(57)【要約】【課題】性能を落とさずに構成・操作を簡単化する。【解決手段】試料セル１に所定量の試料水ｗを入れた状態において試料セル１の開口１ａから入射する外光ｅをフォトダイオード３に直接入射させないように絞り筒８でカットする。試料セル１の壁面での反射などにより外光ｅがフォトダイオード３に入射した場合でも、その外光ｅの影響を演算で排除する。約５００ｎｍ〜約５６０ｎｍで実質的に発光する緑色発光ダイオード２を用い、干渉フィルタを用いない。試料セル１で計量容器を兼用する。【効果】性能を落とさずに構成・操作を簡単化することが出来る。【選択図】  図４
2004271472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面が開口した容器である試料セルと、前記試料セルに入れた試料水に前記試料セルの側面から測定光を入射させる測定光源手段と、前記試料セルの側面から出射された測定光を受光して電気信号を出力する受光手段と、前記電気信号を基に試料水の水質を示す指標を算出する演算手段と、算出した指標を表示する表示手段とを、携帯可能なケースに収容した携帯型水質検査装置において、
前記ケースは、前記試料セルの開口のみをケース外に露出し、前記試料セルの開口以外の部分をケース内に収容しており、
前記試料セルと前記受光手段の間に絞り筒を介在させ、
前記絞り筒は、前記試料セルに所定量の試料水を入れた状態において前記試料セルの開口から入射する外光を前記受光手段に直接入射させないようにカットしうる長さを有することを特徴とする携帯型水質検査装置。
【請求項２】
試料セルと、前記試料セルに入れた試料水に測定光を入射させる測定光源手段と、前記試料セルから出射された測定光を受光して電気信号を出力する受光手段と、前記電気信号を基に試料水の水質を示す指標を算出する演算手段と、算出した指標を表示する表示手段とを、携帯可能なケースに収容した携帯型水質検査装置において、
前記電気信号から受光量を測定する受光量測定手段と、操作者がゼロ調整実行および測定実行を指示するための操作手段と、ゼロ調整実行が指示された時は前記測定光を入射させない状態での受光量０Ｄおよび前記測定光を入射させた状態での受光量０Ｌを測定し記憶するゼロ調整実行手段と、測定実行が指示された時は前記測定光を入射させない状態での受光量ＭＤおよび前記測定光を入射させた状態での受光量ＭＬを測定し記憶する測定実行手段と、（ＭＬ−ＭＤ）／（０Ｌ−０Ｄ）により透過率を算出する演算手段とを具備したことを特徴とする携帯型水質検査装置。
【請求項３】
試料セルと、前記試料セルに入れた試料水に測定光を入射させる測定光源手段と、前記試料セルから出射された測定光を受光して電気信号を出力する受光手段と、前記電気信号を基に試料水の水質を示す指標を算出する演算手段と、算出した指標を表示する表示手段とを、携帯可能なケースに収容した携帯型水質検査装置において、
前記測定光源手段には、５００ｎｍ〜５６０ｎｍに発光ピークを持つ緑色発光ダイオードを用い、
前記測定光源手段と前記受光手段の間に干渉フィルタを用いないことを特徴とする携帯型水質検査装置。
【請求項４】
試料セルと、前記試料セルに入れた試料水に測定光を入射させる測定光源手段と、前記試料セルから出射された測定光を受光して電気信号を出力する受光手段と、前記電気信号を基に試料水の水質を示す指標を算出する演算手段と、算出した指標を表示する表示手段とを、携帯可能なケースに収容した携帯型水質検査装置において、
前記試料セルは、その上端まで又は壁面に付けた目盛りまで試料水を入れたときに適正な試料水量または略適正な試料水量となるような容器であることを特徴とする携帯型水質検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯型水質検査装置に関し、さらに詳しくは、性能を落とさずに構成・操作を簡単化することが出来る携帯型水質検査装置に関する。特に、水道水や，遊泳プール水や，濾過池の水の残留塩素濃度などを測定するのに有用である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上面のみが開口した容器である試料セルと、試料セルに入れた試料水に試料セルの側面から測定光を入射させる発光ダイオードと、試料セルの側面から出射された測定光を集光する集光用凸レンズと、集光用凸レンズで集光した測定光のうちの狭い波長帯域の光を選択的に透過させる干渉フィルタと、干渉フィルタを透過した測定光を受光して電気信号を出力するフォトダイオードと、電気信号を基に試料水の水質を示す指標を算出する演算回路を搭載した回路基板と、算出した指標を表示する数字表示器とを、携帯可能なケースに収容した携帯型水質検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特許２９３９６１１号公報（図２、図５）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の携帯型残留塩素測定装置では、試料セルからフォトダイオードまでの間に集光用凸レンズと干渉フィルタとが介在していたため、結果的に試料セルから離れた位置にフォトダイオードが設置されていた。このため、試料セルの上面から外光が入っても、その外光がフォトダイオードに直接届かない利点があった。
しかし、集光用凸レンズや干渉フィルタが構成の複雑化および高コスト化の要因となる問題点があった。
これに対して、集光用凸レンズや干渉フィルタを省略し且つ試料セルの近くにフォトダイオードを設置すると、装置の簡単化および低コスト化を実現できる。しかしながら、試料セルの上面から外光が入ると、その外光がフォトダイオードに直接入射するようになり、性能が落ちる問題点を生じてしまう。
【０００５】
また、上記従来の携帯型残留塩素測定装置では、試料水の量をピペットなどで定量計ってから、試薬を入れた試料セルに移す作業が必要であり、操作が煩雑になる問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、性能を落とさずに構成・操作を簡単化することが出来る携帯型水質検査装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、上面が開口した容器である試料セルと、前記試料セルに入れた試料水に前記試料セルの側面から測定光を入射させる測定光源手段と、前記試料セルの側面から出射された測定光を受光して電気信号を出力する受光手段と、前記電気信号を基に試料水の水質を示す指標を算出する演算手段と、算出した指標を表示する表示手段とを、携帯可能なケースに収容した携帯型水質検査装置において、前記ケースは、前記試料セルの開口のみをケース外に露出し、前記試料セルの開口以外の部分をケース内に収容しており、前記試料セルと前記受光手段の間に絞り筒を介在させ、前記絞り筒は、前記試料セルに所定量の試料水を入れた状態において前記試料セルの開口から入射する外光を前記受光手段に直接入射させないようにカットしうる長さを有することを特徴とする携帯型水質検査装置を提供する。
上記構成において「外光を受光手段に直接入射させない」とは「外光が１回も反射しないで受光手段に入射することを阻止する」という意味である。
上記第１の観点による携帯型水質検査装置では、集光用凸レンズや干渉フィルタを省略し且つ試料セルの近くに受光手段を設置する。そして、試料セルと受光手段の間に絞り筒を介在させ、その絞り筒で、試料セルに所定量の試料水を入れた状態において試料セルの開口から入射する外光を受光手段に直接入射させないようにカットする。これにより、性能を落とさずに構成を簡単化することが出来る。
【０００８】
第２の観点では、本発明は、試料セルと、前記試料セルに入れた試料水に測定光を入射させる測定光源手段と、前記試料セルから出射された測定光を受光して電気信号を出力する受光手段と、前記電気信号を基に試料水の水質を示す指標を算出する演算手段と、算出した指標を表示する表示手段とを、携帯可能なケースに収容した携帯型水質検査装置において、前記電気信号から受光量を測定する受光量測定手段と、操作者がゼロ調整実行および測定実行を指示するための操作手段と、ゼロ調整実行が指示された時は前記測定光を入射させない状態での受光量０Ｄおよび前記測定光を入射させた状態での受光量０Ｌを測定し記憶するゼロ調整実行手段と、測定実行が指示された時は前記測定光を入射させない状態での受光量ＭＤおよび前記測定光を入射させた状態での受光量ＭＬを測定し記憶する測定実行手段と、（ＭＬ−ＭＤ）／（０Ｌ−０Ｄ）により透過率を算出する演算手段とを具備したことを特徴とする携帯型水質検査装置を提供する。
上記第２の観点による携帯型水質検査装置では、試料セルの壁面での反射などにより外光が受光手段に入射した場合でも、その外光の影響を演算で排除できる。よって、集光用凸レンズや干渉フィルタを省略し且つ試料セルの近くに受光手段を設置しても外光の影響を受けなく。これにより、性能を落とさずに構成を簡単化することが出来る。
【０００９】
第３の観点では、本発明は、試料セルと、前記試料セルに入れた試料水に測定光を入射させる測定光源手段と、前記試料セルから出射された測定光を受光して電気信号を出力する受光手段と、前記電気信号を基に試料水の水質を示す指標を算出する演算手段と、算出した指標を表示する表示手段とを、携帯可能なケースに収容した携帯型水質検査装置において、前記測定光源手段には、５００ｎｍ〜５６０ｎｍに発光ピークを持つ緑色発光ダイオードを用い、前記測定光源手段と前記受光手段の間に干渉フィルタを用いないことを特徴とする携帯型水質検査装置を提供する。
ＤＰＤ（ジエチル−ｐ−フェニレンジアミン）法による残留塩素濃度の測定ではＤＰＤ発光吸光度を測定するが、ＤＰＤ発色吸光度の波長特性曲線は、約５１０ｎｍと約５５０ｎｍに吸光のピークを持つと共に約５００ｎｍ〜約５６０ｎｍで略平坦になっている。つまり、約５００ｎｍ〜約５６０ｎｍの範囲では、どこで測定しても同様の測定結果が得られる。従って、この約５００ｎｍ〜５６０ｎｍで実質的に発光する発光ダイオードを用いると、干渉フィルタを用いなくても正確な測定が行える。
そこで、上記第３の観点による携帯型水質検査装置では、上記範囲の発光ピークを持つ緑色発光ダイオードを用いると共に干渉フィルタを省略した。これにより、性能を落とさずに構成を簡単化することが出来る。
なお、発光ピークの許容範囲が広いため、発光特性のバラツキが大きい安価な緑色発光ダイオードでも使用可能となり、低コスト化することが出来る。
【００１０】
第４の観点では、本発明は、試料セルと、前記試料セルに入れた試料水に測定光を入射させる測定光源手段と、前記試料セルから出射された測定光を受光して電気信号を出力する受光手段と、前記電気信号を基に試料水の水質を示す指標を算出する演算手段と、算出した指標を表示する表示手段とを、携帯可能なケースに収容した携帯型水質検査装置において、前記試料セルは、その上端まで又は壁面に付けた目盛りまで試料水を入れたときに適正な試料水量または略適正な試料水量となるような容器であることを特徴とする携帯型水質検査装置を提供する。上記第４の観点による携帯型水質検査装置では、試料水の量をピペットなどで定量計ってから試料セルに移す作業が不要になり、操作を簡単化できる。また、適正な試料水量が確保される。これにより、性能を落とさずに操作を簡単化することが出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す一実施形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態にかかる携帯型残留塩素測定装置の上面図である。図２は、同正面図である。図３は、同底面図である。図４は、断面図である。
【００１３】
この携帯型残留塩素測定装置１００は、上面が開口した容器である試料セル１と、試料セル１に入れた試料水に試料セル１の側面から測定光ｍを入射させる緑色発光ダイオード２と、試料セル１の側面から出射された測定光ｍを受光して電気信号を出力するフィルタ付きフォトダイオード３と、試料セル１とフィルタ付きフォトダイオード３の間に介設された絞り筒８と、フォトダイオード３から出力される電気信号を基に受光量を測定しその受光量を基に試料水の水質を示す指標を算出するマイクロプロセッサ４と、算出した指標を表示する数字表示器５と、乾燥剤Ｓと、電池Ｂとを、上部ケース６及び下部ケース７からなる携帯可能なケースに収容した構成である。
【００１４】
試料セル１の開口１ａは、上部ケース６の上面に露出している。
また、上部ケース６の防水窓１２から数字表示器５が見えるようになっている。
さらに、上部ケース６の防水フィルム１３を介して操作ボタン１０を押せるようになっている。
【００１５】
図５に示す例では、緑色発光ダイオード２の発光特性曲線のピーク波長は、５２０ｎｍ〜５４０ｎｍの範囲内にある（β１で示す標準波長５３０ｎｍ，β２で示す最小波長５２０ｎｍ，β３で示す最大波長５４０ｎｍでバラツキを持っている）。また、発光特性曲線の半値幅は、約４６ｎｍである。従って、発光強度は、約４９７ｎｍより短波長および約５６３ｎｍより長波長で発光ピークの５０％以下になる。
一方、αは、１．５ｍｇ／ｌ残留塩素濃度の試料水に対するＤＰＤ発色吸光度の波長特性曲線を示しており、約５１０ｎｍと約５５０ｎｍに吸光のピークを持ち、約５００ｎｍ〜約５６０ｎｍで略平坦になっている。残留塩素濃度が異なっても、この波長特性曲線αが上下に略平行に移動するとみなせる。
つまり、緑色発光ダイオード２の発光特性のバラツキがあっても、測定光ｍの波長は、波長特性曲線αの略平坦な範囲に入っている。このため、干渉フィルタを用いなくても比較的正確な測定が行える。そこで、干渉フィルタを省略することが出来る。
【００１６】
なお、図５のγは、フィルタ付きフォトダイオード３の受光感度の波長特性曲線を示している。特に「フィルタ付き」である必要はないが、十分安価であり且つサイズ的にフィルタ無しと変わらないため、フィルタ付きフォトダイオード３を使っている。
【００１７】
図６に示すように、例えば、試料セル１の開口縦長さＡ＝１４ｍｍ、開口横長さ＝１０ｍｍ、深さＦ＝１４．３ｍｍ、肉厚さｔ＝１．２５ｍｍである。
また、試料セル１の上端からの試料セル保持枠１１の枠高さＹ＝０．５ｍｍである。
また、絞り筒８の口径φ＝２ｍｍ、長さＬ＝２．５ｍｍ、絞り筒８の内底面８ｂから試料セル１の内底面までの高さｙ＝４ｍｍである。
【００１８】
試料セル１の上端まで試料水を入れると、試料水量は２ミリリットルになる。
【００１９】
図７は、入射角度θ１＝８９゜で試料水ｗに入射した外光ｅがフォトダイオード３に直接入射すると想定した場合の光路を示す概念図である。
角度θ１〜θ４には次の関係がある。
ｓｉｎ｛θ１｝／ｓｉｎ｛θ２｝＝水の屈折率＝１．３３
θ２’＝９０゜−θ２
ｓｉｎ｛θ２’｝／ｓｉｎ｛θ３｝＝試料セル材料の屈折率／水の屈折率＝１．４５／１．３３
ｓｉｎ｛θ３｝／ｓｉｎ｛θ４｝＝１／試料セル材料の屈折率＝１／１．４５
光路水平距離ｈ２，ｔ，ｈ４、光路垂直距離ｄ２，ｄ３，φ，ｙには次の関係がある。
ｔａｎ｛θ２｝＝ｈ２／ｄ２
ｔａｎ｛θ３｝＝ｄ３／ｔ
ｔａｎ｛θ４｝＝φ／ｈ４
試料水高さｆ＝ｄ２＋ｄ３＋φ＋ｙ
【００２０】
θ１＝８９゜とすると、θ２＝４８．６゜、θ２’＝４１．４゜、θ３＝３６゜、θ４＝６１．１゜となる。
ｔ＝１．２５ｍｍ、φ＝２ｍｍ、ｙ＝４ｍｍ、ｆ＝１４．３ｍｍ（試料水量２ミリリットルの高さ）とすると、ｈ２＝８．３８ｍｍ、ｈ４＝１．１ｍｍ、ｄ２＝７．３９ｍｍ、ｄ３＝０．９１ｍｍとなる。
【００２１】
絞り筒８の長さＬがｈ４＝１．１ｍｍより長いならば、入射角度θ１＝８９゜でｈ２＝８．３８ｍｍの入射位置に入射した外光ｅは、絞り筒８の内底面８ｂでカットされ、フォトダイオード３に直接入射しない。また、入射角度θ１＝８９゜の外光ｅがｈ２＝８．３８ｍｍの入射位置以外に入射すると、絞り筒８の上側垂直面８ａまたは内底面８ｂでカットされ、フォトダイオード３に直接入射しない。
さらに、８９゜より小さい入射角度の外光ｅは、どこに入射してもフォトダイオード３に直接入射しない。
【００２２】
次に、図８を参照して、携帯型残留塩素測定装置１００の操作手順を説明する。
（Ｓ１）試料セル１に試料水ｗを満たす。
（Ｓ２）数字表示器５に「０．０」が３回点滅するまで、操作ボタン１０を押し続ける。
（Ｓ３）試料セル１から試料水ｗを捨てる。
（Ｓ４）試料セル１にＤＰＤ法の２液型発色試薬を１滴ずつ滴下する。
（Ｓ５）試料セル１の上端まで試料水ｗを入れる。
（Ｓ６）操作ボタン１０を２秒間より短い時間１回だけ押す。
（Ｓ７）数字表示器５に表示された残留塩素濃度を読み取る。
（Ｓ８）試料セル１から試料水ｗを捨て、洗浄する。
【００２３】
次に、図８を参照して、携帯型残留塩素測定装置１００の動作を説明する。
ステップＰ１では、操作ボタン１０をモニターし、押されたらステップＰ２へ進む。
ステップＰ２では、操作ボタン１０が３秒間以上押され続けたらステップＰ３へ進み、３秒間より短く押されたらステップＰ６へ進む。
【００２４】
ステップＰ３では、緑色発光ダイオード２を点灯せずに受光量０Ｄを測定する。
ステップＰ４では、緑色発光ダイオード２を点灯して受光量０Ｌを測定する。
ステップＰ５では、数字表示器５で「０．０」を３回点滅する。そして、ステップＰ１に戻る。
【００２５】
ステップＰ６では、緑色発光ダイオード２を点灯せずに受光量ＭＤを測定する。
ステップＰ７では、緑色発光ダイオード２を点灯して受光量ＭＬを測定する。
ステップＰ８では、透過率＝（ＭＬ−ＭＤ）／（０Ｌ−０Ｄ）を算出する。
ステップＰ９では、透過率を残留塩素濃度に換算し、数字表示器５に５秒間だけ表示し、表示を消す。そして、ステップＰ１に戻る。
【００２６】
以上の携帯型残留塩素測定装置１００によれば、次の効果が得られる。
（１）試料セル１に所定量の試料水ｗを入れた状態において試料セル１の開口１ａから入射する外光ｅをフォトダイオード３に直接入射させないように絞り筒８でカットすることが出来る。
（２）試料セル１の壁面での反射などにより外光ｅがフォトダイオード３に入射した場合でも、その外光ｅの影響を演算で排除できる。
（３）約５００ｎｍ〜約５６０ｎｍで実質的に発光する緑色発光ダイオード２を用いているため、干渉フィルタを用いなくても、ＤＰＤ発色吸光度の波長特性曲線の略平坦部で比較的正確に測定を行える。
（４）試料セル１の上端まで試料水ｗを入れたときに略適正な試料水量となるので、試料水量をピペットなどで定量計ってから試料セル１に移す作業が不要になる。
【００２７】
なお、試料セル１の高さを少し大き目にし、壁面に目盛りを付けておき、その目盛りまで試料水を入れたときに適正な試料水量または略適正な試料水量となるようにしてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の携帯型水質検査装置によれば、絞り筒を用い、外光の影響を演算により排除し、さらに、緑色発光ダイオードを用いているため、集光用凸レンズや干渉フィルタを省略できる。また、試料セルで計量容器を兼ねているため、試料水量をピペットなどで定量計ってから試料セルに移す作業が不要になる。よって、性能を落とさずに構成・操作を簡単化することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の携帯型残留塩素測定装置を示す上面図である。
【図２】図１の携帯型残留塩素測定装置の正面図である
【図３】図１の携帯型残留塩素測定装置の底面図である
【図４】図１の携帯型残留塩素測定装置の断面図である
【図５】１．５ｍｇ／ｌ残留塩素濃度の試料水に対するＤＰＤ発色吸光度の波長特性曲線、緑色発光ダイオードの発光特性曲線、フィルタ付きフォトダイオードの発光特性曲線の例示図である。
【図６】試料セル等のサイズ例を示す説明図である。
【図７】入射角度θ１＝８９゜で試料水に入射した外光がフォトダイオードに直接入射すると想定した場合の光路を示す概念図である。
【図８】図１の携帯型残留塩素測定装置の操作手順および動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
１          試料セル
１ａ        開口
２          緑色発光ダイオード
３          フォトダイオード
４          マイクロプロセッサ
５          数字表示器
６          上部ケース
７          下部ケース
８          絞り筒
１０        操作ボタン
１１        試料セル保持枠
ｅ          外光
ｍ          測定光
【図１】
2004271472.tif 000003
【図２】
2004271472.tif 000004
【図３】
2004271472.tif 000005
【図４】
2004271472.tif 000006
【図５】
2004271472.tif 000007
【図６】
2004271472.tif 000008
【図７】
2004271472.tif 000009
【図８】
2004271472.tif 000010