JP2007278858A

JP2007278858A - 霧粒子センサ及び霧センサ

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Publication number: JP2007278858A
Application number: JP2006105860A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Okumura; 聡奥村
Original assignee: Shinei KK
Current assignee: Shinei KK
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2007-10-25

Abstract

【課題】霧粒子濃度が低くても検知でき、霧発生時の早い段階での検知を可能とする霧粒子及び霧センサを提供する。
【解決手段】遮光ハウジング１内に、紙面に直角方向の直線偏光を発する半導体レーザー６及び入射光を平行光にするレンズ７を有する発光部１０と、入射光軸に対して６０度の方向に配置された第１受光部２０と第２受光部３０と、サンプルエアーを取り込む空気吸引口４と、サンプルエアーを検出域２に供給する吸引ファン５とを設ける。第１の受光部２０は、集光用のレンズ８と、散乱光の強度Ｉを測定するフォトダイオード９とによって構成し、第２の受光部３０は、集光用のレンズ１３と、入射光に直交する偏光のみを透過させる偏光フィルタ１１と、偏光フィルタ１１を透過した散乱光の強度ＩSを測定するためのフォトダイオード１２とによって構成し、Ｉと、Ｉ及びＩSから求めた偏光度とに基づき、浮遊粒子が霧粒子であるか否かの判断を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、霧粒子センサ及び霧センサに関し、より詳細には、大気中の霧粒子を検知する霧粒子センサ及びこれを用いた霧センサに関する。

従来より、霧を検知する手段としては、例えば、赤外線レーザー遮断方式の計測器がある。この計測器は、発光部と受光部とを対向して配置し、発光部から受光部に向けて赤外線レーザーを照射して、霧によって遮断されるパルスの個数のカウントを行う。そして、そのカウント数によって霧を検知するものである（特許文献１）。また、赤外線を発射する発光部と、霧によって乱反射した赤外線の反射光を受光する受光部とを設け、受光した反射光のパルス数をカウントして、そのカウント数によって霧を検知する装置がある（特許文献２）。

しかしながら、上記の従来の装置では、霧粒子の濃度がかなり高くならなければ検知できないという欠点があり、また装置が大型になるうえ、非常に高価であるために、多くの地点に設置するには多大な費用を要するという問題点がある。
特開平７−３２５１６２号公報（請求項１）特開２００３−１２１３５７号公報（請求項１）

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するために為されたものであり、本発明の目的は、霧粒子の濃度が低くてもこれを検知することができ、霧発生時の早い段階からの霧発生の検知を可能とする霧粒子センサ及び霧センサを提供することである。また、小型かつ安価で、多くの地点に設置することが可能な霧粒子センサ及び霧センサを提供することである。

本発明の霧粒子センサは、大気中に含まれる浮遊粒子の１個づつについて、霧粒子であるか否かの判断を行う霧粒子センサであって、検出域を有する遮光ハウジングと、該遮光ハウジングの該検出域にサンプルエアーを供給するサンプルエアー供給手段と、前記検出域に直線偏光を入射光として照射する発光部と、サンプルエアー中の浮遊粒子による直線偏光の散乱光の強度Ｉを測定する第１の受光部と、前記散乱光のうち入射光の偏光方向に直交する偏光方向の散乱光の強度Ｉ_Sを測定する第２の受光部とを備え、第１及び第２の受光部で検出された散乱光の強度から求めた偏光度に基づいて、浮遊粒子が霧粒子であるか否かの判断を行うことを特徴とする。

また、前記偏光度に加えて、前期第１の受光部で検出された散乱光の強度Ｉに基づいて、浮遊粒子が霧粒子であるか否かの判断を行うように構成することが可能である。

ここで、前記偏光度は、
（Ｉ−Ｉ_S）／（Ｉ＋Ｉ_S）、
（Ｉ−Ｉ_S）／Ｉ、及び
Ｉ_S／Ｉ
の何れかにより求めることができる。

前記偏光度を（Ｉ−Ｉ_S）／（Ｉ＋Ｉ_S）から求める場合、偏光度が０．６以上の浮遊粒子を霧粒子であると判断することが好ましい。

本発明の霧センサは、上記の何れかに記載の霧粒子センサを備えた霧センサであって、前記サンプルエアーに連続的に供給されるサンプルエアー中の浮遊粒子について霧粒子であるか否かの判断を順次行い、全浮遊粒子に対する霧粒子の比率が８０％以上の場合に、霧が発生していると判断することを特徴とする。

本発明の霧粒子センサ及び霧センサは、浮遊粒子の一つ一つについて霧粒子であるか否かの判断を行うので、霧粒子の濃度が低くても判断が可能であり、霧発生時の早い段階からの検知が可能である。また、小型かつ安価で、多くの地点に設置することが可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る霧センサの内部を示している。本実施形態の霧センサは、霧粒子センサとしても機能する。同図に示すように、本実施形態の霧センサは遮光ハウジング１を有し、遮光ハウジング１内には、入射光を検出域２に照射する発光部１０と、入射光軸に対して６０度の方向に配置された第１の受光部２０と、同じく入射光軸に対して６０度の方向に配置された第２の受光部３０と、サンプルエアーを取り込むための空気吸引口４と、サンプルエアーを検出域２に供給するための吸引ファン５とを備えている。

発光部１０は、図１の紙面に対して直角方向の直線偏光の光を発する半導体レーザー６と、半導体レーザー６からの入射光を平行光にするためのレンズ７とによって構成されている。

また、第１の受光部２０は、検出域２の浮遊粒子からの散乱光を集光するためのレンズ８と、散乱光の強度Ｉを測定するためのフォトダイオード９とによって構成されている。

更に、第２の受光部３０は、検出域２の浮遊粒子からの散乱光を集光するためのレンズ１３と、散乱光のうち入射光に直交する偏光方向の散乱光のみを透過させる偏光フィルタ１１と、偏光フィルタ１１を透過した散乱光の強度Ｉ_Sを測定するためのフォトダイオード１２とによって構成されている。

検出域２には、吸引ファン５の吸引により、遮光ハウジングの下部の空気吸引口４からサンプルエアーが供給され、従って、サンプルエアーは遮光ハウジングの下から上に向かって常時流れている。サンプルエアーの供給量は、それに含まれる複数の浮遊粒子が同時に検出域２に送られることがないように調節されている。

図２は、本実施形態の霧粒子センサの原理を示している。本実施形態の霧センサにおいては、発光部１０の半導体レーザー６から発せられた入射光は矢印１８で示す方向に偏光しており、光軸１９に沿ってレンズ７に達する。レンズ７によって入射光は平行光となり、検出域２（図１）に入射する。検出域２にはサンプルエアーが流れており、サンプルエアーに浮遊粒子２１が含まれている。その浮遊粒子２１が検出域２を通過すると、入射光が散乱を受けることになる。この散乱光は、入射光とは異なり全方向の偏光を含んでいる。この散乱光のうち、光軸２９の方向に向かった光はレンズ８によって集光され、フォトダイオード９に達する。フォトダイオード９からは、散乱光に比例した電流が出力される。

一方、浮遊粒子２１により散乱を受けた散乱光のうち、光軸３９の方向に向かった光はレンズ１３によって集光され、偏光フィルタ１１に達する。偏光フィルタ１１は、散乱光のうち、矢印２８に示す方向に偏光する光、即ち、入射光の偏光方向に対して直角方向の偏光成分を有する散乱光のみを透過させる。この透過光はフォトダイオード１２に達し、フォトダイオード１２からは、散乱光のうち入射偏光方向に対して直角方向の偏光成分に比例した電流が出力されることとなる。

図３はフォトダイオード９及びフォトダイオード１２からの電流を処理する回路の一例を示すブロック図である。フォトダイオード９から出力された電流と、フォトダイオード１２から出力された電流は、それぞれ電流電圧変換回路１８及び１４に入力され、それぞれ電圧に変換される。更に、変換された各電圧は増幅回路１５及び１６に入力され、増幅回路１５からは散乱光の強度Ｉを表す電圧が出力されるとともに、この電圧は同時に演算回路１７に入力される。また、増幅回路１６からは散乱光のうち入射光に直交する偏光成分の強度Ｉ_Sを表す電圧が出力され、この電圧は演算回路１７も入力される。そして、演算回路１７では、増幅回路１５からの出力と増幅回路１６からの出力とに基づいて、偏光度＝（Ｉ−Ｉ_S）／（Ｉ＋Ｉ_S）の式により偏光度が演算される。そして、この偏光度に基づいて、又は偏光度と散乱光強度Ｉとに基づいて、後述するように浮遊粒子が霧粒子であるか否かの判断を行うことにより、霧粒子センサとして機能する。また、本実施形態のセンサが多数の浮遊粒子について霧粒子であるか否かの判断を行えば、霧センサとして機能することになる。

図４は、図１乃至図３に係る実施形態の霧センサを用いて快晴の日に測定した場合の散乱光強度と偏光度との関係を示す図である。横軸は第１の受光部で検出された粒子の大きさが反映される散乱光の強度Ｉ、縦軸は粒子の表面状態が反映される偏光度である。快晴の日の浮遊粒子は、１≦Ｉ≦３の領域で、かつ−０．４≦偏光度≦０．４の領域に多く分布しており、浮遊粒子の殆どが土埃であることを示している。

図５は、図４と同じ霧センサを用いて霧の発生時に測定した場合の散乱光強度と偏光度との関係を示す図であり、横軸と縦軸は図４と同じである。霧の発生時の浮遊粒子は、１≦Ｉ≦３の領域で、かつ０．６≦偏光度≦１の領域に多く分布している。また、霧発生時の湿度が非常に高いため、図４のような土埃の粒子は殆ど検出されないことがわかる。実施形態の霧センサを使用すれば、図４及び図５から明らかなように、偏光度０．６本以上の浮遊粒子を霧粒子であると判断することができる。また、図４及び図５の比較から、全浮遊粒子に対する霧粒子の比率が８０％以上の場合に、霧が発生していると判断することができる。

なお、上記実施形態では、第１の受光部２０及び第２の受光部３０は何れも入射光軸から６０度の方向に設定したが、２つの受光部の光軸は入射光軸から必ず同じ角度に設置する必要はなく、また、設置方向は何れの方向であってもよいが、０度から９０度の間が好ましい。

また、発光部からの入射光の直線偏光の方向は、必ずしも紙面に対して直角方向である必要はないが、例えば紙面に平行な直線偏光を入射光として使用した場合は、第２の受光部３０の偏光フィルタ１１は、入射偏光方向と直角の偏光成分のみを透過するように、即ち紙面に対して直角方向に設定することが必要である。

また、上記実施形態では、発光部１０の光源に半導体レーザーを使用したが、必ずしも半導体レーザーである必要はなく、ＬＥＤやタングステンランプを用いることもできる。半導体レーザーは直線偏光の光が発せられるが、ＬＥＤやタングステンランプの光はランダム偏光であるため、それらを使用する場合は、偏光フィルタを透過させて直線偏光の光のみを使用する必要がある。

本発明に係る霧粒子センサ及び霧センサを用いれば、霧発生時の早い段階から高い精度で霧粒子の検知が可能なので、例えば気象観測用機器の分野で利用可能である。

本発明の一実施形態に係る霧粒子センサの配置図である。図１の霧センサの原理を示す図である。図１の霧センサに使用される処理方法の一例を示すブロック回路図である。図１の霧センサを用いて快晴の日に測定した場合の散乱光強度と偏光度との関係を示す図である。図１の霧センサを用いて霧の日に測定した場合の散乱光強度と偏光度との関係を示す図である。

符号の説明

１遮光ハウジング
２検出域
４空気吸引口
５吸引ファン
６半導体レーザー
７，８，１３レンズ
９，１２フォトダイオード
１０発光部
１１偏光フィルタ
１３レンズ
１８，１４電流電圧変換回路
１５，１６増幅回路
１７演算回路
１９，２９，３９光軸
２０第１の受光部
２１浮遊粒子
３０第２の受光部

Claims

大気中に含まれる浮遊粒子の１個づつについて、霧粒子であるか否かの判断を行う霧粒子センサであって、
検出域を有する遮光ハウジングと、
該遮光ハウジングの該検出域にサンプルエアーを供給するサンプルエアー供給手段と、
前記検出域に直線偏光を入射光として照射する発光部と、
サンプルエアー中の浮遊粒子による直線偏光の散乱光の強度Ｉを測定する第１の受光部と、
前記散乱光のうち入射光の偏光方向に直交する偏光方向の散乱光の強度Ｉ_Sを測定する第２の受光部とを備え、
第１及び第２の受光部で検出された散乱光の強度から求めた偏光度に基づいて、浮遊粒子が霧粒子であるか否かの判断を行う霧粒子センサ。
前記偏光度に加えて、前期第１の受光部で検出された散乱光の強度Ｉに基づいて、浮遊粒子が霧粒子であるか否かの判断を行う請求項１記載の霧粒子センサ。
前記偏光度は、（Ｉ−Ｉ_S）／（Ｉ＋Ｉ_S）により求められる請求項１又は２記載の霧粒子センサ。
前記偏光度は、（Ｉ−Ｉ_S）／Ｉにより求められる請求項１又は２記載の霧粒子センサ。
前記偏光度は、Ｉ_S／Ｉにより求められる請求項１又は２記載の霧粒子センサ。
前記偏光度が０．６以上の浮遊粒子を霧粒子であると判断する請求項３記載の霧粒子センサ。
請求項１乃至６の何れかに記載の霧粒子センサを備えた霧センサであって、前記サンプルエアーに連続的に供給されるサンプルエアー中の浮遊粒子について霧粒子であるか否かの判断を順次行い、全浮遊粒子に対する霧粒子の比率が８０％以上の場合に、霧が発生していると判断する霧センサ。