(57)【要約】【課題】  微少フロックによる散乱光を正確に検出することのできる凝集センサを提供する。【解決手段】  光源から射出された光を検水中に照射する投光部と、上記光が照射された領域の一部を視野して前記光の照射量域と該視野領域との交差領域における前記検水中の粒子への前記光の衝突により発生する散乱光を受光する受光部とを具備した凝集センサにおいて、特に投光部から前記交差領域内に焦点を有する光を投射することで、前記交差領域に投射する光の強度を高くする。【選択図】      図３
2005214652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された光を検水中に照射する投光部と、上記光の照射領域の一部を視野して前記光の照射量域と該視野領域との交差領域における前記検水中の粒子への前記光の衝突により発生する散乱光を受光する受光部とを具備した凝集センサであって、
前記投光部は、前記交差領域内に焦点を有する光を照射することを特徴とする凝集センサ。
【請求項２】
前記投光部は、光源から発せられた光を導く光ファイバと、所定の焦点距離を有して上記光ファイバの先端部に設けられて上記光を集光して投射する投光レンズとを備えたものである請求項１に記載の凝集センサ。
【請求項３】
検水中に浸漬して設けられる請求項１に記載の凝集センサと、
この凝集センサの投光部に変調レーザ光を導入する光源と、
前記凝集センサを介して受光される散乱光の前記レーザ光の変調成分を検出して前記検水中の粒子の状態を求める演算処理装置と
を具備したことを特徴とする凝集状態計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば凝集処理過程における検水中の粒子の発生状態を検出するに好適な凝集センサおよび凝集状態計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
用水・排水処理において処理水の濁度やフロック粒径等を計測する技術として、本発明者らは、先に凝集フロックを形成した懸濁液（検水）中にレーザ光を照射し、上記懸濁液中の懸濁物（粒子）への上記レーザ光の衝突により発生する散乱光を微少な計測領域において検出する凝集センサおよび凝集状態計測装置を提唱した（例えば特許文献１,２を参照）。この凝集センサは、基本的にはコヒーレントな平行光を投光部から処理水中に照射し、受光部においてはその照射光束を横切る領域の一部を視野することで、この視野領域と上記光の照射領域とが交差する微少領域（交差領域）での散乱光を検出するように構成される。
【０００３】
ちなみに上記散乱光強度は、処理水中における懸濁物質の粒子数に比例すると共に、その粒子径の４〜６乗に比例する。そして凝集処理において懸濁物質の凝集が進むと、処理水中の粒子数の減少に伴って散乱光強度が次第に低下し、その反面、懸濁物質の凝集によってその粒子径が大きくなり、粒子（フロック）１個当たりの散乱光強度が増加する。従って上述した凝集センサおよび凝集状態計測装置によれば、凝集物（フロック）および未凝集物による各散乱光成分を互いに区別して、前記懸濁液中の粒子の状態を精度良く検出することができる。
【特許文献１】特開２００２−１９５９４７号公報
【特許文献２】特開２００２−２５７７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで凝集処理過程においては、被処理水に注入した凝集剤により微少フロックが生成され、これらの微少フロックが互いに結合しながら次第に粗大フロックへと成長していく。前述した凝集センサは、専ら、このような凝集処理過程における微少フロックの形成状態（濁度やフロックの粒径およびフロック数等）の検出に用いられる。
さてこのような微小領域における微少フロックにレーザ光を確実に衝突させて散乱光を発生させるべく、凝集センサにおいてはその投光部から所定の光束断面の平行光（レーザ光）を照射している。換言すれば上述した投光部から照射されるレーザ光の焦点を無限大にすることで前記微少領域に均一にレーザ光を照射している。しかしその反面、微少領域に存在する微少フロックによる散乱光の強度が小さくなることが否めず、その検出レベルの下限値に限界があった。ちなみに微少フロックによる散乱光の強度を高くするには、例えば照射光の強度自体を高くすればよいが、その光源であるレーザ発光素子の寿命が短くなる等の新たな問題が生じる。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、微少フロックによる散乱光を正確に検出することのできる凝集センサおよび凝集状態計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するべく本発明に係る凝集センサは、光源から射出された光を検水中に照射する投光部と、上記光が照射された領域の一部を視野して前記光の照射量域と該視野領域との交差領域における前記検水中の粒子への前記光の衝突により発生する散乱光を受光する受光部とを具備したものであって、特に投光部は、前記交差領域内に焦点を有する光を投射することで、前記交差領域に投射する光の強度を高くしたことを特徴としている。
【０００７】
具体的には、例えば前記投光部を光源からの光を導く光ファイバと、所定の焦点距離を有して上記光ファイバの先端部に設けられて上記光を集光して投射する投光レンズとにより構成することを特徴としている。
また本発明に係る凝集状態計測装置は、検水中に浸漬して設けられる上述した構成の凝集センサと、この凝集センサの投光部に変調レーザ光を導入する光源と、前記凝集センサを介して受光される散乱光の前記レーザ光の変調成分を検出して前記検水中の粒子の状態を求める演算処理装置とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
上述した構成の凝集センサによれば、受光部による微少な視野領域（微少フロックの検出対象領域）に照射される光が、その領域内に焦点を結ぶように集光されて照射されるので、該微少領域における照射光の強度を十分に高くすることができる。この結果、微少フロックに強度の高い光を衝突させることで高い強度の散乱光を発生させることが可能となり、微少フロックを高感度に検出することが可能となる。
【０００９】
また上述した如く照射光を集光させても、その光は焦点を通過した後には次第に拡散するので、その焦点を遠く外れた位置においては光の強度が十分に低くなる。従って上記照明光としてレーザ光を用いた場合であっても、その周囲に悪影響が及ぶことがない。またその光源の強度（光の出力強度）を高めることなく検出対象領域に照射する光の強度だけを高めることができるので、レーザ発光素子の寿命が短くなる等の不具合を将来することもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る凝集センサと、この凝集センサを用いた凝集状態計測装置について説明する。
凝集センサ１０は、例えば図１に示すように後述するように変調レーザ光、例えば所定の周波数で振幅変調したレーザ光を処理水中に照射する為の第１の光ファイバ（投光部）１１と、上記レーザ光の処理水中に含まれる粒子への衝突により発生する散乱光を受光する為の第２の光ファイバ（受光部）１２とを、そのファイバ端面を近接させて所定の台座１３に固定した構造を有する。またこの凝集センサ１０は、全体的には１〜２ｍｍ程度の大きさのものからなる。
【００１１】
尚、上記光ファイバ１１,１２としては、そのコア径が０.１ｍｍ程度のものが用いられ、各ファイバ端面での中心軸が９０°の角度を以て交差するように前記台座１３に固定される。そして光ファイバ１１,１２における各端面の中心軸が交差する部位での０.２〜０.４ｍｍ径程度の微小な領域Ｓにレーザ光を照射し、当該領域Ｓに生じた散乱光を受光するように構成される。また前記台座１３は、凝集センサ１３の上方から入り込む外来光（自然光）の前記領域Ｓへの到達を遮る役割も担う。
【００１２】
このような凝集センサ１０を用いて構成される凝集状態計測装置は、例えば図２に示すように上記凝集センサ１１を計測対象とする処理水（検水）Ａ中に設け、発光部（光源）２０から発せられる振幅変調（ＡＭ変調）したレーザ光を前記第１の光ファイバ（投光部）１１を介して検水Ａ中に照射するように構成される。そして検水中の粒子への上記レーザ光の衝突により発生する散乱光を前記凝集センサ１１の第２の光ファィバ（受光部）１２を介して受光し、光電変換素子３１にてその受光強度を検出するように構成される。
【００１３】
尚、光電変換素子３１を備えて構成されて前記検水の濁度やフロック形成状態を検出する検出部３０は、例えば散乱光Ｓの受光量（受光強度）に応じた電気信号を発生する光電変換素子３１の出力から前述した振幅変調した周波数成分Ｆだけを抽出する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３２と、その帯域通過成分である振幅変調周波数成分を増幅する増幅器３３、そして増幅した振幅変調周波数成分を検波してその包絡線成分Ｅを求めるＡＭ検波器３４を備えて構成される。このようにして検出される前記散乱光の包絡線成分Ｅのレベルを最低値検出回路３５にて検出することで、検水Ａ中の微少フロックの形成状態（濁度やフロックの粒径およびフロック数等）が求められる。
【００１４】
基本的にはこのように構成される凝集センサ１０および凝集状態計測装置において、この発明が特徴とするところは、例えば図３にその概念を示すように発光部（光源）２０から発せられて前記第１の光ファイバ（投光部）１１から検水Ａ中に照射するレーザ光を、前記交差領域Ｓ内に焦点ｆを結ぶように構成した点にある。具体的には図３に例示するように第１の光ファィバ１１の先端部に、所定の焦点距離ｆを有して上記レーザ光を集光して照射する投光レンズ（マイクロレンズ）１５を設け、前記交差領域Ｓに照射するレーザ光の強度（エネルギレベル）をその集光作用により高めたことを特徴としている。
【００１５】
このような光学系を備えて構成される凝集センサ１０によれば、前記発光部（光源）２０から発せられるレーザ光の出力強度を一定に保ったまま、前記交差領域Ｓに照射するレーザ光の単位面積当たりの強度（エネルギレベル）を高めることができるので、これによってレーザ光の微少フロックへの衝突により発生する散乱光の強度を高くすることが可能となる。従ってその検出レベル自体を高くすることが可能となるので、微少フロックから発せられる散乱光が微弱であっても、これを高感度に検出することが可能となる。
【００１６】
また上述したようにレーザ光を集光して前記交差領域Ｓ内に焦点を結ぶように照射しても、該交差領域Ｓを外れた領域においては上記レーザ光は所定の角度で拡がっていくだけである。従って交差領域Ｓを外れるに従って前記レーザ光の単位面積当たりの強度が次第に低下していくので、このレーザ光の他の部位への照射による不具合は生じない。換言すれば上述した如く照射レーザ光の焦点ｆを設定することで、微少フロックの検出対象領域である交差領域Ｓでのレーザ光強度だけを高くし、微少フロックによる散乱光の強度を高めることが可能となる。
【００１７】
そしてこのような凝集センサ１０を用いて構築される前述した図２に示すような構成の凝集状態計測装置によれば、検水中の微少フロックの形成状態（成長状態）をそのフロックが極微少な状態から精度良く検出することができるので、例えば凝集剤の注入制御等に有効に活用することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば投光レンズ（マイクロレンズ）１５を用いてレーザ光を集光する焦点位置については、前述した交差領域Ｓ内であれば十分であり、必ずしもその中心に設定する必要はない。またレーザ光の集光の手法についてもプリズム等の鏡面を利用することも可能である。更には前記凝集センサとして、１本の管状セルに投光部と受光部とを設けたものを用いることも勿論可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る凝集センサの基本構造を示す図。
【図２】図１に示す凝集センサを用いて構築される凝集状態計測装置の要部概略構成図。
【図３】本発明の一実施形態に係る凝集センサの光学系を示す概略構成図。
【符号の説明】
【００１９】
１０  凝集センサ
１１  第１の光ファイバ（投光部）
１２  第２の光ファイバ（受光部）
１５  投光レンズ
２０  発光部（光源）
３０  検出部
Ｓ  交差領域
ｆ  レーザ光の焦点
【図１】
2005214652.tif 000003
【図２】
2005214652.tif 000004
【図３】
2005214652.tif 000005