(57)【要約】【課題】膜厚変動やベースラインの上下変動の影響を受けずに水分率を測定できる水分率計を実現する。【解決手段】近赤外吸光スペクトルを測定して水分率を演算する水分率計において、あらかじめ測定対象自体の基準スペクトルを求めておき測定対象自体の測定スペクトルを前記基準スペクトルに合わせるように補正係数を求める補正係数演算手段と、この補正係数演算手段で求められた補正係数を用いて測定された水分のスペクトルを補正して水分率を演算する補正水分率演算手段とを具備したことを特徴とする水分率計である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外吸光スペクトルを測定して水分率を演算する水分率計において、
あらかじめ測定対象自体の基準スペクトルを求めておき測定対象自体の測定スペクトルを前記基準スペクトルに合わせるように補正係数を求める補正係数演算手段と、
この補正係数演算手段で求められた補正係数を用いて測定された水分のスペクトルを補正して水分率を演算する補正水分率演算手段と
を具備したことを特徴とする水分率計。
【請求項２】
前記補正係数演算手段は、補正後のスペクトルと基準スペクトルの差の二乗和が最小になるようにして前記補正係数を求めるようにしたこと
を特徴とする請求項１記載の水分率計。
【請求項３】
前記測定対象自体の測定スペクトルの測定値には前もって二次微分処理が行われたこと
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の水分率計。
【請求項４】
前記補正水分率演算手段は、水分率を演算する演算式として、多変量解析法で計算された演算式が用いられたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の水分率計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜厚変動やベースラインの上下変動の影響を受けずに水分率を測定できる水分率計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水分率計に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【非特許文献１】倉敷紡績株式会社ホームページ／事業部案内／エレクトロニクス事業部／製品紹介／商品一覧／R／RF-50ファイバー型水分計／仕様、［平成１７年３月１５日検索］インターネット＜ＵＲＬ：http://www.kurabo.co.jp/el/rm/rf50_02.html。＞
【非特許文献２】倉敷紡績株式会社ホームページ／事業部案内／エレクトロニクス事業部／製品紹介／商品一覧／R／RF-50ファイバー型水分計／赤外線の話／3-4赤外線膜厚系の測定原理、［平成１７年３月１５日検索］インターネット＜ＵＲＬ：http://www.kurabo.co.jp/el/room/infrare/page3_4.html。＞
【０００４】
図３は従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。
図において、赤外線光源１からの光は、光ファイバー２を通り、投光ユニット３のレンズ４を介して測定対象であるフィルムサンプル５に照射される。
フィルムサンプル５を透過した光は、受光ユニット６のレンズ７を介し、光ファイバー８を通過して、受光器９に入射される。
【０００５】
図４は、図３の構成の装置で測定した、プラスチックフィルム５の近赤外吸収スペクトルの模式図である。
図４中、Ａは、フィルム５中に含有する水分に起因する吸収ピーク、Ｃはフィルム５そのものの成分（炭化水素基）に起因する吸収ピークである。
図４では、同じフィルム５で水分率の違うサンプルの複数のスペクトルを重ね書きしてある。
吸光度（透過率の対数）は光路中に含まれる当該成分量に比例する性質がある。
【０００６】
図３従来例では、フィルム５中の水分を測定する際にはＡ部のピーク高さを、膜厚を測定する際にはＣ部の吸光度（ピーク高さ）を測定し、それぞれ検量線を作成して水分率と膜厚を測定していた。
また、ベースラインの変動（上下動、傾き）の影響を軽減するために、ピーク両脇の点を含めて３波長の吸光度を測定し（水分率であればＡ点、Ｂ点、Ｂ‘点）、適当な演算式、例えば２Ａ−Ｂ−Ｂ'で補正を行っていた。いわゆる、３波長方式である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような装置においては、以下の間題点がある。
水分率を測定する場合、膜厚変動や、光路に対するフィルムの角度変動（斜めに光が通る）などがあると、水分率が同じサンプルでも光路中に存在する水分量が変化し、指示が変動する。
３点の波数での吸光度情報しか使用していないため、フィルム表面の粗さやフィルム中の不純物などの影響で、ベースラインが高さや傾き以外の変動を受けた場合に指示が変動する。
【０００８】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、膜厚変動や、ベースラインの複雑な変動に対して影響を受けにくい水分率計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の水分率計においては、
近赤外吸光スペクトルを測定して水分率を演算する水分率計において、あらかじめ測定対象自体の基準スペクトルを求めておき測定対象自体の測定スペクトルを前記基準スペクトルに合わせるように補正係数を求める補正係数演算手段と、この補正係数演算手段で求められた補正係数を用いて測定された水分のスペクトルを補正して水分率を演算する補正水分率演算手段とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２の水分率計においては、請求項１記載の水分率計において、
前記補正係数演算手段は、補正後のスペクトルと基準スペクトルの差の二乗和が最小になるようにして前記補正係数を求めるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３の水分率計においては、請求項１又は請求項２記載の水分率計において、
前記測定対象自体の測定スペクトルの測定値には前もって二次微分処理が行われたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４の水分率計においては、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の水分率計において、
前記補正水分率演算手段は、水分率を演算する演算式として、多変量解析法で計算された演算式が用いられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
測定対象自体から補正係数を求めて、水分のスペクトルを補正するようにしたので、膜厚変動やベースラインの上下変動の影響を受けずに水分率を測定できる水分率計が得られる。
【００１４】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
補正係数演算手段は、補正後のスペクトルと基準スペクトルの差の二乗和が最小になるようにして補正係数を求めるようにしたので、より正確な補正係数が求められる水分率計が得られる。
【００１５】
本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
測定対象自体の測定スペクトルの測定値には、前もって二次微分処理が行われたので、ベースラインの上下動と傾きの影響が極めて少なく水分率を測定できる水分率計が得られる。
【００１６】
本発明の請求項４によれば、次のような効果がある。
補正水分率演算手段は、水分率を演算する演算式として、多変量解析法で計算された演算式が用いられたので、測定対象自体の微妙な成分変化や周囲温度の変化等に由来する、ベースラインやスペクトル形状の複雑な変動の影響を最小にできる水分率計が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の動作説明図である。
図において、図３と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図３との相違部分のみ説明する。
【００１８】
図１において、受光器１０は、補正係数演算手段１１と補正水分率演算手段１２とを有する。
補正係数演算手段１１は、あらかじめ測定対象自体の基準スペクトルＡ１を求めておき、測定対象自体の測定スペクトルＡ２を、基準スペクトルＡ１に合わせるように補正係数を求める。
【００１９】
補正水分率演算手段１２は、補正係数演算手段１１で求められた補正係数を用いて測定された水分のスペクトルＡ３を補正して水分率を演算する。
この場合は、補正係数演算手段１１は、補正後のスペクトルと基準スペクトルＡ１の差の二乗和が最小になるようにして補正係数を求めるようにしている。
【００２０】
また、測定対象自体の測定スペクトルの測定値Ａ２には、前もって二次微分処理が行われている。
また、補正水分率演算手段１２は、水分率を演算する演算式として、多変量解析法で計算された演算式が用いられている。
【００２１】
具体的には、水分等の測定対象成分の吸収波数領域（図２中のＢ−Ａ−Ｂ‘）およびフィルムの主成分である炭化水素の吸収波数領域（図２中のＤ−Ｃ−Ｂ)の両方の領域を含む波数領域のスペクトルを測定する。
この段階で、必要に応じて、二次微分処理等の前処理を行い、ベースライン変動の影響等を極力取り除いても良い。
次に、フィルム主成分の吸収ピーク（図２中のＤ−Ｃ−Ｂ）の形状と大きさが、基準となるスペクトルに極力一致するように、スペクトル全体の補正を行う。
【００２２】
測定したスペクトル（図２中の細線）をａ（ｉ）、補正後のスペクトルをａ’（ｉ）、基準スペクトルをＡ（ｉ）とする。（ｉは吸光度を測定する波数点に対応する添え字）
ａ’（ｉ）＝ｂ×ａ（ｉ）＋ｃ    （ｂ、ｃは定数）        （式１）
で表せると仮定し、
【００２３】
補正後のスペクトルと基準スペクトルのフィルム主成分の波数範囲での残差Ｄ〜Ｂ
Ｄ〜Ｂ＝Σ｛ａ’（ｉ）−Ａ（ｉ）｝２                          （式２）
が最小になる条件で、定数ｂ、ｃを求め、それから補正スペクトルａ’（ｉ）を求める。たとえば、補正前のスペクトル（図中細線）を、基準スペクトル（図中太線）とほぼ一致した形状（図中太線）となる。
【００２４】
上記の処理で、定数ｃはベースライン変動の影響、定数ｂは膜厚変動の影響をキャンセルする効果を有する。
基準スペクトルＡ１の範囲に水分の吸収ピークを含めないことにより、水分率そのものが変動した際に、膜厚補正の効果に誤差を生じることを防いでいる。
【００２５】
すなわち、これらの前処理により、当該サンプルを、膜厚や表面の散乱状態が一定の理想的な形状に加工してスペクトルを測定したのと同等のスペクトルを得ることができる。  たとえば基準スペクトルを、膜厚１ｍｍ、表面がなめらかな状態のサンプルのスペクトルにしておけば良い。
【００２６】
測定スペクトルから水分率を計算するには、多変量解析法、たとえばＰＬＳ法（部分最小二乗法）を用いる。
すなわち、上記前処理を実施した水分率が既知のサンプルのスペクトルを複数本用意しておき、複数の波数での吸光度（または吸光度を微分した値）の線形結合Ｂ〜Ｂ’
【００２７】
Ｂ〜Ｂ’＝Σｄ（ｉ）×ａ’（ｉ）＋ｄ０          （式３）
で水分率が表せると仮定し、残差、すなわち（上式で計算した水分率値−真の水分率値）の二乗和が最小になるように、特定のアルゴリズムで係数ｄ（ｉ）、ｄ０をあらかじめ求めておき、水分率未知の（前処理後）スペクトルを式３に当てはめることにより、未知サンプルの水分率を求めることができる。
【００２８】
各種前処理を行い、波数として多数の（例えば５０点）吸光度データを用いているため、ベースラインが複雑に曲がった形状に変化したりしても、影響を最小にするように検量線を作成することができる。
なお、この場合は、測定対象が炭化水素を主成分とする合成樹脂フィルムであり、測定対象自体の吸収波数域にＣＨ基の第１倍音である５７５０ｃｍ−１を含み、水分の吸収波数域に、ＯＨ基の結合音である５２００ｃｍ−１を含む。
【００２９】
この結果、
測定対象自体から補正係数を求めて、水分のスペクトルを補正するようにしたので、膜厚変動やベースラインの上下変動の影響を受けずに水分率を測定できる水分率計が得られる。
【００３０】
補正係数演算手段１１は、補正後のスペクトルと基準スペクトルの差の二乗和が最小になるようにして補正係数を求めるようにしたので、より正確な補正係数が求められる水分率計が得られる。
【００３１】
測定対象自体の測定スペクトルの測定値には、前もって二次微分処理が行われたので、ベースラインの上下動と傾きの影響が極めて少なく水分率を測定できる水分率計が得られる。
【００３２】
補正水分率演算手段１２は、水分率を演算する演算式として、多変量解析法で計算された演算式が用いられたので、測定対象自体の微妙な成分変化や周囲温度の変化等に由来する、ベースラインやスペクトル形状の複雑な変動の影響を最小にできる水分率計が得られる。
【００３３】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。
【図４】図３の動作説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１      赤外線光源
２      光ファイバー
３      投光ユニット
４      レンズ
５      フィルムサンプル
６      受光ユニット
７      レンズ
８      光ファイバー
９      受光器
１０    受光器
１１    補正係数演算手段
１２    補正水分率演算手段
Ａ１    基準スペクトル
Ａ２    測定対象自体の測定スペクトル
Ａ３    水分のスペクトル
【図１】
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【図２】
2007248330.tif 000004
【図３】
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【図４】
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