(57)【要約】【課題】流路内を流れる不純物粒子の量を精度良く測定することができ、且つ耐熱性及び寿命特性の向上をはかる。【解決手段】オイルダスト等の不純物粒子を測定するための不純物粒子測定装置であって、所望流体を流すための流路１０に対して光を照射する発光ダイオード２０と、流体の流路方向に沿って離間配置され、光の照射による流路１０の透過光を検出する２つの受光素子３０と、各受光素子３０の差動出力から流路に流れる不純物粒子の量を検出する検出部４４〜４９と、を具備した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望流体を流すための流路に対して光を照射する発光ダイオードと、
前記流体の流路方向に沿って離間配置され、前記光の照射による前記流路の透過光を検出する２つの受光素子と、
前記各受光素子の差動出力から前記流路に流れる不純物粒子の量を検出する検出部と、
を具備したことを特徴とする不純物粒子測定装置。
【請求項２】
前記流路はオイルを流すための配管であり、前記不純物粒子はオイルダストであることを特徴とする請求項１記載の不純物粒子測定装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記差動出力を整流する整流回路と、整流された信号を積分する積分回路と、積分された信号を増幅する増幅回路とを含むことを特徴とする請求項１記載の不純物粒子測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流路内を流れる不純物粒子の量を光学的に測定するための不純物粒子測定装置に係わり、特に発光素子としてＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた不純物粒子測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、配管内を流れるオイル中のダストの量を検出するために、配管の外部から配管内にレーザ光を照射し、その透過光を検出することによりオイルダストの量を検出するオイルダスト測定装置が開発されている。
【０００３】
しかし、この種の装置にあっては、次のような問題があった。即ち、ガスレーザ等のレーザ光源を用いているため装置コストが高い。また、レーザ光源としてコストの安いＬＤ（レーザダイオード）を用いた場合、ＬＤが耐熱性に弱いことから、高温環境下での測定が難しいと云う問題を招く。さらに、ＬＤの素子寿命が短いことから、装置の寿命特性が低いという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１０１７３１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８６２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、流路内を流れる不純物粒子の量を精度良く測定することができ、且つ耐熱性及び寿命特性に優れた不純物粒子測定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】
本発明の不純物粒子測定装置は、流体の流路に対して光を照射する発光ダイオードと、前記流体の流路方向に沿って離間配置され、前記光の照射による前記流路の透過光を検出する２つの受光素子と、前記各受光素子の差動出力から前記流路に流れる不純物粒子の量を検出する検出部と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、発光ダイオードからの光照射による透過光を２つの受光素子で検出し、その差動出力を信号処理することにより、流路内を流れる不純物粒子の量を精度良く測定することができる。しかも、発光素子として発光ダイオードを用いていることから、耐熱性及び寿命特性の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係わるオイルダスト測定装置を示す概略構成図。
【図２】第１の実施形態の作用を説明するためのもので、オイルダストの移動と受光部回路との関係を示す模式図。
【図３】第１の実施形態の作用を説明するためのもので、受光素子の差動出力波形を示す図。
【図４】第１の実験に基づくダストの量と検知信号との関係を示す図。
【図５】第２の実験に基づくダストの量と検知信号との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わるオイルダスト測定装置を示す概略構成図である。
【００１１】
オイル等を流すための配管１０は、少なくとも一部が光透過性の材料で形成されている。即ち、配管１０は全体が光透過性の材料で形成されたものであっても良いし、一部に光を導入及び導出するための窓が形成されたものであっても良い。
【００１２】
配管１０の光透過性材料で形成された部分に対し、一側面から配管１０内に光を照射するためのＬＥＤ２０が配置されている。配管１０を挟んでＬＥＤ２０と反対側に、光の照射による透過光を検出するための受光素子３０（３１，３２）が設けられている。受光素子３０は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）であり、配管１０の流路方向に沿って一定距離離して配置されている。そして、受光素子３０の差動出力を基に、配管１０内を流れるオイルダストの量を測定するものとなっている。
【００１３】
ＬＥＤ２０は、駆動回路２１により駆動される。この駆動回路２１は、ＬＥＤ２０の発光量が一定となる定電流回路や、受光素子３０の受光量をフィードバックするＡＰＣ回路によって構成されている。
【００１４】
受光素子３１の出力信号はアンプ４１により増幅された後に加算器４３に入力され、受光素子３２の出力信号はアンプ４２により増幅された後に加算器４３に入力される。そして、加算器４３からは受光素子３１，３２の差動出力が得られる。加算器４３の差動出力は、増幅回路４４で増幅された後にＡ／Ｄ変換器４５によりデジタル信号に変換される。また、加算器４３の差動出力は整流回路４６により整流された後に、積分回路４７により積分される。この積分回路４７としては、回路的に積分する場合、間欠的に大きな信号が入力されると、その時点を基点にして信号が揺れるため、ｆｃの低いＬＰＦで構成すればよい。積分回路４７の積分出力は、増幅回路４８により増幅された後にＡ／Ｄ変換器４５によりデジタル信号に変換される。そして、Ａ／Ｄ変換器４５で得られたデジタル信号はＣＰＵ４９に供給される。
【００１５】
なお、ＣＰＵ４９には、図示しないディスプレイや記憶装置等が接続されており、測定したオイルダストの量はディスプレスに表示されると共に、記憶装置に記憶されるようになっている。
【００１６】
次に、本装置を用いたオイルダストの検出原理について、図２及び図３を参照して説明する。
【００１７】
図２は、オイルダストの移動と受光部回路との関係を示す模式図である。オイルダスト等の不純物粒子が無いとき、受光素子３１，３２に入る光量が同量となるようにすれば、差動出力は０となる。いま、オイルダスト１１がｔ１→ｔ５の位置に向かって流路を流れているとする。位置ｔ１の時、受光素子３１，３２に入る光量は同量なので差動出力は０となる。
【００１８】
オイルダスト１１がｔ２の位置にある場合、受光素子３１の受光量はオイルダスト１１により遮られる量だけ、受光素子３２よりも少なくなり、差動出力は負の値を持つことになる。オイルダスト１１がｔ３の位置に来ると、受光素子３１，３２に入る光量が再び同一となり、差動出力は０となる。オイルダスト１１がｔ４の位置に来ると、ｔ２の場合とは逆に受光素子３１の受光量が不純物に遮られ、差動出力は正の値を持つことになる。
【００１９】
最後に、オイルダスト１１が光路を通過しｔ５の位置まで来ると、受光素子３１，３２の光量が同一となり差動出力は０となる。従って、このときの差動出力波形は、図３に示すようになる。ここで、図３に示す波形の波高値はオイルダスト１１の大きさに比例し、２つの波形の間隔は受光素子３１，３２間の通過時間に相当している。
【００２０】
以上のように、２つの受光素子３１，３２への光路をオイルダスト１１が片方ずつ遮ることにより、差動出力は正負の値を持つ波形を出力し、オイルダスト１１の量に比例して波形数が増加する。
【００２１】
ここで、差動出力を使用する理由は以下の通りである。オイルダストによる光量変化を大きく取る（前述の差動出力のピーク値を大きくする）ためには、光量を大きくする必要がある。このとき、１つの受光素子のみで検出する場合は直接光によるオフセット値も大きくなり、電源電圧等の関係から制限が生じる。一方、差動出力を使用すると、２つの受光素子への受光量を同一にすれば、光量変化によるオフセットは無く、検出波形のピーク値のみを大きくすることができる。
【００２２】
なお、オイルダストの量が多くなり過ぎると、２つの受光素子３１，３２に入る光量の差が出にくくなる。また、オイルダストの量が少ない場合、検出される波形の間隔が長くなってしまう。そこで、検出対象となるオイルダストの大きさや量（濃度）に合わせて、発光素子−流路−受光素子間の間隔、２つの受光素子の間隔、受光素子の受光面積、等の光学系を適切に変更し、オイルダストの量に対して検出波形の量を単調増加の関係にするのが望ましい。
【００２３】
先にも説明したように、受光部の回路は２つの受光素子３１，３２から構成され、２つの受光量が同一となる位置に配置される。受光素子３１，３２の光量を電気信号に変換し、差動回路により、受光素子３１，３２の受光量の差が出力される。この信号はオイルダストが通過する毎に図３のような波形を出力し、この波高値を調べることで、通過したオイルダストの大きさを検知することができる。また、この波形の個数を、別途計測した流路の流速（差動出力信号の周波数成分を利用することも可能）と演算処理することで、流体単位体積に含まれるオイルダストの量を測定することができる。例えば、増幅回路４４の出力信号（波高値，波形間隔）を基に、ＣＰＵ４９で演算処理することにより、オイルダストの量を測定することが可能である。
【００２４】
一方、単純にオイルダストの量を流体に含まれる体積比で検知する場合、前述の差動出力を整流（半波／全波）し、差動出力の波形の持つ周波数成分に対して十分遅い積分回路（ＡＤ変換後の移動平均等でも可）を通すことで、オイルダストの量に対して単調増加の関係を持つ積分信号を利用することができる。ここで、差動出力信号を考えると、周波数成分は流体の流速に関した成分を含み、平均値や実効値は濃度に関した成分を含んでいることが分かる（図３参照）。よって、積分値は、差動出力から流速の成分を取り除き、濃度の成分である平均値や実効値のみを取り出したものと考えることができる。
【００２５】
以上より、この積分信号は、測定対象流体に含まれるオイルダストが均一である場合、流速に関係なく一定の値を持つので、流速を測定する回路／機構／計算を省略することができることになる。
【００２６】
本発明者らは、不純物粒子であるダスト量に比例（又は単調増加）する検出信号を得ることができるか否かを実験により確認した。
【００２７】
ＬＥＤ２０の発光強度は１００℃でのディレーティングを考慮し、約２５ｍＷ（２０ｍＡの定電流駆動）とした。
【００２８】
水１０Ｌに対し、ＡＣＦＴＤ（Air Cleaner Fine Test Dust）の適量を数回に分けて投入した。ＡＣＦＴＤが均等に分散するように混ぜた後、検知信号をオシロスコープの平均値表示で評価した。
【００２９】
その結果を、図４に示す。図４から分かるように、ダスト量が増えるに伴い信号平均値が上昇しているため、信号平均値を求めることによりダスト量を測定することが可能となる。
【００３０】
次に、周囲温度が高温となり、ＬＥＤ光量が低下した場合に、検出信号がどのように変化するかを測定した。
【００３１】
基本的な条件は先の実験と同じとし、ＬＥＤ２０の発光強度を１０ｍＡの定電流駆動とした。
【００３２】
その結果を、図５に示す。図４の２０ｍＡ定電流駆動に比較して検出信号レベルは低下しているが、ダスト量の増加に伴って検出信号レベルが単調増加し、先の実験結果と同様な変化を示した。このことから、高温及び劣化に伴う光量変化に対して、ＰＤの受光レベルを基に検出信号の補正を行えば、温度及び劣化に依存しないダスト検知が可能と認められる。これは、発光素子としてＬＤを用いた場合よりも、高温環境下でのダストの測定機能が優れることを意味し、その有用性は大である。
【００３３】
このように本実施形態によれば、ＬＥＤ２０からの光を配管１０内に照射し、その透過光を２つの受光素子３１，３２で検出し、これらの差動出力からオイルダストの量を精度良く測定することができる。そしてこの場合、発光素子としてＬＥＤを用いていることから、耐熱性及び寿命特性の向上をはかることができ、高温環境下でもダストの測定が可能になる利点もある。
【００３４】
（変形例）
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３５】
実施形態では、オイルダストの測定を例に説明したが、本発明はオイルダストの測定に限るものではなく、流路内を流れる不純物粒子の測定に適用することが可能である。さらに、流路は、必ずしも配管に限るものではなく、ＬＥＤからの光照射による透過光を受光素子で検出できるものであればよい。
【００３６】
受光素子は、必ずしもフォトダイオードに限るものではなくフォトトランジスタを用いることもできる。要は、光信号を電気信号に変換できる光電変換素子であればよい。また、受光素子は、必ずしも２個に限るものではなく、１個でも良い。例えば、単一の受光素子を用い、ダスト密度が少ない場合は交流成分を検出し、密度が高い場合は直流成分を検出するようにしても良い。
【００３７】
本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３８】
１０…配管
１１…オイルダスト（不純物粒子）
２０…ＬＥＤ
２１…駆動回路
３０（３１，３２）…受光素子
４１，４２…アンプ
４３…加算器
４４，４８…増幅回路
４５…Ａ／Ｄ変換器
４６…整流回路
４７…積分回路
４９…ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013142626.tif 000005
【図４】
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【図５】
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