(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）移動可能な台車上に配置される回転自在の支持柱と、
（ｂ）該支持柱上に該支持柱に対して直交する方向に固定される筒状のセルと、
（ｃ）該筒状のセルの内部にガスセンサ表面のみが露出し、前記支持柱に固定されるガスセンサと、
（ｄ）前記筒状のセルを回転させる装置と、
（ｅ）前記筒状のセルの一端から空気を前記ガスセンサ表面に吸引するファンを具備するにおい源方向判定プローブ。
【請求項２】
請求項１記載のにおい源方向判定プローブにおいて、前記ガスセンサは半導体ガスセンサであるにおい源方向判定プローブ。
【請求項３】
（ａ）移動可能な台車上の支持柱上に該支持柱に対して直交する方向に設けられる筒状のセルの内部にガスセンサ表面のみが露出するように前記支持柱に固定されるガスセンサの向きを変更可能にし、
（ｂ）前記筒状のセルの一端から空気をファンにより前記ガスセンサ表面に吸引し、
（ｃ）におい源の向きを探索するにおい源方向判定プローブを用いたにおい源探知方法。
【請求項４】
請求項３記載のにおい源探知方法において、前記筒状のセルを回転させることを特徴とするにおい源探知方法。
【請求項５】
請求項４記載のにおい源探知方法において、前記ガスセンサとして半導体ガスセンサを用いることを特徴とするにおい源探知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自律移動型におい源探知システムに係り、特に、カイコガの行動に倣ったにおい源方向判定プローブ及びそれを用いたにおい源探知方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、におい源探知に関する技術研究としては、既に、本願発明者によって、（１）特願平５−１４９３７５号、（２）特願平６−５５３８３号として提案されたものがある。
【０００３】
すなわち、上記（１）には、においの発生源を探知する自律移動型におい探知システムにおいて、移動可能な本体と、この本体上に配置されるしきり板の表裏のガス濃度を半導体ガスセンサを用いて比較し方向を判定するプローブと、このプローブをにおいの流れの方向に対して平行又は直交する方向に回転させる第１の駆動手段と、前記プローブに接続されるガス濃度検知手段と、このガス濃度検知手段に接続されるにおいの流れる方向を判別する方向判別手段と、この方向判別手段による判別方向に前記本体を移動する第２の駆動手段とを設けるようにしたものである。
【０００４】
しかしながら、上記した従来のにおい源探知システムにおいては、プローブにおいて、プルーム（噴出したエタノールの広がり）端部では、風下と誤判定されてしまうことになり、しきり板の向きを変えて２回の判定が必要であり、時間がかかるという問題点があった。
【０００５】
また、フロー系プローブの問題点は、におい源に到達するまでに時間がかかることである。この原因の１つは、測定系の時定数が大きく、ガスセンサの応答が安定するまでに長い時間を要することである。
【０００６】
そこで、上記（２）の提案が行われた。すなわち、におい源方向判定プローブを用いたにおい源探知方法において、移動可能な台車上に搭載される風向センサにより風向を判定し、その風向に基づいて、移動可能な台車上に搭載される複数のガスセンサにより、におい源の向きを判定し、その判定結果に従って、におい源探知台車を移動するようにしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のにおい源探知システムでは、ガス濃度の低い場所からの探知が困難であったり、微風速（１０ｃｍ／ｓｅｃ程度）環境下ではにおい源の方向判定が不安定になるといった問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点を除去し、風向に関する情報とそのためのセンサを不要とすることができるとともに、微風速状態でも探知可能なカイコガの行動に倣ったにおい源方向判定プローブ及びそれを用いたにおい源探知方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
（１）におい源方向判定プローブにおいて、移動可能な台車上に配置される回転自在の支持柱と、この支持柱上にこの支持柱に対して直交する方向に固定される筒状のセルと、この筒状のセルの内部にガスセンサ表面のみが露出し、前記支持柱に固定されるガスセンサと、前記筒状のセルを回転させる装置と、前記筒状のセルの一端から空気を前記ガスセンサ表面に吸引するファンを具備するようにしたものである。
【００１０】
（２）上記（１）記載のにおい源方向判定プローブにおいて、前記ガスセンサは半導体ガスセンサである。
【００１１】
（３）におい源方向判定プローブを用いたにおい源探知方法において、移動可能な台車上の支持柱上にこの支持柱に対して直交する方向に設けられる筒状のセルの内部にガスセンサ表面のみが露出するように前記支持柱に固定されるガスセンサの向きを変更可能にし、前記筒状のセルの一端から空気をファンにより前記ガスセンサ表面に吸引し、におい源の向きを探索するようにしたものである。
【００１２】
（４）上記（３）記載のにおい源探知方法において、前記筒状のセルを回転させるようにしたものである。
【００１３】
（５）上記（４）記載のにおい源探知方法において、前記ガスセンサとして半導体ガスセンサを用いるようにしたものである。
【００１４】
【作用】
生物のにおい源探知行動は数多く知られている。雄カイコガは、性フェロモンを受容すると激しく羽ばたきながら歩きまわり、雌を発見している。本発明では、風胴内でフェロモン受容時のカイコガの行動観察を行い、通常のガと羽を切除したガとではその探知能力に大きな差があることがわかった。
【００１５】
そこで、その仕組みを模倣したにおい源探知システムを開発し、におい源の探知を行った。すなわち、装置として、筒状のセルの中心に半導体ガスセンサを取りつけ、一端からファンにより空気をセンサ表面に吸引し、羽ばたきの代用とした。におい源の方向から空気を吸引すると、他の方向から吸引した場合よりも大きいセンサ応答が得られる。この応答差を利用してにおい源の方向を判定させ、最終的に風胴内の様々な場所からにおい源に到達することができる。
【００１６】
このにおい源探知システムでは、周辺のにおいを吸引することによって、濃度の低い場所からでも効率良くにおい源に到達することができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施例を示すにおい源方向判定プローブの概念図、図２は本発明の実施例を示すにおい源方向判定プローブの構成図であり、図２（ａ）はそのおい源方向判定プローブの全体構成図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ部拡大斜視図である。
【００１９】
これらの図において、１は台車、２はその台車１の車輪、３は台車１上に設けられる回転自在の支持柱、４はその支持柱３に固定される筒状のセル、５はその筒状のセル４に設けられ、前記回転自在の支持柱３上に固定される半導体ガスセンサ、６は筒状のセル４の後端部に設けられるファンである。
【００２０】
また、台車１内には半導体ガスセンサ５に接続されるＡ／Ｄコンバータ７、このＡ／Ｄコンバータ７に接続されるマイクロコンピュータ８が搭載されている。
【００２１】
更に、マイクロコンピュータ８にはモータ制御回路９が接続され、このモータ制御回路９により、台車１を移動させる車輪２を駆動する。また、このモータ制御回路９により、ステッピング回転機構１０を介して、支持柱３が回転される。すなわち、この支持柱３の回転駆動により、セル４及び半導体ガスセンサ５は回転自在となる。
【００２２】
ここで、図１に示すように、例えば、セル４の長さＬ1 は５ｃｍ、幅Ｌ2 は２．５ｃｍ、高さＬ3 は２．５ｃｍで、そのセル４の後端に２．５×２．５ｃｍ，１２Ｖ，０．０９ＡのＤＣ型ファン６を配置する。
【００２３】
そして、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、上記した半導体ガスセンサ５は、直接そのガスセンサに風が当たるのを避けるために、筒状のセル４の内部に突出しないように取り付けられ、上部からガスが入ることができる構造となっている。
【００２４】
そこで、図３に示すように、例えば、高さｚ（３５ｃｍ）、幅ｘ（８０ｃｍ）、奥行きｙ（７０ｃｍ）を有する長方体をなす風胴（ウインド・トンネル）１１内にノズル１２を設け、それに対向する側に角錐状の煙突を有し、その先端に吸引ＡＣファン１３を有する排出口１４を設けている。その風胴１１内に、本発明のにおい源方向判定プローブを有する自律移動型におい・ガス源探知台車（図示なし）をセットする。そして、飽和されたエタノールを空気とともにバルブ１５を介してノズル１２から送る。すると、におい・ガスの拡散速度は非常に遅く、におい・ガスは主に風により運ばれる。
【００２５】
このように、におい源方向判定プローブにおいて、移動可能な台車１上に配置される筒状のセル４と、この筒状のセル４の中心に設けられる半導体ガスセンサ５と、前記筒状のセル４の一端から空気を前記半導体ガスセンサ５表面に吸引するファン６を設ける。
【００２６】
ここで、プローブは、台車１の中心のステッピング回転機構１０により３６０度自由に回転できるようになっている。また、筒状のセル４には、例えば厚さ５ｍｍのアクリル板を用いた。
【００２７】
そこで、風胴内で周辺からの気流を断ち、プローブのファンを回した時の風速を図４に示す。
【００２８】
ここで、図４において、＋方向は排出の方向、−方向は吸引の方向であり、排出の方が大きい風速となる。
【００２９】
基本的には風速センサを使わないシステムであるので、一度設定したガスセンサのベース抵抗が、ファンのＯＮ／ＯＦＦや吸引方向によって変化しない方が良い。そのために、ガスセンサを埋め込んで直接風が当り難い構造にした。
【００３０】
次に、吸引方向別のガスセンサの応答について説明する。
【００３１】
風胴内３カ所において、各点でセルの方向を９０度ずつ回転させて、ガスセンサの応答をとった。その応答を図５に示す。
【００３２】
ここで、ガスセンサ応答はＲgas ／Ｒair であり、ガス濃度が上昇すると、センサ抵抗が減少するために、Ｒgas ／Ｒair は小さくなる。すなわち、Ｒgas ／Ｒair 値が小さい方が濃度が大きいことになる。
【００３３】
一定方向から３分間吸引しその間の応答の平均をとったところ、プルームの端ではプルームの中心方向から吸引した時に最も応答が高くなった。ファンを止めた時の応答も合わせて示す。図５（Ｂ）に示すように、ファンがない時には殆ど応答がない場所でも、周辺空気を吸引することによって、プルームの中心方向から吸引すると高い応答が得られるようになり、プルームの方向へと進むことが可能になる。
【００３４】
一方、プルームの中心では、におい源のある風上へと吐き出した時に応答が低くなり、その他の方向では、同じように高い応答になり、応答差は得られなかった。つまり、においの塊をはじき返すことによって、応答が低くなるのを利用して、風上のにおい源の方向へと進むことが可能になる。
【００３５】
次に、プローブの回転速度の設定について説明する。
【００３６】
一定方向から吸引した安定な状態で平均をとった場合では、ファンによって周辺の風向／風速場を変えることによって応答性が得られることがわかったが、実際に移動しながら探知実験を行う場合には、プローブを随時回転させて、吸引方向別の応答差を得なければならない。そのために、できるだけ速く回転させて、なおかつ風速風向場の変化による応答差が得られるような回転速度を設定した。また回転を開始する時に向いていた方向の応答への影響も調べた。
【００３７】
図５（Ａ）に示す風胴の中心（４０，３５）と図５（Ａ）に示すプルームの端（４０，４５）で、様々な速度でファンを回して応答を測定した。応答例を図６に示す。
【００３８】
ガスセンサの回復が遅いためと、センサ周辺の空気の移動がプローブの回転に追いつかないために、早く回転し過ぎるとはっきりとした応答差が現れない。
【００３９】
また、回転速度が速い時には、ファンを回転し始めた方向での回転以前の応答の影響が大きかった。プルームの端では回転速度をあげなければ、プルーム中心方向の応答が最高となる結果が得られた。
【００４０】
ファンつきプローブを連続的に回転させて周辺空気を吸引した時、吸引方向によって十分な応答差を得るために最低でも３０度／ｓｅｃ（１２ｓｅｃ／周）か、それより遅い速度で回転させる必要があることが分かった。
【００４１】
次に、におい源方向判定法について説明する。
【００４２】
（ａ）プルーム中心での方向判定法
プルームの中と判断した場合〔応答の最小値が０．５（Ｒgas ／Ｒair ）以下の場合〕、以下のように判定を行った。
【００４３】
初期条件は前述のようにＲgas ／Ｒair が最大値をとった吸引方向の反対の方向をにおい源方向と判定することにした。この条件の元で様々な回転開始方向から回転させてその応答からにおい源の方向を判定させた。図７に、プルーム中心における回転角度とセンサ応答の関係を示す。
【００４４】
なお、ここでは、Ｒgas ／Ｒair が最大になった点の反対方向をにおい源方向としている。ただし、図７では必ずしも一致してはいない。それは、回転させると、センサ応答の遅れが生じるからで、９０度（３秒分）を差し引いて方向を判定している。
【００４５】
（ｂ）プルーム端での方向判定法
プルーム端でも、プルームの中心の場合と同様に初期条件は、Ｒgas ／Ｒair が小さくなりはじめの方向をプルームの方向と判定することにし、この条件の元で様々な回転開始方向から回転させてその応答からプルームの方向を判定させた。図８にプルーム中心における回転角度とセンサ応答の関係を示す。
【００４６】
ここでは、Ｒgas ／Ｒair が小さくなり始める時の方向をプルームの方向と判定する。
【００４７】
具体的なにおい源探知を以下のアルゴリズムで行った。すなわち、
ある地点でプローブを回転させて、各方向について応答をとる。その応答値から、プルーム（におい源）の方向を判定させその方向に１ステップ（２ｃｍ）進んで止まる。再びその場所で、応答をとり、以下、におい源に到達するまで繰り返した。
【００４８】
その探知結果を図９に示す。風胴内では、プルーム中心及び端のあわせて６カ所の全ての場所からにおい源に到達することができた。
【００４９】
開始地点に、エタノール源に到達するまでに要した時間を付記した。上下の２本はプルームの端から開始し、中心の軌跡はエタノール源から直接風下にあたるプルームの中心から探知を開始したものである。
【００５０】
エタノール源から離れる方向に進んでいる場所が数カ所あるが、これはプルームの揺らぎや風胴の側面に風があたって跳ね返ったため、正しい応答差が得られなかったためである。
【００５１】
なお、上記実施例ではガスセンサとして、半導体ガスセンサを用いたが、これに限定するものではなく、水晶振動子ガスセンサ、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）ガスセンサ、電気化学ガスセンサ等も同様に使用することができ、検知対象となるガスの種類によって変更することができる。
【００５２】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００５３】
【発明の効果】
以下、詳細に説明したように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００５４】
（１）請求項１記載のにおい源方向判定プローブによれば、移動可能な台車上に配置される回転自在の支持柱と、この支持柱上にこの支持柱に対して直交する方向に固定される筒状のセルと、この筒状のセルの内部にガスセンサ表面のみが露出し、前記支持柱に固定されるガスセンサと、前記筒状のセルを回転させる装置と、前記筒状のセルの一端から空気を前記ガスセンサ表面に吸引するファンを設けるようにしたので、従来のような風向に関する情報とそのためのセンサを不要とすることができるとともに、微風速状態でも探知可能なカイコガの行動に倣ったにおい源方向判定プローブを得ることができる。
【００５５】
そして、におい源の方向から空気を吸引すると、他の方向から吸引した場合よりも大きいセンサ応答が得られる。この応答差を利用してにおい源の方向を判定させ、最終的に風胴内の様々な場所からにおい源に到達することができる。
【００５６】
（２）請求項２記載のにおい源方向判定プローブによれば、前記ガスセンサとして、半導体ガスセンサを有するので、コンパクトに、しかも、筒状のセルに容易に取り付けることができる。
【００５７】
（３）請求項３記載のにおい源方向判定プローブを用いたにおい源探知方法によれば、移動可能な台車上の支持柱上にこの支持柱に対して直交する方向に設けられる筒状のセルの内部にガスセンサ表面のみが露出するように前記支持柱に固定されるガスセンサの向きを変更可能にし、前記筒状のセルの一端から空気をファンにより前記ガスセンサ表面に吸引し、におい源の向きを探索するにおい源方向判定プローブを用いて周辺のにおいを吸引することにより、濃度の低い場所からでも効率良くにおい源に到達することができる。
【００５８】
（４）請求項４記載のにおい源探知方法によれば、前記筒状のセルを回転させるようにしたので、濃度の低い場所からでも確実ににおい源の探知を行うことができる。
【００５９】
（５）請求項５記載のにおい源探知方法によれば、前記ガスセンサとして半導体ガスセンサを用いるようにしたので、小形で高精度に、濃度の低い場所からでも確実ににおい源の探知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すにおい源方向判定プローブの概念図である。
【図２】本発明の実施例を示すにおい源方向判定プローブの構成図である。
【図３】本発明のにおい源判定のための風胴の概略図である。
【図４】本発明の実施例を示す風胴内で周辺からの気流を断ち、プローブのファンを回した時の風速を示す図である。
【図５】本発明の実施例を示す風胴内３カ所において、各点でセルの方向を９０度ずつ回転させて、ガスセンサの応答を調べた結果を示す図である。
【図６】本発明の実施例を示す風胴の中心とプルームの端で、様々な速度でファンを回して応答を測定した結果を示す図である。
【図７】本発明の実施例を示すプルーム中心における回転角度とセンサ応答の関係を示す図である。
【図８】本発明の実施例を示すプルーム中心における回転角度とセンサ応答の関係を示す図である。
【図９】本発明の実施例を示すにおい源に到達するまでの探知結果を示す図である。
【符号の説明】
１    台車
２    車輪
３    回転自在の支持柱
４    筒状のセル
５    半導体ガスセンサ
６    ファン
７    Ａ／Ｄコンバータ
８    マイクロコンピュータ
９    モータ制御回路
１０    ステッピング回転機構
１１    風胴（ウインド・トンネル）
１２    ノズル
１３    吸引ＡＣファン
１４    排出口
１５    バルブ
【図１】
0003568618.tif 000002
【図２】
0003568618.tif 000003
【図３】
0003568618.tif 000004
【図４】
0003568618.tif 000005
【図５】
0003568618.tif 000006
【図６】
0003568618.tif 000007
【図７】
0003568618.tif 000008
【図８】
0003568618.tif 000009
【図９】
0003568618.tif 000010