JP3562619B2 - 臭気測定装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶液中に溶存する臭気物質を測定する臭気測定装置に関し、特にセンサ出力から計測対象の異常を検出するアルゴリズムの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
臭いセンサは、例えば本出願人の提案にかかる特開平5−296907号公報に開示されている。このような臭いセンサは、水晶振動子上に臭い感応膜を貼付した構造をしている。そして、臭い感応膜に揮発油成分等の異常物質が吸着すると、水晶振動子の共振周波数がシフトするので、このシフト量をセンサ出力としている。
【0003】
このような臭いセンサは、例えば浄水場で利用される。浄水場では、入口で河川原水をモニタリングして、油臭気を検出している。そして、油臭気が設定値を超過した場合、油臭気の警報が出力される。この警報出力に対して、制御装置は取水停止や活性炭投入等の制御アクションをとっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、油臭気には燃料油等の高沸点の成分があり、このような油分が水中から揮発して臭いセンサに到達して、センサ出力値が最終値に収束するまで30分以上の長時間を要する場合がある。他方、浄水場内の汚染を防止するためには、15分程度以内の警報応答時間が必要となっている。本発明はこのような課題を解決したもので、高沸点の油成分のように応答時間が長くなりがちなものであっても、警報が迅速に出力される臭気測定装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する請求項1記載の本発明は、それぞれ異なる所定の差分時間幅だけ遅延させる複数のディレイ回路(21〜2n)と、該複数のディレイ回路により遅延されたそれぞれ異なる所定の差分時間幅前のセンサ出力信号と、臭い成分の濃度を測定する臭いセンサ(11)の出力信号との差分演算をする複数の差分演算器(31〜3n)と、該複数の差分演算器(31〜3n)からのそれぞれの差分演算結果が、それぞれ異なる所定のしきい値を超過しているときは警報信号を出力する複数のコンパレータ(41〜4n)とを具備する構成としている。
【0006】
この構成によれば、所定の差分時間幅前のセンサ出力信号と差分演算をして、センサ出力信号の増加量を演算し、この演算した増加量がしきい値を超過しているときは警報信号を出力する構成としているので、センサ応答の収束を待つことなく、立ち上がり部分の差分演算により初期挙動から警報を発することができる。
【0007】
請求項2記載の本発明は、それぞれ異なる所定の差分時間幅だけ遅延させる複数のディレイ回路(21〜2n)と、該複数のディレイ回路により遅延されたそれぞれ異なる所定の差分時間幅前のセンサ出力信号と、臭い成分の濃度を測定する臭いセンサ(11)の出力信号との差分演算をする複数の差分演算器(31〜3n)と、該複数の差分演算器(31〜3n)からのそれぞれの差分演算結果と、前記複数のディレイ回路のそれぞれ異なる差分時間幅とから、それぞれのセンサ出力信号の増加率を演算する複数の割算器(61〜6n)と、該複数の割算器からのそれぞれのセンサ出力信号の増加率が、それぞれ異なる所定のしきい値を超過しているときは警報信号を出力する複数のコンパレータ(41〜4n)とを具備する構成としている。
【0008】
この構成によれば、所定の差分時間幅前のセンサ出力信号と差分演算をして、センサ出力信号の増加率を演算し、この演算した増加率がしきい値を超過しているときは警報信号を出力する構成としているので、センサ応答の収束を待つことなく、立ち上がり部分の差分演算により初期挙動から警報を発することができる。増加率を演算することで、データ処理の普遍性がます。
【0009】
ここで、請求項3のように、差分時間幅は、センサ出力信号の急激な時間変化の異常を検知するのに適する値としたり、請求項4のように差分時間幅は、センサ出力信号の穏やかな時間変化の異常を検知するのに適する値とすると、センサ出力信号の性質に応じて適切な警報信号の出力が行える。さらに、請求項5のように、増加率の演算は、適宜の通過帯域をもつ高域通過フィルタや微分フィルタを有するディジタルフィルタで行う構成としても、差分演算と同様の効果が得られる。
【0010】
また、請求項6のように、前記臭気測定装置は、前記複数のコンパレータ(41〜4n)の出力する警報信号に加えて、前記臭い成分の濃度を測定する臭いセンサ(11)の出力信号の絶対値が、しきい値を超過しているときは警報信号を出力するコンパレータ(40)を具備する構成とすると、センサ出力の絶対値がしきい値を超過するような場合にも確実に警報信号が出力される。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて、本発明を説明する。図1は本発明の一実施例を示す構成ブロック図である。図において、臭いセンサ11のセンサ出力は、n+1種類のコンパレータ40〜4nから警報0〜nに該当するか判断されて、制御装置50に送られる。
【0012】
コンパレータ40は、センサ出力信号が第2のしきい値を超過しているときは警報信号を出力するもので、センサ出力信号の絶対値を処理する。制御装置50からは、設定値0が第2のしきい値としてコンパレータ40に送られる。
【0013】
ディレイ回路21は、臭いセンサ11の出力信号を、所定の差分時間幅t1だけ遅延させる。差分演算器31は、ディレイ回路21の出力信号と臭いセンサ11の出力信号の差分演算をする。割算器61は、差分演算器31の差分演算結果と差分時間幅t1からセンサ出力信号の増加率を演算する。コンパレータ41は、割算器61の演算した増加率がしきい値を超過しているときは警報信号1を出力する。制御装置50からは、設定値1がしきい値としてコンパレータ41に送られる。
【0014】
同様にして、ディレイ回路2n(n=2,3,・・・,n)は、臭いセンサ11の出力信号を、所定の差分時間幅tnだけ遅延させる。差分演算器3nは、ディレイ回路2nの出力信号と臭いセンサ11の出力信号の差分演算をする。割算器6nは、差分演算器3nの差分演算結果と差分時間幅tnからセンサ出力信号の増加率を演算する。コンパレータ4nは、割算器6nの演算した増加率がしきい値を超過しているときは警報信号nを出力する。制御装置50からは、設定値nがしきい値としてコンパレータ4nに送られる。制御装置50は、警報信号0〜nの何れか一つが有効になれば、警報信号をオペレータ等に知らせる。
【0015】
このように構成された装置の動作を次に説明する。図2はセンサ出力信号の差分演算による警報の動作を説明するもので、(A)はセンサ出力トレンド、(B)はセンサ出力の増加勾配を表している。
【0016】
センサ出力信号は、0〜1時間では0Hz、1〜2.5時間では0〜28Hzまで単調上昇し、2.5時間以降は28Hzで安定する。これに対して、センサ出力の増加勾配は1時間の0.0[Hz/min]から5分後には0.9[Hz/min]まで急上昇する。その後、2時間で0.2[Hz/min]と徐々に低下している。
【0017】
ここで、センサ出力の増加勾配に対するしきい値が0.5[Hz/min]であるとすると、5分程度の差分時間幅での比較的短期の差分演算で検出できる。このように、急激にセンサ出力の増加勾配が変化する場合には、5分程度の応答速度で迅速に検出できる。そこで、5分程度の短期の差分演算で、河川への油分の混入突発事故を迅速に異常検出する。
【0018】
図3はセンサ応答は微少であるが長期に異常が続く場合の異常検出を説明する波形図で、(A)はセンサ出力トレンド、(B)はセンサ出力の5分程度の短期の差分演算、(C)はセンサ出力の30分程度の長期の差分演算を示している。
【0019】
センサ出力信号は、0〜1時間では0Hz、1〜3時間では0〜12Hzまで単調上昇している。これに対して、センサ出力の5分程度の短期の差分演算では、センサ出力の増加勾配は1時間の0.0[Hz/min]から5分後には0.1[Hz/min]まで上昇するものの、ノイズも±0.05[Hz/min]程度重畳している。そこで、しきい値を0.05[Hz/min]に設定すると、ノイズに対する警報出力のマージンが少なく、警報信号がオンオフのチャタリングを起こしてしまう。
【0020】
これに対して、センサ出力の30分程度の長期の差分演算では、センサ出力の増加勾配は1時間の0.0[Hz/min]から30分後には0.10[Hz/min]まで上昇するものの、ノイズは±0.01[Hz/min]程度重畳しているに過ぎない。そこで、しきい値を0.05[Hz/min]に設定しても、ノイズに対する警報出力のマージンが十分に確保でき、15分後には警報信号を確実に出力できる。
【0021】
図4は本発明の第2の実施例を示す構成ブロック図である。ディジタルフィルタ71は、図1に示すディレイ回路21、差分演算器31、割算器61の機能を実現する。ディジタルフィルタ71は、適宜の通過帯域をもつ高域通過フィルタや微分フィルタを有する。ディジタルフィルタ7n(n=2,3,・・・,n)は、図1に示すディレイ回路2n、差分演算器3n、割算器6nの機能を実現する。
【0022】
なお、上記実施例においては、ディレイ回路2n、差分演算器3n、割算器6nの機能をディジタル信号処理回路のようなハードウェアで構成する説明をしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、信号処理用のソフトウェアを用いて処理してもよい。また、差分演算結果のノイズ低減のために、予め設定した点数でセンサ出力を平均化して差分演算をしたり、或いは差分演算を行った後で平均化してもよい。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1記載の本発明によれば、所定の差分時間幅前のセンサ出力信号と差分演算をして、センサ出力信号の増加量を演算し、この演算した増加量がしきい値を超過しているときは警報信号を出力する構成としているので、センサ応答の収束を待つことなく、立ち上がり部分の差分演算により初期挙動から警報を発することができる。
【0024】
請求項2記載の本発明によれば、所定の差分時間幅前のセンサ出力信号と差分演算をして、センサ出力信号の増加率を演算し、この演算した増加率がしきい値を超過しているときは警報信号を出力する構成としているので、センサ応答の収束を待つことなく、立ち上がり部分の差分演算により初期挙動から警報を発することができる。増加率を演算することで、データ処理の普遍性がます。
【0025】
請求項6記載の本発明によれば、臭気測定装置は、コンパレータの出力する警報信号に加えて、前記センサ出力信号が第2のしきい値を超過しているときは警報信号を出力するコンパレータ40を具備する構成としているので、センサ出力の絶対値がしきい値を超過するような場合にも確実に警報信号が出力される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図2】センサ出力信号の差分演算による警報の動作を説明するものである。
【図3】センサ応答は微少であるが長期に異常が続く場合の異常検出を説明する波形図である。
【図4】本発明の第2の実施例を示す構成ブロック図である。
【符号の説明】
11 臭いセンサ
21 ディレイ回路
31 差分演算器
41 コンパレータ
50 制御装置
61 割算器

Claims (6)

  1. それぞれ異なる所定の差分時間幅だけ遅延させる複数のディレイ回路(21〜2n)と、
    該複数のディレイ回路により遅延されたそれぞれ異なる所定の差分時間幅前のセンサ出力信号と、臭い成分の濃度を測定する臭いセンサ(11)の出力信号との差分演算をする複数の差分演算器(31〜3n)と、
    該複数の差分演算器(31〜3n)からのそれぞれの差分演算結果が、それぞれ異なる所定のしきい値を超過しているときは警報信号を出力する複数のコンパレータ(41〜4n)と、
    を具備することを特徴とする臭気測定装置。
  2. それぞれ異なる所定の差分時間幅だけ遅延させる複数のディレイ回路(21〜2n)と、
    該複数のディレイ回路により遅延されたそれぞれ異なる所定の差分時間幅前のセンサ出力信号と、臭い成分の濃度を測定する臭いセンサ(11)の出力信号との差分演算をする複数の差分演算器(31〜3n)と、
    該複数の差分演算器(31〜3n)からのそれぞれの差分演算結果と、前記複数のディレイ回路のそれぞれ異なる差分時間幅とから、それぞれのセンサ出力信号の増加率を演算する複数の割算器(61〜6n)と、
    該複数の割算器からのそれぞれのセンサ出力信号の増加率が、それぞれ異なる所定のしきい値を超過しているときは警報信号を出力する複数のコンパレータ(41〜4n)と、
    を具備することを特徴とする臭気測定装置。
  3. 前記差分時間幅は、センサ出力信号の急激な時間変化の異常を検知するのに適する値であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の臭気測定装置。
  4. 前記差分時間幅は、センサ出力信号の穏やかな時間変化の異常を検知するのに適する値であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の臭気測定装置。
  5. 請求項2記載の複数のディレイ回路、複数の差分演算器、及び複数の割算器に代えて、それぞれ異なる通過帯域をもつ複数の高域通過フィルタと、複数の微分フィルタとを備える複数のディジタルフィルタを用いることを特徴とする臭気測定装置。
  6. 前記複数のコンパレータ(41〜4n)の出力する警報信号に加えて、前記臭い成分の濃度を測定する臭いセンサ(11)の出力信号の絶対値が、しきい値を超過しているときは警報信号を出力するコンパレータ(40)を具備することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の臭気測定装置。
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