JP2019526035A - ガス濃度の決定 - Google Patents

Abstract

媒体内の所定のガスの濃度の決定装置は、媒体の流れ内のガス濃度を決定する第１センサ、媒体の流れ内の媒体の物理的パラメータを決定する第２センサ、および第２センサの信号に基づいて第１センサによる決定の品質を決定するように設計された処理装置を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス濃度の決定に関する。特に、本発明は、自由噴射測定装置によるガス濃度の決定に関する。

携帯型装置は、ガス濃度を決定するセンサを含む。携帯型装置は、例えば、呼気内のガス状アルコールの濃度を決定するように設計されていてもよい。高価な分析装置は、通常、呼気によるガスセンサの所定流れがそれにより発生される機械的装置、例えば噴射口またはポンプを含む。高価な分析装置は、しばしば、ガスセンサの所定流れが強要されることのない自由噴射測定原理に従って作動する。ガス濃度の決定のために、ガスセンサは、通常、測定を成功させて終了させるために、所定の測定期間を必要とする測定過程の間に、特定の作動状態または一連の所定の作動状態にもたらされなければならない。この測定期間の間に、測定される媒体によりガスセンサの所定の流れが形成されなかった場合、測定は不正確になりまたは使用できないことがある。

本発明は、特に自由噴射ガスセンサによりガス濃度の改善された決定がそれにより実行可能な技術を提供することを課題の基礎とする。

本発明は、この課題を、独立請求項の対象により解決する。従属請求項は、好ましい実施形態を再現する。
媒体内の所定のガスの濃度（ガス濃度）の決定装置は、媒体の流れ内のガス濃度を決定する第１センサ、媒体の流れ内の媒体の物理的パラメータを決定する第２センサ、および第２センサの信号に基づいて第１センサによる決定の品質を決定するように設計された処理装置を含む。

媒体の流れのなかにおけるその位置が追加手段により強要されない自由噴射センサから出発される。このために、センサは、通常、媒体の容積流れをセンサに通過させるポンプ、送風機または閉じた配管系が設けられることなく、装置に固定されている。媒体は、通常、ガス状でありかつ所定のガスは媒体と均一に混合されていることが好ましい。所定のガスは揮発性有機化合物（ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ，ＶＯＣ）を含むことが好ましい。これにより、ラッカー、脱色剤、洗浄剤、家具、事務所備品、接着剤またはアルコール物質内に含まれていることがあるホルムアルデヒドのような溶剤が検出可能である。さらに、消費された呼気内に含まれかつ病人に対しまたは人の新陳代謝に対して指示を与える化合物が検出可能である。

物理的パラメータは、特に、媒体の湿度、圧力または温度に関してもよい。これにより、特に、第１センサにおける媒体の流れ特性が監視可能である。第１および第２センサは、このために、空間的に相互に密接して配置されていることが好ましく、特に、共通のハウジング内に共に統合されていてもよい。適切なセンサは、ＢＭＥ６８０の名称で、３×３×０．９５ｍｍ^３のハウジング内に含まれている。

測定品質の決定により、一方で、必要な測定期間の間、使用できる結果を導く第１センサの流れが提供されたか否かが監視可能である。他方で、決定された品質は、例えば測定の不正確さが同時に示されることにより、決定されたガス濃度を解釈するために、または既に測定中に、決定品質に関して説明して、これによりオペレータが直接測定条件を変更することが可能なように利用されてもよい。

装置は、特に、ガス濃度の測定用に特別に設計された携帯型装置内に配置されているか、またはスマートフォンまたはタブレットコンピュータのような他の携帯型装置内に装着されていてもよい。特に、第２センサは、携帯型装置内に予め設けられていても、または全体としてより広い装置用途に使用可能なように、他の目的用に携帯型装置内に自由に設けられてもよい。

処理装置は、さらに、決定された品質に依存して、第１センサによるガス濃度の決定を制御するように設計されていることが好ましい。
通常、第１センサは、ガス濃度の決定を可能にするために、特定の方法で操作されなければならない。例えば、第１センサを順次に一連の所定の温度に加熱することが必要な場合がある。この場合、通常、外部からおよび好ましくは処理装置により制御される測定プロフィルもまた対象となる。この場合、測定プロフィルは、決定された品質が所定のしきい値を超えているときにはじめて開始されてもよいことが好ましい。さらに、測定の間に、少なくとも必要な品質のしきい値を下回っているとき、測定は成功したとして中止されてもよい。

流れ内の媒体の種々の物理的パラメータを決定するように設計された複数の第２センサが設けられ、この場合、処理装置は、第２センサの信号に基づいて決定の品質を決定するように設計されていることが特に好ましい。

流れ内の媒体の物理的パラメータがより多く検出されればされるほど、それだけより正確に媒体の流れ特性が把握可能または判定可能である。他の可能なパラメータは、例えば、露点または粘度を含んでもよい。

他の実施形態において、装置の周辺内の物理的パラメータを決定する第３センサが設けられている。この場合、処理装置は、さらに第３センサの信号に基づいて決定の品質を決定するように設計されている。

第３センサは、特に、装置の取扱いに関する情報を提供可能である。例えば、加速度センサ、回転速度センサまたは磁気センサにより、携帯型装置が測定期間の間に静止状態で保持されるか否かが決定可能である。第３センサがマイクロホンを含む場合、媒体の流れ騒音が評価可能である。その代わりにまたはそれに追加して、場合により測定のために十分に静かでない周辺が選択されたか否かを決定するために、背景騒音が評価されてもよい。複数のマイクロホンが存在する場合、回転角度測定により、流れの方向が決定可能である。装置の取扱いをより詳細に検査するために、光学センサ、例えば近接センサまたは光センサが使用されてもよい。すなわち、例えば、呼気分析においてユーザと装置の間の距離が変化されたか否かが決定されてもよい。

処理装置は、決定された品質に対する指示を出力するように設計されていることがさらに好ましい。特に、決定された品質が、ガス濃度の有意な決定を完全に実行するために十分ではないとき、出力が行われてもよい。特に、複数の決定試行が順次に小さすぎる品質を有するとき、短縮された測定プロフィルを有する他の測定が実行されてもよい。これにより低減された決定品質は、決定されたガス濃度と共に提供されてもよい。

さらに、処理装置は、決定された品質および第２センサおよび／または上記の第３センサの信号に基づいて、装置の改善された取扱いに対する指示を提供するように設計されていてもよい。

この指示は、例えば音響的に、光学的にまたは触覚的に出力されてもよい。一実施形態において、指示は、１つの取扱いパラメータのみ、または複数の取扱いパラメータの組み合わせに関する。取扱いパラメータは、例えば、空間内またはユーザに対する装置の位置を含んでもよい。

媒体内の所定のガスの濃度の決定方法は、第１センサによる、媒体流れ内のガス濃度の決定ステップ、第２センサによる、媒体の流れ内の媒体の物理的パラメータの決定ステップ、および第２センサの信号に基づいた、第１センサによる決定の品質の決定ステップを含む。

方法は、特に上記の装置により実行可能である。
一実施形態において、第１センサによる測定過程の間に媒体の物理的パラメータが所定の範囲内に位置するとき、ガス濃度の決定は成功したと判定される。このために、物理的パラメータに対する下限および／または上限が提供されていてもよい。測定過程は、所定の範囲の限界の１つがその間に適合可能な所定の期間を必要とする。

他の実施形態において、それに追加してまたはその代わりに、媒体の物理的パラメータの時間に関する導関数が考察される。導関数に対して、同様に、範囲が設けられかつ範囲の限界は測定期間にわたり可変であってもよい。

さらに他の実施形態において、媒体の物理的パラメータの時間に関する高次導関数が考察される。この場合もまた、ガス濃度の決定を成功したと判定可能にするために、パラメータの高次導関数がその中に位置する範囲が予め決定されていてもよい。

本発明がここで添付図面を参照して詳細に説明される。

図１は、媒体内のガス濃度の決定装置を示す。 図２は、図１の装置における物理的パラメータの経過を示す。 図３は、図１の装置におけるセンサの測定プロフィルを示す。 図４は、図１の装置によるガス濃度の決定方法の流れ図を示す。

図１は、媒体１０５内のガス濃度の決定装置１００を示す。装置１００は、特に、携帯型装置、例えばスマートフォンの一部であってもよい。装置１００は、処理装置１１０、媒体１０５内のガスの濃度を決定するように設計された第１センサ１１５、媒体１０５の種々の物理的パラメータを決定するように設計された１つ以上の第２センサ１２０、並びに好ましくは、装置１００の周辺内ないしは第１センサ１１５の周辺内の物理的パラメータをそれぞれ検出するように設計された１つ以上の第３センサ１２５を含む。第３センサ１２５は、例えば、加速度センサ、回転速度センサ、磁界センサまたは位置センサを含んでもよい。図示の好ましい実施形態において、第１センサ１１５および３つまでの第２センサ１２０が共通のセンサ装置１３０内に統合されている。この例において、第２センサ１２０は、媒体１０５の温度、圧力および相対湿度に関する。

第１センサ１１５が自由噴射センサであることは好ましく、すなわち、それは、媒体１０５の流れを所定の方法で確実に提供するポンプまたは送風機のような能動的装置を備えていない。通常、媒体の流れを形成するために、配管、ホースまたは絞りのような受動的装置もまた設けられていない。したがって、第１センサ１１５は、測定条件が制御ないしは決定するのがいかにむずかしくてもよいように、種々の方向からかつ種々の方法で媒体１０５を噴射可能である。

第３センサ１２５は直接装置１００に配置されていることが好ましいが、必ずしもセンサ１１５および１２０にきわめて密接して位置する必要はない。第３センサ１２５は、特に、空間内の位置、振動、配向または加速度に関して装置１００の取扱いを決定可能である。さらに、第３センサ１２５により、装置１００の周辺が特徴づけられることが可能である。例えば、装置１００の領域内に１人以上の人１３５が位置するか否か、装置１００が閉鎖空間内に存在しかつ１日のどの時間に存在するかが少なくとも概略的に決定可能である。

他の実施形態において、１つ以上の第３センサ１２５により、媒体１０５の流れ特性が推測可能である。媒体１０５の流れが、例えばマイクロホン１２５により把握可能である。

装置１００は、１つ以上の出力手段１４０を備えていてもよい。単なる例として、図１の図においては、光学的出力手段としてスクリーンが、および音響的出力手段としてスピーカが示されている。さらに、触覚的出力手段、例えば振動モータまたは他の出力手段１４０が設けられていてもよい。出力手段１４０は、媒体１０５内のガス濃度の決定結果を提供するために利用可能である。さらに、出力手段１４０により、決定品質に対する指示が、決定の間または決定後において出力されてもよい。さらに、できるだけ最適測定条件を提供するようにユーザを指導するために、装置１００に対する操作指示が出力されてもよい。

装置１００は、一連の種々の目的に使用可能である。第１センサ１１５が揮発性有機化合物用センサを含む場合、例えば人１３５の呼気分析に使用可能である。一実施形態において、吐き出された人１３５の空気１０５内のアルコール含有量が分析される。人１３５は運転できる状態であるか否かが決定可能である。他の実施形態において、呼気悪臭（口臭）が決定可能であり、または脂肪燃焼に対する指標（ケトース）、喘息指標（ＦｅＮＯ）、フルクトース耐性の指標（Ｈ_２）あるいは人１３５の他のパラメータが決定可能である。さらに他の実施形態において、中身成分を決定するために、食品または飲料１４５の蒸発気が分析可能である。この場合もまた、蒸発気によりアルコール濃度の決定が実行可能である。

人１３５の呼気が分析される場合、通常、吐出可能な肺気量のできるだけ多くの部分が均等にかつ所定の角度で第１センサ１１５において通過されるように配慮されるべきである。食品または飲料１４５の蒸発した気体の種類を決定する場合、通常、飲料１４５と第１センサ１１５の間にできるだけ均等な対流が行われるように考慮される。

１つ以上の第２センサ１２０、場合により１つ以上の第３センサ１２５に基づいて第１センサ１１５によるガス濃度の決定の品質を決定するように、処理装置１１０を設計することが提案される。一実施形態において、決定された品質は出力可能、または決定された濃度の解釈のために使用可能である。他の実施形態において、処理装置１１０は、決定された品質に基づき、第１センサ１１５によるガス濃度の決定を制御可能である。

図２は、図１の装置１００における物理的パラメータの例示経過を示す。図に示すように、装置１００による人１３５の呼気分析が図示の経過の基礎とされることから出発される。

第１経過２０５は、媒体１０５の温度に関する。人１３５の吐息に基づき、媒体１０５の決定温度は上昇する。第１センサ１１５によるガス濃度の測定のためのスタート条件として、最小温度が設定されてもよい。さらに、測定の間に、温度が所定の範囲内に位置することが要求されてもよい。低すぎる温度は媒体１０５の成分を凝縮させ、これにより測定結果の質を低下させることがある。

第２経過２１０は、媒体１０５の圧力に関する。人１３５の吐息により、はじめに圧力は著しく上昇するが、短時間後に再び出発レベルに低下する。人１３５はおそらく短時間の間のみ付属の第２センサ１２０の方向に息を吐き出すであろうが、これは、第１センサ１１５を包囲する容積を呼気で充満させるほどに十分な高さの強度を有していない。次に考察される経過２１５および２２０がそれに続く。

第３経過２１５は、媒体１０５の相対湿度に関する。相対湿度は、第２経過２１０の圧力がその最大に到達する前に既に上昇を開始している。図示の経過２１５は、はじめの少ない強度の人１３５の吐息または付属された第２センサ１２０がその中に存在するガス空間内への湿った呼気の拡散を示す。図示の湿り値は、所定の期待範囲内に位置する。吐き出された空気は、一般に飽和され、すなわち高い相対湿度を含む。相対湿度が所定のしきい値を超えた場合、媒体１０５は第２センサ１２０の領域内に吐き出された人１３５の空気を含むことが推測可能である。

第４経過２２０は、第１センサ１１５により決定されたガス濃度に関する。第４経過２２０は第３経過２１５に類似するので、妥当であるとみなされる。
時間区間２２５内に、ガス濃度の決定が有意であるとみなされる条件が存在する。それに対応して、第１センサ１１５は、ガス濃度の決定を実行するように操作可能である。

図３は、図１の装置１００における第１センサ１１５の測定プロフィル３００を示す。測定プロフィル３００は、所定の測定を実行するために、第１センサ１１５がそれに提供されなければならない一例示パラメータを示す。このパラメータは、この場合、数１００℃未満の範囲内に位置してもよい温度を含む。必要な決定を実行可能にするために、第２センサ１２０、場合により１つ以上の第３センサ１２５を基礎として決定された時間区間２２５内において、第１センサ１１５は、順次に異なる測定点３０５にもたらされる。測定点３０５の各々において、ガス濃度の決定が実行可能である。決定されるガスのタイプは、操作温度に依存してもよい。

図４は、図１の装置１００によるガス濃度の決定方法４００の流れ図を示す。方法４００は、特に、装置１００ないしは処理装置１１０の経過に適合されている。
ステップ４０５において、媒体１０５の１つ以上の第１物理的パラメータが１つ以上の第２センサ１２０により決定される。これに平行して、ステップ４１０において、１つ以上の第３センサ１２５により装置１００の領域内の第２物理的パラメータの決定が行われる。

決定されたパラメータに基づき、ステップ４１５において、決定品質が決定される。品質は、測定を実行するために、センサ１１５、１２０、１２５の出力信号の経過２０５ないし２２０が妥当であるか否かを示す。妥当性とは、センサ信号、時間に関するその一次導関数またはその高次導関数が所定の範囲内に位置することと理解されてもよい。その代わりにまたはそれに追加して、矛盾がないことを保証するために、信号が相互に関連づけられてもよい。

ステップ４２０において、品質が十分であることが決定されたので、ステップ４２５において、測定が開始可能である。ステップ４３０において、ガス濃度が第１センサ１１５により決定される。このために、第１センサ１１５は、測定プロフィル３００の所定の測定点３０５にもたらされることが可能である（図３参照）。ステップ４３５において、測定が既に終了されたか否かが検査される。これが肯定でない場合、方法４００ははじめに戻されかつ改めて実行される。他の場合、ステップ４４０において、測定は成功して終了されかつステップ４５０において決定結果が出力可能である。さらに、決定された測定品質が出力されても、または決定された品質に基づいて測定の解釈が行われてもよい。

ステップ４２０における測定の間に、少なくとも１つのセンサ信号またはその導関数が所定の範囲外に位置するかまたは２つ以上の信号が相互に妥当化され得なかった場合、方法４００は状態４４５に移行し、状態において、測定が失敗したと判定される。

状態４４５から、妥当性検査がなぜ不良であったかを決定するために、センサ１１５ないし１２５の個々の信号の分析が実行されてもよい。すなわち、例えば、装置１００の整備不良、呼気分析における装置１００に関する誤った角度における呼気またはセンサ１１５ないし１２５のいずれかの汚れたフィルタが検出されてもよい。それに続いて、妥当な測定を可能にするために、失敗した測定に対する指示、または測定条件がいかに改善されるかに対する指示が出力手段１４０により出力されてもよい。装置１００の具体的な取扱いを明確にするために、特に、図式データが出力されても、アニメで示されてもよい。さらに、測定を反復するように要求されてもよい。

ステップ４１５において決定された品質、ステップ４０５において決定された第１物理的パラメータおよび／またはステップ４１０において決定され第２物理的パラメータは、ステップ４５５において、決定品質に対する指示の決定のために利用されてもよい。これにより、測定の間に、特に時間区間２２５の間に、決定品質に対する指示が出力されてもよい。指示は、場合により決定品質の改善のための提案と共に、ステップ４５５において出力されてもよい。

１００ 装置
１０５ 媒体、空気
１１０ 処理装置
１１５ 第１センサ
１２０ 第２センサ
１２５ 第３センサ、マイクロホン
１３０ センサ装置
１３５ 人
１４０ 出力手段
１４５ 飲料
２０５ 第１経過
２１０ 第２経過
２１５ 第３経過
２２０ 第４経過
２２５ 測定過程、時間区間
３００ 測定プロフィル
３０５ 測定点
４００ 方法
４０５ 決定、ステップ
４１０ 決定、ステップ
４１５ 決定、ステップ
４２０ 決定、ステップ
４２５ 開始、ステップ
４３０ 決定、ステップ
４３５ 検査、ステップ
４４０ 判定、ステップ
４４５ 判定、状態
４５０ 出力、ステップ
４５５ 決定、ステップ
Ｐ 圧力
ｒ．ｈ． 相対湿度
Ｒ_Ｓ ガス濃度
ｔ 時間
Ｔ、Ｔ_ｓｏｌｌ 温度

Claims (10)

1. 媒体（１０５）内の所定のガスの濃度の決定装置（１００）において、装置（１００）は、
   媒体（１０５）の流れ内のガス濃度を決定する第１センサ（１１５）と、
   媒体（１０５）の流れ内の媒体（１０５）の物理的パラメータを決定する第２センサ（１２０）と、
   第２センサ（１２０）の信号に基づいて第１センサ（１１５）による決定の品質を決定するように設計された処理装置（１１０）と、
   を含む、装置（１００）。
2. 処理装置（１１０）は、さらに、決定された品質に依存して、第１センサ（１１５）によるガス濃度の決定を制御するように設計されている、請求項１に記載の装置（１００）。
3. 流れ内の媒体（１０５）の種々の物理的パラメータを決定するように設計された複数の第２センサ（１２０）が設けられ、
   処理装置（１１０）は、第２センサ（１２０）の信号に基づいて決定の品質を決定するように設計されている、
   請求項１または２に記載の装置（１００）。
4. 装置（１００）の周辺内の物理的パラメータを決定する第３センサ（１２５）が設けられ、
   処理装置（１１０）は、さらに第３センサ（１２５）の信号に基づいて決定の品質を決定するように設計されている、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（１００）。
5. 処理装置（１１０）は、決定された品質に対する指示を出力するように設計されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置（１００）。
6. 処理装置（１１０）は、決定された品質および第２センサおよび／または装置（１００）の周辺内の物理的パラメータを決定するように設計された第３センサ（１２０、１３０）の信号に基づいて、装置（１００）の改善された取扱いに対する指示を提供するように設計されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１００）。
7. 媒体（１０５）内の所定のガスの濃度の決定方法（４００）において、方法（４００）は、
   第１センサ（１１５）による、媒体（１０５）の流れ内のガス濃度の決定（４３０）ステップと、
   第２センサ（１２０）による、媒体（１０５）の流れ内の媒体（１０５）の物理的パラメータの決定（４０５）ステップと、
   第２センサ（１２０）の信号に基づいた、第１センサ（１１５）による決定の品質の決定（４１５）ステップと、
   を含む、方法（４００）。
8. 第１センサ（１１５）による測定過程（２２５）の間に媒体（１０５）の物理的パラメータが所定の範囲内に位置するとき、ガス濃度の決定（４３０）は成功したと判定（４４０）される、請求項７に記載の方法（４００）。
9. 第１センサ（１１５）による測定過程（２２５）の間に媒体（１０５）の物理的パラメータの時間に関する導関数が所定の範囲内に位置するとき、ガス濃度の決定（４３０）は成功したと判定（４４０）される、請求項７または８に記載の方法（４００）。
10. 第１センサ（１１５）による測定過程（２２５）の間に媒体（１０５）の物理的パラメータの時間に関する高次導関数が所定の範囲内に位置するとき、ガス濃度の決定（４３０）は成功したと判定（４４０）される、請求項７〜９のいずれか一項に記載の方法（４００）。

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