JP2015141045A - suspended particulate matter sensor unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、浮遊粒子状物質センサユニットに関する。 The present invention relates to a suspended particulate matter sensor unit.
最近、大気環境中の浮遊粒子状物質によるヒトの健康被害が懸念されるようになり、浮遊粒子状物質への注目が高まっている。その状況のなかで、生活環境周辺の浮遊粒子状物質の濃度変化を測定し、監視しようとする動きが高まりつつある。浮遊粒子状物質の濃度の測定及び監視の方法として、対象の環境中に浮遊粒子状物質センサユニットを設置する方法がある。 Recently, there has been concern about human health damage due to suspended particulate matter in the air environment, and attention to suspended particulate matter is increasing. Under such circumstances, there is an increasing trend to measure and monitor the concentration change of suspended particulate matter around the living environment. As a method for measuring and monitoring the concentration of suspended particulate matter, there is a method of installing a suspended particulate matter sensor unit in a target environment.
浮遊粒子状物質センサユニットは、周辺空気を内部に取り込み、内部に設けられているセンサが空気中の浮遊粒子状物質を検出する。しかし、沈降しやすい大きな物質が空気中に含まれていることもあり、このような物質が浮遊粒子状物質センサユニットに取り込まれると、内部に沈降することがある。そして、このような物質が内部に堆積すると、検出精度が低下することがある。また、検出そのものができなくなることもある。 The suspended particulate matter sensor unit takes ambient air into the interior, and a sensor provided inside detects the suspended particulate matter in the air. However, a large substance that easily settles may be contained in the air, and when such a substance is taken into the suspended particulate matter sensor unit, it may settle inside. And when such a substance accumulates inside, detection accuracy may fall. Also, detection itself may not be possible.
沈降しやすい物質が入り込まないように空気導入口にフィルタを設けることにより、上記の問題は回避することができる。しかし、空気導入口にフィルタを設けた場合には、フィルタの目詰まりに伴う圧力損失の増加及び空気の吸い込み量の減少が生じる。フィルタを初期化(イニシャライズ)すればフィルタの目詰まりを回避することができる。従来、フィルタの初期化のために、フィルタの交換及びフィルタの払い落としが行われている。 The above problem can be avoided by providing a filter at the air inlet so that substances that tend to settle out do not enter. However, when a filter is provided at the air inlet, pressure loss increases due to clogging of the filter and air suction amount decreases. If the filter is initialized (initialized), clogging of the filter can be avoided. Conventionally, filter replacement and filter drop-out have been performed for filter initialization.
しかしながら、フィルタの初期化等のメンテナンスを行うことは煩雑である。特に、複数の浮遊粒子状物質センサユニットが用いられている場合には、メンテナンスが極めて煩雑なものとなる。また、ヒトが行くことが難しい場所に浮遊粒子状物質センサユニットが設置されることもあり、この場合、メンテナンスが容易ではない。 However, maintenance such as filter initialization is complicated. In particular, when a plurality of suspended particulate matter sensor units are used, the maintenance becomes extremely complicated. In addition, the suspended particulate matter sensor unit may be installed in a place where it is difficult for humans to go. In this case, maintenance is not easy.
本発明の目的は、長期にわたり良好な検出精度を維持することができる浮遊粒子状物質センサユニットを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a suspended particulate matter sensor unit capable of maintaining good detection accuracy over a long period of time.
浮遊粒子状物質センサユニットの一態様には、空気の流路と、前記流路に設けられた第1のフィルタ及び第2のフィルタと、前記第1のフィルタと前記第2のフィルタとの間の空間中の浮遊粒子状物質を検出する検出手段と、前記第1のフィルタと前記第2のフィルタとの間の空間に前記流路外から空気を供給する空気供給手段と、が含まれている。前記空気供給手段により、前記流路内を流れる空気の向きが切り替え可能である。 One aspect of the suspended particulate matter sensor unit includes an air flow path, a first filter and a second filter provided in the flow path, and a space between the first filter and the second filter. Detection means for detecting suspended particulate matter in the space, and air supply means for supplying air from outside the flow path to the space between the first filter and the second filter. Yes. The direction of the air flowing through the flow path can be switched by the air supply means.
上記の浮遊粒子状物質センサユニットによれば、第1のフィルタ、第2のフィルタ、及び空気供給手段の組み合わせ等により、長期にわたり良好な検出精度を維持することができる。 According to the above suspended particulate matter sensor unit, good detection accuracy can be maintained over a long period of time by a combination of the first filter, the second filter, and the air supply means.
以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。図1A及び図1Bは、実施形態に係る浮遊粒子状物質センサユニットの構成を示す図である。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1A and 1B are diagrams illustrating a configuration of a suspended particulate matter sensor unit according to an embodiment.
この浮遊粒子状物質センサユニット10では、図1に示すように、空気の流路11にフィルタ15及びフィルタ16が設けられている。また、フィルタ15とフィルタ16との間の空間中の浮遊粒子状物質を検出する検出器14が設けられている。検出器14は、例えば、センサ12及び光源13が含まれている。センサ12は、例えば光源13から照射され浮遊粒子状物質により散乱された散乱光を検出する。更に、フィルタ15とフィルタ16との間の空間に流路11外から空気を供給するファン17及び18が設けられている。ファン17及び18は正転及び逆転の切り替えが可能なファンである。ここでは、当該ファンを通じて流路11外から空気を取り込む方向の回転を正転、その逆方向の回転を逆転という。また、検出器14、ファン17、及びファン18の動作を制御する制御装置19、並びに検出器14による検出結果を外部に出力するケーブル20が設けられている。更に、ファン17が正転している時に点灯するインジケータ21、及びファン18が正転している時に点灯するインジケータ22が設けられている。フィルタ15及びフィルタ16のメッシュは、例えば、検出対象の浮遊粒子状物質を透過し、それよりも大きく、流路11に沈降するような物質を透過させない程度である。検出対象の浮遊粒子状物質は、例えば粒径が2.5μm以下のPM2.5とよばれる微小粒子状物質である。検出器14は検出手段の一例であり、ファン17、ファン18、及び制御装置19は空気供給手段の一例である。インジケータ21及びインジケータ22は表示手段の一例である。
In this suspended particulate matter sensor unit 10, as shown in FIG. 1, a filter 15 and a filter 16 are provided in an
次に、浮遊粒子状物質センサユニット10の動作について説明する。本実施形態では、制御装置19が検出器14、ファン17、及びファン18の動作を制御する。制御装置19は、例えば、浮遊粒子状物質(SPM:suspended particulate matter)の濃度について予め定められた任意の設定値とセンサ12により検出されたSPMの濃度とを比較し、その結果に応じて、ファン17及びファン18の回転の向きを制御する。
Next, the operation of the suspended particulate matter sensor unit 10 will be described. In the present embodiment, the
制御装置19は、例えば、センサ12により検出されたSPMの濃度が設定値以上であれば、ファン17を正転させ、ファン18を逆転させる。この結果、フィルタ15を介して流路11に空気が流入し、フィルタ16を介して流路11から空気が排出される。また、制御装置19は、例えば、センサ12により検出されたSPMの濃度が設定値未満であれば、ファン17を逆転させ、ファン18を正転させる。この結果、フィルタ16を介して流路11に空気が流入し、フィルタ15を介して流路11から空気が排出される。空気中のSPMの濃度は自然に変化しているため、このような制御が行われた場合、空気中のSPMの濃度の変化に付随してファン17及びファン18の回転の向きが反転する。例えば、図2に示すように浮遊粒子状物質の濃度が変化している場合、期間Aでは、ファン17が正転し、ファン18が逆転する。また、期間Bでは、ファン17が逆転し、ファン18が正転する。なお、設定値は、例えば、想定される空気中の浮遊粒子状物質の濃度の最大値及び最小値の平均値とする。
For example, if the SPM concentration detected by the
期間Aでは、図3(a)に示すように、流路11に沈降するような物質51はフィルタ15の外側に付着し、流路11内に入り込みにくい。その一方で、検出対象とする物質52、例えばPM2.5は、フィルタ15を透過し、検出器14の検出範囲を通過してフィルタ16を介して排出される。期間Bでは、図3(b)に示すように、流路11に沈降するような物質51はフィルタ16の外側に付着し、流路11内には入り込みにくい。その一方で、検出対象とする物質52、例えばPM2.5は、フィルタ16を透過し、検出器14の検出範囲を通過してフィルタ15を介して排出される。従って、物質52の流入に伴う検出精度の低下を抑制することができる。また、期間Aでは、フィルタ15の外側に付着する物質51の量が時間の経過と共に増加するが、その後に期間Bにてファン17が反転し、ファン18が正転すると、フィルタ15に付着していた物質51は空気中に排出される。つまり、フィルタ15の初期化が行われる。また、期間Bでは、フィルタ16の外側に付着する物質51の量が時間の経過と共に増加するが、その後にファン17が正転し、ファン18が逆転すると、フィルタ16に付着していた物質51は空気中に排出される。つまり、フィルタ15の初期化が行われる。そして、このような動作が繰り返し行われる。
In period A, as shown in FIG. 3A, the
このように、本実施形態によれば、検出精度を低下させるような物質の流路11内への流入を抑制することができる。また、フィルタ15及びフィルタ16の目詰まりを抑制することができる。従って、煩雑なメンテナンスの頻度を著しく低下させたとしても、良好な検出精度を長期間にわたって維持することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress the inflow of the substance that reduces the detection accuracy into the
例えば、図4に示すように、本実施形態では、時刻tn(n=1、2、3、・・・)においてファン17及びファン18の回転の向きが反転し、それに伴ってフィルタ15又はフィルタ16に付着していた物質が取り除かれる。このため、図4(a)に示すように、圧力損失は低いまま維持され、図4(b)に示すように、空気取り込み量は高く維持される。一方、流路内を流れる空気の方向が一方向の参考例では、時間の経過に伴ってフィルタに付着する物質の量が増加し、図4(a)に示すように、圧力損失が増加する。また、フィルタに付着した物質の量がある臨界を超えると、図4(b)に示すように、急激に空気吸い込み量が低下する。
For example, as shown in FIG. 4, in the present embodiment, the rotation direction of the
また、本実施形態では、期間Aでは、図3(a)に示すように、インジケータ21が点灯し、期間Bでは、図3(b)に示すように、インジケータ22が点灯する。このため、外部からでも浮遊粒子状物質センサユニット10の動作状況を把握することができる。
In the present embodiment, in the period A, the
なお、検出器14からフィルタ15側の空気導入排出口までの距離と、検出器14からフィルタ16側の空気導入排出口までの距離とが実質的に等しいことが好ましい。ファン17が正転し、ファン18が逆転している場合と、ファン17が逆転し、ファン18が正転している場合との間で検出条件が実質的に一致するからである。検出条件の相違が大きいほど、大気中の浮遊粒子状物質の濃度が変化していないにも拘わらず、検出器14から出力されるデータに相違が生じる可能性が高くなる。検出器14を中心として、フィルタ15側のフィルタ15及びファン17を含む流路11の構造と、フィルタ16側のフィルタ16及びファン18を含む流路11の構造とが、フィルタ15のフィルタ特性及びフィルタ16のフィルタ特性を含めて対称となっていることがより一層好ましい。ただし、必ずしもフィルタ15側の構造とフィルタ16側の構造とが一致していなくてもよい。
The distance from the
フィルタ15及びフィルタ16は、図5に示すように、取り外し可能で交換可能であることが好ましい。フィルタ15及びフィルタ16を交換可能とすることにより、メッシュの大きさを測定環境及び検出対象に応じて適宜変更することが容易となるからである。 Filter 15 and filter 16 are preferably removable and replaceable as shown in FIG. This is because by making the filter 15 and the filter 16 exchangeable, it becomes easy to appropriately change the size of the mesh according to the measurement environment and the detection target.
上記の実施形態では、検出されたSPMの濃度に応じてファン17及びファン18の回転方向の制御が行われるが、他の基準に基づいてファン17及びファン18の回転方向の制御が行われてもよい。例えば、図6(a)に示すように、フィルタ15と検出器14との間に圧力センサ31を設け、フィルタ16と検出器14との間に圧力センサ32を設けておき、それらの出力に応じて切り替えてもよい。具体的には、フィルタ15が正転している期間では圧力センサ31の出力が、フィルタ16が正転している期間では圧力センサ32の出力がある閾値に達したときにファン17及びファン18の回転方向を切り替えてもよい。圧力センサ31及び圧力センサ32の出力は圧力損失を反映するため、つまりフィルタ15及びフィルタ16の目詰まりの程度を反映するため、目詰まり精度に悪影響を及ぼす前に回転方向を変更することが可能となる。閾値としては、例えば、最後に回転方向を切り替えた直後の圧力損失の2倍の圧力損失に相当する圧力を用いることができる。
In the above embodiment, the rotation direction of the
図6(b)に示すように、フィルタ15を振動させる加振機構41及びフィルタ16を振動させる加振機構42を設けてもよい。例えば、加振機構41はファン17が逆転している期間にフィルタ15を振動させ、加振機構42はファン18が逆転している期間にフィルタ16を振動させる。このような振動によりフィルタ15又はフィルタ16に付着した物質の除去が促進される。加振機構41及び加振機構42としては、例えば携帯電話機に用いられているバイブレータ等を用いることができる。加振機構41の動作期間がファン17の逆転開始から一定の期間であってもよく、加振機構42の動作期間がファン18の逆転開始から一定の期間であってもよい。加振機構41及び加振機構42は加振手段の一例である。
As shown in FIG. 6B, a
ファン17及びファン18の回転速度は、逆転開始から一定の期間はその後の期間よりも速いことが好ましい。フィルタ15及びフィルタ16に付着した物質をより迅速に除去するためである。
The rotational speeds of the
検出器14に代えて、他の構造の浮遊粒子状物質センサを用いてもよい。例えば、QCMセンサ又はTEOMセンサを用いてもよい。QCMセンサは水晶振動子マイクロバランス(QCM:quartz crystal microbalance)法により浮遊粒子状物質を検出する。TEOMセンサは振動素子式マイクロ天秤(TEOM:tapered element oscillating microbalance)法により浮遊粒子状物質を検出する。
Instead of the
また、上記の実施形態では、ファン17を正転させながらファン18を逆転させ、ファン18を正転させながらファン17を逆転させているが、ファン17を正転させている間、ファン18を停止させておき、ファン18を正転させている間、ファン17を停止させておいてもよい。この場合でも、流路11内を流れる空気の向きは切り替え可能である。また、ファン18を停止させたままファン17を逆転させ、ファン17を停止させたままファン18を逆転させてもよい。この場合でも、流路11内を流れる空気の向きは切り替え可能である。これらの場合、ファン17及びファン18として、一方向のみに回転可能なものを用いることができる。更に、検出器14を中心とした対称性は得られなくなるが、正転及び逆転の切り替えが可能なファンが1つのみ設けられていても、流路11内を流れる空気の向きは切り替え可能である。また、3以上のファンが設けられていてもよい。
In the above embodiment, the
上述のように、流路11内を流れる空気の向きが切り替えられた前後で、検出条件が実質的に一致していることが好ましい。これら検出条件が一致していれば、例えば、フィルタ15に付着した物質を除去している期間の検出結果も、フィルタ16に付着した物質を除去している期間の検出結果も、同等の精度を示すからである。
As described above, it is preferable that the detection conditions substantially match before and after the direction of the air flowing in the
なお、浮遊粒子状物質の濃度を測定する間隔は特に限定されず、例えば1時間毎に濃度の測定を行ってもよく、1分間毎に測定を行ってもよい。この間隔は、例えば制御装置19に設定しておくことができる。
The interval for measuring the concentration of the suspended particulate matter is not particularly limited. For example, the concentration may be measured every hour or may be measured every minute. This interval can be set in the
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.
(付記1)
空気の流路と、
前記流路に設けられた第1のフィルタ及び第2のフィルタと、
前記第1のフィルタと前記第2のフィルタとの間の空間中の浮遊粒子状物質を検出する検出手段と、
前記第1のフィルタと前記第2のフィルタとの間の空間に前記流路外から空気を供給する空気供給手段と、
を有し、
前記空気供給手段により、前記流路内を流れる空気の向きが切り替え可能であることを特徴とする浮遊粒子状物質センサユニット。
(Appendix 1)
An air flow path;
A first filter and a second filter provided in the flow path;
Detection means for detecting suspended particulate matter in the space between the first filter and the second filter;
Air supply means for supplying air from the outside of the flow path to a space between the first filter and the second filter;
Have
The suspended particulate matter sensor unit, wherein the direction of the air flowing through the flow path can be switched by the air supply means.
(付記2)
前記空気供給手段は、正転及び逆転の切り替えが可能なファンを有することを特徴とする付記1に記載の浮遊粒子状物質センサユニット。
(Appendix 2)
The suspended particulate matter sensor unit according to
(付記3)
前記空気供給手段は、
少なくとも第1の方向に回転可能な第1のファンと、
少なくとも前記第1の方向とは逆の第2の方向に回転可能な第2のファンと、
を有することを特徴とする付記1に記載の浮遊粒子状物質センサユニット。
(Appendix 3)
The air supply means includes
A first fan rotatable in at least a first direction;
A second fan rotatable at least in a second direction opposite to the first direction;
The suspended particulate matter sensor unit according to
(付記4)
前記第1のファンは前記第2の方向にも回転可能であり、
前記第2のファンは前記第1の方向にも回転可能であることを特徴とする付記3に記載の浮遊粒子状物質センサユニット。
(Appendix 4)
The first fan is also rotatable in the second direction;
The suspended particulate matter sensor unit according to appendix 3, wherein the second fan is rotatable also in the first direction.
(付記5)
前記検出手段から前記第1のフィルタ側の空気導入排出口までの距離と、前記検出手段から前記第2のフィルタ側の空気導入排出口までの距離とが実質的に等しいことを特徴とする付記1乃至4のいずれか1項に記載の浮遊粒子状物質センサユニット。
(Appendix 5)
The distance from the detection means to the air inlet / outlet on the first filter side and the distance from the detection means to the air inlet / outlet on the second filter side are substantially equal. The suspended particulate matter sensor unit according to any one of 1 to 4.
(付記6)
前記空気供給手段は、前記検出手段による検出結果を予め定められている閾値と比較し、その結果に基づいて前記流路内を流れる空気の向きを切り替えることを特徴とする付記1乃至5のいずれか1項に記載の浮遊粒子状物質センサユニット。
(Appendix 6)
Any one of
(付記7)
前記検出手段と前記第1のフィルタとの間に設けられた第1の圧力センサと、
前記検出手段と前記第2のフィルタとの間に設けられた第2の圧力センサと、
を有することを特徴とする付記1乃至6のいずれか1項に記載の浮遊粒子状物質センサユニット。
(Appendix 7)
A first pressure sensor provided between the detection means and the first filter;
A second pressure sensor provided between the detection means and the second filter;
The suspended particulate matter sensor unit according to any one of
(付記8)
前記第1のフィルタに振動を加える第1の加振手段と、
前記第2のフィルタに振動を加える第2の加振手段と、
を有することを特徴とする付記1乃至7のいずれか1項に記載の浮遊粒子状物質センサユニット。
(Appendix 8)
First excitation means for applying vibration to the first filter;
Second excitation means for applying vibration to the second filter;
The suspended particulate matter sensor unit according to any one of
(付記9)
前記流路内を流れる空気の向きを示す表示手段を有することを特徴とする付記1乃至8のいずれか1項に記載の浮遊粒子状物質センサユニット。
(Appendix 9)
The suspended particulate matter sensor unit according to any one of
11:流路
12:センサ
13:光源
14:検出器
15、16:フィルタ
17、18:ファン
19:制御装置
20:ケーブル
21、22:インジケータ
31、32:圧力センサ
41、42:加振機構
11: Flow path 12: Sensor 13: Light source 14: Detector 15, 16:
Claims (5)
前記流路に設けられた第1のフィルタ及び第2のフィルタと、
前記第1のフィルタと前記第2のフィルタとの間の空間中の浮遊粒子状物質を検出する検出手段と、
前記第1のフィルタと前記第2のフィルタとの間の空間に前記流路外から空気を供給する空気供給手段と、
を有し、
前記空気供給手段により、前記流路内を流れる空気の向きが切り替え可能であることを特徴とする浮遊粒子状物質センサユニット。 An air flow path;
A first filter and a second filter provided in the flow path;
Detection means for detecting suspended particulate matter in the space between the first filter and the second filter;
Air supply means for supplying air from the outside of the flow path to a space between the first filter and the second filter;
Have
The suspended particulate matter sensor unit, wherein the direction of the air flowing through the flow path can be switched by the air supply means.
少なくとも第1の方向に回転可能な第1のファンと、
少なくとも前記第1の方向とは逆の第2の方向に回転可能な第2のファンと、
を有することを特徴とする請求項1に記載の浮遊粒子状物質センサユニット。 The air supply means includes
A first fan rotatable in at least a first direction;
A second fan rotatable at least in a second direction opposite to the first direction;
The suspended particulate matter sensor unit according to claim 1, comprising:
前記第2のファンは前記第1の方向にも回転可能であることを特徴とする請求項3に記載の浮遊粒子状物質センサユニット。 The first fan is also rotatable in the second direction;
The suspended particulate matter sensor unit according to claim 3, wherein the second fan is rotatable in the first direction.
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