下方に傾斜し、その軸は検出器光学手段２９の軸に沿って向けられている。フォトダイオード９０は垂直に設定され、ビームスプリッター９２から反射した放射光を収集するようになっている。
【００２４】
図６は更に、検出器ユニット３０中の半田付けの位置を示している。矩形の検出回路基板５８は第１の半田付け部７４を介して円盤状検出回路基板５７に半田付けされている。円筒状真鍮シールド７１は第２の半田付け部７５を介して円盤状検出回路基板５７に半田付けされている。検出回路基板５８は円筒状真鍮シールド７１に半田付けされている。
【００２５】
図８は図２のＡに示された濁度センサーのセンサーユニットであって、キャビティおよびチャンネルのみを有するものの断面図を示している。
【００２６】
米国特許出願公開Ｎｏ．１０／３１５，１４２号明細書に示した濁度センサーと同様に、本発明の濁度センサーは、２つの円筒状チャンネル１０４，１０５にそれぞれ配置された光源光学手段２８と、検出器光学手段２９とを具備してなる。各円筒状チャンネル１０４，１０５は、傾斜底部２７−１と平行になるようにして、その円筒軸に対し傾斜した平坦末端を有する。光源光学手段２８および検出器光学手段２９のそれぞれにはＯ−リングでシールされた窓部又は集束部材を備えている。これら円筒状チャンネル１０４，１０５は、より小さい又は公称の直径又はより大きい直径の部分を有し、各手段を支持すると共に、Ｏ−リングと共に各手段を封止している。仮にこれら円筒状チャンネル１０４，１０５がより大きい径を有する場合は、前記Ｏ−リングの部分から傾斜底部２７−１の表面部分までエポキシ樹脂を充填してもよい。
【００２７】
これら円筒状チャンネル１０４，１０５はそれぞれ円錐状を有しており、その円錐の頂部が光源光学手段２８および検出器光学手段２９の光軸の交点に向けられている。図１Ａに示すように、円筒状チャンネル１０４，１０５は分析領域１３に向けられ、分析領域１３を画成し、入口５は円筒状チャンネル１０４に向けられ、試験効率の増大を図っている。この入口５は更に、分析領域１３に向けられ、この分析領域１３は、光源から発光し光源光学手段２８を通過する光の第１の光路と、検出器光学手段２９により収集された少なくとも１つの散乱光の第２の光路との重複により画成される。
【００２８】
図１２に示す他の実施態様では、光集束手段２８−２および光集束手段２９−２が光学アッセンブリー２２０内に設けられ、更に、この光学アッセンブリー２２０はホルダー２２２内に配置された一対の保護窓２２１を備えている。このホルダー２２２はプラスチックからなり、その１側に小さなプラスチックバリア２２３を有し、光集束手段２８−２および光集束手段２９−２を光学的に分離している。２つの傾斜チャンネル２２４がチャンネル１０３，１０５とそれぞれ接続されるようにして形成され、それにより光集束手段２８−２および光集束手段２９−２を収容している。また、これら光集束手段２８−２および光集束手段２９−２は対応する保護窓２２１に接着されている。このホルダー２２２の他側には、例えば位置決めネジ、位置決めピン２２５などの位置決め手段が設けられており、光学アッセンブリー２２０を、センサー浸漬部２７の傾斜底部２７−１に位置決めするようになっている。センサー浸漬部２７はこの位置決めピン２２５を受け入れるための２つの位置決め孔２２７を有する。光学アッセンブリー２２０はセンサー浸漬部２７に接着されていて水密アッセンブリーを構成している。
【００２９】
図９，１０に示す他の実施態様では、インサート１１０がサンプルチャンバー１の底部に設けられ、試験効率の増大を図っている。このインサート１１０は、中実柱の頂部から直角谷部を取除き、それにより傾斜面１１０−１と傾斜面１１０−２とを形成すると共に図１０のＢに示すように平坦な頂部１１０−３をそのまま残すものとなっている。前記底部から傾斜面１１０−１に延びたインサートチャンネル１１２が前記インサート１１０内に形成され、前記入口１２１と連通している。インサートチャンネル１１２はチャンネル１０４に向けて傾斜し、試験効率の増大を図っている。前記入口１２１の軸はインサート１１０中の入力チャンネルの壁面近傍に設定され、インサートチャンネル１１２内に渦流を形成させる。サンプルチャンバー１の壁面から傾斜面１１０−２に向けて延出するようにしてインサートチャンネル１１３がインサート１１０内に形成され、チャンネル１０５に向けて傾斜し、光捕捉部として利用され、試験効率の増大を図っている。２つのインサートチャンネル１１２，１１３は逆円錐形をなし、その角度は略１２°となっており、これらは光源光学手段２８および検出器光学手段２９の光軸に沿って配置され、光源光学手段２８からの励起ビームのための光捕捉部、並びに検出器光学手段２９への反射を除くための光捕捉部として作用している。インサート１１０の付設により濁度センサーの感度が０．１ＮＴＵから０．０２ＮＴＵに改善される。チャンネル１１２は光捕捉部並びに水入口として利用され、それにより、従来の濁度センサーよりも１０倍速くセンサーが反応し得るようになっている。
【００３０】
このインサート１１０は、アルミニウム又は黒色ＰＶＣなどの不透明材料から作られている。このインサート１１０は、直径が７０ｍｍ、高さが６０ｍｍとなっている。図９において、前記傾斜面１１０−１は長さが６３ｍｍであり、前記傾斜面１１０−２は長さが５３ｍｍである。平坦な頂部１１０−３の長さは４ｍｍである。前記角度は、それぞれ、Θ１＝８６°、Θ２＝９０°、Θ３＝９４°、Θ４＝７８°、Θ５＝７８°である。
【００３１】
この実施態様において、２つの出口１１５，１１６はサンプルチャンバー１の底部から異なる高さに位置している。高い方の出口１１６には弁１１７が備えられている。低い方の出口１１５は第３のインサートチャンネル１１８と接続している。この第３のインサートチャンネル１１８は前記チャンバーの底部から前記傾斜面１１０−２へ延びるようにしてインサート１１０内に形成されている。インサートチャンネル１１２は前記傾斜面１１０−１と平行に傾斜し、試験効率の増大を図っている。入口１１４は流体サンプル２をインサートチャンネル１１２内に案内するものである。
【００３２】
図１１に示すように、インサート２１０は中実柱の頂部中央ラインから直角谷部を取除き、それにより傾斜面２１０−１と傾斜面２１０−２とを形成したものであり（図１１のＢ参照）、米国特許出願公開Ｎｏ．１０／３１５，１４２号明細書に記載された濁度センサーと共に使用することができる。傾斜面２１０−１および傾斜面２１０−２はΘ６＝９０度の角度を形成している。前記底部から傾斜面２１０−１に延びたインサートチャンネル２１４が前記インサート２１０内に形成され、前記液体入口と連通している。インサートチャンネル２１４はチャンネル１０４に向けて傾斜し、試験効率の増大を図っている。サンプルチャンバー１の壁面から傾斜面２１０−２に向けて延出するようにしてインサートチャンネル２１３がインサート２１０内に形成され、チャンネル１０５に向けて傾斜し、光捕捉部として利用され、試験効率の増大を図っている。２つのインサートチャンネル２１４，２１３は逆円錐形をなし、その角度は略１２°となっており、これらは光源光学手段２８および検出器光学手段２９の光軸に沿って配置され、光源光学手段２８からの励起ビームのための光捕捉部、並びに検出器光学手段２９への反射を除くための光捕捉部として作用している。本発明の傾斜底部２７−１はそこに蓄積される気泡を減少することができ、そのため米国特許出願公開Ｎｏ．１０／３１５，１４２号明細書の水平底部の場合のように、そこに蓄積した気泡を取除くために水平底部を拭き取る必要性がなくなるという点で性能的に優れている。
【００３３】
以上、本発明の原理、好ましい実施態様および操作モードについて説明したが、本発明の保護されるべき範囲はこれら特定の実施態様に制限されるべきものではない。ここに記載した実施態様は限定を意図するものでなく、単に説明のためのものである。従って、本発明の趣旨から逸脱することなく、種々の変更、改良および均等物が当業者にとって考え得るであろう。従って、そのような変更、改良および均等物も、特許請求の範囲に規定した本発明の趣旨、範囲に包含されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】本発明に係る濁度センサーの第１の具体例を示す断面図
【図１Ｂ】図１Ａに示した濁度センサーのコントローラ・ユニットのブロック図。
【図２】Ａは、図１Ａに示した濁度センサーのセンサーユニットの断面図であり、図２Ｂは、図２ＡのＩ−Ｉ線に沿うセンサーユニットの断面図。
【図３】Ａは図１Ａに示した濁度センサーの光源ユニットの第１の具体例を示す側面図であり、ＢはＡに示す第１の具体例の光源ユニットの他方の側面を示す図。
【図４】Ａは図１Ａに示した濁度センサーの光源ユニットの第２の具体例を示す側面図であり、ＢはＡに示す第２の具体例の光源ユニットの他方の側面を示す図。
【図５】図１Ａに示した濁度センサーの検出器ユニットの第１の実施例を示す斜視図。
【図６】図１Ａに示した濁度センサーの検出器ユニットの第２の実施例を示す断面図。
【図７】Ａは図１Ａに示した濁度センサーの検出器ユニットの第３の実施例を示す断面図、Ｂは図１Ａに示した濁度センサーの検出器ユニットの第３の実施例を示す断面図。
【図８】キャビティおよびチャンネルのみを有する図２Ａに示した濁度センサーのセンサーユニットの断面図。
【図９】本発明の濁度センサーの第２の具体例を示す断面図。
【図１０】Ａは図９のＩＩ−ＩＩ線に沿う濁度センサーの第２の具体例を示す断面図であり、Ｂは図９に示した濁度センサーのインサートの上面図。
【図１１】Ａ及びＢは、本発明の濁度センサーの第３の具体例を示す断面図。
【図１２Ａ】本発明の濁度センサーの前方端部のホルダーの断面図
【図１２Ｂ】図１２Ａのホルダーの底面図
【図１２Ｃ】図１２Ａのホルダーの上面図
【図１２Ｄ】本発明の濁度センサーに配置されたホルダーを示す断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１    サンプルチャンバー（チャンバー）
２    サンプル液
３    装着リング
４    位置決めピン
５    チャンバーの入口
６    チャンバーの出口
８    センサーユニット
９      Ｏ−リング
１０    チャンバーキャップ
１１    ケーブルコネクター
１３    分析領域
１４    コントローラ・ユニット（プロセッサー）
１５    電力供給部
１６    電流調整器
１７    信号処理ユニット
１９    メモリー
２１    ディスプレー
２２    コントローラハウジング
２３    入力コネクター
２２    コントローラハウジング
２７    浸漬部（水密ハウジング）
２７−１  傾斜した底面
２８    光源光学手段（第１の光集束装置）
２８−１  液密窓部
２９    検出器光学手段（第２の光集束装置）
３１    光源ユニット（光源）
３０    検出器ユニット（光検出器）
３７    プリント配線基板
３９    ホルダー
４１    白熱灯
４４    調整ネジ
５７    円盤状検出回路基板
５８    矩形の検出回路基板
６８，６９  フォトダイオード
９０，９１  フォトダイオード
９９    チャンネル
１０４    円筒状チャンネル
１０３    キャビティ
１０５  円筒状チャンネル
１０９  キャビティ
１１０    インサート
１１０−１，１１０−２    傾斜面
１１２，１１３    インサートチャンネル
２２０    光学アッセンブリー
２２２  ホルダー
２２３    プラスチックバリア
２２４  傾斜チャンネル
【図１Ａ】
2006145529.tif 000003
【図１Ｂ】
2006145529.tif 000004
【図２】
2006145529.tif 000005
【図３】
2006145529.tif 000006
【図４】
2006145529.tif 000007
【図５】
2006145529.tif 000008
【図６】
2006145529.tif 000009
【図７】
2006145529.tif 000010
【図８】
2006145529.tif 000011
【図９】
2006145529.tif 000012
【図１０】
2006145529.tif 000013
【図１１】
2006145529.tif 000014
【図１２Ａ】
2006145529.tif 000015
【図１２Ｂ】
2006145529.tif 000016
【図１２Ｃ】
2006145529.tif 000017
【図１２Ｄ】
2006145529.tif 000018
【外国語明細書】
2006145529000001.pdf