(57)【要約】  測定装置（３０）は、匂いセンサ（１０）、第１測定手段（３８１）、および濃度制御手段（３７０）を備える。匂いセンサ（１０）は、測定対象ガスおよび参照ガスに含まれる成分を検出する。ここで、測定対象ガスは第１成分（１１０）および第２成分（１２０）を含み、参照ガスは第２成分（１２０）を含む。第１測定手段（３８１）は、測定対象ガスおよび参照ガスの一方の、第２成分（１２０）の濃度を測定する。濃度制御手段（３７０）は、第１測定手段（３８１）の測定結果に基づいて、少なくとも測定対象ガスおよび参照ガスの他方の、第２成分（１２０）の濃度を制御する。
2020065982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１成分と第２成分とを含む測定対象ガス、および前記第２成分を含む参照ガスに含まれる成分を検出する匂いセンサと、
前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの一方の、前記第２成分の濃度を測定する第１測定手段と、
前記第１測定手段の測定結果に基づいて、少なくとも前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの他方の、前記第２成分の濃度を制御する濃度制御手段とを備える測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測定装置において、
前記他方の、前記第２成分の濃度を測定する第２測定手段をさらに備え、
前記濃度制御手段は、前記第２測定手段の測定結果にさらに基づいて、前記他方の前記第２成分の濃度を制御する測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の測定装置において、
前記第１測定手段は、前記他方の前記第２成分の濃度をさらに測定し、
前記濃度制御手段は、前記第１測定手段で測定された前記他方の前記第２成分の濃度にさらに基づいて、前記他方の前記第２成分の濃度を制御する測定装置。
【請求項４】
第１成分と第２成分とを含む測定対象ガス、および前記第２成分を含む参照ガスに含まれる成分を検出する匂いセンサと、
前記匂いセンサの検出結果に基づいて、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの少なくとも一方の、前記第２成分の濃度を制御する濃度制御手段とを備える測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の測定装置において、
前記濃度制御手段は、前記測定対象ガスと前記参照ガスとを交互に前記匂いセンサに供給したときの前記匂いセンサの出力波形の振幅が小さくなるように、前記少なくとも一方の前記第２成分の濃度を制御する測定装置。
【請求項６】
請求項４に記載の測定装置において、
前記濃度制御手段は、前記第１成分に対する前記匂いセンサの応答波形を示す情報と、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスを交互に前記匂いセンサに供給したときの前記匂いセンサの出力波形とに基づいて、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの一方の、前記第２成分の濃度ｘを制御する測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の測定装置において、
前記応答波形を示すベクトルをｙｊとし、濃度ｘに対する前記出力波形を示すベクトルをｙ（ｘ）とし、ａｊを係数としたとき、前記濃度制御手段は、以下の式（ｃ１）で表されるＦ（ｙ（ｘ））が小さくなるように濃度ｘを制御する測定装置。
【数１】
2020065982.tif 000015
【請求項８】
請求項７に記載の測定装置において、
前記濃度制御手段は、補完法、勾配法、または二分探索を用いて濃度ｘを制御する測定装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記測定対象ガスおよび前記参照ガスはそれぞれ前記第２成分として水分を含む測定装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記濃度制御手段は、前記参照ガスの前記第２成分の濃度を制御する測定装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記参照ガスはパージガスである測定装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記匂いセンサによる前記測定対象ガスの検出結果である第１データと、前記匂いセンサによる前記参照ガスの検出結果である第２データとの少なくとも一方を用いることにより、前記測定対象ガスに含まれる前記第１成分に関する情報を導出する導出手段をさらに備える測定装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記測定対象ガスに含まれる前記第２成分の分圧がＰ対象，第２であり、前記参照ガスに含まれる前記第２成分の分圧がＰ参照，第２であり、前記第２成分の飽和蒸気圧がＰ飽和，第２であり、前記測定対象ガスに含まれる前記第１成分の分圧がＰ対象，第１であり、前記参照ガスに含まれる前記第１成分の分圧がＰ参照，第１であり、前記第１成分の飽和蒸気圧がＰ飽和，第１であるとき、｜Ｐ対象，第２−Ｐ参照，第２｜／Ｐ飽和，第２＜（Ｐ対象，第１−Ｐ参照，第１）／Ｐ飽和，第１が成り立つ測定装置。
【請求項１４】
第１成分と第２成分とを含む測定対象ガス、および前記第２成分を含む参照ガスに含まれる成分を匂いセンサで検出し、
前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの一方の、前記第２成分の濃度を第１測定手段で測定し、
前記第１測定手段の測定結果に基づいて、少なくとも前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの他方の、前記第２成分の濃度を制御する測定方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の測定方法において、
前記他方の、前記第２成分の濃度を第２測定手段でさらに測定し、
前記第２測定手段の測定結果にさらに基づいて、前記他方の前記第２成分の濃度を制御する測定方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の測定方法において、
前記第１測定手段で、前記他方の前記第２成分の濃度をさらに測定し、
前記第１測定手段で測定された前記他方の前記第２成分の濃度にさらに基づいて、前記他方の前記第２成分の濃度を制御する測定方法。
【請求項１７】
第１成分と第２成分とを含む測定対象ガス、および前記第２成分を含む参照ガスに含まれる成分を匂いセンサで検出し、
前記匂いセンサの検出結果に基づいて、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの少なくとも一方の、前記第２成分の濃度を制御する測定方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の測定方法において、
前記測定対象ガスと前記参照ガスとを交互に前記匂いセンサに供給したときの前記匂いセンサの出力波形の振幅が小さくなるように、前記少なくとも一方の前記第２成分の濃度を制御する測定方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の測定方法において、
前記第１成分に対する前記匂いセンサの応答波形を示す情報と、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスを交互に前記匂いセンサに供給したときの前記匂いセンサの出力波形とに基づいて、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの一方の、前記第２成分の濃度ｘを制御する測定方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の測定方法において、
前記応答波形を示すベクトルをｙｊとし、濃度ｘに対する前記出力波形を示すベクトルをｙ（ｘ）とし、ａｊを係数としたとき、以下の式（ｃ１）で表されるＦ（ｙ（ｘ））が小さくなるように濃度ｘを制御する測定方法。
【数２】
2020065982.tif 000016
【請求項２１】
請求項２０に記載の測定方法において、
補完法、勾配法、または二分探索を用いて濃度ｘを制御する測定方法。
【請求項２２】
請求項１４から２１のいずれか一項に記載の測定方法において、
前記測定対象ガスおよび前記参照ガスはそれぞれ前記第２成分として水分を含む測定方法。
【請求項２３】
請求項１４から２２のいずれか一項に記載の測定方法において、
前記参照ガスの前記第２成分の濃度を制御する測定方法。
【請求項２４】
請求項１４から２３のいずれか一項に記載の測定方法において、
前記参照ガスはパージガスである測定方法。
【請求項２５】
請求項１４から２４のいずれか一項に記載の測定方法において、
さらに、前記匂いセンサによる前記測定対象ガスの検出結果である第１データと、前記匂いセンサによる前記参照ガスの検出結果である第２データとの少なくとも一方を用いることにより、前記測定対象ガスに含まれる前記第１成分に関する情報を導出する測定方法。
【請求項２６】
請求項１４から２５のいずれか一項に記載の測定方法において、
前記測定対象ガスに含まれる前記第２成分の分圧がＰ対象，第２であり、前記参照ガスに含まれる前記第２成分の分圧がＰ参照，第２であり、前記第２成分の飽和蒸気圧がＰ飽和，第２であり、前記測定対象ガスに含まれる前記第１成分の分圧がＰ対象，第１であり、前記参照ガスに含まれる前記第１成分の分圧がＰ参照，第１であり、前記第１成分の飽和蒸気圧がＰ飽和，第１であるとき、｜Ｐ対象，第２−Ｐ参照，第２｜／Ｐ飽和，第２＜（Ｐ対象，第１−Ｐ参照，第１）／Ｐ飽和，第１が成り立つ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は測定装置、および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスをセンサで測定することにより、ガスに関する情報を得る技術が開発されている。また、ガスの測定においては、目的成分以外の成分の影響を低減する技術が検討されている。【０００３】
特許文献１には、水分およびにおい成分を含む気体試料をにおい成分捕集材に通過させて担持させた後、不活性ガスによりセンサの方に送り出す技術が記載されている。また、本文献には、におい成分捕集材に担持させる水分量を一定値とすることで、水分による影響を補正できることが記載されている。【０００４】
特許文献２には、試料成分を含まないキャリアガスを、除湿手段を介してにおい検出手段に供給したときの検出出力と、試料成分を含むキャリアガスを、除湿手段を介してにおい検出手段に供給したときの検出出力との差分に基づいて、においの検出処理を実行することが記載されている。【０００５】
特許文献３には、ガス濃度センサの検出値から湿度センサの検出値に応じて湿度相当分を差し引くことにより滅菌ガス濃度を求めることが記載されている。【０００６】
特許文献４には、被測定ガス中の水蒸気量を調整する手段を備えたことを特徴とする、におい測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３５０２９９号公報
【特許文献２】特開平１１−１２５６１３号公報
【特許文献３】特開２０００−９７９０６号公報
【特許文献４】特開平１０−１１１２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１〜４の技術では、精度良く特定の成分の影響を除外することはできなかった。たとえば、特許文献１の技術では、におい成分捕集材に担持させる水分量が必ずしも一定とならなかった。特許文献２の技術では、試料成分を含まないキャリアガスと試料成分を含むキャリアガスとの除湿度合いを精密に揃えられない場合があった。特許文献３の技術では、湿度値に対応するガス濃度センサの検出電流値が他の条件要素により変動する場合があった。そして、特許文献４の技術では、水分の影響が充分に除けない場合があった。【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、匂いセンサでの測定において、精度良く特定の成分の影響を除外する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の測定装置は、
第１成分と第２成分とを含む測定対象ガス、および前記第２成分を含む参照ガスに含まれる成分を検出する匂いセンサと、
前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの一方の、前記第２成分の濃度を測定する第１測定手段と、
前記第１測定手段の測定結果に基づいて、少なくとも前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの他方の、前記第２成分の濃度を制御する濃度制御手段とを備える。【００１１】
本発明の第２の測定装置は、
第１成分と第２成分とを含む測定対象ガス、および前記第２成分を含む参照ガスに含まれる成分を検出する匂いセンサと、
前記匂いセンサの検出結果に基づいて、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの少なくとも一方の、前記第２成分の濃度を制御する濃度制御手段とを備える。【００１２】
本発明の第１の測定方法は、
第１成分と第２成分とを含む測定対象ガス、および前記第２成分を含む参照ガスに含まれる成分を匂いセンサで検出し、
前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの一方の、前記第２成分の濃度を第１測定手段で測定し、
前記第１測定手段の測定結果に基づいて、少なくとも前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの他方の、前記第２成分の濃度を制御する。【００１３】
本発明の第２の測定方法は、
第１成分と第２成分とを含む測定対象ガス、および前記第２成分を含む参照ガスに含まれる成分を匂いセンサで検出し、
前記匂いセンサの検出結果に基づいて、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの少なくとも一方の、前記第２成分の濃度を制御する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、匂いセンサでの測定において、精度良く特定の成分の影響を除外する技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る測定装置の構成を例示する図である。
【図２】匂いセンサを例示する図である。
【図３】時系列データを例示する図である。
【図４】匂いセンサの出力から得られる特徴量の差動性を確認するための実験例１の結果を示す図である。
【図５】匂いセンサの出力から得られる特徴量の線形性を確認するための実験例２の結果を示す図である。
【図６】測定装置を実現するための計算機を例示する図である。
【図７】第２の実施形態に係る測定装置の構成を例示する図である。
【図８】第３の実施形態に係る測定装置の構成を例示する図である。
【図９】第４の実施形態に係る測定装置の構成を例示する図である。
【図１０】第２の処理例および第３の処理例において濃度制御手段が行う処理のフローチャートである。
【図１１】補完法でステップＳ３００を行う方法の例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１８】
なお、以下に示す説明において、特に説明する場合を除き、測定装置３０の供給制御手段３５０、導出手段３６０、および濃度制御手段３７０は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。測定装置３０の供給制御手段３５０、導出手段３６０、および濃度制御手段３７０は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る測定装置３０の構成を例示する図である。本図において、データおよび信号の経路は破線で示されている。測定装置３０は、匂いセンサ１０、第１測定手段３８１、および濃度制御手段３７０を備える。匂いセンサ１０は、測定対象ガスおよび参照ガスに含まれる成分を検出する。ここで、測定対象ガスは第１成分１１０および第２成分１２０を含み、参照ガスは第２成分１２０を含む。第１測定手段３８１は、測定対象ガスおよび参照ガスの一方の、第２成分１２０の濃度を測定する。濃度制御手段３７０は、第１測定手段３８１の測定結果に基づいて、少なくとも測定対象ガスおよび参照ガスの他方の、第２成分１２０の濃度を制御する。以下に詳しく説明する。
【００２０】
本実施形態に係る測定装置３０においては、参照ガスにおける第２成分１２０の濃度と測定対象ガスにおける第２成分１２０の濃度とを近づけることにより、測定結果における第２成分１２０の影響を低減できる。
【００２１】
測定対象ガスは特に限定されないが、たとえば、キャリアガス、第１成分１１０、および第２成分１２０を含むガスである。また、参照ガスは特に限定されないが、たとえば、キャリアガスおよび第２成分１２０を含むガスである。なお、測定対象ガスおよび参照ガスはそれぞれさらに他の成分を含んでも良い。ただし、測定対象ガスに含まれる全成分は、参照ガスに含まれる全成分に対して第１成分１１０を加えたものであることが好ましい。第１成分１１０は特に測定の対象とする成分である。キャリアガスはたとえば、窒素等の不活性ガスまたは空気である。ただし、第２成分１２０は、たとえば空気中の水分等、キャリアガスに含まれる成分であっても良い。
【００２２】
参照ガスはたとえばパージガスである。匂いセンサ１０はパージガスにより浄化される。すなわち、パージガスは、匂いセンサ１０にそのガスを供給することにより、匂いセンサ１０の官能部（たとえば官能膜）に吸着する第１成分１１０の分子の数を低減させることができるガスである。測定対象ガスとパージガスとは、順次センサに供給される。なお、測定対象ガスとパージガスとがセンサに供給される順番は特に限定されない。すなわち、測定対象ガスに続けてパージガスが供給されても良いし、パージガスに続けて測定対象ガスが供給されても良い。
【００２３】
図２は、匂いセンサ１０を例示する図である。匂いセンサ１０は、分子が付着する受容体を有し、その受容体における分子の付着と離脱に応じて検出値が変化するセンサである。また、匂いセンサ１０から出力される検出値の時系列データを、時系列データ１４と呼ぶ。ここで、必要に応じ、時系列データ１４をＹとも表記し、時刻ｔの検出値をｙ（ｔ）とも表記する。Ｙは、ｙ（ｔ）が列挙されたベクトルとなる。
【００２４】
例えば匂いセンサ１０は、膜型表面応力（Membrane-type Surface Stress; MSS)センサである。MSS センサは、受容体として、分子が付着する官能膜を有しており、その官能膜に対する分子の付着と離脱によってその官能膜の支持部材に生じる応力が変化する。MSS センサは、この応力の変化に基づく検出値を出力する。なお、匂いセンサ１０は、MSS センサには限定されず、受容体に対する分子の付着と離脱に応じて生じる、匂いセンサ１０の部材の粘弾性や動力学特性（質量や慣性モーメントなど）に関連する物理量の変化に基づいて検出値を出力するものであればよく、カンチレバー式、膜型、光学式、ピエゾ、振動応答などの様々なタイプのセンサを採用することができる。
【００２５】
図３は、時系列データ１４を例示する図である。時系列データ１４は、匂いセンサ１０が出力した検出値を、匂いセンサ１０から出力された時刻が早い順に並べた時系列のデータである。ただし、時系列データ１４は、匂いセンサ１０から得られた検出値の時系列データに対して、所定の前処理が加えられたものであってもよい。前処理としては、例えば、時系列のデータからノイズ成分を除去するフィルタリングなどを採用することができる。
【００２６】
時系列データ１４は、匂いセンサ１０を測定対象ガスに曝す操作と、匂いセンサ１０から測定対象ガスを取り除く操作とで得られる。具体的には時系列データ１４は、同一の匂いセンサ１０に測定対象ガスと参照ガスとを順次供給することにより得られる。
【００２７】
匂いセンサ１０を測定対象のガスに曝す操作は、測定対象ガスを匂いセンサ１０に供給する操作に対応する。一方、匂いセンサ１０から測定対象ガスを取り除く操作は、参照ガスを匂いセンサ１０に供給する操作に対応する。本図の例において、測定対象ガスを匂いセンサ１０に供給することで期間Ｐ１のデータが得られ、参照ガスを匂いセンサ１０に供給する操作により期間Ｐ２のデータが得られる。なお、匂いセンサ１０による測定対象ガスの測定においては、匂いセンサ１０に対する測定対象ガスの供給と参照ガスの供給とを繰り返し行い、複数の時系列データ１４を得ても良い。また、初めて測定対象ガスを匂いセンサ１０に供給する前にも参照ガスを匂いセンサ１０に供給することが好ましい。
【００２８】
このように得られる時系列データ１４の波形は、匂いセンサ１０の官能部に測定対象ガス中の分子が定常状態（平衡状態）まで吸着した第１状態と、匂いセンサ１０の官能部に参照ガス中の分子が定常状態（平衡状態）まで吸着した第２状態とに依存する。具体的には、第１状態は、期間Ｐ１のうち定常部分の状態であり、第２状態は期間Ｐ２のうち定常部分の状態である。そして、期間Ｐ１の冒頭にある立ち上がり部分は第２状態から第１状態への移行部分であり、期間Ｐ２の冒頭にある立ち下がり部分は第１状態から第２状態への移行部分である。したがって、立ち上がり部分および立ち下がり部分の形状は、第１状態と第２状態との差によって定まる。すなわち匂いセンサ１０の出力は差動性を有する。
【００２９】
このように、匂いセンサ１０の出力が差動性を有することから、第１成分１１０および第２成分１２０を含む測定対象ガスと、第２成分１２０を含む参照ガスとを、同一のセンサに順次供給することにより、匂いセンサ１０の測定結果における第２成分１２０の影響を、特別な処理を行わずに低減することができる。なお、第１成分１１０は、参照ガスにほとんど含まれないか、含まれたとしても、参照ガスに含まれる第１成分１１０の分圧は測定対象ガスに含まれる第１成分１１０の分圧に比して少量であることが好ましい。具体的には、参照ガスに含まれる第１成分１１０の分圧は、測定対象ガスに含まれる第１成分１１０の分圧の１０％以下であることが好ましい。そうすることで、匂いセンサ１０が差動性を有する場合においても、匂いセンサ１０の測定結果における第１成分１１０の影響は低減されることがない。すなわち、測定対象ガスにおける第１成分１１０の分圧と参照ガスにおける第１成分１１０の分圧との差が匂いセンサ１０の測定結果における第１成分１１０の相対的な影響の大きさを表している。
【００３０】
匂いセンサ１０の出力はガス中の各成分の濃度に対して差動性を有することから、特に測定対象ガスにおける第２成分１２０の濃度と、参照ガスにおける第２成分１２０の濃度とが互いに近いことが好ましい。そうすることで、匂いセンサ１０の測定結果における第２成分１２０の影響をより低減することができる。すなわち、測定対象ガスにおける第２成分１２０の分圧と参照ガスにおける第２成分１２０の分圧との差の絶対値が、匂いセンサ１０の測定結果における第２成分１２０の影響の相対的な大きさを表している。
【００３１】
つまり、匂いセンサ１０の測定結果における第１成分１１０の影響が、第２成分１２０の影響に比して、十分に大きいことが好ましい。具体的には、測定対象ガスに含まれる第２成分１２０の分圧Ｐ対象，第２と参照ガスに含まれる第２成分１２０の分圧Ｐ参照，第２との差の絶対値を第２成分１２０の飽和蒸気圧Ｐ飽和，第２で除した値が、測定対象ガスに含まれる第１成分１１０の分圧Ｐ対象，第１と参照ガスに含まれる第１成分１１０の分圧Ｐ参照，第１との差を第１成分１１０の飽和蒸気圧Ｐ飽和，第１で除した値に比して、小さいことが好ましい。すなわち、｜Ｐ対象，第２−Ｐ参照，第２｜／Ｐ飽和，第２＜（Ｐ対象，第１−Ｐ参照，第１）／Ｐ飽和，第１が成り立つことが好ましい。
【００３２】
例えば、測定対象ガスに第１成分１１０が飽和蒸気圧の２５％以上含まれることが想定され、参照ガスには第１成分１１０が含まれない場合、｜Ｐ対象，第２−Ｐ参照，第２｜／Ｐ飽和，第２＜０．２５が成り立つことが好ましい。すなわち、この場合、参照ガスに含まれる第２成分１２０は、測定対象ガスに含まれる第２成分１２０に比して、飽和蒸気圧に対する百分率で±２５ポイントに収まっていることが好ましい。
【００３３】
なお、測定対象ガスおよび参照ガスには、複数の成分が第２成分１２０として含まれてもよい。この場合、第２成分１２０として含まれる各成分について、｜Ｐ対象，第２−Ｐ参照，第２｜／Ｐ飽和，第２＜（Ｐ対象，第１−Ｐ参照，第１）／Ｐ飽和，第１が成り立つことが好ましい。
【００３４】
第２成分１２０は特に限定されないが、測定対象ガスおよび参照ガスはそれぞれ、たとえば水分およびアルコールの少なくともいずれかを第２成分１２０として含むことができる。また、第１成分１１０は特に限定されない。測定対象ガスは、第１成分１１０として複数の成分を含んでもよい。
【００３５】
たとえば測定対象ガスおよび参照ガスがそれぞれ第２成分１２０として水分を含む場合、その影響を低減することで、測定時の湿気の影響を低減することができる。また、たとえば酒の蒸気を匂いセンサ１０で測定し、解析する際に、水分およびアルコールの影響を低減することにより、熟成香や果実香等を精度よく検出できる。
【００３６】
匂いセンサ１０の検出結果から、ガスの成分を解析する処理においては、たとえば、時系列データ１４に基づく特徴量を用いることができる。特徴量はたとえば、時系列データ１４、時系列データ１４を微分したデータ、または寄与値の集合Ξが挙げられる。
【００３７】
特徴量の一例である寄与値の集合Ξについて以下に説明する。集合Ξの説明において、匂いセンサ１０に供給するガスを対象ガスと呼ぶ。ここで、説明のため、匂いセンサ１０によるセンシングを以下のようにモデル化する。
（１）匂いセンサ１０は、Ｋ種類の分子を含む対象ガスに曝されている。
（２）対象ガスにおける各分子ｋの濃度は一定のρｋである。
（３）匂いセンサ１０には、合計Ｎ個の分子が吸着可能である。
（４）時刻ｔにおいて匂いセンサ１０に付着している分子ｋの数はｎｋ（ｔ）個である。
【００３８】
匂いセンサ１０に付着している分子ｋの数ｎｋ（ｔ）の時間変化は、以下のように定式化できる。
【数１】
2020065982.tif 000003
【００３９】
式（１）の右辺の第１項と第２項はそれぞれ、単位時間当たりの分子ｋの増加量（新たに匂いセンサ１０に付着する分子ｋの数）と減少量（匂いセンサ１０から離脱する分子ｋの数）を表している。また、αｋとβｋはそれぞれ、分子ｋが匂いセンサ１０に付着する速度を表す速度定数と、分子ｋが匂いセンサ１０から離脱する速度を表す速度定数である。
【００４０】
ここで、濃度ρｋが一定であるため、上記式（１）から、時刻ｔにおける分子ｋの数ｎｋ（ｔ）は、以下のように定式化できる。
【数２】
2020065982.tif 000004
【００４１】
また、時刻ｔ０（初期状態）で匂いセンサ１０に分子が付着していないと仮定すれば、ｎｋ（ｔ）は以下のように表される。
【数３】
2020065982.tif 000005
【００４２】
匂いセンサ１０の検出値は、対象ガスに含まれる分子によって匂いセンサ１０に働く応力などの粘弾性や動力学特性に関連する物理量によって定まる。そして、複数の分子による匂いセンサ１０の物理量は、個々の分子による物理量への寄与の線形和で表すことができると考えられる。ただし、分子による物理量への寄与は、分子の種類によって異なると考えられる。すなわち、匂いセンサ１０の検出値に対する分子の寄与は、その分子の種類によって異なると言える。
【００４３】
そこで、匂いセンサ１０の検出値ｙ（ｔ）は、以下のように定式化できる。
【数４】
2020065982.tif 000006
ここで、γｋとξｋはいずれも、匂いセンサ１０の検出値に対する分子ｋの寄与を表す。なお、「立ち上がり」は上記した期間Ｐ１に相当し、「立ち下がり」は上記した期間Ｐ２に相当する。
【００４４】
ここで、対象ガスをセンシングした匂いセンサ１０から得た時系列データ１４を上述の式（４）のように分解できれば、対象ガスに含まれる分子の種類や、各種類の分子が対象ガスに含まれる割合を把握することができる。すなわち、式（４）に示す分解によって、対象ガスの特徴を表すデータ（すなわち、対象ガスの特徴量）が得られる。
【００４５】
そこで匂いセンサ１０によって出力された時系列データ１４は、特徴定数の集合Θ＝｛θ１，θ２，．．．，θｍ｝を用いて、以下の式（５）に示すように分解される。なお、特徴定数の集合Θは、予め定められていてもよいし、測定装置３０によって生成されてもよい。
【数５】
2020065982.tif 000007
ここで、ξｉは、匂いセンサ１０の検出値に対する特徴定数θｉの寄与を表す寄与値である。
【００４６】
このような分解により、時系列データ１４に対する各特徴定数θｉの寄与を表す寄与値ξｉが算出される。寄与値ξｉの集合Ξを、対象ガスの特徴を表す特徴量とすることができる。寄与値ξｉの集合は、例えば、ξｉを列挙した特徴ベクトルΞ＝（ξ１，ξ２，．．．，ξｍ）で表される。ただし、対象ガスの特徴量は、必ずベクトルとして表現しなければならないわけではない。
【００４７】
ここで、特徴定数θとしては、前述した速度定数βや、速度定数の逆数である時定数τを採用することができる。θとしてβとτを使う場合それぞれについて、式（５）は、以下のように表すことができる。
【００４８】
【数６】
2020065982.tif 000008
【００４９】
前述したように、匂いセンサ１０の検出値に対する分子の寄与は、その分子の種類によって異なると考えられるため、上述した寄与値の集合Ξは、対象ガスに含まれる分子の種類やその混合比率に応じて異なるものになると考えられる。よって、寄与値の集合Ξは、複数種類の分子が混合されているガスを互いに区別することができる情報、すなわちガスの特徴量として利用することができる。また、時系列データ１４から集合Ξへの変換は線形変換であるため、集合Ξにおいても時系列データ１４について説明した差動性が保たれる。
【００５０】
寄与値の集合Ξを対象ガスの特徴量として利用することには、複数種類の分子を含むガスを扱えるという利点以外の利点もある。まず、ガス同士の類似度合いを容易に把握することができるという利点がある。例えば、対象ガスの特徴量をベクトルで表現すれば、ガス同士の類似度合いを特徴ベクトル間の距離に基づいて容易に把握することができる。
【００５１】
また、寄与値の集合Ξを特徴量とすることには、混合比変化に対して時定数変化や混合比変化についてロバストにすることができるという利点がある。ここでいう「ロバスト性」とは、「測定環境や測定対象が少しだけ変化したとき、得られる特徴量も少しだけ変化する」という性質である。
【００５２】
混合比変化についてロバストであれば、例えば、２種類のガスを混合させた混合ガスについて、ガスの混合比を徐々に変化させていくと、特徴量も徐々に変化していくことになる。この性質は、式（４）において、寄与値ξｋがガスの濃度を表すρｋに比例しているため、濃度の小さな変化が寄与値の小さな変化として現れるということからわかる。
【００５３】
各特徴定数θｉの寄与値ξｉの算出方法の例を説明する。たとえば導出手段３６０は、全ての寄与値ξｉ（すなわち、特徴ベクトルΞ）をパラメータとして、匂いセンサ１０の検出値を予測する予測モデルを生成する。この予測モデル生成する際、観測データである時系列データ１４を利用して特徴ベクトルΞについてパラメータ推定を行うことにより、特徴ベクトルΞを算出することができる。特徴定数として速度定数βを使う場合の予測モデルの一例は、式（６）で表すことができる。また、特徴定数として時定数τを使う場合の予測モデルの一例は、式（７）で表すことができる。
【００５４】
たとえば後述する導出手段３６０は、予測モデルから得られる予測値と、匂いセンサ１０から得られた観測値（すなわち、時系列データ１４）とを用いた最尤推定により、パラメータΞを推定する。最尤推定には、例えば最小二乗法を用いることができる。
【００５５】
図４は、匂いセンサ１０の出力から得られる特徴量の差動性を確認するための実験例１の結果を示す図である。本実験例では測定対象ガスおよび参照ガスの複数の組み合わせのそれぞれについて、匂いセンサ１０で得られた時系列データ１４から寄与値の集合Ξを算出し、さらに主成分分析を行って、第１の特徴量および第２の特徴量を要素とする特徴量ベクトルを得た。本図は、横軸を第１の特徴量とし、縦軸を第２の特徴量として、複数の組み合わせの結果をプロットしたグラフである。測定対象ガスおよび参照ガスの条件は各プロットに（Ａ，Ｂ）の形式で記した。ここで、Ａは測定対象ガスのエタノール濃度を規格化した値であり、Ｂは参照ガスの種類である。測定対象ガスとしてはエタノール水溶液の蒸気を用いた。また、参照ガスとしては空気（Ｂはａｉｒ）または水蒸気（ＢはＨ２Ｏ）を用いた。なお、特に記載しない場合にも、測定対象ガスおよび参照ガスには空気が含まれた。
【００５６】
本図のグラフに示した３つのベクトルＦ１、Ｆ２およびＦ３の間には、Ｆ２＝Ｆ１−Ｆ３の関係があることが分かる。すなわち、特徴量ベクトルをｆ（測定対象ガスの成分，参照ガスの成分）と書き表すとすると、ｆ（エタノール＋水，水）＝ｆ（エタノール＋水，空気）−ｆ（水，空気）という関係が成り立つことが確かめられた。すなわち、匂いセンサ１０の出力から得られる特徴量が差動性を有することが確かめられた。
【００５７】
次に、匂いセンサ１０の出力の線形性について説明する。第１の状態および第２の状態のそれぞれにおいて、匂いセンサ１０の吸着サイトの数が、吸着分子の数に対して充分に大きいとき、各成分の吸着分子の数は他の成分の濃度等に影響されない。したがって、匂いセンサ１０の出力は各成分の濃度に対し線形である。ここで、ガス中の各成分の濃度はそれぞれ各成分の濃度に比例する。すなわち、匂いセンサ１０の出力はガス中の各成分の濃度に対して線形性を有する。
【００５８】
図５は、匂いセンサ１０の出力から得られる特徴量の線形性を確認するための実験例２の結果を示す図である。実験例２では、食酢とエタノール水溶液の混合溶液の蒸気を測定して得た特徴量から後述の第２例と同様の方法で算出された、酢酸およびエタノールの推定濃度である。本図のグラフにおいて、横軸は、導出された特徴量から後述の方法で算出された推定エタノール濃度である。また、縦軸は、導出された特徴量から後述の方法で算出された推定酢酸濃度である。グラフ中の各プロットは、混合溶液の蒸気の特徴量を、エタノールのみの特徴量と酢酸のみの特徴量との線形和として表した場合の係数を示している。すなわち、各プロットは測定対象ガスがエタノールと酢酸の混合ガスであるとした場合の各成分の分圧の推定値を示している。なお、各プロットには、混合溶液におけるエタノール（Ｅ）と食酢（Ｃ）の相対的な濃度を（Ｅ，Ｃ）の形式で付した。具体的には混合溶液は、５％のエタノール水溶液Ｅと、食酢（約５％の酢酸水溶液）Ｃと、水Ｈとを、体積比Ｅ：Ｃ：Ｈで混合した溶液である。ただしＥ＋Ｃ＋Ｈ＝６とした。たとえば、（６，０）は５％エタノール水溶液のみを測定した結果を示し、（２，１）は５％エタノール水溶液２ｍＬと、食酢１ｍＬと、水３ｍＬとを混ぜた混合溶液を測定した結果を示す。また、本図には格子を合わせて示した。（Ｅ，Ｃ）が、座標（Ｅ／６，Ｃ／６）にある格子点上にある場合に、濃度推定が精確であるといえる。
【００５９】
本実験例では、各プロットが、本図に合わせて示した格子点に近いことが確かめられた。したがって、ある程度の誤差が含まれているものの、濃度の推定ができたと言える。
【００６０】
以上の結果より、食酢とエタノール水溶液の混合溶液の特徴量が、食酢のみの特徴量と、エタノールのみの特徴量の線形和で表せることが確かめられた。また、線形和の係数が混合溶液における混合比（濃度比）を反映していることが確かめられた。
【００６１】
なお、本実施形態に係る測定装置３０および測定方法は実験例１および２に何ら限定されるものではない。
【００６２】
図１を参照し、本実施形態に係る測定装置３０の構成について以下に詳しく説明する。本図の例において、測定装置３０は第１供給手段３１０、第２供給手段３２０、供給制御手段３５０、および導出手段３６０をさらに備える。ただし、測定装置３０の構成は本図の例に限定されない。
【００６３】
匂いセンサ１０は、容器１０１に納められている。容器１０１の内部には第１供給手段３１０に繋がる測定対象ガス供給管３１５、および第２供給手段３２０に繋がる参照ガス供給管３２５、および排気管１０２の各一端が位置する。容器１０１に測定対象ガス供給管３１５を介して第１供給手段３１０から測定対象ガスが供給されることにより、匂いセンサ１０が測定対象ガスに曝される。また、容器１０１に参照ガス供給管３２５を介して第２供給手段３２０から参照ガスが供給されることにより、匂いセンサ１０が参照ガスに曝される。また、容器１０１内のガスは排気管１０２を介して容器１０１の外部に排出される。
【００６４】
第１供給手段３１０は、対象物３１３、および対象物３１３を納めた容器３１４を備える。対象物３１３は固体でも良いし液体でも良い。対象物３１３が液体である場合、対象物３１３はたとえば第１成分１１０を溶質とし、第２成分１２０を溶媒とする溶液である。また、容器３１４にはキャリアガス供給管３１２が挿入されており、キャリアガス供給管３１２を介して容器３１４内にキャリアガスが供給される。容器３１４内においてキャリアガスに少なくとも第１成分１１０が混合されることにより、第１供給手段３１０は測定対象ガスを発生させる。第２成分１２０は容器３１４内でキャリアガスに混合されても良いし、キャリアガスに含まれて容器３１４内に導入されても良い。容器３１４には測定対象ガス供給管３１５の他端が位置しており、容器３１４内のガスは測定対象ガスとして匂いセンサ１０に供給される。
【００６５】
測定対象ガス供給管３１５の途中、すなわち第１供給手段３１０と匂いセンサ１０との間には第１ポンプ３１１が設けられている。第１ポンプ３１１は匂いセンサ１０への測定対象ガスの供給の有無を切り替える。第１ポンプ３１１はさらに匂いセンサ１０への測定対象ガスの供給量を調整しても良い。
【００６６】
上記した通り第１測定手段３８１は、測定対象ガスおよび参照ガスの一方の、第２成分１２０の濃度を測定する。たとえば第２成分１２０が水分である場合、第１測定手段３８１は湿度センサである。本図の例において、第１測定手段３８１は測定対象ガス供給管３１５の途中、すなわち第１供給手段３１０と匂いセンサ１０との間に設けられ、測定対象ガスの第２成分１２０の濃度を測定する。ただし、第１測定手段３８１は参照ガス供給管３２５の途中、すなわち第２供給手段３２０と匂いセンサ１０との間に設けられ、参照ガスの第２成分１２０の濃度を測定してもよい。
【００６７】
上記した通り濃度制御手段３７０は、第１測定手段３８１の測定結果に基づいて、少なくとも測定対象ガスおよび参照ガスの他方の、第２成分１２０の濃度を制御する。すなわち、本実施形態のように第１測定手段３８１が測定対象ガスおよび参照ガスの一方のみの第２成分１２０の濃度を測定する場合、濃度制御手段３７０は測定対象ガスおよび参照ガスのうちの他方の第２成分１２０の濃度を少なくとも制御する。このとき、濃度制御手段３７０は測定対象ガスの第２成分１２０の濃度と参照ガスの第２成分１２０の濃度とを近づけるよう、制御を行う。
【００６８】
本図の例において、第１測定手段３８１は測定対象ガスにおける第２成分１２０の濃度を測定し、濃度制御手段３７０は、参照ガスにおける第２成分１２０の濃度を制御する。具体的には、たとえば以下の様にして、参照ガスにおける第２成分１２０の濃度が制御される。第２供給手段３２０は、第１調整ガス供給手段３３０および第２調整ガス供給手段３４０を含む。第２供給手段３２０は、第１調整ガス供給手段３３０からの供給ガスと第２調整ガス供給手段３４０からの供給ガスとの混合ガスを、参照ガスとして匂いセンサ１０に供給する。ここで、第１調整ガス供給手段３３０からの供給ガスにおける第２成分１２０の濃度は第２調整ガス供給手段３４０からの供給ガスにおける第２成分１２０の濃度よりも低い。したがって、濃度制御手段３７０は第１調整ガス供給手段３３０からの供給ガスと第２調整ガス供給手段３４０からの供給ガスの混合比を調整することにより、参照ガスの第２成分１２０の濃度を制御可能である。
【００６９】
第１調整ガス供給手段３３０は第２成分１２０を吸収する第２成分吸収材３３３、および第２成分吸収材３３３を収容する容器３３４を備える。また、容器３３４にはキャリアガス供給管３３２が挿入されており、キャリアガス供給管３３２によりキャリアガスが容器３３４内に供給される。第１調整ガス供給手段３３０ではキャリアガス中の少なくとも一部の第２成分１２０が第２成分吸収材３３３に吸収されるため、第１調整ガス供給手段３３０から供給されるガスの第２成分１２０の濃度は、キャリアガス供給管３３２から容器３３４に供給されるキャリアガスの第２成分１２０の濃度よりも低くなる。第２成分１２０が水分である場合、第２成分吸収材３３３はたとえばシリカゲルである。
【００７０】
第２調整ガス供給手段３４０は第２成分１２０を供給する第２成分供給剤３４３、および第２成分供給剤３４３を収容する容器３４４を備える。また、容器３４４にはキャリアガス供給管３４２が挿入されており、キャリアガス供給管３４２によりキャリアガスが容器３４４内に供給される。第２調整ガス供給手段３４０では第２成分供給剤３４３からキャリアガスに第２成分１２０が供給されるため、第２調整ガス供給手段３４０から供給されるガスの第２成分１２０の濃度は、キャリアガス供給管３４２から容器３４４に供給されるキャリアガスの第２成分１２０の濃度よりも高くなる。第２成分１２０が水分である場合、第２成分供給剤３４３はたとえば水である。対象物３１３が、第１成分１１０を溶質とし、第２成分１２０を溶媒とする溶液である場合、第２成分供給剤３４３はたとえばその溶媒である。
【００７１】
なお、第１供給手段３１０、第１調整ガス供給手段３３０および第２調整ガス供給手段３４０の各容器に導入されるキャリアガスの成分および成分比は互いに同じであることが好ましい。
【００７２】
参照ガス供給管３２５は第２供給手段３２０と容器１０１とを繋ぐ配管であり、参照ガス供給管３２５を介して第２供給手段３２０から匂いセンサ１０に参照ガスが供給される。参照ガス供給管３２５は第２供給手段３２０側で参照ガス供給管３２５ａと参照ガス供給管３２５ｂとに分岐している。そして、参照ガス供給管３２５ａには第１バルブ３７１が設けられ、参照ガス供給管３２５ｂには第２バルブ３７２が設けられている。第１バルブ３７１は濃度制御手段３７０からの第１制御値に応じて第１調整ガス供給手段３３０からの供給ガスの量を調整する。第２バルブ３７２は濃度制御手段３７０からの第２制御値に応じて第２調整ガス供給手段３４０からの供給ガスの量を調整する。濃度制御手段３７０は第１バルブ３７１と第２バルブ３７２を制御することにより、参照ガスにおける第１調整ガス供給手段３３０からの供給ガスと第２調整ガス供給手段３４０からの供給ガスとの混合比を調整する。そうして、濃度制御手段３７０は参照ガスの第２成分１２０の濃度を制御する。
【００７３】
濃度制御手段３７０が行う処理を具体的に説明する。濃度制御手段３７０は、第１測定手段３８１から第２成分１２０の濃度を取得する。また、濃度制御手段３７０からアクセス可能な記憶手段３９０には第２成分１２０の濃度と、第１制御値と、第２制御値との関係を示す第１参照情報が予め保持されている。ここで、記憶手段３９０は測定装置３０に備えられていても良いし、測定装置３０の外部に設けられていても良い。濃度制御手段３７０は、第１測定手段３８１から取得した濃度に対応する第１制御値および第２制御値で第１バルブ３７１および第２バルブ３７２をそれぞれ制御する。そうすることで、第１測定手段３８１で測定された濃度に近い第２成分１２０の濃度を有する参照ガスが第２供給手段３２０から匂いセンサ１０に供給される。第１参照情報は、事前の実験や計算に基づき生成し、記憶手段３９０に保持させておくことができる。第１参照情報はたとえば、数式、またはテーブルである。
【００７４】
本図では上記のように、濃度制御手段３７０が、参照ガスの第２成分１２０の濃度を制御する例を示している。濃度制御手段３７０が参照ガスの第２成分１２０の濃度を制御することで、測定対象ガスの状態を変えることなく測定を行うことができる。ただし、第１測定手段３８１が参照ガスの第２成分１２０の濃度を測定する場合、濃度制御手段３７０は測定対象ガスの第２成分１２０の濃度を制御しても良い。その場合、たとえば第１供給手段３１０が第１調整ガス供給手段３３０および第２調整ガス供給手段３４０の少なくとも一方を備え、対象物３１３から発生するガスと、第１調整ガス供給手段３３０および第２調整ガス供給手段３４０の少なくとも一方から供給されるガスとの混合比を濃度制御手段３７０が調整する。この場合、参照ガスとしてはたとえばキャリアガスをそのまま用いても良い。
【００７５】
参照ガス供給管３２５の途中、すなわち第２供給手段３２０と匂いセンサ１０との間には第２ポンプ３２１が設けられている。第２ポンプ３２１は匂いセンサ１０への参照ガスの供給の有無を切り替える。第２ポンプ３２１はさらに、匂いセンサ１０への参照ガスの供給量を調整しても良い。
【００７６】
供給制御手段３５０は、第１ポンプ３１１および第２ポンプ３２１を制御する。供給制御手段３５０の制御に基づき、匂いセンサ１０への測定対象ガスの供給タイミングと参照ガスの供給タイミングとが制御される。具体的には供給制御手段３５０は、匂いセンサ１０に測定対象ガスおよび参照ガスを順に供給するよう第１ポンプ３１１および第２ポンプ３２１を制御する。たとえば供給制御手段３５０は、予め定められた周期で匂いセンサ１０に測定対象ガスと参照ガスとを交互に供給する。導出手段３６０は、匂いセンサ１０から測定結果を取得すると共に、供給制御手段３５０から第１ポンプ３１１および第２ポンプ３２１の制御タイミングを示す信号を取得してもよい。その場合、導出手段３６０は、取得した制御タイミングを示す信号に基づき、測定結果を、測定対象ガスを検出した結果である第１データと参照ガスを検出した結果である第２データとに分類することができる。
【００７７】
なお、供給制御手段３５０の構成は本図の例に限定されない。たとえば、第１ポンプ３１１と第２ポンプ３２１の代わりにバルブ（電磁弁）が設けられており、供給制御手段３５０はこれらのバルブの開閉を制御することでガスの供給を制御しても良い。この場合、容器１０１に対象ガスおよび参照ガスを吸引するためのポンプが別途設けられていることが好ましい。
【００７８】
導出手段３６０は、匂いセンサ１０による測定対象ガスの検出結果である第１データと、匂いセンサ１０による参照ガスの検出結果である第２データとの少なくとも一方を用いることにより、測定対象ガスに含まれる第１成分１１０に関する情報を導出する。
【００７９】
第１成分１１０に関する情報は、第１成分１１０の種類を示す情報であっても良いし、第１成分１１０の匂いを表すラベル（以下、「匂いラベル」とも呼ぶ。）であってもよいし、第１成分１１０の濃度に関する情報であっても良い。
【００８０】
たとえば匂いラベルは、その匂いを発生させる物質の名称を示す。具体的には、第１成分を発生させる物質がリンゴである場合、「リンゴ」という匂いラベルが特定される。匂いを発生させる物質は、リンゴの様な食品には限定されず、機械、建材、薬品、カビ、焦げ、又は生ゴミなどといった任意の物とすることができる。
【００８１】
その他にも例えば、匂いラベルは、その匂いがする場所や状況などといった抽象的な概念を表すものであってもよい。例えば、「カフェの匂い」、「プールの匂い」、「青臭い匂い」、「押し入れのような匂い」、「甘い匂い」、「生臭い匂い」、又は「雨の日の匂い」などといった匂いラベルが考えられる。
【００８２】
一方、第１成分１１０の濃度に関する情報は、濃度の絶対値であってもよいし、何らかの基準に対する相対値であってもよいし、規格化された値であってもよい。
【００８３】
導出手段３６０で行われる処理については詳しく後述する。
【００８４】
なお、本実施形態に係る測定装置３０の構成は図１の例に限定されない。たとえば、対象物３１３が容器３１４に格納されていなくても良く、測定装置３０は容器３１４を備えていなくても良い。その場合、たとえば測定対象ガス供給管３１５の匂いセンサ１０側とは反対側の端部は外部空間に通じており、周囲の環境の匂いを匂いセンサ１０で検出することができる。具体的には、第１供給手段３１０はたとえば測定対象の環境の空気を吸入する吸入口であり、測定対象の環境の空気が測定対象ガスとして匂いセンサ１０に供給される。この場合、測定対象ガスはキャリアガスをさらに含む必要は無い。また、第２供給手段３２０のキャリアガスとしてはたとえば、測定対象の影響を受けにくい環境の空気、予め収集された空気、または生成されたガスを用いることができる。たとえば、測定対象が屋内の煙草の匂いである場合、測定対象の影響を受けにくい環境の空気として屋外の空気を第２供給手段３２０のキャリアガスとして用いることができる。また、生成されたガスの例としては、純粋な窒素と酸素との混合ガスが挙げられる。その上で、濃度制御手段３７０は、たとえば測定対象の環境における湿度の影響を取り除くために、参照ガスの湿度を制御する。
【００８５】
本実施形態に係る測定方法について以下に説明する。本測定方法では、第１成分１１０と第２成分１２０とを含む測定対象ガス、および第２成分１２０を含む参照ガスに含まれる成分を匂いセンサ１０で検出する。また、測定対象ガスおよび参照ガスの一方の、第２成分１２０の濃度を第１測定手段３８１で測定する。そして、第１測定手段３８１の測定結果に基づいて、少なくとも測定対象ガスおよび参照ガスの他方の、第２成分１２０の濃度を制御する。
【００８６】
本測定方法は測定装置３０により実現される。測定装置３０の動作例について以下に詳しく説明する。なお、以下では第１測定手段３８１が測定対象ガスの第２成分１２０の濃度を測定し、濃度制御手段３７０が参照ガスの第２成分１２０の濃度を制御する例について説明するが、本実施形態は本例に限定されない。
【００８７】
測定装置３０に対し測定の開始操作が行われると、供給制御手段３５０が第１ポンプ３１１および第２ポンプ３２１を制御することにより、同一の匂いセンサ１０に対し測定対象ガスおよび参照ガスが順次供給される。ここで、第１供給手段３１０から匂いセンサ１０に測定対象ガスが供給されると、第１測定手段３８１で測定対象ガスの第２成分１２０の濃度が測定される。次いで、濃度制御手段３７０により第２成分１２０の濃度が制御された参照ガスが、匂いセンサ１０に供給される。そうすることにより、匂いセンサ１０には第２成分１２０の濃度が互いに近い状態の測定対象ガスおよび参照ガスが供給される。
【００８８】
測定対象ガスおよび参照ガスが供給されることにより、匂いセンサ１０ではたとえば図３に示したような時系列データ１４が得られる。導出手段３６０は匂いセンサ１０から時系列データ１４を取得すると共に供給制御手段３５０から第１ポンプ３１１および第２ポンプ３２１の駆動タイミングを示す信号を取得する。そして、導出手段３６０は駆動タイミングを示す信号に基づき時系列データ１４を第１データと第２データに分割する。また、導出手段３６０は第１データおよび第２データの少なくとも一方を特徴量に変換する。導出手段３６０はたとえば上記した方法により、第１データおよび第２データを寄与値の集合Ξに変換できる。導出手段３６０はさらに主成分分析を行って特徴量の次元を削減してもよい。
【００８９】
以下では導出手段３６０が第１成分１１０に関する情報を導出する方法の第１例と第２例について説明する。第１例では、導出手段３６０は第１成分１１０の種類または匂いラベルを導出する。第２例では、導出手段３６０は、第１成分１１０の種類と第１成分１１０の濃度に関する情報を導出する。
【００９０】
まず、第１例について説明する。第１例において導出手段３６０は、第１定データおよび第２データの少なくとも一方から得られた特徴量（以下、「測定対象ガスの特徴量」とも呼ぶ。）と匂い情報とを用いて測定対象ガス中の第１成分１１０の匂いラベルを導出する。匂い情報は匂いラベルと、その匂いラベルに対応するガスの特徴量を対応づけた情報であり、たとえば導出手段３６０からアクセス可能な記憶装置に予め保持されている。匂い情報は、たとえば既知の測定対象ガスに対する結果から予め生成することができる。
【００９１】
導出手段３６０は、匂い情報の中から、測定対象ガスの特徴量に類似する特徴量を示す匂い情報を抽出する。さらに導出手段３６０は、抽出した匂い情報に対応づけられた匂いラベルを、第１成分１１０の匂いラベルとして特定する。
【００９２】
具体的には導出手段３６０は、測定対象ガスの特徴量と、匂い情報に示された特徴量との類似度を算出し、算出した類似度に基づいて匂い情報を抽出することができる。たとえば、導出手段３６０は、最も類似度が高い特徴量に対応づけられた匂い情報を抽出しても良いし、予め定められた閾値以上の類似度の特徴量に対応づけられた一以上の匂い情報を抽出しても良い。類似度を求めようとする二つの特徴量がいずれも集合Ξであり、特徴定数の集合が互いに同じである場合、類似度はたとえばベクトル間の距離である。
【００９３】
次に、第２例について説明する。第２例において導出手段３６０は、測定対象ガスの特徴量と単位成分情報とを用いて測定対象ガス中の第１成分１１０の濃度に関する情報を導出する。単位成分情報は、単位成分それぞれについての特徴量を表す情報であり、たとえば導出手段３６０からアクセス可能な記憶装置に予め保持されている。単位成分情報は、単位成分の識別子と、その単位成分の特徴量とを対応づけた情報である。単位成分の特徴量は、その単位成分のみを含むガスを匂いセンサ１０でセンシングすることで得られる時系列データについて算出される特徴量である。
【００９４】
ここで、測定対象ガスの特徴量と各単位成分の特徴量とにおいて、特徴定数の集合が共通であるとする。この場合、測定対象ガスの特徴量と各単位成分の特徴量をベクトル表現で表せば、測定対象ガスの特徴量は、測定対象ガスに含まれる単位成分の特徴量の線形和で表すことができると考えられる。例えば測定対象ガスに単位成分１からｋが含まれている場合、測定対象ガスの特徴量は、以下のように表すことができると考えられる。
【００９５】
【数７】
2020065982.tif 000009
【００９６】
ここで、Ξｉは単位成分ｉの特徴量ベクトルであり、ａｉは測定対象ガスにおける単位成分ｉの濃度である。また、測定対象ガスが１種類の単位成分のみで構成される場合は、ｋ＝１であるため、Ξｇ＝Ξ１となる。
【００９７】
そこで導出手段３６０は、単位成分情報を利用して、対象ガスの特徴量ベクトルΞｇを、１つ以上の単位成分の特徴量ベクトルΞｉの線形和に分解する。こうすることで、導出手段３６０は、測定対象ガスに含まれる１つ以上の単位成分を第１成分１１０として特定する。ここで、或る１つのベクトルを既知のベクトル（ここでは、単位成分情報に示されている各特徴量ベクトル）の線形和に分解する方法には、種々の既存の手法を利用することができる。例えば、以下の目的関数で表される非負制約付きの最小二乗法を利用することができる。
【００９８】
【数８】
2020065982.tif 000010
【００９９】
また、単位成分の濃度を特定する場合、上述した線形和への分解によって得られるベクトルＡ＝（ａ１，ａ２，．．．，ａｋ）を、各単位成分の濃度を表す情報として得ることができる。単位成分の混合比率は、これらの濃度の比で表すことができる。なお、ここでいう単位成分の濃度とは、（空気中のガスの濃度）×（ガス中の単位成分の濃度比）で表される値である。すなわち、空気中のガスの濃度に対する単位成分の相対的な濃度を意味する。また、ここでいう単位成分の濃度は、空気圧に占める単位成分の分圧の割合ととらえることもできる。
【０１００】
なお、導出手段３６０は、第１成分１１０に関する情報を導出するために、第１データと第２データの両方を用いても良いし、一方のみを用いても良い。ただし、導出精度を高めるため、両方を用いることが好ましい。
【０１０１】
導出手段３６０が第１データと第２データの両方を用いて第１成分１１０に関する情報を導出する場合、導出手段３６０は、第１データから得られる特徴ベクトルΞｕと、第２データから得られる特徴ベクトルΞｄとを連結することで得られる１つのベクトルを、測定対象ガスの特徴量としてもよい。例えばこの場合、導出手段３６０は、Ξｕ＝（ξｕ１，ξｕ２，．．．，ξｕｎ）とΞｄ＝（ξｄ１，ξｄ２，．．．，ξｄｎ）を連結したΞｃ＝（ξｕ１，ξｕ２，．．．，ξｕｎ，ξｄ１，ξｄ２，．．．，ξｄｎ）を、測定対象ガスの特徴量として算出する。
【０１０２】
また、導出手段３６０は、第１データから得られる特徴量と、第２データから得られる特徴量との平均を、測定対象ガスの特徴量として算出してもよい。すなわち、Ξａｖｇ＝（（ξｕ１＋ξｄ１）／２，（ξｕ２＋ξｄ２）／２，．．．，（ξｕｎ＋ξｄｎ）／２）を、測定対象ガスの特徴量とする。ここで、式（４）において、立ち上がりと立ち下がりでξの定義が共通していることから、理想的には、立ち上がりと時系列データ１４と立ち下がりの時系列データ１４からは同じ特徴量が得られるはずであり、ΞｕとΞｄの差異は測定誤差に起因するものであると考えられる。そこで、ΞｕとΞｄの平均を算出することで、測定誤差の影響を減らすことができる。
【０１０３】
また、導出手段３６０は、第１データと第２データとを用いて、導出結果における第２成分１２０の影響を低減するデータ処理をさらに行ってもよい。
【０１０４】
測定装置３０の供給制御手段３５０、導出手段３６０、および濃度制御手段３７０は、供給制御手段３５０、導出手段３６０、および濃度制御手段３７０のそれぞれを実現するハードウエア（例：ハードワイヤードされた電子回路など）で実現されてもよいし、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせ（例：電子回路とそれを制御するプログラムの組み合わせなど）で実現されてもよい。以下、測定装置３０の供給制御手段３５０、導出手段３６０、および濃度制御手段３７０がハードウエアとソフトウエアとの組み合わせで実現される場合について、さらに説明する。
【０１０５】
図６は、測定装置３０を実現するための計算機１０００を例示する図である。計算機１０００は任意の計算機である。例えば計算機１０００は、Personal Computer（PC）やサーバマシンなどの据え置き型の計算機である。その他にも例えば、計算機１０００は、スマートフォンやタブレット端末などの可搬型の計算機である。計算機１０００は、測定装置３０を実現するために設計された専用の計算機であってもよいし、汎用の計算機であってもよい。
【０１０６】
計算機１０００は、バス１０２０、プロセッサ１０４０、メモリ１０６０、ストレージデバイスストレージ１０８０、入出力インタフェース１１００、及びネットワークインタフェース１１２０を有する。バス１０２０は、プロセッサ１０４０、メモリ１０６０、ストレージデバイスストレージ１０８０、入出力インタフェース１１００、及びネットワークインタフェース１１２０が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ１０４０などを互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。
【０１０７】
プロセッサ１０４０は、CPU（Central Processing Unit）、GPU（Graphics Processing Unit）、FPGA（Field−Programmable Gate Array）などの種々のプロセッサである。メモリ１０６０は、RAM（Random Access Memory）などを用いて実現される主記憶装置である。ストレージデバイスストレージ１０８０は、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）、メモリカード、又は ROM（Read Only Memory）などを用いて実現される補助記憶装置である。
【０１０８】
入出力インタフェース１１００は、計算機１０００と入出力デバイスとを接続するためのインタフェースである。例えば入出力インタフェース１１００には、キーボードなどの入力装置や、ディスプレイ装置などの出力装置が接続される。その他にも例えば、入出力インタフェース１１００には、匂いセンサ１０が接続される。ただし、匂いセンサ１０は必ずしも計算機１０００と直接接続されている必要はない。例えば匂いセンサ１０は、計算機１０００と共有している記憶装置に時系列データ１４を記憶させてもよい。
【０１０９】
ネットワークインタフェース１１２０は、計算機１０００を通信網に接続するためのインタフェースである。この通信網は、例えば LAN（Local Area Network）や WAN（Wide Area Network）である。ネットワークインタフェース１１２０が通信網に接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。
【０１１０】
ストレージデバイスストレージ１０８０は、供給制御手段３５０、導出手段３６０、および濃度制御手段３７０を実現するプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ１０４０は、これら各プログラムモジュールをメモリ１０６０に読み出して実行することで、各プログラムモジュールに対応する機能を実現する。
【０１１１】
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態に係る測定装置３０によれば、第１測定手段３８１の測定結果に基づいて参照ガスにおける第２成分１２０と測定対象ガスにおける第２成分１２０の濃度を近づけることにより、第２成分１２０の影響を低減した状態で所望の成分を検出することができる。
【０１１２】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る測定装置３０の構成を例示する図である。本図において、データおよび信号の経路は破線で示されている。本実施形態に係る測定装置３０は、以下に説明する点を除いて第１の実施形態に係る測定装置３０と同じである。第１の実施形態において、第１測定手段３８１は測定対象ガスおよび参照ガスの一方のみの第２成分１２０の濃度を測定していた。それに対し本実施形態では、第１測定手段３８１は、測定対象ガスおよび参照ガスの他方の第２成分１２０の濃度をさらに測定する。そして、濃度制御手段３７０は、第１測定手段３８１で測定された他方の第２成分１２０の濃度にさらに基づいて、他方の第２成分１２０の濃度を制御する。以下に詳しく説明する。
【０１１３】
本実施形態に係る測定装置３０では、第１測定手段３８１はたとえば容器１０１内に設けられることにより、測定対象ガスの第２成分１２０の濃度と、参照ガスの第２成分１２０の濃度との両方を測定することができる。すなわち第１測定手段３８１は、匂いセンサ１０に測定対象ガスが供給されている時に、測定対象ガスの第２成分１２０の濃度を測定し、匂いセンサ１０に参照ガスが供給されている時に、参照ガスの第２成分１２０の濃度を測定する。
【０１１４】
そして、濃度制御手段３７０は、第１測定手段３８１から測定対象ガスの第２成分１２０の濃度と、参照ガスの第２成分１２０の濃度とを取得する。そして濃度制御手段３７０は、測定対象ガスの第２成分１２０の濃度と、参照ガスの第２成分１２０の濃度との差が小さくなるようにフィードバック制御を行う。すなわち濃度制御手段３７０は、測定対象ガスの第２成分１２０の濃度と、参照ガスの第２成分１２０の濃度との差を算出し、この差が小さくなるように測定対象ガスおよび参照ガスの少なくとも一方の第２成分１２０の濃度を調整する。本図では、濃度制御手段３７０が参照ガスの第２成分１２０の濃度を調整する例を示している。
【０１１５】
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態においては第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。くわえて、測定対象ガスと参照ガスの両方の第２成分１２０の濃度を測定して制御することにより、より高い精度でこれらのガスの第２成分１２０の濃度を互いに近づけることができる。
【０１１６】
（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る測定装置３０の構成を例示する図である。本図において、データおよび信号の経路は破線で示されている。本実施形態に係る測定装置３０は、以下に説明する点を除いて第１の実施形態に係る測定装置３０と同じである。本実施形態において、測定装置３０は、測定対象ガスと参照ガスの他方の、第２成分１２０の濃度を測定する第２測定手段３８２をさらに備える。そして濃度制御手段３７０は、第２測定手段３８２の測定結果にさらに基づいて、他方の第２成分１２０の濃度を制御する。以下に詳しく説明する。
【０１１７】
本実施形態に係る測定装置３０は、第１測定手段３８１とは別途第２測定手段３８２を備えている。第２測定手段３８２は測定対象ガスおよび参照ガスのうち、第１測定手段３８１が測定するガスとは異なるガスの第２成分１２０の濃度を測定する。たとえば第２成分１２０が水分である場合、第２測定手段３８２は湿度センサである。本図の例において、第２測定手段３８２は参照ガス供給管３２５の途中、すなわち第２供給手段３２０と匂いセンサ１０との間に設けられ、参照ガスの第２成分１２０の濃度を測定する。
【０１１８】
本実施形態において濃度制御手段３７０は、第１測定手段３８１から測定対象ガスの第２成分１２０の濃度を取得し、第２測定手段３８２から参照ガスの第２成分１２０の濃度を取得する。そして濃度制御手段３７０は、測定対象ガスの第２成分１２０の濃度と、参照ガスの第２成分１２０の濃度との差が小さくなるようにフィードバック制御を行う。すなわち濃度制御手段３７０は、測定対象ガスの第２成分１２０の濃度と、参照ガスの第２成分１２０の濃度との差を算出し、この差が小さくなるように測定対象ガスおよび参照ガスの少なくとも一方の第２成分１２０の濃度を調整する。本図では、濃度制御手段３７０が参照ガスの第２成分１２０の濃度を調整する例を示している。
【０１１９】
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態においては第２の実施形態と同様の作用および効果が得られる。
【０１２０】
（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態に係る測定装置３０の構成を例示する図である。本図において、データおよび信号の経路は破線で示されている。本実施形態に係る測定装置３０は、濃度制御手段３７０が匂いセンサ１０の検出結果に基づいて、測定対象ガスおよび参照ガスの少なくとも一方の、第２成分１２０の濃度を制御する点を除いて第１の実施形態に係る測定装置３０と同じである。以下に詳しく説明する。
【０１２１】
第２成分１２０の濃度は、匂いセンサ１０の検出結果にも影響を及ぼす。すなわち、匂いセンサ１０を第２成分１２０の濃度の検出に用いることができ、匂いセンサ１０は第２の実施形態に係る第１測定手段３８１を兼ねることができる。本実施形態において、測定装置３０は匂いセンサ１０とは別途の第１測定手段３８１を備えていなくて良い。濃度制御手段３７０は、匂いセンサ１０の検出結果に基づいて、測定対象ガスと参照ガスの第２成分１２０の濃度を近づけることができる。
【０１２２】
本実施形態に係る濃度制御手段３７０で行われる処理として、以下の第１の処理例から第３の処理例が挙げられる。
【０１２３】
第１の処理例において、濃度制御手段３７０は、匂いセンサ１０の第１データに基づき測定対象ガスの第２成分１２０の濃度に関する情報を導出し、匂いセンサ１０の第２データに基づき参照ガスの第２成分１２０の濃度に関する情報を導出する。そして、第２の実施形態で説明したのと同様に、フィードバック制御を行う。
【０１２４】
具体的には、濃度制御手段３７０は、匂いセンサ１０から時系列データ１４を取得すると共に供給制御手段３５０から第１ポンプ３１１および第２ポンプ３２１の駆動タイミングを示す信号を取得する。そして、濃度制御手段３７０は駆動タイミングを示す信号に基づき１４０を第１データと第２データに分割する。また、濃度制御手段３７０は第１データおよび第２データを特徴量に変換する。濃度制御手段３７０はたとえば第１の実施形態で説明した方法により、第１データおよび第２データを寄与値の集合Ξに変換できる。濃度制御手段３７０はさらに主成分分析を行って特徴量の次元を削減してもよい。
【０１２５】
さらに濃度制御手段３７０は、第１データから得た特徴量と第２参照情報とを用いて測定対象ガスの第２成分１２０の濃度を示す情報を得、第２データから得た特徴量と第２参照情報とを用いて参照ガスの第２成分１２０の濃度を示す情報を得る。なお、濃度に関する情報は、濃度の絶対値であってもよいし、何らかの基準に対する相対値であってもよいし、規格化された値であってもよい。第２参照情報は特徴量と第２成分１２０の濃度を示す情報との関係を示す情報であり、たとえば濃度制御手段３７０からアクセス可能な記憶手段３９０に予め保持されている。第２参照情報はたとえば、数式、またはテーブルである。第２参照情報は、たとえば既知のガスに対する匂いセンサ１０の検出結果から予め生成することができる。
【０１２６】
次いで濃度制御手段３７０は、導出した測定対象ガスの第２成分１２０の濃度を示す情報と、参照ガスの第２成分１２０の濃度を示す情報に基づき、測定対象ガスの第２成分１２０の濃度と参照ガスの第２成分１２０の濃度との差を算出する。そして算出した差が小さくなるように測定対象ガスおよび参照ガスの少なくとも一方の第２成分１２０の濃度を調整する。本図では、濃度制御手段３７０が参照ガスの第２成分１２０の濃度を調整する例を示している。
【０１２７】
第２の処理例では、濃度制御手段３７０は、測定対象ガスと参照ガスとを交互に匂いセンサ１０に供給したときの匂いセンサ１０の出力波形の振幅が小さくなるように、少なくとも一方の第２成分１２０の濃度ｘを制御する。なお、以下において特に説明する場合を除き、「出力波形」とは、測定対象ガスと参照ガスとを交互に匂いセンサ１０に供給したときの匂いセンサ１０の出力波形を示す。以下に詳しく説明する。
【０１２８】
出力波形は、たとえば図３に示したような波形である。第１の実施形態で説明した通り、匂いセンサ１０の出力波形は差動性を有する。したがって、濃度ｘを制御して出力波形の振幅を小さくすることにより、上記した第１状態と第２状態における、匂いセンサ１０の官能部への分子の吸着状態の差を小さくすることができる。これは、第１状態と第２状態における第２成分１２０の吸着分子の数を互いに近づけ、出力波形における第２成分１２０の影響を低減することに相当する。ひいては、第１成分１１０の吸着の有無の違いを匂いセンサ１０の出力において顕在化させることができる。
【０１２９】
説明のために、濃度制御手段３７０が制御を行うガスの濃度をｘで示す。また、濃度制御手段３７０が制御されたガスの濃度をｘとした時の匂いセンサ１０の出力波形を以下のベクトルｙ（ｘ）で示す。
【０１３０】
【数９】
2020065982.tif 000011
【０１３１】
ここで、濃度制御手段３７０は、出力波形の振幅を表す量の一例として、出力波形の実効値（Root Mean Square Value）を小さくなるように濃度ｘを制御してもよい。この場合、匂いセンサ１０の出力波形の振幅の二乗はＦ（ｙ（ｘ））＝｜｜ｙ（ｘ）｜｜２のように表される。そして、このＦ（ｙ（ｘ））が小さくなるようにｘを制御することで、測定対象ガスの第２成分１２０の濃度と参照ガスの第２成分１２０の濃度とを互いに近づけることができる。Ｆ（ｙ（ｘ））が小さくなるようにｘを制御する方法については詳しく後述する。
【０１３２】
なお、出力波形の振幅を表す量は、前述の実効値に限らず、任意の基準を用いることができる。例えば、出力波形の振幅として、Peak to peak値を用いることができる。この場合、匂いセンサ１０の出力波形のPeak to peak 値による振幅は、波形の値が最大となる時刻ｔ１と、最小となる時刻ｔ２を用いて、｜ｙｔ１（ｘ）−ｙｔ２（ｘ）｜として表される。特に、ｔ１は、図３における領域Ｐ１の終了時刻、ｔ２は領域Ｐ２の終了時刻となることが期待される。ここで、出力波形を式（１０）の代わりにスカラー値（１次元ベクトル）ｙ（ｘ）＝ｙｔ１（ｘ）−ｙｔ２（ｘ）とすれば、peak to peak 値による振幅の二乗はＦ（ｙ（ｘ））＝｜｜ｙ（ｘ）｜｜２のように前述のＦ（ｙ（ｘ））と同じ形で表されるため、振幅として実効値を用いる場合と同様の方法によってｘを制御することができる。
【０１３３】
第３の処理例では、濃度制御手段３７０は、第１成分１１０に対する匂いセンサ１０の応答波形を示す情報と、測定対象ガスおよび参照ガスを交互に匂いセンサ１０に供給したときの匂いセンサ１０の出力波形とに基づいて、測定対象ガスおよび参照ガスの一方の、第２成分１２０の濃度ｘを制御する。以下に詳しく説明する。
【０１３４】
本処理例において、記憶手段３９０には予め、第１成分１１０に対する匂いセンサ１０の応答波形を示す情報が保持されている。なお、第１成分１１０に対する匂いセンサ１０の応答波形を、以下では「第１応答波形」とも呼ぶ。第１応答波形を示す情報はたとえば、第１成分１１０のみからなるガスの匂いセンサ１０への供給と、雰囲気の減圧による匂いセンサ１０の浄化とを行うことにより得ることができる。または、第１応答波形を示す情報は、第１成分１１０を含む既知の測定対象ガスについて匂いセンサ１０で得られる検出結果に基づき算出された、第１成分１１０のみに対する匂いセンサ１０の応答を示す情報であっても良い。なお、測定対象ガスが第１成分１１０として複数の成分を含むとき、各成分の第１応答波形を示す情報が後述するｙｊとして、記憶手段３９０に保持される。
【０１３５】
本処理例において濃度制御手段３７０は、匂いセンサ１０の出力波形が、既知の第１応答波形の線形和でなるべく表されるように濃度ｘを制御する。すなわち濃度制御手段３７０は、以下の式（１１）で表されるＦ（ｙ（ｘ））が小さくなるように濃度ｘを制御する。なお、第１応答波形を示すベクトルをｙｊ（ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）とし、濃度ｘに対する匂いセンサ１０の出力波形を示すベクトルをｙ（ｘ）とし、ａｊを係数とする。
【０１３６】
【数１０】
2020065982.tif 000012
【０１３７】
本方法では、最終的に得られるａｊが第１成分１１０の濃度に関する情報に相当する。したがって、濃度制御手段３７０は導出手段３６０を兼ねることができ、ａｊを第１成分１１０の濃度に関する情報として出力しても良い。
【０１３８】
なお、ｓｐａｎ｛ｙ１，・・・，ｙＪ｝の直交補空間への射影演算子をＰとすると、Ｆ（ｙ（ｘ））＝｜｜Ｐｙ（ｘ）｜｜２が成り立つ。
【０１３９】
また、第２の処理例は、本処理例においてＪ＝０とした場合に相当する。
【０１４０】
上記した第２の処理例および第３の処理例において、Ｆ（ｙ（ｘ））が小さくなるようにｘを制御する方法について、以下に説明する。濃度制御手段３７０はたとえば、補完を用いる方法（補完法）、勾配法、または二分探索を用いて濃度ｘを制御することができる。
【０１４１】
図１０は、第２の処理例および第３の処理例において濃度制御手段３７０が行う処理のフローチャートである。測定装置３０に対し測定の開始操作が行われると、濃度制御手段３７０はまず、初期状態のｘを決める（ステップＳ１００）。初期状態のｘは任意であり、たとえばｘ＝０とすることができる。
【０１４２】
次いで濃度制御手段３７０は、決定したｘでガスの供給が行われるよう、たとえば参照ガスの第２成分１２０の濃度を制御する。そして匂いセンサ１０から時系列データ１４をｙ（ｘ）をとして取得する（ステップＳ２００）。
【０１４３】
次いで濃度制御手段３７０は、得られたｙ（ｘ）に基づき次のｘを決める（ステップＳ３００）。次のｘの決め方については詳しく後述する。
【０１４４】
次いで濃度制御手段３７０は終了条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ４００）。ステップＳ４００において、終了条件を満たすと判定された場合、濃度制御手段３７０は処理を終了してｘを固定する。そして、固定されたｘを用いて測定対象ガスおよび参照ガスの匂いセンサ１０への供給が続けられ、測定が行われる。この場合、導出手段３６０はｘが固定された後に得られる第１データおよび第２データの少なくとも一方のみを用いて第１成分１１０に関する情報を導出しても良いし、ｘが固定される前後にわたり、第１成分１１０に関する情報を導出してもよい。
【０１４５】
ただし、ステップＳ４００において、終了条件を満たすと判定された場合、測定装置３０が測定を終了しても良い。
【０１４６】
終了条件としてはたとえば、ユーザーによる測定装置３０への終了指令操作がされたこと、現在のｘと次のｘとの差が予め定められた基準を下回ること、および、ステップＳ２００の反復回数が予め定められた回数を超えること等が挙げられる。
【０１４７】
ステップＳ４００において、終了条件を満たさないと判定された場合、濃度制御手段３７０は、ステップＳ３００で決定された次のｘを用いて再度ステップＳ２００を行う。
【０１４８】
ステップＳ３００はたとえば、補完を用いる方法、勾配法、または二分探索を用いて行われる。以下に各方法について詳しく説明する。
【０１４９】
図１１は、補完法でステップＳ３００を行う方法の例を説明するための図である。補完法では、濃度制御手段３７０は１回目のループと２回目のループのステップＳ２００において、両極端な例としてｘ１およびｘ２をそれぞれ用いる。たとえば測定装置３０で実現可能なｘの最小値をｘ１とし、最大値をｘ２とすることができる。
【０１５０】
次いで、３回目以降のループで用いるｘは以下のように定められる。まず、それまでのループにおけるｘを昇順に並べ、ｘ１，・・・，ｘｎとする。そして、ｙ（ｘ１），・・・，ｙ（ｘｎ）を補完する。補完は線形補完であっても良いし、スプライン等の他の補完方法で行われても良い。補完して得られた関数をｙｃ（ｘ）とする。そしてＦ（ｙｃ（ｘ））が最小となるｘを次のｘとする。
【０１５１】
具体的には、たとえば線形補完を用い、次のｘとしてｘｎ＋１を決める場合、Ｆ（（１−ｔ）ｙ（ｘｐ）−ｔ（ｘｐ＋１））を最小にする（ｐ，ｔ）（ｐ＝１，・・・，ｎ−１，０≦ｔ＜１）を求め、次のｘをｘｎ＋１＝（１−ｔ）ｘｐ＋ｔｘｐ＋１とすればよい。
【０１５２】
次に、勾配法でステップＳ３００を行う方法の例について以下に説明する。
【０１５３】
本例において、記憶手段３９０には予め、第２成分１２０に対する匂いセンサ１０の応答波形を示す情報が保持されている。なお、第２成分１２０に対する匂いセンサ１０の応答波形を、以下では「第２応答波形」とも呼ぶ。第２応答波形を示す情報はたとえば、第２成分１２０のみからなるガスの匂いセンサ１０への供給と、雰囲気の減圧による匂いセンサ１０の浄化とを行うことにより得ることができる。または、第２応答波形を示す情報は、第２成分１２０を含む既知の測定対象ガスについて匂いセンサ１０で得られる検出結果に基づき算出された、第２成分１２０のみに対する匂いセンサ１０の応答を示す情報であっても良い。
【０１５４】
第２応答波形を示す情報をベクトルｚとすると、ｘの小さな変化に対して以下の式（１２）が成り立つことが期待される。
【０１５５】
【数１１】
2020065982.tif 000013
【０１５６】
このとき、Ｆ（ｙ（ｘ＋Δｘ））は以下の式（１３）のように表される。つまり、Ｆ（ｙ（ｘ））の傾きは２ｚ・Ｐｙ（ｘ）で近似される。したがって、ある定数ηを用い、ｘｎ＋１＝ｘｎ−η２ｚ・Ｐｙ（ｘｎ）により、次のｘを決定する。なお、定数ηは予め定めておくことができる。
【０１５７】
【数１２】
2020065982.tif 000014
【０１５８】
次に、二分探索でステップＳ３００を行う方法の例について以下に説明する。
【０１５９】
上記した勾配法は、ｚ・Ｐｙ（ｘ）が正なら次のｘは減少、ｚ・Ｐｙ（ｘ）が負なら次のｘは増加する方法であった。つまり、ｚ・Ｐｙ（ｘ）が正のときは目的のｘは現在のｘよりも小さく、ｚ・Ｐｙ（ｘ）が負のときは目的のｘは現在のｘよりも大きいと考えられる。この考え方を用いて二分探索を行う。
【０１６０】
二分探索を用いる本例において、濃度制御手段３７０は１回目のループと２回目のループのステップＳ２００において、下限ｘｌおよび上限ｘｈをそれぞれｘとして用いてｙ（ｘ）を取得する。ここで、下限ｘｌと上限ｘｈとの間隔を充分広くしておく。たとえば測定装置３０で実現可能なｘの最小値をｘｌとし、最大値をｘｈとすることができる。ただし下限ｘｌと上限ｘｈはこの例に限定されない。
【０１６１】
取得されたｙ（ｘ）について、ｚ・Ｐｙ（ｘｌ）は負、ｚ・Ｐｙ（ｘｈ）は正となることが期待される。もしそうならなかった場合、下限ｘｌと上限ｘｈとの間隔をさらに広げて再度ｙ（ｘ）を取得する。
【０１６２】
次いで、３回目以降のループで用いるｘは下限ｘｌと上限ｘｈとの中点とする。すなわち、ｘ＝（ｘｌ＋ｘｈ）／２で得られるｘを次のｘとする。そしてステップＳ２００においてさらにｙ（ｘ）が取得される。また、濃度制御手段３７０は取得したｙ（ｘ）を用いてｚ・Ｐｙ（ｘ）の値を算出し、ｚ・Ｐｙ（ｘ）が正である場合、そのｘを新しい上限ｘｈとする。一方、ｚ・Ｐｙ（ｘ）が負である場合、そのｘを新しい下限ｘｌとする。次のステップＳ３００では、新しいｘｌとｘｈとに基づき、ｘ＝（ｘｌ＋ｘｈ）／２の関係から次のｘが決定される。
【０１６３】
本例においては、ｘｌとｘｈとの間隔が予め定められた基準以下となることを、ステップＳ４００の終了条件としてもよい。
【０１６４】
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態においては第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。くわえて、第１測定手段３８１を匂いセンサ１０と別途設ける必要が無い。
【０１６５】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。たとえば、上述の各実施形態は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。
【０１６６】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
１．  第１成分と第２成分とを含む測定対象ガス、および前記第２成分を含む参照ガスに含まれる成分を検出する匂いセンサと、
前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの一方の、前記第２成分の濃度を測定する第１測定手段と、
前記第１測定手段の測定結果に基づいて、少なくとも前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの他方の、前記第２成分の濃度を制御する濃度制御手段とを備える測定装置。
２．  １．に記載の測定装置において、
前記他方の、前記第２成分の濃度を測定する第２測定手段をさらに備え、
前記濃度制御手段は、前記第２測定手段の測定結果にさらに基づいて、前記他方の前記第２成分の濃度を制御する測定装置。
３．  １．に記載の測定装置において、
前記第１測定手段は、前記他方の前記第２成分の濃度をさらに測定し、
前記濃度制御手段は、前記第１測定手段で測定された前記他方の前記第２成分の濃度にさらに基づいて、前記他方の前記第２成分の濃度を制御する測定装置。
４．  第１成分と第２成分とを含む測定対象ガス、および前記第２成分を含む参照ガスに含まれる成分を検出する匂いセンサと、
前記匂いセンサの検出結果に基づいて、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの少なくとも一方の、前記第２成分の濃度を制御する濃度制御手段とを備える測定装置。
５．  ４．に記載の測定装置において、
前記濃度制御手段は、前記測定対象ガスと前記参照ガスとを交互に前記匂いセンサに供給したときの前記匂いセンサの出力波形の振幅が小さくなるように、前記少なくとも一方の前記第２成分の濃度を制御する測定装置。
６．  ４．に記載の測定装置において、
前記濃度制御手段は、前記第１成分に対する前記匂いセンサの応答波形を示す情報と、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスを交互に前記匂いセンサに供給したときの前記匂いセンサの出力波形とに基づいて、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの一方の、前記第２成分の濃度ｘを制御する測定装置。
７．  ６．に記載の測定装置において、
前記応答波形を示すベクトルをｙｊとし、濃度ｘに対する前記出力波形を示すベクトルをｙ（ｘ）とし、ａｊを係数としたとき、前記濃度制御手段は、式（１１）で表されるＦ（ｙ（ｘ））が小さくなるように濃度ｘを制御する測定装置。
８．  ７．に記載の測定装置において、
前記濃度制御手段は、補完法、勾配法、または二分探索を用いて濃度ｘを制御する測定装置。
９．  １．から８．のいずれか一つに記載の測定装置において、
前記測定対象ガスおよび前記参照ガスはそれぞれ前記第２成分として水分を含む測定装置。
１０．  １．から９．のいずれか一つに記載の測定装置において、
前記濃度制御手段は、前記参照ガスの前記第２成分の濃度を制御する測定装置。
１１．  １．から１０．のいずれか一つに記載の測定装置において、
前記参照ガスはパージガスである測定装置。
１２．  １．から１１．のいずれか一つに記載の測定装置において、
前記匂いセンサによる前記測定対象ガスの検出結果である第１データと、前記匂いセンサによる前記参照ガスの検出結果である第２データとの少なくとも一方を用いることにより、前記測定対象ガスに含まれる前記第１成分に関する情報を導出する導出手段をさらに備える測定装置。
１３．  １．から１２．のいずれか一つに記載の測定装置において、
前記測定対象ガスに含まれる前記第２成分の分圧がＰ対象，第２であり、前記参照ガスに含まれる前記第２成分の分圧がＰ参照，第２であり、前記第２成分の飽和蒸気圧がＰ飽和，第２であり、前記測定対象ガスに含まれる前記第１成分の分圧がＰ対象，第１であり、前記参照ガスに含まれる前記第１成分の分圧がＰ参照，第１であり、前記第１成分の飽和蒸気圧がＰ飽和，第１であるとき、｜Ｐ対象，第２−Ｐ参照，第２｜／Ｐ飽和，第２＜（Ｐ対象，第１−Ｐ参照，第１）／Ｐ飽和，第１が成り立つ測定装置。
１４．  第１成分と第２成分とを含む測定対象ガス、および前記第２成分を含む参照ガスに含まれる成分を匂いセンサで検出し、
前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの一方の、前記第２成分の濃度を第１測定手段で測定し、
前記第１測定手段の測定結果に基づいて、少なくとも前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの他方の、前記第２成分の濃度を制御する測定方法。
１５．  １４．に記載の測定方法において、
前記他方の、前記第２成分の濃度を第２測定手段でさらに測定し、
前記第２測定手段の測定結果にさらに基づいて、前記他方の前記第２成分の濃度を制御する測定方法。
１６．  １４．に記載の測定方法において、
前記第１測定手段で、前記他方の前記第２成分の濃度をさらに測定し、
前記第１測定手段で測定された前記他方の前記第２成分の濃度にさらに基づいて、前記他方の前記第２成分の濃度を制御する測定方法。
１７．  第１成分と第２成分とを含む測定対象ガス、および前記第２成分を含む参照ガスに含まれる成分を匂いセンサで検出し、
前記匂いセンサの検出結果に基づいて、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの少なくとも一方の、前記第２成分の濃度を制御する測定方法。
１８．  １７．に記載の測定方法において、
前記測定対象ガスと前記参照ガスとを交互に前記匂いセンサに供給したときの前記匂いセンサの出力波形の振幅が小さくなるように、前記少なくとも一方の前記第２成分の濃度を制御する測定方法。
１９．  １７．に記載の測定方法において、
前記第１成分に対する前記匂いセンサの応答波形を示す情報と、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスを交互に前記匂いセンサに供給したときの前記匂いセンサの出力波形とに基づいて、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの一方の、前記第２成分の濃度ｘを制御する測定方法。
２０．  １９．に記載の測定方法において、
前記応答波形を示すベクトルをｙｊとし、濃度ｘに対する前記出力波形を示すベクトルをｙ（ｘ）とし、ａｊを係数としたとき、式（１１）で表されるＦ（ｙ（ｘ））が小さくなるように濃度ｘを制御する測定方法。
２１．  ２０．に記載の測定方法において、
補完法、勾配法、または二分探索を用いて濃度ｘを制御する測定方法。
２２．  １４．から２１．のいずれか一つに記載の測定方法において、
前記測定対象ガスおよび前記参照ガスはそれぞれ前記第２成分として水分を含む測定方法。
２３．  １４．から２２．のいずれか一つに記載の測定方法において、
前記参照ガスの前記第２成分の濃度を制御する測定方法。
２４．  １４．から２３．のいずれか一つに記載の測定方法において、
前記参照ガスはパージガスである測定方法。
２５．  １４．から２４．のいずれか一つに記載の測定方法において、
さらに、前記匂いセンサによる前記測定対象ガスの検出結果である第１データと、前記匂いセンサによる前記参照ガスの検出結果である第２データとの少なくとも一方を用いることにより、前記測定対象ガスに含まれる前記第１成分に関する情報を導出する測定方法。
２６．  １４．から２５．のいずれか一つに記載の測定方法において、
前記測定対象ガスに含まれる前記第２成分の分圧がＰ対象，第２であり、前記参照ガスに含まれる前記第２成分の分圧がＰ参照，第２であり、前記第２成分の飽和蒸気圧がＰ飽和，第２であり、前記測定対象ガスに含まれる前記第１成分の分圧がＰ対象，第１であり、前記参照ガスに含まれる前記第１成分の分圧がＰ参照，第１であり、前記第１成分の飽和蒸気圧がＰ飽和，第１であるとき、｜Ｐ対象，第２−Ｐ参照，第２｜／Ｐ飽和，第２＜（Ｐ対象，第１−Ｐ参照，第１）／Ｐ飽和，第１が成り立つ測定方法。
【図１】
2020065982.tif 000017
【図２】
2020065982.tif 000018
【図３】
2020065982.tif 000019
【図４】
2020065982.tif 000020
【図５】
2020065982.tif 000021
【図６】
2020065982.tif 000022
【図７】
2020065982.tif 000023
【図８】
2020065982.tif 000024
【図９】
2020065982.tif 000025
【図１０】
2020065982.tif 000026
【図１１】
2020065982.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】令和3年3月4日(2021.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１成分と第２成分とを含む測定対象ガス、および前記第２成分を含む参照ガスに含まれる成分を検出する匂いセンサと、
前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの一方の、前記第２成分の濃度を測定する第１測定手段と、
前記第１測定手段の測定結果に基づいて、少なくとも前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの他方の、前記第２成分の濃度を制御する濃度制御手段とを備える測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測定装置において、
前記他方の、前記第２成分の濃度を測定する第２測定手段をさらに備え、
前記濃度制御手段は、前記第２測定手段の測定結果にさらに基づいて、前記他方の前記第２成分の濃度を制御する測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の測定装置において、
前記第１測定手段は、前記他方の前記第２成分の濃度をさらに測定し、
前記濃度制御手段は、前記第１測定手段で測定された前記他方の前記第２成分の濃度にさらに基づいて、前記他方の前記第２成分の濃度を制御する測定装置。
【請求項４】
第１成分と第２成分とを含む測定対象ガス、および前記第２成分を含む参照ガスに含まれる成分を検出する匂いセンサと、
前記匂いセンサの検出結果に基づいて、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの少なくとも一方の、前記第２成分の濃度を制御する濃度制御手段とを備える測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の測定装置において、
前記濃度制御手段は、前記測定対象ガスと前記参照ガスとを交互に前記匂いセンサに供給したときの前記匂いセンサの出力波形の振幅が小さくなるように、前記少なくとも一方の前記第２成分の濃度を制御する測定装置。
【請求項６】
請求項４に記載の測定装置において、
前記濃度制御手段は、前記第１成分に対する前記匂いセンサの応答波形を示す情報と、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスを交互に前記匂いセンサに供給したときの前記匂いセンサの出力波形とに基づいて、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの一方の、前記第２成分の濃度ｘを制御する測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の測定装置において、
前記応答波形を示すベクトルをｙｊとし、濃度ｘに対する前記出力波形を示すベクトルをｙ（ｘ）とし、ａｊを係数としたとき、前記濃度制御手段は、以下の式（ｃ１）で表されるＦ（ｙ（ｘ））が小さくなるように濃度ｘを制御する測定装置。
【数１】
2020065982.tif 000028
【請求項８】
請求項７に記載の測定装置において、
前記濃度制御手段は、補完法、勾配法、または二分探索を用いて濃度ｘを制御する測定装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記測定対象ガスおよび前記参照ガスはそれぞれ前記第２成分として水分を含む測定装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記濃度制御手段は、前記参照ガスの前記第２成分の濃度を制御する測定装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記参照ガスはパージガスである測定装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記匂いセンサによる前記測定対象ガスの検出結果である第１データと、前記匂いセンサによる前記参照ガスの検出結果である第２データとの少なくとも一方を用いることにより、前記測定対象ガスに含まれる前記第１成分に関する情報を導出する導出手段をさらに備える測定装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記測定対象ガスに含まれる前記第２成分の分圧がＰ対象，第２であり、前記参照ガスに含まれる前記第２成分の分圧がＰ参照，第２であり、前記第２成分の飽和蒸気圧がＰ飽和，第２であり、前記測定対象ガスに含まれる前記第１成分の分圧がＰ対象，第１であり、前記参照ガスに含まれる前記第１成分の分圧がＰ参照，第１であり、前記第１成分の飽和蒸気圧がＰ飽和，第１であるとき、｜Ｐ対象，第２−Ｐ参照，第２｜／Ｐ飽和，第２＜（Ｐ対象，第１−Ｐ参照，第１）／Ｐ飽和，第１が成り立つ測定装置。
【請求項１４】
第１成分と第２成分とを含む測定対象ガス、および前記第２成分を含む参照ガスに含まれる成分を匂いセンサで検出し、
前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの一方の、前記第２成分の濃度を第１測定手段で測定し、
前記第１測定手段の測定結果に基づいて、少なくとも前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの他方の、前記第２成分の濃度を制御する測定方法。
【請求項１５】
第１成分と第２成分とを含む測定対象ガス、および前記第２成分を含む参照ガスに含まれる成分を匂いセンサで検出し、
前記匂いセンサの検出結果に基づいて、前記測定対象ガスおよび前記参照ガスの少なくとも一方の、前記第２成分の濃度を制御する測定方法。
【国際調査報告】
2020065982.tif 000029
2020065982.tif 000030
2020065982.tif 000031
2020065982.tif 000032