JP2009216458A - ガス濃度分布計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で携帯可能であり従来に比べ空間中のガスの濃度分布をより精密により早く計測可能なガス濃度分布計測装置を提供することである。
【解決手段】ガス濃度分布計測装置１０は：複数の異なる位置における所定のガスの濃度を測定する複数のガス検知器１２を含むガス検知部１４と；複数のガス検知器の位置情報を測定するガス検知器位置情報測定部１６と；複数のガス検知器が測定したガス濃度測定値と、複数のガス検知器がガス濃度測定を終了した時点で上記位置情報測定部により測定された複数のガス検知器の位置情報と、が入力され、これら測定値及び位置情報を基に少なくとも２次元空間の所定のガス濃度の分布を表示するガス濃度分布表示ユニット１８と；を備える。ガス検知器が、球形状の一部により円環状に連続しており弾性表面波を周回させる弾性表面波周回路を少なくとも１つ含む弾性表面波素子を含む。
【選択図】図３

Description

この発明は、空間中のガスの濃度分布を計測するガス濃度分布計測装置に関係している。

従来から、安価で携帯可能であって空間中のガスの濃度分布をより精密により早く計測可能なガス濃度分布計測装置が求められている。

現在、半導体式ガス検知器を使用して片手で持つことが可能な大きさで所定のガスの濃度を測定可能な種々のガス濃度分布計測装置が知られている。種々の従来の半導体式ガス検知器の中には、所定のガスの濃度を測定するのに比較的時間が掛かるものがあるし、短時間で所定のガスの濃度を測定することが出来るものもある。

所定のガスの濃度を測定するのに比較的時間が掛かる半導体式ガス感知器を１個のみ使用しているガス濃度分布計測装置を１台のみ使用して空間中の所定のガスの濃度分布を測定するには多くの時間が掛かるし、測定の間に空間中の所定のガスの濃度分布が大きく変わる可能性が非常に大きい。

所定のガスの濃度を測定するのに比較的時間が掛かる半導体式ガス検知器を１個のみ使用したガス濃度分布計測装置を複数台使用すれば、空間中の所定のガスの濃度分布を測定するのに要する時間を大きく減少させることは出来る。しかしながら、それでも測定の間に空間中の所定のガスの濃度分布が変わる可能性が大きい。また、複数台のガス濃度分布計測装置を使用するので、測定の為の準備作業が煩雑である。

そして、空間中の複数の種類のガスの濃度分布を測定するには、空間中の特定の種類のガスの濃度分布を測定するために特定の種類のガスの濃度を測定する為の半導体式ガス検知器を１個のみ使用したガス濃度分布計測装置が複数台必要となるので、濃度測定が必要となるガスの種類の数に比例して、さらに多くのガス濃度分布計測装置が必要となる。

複数の種類のガスの濃度を測定するための複数の種類の半導体式ガス検知器を複数個使用したガス濃度分布計測装置を使用しても、空間中の複数の種類のガスの濃度分布を測定するには上述した如きガス濃度分布計測装置を複数個使用しなければならないので、測定の為の準備作業が依然として煩雑である。しかも所定のガスの濃度を測定するのに比較的時間が掛かる半導体式ガス検知器を使用していれば、測定の間に空間中の複数のガスの濃度分布が変わる可能性が大きい。

短時間で所定のガスの濃度を測定することが出来る半導体式ガス感知器は、所定のガスの濃度変化に従い酸化錫の電気抵抗値が変化することを利用している。しかしながらこの半導体式ガス感知器は所定のガスの濃度の低下に対しては応答に時間がかかる。また、このような半導体式ガス感知器を使用する場合には、酸化錫を高温に加熱する必要がある。従って、このような半導体式ガス感知器を可燃性のガスを含む複数種類のガスの濃度の測定には使用できない。さらにこのような半導体式ガス感知器を可燃性のガスを含まない複数種類のガスの濃度の測定に使用する場合でも、高温に加熱された酸化錫がその周囲のガスに対流を生じさせるので、複数の種類のガスの濃度分布の測定の精度に限界がある。

この発明は上記事情の下でなされ、この発明の目的は、安価で携帯可能であって上述した従来のガス濃度分布計測装置に比べ空間中のガスの濃度分布をより精密により早く計測可能なガス濃度分布計測装置を提供することである。

上述したこの発明の目的を達成する為に、この発明に従ったガス濃度分布計測装置は：相互に異なった複数の位置における所定のガスの濃度を測定する複数のガス検知器を含むガス検知部と；複数のガス検知器の位置情報を測定するガス検知器位置情報測定部と；そして、ガス検知部の複数のガス検知器が測定したガス濃度の測定値と、複数のガス検知器がガス濃度の測定を終了した時点でガス検知器位置情報測定部により測定された複数のガス検知器の位置情報と、が入力され、これらガス濃度の測定値とこれらガス検知器の位置情報とを基に、少なくとも２次元空間における所定のガス濃度の分布を表示するガス濃度分布表示ユニットと；を備えており、上記ガス検知器が、球形状の一部により円環状に連続しており弾性表面波を周回させる弾性表面波周回路を少なくとも１つ含む弾性表面波素子を含む、ことを特徴としている。

上述した如く構成されたことを特徴とするこの発明に従ったガス濃度分布計測装置では、ガス検知部の複数のガス検知器の夫々が、球形状の一部により円環状に連続しており弾性表面波を周回させる弾性表面波周回路を少なくとも１つ含む弾性表面波素子を含んでいる。このような弾性表面波素子を含むガス検知器は、弾性表面波周回路に接した所定のガスの濃度を２秒以内に精密に測定することが可能であるし、構成も簡易である。

上述した如く構成されたことを特徴とするこの発明に従ったガス濃度分布計測装置ではさらに、ガス検知部の複数のこのようなガス検知器が素早く精密に測定したガス濃度の測定値と、複数のガス検知器がガス濃度の測定を終了した時点でガス検知器位置情報測定部により測定された複数のガス検知器の位置情報と、が入力されたガス濃度分布表示ユニットが、これらガス濃度の測定値とこれらガス検知器の位置情報とを基に、少なくとも２次元における所定のガス濃度の分布を表示する。

従って、この発明に従ったガス濃度分布計測装置は、安価で携帯可能であって、前述した従来のガス濃度分布計測装置に比べ空間中のガスの濃度分布をより精密により早く計測可能である。

［第１の実施の形態］
最初に、図１乃至図４を参照しながらこの発明の第１の実施の形態に従ったガス濃度分布計測装置１０について説明する。

図１中に、この発明の第１の実施の形態に従ったガス濃度分布計測装置１０の全体の正面が概略的に示されている。

ガス濃度分布計測装置１０は：相互に異なった複数の位置における所定のガスの濃度を測定する複数のガス検知器１２を含むガス検知部１４と；複数のガス検知器１２の位置情報を測定するガス検知器位置情報測定部１６と；そして、ガス検知部１４の複数のガス検知器１２が測定したガス濃度の測定値と、複数のガス検知器１２がガス濃度の測定を終了した時点でガス検知器位置情報測定部１４により測定された複数のガス検知器１２の位置情報と、が入力され、これらガス濃度の測定値とこれらガス検知器１２の位置情報とを基に、少なくとも２次元空間における所定のガス濃度の分布を表示するガス濃度分布表示ユニット１８と；を備えている。

この実施の形態において複数のガス検知器１２は、直線状の棒状の支持体２０上に所定の間隔（この実施の形態では、所定の等間隔）に支持されていて、棒状の支持体２０の一端部がガス濃度分布表示ユニット１８の外装ハウジングの所定の位置に固定されている。

ガス検知器位置情報測定部１６もまた、ガス濃度分布表示ユニット１８の外装ハウジングに固定されている。ガス濃度分布表示ユニット１８は、外装ハウジングの外表面に露出した表示装置１８ａ、この実施の形態では液晶表示装置、を含んでいる。

ガス検知器位置情報測定部１６は、図示しない公知の加速度センサ及び角速度センサの少なくともいずれか一方を備えており、この実施の形態では図示しない公知の加速度センサ及び角速度センサの両方を備えている。加速度センサ及び角速度センサの夫々は少なくともＸ軸とＹ軸方向の２方向に作用可能であり、好ましくはさらにＺ軸方向を加えた３方向に作用可能である。

ガス検知器１２は、図２中に拡大して示されている如く、球形状の一部により円環状に連続しており弾性表面波を周回させる弾性表面波周回路２２ａを少なくとも１つ含む弾性表面波素子２２を含む。

このような弾性表面波素子２２は公知である。弾性表面波素子２２はその表面に沿い弾性表面波を励起できるとともに所定の方向に弾性表面波を伝搬可能に構成された基材２２ｂを含んでいる。基材２２ｂは、弾性表面波を励起させることが出来ず伝搬させることが出来ない材料で球形状の一部により円環状に連続している表面領域を含む形状（例えば、球形状又は樽形状）に形成された本体の上記表面領域に弾性表面波励起伝搬材料（例えば、圧電材料）を付着させることにより形成することが出来るし、弾性表面波を励起させることが出来るとともに球形状の一部により円環状に連続している表面領域に弾性表面波を伝搬可能な材料（例えば、水晶やランガサイト）により形成することが出来る。

現在では、上記表面領域の直径が３ｍｍ程度の曲面を持つ基材２２ｂが使用可能になっている。

水晶やランガサイトは、それらを加工して球形状の一部により円環状に連続している表面領域を含む形状（例えば、球形状又は樽形状）に形成する際に、それらの結晶面が上記表面領域に沿い延出するよう加工することにより、上記結晶面が上記表面領域に露出した線に沿い弾性表面波を非常に良好に伝搬させることが出来ることが分かっている。

弾性表面波周回路２２ａには、弾性表面波励起要素としてこの実施の形態ではすだれ状電極２２ｃが載置されている。すだれ状電極２２ｃに、高周波バースト電流を負荷することにより弾性表面波周回路２２ａに沿い弾性表面波が励起され、弾性表面波はすだれ状電極２２ｃの複数の枝に対し直交する方向に向かい伝搬される。すだれ状電極２２ｃは、弾性表面波周回路２２ａを周回した弾性表面波を受信し、その受信強度に対応した信号電圧を発生させる弾性表面波受信要素としても機能する。

すだれ状電極２２ｃは、支持体２０の表面に沿い、又は支持体２０内を、ガス濃度分布表示ユニット１８の外装ハウジングに向かい延出した図示しない電線により、上記外装ハウジングに収容されている図示されていない公知の弾性表面波素子制御部に接続される。上記図示されていない公知の弾性表面波素子制御部は、すだれ状電極２２ｃに弾性表面波の励起の為の高周波電流をバースト状に供給する図示されていない公知の高周波電源と、すだれ状電極２２ｃが受信した弾性表面波の強度に対応して発生した信号電圧を受け入れる図示されていない信号受信回路と、を含んでいる。

弾性表面波励起伝搬可能な表面に励起され伝搬される弾性表面波は、通常、所定の方向に向かい伝搬する間に伝搬する方向に対し直交する方向に徐々に拡散してしまいその強度が弱まる。

しかしながら、弾性表面波を励起させ伝搬させることが出来るとともに球形状の一部により円環状に連続している表面領域に沿い上記円環状に連続している方向に向かい弾性表面波を励起させ伝搬させる際に、弾性表面波の周波数や上記表面領域において上記円環状に連続している方向に対し直交する方向の長さ等を所定の条件を満たすように設定することにより、上記表面領域を上記円環状に連続している方向に向かい伝搬する弾性表面波を上記伝搬する方向に対し直交する方向に拡散させることなく伝搬させること出来ることが既に知られている。（例えば、K. Yamanaka, S. Ishikawa, N. Nakaso, N. Takada, D.Y. Sim, T. Mihara, A.Mizukami, I. Satoh, S. Akao and Y. Tsukahara, “Ultramultiple roundtrips of surface acoustic wave on sphere realizing innovation of gas sensors”, IEEE Trans. UFFC, 53 (2006), pp. 793-801を参照）
上記表面領域を上記円環状に連続している方向に向かい伝搬する弾性表面波は、伝搬する方向に対し直交する方向に拡散しないので、その強さを維持したままで上記表面領域を上記円環状に連続している方向に向かい繰り返し理論上は無限に周回することが出来る。

とはいうものの上記表面領域を伝搬する弾性表面波は、それが伝搬する環境が変わればその速度（即ち、１回の周回に要する時間）や強度を変化させる。特に、上記表面領域にある物質が付着するとその付着量に応じた質量効果により、上記表面領域を伝搬する弾性表面波の速度や強度を大きく変化させる。

従って上記環境が変化する前と後で上記表面領域を伝搬する弾性表面波の速度及び／又は強度を比較することにより、上記環境の変化の程度を知ることが出来ることになる。なお、上記表面領域を伝搬している弾性表面波のピックアップは、上記弾性表面波励起要素、この実施の形態ではすだれ状電極２２ｃ、により実行可能である。

そして、上記表面領域（この実施の形態では、弾性表面波周回路２２ａ）を伝搬する距離（この実施の形態では、弾性表面波周回路２２ａを周回する回数）が大きくなればなるほど、上記変化が拡大されて、上記変化を明瞭に、即ち精密に、測定可能になる。

例えば、上記環境中の所定のガスの濃度のみが変化するのであれば、上記環境の変化とは上記所定のガスの濃度の変化であることを意味している。

上記環境中の所定のガスの濃度の変化のみをより効率良く正確に測定するのであれば、上記表面領域の少なくとも一部に上記所定のガスにのみ感応するガス感応膜を設ければよい。このようなガス感応膜は、例えば所定のガスのみを吸収又は吸着する物質により構成することが出来、例えば、パラジウム−ニッケル合金は、水素ガスを非常に良く吸着することで知られている。

なおここでいう弾性表面波とは、固体の表面や固体の表面に隣接してエネルギーを集中して伝搬する弾性波の全てを含んでいる。このような弾性波としては、例えば、レイリー波や、多少エネルギーを上記固体に漏洩しながら伝搬するセザワ波や、ＳＨ波や、また上記固体の表面に弾性表面波伝搬可能な膜が存在している場合のみ上記膜中を伝搬するラブ波や、或いは回廊波が知られている。

弾性表面波素子２２は、弾性表面波が伝搬する弾性表面波周回路２２ａ以外の領域が支持体２０の表面の所定の位置に例えば接着剤などの公知の支持手段により支持されている。

詳細には、この実施の形態では、支持体２０の表面の所定の位置に台座２０ａが固定されていて、台座２０ａには弾性表面波素子２２の基材２２ｂにおいて弾性表面波周回路２２ａを除いた領域の一部が着座された凹所２０ｂが形成されている。凹所２０ｂからは支持体２０中をガス濃度分布表示ユニット１８の外装ハウジングまで延出した通気孔２０ｃが形成されていて、通気孔２０ｃの延出端は上記外装ハウジングの内部に収容されている公知の吸気ユニット２０ｄに接続されている。

台座２０ａにはさらに、凹所２０ｂに着座された弾性表面波素子２２の周囲を覆うフィルタ２０ｅが設けられている。フィルタ２０ｅは、気体透過性材料（例えば、多孔性物質）により構成されており、弾性表面波素子２２の弾性表面波周回路２２ａにガスを除く異物、例えば固体物質、が接触するのを防止する。

このようなフィルタ２０ｅとしては、例えば日本精線（株）により製造され商品名NAScleanとして販売されているフィルタを使用することが出来る。このフィルタは、微細なステンレス鋼短繊維（直径１μｍ）を層状に焼結したメタルメンブレンフィルタであり、ガスの透過性を保持しながら０．０３μｍ以上の粒子の完全除去を行なうことが出来る。

そして、上記公知の吸気ユニット２０ｄは、通気孔２０ｃを介して、台座２０ａ上でフィルタ２０ｅにより囲まれている空間のガスをその周囲のガスと２秒以内に入れ替えることが出来る。即ち、上記公知の吸気ユニット２０ｄは、通気孔２０ｃと協働して、ガス交換要素を構成している。

上記環境中の所定のガスの濃度の変化のみをより効率良く正確に測定するためには、前述した如く上記表面領域の少なくとも一部に上記所定のガスのみに感応するガス感応膜を設ければ良いが、その代わりに所定のガスのみを透過させるフィルタにより弾性表面波素子２２を覆っても良い。例えば、特開２００７−２７１５７７号公報には、水素ガスのみを過させるフィルタが開示されている。

次に、上述した如く構成されているこの発明の第１の実施の形態に従ったガス濃度分布計測装置１０の代表的な使用方法を、図３及び図４を参照しながら以下に説明する。

ガス濃度分布計測装置１０は、所望の空間において１種類のガスの濃度の分布のみが均一でない場合おいて１種類のガスの濃度の分布を測定することが出来る。

ガス濃度分布計測装置１０を、図３中の左側に示す如く、上記所望の空間におけるガス計測開始位置（初期位置）に保持し、複数のガス検知器１２を使用して上記所望の空間における複数のガス検知器１２が配置されている複数の位置のガスの濃度を測定する。複数のガス検知器１２の夫々がガスの濃度に応じて発信する信号電圧はガス濃度分布表示ユニット１８の外装ハウジングに収容されている前述した図示されていない公知の弾性表面波素子制御部の信号受信回路に送信される。

ガス濃度分布表示ユニット１８はこれら信号電圧（即ち、ガス濃度の測定値）と、複数のガス検知器１２がガス濃度の測定を終了した時点でガス検知器位置情報測定部１４により測定された複数のガス検知器１２の位置情報（図３中の左側に示す初期位置）と、が入力され、これらガス濃度の測定値とこれらガス検知器１２の位置情報とを基に、図３中の左側に示す初期位置での２次元における所定のガス濃度の直線状の分布Ｄ１を表示装置１８ａに表示する。

次に図３中の左側に示す初期位置からガス濃度分布計測装置１０を図３中の右側に示す終了位置まで水平に直線状に移動させる。なお、室内の気体は、エアコンディショナーや扇風機等の送風器が無い場合、秒速０．２ｍ以下でしか移動しない。従って、上記初期位置から上記終了位置までの移動距離を２ｍと仮定した場合、この移動距離を１０秒以下（２ｍ÷０．２ｍ／秒＝１０秒）で移動させ、上記初期位置と上記終了位置の他に上記初期位置と上記終了位置の間の最低４ケ所で複数のガス検知器１２の夫々がガスの濃度を測定できれば、ガス検知部１０の支持体２０が走査した図３中の左側に示す初期位置から図３中の右側に示す終了位置までの四角形状の水平な空間領域におけるガス濃度の概略的な分布（図３中では２点鎖線で示した縞模様）を得ることが出来る。

そして上記１０秒の間に最低４ケ所で複数のガス検知器１２の夫々がガスの濃度を測定するには、上記最低４ケ所の中の１ケ所当たり２秒以内でガスの濃度を測定することが出来れば良く、このような時間の制限内でガスの濃度を精密に測定することは複数のガス検知器１２の夫々が弾性表面波素子２２により構成されていることにより可能になっている。しかも図２中に図示されている如く夫々のガス検知器１２の弾性表面波素子２２をフィルタ２０ｅにより覆った場合でも、公知の吸気ユニット２０ｄが、通気孔２０ｃを介して、台座２０ａ上でフィルタ２０ｅにより囲まれている空間のガスをその周囲のガスと２秒以内に入れ替えることが出来るので、上記時間の制限内で複数のガス検知器１２の夫々の弾性表面波素子２２はフィルタ２０ｅの外側に隣接したガスの濃度を正確に測定することが出来る。

ガス濃度分布表示ユニット１８は、上記移動中に複数のガス検知器１２がガスの濃度を上記初期位置と上記終了位置の他に上記初期位置と上記終了位置の間の上述した最低４箇所で測定する度にその位置での複数のガス検知器１２により測定された直線状のガスの濃度の分布を、例えば図３の左側の初期位置のガス濃度分布表示ユニット１８の表示装置１８ａ上に参照符号Ｄ１で示されている如く、また図３の右側の終了位置のガス濃度分布表示ユニット１８の表示装置１８ａ上に参照符号Ｄ６で示されている如く、表示装置１８ａ上に表示できる。

ガス濃度分布表示ユニット１８は、さらに、上記初期位置から上記終了位置に至るまでに複数の位置の夫々で複数のガス検知器１２が測定した直線状のガスの濃度分布Ｄ１，…Ｄ６を基礎に、ガス検知部１０の支持体２０が走査した図３中の左側に示す初期位置から図３中の右側に示す終了位置までの四角形状の水平な空間領域において２点鎖線の縞模様で図示されているガス濃度の実際の概略的な分布に対応して、図３中の右側の終了位置のガス濃度分布計測装置１０のガス濃度分布表示ユニット１８の表示装置１８ａの四角形状の領域に実線の縞模様で図示されている如く表示することが出来る。

なおガス濃度分布表示ユニット１８は、上記初期位置を基準とした上記移動中の複数のガス検知器１２の位置をガス検知器位置情報測定部１６により知ることが出来る。

図４には、上述した如く構成されているこの発明の第１の実施の形態に従ったガス濃度分布計測装置１０の別の代表的な使用方法が、図示されている。

ここではガス濃度測定開始位置（図３中の左端の初期位置）に配置されたガス濃度分布計測装置１０を、ガス濃度分布表示ユニット１８を中心に複数のガス検知器１２を支持している支持体２０の先端を時計回り方向に２ｍ離れたガス測定終了位置（図３中の右端の終了位置）まで移動させる間の最低４箇所で支持体２０上の複数のガス検知器１２の夫々によりガスの濃度測定を行なわせる様子が図示されている。

この結果として、ガス検知部１４の支持体２０が走査した図４中の左側に示す初期位置から図４中の右側に示す終了位置までの扇形状の水平な領域におけるガス濃度の概略的な分布（図４中では２点鎖線で示した縞模様）を得ることが出来る。

そしてガス濃度分布表示ユニット１８は、上記初期位置から上記終了位置に至るまでに複数の位置の夫々で複数のガス検知器１２が測定した直線状のガスの濃度分布Ｄ１，…Ｄ６を基礎に、ガス検知部１０の支持体２０が走査した図４中の左端に示す初期位置から図４中の右端に示す終了位置までの扇形状の水平な領域において２点鎖線の縞模様で図示されているガス濃度の実際の概略的な分布に対応して、図４中の右端の終了位置のガス濃度分布計測装置１０のガス濃度分布表示ユニット１８の表示装置１８ａ中の扇型の領域に実線の縞模様で図示されている如く表示することが出来る。

図３及び図４中に図示されていた２つの代表的な使用法ではガス検知部１４の支持体２０が、初期位置から終了位置まで水平方向に四角形状又は扇形状に走査し、これら水平方向の四角形状又は扇形状の２次元領域のガスの濃度分布を測定し、その測定結果をガス濃度分布表示ユニット１８の表示装置１８ａ上に表示させていたが、ガス検知部１４の支持体２０を垂直方向や斜め方向にも移動させることにより垂直方向や斜め方向に向かう四角形状又は扇形状の２次元領域のガスの濃度分布を測定し、その測定結果をガス濃度分布表示ユニット１８の表示装置１８ａ上に表示させることも出来る。

［ガス検知器の第１の変形例］
前述した第１の実施の形態に従ったガス濃度分布計測装置１０においては、ガス検知器１２として弾性表面波素子２２を１個使用している。前述した如く弾性表面波素子２２は、精密にその周囲の環境の変化を測定することが出来る。しかしながら、そのことが、精密なガス濃度の計測の為の障害になる。

即ち、周囲の環境の温度の変化による弾性表面波素子２２の基材２２ｂの僅かな弾性的な変化や、周囲の環境の圧力の変化が弾性表面波素子２２の基材２２ｂの弾性表面波周回路２２ａに沿い伝搬している弾性表面波の振動に変化をもたらす。そして、これらの変化は、弾性表面波素子２２の基材２２ｂの弾性表面波周回路２２ａに沿い伝搬している弾性表面波が弾性表面波周回路２２ａを１周するのに要する時間（１周回時間）を変動させる。このことは、同じ濃度のガスを弾性表面波素子２２により計測した場合でも、弾性表面波素子２２の周囲の温度や圧力が異なっている場合には、僅かではあるが相互に異なっている計測結果がでることを意味している。

従って、弾性表面波素子２２を使用してより精密にガスの濃度を計測するには、前述した如くガスの濃度に対応している弾性表面波素子２２における弾性表面波の所望の１周回時間から、上記計測の間における弾性表面波素子２２の周囲の温度や圧力の変動の影響による１周回時間の変動量を取り除く必要がある。

その為の第１の変形例に従ったガス検知器１２´が図５中に図示されている。

第１の変形例に従ったガス検知器１２´は、支持体２０の所定の位置に固定されている台座２０ａの凹所２０ｂに第１の弾性表面波素子２２´の樽形状の基材２２´ｂの一側面が着座されており、さらに第１の弾性表面波素子２２´の樽形状の基材２２´ｂの他側面に第２の弾性表面波素子２２´´の樽形状の基材２２´´ｂの一側面が固定されている。第１の弾性表面波素子２２´の樽形状の基材２２´ｂと第２の弾性表面波素子２２´´の樽形状の基材２２´´ｂとは相互に同じ寸法である。そして、第１の弾性表面波素子２２´と第２の弾性表面波素子２２´´の一方の弾性表面波周回路２２ａの少なくとも一部にはすだれ状電極２２ｃの他に所定のガスのみに感応するガス感応膜が設けられており、他方の弾性表面波周回路２２ａにはすだれ状電極２２ｃの他に何も設けられていない。

台座２０ａ上の第１の弾性表面波素子２２´と第２の弾性表面波素子２２´´とは前述したフィルタ２０ｅを伴った覆い２０ｆにより覆われている。覆い２０ｆは、台座２０ａ上の第１の弾性表面波素子２２´と第２の弾性表面波素子２２´´とを外力による損傷から防護している。

このように構成されている第１の変形例に従ったガス検知器１２´においては、第１の弾性表面波素子２２´と第２の弾性表面波素子２２´´の夫々のすだれ状電極２２ｃに対し同時に同じ高周波信号がバースト状に負荷され、同じ強度の弾性表面波が励起され伝搬される。

そして、第１の弾性表面波素子２２´と第２の弾性表面波素子２２´´の夫々において弾性表面波周回路２２ａを所定の回数周回した後の弾性表面波を夫々のすだれ状電極２２ｃによりピックアップし、多周回した後の所定の時刻の位相や強度、あるいは所定回周回するために必要な遅延時間を比較する。そして第１の弾性表面波素子２２´と第２の弾性表面波素子２２´´において弾性表面波周回路２２ａの少なくとも一部に所定のガスのみに感応するガス感応膜が設けられている一方の弾性表面波周回路２２ａのすだれ状電極２２ｃにより上述した如くピックアップされた弾性表面波の受信強度或いは上述した遅延時間から、第１の弾性表面波素子２２´と第２の弾性表面波素子２２´´において弾性表面波周回路２２ａに所定のガスのみに感応するガス感応膜が設けられていない他方の弾性表面波周回路２２ａのすだれ状電極２２ｃにより上述した如くピックアップされた弾性表面波の受信強度或いは上述した遅延時間を差し引けば、それらの差異が前述した所定のガスの濃度により精密に対応した測定値となる。

［ガス検知器の第２の変形例］
図６中に図示されている如く、第２の変形例に従ったガス検知器１２´´は、支持体２０の所定の位置に固定されている台座２０ａの凹所２０ｂに１個の球形状の弾性表面波素子２２´´´が着座されている。

この弾性表面波素子２２´´´の基材２２´´´ｂは、弾性表面波を励起可能な材料により形成されていて、その表面に球形状の一部により円環状に連続しており弾性表面波を周回させることが可能な複数の弾性表面波周回路２２´ａを含んでいる。このような基材は、例えばニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどが知られている。そして、複数の弾性表面波周回路２２´ａの１つにすだれ状電極２２ｃの他に所定のガスのみを吸収又は吸着する物質が設けられており、別の１つの弾性表面波周回路２２´ａにはすだれ状電極２２ｃの他に何も設けられていない。

このような、第２の変形例に従ったガス検知器１２´´は、図５を参照しながら前述した第１の変形例に従ったガス検知器１２´と同じ機能、即ちガスの濃度測定の結果から温度や圧力の変動による影響を排除する、を果たすことが出来る。そのことに加えて、第２の変形例に従ったガス検知器１２´´は１個の球形状の弾性表面波素子２２´´´しか使用しないので、２個の樽形状の弾性表面波素子２２´及び２２´´を必要としている図５を参照しながら前述した第１の変形例に従ったガス検知器１２´よりも構成が簡素で製造や組み立てが容易となり、また外形寸法が小型になる。

なお、第２の変形例に従ったガス検知器１２´´のように、複数の弾性表面波周回路２２´ａを含んでいる基材２２´´´ｂを使用した弾性表面波素子２２´´´を使用する場合には、複数の弾性表面波周回路２２´ａに相互に異なる種類のガスのみに感応するガス感応膜を設けることにより、１つの弾性表面波素子２２´´´により相互に異なる種類のガスの濃度を測定することが可能になるし、さらには、そのようなガス感応膜を設けない弾性表面波周回路２２´ａに相互に異なる種類のガスに感応するガス感応膜を設けた複数の弾性表面波周回路２２´ａに対するのと同様に同時に同じ強度で同じ周波数のバースト状の高周波信号を適用し、この高周波信号によりこれらの弾性表面波周回路２２´ａに励起され伝搬される弾性表面を同じ周回数でピックアップし、それらを比較校正することで、前述した如く温度や圧力の変動の影響を排除して相互に異なる種類のガスの濃度を同時に精密に測定することが可能になる。

図６中に図示されている第２の変形例に従ったガス検知器１２´´においても、支持体２０の所定の位置に固定されている台座２０ａの凹所２０ｂに着座されている弾性表面波素子２２´´´は、前述したフィルタ２０ｅを伴った覆い２０ｆにより覆われている。

前述した第１の実施の形態及びその第１及び第２の変形例に従ったガス濃度分布計測装置１０では、複数のガス検知器１２，１２´，又は１２´´が棒状の支持体２０上の互いに異なる位置に配置されていて、ガス検知器１２，１２´，又は１２´´を覆うフィルタ１２ｅで囲まれた空間内のガス交換に要する時間を短縮する為に支持体２０において複数のガス検知器１２，１２´，又は１２´´に対応した複数の位置が通気孔２０ｃにより吸気ユニット２０ｄに連通されていた。

このような構成に代わり、棒状の支持体２０上の上述した互いに異なる位置から複数のガス検知器１２，１２´，又は１２´´を除去し、代わりに、支持体２０の上記互いに異なる位置からガス濃度分布表示ユニット１８の外装ハウジング中に延びてきた複数の通気孔２０ｃ中で吸気ユニット２０ｄの手前に複数のガス検知器１２，１２´，又は１２´´を配置することも出来る。この場合には、支持体２０の上記互いに異なる位置から通気孔２０ｃを介し吸気ユニット２０ｄにより吸引されたガスがガス濃度分布表示ユニット１８の外装ハウジング中で通気孔２０ｃ内に配置されているガス検知器１２，１２´，又は１２´´に到達するまでの時間をガス濃度分布の作成時に考慮する必要が在るが、ガス検知器１２，１２´，又は１２´´の弾性表面波素子２２，２２´，２２´´，又は２２´´´を上記外装ハウジング中に収容されている前記弾性表面波素子制御部に近接して配置することができるので前記弾性表面波素子制御部によりさらに精密にガス検知器１２，１２´，又は１２´´の弾性表面波素子２２，２２´，２２´´，又は２２´´´の動作を制御することが出来るし、弾性表面波素子２２，２２´，２２´´，又は２２´´´の温度管理や保守管理がより容易になる。

［第２の実施の形態］
以下に、図７を参照しながらこの発明の第２の実施の形態に従ったガス濃度分布計測装置３０について説明する。

ガス濃度分布計測装置３０は：相互に異なった複数の位置において夫々の位置で２秒以内に所定のガスの濃度を測定するガス検知器３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，そして３２ｅを含むガス検知部３４と；複数種類のガス検知器３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，そして３２ｅの図７の紙面に対して平行な方向（Ｘ方向，Ｙ方向）の位置情報に加え図７の紙面に対し直交する方向（Ｚ方向）の位置情報を測定するガス検知器位置情報測定部３６と；そして、ガス検知部３４の複数種類のガス検知器３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，そして３２ｅが測定したガス濃度の測定値と、複数種類のガス検知器３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，そして３２ｅがガス濃度の測定を終了した時点でガス検知器位置情報測定部３６により測定されたガス検知器３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，そして３２ｅの位置情報と、が入力され、これらガス濃度の測定値とこれらガス検知器３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，そして３２ｅの位置情報とを基に、３次元における所定のガス濃度の分布を表示するガス濃度分布表示ユニット３８と；を備えている。

この実施の形態では、支持体４０上で図７の縦方向に同一種類のガス検知器３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，又は３２ｅの複数が相互に等間隔で配置されて列を構成しているとともに、図７の横方向に同一種類のガス検知器３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，又は３２ｅにより夫々が構成されている複数の列が相互に等間隔で配列されている。

ガス検知器３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，又は３２ｅの夫々は、例えば図２中に図示されているガス検知器１２と同様に図示しない弾性表面波素子により構成されている。 ガス検知部３４の板状の支持体４０の一部がガス濃度分布表示ユニット３８の外装ハウジングの所定の位置に固定されている。ガス検知器位置情報測定部３６もまた、ガス濃度分布表示ユニット３８の外装ハウジングに固定されている。ガス濃度分布表示ユニット３８は、外装ハウジングの外表面に露出した表示装置３８ａ、この実施の形態では液晶表示表示装置、を含んでいる。

ガス検知器位置情報測定部３６は、図示しない公知の加速度センサ及び角速度センサの少なくともいずれか一方を備えており、この実施の形態では図示しない公知の加速度センサ及び角速度センサの両方を備えている。加速度センサ及び角速度センサの夫々は少なくともＸ軸とＹ軸方向の２方向に作用可能であり、さらにＺ軸方向を加えた３方向に作用可能である。

このように構成されているこの発明の第２の実施の形態に従ったガス濃度分布計測装置３０は、図１乃至図４を参照しながら前述したこの発明の第１の実施の形態に従ったガス濃度分布計測装置１０と同様に使用する。

このように構成されているこの発明の第２の実施の形態に従ったガス濃度分布計測装置３０の機能が、図１乃至図４を参照しながら前述したこの発明の第１の実施の形態に従ったガス濃度分布計測装置１０の機能と異なっているのは、２次元的に配置されたガス検知器３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを垂直方向に動かすことで３次元空間におけるガス濃度分布の測定とその表示を行うことである。

［ガス検知部の複数のガス検知器による所定のガスの濃度の高速度測定方法］
図１乃至図４を参照しながら前述したこの発明の第１の実施の形態に従ったガス濃度分布計測装置１０においては、ガス検知部１４は支持体２０上に支持されている複数のガス検知器１２について支持体２０の１つの移動位置において複数のガス検知器１２のすべてが所定のガスの濃度を測定するのに要する時間は短かければ短いほど良い。

なぜならば、所定の空間において所定のガスの濃度の計測を開始する初期位置から所定のガスの濃度の計測を終了する終了位置までの間で支持体２０の複数のガス検知器１２のすべてが所定のガスの濃度を測定できる移動位置の数を増大させることができるし、また１つの移動位置で支持体２０の複数のガス検知器１２のすべてに所定のガスの濃度を繰り返し測定させることが出来るからである。そして前者の場合には、所定のガスの濃度分布を測定する為に支持体２０が走査する２次元における所定のガスの濃度の分布をより細やかに測定することを可能にする。また後者の場合には、所定のガスの濃度分布を測定する為に支持体２０が走査する２次元における所定のガスの濃度の測定値の精度をより高めることが出来る。また、支持体２０の動きに合わせて所定のガスの濃度分布をリアルタイムに表示装置１８ａに表示をすることが好ましい。

同じことは、図７を参照しながら前述したこの発明の第２の実施の形態に従ったガス濃度分布計測装置３０についても言える。

通常は、上述した１つの測定位置において支持体２０の複数のガス検知器１２は、ガス濃度分布表示ユニット１８の外装ハウジングに収容されている前述した図示されていない公知の弾性表面波素子制御部により１つ１つ順番に所定のガスの濃度測定を行なわされる。これは、前述した図示されていない公知の弾性表面波素子制御部の構成を簡素にし、前述したこの発明の第１の実施の形態に従ったガス濃度分布計測装置１０の製造コストを抑制する為とガス濃度分布計測装置１０の外形寸法及び重量を出来る限り抑制し、またガス濃度分布計測装置１０の駆動に要する電力を抑制してガス濃度分布計測装置１０の為の電源の容量を小さく出来てガス濃度分布計測装置１０の携帯性を向上させる為である。

とはいうものの、上述した１つの測定位置において支持体２０の複数のガス検知器１２に所定のガスの濃度を１つ１つ順番に測定させるこのような従来の所定のガスの濃度の測定方法では、ガス検知部１４の支持体２０上に支持されている複数のガス検知器１２について支持体２０の１つの移動位置において複数のガス検知器１２のすべてが所定のガスの濃度を測定するのに要する時間を短縮させるには限度がある。

次には、ガス検知部１４の複数のガス検知器１２による所定のガスの濃度をより高速度に測定する為の方法について図８乃至図１０を参照しながら説明する。

図８中に図示されている如く、ガス検知部１４の前述した弾性表面波素子制御部５０は、設定周波数発生装置（高周波信号発生手段）５２、設定長バースト切り出し装置５４、送信スイッチ装置（切替手段）５６、受信スイッチ装置５８Ａ，５８Ｂ，〜５８Ｎ、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）６０、検波装置６２、加算装置６４、平均化装置６６、記憶装置６８、そしてインターフェース（ＩＦ）７０を備えている。弾性表面波素子制御部５０は、ガス濃度分布表示ユニット１８の外装ハウジングに格納されておりガス濃度分布計測装置１０の全体の動作を制御する制御装置７２に接続されていて、制御装置７２にはガス濃度分布表示ユニット１８の表示装置１８ａ及び入力装置１８ｂも接続されている。

設定周波数発生装置５２は、ガス検知部１４のガス検知器１２の弾性表面波素子２２の特性に合わせた目的の周波数を励振する。ここでは、単一の設定周波数発生装置５２が高周波信号を発生する。

設定長バースト切り出し装置５４は、設定周波数発生装置５２で励振された高周波信号を任意に定めた時間長毎に切り出すスイッチ装置である。これにより、高周波バースト信号が生成される。設定長バースト切り出し装置５４は、高周波信号を切り出す時間を弾性表面波が弾性表面波周回路２２ａを１周する時間よりも短くなるように調整する。これにより、弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々から弾性表面波が弾性表面波周回路２２ａを１周する度に繰り返し出力される信号を時間分離することができる。

送信スイッチ装置５６は、設定長バースト切り出し装置５４により切り出された高周波バースト信号を弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々に切り替えながら夫々のすだれ状電極２２ｃに送信する。送信スイッチ装置５６は、弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々の弾性表面波周回路２２ａを弾性表面波が１周する時間以上の時間をかけて高周波バースト信号の入力先を順次切り替える。補足すると、高周波バースト信号の入力先の切り替えタイミングと、弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々の基材２２ｂの弾性表面波周回路２２ａの直径とは比例する。そのため、送信スイッチ装置５６は、高周波バースト信号が１５０ＭＨｚの場合、弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々の基材２２ｂが直径１ｍｍの水晶球であれば１μｓ以上の時間をかけて入力先を切り替え、上記基材２２ｂの直径が３．３ｍｍであれば３．３μｓ以上の時間が経ってから入力先を切り替える。

送信スイッチ装置５６は、弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎへの高周波バースト信号の入力先を切り替える時刻と弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎのいずれかのすだれ状電極２２ｃからの出力信号が検出される時刻とが一致する場合、高周波バースト信号の入力を待機する。これにより、入力信号の影響により出力信号が検出されなくなることを回避できるので、高精度に出力信号を検出することができる。

受信スイッチ装置５８Ａ〜５８Ｎは弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々に対応して設けられており、弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々の弾性表面波周回路２２ａに励起され周回されている弾性表面波の周回信号をすだれ状電極２２ｃから取り出すタイミングを決定する。ここで受信スイッチ装置５８Ａ〜５８Ｎは、１００周目の出力信号を解析すべき信号として弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々の弾性表面波周回路２２ａからすだれ状電極２２ｃを介して取り出す。弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々から取り出された出力信号は、ＡＤコンバータ６０に送出される。なお、上記の１００周目というのは例示であり、解析すべき出力信号を弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々の弾性表面波周回路２２ａからすだれ状電極２２ｃを介して取り出す時の周回数は弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々の特性や解析すべき信号から解析される内容に応じて任意に設定される。

ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）６０は、アナログの上記出力信号をデジタル信号に変換する。なおここでＡＤコンバータ（ＡＤＣ）６０に入力されるアナログ信号は、高周波信号の周波数をヘテロダイン方式によりダウンコンバートされた後のアナログ信号でも良い。

弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎのすだれ状電極２２ｃには、送信スイッチ装置５６により時間差を伴い高周波バースト信号が入力される。そのため、送信スイッチ装置５６が切り替え動作を行なわない間に、弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々のすだれ状電極２２ｃから取り出された出力信号がＡＤコンバータ６０に入ってくる。この結果、弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々からの出力信号は相互に分離されているので、ＡＤコンバータ６０の使用は１つだけよい。

検波装置６２は、ＡＤコンバータ６０でデジタル化された出力信号を演算により位相と強度のデータに変換する。

最初の弾性表面波素子１２Ａから最後の弾性表面波素子１２Ｎまでへの高周波バースト信号の入力は、制御装置７２により設定される「平均化回数」繰り返して実行される。

加算装置６４は、弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々のすだれ状電極２２ｃからの所定の周回数の出力信号からＡＤコンバータ６０を経て検波装置６２で変換された上記「平均化回数」の位相と強度のデータを加算する。加算装置６４は、弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎに対応した記憶領域６４Ａ〜６４Ｎを有しており、記憶領域６４Ａ〜６４Ｎの夫々は夫々において加算された上記データを一時保存する。加算装置６４は、データを演算する機能も有する。

平均化装置６６は記憶領域６４Ａ〜６４Ｎに対応した個別平均化部６６Ａ〜６６Ｎを備えている。個別平均化部６６Ａ〜６６Ｎの夫々は、最初の弾性表面波素子１２Ａから最後の弾性表面波素子１２Ｎまでへの高周波バースト信号の入力が、制御装置７２により設定される「平均化回数」繰り返して実行された後、弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々からの上記平均化回数の出力信号を平均化する。具体的には、個別平均化部６６Ａ〜６６Ｎの夫々は、加算装置６４中の対応する記憶領域６４Ａ〜６４Ｎの夫々に保存されている、上記平均化回数の出力信号に対応した上記平均化回数の位相と強度のデータの加算後の位相データと強度データを平均化する。

補足すると、弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々からの１回のみの出力信号を使用して作成した上記データにはノイズの影響が含まれていることがある。従って、上記ノイズの影響を出来る限り少なくするために、弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々からの上記平均化回数の出力信号を使用して上述した如く平均化された位相データと強度データを得る。

即ち、ｎ個目の最後の弾性表面波素子１２Ｎからの所定の周回数の出力信号に対応したデジタル信号の位相と強度のデータが記憶されると、上述した平均化回数に達するまで、再度、最初の弾性表面波素子１２Ａから最後の弾性表面波素子１２Ｎまでの夫々の所定の周回数の出力信号に対応したデジタル信号の位相と強度のデータの測定が開始される。

この間に、２回目以降の各回に行なわれる最初の弾性表面波素子１２Ａから最後の弾性表面波素子１２Ｎまでの夫々の上記データの測定は、最初の弾性表面波素子１２Ａから最後の弾性表面波素子１２Ｎまでの夫々において前回に励起され周回された弾性表面波の影響がなくなってから行なわれる必要がある。具体的には、直径１ｍｍの水晶球を基材２２ｂとして使用している弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々に入力される高周波バースト信号の周波数が１５０ＭＨｚの場合、前回に弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々に高周波バースト信号を入力してから次回に弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々に高周波バースト信号を入力するまでには１ｍｓ以上の時間を経過させれば十分である。

なお、上述した如く複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々に対応した複数の個別平均化部６６Ａ〜６６Ｎを使用して複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々の上記データの平均化された値を得る代わりに、複数の個別平均化部６６Ａ〜６６Ｎを備えずに複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎに対応して１つの共通の平均化部のみを使用する平均化装置を使用し、上記１つの共通の平均化部を複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々に、具体的には加算装置６４において複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々に対応している記憶領域６４Ａ〜６４Ｎの夫々に、順番に対応させて、複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々に対応している記憶領域６４Ａ〜６４Ｎの夫々に加算されている上記データの平均化された値を得ることも出来る。

記憶装置６８は、平均化装置６６の複数の個別平均化部６６Ａ〜６６Ｎに対応した複数の個別記憶部６８Ａ〜６８Ｎを備えている。複数の個別記憶部６８Ａ〜６８Ｎは対応している複数の個別平均化部６６Ａ〜６６Ｎにおいて平均化された上記データの値を記憶する。

複数の個別記憶部６８Ａ〜６８Ｎは対応している複数の個別平均化部６６Ａ〜６６Ｎにおいて平均化された上記データの値の他に、複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々に対応している付帯データを保存する領域も有している。

ここでは、複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの複数の個別平均化部６６Ａ〜６６Ｎに対応して複数の個別記憶部６８Ａ〜６８Ｎが設けられているが、記憶装置６８が１つの記憶部しか備えておらず、その１つの記憶部の中に複数の個別平均化部６６Ａ〜６６Ｎにおいて平均化された上記データの値、或いは複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎに対応して１つの共通の平均化部のみを使用する平均化装置を使用して前述した如く平均化された上記データの値、を相互に異なるアドレスをつけて切り分けて保存することも出来る。

記憶装置６８は、図示されていない外部の処理装置、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等、に送信できるような構成としてもよい。

インターフェース（ＩＦ）７０は、前述した各種の装置５２〜６８の夫々と、ガス濃度分布計測装置１０の全体の動作を制御する制御装置７２との間の各種のデータの中継を可能としている。具体的には、インターフェース７０は、USBやEthernet（登録商標）、Bluetooth（登録商標）、IEEE-1394、PHS、WCDMA、CDMA2000、IEEE-802.xx等の有線及び無線に関係なく命令やデータが転送できるようなものである。また、インターフェース７０は、このガス濃度分布計測装置１０が他のガス濃度分布計測装置１０と連動して動作することを可能とする。

制御装置７２は、設定周波数発生装置５２で励振される高周波信号の周波数制御や、設定長バースト切り出し装置５４が上記高周波信号を切り出す時間長の調整や、送信スイッチ装置５６が行なう弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々に対する切り替えの制御や、受信スイッチ５８Ａ〜５８Ｎが行なう弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々に対する切り替えの制御等を行ない、検知部１４の複数のガス検知器１２Ａ〜１２Ｎを使用した所定のガスの濃度の測定を開始する。

具体的には、制御装置７２は、設定周波数発生装置５２が発振した高周波信号から設定長バースト切り出し装置５４が切り出した所定の長さのバースト状の高周波信号を最初の弾性表面波素子１２Ａに入力した後に、最初の弾性表面波素子１２Ａからの所定の周回数の弾性表面波の出力信号を検出する前に、上記所定の長さのバースト状の高周波信号の入力先を２番目以降の弾性表面波素子１２Ｂ〜１２Ｎに順次切り替えるように送信スイッチ装置５６を制御する。

制御装置７２は、最初の弾性表面波素子１２Ａから最後の弾性表面波素子１２Ｎまで高周波バースト信号を入力させる回数である「平均化回数」を設定し、平均化装置６６の個別平均化部６６Ａ〜６６Ｎの演算を制御する。制御装置７２はさらに、平均化装置６６の個別平均化部６６Ａ〜６６Ｎにより平均化された後の複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々からの出力信号に対応したデジタル信号の位相と強度のデータに基づいて、複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々の弾性表面波周回路２２ａに励起され所定の周回数周回した後の弾性表面波の特性（即ち、所定のガスの濃度）を測定する。

制御装置７２は、上述した測定の結果を表示装置１８ａに表示させたり、入力装置１８ｂを介したデータ入力の受付及び入力数値のエラー処理等を行なう。

制御装置７２には、上述した測定の結果をインターフェース７０を介して図示しない外部の記憶装置に保存して管理したり、上述した測定の結果を基礎に報告書を自動的に作成したり、上述した測定の結果をインターネットを介して公開したりする機能を有することもできる。

制御装置７２はさらに、インターフェース７０を介して接続された他のガス濃度分布計測装置１０の動作の制御を行なうよう構成されていることが出来る。

入力装置１８ｂは、キーボードやマウスや専用の入力装置や表示装置１８ａの画面に接されたタッチ式入力装置であることが出来る。

次に上述した如く構成されている弾性表面波素子制御部５０により制御されたガス検知部１４の動作を、図９のフローチャート及び図１０の信号相関図を用いて説明する。

まず、設定周波数発生装置５２により、複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの特性に合わせた目的の周波数の高周波信号が作り出される（ステップＳ１）。ここで、最初の弾性表面波素子１２Ａへの高周波信号の入力が１回目である場合、設定長バースト切り出し装置５４を介して、上記高周波信号から所望の長さのバースト状の高周波信号が生成される（ステップＳ２−ＹＥＳ，ステップＳ３）。設定長バースト切り出し装置５４は、複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの弾性表面波周回路２２ａを所定の周回数だけ周回後に取り出される出力信号が相互に時間差を伴い分離されるように、弾性表面波周回路２２ａに上記バースト状の高周波信号から励起され周回された弾性表面波が弾性表面波周回路２２ａを１周する周回時間よりも長さが短いバースト状の高周波信号（高周波バースト信号）を生成させる。

次に、高周波バースト信号が、送信スイッチ装置５６により選択された受信スイッチ装置５８Ａを介して、最初の弾性表面波素子１２Ａのすだれ状電極２２ｃに入力される。

最初の弾性表面波素子１２Ａのすだれ状電極２２ｃに高周波バースト信号が入力されると、送信スイッチ装置５６は、上記高周波バースト信号により最初の弾性表面波素子１２Ａの弾性表面波周回路２２ａに励起され周回された弾性表面波が所定の周回後にすだれ状電極２２ｃから取り出されるまでに、高周波バースト信号の入力先が他の弾性表面波素子１２Ｂ〜１２Ｎのすだれ状電極２２ｃに順次切り替えられる（ステップＳ４）。

複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎのすだれ状電極２２ｃに高周波バースト信号が入力されると、複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの弾性表面波周回路２２ａに弾性表面波が励起され、弾性表面波周回路２２ａを周回し続ける。

最初の弾性表面波素子１２Ａの弾性表面波周回路２２ａに最初に励起され周回された弾性表面波が所定の回数周回した後にすだれ状電極２２ｃ及び受信スイッチ５８Ａを介して取り出された後には、２番目の弾性表面波素子１２Ｂから最後の弾性表面波素子１２Ｎまで夫々の弾性表面波周回路２２ａに最初に励起され周回された弾性表面波が所定の回数周回した後にすだれ状電極２２ｃ及び対応する受信スイッチ５８Ｂ〜５８Ｎを介して順次検波され取り出される（ステップＳ５−Ｙｅｓ）。

ここでは、弾性表面波が弾性表面波周回路２２ａを１００周したときにすだれ状電極２２ｃにより受信された出力信号が測定対象とされているので、最初の弾性表面波素子１２Ａのすだれ状電極２２ｃに最初に高周波バースト信号を入力してから１００μｓ以後に、最初の弾性表面波素子１２Ａのすだれ状電極２２ｃから最後の弾性表面波素子１２Ｎのすだれ状電極２２ｃまで上記出力信号が順次検波され取り出されることになる。

上記出力信号を受信した回数がカウントされた（ステップＳ６）後、上記出力信号はＡＤコンバータ６０によりデジタル化され、デジタル化された出力信号から位相データと強度データとが検波装置６２により求められる（ステップＳ７）。そして、上述した如くカウントされた回数に応じて加算装置６４の複数の記憶領域６４Ａ〜６４Ｎのいずれかに上記データが振り分けられる（ステップＳ８）。

上述した如くカウントされた回数が複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの個数と同じになった時には、カウントされた回数がリセットされる（ステップＳ９−ＹＥＳ，Ｓ１０）。これにより、上述した如くカウントされた回数と複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎのすだれ状電極２２ｃからの上記出力信号とを対応付けることが可能となる。

この後、複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々に対する予め設定された平均化回数分の所定の高周波バースト信号の入力が順次行われる（ステップＳ１１−ＮＯ）。

なお、複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々の弾性表面波周回路２２ａにおいて周回する弾性表面波が発する出力信号が実質的になくなるまでには高周波バースト信号の入力の時点から１ｍｓ程度の時間を要する。従って、複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々の弾性表面波周回路２２ａに対する２回目以降の高周波バースト信号の入力は、前回の高周波バースト信号の入力から１ｍｓ以上経過してから行われる（ステップＳ１２）。すなわち、前回に最初の弾性表面波素子１２Ａに対し高周波バースト信号を入力した後、次に最初の弾性表面波素子１２Ａに対し高周波バースト信号を入力する場合、制御装置７２が、前回に最初の弾性表面波素子１２Ａに対し高周波バースト信号を入力した時から１ｍｓ以上経過しているかどうかを判断し、１ｍｓ以上経っていなければ（ステップＳ１２−ＮＯ）、１ｍｓ以上経過するまで待つ。また、制御装置７２は、複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々の弾性表面波周回路２２ａに対し高周波バースト信号を入力するタイミングがステップＳ５の検波タイミングと重ならないないかどうかを判断し、重なっていたら、重ならないように、高周波バースト信号を入力するタイミングをずらす（ステップＳ１３）。その後、ステップ３に進む。

上述のステップＳ３〜Ｓ１３までの処理が平均化回数まで実行されると（ステップＳ１１−ＹＥＳ）、複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々からの前述したデータが加算装置６４の対応する記憶領域６４Ａ〜６４Ｎに平均化回数まで加算されていた後のデータが平均化装置６６の対応する個別平均化部６６Ａ〜６６Ｎにおいて平均化回数により平均値を算出される（ステップＳ１４）。このように算出された前述したデータの平均値は、記憶装置６８において複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々に対応している個別記憶部６８Ａ〜６８Ｎに記憶される。

この後、上述のステップＳ３〜Ｓ１４までの処理は、ガス濃度分布計測装置１０が所望の空間領域の所定のガスの濃度の測定を終了するまで実行される（ステップＳ１５）。

［ガス濃度分布計測装置の作用効果］
以上説明したように、本実施形態に係るガス濃度分布計測装置１０は、高周波バースト信号を最初の弾性表面波素子１２Ａに入力した場合、最初の弾性表面波素子１２Ａにおいて所定の数まで周回した弾性表面波からの出力信号を最初に検出するまでの間に、高周波バースト信号の入力先を他の弾性表面波素子１２Ｂ〜１２Ｎに順次切り替える。そして、最初の弾性表面波素子１２Ａにおいて所定の数まで周回した弾性表面波からの出力信号を最初に検出した後には、２番目の弾性表面波素子１２Ｂから最後の弾性表面波素子１２Ｎまでの夫々において所定の数まで周回した弾性表面波からの出力信号を順次検出する。

この結果として、本実施形態に係るガス濃度分布計測装置１０では、単一の設定周波数発生装置５２から設定長バースト切り出し装置５４を介して所定の高周波バースト信号が入力される複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの全てから所定の数まで周回した弾性表面波の出力信号を検出する場合、１つの弾性表面波素子に所定の高周波バースト信号を入力し、そして上記１つの弾性表面波素子から所定の数まで周回した弾性表面波の出力信号を検出し、その後に次の１つの弾性表面波素子に所定の高周波バースト信号を入力し、そして上記次の１つの弾性表面波素子から所定の数まで周回した弾性表面波の出力信号を検出することを弾性表面波の数だけ繰り返し行なうよりも、複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの全てから所定の数まで周回した弾性表面波の出力信号を検出するまでに要する時間を少なくすることが出来る。

以下、具体例を挙げて説明する。

この具体例では、使用される複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々の球形状の基材の直径は１ｍｍであり、送信スイッチ装置５６における複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎに対応した複数の受信スイッチ装置５８Ａ〜５８Ｎに対する切り替えタイミングは１μｓである。そして、複数の弾性表面波素子１２Ａ〜１２Ｎの夫々から所定の数まで周回した弾性表面波の出力信号を２５６回検出し、夫々の出力信号からＡＤコンバータ６０そして検波装置６２を介して得られたデジタル化された出力信号の位相と強度のデータの２５６回分を加算装置６４の中の複数の記憶領域６４Ａ〜６４Ｎの対応するいずれか１つに加算し、さらに平均化装置６６中の複数の個別平均化部６６Ａ〜６６Ｎの対応する１つにおいて平均化する。なお次回に１つの弾性表面波素子から所定の数まで周回した弾性表面波の出力信号を検出する際には、この１つの弾性表面波素子において所定の数まで周回した弾性表面波の出力信号を前回検出した時の弾性表面波の影響を避ける為に、この１つの弾性表面波素子において所定の高周波バースト信号を前回入力してから１ｍｓ待機してから次回にこの１つの弾性表面波素子に対し所定の高周波バースト信号を入力する。

そして、１つの弾性表面波素子から上述した如くデータを得る為に弾性表面波の出力信号を得る時の弾性表面波の所定の周回数は１００としている。

弾性表面波素子の直径１ｍｍの球形状の基体２２ｂの弾性表面波周回経路２２ａを弾性表面波が１周するのに要する時間は１μｓである。そして、送信スイッチ装置５６が所定の長さの高周波バースト信号を入力する弾性表面波素子を１μｓ毎に切り替えると、１つの弾性表面波素子において前回励起され周回された弾性表面波の影響が無くなる時間である１ｍｓの間に、１０００個の弾性表面波素子に所定の長さの高周波バースト信号を入力することが可能となる。

それ故に、１個の弾性表面波素子から所定の数まで周回した弾性表面波の出力信号を検出することを２５６回繰り返し、この２５６個の出力信号の夫々から前述した如く得た位相及び強度のデータの平均値を求める場合、１個の弾性表面波素子に対し繰り返し所定の長さの高周波バースト信号を入力するのは少なくとも前述した如く１ｍｓ毎でなければならないので、１ｍｓ×２５６（回）＝２５６ｍｓの時間が必要となる。

しかし、この１ｍｓの間に前述した如く１μｓ毎に１つの弾性表面波素子に対し所定の長さの高周波バースト信号を入力することにより他の１０００個の弾性表面波素子に対し所定の長さの高周波バースト信号を入力することが出来る。

これに対し前述した従来の如く１つの弾性表面波素子から所定の数まで周回した弾性表面波の出力信号を検出することを２５６回繰り返し、この２５６個の出力信号の夫々から前述した如く得た位相及び強度のデータの平均値を求めた後に、次の弾性表面波素子に対し所定の高周波バースト信号を入力する場合には、２５６ｍｓ毎にしか１つの弾性表面波素子に対し所定の長さの高周波バースト信号を入力することが出来ない。

即ち、前者の場合と後者の従来の場合とを比べると、同じ個数の弾性表面波素子を使用し全ての弾性表面波素子から前述した平均値を求めるまでに要する時間は、前者の場合の方が後者の従来の場合よりも遥かに短い時間しか必要としないことがわかる。

図１は、この発明の第１の実施の形態に従ったガス濃度分布計測装置の全体の正面を概略的に示す正面図である。 図２は、図１のガス濃度分布計測装置のガス検知部の複数のガス検知器の１つを拡大して概略的に示す斜視図である。 図３は、図１のガス濃度分布計測装置を使用して所定の空間の所定のガスの濃度分布を測定する第１の方法を概略的に示す概略的な平面図である。 図４は、図１のガス濃度分布計測装置を使用して所定の空間の所定のガスの濃度分布を測定する第２の方法を概略的に示す概略的な平面図である。 図５は、図１のガス濃度分布計測装置のガス検知部の複数のガス検知器の１つの第１の変形例を拡大して概略的に示す斜視図である。 図６は、図１のガス濃度分布計測装置のガス検知部の複数のガス検知器の１つの第２の変形例を拡大して概略的に示す斜視図である。 図７は、この発明の第２の実施の形態に従ったガス濃度分布計測装置の全体の正面を概略的に示す正面図である。 図８は、図１中のガス濃度分布計測装置のガス検知部の弾性表面波素子制御部の構成を概略的に示すブロック図である。 図９は、図８の弾性表面波素子制御部により制御されたガス検知部の動作を示す概略的なフローチャートである。 図１０は、図９中のフローチャートにおける信号の相関関係を概略的に示す信号相関図である。

符号の説明

１０…ガス濃度分布計測装置、１２，１２´，１２´´…ガス検知器、１４…ガス検知部、１６…ガス検知器位置情報測定部、１８…ガス濃度分布表示ユニット、１８ａ…表示装置、１８ｂ…入力装置、２０…支持体、２０ａ…台座、２０ｂ…凹所、２０ｃ…通気孔（ガス交換要素）、２０ｄ…吸気ユニット（ガス交換要素）、２０ｅ…フィルタ、２０ｆ…覆い、２２…弾性表面波素子、２２´…第１の弾性表面波素子、２２´´…第２の弾性表面波素子、２２´´´…弾性表面波素子、２２ａ…弾性表面波周回路、２２´ａ…弾性表面波周回路、２２ｂ…基材、２２´ｂ…基材、２２´´ｂ…基材、２２´´´ｂ…基材、２２ｃ…すだれ状電極、３０…ガス濃度分布計測装置、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ…ガス検知器、３４…ガス検知部、３６…ガス検知器位置情報測定部、３８…ガス濃度分布表示ユニット、３８ａ…表示装置、４０…支持体、５０…弾性表面波素子制御部、５２…設定周波数発生装置（高周波信号発生手段）、５４…設定長バースト切り出し装置、５６…送信スイッチ装置（切替手段）、５８Ａ，５８Ｂ，〜５８Ｎ…受信スイッチ装置、６０…ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）、６２…検波装置、６４…加算装置、６４Ａ，６４Ｂ，〜６４Ｎ…記憶部、６６…平均化装置、６６Ａ，６６Ｂ，〜６６Ｎ…個別平均化部、６８…記憶装置、６８Ａ，６８Ｂ，〜６８Ｎ…個別記憶部、７０…インターフェース（ＩＦ）、７２…制御装置。

Claims (5)

1. 相互に異なった複数の位置における所定のガスの濃度を測定する複数のガス検知器を含むガス検知部と；
   複数のガス検知器の位置情報を測定するガス検知器位置情報測定部と；そして、
   ガス検知部の複数のガス検知器が測定したガス濃度の測定値と、複数のガス検知器がガス濃度の測定を終了した時点でガス検知器位置情報測定部により測定された複数のガス検知器の位置情報と、が入力され、これらガス濃度の測定値とこれらガス検知器の位置情報とを基に、少なくとも２次元空間における所定のガス濃度の分布を表示するガス濃度分布表示ユニットと；
   を備えており、
   上記ガス検知器が、球形状の一部により円環状に連続しており弾性表面波を周回させる弾性表面波周回路を少なくとも１つ含む弾性表面波素子を含む、
   ことを特徴とするガス濃度分布計測装置。
2. 前記ガス検知器位置情報測定部は、加速度センサ及び角速度センサの少なくともいずれか一方を備えている、ことを特徴とする請求項１に従っているガス濃度分布計測装置。
3. 前記ガス検知器は、前記弾性表面波素子を覆い前記弾性表面波素子の前記弾性表面波周回路に対するガスを除く異物の接触を阻止するフィルタと、上記フィルタに覆われた空間に含まれるガスを上記フィルタを取り囲む外部空間のガスと入れ替えるガス交換要素と、を含んでおり、
   上記ガス交換要素は、上記フィルタに覆われた空間に含まれるガスを上記フィルタを取り囲む外部空間のガスと２秒以内に入れ替える、
   ことを特徴とする請求項１又は２に従っているガス濃度分布計測装置。
4. 前記ガス検知器は前記弾性表面波素子を２つ含んでおり、そして、
   一方の弾性表面波素子の弾性表面波周回路の少なくとも一部は前記ガスに対し感応するガス感応膜により覆われ、他方の弾性表面波素子の弾性表面波周回路は全体が前記ガスに対し露出されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に従っているガス濃度分布計測装置。
5. 前記ガス検知器は前記弾性表面波素子を２つ含んでおり、そして、
   一方の弾性表面波素子の弾性表面波周回路の少なくとも一部は前記ガスに対し感応するガス感応膜により覆われ、他方の弾性表面波周回路の少なくとも一部は前記ガスに対し前記一方の弾性表面波素子のガス感応膜とは異なる感応を示すガス感応膜により覆われている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に従っているガス濃度分布計測装置。

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