(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる所定の差分時間幅だけ遅延させる複数のディレイ回路（２１〜２ｎ）と、
該複数のディレイ回路により遅延されたそれぞれ異なる所定の差分時間幅前のセンサ出力信号と、臭い成分の濃度を測定する臭いセンサ（１１）の出力信号との差分演算をする複数の差分演算器（３１〜３ｎ）と、
該複数の差分演算器（３１〜３ｎ）からのそれぞれの差分演算結果が、それぞれ異なる所定のしきい値を超過しているときは警報信号を出力する複数のコンパレータ（４１〜４ｎ）と、
を具備することを特徴とする臭気測定装置。
【請求項２】
それぞれ異なる所定の差分時間幅だけ遅延させる複数のディレイ回路（２１〜２ｎ）と、
該複数のディレイ回路により遅延されたそれぞれ異なる所定の差分時間幅前のセンサ出力信号と、臭い成分の濃度を測定する臭いセンサ（１１）の出力信号との差分演算をする複数の差分演算器（３１〜３ｎ）と、
該複数の差分演算器（３１〜３ｎ）からのそれぞれの差分演算結果と、前記複数のディレイ回路のそれぞれ異なる差分時間幅とから、それぞれのセンサ出力信号の増加率を演算する複数の割算器（６１〜６ｎ）と、
該複数の割算器からのそれぞれのセンサ出力信号の増加率が、それぞれ異なる所定のしきい値を超過しているときは警報信号を出力する複数のコンパレータ（４１〜４ｎ）と、
を具備することを特徴とする臭気測定装置。
【請求項３】
前記差分時間幅は、センサ出力信号の急激な時間変化の異常を検知するのに適する値であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の臭気測定装置。
【請求項４】
前記差分時間幅は、センサ出力信号の穏やかな時間変化の異常を検知するのに適する値であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の臭気測定装置。
【請求項５】
請求項２記載の複数のディレイ回路、複数の差分演算器、及び複数の割算器に代えて、それぞれ異なる通過帯域をもつ複数の高域通過フィルタと、複数の微分フィルタとを備える複数のディジタルフィルタを用いることを特徴とする臭気測定装置。
【請求項６】
前記複数のコンパレータ（４１〜４ｎ）の出力する警報信号に加えて、前記臭い成分の濃度を測定する臭いセンサ（１１）の出力信号の絶対値が、しきい値を超過しているときは警報信号を出力するコンパレータ（４０）を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の臭気測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶液中に溶存する臭気物質を測定する臭気測定装置に関し、特にセンサ出力から計測対象の異常を検出するアルゴリズムの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
臭いセンサは、例えば本出願人の提案にかかる特開平５−２９６９０７号公報に開示されている。このような臭いセンサは、水晶振動子上に臭い感応膜を貼付した構造をしている。そして、臭い感応膜に揮発油成分等の異常物質が吸着すると、水晶振動子の共振周波数がシフトするので、このシフト量をセンサ出力としている。
【０００３】
このような臭いセンサは、例えば浄水場で利用される。浄水場では、入口で河川原水をモニタリングして、油臭気を検出している。そして、油臭気が設定値を超過した場合、油臭気の警報が出力される。この警報出力に対して、制御装置は取水停止や活性炭投入等の制御アクションをとっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、油臭気には燃料油等の高沸点の成分があり、このような油分が水中から揮発して臭いセンサに到達して、センサ出力値が最終値に収束するまで３０分以上の長時間を要する場合がある。他方、浄水場内の汚染を防止するためには、１５分程度以内の警報応答時間が必要となっている。本発明はこのような課題を解決したもので、高沸点の油成分のように応答時間が長くなりがちなものであっても、警報が迅速に出力される臭気測定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する請求項１記載の本発明は、それぞれ異なる所定の差分時間幅だけ遅延させる複数のディレイ回路（２１〜２ｎ）と、該複数のディレイ回路により遅延されたそれぞれ異なる所定の差分時間幅前のセンサ出力信号と、臭い成分の濃度を測定する臭いセンサ（１１）の出力信号との差分演算をする複数の差分演算器（３１〜３ｎ）と、該複数の差分演算器（３１〜３ｎ）からのそれぞれの差分演算結果が、それぞれ異なる所定のしきい値を超過しているときは警報信号を出力する複数のコンパレータ（４１〜４ｎ）とを具備する構成としている。
【０００６】
この構成によれば、所定の差分時間幅前のセンサ出力信号と差分演算をして、センサ出力信号の増加量を演算し、この演算した増加量がしきい値を超過しているときは警報信号を出力する構成としているので、センサ応答の収束を待つことなく、立ち上がり部分の差分演算により初期挙動から警報を発することができる。
【０００７】
請求項２記載の本発明は、それぞれ異なる所定の差分時間幅だけ遅延させる複数のディレイ回路（２１〜２ｎ）と、該複数のディレイ回路により遅延されたそれぞれ異なる所定の差分時間幅前のセンサ出力信号と、臭い成分の濃度を測定する臭いセンサ（１１）の出力信号との差分演算をする複数の差分演算器（３１〜３ｎ）と、該複数の差分演算器（３１〜３ｎ）からのそれぞれの差分演算結果と、前記複数のディレイ回路のそれぞれ異なる差分時間幅とから、それぞれのセンサ出力信号の増加率を演算する複数の割算器（６１〜６ｎ）と、該複数の割算器からのそれぞれのセンサ出力信号の増加率が、それぞれ異なる所定のしきい値を超過しているときは警報信号を出力する複数のコンパレータ（４１〜４ｎ）とを具備する構成としている。
【０００８】
この構成によれば、所定の差分時間幅前のセンサ出力信号と差分演算をして、センサ出力信号の増加率を演算し、この演算した増加率がしきい値を超過しているときは警報信号を出力する構成としているので、センサ応答の収束を待つことなく、立ち上がり部分の差分演算により初期挙動から警報を発することができる。増加率を演算することで、データ処理の普遍性がます。
【０００９】
ここで、請求項３のように、差分時間幅は、センサ出力信号の急激な時間変化の異常を検知するのに適する値としたり、請求項４のように差分時間幅は、センサ出力信号の穏やかな時間変化の異常を検知するのに適する値とすると、センサ出力信号の性質に応じて適切な警報信号の出力が行える。さらに、請求項５のように、増加率の演算は、適宜の通過帯域をもつ高域通過フィルタや微分フィルタを有するディジタルフィルタで行う構成としても、差分演算と同様の効果が得られる。
【００１０】
また、請求項６のように、前記臭気測定装置は、前記複数のコンパレータ（４１〜４ｎ）の出力する警報信号に加えて、前記臭い成分の濃度を測定する臭いセンサ（１１）の出力信号の絶対値が、しきい値を超過しているときは警報信号を出力するコンパレータ（４０）を具備する構成とすると、センサ出力の絶対値がしきい値を超過するような場合にも確実に警報信号が出力される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて、本発明を説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成ブロック図である。図において、臭いセンサ１１のセンサ出力は、ｎ＋１種類のコンパレータ４０〜４ｎから警報０〜ｎに該当するか判断されて、制御装置５０に送られる。
【００１２】
コンパレータ４０は、センサ出力信号が第２のしきい値を超過しているときは警報信号を出力するもので、センサ出力信号の絶対値を処理する。制御装置５０からは、設定値０が第２のしきい値としてコンパレータ４０に送られる。
【００１３】
ディレイ回路２１は、臭いセンサ１１の出力信号を、所定の差分時間幅ｔ１だけ遅延させる。差分演算器３１は、ディレイ回路２１の出力信号と臭いセンサ１１の出力信号の差分演算をする。割算器６１は、差分演算器３１の差分演算結果と差分時間幅ｔ１からセンサ出力信号の増加率を演算する。コンパレータ４１は、割算器６１の演算した増加率がしきい値を超過しているときは警報信号１を出力する。制御装置５０からは、設定値１がしきい値としてコンパレータ４１に送られる。
【００１４】
同様にして、ディレイ回路２ｎ（ｎ＝２，３，・・・，ｎ）は、臭いセンサ１１の出力信号を、所定の差分時間幅ｔｎだけ遅延させる。差分演算器３ｎは、ディレイ回路２ｎの出力信号と臭いセンサ１１の出力信号の差分演算をする。割算器６ｎは、差分演算器３ｎの差分演算結果と差分時間幅ｔｎからセンサ出力信号の増加率を演算する。コンパレータ４ｎは、割算器６ｎの演算した増加率がしきい値を超過しているときは警報信号ｎを出力する。制御装置５０からは、設定値ｎがしきい値としてコンパレータ４ｎに送られる。制御装置５０は、警報信号０〜ｎの何れか一つが有効になれば、警報信号をオペレータ等に知らせる。
【００１５】
このように構成された装置の動作を次に説明する。図２はセンサ出力信号の差分演算による警報の動作を説明するもので、（Ａ）はセンサ出力トレンド、（Ｂ）はセンサ出力の増加勾配を表している。
【００１６】
センサ出力信号は、０〜１時間では０Ｈｚ、１〜２．５時間では０〜２８Ｈｚまで単調上昇し、２．５時間以降は２８Ｈｚで安定する。これに対して、センサ出力の増加勾配は１時間の０．０［Ｈｚ／ｍｉｎ］から５分後には０．９［Ｈｚ／ｍｉｎ］まで急上昇する。その後、２時間で０．２［Ｈｚ／ｍｉｎ］と徐々に低下している。
【００１７】
ここで、センサ出力の増加勾配に対するしきい値が０．５［Ｈｚ／ｍｉｎ］であるとすると、５分程度の差分時間幅での比較的短期の差分演算で検出できる。このように、急激にセンサ出力の増加勾配が変化する場合には、５分程度の応答速度で迅速に検出できる。そこで、５分程度の短期の差分演算で、河川への油分の混入突発事故を迅速に異常検出する。
【００１８】
図３はセンサ応答は微少であるが長期に異常が続く場合の異常検出を説明する波形図で、（Ａ）はセンサ出力トレンド、（Ｂ）はセンサ出力の５分程度の短期の差分演算、（Ｃ）はセンサ出力の３０分程度の長期の差分演算を示している。
【００１９】
センサ出力信号は、０〜１時間では０Ｈｚ、１〜３時間では０〜１２Ｈｚまで単調上昇している。これに対して、センサ出力の５分程度の短期の差分演算では、センサ出力の増加勾配は１時間の０．０［Ｈｚ／ｍｉｎ］から５分後には０．１［Ｈｚ／ｍｉｎ］まで上昇するものの、ノイズも±０．０５［Ｈｚ／ｍｉｎ］程度重畳している。そこで、しきい値を０．０５［Ｈｚ／ｍｉｎ］に設定すると、ノイズに対する警報出力のマージンが少なく、警報信号がオンオフのチャタリングを起こしてしまう。
【００２０】
これに対して、センサ出力の３０分程度の長期の差分演算では、センサ出力の増加勾配は１時間の０．０［Ｈｚ／ｍｉｎ］から３０分後には０．１０［Ｈｚ／ｍｉｎ］まで上昇するものの、ノイズは±０．０１［Ｈｚ／ｍｉｎ］程度重畳しているに過ぎない。そこで、しきい値を０．０５［Ｈｚ／ｍｉｎ］に設定しても、ノイズに対する警報出力のマージンが十分に確保でき、１５分後には警報信号を確実に出力できる。
【００２１】
図４は本発明の第２の実施例を示す構成ブロック図である。ディジタルフィルタ７１は、図１に示すディレイ回路２１、差分演算器３１、割算器６１の機能を実現する。ディジタルフィルタ７１は、適宜の通過帯域をもつ高域通過フィルタや微分フィルタを有する。ディジタルフィルタ７ｎ（ｎ＝２，３，・・・，ｎ）は、図１に示すディレイ回路２ｎ、差分演算器３ｎ、割算器６ｎの機能を実現する。
【００２２】
なお、上記実施例においては、ディレイ回路２ｎ、差分演算器３ｎ、割算器６ｎの機能をディジタル信号処理回路のようなハードウェアで構成する説明をしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、信号処理用のソフトウェアを用いて処理してもよい。また、差分演算結果のノイズ低減のために、予め設定した点数でセンサ出力を平均化して差分演算をしたり、或いは差分演算を行った後で平均化してもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の本発明によれば、所定の差分時間幅前のセンサ出力信号と差分演算をして、センサ出力信号の増加量を演算し、この演算した増加量がしきい値を超過しているときは警報信号を出力する構成としているので、センサ応答の収束を待つことなく、立ち上がり部分の差分演算により初期挙動から警報を発することができる。
【００２４】
請求項２記載の本発明によれば、所定の差分時間幅前のセンサ出力信号と差分演算をして、センサ出力信号の増加率を演算し、この演算した増加率がしきい値を超過しているときは警報信号を出力する構成としているので、センサ応答の収束を待つことなく、立ち上がり部分の差分演算により初期挙動から警報を発することができる。増加率を演算することで、データ処理の普遍性がます。
【００２５】
請求項６記載の本発明によれば、臭気測定装置は、コンパレータの出力する警報信号に加えて、前記センサ出力信号が第２のしきい値を超過しているときは警報信号を出力するコンパレータ４０を具備する構成としているので、センサ出力の絶対値がしきい値を超過するような場合にも確実に警報信号が出力される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図２】センサ出力信号の差分演算による警報の動作を説明するものである。
【図３】センサ応答は微少であるが長期に異常が続く場合の異常検出を説明する波形図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示す構成ブロック図である。
【符号の説明】
１１  臭いセンサ
２１  ディレイ回路
３１  差分演算器
４１  コンパレータ
５０  制御装置
６１  割算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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