JP3437246B2 - におい源方向判定プローブ及びそれを用いたにおい源探知方法 - Google Patents

におい源方向判定プローブ及びそれを用いたにおい源探知方法

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JP3437246B2
JP3437246B2 JP05538394A JP5538394A JP3437246B2 JP 3437246 B2 JP3437246 B2 JP 3437246B2 JP 05538394 A JP05538394 A JP 05538394A JP 5538394 A JP5538394 A JP 5538394A JP 3437246 B2 JP3437246 B2 JP 3437246B2
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  • Examining Or Testing Airtightness (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自律移動型におい源探
知システムに用いるにおい源方向判定プローブ及びそれ
を用いたにおい源探知方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、におい源探知に関する技術研究と
しては、既に、本願発明者によって、特願平５−１４９
３７５号として提案されたものがある。
【０００３】すなわち、においの発生源を探知する自律
移動型におい探知システムにおいて、移動可能な本体
と、この本体上に配置されるしきり板の表裏のガス濃度
を半導体ガスセンサを用いて比較し方向を判定するプロ
ーブと、このプローブをにおいの流れの方向に対して平
行又は直交する方向に回転させる第１の駆動手段と、前
記プローブに接続されるガス濃度検知手段と、このガス
濃度検知手段に接続されるにおいの流れる方向を判別す
る方向判別手段と、この方向判別手段による判別方向に
前記本体を移動する第２の駆動手段とを設けるようにし
たものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のにおい源探知システムにおいては、プローブに
おいて、プルーム（噴出したエタノールの広がり）端部
では、風下に誤判定されてしまうことになり、しきり板
の向きを変えて２回の判定が必要で時間がかかるという
問題点があった。
【０００５】また、フロー系プローブの問題点は、にお
い源に到達するまでに時間がかかることである。この原
因の１つは、測定系の時定数が大きく、ガスセンサの応
答が安定するまでに長い時間を要することである。
【０００６】このように回復に要する時間が長いのは、
吸入管やセンサセル、及びこれらを接続するテフロンチ
ューブの中にガスが残留するためと考えられる。半導体
ガスセンサを直接気流の中に置きセンサ応答を測定する
と、残留するガスに律速されないため時定数が改善され
る。このような測定系を開放系と呼ぶことにする。
【０００７】本発明は、上記問題点を除去し、判定時間
が短縮され、しかも信頼性の高い、におい源方向判定プ
ローブ及びそれを用いたにおい源探知方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、〔１〕 におい源方向判定プローブにおいて、移動可能な
台車上に設けられる柱状体と、この柱状体に設けられる
複数の風速センサからなる風向センサと、この風向セン
サに対応してこの風向センサの上部に配置される複数の
ガスセンサとを具備する。
【０００９】〔２〕上記〔１〕記載のにおい源方向判定
プローブにおいて、前記柱状体は角柱であり、この角柱
の各側面にそれぞれ風速センサを具備する。
【００１０】〔３〕上記〔２〕記載のにおい源方向判定
プローブにおいて、前記柱状体は４角柱であり、この４
角柱の各側面に４個の風速センサを具備する。
【００１１】〔４〕上記〔３〕記載のにおい源方向判定
プローブにおいて、前記風速センサに対応して前記４角
柱の上部に４個の半導体ガスセンサを具備する。
【００１２】〔５〕におい源方向判定プローブを用いた
におい源探知方法において、移動可能な台車上の柱状体
に搭載される複数の風速センサからなる風向センサによ
り風向を判定し、この風向に基づいて、前記風向センサ
に対応してこの風向センサの上部に配置される複数のガ
スセンサにより、におい源の向きを判定し、この判定結
果に従って、におい源探知台車を移動することを特徴と
する。
【００１３】〔６〕上記〔５〕記載のにおい源探知方法
において、前記におい源の向きは、前記風向に垂直に並
ぶガスセンサの出力を比較することにより判定する。
【００１４】〔７〕におい源方向判定プローブを用いた
におい源探知方法において、風上から予め定められた角
度α0 を設定し、この風上から角度α0 だけ変位した方
向へ台車を向けて前進し、全てのガスセンサ応答が閾値
を超えると、プルームに入ったと判定し、そこから前進
し、全てのガスセンサ応答が閾値より下がるとプルーム
から出たと判定し、そこから台車は風上から角度−α0
の方向へターンし、プルームに戻り、上記ステップを繰
り返すことを特徴とする。
【００１５】〔８〕上記〔５〕又は〔６〕記載のにおい
源探知方法において、前記風向センサは、複数の風速セ
ンサからなり、これらの風速センサの出力を比較して風
向を判定する。
【００１６】
【作用】本発明は、従来のプローブのように、吸入管や
センサセル、及びこれらを接続するテフロンチューブの
中にガスが残留することのない、いわゆる、測定系を開
放系となし、ガスセンサを直接気流の中に置き、残留す
るガスに律速されないようにして、時定数を改善するこ
とができる。
【００１７】また、上記したように、風向センサと、に
おい・ガス濃度を測定するガスセンサとを組み合わせ
て、におい源の向きを判定し、その判定結果に従って、
自律移動型におい源探知台車が移動していくことによ
り、迅速、かつ的確な、におい源の探知を行うことがで
きる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら詳細に説明する。
【００１９】本発明は、におい源方向判定プローブにお
いて、移動可能な台車上に、風向の測定可能なセンサと
複数のガスセンサとを搭載する。
【００２０】なお、風向センサとしては、風速センサを
複数配置することが、まず、考えられるが、その他に
も、タンデム型及びスプリットフィルム型プローブを用
いることもできる。
【００２１】より具体的には、移動可能な台車上に柱状
体を設け、この柱状体に風向センサと複数のガスセンサ
とを配置する。
【００２２】例えば、柱状体としては角柱を設け、この
角柱の各側面にそれぞれ風速センサを配置する。
【００２３】また、柱状体を４角柱となし、この４角柱
の各側面に４個の風速センサを配置し、この４角柱の上
部に４個の半導体ガスセンサを配置する。
【００２４】以下、より具体的な、本発明の実施例を示
すにおい源方向判定プローブについて説明する。
【００２５】図１は本発明の実施例を示すにおい源方向
判定プローブの側面図、図２はそのにおい源方向判定プ
ローブの平面図、図３はにおい源方向判定のための風胴
の概略図である。
【００２６】１は台車、２はその台車１の車輪、３は台
車１上に設けられる角柱、４はその角柱３の側面に対向
して配置される４個の風速センサ（例えば、芝浦電子製
エアフローセンサ，Ｆ６２０１−１）、５は４個の風速
センサ４に対応するように、角柱３の上部に設けられる
４個の半導体ガスセンサである。
【００２７】また、台車１内には風速センサ４及び半導
体ガスセンサ５に接続されるＡ／Ｄコンバータ６、この
Ａ／Ｄコンバータ６に接続されるマイクロコンピュータ
７が搭載されている。
【００２８】更に、マイクロコンピュータ７にはモータ
制御回路８が接続され、このモータ制御回路８により、
台車１を移動させる車輪２を駆動する。
【００２９】ここで、図３に示すように、例えば、高さ
ｚ（３５ｃｍ）、幅ｘ（８０ｃｍ）、奥行きｙ（７０ｃ
ｍ）を有する長方体をなす風胴（ウインド・トンネル）
１１内にノズル１２を設け、それに対向する側に角錐状
の煙突を有し、その先端に吸引ＡＣファン１３を有する
排出口１４を設けている。その風胴１１内に本発明のに
おい源方向判定プローブを有する自律移動型におい・ガ
ス源探知台車（図示なし）をセットする。そして、飽和
されたエタノールを空気とともにバルブ１５を介してノ
ズル１２から送る。すると、におい・ガスの拡散速度は
非常に遅く、におい・ガスは主に風により運ばれる。
【００３０】この実施例では、その場所における風向を
４個の風速センサ４により検出し、半導体ガス濃度セン
サで対象となるにおい・ガスの濃度を検知して、風上に
向かうことで、におい源に近づいていき、におい・ガス
源を探知することができる。
【００３１】本発明のにおい源方向判定プローブについ
てより詳細に示すと、角柱３は、３ｃｍ（Ｗ）×３ｃｍ
（Ｄ）×５ｃｍ（Ｈ）の寸法を有しており、その角柱３
の側面にそれぞれ対応するように、４つの風速センサ４
を配置し、これらの風速センサ４に対応するように、角
柱３の上に４つの半導体ガスセンサ５を取り付けた。角
柱３の陰にある風速センサ４の出力は小さく、風の方向
により特徴的なパターンが得られるために、風向を判定
することができ、最も応答の小さい風速センサ４を風下
と判定することで、９０°単位の判定ができる。
【００３２】また、４５°単位の応答パターンをマイク
ロコンピュータ７のメモリ（図示なし）に記憶してお
き、測定したセンサ応答パターンとの二乗誤差を計算し
て最も近いパターンを判定することにより、４５°単位
の判定ができる。
【００３３】風速センサ４が接続されるハイブリットＩ
Ｃ（図１のＡ／Ｄコンバータ６及びマイクロコンピュー
タ７に対応）の出力電圧は非線形であるが、この実施例
で用いた風速範囲では、略線形とみなすことができ、下
記の（１）式によりセンサｉの応答Ｖi を得ることがで
きる。
【００３４】 Ｖi ＝Ｖout −２．５１〔Ｖ〕 … （１） Ｖi ：センサｉの応答 Ｖout ：ハイブリットＩＣの電圧出力 ここで、２．５１Ｖは、風速０の時の出力電圧である。
このセンサ応答からなる４つの風速センサの応答ベクト
ルを大きさが１となるよう下式を用いて規格化した。
【００３５】
【数１】 このセンサ応答パターンを用いたところ、図４に示すよ
うな結果を得ることができた。
【００３６】すなわち、図４（ａ）は風がプローブ正面
からくる場合であり、この風を正面から受けるセンサＡ
のセンサ応答ＶN1が一番大きく約０．８、次いで、両側
に配置されたセンサＢとセンサＤのセンサ応答ＶN2は約
０．４、裏側に配置されるセンサＣのセンサ応答ＶN3が
一番小さいことが分かる。
【００３７】図４（ｂ）は風がプローブの斜め方向から
くる場合であり、風向き側のセンサＤのセンサ応答ＶN2
が約０．７、風向き側のセンサＡのセンサ応答ＶN1が約
０．６、裏側のセンサＢ及びセンサＣのセンサ応答ＶN3
は低く約０．２であることが分かる。
【００３８】ここで、◇はＡＣファンの電圧１００Ｖ
（約２０ｃｍ／秒）、○はＡＣファンの電圧５０Ｖ（約
１２ｃｍ／秒）である。
【００３９】この図に示すように、１０ｃｍ／秒から２
０ｃｍ／秒の風速に対して、略同じ出力パターンが得ら
れ、風速に依らず風向を判定することができた。
【００４０】このプローブは、マイクロコンピュータ７
からの指令でモータ制御回路８で制御される車輪２を有
する台車１に搭載され、判定された方向にしたがって、
自律的に移動する。
【００４１】以下、具体的なにおい源探知実験例につい
て説明する。
【００４２】このプローブを用いた際の、最も簡単なに
おい源探知アルゴリズムは以下のようになる。
【００４３】まず、風速センサ４の出力パターンから風
向を９０°単位で判定し、次いで、風向に垂直に並ぶ２
つの半導体ガスセンサ５の出力を比較する。
【００４４】そこで、風速センサ４より得られた風向
と、半導体ガスセンサ５より得られた濃度が高くなる方
向を組み合わせて、におい源の向きを判定し、この判定
を繰り返しながら移動することで、におい源に到達する
ことができる。
【００４５】例えば、風向が台車正面に対して左、濃度
が高い方が前方であれば、左前４５°方向ににおい源が
あると考えて移動する。
【００４６】これを概略まとめると、図５のフローチャ
ートとして示すことができる。
【００４７】（１）まず、複数の風速センサ４からの出
力に基づいて、マイクロコンピュータ７により風向を判
定する（ステップＳ１）。
【００４８】（２）次に、その風向に基づいて、複数の
半導体ガスセンサ５からの出力をマイクロコンピュータ
７により比較して、におい源の向きを判定する（ステッ
プＳ２）。
【００４９】（３）次に、そのにおい源の向きへ、マイ
クロコンピュータ７の指令により、モータ制御回路８に
より車輪２を駆動して、台車１を移動する（ステップＳ
３）。
【００５０】（４）におい源へ到達するまで、上記ステ
ップを繰り返し、におい源へ到達したら終了する（ステ
ップＳ４）。
【００５１】実際に、におい源の探知を行った結果を図
６に示す。
【００５２】エタノール源の高さをガスセンサの高さに
合わせて、（ｘ，ｙ，ｚ）＝（７０，３５，２０．５）
に置き、流量１５０ｍｌ／分で噴出した。ＡＣファンの
電圧は１００Ｖとした。
【００５３】１回の方向判定で２ｃｍ進むものとし、移
動速度は１．１ｃｍ／秒とした。到達時間は図６（ａ）
の場合で、２４０秒（３３ステップ）、図６（ｂ）の場
合で、２３４秒（２５ステップ）に短縮された。
【００５４】次に、連続移動におい源探知について説明
する。
【００５５】におい源探知をさらに高速化するために
は、センサの安定待ちや平均値の測定のために、台車１
を静止することなく、センサ応答を測定しながら連続的
に移動するアルゴリズムが望まれる。そこで、図７に示
すジグザグ接近法を試みた。
【００５６】このジグザグ接近法では、風上から予め定
められた角度α0 を設定し（ステップＳ１１）、その風
上から角度α0 だけ変位した方向へ台車１を回転し（ス
テップＳ１２）、プルームに入るまで、例えば、１．８
ｍｍ／秒で前進する（ステップＳ１３）。プルームに入
ったことを判定するために、閾値Ｓth1 を用いる。つま
り、全てのガスセンサ応答がＳ≦Ｓth1 であるか否かを
判断する（ステップＳ１４）。
【００５７】ステップＳ１４において、プルームに入っ
たら、次は、プルームから出るまで前進する。すなわ
ち、全てのガスセンサ応答がＳ＞Ｓth1 であるか否かを
判断する（ステップＳ１５）。
【００５８】ステップＳ１５において、プルームから出
たところで、台車１は風上から角度−α0 の方向へター
ンし、プルームに戻るため前進する（ステップＳ１
６）。
【００５９】これを繰り返すことにより、台車１はプル
ームからあまりはみ出さないように風上に向かう。にお
い源に近づくと、プルームの幅が狭まり、ジグザグの振
幅も小さくなるので、におい源の場所が特定できる。
【００６０】このジグザグ接近法では、移動することに
よって、濃度勾配を検出しており、近接したガスセンサ
の応答を比較して濃度勾配を検出する必要がない。
【００６１】実際には、プルームの蛇行のため、プルー
ム端部でターンを繰り返すことがあり、また、プルーム
を見失うこともあった。
【００６２】そこで、全てのガスセンサの応答が、プル
ームを見失ったことを判定する閾値Ｓth2 より大きな値
になったら、来た経路を引き返すものとした。全てのガ
スセンサの応答がＳth1 より小さな値になったところで
新たな探知が開始される。
【００６３】この処理を加えたことにより、におい源探
知の信頼性が大きく向上した。
【００６４】ここで、風向は４５°単位で判定し、α0
＝６０°、Ｓth1 ＝０．５、Ｓth2＝０．７とした。判
定される風向に最大２２．５°の誤差があり、この時に
も風下に向かうことがないように角度α0 を設けた。閾
値はなるべく壁に当たることがないように設定した。
【００６５】実際に探知を行った結果を、図８に示す。
【００６６】ＡＣファンの電圧を５０Ｖ（平均風速１２
ｃｍ／秒）とし、エタノール噴出量は７５ｍｌ／分、移
動速度は、１．８ｍｍ／秒とした。
【００６７】図８（ａ）に示すように、プルームの中心
から開始した場合には、容易ににおい源へ向かっている
が、図８（ｂ）に示すように、スタート地点の平均セン
サ応答がＳth1 より大きい地点から開始したような場合
には、開始点付近でさまよう時間が長い。
【００６８】におい源に到達するまでに、図８（ａ）の
場合で６７８秒、図８（ｂ）の場合で１０１３秒を要し
た。
【００６９】様々な条件の下で、図８（ｂ）と同じ地点
から探知を行った時の所要時間を図９に示す。すなわ
ち、ガス噴出量１５０ｍｌ／分の場合、ＡＣファンの電
圧１００Ｖで２４２秒、ＡＣファンの電圧５０Ｖで２４
９秒、ガス噴出量１１２．５ｍｌ／分の場合、ＡＣファ
ンの電圧５０Ｖで１２２９秒、ガス噴出量７５ｍｌ／分
の場合、ＡＣファンの電圧１００Ｖで１４６０秒、ＡＣ
ファンの電圧５０Ｖで１０１３秒である。
【００７０】このように、噴出量が少ない程、所要時間
が増す傾向があるが、ほぼエタノール源に到達すること
ができた。
【００７１】上記したように、風速センサを用いて風向
を判定し、この風向に基づいて、これとガスセンサから
得た濃度勾配を組み合わせて、におい源の方向を判定す
るプローブを得ることができた。
【００７２】したがって、風速センサを用いたことで判
定の確実性が増し、数時間から数分程度に探知時間を短
縮することができた。
【００７３】また、連続的に移動しながらにおい源を探
知する方法としてジクザグ接近法を提案した。プルーム
を見失った場合の対処を、アルゴリズムに組み込んだと
ころ、探知の確実性が大きく向上した。
【００７４】なお、上記実施例ではガスセンサとして、
半導体ガスセンサを用いたが、これに限定するものでは
なく、水晶振動子ガスセンサ、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ
Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）ガスセンサ、電気化学
ガスセンサ等も同様に使用することができ、検知対象と
なるガスの種類によって変更することができる。
【００７５】また、風速センサ及びガスセンサは、上記
実施例では、４個の例を示したが、最小では２個でもよ
く、また、４個以上、例えば、８個配置して、におい源
の方向をより正確に探知するようにしてもよい。
【００７６】更に、本発明のプローブを用いた自律移動
型におい源探知システムにより、ガス漏れの検知、薬物
（麻薬等）、危険物の検知、半導体工場やトンネル工場
現場等における危険ガスの検知等の無人探査を確実に行
うことができる。
【００７７】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００７８】
【発明の効果】以下、詳細に説明したように、本発明に
よれば、次のような効果を奏することができる。
【００７９】（１）従来のプローブのように、吸入管や
センサセル、及びこれらを接続するテフロンチューブの
中にガスが残留することのない、いわゆる、測定系を開
放系となし、ガスセンサを直接気流の中に置き、残留す
るガスに律速されないようにして、時定数を改善するこ
とができる。
【００８０】したがって、判定時間が短縮され、しかも
信頼性の高い、におい源方向判定プローブを提供するこ
とができる。
【００８１】（２）風向センサにより風向を確認し、複
数のガスセンサで迅速、かつ的確にガス源探知を行うこ
とができる。
【００８２】（３）また、本発明のにおい源の方向を判
定するプローブ付の自律移動型におい源探知システムに
より、ガス漏れの検知、薬物（麻薬等）、危険物の検
知、半導体工場やトンネル工場現場等における危険ガス
の検知等の無人探査を迅速にして、確実に行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すにおい源方向判定プロー
ブの側面図である。
【図２】本発明の実施例を示すにおい源方向判定プロー
ブの平面図である。
【図３】本発明のにおい源判定のための風胴の概略図で
ある。
【図４】本発明のにおい源方向判定プローブによる風速
センサの出力パターンを示す図である。
【図５】本発明のにおい源探知方法の一例を示すフロー
チャートである。
【図６】本発明のにおい源方向判定プローブによるにお
い源探知結果を示す図である。
【図７】本発明のにおい源方向判定プローブによるジグ
ザグ接近法によるフローチャートである。
【図８】本発明のにおい源方向判定プローブによるジグ
ザグ接近法によるにおい源探知結果を示す図である。
【図９】本発明のにおい源方向判定プローブによるにお
い源探知の所要時間を示す図である。
【符号の説明】
１ 台車 ２ 車輪 ３ 角柱 ４ 風速センサ ５ 半導体ガスセンサ ６ Ａ／Ｄコンバータ ７ マイクロコンピュータ ８ モータ制御回路 １１ 風胴（ウインド・トンネル） １２ ノズル １３ ＡＣファン １４ 排出口 １５ バルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01M 3/04 G01M 3/02 G01N 27/00 G01N 27/12

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）移動可能な台車上に設けられる柱状
    体と、 （ｂ）該柱状体に設けられる複数の風速センサからなる
    風向センサと、該風向センサに対応して該風向センサの
    上部に配置される複数のガスセンサとを具備するにおい
    源方向判定プローブ。
  2. 【請求項２】 前記柱状体は角柱であり、該角柱の各側
    面にそれぞれ風速センサを具備する請求項１記載のにお
    い源方向判定プローブ。
  3. 【請求項３】 前記柱状体は４角柱であり、該４角柱の
    各側面に４個の風速センサを具備する請求項２記載のに
    おい源方向判定プローブ。
  4. 【請求項４】 前記風速センサに対応して前記４角柱の
    上部に４個の半導体ガスセンサを具備する請求項３記載
    のにおい源方向判定プローブ。
  5. 【請求項５】 におい源方向判定プローブを用いたにお
    い源探知方法において、 （ａ）移動可能な台車上の柱状体に搭載される複数の風
    速センサからなる風向センサにより風向を判定し、 （ｂ）該風向に基づいて、前記風向センサに対応して該
    風向センサの上部に配置される複数のガスセンサによ
    り、におい源の向きを判定し、 （ｃ）該判定結果に従って、におい源探知台車を移動す
    ることを特徴とするにおい源探知方法。
  6. 【請求項６】 前記におい源の向きは、前記風向に垂直
    に並ぶガスセンサの出力を比較することにより判定する
    請求項５記載のにおい源探知方法。
  7. 【請求項７】 におい源方向判定プローブを用いたにお
    い源探知方法において、 （ａ）風上から予め定められた角度α0 を設定し、 （ｂ）該風上から角度α0 だけ変位した方向へ台車を向
    けて前進し、全てのガスセンサ応答が閾値を超えると、
    プルームに入ったと判定し、 （ｃ）そこから前進し、全てのガスセンサ応答が閾値よ
    り下がるとプルームから出たと判定し、 （ｄ）そこから台車は風上から角度−α0 の方向へター
    ンし、プルームに戻り、上記ステップを繰り返すことを
    特徴とするにおい源探知方法。
  8. 【請求項８】 前記風向センサは、複数の風速センサか
    らなり、これらの風速センサの出力を比較して風向を判
    定する請求項５又は６記載のにおい源探知方法。
JP05538394A 1994-03-25 1994-03-25 におい源方向判定プローブ及びそれを用いたにおい源探知方法 Expired - Fee Related JP3437246B2 (ja)

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