(57)【要約】少なくとも１つのガス検出用電波発信手段１１１と、ガス検出用電波受信手段１１２とからなるガス検出用電波送受信ユニット１１と、参照用電波を発射する少なくとも１つの参照用電波発信手段１２１と、ガス検出対象領域を通過せずに参照用電波を受信する参照用電波発信手段１２１と同数の参照用電波受信手段１２１とからなる参照用電波送受信ユニット１２と、ガス検出用電波受信手段が受信した前記ガス検出用電波と、参照用電波受信手段が受信した前記参照用電波との位相差を検出する電波位相検出手段１３と、電波位相検出手段が検出した前記位相差に基づき、ガス検出対象領域にガスが存在するか否かを検出する対象領域内ガス検出手段１４とを備える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス検出用電波を発射する少なくとも１つのガス検出用電波発信手段と、
ガス検出対象領域を通過した前記ガス検出用電波を受信する、前記ガス検出用電波発信手段と同数またはそれ以上のガス検出用電波受信手段と、
前記ガス検出用電波受信手段が受信した前記ガス検出用電波の、時間軸上での位相差を検出する電波位相検出手段と、
前記電波位相検出手段が検出した前記位相差に基づき、前記ガス検出対象領域にガスが存在するか否かを検出する対象領域内ガス検出手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出システム。
【請求項２】
前記ガス検出用電波発信手段、前記ガス検出用電波受信手段の少なくとも１つが指向性を有することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のガス検出システム。
【請求項３】
さらに、前記電波位相検出手段が前記ガス検出対象領域にガスが存在することを検出したときは、当該ガス種を検出するガス種検出手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のガス検出システム。
【請求項４】
前記ガス検出対象領域を含む領域を撮影する撮影手段および当該撮影手段により撮影した画像を表示する表示手段を備え、
前記電波位相検出手段が前記ガス検出対象領域にガスが存在することを検出したときは、前記表示手段は前記撮影手段により撮影した画像に重畳してガス検出結果をディスプレイに表示することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のガス検出システム。
【請求項５】
ガス検出用電波を発射する少なくとも１つのガス検出用電波発信手段と、ガス検出対象領域を通過した前記ガス検出用電波を受信する前記ガス検出用電波発信手段と同数のガス検出用電波受信手段とからなるガス検出用電波送受信ユニットと、
参照用電波を発射する少なくとも１つの参照用電波発信手段と、前記ガス検出対象領域を通過せずに前記参照用電波を受信する前記参照用電波発信手段と同数の参照用電波受信手段とからなる参照用電波送受信ユニットと、
前記ガス検出用電波受信手段が受信した前記ガス検出用電波と、前記参照用電波受信手段が受信した前記参照用電波との位相差を検出する電波位相検出手段と、
前記電波位相検出手段が検出した前記位相差に基づき、前記ガス検出対象領域にガスが存在するか否かを検出する対象領域内ガス検出手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出システム。
【請求項６】
前記ガス検出用電波発信手段、前記ガス検出用電波受信手段、前記参照用電波発信手段、前記参照用電波受信手段の少なくとも１つが指向性を有することを特徴とする請求項５に記載のガス検出システム。
【請求項７】
さらに、前記電波位相検出手段が前記ガス検出対象領域にガスが存在することを検出したときは、当該ガス種を検出するガス種検出手段を備えたことを特徴とする請求項５または６に記載のガス検出システム。
【請求項８】
前記ガス検出対象領域を含む領域を撮影する撮影手段および当該撮影手段により撮影した画像を表示する表示手段を備え、
前記電波位相検出手段が前記ガス検出対象領域にガスが存在することを検出したときは、前記表示手段は前記撮影手段により撮影した画像に重畳してガス検出結果をディスプレイに表示することを特徴とする請求項５から７の何れかに記載のガス検出システム。
【請求項９】
ガス検出用電波を発射する少なくとも１つの無指向性のガス検出用電波発信手段と、
ガス検出対象領域を通過した前記ガス検出用電波を受信する少なくとも１つのガス検出用電波受信手段と、
前記各ガス検出用電波受信手段が受信した前記ガス検出用電波の位相同士の差を検出する電波位相検出手段と、
前記電波位相検出手段が検出した前記位相同士の差に基づき、前記ガス検出対象領域にガスが存在するか否かを検出する対象領域内ガス検出手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出システム。
【請求項１０】
さらに、前記電波位相検出手段が前記ガス検出対象領域にガスが存在することを検出したときは、当該ガス種を検出するガス種検出手段を備えたことを特徴とする請求項９に記載のガス検出システム。
【請求項１１】
前記ガス検出対象領域を含む領域を撮影する撮影手段および当該撮影手段により撮影した画像を表示する表示手段を備え、
前記電波位相検出手段が前記ガス検出対象領域にガスが存在することを検出したときは、前記表示手段は前記撮影手段により撮影した画像に重畳してガス検出結果をディスプレイに表示することを特徴とする請求項９または１０に記載のガス検出システム。
【請求項１２】
前記ガス検出用電波発信手段および前記ガス検出用電波受信手段が指向性を有することを特徴とする請求項９から１１の何れかに記載のガス検出システム。
【請求項１３】
可燃ガスまたは有害ガスを使用する装置に使用されるガス検出システムであって、
ガスが発生する熱雑音を受信する熱雑音受信手段と、
熱雑音受信手段が受信した熱雑音が所定のしきい値を超えたか否かを検出する熱雑音検出手段と、
前記熱雑音検出手段が受信した熱雑音が所定のしきい値を超えたときは警報を発する警報手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出システム。
【請求項１４】
前記熱雑音検出手段は、受信した熱雑音の周波数に応じてガスの種類を検出することを特徴とする請求項１３に記載のガス検出システム。
【請求項１５】
電波送信手段および電波受信手段の組と、前記電波受信手段が受信した電波の時間軸上での位相差を検出する電波位相差検出手段とを備え、
前記電波位相差検出手段が検出した前記位相差に基づき、電波の伝播経路中に存在する気体の特性を計測することを特徴とするガス検出システム。
【請求項１６】
前記気体の特性は、前記電波の伝播経路中に存在するガスの空気に対する比誘電率であることを特徴とする請求項１５に記載のガス検出システム。
【請求項１７】
前記気体の特性は、前記電波の伝播経路中に存在する複数のガスの混合比であることを特徴とする請求項１５に記載のガス検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目視できない水素ガス、二酸化炭素ガス、ヘリウムガス等をＣＣＤカメラによらずに的確に検出できるガス検出システム、およびガスの特性（たとえあ、空気に対する比誘電率あるいは複数のガスの混合比等）を検出できるガス検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化学プラントにおいては、コスト低減、人員削減あるいは安全性の向上を図るために、画像処理を用いたガス漏れ、火災発生等の自動監視技術が種々提案されている。
ガス漏れ等を化学反応検出式のガスセンサを用いて検出することもできるが、プラント内部に電気回路内蔵のガスセンサを用いなければならないため、電気回路のスパーク等による事故発生の危険がある。
このような事情から、ＣＣＤカメラにより化学プラントＣＰの検出対象地域を撮影し、ガス煙や水蒸気の発生や動きの変化を動き検出手段により検出することで、ガス漏れや火災発生等を検出し、表示手段によりディスプレイに表示している。
【発明の開示】
【０００３】
しかし、化学プラントにおいては、検出対象となるべきガスや炎には、無色のもの（撮影できにくいもの）が多く含まれているため、ＣＣＤカメラでは画像として取り込むこと自体が不可能な場合が多い。
また、赤外線カメラを用いて熱変化等を検出する技術も提案されているが、たとえば、検出対象は可燃ガスに限られるし、しかも常態で透明な可燃ガス（水素ガス等）については、燃焼前（すなわち事故発生前）に検出することはできない。
本発明は、無色の水素ガス、二酸化炭素等であっても正確に検出できる気体検出センサ、気体監視システム、および気体検出センサにより検出した情報を可視化する画像処理装置を提供することを目的とする。
目的を達成するための手段
上記の目的を達成するために、本発明は、以下を要旨とする。
１．ガス検出用電波を発射する少なくとも１つのガス検出用電波発信手段と、
ガス検出対象領域を通過した前記ガス検出用電波を受信する、前記ガス検出用電波発信手段と同数またはそれ以上のガス検出用電波受信手段と、
前記ガス検出用電波受信手段が受信した前記ガス検出用電波の、時間軸上での位相差を検出する電波位相検出手段と、
前記電波位相検出手段が検出した前記位相差に基づき、前記ガス検出対象領域にガスが存在するか否かを検出する対象領域内ガス検出手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出システム。
２．前記ガス検出用電波発信手段、前記ガス検出用電波受信手段の少なくとも１つが指向性を有することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のガス検出システム。
３．さらに、前記電波位相検出手段が前記ガス検出対象領域にガスが存在することを検出したときは、当該ガス種を検出するガス種検出手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のガス検出システム。
４．前記ガス検出対象領域を含む領域を撮影する撮影手段および当該撮影手段により撮影した画像を表示する表示手段を備え、
前記電波位相検出手段が前記ガス検出対象領域にガスが存在することを検出したときは、前記表示手段は前記撮影手段により撮影した画像に重畳してガス検出結果をディスプレイに表示することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のガス検出システム。
５．ガス検出用電波を発射する少なくとも１つのガス検出用電波発信手段と、ガス検出対象領域を通過した前記ガス検出用電波を受信する前記ガス検出用電波発信手段と同数のガス検出用電波受信手段とからなるガス検出用電波送受信ユニットと、
参照用電波を発射する少なくとも１つの参照用電波発信手段と、前記ガス検出対象領域を通過せずに前記参照用電波を受信する前記参照用電波発信手段と同数の参照用電波受信手段とからなる参照用電波送受信ユニットと、
前記ガス検出用電波受信手段が受信した前記ガス検出用電波と、前記参照用電波受信手段が受信した前記参照用電波との位相差を検出する電波位相検出手段と、
前記電波位相検出手段が検出した前記位相差に基づき、前記ガス検出対象領域にガスが存在するか否かを検出する対象領域内ガス検出手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出システム。
６．前記ガス検出用電波発信手段、前記ガス検出用電波受信手段、前記参照用電波発信手段、前記参照用電波受信手段の少なくとも１つが指向性を有することを特徴とする請求項５に記載のガス検出システム。
７．さらに、前記電波位相検出手段が前記ガス検出対象領域にガスが存在することを検出したときは、当該ガス種を検出するガス種検出手段を備えたことを特徴とする請求項５または６に記載のガス検出システム。
８．前記ガス検出対象領域を含む領域を撮影する撮影手段および当該撮影手段により撮影した画像を表示する表示手段を備え、
前記電波位相検出手段が前記ガス検出対象領域にガスが存在することを検出したときは、前記表示手段は前記撮影手段により撮影した画像に重畳してガス検出結果をディスプレイに表示することを特徴とする請求項５から７の何れかに記載のガス検出システム。
９．ガス検出用電波を発射する少なくとも１つの無指向性のガス検出用電波発信手段と、
ガス検出対象領域を通過した前記ガス検出用電波を受信する少なくとも１つのガス検出用電波受信手段と、
前記各ガス検出用電波受信手段が受信した前記ガス検出用電波の位相同士の差を検出する電波位相検出手段と、
前記電波位相検出手段が検出した前記位相同士の差に基づき、前記ガス検出対象領域にガスが存在するか否かを検出する対象領域内ガス検出手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出システム。
１０．さらに、前記電波位相検出手段が前記ガス検出対象領域にガスが存在することを検出したときは、当該ガス種を検出するガス種検出手段を備えたことを特徴とする請求項９に記載のガス検出システム。
１１．前記ガス検出対象領域を含む領域を撮影する撮影手段および当該撮影手段により撮影した画像を表示する表示手段を備え、
前記電波位相検出手段が前記ガス検出対象領域にガスが存在することを検出したときは、前記表示手段は前記撮影手段により撮影した画像に重畳してガス検出結果をディスプレイに表示することを特徴とする請求項９または１０に記載のガス検出システム。
１２．前記ガス検出用電波発信手段および前記ガス検出用電波受信手段が指向性を有することを特徴とする請求項９から１１の何れかに記載のガス検出システム。
１３．可燃ガスまたは有害ガスを使用する装置に使用されるガス検出システムであって、
ガスが発生する熱雑音を受信する熱雑音受信手段と、
熱雑音受信手段が受信した熱雑音が所定のしきい値を超えたか否かを検出する熱雑音検出手段と、
前記熱雑音検出手段が受信した熱雑音が所定のしきい値を超えたときは警報を発する警報手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出システム。
１４．前記熱雑音検出手段は、受信した熱雑音の周波数に応じてガスの種類を検出することを特徴とする請求項１３に記載のガス検出システム。
１５．電波送信手段および電波受信手段の組と、前記電波受信手段が受信した電波の時間軸上での位相差を検出する電波位相差検出手段とを備え、
前記電波位相差検出手段が検出した前記位相差に基づき、電波の伝播経路中に存在する気体の特性を計測することを特徴とするガス検出システム。
１６．前記気体の特性は、前記電波の伝播経路中に存在するガスの空気に対する比誘電率であることを特徴とする請求項１５に記載のガス検出システム。
１７．前記気体の特性は、前記電波の伝播経路中に存在する複数のガスの混合比であることを特徴とする請求項１５に記載のガス検出システム。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、本発明のガス検出システムを示すブロック図である。
図２は、撮影手段により撮影した画像に重畳してガス検出結果を表示手段のディスプレイに表示した様子を示す図である。
図３は、本発明の第１実施形態の説明図であり、（Ａ）はプラントの斜視図、（Ｂ）はプラントの平面図である。
図４は、受信アンテナにより受信した健全時の振幅ゼロの点を示す図である。
図５は、本発明の第２実施形態の説明図であり、（Ａ）はプラントの斜視図、（Ｂ）はプラントの平面図である。
図６は、本発明の第３実施形態の説明図であり、（Ａ）はプラントの斜視図、（Ｂ）はプラントの平面図である。
図７は、本発明のガス検出システムを示すブロック図である。
図８は、本発明の第４実施形態の説明図であり、（Ａ）はプラントの斜視図、（Ｂ）はプラントの平面図である。
図９は、（Ａ），（Ｂ）は、本発明のガス検出用電波発信手段が発生する電波の一例を示す図である。
図１０は、比誘電率を検出するためのガス検出システムの構成を示す図。
図１１は、受信波の位相差を計測してプロットした図である。
図１２は、位相差の理論曲線を求めてプロットした図である。
図１３は、電波伝播経路に占める計測対象ガス領域の長さｄを一定にして、樹脂製試料容器にヘリウム、酸素の混合ガスを注入した場合、および、そこから自然拡散によってヘリウム濃度を減少させた場合のそれぞれについて、位相差を計測した結果を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
図１は本発明のガス検出システム１を示すブロック図である。
図１において、ガス検出システム１は、ガス検出用電波送受信ユニット１１と、参照用電波送受信ユニット１２と、電波位相検出手段１３と、対象領域内ガス検出手段１４と、ガス種検出手段１５と、撮影手段１６と、表示手段１７とを備えている。
ガス検出用電波送受信ユニット１１は、ガス検出用電波Ｄを発射する少なくとも１つ（本実施形態では１つ）のガス検出用電波発信手段１１１と、ガス検出対象領域Ａを通過したガス検出用電波Ｄを受信するガス検出用電波発信手段１１１と同数のガス検出用電波受信手段１１２からなる。
参照用電波送受信ユニット１２は、参照用電波Ｒを発射する少なくとも１つ（本実施形態では１つ）の参照用電波発信手段１２１と、ガス検出対象領域Ａを通過せずに参照用電波Ｒを受信する参照用電波受信手段１２２とからなる。
本実施形態では、ガス検出用電波発信手段１１１、ガス検出用電波受信手段１１２、参照用電波発信手段１２１および参照用電波受信手段１２２は指向性を有している。本実施形態および以下の実施形態では、電波は、サブミリ波帯の周波数を用いる。
電波位相検出手段１３は、ガス検出用電波受信手段１１２が受信したガス検出用電波Ｄと、参照用電波受信手段１２２が受信した参照用電波Ｒとの位相差を検出する。
対象領域内ガス検出手段１４は、電波位相検出手段１３が検出した位相差Φに基づき、ガス検出対象領域ＡにガスＧが存在するか否かを検出する。
ガス種検出手段１５は、電波位相検出手段１３がガス検出対象領域ＡにガスＧが存在することを検出したときは、そのガス種を検出する。
撮影手段１６は、ガス検出対象領域Ａを含む領域を撮影する。また、表示手段１７は、撮影手段１６により撮影した画像を表示することができる。電波位相検出手段１３がガス検出対象領域ＡにガスＧが存在することを検出したときは、図２に示すように、表示手段１７は撮影手段１６により撮影した画像に重畳してガス検出結果をディスプレイ１７１に表示することができる。また、また、画像認識により、ガス漏れや火災の警報も自動的に発生するようにしてもよい。なお、ガスあるいはガス炎の情報の他にマイクから収集した音の情報をカメラからの画像に埋め込んで、音声とともに表示するようにすることもできる。
図３（Ａ），（Ｂ）および図４により、本発明の第１実施形態を説明する。
図３（Ａ），（Ｂ）（（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図）ではプラントＰ（たとえば、縦、横、高さがそれぞれ５０ｍの空間）の外部にガス検出用電波発信手段（図１では符号「１１１」で示す）として機能する送信アンテナａ１〜ａ６と、ガス検出用電波受信手段（図１では符号「１１２」で示す）として機能する受信アンテナｂ１〜ｂ６とが設置されている。本実施例ではプラントの１区画が５０ｍ程度であるものとする。
本実施形態では、送信アンテナａｘ，受信アンテナｂｘ（ｘ＝１，２，３，４，５，６）とが対をなしており、たとえば送信アンテナａ１，受信アンテナｂ１の対がガス検出用電波送受信ユニット（図１では符号「１１」で示す）のアンテナとして機能するときは、送信アンテナａ１，受信アンテナｂ１の対にとっては、他の送信アンテナａｘ，受信アンテナｂｘ（ｘ＝２，３，４，５，６）が参照用電波送受信ユニット（図１の符号「１２」参照）のアンテナとなる。
本実施形態では、送信アンテナａ１〜ａ６および受信アンテナｂ１〜ｂ６は指向性を有している。送信アンテナａ１〜ａ６が発信する各ガス検出用電波Ｄ（この電波は、同時に参照用電波Ｒとしても機能する）は同期している。受信アンテナｂ１〜ｂ６により受信した健全時の振幅ゼロの点を図４に（１）〜（６）で示す。
送信アンテナａ１〜ａ６が発信するガス検出用電波Ｄが、ガスを通過すると、位相が変動する。したがって、受信アンテナｂ１〜ｂ６の何れかが受信するガス検出用電波Ｄの位相が変動したときは、送信アンテナと対応する送信アンテナとの間にガスが発生したことになる。
図５（Ａ），（Ｂ）（（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図）により、本発明の第２実施形態を説明する。図５（Ａ），（Ｂ）ではプラントＰの外部にガス検出用電波発信手段（図１では符号「１１１」で示す）として機能する送信アンテナａ１，ａ２と、ガス検出用電波受信手段（図１では符号「１１２」で示す）として機能する受信アンテナｂ１〜ｂ１０とが設置されている。
本実施形態では、送信アンテナａ１，ａ２は無指向性であるが、受信アンテナｂ１〜ｂ１０は指向性を有している。
この場合にも送信アンテナａ１，ａ２が発信する各ガス検出用電波Ｄは同期している。第１実施形態と同様、送信アンテナａ１，ａ２が発信するガス検出用電波Ｄが、ガスを通過すると、位相が変動する。したがって、受信アンテナｂ１〜ｂ１０の一方が受信するガス検出用電波Ｄの位相が変動したときは、送信アンテナと対応する送信アンテナとの間にガスが発生したことになる。
図６（Ａ），（Ｂ）（（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図）により、本発明の第３実施形態を説明する。図６（Ａ），（Ｂ）ではプラントＰの外部にガス検出用電波発信手段（図１では符号「１１１」で示す）として機能する送信アンテナａ１と、ガス検出用電波受信手段（図１では符号「１１２」で示す）として機能する受信アンテナｂ１とが設置されており、プラントＰの内部に中継アンテナｃ１，ｃ２が設置されている。なお、図示はしないが、本実施形態でも、第１，第２実施形態におけるように、参照用電波送受信ユニット（図１では符号「１２」で示す）のアンテナとして機能する他の送信アンテナと受信アンテナとの対があるものとする。第３実施形態では、たとえば、建造物と建造物との間に設置されたガス管からのガス漏れを監視するような場合には、適宜個所に中継アンテナを配置することができる。
図７および図８（Ａ），（Ｂ）（（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図）により、本発明の第４実施形態を説明する。
図７に示すように、携帯端末２１は、熱雑音受信手段２１１と、熱雑音検出手段２１２と、警報手段２１３とを有している。本実施形態では、携帯端末２１は、水素ガスを燃料とする装置（図７では、プラント）に適用されているが、他の種類のガス装置（タンク，配管等の設備も含む）に適用することもできる。また、図７では、水素ガスを検出しているが、据え置き型の受信装置により水素ガスを検出するようにもできる。
熱雑音受信手段２１１には、熱雑音受信アンテナｄが備えられており、ガスが発生する熱雑音Ｎを受信することができる。
熱雑音検出手段２１２は、熱雑音受信手段２１１が受信した熱雑音Ｎが所定のしきい値を超えたか否かを検出することができる。
警報手段２１３は、熱雑音検出手段２１２が受信した熱雑音が所定のしきい値を超えたときは警報を発することができる。この警報は、通常は携帯端末２１のでディスプレイ上での警告表示に警告音を伴う。
図８（Ａ），（Ｂ）では、携帯端末２１が電波をプラント側に発信して、その応答を検出する場合を示している。
図９（Ａ），（Ｂ）に本発明のガス検出用電波発信手段（図１では符号「１１２」で示す）が発射する電波の例を示す。ガス検出用電波発信手段は、図９（Ａ）に示すように周波数を鋸状に掃引して発信することができる。このような周波数掃引した電波を用いることで、多種のガスを検出することができる。また、図９（Ｂ）に示すように方形波等の高調波成分を含む電波を発射し、受信側で周波数毎の位相を得ることにより、多種のガスを検出することができる。
以下、表示手段１７への画像表示手順を以下に説明する。
撮影手段１６（ＣＣＤカメラ等）からの画像を読み込み（Ｓ１０１）、対象領域内ガス検出手段１４（図１参照）がガス漏れを検出したときは（Ｓ１０２の「ＹＥＳ」）、ガス種検出手段１５により発生しているガスを特定する（Ｓ１０３）。
表示手段１６は、ガスが特定されたときは、予め用意しておいたガスの色や動きのデータベース（図１には示していない）を参照して、ガスを検知しているセンサからの情報を元にした発生位置のモニタ画面に透明感を表す表現あるいは予め決めた色を付けた表現等でガスらしいグラフィックを表示する（Ｓ１０４）。
燃焼時には、水素ガス等ではこの状況でも人の目には見えないので、燃えていることを人が判断できるように炎らしく表現する（Ｓ１０５）。
ガスセンサからの情報を元に、風等によるガスの移動を検知し、その状況をグラフィックに活かす（Ｓ１０６）。また、その情報をガスの動画像処理による認識にも役立てる。ガスの種類により、重さ等が異なるために、その動画像処理によりガスの種類の識別に役立てることが出来る。動画像処理としては、画面間の差分を用いる方式、オプティカルフローを用いる方式等が有効である。
これらの情報は、記録され、それらを元に三次元化されたグラフィックも表示する（Ｓ１０７）。
ＣＣＤカメラの旋回、ズーム等の画面の変化、昼、夜、雨等による、明るさの変化にも対応させる（Ｓ１０８）。
人が最終的にはガスの漏れ等を判断するが、表示された画面を元に画像処理技術の観点からもガスの種類等の識別を行い、ガス検知の精度を高める（Ｓ１０９）。
図１０から図１３により第５発明の実施形態を説明する。
図１０は、比誘電率を検出するためのガス検出システムの構成を示したものである。ネットワークアナライザ１０１は、送信する電波を発生し、送信アンテナ１０２および誘導体レンズ（ＰＴＦＥを素材にしたレンズ）１０３を介して電波を放射し、ＰＴＦＥレンズ１０４および１０５受信アンテナを介して電波を受信し、受信した電波の時間軸上の位相差を解析する機能を有する。電波の伝播経路中に、樹脂製試料容器１０６に計測対象ガスを封入したものを配置する。本実施形態では、電波伝播経路に占める計測対象ガス領域の長さｄは計測可能な容器としてある。
図１１は、計測対象ガスとしてヘリウム８０％、酸素２０％の混合ガスを用いて、有効な周波数範囲を５０ＧＨｚから７５ＧＨｚまでの範囲で変化させたときの受信波の位相差を計測してプロットしたものである。まず、１０６樹脂製試料容器に実験室雰囲気と同じ大気を封入して、各周波数の電波を送受信し、このときの各周波数での位相差を基にネットワークアナライザの校正を行う。
校正後に同一の大気を計測すると、図中で「ｅｘ３０校正」と記しがプロットのように、位相差ゼロ付近で推移するような計測値が得られる。この状態で樹脂製試料容器１０６に計測対象ガスを封入し、同様の計測を行うと、同図に示した「ｅｘ３０校正」以外のプロットのように、電波の周波数が増加するにつれて位相差が大きくなるような右上がりのプロットが得られる。位相差の増加量は、電波伝播経路に占める計測対象ガス領域の長さｄ（図１０参照）が長いほど大きくなる。
次に、図１１のようなプロットから計測対象ガスの特性を求める方法を説明する。
送受信される電波の周波数をｆ［Ｈｚ］、電波伝播経路に占める計測対象ガス領域の長さをｄ［ｍ］、空気中の電波の速度をｃ［ｍ／ｓ］、計測対象ガスの空気に対する比誘電率をεａｇ、空気中の電波の波長をλ［ｍ］、計測対象ガス中の電波の波長をλａｇ［ｍ］、計測対象ガス中を電波が通過したときに生じる位相差をθ［ｒａｄｉａｎ］とすると、位相差θは次式で求められる。
2006070948.tif 000002
あるいは、式（１）を書き換えて、計測対象ガスの空気に対する比誘電率をεａｇは次式で求められる。
2006070948.tif 000003
これらの式を用いて、たとえば、図１１において、ｆ＝６０ＧＨｚ、ｄ＝３２５ｍｍのときの位相差θは、およそ４．８［ｄｅｇｒｅｅ］（□０．０８４［ｒａｄｉａｎ］）と読み取れるので、これらの値を式（２）へ代入することにより、計測対象ガスの空気に対する比誘電率は、およそ、εａｇ＝１．０００４程度であることが分かる。
また、εａｇ＝１．０００４を式（１）に代入し、周波数ｆ［Ｈｚ］および計測対象ガス領域の長さｄ［ｍ］の値を変化させることにより、図１１のプロットの理論値を求めることができる。ｄの値として、実験に用いた８０ｍｍ、１１０ｍｍ、１６０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍ、３２５ｍｍの６通りに変化させ、周波数ｆを４０ＧＨｚから７５ＧＨｚ程度まで変化させて位相差θの理論曲線を求めた結果を図１２に示す。これらは、図１１に示した実験値とよく一致していることが分かる。
また、本実施形態によれば、計測対象ガスのおおよその濃度（ガスの混合比率）を計測することができる。
図１３は、電波伝播経路に占める計測対象ガス領域の長さｄを一定にして、樹脂製試料容器にヘリウム８０％、酸素２０％の混合ガスを注入した場合（ｅｘ０３）、および、そこから自然拡散によってヘリウム濃度を減少させた場合（ｅｘ０４）のそれぞれについて、位相差θを計測した結果を示す。これによると、明らかにヘリウム濃度が小さいｅｘ０４の方が位相差が小さくなっていることが分かる。これを利用して、あらかじめガスの混合比率を変化させて位相差を計測しておき、測対象ガスから得られた位相差と比較することにより、計測対象ガスのおおよその混合比率を知ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
本発明は、あらゆる種類の気体を検出対象にでき、第１，第２，第３発明では遠距離（たとえば５０ｍ以上離れた距離）からの検出が可能である。
また、第１〜第４発明では画像処理技術により、ガス漏れ状況等をディスプレイにグラフィクス表示し、あるいは画像処理によりガス漏れ状況等を的確にかつ立体的に自動認識することができる。
さらに、第１〜第４発明ではプラントにおけるガス漏れ等のみならず、水素燃料電池等の自動車等のガス漏れ等を道路側（高速道路の料金所等）から観測することもできる。
第５発明では、電波伝播経路中にある気体の特性、おもに空気に対する比誘電率および複数の期待の混合比を計測することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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