JP4555664B2 - Particle counter - Google Patents
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Description
本発明は、大気中に浮遊する粒子濃度を連続的に検出するための粒子計数装置に関するものである。
The present invention relates to a particle counting apparatus for continuously detecting the concentration of particles floating in the air.
従来、精密機械やその部品などの製造は、クリーンルーム内で行われている。このクリーンルームには、内部の空気中に浮遊する粒子濃度を基準値以下にする必要性から、空気中の浮遊粒子の数(濃度)を連続的に検出する光散乱式の粒子計数装置が設けられる。 Conventionally, the manufacture of precision machines and parts thereof is performed in a clean room. This clean room is provided with a light scattering type particle counter that continuously detects the number (concentration) of suspended particles in the air because the concentration of particles suspended in the internal air needs to be lower than the reference value. .
この粒子計数装置は、吸引(サンプリング)した空気に含まれる粒子を検出する粒子計数用センサと、該粒子計数用センサの出力パルスに基づいてセンサ内を通過した粒子数を計数する計数手段とを備えている。 The particle counting apparatus includes a particle counting sensor that detects particles contained in the aspirated (sampled) air, and a counting unit that counts the number of particles that have passed through the sensor based on an output pulse of the particle counting sensor. I have.
そのうち、前記粒子計数用センサは、吸気口と排気口とを連通させた流路と、該流路の測定領域に前記吸気口から空気を導入して前記排気口から排出する空気導入手段と、前記測定領域に光を照射する発光手段と、該発光手段により照射された空気中の粒子からの散乱光を受光する受光手段と、該受光手段からの出力をデジタルパルスに変換して出力する出力手段とを備えている。
Among them, the particle counting sensor includes a flow path in which an intake port and an exhaust port communicate with each other, an air introduction unit that introduces air from the intake port into a measurement region of the flow channel and discharges the air from the exhaust port, Light emitting means for irradiating the measurement area with light, light receiving means for receiving scattered light from particles in the air irradiated by the light emitting means, and output for converting the output from the light receiving means into a digital pulse and outputting it Means.
検出した粒子の直径は、前記出力手段から出力されるデジタルパルスの波高値により判断できる。そのため、計数対象粒子径に相当する波高値(基準電圧値)を予め設定し、前記計数手段を構成するマイコンは、その基準電圧値以上のパルス数を計数することにより、通過した計数対象粒子径以上の粒子数を判断し、表示手段に表示する構成としている。 The diameter of the detected particle can be determined from the peak value of the digital pulse output from the output means. Therefore, a peak value (reference voltage value) corresponding to the particle diameter to be counted is set in advance, and the microcomputer constituting the counting means counts the number of pulses equal to or greater than the reference voltage value, thereby passing the particle diameter to be counted. The above particle number is judged and displayed on the display means.
なお、本発明の粒子計数装置に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。 Prior art document information related to the particle counter of the present invention includes the following.
しかしながら、従来の粒子計数装置は、矩形状の1つのパルスを1個の粒子として計数するため、前記センサにおける測定領域に同時に2個以上の粒子が通過した場合でも、1個の粒子として計数してしまう。そのため、実際にサンプリングした粒子数より少ない検出結果を表示手段に表示してしまい、精度が低くなるという問題がある。 However, since the conventional particle counting device counts one rectangular pulse as one particle, even when two or more particles simultaneously pass through the measurement region in the sensor, it counts as one particle. End up. Therefore, there is a problem that the detection result smaller than the number of actually sampled particles is displayed on the display means, and the accuracy is lowered.
ここで、この問題を解消するには、測定領域をできる限り小さくする方法がある。この場合には、空気の流路も小さくしなければならない。一方、クリーンルームなどの粒子濃度が低い場所の測定では、浮遊している粒子個数が少ないため、精度良く検出するためには、多くの空気をサンプリングする必要がある。しかし、小さい流路で多くの空気をサンプリングする場合には、測定領域を通過する粒子の速度が速くなってしまう。それに伴い出力される光パルスは、高周波数で微弱なパルスになるため、それを検出するためには、高価な受光素子と高価な増幅器が必要になり、装置全体が非常にコスト高になるという問題がある。
Here, in order to solve this problem, there is a method of making the measurement region as small as possible. In this case, the air flow path must also be reduced. On the other hand, in the measurement at a low particle concentration such as in a clean room, since the number of floating particles is small, it is necessary to sample a large amount of air for accurate detection. However, when a large amount of air is sampled in a small flow path, the speed of particles passing through the measurement region is increased. Along with this, the output light pulse becomes a weak pulse at a high frequency, and in order to detect it, an expensive light receiving element and an expensive amplifier are required, and the entire device is very expensive. There's a problem.
また、この種の粒子計数装置は、単位流量当たりの粒子個数を検出するため、正確に一定流量のサンプリングを行う必要がある。その結果、流量の安定したポンプを使用するか、流量計を併用して一定の流量を確保できるように制御する必要があり、いずれにしてもコスト高になるという問題がある。 In addition, since this type of particle counter detects the number of particles per unit flow rate, it is necessary to accurately sample at a constant flow rate. As a result, it is necessary to use a pump with a stable flow rate, or to use a flow meter in combination so as to ensure a constant flow rate.
本発明では、空気中の浮遊粒子数を高精度で検出できる安価な粒子計数装置を提供することを課題とするものである。 An object of the present invention is to provide an inexpensive particle counter that can detect the number of suspended particles in the air with high accuracy.
前記課題を解決するため、本発明の粒子計数装置は、導入した空気を測定領域に導くとともに、発光手段によって前記測定領域に光を照射し、空気中に含まれる粒子からの散乱光を受光手段により受光し、該受光手段からの出力を出力手段によってデジタルパルスに変換して出力する粒子計数用センサと、前記粒子計数用センサからの出力パルスに基づいて粒子数を計数する計数手段とを備えた粒子計数装置において、前記粒子計数用センサの出力手段は、前記受光手段から出力されたパルス電流をパルス電圧に変換して出力する電流電圧変換回路と、予め設定された計数対象粒子径以上の粒子の通過により、前記電流電圧変換回路から基準電圧値より大きなパルス電圧が入力されるとHighとなり、基準電圧値より小さなパルス電圧が入力されるとLowとなるデジタルパルスを出力する比較回路と、最小の計数対象粒子径の粒子が通過した場合のデジタルパルスのHigh−Low間のパルス幅より小さいパルス幅の矩形波を出力する矩形波発生回路と、これら比較回路と矩形波発生回路との論理積を出力する論理積回路とを備え、前記計数手段は、前記出力手段の論理積回路から入力された矩形波のパルス数を計数して演算したパルス幅と、前記最小計数対象粒子径より径が大きい粒子が通過した場合の比較パルス幅とを比較し、出力パルス幅が比較パルス幅以下の場合には1個の粒子が通過したと計数し、出力パルス幅が比較パルス幅より大きい場合には2個の粒子が通過したと計数する構成としている。
In order to solve the above problems, the particle counting apparatus of the present invention guides the introduced air to the measurement region, irradiates the measurement region with light by the light emitting means, and receives the scattered light from the particles contained in the air. And a particle counting sensor for converting the output from the light receiving means into a digital pulse by the output means and outputting the digital pulse, and a counting means for counting the number of particles based on the output pulse from the particle counting sensor. and the particle counting apparatus, the output means of said particle counting sensor comprises a current-voltage conversion circuit for converting the pulse current output from said light receiving means to the pulse voltage, the counting target particles larger than the diameter of which is set in advance When a pulse voltage larger than the reference voltage value is input from the current-voltage conversion circuit due to the passage of particles , it becomes High, and a pulse voltage smaller than the reference voltage value is input. A comparison circuit that outputs a digital pulse that becomes low, and a rectangular wave that outputs a rectangular wave with a pulse width smaller than the pulse width between high and low of the digital pulse when particles with the smallest particle size to be counted pass. And a logical product circuit that outputs a logical product of the comparison circuit and the rectangular wave generation circuit, and the counting unit counts the number of pulses of the rectangular wave input from the logical product circuit of the output unit. The calculated pulse width is compared with the comparison pulse width when a particle having a diameter larger than the minimum counting target particle diameter passes. When the output pulse width is equal to or less than the comparison pulse width, one particle has passed. Counting is performed, and when the output pulse width is larger than the comparison pulse width, it is counted that two particles have passed.
この粒子計数装置では、最小の計数対象粒子径は0.3ミクロンであり、比較パルス幅とする計数対象粒子径は1ミクロンであることが好ましい。
In this particle counter, the minimum particle diameter to be counted is preferably 0.3 microns, and the particle diameter to be counted as the comparison pulse width is preferably 1 micron .
本発明の粒子計数装置では、出力手段を介して受光手段から出力されたパルス数を計数するのではなく、受光手段から出力されたパルスの幅に基づいて1以上の粒子数を計数できる構成としているため、計数漏れを大幅に無くし、高精度な計数を行うことができる。その結果、測定領域を小さくする必要はなく、これに伴い高価な受光素子や増幅器も必要ない。しかも、安定した空気のサンプリングを確保するために、高価なポンプを使用したり、流量計を併用する必要もない。その結果、高精度で安価な粒子計数装置を提供することができる。
A particle counter of the present invention, instead of counting the number of pulses outputted from the light receiving means via the output unit, a configuration capable of counting the number of 1 or more particles based on the width of the pulse output from the light receiving means Therefore, the counting omission is greatly eliminated and highly accurate counting can be performed. As a result, it is not necessary to reduce the measurement area, and accordingly, an expensive light receiving element and amplifier are not required. In addition, it is not necessary to use an expensive pump or a flow meter in combination to ensure stable air sampling. As a result, a highly accurate and inexpensive particle counter can be provided.
また、前記装置に用いる粒子計数用センサは、受光手段によって検出した散乱光に相当するパルスを、複数の矩形波によって出力するため、受光手段が出力したパルスの幅を簡単かつ確実に検出させることができる。 In addition, since the particle counting sensor used in the apparatus outputs a pulse corresponding to the scattered light detected by the light receiving means by a plurality of rectangular waves, the width of the pulse output by the light receiving means can be detected easily and reliably. Can do.
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1および図2は、本発明の実施形態に係る粒子計数装置を示す。この粒子計数装置は、外装体10の内部に、空気をサンプリングする粒子計数用センサ(以下「センサ」と略す。)18と、計数手段の役割をなすマイコン37を実装した制御基板36とが収容され、粒子濃度に対応する計数した粒子数を表示手段であるレベル表示部12に表示可能としたものである。
1 and 2 show a particle counter according to an embodiment of the present invention. This particle counting apparatus is housed in an
前記外装体10は、長方形状をなす前後一対のケースを備えている。この外装体10の前ケースには、図2に示すように、左側の上下端部に、正面から側面にかけて延びるL字形状の通気孔11が設けられている。また、前ケースの右側には、計数した粒子数をLED(図示せず)によって10段階で表示するレベル表示部12が設けられている。このレベル表示部12の下側には、アラームの作動状態を示すアラーム表示部13と、計数した粒子数をクリアするためのリセットスイッチ14と、許容濃度を設定するためのセットスイッチ15とが配設されている。さらに、前ケースの側面には、周知のパーソナルピュータなどからなる集中管理装置に接続するための接続部や商用電源と接続するための接続部などの複数の端子接続部16が設けられるとともに、放熱用の通気孔17が設けられている。一方、外装体10を構成する後ケースには、クリーンルームの壁面などに取り付けるための周知の取付構造が設けられている。
The
前記センサ18は、図1に示すように、室内の空気を導入して浮遊粒子を検出するセンサ本体19と、前記受光手段28から出力されたアナログパルスをデジタルパルスに変換して出力する出力手段である出力回路30とからなる。
As shown in FIG. 1, the
前記センサ本体19は、図3に示すように、遮光性を有するハウジング20の内部に、空気導入手段であるヒータ25と、発光手段26と、受光手段28とを配設したものである。
As shown in FIG. 3, the sensor
前記ハウジング20は、空気を取り入れるための下端の吸気口21aと、空気を排出するための上端の排気口21bとを直線的に連通させた流路21を備え、後述するヒータ25によって導入した空気をハウジング20の下から上に向かって流動させるものである。このハウジング20には、前記流路21の略中央部に位置するように発光部22と受光部23とが左右対称に設けられている。本実施形態では、これら発光部22と受光部23とは、前記流路21内における空気の流動方向に対して、約60度で相対向する角度で設けられている。言い換えれば、発光部22は、その内部に配置する発光手段26の照射方向が、流路21内での空気の流動方向に対して逆向きに約60度の角度で交差するように設けられ、この発光部22と対称に位置するように受光部23が設けられている。なお、この流路21、発光部22および受光部23の中心が交差する位置が、後述する測定領域Rの中心位置となる。また、前記流路21には、測定領域Rに対して空気の流動方向上流側に位置するように、導入した空気を、測定領域Rの大きさと同等あるいは若干小さい大きさに絞るための気流誘導板24が設けられている。
The housing 20 includes a flow path 21 in which a lower intake port 21a for taking in air and an upper exhaust port 21b for discharging air are in linear communication, and air introduced by a
前記ヒータ25は、前記ハウジング20において、気流誘導板24と吸気口21aとの間に配設した抵抗素子からなる。このヒータ25は、通電により発熱することにより、ハウジング20の内部の前記吸気口21aの近傍が負圧となり、これにより吸気口21aから室内の空気を吸引し、煙突効果により排気口21bから排気する構成としている。
The
前記発光手段26は半導体レーザーからなり、前記ハウジング20の発光部22における閉鎖端に配設され、前記流路21、発光部22および受光部23が交差する中心位置を照射することにより、前記流路21中を流動する気体に含まれる粒子を照射するものである。この発光手段26の照射方向前方には、照射した光を集光するための第1集光レンズ27が配設されている。この第1集光レンズ27は、発光手段26からの光を平行光として出力する。
The light emitting means 26 is composed of a semiconductor laser, and is disposed at a closed end of the
前記受光手段28はフォトダイオードからなり、前記ハウジング20の受光部23における閉鎖端に配設され、前記発光手段26の照射による浮遊粒子からの散乱光を測定(検出)し、その受光した散乱光に相当するパルス電流を出力するものである。具体的には、この受光手段28は、前記ハウジング20の構成により入射光軸に対して約60度の散乱角の方向に配置されている。言い換えれば、受光手段28が入射光軸に対して約60度の散乱角の方向に配置されるように、前記ハウジング20を形成している。この受光手段28の受光方向手前には、遊粒子からの散乱光を集光するための第2集光レンズ29が配設されている。
The light receiving means 28 is composed of a photodiode, and is disposed at a closed end of the
そして、前記第1集光レンズ27を介して発光手段27から出力された平行光と、前記第2集光レンズ29を介して受光手段28が集光可能な範囲とが交わる領域が、空気中に含まれる浮遊粒子の測定領域Rとなる。
An area where the parallel light output from the light emitting means 27 via the
前記出力回路30は、図1に示すように、前記受光手段28から出力されたアナログのパルス電流をデジタルパルスに変換して出力するもので、電流電圧変換回路31と、増幅回路32と、電圧比較回路33と、矩形波発生回路34と、論理積回路35とからなる。
As shown in FIG. 1, the
前記電流電圧変換回路31は、前記受光手段28から出力されたパルス電流をパルス電圧に変換して出力するものである。
The current-voltage conversion circuit 31 converts the pulse current output from the light receiving means 28 into a pulse voltage and outputs the pulse voltage.
前記増幅回路32は、前記電流電圧変換回路31から入力された微弱なパルス電圧を増幅させて出力するものである。 The amplifier circuit 32 amplifies and outputs a weak pulse voltage input from the current-voltage conversion circuit 31.
前記電圧比較回路33は、予め設定された計数対象粒子径以上の粒子が通過した場合にデジタルパルス電圧を出力するものである。具体的には、この電圧比較回路33では、予め実験により検出対象の大きさの浮遊粒子の散乱強度が反映される光パルスの波高値(基準電圧値)を決定しておく。そして、この基準電圧値を電圧比較回路33に設定しておき、その基準電圧値より大きなパルス電圧が入力された場合のみ、Highを出力し、基準電圧値より小さなパルス電圧が入力された場合は、Lowを出力する構成としている。その結果、この電圧比較回路33では、前記測定領域Rに計数対象粒子径以上の浮遊粒子が通過した場合のみデジタルパルスが出力されることになる。なお、本実施形態のセンサ18による計数対象粒子は、その径が0.3ミクロン以上となるように、前記基準電圧値を設定している。
The
前記矩形波発生回路34は、最小の計数対象粒子径の粒子が通過した場合のパルス幅より小さいパルス幅の1KHzの矩形波を所定時間毎になど間隔で出力するものである。
The rectangular
前記論理積回路35は、前記電圧比較回路33から入力されたデジタルパルスと、矩形波発生回路34から入力されたデジタルパルスとの論理積を出力するものである。
The AND
前記マイコン37は、図示しない電源回路から供給された電圧により動作するもので、本実施形態では計数手段の役割をなし、計数した粒子数を前記レベル表示部12の所定のLEDを点灯させることにより段階表示する。また、入力手段である前記リセットスイッチ14が操作されると、それまでに計数した粒子数をクリアする。さらに、セットスイッチ15が操作されると、室内の汚染状況である浮遊粒子数に相当する許容濃度を変更するとともに、その設定状況を前記レベル表示部12に表示(点灯または点滅)する。なお、このレベル表示部12の表示は、セットが完了すると消灯する。さらにまた、このマイコン37には、前記端子接続部16に接続した外部出力手段38が接続されている。
The
具体的には、計数手段としてマイコン37は、前記出力回路30を介して受光手段28から入力されたパルス幅に基づいて、前記センサ18の測定領域Rを通過した計数対象粒子径以上の1以上の粒子数を計数する構成としている。言い換えれば、本実施形態では、入力されたパルス幅に基づいて計数することにより、2以上の粒子が前記測定領域Rに同時に通過しても計数できるように構成している。
Specifically, the
次に、前記出力回路30によって受光手段28が検出した散乱光に対応するパルスの出力について具体的に説明する。
Next, the output of the pulse corresponding to the scattered light detected by the light receiving means 28 by the
まず、図4(A)は、最小の計数対象粒子径である0.3ミクロンの1個の粒子が測定領域Rを通過した際に受光手段28から出力されたアナログパルス電流を、前記電流電圧変換回路31によって変換した後のアナログパルス電圧である。このパルス電圧は、増幅回路32によって増幅された後、電圧比較回路33によって、図4(B)に示すように、HighまたはLowのみの矩形波からなるデジタルパルス波形に変換されて出力される。同時に、図4(C)に示すように、矩形波発生回路34から所定時間毎に矩形波が出力されている。そして、論理積回路35では、図4(D)に示すように、デジタルパルスの波形幅に応じた複数の矩形波として出力される。
First, FIG. 4A shows an analog pulse current output from the light receiving means 28 when one particle having a minimum counting target particle diameter of 0.3 microns passes through the measurement region R, and shows the current voltage. It is an analog pulse voltage after being converted by the conversion circuit 31. This pulse voltage is amplified by the amplifier circuit 32, and then converted into a digital pulse waveform consisting of a rectangular wave of only High or Low by the
また、図4(E)は、最小の計数対象粒子径である0.3ミクロンの2個の粒子が測定領域Rを通過した際に受光手段28から出力されたアナログパルス電流を、前記電流電圧変換回路31によって変換した後のアナログパルス電圧である。このパルス電圧は、前記と同様に増幅された後、電圧比較回路33によって、図4(F)に示すように、矩形波からなるデジタルパルス波形に変換される。同時に、図4(G)に示すように、矩形波発生回路34から所定時間毎に矩形波が出力されている。そして、論理積回路35では、図4(H)に示すように、デジタルパルスの波形幅に応じた複数の矩形波として出力される。ここで、この場合のパルスは、同一径の粒子が1個の通過した場合と比較すると、図4(A),(E)に示すようにその波高には殆ど差異はないが、図4(B),(F)に示すように幅W1,W2には大きな差異が生じる。
FIG. 4E shows an analog pulse current output from the light receiving means 28 when two particles having a minimum counting target particle diameter of 0.3 microns pass through the measurement region R. It is an analog pulse voltage after being converted by the conversion circuit 31. This pulse voltage is amplified in the same manner as described above, and then converted into a digital pulse waveform consisting of a rectangular wave by the
また、図5(A)は、計数対象粒子径である0.5ミクロンの1個の粒子が測定領域Rを通過した際に受光手段28から出力されたアナログパルス電流を、前記電流電圧変換回路31によって変換した後のアナログパルス電圧である。このパルス電圧は、前記と同様に増幅された後、電圧比較回路33によって、図5(B)に示すように、矩形波からなるデジタルパルス波形に変換される。同時に、図5(C)に示すように、矩形波発生回路34から所定時間毎に矩形波が出力されている。そして、論理積回路35では、図5(D)に示すように、デジタルパルスの波形幅に応じた複数の矩形波として出力される。ここで、この場合のパルスは、0.3ミクロン粒子が1個の通過した場合と比較すると、その波高に大きな差異が生じ、幅W1,W3には若干の差異が生じる。そして、そのパルス幅W3は、0.3ミクロンの粒子が2個通過した場合のパルス幅W2より小さい。
FIG. 5A shows an analog pulse current output from the light receiving means 28 when one particle having a particle diameter of 0.5 μm, which is the particle size to be counted, passes through the measurement region R. 3 is an analog pulse voltage after conversion by 31. This pulse voltage is amplified in the same manner as described above, and then converted into a digital pulse waveform consisting of a rectangular wave by the
また、図5(E)は、浮遊粒子としては略最大の計数対象粒子径である1ミクロンの1個の粒子が測定領域Rを通過した際に受光手段28から出力されたアナログパルス電流を、前記電流電圧変換回路31によって変換した後のアナログパルス電圧である。このパルス電圧は、前記と同様に増幅された後、電圧比較回路33によって、図5(E)に示すように、矩形波からなるデジタルパルス波形に変換される。同時に、図5(G)に示すように、矩形波発生回路34から所定時間毎に矩形波が出力されている。そして、論理積回路35では、図5(H)に示すように、デジタルパルスの波形幅に応じた複数の矩形波として出力される。ここで、この場合のパルスは、0.3ミクロンおよび0.5ミクロンの粒子が1個の通過した場合と比較すると、その波高に大きな差異が生じ、幅W1,W3,W4には若干の差異が生じる。そして、そのパルス幅W4は、0.3ミクロンの粒子が2個通過した場合のパルス幅W2より小さい。
FIG. 5 (E) shows an analog pulse current output from the light receiving means 28 when one particle of 1 micron, which is approximately the largest particle diameter to be counted as a suspended particle, passes through the measurement region R, It is an analog pulse voltage after being converted by the current-voltage conversion circuit 31. This pulse voltage is amplified in the same manner as described above, and then converted into a digital pulse waveform composed of a rectangular wave by the
即ち、測定領域Rを通過した粒子の大きさ(径)は、受光手段28から出力されたパルスの波高値により判断できる。そのため、電圧比較回路33への基準電圧値の設定を変更することにより、検出する対象の粒子径を変更することができる。
That is, the size (diameter) of the particles that have passed through the measurement region R can be determined from the peak value of the pulse output from the light receiving means 28. Therefore, the particle size of the target to be detected can be changed by changing the setting of the reference voltage value in the
また、測定領域Rを同時に通過した粒子数は、受光手段28から出力されたパルス幅により判断できる。即ち、計数対象粒子径である0.3ミクロンの粒子が2個通過した際のパルス幅W2は、計数対象粒子径である1ミクロンの粒子が1個通過した際のパルス幅W4より大きい。そのため、この1ミクロンの粒子が通過した場合のパルス幅W4(比較パルス幅)より大きなパルス幅を検出した場合には、計数対象粒子が2個通過したと計数する構成としている。そして、本実施形態では、出力回路30は、基準となる矩形波を出力する矩形波発生回路34を設け、その矩形波と検出パルスとの論理積を出力する構成としているため、マイコン37は、その矩形波のパルス数を計数することにより、相当するパルス幅を演算できるように構成している。なお、パルス幅に相当するパルス数と、そのパルス数に相当する粒子数との関係を示すデータテーブルは、マイコン37に内蔵した記憶手段であるRAMに予め記憶されている。
Further, the number of particles that have simultaneously passed through the measurement region R can be determined from the pulse width output from the light receiving means 28. That is, the pulse width W2 when two particles having a particle diameter of 0.3 μm that is the counting target particle diameter pass is larger than the pulse width W4 when one particle having a particle diameter of 1 μm that is the counting target particle diameter is passed. Therefore, when a pulse width larger than the pulse width W4 (comparison pulse width) when the 1 micron particle has passed is detected, it is counted that two particles to be counted have passed. In the present embodiment, the
次に、前記粒子計数装置による計数制御について具体的に説明する。 Next, the counting control by the particle counter will be specifically described.
まず、商用電源に接続することにより電力が入力されると、ヒータ25、発光手段26および受光手段28が動作を開始する。また、セットスイッチ15の操作により汚染状態を判断するための許容濃度を設定して測定を開始すると、マイコン37が計数を開始する。なお、この設定操作は、粒子計数装置が端子接続部16を介して集中管理装置に接続されている場合には、この集中管理装置により行うことができるようにしてもよい。
First, when electric power is input by connecting to a commercial power source, the
そして、ヒータ25が昇温すると、センサ18のハウジング20の煙突効果により上昇気流が生じ、下端の吸気口21aから室内の空気が吸引される。この吸引された空気は、気流誘導板24によって測定領域Rを通過するように絞られ、該測定領域Rを通過して排気口21bから室内に排気される。
When the temperature of the
測定領域Rでは、発光手段26が空気中の浮遊粒子を照射することにより、該浮遊粒子から散乱光が発せられる。この散乱光を受光手段28が受光すると、その受光量に応じたアナログパルス電流を受光手段28が出力する。この受光手段28から出力されたアナログパルス電流は、前述のように出力回路30によってデジタルパルスとして出力される。
In the measurement region R, the light emitting means 26 irradiates suspended particles in the air, whereby scattered light is emitted from the suspended particles. When the light receiving means 28 receives the scattered light, the light receiving means 28 outputs an analog pulse current corresponding to the amount of light received. The analog pulse current output from the light receiving means 28 is output as a digital pulse by the
そして、制御基板36に実装されたマイコン37は、出力回路30から入力されたそのパルス数を計数することにより相当するパルス幅を演算し、そのパルス幅に相当する粒子数をデータテーブルから読み込んで、レベル表示部12に表示する。また、計数した粒子数が設定された上限値に達すると、圧電ブザーなどの基板に実装した音声出力手段によりアラームを出力する。
The
このように、本実施形態の粒子計数装置に適用するセンサ18は、受光手段28によって検出した散乱光を、複数の矩形波によって出力するため、受光手段28が出力したパルスの幅を簡単かつ確実に検出することができる。
As described above, since the
そして、粒子計数装置では、受光手段28から出力されたパルス数を計数するのではなく、出力回路30を介して受光手段28から出力されたパルスの幅に基づいて1以上の粒子数を同時に計数できる構成としているため、計数漏れを大幅に無くし、高精度な計数を行うことができる。
The particle counter does not count the number of pulses output from the light receiving means 28, but simultaneously counts one or more particles based on the width of the pulses output from the light receiving means 28 via the
なお、本発明者らは、前記構成および計数方法の精度を確認するために3種の実験を行った。 In addition, the present inventors conducted three types of experiments in order to confirm the accuracy of the configuration and the counting method.
第1の実験では、283mLの空気中に0〜5000個の範囲の0.3ミクロンポリスチレンラテックス粒子を含有させた状態で、パルス幅に基づいて計数する本発明の装置と、パルス数に基づいて計数する従来の装置とで、センサ出力(計数値)を得た。 In the first experiment, a device of the present invention that counts based on pulse width with 0 to 5000 range of 0.3 micron polystyrene latex particles contained in 283 mL of air, and based on the number of pulses. Sensor output (count value) was obtained with a conventional device for counting.
その結果、本発明の装置では、図6(A)に示すように、含有量に相当する濃度が増えるのに比例して計数値が増え、直線的な検出結果を示した。これに対して、従来の装置では、図6(B)に示すように、濃度が増えるのに従って計数値が少しづつ減少し、曲線的な検出結果を示した。つまり、従来の装置では、粒子濃度が増えるに従い、測定領域Rを同時に通過する粒子の数が増えるために、測定領域Rを実際に通過した粒子の数よりも少なくカウントしているのに対し、本発明の構成では、測定領域Rを同時に2個以上通過しても、その影響を受け難いことを実証できている。 As a result, in the apparatus of the present invention, as shown in FIG. 6A, the count value increased in proportion to the increase in concentration corresponding to the content, and a linear detection result was shown. On the other hand, in the conventional apparatus, as shown in FIG. 6B, the count value gradually decreased as the concentration increased, indicating a curvilinear detection result. That is, in the conventional apparatus, as the particle concentration increases, the number of particles that simultaneously pass through the measurement region R increases, so that the number of particles that have actually passed through the measurement region R is counted less. In the configuration of the present invention, it can be proved that even if two or more measurement regions R are simultaneously passed, they are hardly affected.
第2の実験では、283mLの空気中に0〜20000個の範囲の0.3ミクロンポリスチレンラテックス粒子を含有させることにより更に高濃度とした状態で、本発明の装置と従来の装置とで、センサ出力(計数値)を得た。 In the second experiment, the sensor of the present invention and the conventional device were used in a state where the concentration was further increased by containing 0.3 micron polystyrene latex particles in the range of 0 to 20000 in 283 mL of air. Output (count value) was obtained.
その結果、本発明の装置では、図7(A)に示すように、粒子濃度が増えるに従い、少しづつ計数漏れが発生しているが、濃度が増えるに従って計数値も増えるという関係は維持されている。これに対して、従来の装置では、図7(B)に示すように、粒子濃度8000個を越えると計数値の増加が少なくなり、15000個を越えると、逆に計数値が低下している。つまり、従来の装置では計数値が低下する高濃度の状態でも、本発明の装置では、濃度の影響を受ける度合いが低いことを実証できている。 As a result, in the apparatus of the present invention, as shown in FIG. 7A, the counting leakage gradually occurs as the particle concentration increases, but the relationship that the count value increases as the concentration increases is maintained. Yes. On the other hand, in the conventional apparatus, as shown in FIG. 7B, when the particle concentration exceeds 8000 particles, the increase in the count value decreases, and when it exceeds 15,000 particles, the count value decreases. . In other words, even in a high concentration state where the count value decreases in the conventional device, it can be demonstrated that the device of the present invention is less affected by the concentration.
第3の実験では、流路21を通過する空気の流量の影響を判断するために、283mLの空気中に0〜20000個の範囲の0.3ミクロンポリスチレンラテックス粒子を含有させた状態で、本発明の装置と従来の装置に7種の流量で空気を供給することにより、センサ出力(計数値)を得た。 In the third experiment, in order to determine the influence of the flow rate of the air passing through the flow path 21, 283 mL of air containing 0.3 micron polystyrene latex particles ranging from 0 to 20000 was used. The sensor output (count value) was obtained by supplying air at seven flow rates to the inventive device and the conventional device.
その結果、本発明の装置では、図8(A)に示すように、空気の流量を変化させても殆ど変化することなく、各流量での計数値が集中する結果を示した。これに対して、従来の装置では、流量の変化に従って計数値も変化している。つまり、本発明の装置は、従来の装置と比較してサンプリングする空気の流量に対しても影響を受け難いことを実証できている。 As a result, in the apparatus of the present invention, as shown in FIG. 8A, even when the air flow rate was changed, the count value at each flow rate was concentrated with almost no change. On the other hand, in the conventional apparatus, the count value also changes according to the change in the flow rate. That is, it can be demonstrated that the apparatus of the present invention is less susceptible to the sampling air flow rate than the conventional apparatus.
このような実験結果からも理解できるように、本発明の粒子計数装置では、計数漏れを大幅に無くし、高精度な計数を行うことができる。また、室内の空気をサンプリングするための空気導入手段による影響も受けることはない。その結果、測定領域Rを小さくする必要はなく、これに伴い高価な受光素子や増幅器は必要ない。言い換えれば、本発明の構成によれば、従来と比較して測定領域Rを大きくすることが可能である。しかも、安定した空気の導入(サンプリング)を確保するために、高価なポンプを使用したり、流量計を併用する必要もない。その結果、高精度で安価な粒子計数装置を提供することができる。言い換えれば、本実施形態の粒子計数装置では、空気を導入するための手段に影響されないため、センサ18に搭載する空気導入手段としては、従来では導入に係る安定性が低いことを理由に使用が避けられていた安価なヒータ25による加熱方式を採用することができるものである。
As can be understood from the experimental results, the particle counting device of the present invention can eliminate counting omissions and perform highly accurate counting. Moreover, it is not affected by the air introduction means for sampling the indoor air. As a result, it is not necessary to reduce the measurement region R, and accordingly, an expensive light receiving element or amplifier is not necessary. In other words, according to the configuration of the present invention, it is possible to enlarge the measurement region R compared to the conventional case. In addition, there is no need to use an expensive pump or a flow meter in combination to ensure stable air introduction (sampling). As a result, a highly accurate and inexpensive particle counter can be provided. In other words, in the particle counter of the present embodiment, since it is not affected by the means for introducing air, the air introducing means mounted on the
なお、本発明の粒子計数装置、特に、センサ18は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
In addition, the particle | grain counter of this invention, especially the
例えば、前記実施形態では、受光部23の散乱角は60度に設定したが、0度から90度の間であれば良い。また、発光部22に配設する発光手段26としては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などを使用してもよい。さらに、受光部23に配設する受光手段28としてはフォトダイオードを使用したが、必ずしもフォトダイオードである必要はなく、フォトトランジスタやフォトICなどを使用してもよい。さらにまた、波形幅を測定する方法として1KHzの矩形波との論理積をとったが、必ずしも1KHzである必要はなく、光パルスの周波数より高い周波数であればよく、望ましくは、10倍以上が好ましい。そして、波形幅を測定する方法であれば、必ずしも矩形波との論理積をとる必要はなく、直接、波形幅を測定してもよい。
For example, in the embodiment, the scattering angle of the
また、前記実施形態では、1組の電圧比較回路33、矩形波発生回路34および論理積回路35により、粒子径が0.3ミクロン以上の粒子を計数対象としたが、複数組の電圧比較回路33、矩形波発生回路34および論理積回路35を増幅回路32の下流に並列に接続するとともに、各電圧比較回路33での基準電圧値を変更することにより、異なる計数対象粒子径の粒子数を同時に検出できるように構成してもよい。
In the above-described embodiment, particles having a particle diameter of 0.3 microns or more are counted by one set of
18…センサ
21…流路
21a…吸気口
21b…排気口
25…ヒータ(空気導入手段)
26…発光手段
28…受光手段
30…出力回路(出力手段)
31…電流電圧変換回路
32…増幅回路
33…電圧比較回路
34…矩形波発生回路
35…論理積回路
37…マイコン(計数手段)
R…測定領域
18 ... sensor 21 ... flow path 21a ... intake port 21b ...
26 ... Light emitting means 28 ... Light receiving means 30 ... Output circuit (output means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 31 ... Current-voltage conversion circuit 32 ...
R ... Measurement area
Claims (2)
前記粒子計数用センサからの出力パルスに基づいて粒子数を計数する計数手段とを備えた粒子計数装置において、
前記粒子計数用センサの出力手段は、
前記受光手段から出力されたパルス電流をパルス電圧に変換して出力する電流電圧変換回路と、
予め設定された計数対象粒子径以上の粒子の通過により、前記電流電圧変換回路から基準電圧値より大きなパルス電圧が入力されるとHighとなり、基準電圧値より小さなパルス電圧が入力されるとLowとなるデジタルパルスを出力する比較回路と、
最小の計数対象粒子径の粒子が通過した場合のデジタルパルスのHigh−Low間のパルス幅より小さいパルス幅の矩形波を出力する矩形波発生回路と、
これら比較回路と矩形波発生回路との論理積を出力する論理積回路とを備え、
前記計数手段は、前記出力手段の論理積回路から入力された矩形波のパルス数を計数して演算したパルス幅と、前記最小計数対象粒子径より径が大きい粒子が通過した場合の比較パルス幅とを比較し、出力パルス幅が比較パルス幅以下の場合には1個の粒子が通過したと計数し、出力パルス幅が比較パルス幅より大きい場合には2個の粒子が通過したと計数するようにしたことを特徴とする粒子計数装置。 The introduced air is guided to the measurement region, the light is irradiated to the measurement region by the light emitting means, the scattered light from the particles contained in the air is received by the light receiving means, and the output from the light receiving means is digitally output by the output means. A particle counting sensor that converts and outputs pulses, and
Particle counting apparatus provided with a counting means for counting the number of particles based on the output pulse from the particle count sensor,
The output means of the particle counting sensor is:
A current-voltage conversion circuit that converts the pulse current output from the light receiving means into a pulse voltage and outputs the pulse voltage;
When a pulse voltage larger than a reference voltage value is input from the current-voltage conversion circuit due to the passage of particles larger than a preset particle size to be counted, it becomes High, and when a pulse voltage smaller than the reference voltage value is input, it becomes Low. a comparator circuit for outputting a digital pulse comprising,
A rectangular wave generating circuit that outputs a rectangular wave having a pulse width smaller than the pulse width between high and low of a digital pulse when particles with the smallest particle size to be counted pass;
A logical product circuit that outputs a logical product of the comparison circuit and the rectangular wave generation circuit;
The counting means includes a pulse width calculated by counting the number of rectangular wave pulses input from the AND circuit of the output means , and a comparison pulse width when a particle having a diameter larger than the minimum counting target particle diameter passes. When the output pulse width is equal to or smaller than the comparison pulse width, it is counted that one particle has passed, and when the output pulse width is larger than the comparison pulse width, it is counted that two particles have passed. A particle counter characterized by being configured as described above.
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