(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行機の内部空間におけるガスの検出及び同定のための方法であって、前記飛行機の内部空間（２０）における供給空気が、イオン移動度分光計を備えた測定装置（１）に供給されるものにおいて、
前記測定装置（１）の測定結果が数学的手法を用いて分析され、
前記数学的手法は、校正及びガス測定に分離され、
―前記校正は、前記測定装置（１）の測定範囲を複数のガスクラスに区分することと、各ガスクラスに対して限界値を割り当てることを含み、前記測定装置（１）の前記校正には未知ガスを使用し、前記測定装置（１）は、前記未知ガスについて訓練され、各ガスクラスに対する限界値の前記割り当ては、前記測定装置（１）の種々の測定信号と及び限界値のペアワイズ配列をもつデータベースを作成することによって行い、
―前記ガス測定は、前記ガスクラスの同定とガス強度の決定を含み、複数のガスクラスが同定されるガス測定において、あるガスクラスが選択され、その後、そのガス強度が決定され、前記ガス測定において、前記測定装置（１）の決定された測定結果は、予め記録された測定結果と比較され、この比較から、測定ガスについての結論が導かれ、
―前記飛行機の内部空間の前記供給空気の吸引通路を変更することにより、又は前記吸引通路前における操作パラメータを変更することにより、前記吸引通路の吸引領域における前記測定ガスのガス源に関しての結論が導かれ、前記結論は、前記ガス源の種類、及び前記ガス源の位置に関することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
匂いを有するガスに対し、前記測定装置（１）の前記校正は、未知の匂いに対して実行され、
各ガスクラスに対する限界値の前記割り当ては、前記測定装置（１）の種々の測定信号と及び匂い閾値のペアワイズ配列をもつデータベースを作成することにより実行されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記飛行機の内部空間における新鮮な空気の前記吸引通路を変更することにより、又は飛行機のエンジンの前記操作パラメータを変更することにより、前記吸引通路の前記吸引領域に位置する飛行機のエンジンのメンテナンス状態に関して結論が導かれることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の方法であって、
―前記測定装置（１）の前記測定範囲を複数のガスクラスに区分することは、人工ニューラルネットワークによって実行され、
―各ガスクラスに対する限界値の前記割り当ては、人工ニューラルネットワークによって実行されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の方法であって、
前記測定ガスは、送出ポンプ（２）により吸引されて、マニホールド（１６）を経て分配され、続いてイオン移動度分光計（３）、電気化学セル（１５）、光イオン化検出器（１３）、及び／又は、２つの金属酸化物センサ（１４）へ並列的に供給されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、
前記測定ガスは、前記イオン移動度分光計（３）、前記電気化学セル（１５）、前記光イオン化検出器（１３）、及び前記金属酸化物センサ（１４）に到達する前に、また或いは、前記イオン移動度分光計（３）に到達する前に、参照ガスを前記測定ガスへ規定量で添加することにより前記参照ガスと混和されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記イオン移動度分光計（３）、前記電気化学セル（１５）、前記光イオン化検出器（１３）、及び／又は、前記金属酸化物センサ（１４）からの測定信号は、前記参照ガスの制御投与のために用いられ、これは、
―前記金属酸化物センサ（１４）からの前記測定信号が増大する場合に前記送出ポンプ（１７）のガス流を一時的に増大させるため、又は前記検出器の前記測定信号が減少する場合に前記ガス流を一時的に減少させるために、前記金属酸化物センサ（１４）からの相対的な信号高さを直接的に使用し、及び／又は、
―より長い時間に亘る絶対的な信号強度を用いて、粗い調整を可能にすることによって、前記イオン移動度分光計（３）の測定信号に基づいて前記参照ガスのガス流量の絶対的な範囲を調整することによることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
前記測定ガスは、芳香族化合物の検出のために前記イオン移動度分光計（３）及び前記光イオン化検出器（１３）の組み合わせに導かれ、個々の物質の検出のために前記電気化学セル（１５）に追加的に導かれ、炭化水素又は一酸化炭素の検出のために前記金属酸化物センサ（１４）に追加的に導かれることを特徴とする方法。
【請求項９】
イオン移動度分光計を備える測定装置（１）を有し且つ飛行機の内部空間におけるガスの検出及び同定に用いる装置であって、
前記測定装置（１）は、吸気管（１０）、排気管（７）、及び、制御及び表示ユニット（５）を更に備え、
前記測定装置（１）には、前記吸気管（１０）と前記排気管（７）との間に、イオン移動度分光計（３）及び送出ポンプ（２）が配置され、
―前記送出ポンプ（２）の吸引側は、ガスライン（８）、前記イオン移動度分光計（３）、及びガスライン（９）を介して前記吸気管（１０）と接続され、その高圧側は、ガスライン（６）を介して大気開放の前記排気管（７）と接続されており、
―前記コンピュータ（４）は、ライン（１１）を介して前記イオン移動度分光計（３）に電気的に接続され、ライン（１２）を介して前記制御及び表示ユニット（５）に電気的に接続され、前記コンピュータ（４）には、数学的手法が組み込まれており、前記数学的手法が校正及びガス測定のために用いられ、
―前記校正は、前記測定装置（１）の測定範囲を複数のガスクラスに区分すること、及び各ガスクラスに対して限界値を割り当てることを含み、
―前記ガス測定は、前記ガスクラスの同定とガス強度の決定を含む装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、
前記測定装置（１）は、追加的に少なくとも１つの光イオン化検出器（１３）、少なくとも１つの金属酸化物センサ（１４）、及び／又は、少なくとも１つの電気化学セル（１５）を有し、各々の光イオン化検出器（１３）、金属酸化物センサ（１４）、及び／又は、電気化学セル（１５）は、流体の伝達に対し、前記イオン移動度分光計（３）と並列的に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、
前記光イオン化検出器（１３）は、流体の伝達に対し、前記金属酸化物センサ（１４）と直列的に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項９〜請求項１１の何れか一項に記載の装置であって、
前記測定装置（１）は、前記飛行機の内部空間における前記供給空気に対して、移動可能に、又は定置的に導入されることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項９〜請求項１２の何れか一項に記載の装置であって、
前記測定装置（１）は、前記イオン移動度分光計（３）、前記電気化学セル（１５）、前記光イオン化検出器（１３）、及び／又は、前記２つの金属酸化物センサ（１４）と接続され、それらはガスライン（８，９）を介して送出ポンプ（２）と接続されており、
送出ポンプ（１７）による参照ガスの制御投与のための配置は、前記イオン移動度分光計（３）、前記電気化学セル（１５）、前記光イオン化検出器（１３）、及び／又は、前記２つの金属酸化物センサ（１４）の上流に接続され、前記装置は、電子コンピュータ（４）を有する電子機器と、光学的及び音響的警告信号変換器を有する制御及び表示ユニット（５）をさらに備えることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに従う飛行機の内部空間におけるガスの検出及び同定のための方法、及び請求項１３のプリアンブルに従う方法を用いるための、対応する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛行機の内部空間におけるガスの検出及び同定のため方法及び対応する装置は、ガス、特に、匂い及び爆発物、及び／又は有害性ガスを同定及び検出するのに用いられる。
【０００３】
匂いは、嗅覚によって検出可能なガスである。匂いの印象は、主観的で１人１人異なっているので、匂い閾値が導入される。この匂い閾値は、被験者のうち５０％以上が匂い物質を感じ取る場合の値である。匂い閾値での匂い物質の濃度は、多数の匂い物質に対して表形式にて決定及び列挙されていた（例えば、Mills, B.: Review of Methods of Odour Control, Filtration & Separation 2 (1995), p. 147-152）。
【０００４】
匂い及び爆発物、及び／又は有害性ガスの検出及び同定では、ｐｐｔからｐｐｂレンジの検出限界での測定技術が要求される。これらのガスを検出及び同定するには、分光計がたびたび用いられる。プラズマクロマトグラフとしても称される、イオン移動度分光計の利用が好ましい。なぜならば、分光計は、質量分析計などの他のものとは異なり、化学物質や化合物を検出するための真空状態をつくる真空ポンプを要しないからである。このため、イオン移動度分光計は、他の分光計に比して小型の装置サイズであり、かつ非常に費用効率が大きい。イオン移動度分光計の適用分野は非常に広い。それは、例えば患者の呼気検査などの医療分野から、例えばコーヒー焙煎設備の品質管理などの生産監視、例えば化学兵器の検出などの軍事分野にまでに至る。イオン移動度分光計及びその適用の一般的な概説は、例えばG.A. Eiceman and Z. Karpas "Ion Mobility Spectrometry" (2nd. Edition, CRC, Boca Raton, 2005)で見ることができる。
【０００５】
匂い及び爆発物、及び／又は有害性ガスはまた、個々のガス検出器又は異なるガス検出器の組み合わせで構成される測定システムを用い、ある程度検出可能である。個々の検出器の測定信号は、予め測定されて保存された信号と比較して、測定された状態を表現することができる。例えば、光イオン化検出器、電気化学セル、及び金属酸化物センサ等が、検出器として用いられ得る。２次元情報、即ちスペクトルを供給する測定機器を用いることができる。その例は、質量分析計、フーリエ変換赤外分光計、又はイオン移動度分光計である。
【０００６】
簡易な検出器、例えば光イオン化検出器、電気化学セル、及び金属酸化物センサなどは、上はｐｐｂ及び下はｐｐｍの範囲の検出限界で多数のガスを検出するには、あまりにも鈍感である。更に、それらの選択性は、要求される信頼性をもって有害な物質を検出するのに十分でないことが多い。
【０００７】
ＵＳ２，９５９，６７７は、光イオン化検出器の基本的な機能的特徴を開示している。検出されるガスは、ＵＶランプでイオン化され、次いで電気的に検出される。第１に重要なものは、検出される化合物のイオン化ポテンシャルである。ＵＶの放射のエネルギが化合物のイオン化ポテンシャルよりも大きい場合、この化合物が検出可能である。不都合なことに、多くの有害な物質は検出することができない。スペクトル情報が提供されないからである。また、光イオン化検出器のランプが汚染されることがあり、その結果として信号収量の低下を招く、という不都合がある。
【０００８】
ＵＳ３，６３１，４３６は、金属酸化物センサの基本的な機能的特徴を開示している。これらのセンサは、還元ガス及び酸化ガスと反応する。これらは、交差感受性が比較的強く、個々の物質を検出するために用いることができない。また、誤警報の頻度が高いので警告指示器として用いることができない。金属酸化物センサは、ガス暴露の後には非常に短い応答時間を有するが、不都合にも、減衰時間がそれよりもずっと長い。電気化学セルは、金属酸化物センサよりも選択的である。しかしながら、上述の検出器では個々の物質が未だに検出され得ない。なぜならば、交差感受性が未だに存在し、及び／又は全ての物質に対して利用可能な電気化学セルが存在しないからである。ＵＳ３，９２５，１８３は、電気化学セルの基本的な機能的特徴を開示している。
【０００９】
イオン移動度分光計又はプラズマクロマトグラフは、以前より知られている。他の分光器とは異なり、このイオン移動度分光計においては、可動部や複雑な要素が要求されない。そのため、これらのシステムは、小型かつ安価に設計可能である。イオン移動度分光計における個々の要素は、例えばＵＳ３，６２１，２４０で説明されている。このイオン移動度分光計は、イオンの移動度の違いを利用している。
【００１０】
これらの装置は、入口システム、イオン源、電気ドリフト管、及び測定センサを有している。イオン源には、典型的には放射活性なＮｉ６３の箔が採用される。電気ドリフト管は、規定された開始後に、電気的に切り替えられるグリッドをもって、大気圧にてイオン移動度に基づいてイオンを分離するようになっている。測定センサは、入射イオンにより生じる微小電流を検出するためのものである。主に空気分子は、イオン源にて大気圧でイオン化され、そのイオン化された分子は、続いていわゆる反応イオンと称される水クラスタをイオン化する。有害物質は、プロトン移動、電子移動、又はプロトン引き抜き反応により連続的にイオン化される。ドリフト通路の極性を変更することにより、陽性操作モードにて陽イオンが検出可能である一方、陰性操作モードにて陰イオンが検出可能である。
【００１１】
移動式システムにおける入口では、典型的にはメンブレン形式が採用される。ＵＳ４，３１１，６６９は、イオン移動度分光計用のメンブレン入口システムを記述している。
【００１２】
好適なことに、メンブレンは、測定信号に干渉するもの（例：湿度、圧力、及び温度）の影響を低減する。このため、ＩＭＳシステムは、小型かつ持ち運び可能にすることができる。不都合なことに、メンブレンは、測定システムでの応答時間を幾分遅らせる。
【００１３】
DE102 35 612 A1は、潤滑油の質を監視するための方法及び対応する装置を開示している。これによれば、潤滑油又はその潤滑油から発生した蒸気のサンプルが、トランスミッションから吸引されるようになっている。このサンプルは、その後、イオン移動度分光計に供給され、潤滑油の蒸気の相に存在する物質に関して同サンプルが分析される。
【００１４】
上記サンプルにおける物質の濃度及び物質のタイプの変化は、未使用潤滑油の蒸気の相中の所定物質との比較により、分析及び評価することができる。これによって、潤滑油の経年劣化の実際状態が表される。イオン移動度分光計は、サンプル吸引ラインを通じてトランスミッションへ接続され、評価ユニットにも接続される。
【００１５】
しかしながら、この解決法は、トランスミッション内の潤滑油の質の監視にのみ使用可能であるという不利益がある。なぜなら、上記装置は、トランスミッションの潤滑油に対してのみ校正されるからである。従って、試験物質がトランスミッションの潤滑油でない場合には、検出（試験物質の同定を意味する。）は、不可能である。この理由のため、上記解決法は、飛行機の内部空間で利用することもできず、及び／又は飛行機におけるガスの検出、特に、飛行機のエンジンのメンテナンス状態を検査するために利用することができない。
【００１６】
イオン移動度分光計で、特に不都合なのは、装置の電源を入れた後、システムが測定を実行するため準備完了となるまでの待機時間が非常に長いことにある。イオン移動度分光計の検出器では、非起動時に堆積し得る干渉物質を上記システムから洗い流す必要があるため、上記の時間が必要である。短い時間に過度に稼働させた場合に、システムは、測定の準備ができた状態ではなくなり、数分から数時間、洗浄する必要があることも、不利益な点である。スペクトルが濃度に依存することもまた、不利益な点である。他の問題点は、イオン移動度分光計の選択率が部分的に低いことである。その１つの理由は、イオン化空間での競争反応のため、興味ある有害物質がイオン化されないことが多く、このために検出できないことである。この競争反応によって、ガス（例：アンモニア系）が存在する場合に、プロトン親和性をもたない多くの有害物質（例：多くの溶媒）は、スペクトルに含まれることが阻害される。
【００１７】
逆に、溶媒が高濃度（ｐｐｍ）で存在するとき、興味ある組成の検出がより困難又は不可能になり得る。ガス混合物における重なり合ったスペクトルは、誤警報の頻度を増加させる。
【００１８】
加えて、低いプロトン親和性又は電子親和性をもつ有害物質は、要求される検出限界にて検出されない。
【００１９】
イオン移動度分光計の他の不利益は、例えばイオン源としてベータ放射源が用いられる場合、典型的には最大で２オーダの大きさに亘る限定的な測定範囲しか得られないことにある。このことは、定量的結果を困難なものとしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従って、本発明の目的は、飛行機の内部空間におけるガスの検出及び同定のための、一般的な方法及び対応する装置を向上させることであり、小型で扱い易く、簡易な構成を有し、及び、試験されるガスの即時的及び同時的な検出及び同定を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この目的は、請求項１の特徴を特徴付ける方法、及び、請求項１３の特徴を特徴付ける装置にて解決される。有利な形態は、従属項２〜１２及び１４〜１９に列挙される。
【００２２】
飛行機の内部空間におけるガスの検出及び同定のための、新規な方法及び対応する装置は、最新技術の上記不利益を除去する。
【００２３】
好適には、飛行機の内部空間におけるガスの検出及び同定のための新規な方法を用いる場合、飛行機の内部空間の供給空気は、測定装置へ搬送される。上記測定装置の測定結果は、数学的手法を用いて解析される。これにより、試験されるガスの、即時的及び同時的な、検出及び同定が可能となる。好適には、数学的手法は、校正及びガス測定に分離可能である。ここにおいて、校正は、上記測定装置の測定範囲を複数のガスクラスに区分すること、及び各ガスクラスに対して限界値を割り当てることを含んでいる。ここにおいて、上記ガス測定は、そのガスクラスを同定すること、及びそのガス強度を決定することを含んでいる。校正は、上記測定装置にて未知であるガスに対して用いられ、その測定装置では、同未知ガスに向けた訓練がなされる。データベースは、上記測定装置の種々の測定信号と、各ガスクラスに割り当てられた限界値に基づく限界値とのペアワイズ配列で作成されている。この方法もまた、未知ガスに向けた訓練を行うことが可能であるので、未知ガスに適用可能である。このようにして、適用分野が容易に拡張可能である。
【００２４】
特に好適なのは、匂いに適用される場合の測定装置における校正が、未知の匂いに対して実行される場合である。ここにおいて、各ガスクラスに対する限界値の割り当ては、上記測定装置の種々の測定信号と、匂い閾値とのペアワイズ配列をもつデータベースの形式にて作成される。匂い閾値の使用は、この方法が目的となる匂いの調査に使用されることを担保している。
【００２５】
好適には、複数のガスクラスが同定されるガス測定において、あるガスクラスが選択され、その後、そのガス強度が決定される。ここにおいて、ガス測定の間に、上記測定装置にて決定された測定結果は、予め記録された測定結果と比較される。この比較に基づいて測定ガスについて結論が導き出される。
【００２６】
特に好適なのは、飛行機の内部空間の供給空気の吸引通路を変更することにより、又はこの吸引通路前の操作パラメータを変更することにより、この吸引通路の吸引領域にて測定ガスのガス源に関して、結論を導き出すことができる場合である。ここにおいて、上記結論は、ガス源の種類及びガス源の位置に応じて特異的なものとなる。飛行機の内部空間における新鮮な空気の吸引通路の変更、又は飛行機のエンジンの操作パラメータの変更によれば、例えば、飛行機のエンジン（このエンジンは、吸引通路の吸引領域に位置している。）のメンテナンス状態に関する結論が導かれ得る。このようにして、容易にかつ確実にガス源を突き止めることができる。典型的には、飛行機の内部空間を換気するための空気量のうち大部分は、換気の循環操作において、飛行機の内部空間の換気通路を意図的に遮断すると同時に新鮮な空気を遮断することによって、閉ループで操作される。このため、飛行機の内部空間におけるガス又は匂いの源を突き止め、除去することができる。例えば、匂いの源に加えて、飛行機の内部空間における火気、特に飛行機の内部空間の内装トリム下におけるケーブル火災も突き止めることができる。飛行機の内部空間における換気の空気量の残りの部分は、閉ループにて操作されず、エンジンを経由して内部空間に到達する新鮮な空気である。ここにおいて、飛行機の内部空間における新鮮な空気の吸引通路の変更によって、飛行機のエンジン（このエンジンは、吸引通路の吸引領域に位置している。）のメンテナンス状態に関する結論を導くことができる。測定ガスのガス又は匂い強度が匂い閾値又はこの匂い閾値よりも小さい又は大きい限界値を超える場合、及び飛行機の内部空間にいる乗客が非常に不快な匂いを感じた場合、飛行機の次回の停止の間に飛行機のエンジンの吸引通路及びそこに位置する飛行機のエンジンを点検し、対応するガス漏出の封止を可能にする。
【００２７】
更に好適なのは、上記測定装置の測定範囲を複数のガスクラスに区分することが、人工ニューラルネットワーク（特にコホーネンネットワーク）をもって実行される場合であり、各ガスクラスに対する限界値の割り当てが、人工ニューラルネットワーク（特に多層パーセプトロンネットワーク）をもって達成される場合である。これらの人工ニューラルネットワークは、パターン認識に対して特に良好に適合し、このため測定の不確実性が非常に小さくなる。
【００２８】
好適には、測定ガスは送出ポンプで導かれ、マニホールドにより分配され、その後イオン移動度分光計、電気化学セル、光化学検出器、及び／又は２つの金属酸化物センサに並行的に導かれる。これにより、同定可能なガスの幅及び適用の範囲は更に拡張され、上記解決法が種々のガスの混合物に適用可能である。例えば、試験ガスの混合物中に存在する種々のガスは、同時に検出及び同定可能である。
【００２９】
特に好適なのは、測定ガスが、イオン移動度分光計、電気化学セル、光イオン化検出器、及び金属酸化物センサに到達する前に参照ガスと混和される場合である。また、別形態では、イオン移動度分光計に到達する前にのみ混和される。参照ガスは、規定された量にて測定ガスへ供給され、始めに、例えば参照ガスの可能な最大流量とし、その後減量される。イオン移動度分光計、電気化学セル、光イオン化検出器、及び／又は金属酸化物センサの測定信号は、参照ガスの投与を制御するのに使用可能である。金属酸化物センサの相対信号の強度を直接使用することによって、金属酸化物センサの測定信号が増大する場合に上記送出ポンプからのガス流を一時的に増加させることができ、又は上記検出器の測定信号が減少する場合に上記送出ポンプからのガス流を一時的に減少させることができ、及び／又はより長い時間に亘る絶対的な信号強度を用いて、粗い調整、特に記ガス流における参照ガスの搬送量の最大及び最少範囲の調整を可能にすることによって、イオン移動度分光計の測定信号に基づいて参照ガスのガス流量の絶対的な範囲を調整することができる。この場合、上記検出器の被毒を防止するために、検出器は慎重に取扱われる。一方、この解決法は、測定範囲を増大させることを可能とし、そのため適用の幅が更に拡張可能である。上記参照ガスは、例えば活性炭にてフィルタされた空気等で構成されるが、所謂ドープガスである特有の物質を含む清浄な空気であってもよい。
【００３０】
また好適なのは、芳香族物質の検出に対しては、イオン移動度分光計と光イオン化検出器との組み合わせに測定ガスが導かれる場合である。個々の物質、例えばホスゲン等の検出に対しては、加えて電気化学セルも組み合わされ、例えば炭化水素又は一酸化炭素等の同定に対しては、加えて金属酸化物センサも組み合わされる。
【００３１】
好適には、飛行機の内部空間におけるガスの検出及び同定のための、新規の装置の適用にて、測定装置は、吸気管、排気管、及び、制御及び表示ユニットをその外部に備える。ここにおいて、測定装置及びイオン移動度分光計及び送出ポンプは、吸気管と排気管との間に配置することができる。電子コンピュータもまた組み込むことができる。送出ポンプの吸引側は、ガスライン、イオン移動度分光計、及び追加的なガスラインを介して吸気管と接続される。送出ポンプの高圧側は、大気開放である排気管と接続される。加えて、コンピュータは、ラインを介して電気的にイオン移動度分光計と接続され、同様にラインを介して電気的に制御及び表示ユニットと接続される。飛行機の内部空間におけるガスの検出及び同定のための装置は、小型で取り扱い易く、簡易な構造を有している。特に好適なのは、上記測定装置が、追加的に、少なくとも１つの光イオン化検出器、少なくとも１つの金属酸化物センサ、及び／又は少なくとも１つの電気化学セルを有している場合である。ここにおいて、各々の光イオン化検出器、金属酸化物センサ、及び／又は各々の電気化学セルは、流体の接続に対して、イオン移動度分光計と並列的にそれぞれ配置される。光イオン化検出器は、流れに関して、金属酸化物センサと直列的にも配置可能である。しかしながら、光イオン化検出器は、流体の接続に対して、金属酸化物センサと直列的にも配置可能である。この検出器の配置は、同時的なガスの検出を確実なものとする。このため、この検出器の測定時間は非常に短い。
【００３２】
好適には、上記コンピュータに数学的手法が組み込まれる。ここにおいて、これらの数学的手法は、校正及びガス測定に用いられる。校正は、上記測定装置の測定範囲を複数のガスクラスに区分すること、及び各ガスクラスに対して限界値を割り当てることを含む。次に、ガス測定は、ガスクラスの同定、及びガス強度の決定を含む。
【００３３】
特に好適なのは、上記測定装置が、移動式又は固定式で飛行機の内部空間の供給空気内に導入される場合である。移動式の測定装置の場合、ガス源は、飛行機の内部空間内で、より容易に突き止めることができる。しかし、移動式の測定装置の場合、例えば、飛行機又は飛行機のエンジン下部における流体の蓄積を検査のために、飛行機外部で装置を使用することができる。
【００３４】
好適には、イオン移動度分光計、電気化学セル、光イオン化検出器、及び／又は２つの金属酸化物センサを備えた測定装置が、ガスラインを介して送出ポンプ、及び、電子機器に接続される。ここにおいて、送出ポンプを経由した参照ガスの制御投与のためのシステムが、イオン移動度分光計、電気化学セル、光イオン化検出器、及び／又は２つの金属酸化物センサの上流に接続されるようになっている。上記電子機器は、電子コンピュータと、光学的及び音響的な警報信号の変換器をもった制御及び表示ユニットとを備えている。
【００３５】
新規なガスの検出及び同定のための装置、及び上記装置を使用するための対応する方法は、以下３つの実施形態を参照しながら記述されている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１実施形態における装置の概略ダイアグラムを示している
【図２】第２実施形態における装置の概略ダイアグラムを示している
【図３】第３実施形態における装置の概略ダイアグラムを示している
【図４】飛行機の内部空間のガスの測定における、測定の配置及びブロック図の簡易化されたダイアグラムを示している
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１に従う第１実施形態において、新規なガスの同定のための装置は、本質的に、測定装置１を含む。測定装置１は、送出ポンプ２、イオン移動度分光計３、及び制御及び表示ユニット５を備える電子コンピュータ４を有する。
【００３８】
送出ポンプ２の高圧側は、ガスライン６を経由して排気管７にて大気開放となっている。一方、吸引側では、送出ポンプ２は、ガスライン８の送出側を通じてイオン移動度分光計３と接続されている。ここにおいて、このイオン移動度分光計３の入口側は、ガスライン９を介して吸気管１０と接続されている。
【００３９】
加えて、コンピュータ４は、電気的にライン１１を介してイオン移動度分光計３と接続されており、及びライン１２を介して制御及び表示ユニット５と接続されている。
【００４０】
制御及び表示ユニット５は、図示的及び音響的な測定結果の表示を提供する。加えて、制御及び表示ユニット５は、典型的な制御要素、例えばオン／オフスイッチ、又はスタート／ストップキーなどの測定サイクルのマニュアル制御のためのものを含む。
【００４１】
図２に従う第２実施形態においては、新規なガスの同定のための装置は、更に光イオン化検出器１３、２つの金属酸化物センサ１４、及び電気化学セル１５を有している。
【００４２】
金属酸化物センサ１４と併用される光イオン化検出器１３及び電気化学セル１５は、流体の伝達においてイオン移動度分光計３に並列的になるよう各々配置されている。流路８及び９は、各々２つのマニホールド１６を有している。加えて、光イオン化検出器１３、金属酸化物センサ１４、及び電気化学セル１５は、コンピュータ４と追加ライン１１を介して電気的に接続されている。
【００４３】
金属酸化物センサ１４に代えて、同一、及び／又は種々の金属酸化物センサ１４をもつセンサアレイを用いても、実施可能である。
【００４４】
図３に従う第３実施形態においては、新規なガスの同定のための装置は、参照ガスの制御投与のために、追加的な送出ポンプ１７を有する。送出ポンプ１７は、吸気管１０の後に直接的に配置される追加的なマニホールド１６を介して、ガスライン９へ及ぶようになっている。これにより、参照ガスが、イオン移動度分光計３、光イオン化検出器１３、金属酸化物センサ１４、及び電気化学セル１５へ、吸気管１８を介して供給可能であるようになっている。
【００４５】
参照ガスの制御投与のために図３に示された送出ポンプ１７を用いるのに、追加的な各センサを備えることなく、イオン移動度分光計との組み合わせのみとしても、実施可能である。
【００４６】
ここまで前述した各実施形態では、種々の数学的手法を使用するコンピュータプログラムが、コンピュータ４に導入されている。これらの数学的手法は、校正及びガス測定を含んでいる。ここにおいて、校正は、測定装置１の測定範囲を、複数のガスクラスに区分すること、及び各ガスクラスに対して限界値を割り当てることを含んでいる。同様に、ガス測定は、ガスクラスの同定及びガス強度の決定を含んでいる。測定装置１の測定範囲は、複数のガスクラスに区分され、各ガスクラスに対する限界値は、対応する人工ニューラルネットワークにより割り当てられる。ここにおいて、特に、測定装置１の測定範囲を複数のガスクラスに区分するために、コホーネンネットワークを用いることができ、各ガスクラスに対する限界値の割り当てには、多層パーセプトロンネットワークを用いることができる。しかしながら、原理上は、他の何れの適切な人工ニューラルネットワーク、及び他の何れの数学的手法も、パターン認識及び定量のために採用することができる。
【００４７】
測定範囲の区分においては、この測定装置１で測定されるガスの全帯スペクトルが、複数のガスクラスに分類分けされる。コホーネンネットワークは、この目的のために使用される。この分類分けは、訓練又は学習の段階で実行される。訓練又は学習の段階では、コホーネンネットワークの個々のニューロンにおける重み関数が、訓練又は学習のデータセットに適用される。この目的のため、既知のガスが測定装置１にて測定され、得られた測定信号が、各々のガスに対してデータセットに組み込まれて保存される。ガスクラスは、コホーネンネットワークに対するデータセットから、学習アルゴリズムによって算出される。ここにおいて、各ガスクラスにより、対応する測定ガスが解釈される。
【００４８】
各ガスクラスに対する限界値の割り当てにおいては、少なくとも１つの限界値が各ガスクラスに割り当てられる。ここにおいて、多層パーセプトロンネットワークが用いられる。これらは、例えば、不快な及び／又は有害な匂いを生成するガスの濃度などの限界値である。ガス又は匂いについての匂いが生じる限界値を、匂い閾値とすることも可能である。
【００４９】
各ガスクラスに対する限界値の割り当ては、多層パーセプトロンネットワークの訓練又は学習の段階にて、再び実行される。ここにおいて、この割り当ては各々のガスに対して実行される。この目的のため、測定される既知のガスの、予め規定されたガス濃度が、測定装置１にて測定される。得られた測定信号は、各々のガスの濃度に対してデータセットに組み込まれ、保存される。限界値の割り当ては、データセットから各々のガスに対して、学習アルゴリズムによって算出される。
【００５０】
測定装置１の測定範囲を複数のガスクラスに区分し且つ各ガスクラスに対して限界値を割り当てるための学習アルゴリズムは、ガウスの最小２乗関数である。しかし、誤差を最小限とする他の適切な方法も使用可能である。
【００５１】
以下、第２実施形態を参照して、飛行機の内部空間におけるガスの同定のための新規な装置の操作を例示的に説明する。測定装置１は、図２によれば、イオン移動度分光計３、光イオン化検出器１３、２つの金属酸化物センサ１４、及び電気化学セル１５を含んでおり、飛行機の内部空間２０における空気供給の供給空気出口１９の前側に、装置の吸気管１０がくるように配置されている。これは、供給空気出口１９から空気又はガスのみが、吸気管１０に到達するようにするためである。
【００５２】
測定処理の間、測定ガスは、送出ポンプ２によって吸引され、吸気管１０、ガスライン９、及びマニホールド１６を介して、イオン移動度分光計３及び電気化学セル１５、続いて、光イオン化検出器１３及び金属酸化物センサ１４に到達する。流体の伝達のため、これらの個々のガス流は、マニホールド１６を介して、イオン移動度分光計３、電気化学セル１５、光イオン化検出器１３の下流で再結合されて、ガスライン９を介して送出ポンプ２と接続される。
【００５３】
電子コンピュータ４は、イオン移動度分光計３、電気化学セル１５、光イオン化検出器１３、及び金属酸化物センサ１４の測定データを別々に処理し、図示的又は音響的にその結果を制御及び表示ユニット５に表示する。
【００５４】
例えば、イオン移動度分光計３においては、反応イオンのピーク前後における、統合された測定信号のみ用いてもよい。上記システムでは、陰性及び陽性両方の操作モードにて操作がなされるので、４つの測定チャネルが提供される。電化学セル１５、光イオン化検出器１３、及び金属酸化物センサ１４の信号に併せて、８つの測定チャネルが上述の構成にて利用できる。必要あれば、イオン移動度分光計３のスペクトルは、さらに細かく区分することができ、それにより４つよりもずっと多くのチャネルを評価に使用することができる。
【００５５】
チャネルは、続くパターン認識のための入力信号として用いることができる。スペクトルピークのみがこの後の評価で考慮されるように、イオン移動度スペクトルを評価することも可能である。
【００５６】
簡易な距離分類器、例えば、ユークリッド距離分類器、判別式分類器、又はニューラルネットワークが採用可能である。
【００５７】
イオン移動度スペクトル、即ち、イオン移動度分光計３の測定信号は、時間の関数としても表示可能である。
【００５８】
図３に示される第３実施形態によれば、測定装置１は、ガスライン９に参照ガスを添加するための、追加的な送出ポンプ１７を含んでもよい。混和された参照ガスも、上記送出ポンプ２によって吸引される。イオン移動度分光計３、電気化学セル１５、光イオン化検出器１３、及び金属酸化物センサ１４へのダメージを避けるため、測定装置１は、測定される大部分が参照ガスとなるように操作される。測定信号が小さい場合、送出ポンプ１７のポンプ容量を減少させる。これは、測定ガスの割合を増加させるためである。参照ガスの添加は、規定された段階で実行してもよく、又は検出器からの測定信号により制御してもよい。
【００５９】
別形態として、イオン移動度分光計３に到達する前にのみ測定ガスを参照ガスと混和させ、参照ガスにより希釈されない状態にて、測定ガスを他の検出器（電気化学セル１５、光イオン化検出器１３、及び金属酸化物センサ１４を意味する。）に供給するようにしてもよい。
【００６０】
測定装置１が使用されない場合、特別な準備ステーションにてこの測定装置１を保管するようにしてもよい。準備ステーションにおける送出ポンプは、測定装置１が連続的に参照ガスにてパージされるのを確実にする。これにより、測定装置１に相互干渉する成分の堆積を防止している。更に、測定装置１は、数分以内で操作可能となる。同時に、準備ステーションは、バッテリを充電するため、又は測定装置１に保存された測定データを読み込むためにも使用可能である。
【００６１】
飛行機の内部空間におけるガスの同定のための新規な装置を使用する場合、飛行機の内部空間における供給空気を変化させることにより、吸引通路の吸引領域における、測定ガスのガス源について結論を導くことができる。特に、ガス源の種類、及びガス源の位置が決定可能である。
【００６２】
図４に従う測定装置１の定置設備において、飛行機の内部空間２０の換気の供給空気出口１９では、ガス又は匂いの不快な事象が発生すると、次の処理が実行される。
【００６３】
飛行機の内部空間２０の供給空気は、測定装置１の吸気管１０にて吸引される。ここにおいて、供給空気は、新鮮な空気を部分的に含み、この新鮮な空気は、飛行機のエンジン２１，２２，２３，２４を介して同じ割合で供給空気に含められる。
【００６４】
ガス又は匂いの不快な事象が発生する場合、ガス測定の間に、校正された測定装置１で、ガスクラスが、コンピュータ４において同定される。その後、測定ガスは、あるガスクラスに分類される。例示的なガスクラスは、以下の通りである。
【００６５】
−エンジンオイル及び潤滑油（ガスクラスＡ）、
−ケロシン（ガスクラスＢ）、
−飛行機の排気（ガスクラスＣ）、
−燃焼臭、即ち、一酸化炭素、二酸化炭素、及び不完全燃焼成分（ガスクラスＤ）
【００６６】
ガス又は匂い強度の決定においては、ガスクラスごとに強度の校正がなされ、決定された強度が保存される。例えば、エンジンオイル及び潤滑油は、いくつかのガスクラスにさらに区分することができると理解できるであろう。従って、上述の例示的なガスクラスに対して、４つの異なる評価が得られる。各ガスクラスにおいて、ガス又は匂い強度の決定が要求され、その決定は以下のものを意味している。
【００６７】
−ガスクラスＡについてのガス又は匂い強度２６の決定、
−ガスクラスＢについてのガス又は匂い強度２７の決定、
−ガスクラスＣについてのガス又は匂い強度２８の決定、及び
−ガスクラスＤについてのガス又は匂い強度２９の決定
【００６８】
例えば、測定ガスがガスクラスＡ、即ちエンジンオイル及び潤滑油に分類される場合、先ず飛行機のエンジンを利用して、測定ガスの源が突き止められ得る。飛行機のエンジンを利用するのは、飛行機のエンジン２１，２２，２３，２４のうちの１つ又は幾つかが考慮されるようにするためである。匂い強度が、エンジンオイル及び潤滑油に対する匂い閾値を越える場合、乗客が匂いによるひどい不快さを感じ得る。
【００６９】
キャビンは、その大きさゆえに適切に換気されず、従って、匂い強度を除去することができない。従って、あるエンジンが匂いによる不快さの原因であると推測することも結論付けることもできない。次に、飛行機のエンジン２１，２２，２３，２４について匂いによる不快さの原因としての決定付け又は除外が実行される。ここにおいて、ガスクラス及び匂い強度の決定に関する結果は、制御及び表示ユニット５にて直ちに表示される。
【００７０】
この目的を達成するために、飛行機のエンジン２１及び２４、又は飛行機のエンジン２２及び２３は、同一のエンジン回転数に設定される。例えば、飛行機のエンジン２１及び２４を同一のエンジン回転数に設定した場合、飛行機のエンジン２１の供給空気を供給し、飛行機のエンジン２４の供給空気を遮断する。この飛行機のエンジン２１の供給空気を測定装置１で測定することにより、この供給空気でガスクラス及び匂い強度が識別できるか否かが確認できる。このためには、先ず初めにガスクラス２５を同定することによって、測定信号が評価される。例えば、"エンジンオイル及び潤滑油"に対するガスクラスＡである同定された場合、次に、ガスクラスＡに対するガス又は匂い強度２６が決定される。その後、飛行機のエンジン２４の供給空気を供給し、飛行機のエンジン２１の供給空気を遮断する。この時点で、匂いクラスは、初めに人の感覚器によって既に検出されているかも知れないが、匂い強度の割り当ては不可能である。人の鼻により初めに匂い強度を検出した後、この匂いの印象が残る。このことが、同一の匂いクラス及び匂い強度を改めて検出することを不可能としている。
【００７１】
飛行機のエンジン２４の供給空気は、ここでは、匂いクラスを決定する目的と、任意的に匂い強度を決定する目的で、測定装置１により測定される。
【００７２】
次に、飛行機のエンジン２２及び２３で、同一の処理が繰り返される。この方法が終了した後、測定装置１の結果の評価により、供給空気のガスクラスとその匂い強度についての結論が得られる。
【００７３】
上述のように個々のエンジンの供給空気を供給する、又は個々のエンジンの供給空気を遮断するのに代えて、匂い強度を増大させるために以下の形態を採ってもよい。個々のエンジンをアイドリング状態からより大きいエンジン回転数となるよう設定し、それにより匂い成分の濃度を増大させることによることも、実施可能である。問題のあるエンジンは、深刻に高濃度の酷い匂い成分（例えば、潤滑油及び油圧オイルの成分）を有する。
【００７４】
匂い強度は、人が検出可能な匂い閾値よりも低いことが多い。このため、主観的な印象では望む結果を達成し得ない。飛行機のエンジン２１，２２，２３，２４を介した空気の供給、及び測定装置１にてこの供給空気の連続的な測定により、匂い強度の増加又は減少が検出又は決定可能である。
【００７５】
測定装置１にて得られた結果からのガスクラス及び匂い強度の評価では、飛行機の内部空間２０に悪臭を必ずしももたらさなかったり、及び／又は人間の鼻では未だ検出可能でなかったりする匂い強度が決定される場合が多い。このガス又は匂い強度により、エンジンの状態についての結論付けが可能となる。これにより、匂いが生成されて乗客により検出される前に、将来的に特定のエンジンについて匂いクラス又は匂い強度を予期するか否かを、直ちに決定することができる。
【００７６】
飛行機の内部空間２０の換気における供給空気出口１９において、測定装置１を定置させる場合、コンピュータ４、及び／又は制御及び表示ユニット５を、外部の制御及び表示ユニットと電気的に接続してもよい。その外部の制御及び表示ユニットは、例えば飛行機のコックピットに備えつけることができる。
【００７７】
測定装置１が移動式である場合、ガス又は匂いの源の特定については、測定位置を変更することによって更に絞り込むことができる。
【００７８】
例えば、飛行機の内部空間の内装トリム下におけるケーブル火災は、飛行機の内部空間の内装トリムを隔てるよう測定位置を変更することにより、突き止めることができる。
【００７９】
移動式の測定装置１は、未知の液体を試験することも可能である。この場合、例えば飛行機の内部空間内だけでなく、例えば飛行機のエンジン下など飛行機の外部における液溜り状態での試験が可能である。
【００８０】
測定装置１を、独立作動式のユニットとして使用することも、又は以下の機器を追加し一緒に使用することも実施可能である。その機器は、示差移動度分光計（ＤＭＳ）又は電場非対称イオン移動度分光計（ＦＡＩＭＳ分光計）又は試験ガスを検出するための他の適切な検出器である。
【符号の説明】
【００８１】
１  測定装置
２  送出ポンプ
３  イオン移動度分光計
４  コンピュータ
５  制御及び表示ユニット
６  ガスライン
７  排気管
８  ガスライン
９  ガスライン
１０  吸気管
１１  ライン
１２  ライン
１３  光イオン化検出器
１４  金属酸化物センサ
１５  電気化学セル
１６  マニホールド
１７  送出ポンプ
１８  吸気管
１９  供給空気出口
２０  飛行機の内部空間
２１  飛行機のエンジン１
２２  飛行機のエンジン２
２３  飛行機のエンジン３
２４  飛行機のエンジン４
２５  ガスクラスの同定
２６  ガスクラスＡについてのガス又は匂い強度の決定
２７  ガスクラスＢについてのガス又は匂い強度の決定
２８  ガスクラスＣについてのガス又は匂い強度の決定
２９  ガスクラスＤについてのガス又は匂い強度の決定
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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