JP2013213741A - Sensor device - Google Patents

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Katsumi Tateno
勝巳 立野
Yoshitaka Otsubo
義孝 大坪
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Kyushu Institute of Technology NUC
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Kyushu Institute of Technology NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an improved sensor device functioning as an alternative of a sensory organ.SOLUTION: A sensor device 1 includes: a first sensor 21 having high sensitivity to first components, and outputting current according to the density of the first components; first to third oscillating means 31-33 which are bust signal generating means 30 for outputting pulse signals becoming an exponential distribution repeating a dense state and a sparse state according to a first sensor signal; a second sensor 22 having high sensitivity to second components, and outputting current according to the density of the second components; fourth oscillating means 34 for outputting a periodical pulse signal according to a second sensor signal; OR means 40 for obtaining a logical sum; first integral firing means 51 integrating a signal from the OR means 40, and outputting a first sensing signal to reset an integral value when the integral value becomes a first threshold value or more; and second integral firing means 52 integrating the signal from the OR means 40, and outputting a second sensing signal to reset an integral value when the integral value becomes voltage of not less than a second threshold value higher than the first threshold value.

Description

本発明は、目的物を検知して判別するセンサ装置に関するものである。   The present invention relates to a sensor device that detects and discriminates an object.

シナプス結合による神経ネットワークは、感覚器官から複数本の神経を通じて流れるインパルス性の同期した電気信号(同期信号)を、次段へ伝える重要な信号として捉えている。例えば、ヘラチョウザメは、詳細には判明していない点があるが、餌であるプランクトンの動きを感覚器官により微弱な電気信号として捉え、感覚器官からの同期信号を神経ネットワークへ伝達させることで、餌の位置を判別して捕食することが知られている。   A neural network based on synaptic connections captures an impulsive synchronized electric signal (synchronous signal) flowing from a sensory organ through a plurality of nerves as an important signal to be transmitted to the next stage. For example, the spatula shark is not known in detail, but by capturing the movement of plankton as a weak electric signal by the sensory organ, It is known to prey by determining the position of the bait.

このように目的物を検知したことを示す同期信号を発生する感覚器官は、動物にとって重要な器官の一つである。しかし、この感覚器官が何らかの障害により正常に機能しなくなれば、不自由なだけでなく、障害が生じた感覚器官によっては生命の維持に支障をきたすことがある。障害が生じた感覚器官に代わる代替手段は、障害によって失った機能を補うためにも重要であるため、代替手段となるセンサ装置の研究がなされている。   A sensory organ that generates a synchronization signal indicating that a target object has been detected in this way is an important organ for animals. However, if this sensory organ fails to function normally due to some disorder, it is not only inconvenient, but it may interfere with the maintenance of life depending on the sensory organ in which the disorder has occurred. Since an alternative means to replace a sensory organ in which a failure has occurred is also important for supplementing the function lost by the failure, a sensor device as an alternative means has been studied.

例えば、非特許文献1には、アルコールを検知するセンサ装置が記載されている。このセンサ装置は、味蕾細胞をモデル化したものである。味蕾細胞には、I型からIV型までの4種類の細胞で構成されるが、味を感じる細胞としてはII型とIII型の味細胞が備わっている。
非特許文献1に記載の化学センサは、アルコールを検知する32個のセンサ(chemical sensor)と、センサからの出力に応じて所定の周波数でパルス信号を発振する32個の発振器(Random pulse generator)と、発振器からの信号に基づいて、アルコール濃度が所定以上であれば同期信号を出力すると共に、濃度に応じた周波数の信号を出力する2個の発火セル(stochastic synchronizer)とを備えている(図13参照)。非特許文献1に記載の化学センサでは、センサを受容膜に対応させ、発振器をII型味細胞に対応させ、発火セルをIII型味細胞に対応させてモデル化したものである。
For example, Non-Patent Document 1 describes a sensor device that detects alcohol. This sensor device models a taste bud cell. The taste bud cells are composed of four types of cells from type I to type IV. As taste-sensitive cells, type II and type III taste cells are provided.
The chemical sensor described in Non-Patent Document 1 includes 32 sensors (chemical sensors) that detect alcohol, and 32 oscillators (Random pulse generator) that oscillate a pulse signal at a predetermined frequency in accordance with the output from the sensor. And two ignition cells (stochastic synchronizer) for outputting a signal of a frequency corresponding to the concentration, as well as outputting a synchronization signal if the alcohol concentration is a predetermined level or more based on a signal from the oscillator ( (See FIG. 13). The chemical sensor described in Non-Patent Document 1 is modeled by making the sensor correspond to the receptor membrane, the oscillator corresponding to the type II taste cell, and the firing cell corresponding to the type III taste cell.

五十嵐潤(Jun Igarashi)、立野勝巳(Katsumi Tateno)、外4名,「マウス味蕾型化学センサアレイ(A Chemical Sensor Array Inspired by Mouse Taste Buds)」,「Brain-Inspired Information Technology」,SPRINGER,2010,Volume 266/2010,p.159−164Jun Igarashi, Katsumi Tateno, 4 others, "A Chemical Sensor Array Inspired by Mouse Taste Buds", "Brain-Inspired Information Technology", SPRINGER, 2010, Volume 266/2010, p. 159-164

しかし、非特許文献1に記載のセンサ装置は、発火セルの出力信号が同期していることでアルコールを検知したことを示し、同期信号の周期に応じてアルコール濃度がわかるものであるが、アルコールしか検知できない。センサ装置としては、更なる改良を図ることで、より検出できる成分を増やすことが望まれている。   However, the sensor device described in Non-Patent Document 1 indicates that alcohol is detected because the output signal of the ignition cell is synchronized, and the alcohol concentration is known according to the period of the synchronization signal. Can only be detected. As a sensor device, it is desired to increase the components that can be detected by further improvement.

そこで本発明は、感覚器官の代替となる改良されたセンサ装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an improved sensor device that replaces a sensory organ.

本発明のセンサ装置は、第1成分に対する感度が高く、前記第1成分の濃度に応じた電流を出力する第1センサからの第1センサ信号に応じて、密状態と疎状態とを繰り返すパルス信号を出力するバースト信号発生手段と、第2成分に対する感度が高く、前記第2成分の濃度に応じた電流を出力する第2センサからの第2センサ信号に応じて周期的なパルス信号を出力する発振手段と、前記バースト信号発生手段と前記発振手段との出力信号を論理和するOR手段と、前記OR手段からの信号を積分し、積分値が第1閾値以上となったときに、第1感知信号を出力して積分値をリセットする第1積分発火手段、および前記OR手段からの信号を積分して、積分値が前記第1閾値より高い第2閾値以上の電圧となったときに、第2感知信号を出力して積分値をリセットする第2積分発火手段により構成され、前記バースト信号発生手段からの密状態のパルス信号を受けて、第1感知信号と第2感知信号とを同期信号として出力し、前記発振手段からの周期的なパルス信号を受けて、第1感知信号と第2感知信号とを非同期信号として出力する積分発火手段とを備えたセンサユニットを有することを特徴とする。   The sensor device of the present invention is highly sensitive to the first component, and repeats a dense state and a sparse state in response to a first sensor signal from the first sensor that outputs a current corresponding to the concentration of the first component. Burst signal generating means for outputting a signal and high sensitivity to the second component, and outputting a periodic pulse signal according to the second sensor signal from the second sensor that outputs a current according to the concentration of the second component Oscillating means, OR means for logically summing the output signals of the burst signal generating means and the oscillating means, and integrating the signal from the OR means, and when the integrated value is equal to or greater than the first threshold value, A first integral ignition means for outputting one sensing signal to reset an integral value; and a signal from the OR means is integrated, and when the integral value becomes a voltage equal to or higher than a second threshold value higher than the first threshold value. The second sensing signal is output And a second integral firing means for resetting the integral value, receiving a pulse signal in a dense state from the burst signal generating means, and outputting the first sensing signal and the second sensing signal as synchronization signals, It has a sensor unit including an integral firing means for receiving a periodic pulse signal from the oscillating means and outputting the first sensing signal and the second sensing signal as asynchronous signals.

本発明のセンサ装置によれば、まず、第1成分を第1センサが検知すると、バースト信号発生手段が密状態と疎状態とを繰り返すパルス信号を出力し、第2成分を第2センサが検知すると、発振手段が周期的なパルス信号を出力する。次に、OR手段がバースト信号発生手段と発振手段との論理和を取る。OR手段からの信号が疎密状態のパルス信号であれば、積分発火手段では、第1積分発火手段と第2積分発火手段のそれぞれでパルス信号が密状態のパルス信号を受けて積分され、積分された信号が第1閾値、第2閾値を順次超えるので、同期した信号が出力される。また、OR手段からの信号が周期的なパルス信号であれば、第1積分発火手段と第2積分発火手段では、パルス信号が積分されるが第1閾値と第2閾値との違いから非同期信号が出力される。従って、第1成分のときには同期信号が出力され、第2成分のときには非同期信号が出力される。そして、第1成分または第2成分の濃度は出力信号の周波数によって判別することができる。   According to the sensor device of the present invention, first, when the first sensor detects the first component, the burst signal generating means outputs a pulse signal that repeats the dense state and the sparse state, and the second component detects the second component. Then, the oscillating means outputs a periodic pulse signal. Next, the OR means takes a logical sum of the burst signal generating means and the oscillating means. If the signal from the OR means is a pulse signal in a sparse / dense state, in the integral firing means, the first integral firing means and the second integral firing means receive the pulse signal in the dense state and integrate and integrate it. Since the received signal sequentially exceeds the first threshold value and the second threshold value, a synchronized signal is output. If the signal from the OR means is a periodic pulse signal, the first integral firing means and the second integral firing means integrate the pulse signal, but the asynchronous signal is different from the difference between the first threshold value and the second threshold value. Is output. Therefore, a synchronous signal is output when the first component is used, and an asynchronous signal is output when the second component is used. The concentration of the first component or the second component can be determined based on the frequency of the output signal.

前記バースト信号発生手段を、前記OR手段により論理和されたときに発振周波数の違いにより密状態と疎状態とを繰り返すパルス信号となる信号を出力する3以上の発振手段から形成することができる。   The burst signal generating means can be formed of three or more oscillating means for outputting a signal that becomes a pulse signal that repeats a dense state and a sparse state due to a difference in oscillation frequency when ORed by the OR means.

前記発振手段は、味蕾細胞のII型味細胞をモデル化し、クラス2の興奮性の特性を備えたものであり、前記第1積分発火手段および第2積分発火手段は、味蕾細胞のIII型味細胞をモデル化したものであることができる。   The oscillation means models type II taste cells of taste bud cells and has class 2 excitability characteristics, and the first integral firing means and the second integral firing means are type III taste buds of miso cells. It can be a model of a cell.

前記OR手段を、前記バースト信号発生手段および前記発振手段からのパルス信号に応じた光量の光信号を発光する発光手段と、前記発光素子からの光信号が空中で合算された強度に応じた電気信号へ変換する受光手段とにより形成すると、発光手段と受光手段との間に距離があっても、伝送線やORゲートなどを設けることなく、論理和を取ることができる。   The OR means includes a light emitting means for emitting an optical signal having a light amount corresponding to a pulse signal from the burst signal generating means and the oscillating means, and an electric power corresponding to the intensity obtained by adding the optical signals from the light emitting elements in the air. When formed by the light receiving means for converting to a signal, even if there is a distance between the light emitting means and the light receiving means, a logical sum can be obtained without providing a transmission line or an OR gate.

前記第1センサ信号と、前記第2センサ信号とにより動作する前記センサユニットを第1センサユニットとし、前記第1センサ信号の代わりに、第3成分に対する感度が高く、前記第3成分の濃度に応じた電流を出力する第3センサからの第3センサ信号と、前記第2センサ信号により動作する前記センサユニットを第2センサユニットとして2センサユニットを備えたものとすると、3種類のセンサで、2つの成分を有する物質を7種類判別することができる。   The sensor unit that operates based on the first sensor signal and the second sensor signal is a first sensor unit. Instead of the first sensor signal, the sensitivity to the third component is high, and the concentration of the third component is increased. Assuming that the second sensor unit is a third sensor signal from a third sensor that outputs a corresponding current and the sensor unit that operates based on the second sensor signal is provided with two sensor units, Seven types of substances having two components can be identified.

本発明のセンサ装置は、第1成分のときは同期信号が出力され、第2成分のときには非同期信号が出力されるので、それぞれの濃度は出力信号の周波数により検出できるので、感覚器官の代替となる改良されたセンサ装置とすることができる。   Since the sensor device of the present invention outputs a synchronous signal when it is the first component and outputs an asynchronous signal when it is the second component, each concentration can be detected by the frequency of the output signal. An improved sensor device can be obtained.

本発明の実施の形態1に係るセンサ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the sensor apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1に示すセンサ装置の第1発振手段〜第4発振手段を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 1st oscillation means-the 4th oscillation means of the sensor apparatus shown in FIG. 図1に示すセンサ装置の第1センサまたは第2センサが出力する電流信号と、第1発振手段〜第4発振手段が発振する周波数の関係を示すグラフである。6 is a graph showing a relationship between a current signal output from the first sensor or the second sensor of the sensor device shown in FIG. 1 and a frequency oscillated by the first to fourth oscillating means. 図1に示すセンサ装置の動作を説明するための図であり、第1成分の濃度が低い場合を示す波形図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the sensor apparatus shown in FIG. 1, and is a wave form diagram which shows the case where the density | concentration of a 1st component is low. 図1に示すセンサ装置の動作を説明するための図であり、第1成分の濃度が高い場合を示す波形図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the sensor apparatus shown in FIG. 1, and is a wave form diagram which shows the case where the density | concentration of a 1st component is high. 第1センサからの電流信号に応じて出力される第1積分発火手段および第2積分発火手段からの出力信号の同期の度合いと出力周波数を示すグラフである。It is a graph which shows the degree of synchronization of an output signal from the 1st integral ignition means and the 2nd integral ignition means outputted according to the current signal from the 1st sensor, and the output frequency. 図1に示すセンサ装置の動作を説明するための図であり、第2成分の濃度が低い場合を示す波形図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the sensor apparatus shown in FIG. 1, and is a wave form diagram which shows the case where the density | concentration of a 2nd component is low. 図1に示すセンサ装置の動作を説明するための図であり、第2成分の濃度が高い場合を示す波形図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the sensor apparatus shown in FIG. 1, and is a wave form diagram which shows the case where the density | concentration of a 2nd component is high. 第2センサからの電流信号に応じて出力される第1積分発火手段および第2積分発火手段からの出力信号の同期の度合いと出力周波数を示すグラフである。It is a graph which shows the degree of a synchronization of the output signal from the 1st integral ignition means and the 2nd integral ignition means output according to the current signal from a 2nd sensor, and an output frequency. 本発明の実施の形態2に係るセンサ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the sensor apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係るセンサ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the sensor apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention. 物質(a)〜物質(g)を第1センサ〜第3センサにより検出したときの出力信号を示す図である。It is a figure which shows an output signal when a substance (a)-substance (g) is detected by the 1st sensor-a 3rd sensor. 従来のセンサ装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the conventional sensor apparatus.

(実施の形態1)
本発明の実施の形態に係るセンサ装置を図面に基づいて説明する。
図1に示す、センサ装置10は、2種類の成分を検出すると共に、その濃度が測定できるものである。センサ装置10は、第1センサ21と、第2センサ22と、センサユニットSと、判定手段60とを備えている。
センサユニットSは、バースト信号発生手段30を構成する第1発振手段31、第2発振手段32および第3の発振手段33と、バースト信号発生手段30と対をなす発振手段である第4の発振手段34と、OR手段40と、第1積分発火手段51と、第2積分発火手段52とを備えている。
(Embodiment 1)
A sensor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The sensor device 10 shown in FIG. 1 can detect two types of components and measure their concentrations. The sensor device 10 includes a first sensor 21, a second sensor 22, a sensor unit S, and a determination unit 60.
The sensor unit S is a first oscillation means 31, a second oscillation means 32, a third oscillation means 33 that constitute the burst signal generation means 30, and a fourth oscillation that is an oscillation means that makes a pair with the burst signal generation means 30. Means 34, OR means 40, first integral firing means 51, and second integral firing means 52 are provided.

第1センサ21は、第1成分に対する感度が高く、第1成分の濃度に応じた電流信号を第1センサ信号として第1発振手段31〜第3発振手段33のそれぞれに出力する。第2センサ22は、第2成分に対する感度が高く、第2成分の濃度に応じた電流信号を第2センサ信号として第4発振手段34へ出力する。なお、第1センサ21および第2センサ22の出力は、直接、第1発振手段31〜第4発振手段34に入力させてもよいし、増幅手段により増幅して出力電流を調整して第1発振手段31〜第4発振手段34に入力させてもよい。   The first sensor 21 is highly sensitive to the first component, and outputs a current signal corresponding to the concentration of the first component to each of the first oscillating means 31 to the third oscillating means 33 as a first sensor signal. The second sensor 22 is highly sensitive to the second component, and outputs a current signal corresponding to the concentration of the second component to the fourth oscillating means 34 as a second sensor signal. The outputs of the first sensor 21 and the second sensor 22 may be directly input to the first oscillating means 31 to the fourth oscillating means 34, or amplified by the amplifying means to adjust the output current for the first output. You may make it input into the oscillation means 31-the 4th oscillation means 34. FIG.

バースト信号発生手段30(第1発振手段31、第2発振手段32,第3の発振手段33)は、第1センサ21からの電流信号が閾値を超えると、電流信号に応じて、それぞれ周期的なパルスを出力する発振器である。ここで発生した周期的なパルスがOR手段40により重ね合わされて周期が短いパルスの発生頻度が高く、周期が長くなるにつれて発生頻度が低くなる分布となるパルス信号(以下、バースト信号と称する。)を出力することで、パルス信号が密状態と疎状態とを繰り返す出力となる。   The burst signal generating means 30 (first oscillating means 31, second oscillating means 32, and third oscillating means 33) is periodically changed according to the current signal when the current signal from the first sensor 21 exceeds a threshold value. This is an oscillator that outputs various pulses. The pulse signals generated here are superimposed by the OR means 40, and the frequency of occurrence of pulses with a short period is high, and the pulse signal has a distribution in which the frequency of occurrence decreases as the period becomes longer (hereinafter referred to as a burst signal). Is output so that the pulse signal repeats a dense state and a sparse state.

第1発振手段31〜第3発振手段33は、第1センサ21からの電流信号に応じて周波数を変えるパルス信号を出力するものであればよい。本実施の形態では、積分発火手段50は指数分布のバースト刺激により同期する。但し、バースト信号は、完全な指数分布である必要はなく、バースト信号発生手段30においては、指数分布様の疎密のあるパルスパターンを生成するものでもよい。   The first oscillating means 31 to the third oscillating means 33 may be any one that outputs a pulse signal whose frequency is changed according to the current signal from the first sensor 21. In the present embodiment, the integral firing means 50 is synchronized by an exponential distribution burst stimulus. However, the burst signal does not need to have a complete exponential distribution, and the burst signal generating means 30 may generate a pulse pattern having a density similar to an exponential distribution.

第4発振手段34は、第2センサからの電流信号に応じて、周期的なパルス信号を電圧信号により出力する発振器である。第1発振手段31〜第4発振手段34は、入力する電流信号が同じ電流値である場合でも、発振周波数が異なるように設定されている。   The fourth oscillating means 34 is an oscillator that outputs a periodic pulse signal as a voltage signal in accordance with the current signal from the second sensor. The first oscillating means 31 to the fourth oscillating means 34 are set to have different oscillation frequencies even when the input current signals have the same current value.

第1発振手段31〜第4発振手段34は、II型味細胞をモデル化したもので、クラス2の興奮性の特性を有している。II型味細胞をモデル化した第1発振手段31〜第4発振手段34は、例えば、図2に示す等価回路とすることができる。この図2に示す等価回路は、式(1)〜式(5)で表すことができる。但し、iは1,2,3,4であり、第1発振手段31〜第4発振手段34をそれぞれ示す。glはリークコンダクタンスで乱数値が設定されるが、本実施の形態では平均値として0.6mS/cm2、標準偏差0.01mS/cm2を与えている。このglの乱数値により、第1発振手段31〜第4発振手段34は、同じセンサ電流でも、それぞれが異なる周波数を発振するようにしている。Idcは、第1センサ21と第2センサ22が出力する電流信号の電流値である。定数については、例えば、Cmはコンデンサであり、細胞膜が有する容量を示すものであり、1μF/cm2としている。eNaは直流電源で、ナトリウムイオンの平衡電位を示すものであり、60mVとしている。elは直流電源で、その他のイオンの平衡電位を示すものであり、‐60mVとしている。
はナトリウムイオンの最大コンダクタンスを示すものであり、15mS/cm2としている。τampは時定数であり、740msである。
The first oscillating means 31 to the fourth oscillating means 34 are modeled on type II taste cells and have class 2 excitability characteristics. The first oscillating means 31 to the fourth oscillating means 34 modeling the type II taste cells can be, for example, the equivalent circuit shown in FIG. The equivalent circuit shown in FIG. 2 can be expressed by equations (1) to (5). However, i is 1, 2, 3, and 4 and shows the 1st oscillation means 31-the 4th oscillation means 34, respectively. gl is a random conductance value set by leak conductance. In the present embodiment, an average value of 0.6 mS / cm 2 and a standard deviation of 0.01 mS / cm 2 are given. With the random number value of gl , the first oscillating means 31 to the fourth oscillating means 34 oscillate at different frequencies even with the same sensor current. I dc is the current value of the current signal output from the first sensor 21 and the second sensor 22. As for the constant, for example, Cm is a capacitor, which indicates the capacity of the cell membrane, and is 1 μF / cm 2 . e Na is a direct current power source, which indicates the equilibrium potential of sodium ions, and is 60 mV. el is a DC power source, which indicates the equilibrium potential of other ions, and is set to -60 mV.
Indicates the maximum conductance of sodium ions, and is 15 mS / cm 2 . τ amp is a time constant and is 740 ms.

第1発振手段31〜第4発振手段34は、所定濃度の第1成分および第2成分を検知した際の第1センサ21,第2センサ22から電流信号による発振する周波数が決定される。
図3に、gl=0.6mS/cm2時の第1センサ21,第2センサ22から電流信号と、第1発振手段31〜第4発振手段34が発振する周波数との関係を示す。
図3に示すグラフによれば、第1発振手段31〜第4発振手段34は、0.61Hz(at Idc=1.47μA/cm2)〜24.6Hz(at Idc=9.57μA/cm2)を発振するように設定されている。
The first oscillating means 31 to the fourth oscillating means 34 determine the oscillating frequency based on the current signal from the first sensor 21 and the second sensor 22 when the first component and the second component having a predetermined concentration are detected.
FIG. 3 shows the relationship between the current signals from the first sensor 21 and the second sensor 22 and the frequencies oscillated by the first oscillating means 31 to the fourth oscillating means 34 when g l = 0.6 mS / cm 2 .
According to the graph shown in FIG. 3, the first oscillating means 31 to the fourth oscillating means 34 are 0.61 Hz (at Idc = 1.47 μA / cm 2 ) to 24.6 Hz (at Idc = 9.57 μA / cm 2). ) Is set to oscillate.

なお、第1発振手段31〜第4発振手段34がII型味細胞をモデル化したものであるため、第1センサ21,第2センサ22からの電流信号は、細胞膜に対する電流として扱っている。そのため、第1センサ21,第2センサ22からの電流値は、細胞膜1cm2当たりの電流として「A/cm2」を使用する。 In addition, since the 1st oscillation means 31-the 4th oscillation means 34 modeled the type II taste cell, the current signal from the 1st sensor 21 and the 2nd sensor 22 is handled as the electric current with respect to a cell membrane. Therefore, the current values from the first sensor 21 and the second sensor 22 use “A / cm 2 ” as the current per 1 cm 2 of cell membrane.

OR手段40は、第1発振手段31〜第4発振手段34からの出力信号である電圧信号を論理和するものである。このOR手段40は、論理和を取る4入力のORゲートとすることができる。OR手段40は、波形整形するのが、ノイズなどが除去できるので望ましい。   The OR means 40 logically sums voltage signals that are output signals from the first oscillating means 31 to the fourth oscillating means 34. The OR means 40 can be a four-input OR gate that takes a logical sum. It is desirable that the OR means 40 performs waveform shaping because noise and the like can be removed.

第1積分発火手段51は、OR手段40からの電圧信号を積分し、積分値が第1閾値以上となったときに、第1感知信号を出力して積分値をリセットする機能を備えている。第2積分発火手段52は、OR手段40からの信号を積分して、積分値が第1閾値より高い第2閾値以上の電圧となったときに、第2感知信号を出力して積分値をリセットする機能を備えている。   The first integral firing means 51 has a function of integrating the voltage signal from the OR means 40, and outputting the first sensing signal and resetting the integral value when the integral value is equal to or greater than the first threshold value. . The second integral firing means 52 integrates the signal from the OR means 40, and outputs a second sensing signal when the integral value becomes a voltage equal to or higher than the second threshold value which is higher than the first threshold value. It has a reset function.

第1積分発火手段51および第2積分発火手段52は、III型味細胞をモデル化したものであり、一般的に神経細胞の数理モデルで知られる積分発火モデルと同様の応答特性を有している。第1積分発火手段51および第2積分発火手段52は、例えば、式(6)で示される回路とすることができる。但し、jは1,2であり、第1積分発火手段51と第2積分発火手段52をそれぞれ示す。s(t)は、第1積分発火手段51と第2積分発火手段52とに入力されるパルス信号である。εは時定数であり、20ms、κは回転開始位置(=sin-1(1/κ))を示し、第1積分発火手段51ではκ1=1.1(第1閾値電圧に対応)とし、第2積分発火手段52ではκ2=1.12(第2閾値電圧に対応)とすることができる。従って、第1閾値電圧<第2閾値電圧である。ψは細胞膜変数で、回転が2πに達するか超えると0にリセットされる。
The first integral firing means 51 and the second integral firing means 52 are obtained by modeling type III taste cells, and have response characteristics similar to those of the integral firing model generally known as a mathematical model of nerve cells. Yes. The first integral firing means 51 and the second integral firing means 52 can be, for example, a circuit represented by Expression (6). However, j is 1, 2, and indicates the first integral firing means 51 and the second integral firing means 52, respectively. s (t) is a pulse signal input to the first integral firing means 51 and the second integral firing means 52. ε is a time constant, 20 ms, κ indicates a rotation start position (= sin −1 (1 / κ)), and in the first integral firing means 51, κ 1 = 1.1 (corresponding to the first threshold voltage). In the second integral firing means 52, κ 2 = 1.12 (corresponding to the second threshold voltage). Therefore, the first threshold voltage <the second threshold voltage. ψ is a cell membrane variable and is reset to 0 when the rotation reaches or exceeds 2π.

判定手段60は、出力Aと出力Bから出力される第1感知信号と第2感知信号の同期度合いを判定して、第1成分か第2成分かを判定する機能を備えている。判定手段60には、ディスプレイなどの表示手段や音声、ブザーなどの報知手段が内蔵されており、判定結果を操作者に知らせることができる。センサ装置を、感覚器官の代替手段としては、第1積分発火手段51および第2積分発火手段52からの信号(出力A,出力B)が使用され、神経ネットワークへ入力されるが、単独で使用する独立タイプ(スタンドアロン型)のセンサ装置とするときには、判定手段60により第1成分および第2成分のいずれかの検出を判定させる。   The determination unit 60 has a function of determining the degree of synchronization between the first sensing signal and the second sensing signal output from the output A and the output B, and determining whether the first component or the second component. The determination unit 60 includes a display unit such as a display and a notification unit such as a voice and a buzzer, and can notify the operator of the determination result. As an alternative to the sensory organ, the sensor device uses signals (output A, output B) from the first integral firing means 51 and the second integral firing means 52 and is input to the neural network, but is used alone. In the case of an independent type (stand-alone type) sensor device, the determination means 60 determines whether one of the first component and the second component is detected.

以上のように構成された本発明の実施の形態1に係るセンサ装置の動作および使用状態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態では、第1センサ21が所定濃度の第1成分を検出した際の電流信号と、第2センサ22が所定濃度の第2成分を検出した際の電流信号とを、カレントミラー回路などの電流増幅器により調整している。
The operation and use state of the sensor device according to Embodiment 1 of the present invention configured as described above will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, a current mirror circuit uses a current signal when the first sensor 21 detects a first component with a predetermined concentration and a current signal when the second sensor 22 detects a second component with a predetermined concentration. It is adjusted by a current amplifier.

まず、検出目的物が第1成分で、濃度が低い場合を説明する。第1センサ21が、濃度が低い第1成分を検出すると、3つの第1センサ21からそれぞれ濃度に基づく電流値の電流信号(第1センサ信号)を出力する。例えば、第1成分の濃度が低いときの電流信号を2μA/cm2とする。このとき第2センサ22は、第1成分に対する感度が低いので電流信号(第2センサ信号)を出力しない。 First, the case where the detection target is the first component and the concentration is low will be described. When the first sensor 21 detects the first component having a low concentration, each of the three first sensors 21 outputs a current signal (first sensor signal) having a current value based on the concentration. For example, the current signal when the concentration of the first component is low is 2 μA / cm 2 . At this time, the second sensor 22 does not output a current signal (second sensor signal) because the sensitivity to the first component is low.

第1センサ21から電流信号が出力されることで、第1発振手段31〜第3発振手段33のそれぞれが、周期的なパルス信号を出力する。しかし、第1成分の濃度が低いため、低い周波数である。また、第2センサ22からは、電流信号が出力されないため、第4発振手段34からはパルス信号は出力されない。   By outputting a current signal from the first sensor 21, each of the first oscillating means 31 to the third oscillating means 33 outputs a periodic pulse signal. However, since the concentration of the first component is low, the frequency is low. Further, since no current signal is output from the second sensor 22, no pulse signal is output from the fourth oscillating means 34.

第1発振手段31〜第4発振手段34からのパルス信号がOR手段40にて論理和が取られる。そして、OR手段40から、第1発振手段31〜第3発振手段33による、バースト信号が出力される。   The pulse signals from the first oscillating means 31 to the fourth oscillating means 34 are ORed by the OR means 40. Then, a burst signal from the first oscillating means 31 to the third oscillating means 33 is output from the OR means 40.

第1積分発火手段51および第2積分発火手段52は、式(6)に従って、電流信号を積分し、第1閾値より高くなれば第1積分発火手段51は発火して、第1感知信号として出力Aにより出力し、第2閾値より高くなれば第2積分発火手段52は発火して、第2感知信号として出力Bにより出力する。第1積分発火手段51および第2積分発火手段52には、OR手段40からのバースト信号が入力されるので、第1閾値と第2閾値とが異なる電圧値であっても、ほぼ同じタイミングで第1感知信号および第2感知信号が出力される。このようにして出力された第1感知信号および第2感知信号は、図4に示すように、同期したタイミングでインパルス信号となって出力される。   The first integral firing means 51 and the second integral firing means 52 integrate the current signal according to the equation (6), and if the current signal becomes higher than the first threshold, the first integral firing means 51 fires and serves as the first sensing signal. When the output is output A and becomes higher than the second threshold value, the second integral firing means 52 fires and outputs as the second sensing signal by the output B. Since the burst signal from the OR means 40 is input to the first integral firing means 51 and the second integral firing means 52, even if the first threshold value and the second threshold value are different, the timing is almost the same. A first sensing signal and a second sensing signal are output. As shown in FIG. 4, the first sensing signal and the second sensing signal output in this way are output as impulse signals at a synchronized timing.

次に、検出目的物が第1成分で、濃度が高い場合を説明する。第1センサ21が、濃度が高い第1成分を検出すると、3つの第1センサ21からそれぞれ濃度に基づく電流値の電流信号(第1センサ信号)を出力する。例えば、第1成分の濃度が高いときの電流信号を9μA/cm2とする。このとき第2センサ22は、第1成分に対する感度が低いので電流信号(第2センサ信号)を出力しない。 Next, a case where the detection target is the first component and the concentration is high will be described. When the first sensor 21 detects a first component having a high concentration, the three first sensors 21 output current signals (first sensor signals) having current values based on the concentrations. For example, the current signal when the concentration of the first component is high is 9 μA / cm 2 . At this time, the second sensor 22 does not output a current signal (second sensor signal) because the sensitivity to the first component is low.

第1センサ21から電流信号が出力されることで、第1発振手段31〜第3発振手段33は、図5に示すような、周期的なパルス信号をそれぞれ出力し、OR手段40による重ね合わせによりバースト信号を出力するが、第1成分の濃度が高いため、それぞれの出力信号はバイアスされた高い周波数の波形となる。また、第2センサ22からは、電流信号が出力されないため、第4発振手段34からはパルス信号は出力されない。   By outputting a current signal from the first sensor 21, the first oscillating means 31 to the third oscillating means 33 each output a periodic pulse signal as shown in FIG. Output a burst signal, but since the concentration of the first component is high, each output signal has a biased high frequency waveform. Further, since no current signal is output from the second sensor 22, no pulse signal is output from the fourth oscillating means 34.

第1発振手段31〜第4発振手段34からのパルス信号がOR手段40にて論理和が取られるが、第1発振手段31〜第3発振手段33からの出力により、OR手段40から、濃度が低いときより高い周波数で、インパルスが密状態と疎状態とが不規則に繰り返すパルス信号が出力される。このとき、OR手段40は波形整形するため、出力信号は矩形状のパルス波となる。
第1積分発火手段51および第2積分発火手段52は、第1成分の濃度が低いときと同様にして、第1感知信号および第2感知信号とを出力するが、OR手段40から出力されるバースト信号の平均周波数が高いため、第1感知信号および第2感知信号とは、周波数が高い同期信号となる。
The OR of the pulse signals from the first oscillating means 31 to the fourth oscillating means 34 is obtained by the OR means 40, but the concentration from the OR means 40 by the outputs from the first oscillating means 31 to the third oscillating means 33. A pulse signal in which the impulse is irregularly repeated in a dense state and a sparse state is output at a higher frequency than when the signal is low. At this time, since the OR means 40 shapes the waveform, the output signal is a rectangular pulse wave.
The first integral firing means 51 and the second integral firing means 52 output the first sensing signal and the second sensing signal in the same manner as when the concentration of the first component is low, but are output from the OR means 40. Since the average frequency of the burst signal is high, the first sensing signal and the second sensing signal are synchronization signals having a high frequency.

このようにセンサ装置10は、第1成分を検出したことを示す同期信号を出力することができる。この同期信号の同期の程度を示すグラフを図6に示す。
図6の上段は、第1センサ21からの出力電流を横軸(x軸)に、同期の程度の評価値を縦軸(y軸)にしたグラフである。また、図6の下段は、第1センサ21からの出力電流を横軸(x軸)に、同第1積分発火手段51の出力周波数を縦軸(y軸)にしたグラフである。
同期の程度の評価値は式(7)により算出した。但し、Δφは、第1積分発火手段51および第2積分発火手段52の出力信号の位相差を示す。また、<>は、時間平均を示す。評価としては、γ値が1に近いほど同期の程度が高いことを示している。
Thus, the sensor device 10 can output a synchronization signal indicating that the first component has been detected. A graph showing the degree of synchronization of the synchronization signal is shown in FIG.
The upper part of FIG. 6 is a graph with the output current from the first sensor 21 on the horizontal axis (x axis) and the evaluation value of the degree of synchronization on the vertical axis (y axis). 6 is a graph with the output current from the first sensor 21 on the horizontal axis (x axis) and the output frequency of the first integral firing means 51 on the vertical axis (y axis).
The evaluation value of the degree of synchronization was calculated by equation (7). However, Δφ indicates the phase difference between the output signals of the first integral firing means 51 and the second integral firing means 52. <> Indicates a time average. As an evaluation, the closer the γ value is to 1, the higher the degree of synchronization.

図6に示すグラフからもわかるように、センサ装置10では、第1センサ21が2μA/cm2を出力する第1成分の濃度から、周波数が約2Hzのγ値が0.7の同期信号と評価できる信号を出力し始めている。そして、第1センサ21が2μA/cm2から9μA/cm2を出力する第1成分の濃度を変化させると、第1積分発火手段51の出力周波数が約1Hzから約17Hzまで周波数が徐々に高くなり、γ値が同期信号と評価できる約0.6〜約0.8の間となる信号を出力していることがわかる。 As can be seen from the graph shown in FIG. 6, in the sensor device 10, the first sensor 21 outputs a 2 μA / cm 2 concentration of the first component, and the synchronization signal with a frequency of about 2 Hz and a γ value of 0.7 It is starting to output a signal that can be evaluated. When the first sensor 21 changes the concentration of the first component that outputs 2 μA / cm 2 to 9 μA / cm 2 , the output frequency of the first integral firing means 51 gradually increases from about 1 Hz to about 17 Hz. Thus, it can be seen that a signal having a γ value between about 0.6 and about 0.8 that can be evaluated as a synchronization signal is output.

判定手段60では、γ値に対する閾値を有しており、例えばγ値が0.6以上であれば同期信号と判定して、第1成分を検出したことを通知する。また、周波数から濃度を判定することができる。   The determination unit 60 has a threshold value for the γ value. For example, if the γ value is 0.6 or more, the determination unit 60 determines that the signal is a synchronization signal and notifies that the first component has been detected. Further, the concentration can be determined from the frequency.

次に、検出目的物が第2成分で、濃度が低い場合を説明する。第2センサ22が、濃度が低い第2成分を検出すると、第2センサ22から濃度に基づく電流値の電流信号を出力する。例えば、第2成分の濃度が低いときの電流信号の値を7μA/cm2とする。このとき第1センサ21は、第2成分に対する感度が低いので電流信号を出力しない。 Next, a case where the detection target is the second component and the concentration is low will be described. When the second sensor 22 detects the second component having a low concentration, the second sensor 22 outputs a current signal having a current value based on the concentration. For example, the value of the current signal when the concentration of the second component is low is 7 μA / cm 2 . At this time, the first sensor 21 does not output a current signal because the sensitivity to the second component is low.

第2センサ22から電流信号が出力されることで、第4発振手段34は、図7に示すような周期的なパルス信号を出力するが、第2成分の濃度が低いため、第1成分の濃度が低いときの周波数(図4参照)よりは高いが、後述する濃度が高いときより低い周波数を発振する。また、第1センサ21からは、電流信号が出力されないため、第1発振手段31〜第3発振手段33からはパルス信号は出力されない。   When the current signal is output from the second sensor 22, the fourth oscillating means 34 outputs a periodic pulse signal as shown in FIG. 7, but the concentration of the second component is low. Although it is higher than the frequency when the density is low (see FIG. 4), it oscillates at a lower frequency than when the density described later is high. In addition, since no current signal is output from the first sensor 21, no pulse signal is output from the first oscillating means 31 to the third oscillating means 33.

第1発振手段31〜第4発振手段34からのパルス信号がOR手段40にて論理和が取られるが、このとき、OR手段40は波形整形するため、出力信号は矩形状のパルス波となる。   The OR signal is obtained by ORing the pulse signals from the first oscillating unit 31 to the fourth oscillating unit 34. At this time, since the OR unit 40 shapes the waveform, the output signal is a rectangular pulse wave. .

第1積分発火手段51および第2積分発火手段52は、第1成分のときと同様にして、第1感知信号および第2感知信号とを出力するが、OR手段40から出力される信号の周波数が低いため、第1感知信号および第2感知信号とは、周波数が低い信号となる。
このとき、OR手段40から出力される信号が周期的であるため、第1積分発火手段51と第2積分発火手段52とは、発火する(第1感知信号,第2感知信号を出力する)ときの閾値が第1閾値と第2閾値とで異なるので、少しずれたタイミングで第1感知信号および第2感知信号(パルス信号)を出力する。そのため、第1感知信号および第2感知信号とは、同期せず非同期信号となって出力される。
The first integral firing means 51 and the second integral firing means 52 output the first sensing signal and the second sensing signal in the same manner as the first component, but the frequency of the signal output from the OR means 40 Therefore, the first sensing signal and the second sensing signal are signals having a low frequency.
At this time, since the signal output from the OR means 40 is periodic, the first integral firing means 51 and the second integral firing means 52 ignite (output the first sensing signal and the second sensing signal). Since the threshold value at the time differs between the first threshold value and the second threshold value, the first sensing signal and the second sensing signal (pulse signal) are output at a slightly shifted timing. Therefore, the first sensing signal and the second sensing signal are output as asynchronous signals without being synchronized.

次に、検出目的物が第2成分で、濃度が高い場合を説明する。第2センサ22が、濃度が高い第2成分を検出すると、第2センサ22から濃度に基づく電流値の電流信号を出力する。例えば、第2成分の濃度が低いときの電流信号を9μA/cm2とする。このとき第1センサ21は、第2成分に対する感度が低いので電流信号を出力しない。 Next, a case where the detection target is the second component and the concentration is high will be described. When the second sensor 22 detects the second component having a high concentration, the second sensor 22 outputs a current signal having a current value based on the concentration. For example, the current signal when the concentration of the second component is low is 9 μA / cm 2 . At this time, the first sensor 21 does not output a current signal because the sensitivity to the second component is low.

第2センサ22から電流信号が出力されることで、第4発振手段34は、図8に示すような周期的なパルス信号を出力するが、第2成分の濃度が高いため、濃度が低いときの周波数(図7参照)より高い周波数を発振する。また、第1センサ21からは、電流信号が出力されないため、第1発振手段31〜第3発振手段33からはパルス信号は出力されない。第1発振手段31〜第4発振手段34からのパルス信号がOR手段40にて論理和が取られる。   When the current signal is output from the second sensor 22, the fourth oscillating means 34 outputs a periodic pulse signal as shown in FIG. 8, but when the concentration is low because the concentration of the second component is high. Higher frequency (see FIG. 7). In addition, since no current signal is output from the first sensor 21, no pulse signal is output from the first oscillating means 31 to the third oscillating means 33. The pulse signals from the first oscillating means 31 to the fourth oscillating means 34 are ORed by the OR means 40.

第1積分発火手段51および第2積分発火手段52は、濃度が低いときと同様にして、第1感知信号および第2感知信号を出力するが、OR手段40から出力される信号の周波数が高く周期的なため、第1感知信号および第2感知信号とは、周波数が高い、非同期信号となって出力される。この非同期信号の程度を示すグラフを図9に示す。   The first integral firing means 51 and the second integral firing means 52 output the first sensing signal and the second sensing signal in the same manner as when the concentration is low, but the frequency of the signal output from the OR means 40 is high. Since it is periodic, the first sensing signal and the second sensing signal are output as asynchronous signals having a high frequency. A graph showing the degree of this asynchronous signal is shown in FIG.

図9に示すグラフからもわかるように、センサ装置10では、第2センサ22からの第2成分の濃度を示す電流信号の電流値が0μA/cm2〜5μA/cm2の間は、第1積分発火手段51の出力周波数が、ほとんど増加せず、5μA/cm2から徐々に増加する。γ値は、ほとんど0に近い値となり、第1積分発火手段51および第2積分発火手段52から同期信号とは評価できない状態の信号を出力していることがわかる。 As can be seen from the graph shown in FIG. 9, the sensor device 10, between the current value of the current signal indicative of the concentration of the second component from the second sensor 22 is 0μA / cm 2 ~5μA / cm 2, the first The output frequency of the integral firing means 51 hardly increases and gradually increases from 5 μA / cm 2 . The γ value is almost close to 0, and it can be seen that the first integral firing means 51 and the second integral firing means 52 output signals that cannot be evaluated as synchronization signals.

判定手段60では、第1積分発火手段51および第2積分発火手段52からの出力Aおよび出力Bが、γ値に対する閾値より小さいことを判定して、第2成分を検出したことを通知する。また、周波数から濃度を判定することができる。   The determination unit 60 determines that the outputs A and B from the first integral firing unit 51 and the second integral firing unit 52 are smaller than the threshold value for the γ value, and notifies that the second component has been detected. Further, the concentration can be determined from the frequency.

このように、センサ装置10では、第1成分を検出したときには、出力Aおよび出力Bにより同期信号を出力し、第2成分を検出したときには非同期信号を出力し、それぞれの濃度は出力Aおよび出力Bの周波数により検出できるので、感覚器官の代替となる改良されたセンサ装置とすることができる。   As described above, the sensor device 10 outputs the synchronization signal by the output A and the output B when the first component is detected, and outputs the asynchronous signal when the second component is detected. Since the detection can be performed by the frequency of B, an improved sensor device can be substituted for the sensory organ.

なお、本実施の形態では、OR手段40が出力するパルス信号(バースト信号)が指数分布様としているが、式(8)に示すガンマ分布(k=1〜5)とすることも可能である。TはOR手段40から積分発火手段50に入力されるパルス信号のオフ期間の長さである。θは、Tの平均値を決めるパラメータである。また、バースト信号発生手段30として、3個の第1発振器31〜第3発振器33で構成しているが、それぞれの発振器がガンマ分布のパルス信号が発生できれば、バースト信号発生手段30を3個以下の発振器により構成してもよい。
In the present embodiment, the pulse signal (burst signal) output from the OR means 40 has an exponential distribution, but it may be a gamma distribution (k = 1 to 5) shown in Expression (8). . T is the length of the OFF period of the pulse signal input from the OR means 40 to the integral firing means 50. θ is a parameter that determines the average value of T. The burst signal generating means 30 includes three first oscillator 31 to third oscillator 33. If each oscillator can generate a gamma-distributed pulse signal, three or less burst signal generating means 30 are provided. You may comprise by the oscillator of.

(実施の形態2)
本発明の実施の形態に係るセンサ装置を図10に基づいて説明する。なお、図10においては、図1と同じ構成のものと同符号を付して説明を省略する。
図10に示すセンサ装置10aは、OR手段40aを発光手段41と受光手段42とにより構成したことを特徴とするものである。
(Embodiment 2)
A sensor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 10, the same reference numerals as those in FIG.
The sensor device 10a shown in FIG. 10 is characterized in that the OR means 40a is composed of a light emitting means 41 and a light receiving means 42.

発光手段41は、第1発振手段31〜第4発振手段34からのパルス信号に応じた光量の光信号を発光するものである。発光手段41は、LED(Light Emitting Diode)やレーザー、フィラメントにより発光させる電球などとすることができる。
受光手段42は、発光手段41からの光信号が空中で合算された強度に応じた電気信号へ変換して、第1積分発火手段51および第2積分発火手段52へ出力するものである。受光手段42は、フォトダイオードとすることができる。
The light emitting means 41 emits an optical signal having a light amount corresponding to the pulse signals from the first oscillating means 31 to the fourth oscillating means 34. The light emitting means 41 may be an LED (Light Emitting Diode), a laser, a light bulb that emits light using a filament, or the like.
The light receiving means 42 converts the optical signal from the light emitting means 41 into an electric signal corresponding to the intensity combined in the air, and outputs it to the first integral firing means 51 and the second integral firing means 52. The light receiving means 42 can be a photodiode.

OR手段40aを発光手段41と受光手段42とにより構成することで、発光手段41と受光手段42との間に距離があっても、伝送線やORゲートなどを設けることなく、論理和を取ることができる。
また、バースト信号発生手段30を3個以上の発振手段により構成した場合でも、発光手段41は増加した発振手段に応じて増えるが、ORゲートは不要であり、受光手段42は増加しない。
By configuring the OR means 40a with the light emitting means 41 and the light receiving means 42, even if there is a distance between the light emitting means 41 and the light receiving means 42, a logical sum is obtained without providing a transmission line or an OR gate. be able to.
Even when the burst signal generating means 30 is constituted by three or more oscillating means, the light emitting means 41 increases in accordance with the increased oscillating means, but the OR gate is unnecessary and the light receiving means 42 does not increase.

(実施の形態3)
本発明の実施の形態3に係るセンサ装置を図11および図12に基づいて説明する。なお、図11においては、図1と同じ機能のものは同符号を付して説明を省略する。
本実施の形態に係るセンサ装置は、3種類の成分を検出するセンサを設けることで、7種類の物質(物質(a)〜物質(g))を区別することができるものである。
(Embodiment 3)
A sensor device according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 11, components having the same functions as those in FIG.
The sensor device according to the present embodiment can distinguish seven types of substances (substance (a) to substance (g)) by providing sensors that detect three types of components.

図11に示すように、センサ装置10bは、2つのセンサユニットS(第1センサユニットS1,第2センサユニットS2)を備えている。第1センサユニットS1と、第2センサユニットS2とは、図1に示すセンサユニットSと同じ構成である。
第1センサユニットS1は、第1センサ21からの第1センサ信号と、第2センサ22からの第2センサ信号とにより動作している。しかし、第2センサユニットS2は、第1センサ21の代わりに、第3成分に対する感度が高く、第3成分の濃度に応じた電流を出力する第3センサ23からの第3センサ信号と、第2センサからの第2センサ信号により動作している。
As shown in FIG. 11, the sensor device 10b includes two sensor units S (first sensor unit S1, second sensor unit S2). The first sensor unit S1 and the second sensor unit S2 have the same configuration as the sensor unit S shown in FIG.
The first sensor unit S <b> 1 is operated by the first sensor signal from the first sensor 21 and the second sensor signal from the second sensor 22. However, instead of the first sensor 21, the second sensor unit S2 has a high sensitivity to the third component, and the third sensor signal from the third sensor 23 that outputs a current according to the concentration of the third component, It operates by the second sensor signal from the two sensors.

ここで、第1センサ21から第3センサ23と、これらのセンサにより、物質(a)から物質(g)を区別することについて、図12に基づいて説明する。
図12では、第1センサ21から第3センサ23を受容膜として想定して模式的に示したものである。また、物質(a)から物質(g)は、受容膜とした第1センサ21から第3センサ23が受容可能な成分を凸部として表しており、2つの成分の組み合わせであるものとする。
Here, the first sensor 21 to the third sensor 23 and the discrimination of the substance (g) from the substance (a) by these sensors will be described with reference to FIG.
FIG. 12 schematically shows the first sensor 21 to the third sensor 23 as receiving films. In addition, the substances (a) to (g) represent the components that can be received by the first sensor 21 to the third sensor 23 serving as receiving films as convex portions, and are combinations of two components.

例えば、物質(a)であれば、第1センサユニットS1の第1センサ21と第2センサユニットS2の第3センサ23とが濃度に応じた電流信号を出力する。また、物質(d)であれば、第1センサユニットS1の第2センサ22と、第2センサユニットS2の第3センサ23と第2センサ22とが濃度に応じた電流信号を出力する。   For example, if it is a substance (a), the 1st sensor 21 of 1st sensor unit S1 and the 3rd sensor 23 of 2nd sensor unit S2 will output the electric current signal according to a density | concentration. If it is a substance (d), the 2nd sensor 22 of the 1st sensor unit S1, the 3rd sensor 23 of the 2nd sensor unit S2, and the 2nd sensor 22 will output the current signal according to concentration.

従って、物質(a)であれば、第1センサユニットS1の第1センサ21が、第1発振手段31〜第3発振手段33へ第1センサ信号である電流信号を出力するので、第1センサユニットS1からは同期信号が出力される。また、第2センサユニットS2の第3センサ23が、第1発振手段31〜第3発振手段33へ第3センサ信号である電流信号を出力するので、第2センサユニットS2からも同期信号が出力される。   Therefore, if the substance is (a), the first sensor 21 of the first sensor unit S1 outputs a current signal, which is the first sensor signal, to the first oscillating means 31 to the third oscillating means 33. A synchronization signal is output from the unit S1. Further, since the third sensor 23 of the second sensor unit S2 outputs a current signal that is a third sensor signal to the first oscillating means 31 to the third oscillating means 33, a synchronization signal is also output from the second sensor unit S2. Is done.

また、物質(d)であれば、第1センサユニットS1の第2センサ22が、第4発振手段34へ第2センサ信号である電流信号を出力するので、第1センサユニットS1からは非同期号が出力される。また、第2センサユニットS2の第3センサ23が、第1発振手段31〜第3発振手段33へ第3センサ信号である電流信号を出力する。このとき、第2センサユニットS2の第2センサ23も、第4発振手段34へ第2センサ信号である電流信号を出力するが、OR手段40により論理和が取れられるため、第2センサユニットS2からは同期信号が出力される。   In addition, if it is the substance (d), the second sensor 22 of the first sensor unit S1 outputs a current signal, which is the second sensor signal, to the fourth oscillating means 34, so that the asynchronous signal is output from the first sensor unit S1. Is output. The third sensor 23 of the second sensor unit S2 outputs a current signal that is a third sensor signal to the first oscillating means 31 to the third oscillating means 33. At this time, the second sensor 23 of the second sensor unit S2 also outputs a current signal, which is the second sensor signal, to the fourth oscillating means 34. However, since the OR is taken by the OR means 40, the second sensor unit S2 Outputs a synchronization signal.

判定手段60aは、出力A,Bと出力C,Dのそれぞれの信号の、同期、非同期、応答なしの組み合わせにより、物質(a)から物質(g)を、図12の表に従って検出できるので、センサ装置10bは、3種類の成分を検出するセンサ(第1センサ21〜第3センサ23)を設けることで、7種類の物質(a)〜物質(g)を区別することができる。   The determination means 60a can detect the substance (g) from the substance (a) to the substance (g) according to the table of FIG. The sensor device 10b can distinguish seven types of substances (a) to (g) by providing sensors (first sensor 21 to third sensor 23) that detect three types of components.

本発明は、様々な感覚器官の代用手段としたり、独立型のセンサ装置の一部回路としたりすることに好適である。   The present invention is suitable for substituting various sensory organs or as a partial circuit of an independent sensor device.

1,10a,10b センサ装置
S センサユニット
S1 第1センサユニット
S2 第2センサユニット
21 第1センサ
22 第2センサ
23 第3センサ
30 バースト信号発生手段
31 第1発振手段
32 第2発振手段
33 第3発振手段
34 第4発振手段
40,40a OR手段
50 積分発火手段
51 第1積分発火手段
52 第2積分発火手段
60,60a 判定手段
1, 10a, 10b Sensor device S Sensor unit S1 First sensor unit S2 Second sensor unit 21 First sensor 22 Second sensor 23 Third sensor 30 Burst signal generation means 31 First oscillation means 32 Second oscillation means 33 Third Oscillating means 34 Fourth oscillating means 40, 40a OR means 50 Integral firing means 51 First integral firing means 52 Second integral firing means 60, 60a Determination means

Claims (5)

第1成分に対する感度が高く、前記第1成分の濃度に応じた電流を出力する第1センサからの第1センサ信号に応じて、密状態と疎状態とを繰り返すパルス信号を出力するバースト信号発生手段と、
第2成分に対する感度が高く、前記第2成分の濃度に応じた電流を出力する第2センサからの第2センサ信号に応じて周期的なパルス信号を出力する発振手段と、
前記バースト信号発生手段と前記発振手段との出力信号を論理和するOR手段と、
前記OR手段からの信号を積分し、積分値が第1閾値以上となったときに、第1感知信号を出力して積分値をリセットする第1積分発火手段、および前記OR手段からの信号を積分して、積分値が前記第1閾値より高い第2閾値以上の電圧となったときに、第2感知信号を出力して積分値をリセットする第2積分発火手段により構成され、前記バースト信号発生手段からの密状態のパルス信号を受けて、第1感知信号と第2感知信号とを同期信号として出力し、前記発振手段からの周期的なパルス信号を受けて、第1感知信号と第2感知信号とを非同期信号として出力する積分発火手段とを備えたセンサユニットを有することを特徴とするセンサ装置。
Burst signal generation that outputs a pulse signal that repeats a dense state and a sparse state in response to a first sensor signal from a first sensor that is highly sensitive to the first component and outputs a current corresponding to the concentration of the first component Means,
Oscillating means for outputting a periodic pulse signal in response to a second sensor signal from a second sensor that is highly sensitive to the second component and outputs a current corresponding to the concentration of the second component;
OR means for ORing the output signals of the burst signal generating means and the oscillating means;
The signal from the OR means is integrated, and when the integrated value becomes equal to or greater than the first threshold value, the first integrated ignition means for outputting the first sensing signal and resetting the integrated value, and the signal from the OR means When the integration value becomes a voltage equal to or higher than a second threshold value higher than the first threshold value, the burst signal is constituted by a second integration ignition means that outputs a second sensing signal and resets the integration value. In response to the dense pulse signal from the generating means, the first sensing signal and the second sensing signal are output as synchronization signals, and the first sensing signal and the first sensing signal are received in response to the periodic pulse signal from the oscillating means. A sensor device comprising: a sensor unit including an integral ignition means for outputting two sensing signals as asynchronous signals.
前記バースト信号発生手段は、前記OR手段により論理和されたときに発振周波数の違いにより密状態と疎状態とを繰り返すパルス信号となる信号を出力する3以上の発振手段から形成されている請求項1記載のセンサ装置。   The burst signal generating means is formed of three or more oscillating means for outputting a signal that becomes a pulse signal that repeats a dense state and a sparse state due to a difference in oscillation frequency when ORed by the OR means. The sensor device according to 1. 前記発振手段は、味蕾細胞のII型味細胞をモデル化し、クラス2の興奮性の特性を備えたものであり、
前記第1積分発火手段および第2積分発火手段は、味蕾細胞のIII型味細胞をモデル化したものである請求項2記載のセンサ装置。
The oscillation means models a taste bud cell type II taste cell and has class 2 excitability characteristics,
3. The sensor device according to claim 2, wherein the first integral firing means and the second integral firing means are obtained by modeling type III taste cells of taste bud cells.
前記OR手段は、前記バースト信号発生手段および前記発振手段からのパルス信号に応じた光量の光信号を発光する発光手段と、前記発光素子からの光信号が空中で合算された強度に応じた電気信号へ変換する受光手段とにより形成された請求項1から3のいずれかの項に記載のセンサ装置。   The OR means includes a light emitting means for emitting an optical signal having a light amount corresponding to a pulse signal from the burst signal generating means and the oscillating means, and an electric power corresponding to the intensity obtained by adding the optical signals from the light emitting elements in the air. The sensor device according to claim 1, wherein the sensor device is formed by a light receiving unit that converts the signal into a signal. 前記第1センサ信号と、前記第2センサ信号とにより動作する前記センサユニットを第1センサユニットとし、
前記第1センサ信号の代わりに、第3成分に対する感度が高く、前記第3成分の濃度に応じた電流を出力する第3センサからの第3センサ信号と、前記第2センサ信号により動作する前記センサユニットを第2センサユニットとして2センサユニットを備えた請求項1から4のいずれかの項に記載のセンサ装置。
The sensor unit that operates according to the first sensor signal and the second sensor signal is a first sensor unit,
Instead of the first sensor signal, the sensitivity to the third component is high, and the third sensor signal from the third sensor that outputs a current according to the concentration of the third component and the second sensor signal operate. The sensor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the sensor unit is a second sensor unit and includes two sensor units.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020105770A1 (en) * 2018-11-23 2020-05-28 황성공업 주식회사 Device for sensing approach of object and method for sensing approach of object by using same
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