JP2002539427A - Chemical sensor system - Google Patents

Chemical sensor system

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JP2002539427A
JP2002539427A JP2000604218A JP2000604218A JP2002539427A JP 2002539427 A JP2002539427 A JP 2002539427A JP 2000604218 A JP2000604218 A JP 2000604218A JP 2000604218 A JP2000604218 A JP 2000604218A JP 2002539427 A JP2002539427 A JP 2002539427A
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マーク フィリップ バイフィールド
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マルコニ アップライド テクノロジーズ リミテッド
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Abstract

(57)【要約】 開示されている化学的センサーシステムは、モジュラーベースになっており、アットラインモニタリング及びオンラインモニタリングが行えるフレキシビリティを備えている。本システムは、処理モジュール、サンプルハンドリングモジュール、センサーモジュール、及びユーザーインタフェースモジュールに分けられている。本システムは、水質モニタリング、発酵プロセス等、広汎な産業で利用することができる。 (57) [Summary] The disclosed chemical sensor system is modular based and has the flexibility to perform at-line monitoring and online monitoring. The system is divided into a processing module, a sample handling module, a sensor module, and a user interface module. The system can be used in a wide range of industries, such as water quality monitoring and fermentation processes.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

本発明は、化学的センサーシステムに、より厳密には、製品又はプロセスのア
ットライン又はオンラインモニタリングのためのシステムに関する。
The present invention relates to chemical sensor systems, and more specifically to systems for at-line or on-line monitoring of products or processes.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

(発明の背景) 液相、気相又は蒸気相内で感知するための化学的センサーアレイシステムは、
サブクラスとして電子ノーズとも呼ばれるアレイを含め、頭隙揮発物の計測のた
めの研究室用計器として広く用いられてきた。代表的適用例としては、原料及び
最終製品の品質管理、新製品開発、感応パネルデータとの相関取り等が挙げられ
る。EEVeNOSE5000のような市販のもの、学術的又は工業的研究プロ
グラムを通して開発されたものを含め、今日まで紹介されている計器は全て、基
本的に研究室で使用するための独立統合システムであった。これらの計器は比較
的大型で、代表的ベースユニットのサイズは、0.5mx0.45mx0.4m
であり、分析を行うプログラムを組み、データを取得して表示するためのPCを
ユーザーインタフェースとして包含している。
BACKGROUND OF THE INVENTION Chemical sensor array systems for sensing in the liquid, gas or vapor phase include:
It has been widely used as a laboratory instrument for measuring headspace volatiles, including arrays, also called electronic nose as a subclass. Typical application examples include quality control of raw materials and final products, new product development, correlation with sensitive panel data, and the like. All instruments introduced to date, including those commercially available such as EEVeNOSE 5000, and those developed through academic or industrial research programs, were essentially stand-alone integrated systems for laboratory use. These instruments are relatively large and the typical base unit size is 0.5mx 0.45mx 0.4m
In addition, a PC for assembling a program for performing analysis and acquiring and displaying data is included as a user interface.

【0003】 化学的センサーアレイ技術(SAT)に基づくアットライン又はオンライン計
器は、生産プロセスをモニターするために提案されてきた。これらの計器は、大
型の研究室用計器の修正版として、ユーザーインタフェースを簡素化し、機能を
減らして企画されてきた。
[0003] At-line or on-line instruments based on chemical sensor array technology (SAT) have been proposed for monitoring production processes. These instruments have been designed as modified versions of large laboratory instruments with a simplified user interface and reduced functionality.

【0004】 本願で用いる「アットライン」と言う用語は、モニター用計器が関心事の検知
点の次に配置され、そこからサンプルを手動又は自動的手段で導入できることを
意味するものと定義する。製品又はプロセスの分析は、個別のサンプル、又はバ
ッチ生産のサンプルで行われる。又「オンライン」と言う用語は、モニターシス
テムと検知点との間に物理的な接続があり、それによって製品又はプロセスが、
個別のサンプル又はバッチ生産のサンプルで、或いは継続的にモニターできるよ
うになっていることを意味するものと定義する。この「オンライン」システムで
は、サンプリングは自動的に行われる。又「インライン」システムは、オンライ
ンシステムのサブセットである。
[0004] The term "at line" as used herein is defined to mean that a monitoring instrument is located next to a point of interest, from which a sample can be introduced by manual or automatic means. Product or process analysis may be performed on individual samples or on samples from batch production. Also, the term "online" means that there is a physical connection between the monitoring system and the sensing point, so that the product or process
It is defined as meaning that it can be monitored either individually or in batch production or on a continuous basis. In this "on-line" system, sampling is automatic. Also, "inline" systems are a subset of online systems.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(発明の概要) 本発明によれば、製品又はプロセスをアットライン又はオンラインモニターす
るための化学的センサーシステムが提供されており、このシステムは、感知対象
物質のサンプルを取得するためのサンプルハンドリングモジュールと、サンプル
を感知するために配置されたセンサーのアレイを含むセンサーモジュールと、セ
ンサーモジュールの出力からパターン認識を使って情報を導き出すための処理モ
ジュールとを備えている。
According to the present invention, there is provided a chemical sensor system for at-line or on-line monitoring of a product or process, the system comprising a sample handling module for obtaining a sample of a substance to be sensed. And a sensor module including an array of sensors arranged to sense a sample, and a processing module for deriving information from the output of the sensor module using pattern recognition.

【0006】 アットライン又はオンライン構成のモニター技術を使う利点は、サンプルの計
測を「使用点」即ち現場で行え、従って製品又はプロセスをリアルタイムでモニ
ターできることである。モニターするプロセスは、中間又は最終製品の処理、変
換、又は製造に用いられる、1つ又はそれ以上の物理的又は化学的手順を含んで
いてもよい。プロセスは固定された場所で行われてもよいし、又、製品がプロセ
スの間に場所を動かされてもよい。製造環境では、アットライン又はオンライン
モニターを行えば、製品又はプロセスに正常又は許容可能な性能又は品質からの
逸脱が生じた場合、早急に修正動作を取ることができる。研究室ベースの遠隔オ
フライン分析のためにサンプル採取する場合の遅延は、しばしば受け入れること
ができないものである。アットライン又はオンラインモニターは、従って、工業
の多くの領域、及び、システムが例えば火災又は有毒蒸気の発生など危険な状態
をモニターしている環境では好ましいものである。
An advantage of using an at-line or on-line monitoring technique is that the measurement of the sample can be performed "at the point of use" or on-site, thus monitoring the product or process in real time. The monitoring process may include one or more physical or chemical procedures used in the processing, conversion, or manufacture of intermediate or final products. The process may be performed at a fixed location, or the product may be moved between locations during the process. In a manufacturing environment, at-line or on-line monitoring allows immediate corrective action if a product or process deviates from normal or acceptable performance or quality. Delays in sampling for laboratory-based remote offline analysis are often unacceptable. An at-line or on-line monitor is therefore preferred in many areas of the industry and in environments where the system is monitoring a hazardous condition, such as the occurrence of fire or toxic vapors.

【0007】 本発明は、従来提案されてきた装置に勝る多大な利点を提供する。システムを
モジュラー構造とすれば、ラインの1つのステーション又は幾つかの分散したス
テーションでモニターを行う特定の製品又はプロセスライン用にシステムを容易
に適合させることができるので、特定のアットライン又はオンラインモニター機
能に対して、全体としてシステムを最適化することができる。システムに如何な
るアプリケーションが要求されたとしても、モジュールを適切に選択、実装する
ことによって、最適な性能及び最大のフレキシビリティを容易に達成できる。例
えば、サンプルハンドリングモジュールは、サンプルを取得するために、以下の
技法の少なくとも1つを利用することができ、その技法とは、可搬液体、頭隙、
サンプルの蒸気化、液体散布、固体頭隙の際の探針、サンプル又はサンプルスト
リーム内への液相化学センサーのアレイの直接挿入、ガスライン、雰囲気モニタ
ーである。その他の技法を採用してもよい。このように、特定のシステムに対し
ては、感知対象物質に対する適切な技法を用いるサンプルハンドリングモジュー
ルを選択する必要があるが、システムの他のモジュールは、製造ラインの他のス
テージで、或いは別のラインでも、製品又はプロセスをモニターするのに使用さ
れる本発明による他のシステムと共通にすることができる。このように、本発明
は、システムの設計に最大のフレキシビリティがあり、システムの性能を最適化
し、製造の複雑さを最小化し、結果的に信頼性を増し、コストを引き下げること
ができるので、十分な利点を提供する。各モジュールが別々の物理的ユニットを
備えているので、同じシステム内で、異なる技術に基づく、又は異なる機能を有
する多様な異なるモジュールを利用することができる。モジュールは、完全に独
立しているようにも、或いはマウント装置を含んでいて、例えば1つのモジュー
ルを他のモジュールに取り付けることができるようにも、作ることができる。
[0007] The present invention offers significant advantages over previously proposed devices. The modular construction of the system allows the system to be easily adapted for a particular product or process line that monitors at one station or several distributed stations of the line, so that a particular at-line or online monitor The system can be optimized for function as a whole. Whatever application is required for the system, optimal performance and maximum flexibility can be easily achieved by properly selecting and implementing modules. For example, the sample handling module can utilize at least one of the following techniques to obtain a sample, including a portable liquid, a headspace,
Sample vaporization, liquid sparging, probe during solid headspace, direct insertion of an array of liquid phase chemical sensors into the sample or sample stream, gas line, atmosphere monitor. Other techniques may be employed. Thus, for a particular system, it is necessary to select a sample handling module that uses the appropriate technique for the substance to be sensed, but other modules of the system can be used at other stages of the production line or at another stage. The line can also be common with other systems according to the invention used to monitor products or processes. Thus, the present invention allows for maximum flexibility in system design, optimizing system performance, minimizing manufacturing complexity, and thus increasing reliability and reducing costs, Provide sufficient benefits. Since each module comprises a separate physical unit, a variety of different modules based on different technologies or having different functions can be utilized in the same system. The modules can be made completely independent or include a mounting device so that, for example, one module can be attached to another module.

【0008】 化学的センサーシステムは、例えば、システム制御及びデータ取得(SCAD
A)システムで、制御ハードウェアのセッティングを決めるためにシステムの作
ったデータがフィードバックされるような、制御フィードバックシステムで使用
することのできる生産ライン又はプロセスのオペレーションに関する情報を提供
する。フィードバックは、例えば、センサーのセッティングやサンプリング周期
を調整するために、モニターシステム自体に提供することもできる。
[0008] Chemical sensor systems include, for example, system control and data acquisition (SCAD).
A) The system provides information about the operation of the production line or process that can be used in the control feedback system, such that the data produced by the system is fed back to determine the control hardware settings. Feedback can also be provided to the monitoring system itself, for example, to adjust sensor settings or sampling periods.

【0009】 上に論議したように、先ずサンプルハンドリングモジュールを考えると、サン
プルを取得するのに様々な手法を利用することができる。液体頭隙を利用するモ
ジュールは、液体サンプル上の雰囲気揮発物をモニターするのに適している。液
体散布は、揮発物を解き放つために液体サンプルを不活性ガスでフラッシングす
ることを含んでいる。探針は、例えば、サンプルを捕捉するためのフレキシブル
チューブとポンプを備えている。固体頭隙では、固体サンプル上で雰囲気揮発物
がモニターされる。ガスラインでは、サンプルがガスストリームから引き出され
るわけで、これは発酵を含むプロセスに特に適している。サンプルハンドリング
モジュールは、例えば火災検知のような局部環境の受動的モニターのような、雰
囲気技法を用いることができる。他のアプリケーションには他の技法が適切とな
るかもしれない。サンプルを液相でモニターする場合、センサーアレイは、サン
プル内又はサンプルストリーム内に挿入されることになる。
As discussed above, first considering the sample handling module, various techniques can be used to obtain a sample. Modules that utilize a liquid headspace are suitable for monitoring atmospheric volatiles on a liquid sample. Liquid sparging involves flushing a liquid sample with an inert gas to release volatiles. The probe includes, for example, a flexible tube and a pump for capturing a sample. At the solid headspace, atmospheric volatiles are monitored on the solid sample. In a gas line, the sample is withdrawn from the gas stream, which is particularly suitable for processes involving fermentation. The sample handling module can use atmospheric techniques, for example, passive monitoring of a local environment such as fire detection. Other techniques may be appropriate for other applications. When monitoring a sample in the liquid phase, the sensor array will be inserted into the sample or into the sample stream.

【0010】 サンプルハンドリングモジュールは、オペレータが介入することなくサンプル
を取得するように調節して自動的手順を作り上げ、サンプルが不連続な時間間隔
で、又は継続的に採取されるようにすることもできる。モジュールは、不連続、
バッチ、連続サンプリングの切替が、生産プロセス内の特定の時間、サンプルの
採取される場所に依存して、又は他の理由によって起こるようにすることもでき
る。
[0010] The sample handling module can also be adjusted to obtain samples without operator intervention to create an automatic procedure, such that samples are taken at discrete time intervals or continuously. it can. Modules are discontinuous,
Switching between batch and continuous sampling may occur at a particular time in the production process, depending on where the sample is taken, or for other reasons.

【0011】 あるシステムでは、サンプリングモジュールは、キャリブレーション又は基準
サンプルを導入するための手段を含んでいる。替わりに、これはセンサーモジュ
ールで行ってもよい。これによって、センサーアレイ性能のキャリブレーション
又はチェックが行えるようになる。
In some systems, the sampling module includes a means for introducing a calibration or reference sample. Alternatively, this may be done with a sensor module. This allows calibration or checking of sensor array performance.

【0012】 このセンサーモジュールには、各種のセンサー技術を組み込むことができる。
有用にも、本センサーモジュールは、以下のタイプのセンサー技術の少なくとも
1つを使ったセンサーアレイを含んでおり、そのセンサー技術とは、質量感知セ
ンサー、電子コンダクタンス又はキャパシタンスセンサー、電界効果センサー、
カロリー計測センサー、電子化学センサー(例えば、電流計測、電位差計測、電
気伝導度計測センサー)、 光化学又は測光センサー、バイオセンサーである。
実際、化学物質が感知されたとき、特性の変化に対応する有用な出力を作り出す
センサーであれば、どんなセンサーでも適している。質量感知センサーは、例え
ば体積弾性波又は表面弾性波技術を使用するものである。電子コンダクタンス及
びキャパシタンスセンサーは、例えば、導電性ポリマー又は金属酸化物半導体材
料に基づく化学抵抗器である。カロリー計測センサーは、例えば、ペリスターで
ある。電子化学センサーは、例えば電位差測定セルである。光化学又は測光セン
サーには、赤外線及び光ファイバーに基づく技術を使うことができる。バイオセ
ンサー及び電子化学センサーは、液相感知に特に適している。
Various sensor technologies can be incorporated in the sensor module.
Usefully, the sensor module includes a sensor array using at least one of the following types of sensor technologies, which include mass sensing sensors, electronic conductance or capacitance sensors, field effect sensors,
Calorie measurement sensor, electrochemical sensor (for example, current measurement, potential difference measurement, electric conductivity measurement sensor), photochemical or photometric sensor, biosensor.
In fact, any sensor that produces a useful output in response to a change in a property when a chemical is sensed is suitable. Mass sensing sensors use, for example, bulk acoustic wave or surface acoustic wave technology. Electronic conductance and capacitance sensors are, for example, chemical resistors based on conductive polymer or metal oxide semiconductor materials. The calorie measurement sensor is, for example, a peristaltic. The electrochemical sensor is, for example, a potentiometric cell. Infrared and fiber optic based technologies can be used for photochemical or photometric sensors. Biosensors and electrochemical sensors are particularly suitable for liquid phase sensing.

【0013】 本発明のシステムには、1つの技術タイプだけのセンサーを有するセンサーア
レイを含んでいてもよい。そのような場合、そのタイプのセンサーの使用に合わ
せて、センサー環境を特別に調整することができる。別の事例では、センサーア
レイは、異なる技術タイプを組み合わせたセンサーを含んでいる。これを使えば
感受性が増し、そして/又は、ある場合には識別性が強化されるが、感知対象の
物質に対して特定の組み合わせが調整される。
The system of the present invention may include a sensor array having sensors of only one technology type. In such a case, the sensor environment can be specifically tailored to the use of that type of sensor. In another case, the sensor array includes sensors that combine different technology types. This increases sensitivity and / or in some cases enhances discrimination, but adjusts the particular combination to the substance being sensed.

【0014】 センサーアレイは、例えば、サンプルハンドリングモジュールからサンプルを
受け取るサンプルハンドリング容量を決める、幾つかの特徴を含んでいる。
[0014] The sensor array includes several features that determine, for example, a sample handling capacity for receiving a sample from a sample handling module.

【0015】 ある好適な実施例では、処理モジュールは、パターン認識(PARC)技術を
適用するに際しデータをフォーマットするため、サンプルに関するデータを処理
する。しかしながら、別のシステムでは、フォーマッティングはセンサーモジュ
ールで行うこともできる。処理モジュールで使用されるパターン認識技術には、
以下の技術の少なくとも1つを使うことができ、その技術とは、統計的方法(例
えば、主成分分析(PCA)又は多重判別分析(MDA))、ファジーロジック
、疑似中立ネットワーク、所有権分類アルゴリズムである。適用される単数又は
複数の技法は、感知対象物質、及びモニター手法を通して取得された情報のシス
テムにより作られた用途によって異なる。
In a preferred embodiment, the processing module processes the data for the samples to format the data when applying pattern recognition (PARC) techniques. However, in other systems, formatting can also be performed at the sensor module. The pattern recognition technology used in the processing module includes:
At least one of the following techniques may be used, including statistical methods (eg, principal component analysis (PCA) or multiple discriminant analysis (MDA)), fuzzy logic, pseudo-neutral networks, proprietary classification algorithms It is. The technique or techniques applied will depend on the substance being sensed and the application made by the system of information acquired through the monitoring technique.

【0016】 個々のモジュール又はシステムの性能及び状態を評価するために、テストデー
タ又は情報を、各モジュールから順に、モジュールの組み合わせから、又は全シ
ステムから引き出すため、内蔵型のシステム診断を行う手段をシステム内に含ん
でいてもよい。これは、よく特徴付けられたテスト信号又はテストデータをモジ
ュール又はシステムに供給し、既知又は期待される結果に対する出力を計測する
ことを包含していてもよい。これは、テストキャリブレーション又は基準化学サ
ンプルをシステムに供給することを包含していてもよい。
Means for performing built-in system diagnostics to extract test data or information from each module, from a combination of modules, or from the entire system to evaluate the performance and condition of individual modules or systems It may be included in the system. This may include providing a well-characterized test signal or test data to a module or system and measuring the output for a known or expected result. This may include providing a test calibration or reference chemical sample to the system.

【0017】 ある実施例では、サンプルハンドリングモジュール、センサーモジュール、処
理モジュールの内の少なくとも1つには、ユーザーへの、及び/又はユーザーか
らの情報を授受するための統合型ユーザーインタフェースが組み込まれている。
替わりに、又は追加して、システムがユーザーインタフェースモジュールを含ん
でいてもよい。ユーザーは、人間のオペレーターでも、装置でも、データ記憶装
置でも、何らかの人間以外のユーザーであってもよい。
In some embodiments, at least one of the sample handling module, the sensor module, and the processing module incorporates an integrated user interface for passing information to and / or from a user. I have.
Alternatively or additionally, the system may include a user interface module. The user may be a human operator, a device, a data storage device, or any non-human user.

【0018】 ある好適な実施例では、ユーザーインタフェースモジュールは、オペレーター
に情報を提示し、及び/又はオペレーターから入力を受け取るための手段を含ん
でいる。このモジュールは、PCモニター、液晶ディスプレイ、LED又は警告
灯によって提供されるようなディスプレイを含んでいてもよく、例えば警告を与
えるための音声情報を含んでいてもよい。オペレーターは、ユーザーインタフェ
ースモジュールに含まれているキーボード又は接触感知式のスクリーンを通して
システムに入力することができる。別のシステムでは、ユーザーインタフェース
モジュールは、いわば、工場即ち現場ネットワークとディジタル通信ができる通
信ラインを備えている。これは、例えば、モニタリング手順を通して得られた情
報に従って製造ラインにフィードバックを掛けることができる。替わりに、後の
分析に備えて、データをログすることもできる。
In a preferred embodiment, the user interface module includes means for presenting information to an operator and / or receiving input from the operator. This module may include a display such as provided by a PC monitor, liquid crystal display, LED or warning light, and may include, for example, audio information to provide a warning. The operator can enter the system through a keyboard or touch-sensitive screen included in the user interface module. In another system, the user interface module comprises, as it were, a communication line capable of digital communication with a factory or field network. This can, for example, provide feedback to the production line according to information obtained through the monitoring procedure. Alternatively, the data can be logged for later analysis.

【0019】 本発明のある実施例では、サンプルハンドリングモジュール、センサーモジュ
ール、処理モジュール、ユーザーインタフェースモジュールの内の少なくとも1
つは、複数のサブモジュールを備えている。従って、例えば、センサーモジュー
ルのあるサブモジュールは、ある1つのタイプのセンサー技術を含んでおり、別
のサブモジュールは、又もう1つのタイプのセンサー技術を含んでいる。これら
は互いに組み合わせられて完全なセンサーモジュールを形成する。これは、シス
テムのモジュール構造の利点をなお保持しながらフレキシビリティーを増す。
In one embodiment of the present invention, at least one of a sample handling module, a sensor module, a processing module, and a user interface module is provided.
One has a plurality of sub-modules. Thus, for example, one sub-module of a sensor module includes one type of sensor technology, and another sub-module also includes another type of sensor technology. These are combined with one another to form a complete sensor module. This increases flexibility while still retaining the benefits of the modular structure of the system.

【0020】 ある有用な実施例では、以下のタイプのモジュールの複数又は少なくとも1つ
が含まれており、そのモジュールとは、、サンプルハンドリングモジュール、セ
ンサーモジュール、処理モジュール、ユーザーインタフェースモジュールである
。種々の複数のモジュールの組み合わせが、システムが使用される特定の用途に
合わせて作られる。システムは、システムに含まれている別のモジュールのセッ
トと異なる形態で相互接続されているモジュールのセットを含んでいてもよい。
In a useful embodiment, a plurality or at least one of the following types of modules are included, the modules being a sample handling module, a sensor module, a processing module, a user interface module. Various combinations of modules are tailored to the particular application in which the system is used. The system may include a set of modules that are interconnected differently than another set of modules included in the system.

【0021】 あるシステムでは、無線リンクを介して、例えば、マイクロウェーブ又はRF
通信を介して、少なくともモジュールの1つと、又はモジュールの間で通信する
ための手段が含まれている。
In some systems, for example, microwave or RF over a wireless link
Means are included for communicating with at least one of the modules or between the modules via communication.

【0022】 このシステムは、各モジュールをモニター点に局所的に配置し、又は幾つかは
遠隔配置して作り上げることができる。
The system can be built with each module located locally at a monitoring point or some remotely.

【0023】 本システムは、システムに含まれているモジュールの間に配分されている以下
の態様の幾つか又は全てを備えている。これらの機能の配分は、特定のシステム
によって変わる。含まれている機能は、例えば、サンプル移送(例えば、マニフ
ォルド、バルブ、質量流コントローラ又はポンプ)、サンプルコンディショニン
グ(例えば、フィルター又は温度制御を使用)、センサーフローセル(例えば、
センサー、センサーハウジング及び温度制御)、信号コンディショニング(例え
ば、電気信号の生成を含む)、信号通信(例えば、アナログ又はデジタル信号の
転送による)、データ取得(信号情報を表示するためにデータ点を集めることの
ような)、事前処理(例えば、平均化、電気的フィルタリング、変換及び特徴抽
出)、パターン認識、分類、ユーザーインタフェース又はプロセスラインへの情
報の出力である。例えば、データ取得は、特定のシステムがどのように設計され
ているかによって、センサーモジュールで行ってもよいし、処理モジュールで行
ってもよい。
The system includes some or all of the following aspects distributed among the modules included in the system. The distribution of these functions will depend on the particular system. Functions included include, for example, sample transfer (eg, manifolds, valves, mass flow controllers or pumps), sample conditioning (eg, using filters or temperature controls), sensor flow cells (eg,
Sensors, sensor housings and temperature control), signal conditioning (including, for example, generation of electrical signals), signal communication (eg, by transferring analog or digital signals), data acquisition (collecting data points to display signal information) Preprocessing (eg, averaging, electrical filtering, transformation and feature extraction), pattern recognition, classification, output of information to a user interface or process line. For example, data acquisition may be performed by a sensor module or a processing module depending on how a particular system is designed.

【0024】 本発明は、以下に挙げるアプリケーションに使用すれば有用である。The present invention is useful when used in the following applications.

【0025】 水利産業及び環境、例えば、水処理工場取り入れ口防御、汚水/排水処理プラ
ント取り入れ口防御、排水モニタリング、処理水モニタリングと液体流出及び放
出、漏洩など冷媒検知、空気分析、悪臭及び産業排出。
Water industry and environment, eg water treatment plant intake defense, sewage / wastewater treatment plant intake defense, wastewater monitoring, treated water monitoring and refrigerant detection such as liquid spill and discharge, leaks, air analysis, odor and industrial emissions .

【0026】 発酵、例えば、プロセスモニタリング、終点決定と予測、汚染の検知、プロセ
ス効率最適化、プロセス逸脱モニタリング及びバッチ追加点の検知。
Fermentation, for example, process monitoring, endpoint determination and prediction, contamination detection, process efficiency optimization, process deviation monitoring and batch addition point detection.

【0027】 食品及び飲料、例えば、原料品質、自然産品品質、汚染と傷の検知、信憑性試
験(例えば、オレンジジュース濃度)、更に、ロースティング、ベーキング、低
温殺菌、発酵、蒸留、凍結、乾燥、凍結乾燥などのプロセスの直接モニタリング
Food and beverages, eg raw material quality, natural product quality, contamination and scratch detection, credibility testing (eg orange juice concentration), further roasting, baking, pasteurisation, fermentation, distillation, freezing, drying Direct monitoring of processes such as freeze-drying.

【0028】 発生する中間生成物の品質/状態、環境へのインパクトと放出、添加剤/強化
剤の投与量、混合、沈殿、最終製品品質、製品安定性、汚染と包装材に関する異
臭の検知、漏れやすい包装の検知、搬送中に生じる傷のモニタリング、バクテリ
ア、菌、酸化等による製品の劣化又は損傷、製品品質のチェック、信憑性チェッ
ク、遺伝子修正食料及び原料の検知、農産物、放射線処理食品の検知、果物の完
熟、食料品に対するスーパーマーケットのチェックアウトセンサーシステム。
The quality / condition of the intermediate products generated, impact and release to the environment, dosage of additives / enhancing agents, mixing, sedimentation, final product quality, product stability, detection of contamination and off-flavors on packaging, Detection of leaky packaging, monitoring of scratches during transportation, deterioration or damage of products due to bacteria, bacteria, oxidation, etc., check of product quality, credibility check, detection of genetically modified foods and raw materials, detection of agricultural products, radiation-processed foods Supermarket checkout sensor system for detection, fruit ripeness, and groceries.

【0029】 石油化学、ファインケミカル、製薬、例えば、同一性確認(容器内容物対ラベ
ル表示)、QCテスト(純度及び等級)、プロセスモニタリング、例えば、蒸留
、クラッキング、合成手順、触媒変換、環境へのインパクトと放出、更には、投
与添加物、混合モニタリング、製剤、等級評価、製品品質評価、製品安定性、官
能評価及び漏洩感知(内容及び臭気)のような包装、正しいラベル表示対内容物
、漏洩検知(タンカー、貯蔵タンク、パイプライン)、香気と臭気、天然ガスへ
の添加剤の検知。
Petrochemicals, fine chemicals, pharmaceuticals, eg, identity verification (container contents vs. labeling), QC tests (purity and grade), process monitoring, eg, distillation, cracking, synthetic procedures, catalytic conversion, environmental Impact and release, as well as packaging, such as dosage additives, mixing monitoring, formulation, grading, product quality evaluation, product stability, sensory evaluation and leak detection (content and odor), correct labeling versus content, leakage Detection (tankers, storage tanks, pipelines), detection of aromas and odors, additives to natural gas.

【0030】 医学、衛生、微生物モニタリング、例えば、血液、尿、呼吸、皮膚及び他の臓
器からの分泌物などの体液のモニタリング、それらを使用しての臨床診断、例え
ば、尿の臭気テストによるUTI検知、呼吸からの臨床診断、例えば、糖尿病、
癌、胃潰瘍、腎臓疾患、尿又は呼吸モニタリングによる工業/作業環境での化学
物質への曝露。工業毒性、バクテリアのマーカーとしての皮膚揮発物、例えば、
その揮発性標示(衛生)からの腸内細菌、麻酔ガスモニタリング、動物の健康状
態の監視、法廷科学アプリケーション。
Medical, hygiene, microbial monitoring, eg, monitoring of body fluids such as blood, urine, respiration, secretions from skin and other organs, clinical diagnosis using them, eg, UTI by urine odor test Detection, clinical diagnosis from respiration, for example, diabetes,
Exposure to chemicals in industrial / work environments by cancer, gastric ulcer, kidney disease, urine or respiratory monitoring. Industrial toxicity, skin volatiles as markers for bacteria, e.g.
Intestinal bacteria, anesthetic gas monitoring, animal health monitoring, forensic science application from its volatile labeling (hygiene).

【0031】 安全、例えば、麻薬検知/スクリーニング、爆発物検知スクリーニング、蒸気
感知に基づく火災検知/予測システム、危険/毒性物質。
Safety, eg, drug detection / screening, explosives detection screening, fire detection / predictive systems based on vapor sensing, hazardous / toxic substances.

【0032】 運輸、例えば、排気ガスの分析のような車内環境モニタリング、車両内装構成
要素の計測。
Transportation, for example, monitoring of in-vehicle environment such as exhaust gas analysis, measurement of vehicle interior components.

【0033】 家庭及び個人的ケア、例えば、化粧品、香水、芳香の利用、合成洗剤及びエア
ゾル剤の管理。
[0033] Household and personal care, such as the use of cosmetics, perfumes, fragrances, management of detergents and aerosols.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(好適な実施例の詳細な説明) 以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施法を説明する。 (Detailed description of preferred embodiments) Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

【0035】 図1に示すように、ケミカルセンサシステムすなわちSATシステムは、一態
様として、サンプルハンドリングモジュール1と、センサモジュール2と、処理
モジュール3と、ユーザインターフェースモジュール4とを有している。これら
の各モジュールは、他のモジュールとは別体の個々の物理的ユニットからなる。
他の実施形態では、別体のユーザインターフェースモジュールを省略できる。モ
ジュール間の接続は、伝送すべき信号が電気信号または光信号であるか、または
例えばサンプルハンドリングモジュール1とセンサモジュール2との間の物質の
サンプルが何であるかに基いて定められる。各モジュールには、前述の1つ以上
の特徴を組み込むことができる。例えばこのシステムでは、センサモジュール2
は、1つの技術的形式のセンサの配列で構成してもよいし、数種類の技術的形式
を組合せたセンサの配列で構成してもよい。
As shown in FIG. 1, the chemical sensor system, that is, the SAT system includes, as an embodiment, a sample handling module 1, a sensor module 2, a processing module 3, and a user interface module 4. Each of these modules consists of individual physical units separate from the other modules.
In other embodiments, a separate user interface module can be omitted. The connection between the modules is determined on the basis of whether the signal to be transmitted is an electrical signal or an optical signal, or for example what the sample of the substance is between the sample handling module 1 and the sensor module 2. Each module may incorporate one or more of the features described above. For example, in this system, the sensor module 2
May be configured with an array of sensors of one technical type, or may be configured with an array of sensors that combines several technical types.

【0036】 他の図面には、このシステムが実施される幾つかの態様が示されており、各図
面において、サンプルハンドリングモジュールはSHで、センサモジュールはS
Mで、処理モジュールはPMで、およびユーザインターフェースモジュールはU
Iで表されている。
The other figures show some aspects of the implementation of the system, in each figure the sample handling module is SH and the sensor module is S
M, the processing module is PM, and the user interface module is U
It is represented by I.

【0037】 図2を参照すると、3つのサンプルハンドリングモジュール5、6、7が製造
ラインに沿う異なる位置に分散されかつ各位置で検出すべき物質のサンプルを得
るように配置されている。各サンプルハンドリングモジュール5、6、7の出力
は共通のセンサモジュール8に入力され、該センサモジュール8は、異なるサン
プルハンドリングモジュールから同時的または連続的に物質を検出して、各位置
での物質に関するデータを得る。次に、この情報は処理モジュール9に伝送され
、該処理モジュール9は予処理およびパターン認識を行って、モジュール5、6
、7によりサンプリングされた物質の品質および/または同一性を識別する。次
に、この情報は、ユーザインターフェースモジュール10に伝送されて、オペレ
ータに表示される。次にオペレータは、この情報を使用して製造プロセスを制御
する。
Referring to FIG. 2, three sample handling modules 5, 6, 7 are dispersed at different locations along the production line and arranged to obtain a sample of the substance to be detected at each location. The output of each sample handling module 5, 6, 7 is input to a common sensor module 8, which detects substances simultaneously or continuously from different sample handling modules and relates to the substance at each location. Get the data. This information is then transmitted to the processing module 9, which performs pre-processing and pattern recognition,
, 7 identify the quality and / or identity of the sampled material. This information is then transmitted to the user interface module 10 for display to the operator. The operator then uses this information to control the manufacturing process.

【0038】 図3は単一のサンプルハンドリングモジュール11が組み込まれた他の実施形
態を示す。サンプルハンドリングモジュール11の出力は3つのセンサモジュー
ル12、13、14に並列に伝送されて、識別情報を増大させる。この実施形態
では各センサモジュール12、13、14がそれぞれの異なる技術を用いている
が、これは本質的なことではない。センサモジュール12、13、14の出力は
、データ分析を行う処理モジュール15に入力される。この構成では、処理モジ
ュール15の出力は、製造プロセスへの自動的フィードバックを行うデータリン
クを構成するユーザインターフェースモジュール16を介して入力される制御信
号を有する。
FIG. 3 shows another embodiment incorporating a single sample handling module 11. The output of the sample handling module 11 is transmitted in parallel to the three sensor modules 12, 13, 14 to increase the identification information. In this embodiment, each sensor module 12, 13, 14 uses a different technology, but this is not essential. Outputs of the sensor modules 12, 13, and 14 are input to a processing module 15 that performs data analysis. In this configuration, the output of the processing module 15 has a control signal that is input via a user interface module 16 that forms a data link that provides automatic feedback to the manufacturing process.

【0039】 図4を参照すると、複数のサンプルハンドリングモジュール17、18、19
が、それぞれの異なるセンサモジュール20、21、22に接続されている。各
サンプルハンドリングモジュールおよび関連センサモジュールは製造ラインに配
置され、これらの出力は、ここから遠隔に配置された共通の処理モジュール23
に伝送される。処理モジュール23の出力はユーザインターフェースモジュール
24に入力される。
Referring to FIG. 4, a plurality of sample handling modules 17, 18, 19
Are connected to different sensor modules 20, 21, and 22, respectively. Each sample handling module and associated sensor module is located on the production line and their output is shared by a common processing module 23 located remotely from it.
Is transmitted to The output of the processing module 23 is input to the user interface module 24.

【0040】 図5には、他の構成が示されている。このシステムは、分散形態をなしており
、アットラインディスプレイまたはオンラインディスプレイを必要とする。かく
して、サンプルハンドリングモジュール25、26、27および関連するセンサ
モジュール28、29、30の各々が、ディスプレイを備えた関連するユーザイ
ンターフェースモジュール31、32、33を有し、これらのモジュールはアッ
トラインまたはオンラインで配置されている。中央処理モジュール34が遠隔に
配置されており、該中央処理モジュール34は、センサモジュール28、29、
30およびユーザインターフェースモジュール31、32、33からの情報を受
けかつこれに応答して情報を伝送するように構成されている。
FIG. 5 shows another configuration. This system is in a distributed form and requires an at-line or online display. Thus, each of the sample handling modules 25, 26, 27 and the associated sensor modules 28, 29, 30 have an associated user interface module 31, 32, 33 with a display, these modules being at-line or online. It is arranged in. A central processing module 34 is remotely located, the central processing module 34 includes sensor modules 28, 29,
30 and is configured to receive information from the user interface modules 31, 32, 33 and transmit information in response thereto.

【0041】 図6は他の構成を示し、この構成では、第1組のモジュール35が一位置に配
置され、かつ第2組のモジュール36が他の位置に配置されていて、局部処理お
よび局部ディスプレイを行う分散システムが形成される。
FIG. 6 shows another configuration, in which a first set of modules 35 is located at one location and a second set of modules 36 is located at another location to provide local processing and localization. A distributed system for performing the display is formed.

【0042】 図7は、遠隔ディスプレイ能力をもつ局部処理装置を備えた分散システムを示
す。
FIG. 7 shows a distributed system with a local processor with remote display capabilities.

【0043】 図8は、局部処理能力および局部ディスプレイ能力の両方を備えた単一位置の
測定システムを示す。
FIG. 8 shows a single location measurement system with both local processing and local display capabilities.

【0044】 図9は、局部処理能力はもつが、遠隔ディスプレイ能力は持たない配列を示す
FIG. 9 shows an arrangement with local processing capability but no remote display capability.

【0045】 図10は、遠隔処理能力および遠隔ディスプレイ能力の両方をもつ単一測定位
置を示す。
FIG. 10 shows a single measurement location with both remote processing and remote display capabilities.

【0046】 図11は、遠隔処理能力および局部ディスプレイ能力をもつ単一測定位置を示
す。
FIG. 11 shows a single measurement location with remote processing capability and local display capability.

【0047】 図12には、図5に示したシステムと同様なシステムが示されているが、この
システムは、ユーザインターフェースモジュールが省略されており、ユーザイン
ターフェースモジュールはセンサモジュール内に完全に一体化されている点で異
なっている。また、このシステムでは、処理モジュール37が、サンプルハンド
リングモジュール38、39、40およびセンサモジュール41、42、43の
両者に制御信号を供給し、サンプルから得たデータに基いてこれらの作動を調節
する。また、処理モジュール37から、処理ラインへの制御および製造制御シス
テム44への制御も行われる。
FIG. 12 shows a system similar to that shown in FIG. 5, but with the user interface module omitted and the user interface module being completely integrated within the sensor module. It is different in that it is. In this system, the processing module 37 also supplies control signals to both the sample handling modules 38, 39, 40 and the sensor modules 41, 42, 43 and adjusts their operation based on data obtained from the samples. . The processing module 37 also controls the processing line and the manufacturing control system 44.

【0048】 図13、図14および図15は、本発明による他のシステムの一部を示す。こ
のシステムは、図13に示すように、処理モジュール45と、ユーザインターフ
ェースモジュール46と、センサモジュール47と、サンプルハンドリングモジ
ュール48とを有している。
FIGS. 13, 14 and 15 show parts of another system according to the invention. This system has a processing module 45, a user interface module 46, a sensor module 47, and a sample handling module 48, as shown in FIG.

【0049】 処理モジュール45は、シングルボードコンピュータ(Single board Compute
r : SBC)およびハード駆動装置を有している。SBCには、種々の入力/出
力装置の駆動装置が集積されている。ローカルエリアネットワーク(LAN)へ
の直接接続を行うイーサネット(登録商標)コネクタも設けられている。また、 フラットパネルディスプレイへのコネクタおよびユーザインターフェースモジュ ール46を形成するボタン入力に使用できるコネクタが設けられている。更に、 RS485インターフェースICが組み込まれた任意のセンサモジュール47お よび/またはサンプルハンドリングモジュール48への接続に使用される通信ポ ート(RS485)も設けられている。
The processing module 45 includes a single board computer (Single board Compute).
r: SBC) and a hard drive. Driving devices for various input / output devices are integrated in the SBC. An Ethernet connector for direct connection to a local area network (LAN) is also provided. Also provided are connectors to the flat panel display and connectors that can be used for button input forming the user interface module 46. In addition, a communication port (RS485) is provided that is used to connect to any sensor module 47 and / or sample handling module 48 that incorporates an RS485 interface IC.

【0050】 図14にはセンサモジュール47が示されているが、ここには、サンプラーへ
の電気的接続のみが示されており、物理的接続は示されていない。センサ配列4
9は、センサ上にサンプル(気相サンプル)を通すためのチューブ連結部により
温度制御されるハウジング50内に収容できる。或いは、センサ配列は、サンプ
ルインラインの分析を行うことができる。センサはこれらの周囲大気を検出する
。この場合、温度制御は不要であるが、温度制御の機能も依然として存在する。
この余剰機能はモジュール性のために必要である。
FIG. 14 shows the sensor module 47, where only the electrical connection to the sampler is shown, not the physical connection. Sensor array 4
9 can be housed in a housing 50 which is temperature controlled by a tube connection for passing a sample (gas phase sample) over the sensor. Alternatively, the sensor array can perform sample in-line analysis. Sensors detect these ambient atmospheres. In this case, temperature control is not required, but the temperature control function still exists.
This extra functionality is necessary for modularity.

【0051】 この実施形態のセンサモジュール47に使用できるセンサの形式には3種類の
センサ、すなわちBAW(バルク音響波)センサ、SAW(表面音響波)センサ
および耐薬品センサがある。これらの異なる技術的形式のセンサモジュールは、
全て、同じインターフェースハードウェアおよびインターフェースプロトコルを
使用しているので、いかなるハードウェア修正をも行うことなく互換できる。
The types of sensors that can be used in the sensor module 47 of this embodiment include three types of sensors, namely, a BAW (bulk acoustic wave) sensor, a SAW (surface acoustic wave) sensor, and a chemical resistant sensor. These different technical types of sensor modules
Since they all use the same interface hardware and interface protocol, they are compatible without any hardware modifications.

【0052】 図15には、サンプルハンドリングモジュールが示されている。現在のシステ
ムに使用されているサンプルハンドリングセンサ51の例として、相対湿度セン
サ、温度センサおよび流量センサがある。サンプルハンドリングハードウェア5
2は、マスフローコントローラおよび弁を有している。また、例えば温度制御ユ
ニット、ポンプ等の他のハードウェアを駆動すべく、インターフェース電子装置
53からの接続もなされている。この実施形態でも、モジュラシステムを形成す
べく余剰機能の一例が組み込まれている。サンプルハンドリングモジュールはま
た、マイクロコンピュータ54およびRS485インターフェースIC55を有
している。
FIG. 15 shows a sample handling module. Examples of sample handling sensors 51 used in current systems include relative humidity sensors, temperature sensors, and flow sensors. Sample handling hardware 5
2 has a mass flow controller and a valve. There is also a connection from interface electronics 53 to drive other hardware, such as a temperature control unit, pump, etc. This embodiment also incorporates an example of redundant functions to form a modular system. The sample handling module also has a microcomputer 54 and an RS485 interface IC 55.

【0053】 発酵モニタリングおよび水質モニタリングという2つの異なる用途のためのサ
ンプルハンドリングの研究がなされている。
There are studies of sample handling for two different applications: fermentation monitoring and water quality monitoring.

【0054】 発酵の場合には通気ラインが設けられており、ここから、サンプルが気相中に
放出される。通気ラインから放出されるサンプルは、サンプルハンドリングハー
ドウェア48およびセンサモジュール47に通される。サンプルハンドリングモ
ジュール48の前の通気ラインには、フィルタまたは凝縮器を設けることができ
る。通気ラインからの流量が大きい場合には、流れの極く一部をシステムから逸
らすことができる。図16は、オンラインモジュラセンサ配列システムを用いて
イースト発酵のヘッドスペースを測定する5つのBAWセンサ配列についての応
答曲線を示すものである。
In the case of fermentation, an aeration line is provided, from which the sample is discharged into the gas phase. The sample discharged from the vent line is passed through the sample handling hardware 48 and the sensor module 47. The vent line in front of the sample handling module 48 may be provided with a filter or condenser. If the flow from the vent line is high, only a small part of the flow can be diverted from the system. FIG. 16 shows the response curves for five BAW sensor arrays measuring the headspace of the yeast fermentation using an online modular sensor array system.

【0055】 水質モニタリングの場合には、水は、スパージャ(多孔分散管)ユニットに通
される。次に、液体サンプルを通して発泡されているキャリヤガス源がスパージ
ャユニットに連結される。水中の揮発物はキャリヤガス中に放出され、該キャリ
ヤガスは、次にセンサモジュールに通される。図17は、アットラインモジュラ
センサ配列システムを用いて川の原水サンプルから得たデータの多重判別分析(
Multiple Discriminant Analysis : MDA)プロットである。汚染発生前およ
び汚染発生後に非汚染原水から得たセンサ配列データが、ルート1対ルート2M
DAプロット上に示されており、それぞれ丸および四角でプロットされている。
汚染された水は横軸のルート1の値により「検出」され、十字(+)のプロット
で示されている。
In the case of water quality monitoring, water is passed through a sparger (porous dispersion tube) unit. Next, a carrier gas source that is being bubbled through the liquid sample is connected to the sparger unit. Volatiles in the water are released into a carrier gas, which is then passed through a sensor module. FIG. 17 shows multiple discriminant analysis of data obtained from raw river water samples using the at-line modular sensor array system (
It is a Multiple Discriminant Analysis (MDA) plot. The sensor array data obtained from the non-polluted raw water before and after the occurrence of the contamination was calculated as Route 1 to Route 2M.
Shown on DA plots, plotted as circles and squares, respectively.
The contaminated water is “detected” by the value of Route 1 on the horizontal axis and is shown by a cross (+) plot.

【0056】 サンプルハンドリングモジュール48のセンサ信号は、電子装置によりマイク
ロコンピュータ54にインターフェースされ、処理モジュール45に通信される
前に、該マイクロコンピュータ54で処理される。ここでもRS485インター
フェースICが使用され、マイクロコンピュータからの信号を、マルチドロップ
直列データリンクと確実に一致させる。システムを異なる状態間で切り換えるこ
とができまたは例えば流量のような特定パラメータを変えることができるように
するには、処理モジュール45からの信号はサンプルハンドリングモジュール4
8に通されなくてはならない。
The sensor signals of the sample handling module 48 are processed by the microcomputer 54 before being interfaced to the microcomputer 54 by the electronic device and communicated to the processing module 45. Again, an RS485 interface IC is used to ensure that the signals from the microcomputer match the multi-drop serial data link. In order to be able to switch the system between different states or to change certain parameters, such as, for example, the flow rate, the signal from the processing module 45 is
8 must be passed.

【0057】 処理モジュール45と任意のセンサ47またはRS485バスのサンプルハン
ドリングモジュール48との間の両方向通信が行えるようにするプロトコルが設
けられる。次のプロトコルを設けることにより、任意数のモジュールを、バスの
物理的限度まで相互接続することができる。2つのモジュールが一度にデータを
伝送することを防止するため、処理モジュール45は、どのモジュールの伝送を
許容するかを制御する。通信に関しては、処理モジュール45はマスターであり
、センサモジュール47およびサンプルハンドリングモジュール48がスレーブ
であると考える。各モジュールのマイクロコンピュータのソフトウェアは、ユニ
ット形式およびノード数から作られるユニークな同一性によりプログラムされる
。ユニット形式とノード数との間に同一性スプリット(identity split)を設け
ることにより、同じ形式の2つのモジュールを、異なるノード数をもつ各システ
ムで使用することが可能になる。また、処理モジュールからのメッセージを全て
のモジュールに送ることができるようにするグローバルな識別子も設けられる。
処理モジュールは、モジュールの状態を戻すメッセージに従って各モジュールを
順次ポーリングする。ポーリングメッセージを受けると、各モジュールは、モジ
ュールの状態を記述するメッセージを戻す。データのこの状態ストリングは、こ
のモジュール形式に特有のものである。この状態ストリングは、センサデータ、
診断情報および他の状態情報を保有できる。また、状態メッセージは、識別子情
報を保有する。処理モジュール45が状態戻しメッセージを受けないならば、デ
ータリンクにエラーがあることが分る。処理モジュール45はまた、種々のモジ
ュールが例えば変更センサパラメータ、変更物理的変数等の種々の機能を制御で
きるように、他のコマンドを種々のモジュールに伝送することができる。
A protocol is provided to allow bi-directional communication between the processing module 45 and any sensor 47 or sample handling module 48 on the RS485 bus. By providing the following protocol, any number of modules can be interconnected up to the physical limits of the bus. To prevent two modules from transmitting data at once, the processing module 45 controls which module is allowed to transmit. Regarding communication, it is assumed that the processing module 45 is a master and the sensor module 47 and the sample handling module 48 are slaves. The microcomputer software in each module is programmed with a unique identity created from the unit type and the number of nodes. Providing an identity split between the unit type and the number of nodes allows two modules of the same type to be used in each system with a different number of nodes. There is also a global identifier that allows messages from the processing module to be sent to all modules.
The processing module polls each module sequentially according to a message returning the state of the module. Upon receiving a polling message, each module returns a message describing the state of the module. This status string of data is specific to this module type. This status string contains the sensor data,
Can hold diagnostic information and other status information. The status message holds identifier information. If processing module 45 does not receive a status return message, it knows that there is an error in the data link. The processing module 45 can also transmit other commands to the various modules so that the various modules can control various functions such as, for example, changed sensor parameters, changed physical variables, and the like.

【0058】 全てのメッセージは、データ情報の開始および終了を記述する情報を有してい
る。また、すべてのデータが正しく受け入れられているか否かをチェックする手
段を各モジュールに与えるエラー検出情報もある。
All messages have information describing the start and end of data information. There is also error detection information that gives each module a means to check whether all data is correctly accepted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明によるシステムを概括的に示している。FIG. 1 schematically shows a system according to the invention.

【図2】 本発明による別のシステムを概括的に示している。FIG. 2 schematically shows another system according to the invention.

【図3】 本発明による別のシステムを概括的に示している。FIG. 3 schematically illustrates another system according to the present invention.

【図4】 本発明による別のシステムを概括的に示している。FIG. 4 schematically illustrates another system according to the present invention.

【図5】 本発明による別のシステムを概括的に示している。FIG. 5 schematically illustrates another system according to the present invention.

【図6】 本発明による別のシステムを概括的に示している。FIG. 6 schematically illustrates another system according to the present invention.

【図7】 本発明による別のシステムを概括的に示している。FIG. 7 schematically illustrates another system according to the present invention.

【図8】 本発明による別のシステムを概括的に示している。FIG. 8 schematically illustrates another system according to the present invention.

【図9】 本発明による別のシステムを概括的に示している。FIG. 9 schematically illustrates another system according to the present invention.

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【図11】 本発明による別のシステムを概括的に示している。FIG. 11 schematically illustrates another system according to the present invention.

【図12】 本発明による別のシステムを概括的に示している。FIG. 12 schematically illustrates another system according to the present invention.

【図13】 本発明による別のシステムの一部を示している。FIG. 13 shows part of another system according to the invention.

【図14】 本発明による別のシステムの一部を示している。FIG. 14 shows part of another system according to the invention.

【図15】 本発明による別のシステムの一部を示している。FIG. 15 shows a part of another system according to the invention.

【図16】 本発明によるシステムを利用して得られた結果を示す。FIG. 16 shows the results obtained using the system according to the invention.

【図17】 本発明によるシステムを利用して得られた結果を示す。FIG. 17 shows the results obtained using the system according to the invention.

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Claims (52)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 検出すべき物質のサンプルを得るためのサンプルハンドリン
グモジュールと、サンプルを検出するように配置されたセンサの配列を備えたセ
ンサモジュールと、パターン認識を用いてセンサモジュールの出力から情報を得
るための処理モジュールとを有することを特徴とする、製品またはプロセスをア
ットラインモニタリングまたはオンラインモニタリングするケミカルセンサシス
テム。
1. A sample handling module for obtaining a sample of a substance to be detected, a sensor module with an array of sensors arranged to detect the sample, and information from the output of the sensor module using pattern recognition. A chemical sensor system for at-line monitoring or on-line monitoring of a product or process, comprising:
【請求項2】 前記サンプルハンドリングモジュールは、次の方法、すなわ
ち、ポータブル、液体ヘッドスペース、液体スパージ、サンプル気化、プローブ
、固体ヘッドスペース、サンプルまたはサンプル流中へのセンサ配列の直接挿入
、ガスラインおよび大気モニタリングのうちの少なくとも1つを用いてサンプル
を得ることを特徴とする請求項1記載のシステム。
2. The sample handling module comprises the following methods: portable, liquid headspace, liquid sparging, sample vaporization, probe, solid headspace, direct insertion of a sensor array into a sample or sample stream, gas line. The system of claim 1, wherein the sample is obtained using at least one of: and air monitoring.
【請求項3】 前記サンプルハンドリングモジュールは、オペレータの介入
なくしてサンプルを得るように配置されていることを特徴とする請求項1または
2記載のシステム。
3. The system according to claim 1, wherein said sample handling module is arranged to obtain a sample without operator intervention.
【請求項4】 前記サンプルハンドリングモジュールは、不連続な時間間隔
で複数のサンプルを採取するように配置されていることを特徴とする請求項1、
2または3のいずれか1項記載のシステム。
4. The apparatus of claim 1, wherein the sample handling module is arranged to take a plurality of samples at discrete time intervals.
The system according to any one of claims 2 and 3.
【請求項5】 前記サンプルハンドリングモジュールは連続サンプルを採取
するように配置されていることを特徴とする請求項1、2または3のいずれか1
項記載のシステム。
5. The apparatus according to claim 1, wherein the sample handling module is arranged to collect a continuous sample.
The system described in the section.
【請求項6】 前記センサモジュールは、次の形式のセンサ技術、すなわち
、質量感応センサ、電子コンダクタンスまたはキャパシタンスセンサ、電界効果
センサ、カロリーメータセンサ、電気化学センサ、光化学または測光センサおよ
びバイオセンサのうちの少なくとも1つを用いたセンサ配列を有することを特徴
とする請求項1〜5のいずれか1項記載のシステム。
6. The sensor module according to claim 1, wherein the sensor module comprises one of the following types of sensor technology: mass sensitive sensor, electronic conductance or capacitance sensor, field effect sensor, calorimeter sensor, electrochemical sensor, photochemical or photometric sensor and biosensor. The system according to any one of claims 1 to 5, comprising a sensor array using at least one of the following.
【請求項7】 前記センサ配列は、1つの技術形式のみのセンサを有するこ
とを特徴とする請求項6記載のシステム。
7. The system according to claim 6, wherein the sensor arrangement comprises sensors of only one technology type.
【請求項8】 前記センサ配列は、種々の技術形式を組み合わせたセンサを
有することを特徴とする請求項6記載のシステム。
8. The system according to claim 6, wherein the sensor array comprises sensors that combine various technology types.
【請求項9】 前記処理モジュールは、サンプルまたはサンプルのバッチに
関するデータを処理して、パターン認識技術を処理モジュールに適用するための
データをフォーマット化することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項記載
のシステム。
9. The processing module according to claim 1, wherein the processing module processes data relating to a sample or a batch of samples and formats the data for applying a pattern recognition technique to the processing module. The system according to claim 1.
【請求項10】 前記パターン認識技術は、次の方法、すなわち、統計的方
法、ファジー論理、人工ニューラルネットワーク、および独占類別アルゴリズム
(proprietary classifier algorithm)のうちの少なくとも1つを使用すること
を特徴とする請求項1〜9のいずれか1項記載のシステム。
10. The pattern recognition technique uses at least one of the following methods: a statistical method, fuzzy logic, an artificial neural network, and a proprietary classifier algorithm. The system according to any one of claims 1 to 9.
【請求項11】 前記サンプルハンドリングモジュール、センサモジュール
および処理モジュールのうちの少なくとも1つが、集積ユーザインターフェース
(integral user interface)を採用していることを特徴とする請求項1〜10
のいずれか1項記載のシステム。
11. The apparatus of claim 1, wherein at least one of the sample handling module, the sensor module, and the processing module employs an integrated user interface.
The system according to claim 1.
【請求項12】 情報をユーザにおよび/またはユーザから通信するユーザ
インターフェースモジュールを有することを特徴とする請求項1〜11のいずれ
か1項記載のシステム。
12. The system according to claim 1, further comprising a user interface module for communicating information to and / or from a user.
【請求項13】 前記処理モジュールの出力はユーザインターフェースモジ
ュールに入力されることを特徴とする請求項12記載のシステム。
13. The system of claim 12, wherein an output of the processing module is input to a user interface module.
【請求項14】 前記ユーザインターフェースモジュールは、オペレータに
情報を与える手段および/またはオペレータから情報を受ける手段を有すること
を特徴とする請求項12または13記載のシステム。
14. The system according to claim 12, wherein the user interface module has means for providing information to an operator and / or receiving information from the operator.
【請求項15】 前記ユーザインターフェースモジュールは、オペレータと
通信する手段を備えていないことを特徴とする請求項12または13記載のシス
テム。
15. The system according to claim 12, wherein the user interface module does not include a means for communicating with an operator.
【請求項16】 前記ユーザインターフェースモジュールは、情報を、ケミ
カルセンサシステムの外部のネットワークにおよび/またはネットワークから通
信する手段を有していることを特徴とする請求項12〜15のいずれか1項記載
のシステム。
16. The user interface module according to claim 12, further comprising means for communicating information to and / or from a network external to the chemical sensor system. The described system.
【請求項17】 前記ユーザインターフェースモジュールは、モニタリング
されるプロセスの制御情報を与える手段を有することを特徴とする請求項12〜
16のいずれか1項記載のシステム。
17. The user interface module according to claim 12, further comprising means for providing control information of a monitored process.
The system according to any one of Claims 16 to 16.
【請求項18】 前記ユーザインターフェースモジュールは、次のもの、す
なわち、アラーム、接触感応スクリーン、デジタル通信手段のうちの少なくとも
1つを有することを特徴とする請求項12〜17のいずれか1項記載のシステム。
18. The method according to claim 12, wherein the user interface module comprises at least one of the following: an alarm, a touch-sensitive screen, and a digital communication means. System.
【請求項19】 前記センサモジュールは、信号情報を表すデータポイント
を得る手段と、獲得したデータポイントを、処理モジュールおよびユーザインタ
ーフェースモジュールの一方または両方に伝送する手段とを有することを特徴と
する請求項1〜18のいずれか1項記載のシステム。
19. The sensor module comprising: means for obtaining data points representing signal information; and means for transmitting the obtained data points to one or both of a processing module and a user interface module. Item 19. The system according to any one of Items 1 to 18.
【請求項20】 データ獲得は、処理モジュールにより行われることを特徴
とする請求項1〜19のいずれか1項記載のシステム。
20. The system according to claim 1, wherein the data acquisition is performed by a processing module.
【請求項21】 前記処理モジュールは、情報を、ケミカルセンサシステム
の外部のネットワークにおよび/またはネットワークから通信する手段を有する
ことを特徴とする請求項1〜20のいずれか1項記載のシステム。
21. The system according to claim 1, wherein the processing module comprises means for communicating information to and / or from a network external to the chemical sensor system.
【請求項22】 前記処理モジュールは、モニタリングされるプロセスの制
御情報を与える手段を有することを特徴とする請求項1〜21のいずれか1項記
載のシステム。
22. The system according to claim 1, wherein the processing module has means for providing control information of a monitored process.
【請求項23】 システム自体を制御すべくモニタリングしたデータからの
情報を与える手段を有することを特徴とする請求項1〜22のいずれか1項記載
のシステム。
23. The system according to claim 1, further comprising means for providing information from monitored data to control the system itself.
【請求項24】 複数のモジュール、モジュールの組合せおよび/または全
システムから試験データまたは情報を得るシステム組込み形診断手段を有するこ
とを特徴とする請求項1〜23のいずれか1項記載のシステム。
24. The system according to claim 1, further comprising a system-integrated diagnostic means for obtaining test data or information from a plurality of modules, a combination of modules and / or the whole system.
【請求項25】 前記サンプルハンドリングモジュールは、キャリブラント
(calibrant)または試験サンプルをセンサ配列に導入する手段を有することを
特徴とする請求項24記載のシステム。
25. The system of claim 24, wherein the sample handling module comprises means for introducing a calibrant or test sample into the sensor array.
【請求項26】 キャリブラントまたは試験サンプルをセンサ配列に導入す
る手段を有することを特徴とする請求項24または25記載のシステム。
26. The system according to claim 24, further comprising means for introducing a calibrant or a test sample into the sensor array.
【請求項27】 前記サンプルハンドリングモジュール、センサモジュール
、処理モジュールおよびユーザインターフェースモジュールは複数のサブモジュ
ールを有することを特徴とする請求項1〜26のいずれか1項記載のシステム。
27. The system according to claim 1, wherein the sample handling module, the sensor module, the processing module, and the user interface module have a plurality of sub-modules.
【請求項28】 ワイヤレスリンクを介して、少なくとも1つのモジュール
またはモジュール間と通信する手段を有することを特徴とする請求項1〜27の
いずれか1項記載のシステム。
28. The system according to claim 1, further comprising means for communicating with at least one module or between the modules via a wireless link.
【請求項29】 次の形式のモジュール、すなわち、サンプルハンドリング
モジュール、センサモジュール、処理モジュールおよびユーザインターフェース
モジュールのうちの少なくとも1つを有することを特徴とする請求項1〜28の
いずれか1項記載のシステム。
29. The method according to claim 1, comprising at least one of the following types of modules: a sample handling module, a sensor module, a processing module and a user interface module. System.
【請求項30】 共通のセンサモジュールに接続された複数のサンプルハン
ドリングモジュールを有することを特徴とする請求項29記載のシステム。
30. The system according to claim 29, comprising a plurality of sample handling modules connected to a common sensor module.
【請求項31】 前記サンプルハンドリングモジュールは複数のセンサモジ
ュールに接続されていることを特徴とする請求項29または30記載のシステム
31. The system according to claim 29, wherein the sample handling module is connected to a plurality of sensor modules.
【請求項32】 複数のサンプルハンドリングモジュールを有し、各サンプ
ルハンドリングモジュールがそれぞれの異なるセンサモジュールに接続されてい
ることを特徴とする請求項29、30または31のいずれか1項記載のシステム。
32. The system according to claim 29, comprising a plurality of sample handling modules, each sample handling module being connected to a respective different sensor module.
【請求項33】 前記センサモジュールの出力が共通の処理モジュールに接
続されていることを特徴とする請求項32記載のシステム。
33. The system according to claim 32, wherein an output of said sensor module is connected to a common processing module.
【請求項34】 複数のユーザインターフェースモジュールを有し、各ユー
ザインターフェースモジュールがそれぞれの異なるセンサモジュールに関連して
いることを特徴とする請求項29〜33のいずれか1項記載のシステム。
34. The system according to claim 29, comprising a plurality of user interface modules, each user interface module being associated with a different sensor module.
【請求項35】 前記ユーザインターフェースモジュールはユーザディスプ
レイを有することを特徴とする請求項34記載のシステム。
35. The system of claim 34, wherein said user interface module comprises a user display.
【請求項36】 各ユーザインターフェースモジュールが、それぞれの異な
るセンサモジュールおよび共通の処理モジュールの両者に接続されていることを
特徴とする請求項34または35記載のシステム。
36. The system according to claim 34, wherein each user interface module is connected to both a respective different sensor module and a common processing module.
【請求項37】 第1サンプルハンドリングモジュール、センサモジュール
、処理モジュール、および第2サンプルハンドリングモジュール、センサモジュ
ール、処理モジュールを有し、第1モジュールおよび第2モジュールが、第1お
よび第2のそれぞれ異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項29記
載のシステム。
37. A system comprising a first sample handling module, a sensor module, a processing module, and a second sample handling module, a sensor module, a processing module, wherein the first module and the second module are respectively different from the first and second modules. 30. The system of claim 29, wherein the system is located at a location.
【請求項38】 第1位置での第1ユーザインターフェースモジュールと、
第2位置での第2ユーザインターフェースモジュールとを有することを特徴とす
る請求項37記載のシステム。
38. A first user interface module at a first location;
38. The system of claim 37, further comprising a second user interface module at a second location.
【請求項39】 第1および第2位置から遠隔の位置に配置されかつ少なく
とも1つの第1モジュールおよび少なくとも1つの第2モジュールに接続された
ユーザインターフェースモジュールを有することを特徴とする請求項37記載の
システム。
39. The system of claim 37, further comprising a user interface module located at a location remote from the first and second locations and connected to at least one first module and at least one second module. System.
【請求項40】 センサモジュール、処理モジュールおよびユーザインター
フェースモジュールの少なくとも1つが、前記または他のサンプルハンドリング
モジュールに局部的に配置されていることを特徴とする請求項1〜35のいずれ
か1項記載のシステム。
40. The method according to claim 1, wherein at least one of the sensor module, the processing module and the user interface module is locally located in the or another sample handling module. System.
【請求項41】 ユーザインターフェースモジュールがサンプルハンドリン
グモジュールから遠隔に配置されていることを特徴とする請求項1〜35のいず
れか1項記載のシステム。
41. The system according to claim 1, wherein the user interface module is located remotely from the sample handling module.
【請求項42】 ユーザインターフェースモジュールおよび処理モジュール
は、サンプルハンドリングモジュールから遠隔に配置されていることを特徴とす
る請求項1〜35のいずれか1項記載のシステム。
42. The system according to claim 1, wherein the user interface module and the processing module are located remotely from the sample handling module.
【請求項43】 処理モジュールがサンプルハンドリングモジュールから遠
隔に配置され、センサモジュールおよびユーザインターフェースモジュールがサ
ンプルハンドリングモジュールに局部的に配置されていることを特徴とする請求
項1〜35のいずれか1項記載のシステム。
43. The method according to claim 1, wherein the processing module is located remotely from the sample handling module, and the sensor module and the user interface module are located locally on the sample handling module. The described system.
【請求項44】 前記処理モジュールが他のモジュールとの通信を制御する
ことを特徴とする請求項1〜43のいずれか1項記載のシステム。
44. The system according to claim 1, wherein the processing module controls communication with another module.
【請求項45】 少なくとも幾つかのモジュールが、ユニット形式およびノ
ード数を含む識別子を有していることを特徴とする請求項1〜44のいずれか1
項記載のシステム。
45. The method according to claim 1, wherein at least some of the modules have an identifier including a unit type and a number of nodes.
The system described in the section.
【請求項46】 処理モジュールを複数のモジュールと同時に通信させる手
段を有することを特徴とする請求項1〜45のいずれか1項記載のシステム。
46. The system according to claim 1, further comprising means for causing the processing module to communicate with the plurality of modules simultaneously.
【請求項47】 処理モジュールが他のモジュールの状態情報について他の
モジュールを順次ポーリングすることを特徴とする請求項1〜46のいずれか1
項記載のシステム。
47. The processing module according to claim 1, wherein the processing module sequentially polls another module for status information of the other module.
The system described in the section.
【請求項48】 前記状態情報は、識別子情報、センサデータおよび/また
は診断情報を含むことを特徴とする請求項47記載のシステム。
48. The system according to claim 47, wherein said status information includes identifier information, sensor data and / or diagnostic information.
【請求項49】 モジュール間で通信される各メッセージが、データ情報の
開始および終了を含むことを特徴とする請求項47または48記載のシステム。
49. The system according to claim 47, wherein each message communicated between the modules includes a start and end of data information.
【請求項50】 モジュール間で通信されたデータのエラーを検出する手段
を有することを特徴とする請求項1〜49のいずれか1項記載のシステム。
50. The system according to claim 1, further comprising means for detecting an error in data transmitted between the modules.
【請求項51】 次の製品およびプロセス、すなわち、水工業、発酵、食品
および飲料、中間生成物の品質/状態、石油化学製品、医薬、衛生、微生物、セ
キュリティ、輸送、および家事/個人ケアのうちの少なくとも1つをモニタリン
グすることを特徴とする請求項1〜50のいずれか1項記載のシステム。
51. The following products and processes: fishery, fermentation, food and beverage, intermediate product quality / conditions, petrochemicals, pharmaceuticals, hygiene, microbiology, security, transportation, and household / personal care. The system according to any one of claims 1 to 50, wherein at least one of the systems is monitored.
【請求項52】 1つ以上の添付図面に示しかつ説明したものと実質的に同
じであることを特徴とするケミカルセンサシステム。
52. A chemical sensor system substantially as shown and described in one or more of the accompanying drawings.
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