(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のガスセンサを設けた検出部と、サンプルガス中に含まれるにおい成分を濃縮又は希釈して検出部に供給するにおい成分濃度調製機構と、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検出信号処理部とを備えたガス測定装置において、
前記におい成分濃度調製機構により、同一サンプルガス中のにおい成分濃度を変化させて、複数点の濃度でにおい成分を前記検出部に供給する複数濃度供給部と、
前記検出部への複数点の濃度のにおい成分供給時におけるガスセンサの検出信号とにおい成分濃度との対応関係が単調増加、単調減少又は線形であるか否かを各ガスセンサについて判定する検出信号判定部と、
前記検出信号判定部における検出信号とにおい成分濃度との対応関係が単調増加、単調減少又は線形であると判定したガスセンサの検出信号のみを前記検出信号処理部に送る検出信号選択部と、を備えた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、複数個のガスセンサを設けた検出部と、サンプルガス中に含まれるにおい成分を濃縮又は希釈して検出部に供給するにおい成分濃度調製機構と、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検出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、脱臭、調香、空調、非破壊検査、醸造、食品の管理などの分野において、においを識別するために用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
ガスセンサとしては、導電性高分子センサ、酸化物半導体センサ、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。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。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。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、におい成分の検出が良好なガスセンサの数が多い方がより精度の高い測定結果が得られるので、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、複数個のガスセンサ中に、あるサンプルガス中のにおい成分の検出に対し、適当でないガスセンサが含まれている場合には、ガスセンサの数を増やしても、それらを用いない場合に比べて却って測定精度が悪化するという問題があった。
そこで本発明は、ガス測定装置において、不適当なガスセンサの検出信号を用いないことによって、測定精度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、複数個のガスセンサを設けた検出部２と、サンプルガス中に含まれるにおい成分を濃縮又は希釈して検出部２に供給するにおい成分濃度調製機構４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検出信号処理部６とを備えたガス測定装置であって、におい成分濃度調製機構４により、同一サンプルガス中のにおい成分濃度を変化させて、複数点の濃度でにおい成分を検出部２に供給する複数濃度供給部８と、検出部２への複数点の濃度のにおい成分供給時におけるガスセンサの検出信号とにおい成分濃度との対応関係が単調増加、単調減少又は線形であるか否かを各ガスセンサについて判定する検出信号判定部１０と、検出信号判定部１０における検出信号とにおい成分濃度との対応関係が単調増加、単調減少又は線形であると判定したガスセンサの検出信号のみを検出信号処理部６に送る検出信号選択部１２と、を備えたものである。
【０００６】
複数濃度供給部８により、におい成分濃度調製機構４を制御して、同一サンプルガス中のにおい成分濃度を変化させて、複数点の濃度でにおい成分を検出部２に供給する。検出信号判定部１０により、複数濃度供給部８からの濃度情報及び検出部２の各ガスセンサの検出信号に基づいて、検出信号とにおい成分濃度との対応関係が単調増加、単調減少又は線形であるか否かを各ガスセンサについて判定し、その判定結果を検出信号選択部１２に送る。検出信号選択部１２は、サンプルガス測定時において、検出信号判定部１０によって検出信号とにおい成分濃度との対応関係が単調増加、単調減少又は線形であると判定したガスセンサの検出信号のみを検出信号処理部６に送る。検出信号処理部６では検出信号選択部１２から送られた検出信号に基づいて、におい成分の定量や定性を行ない、測定結果を出力する。
検出信号とにおい成分濃度との対応関係における線形とは、一次関数だけでなく、対数目盛に対して直線的になる場合も含まれる。そして、線形関係が成り立つ場合には、定量のためのデータ処理が容易になる。
【０００７】
【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１４及び乾燥窒素供給部１６が備えられている。サンプルガス中のにおい成分を吸着材に吸着させて捕集するために、捕集管１８が備えられている。捕集管１８の周囲に、ヒータ２０が備えられており、ヒータ２０は、捕集管１８の温度を制御する加熱制御部２２に電気的に接続されている。
【０００８】
サンプルガス供給部１４は捕集管１８の入口に接続されており、サンプルガス供給部１４と捕集管１８との間の流路には、流路を適宜切り換えて、捕集管１８にサンプルガス又は乾燥窒素を送る三方弁Ｖ１が設けられている。
捕集管１８の出口は三方弁Ｖ２に接続されており、その三方弁Ｖ２の残りの２つの流路の内、一方の流路はポンプ２４に接続されており、他方の流路はセンサセル（検出部）２６に接続されている。
【０００９】
センサセル２６には、ヒータ２８を備えたガス応答特性の異なる導電性高分子センサ３０が例えば６個配置されている。ヒータ２８はセンサ温度制御部３２に電気的に接続されている。各ガスセンサ３０の検出信号はＣＰＵ３４に送られる。
サンプルガス供給部１４、乾燥窒素供給部１６、三方弁Ｖ１，Ｖ２、加熱制御部２２、ポンプ２４、及びセンサ温度制御部３２は、ＣＰＵ３４により動作を制御される。
本発明のにおい成分濃度調製機構４は、サンプルガス供給部１４、乾燥窒素供給部１６、三方弁Ｖ１，Ｖ２、及び加熱制御部２２により構成される。検出信号処理部６、複数濃度供給部８、検出信号判定部１０及び検出信号選択部１２はＣＰＵ３４により実現される。
【００１０】
次に、この実施例の動作を説明する。
三方弁Ｖ１を介して乾燥窒素供給部１６と捕集管１８を接続し、三方弁Ｖ２を介して捕集管１８とセンサセル２６を接続する。乾燥窒素供給部１６により、三方弁Ｖ１、捕集管１８及び三方弁Ｖ２を介して、センサセル２６に乾燥窒素をゼロガスとして送る。
ガスセンサ３０は、センサ温度制御部３２によりヒータ２８を加熱することによって所定の動作温度に加熱されている。その制御は、ガスセンサ３０の温度をモニタして行なう。
【００１１】
三方弁Ｖ１を切り換えてサンプルガス供給部１４と捕集管１８を接続し、三方弁Ｖ２を切り換えて捕集管１８とポンプ２４を接続する。ポンプ２４を所定の流量で作動させて、サンプルガスをサンプルガス供給部１４から三方弁Ｖ１を介して捕集管１８に所定のサンプリング時間、例えば１０秒間だけ導く。サンプルガス中のにおい成分は捕集管１８の吸着材に吸着する。
サンプル捕集後、三方弁Ｖ１を切り換えて乾燥窒素供給部１６と捕集管１８を接続する。乾燥窒素を捕集管１８に導入し、捕集管１８内の水分を除去する。サンプルガスに水分が含まれていても、この処理により水分に妨害されることなく測定を行なうことができ、同時にエタノールも除去できる。
【００１２】
その後、三方弁Ｖ２を切り換えて捕集管１８とセンサセル２６を接続する。加熱制御部２２によりヒータ２０を加熱して捕集管１８を加熱し、捕集管１８の吸着材に吸着したにおい成分を吸着材から熱脱離させる。この時、乾燥窒素供給部１６により捕集管１８に所定量の乾燥窒素を供給して捕集管１８からにおい成分を追い出し、センサセル２６に送る。
この時、におい成分を捕集したサンプルガスの体積よりも追出しに使った乾燥窒素の体積の方が小さい場合は、サンプルガスは濃縮されたことになって高感度測定が可能となり、逆にその乾燥窒素の体積の方が大きい場合は、サンプルガスは希釈されたことになるので高濃度のにおい成分を含むサンプルガスを測定できる。
【００１３】
センサセル２６に送られたにおい成分を各ガスセンサ３０によりそれぞれ検出し、その検出信号（センサ抵抗値）をＣＰＵ３４に送る。
ＣＰＵ３４の検出信号判定部１０により、各ガスセンサ３０の検出信号を複数濃度供給部８からの濃度情報（サンプリング時間）と対応させて記憶する。この実施例では、（ゼロガス供給時のセンサ抵抗値）／（におい成分検出時のセンサ抵抗値）＝センサ出力とし、ガスセンサ３０の検出信号をセンサ出力に変換して記憶する。
【００１４】
におい成分の検出を終了し、ガスセンサ３０のセンサ抵抗値が戻り始めたとき、加熱制御部２２により、捕集管１８をにおい成分追出し時よりも高温に加熱し、さらにセンサ温度制御部３２により、ガスセンサ３０を動作温度よりも高温に加熱して、捕集管１８及びガスセンサ３０のクリーニングを行なう。
クリーニングを終了し、捕集管１８を自然冷却し、ガスセンサ３０を所定の動作温度に戻した後、捕集管１８にサンプルガスを導くサンプリング時間を２０秒、３０秒、４０秒、５０秒に変更して上記の一連の動作を行なう。サンプリング時間を変更することにより、濃縮程度を段階的に変化させ、におい成分濃度を変えてガスセンサ３０に供給する。
【００１５】
図３は、サンプリング時間を変化させて、同一サンプルに含まれるある有機酸からなるにおい成分を検出したときの各ガスセンサのセンサ出力変化を表すグラフである。縦軸はセンサ出力を表し、横軸はサンプリング時間（秒）を表す。ここでは６個のガスセンサ３０を識別するために、それぞれセンサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆとした。
【００１６】
この結果の場合、定量分析を行なうときには、検出信号判定部１０は、サンプリング時間、すなわち濃度変化とセンサ出力との関係が線形を示すセンサＡ及びＣについて、濃度変化に対して検出信号が線形（直線的）に変化していると判定し、その判定情報を検出信号選択部１２に送る。その後、この有機酸の定量分析を行なうとき、検出信号選択部１２は、ガスセンサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆのうち、ガスセンサＡ及びＣからの検出信号のみを検出信号処理部６に送る。検出信号処理部６では、検量関係が良好なガスセンサの検出信号だけに基づいて多変量解析を行なうので、その定量精度を向上させることができる。
また、定量までは必要がないが、においの識別を行なう場合は、検出信号が濃度変化に対して単調に変化しているものを選ぶ必要があるので、検出信号判断部１０は、センサＢ及びＥの検出信号が濃度変化に対して単調に変化していないと判定し、検出信号選択部１２は、センサＡ，Ｃ，Ｄ，Ｆの検出信号を検出信号処理部６に送る。
【００１７】
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用いたガス測定装置にも適用することができる。
また、この実施例ではにおい成分濃度調製機構として捕集管を備えた機構を備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、におい成分の濃度を調製して検出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。
【００１８】
【発明の効果】
本発明のガス測定装置は、複数濃度供給部により、におい成分濃度調製機構を制御して、同一サンプルガス中のにおい成分濃度を変化させて、複数点の濃度でにおい成分を検出部に供給し、検出信号判定部により、複数濃度供給部からの濃度情報及び各ガスセンサの検出信号に基づいて、検出信号とにおい成分濃度との対応関係が単調増加、単調減少又は線形であるか否かを各ガスセンサについて判定し、その判定結果を検出信号選択部り、検出信号選択部により、サンプルガス測定時において、検出信号判定部によって検出信号とにおい成分濃度との対応関係が単調増加、単調減少又は線形であると判定したガスセンサの検出信号のみを検出信号処理部に送るようにしたので、検出信号処理部にはにおい成分の検出が良好なガスセンサの検出信号のみ送られ、測定精度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】  サンプリング時間を変化させて、同一サンプルに含まれるある有機酸からなるにおい成分を検出したときの各ガスセンサのセンサ出力変化を表すグラフである。
【符号の説明】
２      検出部
４      におい成分濃度調製機構
６      検出信号処理部
８      複数濃度供給部
１０      検出信号判定部
１２      検出信号選択部
【図１】
0003809734.tif 000002
【図２】
0003809734.tif 000003
【図３】
0003809734.tif 000004