JP2011002400A - ガス濃度測定方法及びガス濃度測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガス検知管を用いたガス濃度測定方法であって、前記ガス検知管にガスを通気する通気工程S1と、前記ガスが通気した前記ガス検知管をカメラで撮影する撮影工程S2と、前記カメラで撮影された前記ガス検知管の画像データを解析し、当該ガス検知管の前記ガスによる変色速度を算出する変色速度算出工程S3と、湿度センサにより、前記ガスの湿度を検出する検出工程S4と、前記変色速度と前記湿度とから、前記ガスの湿度による変色分の補正をして、前記ガスの濃度を算出するガス濃度算出工程S5と、を含むことを特徴とするガス濃度測定方法。
【選択図】図1
Description
このガス濃度測定方法では、ガス検知管は複数のガス検知管からなり、変色速度算出工程において、ガス検知管の画像データから、各ガス検知管の画像データを切り出して解析することによって、複数のガス検知管で、複数のガスのガス濃度を算出することができる。
このガス濃度測定方法では、ガス濃度算出工程において、非線形写像手段を用いることによって、変色速度と湿度とから、ガス濃度を算出することができる。
このガス濃度測定方法では、ガス濃度算出工程において、変色速度と湿度とを、非線形写像手段である(学習終了後の)ニューラルネットワークに入力することによって、精度よくガス濃度を算出することができる。
このガス濃度測定方法では、変色速度算出工程において、カメラで撮影されたガス検知管の画像データを解析することによって、具体的には、区分求積法を用いて求めた変色面積と、(通気)時間との関係から、変色速度(反応速度)を算出する。この区分求積法を用いることによって、ガス検知管の画像データの雑音を低減することができ、適切な変色面積(変色速度)を算出することができる。
このガス濃度測定方法では、変色速度算出工程において、ガス検知管の(特定の)ガスによって変色していない未変色部のガスの湿度による変色分の補正をして、変色面積を算出する。このことによって、未変色部の色変化の湿度依存性を補正することができ、適切な変色面積を算出することができる。
このガス濃度測定方法では、変色速度算出工程において、未変色部のガスの湿度による変色分の補正を、閾値法により行うことによって、未変色部の色変化の湿度依存性を適切に補正することができる。
このガス濃度測定方法では、変色速度算出工程において、未変色部のガスの湿度による変色分の補正を、事前通気法により行うことによって、未変色部の色変化の湿度依存性を適切に補正することができる。
このガス濃度測定装置では、ガス検知管は、複数のガス検知管からなり、変色速度算出手段が、ガス検知管の画像データから、各ガス検知管の画像データを切り出して解析することによって、複数のガス検知管で、複数のガスのガス濃度を算出することができる。
このガス濃度測定装置では、ガス濃度算出手段が非線形写像手段であることによって、変色速度と湿度とから、ガス濃度を算出することができる。
このガス濃度測定装置では、非線形写像手段がニューラルネットワークであることによって、精度よくガス濃度を算出することができる。
このガス濃度測定装置では、変色速度算出手段が、カメラで撮影されたガス検知管の画像データを解析することによって、具体的には、区分求積法を用いて求めた変色面積と、時間との関係から、変色速度を算出する。この区分求積法を用いることにより、ガス検知管の画像データの雑音を低減することができ、適切な変色面積を算出することができる。
このガス濃度測定装置では、変色速度算出手段が、ガス検知管のガスによって変色していない未変色部のガスの湿度による変色分の補正をして、変色面積を算出する。このことによって、未変色部の色変化の湿度依存性を補正することができ、適切な変色面積を算出することができる。
このガス濃度測定装置では、変色速度算出手段が、未変色部のガスの湿度による変色分の補正を、閾値法により行うことによって、未変色部の色変化の湿度依存性を適切に補正することができる。
このガス濃度測定装置では、変色速度算出手段が、未変色部のガスの湿度による変色分の補正を、事前通気法により行うことによって、未変色部の色変化の湿度依存性を適切に補正することができる。
ポンプ4は、6本のガス検知管2それぞれに対して同型のポンプを1台ずつ接続し、各ガス検知管2を均等な吸引力で吸引する。
なお、複数のガス検知管2を均等に吸引できる吸引力のポンプ4であれば、6本の下流側の配管を集合し、1台のポンプで吸引するように構成してもよい。
また、ポンプ4の駆動電源は直流電源に限らず、交流電源であってもよい。更に、複数のポンプを組み合わせるよう構成してもよい。
冷陰極管の両端の電極は、直流−交流変換するインバータに接続され、高圧高周波交流を供給することで発光する。また、照明手段5の電源ケーブルは、コントローラによってON(点灯)/OFF(消灯)が制御できるようにパワーMOSFETを用いた制御回路を介して電源に接続される。
なお、照明手段5としては冷陰極管を光源とするものに限らず、撮影に必要な光量が得られ面発光可能なものであれば、LED(発光ダイオード)、有機EL(エレクトロルミネッセンス)等を光源とするものでもよい。
なお、カメラモジュール6としてはデジタル出力を行え、カラー画像が得られるものであれば特に限定されるものではない。また、FPGA7の処理結果は、ホストコンピュータ9に、RS232Cを介して送信されるが、送信手段は、無線LANや有線LAN、USB、携帯電話、PHS等の他の送信手段でもよい。ホストコンピュータ9は、遠隔地にあってもよい。
また、ガス検知管2が、複数のガス検知管からなる場合、FPGA7は、ガス検知管2の画像データから、各ガス検知管の画像データを切り出して解析するようになっている。
なお、この変色面積を算出する方法には、差分処理の他に、平均化処理、移動平均処理等の公知の処理も含まれている。
図3のfyaは、完全に変色したときの輝度変化の値である。一方、未変色の領域では、前記差分処理により輝度変化値は0である。グラフ中ほどの輝度変化がなだらかに変化する領域は、変色が進行中の領域である。このように変色層(変色部)と未変色層(未変色部)の境界が曖昧な場合においても適切に変色量を検出できるように、本実施形態では、変色長の代わりに変色面積を用いる。
このように区分求積法を用いることによって、ガス検知管2の画像データの雑音を低減することができ、適切な変色面積を算出することができる。
この未変色部の湿度応答(色変化の湿度依存性)について説明する。
この未変色部の湿度による応答を含んだままの状態で、前記した変色面積及び変色速度を算出すると、図7に示すように、測定開始直後の変色速度(傾き)は大きくなり、時間に依らず一定とならないことがわかる。これは、変色面積の中に、この対象ガスによって変色していない未変色部のガスの湿度による変色分が加わっているからである。
なお、この方法を用いる場合、FPGA7(変色速度算出手段)は、当該機能を備えるように構成される。
また、図9より、未変色部の応答により測定開始直後に変色速度が上昇することなく、時間に依らずに一定となる結果を得ることができる。なお、測定開始直後は、ガスによる変色が小さいため、変色面積Sが0となっている。
なお、この方法を用いる場合、変色速度算出手段は、FPGA7と、ポンプ4と、から構成される。
また、図11より、閾値法と同様に、未変色部の応答により測定開始直後に変色速度が上昇することなく、時間に依らずに一定となる結果を得ることができる。
その他、閾値法とは異なり、測定開始直後でも、適切な変色面積や変色速度を算出することができることがわかる。
なお、当該検出工程S4は、通気工程S1の後であれば、撮影工程S2の前でもよく、また、変色速度撮影工程S3の前でもよい。
そして、この湿度センサ10は、デジタル出力が可能であって、FPGA7と接続しており、このFPGA7に、測定条件の下で、検出した湿度のデータを出力するようになっている。そして、当該湿度データを受け取ったFPGA7は、この湿度データと前記した変色速度のデータとを、ホストコンピュータ9に送信するようになっている。
なお、湿度センサ10としてはデジタル出力を行えるものであれば特に限定されるものではない。
なお、本実施形態では、変色速度と湿度とを用いて、ガスの湿度による変色分の補正を行ったが、ガス検知管2の画像データ(全体)の差分画像と湿度とを用いて行えるものであれば、特に変色速度に限定されるものではない。
具体的な手順としては、サンプリングバッグ内に、サンプル溶液(硫化水素を水に溶かしたもの)を、マイクロシリンジを用いて注入する。そして、流量調整器を用いて、乾燥空気に湿度を付加し、その空気を、サンプリングバッグ内に入れ、サンプル溶液を気化させる。図12に示すように、二つの流量調整器で流量比を変化させて湿度を調整するが、この流量調整器としては、負荷圧力に依存しないで流量設定することができるマスフローコントローラが望ましい。
なお、濃度の微調整は、PID(Photo Ionization Detector)検出器を用いて行う。
なお、ニューラルネットワークの部分は、非線形写像可能な他のニューラルネットワーク、例えば、SOM(Self-Organized Map)でもよく、非線形写像可能なニューラルネットワーク以外の方法、例えば、LWR(Locally Weighted Regression)法を用いてもよい(非線形写像手段)。
そして、中間層の数、学習回数、学習定数の3つをパラメータとして変化させた結果、中間層の数が8、学習回数が20000回、学習定数が0.15の時に、本実施形態の全14点(図13、図14参照)における推定ガス濃度と真のガス濃度との誤差の2乗和が、最小値となった(図15参照)。
この図15から、推定ガス濃度がほぼ真のガス濃度に一致していることがわかる。
2 ガス検知管
3 検知管ホルダ(筐体)
4 ポンプ
5 照明手段
6 カメラモジュール
7 FPGA
8 SRAM
9 ホストコンピュータ
10 湿度センサ
S1 通気工程
S2 撮影工程
S3 変色速度算出工程
S4 検出工程
S5 ガス濃度算出工程
Claims (16)
- ガス検知管を用いたガス濃度測定方法であって、
前記ガス検知管にガスを通気する通気工程と、
前記ガスが通気した前記ガス検知管をカメラで撮影する撮影工程と、
前記カメラで撮影された前記ガス検知管の画像データを解析し、当該ガス検知管の前記ガスによる変色速度を算出する変色速度算出工程と、
湿度センサにより、前記ガスの湿度を検出する検出工程と、
前記変色速度と前記湿度とから、前記ガスの湿度による変色分の補正をして、前記ガスの濃度を算出するガス濃度算出工程と、
を含むことを特徴とするガス濃度測定方法。 - 前記ガス検知管は、複数のガス検知管からなり、
前記変色速度算出工程は、前記ガス検知管の前記画像データから、各ガス検知管の画像データを切り出して解析することを特徴とする請求項1に記載のガス濃度測定方法。 - 前記ガス濃度算出工程は、前記ガスの濃度を、非線形写像手段を用いることで算出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガス濃度測定方法。
- 前記非線形写像手段は、ニューラルネットワークであることを特徴とする請求項3に記載のガス濃度測定方法。
- 前記変色速度算出工程は、前記変色速度を、区分求積法を用いて求めた変色面積と、時間との関係から算出することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のガス濃度測定方法。
- 前記変色速度算出工程は、前記変色面積を、前記ガス検知管の前記ガスによって変色していない未変色部の前記ガスの湿度による変色分の補正をして算出することを特徴とする請求項5に記載のガス濃度測定方法。
- 前記変色速度算出工程は、前記未変色部の前記ガスの湿度による変色分の補正を、閾値法によって行うことを特徴とする請求項6に記載のガス濃度測定方法。
- 前記変色速度算出工程は、前記未変色部の前記ガスの湿度による変色分の補正を、事前通気法によって行うことを特徴とする請求項6に記載のガス濃度測定方法。
- ガス検知管と、
前記ガス検知管にガスを通気するポンプと、
前記ガスが通気した前記ガス検知管を撮影するカメラと、
前記カメラで撮影された前記ガス検知管の画像データを解析し、当該ガス検知管の前記ガスによる変色速度を算出する変色速度算出手段と、
前記ガスの湿度を検出する湿度センサと、
前記変色速度と前記湿度とから、前記ガスの湿度による変色分の補正をして、前記ガスの濃度を算出するガス濃度算出手段と、
を備えることを特徴とするガス濃度測定装置。 - 前記ガス検知管は、複数のガス検知管からなり、
前記変色速度算出手段は、前記ガス検知管の前記画像データから、各ガス検知管の画像データを切り出して解析することを特徴とする請求項9に記載のガス濃度測定装置。 - 前記ガス濃度算出手段は、非線形写像手段であることを特徴とする請求項9または請求項10に記載のガス濃度測定装置。
- 前記非線形写像手段は、ニューラルネットワークであることを特徴とする請求項11に記載のガス濃度測定装置。
- 前記変色速度算出手段は、前記変色速度を、区分求積法を用いて求めた変色面積と、時間との関係から算出することを特徴とする請求項9から請求項12のいずれか1項に記載のガス濃度測定装置。
- 前記変色速度算出手段は、前記変色面積を、前記ガス検知管の前記ガスによって変色していない未変色部の前記ガスの湿度による変色分の補正をして算出することを特徴とする請求項13に記載のガス濃度測定装置。
- 前記変色速度算出手段は、前記未変色部の前記ガスの湿度による変色分の補正を、閾値法によって行うことを特徴とする請求項14に記載のガス濃度測定装置。
- 前記変色速度算出手段は、前記未変色部の前記ガスの湿度による変色分の補正を、事前通気法によって行うことを特徴とする請求項14に記載のガス濃度測定装置。
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