JP3439795B2 - 自律移動型におい・ガス源探知システム及びにおい・ガス源探知装置 - Google Patents

自律移動型におい・ガス源探知システム及びにおい・ガス源探知装置

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JP3439795B2
JP3439795B2 JP14937593A JP14937593A JP3439795B2 JP 3439795 B2 JP3439795 B2 JP 3439795B2 JP 14937593 A JP14937593 A JP 14937593A JP 14937593 A JP14937593 A JP 14937593A JP 3439795 B2 JP3439795 B2 JP 3439795B2
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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・ガ
ス源探知システム及びにおい・ガスの発生源を探知する
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、におい・ガス源探知に関する技術
研究としては、2次元センサアレイ、つまり、8×8個
のセンサ(平面セル)を用いたガス濃度分布の可視化装
置が、(1)Y.Hiranaka,H.Yamasa
ki:“Measurement of Spatia
l Distribution Change ofG
as Component by Using a S
ensor Array”Technical Dig
est of the 8th SensorSymp
osium,1989.pp.177−180、(2)
平中 幸夫:“ガスセンサとにおいの可視化”香料N
o.162 1989.pp.75−80、(3)平中
幸雄,山崎 弘郎:“半導体ガスセンサアレイによる
ガス濃度分布の可視化”Transaction of
Sensor Technology Resear
ch,ST−88−4,IEE of Japan,1
988.pp.33−42に報告されている。
【0003】図11はかかる従来のガス濃度分布可視化
システムの構成図である。
【0004】図において、1は2次元ガスセンサアレイ
であり、高感度検出の半導体センサを利用し、ビデオカ
メラ2により撮像し、その出力をCRT3に入力すると
ともに、2次元ガスセンサアレイからの出力データを
ディジタルコンピュータ4で処理し、その出力信号をC
RT3に送出して、空間測定・可視化を行なう。すなわ
ち、アレイ1の大きさは8×8、間隔は20cmとし、
64点のデータだけでは像がやや粗いので、コンピュー
タ4上で双線形補間を行い、縦横50点程度のデータ点
数に補間した後、CRT3上にドットの密度として濃度
分布が表示される。また、現況をビデオカメラ2を通し
てガス分布像に重ねることにより、現実感のある可視化
ができる。
【0005】ところで、酸化錫、酸化亜鉛などの金属酸
化物を主成分とする焼結体は、一般にその組成が化学量
論からのずれを生じるため、n形半導体特性を示し、炭
化水素、アルコールなどの可燃性ガス、一酸化炭素、ア
ンモニアなど毒性ガス(還元性ガス)と接触すると、そ
の電気伝導度がこれらのガス濃度に依存して変化するこ
とが知られており、この特徴を利用して、ガスセンサが
構成される。
【0006】
【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・ガス源探知方法では、無人でにおい・
ガス源探知を行う場合には、におい・ガス源が発生する
と予想される場所に予めセンサを配置しておく、所謂多
点濃度測定方式であった。
【0007】そもそも、におい・ガス源からにおい・ガ
スが広がる際には、分子は気流によって運ばれるため、
風と平行な方向には濃度差が小さい。従って、このよう
な固定された多点濃度測定方式では、単に多点濃度測定
で得られた濃度を比較しても、におい・ガス源を探知す
るのは困難であり、積極的ににおい・ガス源を探索する
能力を有するものではなかった。
【0008】本発明は、上記問題点を解決するために、
におい・ガス濃度を測定するガス濃度センサと風向を検
出する装置を組み合わせて、におい・ガスの流れる方向
を判定し、その判定結果に従って、本体を移動していく
ことにより、におい・ガス源の探知を行うことができる
自律移動型におい・ガス源探知システム及びにおい・ガ
ス源探知装置を提供することを目的とする。
【0009】
【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、 〔A〕におい・ガスの発生源を探知する自律移動型にお
い・ガス源探知システムにおいて、移動可能な本体と、
該本体上に配置されるプローブと、該プローブをにおい
・ガス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、該プローブに接続されるガ
ス濃度検知手段と、該ガス濃度検知手段に接続されるに
おい・ガスの流れる方向を判別する方向判別手段と、該
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。
【0010】より具体的には、 (1)前記プローブは、ガス流仕切り板と、該ガス流仕
切り板の表側に設けられる第1のガス吸入管と、前記ガ
ス流仕切り板の裏側に設けられる第2のガス吸入管とを
具備する。
【0011】(2)前記ガス濃度検知手段は、前記第1
のガス吸入管に接続される第1のガス濃度センサと、前
記第2のガス吸入管に接続される第2のガス濃度センサ
とを具備する。
【0012】(3)前記ガス濃度検知手段は、共存のガ
スを検知するガス濃度センサを具備する。
【0013】(4)前記ガス濃度検知手段は、特定ガス
を検知するガス濃度センサを具備する。
【0014】〔B〕また、におい・ガスの発生源を探知
する装置において、本体と、該本体に接続されるプロー
ブと、該プローブに接続されるガス濃度検知手段と、該
ガス濃度検知手段に接続されるにおい・ガスの流れる方
向を判別する方向判別手段とを設けるようにしたもので
ある。
【0015】より具体的には、 (1)前記プローブは、ガス流仕切り板と、該ガス流仕
切り板の表側に設けられる第1のガス吸入管と、前記ガ
ス流仕切り板の裏側に設けられる第2のガス吸入管とを
具備する。
【0016】(2)前記ガス濃度検知手段は、前記第1
のガス吸入管に接続される第1のガス濃度センサと、前
記第2のガス吸入管に接続される第2のガス濃度センサ
とを具備する。
【0017】(3)前記ガス濃度検知手段は、共存のガ
スを検知するガス濃度センサを具備する。
【0018】(4)前記ガス濃度検知手段は、特定のガ
スを検知するガス濃度センサを具備する。
【0019】
【作用】本発明は、上記したように、におい・ガス濃度
を測定するガス濃度センサと風向を検出する装置とを組
み合わせて、におい・ガスの流れる方向を判定し、その
判定結果に従って移動していくことにより、におい・ガ
ス源の探知を行う。
【0020】また、におい・ガス濃度の測定と気流の風
向を検出する装置として、2つのガスセンサの間にガス
流仕切り板を挟んだプローブを設けることにより、簡便
なにおい・ガス源探知装置を得ることができる。
【0021】更に、特定のガスを検知するガス濃度セン
サを組み込むことにより、妨害臭の存在で特定のにお
い・ガスについてその発生源を探知することができる。
【0022】また、自律移動型におい・ガス源探知シス
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現場等における危険
ガスの検知等の無人探査を行なうことができる。
【0023】
【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。
【0024】まず、本発明の実施例を示す自律移動型に
おい・ガス源探知システムについて、説明する。
【0025】図1は本発明の実施例を示す自律移動型に
おい・ガス源探知システムの全体構成図、図2はそのに
おい・ガス源探知手順を示すフローチャートである。
【0026】図1に示すように、11は台車であり、こ
の台車11内に半導体ガス濃度センサ12及びIC化さ
れた制御部20が搭載される。台車11上には回転ステ
ージ17を介して上方に2本の吸入管13,14(図示
なし)が延び、2本の吸入管13,14(図示なし)に
挟まれるようにガス流仕切り板15を有するプローブ1
6が設けられる。
【0027】なお、ガス流仕切り板15は台車11に固
定するようにして、台車11の回転により、ガス流仕切
り板15をにおい・ガス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ようにしてもよい。また、2
本の吸入管13,14(図示なし)からガスを吸い込む
ための微小ポンプ18を設けるようにしている。
【0028】一方、台車11内に搭載される制御部20
は、CPU(中央処理装置)21、プログラムが内蔵さ
れるROM22、データが記憶されるRAM23、外部
よりリモートコントロールされるスイッチ24、外部と
のデータの入出を行うインタフェース25が設けられ
る。
【0029】次に、この自律移動型におい・ガス源探知
装置の動作について、図2を用いて、説明する。
【0030】(1)まず、外部のリモートコントロール
装置(図示なし)より、スイッチ24をONにする(ス
テップS1)。
【0031】(2)次いで、プローブ16を第1の位置
にセットして、半導体ガス濃度センサ12でガス濃度を
測定する(ステップS2)。
【0032】(3)次に、そのプローブ16の第1の位
置におけるデータを取り込む(ステップS3)。
【0033】(4)次に、プローブ16を90度回転駆
動させる(ステップS4)。
【0034】(5)次いで、プローブ16を第2の位置
にセットして、ガス濃度を測定する(ステップS5)。
【0035】(6)次に、そのプローブ16の第2の位
置におけるデータを取り込む(ステップS6)。
【0036】(7)次いで、上記のデータに基づいて、
におい・ガスの流れの方向の判別を行う(ステップS
7)。
【0037】(8)次に、その判別された方向に台車1
1を駆動する(ステップS8)。
【0038】(9)次に、におい・ガス源に到達したか
否かを判断する(ステップS9)。その結果、におい・
ガス源に到達していなければ、上記を繰り返し、におい
・ガス源に到達したら、スイッチ24をオフ(ステップ
S10)にして、終了とする。
【0039】図3は本発明の自律移動型におい・ガス源
探知装置の具体例を示す概略斜視図、図4はその自律移
動型におい・ガス源探知移動体(ロボット)の概略構成
図、図5はその自律移動型におい・ガス源探知移動体に
よるにおい・ガスの流れに対応してガス濃度を測定する
状態を示す平面図である。
【0040】これらの図に示すように、例えば、幅l1
(80cm)、奥行きl2 (70cm)を有する長方体
をなす風胴(ウインド・トンネル)31内の一方の壁に
ノズル32を設け、それに対向する側に角錐状の煙突を
有し、その先端に吸引ファン33を有する排出口34を
設けている。その風胴31内に自律移動型におい・ガス
源探知移動体40をセットする。この自律移動型におい
・ガス源探知移動体40は前記したように、台車41と
その上に載置されるプローブ42を有する。
【0041】この自律移動型におい・ガス源探知移動体
40は、図4に示すように、台車41内に半導体ガス濃
度センサ47と制御装置48を搭載している。また、台
車41の上方には回転ステージ46を介して、2本のガ
ス吸入管43,44が延び、それらの2本のガス吸入管
43,44間にガス流仕切り板45、例えば、縦l
3(7cm)、横l 4 (3cm)が配置されている。
【0042】2本の吸入管43,44はそれぞれ別のガ
ス濃度センサ、つまり、第1のガス濃度センサと第2の
ガス濃度センサとそれぞれ接続される。なお、2本の吸
入管43,44から吸入されるガスは微小ポンプ(図示
なし)により吸い込まれて、ガス濃度センサ47により
検出される。すなわち、飽和されたエタノールを空気と
ともにノズル32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。
【0043】この実施例では、半導体ガス濃度センサで
対象となるにおい・ガスの濃度を検知すると同時に、そ
の場所における風向を検出し、風上に向かうことでにお
い・ガス源に近づいていき、におい・ガス源を探知する
ことができる。
【0044】図3に示すように、風胴31内に自律移動
型におい・ガス源探知移動体40をセットする。そこ
で、ノズル32から吸引ファン33を有する排気口34
に向けて空気とともに、飽和状態のエタノールガスを送
る。
【0045】また、第1のガス濃度センサと第2のガス
濃度センサからの出力データは、制御装置48でデータ
処理され、におい・ガスの流れの方向判別が行われる。
【0046】つまり、プローブ42は、におい・ガス濃
度の検出と、におい・ガス分子を運ぶ気流の風向検出を
同時に行うことができる。
【0047】このプローブ42は、リモコンで働く台車
41により移動できるとともに、回転ステージ46によ
り回転できる。
【0048】このように構成することにより、風と平行
な方向のガス濃度匂配は小さく、濃度差による方向判定
が困難であったが、このプローブ42を用いることで、
その表裏の濃度差から方向を判定することが可能となっ
た。
【0049】方向判定の手順を以下のように決めた。
【0050】まず、図5(a)に示すように、ガス流仕
切り板45をにおい・ガス源探知移動体40の進行方向
に対して垂直になるまで回転し、前・後でガス濃度の高
い方を判定する。次に、図5(b)に示すように、ガス
流仕切り板45を90度回転し、左・右の判定を行う。
この結果、におい・ガス源探知移動体40を動かす方向
が、左前・右前・左後・右後のいずれかに決定され、そ
の方向ににおい・ガス源探知移動体40を移動する。
【0051】図6は本発明の実施例を示す風胴内の12
点で方向判定を行った結果を示す図、図7はその場合の
プローブの操作態様毎におけるガス濃度(ガス/空気)
を示しており、図7(a)は図6のプルーム中心部にあ
るa点における測定されたガス濃度(ガス/空気)を示
し、図7(b)は図6のプルーム端のb点において測定
されたガス濃度(ガス/空気)を示している。
【0052】図6に示すように、対象ガスとしてエタノ
ールを用い、判定はにおい・ガス源探知移動体40を風
上に向けて行った。
【0053】その結果、センサ応答(Rガス/R空気)
が小さい方が、エタノール濃度が高い。図中の平均的な
プルーム(噴出したエタノールの広がり)の幅は、エタ
ノール濃度分布の測定でセンサ応答が0.4となったと
ころである。
【0054】図7に示すように、a点のようなプルーム
中心部では正しく方向が判定されているが、b点のよう
なプルーム端では誤って風下と判定された。
【0055】図8に実際に、におい・ガス源の探知を行
った結果を示す。
【0056】図8(a)に示すように、プルームの中心
部から始めた場合には、におい・ガス源探知移動体40
は、におい・ガス源に直線的に向かった。
【0057】一方、図8(b)に示すように、プルーム
端から始めた場合には、におい・ガス源探知移動体40
は、風下に動きはじめてしまうが、プルーム内に入ると
正しい方向が判定され、におい・ガス源探知移動体40
はにおい・ガス源に到着することができた。
【0058】図9は本発明の他の実施例を示すにおい・
ガス源探知装置の斜視図、図10はそのにおい・ガス源
探知システムの全体構成図である。
【0059】図9に示すように、におい・ガス源探知装
置50の本体51には、ガス濃度表示部52、ガス流方
向表示部53が設けられる。
【0060】その本体51からはリード線54が導出さ
れ、把手55に接続される。この把手55には2本のガ
ス吸入管57,58が延び、その先端部にガス流仕切り
板59からなるプローブ56が設けられる。つまり、ガ
ス流仕切り板59の表裏にそれぞれガス吸入管57と5
8が取り付けられたプローブ56が設けられる。 ここ
で、半導体ガス濃度センサ(図示なし)は、把手55に
内蔵するようにし、におい・ガス流による測定データ
は、リード線54を介して、本体51に取り込み、本体
51の内部のデータ処理装置(図示なし)によって、ガ
ス濃度表示及びガス流の方向表示を行なう。
【0061】以下、その動作を、図10を用いて説明す
る。
【0062】図10において、ガス流に対して、プロー
ブ56がA位置にあると、ガス吸入管P11及びP21から
の測定データは、データ処理装置60のメモリ61及び
62に記憶される。
【0063】次に、プローブ56がB位置に回転する
と、ガス吸入管P12及びP22からの測定データは、デー
タ処理装置60のメモリ63及び64に記憶される。
【0064】そこで、これらの測定データをガス流方向
判別装置65に入力し、上記したように、ガス流の方向
を判別する。
【0065】そこで、メモリ61からのガス濃度データ
をガス濃度表示部52へ、ガス流方向判別装置65から
の出力をガス流方向表示部53へとそれぞれ表示する。
【0066】このにおい・ガス源探知装置は、人がプロ
ーブを手に持ち、このプローブに接続される携帯可能な
小型の本体に表示されるガス流方向にしたがって歩くこ
とでにおい・ガス源を探知することができる。
【0067】更に、プローブの移動を人が行うことによ
り、路面の状態によらず、におい・ガス源を検知するこ
とができるほか、地上数メートルの範囲で3次元的なに
おい・ガス源探知を現実することができる。
【0068】また、特定のにおい・特定ガスの発生源を
検知するシステムとしても応用することが可能である。
【0069】すなわち、におい・ガス濃度の検知のため
に、特性の異なる複数種のガス(共存ガス)を複数種の
ガスセンサを用いて、その出力をパターン認識すること
により、におい・ガス種の判別をすることができる。
【0070】この方法により、妨害臭の存在で特定の
におい・ガスについてその発生源を探知することができ
る。
【0071】例えば、妨害臭としては、半導体工場にお
いては、シラン,フォスフィン等のガスセンサに対し
て、トルエン,アセトン等の有機溶媒ガスが挙げられ
る。
【0072】また、家庭内のガス洩れ箇所探索の場合、
都市ガスに対して、アルコール等のガスが挙げられる。
【0073】一般に、ガス濃度に対するセンサ電気抵抗
の変化は次式で表される。
【0074】R=kC-nここで、Rはセンサの電気抵
抗、Cはガス濃度、n,kは定数である。
【0075】そこで、半導体ガスセンサにおいて、焼結
体に添加する触媒成分、素子の動作温度の制御などによ
り、対象成分に関する感度を上げ、共存ガスの感度を抑
えて、選択性を持たせるようにすることができる。
【0076】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。
【0077】
【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。
【0078】(1)におい・ガス濃度の測定と同時に気
流の風向を検出することにより、におい・ガス源の探知
を行なうことができる。
【0079】(2)また、におい・ガス濃度の測定と気
流の風向を検出する装置として、2つのガスセンサの間
にガス流仕切り板を挟んだプローブを設けることによ
り、簡便なにおい・ガス源探知装置を得ることができ
る。
【0080】(3)更に、妨害臭の存在で特定のにお
い・ガスについてその発生源を探知することができる。
【0081】(4)また、自律移動型におい・ガス源探
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現場等におけ
る危険ガスの検知等の無人探査を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す自律移動型におい・ガス
源探知システムの全体構成図である。
【図2】本発明の実施例を示す自律移動型におい・ガス
源探知手順を示すフローチャートである。
【図3】本発明の実施例を示す自律移動型におい・ガス
源探知装置の具体例を示す概略斜視図である。
【図4】本発明の実施例を示す自律移動型におい・ガス
源探知移動体(ロボット)の概略構成図である。
【図5】本発明の実施例を示す自律移動型におい・ガス
源探知移動体によるにおい・ガスの流れに対応してガス
濃度を測定する状態を示す平面図である。
【図6】本発明の実施例を示す風胴内の12点で方向判
定を行った結果を示す図である。
【図7】本発明の実施例を示す各プローブでのにおい・
ガスの検出データを示す図である。
【図8】本発明の実施例を示すにおい・ガス源の探知を
行った結果を示す図である。
【図9】本発明の他の実施例を示すにおい・ガス源探知
装置の斜視図である。
【図10】本発明の他の実施例を示すにおい・ガス源探
知システムの全体構成図である。
【図11】従来のガス濃度分布可視化システムの構成図
である。
【符号の説明】
11,41 台車 12,47 半導体ガス濃度センサ 13,14,43,44,57,58 ガス吸入管 15,45,59 ガス流仕切り板 16,42,56 プローブ 17,46 回転ステージ 18 微小ポンプ 20 制御部 21 CPU(中央処理装置) 22 ROM 23 RAM 24 スイッチ 25 インタフェース 31 風胴 32 ノズル 33 吸引ファン 34 排出口 40 自律移動型におい・ガス源探知移動体 48 制御装置 50 におい・ガス源探知装置 51 本体 52 ガス濃度表示部 53 ガス流方向表示部 54 リード線 55 把手 60 データ処理装置 61,62,63,64 メモリ 65 ガス流方向判別装置
フロントページの続き (56)参考文献 1992IEEE/RSJ INTERN ATIONAL CONFERENCE ON INTELLIGENT RO BOTS AND SYSTEMS, 1992年 9月28日,3巻,1575−1582 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/12 G01N 27/00 G01M 3/04 G01B 17/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 におい・ガスの発生源を探知する自律移
    動型におい・ガス源探知システムにおいて、 (a)移動可能な本体と、 (b)該本体上に配置されるプローブと、 (c)該プローブをにおい・ガス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、 (d)該プローブに接続されるガス濃度検知手段と、 (e)該ガス濃度検知手段に接続されるにおい・ガスの
    流れる方向を判別する方向判別手段と、 (f)該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の駆動手段とを具備することを特徴とする自律
    移動型におい・ガス源探知システム。
  2. 【請求項2】 前記プローブは、 (a)ガス流仕切り板と、 (b)該ガス流仕切り板の表側に設けられる第1のガス
    吸入管と、 (c)前記ガス流仕切り板の裏側に設けられる第2のガ
    ス吸入管とを具備する請求項1記載の自律移動型におい
    ・ガス源探知システム。
  3. 【請求項3】 前記ガス濃度検知手段は、 (a)前記第1のガス吸入管に接続される第1のガス濃
    度センサと、 (b)前記第2のガス吸入管に接続される第2のガス濃
    度センサとを具備する請求項1記載の自律移動型におい
    ・ガス源探知システム。
  4. 【請求項4】 前記ガス濃度検知手段は、共存のガスを
    検知するガス濃度センサを具備する請求項1又は3記載
    の自律移動型におい・ガス源探知システム。
  5. 【請求項5】 前記ガス濃度検知手段は、特定のガスを
    検知するガス濃度センサを具備する請求項1又は3記載
    の自律移動型におい・ガス源探知システム。
  6. 【請求項6】 におい・ガスの発生源を探知する装置に
    おいて、 (a)本体と、 (b)該本体に接続されるプローブと、 (c)該プローブに接続されるガス濃度検知手段と、 (d)該ガス濃度検知手段に接続されるとともに、前記
    プローブのある位置でのガス濃度を測定し、前記プロー
    ブを回転させて再度ガス濃度を測定し、それらのデータ
    に基づいてにおい・ガスの流れる方向を判別する方向判
    別手段とを具備することを特徴とするにおい・ガス源探
    知装置。
  7. 【請求項7】 前記プローブは、 (a)ガス流仕切り板と、 (b)該ガス流仕切り板の表側に設けられる第1のガス
    吸入管と、 (c)前記ガス流仕切り板の裏側に設けられる第2のガ
    ス吸入管とを具備する請求項6記載のにおい・ガス源探
    知装置。
  8. 【請求項8】 前記ガス濃度検知手段は、 (a)前記第1のガス吸入管に接続される第1のガス濃
    度センサと、 (b)前記第2のガス吸入管に接続される第2のガス濃
    度センサとを具備する請求項6記載のにおい・ガス源探
    知装置。
  9. 【請求項9】 前記ガス濃度検知手段は、共存のガスを
    検知するガス濃度センサを具備する請求項6又は8記載
    のにおい・ガス源探知装置。
  10. 【請求項10】 前記ガス濃度検知手段は、特定のガス
    を検知するガス濃度センサを具備する請求項6又は8記
    載のにおい・ガス源探知装置。
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