JPS6257925B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は粒径測定装置に関し、更に詳細に述べ
ると、噴霧粒、大気中の塵、その他溶液又は溶質
の粒子等の比較的微細な粒子の粒径を測定するた
めの粒径測定装置に関する。

例えば、エンジンの燃料噴射装置の噴射ノズル
では、燃料を完全燃焼させるために噴霧粒の粒径
がどの程度の大きさを持つか或いは噴霧粒の分布
がどうなつているかを知る等の測定を行なう必要
がある。このような場合、従来は噴霧粒を低温の
窒素ガスで凍結させ、この凍結状態において噴霧
粒を写真撮影し、写真に写された噴霧粒の粒径を
測定する方法がとられていた。しかしながら、こ
のような従来の方法では手間がかかりすぎる上に
正確な測定を期待できないという欠点を有してい
る。また、他の粒径測定方法としては、大気中に
浮遊する塵、煙草の煙等の溶質の粒子の粒径を測
定する方法のように、被測定溶質が単位体積中に
何個存在するかを計数することにより粒径の測定
を行うものがあるが、この方法も正確な粒径測定
を行うことができないという欠点を有している。

従来の粒子径の測定装置としては、例えば特開
昭50−84285号がある。これに開示されている装
置は、レーザービームを利用して粒子径の測定を
行なつているが、粒子径の測定は１個ずつの粒子
径を測定する必要があり、そのためには、測定視
野の大きさを被測定粒子のうち最大粒子径のもの
を確率的に１個ずつ取り込むことを許す大きさに
設定しなければならない。しかし、この公報に開
示されている装置は、レーザービームをそのまま
利用し、しかもレーザービームのある長さ範囲に
はいつた粒子の反射光を受光するように測定体積
視野を設定しているため、測定体積視野が大きく
なりすぎ複数の粒子の反射光を受光してしまう確
率や測定視界が小さくなりすぎ粒子が測定視界を
はみだす確率が高く、粒子径の正確な測定が困難
となる。

しかも、レーザー光は光の強さがガウス分布を
しているため、このまま利用したのでは測定体積
視野中を一個ずつの粒子が通つたとしても、同一
の粒径を持つ粒子が視野の中央を通つたときと、
端を通つたときとで反射光の強さに差ができ、粒
子径の正確な測定が難しいという欠点がある。

本発明の目的は粒子が溶質であるか溶液である
かを問わず設定最大粒子を確率的に１個とり込む
ことを許す測定体積視野を形成し、この測定体積
視野を通過する粒子にコーヒレントビームを当て
ることにより、該粒子の径に関連した散乱光量を
得、この光量から、その粒径を正確に測定するこ
とができる粒径測定装置を提供することにある。

本発明においては、被測定粒子のうち最大径の
ものを確率的に１個ずつ取り込むことができる光
束断面積を有する測定視野を形成するように、レ
ーザービームの光束を所定の太さに拡大し該拡大
された光束の中央部の均一な強さを持つ光束を上
記光束断面積に絞り込む均一照度入射光学系と、
前記被測定粒子が前記測定視野中を通過するとき
の散乱光を検出する受光系とを有し、前記散乱検
出光に基づき被測定粒子１個ずつの粒径を測定可
能としたことを特徴とする、粒径測定装置が提供
される。

以下図示の実施例により本発明を詳細に説明す
る。

第１図には本発明による粒径測定装置１がブロ
ツク図にて示されている。粒径測定装置１は粒径
を測定しようとする粒子毎にコーヒレントビーム
を照射し、該粒子からの散乱光を得るための光学
系システム２を有している。図示の例では燃料噴
射ポンプ３の噴射ノズル４から霧状に噴射される
燃料の噴霧粒の粒径を測定するため、噴射ノズル
４に対向してコレクタ５を配置し、噴射ノズル４
とコレクタ５との間に生ずる噴霧粒の粒子流６中
に配置されている。

２図にはこの光学系システム２が詳細に示され
ており、光学系システム２はコーヒレントビーム
の光源として例えばヘリウムネオンガスレーザー
装置の如きレーザービームを取出すためのレーザ
ーチユーブ７を備え、レーザーチユーブ７からの
レーザ光線８はレンズ９，１０，１１，１２とマ
スク１３とからなる投光レンズ系１４により、投
光レンズ系１４の光軸上にレーザ光線８の強度の
均一な平行光線と形成させると共にレンズ１５及
びマスク１６から成る受光レンズ系１７によつて
上記平行光線の所定箇所に受光視野を設けてい
る。投光レンズ系１４によりレーザ光線８を集束
させ、且つ受光レンズ系１７により受光視野を設
定することによつて、第３図に示す如く、３次元
の測定体積視野１８が確立される。この測定体積
視野１８は粒子流６中の各粒子１９のうち、設定
最大粒子が１つずつ通過できる程度の寸法に形成
されている。すなわち、第２図に図示の如く、レ
ーザーチユーブ７からのレーザービームを一旦レ
ンズ９で４〜５倍の光径に太くし、レンズ１０で
平行ビームとし、さらにマスク１３でレーザービ
ーム光束の中央部の均一な強さを持つ成分のみを
通過させ、さらにレンズ１１，１２を介して設定
最大粒子が１つずつ通過できるような光束断面積
の測定視野を形成している。この意味において投
光レンズ系１４は均一な照度の入射光を提供する
均一照度入射光学系として機能している。従つて
粒子１９は１つずつこの測定体積視野内を通過す
るので、矢印Ｘ方向に移動している粒子１９がこ
の測定体積視野１８内を通過する毎に、矢印Ｙ方
向からのレーザ光線８が粒子１９より矢印Ｚで示
される方向に散乱され受光レンズ系１７を介し、
かつ光電子倍増管２０に入射する。この散乱光の
光量は粒子１９の径に関連するので、この光量は
粒子の粒径と所定の関数関係を有する。

尚、数値として測定体積視野を噴射ノズルから
3600mmに置き、寸法は幅Ｗが450μ、高さＨが250
μ、奥行Ｄが800μになるよう形成されている
が、被測定粒子の設定最大径により適宜定めるこ
とができる。

第１図に戻ると、光電子増倍管２０により測定
体積視野内における粒子からの散乱光は増幅され
ると共に散乱光の光量に従つた大きさの電気信号
に変換され、この出力信号S₁は更に増幅器２１に
よつて増幅される。

増幅器２１からの増幅出力信号S₂の波高値は上
記説明から判るように測定体積視野内の粒子１９
が通過する毎にその粒子の粒径に従つた大きさで
変化する。第４図ａにはS₂の信号群が縦軸に電圧
として又横軸に時間ｔをとつて示されている。こ
の増幅出力信号S₂はホールド回路２２に入力さ
れ、信号S₂中の電圧の各ピーク値を正確に保持
し、且つ波形整形のために一定幅のパルス波形に
変換され、第４図ｂに示すようなパルス列信号S₃
として出力される。この過程において粒子の表面
形状、真球度によるノイズや視界の照度の小さな
不均一性によつて生ずる信号S₂の波形の歪は無関
係に処理される。

粒子流６中の粒子の粒径の測定結果を統計的に
処理するために、パルス列信号S₃はラツチカウン
タ２３に入力されてパルス数がカウントされ、予
め定められた所定数のパルスの通過のみを許すよ
うになつている。パルス列信号S₃に含まれる種々
の波高値を持つパルスのうちラツチカウンタ２３
によつて通過を許されたパルスは波高値分析器２
４に入力される。波高値分析器２４は何如なる波
高値のパルスが何パルス入力されたかを分析する
ためのものであり、パルスの波高値に対応して予
め定められているクロツクパルス数に従つて各パ
ルスの波高値をクロツクパルス数に置換する。こ
のクロツクパルスはアナログ―デイジタル変換用
の基準パルスで時間的に安定した周期を有してい
る。このようにして波高値がクロツクパルス数に
変換された後、このクロツクパルス数が確認され
波高値分析器内のメモリのクロツクパルス数によ
つて定まる所定のアドレスの内容に「１」を加え
る操作が行なわれる。ラツチカウンタから次々と
入力されるパルスについて同様の動作が行なわれ
る結果、メモリ内にはどの程度の粒径の粒子が何
個含まれていたかが測定データとして蓄積され
る。このメモリ内容はテープさん孔機２５によつ
てテープデータの形態で出力される。尚、この出
力装置であるさん孔機２５の代りに例えばブラウ
ン管デイスプレイ装置によりグラフとして表示し
てもよいし、また直接ミニコンピユーターでこの
情報を処理してもよい。

このような構成によると、被測定粒子は光学系
システム２により設定された測定体積視野内を１
つずつ通過し、このときレーザ光線がその粒子の
直径に比例した光量で散乱され、この散乱光は光
電子倍増管２０により増幅されると共に光電変換
されて電気信号に変換される。この場合、レーザ
光線を用いているので単色光と同程度の光量を得
るのに熱量が非常に少なくて済むため燃料噴射装
置から噴霧される粒子の温度を上昇させることが
なく、従つてこのような液体粒子の場合の加熱に
よる蒸発を防ぐことができる。この電気信号はホ
ールド回路２２により上述の如く波形整形されて
波高値分析器２４により統計的に処理され、個々
の粒子の粒径のみならず、粒径の分布を知ること
ができる。

尚、上記実施例ではラツチカウンタ２３の設定
値を５万にすることにより、粒子径分布の定常性
を得ることができる。勿論パルス数の制限は入力
パルスを所定時間だけ通過を許すようにしてもよ
く、このようにすれば粒子数を測定することがで
き、例えば燃料噴射ポンプの所定回転数内の燃料
噴射量を測定することが可能である。

また、増幅器２１からは第４図ａに示すような
波形の信号が得られるので、測定体積視野内を粒
子が１つ通過するときの波形を例えばオシロスコ
ープで観測することにより測定体積視野の長さ及
び通過時間を知ることができ、これからまた粒子
速度を求めることもできる。

上記実施例では燃料噴射装置からの噴霧粒の粒
径を測定する場合について述べたが、測定対象は
噴霧粒に限定されず、大気中の塵等の溶質粒子で
もよく、また他の溶液粒子であつてもよいことは
勿論である。

以上に述べたように本発明によれば、以上のよ
うに構成することで、測定体積視野の大きさを、
レーザービームの中央部の均一な強度を有するも
のを用いて、被測定粒子のうち最大粒子径を持つ
ものに合わせた大きさに設定することが可能とな
り、被測定粒子を確率的に一個ずつ測定体積視野
の中に取り込むことができる様になり、粒子径の
正確な測定が可能となる。また本発明によれば、
統計的処理により噴霧の分布傾向を正確に知るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のブロツク図、第２図
は第１図の光学系システムの詳細図、第３図は測
定体積視野の説明図、第４図ａ、第４図ｂは第１
図の各部の波形図である。 １…粒径測定装置、２…光学系システム、７…
レーザーチユーブ、８…レーザ光線、１４…投光
レンズ系、１７…受光レンズ系、１８…測定体積
視野、１９…粒子、２０…光電子倍増管、２２…
ホールド回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被測定粒子のうち最大径のものを確率的に１
   個ずつ取り込むことができる光束断面積を有する
   測定視野を形成するように、レーザービームの光
   束を所定の太さに拡大し該拡大された光束の中央
   部の均一な強さを持つ光束を上記光束断面積に絞
   り込む均一照度入射光学系と、前記被測定粒子が
   前記測定視野中を通過するときの散乱光を検出す
   る受光系とを有し、前記散乱検出光に基づき被測
   定粒子１個ずつの粒径を測定可能としたことを特
   徴とする、粒径測定装置。