專(zhuān)利名稱(chēng)：濁度檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濁度檢測(cè)器。
背景技術(shù)：
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以往的濁度檢測(cè)器(濁度儀)向被檢測(cè)濁度液體中照射光，并根據(jù)透射光和散射光的強(qiáng)度來(lái)檢測(cè)濁度。為了從散射光的強(qiáng)度變化測(cè)量出濁度的微小變化，需要在散射角小的區(qū)域上測(cè)量散射光的強(qiáng)度變化。圖11是表示收容有被檢測(cè)濁度液體的容器的斷面的圖，用于說(shuō)明以往的濁度檢測(cè)器的原理的一例。圖11表示了從上方觀察濁度檢測(cè)器的容器911時(shí)的狀態(tài)。如圖11所示，在以往的濁度檢測(cè)器901中，容器911內(nèi)收容有被檢測(cè)濁度液體。被檢測(cè)濁度液體中包含渾濁物質(zhì)931。沿箭頭P所示方向照射光時(shí)，照射的光被渾濁物質(zhì)931以角度Θ的散射角散射，并朝箭頭R所示方向前進(jìn)。沿箭頭R的方向行進(jìn)的散射光由受光部921檢測(cè)。根據(jù)受光部921檢測(cè)的散射光的強(qiáng)度，來(lái)檢測(cè)容器911內(nèi)收容的液體的濁度。在散射角小時(shí)、即箭頭P所示入射光的光軸與箭頭R所示散射光的光軸所呈角度Θ較小時(shí)，用于接收散射光的受光部921不僅接收散射光，有時(shí)會(huì)接收到強(qiáng)入射光。當(dāng)受光部921還接收到強(qiáng)入射光時(shí)，就不能準(zhǔn)確檢測(cè)弱散射光的強(qiáng)度，從而不能準(zhǔn)確檢測(cè)濁度。特別是，難以測(cè)量濁度小的被檢測(cè)濁度液體的濁度和濁度的微小變化。另一方面，日本專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)2007-113987號(hào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)I)和日本專(zhuān)利公表公報(bào)特表2003-515124號(hào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)2)記載的濁度儀檢測(cè)朝向與入射光的光軸垂直的方向散射的散射光。圖12是表示收容有被檢測(cè)濁度液體的容器的斷面的圖，用于說(shuō)明以往的濁度檢測(cè)器的另一例的原理，該濁度檢測(cè)器檢測(cè)朝向與入射光的光軸垂直的方向散射的散射光。圖12表示了從上方觀察濁度檢測(cè)器的容器912時(shí)的狀態(tài)。如圖12所示，在以往的濁度檢測(cè)器902中，與濁度檢測(cè)器901 (圖11)同樣，在容器912內(nèi)收容被檢測(cè)濁度液體，被檢測(cè)濁度液體中包含渾濁物質(zhì)932。向容器912內(nèi)沿箭頭P的方向照射光。濁度檢測(cè)器902的受光部922設(shè)置成檢測(cè)朝向與入射光的光軸垂直的方向散射的光。光沿箭頭P所示方向照射時(shí)，照射的光被渾濁物質(zhì)932以角度Θ的散射角散射，向箭頭R1的方向行進(jìn)。可是，在角度Θ小的情況下，沿箭頭R1的方向行進(jìn)的散射光不會(huì)被受光部922檢測(cè)到。沿箭頭R1的方向行進(jìn)的散射光，在被檢測(cè)濁度液體中再次被渾濁物質(zhì)以角度Θ的散射角散射時(shí)，散射光沿箭頭R2的方向行進(jìn)。箭頭P所示入射光與箭頭R2所示散射光所呈角度為2Θ。然后，如果箭頭R2所示散射光進(jìn)而數(shù)次重復(fù)被渾濁物質(zhì)散射，則箭頭P所示入射光與散射光所呈角度逐漸變大。箭頭P所示入射光與散射光所呈角度接近90°時(shí)，散射光被受光部922檢測(cè)到。這樣，當(dāng)檢測(cè)朝向與入射光的光軸垂直的方向散射的散射光時(shí)，被檢測(cè)濁度液體中所含渾濁物質(zhì)多，入射光被數(shù)次散射。因此，即使是圖12所示以往的濁度檢測(cè)器902，也難以測(cè)量濁度小的被檢測(cè)濁度液體的濁度和濁度的微小變化。此外，即使是通過(guò)測(cè)量透射光的變化來(lái)檢測(cè)濁度的濁度檢測(cè)器，由于接收透射光的受光部還接收散射角小的散射光，所以難以測(cè)量濁度小的被檢測(cè)濁度液體的濁度和濁度的微小變化。而在散射角小的散射光的檢測(cè)中，為了降低入射光產(chǎn)生的噪聲以改善S/N比，日本專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)2008-249363號(hào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)3)公開(kāi)了利用全反射的濁度儀。圖13是表示收容被檢測(cè)濁度液體的容器的斷面的圖，以說(shuō)明利用全反射的以往的濁度檢測(cè)器的原理。圖13表示了從水平方向觀察濁度檢測(cè)器的容器913時(shí)的狀態(tài)。如圖13所示，在以往的濁度檢測(cè)器903中，與濁度檢測(cè)器901 (圖11)同樣，在容器913內(nèi)收容被檢測(cè)濁度液體，被檢測(cè)濁度液體中包含渾濁物質(zhì)933。在容器913內(nèi)，被檢測(cè)濁度液體與容器913的上壁內(nèi)表面之間儲(chǔ)存有空氣。沿箭頭P所示方向上，光從被檢測(cè)濁度液體的液面下方朝向斜上方照射到容器913內(nèi)的被檢測(cè)濁度液體。如果沿箭頭P所示 方向照射的入射光未被渾濁物質(zhì)933散射，則在被檢測(cè)濁度液體的液面發(fā)生全反射，并沿箭頭Q所示方向行進(jìn)。在被檢測(cè)濁度液體的液面全反射的光不會(huì)向液面上方行進(jìn)。另一方面，沿箭頭P所示方向照射的入射光被渾濁物質(zhì)933散射時(shí)，散射光從箭頭P的光軸以角度Θ的散射角散射。基于角度Θ的大小，散射光不會(huì)被液面全反射，而是向液面上方行進(jìn)。向液面上方行進(jìn)的散射光被受光部923檢測(cè)到。通過(guò)使入射光在被檢測(cè)濁度液體的液面全反射，入射光不會(huì)照射到受光部923，能夠使受光部923僅接收散射光。這樣，可以降低入射光產(chǎn)生的噪聲從而改善S/N比。專(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)2007-113987號(hào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本專(zhuān)利公表公報(bào)特表2003-515124號(hào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :日本專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)2008-249363號(hào)可是，按照日本專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)2008-249363號(hào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)3)記載的濁度儀和圖13所示的濁度檢測(cè)器903，當(dāng)被檢測(cè)濁度液體的液面擺動(dòng)時(shí)，入射光有時(shí)不會(huì)在被檢測(cè)濁度液體的液面上全反射。如果入射光不在被檢測(cè)濁度液體的液面全反射，則入射光會(huì)被受光部923接收。如果入射光被受光部923接收，則不能準(zhǔn)確檢測(cè)弱散射光。此外，當(dāng)被檢測(cè)濁度液體的液面擺動(dòng)時(shí)，即使入射光在被檢測(cè)濁度液體的液面全反射，從被檢測(cè)濁度液體向空氣中出射的散射光的行進(jìn)方向也會(huì)不均衡，從而不能準(zhǔn)確檢測(cè)濁度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供能檢測(cè)濁度小的被檢測(cè)濁度液體的濁度和濁度的微小變化的濁度檢測(cè)器。本發(fā)明的濁度檢測(cè)器包括容器、發(fā)光部和受光部。容器包含第一壁和第二壁并收容液體。發(fā)光部從容器的外部透過(guò)第一壁向第二壁照射光。受光部接收由發(fā)光部照射并透過(guò)第二壁的光。在本發(fā)明的濁度檢測(cè)器中，由發(fā)光部照射的光從容器的外部入射容器的第一壁的入射角A、第一壁的內(nèi)壁面與第二壁的內(nèi)壁面所呈角度D(0° ^D< 180° )、容器內(nèi)收容的液體對(duì)發(fā)光部照射的光的折射率η、構(gòu)成第一壁和第二壁的材質(zhì)對(duì)發(fā)光部照射的光的折射率m、第一壁的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度X (-90° <x<90° )、以及第二壁的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度y (-90° <y<90° )之間，滿足下述(公式I)的關(guān)系(公式I)msin (y + iiresin |— sin|θ — ircsin(— sin + arain J-—| |>jjj > I圖I是表示收容液體的容器的局部斷面的局部斷面圖，以說(shuō)明本發(fā)明的濁度檢測(cè)器的原理。圖I表示了從上方觀察容器時(shí)的狀態(tài)。如圖I所示，濁度檢測(cè)器101具有包含第一壁11和第二壁12的容器、發(fā)光部21以及受光部22。圖I所示的第一壁11和第二壁12為容器的壁的一部分，容器由第一壁11和第二壁12以及其他的壁構(gòu)成。容器的其他的壁省略了圖示。液體被收容在由第一壁11和第二壁12包圍的區(qū)域W中。第一壁11的內(nèi)壁面與第二壁12的內(nèi)壁面所呈角度為角度D (0° SD <180° )。第一壁11的內(nèi)壁面與第二壁12的內(nèi)壁面平行配置時(shí)，D = 0°。另夕卜，圖I中將容器的內(nèi)部設(shè)為區(qū)域W，容器的外部設(shè)為區(qū)域Z。區(qū)域W中充滿液體，區(qū)域Z中充滿空氣。第一壁11的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度為角度X (-90° <x<90° )。第二壁12的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度為角度y (-90° <y<90° )。角度X和角度y通過(guò)如下方式確定。如圖I所不，將沿第一壁11的外壁面方向延伸的直線，與沿第一壁11的內(nèi)壁面方向延伸的直線相交的點(diǎn)設(shè)為交點(diǎn)K。第一壁11的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度X以交點(diǎn)K為中心，從第一壁11的內(nèi)壁面朝向外壁面，將以交點(diǎn)K為中心逆時(shí)針?lè)较蚨檎?順時(shí)針?lè)较蚨樨?fù)。第一壁11的內(nèi)壁面與外壁面平行配置時(shí)，X = 0°。第二壁12的角度y也同樣確定。在圖I中，作為一例表示了角度X為負(fù)的角度、角度y為正的角度時(shí)的狀態(tài)。如圖I的(A)所示，發(fā)光部21從容器的外部沿箭頭P所示方向照射光時(shí)，照射的光以入射角A入射第一壁11內(nèi)。透過(guò)第一壁11的光通過(guò)區(qū)域W后入射第二壁12。容器收容的液體中不含渾濁物質(zhì)時(shí)，入射角A、第一壁11的內(nèi)壁面與第二壁12的內(nèi)壁面所呈角度D、容器內(nèi)收容的液體對(duì)發(fā)光部21照射的光的折射率η、構(gòu)成第一壁11和第二壁12的材質(zhì)對(duì)發(fā)光部21照射的光的折射率m、第一壁11的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度X、以及第二壁12的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度y之間，滿足(公式I)的關(guān)系時(shí)，入射第二壁12的光基本被第二壁12全反射。全反射的光沿箭頭Q所示方向行進(jìn)，不會(huì)透過(guò)第二壁12后向第二壁12的外部出射。所以，由發(fā)光部21照射的光不會(huì)被受光部22接收。另外，第一壁11的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度X以及第二壁12的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度y都為0°的情況下、即第一壁Ii的外壁面與內(nèi)壁面平行且第二壁12的外壁面與內(nèi)壁面平行時(shí)，入射角A、第一壁11的內(nèi)壁面與第二壁12的內(nèi)壁面所呈角度D、容器內(nèi)收容的液體對(duì)發(fā)光部21照射的光的折射率η之間,滿足(公式I) = nsin [D-arcsin {(sinA)/η}] > I的關(guān)系。另一方面，如圖I的(B)所示，容器收容的液體中含有渾濁物質(zhì)30時(shí)，發(fā)光部21照射的光被渾濁物質(zhì)30散射。散射的光從入射渾濁物質(zhì)30的光的光軸以角度Θ的散射角，沿箭頭R所示方向散射。基于角度Θ的大小，被渾濁物質(zhì)30散射的散射光不在第二壁12上全反射而是透過(guò)第二壁12。透過(guò)第二壁12的散射光被受光部22接收。由發(fā)光部21照射的光之中、未被渾濁物質(zhì)30散射的光，由于在第二壁12上基本全反射并沿箭頭Q所示方向行進(jìn)，所以沒(méi)有被受光部22接收。這樣，即使散射角的角度Θ小，散射光的強(qiáng)度弱，受光部22也可以高靈敏度檢測(cè)散射光。由此，可以提供能檢測(cè)濁度小的被檢測(cè)濁度液體的濁度和濁度的微小變化的濁度檢測(cè)器。本發(fā)明的濁度檢測(cè)器優(yōu)選的是，第一壁和第二壁由對(duì)發(fā)光部照射的光的折射率m在V 2以上的材質(zhì)構(gòu)成，第一壁的內(nèi)壁面與第二壁的內(nèi)壁面所呈角度D為90°，第一壁的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度X為0°、第二壁的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度y為0°，折射率m的大小在容器內(nèi)收容的液體對(duì)發(fā)光部照射的光的折射率η以上。另外，V 2表示2的平方根。
圖2是表示收容液體的容器的局部斷面的局部斷面圖，以說(shuō)明本發(fā)明的濁度檢測(cè)器的原理。圖2表示了從上方觀察容器時(shí)的狀態(tài)。如圖2所示，濁度檢測(cè)器102具有包含第一壁11和第二壁12的容器、發(fā)光部21以及受光部22。圖2所示的第一壁11和第二壁12為容器的壁的一部分，容器由第一壁11、第二壁12以及其他的壁構(gòu)成。容器的其他的壁省略了圖示。液體被收容在由第一壁11和第二壁12包圍的區(qū)域W中。濁度檢測(cè)器102的第一壁11與第二壁12所呈角度D為90°。第一壁11的外壁面與內(nèi)壁面平行。即，角度X為0°。此外，第二壁12的外壁面與內(nèi)壁面平行。即，角度y為0°。第一壁11和第二壁12對(duì)發(fā)光部21照射的光的折射率m例如為
V2。另外，液體收容在第一壁11和第二壁12之間的區(qū)域W中。圖2中將容器的內(nèi)部設(shè)為區(qū)域W，容器的外部設(shè)為區(qū)域Z。區(qū)域W中充滿液體，區(qū)域Z中充滿空氣。容器內(nèi)收容的液體對(duì)發(fā)光部21照射的光的折射率η為V 2?？諝鈱?duì)發(fā)光部21照射的光的折射率大體為I。發(fā)光部21從容器的外部沿箭頭P所示方向照射光時(shí)，照射的光以入射角A入射第一壁11內(nèi)。透過(guò)第一壁11的光通過(guò)區(qū)域W后入射第二壁12。入射角A的大小為從0°至90°。此外，由于第一壁11對(duì)發(fā)光部21照射的光的折射率m、以及容器內(nèi)收容的液體對(duì)發(fā)光部21照射的光的折射率η都是V 2，所以如圖2所不，由發(fā)光部21照射的光從第一壁11入射液體時(shí)的折射角B小于45°。由于第一壁11的內(nèi)壁面與第二壁12的內(nèi)壁面所呈角度D為90°，所以由發(fā)光部21照射的光從第二壁12入射到空氣中時(shí)的入射角C大于45°。此時(shí)，由發(fā)光部21照射的光從第二壁12入射到空氣中時(shí)的折射角E大于90°。即，由發(fā)光部21照射的光從第二壁12入射到空氣中時(shí)發(fā)生全反射。這樣，通過(guò)使?jié)岫葯z測(cè)器的第一壁和第二壁由對(duì)發(fā)光部照射的光的折射率m為
V2以上的材質(zhì)構(gòu)成，第一壁的內(nèi)壁面和第二壁的內(nèi)壁面所呈角度D為90°，且使容器內(nèi)收容的液體對(duì)發(fā)光部照射的光的折射率η為V 2以上，可以使發(fā)光部照射的未被渾濁物質(zhì)散射的光在第二壁上基本全反射。本發(fā)明的濁度檢測(cè)器優(yōu)選的是，容器包括第三壁。優(yōu)選第三壁配置為透過(guò)第一壁的光被第三壁的內(nèi)壁面反射后，照射到第二壁上。由此，提高了由發(fā)光部照射的光照射到渾濁物質(zhì)上的幾率，可以提高散射光的強(qiáng)度。本發(fā)明的濁度檢測(cè)器優(yōu)選的是，容器上設(shè)有流入口和流出口，流入口使液體流入容器內(nèi)，流出口使液體從容器內(nèi)流出。
由此，可以邊向容器內(nèi)注入液體邊檢測(cè)液體的濁度。本發(fā)明的濁度檢測(cè)器優(yōu)選的是，由發(fā)光部照射的光為藍(lán)色的光。由此，能夠提高散射光的強(qiáng)度。本發(fā)明的濁度檢測(cè)器優(yōu)選的是，由發(fā)光部照射的光為激光。由此，能夠提高散射光的強(qiáng)度。此外，能夠更準(zhǔn)確地檢測(cè)濁度。本發(fā)明的濁度檢測(cè)器優(yōu)選包括全反射光受光部，所述全反射光受光部接收由發(fā)光部照射并被第二壁全反射的光。這樣，通過(guò)不僅接收散射光，還接收被第二壁全反射的光，即使在容器的第一壁或第二壁臟污、或者液體帶有顏色時(shí)，也可以根據(jù)全反射光的強(qiáng)度修正散射光的強(qiáng)度。本發(fā)明的池度檢測(cè)器優(yōu)選的是，發(fā)光部照射第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光。 當(dāng)?shù)谝槐诤偷诙谂K污，或液體帶有顏色時(shí)，需要將實(shí)際測(cè)量的散射光的強(qiáng)度修正為透射率為100%時(shí)的散射光的強(qiáng)度。作為修正的方法，例如使用第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光之中、波長(zhǎng)相對(duì)短的光來(lái)測(cè)量散射光的強(qiáng)度，并使用波長(zhǎng)相對(duì)長(zhǎng)的光來(lái)測(cè)量透射光的強(qiáng)度。首先，在將液體收容在容器內(nèi)之前，預(yù)先測(cè)量離開(kāi)發(fā)光部距離L的位置上的透射光的強(qiáng)度，將測(cè)量的強(qiáng)度作為初期透射光強(qiáng)度。接著，在容器內(nèi)收容了被檢測(cè)濁度液體后，測(cè)量離開(kāi)發(fā)光部距離L的位置上的散射光的強(qiáng)度以及離開(kāi)發(fā)光部距離L的位置上的透射光的強(qiáng)度，通過(guò){散射光強(qiáng)度/ (透射光強(qiáng)度/初期透射光強(qiáng)度)}=修正后散射光強(qiáng)度，能夠求出修正后的散射光強(qiáng)度。由此，即使在容器的第一壁或第二壁臟污、或者液體帶有顏色時(shí)，也能夠根據(jù)透射光的強(qiáng)度修正散射光的強(qiáng)度。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以提供能檢測(cè)濁度的微小變化的濁度檢測(cè)器。


圖I是表示收容液體的容器的局部斷面的局部斷面圖，以說(shuō)明本發(fā)明的濁度檢測(cè)器的原理。圖2是表示收容液體的容器的局部斷面的局部斷面圖，以說(shuō)明本發(fā)明的濁度檢測(cè)器的原理。圖3是示意性表示收容液體的容器的斷面的圖，以說(shuō)明本發(fā)明第一實(shí)施方式的濁度傳感器的原理。圖4是示意性表示收容液體的容器整體的立體圖，以說(shuō)明本發(fā)明第一實(shí)施方式的池度傳感器的原理。圖5是示意性表示收容液體的容器的斷面的圖，以說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施方式的濁度傳感器的原理。圖6是示意性表示收容液體的容器的斷面的圖，以說(shuō)明本發(fā)明第三實(shí)施方式的濁度傳感器的原理。圖7是示意性表示收容液體的容器的斷面的圖，以說(shuō)明本發(fā)明第四實(shí)施方式的濁度傳感器的原理。圖8是示意性表示收容液體的容器的斷面的圖，以說(shuō)明本發(fā)明第五實(shí)施方式的濁度傳感器的原理。
圖9是示意性表示本發(fā)明第六實(shí)施方式的濁度傳感器整體的立體圖。圖10是示意性表示本發(fā)明第七實(shí)施方式的濁度傳感器整體的立體圖。圖11是表示收容被檢測(cè)濁度液體的容器的斷面的圖，以說(shuō)明以往的濁度檢測(cè)器的原理的一例。圖12是表示收容被檢測(cè)濁度液體的容器的斷面的圖，以說(shuō)明以往濁度檢測(cè)器的另一例的原理，該濁度檢測(cè)器檢測(cè)在與入射光的光軸垂直方向上散射的散射光。圖13是表示收容被檢測(cè)濁度液體的容器的斷面的圖，以說(shuō)明利用全反射的以往濁度檢測(cè)器的原理。附圖標(biāo)記說(shuō)明1、2、3、4、5、6、7 濁度傳感器 110、210、310、410、510、610、710 容器111、211、311、411、511、611、711 第一壁112、212、312、412、512、612、712 第二壁413、513 第三壁121、221、321、421、521、621、721 發(fā)光部122、222、322、422、522、622、722 散射光受光部123、223、323、423、523、623、723 透射光受光部651、751 流入口652、752 流出口
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)

本發(fā)明的實(shí)施方式。(第一實(shí)施方式)圖3表示了從上方觀察濁度傳感器I的容器110時(shí)的狀態(tài)，該濁度傳感器I作為本發(fā)明第一實(shí)施方式的濁度檢測(cè)器。圖4表示了從斜上方觀察濁度傳感器I的容器110時(shí)的狀態(tài)。如圖3和圖4所示，濁度傳感器I包括容器110、發(fā)光部121、作為受光部的散射光受光部122以及作為全反射光受光部的透射光受光部123。容器110具有第一壁111和第二壁112。在本實(shí)施方式中，容器110形成為長(zhǎng)方體形狀。容器110的內(nèi)部收容有液體140。液體140中含有渾濁物質(zhì)130。在本實(shí)施方式中，第一壁111和第二壁112例如都形成平板狀。第一壁111的外壁面與內(nèi)壁面基本平行，第二壁112的外壁面與內(nèi)壁面基本平行。第一壁111的內(nèi)壁面和第二壁112的內(nèi)壁面之間呈角度D (0° SD <180° )。包含第一壁111和第二壁112的容器110的壁由透明材質(zhì)、即能透過(guò)可見(jiàn)光的材質(zhì)形成。形成第一壁111和第二壁112的材質(zhì)例如可以使用丙烯樹(shù)脂、聚碳酸酯、氯乙烯、玻璃、石英、聚乙烯樹(shù)脂、烯烴類(lèi)樹(shù)脂等。發(fā)光部121朝向第一壁111沿箭頭P所示方向照射光。發(fā)光部121照射的光為可視光區(qū)域的光。作為發(fā)光部121照射的光，優(yōu)選波長(zhǎng)短的光，例如藍(lán)色的光。此外，優(yōu)選發(fā)光部121照射的光為激光。發(fā)光部121配置在第一壁111的外側(cè)，使發(fā)光部121照射的光以入射角A入射第一壁111。散射光受光部122配置在第二壁112的外側(cè)。透射光受光部123配置在與第一壁Ill相對(duì)的壁的外側(cè)。散射光受光部122和透射光受光部123接收光并向運(yùn)算部(未圖示)發(fā)送信號(hào)。從散射光受光部122和透射光受光部123接收到信號(hào)的運(yùn)算部，根據(jù)散射光受光部122和透射光受光部123接收的光的強(qiáng)度，檢測(cè)容器110內(nèi)收容的液體140的濁度。設(shè)第一壁111和第二壁112對(duì)發(fā)光部121照射的光的折射率為m。此外，設(shè)液體140對(duì)發(fā)光部121照射的光的折射率為η。由發(fā)光部121照射的光從容器110的外部入射第一壁111的入射角Α、第一壁111的內(nèi)壁面與第二壁112的內(nèi)壁面所呈角度D、以及容器110內(nèi)收容的液體140對(duì)發(fā)光部121照射的光的折射率η之間，下述(公式I)的關(guān)系成立。(公式I)msin jy + arcsin j—sin J[) — arcsini—sjii|x + arcsin> I按照如上構(gòu)成的濁度傳感器1，由發(fā)光部121照射的光以入射角A入射第一壁 111。入射第一壁111的光在第一壁111內(nèi)折射，并且從第一壁111入射液體140內(nèi)時(shí)也發(fā)生折射。這樣入射液體140內(nèi)的光在液體140中未照射到渾濁物質(zhì)130時(shí)，原狀直線前進(jìn)并照射到第二壁112上。當(dāng)由發(fā)光部121照射的光從容器110的外部入射第一壁111的入射角A、第一壁111的內(nèi)壁面與第二壁112的內(nèi)壁面所呈角度D、以及容器110內(nèi)收容的液體140對(duì)發(fā)光部121照射的光的折射率η之間滿足(公式I)的關(guān)系時(shí)，由發(fā)光部121照射后未被渾濁物質(zhì)130散射的光，在第二壁112的內(nèi)壁面或外壁面基本全反射。全反射的光沿箭頭Q所示方向行進(jìn)。被第二壁112全反射后沿箭頭Q的方向行進(jìn)的光，透過(guò)與第一壁111相對(duì)的壁，并被透射光受光部123接收。這樣，透射光受光部123接收在液體140內(nèi)未被渾濁物質(zhì)130散射的光。另一方面，在液體140中，由發(fā)光部121照射的光有時(shí)會(huì)照射到渾濁物質(zhì)130上。由發(fā)光部121照射到渾濁物質(zhì)130上的光，被渾濁物質(zhì)130以散射角Θ散射。以散射角Θ散射的散射光沿箭頭R所示方向行進(jìn)?；谏⑸浣铅ǖ拇笮?，沿箭頭R所示方向行進(jìn)的散射光未被第二壁112全反射而是透過(guò)第二壁112。透過(guò)第二壁112的散射光被散射光受光部122接收。這樣，散射光受光部122接收在液體140內(nèi)被渾濁物質(zhì)130散射的光。如上所述，未被渾濁物質(zhì)130散射的光由于被第二壁112全反射，所以不會(huì)被散射光受光部122接收。這樣，散射光受光部122能夠僅僅接收被渾濁物質(zhì)130散射的光。此外，優(yōu)選發(fā)光部121照射多個(gè)波長(zhǎng)的光。例如，照射藍(lán)色的光作為第一波長(zhǎng)的光，照射紅色的光作為第二波長(zhǎng)的光。如上所述，即使在容器Iio的第一壁111或第二壁112臟污，或者液體140帶有顏色的情況下，也能夠根據(jù)透射光受光部123接收的透射光的強(qiáng)度，修正散射光受光部122接收的散射光的強(qiáng)度。作為照射多個(gè)波長(zhǎng)的光，并根據(jù)透射光的強(qiáng)度修正散射光的強(qiáng)度的方法，例如有下述方法。首先，準(zhǔn)備波長(zhǎng)470nm的散射用光源和波長(zhǎng)660nm的透射光用光源，并將散射用光源和散射光受光部122的距離設(shè)為與透射光用光源和透射光受光部123的距離相同。接著，測(cè)量初期的透射光的強(qiáng)度、當(dāng)前的透射光的強(qiáng)度、散射光的強(qiáng)度。使用上述測(cè)量結(jié)果，通過(guò){散射光強(qiáng)度/ (透射光強(qiáng)度/初期透射光強(qiáng)度)}=修正后散射光強(qiáng)度，求出修正后的散射光強(qiáng)度。此處，(透射光強(qiáng)度/初期透射光強(qiáng)度)是第一壁111和第二壁112臟污或液體帶有顏色時(shí)透過(guò)強(qiáng)度降低后的透射率。通過(guò)用散射光強(qiáng)度除以該值，能夠修正為透射率100%時(shí)的值。這樣，在第一壁111和第二壁112臟污或液體帶有顏色時(shí)能夠修正散射光的強(qiáng)度。在上述實(shí)施方式中，例如由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成容器110的第一壁111和第二壁112。使用水作為容器110的內(nèi)部收容的液體140。發(fā)光部121發(fā)出的光例如為鈉光譜的D線(波長(zhǎng)589. 3nm)。此時(shí)，液體140對(duì)發(fā)光部121發(fā)出的光的折射率η為I. 33，第一壁111和第二壁112對(duì)發(fā)光部121發(fā)出的光的折射率m為1.49。折射率m (= I. 49)的大小在折射率η (= I. 33)以上。發(fā)光部121配置為由發(fā)光部121照射的光例如以60°作為入射角A入射第一壁111。此外，容器110形成為第一壁111的內(nèi)壁面和第二壁112的內(nèi)壁面所呈角度D為90°。容器110配置在空氣中，設(shè)空氣對(duì)發(fā)光部121發(fā)出的光的折射率為I。此外，設(shè)第一壁111的外壁面和內(nèi)壁面所呈角度X為0°，第二壁112的外壁面和內(nèi)壁面所呈角度y為0°。 按照如上構(gòu)成的濁度傳感器I，由于(公式I)中X = 0°、y = 0°，所以(公式I)=nsin [D-arcsin {(sinA) /η}] = L 33 s in [90° -arcs in {(sin60° )/1. 33}] = I. 01
>I的關(guān)系成立。如上所述構(gòu)成濁度傳感器I時(shí)，由發(fā)光部121向第一壁111以入射角60°照射的光，以折射角35. 5°入射第一壁111。入射第一壁111的光透過(guò)第一壁111，并在液體140中直線前進(jìn)。在液體140中未被渾濁物質(zhì)130散射的光入射第二壁112。入射第二壁112的光從第二壁112向空氣中以入射角42. 6°入射。此處，由于第二壁112對(duì)發(fā)光部121照射的光的折射率m為I. 49，所以全反射角為42. 16°。因此，在第二壁112內(nèi)行進(jìn)的光不會(huì)從第二壁112射出到空氣中，而是基本在第二壁112的外壁面進(jìn)行全反射。如上所述，第一實(shí)施方式的池度傳感器I具有容器110、發(fā)光部121和散射光受光部122。容器110包括第一壁111和第二壁112，并收容液體140。發(fā)光部121從容器110的外部透過(guò)第一壁111向第二壁112照射光。散射光受光部122接收由發(fā)光部121照射后透過(guò)第二壁112的光。在本發(fā)明的濁度傳感器I中，由發(fā)光部121照射的光從容器110的外部入射容器110的第一壁111的入射角A、第一壁111的內(nèi)壁面與第二壁112的內(nèi)壁面所呈角度D(0° < D < 180° )、容器110內(nèi)收容的液體140對(duì)發(fā)光部121照射的光的折射率η、構(gòu)成第一壁111和第二壁112的材質(zhì)對(duì)發(fā)光部照射的光的折射率m、第一壁111的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度X (-90° <x<90° )、以及第二壁112的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度y (-90°<y<90° )之間，下述(公式I)的關(guān)系成立。(公式I)msin (y + aresin j—sin | ) — aiTsin I— sin + arcsin |——||>j| J > I發(fā)光部121從容器110的外部沿箭頭P所示方向照射光時(shí)，照射的光以入射角A入射第一壁111內(nèi)。透過(guò)第一壁111的光通過(guò)液體140后入射第二壁112。在容器110收容的液體140不含渾濁物質(zhì)130的情況下，入射角A、第一壁111的內(nèi)壁面與第二壁112的內(nèi)壁面所呈角度D、容器110內(nèi)收容的液體140對(duì)發(fā)光部121照射的光的折射率η、構(gòu)成第一壁111和第二壁112的材質(zhì)對(duì)發(fā)光部121照射的光的折射率m、第一壁111的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度X、以及第二壁112的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度I之間，(公式I)的關(guān)系成立時(shí)，入射第二壁112的光基本被第二壁112全反射。全反射的光沿箭頭Q所示方向行進(jìn)，不會(huì)透過(guò)第二壁112后向第二壁112的外部射出。所以，由發(fā)光部121照射的光不會(huì)被散射光受光部122接收。另一方面，當(dāng)容器110收容的液體140含有渾濁物質(zhì)130時(shí)，發(fā)光部121照射的光被渾濁物質(zhì)130散射。散射的光從入射渾濁物質(zhì)130的光的光軸以角度Θ的散射角，沿箭頭R所示方向散射?；诮嵌圈ǖ拇笮?，被渾濁物質(zhì)130散射的散射光未被第二壁112全反射而是透過(guò)第二壁112。透過(guò)第二壁112的散射光被散射光受光部122接收。發(fā)光部121照射的光之中、未被渾濁物質(zhì)130散射的光，基本被第二壁112全反射后沿箭頭Q所示方向行進(jìn)，所 以不會(huì)被散射光受光部122接收。這樣，即使散射角的角度Θ小，散射光的強(qiáng)度弱，散射光受光部122也能夠以高靈敏度檢測(cè)散射光。如上所述，提供的濁度傳感器I能檢測(cè)濁度小的液體140的濁度和濁度的微小變化。此外,在第一實(shí)施方式的池度傳感器I中，第一壁111和第二壁112由對(duì)發(fā)光部121照射的光的折射率m在V 2以上的材質(zhì)構(gòu)成，第一壁111的內(nèi)壁面與第二壁112的內(nèi)壁面所呈角度D為90°，第一壁111的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度X為0°，第二壁112的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度y為0°，折射率m的大小在容器110內(nèi)收容的液體140對(duì)發(fā)光部121照射的光的折射率η以上。由此，能夠?qū)l(fā)光部121照射的、未被渾濁物質(zhì)130散射的光在第二壁112上基本全反射。此外，在第一實(shí)施方式的濁度傳感器I中，優(yōu)選由發(fā)光部121照射的光為藍(lán)色的光。由此，能夠提高散射光的強(qiáng)度。此外，在第一實(shí)施方式的濁度傳感器I中，優(yōu)選由發(fā)光部121照射的光為激光。由此，能夠提高散射光的強(qiáng)度。此外，可以更準(zhǔn)確檢測(cè)濁度。此外，第一實(shí)施方式的濁度傳感器I包括透射光受光部123，所述透射光受光部123接收由發(fā)光部121照射后被第二壁112全反射的光。這樣，通過(guò)不僅接收散射光，還接收被第二壁112全反射的光，即使在容器110的第一壁111或第二壁112臟污或液體140帶有顏色的情況下，也能夠根據(jù)全反射光的強(qiáng)度來(lái)修正散射光的強(qiáng)度。此外，在第一實(shí)施方式的濁度傳感器I中，優(yōu)選發(fā)光部121照射第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光。在第一壁111和第二壁112臟污或液體140帶有顏色時(shí)，需要將實(shí)際測(cè)量的散射光的強(qiáng)度修正為透射率100%時(shí)的散射光的強(qiáng)度。作為修正的方法，例如將第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光之中、波長(zhǎng)相對(duì)短的光用于測(cè)量散射光的強(qiáng)度，并將波長(zhǎng)相對(duì)長(zhǎng)的光用于測(cè)量透射光的強(qiáng)度。首先，在將液體140收容在容器110內(nèi)之前，預(yù)先測(cè)量離開(kāi)發(fā)光部121距離L的位置上的透射光的強(qiáng)度，將測(cè)量的強(qiáng)度作為初期透射光強(qiáng)度。接著，在容器110內(nèi)收容了液體140后，測(cè)量離開(kāi)發(fā)光部121距離L的位置上的散射光的強(qiáng)度以及離開(kāi)發(fā)光部121距離L的位置上的透射光的強(qiáng)度，通過(guò){散射光強(qiáng)度/ (透射光強(qiáng)度/初期透射光強(qiáng)度)}=修正后散射光強(qiáng)度，能夠求出修正后的散射光強(qiáng)度。由此，即使容器110的第一壁111或第二壁112臟污、或者液體140帶有顏色的情況下，也能夠根據(jù)透射光的強(qiáng)度修正散射光的強(qiáng)度。(第二實(shí)施方式)圖5表示了從上方觀察濁度傳感器2的容器210時(shí)的狀態(tài)，該濁度傳感器2作為本發(fā)明第二實(shí)施方式的濁度檢測(cè)器。如圖5所示，濁度傳感器2包括容器210、發(fā)光部221、作為受光部的散射光受光部222、以及作為全反射光受光部的透射光受光部223。容器210具有第一壁211和第二壁212。容器210的內(nèi)部收容液體240。液體240中包含渾濁物質(zhì)230。 按照第二實(shí)施方式的濁度傳感器2，容器210的壁面的厚度并不固定。相對(duì)來(lái)講，第一壁211厚度小,第二壁212厚度大。在本實(shí)施方式中，容器210構(gòu)成為第一壁211的內(nèi)壁面與第二壁212的內(nèi)壁面所呈角度D為180°。此外，第一壁211的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度X為0°，第二壁212的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度y為90°。發(fā)光部221朝向第一壁211沿箭頭P所示方向照射光。散射光受光部222配置在第二壁212的一個(gè)面的外側(cè)，透射光受光部223配置在第二壁212中與第一壁211相對(duì)的面的外側(cè)。在上述實(shí)施方式中，容器210的第一壁211和第二壁212例如由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成。使用水作為容器210的內(nèi)部收容的液體240。發(fā)光部221發(fā)出的光例如為鈉光譜的D線(波長(zhǎng)589. 3nm)。此時(shí)，液體240對(duì)發(fā)光部221發(fā)出的光的折射率η為1.33，第一壁211和第二壁212對(duì)發(fā)光部221發(fā)出的光的折射率m為1.49。折射率m (=1.49)的大小在折射率n(= I. 33)以上。發(fā)光部221配置為由發(fā)光部221照射的光例如以60°作為入射角A入射第一壁211。此外，容器210形成為第一壁211的內(nèi)壁面與第二壁212的內(nèi)壁面所呈角度D為0°。容器210配置在空氣中，設(shè)空氣對(duì)發(fā)光部221發(fā)出的光的折射率為I。按照如上構(gòu)成的濁度傳感器2，在(公式I)中，由于m = I. 49、n = I. 33、D = 0°、A = 60°、x = 0°、y = 90° ,所以下述(公式2)的關(guān)系成立。(公式2)
權(quán)利要求
1.一種濁度檢測(cè)器(1、2、3、4、5、6、7)，其特征在于包括 容器(110、210、310、410、510、610、710)，包含第一壁(111、211、311、411、511、611、711)和第二壁(112、212、312、412、512、612、712)并收容液體； 發(fā)光部(121、221、321、421、521、621、721)，從所述容器(110、210、310、410、510、610、710)的外部透過(guò)所述第一壁(111、211、311、411、511、611、711)向所述第二壁(112、212、312、412、512、612、712)照射光；以及 受光部(122、222、322、422、522、622、722)，接收由所述發(fā)光部(121、221、321、421、521、621、721)照射并透過(guò)所述第二壁(112、212、312、412、512、612、712)的光， 由所述發(fā)光部(121、221、321、421、521、621、721)照射的光從所述容器(110、210、310、410、510、610、710)的外部入射所述容器(110、210、310、410、510、610、710)的所述第一壁(111、211、311、411、511、611、711)的入射角 A、所述第一壁(111、211、311、411、511、611、711)的內(nèi)壁面與所述第二壁(112、212、312、412、512、612、712)的內(nèi)壁面所呈角度D、所述容器(110、210、310、410、510、610、710)內(nèi)收容的液體對(duì)所述發(fā)光部(121、221、321、421、521、621、721)照射的光的折射率η、構(gòu)成所述第一壁(111、211、311、411、511、611、711)和所述第二壁(112、212、312、412、512、612、712)的材質(zhì)對(duì)所述發(fā)光部(121、221、321、421、521、621、721)照射的光的折射率m、所述第一壁(111、211、311、411、511、611、711)的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度X、以及所述第二壁(112、212、312、412、512、612、712)的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度y之間，滿足下述(公式I)的關(guān)系
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濁度檢測(cè)器(1、4、5、6、7)，其特征在于， 所述第一壁(111、411、511、611、711)和所述第二壁(112、412、512、612、712)，由對(duì)所述發(fā)光部(121、421、521、621、721)照射的光的折射率m在V 2以上的材質(zhì)構(gòu)成， 第一壁(111、411、511、611、711)的內(nèi)壁面與第二壁(112、412、512、612、712)的內(nèi)壁面所呈角度D為90°， 所述第一壁(111、411、511、611、711)的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度1為0°、所述第二壁(112、412、512、612、712)的外壁面與內(nèi)壁面所呈角度y為0°， 所述折射率m的大小，在所述容器(110、410、510、610、710)內(nèi)收容的液體對(duì)所述發(fā)光部(121、421、521、621、721)照射的光的折射率η以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濁度檢測(cè)器(4、5)，其特征在于， 所述容器(410、510)包括第三壁(413、513)， 所述第三壁(413、513)配置為透過(guò)所述第一壁(411、511)的光被所述第三壁(413、513)的內(nèi)壁面反射后，照射到所述第二壁(412、512)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濁度檢測(cè)器(6、7)，其特征在于，所述容器(610、710)形成有流入口(651、751)和流出口(652、752)，所述流入口(651、751)使液體流入所述容器(610、710)內(nèi)，所述流出口(652、752)使液體從所述容器(610、710)內(nèi)流出。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濁度檢測(cè)器(1、2、3、4、5、6、7)，其特征在于，由所述發(fā)光部(121、221、321、421、521、621、721)照射的光為藍(lán)色的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濁度檢測(cè)器(1、2、3、4、5、6、7)，其特征在于，由所述發(fā)光部(121、221、321、421、521、621、721)照射的光為激光。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濁度檢測(cè)器(1、2、3、4、5、6、7)，其特征在于，還包括全反射光受光部(123、223、323、423、523、623、723)，用于接收由所述發(fā)光部(121、221、321、421、521、621、721)照射并被所述第二壁(112、212、312、412、512、612、712)全反射的光。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濁度檢測(cè)器(1、2、3、4、5、6、7)，其特征在于，所述發(fā)光部(121、221、321、421、521、621、721)照射第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光。
全文摘要
本發(fā)明提供能檢測(cè)低濁度和濁度微小變化的濁度檢測(cè)器。濁度傳感器(1)包括容器(110)；發(fā)光部(121)，從容器(110)的外部透過(guò)第一壁(111)向第二壁(112)照射光；散射光受光部(122)，接收由發(fā)光部(121)照射并透過(guò)第二壁(112)的光。發(fā)光部(121)照射的光入射第一壁(111)的入射角A、第一壁(111)的內(nèi)壁面與第二壁(112)的內(nèi)壁面所呈角度D、液體(140)對(duì)發(fā)光部(121)照射的光的折射率n、構(gòu)成第一壁(111)和第二壁(112)的材質(zhì)的折射率m、第一壁(111)的內(nèi)外壁面所呈角度x、第二壁(112)的內(nèi)外壁面所呈角度y之間，滿足(公式1)的關(guān)系。
文檔編號(hào)G01N15/06GK102869981SQ20118002186
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月6日
發(fā)明者小柳智裕 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社