(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ又は複数個のガスセンサを設けたセンサ部と、ガスセンサによるサンプルガス検出時の検出信号と測定の基準となるゼロガス検出時の検出信号からセンサ出力を算出してサンプルガスの定性を行なう信号処理部とを備えたガス測定装置において、
サンプルガスを希釈して前記センサ部に供給するサンプルガス希釈機構と、
前記サンプルガス希釈機構を制御してサンプルガスを希釈し、低いサンプルガス濃度から徐々に高いサンプルガス濃度になるように、複数点の濃度でサンプルガスを前記センサ部に供給する希釈サンプルガス供給制御部を備え、
前記信号処理部は、前記定性としてサンプルガス希釈率の変化に対するセンサ出力変化の様子を２つのサンプルガスで比較することにより両サンプルガスが濃度の異なる同一ガスであるのか異なる組成のガスであるのかを解析することを特徴とするガス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１つ又は複数個のガスセンサを設けたセンサ部と、ガスセンサによるサンプルガス検出時の検出信号と測定の基準となるゼロガス検出時の検出信号からサンプルガスの定性又は定量を行なう信号処理部とを備えたガス測定装置に関するものである。このようなガス測定装置は、におい、香、ガス、悪臭などを定量及び識別するのに用いられ、脱臭、調香などの技術分野に応用されている。具体的に測定する対象としては、食品、公害ガス、異臭、建材のにおい、体臭、工場からのにおいなどが上げられる。
【０００２】
【従来の技術】
ガスセンサとしては、酸化物半導体センサ、導電性高分子センサ、水晶振動子やＳＡＷ（surface acoustic wave：表面弾性波）デバイスの表面にガス吸着膜を形成したセンサがある。酸化物半導体を用いたガスセンサでは、サンプルガス中のにおい成分の酸化還元反応により酸化物半導体の電気抵抗が変化する現象を利用する。導電性高分子を用いたガスセンサでは、におい成分の吸着により導電性高分子の導電率が変化する現象を利用する。水晶振動子やＳＡＷデバイスの表面にガス吸着膜を形成したセンサでは、ガス吸着膜へのにおい成分の吸着による重量変化に伴い振動数が変化する現象を利用する。
【０００３】
このような現象を利用してサンプルガス中のにおい成分を測定するガス測定装置（におい測定装置）は、１つ又はガス応答特性の異なる複数個のガスセンサを備えており、ガスセンサからの検出信号をそのまま表示するか、又は複数個のガスセンサの検出信号を多変量解析に持ち込む、いわゆるケモメトリクスと呼ばれる技術を応用してサンプルガス中のにおい成分を測定している。
従来のガス測定装置では、複数のサンプルガスを測定する場合、サンプルガスとして一定濃度のものを調製し、その内の一定量を採取して測定している。また、微量成分の検出のために、濃縮機能を持ったガス測定装置もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ガスセンサ、特に酸化物半導体センサでは、におい成分濃度に対するセンサ出力の応答直線性が少ないので、センサ出力が２倍になったからといって、におい成分濃度が２倍にならないことが多い。
また、サンプルガスが単物質で構成されている場合は、各物質に対して校正することが可能であるが、ガスセンサの測定対象であるにおいとなると、多数のにおい成分が種々の濃度で混在しており、におい成分の種類と濃度の組み合わせは無限となり、校正することは難しい。そのため、同じにおい成分から構成されるサンプルガスであっても、サンプルガス濃度や測定時の採取量が変化すると、識別がうまくできないことがあった。
そこで本発明は、ガス測定装置において、サンプルガス濃度や測定時の採取量の違いに拘わらず、におい識別能を向上させることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明を表すブロック図である。
本発明は、１つ又は複数個のガスセンサを設けたセンサ部２と、ガスセンサによるサンプルガス検出時の検出信号と測定の基準となるゼロガス検出時の検出信号からセンサ出力を算出してサンプルガスの定性又は定量を行なう信号処理部６とを備えたガス測定装置であって、サンプルガスを希釈してセンサ部２に供給するサンプルガス希釈機構４と、サンプルガス希釈機構４を制御してサンプルガスを希釈し、低いサンプルガス濃度から徐々に高いサンプルガス濃度になるように、複数点の濃度でサンプルガスをセンサ部２に供給する希釈サンプルガス供給制御部８を備え、信号処理部６は、サンプルガス希釈率（濃度）とセンサ出力の関係を解析するものである。
【０００６】
希釈サンプルガス供給制御部８により、サンプルガス希釈機構４を制御してサンプルガスを希釈し、複数点の濃度でサンプルガスをセンサ部２に供給する。まず、サンプルガス濃度の低い希釈サンプルガスを検出部２に供給し、そのときの検出部２からの検出信号及び希釈サンプルガス供給制御部８からの希釈率情報を信号処理部６に送る。次に、希釈サンプルガスのサンプルガス濃度を徐々に高くして、複数点の濃度でサンプルガスをセンサ部２に供給し、それぞれのサンプルガス濃度における検出信号と希釈率情報を信号処理部６に送る。信号処理部６は、検出信号及び希釈率情報に基づいて、１つのガスセンサを備えている場合はそのガスセンサ、複数個のガスセンサを備えている場合は各ガスセンサについて、サンプルガス希釈率（濃度）とセンサ出力の関係を解析する。その結果、１つの濃度でサンプルガスを測定するよりもにおい識別能が向上する。ガス測定装置が複数個のガスセンサを備えている場合は、各ガスセンサのセンサ出力をデータベース化することにより、におい識別能がさらに向上する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
また、従来技術では、感度の高いガスセンサを使用した場合、通常の濃度のガス（におい）であっても、ガスセンサを破壊してしまう虞れがあった。
そこで、本発明では、サンプルガス濃度を変えてサンプルガスを測定する時にガスセンサの検出信号をモニタし、その検出信号に基づいて、サンプルガス濃度がガスセンサを劣化又は破壊する濃度以上にならないように制御する機能を希釈ガスサンプル供給制御部８に設けることが好ましい。
【０００８】
検出信号を解析することにより、サンプルガスの濃度を知ることができる。本発明では、サンプルガス濃度を徐々に高くしていくので、低濃度のサンプルガスを含む希釈サンプルガス検出時から、順次ガスセンサの検出信号をモニタし、サンプルガス濃度がガスセンサを破壊する濃度に近づいたとき、希釈ガスサンプル供給制御部８により、そのサンプルガスをそれ以上の濃度で供給することを中止する。その結果、ガスセンサの劣化又は破壊を防ぐことができる。
【０００９】
【実施例】
図２は、本発明を導電性高分子センサを用いたガス測定装置に適用した一実施例を表す概略構成図である。
ガス供給源として、サンプルガス供給部１０及び希釈用ガス供給部１２が備えられている。サンプルガス供給部１０からの流路は、ポンプ１４を介して、３つの導電性高分子センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃが配置されたセンサ部２に接続されており、サンプルガス供給部１０のサンプルガスはポンプ１４によりセンサ部２に導入される。ポンプ１４、センサ部２間の流路には、電磁弁１６を介して、希釈用ガス供給部１２からの流路が合流している。
この実施例では、希釈用ガスとして窒素ガスを用い、窒素ガスをゼロガスとしても使用する。また、希釈用ガス供給部１２は、窒素ガス量を制御して供給することができる。
【００１０】
ガスセンサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの検出信号は、コンピュータ１８に送られる。希釈ガス供給部１２、ポンプ１４及び電磁弁１６は、コンピュータ１８により動作を制御される。
本発明のサンプルガス希釈機構４は、サンプルガス供給部１０、希釈ガス供給部１２、ポンプ１４及び電磁弁１６により構成される。信号処理部６及び希釈サンプルガス供給制御部８はコンピュータ１８により実現される。
【００１１】
次に、この実施例の動作を説明する。
電磁弁１６を開けて、希釈ガス供給部１２とセンサ部２を接続する。希釈ガス供給部１２により、センサ部２に窒素ガスをゼロガスとして送り、そのときの検出信号（センサ抵抗値）をコンピュータ１８に送り、センサ抵抗値Ｒｂとして記憶する。このとき、ポンプ１４は停止している。
コンピュータ１８の希釈サンプルガス供給制御部８により、ポンプ１４を所定の流量で作動させ、サンプルガスをサンプルガス供給部１０からセンサ部２側に送るとともに、所定の希釈率になるように希釈用ガス供給部１２から窒素ガスを供給し、サンプルガスを希釈してセンサ部２に送る。サンプルガスを希釈しない場合は電磁弁１６を閉じる。
【００１２】
センサ部２に送られたサンプルガスをガスセンサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃによりそれぞれ検出し、その検出信号をコンピュータ１８に送り、センサ抵抗値Ｒｓとして記憶する。
コンピュータ１８の信号処理部６により、ガスセンサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのセンサ抵抗値Ｒｓを希釈サンプルガス供給制御部８からの希釈率情報と対応させてセンサ出力を算出する。この実施例では、
センサ出力＝−ｌｏｇ｛（センサ抵抗値Ｒｂ）／（センサ抵抗値Ｒｓ）｝としている。
上記のサンプルガス測定動作を、希釈サンプルガス供給制御部８により、希釈サンプルガスのサンプルガス濃度を徐々に高くして、複数点の濃度でサンプルガスをセンサ部２に供給して繰り返し行なう。
信号処理部６は、ガスセンサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃについて、濃度とセンサ出力の関係をそれぞれ解析する。
【００１３】
図３は、構成成分の異なる２種類のサンプルガスＡ，Ｂを測定したときの、ガスセンサ２０ａにおける濃度とセンサ出力の関係を表す図である。縦軸はセンサ出力を表し、横軸は濃度を表す。
サンプルＡの検出線とサンプルＢの検出線はＯ点で交差している。従来技術のように、サンプルガスの希釈率（濃度）を変化させずに測定を行なった場合、Ｏ点におけるサンプルガス濃度でサンプルガスを測定したとき、センサ２０ａではサンプルガスＡとＢを識別することができない。
この実施例では、サンプルガスの希釈率を変化させているので、検出線の傾きの違いによりサンプルＡとＢを識別することができる。
【００１４】
図４（Ａ）は、構成成分が同じで濃度の異なる２種類のサンプルＣ，Ｄを測定したときの、ガスセンサ２０ａにおける濃度とセンサ出力の関係を表す図であり、（Ｂ）は（Ａ）のサンプルＤの横軸を移動させたときの図である。縦軸はセンサ出力を表し、横軸は濃度を表す。
サンプルＣの検出線とサンプルＤの検出線の出力の大きさが異なっている。従来技術のように、サンプルガスの希釈率を変化させずに測定を行なった場合、センサ２０ａではサンプルガスＣとＤは、構成成分が同じで濃度が異なっているのか、又は構成成分が異なっているのか判断できない。
この実施例では、図４（Ｂ）に示すように、一方のサンプルの横軸を移動させるとサンプルＣの検出線とサンプルＤの検出線が一致することが分かり、サンプルＣ，Ｄは構成成分が同じで濃度の異なるガスであることが分かる。
信号処理部６は、図４（Ａ）から（Ｂ）に移るときのように、あるサンプルの横軸を移動させる機能を備えたもとのするのが好ましい。
【００１５】
このように、本発明によると、個々のガスセンサの識別能を向上させることができる。さらに、ガス応答特性の異なる複数個のガスセンサを備え、各ガスセンサについて、図３に示すようなセンサ出力をデータベース化することにより、ガス測定装置の識別能を向上させることができる。
この実施例では、本発明を導電性高分子センサを用いたガス測定装置に適用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、酸化物半導体センサ又は水晶振動子やＳＡＷデバイスの表面にガス吸着膜を形成したセンサを備えたガス測定装置にも適用することができる。
また、サンプルガス希釈機構は、この実施例に示した方式のものに限定されるものではなく、希釈率を調節してサンプルガスをセンサ部に供給することができる機構であればどのような方式ものでもよい。
【００１６】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を行なうことができる。本発明の実施態様例を下記に例示する。
１つ又は複数個のガスセンサを設けたセンサ部と、ガスセンサによるサンプルガス検出時の検出信号と測定の基準となるゼロガス検出時の検出信号からセンサ出力を算出してサンプルガスの定性又は定量を行なう信号処理部とを備えたガス測定装置において、
サンプルガスを希釈して上記センサ部に供給するサンプルガス希釈機構と、
上記サンプルガス希釈機構を制御してサンプルガスを希釈し、低いサンプルガス濃度から徐々に高いサンプルガス濃度になるように、複数点の濃度でサンプルガスを上記センサ部に供給し、そのときのガスセンサの検出信号をモニタし、その検出信号に基づいて、サンプルガス濃度がガスセンサを劣化又は破壊する濃度以上にならないように制御する機能するを備えた希釈サンプルガス供給制御部を備え、
上記信号処理部は、サンプルガス濃度とセンサ出力の関係を解析することを特徴とするガス測定装置。
【００１７】
【発明の効果】
本発明のガス測定装置は、サンプルガス希釈機構と、サンプルガス希釈機構を制御してサンプルガスを希釈し、低いサンプルガス濃度から徐々に高いサンプルガス濃度になるように、複数点の濃度でサンプルガスをセンサ部に供給する希釈サンプルガス供給制御部を備え、信号処理部は、サンプルガス希釈率（濃度）とセンサ出力の関係を解析するようにしたので、サンプルガス濃度や測定時の採取量の違いに拘わらず、ガスセンサのにおい識別能を向上させることができ、さらにガス測定装置のにおい識別能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を表すブロック図である。
【図２】  本発明を導電性高分子センサを用いたガス測定装置に適用した一実施例を表す概略構成図である。
【図３】  構成成分の異なる２種類のサンプルガスＡ，Ｂを測定したときの、ガスセンサ２０ａにおける濃度とセンサ出力の関係を表す図である。
【図４】  （Ａ）は、構成成分が同じで濃度の異なる２種類のサンプルＣ，Ｄを測定したときの、ガスセンサ２０ａにおける濃度とセンサ出力の関係を表す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の一方のサンプルの横軸を移動させたときの図である。
【符号の説明】
２      センサ部
４      サンプルガス希釈機構
６      信号処理部
８      希釈サンプルガス供給制御部
【図１】
0004136138.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004136138.tif 000004
【図４】
0004136138.tif 000005