JP2013096722A - Suspended particle substance measuring device and method - Google Patents

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Abstract

【課題】浮遊粒子状物質測定装置及び浮遊粒子状物質測定方法において、浮遊粒子状物質の粒径分布を簡便に測定できるようにすること。
【解決手段】大気中で放電を生じさせる放電針3と、大気に含まれる浮遊粒子状物質Pが流通する第1のメッシュ電極4と、第1のメッシュ電極4と比較して放電針3から離れて設けられ、浮遊粒子状物質Pが流通する第2のメッシュ電極5と、第2のメッシュ電極5と比較して放電針3から離れて設けられ、浮遊粒子状物質Pが付着するQCMセンサ6と、放電針3と第1のメッシュ電極4との間、第1のメッシュ電極4と第2のメッシュ電極5との間、及び第2のメッシュ電極5とQCMセンサ6との間の各々に電位差を与える電圧発生部11と、QCMセンサ6の共振周波数の変化に基づいて浮遊粒子状物質Pの粒径分布を測定する測定部12aとを有する浮遊粒子状物質測定装置による。
【選択図】図1
In a suspended particulate matter measuring apparatus and suspended particulate matter measuring method, the particle size distribution of the suspended particulate matter can be easily measured.
A discharge needle 3 that generates a discharge in the atmosphere, a first mesh electrode 4 through which suspended particulate matter P contained in the atmosphere circulates, and a discharge needle 3 as compared with the first mesh electrode 4. A second mesh electrode 5 that is provided remotely and through which suspended particulate matter P circulates, and a QCM sensor that is provided farther from the discharge needle 3 than the second mesh electrode 5 and to which suspended particulate matter P adheres 6, between the discharge needle 3 and the first mesh electrode 4, between the first mesh electrode 4 and the second mesh electrode 5, and between the second mesh electrode 5 and the QCM sensor 6. The suspended particulate matter measuring device includes a voltage generation unit 11 that gives a potential difference to the first and second measurement units 12a that measure the particle size distribution of the suspended particulate matter P based on a change in the resonance frequency of the QCM sensor 6.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、浮遊粒子状物質測定装置及び浮遊粒子状物質測定方法に関する。   The present invention relates to a suspended particulate matter measuring device and a suspended particulate matter measuring method.

大気中には人間の健康に影響を及ぼす様々な浮遊粒子状物質(SPM: Suspended Particulate Matter)が存在する。   There are various suspended particulate matter (SPM) that affects human health in the atmosphere.

浮遊粒子状物質には、自然界に由来するものと、工場やディーゼルエンジンの排ガスに含まれる人工的なものとがあるが、前者と後者とでは粒径分布が異なる。よって、大気中の浮遊粒子状物質をモニタリングしてその粒径分布を測定すれば、浮遊粒子状物質が自然界に由来するものなのか或いは人工的なものなのかを判別でき、大気環境を知るための判断材料を得ることができる。   There are two types of suspended particulate matter, one derived from nature, and one artificially contained in exhaust gas from factories and diesel engines. The former and the latter have different particle size distributions. Therefore, by monitoring suspended particulate matter in the atmosphere and measuring its particle size distribution, it is possible to determine whether the suspended particulate matter is derived from the natural world or artificial, and to know the atmospheric environment Can be obtained.

特開2004−257873号公報JP 2004-257873 A 国際公開第2009/057256号パンフレットInternational Publication No. 2009/057256 Pamphlet

浮遊粒子状物質測定装置及び浮遊粒子状物質測定方法において、浮遊粒子状物質の粒径分布を簡便に測定できるようにすることを目的とする。   An object of the present invention is to make it possible to easily measure the particle size distribution of suspended particulate matter in the suspended particulate matter measuring apparatus and suspended particulate matter measuring method.

以下の開示によれば、大気中で放電を生じさせる放電針と、前記放電針の先端から間隔をおいて設けられ、前記大気に含まれる浮遊粒子状物質が流通する第1のメッシュ電極と、前記第1のメッシュ電極と前記放電針との間隔よりも広い間隔をおいて前記放電針から離れて設けられ、前記浮遊粒子状物質が流通する第2のメッシュ電極と、前記第2のメッシュ電極と前記放電針との間隔よりも広い間隔をおいて前記放電針から離れて設けられ、前記第2のメッシュ電極を流通した前記浮遊粒子状物質が付着するQCMセンサと、前記放電針と前記第1のメッシュ電極との間、前記第1のメッシュ電極と前記第2のメッシュ電極との間、及び前記第2のメッシュ電極と前記QCMセンサとの間の各々に電位差を与える電圧発生部と、前記浮遊粒子状物質の付着に伴う前記QCMセンサの共振周波数の変化に基づいて、前記浮遊粒子状物質の粒径分布を測定する測定部とを有する浮遊粒子状物質測定装置が提供される。   According to the following disclosure, a discharge needle that generates a discharge in the atmosphere, a first mesh electrode that is provided at a distance from the tip of the discharge needle and through which suspended particulate matter contained in the atmosphere flows, A second mesh electrode that is provided apart from the discharge needle at a distance wider than the distance between the first mesh electrode and the discharge needle, and through which the suspended particulate matter flows; and the second mesh electrode And a QCM sensor that is provided apart from the discharge needle at an interval wider than the interval between the discharge needle and to which the suspended particulate matter that has circulated through the second mesh electrode adheres, the discharge needle, and the first electrode A voltage generator for applying a potential difference between each of the first mesh electrode, the first mesh electrode and the second mesh electrode, and the second mesh electrode and the QCM sensor; The suspended particulate matter Based on the change in the resonance frequency of the QCM sensor with the attachment, suspended particulate matter measuring apparatus is provided with a measuring unit for measuring a particle size distribution of the suspended particulate matter.

また、その開示の他の観点によれば、大気中の一部領域において、該大気に含まれる浮遊粒子状物質を帯電させるステップと、前記一部領域と、該一部領域から間隔をおいて設けられたQCMセンサとの間に電位差を付与することにより、帯電した前記浮遊粒子状物質を静電力により前記QCMセンサに引き付けるステップと、前記電位差を付与してからの経過時間を前記浮遊粒子状物質の粒径に対応付けると共に、前記経過時間に伴う前記QCMセンサの共振周波数の変化をモニタすることにより、前記浮遊粒子状物質の粒径分布を測定するステップとを有する浮遊粒子状物質測定方法が提供される。   According to another aspect of the disclosure, in a partial region in the atmosphere, the step of charging the suspended particulate matter contained in the atmosphere, the partial region, and a distance from the partial region A step of attracting the charged suspended particulate matter to the QCM sensor by an electrostatic force by applying a potential difference to the QCM sensor provided, and an elapsed time after applying the potential difference is the suspended particulate matter. Measuring the particle size distribution of the suspended particulate matter by monitoring the change in the resonance frequency of the QCM sensor with the elapsed time, and corresponding to the particle size of the material. Provided.

以下の開示によれば、浮遊粒子状物質がその粒径によってQCMセンサに到達する時間が異なることを利用することで、電位差を付与してからの経過時間に基づいてその粒径の分布を簡単に測定することができる。   According to the following disclosure, it is possible to simplify the distribution of the particle size based on the elapsed time since the potential difference was applied by utilizing the fact that the time required for the suspended particulate matter to reach the QCM sensor depends on the particle size. Can be measured.

図1は、第1実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of the suspended particulate matter measurement device according to the first embodiment. 図2は、第1実施形態に係る発振回路の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of the oscillation circuit according to the first embodiment. 図3(a)、(b)は、第1実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置の動作原理について説明するための模式図(その1)である。FIGS. 3A and 3B are schematic views (No. 1) for explaining the operation principle of the suspended particulate matter measuring device according to the first embodiment. 図4(a)、(b)は、第1実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置の動作原理について説明するための模式図(その2)である。4A and 4B are schematic views (No. 2) for explaining the operation principle of the suspended particulate matter measuring device according to the first embodiment. 図5は、第1実施形態に係る共振周波数の時間微分の一例を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing an example of time differentiation of the resonance frequency according to the first embodiment. 図6は、第1実施形態において得られた浮遊粒子状物質の粒径分布を模式的に示すグラフである。FIG. 6 is a graph schematically showing the particle size distribution of the suspended particulate matter obtained in the first embodiment. 図7は、浮遊粒子状物質の実際の粒径分布の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an actual particle size distribution of suspended particulate matter. 図8は、第1実施形態に係る浮遊粒子状物質測定方法のフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart of the suspended particulate matter measurement method according to the first embodiment. 図9は、第2実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置の構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of the suspended particulate matter measurement device according to the second embodiment.

(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置の構成図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a suspended particulate matter measuring device according to the present embodiment.

この浮遊粒子状物質測定装置1は、放電針3と、第1のメッシュ電極4と、第2のメッシュ電極5と、QCM(Quartz Crystal Microbalance)センサ6とを有する。   The suspended particulate matter measuring apparatus 1 includes a discharge needle 3, a first mesh electrode 4, a second mesh electrode 5, and a QCM (Quartz Crystal Microbalance) sensor 6.

このうち、放電針3は、タングステン等の金属を材料とするものであって、コロナ放電を生じさせるための先鋭な先端3aを有する。   Among these, the discharge needle 3 is made of a metal such as tungsten, and has a sharp tip 3a for causing corona discharge.

一方、第1のメッシュ電極4と第2のメッシュ電極5は、ステンレス等の金属を材料とするものであり、大気中の浮遊粒子状物質が流通するのに十分な一辺の長さが0.5mm程度の正方形のメッシュ開口を複数有する。   On the other hand, the first mesh electrode 4 and the second mesh electrode 5 are made of a metal such as stainless steel, and the length of one side sufficient for the suspended particulate matter in the atmosphere to flow is 0.00. A plurality of square mesh openings of about 5 mm are provided.

第1のメッシュ電極4の位置は特に限定されない。但し、放電針3の先端3aと第1のメッシュ電極4との間においてコロナ放電が生じる程度の十分な大きさの電位勾配が生じるように、先端3aから2cm〜3cm程度の間隔D1をおいて第1のメッシュ電極4を設けるのが好ましい。 The position of the first mesh electrode 4 is not particularly limited. However, an interval D 1 of about 2 cm to 3 cm from the tip 3a is set so that a sufficiently large potential gradient is generated between the tip 3a of the discharge needle 3 and the first mesh electrode 4. The first mesh electrode 4 is preferably provided.

また、第2のメッシュ電極5は、第1のメッシュ電極4と平行に配されると共に、第1のメッシュ電極5と比較して放電針3から離れて設けられる。その第2のメッシュ電極5と第1のメッシュ電極4との間隔D2は、例えば約1cm程度である。 The second mesh electrode 5 is arranged in parallel with the first mesh electrode 4 and is provided farther from the discharge needle 3 than the first mesh electrode 5. The distance D 2 between the second mesh electrode 5 and the first mesh electrode 4 is, for example, about 1 cm.

一方、QCMセンサ6は、水晶振動子6cとその両主面の各々に形成された第1の電極6a及び第2の電極6bとを有し、第1の電極6aが第2のメッシュ電極5に対向した状態で固定される。   On the other hand, the QCM sensor 6 has a crystal resonator 6c and a first electrode 6a and a second electrode 6b formed on each of the main surfaces thereof, and the first electrode 6a is the second mesh electrode 5. It is fixed in a state of facing to.

その第1の電極6aと第2のメッシュ電極5との間隔D3は、例えば約10cm程度とされる。 Distance D 3 between the first electrode 6a and the second mesh electrode 5 is, for example, approximately 10cm approximately.

また、この浮遊粒子状物質測定装置1は金属製の円筒状の筐体2を有しており、その筐体の中心軸Cに前述の放電針3、第1のメッシュ電極4、第2のメッシュ電極5、及びQCMセンサ6が設けられる。   The suspended particulate matter measuring apparatus 1 has a metal cylindrical casing 2, and the discharge needle 3, the first mesh electrode 4, and the second mesh are arranged on the central axis C of the casing. A mesh electrode 5 and a QCM sensor 6 are provided.

筐体2の各開口端2a、2bは開放されており、一方の開口端2aから筐体2内に大気Aが取り込まれ、他方の開口端2bから大気Aが排出される。そのような大気Aの流入を促すべく、他方の開口端2bにはファン7が設けられる。   Each opening end 2a, 2b of the housing | casing 2 is open | released, the air | atmosphere A is taken in in the housing | casing 2 from one opening end 2a, and air | atmosphere A is discharged | emitted from the other opening end 2b. In order to promote such inflow of the atmosphere A, a fan 7 is provided at the other opening end 2b.

ファン7の回転軸は円筒状の筐体2の中心軸Cと一致しており、筐体2内の大気Aを開口端2bから外部に放出する方向にファン7は回転する。   The rotation axis of the fan 7 coincides with the central axis C of the cylindrical casing 2, and the fan 7 rotates in a direction in which the atmosphere A in the casing 2 is discharged from the opening end 2 b to the outside.

更に、この浮遊粒子状物質測定装置1は、電圧発生部11と、制御部12と、発振回路13と、周波数カウンタ14と、ファン制御回路15とを備える。   Furthermore, the suspended particulate matter measuring device 1 includes a voltage generation unit 11, a control unit 12, an oscillation circuit 13, a frequency counter 14, and a fan control circuit 15.

このうち、電圧発生部11は第1〜第4の電圧V1〜V4を生成し、これらの電圧の各々を前述の放電針3、第1のメッシュ電極4、第2のメッシュ電極5、及びQCMセンサ6の第1の電極6aに印加する。 Among these, the voltage generator 11 generates first to fourth voltages V 1 to V 4, and each of these voltages is supplied to the above-described discharge needle 3, first mesh electrode 4, second mesh electrode 5, And applied to the first electrode 6 a of the QCM sensor 6.

また、発振回路13は、QCMセンサ6を基本波モードで共振させるための回路である。なお、QCMセンサ6に所定の大きさの第4の電圧V4を印加できるようにするため、QCMセンサ6と接続される発振回路13は電気的にフローティングの状態とするのが好ましい。 The oscillation circuit 13 is a circuit for causing the QCM sensor 6 to resonate in the fundamental wave mode. Note that the oscillation circuit 13 connected to the QCM sensor 6 is preferably in an electrically floating state so that the fourth voltage V 4 having a predetermined magnitude can be applied to the QCM sensor 6.

図2は、発振回路13の回路図である。   FIG. 2 is a circuit diagram of the oscillation circuit 13.

図2に示すように、発振回路13は、インバータ18と、第1及び第2の抵抗R1、R2と、第1及び第2のキャパシタC1、C2とを備える。   As shown in FIG. 2, the oscillation circuit 13 includes an inverter 18, first and second resistors R1, R2, and first and second capacitors C1, C2.

このような回路においては、インバータ18がQCMセンサ6と協働して並列共振回路を形成しており、第1及び第2のキャパシタC1、C2の容量値を適宜設定することで、QCMセンサ6を発振させることができる。   In such a circuit, the inverter 18 cooperates with the QCM sensor 6 to form a parallel resonance circuit, and the capacitance values of the first and second capacitors C1 and C2 are appropriately set, so that the QCM sensor 6 Can be oscillated.

なお、QCMセンサ6を流れる水晶電流の大きさは第1の抵抗R1によって調節される。そして、インバータ28には電源電圧Vddが印加されており、第2の抵抗R2がインバータ18の帰還抵抗として機能する。   Note that the magnitude of the crystal current flowing through the QCM sensor 6 is adjusted by the first resistor R1. The power supply voltage Vdd is applied to the inverter 28, and the second resistor R2 functions as a feedback resistor for the inverter 18.

再び図1を参照する。   Refer to FIG. 1 again.

周波数カウンタ14は、発振回路13を介してQCMセンサ6の共振周波数fを測定し、その測定結果を制御部12に出力する。   The frequency counter 14 measures the resonance frequency f of the QCM sensor 6 via the oscillation circuit 13 and outputs the measurement result to the control unit 12.

制御部12は、パーソナルコンピュータ等の計算機であって、CPU等の測定部12aと、ハードディスク等の記憶部12bとを有する。   The control unit 12 is a computer such as a personal computer, and includes a measurement unit 12a such as a CPU and a storage unit 12b such as a hard disk.

また、ファン制御回路15は、制御部12の制御下でファン7を回転させたり、その回転を停止させたりする。   The fan control circuit 15 rotates the fan 7 or stops its rotation under the control of the control unit 12.

次に、この浮遊粒子状物質測定装置1の動作原理について説明する。   Next, the operation principle of the suspended particulate matter measuring device 1 will be described.

図3及び図4は、浮遊粒子状物質測定装置1の動作原理について説明するための模式図である。   3 and 4 are schematic diagrams for explaining the operating principle of the suspended particulate matter measuring device 1. FIG.

本実施形態では、以下のように第1〜第3段階を行うことにより、大気中に含まれる浮遊粒子状物質の粒径分布を測定する。   In the present embodiment, the particle size distribution of the suspended particulate matter contained in the atmosphere is measured by performing the first to third steps as follows.

まず、第1段階では、図3(a)に示すように、第1〜第4の電圧V1〜V4を全て接地電位にした状態で、ファン7(図1参照)を回転させる。これにより大気中の浮遊粒子状物質Pが、第1のメッシュ電極4を流通して、第1のメッシュ電極4と第2のメッシュ電極5とで画定される一部領域Rに取り込まれる。 First, in the first stage, as shown in FIG. 3A, the fan 7 (see FIG. 1) is rotated with all of the first to fourth voltages V 1 to V 4 set to the ground potential. As a result, suspended particulate matter P in the atmosphere flows through the first mesh electrode 4 and is taken into a partial region R defined by the first mesh electrode 4 and the second mesh electrode 5.

その後、ファン7の回転を停止する。   Thereafter, the rotation of the fan 7 is stopped.

次の第2段階では、図3(b)に示すように、放電針3と第1のメッシュ電極4との間にパルス状の高電圧を印加して先端3aの近傍にパルス状のコロナ放電を発生させる。これにより、大気中において負イオンと正イオンとが生成される。   In the next second stage, as shown in FIG. 3B, a pulsed high voltage is applied between the discharge needle 3 and the first mesh electrode 4 to generate a pulsed corona discharge near the tip 3a. Is generated. Thereby, negative ions and positive ions are generated in the atmosphere.

このとき、第2の電圧V2と第1の電圧V1との電位差(V2−V1)はコロナ放電が発生し得る1000V程度とされる。また、第3の電圧V3と第2の電圧V2との電位差(V3−V2)を約200V、第3の電圧V3と第4の電圧V4との電位差(V4−V3)を約1000Vとすることにより、第1〜第4の電圧V1〜V4の各々の大小関係をV1<V2<V3>V4とする。 At this time, the potential difference (V 2 −V 1 ) between the second voltage V 2 and the first voltage V 1 is about 1000 V at which corona discharge can occur. Further, the potential difference (V 3 −V 2 ) between the third voltage V 3 and the second voltage V 2 is about 200 V, and the potential difference (V 4 −V) between the third voltage V 3 and the fourth voltage V 4. By setting 3 ) to about 1000 V, the magnitude relationship of each of the first to fourth voltages V 1 to V 4 is set to V 1 <V 2 <V 3 > V 4 .

電圧の大小関係をこのようにすると、コロナ放電によって帯電した大気イオンのうち、負に帯電したものが、第1〜第4の電圧V1〜V4のうち最も高い第3の電圧V3が印加されている第2のメッシュ電極5に引き付けられるようになる。その結果、前述の一部領域Rに負に帯電した大気イオンが収集されるので、当該一部領域Rにおいてその大気イオンと浮遊粒子状物質Pとが衝突し、電荷の付与によって浮遊粒子状物質Pを帯電させることができる。 When the magnitude relationship of the voltages is as described above, among the atmospheric ions charged by corona discharge, the negatively charged one has the highest third voltage V 3 among the first to fourth voltages V 1 to V 4. It is attracted to the applied second mesh electrode 5. As a result, the negatively charged atmospheric ions are collected in the partial region R described above, so that the atmospheric ions and the suspended particulate matter P collide with each other in the partial region R, and the suspended particulate matter is generated by the charge application. P can be charged.

更に、一部領域Rの輪郭のうち放電針3に近い部分を第1のメッシュ電極4で画定したので、コロナ放電が一部領域Rに侵入するのを第1のメッシュ電極4で阻止できる。そのため、一部領域Rに取り込まれた浮遊粒子状物質Pがコロナ放電によって破壊されることがなく、筐体2内に取り込んだ当初と同一の粒径に浮遊粒子状物質Pの粒径を維持することができる。   Furthermore, since the portion close to the discharge needle 3 in the contour of the partial region R is defined by the first mesh electrode 4, the first mesh electrode 4 can prevent corona discharge from entering the partial region R. Therefore, the suspended particulate matter P captured in the partial region R is not destroyed by corona discharge, and the particle size of the suspended particulate matter P is maintained at the same particle size as that originally incorporated in the housing 2. can do.

なお、上記のコロナ放電に代え、放電針3の周囲にグロー放電を生じさせてもよい。   Instead of the corona discharge described above, a glow discharge may be generated around the discharge needle 3.

次いで、図4(a)に示すように、第1〜第4の電圧V1〜V4の全てを一旦接地電位にする。なお、本ステップは、次の第3段階に移る際にオーバーシュートやリンギングが発生するのを防止するために行われるものであり、場合によっては省略してもよい。 Next, as shown in FIG. 4A, all of the first to fourth voltages V 1 to V 4 are temporarily set to the ground potential. Note that this step is performed in order to prevent overshoot or ringing when moving to the next third stage, and may be omitted in some cases.

その後に、図4(b)の第3段階に移り、第1〜第4の電圧V1〜V4の大小関係をV1=V2<V3<V4とする。各電圧は特に限定されないが、第1の電圧V1と第2の電圧V2は接地電位とする。また、第3の電圧V3と第2の電圧V2との電位差(V3−V2)を約200Vとし、第4の電圧V4と第3の電圧V3との電位差(V4−V3)を約1000Vとする。 Thereafter, the process proceeds to the third stage of FIG. 4B, and the magnitude relationship between the first to fourth voltages V 1 to V 4 is set to V 1 = V 2 <V 3 <V 4 . Each voltage is not particularly limited, but the first voltage V 1 and the second voltage V 2 are ground potentials. The potential difference (V 3 −V 2 ) between the third voltage V 3 and the second voltage V 2 is about 200 V, and the potential difference between the fourth voltage V 4 and the third voltage V 3 (V 4 − V 3 ) is about 1000V.

電圧の大小関係をこのようにすると、負に帯電した浮遊粒子状物質Pは、第1〜第4の電圧V1〜V4のうち最も高い第4の電圧V4が印加されているQCMセンサ6に静電力で引き付けられ、そのQCMセンサ6の表面に浮遊粒子状物質Pが付着する。 In this way, the negatively charged floating particulate matter P is applied with the highest fourth voltage V 4 among the first to fourth voltages V 1 to V 4. 6 is attracted by an electrostatic force, and suspended particulate matter P adheres to the surface of the QCM sensor 6.

ここで、浮遊粒子状物質Pには様々な粒径のものが存在するが、一部領域RからQCMセンサ6に到達するまでの時間は浮遊粒子状物質Pの粒径によって異なる。これは次のStokesの式から理解できる。   Here, the suspended particulate matter P has various particle sizes, but the time taken to reach the QCM sensor 6 from the partial region R varies depending on the particle size of the suspended particulate matter P. This can be understood from the following Stokes equation.

浮遊粒子状物質Pが大気中を移動するときに大気から受ける抵抗力Fは、Stokesの式によって次の式(1)のように表される。   The resistance force F received from the atmosphere when the suspended particulate matter P moves in the atmosphere is expressed by the following equation (1) by the Stokes equation.

Figure 2013096722
なお、式(1)において、ηは大気の粘度、rは浮遊粒子状物質Pの半径、vは粒子の速度である。
Figure 2013096722
In equation (1), η is the viscosity of the atmosphere, r is the radius of the suspended particulate matter P, and v is the velocity of the particles.

また、電界中に置かれた浮遊粒子状物質Pに働く静電引力feは次の式(2)で表される。 The electrostatic attractive force fe acting on the suspended particulate matter P placed in the electric field is expressed by the following equation (2).

Figure 2013096722
なお、qは浮遊粒子状物質Pの電荷であり、Eは電界強度である。
Figure 2013096722
Note that q is the charge of the suspended particulate matter P, and E is the electric field strength.

浮遊粒子状物質Pが第2のメッシュ電極5からQCMセンサ6に向かう途中においては、浮遊粒子状物質Pの速度が一定で抵抗力Fと静電引力feとが釣り合っているとみなせるので、次の式(3)が得られる。 On the way of the suspended particulate matter P from the second mesh electrode 5 to the QCM sensor 6, it can be considered that the velocity of the suspended particulate matter P is constant and the resistance force F and the electrostatic attractive force fe are balanced. The following equation (3) is obtained.

Figure 2013096722
これをrについて解くと、次の式(4)が得られる。
Figure 2013096722
When this is solved for r, the following equation (4) is obtained.

Figure 2013096722
そして、浮遊粒子状物質Pの直径(粒径)Rは、式(4)の両辺を2倍して次の式(5)のように表される。
Figure 2013096722
The diameter (particle size) R of the suspended particulate matter P is expressed as the following equation (5) by doubling both sides of the equation (4).

Figure 2013096722
ここで、図1に示したように、第2のメッシュ電極5とQCMセンサ6との間隔はD3である。よって、第2のメッシュ電極5を出た浮遊粒子状物質PがQCMセンサ6に到達するまでの時間をtとすると、v=D3/t、E=(V4−V3)/D3となるから、式(5)から次の式(6)が得られる。
Figure 2013096722
Here, as shown in FIG. 1, the interval between the second mesh electrode 5 and the QCM sensor 6 is D 3. Therefore, if the time taken for the suspended particulate matter P that has exited the second mesh electrode 5 to reach the QCM sensor 6 is t, v = D 3 / t, E = (V 4 −V 3 ) / D 3 Therefore, the following equation (6) is obtained from the equation (5).

Figure 2013096722
式(6)より、時間tから浮遊粒子状物質Pの粒径Rを求めることができる。
Figure 2013096722
From equation (6), the particle size R of the suspended particulate matter P can be determined from time t.

一方、QCMセンサ6は、第1の電極6aに浮遊粒子状物質Pが付着すると、その共振周波数fが変化する。第1の電極6aに付着した浮遊粒子状物質Pの質量をMとすると、その共振周波数fの変化量Δfは、Saurbreyの式によって次の式(7)のように表されることが知られている。   On the other hand, when the suspended particulate matter P adheres to the first electrode 6a, the resonance frequency f of the QCM sensor 6 changes. When the mass of the suspended particulate matter P adhering to the first electrode 6a is M, it is known that the change amount Δf of the resonance frequency f is expressed by the Saurbrey equation as the following equation (7). ing.

Figure 2013096722
但し、fqは水晶振動子6cの基本共振周波数、ρqは水晶振動子6cの密度、Nは水晶振動子6cのカットに依存する定数、Sは第1の電極6aの表面積である。
Figure 2013096722
Here, f q is the fundamental resonance frequency of the crystal resonator 6c, ρ q is the density of the crystal resonator 6c, N is a constant depending on the cut of the crystal resonator 6c, and S is the surface area of the first electrode 6a.

前述のように浮遊粒子状物質PがQCMセンサ6に到達する時間tは浮遊粒子状物質Pの粒径Rによって異なり、粒径Rが小さい浮遊粒子状物質Pから順にQCMセンサ6に到達する。   As described above, the time t at which the suspended particulate matter P reaches the QCM sensor 6 varies depending on the particle size R of the suspended particulate matter P, and reaches the QCM sensor 6 in order from the suspended particulate matter P having a smaller particle size R.

このような到達時間の時間差は、QCMセンサ6の共振周波数fの変化量Δfに反映される。   Such a time difference in arrival time is reflected in the change amount Δf of the resonance frequency f of the QCM sensor 6.

図5は、共振周波数の時間微分の一例を示すグラフである。   FIG. 5 is a graph showing an example of time differentiation of the resonance frequency.

このグラフの横軸は時間を示し、縦軸は共振周波数fの微分係数の符号を逆にした値を示す。   The horizontal axis of this graph represents time, and the vertical axis represents a value obtained by reversing the sign of the differential coefficient of the resonance frequency f.

図5に示すように、第3段階に入ってQCMセンサ6に浮遊粒子状物質Pが到達し始めるとグラフが増加し始める。これは、浮遊粒子状物質Pの付着によって第1の電極6aの質量が増加して、式(7)に従って共振周波数fが変化したためである。   As shown in FIG. 5, when the suspended particulate matter P starts to reach the QCM sensor 6 in the third stage, the graph starts to increase. This is because the mass of the first electrode 6a is increased by the attachment of the suspended particulate matter P, and the resonance frequency f is changed according to the equation (7).

また、その第3段階においては、粒径Rが比較的小さい浮遊粒子状物質Pの集団に遅れて、粒径Rが比較的大きい浮遊粒子状物質Pの集団がQCMセンサ6に到達するようになるため、グラフには二つのピークが現れる。   In the third stage, the group of suspended particulate matter P having a relatively large particle size R reaches the QCM sensor 6 behind the population of suspended particulate matter P having a relatively small particle size R. Therefore, two peaks appear in the graph.

そして、式(6)に示したように、浮遊粒子状物質Pの粒径Rと時間tとは対応付けられるので、式(6)により図5のグラフの横軸の時間を粒径に変換すれば浮遊粒子状物質Pの粒径分布を得ることができる。   Since the particle size R of the suspended particulate matter P and the time t are associated with each other as shown in the equation (6), the time on the horizontal axis of the graph of FIG. 5 is converted into the particle size by the equation (6). Then, the particle size distribution of the suspended particulate matter P can be obtained.

図6は、このようにして得られた浮遊粒子状物質Pの粒径分布を模式的に示すグラフである。なお、このグラフの縦軸は図5と同様に−df/dtであり、これは式(7)よりQCMセンサ6に付着する浮遊粒子状物質Pの単位時間あたりの質量の変化量に相当し、大気中に含まれる浮遊粒子状物質Pの量の目安となる。   FIG. 6 is a graph schematically showing the particle size distribution of the suspended particulate matter P thus obtained. The vertical axis of this graph is −df / dt as in FIG. 5, and this corresponds to the amount of change in mass per unit time of the suspended particulate matter P adhering to the QCM sensor 6 from Equation (7). This is a measure of the amount of suspended particulate matter P contained in the atmosphere.

浮遊粒子状物質Pの粒径分布は、浮遊粒子状物質Pの起源によって異なることが知られている。   It is known that the particle size distribution of the suspended particulate matter P varies depending on the origin of the suspended particulate matter P.

図7は、浮遊粒子状物質Pの実際の粒径分布の一例を示す図である。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an actual particle size distribution of the suspended particulate matter P.

図7に示すように、実際の粒径分布においては、浮遊粒子状物質Pの起源に応じて複数のピークが現れる。例えば、粒径が1μm以上の粗大粒子は土壌や海塩等のように自然に由来するものが多く、粒径が1μm以下の微小粒子はディーゼルエンジン等の人工的なものに由来することが多いことが知られている。   As shown in FIG. 7, in the actual particle size distribution, a plurality of peaks appear depending on the origin of the suspended particulate matter P. For example, many coarse particles with a particle size of 1 μm or more are naturally derived such as soil or sea salt, and fine particles with a particle size of 1 μm or less are often derived from artificial materials such as diesel engines. It is known.

よって、本実施形態のように浮遊粒子状物質Pの粒径分布を測定すれば、その浮遊粒子状物質Pの起源を知ることができ、大気環境を知るための判断材料を得ることができる。   Therefore, if the particle size distribution of the suspended particulate matter P is measured as in this embodiment, the origin of the suspended particulate matter P can be known, and a judgment material for knowing the atmospheric environment can be obtained.

また、図1に示したように、浮遊粒子状物質測定装置1は、QCMセンサ6を利用した極めてシンプルな構造であるため、安価に作製することができる。   Further, as shown in FIG. 1, the suspended particulate matter measuring device 1 has a very simple structure using the QCM sensor 6 and can be manufactured at a low cost.

更に、浮遊粒子状物質Pの粒径分布を測定するにあたっても、QCMセンサ6の共振周波数fの時間変動を計測すればよく、簡便に粒径分布を測定することができる。   Furthermore, when measuring the particle size distribution of the suspended particulate matter P, the time variation of the resonance frequency f of the QCM sensor 6 may be measured, and the particle size distribution can be measured easily.

なお、粒径分布のS/N比が小さい場合には、前述の図3(a)〜図4(b)の工程を1セットとし、これを複数セット行うことで粒径分布のS/N比を向上させればよい。   In addition, when the S / N ratio of the particle size distribution is small, the above-described steps of FIG. 3A to FIG. 4B are set as one set, and the S / N of the particle size distribution is performed by performing a plurality of sets. What is necessary is just to improve a ratio.

更に、既知の粒径の微粒子を用いて予め実験を行うことにより式(6)の各係数を校正し、粒径分布の測定精度を向上させてもよい。   Further, by performing an experiment in advance using fine particles having a known particle diameter, each coefficient of Equation (6) may be calibrated to improve the measurement accuracy of the particle diameter distribution.

次に、前述の動作原理を利用した浮遊粒子状物質測定方法について説明する。   Next, a method for measuring suspended particulate matter using the above operating principle will be described.

図8は、本実施形態に係る浮遊粒子状物質測定方法のフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart of the suspended particulate matter measurement method according to the present embodiment.

まず、最初のステップS1では、制御部12(図1参照)の制御下でファン7の回転を開始する。   First, in the first step S1, rotation of the fan 7 is started under the control of the control unit 12 (see FIG. 1).

なお、この段階では、第1〜第4の電圧V1〜V4は全て接地電位とする。 At this stage, the first to fourth voltages V 1 to V 4 are all set to the ground potential.

そして、ステップS2に移り、制御部12の制御下で、ファン7の回転を開始してから所定時間T1だけ待つ。所定時間T1は、筐体2内の大気が外気と交換するのに必要な時間であって、例えば5秒〜10秒程度である。 Then, the flow proceeds to step S2, under the control of the control unit 12 waits from the start of the rotation of the fan 7 by a predetermined time T 1. The predetermined time T 1 is a time required for the atmosphere in the housing 2 to be exchanged with the outside air, and is, for example, about 5 seconds to 10 seconds.

所定時間T1が経過したら、ステップS3に移って制御部12の制御下でファン7の回転を停止する。 When the predetermined time T 1 is passed, and stops the rotation of the fan 7 under the control of the control unit 12 proceeds to step S3.

ここまでのステップにより、図3(a)の第1段階が終了する。   With the steps so far, the first stage in FIG.

次に、ステップS4に移り、制御部12の制御下において第1〜第4の電圧V1〜V4の大小関係をV1<V2<V3>V4とする。これにより、図3(b)に示した第2段階が行われ、放電針3の先端3aにおいてパルス状のコロナ放電を発生させる。なお、第2段階における第1〜第4の電圧V1〜V4の電圧値は図3(b)で説明したのと同じなので、ここでは省略する。 Next, the process proceeds to step S4, and the magnitude relationship between the first to fourth voltages V 1 to V 4 under the control of the control unit 12 is set to V 1 <V 2 <V 3 > V 4 . Thereby, the second stage shown in FIG. 3B is performed, and a pulsed corona discharge is generated at the tip 3 a of the discharge needle 3. The voltage values of the first to fourth voltages V 1 to V 4 in the second stage are the same as those described with reference to FIG.

続いて、ステップS5に移り、制御部12の制御下で、第2段階を開始してから所定時間T2だけ待つ。所定時間T2は、コロナ放電によって生成された負イオンが一部領域R(図3(b)参照)に移動し、当該領域R内における浮遊粒子状物質Pと衝突するのに要する時間であって、例えば1秒〜2秒程度である。 Subsequently, the procedure proceeds to step S5, under the control of the control unit 12 waits from the start of the second stage for a predetermined time T 2. The predetermined time T 2 is a time required for the negative ions generated by the corona discharge to move to a partial region R (see FIG. 3B) and collide with the suspended particulate matter P in the region R. For example, it is about 1 second to 2 seconds.

そして、所定時間T2が経過したらステップS6に移る。本ステップでは、制御部12の制御下において第1〜第4の電圧V1〜V4の全てを一旦接地電位とする。 Thereafter, processing proceeds to step S6 When the predetermined time T 2 has elapsed. In this step, all of the first to fourth voltages V 1 to V 4 are temporarily set to the ground potential under the control of the control unit 12.

その後、ステップS7に移り、第1〜第4の電圧V1〜V4を接地電位としてから所定時間T3だけ待つ。所定時間T3は、第1〜第4の電圧V1〜V4を第3段階で使用する値に切り替える際のオーバーシュートやリンギングを抑制するためのものであって、10ミリ秒〜100ミリ秒程度のごく短い時間でよい。 Thereafter, the process proceeds to step S7, and the first to fourth voltages V 1 to V 4 are set to the ground potential, and the process waits for a predetermined time T 3 . The predetermined time T 3 is for suppressing overshoot and ringing when the first to fourth voltages V 1 to V 4 are switched to values used in the third stage. A very short time of about 2 seconds is sufficient.

そして、所定時間T3が経過したらステップS8に移り、制御部12の制御下において第1〜第4の電圧V1〜V4の大小関係をV1=V2<V3<V4とし、図4(b)に示した第3段階に入る。なお、第3段階における第1〜第4の電圧V1〜V4の電圧値は図4(b)で説明したのと同じなので、ここでは省略する。 Then, when the predetermined time T 3 has elapsed, the process proceeds to step S8, and the magnitude relationship between the first to fourth voltages V 1 to V 4 under the control of the control unit 12 is set to V 1 = V 2 <V 3 <V 4 , The third stage shown in FIG. 4B is entered. The voltage values of the first to fourth voltages V 1 to V 4 in the third stage are the same as those described with reference to FIG.

また、これと共に、制御部12が内蔵する不図示の時間カウンタを制御部12自身がリセットし、粒径分布の測定開始の基準となる経過時間tを0とする。   At the same time, the control unit 12 resets a time counter (not shown) built in the control unit 12 and sets an elapsed time t as a reference for starting measurement of the particle size distribution to zero.

続いて、ステップS9に移り、周波数カウンタ14から出力されるQCMセンサ6の発振周波数fの測定値を制御部12が所定の時間間隔で取り込み、経過時間tと共にその共振周波数fを記憶部12bに記憶する。   Subsequently, the process proceeds to step S9, where the control unit 12 captures the measured value of the oscillation frequency f of the QCM sensor 6 output from the frequency counter 14 at a predetermined time interval, and stores the resonance frequency f together with the elapsed time t in the storage unit 12b. Remember.

なお、発振周波数fを取り込む上記の時間間隔は、例えば100ミリ秒程度である。   Note that the above time interval for capturing the oscillation frequency f is, for example, about 100 milliseconds.

そして、ステップS10に移り、現在の経過時間tが、ユーザが測定を希望する浮遊粒子状物質Pの最大粒径を測定するのに十分経過しているか否かを制御部12が判断する。その経過時間tは、式(6)に最大粒径Rを代入し、式(6)をtについて解くことで得られる。   Then, the process proceeds to step S10, and the control unit 12 determines whether or not the current elapsed time t has sufficiently passed to measure the maximum particle size of the suspended particulate matter P that the user desires to measure. The elapsed time t can be obtained by substituting the maximum particle size R into equation (6) and solving equation (6) for t.

ここで、十分でない(NO)と判断した場合には再びステップS9からやり直す。   Here, if it is determined that it is not sufficient (NO), the process starts again from step S9.

一方、十分である(YES)と判断した場合には、ステップS11に移る。   On the other hand, if it is determined that it is sufficient (YES), the process proceeds to step S11.

ステップS11では、測定部12aが、ステップS9で取得した共振周波数fを各経過時間tについて微分して共振周波数fの変化をモニタすると共に、式(6)に従って時間tを浮遊粒子状物質Pの粒径Rに対応付けることで、図6に示したような粒径分布を測定する。   In step S11, the measurement unit 12a monitors the change in the resonance frequency f by differentiating the resonance frequency f acquired in step S9 with respect to each elapsed time t, and calculates the time t of the suspended particulate matter P according to the equation (6). By associating with the particle size R, the particle size distribution as shown in FIG. 6 is measured.

次に、ステップS12に移り、ステップS11で作成された粒径分布が十分な品質であるか否かをユーザが判断する。この判断基準は特に限定されないが、本実施形態では、ユーザの経験により、粒径分布が現実を反映する程度に十分に滑らかかどうかによりこの判断を行う。   Next, the process moves to step S12, and the user determines whether or not the particle size distribution created in step S11 has sufficient quality. Although this determination criterion is not particularly limited, in the present embodiment, this determination is made based on whether or not the particle size distribution is sufficiently smooth to reflect the reality based on user experience.

ここで、粒径分布の品質は十分でない(NO)と判断された場合には、再びステップS1に戻り、粒径分布を再作成する。   If it is determined that the quality of the particle size distribution is not sufficient (NO), the process returns to step S1 again to recreate the particle size distribution.

一方、粒径分布の品質は十分である(YES)と判断された場合には、浮遊粒子状物質測定方法の基本ステップを終了する。   On the other hand, if it is determined that the quality of the particle size distribution is sufficient (YES), the basic step of the suspended particulate matter measurement method is terminated.

上記した本実施形態によれば、式(6)に基づいて時間tから浮遊粒子状物質Pの粒径Rを求めることで当該粒径Rの分布を簡便に知ることができるので、身近な大気環境を測定することにより環境改善に資することができるようになる。   According to the present embodiment described above, since the particle size R of the suspended particulate matter P is obtained from the time t based on the equation (6), the distribution of the particle size R can be easily known. Measuring the environment will help to improve the environment.

(第2実施形態)
図9は、本実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置の構成図である。
(Second Embodiment)
FIG. 9 is a configuration diagram of the suspended particulate matter measuring device according to the present embodiment.

なお、図9において、第1実施形態で説明したのと同じ要素には第1実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。   In FIG. 9, the same elements as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted below.

図9に示すように、本実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置30は、筐体2の側面に導入ダクト31と排気ダクト32を設ける。そして、その排気ダクト32内にファン7を設け、ファン7の回転軸の延長線7xを、第1のメッシュ電極4と第2のメッシュ電極5との間において円筒状の筐体2の中心軸Cと直交させる。   As shown in FIG. 9, the suspended particulate matter measurement device 30 according to the present embodiment includes an introduction duct 31 and an exhaust duct 32 on the side surface of the housing 2. Then, the fan 7 is provided in the exhaust duct 32, and the extension line 7 x of the rotation axis of the fan 7 is placed between the first mesh electrode 4 and the second mesh electrode 5 and the central axis of the cylindrical housing 2. Orthogonal to C

また、筐体2の開口端2a、2bは封止板35によって閉じられている。   Further, the opening ends 2 a and 2 b of the housing 2 are closed by a sealing plate 35.

なお、この浮遊粒子状物質測定装置30を用いた浮遊粒子状物質測定方法は、第1実施形態と同じなので、以下ではその説明を省略する。   In addition, since the suspended particulate matter measuring method using this suspended particulate matter measuring device 30 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted below.

この浮遊粒子状物質測定装置30では、制御部12の制御下でファン7を回転させることにより、浮遊粒子状物質Pを含んだ大気Aが導入ダクト31から筐体2内に導入される。   In the suspended particulate matter measuring device 30, the air A including the suspended particulate matter P is introduced into the housing 2 from the introduction duct 31 by rotating the fan 7 under the control of the control unit 12.

その浮遊粒子状物質Pは、ファン7の回転によって生じた気流に乗って延長線7xに沿って進むため、延長線7xに直交する軸Cに沿って放電針3に近づく危険が少なくなり、実質的には第1のメッシュ電極4と第2のメッシュ電極5との間に留まる。   The suspended particulate matter P rides on the air flow generated by the rotation of the fan 7 and travels along the extension line 7x. Therefore, the risk of approaching the discharge needle 3 along the axis C perpendicular to the extension line 7x is reduced. Specifically, it remains between the first mesh electrode 4 and the second mesh electrode 5.

よって、放電針3の近傍に発生するコロナ放電によって浮遊粒子状物質Pが破壊される危険性を低減し、外気に含まれていたときと同一の粒径を保ったまま筐体2内に浮遊粒子状物質Pを導入し、その粒径分布を精度良く測定することが可能となる。   Therefore, the risk that the suspended particulate matter P is destroyed by the corona discharge generated in the vicinity of the discharge needle 3 is reduced, and it floats in the housing 2 while maintaining the same particle size as that contained in the outside air. The particulate matter P can be introduced and the particle size distribution can be measured with high accuracy.

更に、このように放電針3から浮遊粒子状物質Pが離れることにより、放電針3の表面に浮遊粒子状物質Pが付着して当該表面が劣化するのを防止することもできる。   Furthermore, the floating particulate matter P can be prevented from adhering to the surface of the discharge needle 3 due to the separation of the suspended particulate matter P from the discharge needle 3 in this way.

以上、本実施形態について詳細に説明したが、本実施形態は上記に限定されない。例えば、上記では図3〜図4のように浮遊粒子状物質Pを負に帯電させたが、第1〜第4の電圧V1〜V4の不等号の向きを上記とは逆にして浮遊粒子状物質Pを正に帯電させてもよい。浮遊粒子状物質Pを正と負のどちらに帯電させるかは、浮遊粒子状物質Pがどちらの極性に帯電し易いかに応じて適宜判断すればよい。 Although the present embodiment has been described in detail above, the present embodiment is not limited to the above. For example, in the above description, the suspended particulate matter P is negatively charged as shown in FIGS. 3 to 4, but the suspended particles with the inequality signs of the first to fourth voltages V 1 to V 4 reversed from the above. The particulate material P may be positively charged. Whether the suspended particulate matter P is charged positively or negatively may be appropriately determined according to which polarity the suspended particulate matter P is easily charged.

以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。   The following additional notes are disclosed for each embodiment described above.

(付記1) 大気中で放電を生じさせる放電針と、
前記放電針の先端から間隔をおいて設けられ、前記大気に含まれる浮遊粒子状物質が流通する第1のメッシュ電極と、
前記第1のメッシュ電極と前記放電針との間隔よりも広い間隔をおいて前記放電針から離れて設けられ、前記浮遊粒子状物質が流通する第2のメッシュ電極と、
前記第2のメッシュ電極と前記放電針との間隔よりも広い間隔をおいて前記放電針から離れて設けられ、前記第2のメッシュ電極を流通した前記浮遊粒子状物質が付着するQCMセンサと、
前記放電針と前記第1のメッシュ電極との間、前記第1のメッシュ電極と前記第2のメッシュ電極との間、及び前記第2のメッシュ電極と前記QCMセンサとの間の各々に電位差を与える電圧発生部と、
前記浮遊粒子状物質の付着に伴う前記QCMセンサの共振周波数の変化に基づいて、前記浮遊粒子状物質の粒径分布を測定する測定部と、
を有することを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
(Supplementary note 1) a discharge needle that generates discharge in the atmosphere;
A first mesh electrode provided at a distance from the tip of the discharge needle and through which suspended particulate matter contained in the atmosphere flows;
A second mesh electrode provided apart from the discharge needle at a wider interval than the first mesh electrode and the discharge needle, and through which the suspended particulate matter flows;
A QCM sensor, which is provided apart from the discharge needle at an interval wider than the interval between the second mesh electrode and the discharge needle, to which the suspended particulate matter that has circulated through the second mesh electrode adheres;
Potential differences are generated between the discharge needle and the first mesh electrode, between the first mesh electrode and the second mesh electrode, and between the second mesh electrode and the QCM sensor. A voltage generator to be applied;
Based on the change in the resonance frequency of the QCM sensor accompanying the attachment of the suspended particulate matter, a measuring unit that measures the particle size distribution of the suspended particulate matter,
A suspended particulate matter measuring apparatus characterized by comprising:

(付記2) 前記電圧発生部は、
前記放電針に第1の電圧を与え、前記第1のメッシュ電極に第2の電圧を与え、前記第2のメッシュ電極に第3の電圧を与え、前記QCMセンサに第4の電圧を与えると共に、
前記第1の電圧、前記第2の電圧、前記第3の電圧、及び前記第4の電圧の全てを同一にする第1のステップと、
前記第2の電圧を前記第1の電圧よりも高くし、前記第3の電圧を前記第2の電圧よりも高くし、かつ、前記第4の電圧を前記第3の電圧よりも低くする第2のステップと、
前記第2の電圧を前記第1の電圧と同一にし、前記第3の電圧を前記第2の電圧よりも高くし、かつ、前記第4の電圧を前記第3の電圧よりも高くする第3のステップとをこの順に行い、
前記測定部は、前記第3のステップにおける前記共振周波数の変化に基づいて、前記浮遊粒子状物質の前記粒径分布を測定することを特徴とする付記1に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
(Supplementary Note 2) The voltage generator is
A first voltage is applied to the discharge needle, a second voltage is applied to the first mesh electrode, a third voltage is applied to the second mesh electrode, and a fourth voltage is applied to the QCM sensor. ,
A first step of making all of the first voltage, the second voltage, the third voltage, and the fourth voltage the same;
The second voltage is made higher than the first voltage, the third voltage is made higher than the second voltage, and the fourth voltage is made lower than the third voltage. Two steps,
A third voltage in which the second voltage is the same as the first voltage, the third voltage is higher than the second voltage, and the fourth voltage is higher than the third voltage. Steps in this order,
The suspended particulate matter measuring device according to appendix 1, wherein the measurement unit measures the particle size distribution of the suspended particulate matter based on a change in the resonance frequency in the third step.

(付記3) 前記測定部は、前記粒径分布の前記測定を開始した時刻からの経過時間に基づいて、前記浮遊粒子状物質の粒径分布を測定することを特徴とする付記1又は付記2に記載の浮遊粒子状物質測定装置。   (Additional remark 3) The said measurement part measures the particle size distribution of the said suspended particulate matter based on the elapsed time from the time which started the said measurement of the said particle size distribution, The additional remark 1 or the additional remark 2 characterized by the above-mentioned. The suspended particulate matter measuring device described in 1.

(付記4) 前記測定部は、前記共振周波数を前記経過時間で微分して得られたグラフを前記粒径分布とすることを特徴とする付記3に記載の浮遊粒子状物質測定装置。   (Additional remark 4) The said measurement part makes the said particle size distribution the graph obtained by differentiating the said resonance frequency with the said elapsed time, The suspended particulate matter measuring device of Additional remark 3 characterized by the above-mentioned.

(付記5) 前記放電針、前記第1のメッシュ電極、前記第2のメッシュ電極、及び前記QCMセンサを収容する筐体と、
前記筐体の内部に大気を取り込むファンとを更に有することを特徴とする付記1乃至付記4のいずれかに記載の浮遊粒子状物質測定装置。
(Supplementary Note 5) A housing that houses the discharge needle, the first mesh electrode, the second mesh electrode, and the QCM sensor;
The suspended particulate matter measuring device according to any one of appendix 1 to appendix 4, further comprising a fan that takes air into the housing.

(付記6) 前記放電針、前記第1のメッシュ電極、前記第2のメッシュ電極、及び前記QCMセンサが同一の軸上に設けられ、
前記ファンの回転軸の延長線が、前記第1のメッシュ電極と前記第2のメッシュ電極との間において前記軸と直交することを特徴とする付記5に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
(Appendix 6) The discharge needle, the first mesh electrode, the second mesh electrode, and the QCM sensor are provided on the same axis,
6. The suspended particulate matter measuring device according to appendix 5, wherein an extension line of the rotation axis of the fan is perpendicular to the axis between the first mesh electrode and the second mesh electrode.

(付記7) 前記QCMセンサは、水晶振動子と、該水晶振動子の両主面の各々に形成された第1の電極及び第2の電極とを備え、
前記第1の電極が前記第2のメッシュ電極と対向して設けられ、前記第1の電極と前記第2のメッシュ電極との間に前記電位差が与えられることを特徴とする付記1乃至付記6のいずれかに記載の浮遊粒子状物質測定装置。
(Supplementary Note 7) The QCM sensor includes a crystal resonator, and a first electrode and a second electrode formed on each of both main surfaces of the crystal resonator,
Supplementary notes 1 to 6, wherein the first electrode is provided opposite to the second mesh electrode, and the potential difference is applied between the first electrode and the second mesh electrode. The suspended particulate matter measuring device according to any one of the above.

(付記8) 前記放電針と前記第1のメッシュ電極との前記電位差は、前記放電針の前記先端において放電が発生し得る値であることを特徴とする付記1乃至付記7のいずれかに記載の浮遊粒子状物質測定装置。   (Additional remark 8) The said electric potential difference of the said discharge needle and the said 1st mesh electrode is a value which can generate discharge in the said front-end | tip of the said discharge needle, The additional remark 1 thru | or 7 characterized by the above-mentioned. Suspended particulate matter measuring device.

(付記9) 大気中の一部領域において、該大気に含まれる浮遊粒子状物質を帯電させるステップと、
前記一部領域と、該一部領域から間隔をおいて設けられたQCMセンサとの間に電位差を付与することにより、帯電した前記浮遊粒子状物質を静電力により前記QCMセンサに引き付けるステップと、
前記電位差を付与してからの経過時間を前記浮遊粒子状物質の粒径に対応付けると共に、前記経過時間に伴う前記QCMセンサの共振周波数の変化をモニタすることにより、前記浮遊粒子状物質の粒径分布を測定するステップと、
を有すること浮遊粒子状物質測定方法。
(Supplementary note 9) In a partial region in the atmosphere, charging a suspended particulate matter contained in the atmosphere;
Attracting the charged suspended particulate matter to the QCM sensor by electrostatic force by applying a potential difference between the partial region and a QCM sensor spaced from the partial region; and
By correlating the elapsed time after applying the potential difference with the particle size of the suspended particulate matter, and monitoring the change in the resonance frequency of the QCM sensor with the elapsed time, the particle size of the suspended particulate matter Measuring the distribution;
A method for measuring suspended particulate matter.

(付記10) 前記浮遊粒子状物質を帯電させるステップは、互いに対向する第1のメッシュ電極と第2のメッシュ電極によって前記一部領域を画定すると共に、前記第1のメッシュ電極から間隔をおいて放電針を設けて、該放電針と前記第1のメッシュ電極との間で放電を発生させることにより行われ、
帯電した前記浮遊粒子状物質を静電力により前記QCMセンサに引き付けるステップは、前記第2のメッシュ電極と前記QCMセンサとの間に前記電位差を付与することにより行われることを特徴とする付記7に記載の浮遊粒子状物質測定方法。
(Supplementary Note 10) In the step of charging the suspended particulate matter, the partial area is defined by the first mesh electrode and the second mesh electrode facing each other and spaced from the first mesh electrode. It is performed by providing a discharge needle and generating a discharge between the discharge needle and the first mesh electrode,
Additional step 7 wherein the step of attracting the charged suspended particulate matter to the QCM sensor by electrostatic force is performed by applying the potential difference between the second mesh electrode and the QCM sensor. The suspended particulate matter measurement method described.

1、30…浮遊粒子状物質測定装置、2…筐体、2a、2b…開口端、3…放電針、3a…先端、4…第1のメッシュ電極、5…第2のメッシュ電極、6…QCMセンサ、6a…第1の電極、6b…第2の電極、6c…水晶振動子、7…ファン、11…電圧発生部、12…制御部、13…発振回路、14…周波数カウンタ、15…ファン制御回路、18…インバータ、31…導入ダクト、32…排気ダクト。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 30 ... Suspended particulate matter measuring apparatus, 2 ... Housing, 2a, 2b ... Open end, 3 ... Discharge needle, 3a ... Tip, 4 ... 1st mesh electrode, 5 ... 2nd mesh electrode, 6 ... QCM sensor, 6a ... 1st electrode, 6b ... 2nd electrode, 6c ... Crystal oscillator, 7 ... Fan, 11 ... Voltage generation part, 12 ... Control part, 13 ... Oscillation circuit, 14 ... Frequency counter, 15 ... Fan control circuit, 18 ... inverter, 31 ... introduction duct, 32 ... exhaust duct.

Claims (5)

大気中で放電を生じさせる放電針と、
前記放電針の先端から間隔をおいて設けられ、前記大気に含まれる浮遊粒子状物質が流通する第1のメッシュ電極と、
前記第1のメッシュ電極と前記放電針との間隔よりも広い間隔をおいて前記放電針から離れて設けられ、前記浮遊粒子状物質が流通する第2のメッシュ電極と、
前記第2のメッシュ電極と前記放電針との間隔よりも広い間隔をおいて前記放電針から離れて設けられ、前記第2のメッシュ電極を流通した前記浮遊粒子状物質が付着するQCM(Quartz Crystal Microbalance)センサと、
前記放電針と前記第1のメッシュ電極との間、前記第1のメッシュ電極と前記第2のメッシュ電極との間、及び前記第2のメッシュ電極と前記QCMセンサとの間の各々に電位差を与える電圧発生部と、
前記浮遊粒子状物質の付着に伴う前記QCMセンサの共振周波数の変化に基づいて、前記浮遊粒子状物質の粒径分布を測定する測定部と、
を有することを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
A discharge needle that causes discharge in the atmosphere;
A first mesh electrode provided at a distance from the tip of the discharge needle and through which suspended particulate matter contained in the atmosphere flows;
A second mesh electrode provided apart from the discharge needle at a wider interval than the first mesh electrode and the discharge needle, and through which the suspended particulate matter flows;
A QCM (Quartz Crystal), which is provided apart from the discharge needle at a wider interval than the interval between the second mesh electrode and the discharge needle, and to which the suspended particulate matter flowing through the second mesh electrode adheres. Microbalance) sensor,
Potential differences are generated between the discharge needle and the first mesh electrode, between the first mesh electrode and the second mesh electrode, and between the second mesh electrode and the QCM sensor. A voltage generator to be applied;
Based on the change in the resonance frequency of the QCM sensor accompanying the attachment of the suspended particulate matter, a measuring unit that measures the particle size distribution of the suspended particulate matter,
A suspended particulate matter measuring apparatus characterized by comprising:
前記測定部は、前記粒径分布の前記測定を開始した時刻からの経過時間に基づいて、前記浮遊粒子状物質の粒径分布を測定することを特徴とする請求項1に記載の浮遊粒子状物質測定装置。   2. The suspended particulate matter according to claim 1, wherein the measuring unit measures the particle size distribution of the suspended particulate matter based on an elapsed time from the time when the measurement of the particle size distribution is started. Substance measuring device. 前記放電針、前記第1のメッシュ電極、前記第2のメッシュ電極、及び前記QCMセンサを収容する筐体と、
前記筐体の内部に大気を取り込むファンとを更に有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
A housing for housing the discharge needle, the first mesh electrode, the second mesh electrode, and the QCM sensor;
The suspended particulate matter measuring device according to claim 1, further comprising a fan that takes air into the housing.
前記放電針、前記第1のメッシュ電極、前記第2のメッシュ電極、及び前記QCMセンサが同一の軸上に設けられ、
前記ファンの回転軸の延長線が、前記第1のメッシュ電極と前記第2のメッシュ電極との間において前記軸と直交することを特徴とする請求項3に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
The discharge needle, the first mesh electrode, the second mesh electrode, and the QCM sensor are provided on the same axis,
The suspended particulate matter measuring device according to claim 3, wherein an extension line of a rotation axis of the fan is perpendicular to the axis between the first mesh electrode and the second mesh electrode.
大気中の一部領域において、該大気に含まれる浮遊粒子状物質を帯電させるステップと、
前記一部領域と、該一部領域から間隔をおいて設けられたQCMセンサとの間に電位差を付与することにより、帯電した前記浮遊粒子状物質を静電力により前記QCMセンサに引き付けるステップと、
前記電位差を付与してからの経過時間を前記浮遊粒子状物質の粒径に対応付けると共に、前記経過時間に伴う前記QCMセンサの共振周波数の変化をモニタすることにより、前記浮遊粒子状物質の粒径分布を測定するステップと、
を有すること浮遊粒子状物質測定方法。
Charging a suspended particulate matter contained in the atmosphere in a part of the atmosphere;
Attracting the charged suspended particulate matter to the QCM sensor by electrostatic force by applying a potential difference between the partial region and a QCM sensor spaced from the partial region; and
By correlating the elapsed time after applying the potential difference with the particle size of the suspended particulate matter, and monitoring the change in the resonance frequency of the QCM sensor with the elapsed time, the particle size of the suspended particulate matter Measuring the distribution;
A method for measuring suspended particulate matter.
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