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PARTICLE DIAMETER DISTRIBUTION-MEASURING DEVICE

Patent code P04A006905
File No. KN000472
Posted date Mar 18, 2005
Application number P1999-324973
Publication number P2001-141639A
Patent number P3302991
Date of filing Nov 16, 1999
Date of publication of application May 25, 2001
Date of registration May 10, 2002
Inventor
  • (In Japanese)林 茂
  • (In Japanese)高橋 位
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
  • (In Japanese)マイクロトラック・ベル株式会社
Title PARTICLE DIAMETER DISTRIBUTION-MEASURING DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure the particle diameter distribution of a group of particles by adopting an analysis part storing the shifting procedures of a particle diameter section and the subdivision procedures of a particle diameter division.
SOLUTION: An initial particle diameter section S1 that is composed of continuous particle diameter sections T is set, whose number is equal to or less than the number of photo detectors where the minimum and maximum particle diameters are set to lower and upper limits, respectively. When the probability density of each of the particle diameter sections T is obtained so that a prediction scattering energy vector for the probability density coincides with an actually measured scattering energy vector to the maximum within a range where the probability density of the particle diameter section T does not become negative. Hence when either probability density out of the maximum particle diameter section Tmax and the minimum particle section Tmin exceeds a specific value, the particle diameter distribution of the group of particles is obtained based on new particle diameter sections S2, S3,... being obtained by shifting the particle diameter section where the prediction scattering energy vector coincides with the actually measured scattering energy vector to the maximum to large and small particle diameter sides when the probability density of the maximum particle diameter section and that of the minimum particle diameter section exceed specific values, respectively, by one particle diameter section. The calculation procedure is stored in the analysis part is advance.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


従来から、固体や液体の粒状物質から構成される粒子群を取り扱う種々の科学・産業分野では、その粒子群の基本的特性を表す粒径分布を、より高精度に測定する技術が求められている。
この技術要請に対して、近年、粒子群をレーザ光束によって照射し、その散乱強度の角度依存性から粒径分布を推定する、一般にレーザ回析法と呼ばれる測定技術が普及している。
このレーザ光回析法の基本構成を、図6に基づいて、簡易に説明する。まず、単色のレーザ光11を発振する光源10を備え、この光源10から発振されたレーザ光11を平行光束13とするためのコリメータ12が配置される。
そして、所定の測定領域14に存在する粒子群15に照射された平行光束13の散乱光を受光して測定光を形成するためのレンズ16が配置されている。このレンズ16の焦点位置Fには、散乱光強度の角度依存性を検出するための光電変換素子が環状に形成された複数のセンサ18が同心円状に配列されている受光センサ部17が設けられている。
この受光センサ部17には、散乱光の散乱角に対応する光強度分布信号19を処理する信号処理部20が接続され、この信号処理部からの処理データ21に基づいて、解析部22で粒径分布を算定する。
ここで、解析部22に記憶される従来の粒径分布算定方法について説明する。まず、各センサ18が受ける散乱エネルギーは、単位時間に入射する散乱光強度のセンサの面積に亘る積分で表される。
例えば、i番目のセンサの散乱エネルギーEiは、粒子群15の体積基準粒径分納関数W(D)と粒径Dの単一粒子の散乱光のθ方向成分を表す散乱強度関数i(D,θ)の積を粒径については0から∞、角度についてはそのセンサの見込む散乱角の範囲[θi-,θi+]にわたる積分で表される。
即ち、積分方程式、
【数1】
この式を以下「式1」ということにする。尚、上記式1にあるCは、粒子群の量に比例する変数である。
この積分方程式をW(D)について解くことが、粒径分布を決定することになるが、その解法には大別して二つある。まず、解法の一つは、W(D)として対数正規分布などの粒径分布関数を用い、そのパラメータ(通常、代表粒径と分布の広がりに関する2個のパラメータ)と粒子の量に関する定数Cを、E(Eiを要素とするベクトル)の実際の測定値と上記式1によって求められた予測値とがもっとも一致するように繰り返し計算により求める方法である(以下「解法I」という。)。
この解法Iは、確率分布が負の値になるということが絶対無く、非常に均一な単分散粒子に対して、高い粒径分解能が得られるという利点があり、以下に説明するもう一つの解法にはない特徴がある。
もう一つの解法は、式1を線形化し、最小二乗法的に解く方法である(以下「解法II」という。)。具体的には、粒径範囲を有限個の区分に分け、W(Dj)をj区分の確率密度(あるいはその粒径区分に入る粒子の総体積)とし、e(eiを要素とベクトル)を線形近似による誤差、散乱エネルギーの測定の誤差、散乱理論と実際の散乱現象との誤差の総和とすると、次式が得られる。
【数2】
この式を以下「式2」ということにする。或いは、
【数3】
この式を以下「式3」ということにする。ここで、kijは係数で、球形粒子の散乱理論路により与えられるi(D,θ)と積分公式を用いることによって予め計算される。
上記式3をそのまま解くと、上記式1の積分方程式の本質的な問題のためにほとんどの場合、W(Dj)のいくつかが負の値になってしまうので、W(D)の滑らかさを要求する適度な拘束のもとに式3を満たすW(Di)≧0を求める。尚、拘束の強さは、前述の測定誤差等を考慮して求められる。
このように、従来の粒径分布測定装置の解析部22には、予め上記した解法I又はIIが記憶され、粒径分布を算定している。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、粒子群の粒径分布を測定するための粒径分布測定装置に関する。詳細には、粒径区間のシフトや粒径区分の細分化手順を記憶させた解析部を採用することによって、食品、薬品、セラミックスなどの原料粉体や燃料、塗料等の液滴群などの粒子群の粒径分布を高精度に測定できるようにした粒径分布測定装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
レーザ光源から出射されて平行光束とされたレーザ光を測定空間中の粒子群に照射させることにより発生した散乱光を、光電変換素子からなるセンサが同心円状に複数配列された受光センサで受光し、この散乱光の散乱角に対応する光強度分布信号を前記受光センサに接続された信号処理部で処理した後、解析部で粒径分布を算定する構成の粒径分布測定装置において、
前記センサ数以下の連続する粒径区分で構成され、最小粒径を下限、最大粒径を上限とする当初粒径区間を設定し、
前記粒径区分の確率密度が負にならない範囲で、その確率密度に対する予測散乱エネルギーベクトルと実測散乱エネルギーベクトルとが最も一致するように各粒径区分の確率密度を求めたときに、最大粒径区分と最小粒径区分のいずれか一方の確率密度が所定値を越えた場合には、
前記予測散乱エネルギーベクトルと実測散乱エネルギーベクトルとが最も一致する粒径区間を、最大粒径区分の確率密度が所定値を越える場合にはより大粒径側へ、最小粒径区分の確率密度が所定値を越える場合にはより小粒径側へ、1粒径区分ずつシフトさせることにより得られた新粒径区間に基づいて、前記粒子群の粒径分布を得る算定手順を前記解析部に予め記憶させたことを特徴とする粒径分布測定装置。

【請求項2】
 
レーザ光源から出射されて平行光束とされたレーザ光を測定空間中の粒子群に照射させることにより発生した散乱光を、光電変換素子からなるセンサが同心円状に複数配列された受光センサで受光し、この散乱光の散乱角に対応する光強度分布信号を前記受光センサに接続された信号処理部で処理した後、解析部で粒径分布を算定する構成の粒径分布測定装置において、
前記センサ数以下の連続する粒径区分で構成され、最小粒径を下限、最大粒径を上限とする当初粒径区間に基づいて実測散乱エネルギーを解析した結果、確率密度が現出した正の連続する粒径区分の数が所定数より小さい場合には、該粒径区分を含む粒径区間を前記センサ数以下の新たな粒径区分に細分化することにより、各センサが捉えた散乱エネルギーを各粒径区分の確率密度で表現した計算式で、各粒径区分の確率密度が負にならない範囲で理論エネルギーベクトルと実測散乱エネルギーベクトルとが最も一致するように細分化を繰り返して各粒径区分の確率密度を求める算定手順を予め解析部に記憶させたことを特徴とする粒径分布測定装置。

【請求項3】
 
前記当初粒径区間に基づいて実測散乱エネルギーを解析した結果、確率密度が現出した正の連続する粒径区分の数が所定数より小さい場合には、該粒径区分を含む粒径区間を前記センサ数以下の新たな粒径区分に細分化することにより、各センサが捉えた散乱エネルギーを各粒径区分の確率密度で表現した計算式で、各粒径区分の確率密度が負にならない範囲で理論エネルギーベクトルと実測散乱エネルギーベクトルとが最も一致するように細分化を繰り返して各粒径区分の確率密度を求める算定手順を予め解析部に記憶させたことを特徴とする請求項1記載の粒径分布測定装置。

【請求項4】
 
隣り合う粒径区分の境界の粒径が等比級数を形成するように構成されたことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載された粒径分布測定装置。

【請求項5】
 
隣り合う粒径区分の境界の粒径が等比級数を形成するように構成された粒径区分の前記細分化において、細分化された新たな粒径区分の境界の粒径も等比級数を形成するようにしたことを特徴とする請求項4記載の粒径分布測定装置。
IPC(International Patent Classification)
Drawing

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JP1999324973thum.jpg
State of application right Registered
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