(57)【要約】  【課題】投光部先端部ガラス板面や受光部先端部受光面の汚れを効率よく除去でき、それによってより高精度の測定、検出が可能であり、またレーザ光が直接目に入りにくく、安全性の高い粒子状態検出用プローブを提供する。  【解決手段】処理用水中にその先端部からレーザ光を射出する投光部と、前記射出されたレーザ光が処理用水中の粒子に衝突して発生する散乱光をその先端部から受光する受光部とを有するレーザ光による処理用水中の粒子状態検出用プローブであって、該投光部先端部が、レーザ光軸上射出方向に対して９０°より大きな角度で傾斜したガラス板により塞がれており、かつ該投光部先端部近傍に、該ガラス板の表面に対してほぼ垂直に洗浄流体を吹き付けることができる洗浄ノズルを有する洗浄流体供給部が配置されていることを特徴とするプローブ。受光部先端部近傍には、空気中で進行するレーザ光を遮る突起が形成されていることが好ましい。  【選択図】図３
2005083746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理用水中にその先端部からレーザ光を射出する投光部と、前記射出されたレーザ光が処理用水中の粒子に衝突して発生する散乱光をその先端部から受光する受光部とを有するレーザ光による処理用水中の粒子状態検出用プローブであって、該投光部先端部が、レーザ光軸上射出方向に対して９０°より大きな角度で傾斜したガラス板により塞がれており、かつ該投光部先端部近傍に、該ガラス板の表面に対してほぼ垂直に洗浄流体を吹き付けることができる洗浄ノズルを有する洗浄流体供給部が配置されていることを特徴とするプローブ。
【請求項２】
投光部先端部のガラス板が、レーザ光軸上射出方向に対して約１３５°の角度で傾斜している請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
空気中において投光部先端部から射出され、ガラス板を透過して進行するレーザ光を遮断することができる突起が受光部先端部近傍に形成されている請求項１又は２に記載のプローブ。
【請求項４】
レーザ光を射出する投光部が実質的に発光ダイオードを用いて形成されており、かつ受光部が光ファイバを用いて形成されている請求項１乃至３のいずれかの項に記載のプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水や工業用水などを浄化する際にその凝集処理工程でそれらの処理用水に含まれる懸濁物質（不純物）の凝集状態などをレーザ光により検出するための粒子状態検出用プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
上水や工業用水などを浄化する際には、通常これらの処理用水中に含まれる懸濁物質を固液分離するために凝集処理が行われる。凝集処理は、例えば、処理用水中に凝集剤を投入することにより行われるが、この処理により懸濁物質はフロック状に凝集し、処理水中には懸濁物質と共にこれらのフロック状粒子が浮遊状態で共存する。この粒子の凝集状態は、その後の固液分離処理などの処理工程がスムースに行われ、予定した浄化水質の処理水を得るためにほぼ一定であることが好ましく、そのためには、対象とする処理用水の水質（ｐＨ、懸濁物質の濃度）に合わせて凝集処理が適切に行われることが必要になる。
【０００３】
最適な凝集処理条件（凝集剤の添加量、攪拌時間等）を設定するために、例えば、処理用水中の粒子状態を検出するためのプローブが利用されている（特許文献１）。この装置は、その処理用水（検出用水）中でレーザ光を射出させて凝集状態にあるフロック状粒子にレーザ光を衝突させ、その散乱光を受光し、受光した散乱光の強度から処理用水の凝集状態を測定、検出するもので、この測定値に基づいて最適な処理条件を設定することが可能になる。
【０００４】
上記プローブ１０は、図４に示すように、レーザ光射出用投光部２０、及び該投光部から射出したレーザ光が粒子に衝突し、発生した散乱光を受光する受光部３０から基本的に構成されるが、処理用水中で使用していると、レーザ光射出用投光部先端部のガラス板２１表面（ガラス投光面又は投光面）や受光部先端部受光面３１には、処理用水中の懸濁物質が付着してその面が汚れ、それにより投光部でのレーザ光射出強度の低下や受光部での散乱光の受光阻害を起し、その結果、測定精度の低下を招くとの問題があった。このため、それらの汚れを除去するために、上記プローブには、その投光部２０と受光部３０との間にこれらの投光面２１及び受光面３１に清水又は空気を噴出させる清浄用手段４０（洗浄用手段）が設けられている。
【特許文献１】特開２００３−１６１６８９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、本発明者の検討では、図４に示す従来のプローブ１０では、投光部２０先端部のガラス板２１がレーザ光軸上射出方向Ａ’に対して垂直に設けられているために、また清浄用手段４０が、レーザ光射出の妨げとならないように、投光部のガラス板２１表面や受光部先端部受光面３１に対して余り突出して配置することができないために、洗浄用流体を効率よくそれらの面に吹き付けることができず、その汚れが十分除去できないとの問題があった。また、図４のような投光部２０と受光部３０との配置では、投光部先端部から射出したレーザ光が直接目に入り易く、安全性の面からも問題もあった。
【０００６】
なお、例えば、投光部２０と受光部３０とを図５のように配置し、清浄用手段４０を投光部の上部近傍に配置することで、洗浄効果の向上を図ることも考えられる。しかし、洗浄効果の向上はあるものの十分ではなく、またこのような配置にすると、射出され、ガラス板を透過したレーザ光は、ガラス板２１面上の汚れによって乱反射し、乱反射したレーザ光が洗浄用手段４０（例えば、ノズル４１）に衝突し、その散乱光が受光部で受光される場合がある。この場合、乱反射したレーザ光による散乱光が受光部で受光されないようにするために、投光部と受光部との距離を十分にとった配置にすることも可能であるが、そうすると、今度はレーザ光が減衰し、測定精度を低下させる原因になる。
【０００７】
本発明は、投光部先端部ガラス板面や受光部先端部受光面の汚れを効率よく除去でき、それによってより高精度の測定、検出が可能であり、またレーザ光が直接目に入りにくく、安全性の高い粒子状態検出用プローブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、処理用水中にその先端部からレーザ光を射出する投光部と、前記射出されたレーザ光が処理用水中の粒子に衝突して発生する散乱光をその先端部から受光する受光部とを有するレーザ光による処理用水中の粒子状態検出用プローブであって、該投光部先端部が、レーザ光軸上射出方向に対して９０°より大きな角度で傾斜したガラス板により塞がれており、かつ該投光部先端部近傍に、該ガラス板の表面に対してほぼ垂直に洗浄流体を吹き付けることができる洗浄ノズルを有する洗浄流体供給部が配置されていることを特徴とするプローブにある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のプローブでは、レーザ光を射出する投光部先端部ガラス板の表面が、上向きになるように傾斜して設けられているため、この傾斜したガラス板表面にほぼ垂直な方向から洗浄用流体を吹き付けることができるように、しかもレーザ光の射出の邪魔になることなく、洗浄用ノズルを配置することができる。従って、投光面上に付着した汚れを効率よく除去することができる。またより完全な汚れの除去により、レーザ光の乱反射の発生を抑制することができると共に乱反射からの散乱光による測定精度の低下も回避できる。
【００１０】
更に傾斜したガラス板からなる投光面によって射出するレーザ光の光軸は、空気中に射出した場合には、投光軸（中心軸）とはずれて該軸と平行に進行するが、水中では投光軸に対してより上方にその光軸が折れ曲がるようになるため、受光部先端部受光面近傍に突起を設けることで、レーザ光が直接目に入るのを防ぐことができ、より安全性の高いものを提供できる。しかも、この突起により、射出したレーザ光が洗浄用ノズルなどに衝突して生じた散乱光の受光部への受光も妨げられるから、これによる測定精度の低下をも回避でき、測定精度を更に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のレーザ光による処理用水中の粒子状態検出用プローブ（以下単に、本発明のプローブと称する）を添付の図面を用いて説明する。なお、本発明のプローブの説明において、従来のプローブの部位に相当する部位は、同じ番号又は記号で示す。
図１は、本発明のプローブ１０の好ましい一態様を示す模式図である。図２及び図３はそれぞれ本発明のプローブ先端部分の好ましい態様を示す模式図である。図１に示すように、本発明のプローブは、その先端のガラス投光面２１からレーザ光を射出するための投光部２０、射出されたレーザ光が粒子に衝突して発生した散乱光をその先端の受光面３１から受光するための受光部３０、そして該投光部近傍に配置された、洗浄用ノズル４１を有する洗浄用流体供給部４０からなる。
【００１２】
投光部２０は、図２に示すように、その先端部から所定の長さの光ファイバ２２で構成することができる。この場合には、その後端部には、例えば、レーザダイオードなどのレーザ発振器が接続される。また、投光部先端部は図３に示すように、直接その先端部にレーザ発振用発光ダイオード２３を設置することもできる。このようなレーザ光発振器には、必要により、該レーザ発振器から出力されるレーザ光を所定の周波数で電気的に振幅変調（ＡＭ変調）するファンクションジェネレータなどの振幅変調器などを接続することもできる。本発明では、その投光部は図３に示す態様であることが好ましい。この態様では、直接射出したレーザ光を利用できるため（即ち、光ファイバ内を進行する間のレーザ光の減衰がないため）、より強いレーザ光の射出が可能となる。
【００１３】
受光部３０は、上記投光部のように、その先端部受光面３１に直接受光ダイオードを用いて構成することもできるが、所定の長さの光ファイバからなることが好ましい。また受光部においても従来と同様に、必要により、散乱光の受光量（受光強度）に応じた電気信号を発生させるフォトトランジスタなどの光電変換器、該変換器から上記振幅変調した周波数成分のみを抽出する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）、該帯域通過フィルタの出力を増幅器を介して増幅した前記振幅変調周波数成分の信号を検波して、その包絡線成分を求める検波器などを接続することができる。
【００１４】
洗浄用流体供給部４０は、例えば、清水、空気などの洗浄用流体をその先端の洗浄用ノズル４１に送るためのもので、その後端は、流体の供給源に接続されており、例えば、駆動手段、制御手段などを用いてノズルに必要量の流体を供給することができる。
【００１５】
本発明のプローブ１０は、図２及び図３に示すように、その投光部２０先端部が、レーザ光軸上の射出方向に対して９０°より大きな角度（α）で傾斜したガラス板２１により塞がれている。即ち、ガラス板２１は、該ガラス板の面と投光部のレーザ光軸とのなす角度（α）が９０°＜α＜１８０°の範囲となるように、そのガラス面を上向きにして投光部先端部を水密にして塞いでいる。好ましくは、この角度は、１００°？α？１６０°の範囲であり、さらに好ましくは、１１０°？α？１４０°の範囲であり、最も好ましいのは、その角度は約１３５°である。
【００１６】
ガラス板２１を上記のような上向きの角度に傾斜させることで、洗浄用流体供給部４０の洗浄用ノズル４１から洗浄流体を該ガラス面にほぼ垂直に吹き付けられるように洗浄用ノズル４１を配置させることができる。具体的には、このノズルの角度は、洗浄流体が傾斜したガラス面に対して好ましくは、９０°±約１５の角度で、さらに好ましくは、９０°±約１０の角度でガラス表面に吹き付けられるように設定されることが好ましい。ノズルの形状（例えば、径や長さなど）は適宜選定することができるが、ノズルの径は、少なくとも投光部の径と同等の大きさを有することが好ましい。これによって、レーザ光が射出される領域のガラス面を洗浄することが可能になる。上記のような角度、形状の洗浄用ノズルを配置することで、ガラス投光面に付着した汚れを効率よく除去することができる。
【００１７】
レーザ光は、レーザ光発振器から射出され、光ファイバ内（投光部内）のレーザ光軸（投光軸又は中心軸に一致する）を直進する。なお、図３の場合のように、レーザ発振器（発光ダイオード）を直接投光部先端部近傍に設けた場合にもレーザ光は、上記レーザ光軸上を直進するように設定されている。投光部内のレーザ光軸上を直進したレーザ光は、投光部先端部のガラス板２１を透過して進むが、その場合、レーザ光が空気中で射出された場合と水中で射出された場合とでは、透過後のレーザ光の直進方向（レーザ光軸）は異なってくる。即ち、空気中でレーザ光が射出された場合には、レーザ光軸上を直進し、ガラス板２１に入射したレーザ光は、ガラス面（ガラス板内に入る場合と、ガラス板内から外に出る場合）で屈折を繰り返し、直進する。その結果、レーザ光は、その光軸はずれるが、元のレーザ光軸に平行に直進する（矢印Ａ）。一方、水中でレーザ光が射出された場合には、レーザ光がガラス板２１に入る側と出る側ではその屈折率が異なるため、ガラス板２１に入射したレーザ光は、ガラス板２１を透過後、その光軸は折れ曲り、その方向に直進する（矢印Ｂ）。
【００１８】
受光部３０先端部は、上記水中で投光部２０からレーザ光が射出された場合のレーザ光軸に対して受光部３０の受光軸又は中心軸がほぼ直交するように配置される。即ち、受光面３１は、水中に射出されたレーザ光の進行方向に対してほぼ平行となるように配置される。また受光面を洗浄するための洗浄用流体供給部４０に設けられた洗浄用ノズル４１は、上記投光部先端部のガラス板表面と同様に、洗浄流体が該受光面３１にほぼ垂直に吹き付けられるように配置することが好ましい。この配置で、より受光面３１の汚れを効率よく除去することができる。受光面３１を洗浄するためのノズルの配置角度やその径は、上記投光部先端部ガラス面の洗浄用ノズルと同様に設定することができる。
【００１９】
受光部３０先端部の近傍には、図２及び図３に示すように、上記空気中でレーザ光が射出された場合、ガラス板を透過して直進するレーザ光を遮断することができる突起３２（図の破線部分）が設けられていることが好ましい。突起３２の高さは、上記空気中でレーザ光が射出された場合のレーザ光とほぼ同等の高さとなるように設定することが好ましい。これによりレーザ光が直接目に入ることを防止することができる。またこのような突起３２を設けることで、乱反射により洗浄ノズル４１に衝突したレーザ光からの散乱光が受光面３１から進入するのを阻止することができる。即ち、突起３２を設けることで、測定精度の向上と安全性の向上を同時に達成することができる。なお、上記のような突起３２を設けた場合でも、水中で使用する場合には、上記のようにガラス板を透過したレーザ光は、例えば、その光軸が矢印Ｂの方向に曲がるために、レーザ光による測定には支障にならない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のプローブの好ましい一態様を示す模式図である。
【図２】本発明のプローブ先端部分の好ましい態様を示す模式図である。
【図３】本発明のプローブ先端部分の好ましい別の態様を示す模式図である。
【図４】従来のプローブ先端部分を示す模式図である。
【図５】参考例としての態様のプローブ先端部分を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０  プローブ
２０  投光部
２１  ガラス板（投光面）
２２  光ファイバ
２３  発光ダイオード
３０  受光部
３１  受光面
３２  突起
４０  洗浄流体供給部（清浄用手段又は洗浄用手段）
４１  洗浄用ノズル
【図１】
2005083746.tif 000003
【図２】
2005083746.tif 000004
【図３】
2005083746.tif 000005
【図４】
2005083746.tif 000006
【図５】
2005083746.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月19日(2004.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明のプローブ１０は、図２及び図３に示すように、その投光部２０先端部が、レーザ光軸上の射出方向に対して９０°より大きな角度（α）で傾斜したガラス板２１により塞がれている。即ち、ガラス板２１は、該ガラス板の面と投光部のレーザ光軸とのなす角度（α）が９０°＜α＜１８０°の範囲となるように、そのガラス面を上向きにして投光部先端部を水密にして塞いでいる。好ましくは、この角度は、１００°≦α≦１６０°の範囲であり、さらに好ましくは、１１０°≦α≦１４０°の範囲であり、最も好ましいのは、その角度は、約１３５°である。