(57)【要約】【課題】  高濃度の微粒子濃度を短時間で簡便に測定することができる粒子検出装置を提供する。【解決手段】  浮遊粒子の粒子濃度を測定する粒子検出装置であって、粒子を浮遊させた状態で、ある大きさの範囲の粒子を取り出す分級器１と、この分級器１により取り出され、粒子検出領域に導かれた複数の粒子に同時に光を照射してそれらの粒子が発する散乱光を検出する粒子検出部２と、この粒子検出部２の出力信号から粒子濃度を求める演算処理部３からなる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮遊粒子の粒子濃度を測定する粒子検出装置であって、粒子を浮遊させた状態で、ある大きさの範囲の粒子を取り出す分級器と、この分級器により取り出され、粒子検出領域に導かれた複数の粒子に同時に光を照射してそれらの粒子が発する散乱光を検出する粒子検出部と、この粒子検出部の出力信号から粒子濃度を求める演算処理部からなることを特徴とする粒子検出装置。
【請求項２】
前記分級器は、粒子を複数段の大きさの範囲に分ける分級手段を備え、前記複数段をある時間間隔で切り替え、各段毎に粒子濃度を求めるようにした請求項１記載の粒子検出装置。
【請求項３】
前記演算処理部は、前記粒子検出部の出力信号を所定時間だけ積分し、この積分値を前記所定時間の間に粒子検出領域を通過した試料流体の体積で除して粒子濃度を求める請求項１又は２記載の粒子検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境上問題となる粒子径が１０μｍ以下の浮遊粒子の粒子濃度を測定する粒子検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題として浮遊粒子状物質が注目され、特にＰＭ１０（１０μｍ以下の微小粒子）やＰＭ２．５（２．５μｍ以下の微小粒子）の抑制が強く求められている。中でもディーゼル車が排出するナノオーダの微小粒子は、人体への悪影響が著しく、その測定も重要となってきている。
【０００３】
従来、浮遊微小粒子の測定器としては、光散乱式自動粒子計数器（JIS-B-9921）が代表される。また、粒子を大きさ別に分ける分級装置と凝縮核計数器を組み合わせたもの、インパクタで分級してフィルタなどで捕集し、電荷や重量を測定する装置が知られている。
【０００４】
更に、分級と凝縮を用い、検出部をレーザ光散乱式カウンタとした気体中の超微粒子濃度計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−３１２７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、光散乱式自動粒子計数器（JIS-B-9921）は粒子１個ずつ光散乱により検出するもので、ディーゼル車排ガスのような高濃度粒子の直接測定には適さず、検出下限粒径も０．１μｍ程度である。
【０００６】
分級装置と凝縮核計数器を組み合わせたものは、凝縮性気体により粒子を肥らせた後に１個ずつ光散乱により計数するもので、高濃度粒子の測定に適さず、構成が複雑で高価であるという欠点がある。
【０００７】
更に、分級と凝縮を用いた気体中の超微粒子濃度計測装置は、光散乱式自動粒子計数器（JIS-B-9921）と同様に高濃度粒子の測定には適さない。
【０００８】
また、インパクタで分級してフィルタなどで捕集する装置は、高価で取扱いやメンテナンスが面倒などの欠点がある。
【０００９】
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高濃度の微粒子濃度を短時間で簡便に測定することができる粒子検出装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、浮遊粒子の粒子濃度を測定する粒子検出装置であって、粒子を浮遊させた状態で、ある大きさの範囲の粒子を取り出す分級器と、この分級器により取り出され、粒子検出領域に導かれた複数の粒子に同時に光を照射してそれらの粒子が発する散乱光を検出する粒子検出部と、この粒子検出部の出力信号から粒子濃度を求める演算処理部からなる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の粒子検出装置において、前記分級器は、粒子を複数段の大きさの範囲に分ける分級手段を備え、前記複数段をある時間間隔で切り替え、各段毎に粒子濃度を求めるようにした。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の粒子検出装置において、前記演算処理部は、前記粒子検出部の出力信号を所定時間だけ積分し、この積分値を前記所定時間の間に粒子検出領域を通過した試料流体の体積で除して粒子濃度を求めるようにした。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように請求項１に係る発明によれば、分級器である大きさの範囲の粒子を取り出した後、複数個の粒子が同時に散乱光を発するようにしたため、粒子数に等しい倍数の大きな感度が得られ、より微小な粒子の検出が可能になる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、複数段階の粒子区分の粒子濃度を能率よく測定することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、粒子検出部の出力信号を所定時間だけ積分し、この積分値を所定時間の間に粒子検出領域を通過した試料流体の体積で除して粒子濃度を求めるので、特異な粒子濃度を排除した平均的な粒子濃度を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る粒子検出装置の概要構成図、図２は粒子検出部と演算処理部の構成図である。
【００１７】
本発明に係る粒子検出装置は、図１に示すように、試料流体を導いて粒子を浮遊させた状態で、ある大きさの範囲の粒子を取り出す分級器１と、分級器１により取り出された複数の粒子に同時に光を照射してそれらの粒子が発する散乱光を検出する粒子検出部２と、粒子検出部２の出力信号から粒子濃度を求める演算処理部３からなる。
【００１８】
分級器１には、電気移動度を利用した静電式粒度分級器、慣性力を利用したバーチャルインパクタ、同じく慣性力を利用したサイクロン分級器などを用いることができる。分級器１が粒子を分級する範囲は、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍを等間隔（１０ｎｍ）で１０段階とし、夫々をある時間間隔で切り替えて粒子を粒子検出部２に導く。
【００１９】
粒子検出部２は、図２に示すように、レーザビームＬａを発生するレーザ発振器５と、試料流体６を流すと共にレーザビームＬａにより粒子検出領域７を形成するフローセル８と、粒子による散乱光Ｌｓを集光する集光レンズと、集光レンズ９が集光した散乱光Ｌｓを光電変換するフォトダイオード１０からなる。
【００２０】
粒子検出部２では、複数の粒子の散乱光Ｌｓを同時に検出するため、粒子検出領域７が大きくなるようにレーザビームＬａと試料流体６の交わる体積を拡大し、そこから発せられる散乱光Ｌｓを集光レンズ９によりフォトダイオード１０に集光させている。粒子による散乱光Ｌｓは、粒子検出領域７に存在する粒子数Ｎに比例した強度を有する。
【００２１】
演算処理部３は、図２に示すように、フォトダイオード１０の出力信号を増幅する増幅器１１と、増幅器１１の出力信号を所定時間積分する積分回路１２と、積分回路１２の出力信号と予め設定した基準信号とを比較して粒子濃度を求めるレベル判定部１３と、レベル判定部１３の判定結果を表示する表示処理部１４からなる。なお、積分回路１２の積分時間は任意に設定することができる。
【００２２】
以上のように構成した本発明に係る粒子検出装置の動作について説明する。
【００２３】
フローセル８に試料流体６を流す。試料流体６の流量をＦ（ｍ3／分）とすると、時間ｔ（分）の間に粒子検出領域７を通過する試料流体６の体積は、Ｆ・ｔ（ｍ3）となる。試料流体６に存在する粒子は、粒子検出領域７を通過する際に照射されるレーザビームＬａにより散乱光Ｌｓを発する。
【００２４】
散乱光Ｌｓはフォトダイオード１０により電気信号に変換され、増幅器１１により所定のレベルに増幅される。増幅器１１により増幅された電気信号の強度をＩ＝ｆ(ｔ)とすると、時間ｔの間に粒子検出領域７を通過した粒子数Ｎは、強度Ｉを時間ｔだけ積分した値（∫ｆ(ｔ)ｄt）に比例することになる。
【００２５】
次いで、レベル判定部１３において、積分回路１２の出力信号（∫ｆ(ｔ)ｄt）を、予め既知の粒子濃度の試料流体で求めておいた値と比較し、そのレベルを判定することにより、測定した試料流体６の粒子濃度（Ｎ／（Ｆ・ｔ））を求めることができる。求めた粒子濃度（Ｎ／（Ｆ・ｔ））は、表示処理部１４により表示される。
【００２６】
そして、分級器１が粒子を分級する範囲（例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍを等間隔（１０ｎｍ）で１０段階）を全て切り替えることによって、１０段階の粒径区分の粒子濃度を全て測定することができる。
【００２７】
例えば、粒子検出領域７に粒径が１００ｎｍの粒子が１個導かれた時、その散乱光Ｌｓを検出できるだけのＳ／Ｎ比を粒子検出部２が有していたとする。一般に、粒径が５０ｎｍの粒子１個の散乱光強度は、粒径が１００ｎｍの粒子１個のおよそ１／６０である。しかし、粒径が５０ｎｍの粒子が６０個同時に粒子検出領域７に導かれると、その散乱光強度は粒径が１００ｎｍの粒子１個の散乱光強度と同じになり、高濃度であれば粒径が５０ｎｍの粒子であっても測定可能になる。
【００２８】
従って、粒子検出領域７に同時に存在する粒子数Ｎによる散乱光強度が、粒子検出部２の検出下限レベルを超えると、その粒子濃度に比例して散乱光強度が高まるため、粒子濃度を求めることが可能になる。
【００２９】
そこで、粒子検出領域７の大きさと検出感度は、測定対象となる、例えばディーゼル車排ガス中の粒子の大きさと粒子濃度に合せて決定すればよい。
【００３０】
本実施の形態における分級器１は浮遊粒子を複数段の大きさに分級するが、ある１つの大きさの範囲に限定し、その範囲の粒子濃度を求めても、ディーゼル車排ガス中などの粒子濃度の測定に役立てることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
近年、環境問題として注目されている浮遊粒子状物質、特にＰＭ１０（１０μｍ以下の微小粒子）やＰＭ２．５（２．５μｍ以下の微小粒子）の測定を簡便に行うことが可能になる。特に、抑制が強く求められているディーゼル車が排出する高濃度のナノオーダの微小粒子を短時間で簡便に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る粒子検出装置の概要構成図
【図２】粒子検出部と演算処理部の構成図
【符号の説明】
【００３３】
１…分級器、２…粒子検出部、３…演算処理部、５…レーザ発振器、６…試料流体、７…粒子検出領域、８…フローセル、９…集光レンズ、１０…フォトダイオード、１１…増幅器、１２…積分回路、１３…レベル判定部、１４…表示処理部、Ｌａ…レーザビーム、Ｌｓ…散乱光。
【図１】
2005114664.tif 000003
【図２】
2005114664.tif 000004