JP3892899B2 - 容器内の液体種別を判別する装置およびその制御方法 - Google Patents

容器内の液体種別を判別する装置およびその制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、容器内の液体種別を判別する装置およびその制御方法に関し、特に容器内の液体が危険物ではない水を主成分とする液体であるか否かを判別する技術に適用して有効なものである。
航空機、電車、バス等の旅客輸送機関は旅客を安全に輸送する義務がある。特に、航空機における事故はその被害が甚大であり、安全性には高い注意を払う必要がある。そのため、航空機を利用する旅客にはＸ線画像撮影装置による手荷物検査、金属探知機あるいはボディチェックによる身体検査、必要に応じて尋問等を行い、悪意のある旅客を峻別して航空機の利用を拒否するようにしている。しかしながら、利用旅客の多さ、旅客への利便性を考慮すると、多大な時間をかけた厳密な検査あるいは尋問を旅客全員に施すことは困難である。一方、悪意のある旅客（たとえばテロリスト）はこれら検査をかいくぐって危険物を機内に持ち込もうとする。現状の手荷物検査等で発見できる危険物については特に問題を生じないものの、金属探知機、Ｘ線撮影で検知できない危険物、たとえばガソリン等の可燃液体などはこれを検知することが比較的困難である。ガソリン等の危険物液体はこれを市場で調達することが容易であり、さらに、危険物液体を市販飲料の容器（たとえばペットボトル）に充填したような場合には、真正な飲料との区別がつき難くなるので、悪意のある者には採用し易い危険行為であると言える。従って、これら危険行為に対する対策は十分に検討しておく必要がある。
ガソリン等危険物液体と主成分が水である飲料とを識別するには、臭いを嗅ぐ等の官能検査その他各種の識別方法がある。しかし、航空機利用の際の手荷物検査では検査の迅速性が要求されるので非接触で迅速に検査できることが望ましい。そこで、本発明者らは、非接触かつ迅速な検査方法の一つとして、液体の種類による誘電率の相違を利用したペットボトル等絶縁体（誘電体）容器内の液体種別の判別手法を開発した。これら手法に係る発明は、本願の出願人と同一の出願人による特願２００３−１９８０４６、あるいは、特願２００３−３８５６２７に添付した明細書に記載されている。
ところで、液体種類の判別手法としては、本発明者らによる前記発明で採用した液体種類による誘電率の相違のほか、液体種類による熱的特性の相違を活用する手法も考えられる。たとえば、特許文献１には、自動車のガソリンタンク等燃料タンクの内部に熱供給手段と温度変化測定手段を配置し、タンクの壁面側と燃料側の熱伝導材に伝達される熱の挙動からタンク内の燃料性状（たとえば沸点やＴ５０値）を検出するセンサに関する技術が記載されている。また、特許文献２には、石油タンクや油供給路中の水等の混入を検出することを目的として、傍熱型流量検出器を流体判別器として利用する技術が開示されている。傍熱型流量計は発熱素子と流量検出素子（温度センサ）とを流体内に配置し、流体の流速によって流量検出素子の温度が変化する特性を利用した流速計であることは良く知られている。特許文献２の技術は、この傍熱型流量計の流速０における初期出力が傍熱型流量計に接している流体の熱特性に依存して変化する点に着目し、これを流体の識別に用いようとするものである。さらに、特許文献３には、容器の外面を加熱する加熱手段と加熱手段の近傍に配置した温度センサとを備える測定モジュールを利用した液位測定装置の技術が開示されている。この液位測定装置では複数の測定モジュールを容器外側に一列に付勢して配置し、容器内部に液がある場合と無い場合の容器外壁の熱挙動の相違からいずれの測定モジュールの間に液面が位置するかを検出しようとするものである。これら特許文献１〜３に記載の技術は、いずれも液体の熱的性質（液がない場合を含めて）を利用して液体の種別（液の有無）を判別しようとするものである。
特開平１０−３２５８１５号公報 特開２０００−１８６８１５号公報 特開２００２−２１４０２０号公報
前記の通り、航空機等の内部に持ち込む液体が危険物でないことの検査に適した検査装置として、本発明者らは、液体の種類による誘電率の相違を利用した容器内の液体種別の判別装置および判別手法を開発した。しかし、測定原理からも明らかなように、この手法は容器が絶縁体（誘電体）である場合にのみ適用できる。航空機等の内部に持ち込める飲料容器は、ペットボトルやガラス瓶等絶縁体に限られず、アルミ缶等導電性の金属容器もある。これら導電性の金属容器についてもペットボトル等と同様、迅速かつ非接触な検査が望まれる。
一方、導電性の容器内の液体の種類判別には、前記した特許文献１〜３の技術を適用し得る。しかしながら、特許文献１および２に記載のセンサは何れも容器内部に設置されるものであり、前記したような機内持ち込み検査等検査の迅速性が要求される場合には適さない。しかも、特許文献１および２に記載の技術ではセンサを容器内部の液体に接触させる必要があり、未開封の飲料液体を開封するという一種の破壊検査となる。また、センサを飲料に接触させるのは衛生的にも好ましくない。このため機内持ち込み検査等に採用することはできない。機内持ち込み検査への適用を考慮すれば、やはり容器外部から容器内部の液体種別を判別できることが必須である。特許文献３に記載の技術は容器外部から液体性状（液体が存在するか否か）を測定することは可能である。しかし特許文献３の技術では液体が存在するか否かを検出できるのみであり液体の種別を判別することはできない。
また、容器の材質がアルミニウム等の導電体であっても容器を開封することなく迅速に液体種別の判別が可能な手法として、ハロゲンランプ等の赤外線熱源を用いて非接触で測定する手法を採用する場合には幾つかの改善点があることを本発明者らは認識している。すなわち、ハロゲンランプ等の赤外線熱源による容器外壁の加熱では、容器外壁の形状や塗装等容器の外壁性状によって加熱状態が相違する問題があり、加熱部位近傍の温度を非接触で測定する方式では、容器外壁の形状等の影響を受けて測定値に含まれる誤差が大きくなる不具合が発生する可能性がある。また、ハロゲンランプを用いる場合には、ハロゲンランプの寿命によって装置の寿命が制限され、装置寿命を長寿命化する要請がある。さらに、加熱手段および温度測定手段を小型化することや、量産しやすい加熱手段および温度測定手段とすること等の要請がある。
本発明の目的は、容器内部の液体種別を、容器の材質によらず、容器外部から迅速に、好ましくは非接触で判別できる技術を提供することにある。また、本発明の目的は、容器内部の液体種別を、容器の材質によらず、容器外部から迅速に判別できる液体判別手法において、容器外壁への安定した加熱、および、加熱部近傍の安定した温度測定を実現する手法を提供することにある。本発明の他の目的は、装置を長寿命化することにある。また、加熱部および温度計測部の小型化を実現することにある。さらに、量産化対応に優れた装置を実現することにある。
本明細書で開示する発明は、以下の通りである。なお、本課題を解決するための手段の項で説明する発明を区別するために発明１、発明２のように発明に符号を付して表現する。ただし、この符号はあくまでも発明を指標するために付す便宜的なものであって発明の広狭や順番を表すものではない。本願発明１の容器内の液体種別を判別する装置は、容器の外部に配置する熱源と、前記熱源の近傍に配置され、前記容器の外壁温度を電圧または電流に変換する温度センサと、前記容器の内容物が危険である旨の警報を発することができる報知手段と、前記熱源への電力の供給を制御し、前記熱源に電力を供給する前または供給した時の時刻ｔ１における前記温度センサの出力の値と前記時刻ｔ１から所定の経過時間ｔ２を経過した時刻ｔ１＋ｔ２における前記温度センサの出力の値との差を、所定の閾値と比較し、前記報知手段に警報信号を出力する制御判定回路と、を含む。
発明１の容器内の液体種別を判別する装置では、容器壁面の局所的な部分に熱源からの熱を一定時間供給する。そして、熱供給部分の近傍の容器壁面の温度変化を測定する。容器壁面に供給される熱の伝導モデルとして、容器（容器材料内）を伝わる経路と容器内の液体に伝わる経路の２つの経路によって熱が拡散される伝導モデルを考えることができる。また、容器壁の全面積に対して熱供給部分の面積が十分に小さく、着目している領域（温度の測定点）が熱供給部分に十分近いと仮定すると、熱が供給される容器壁は無限遠まで延びる平面板と考えることができ、スポット的に供給された熱は、熱供給点を中心に平面板の内部を放射状に熱拡散すると考えることができる。よって、熱供給点からの１次元の熱伝導モデルを考えれば、測定点の熱プロファイルを定性的に把握することが可能である。すなわち、熱供給点を中心に１次元フィンが放射状に配置されたと仮定して発明１の測定点における熱プロファイルを考察できる。
今、点ｘ０（ｘ＝０）に熱量Ｑの熱が供給されており、点ｘ０での温度をＴｓ、無限遠ｘ∞の温度をＴ∞とすると、点ｘでの温度Ｔは、１次元フィンの熱伝導モデルより、数１のように表される。
[数１]
Ｔ−Ｔ∞ ＝（Ｔｓ−Ｔ∞）ｅｘｐ（−ＳＱＲＴ（ｈｐ／ｋＡ）ｘ）
ここで、ｅｘｐは自然対数、ＳＱＲＴは二乗根、ｈは熱伝達率、ｐはフィン周囲長、ｋは金属の熱伝導度、Ａはフィン断面積である。
１次元フィンの片面にだけ液が接触し、他の面は断熱状態にあると仮定すると、周囲長ｐは、ほぼフィンの幅ｌとフィンの厚さｔの和で表され、また、ｔはｌに対して十分に小さな値なので、数１は、数２のように表される。
[数２]
Ｔ−Ｔ∞ ＝（Ｔｓ−Ｔ∞）ｅｘｐ（−ＳＱＲＴ（ｈ／ｋｔ）ｘ）
熱伝達率ｈは物性値ではないので、概略の物性値の関数で表す。水平円柱の周囲が液体である時の平均熱伝達率（ヌセルト数）Ｎは、数３で表されるので、熱伝達率ｈは数４のように表せる。
[数３]
（ｈｌ／λ）＝Ｎ＝０．１（ｌ３ｇν−２Ｃｐμλ−１）１／３
[数４]
ｈ＝０．１（λ２ｇＣｐρ２μ−１）１／３
ここで、ｇは重力加速度、νは液の動粘度（＝μ／ρ：ρは液の密度）、Ｃｐは液の定圧比熱、μは液の粘度、λは液の熱伝導度である。
数２を、Ｔ−Ｔ∞ ＝（Ｔｓ−Ｔ∞）ｅｘｐ（−ｘ／τ）と書き改めると、１次元フィンの距離ｘに関する温度の減衰（熱プロファイル）は、減衰定数τで特徴付けられ、数４を適用すると、τは数５のように表される。
[数５]
τ＝（ｋｔμ１／３λ−２／３ｇ−１／３Ｃｐ−１／３ρ−２／３）１／２
すなわち、フィン材料（容器）の熱伝導率ｋ、あるいはフィン厚さ（容器厚さ）ｔが大きいとτは大きくなり、熱供給点から比較的遠い位置であっても温度の上昇を観測することができることがわかる。本発明１を適用する容器として、容器内の液体（水、あるいは、アルコールやガソリン等の可燃液体を想定する）の熱伝導率λより十分に大きい熱伝導率ｋの材料を選択すれば、あるいは、容器厚さｔが十分に厚いものを採用すれば、熱供給点より離れた場所の温度を観測しても十分に機能することを示している。本発明１に好適な容器材料としては、アルミニウム、鉄等の金属を例示できる。これら金属の熱伝導率は容器内の液体より十分に大きい。本発明１において、熱供給部分から温度センサの観測点までの距離として数ｍｍから数ｃｍの範囲を想定している。
また、数５より、液体の熱伝導率λおよび密度ρが大きいほどτに与える影響が大きいことがわかる。すなわち、液体の熱伝導率λおよび密度ρが大きくなるとτは小さくなり、熱供給量（Ｑ）が一定であるなら観測点の冷却速度が大きいことを示す。よって、容器に充填される液体の種類が相違し、その熱的特性（特に熱伝導率λおよび密度ρ）が相違すれば、これをもとに液体の相違を検知することが可能であることを示す。
上記考察の通り、容器内に液体を充填し、容器外壁の局部に熱を供給して、その熱供給部から比較的離れた観測点であっても、容器内部の液体の熱特性（特に熱伝導率λおよび密度ρ）を反映する温度変化を観測することができる。そして、本発明１では、熱供給前の温度と熱供給後の一定時間経過後の温度とを比較することによって容器内部の液体の種別を判別する。水の熱伝導率は０．６３（Ｗ／ｍｋ）であり、エタノールおよび石油が各々０．１８（Ｗ／ｍｋ）、０．１５（Ｗ／ｍｋ）であることと比較すると水の熱伝導率の方が３．５倍以上大きい。よって、容器内部に水がある場合には観測点は冷却されやすく、容器内にエタノール、石油等の危険物液体がある場合には冷却され難い。そこで熱供給前後の温度差について予め閾値を設定し、これを超えた場合には安全であり、超えない場合は危険物であると判断し、警報を発することができる。
また、本発明１では、外部から熱を供給し、容器外壁の温度測定を行って容器内部の液体種別を判別できるので、容器を開封する必要はなく、簡便に判定することが可能であり、航空機等機内持ち込み検査に非常に適している。さらに、容器外壁の温度測定は２回の測定で終了するので極めて簡便かつ迅速に容器内の液体種別を判別することが可能である。
温度計測の結果からの液体種別の判別には、測定結果（温度センサの出力）をディジタルデータとして取り扱い、ＣＰＵ等の情報処理装置を用いてソフトウェア的に処理することが可能である。この場合、制御判定回路として以下のような構成を採用できる。すなわち、前記制御判定回路には、タイマと、前記熱源に電力を供給できる電源回路と、前記報知手段に前記警報信号を出力する報知信号発生回路と、前記温度センサの出力をディジタルデータに変換するＡＤ変換部と、プログラムおよびデータを記録するデータ記憶部と、前記データ記憶部に記録された前記プログラムに従って処理を実行する演算処理部とを有し、前記プログラムは、前記電源回路が前記熱源に電力を供給していないことを条件に前記タイマから現在時刻を取得しこれを時刻ｔ１とするとともに、前記ＡＤ変換部からデータを取得しこれを値ＳＯ１として前記データ記憶部に記録する第１の手順と、前記電源回路への制御信号を前記熱源に電力を供給するオン信号に切替え、所定時間の経過後に、前記電源回路への制御信号を前記熱源に電力を供給しないオフ信号Ｍに切替える第２の手順と、前記タイマから現在時刻を取得し、取得した現在時刻が、前記時刻ｔ１に経過時間ｔ２を付加した時刻ｔ１＋ｔ２を越えたかを判断する第３の手順と、前記第３の手順で現在時刻が時刻ｔ１＋ｔ２を超えたと判断した場合に、前記ＡＤ変換部からデータを取得しこれを値ＳＯ２として前記データ記憶部に記録する第４の手順と、前記値ＳＯ１と前記値ＳＯ２との差ＳＯ２−ＳＯ１を演算し、前記差ＳＯ２−ＳＯ１を所定の閾値と比較する第５の手順と、前記第５の手順で前記差ＳＯ２−ＳＯ１と前記閾値とを比較した結果に応じて前記報知信号発生回路から前記警報信号を出力する第６の手順と、を前記演算処理部に実行させるもの、とすることができる。
あるいは、温度センサの出力をアナログデータとして取り扱い、アナログ回路で閾値を超えたか否かの判断を行うことも可能である。この場合、前記制御判定回路には、測定開始の信号を受けてランプ電圧を生成するランプ回路と、前記ランプ回路の出力の絶対値が｜Ｖ１｜の時に前記温度センサの出力の値をラッチする第１ラッチ回路と、前記ランプ回路の出力の絶対値が前記｜Ｖ１｜より大きい｜Ｖ２｜の時に前記熱源への電力の供給を開始し、所定時間の経過後に前記電力の供給を停止する電源回路と、前記ランプ回路の電圧が前記｜Ｖ２｜より大きい｜Ｖ３｜になったときに前記温度センサの出力の値をラッチする第２ラッチ回路と、前記第１ラッチ回路および第２ラッチ回路の出力を各々入力とする差動増幅回路と、前記差動増幅回路の出力を所定の閾値と比較して前記報知手段に前記警報信号を出力する報知信号発生回路と、を含むことができる。
なお、前記熱源および前記温度センサは、前記容器の壁から離して配置することが可能である。熱源としてはハロゲンヒータを例示でき、温度センサとしては赤外線サーモパイルを例示できる。熱源および温度センサを容器の外壁から離して配置することにより、迅速な判定を可能にするとともに、接触を必要とする場合の接触の仕方による熱抵抗の問題を回避することができる。すなわち、接触の場合には、押し付ける圧力や接触面の汚れ等によって熱抵抗が発生あるいは変化し、適切な測定ができなくなるあるいは測定の再現性が悪くなるという問題が発生する。本発明１では非接触で測定できるのでこれら問題の発生を回避することが可能になる。
また、前記熱源と前記温度センサとの間に吸光性の遮熱部材を配置してもよい。遮熱部材により、測定の感度を向上できる。また、熱源がハロゲンヒータであり温度センサが赤外線サーモパイルである場合、遮熱部材によって赤外線を遮光する効果も期待できる。
また、前記容器の配置を検知する容器センサを備え、前記容器センサからの信号を契機として判別を開始することができる。これにより、操作を簡便にすることができる。
なお、上記した容器内の液体種別を判別する装置の発明１は、装置の制御方法の発明２として把握することも可能である。すなわち、容器の外部に配置する熱源と、前記熱源の近傍に配置され前記容器の外壁温度を電圧または電流に変換する温度センサと、前記容器の内容物が危険である旨の警報を発することができる報知手段と、制御判定回路と、を含む容器内の液体種別を判別する装置の制御方法であって、時刻ｔ１において前記温度センサの出力の値を記憶しまたは保持するステップと、前記時刻ｔ１以降の時刻ｔ３において前記熱源への電力の供給を開始するステップと、前記時刻ｔ３以降の時刻ｔ４において前記熱源への電力の供給を停止するステップと、前記時刻ｔ３以降の時刻ｔ５において前記温度センサの出力の値を記憶しまたは保持するステップと、前記時刻ｔ１における前記温度センサの出力の値と前記時刻ｔ５における前記温度センサの出力の値との差を求めるステップと、前記差を所定の閾値と比較するステップと、前記差と前記閾値との比較の結果に応じて前記報知手段に前記警報を発するステップと、を有する制御方法である。
上記制御方法の発明２において、時刻ｔ５は、時刻ｔ４以降の時刻とすることができる。つまり、１回目の温度測定の後熱供給を開始し熱供給を停止した後に２回目の温度測定を行う。熱源としてハロゲンヒータを、温度センサとして赤外線サーモパイルを採用したような場合、熱供給に伴う赤外線散乱光の影響を排除できる。
本明細書では他の発明をも開示する。すなわち、本願で開示する発明３の容器内の液体種別を判別する装置は、容器に接触する単一または複数の可撓性のフィルムと、前記単一または複数のフィルムのうち一のフィルムに設けられた温度センサと、前記単一または複数のフィルムのうち前記温度センサが設けられたフィルムと同一または他のフィルムに設けられた熱源と、前記容器の内容物が危険である旨の警報を発することができる報知手段と、前記熱源に電力を供給する電力供給手段と、前記温度センサの出力を取得して比較値を演算し、前記比較値と所定の閾値とを比較する演算比較手段と、前記演算比較手段の比較の結果に応じて前記報知手段に警報信号を出力する警報信号出力手段と、前記電力供給手段、前記演算比較手段および前記警報信号出力手段を制御する制御手段と、を有する。
このような容器内の液体種別を判別する装置の発明３では、熱源が可撓性フィルムに設けられ、この可撓性フィルムが容器外壁に接触するよう構成されるので、熱源から容器外壁への熱伝導が接触による固体内伝導によって実現され、安定に容器外壁を加熱することが可能になる。また、温度センサが可撓性フィルムに設けられ、この可撓性フィルムが容器外壁に接触するよう構成されるので、容器外壁からの熱が接触による固体内伝導によって温度センサに伝導され、安定した温度測定が実現される。また、熱源としてハロゲンランプを用いる必要がなく長寿命な電気抵抗素子を用いることが可能になるので装置寿命を長寿命化することも可能になる。さらに、可撓性フィルムに設けることが可能な熱源および温度センサの選択の幅は大きいので、小型化が容易になり、量産対応性も向上することが可能になる。
可撓性フィルムに設けることが可能な熱源としては、電気抵抗素子、ペルチェ素子等の半導体素子、誘導加熱素子、半導体赤外レーザ等の光学素子を例示できるが、可撓性フィルム上に設けられる限り特に限定されない。電気抵抗素子を可撓性フィルム上にパターニングにより形成する場合、量産性、寿命、小型化、安定性等の観点から有利である。
可撓性フィルムに設けることが可能な温度センサとしては、電気抵抗素子、熱電対、ＰＮ接合を有する半導体素子（バイポーラ半導体素子）その他温度に敏感な素子が例示できるが、可撓性フィルムに設けられる限り特に制限はない。電気抵抗素子を可撓性フィルム上にパターニングで形成する場合、量産性、寿命、小型化、安定性等の観点から有利である。
可撓性フィルムとしては、ポリイミドフィルムを例示できる。ポリイミドは熱的、化学的に安定であり、特に熱源および温度センサを電気抵抗素子としてフィルム上にパターニングにより形成する場合には、耐酸化性を向上するようポリイミドフィルムで封止することができ、ポリイミドを用いる利点がある。ただし、可撓性フィルムの材料としてポリイミドに限定されるわけではない。他の材料として、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、アクリル、ポリテトラフルオロエチレンその他の有機樹脂が例示できる。
前記した容器内の液体種別を判別する装置の発明３において、前記フィルムは前記容器が配置される面に向かって凸形状に湾曲して配置されるものであり、前記容器を配置することにより、前記フィルムの可撓性を利用して前記熱源および前記温度センサが前記容器の外壁に押圧されるものとすることができる。これにより、熱源および温度センサを容器外壁に押圧して、十分な接触面積を確保し、熱抵抗を低減することが可能になる。
また、前記湾曲により形成される前記フィルムの湾曲表面が、前記容器の高さ方向の線分に沿って前記容器に接触する第１の構成、または、前記容器の周方向の線分に沿って前記容器に接触する第２の構成、の何れかの構成を有することができる。第１の構成の場合、熱源と温度センサの配置の自由度が高く、熱源と温度センサを別々のフィルムに分けて配置することが可能である。熱源と温度センサを別のフィルムに配置すれば、熱源から温度センサへの容器を介さない熱伝導を低減して測定の精度を向上することが可能になる。第２の構成の場合、容器を配置する際のフィルムの損傷の機会を低減することが可能になる。すなわち、通常、容器（飲料用アルミニウムボトルやペットボトル）を装置に配置する場合、容器を持った状態からこれを下に降ろすように配置するであろう。この際、湾曲表面のＵ字形状断面が容器の底面に対向するよう配置されていたとしたなら（第１の構成の場合）容器を下ろす際にその底面でフィルムのＵ字形状断面を引っ掛け、これを損傷する危険性が考えられる。しかし、第２の構成の場合には、容器底面に対向するのは湾曲表面の曲がった面であるため、引っ掛けるように容器を降ろそうとしてもフィルムの可撓性によって容器底面の引っ掛かりを吸収し、フィルムが損傷されることはない。
また、前記フィルムは、前記容器の外壁に沿って配置されるようにしてもよい。つまり、フィルムをＵ字形状に配置するのは前記の場合と同じであるが、容器は湾曲したフィルムの凸部に接触するのではなく、Ｕ字形状の凹部に包み込まれるように配置される。この場合にもフィルムに配置された熱源と温度センサは容器外壁に密着し、容器の自重を用いるなら押圧することも可能になる。フィルムに可撓性があるため、容器外壁に沿うようフィルムが変形し、熱源と温度センサを容器の外壁に正確に密接させることが可能になる。
また、前記温度センサの大きさは、前記熱源の大きさに比較して小さくできる。温度センサの大きさを小さくすることにより温度センサの熱容量を低減し、測定速度の向上および測定確度の向上を図ることが可能になる。
また、前記熱源を複数有し、前記温度センサが、前記複数の熱源の間に配置されるようにできる。複数の熱源を温度センサの周りに配置することにより、十分な熱量を容器外壁に与えることができ、また、測定速度を向上できる。
なお、熱源および温度センサとして、フィルム上にパターニングされた電気抵抗素子が好適であることは前記したとおりである。この場合の素子の材料として、銅箔膜、タングステン薄膜、ドープドシリコン等半導体材料が例示できる。素子の抵抗値は、その材料選択による材料固有の抵抗率の選択、膜厚、パターニングした際の線幅等のサイズ選択により適宜設計が可能である。
前記した容器内の液体種別を判別する装置の発明３において、前記制御手段は、時刻ｔ１に前記熱源への電力を供給し、前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ２に前記電力の供給を遮断するよう前記電力供給手段を制御し、時刻ｔ３における前記温度センサの出力値Ｏ１と、前記時刻ｔ３および前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ４における前記温度センサの出力値Ｏ２とを計測し、前記出力値Ｏ２と前記出力値Ｏ１とから前記比較値を演算するものとすることができる。すなわち、熱源による加熱の前後における容器外壁の温度変化から容器内部の液体種別を判別するものである。
なお、発明３の場合にも、前記発明１について考察した熱プロファイルの検討結果を適用してその熱プロファイルを解釈できる。すなわち、１次元フィンの熱伝導モデルより、点ｘでの温度Ｔを数１、数２のように表し、水平円柱の周囲が液体である時の平均熱伝達率（ヌセルト数）Ｎを数３のように、熱伝達率ｈを数４のように表すと、１次元フィンの距離ｘに関する温度の減衰（熱プロファイル）を特徴付ける減衰定数τは数５のように表される。
すなわち、フィン材料（容器）の熱伝導率ｋ、あるいはフィン厚さ（容器厚さ）ｔが大きいとτは大きくなり、熱供給点から比較的遠い位置であっても温度の上昇を観測することができることがわかる。本発明３を適用する容器として、容器内の液体（水、あるいは、アルコールやガソリン等の可燃液体を想定する）の熱伝導率λより十分に大きい熱伝導率ｋの材料を選択すれば、あるいは、容器厚さｔが十分に厚いものを採用すれば、熱供給点より離れた場所の温度を観測しても十分に機能することを示している。本発明３に好適な容器材料としては、アルミニウム、鉄等の金属を例示できる。これら金属の熱伝導率は容器内の液体より十分に大きい。本発明３において、熱供給部分から温度センサの観測点までの距離として数ｍｍから数ｃｍの範囲を想定している。
また、数５より、液体の熱伝導率λおよび密度ρが大きいほどτに与える影響が大きいことがわかる。すなわち、液体の熱伝導率λおよび密度ρが大きくなるとτは小さくなり、熱供給量（Ｑ）が一定であるなら観測点の冷却速度が大きいことを示す。よって、容器に充填される液体の種類が相違し、その熱的特性（特に熱伝導率λおよび密度ρ）が相違すれば、これをもとに液体の相違を検知することが可能であることを示す。
上記考察の通り、容器内に液体を充填し、容器外壁の局部に熱を供給して、その熱供給部から比較的離れた観測点であっても、容器内部の液体の熱特性（特に特に熱伝導率λおよび密度ρ）を反映する温度変化を観測することができる。そして、本発明３では、熱供給前の温度と熱供給後の一定時間経過後の温度とを比較することによって容器内部の液体の種別を判別する。水の熱伝導率は０．６３（Ｗ／ｍｋ）であり、エタノールおよび石油が各々０．１８（Ｗ／ｍｋ）、０．１５（Ｗ／ｍｋ）であることと比較すると水の熱伝導率の方が３．５倍以上大きい。よって、容器内部に水がある場合には観測点は冷却されやすく、容器内にエタノール、石油等の危険物液体がある場合には冷却され難い。そこで熱供給前後の温度差について予め閾値を設定し、これを超えた場合には安全であり、超えない場合は危険物であると判断し、警報を発することができる。
また、本発明３では、外部から熱を供給し、容器外壁の温度測定を行って容器内部の液体種別を判別できるので、容器を開封する必要はなく、簡便に判定することが可能であり、航空機等機内持ち込み検査に非常に適している。さらに、容器外壁の温度測定は２回の測定で終了するので極めて簡便かつ迅速に容器内の液体種別を判別することが可能である。
なお、発明３における前記制御手段は、時刻ｔ１に前記熱源への電力を供給し、前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ２に前記電力の供給を遮断するよう前記電力供給手段を制御し、前記容器を配置する時刻ｔ５より前の時刻ｔ６における前記温度センサの出力値Ｏ３と、前記時刻ｔ５より後の時刻であって前記時刻ｔ１より前の時刻ｔ７における前記温度センサの出力値Ｏ４と、時刻ｔ３における前記温度センサの出力値Ｏ１と、前記時刻ｔ３および前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ４における前記温度センサの出力値Ｏ２とを計測し、前記出力値Ｏ４と前記出力値Ｏ３とから補正値を決定し、前記出力値Ｏ２と前記出力値Ｏ１と前記補正値とから前記比較値を演算するものとしてもよい。容器あるいは容器内の液体の温度が測定環境温度（つまり容器を設置する前の温度センサの温度）とかけ離れている場合は現実的によくあることである。すなわち、飲料がお茶やコーヒーである場合、それを温めて販売あるいは所持している場合は多々ある。このような場合、容器内液体の温度（容器外壁温度）の影響を受けて温度センサの温度がドリフトする。このようなドリフト値をセンサ出力値Ｏ３とＯ４との測定により予測し、補正したうえで判定を行うことができる。つまり、本構成の発明によれば、容器温度が環境温度からかけ離れた場合であっても補正することができ、正確な容器内液体の種別判定を行うことができる。
容器温度の環境温度との相違によるセンサ出力のドリフト予想は、以下の構成によっても可能である。すなわち、発明３における前記制御手段は、時刻ｔ１に前記熱源への電力を供給し、前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ２に前記電力の供給を遮断するよう前記電力供給手段を制御し、前記容器を配置する時刻ｔ５より前の時刻ｔ６における前記温度センサの出力値Ｏ３と、時刻ｔ３における前記温度センサの出力値Ｏ１と、前記時刻ｔ３および前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ４における前記温度センサの出力値Ｏ２とを計測し、前記出力値Ｏ２と前記出力値Ｏ１と前記出力値Ｏ３とから前記比較値を演算することができる。つまり、前記出力値Ｏ３と、前記出力値Ｏ１または前記出力値Ｏ２とから前記した補正値を決定し、前記出力値Ｏ１と前記出力値Ｏ２と前記補正値とから前記比較値を演算する。補正値を求める際に前記したセンサ出力Ｏ４の測定をＯ１やＯ２の測定値によって代替することも可能ということである。
あるいは、発明３において、前記熱源と前記温度センサとの間の距離に比較して大きな距離で前記熱源から離れて前記容器に接触するよう配置される第２の温度センサをさらに有し、前記制御手段は、時刻ｔ１に前記熱源への電力を供給し、前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ２に前記電力の供給を遮断するよう前記電力供給手段を制御し、時刻ｔ３における前記温度センサの出力値Ｏ１と、前記時刻ｔ３および前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ４における前記温度センサの出力値Ｏ２と、前記ｔ４より前の時刻ｔ８における前記第２の温度センサの出力値Ｏ５とを計測し、前記出力値Ｏ２と前記出力値Ｏ１と前記出力値Ｏ５とから前記比較値を演算することができる。つまり、前記出力値Ｏ５と、前記出力値Ｏ１または前記出力値Ｏ２とから前記した補正値を決定し、前記出力値Ｏ１と前記出力値Ｏ２と前記補正値とから比較値を演算する。容器温度自体を第２の温度センサによって測定し、この値を用いて補正を行うようにするものである。なお、第２の温度センサは、前記温度センサと同様に、フィルムにパターニングされた電気抵抗素子とすることができる。また、第２の温度センサは、前記温度センサおよび前記熱源が配置される位置から前記容器の周方向に変位した位置に配置することができる。
また、発明３において前記容器の配置を検知する容器センサを備え、前記容器センサからの信号を契機として判別を開始することができる。これにより、操作を簡便にすることができる。
なお、上記した容器内の液体種別を判別する装置の発明３は、装置の制御方法の発明４として把握することも可能である。すなわち、容器に接触する単一または複数の可撓性のフィルムと、前記単一または複数のフィルムのうち一のフィルムに設けられた温度センサと、前記単一または複数のフィルムのうち前記温度センサが設けられたフィルムと同一または他のフィルムに設けられた熱源と、前記容器の内容物が危険である旨の警報を発することができる報知手段と、前記熱源に電力を供給する電力供給手段と、前記温度センサの出力を取得して比較値を演算し、前記比較値と所定の閾値とを比較する演算比較手段と、前記演算比較手段の比較の結果に応じて前記報知手段に警報信号を出力する警報信号出力手段と、前記電力供給手段、前記演算比較手段および前記警報信号出力手段を制御する制御手段と、を含む容器内の液体種別を判別する装置の制御方法であって、時刻ｔ３において前記温度センサの出力値Ｏ１を記憶しまたは保持するステップと、時刻ｔ１において前記熱源への電力の供給を開始するステップと、前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ２において前記熱源への電力の供給を停止するステップと、前記時刻ｔ３および前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ４において前記温度センサの出力値Ｏ２を記憶しまたは保持するステップと、前記出力値Ｏ１と前記出力値Ｏ２とから前記比較値を求めるステップと、前記比較値と前記閾値とを比較するステップと、前記比較の結果に応じて前記警報信号を生成するステップと、を有する容器内の液体種別を判別する装置の制御方法である。
あるいは、前記同様の構成を有する液体種別を判別する装置の制御方法であって、前記容器を配置する時刻ｔ５より前の時刻ｔ６において前記温度センサの出力値Ｏ３を記憶しまたは保持するステップと、前記時刻ｔ５より後の時刻ｔ７において前記温度センサの出力値Ｏ４を記憶しまたは保持するステップと、前記時刻ｔ７より後の時刻ｔ３において前記温度センサの出力値Ｏ１を記憶しまたは保持するステップと、前記時刻ｔ７より後の時刻ｔ１において前記熱源への電力の供給を開始するステップと、前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ２において前記熱源への電力の供給を停止するステップと、前記時刻ｔ３および前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ４において前記温度センサの出力値Ｏ２を記憶しまたは保持するステップと、前記出力値Ｏ３と前記出力値Ｏ４とから補正値を決定するステップと、前記出力値Ｏ１と前記出力値Ｏ２と前記補正値とから前記比較値を求めるステップと、前記比較値と前記閾値とを比較するステップと、前記比較の結果に応じて前記警報信号を生成するステップと、を有する容器内の液体種別を判別する装置の制御方法である。
あるいは、前記同様の構成を有する液体種別を判別する装置の制御方法であって、前記容器を配置する時刻ｔ５より前の時刻ｔ６において前記温度センサの出力値Ｏ３を記憶しまたは保持するステップと、前記時刻ｔ６より後の時刻ｔ３において前記温度センサの出力値Ｏ１を記憶しまたは保持するステップと、前記時刻ｔ６より後の時刻ｔ１において前記熱源への電力の供給を開始するステップと、前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ２において前記熱源への電力の供給を停止するステップと、前記時刻ｔ３および前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ４において前記温度センサの出力値Ｏ２を記憶しまたは保持するステップと、前記出力値Ｏ１と前記出力値Ｏ２と前記出力値Ｏ３とから前記比較値を求めるステップと、前記比較値と前記閾値とを比較するステップと、前記比較の結果に応じて前記警報信号を生成するステップと、を有する容器内の液体種別を判別する装置の制御方法である。
あるいは、前記同様の構成に、前記熱源と前記温度センサとの間の距離に比較して大きな距離で前記熱源から離れて前記容器に接触するよう配置される第２の温度センサの構成を加えた構成を有する液体種別を判別する装置の制御方法であって、時刻ｔ３において前記温度センサの出力値Ｏ１を記憶しまたは保持するステップと、時刻ｔ１において前記熱源への電力の供給を開始するステップと、前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ２において前記熱源への電力の供給を停止するステップと、前記時刻ｔ３および前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ４において前記温度センサの出力値Ｏ２を記憶しまたは保持するステップと、前記時刻ｔ４より前の時刻ｔ８において前記第２の温度センサの出力値Ｏ５を記憶しまたは保持するステップと、前記出力値Ｏ１と前記出力値Ｏ２と前記出力値Ｏ５とから前記比較値を求めるステップと、前記比較値と前記閾値とを比較するステップと、前記比較の結果に応じて前記警報信号を生成するステップと、を有する容器内の液体種別を判別する装置の制御方法である。これら制御方法の発明４は、前記した装置の発明３において適用が可能である。
本願発明１あるいは２によれば、容器内部の液体種別を、容器の材質によらず、容器外部から迅速に、好ましくは非接触で判別できる技術を提供できる。本願発明３あるいは４によれば、容器内部の液体種別を、容器の材質によらず、容器外部から迅速に判別できる液体判別手法において、容器外壁への安定した加熱、および、加熱部近傍の安定した温度測定を実現できる。また、装置を長寿命化することができ、加熱部および温度計測部の小型化を実現できる。さらに、量産化対応に優れた装置を実現できる。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態１である容器内の液体種別を判別する装置の構成の一例を示したブロック図である。本実施の形態の容器内の液体種別を判別する装置は、容器１０１の外側に配置するハロゲンヒータ１０２、赤外線サーモパイル１０３、スリット１０４、遮熱板１０５、制御回路１０６、ＬＥＤ表示装置１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ、容器センサ１０８を有する。
容器１０１は、たとえばアルミニウム製等導電性の容器である。ハロゲンヒータ１０２は、スリット１０４の開口部を介して赤外線を容器１０１の表面に照射する熱源である。ハロゲンヒータ１０２により容器１０１の表面の照射領域に熱エネルギが供給される。赤外線サーモパイル１０３は熱電対を直列に多数接続し、冷接点をケース側に、温接点を赤外線吸光部材に接触させた非接触の温度センサである。赤外線サーモパイル１０３はハロゲンヒータ１０２から２ｃｍ程度離れた場所に設置する。
スリット１０４は、ハロゲンヒータ１０２の照射光が、容器１０１の表面の局所領域に照射されるよう制限するための光学部材である。数ｍｍの円形または角型の開口を持つ部材を適用できる。遮熱板１０５はハロゲンヒータ１０２から赤外線サーモパイル１０３への熱伝導を遮断する。
制御回路１０６は、ハロゲンヒータ１０２への電力供給を制御し、赤外線サーモパイル１０３の出力を計測して容器内の液体種別の判別を行う。また、制御回路１０６にはＬＥＤ表示装置１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃが接続され、判別結果をＬＥＤ表示装置１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃに表示する。
制御回路１０６には、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１０９、熱源駆動回路１１０、ＡＤ変換器１１１、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）１１２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１１３、タイマ１１４、容器検出回路１１５、表示制御回路１１７を含む。ＣＰＵ１０９は汎用的な演算処理装置であり、所定のプログラムに従って処理を実行できる。熱源駆動回路１１０はＣＰＵ１０９によって制御され、ハロゲンヒータ１０２への電力を供給する。ＡＤ変換器１１１は赤外線サーモパイル１０３の出力をディジタルデータに変換し、データはＣＰＵ１０９に出力される。容器検出回路１１５は、容器センサ１０８を制御し、図示しない容器支持部材に容器１０１が配置されたことをまた配置されていないことを検知する。タイマ１１４はＣＰＵ１０９によって制御され、時間の経過を計測する場合に用いる。ＲＡＭ１１３はデータの一時記憶装置である。ＲＯＭ１１２からロードしたプログラムやデータを保持し、また、プログラムの実行に利用するワークエリアを確保する。ＲＯＭ１１２は、本装置で用いるプログラムやデータを記録する。ＲＯＭ１１２に代えてハードディスクドライブ等他のメモリ装置を利用することも可能である。ＲＯＭ１１２に記録される制御プログラムの動作については後述する。なお、ＲＯＭ１１２に記録される制御プログラムはそれ自体無形のものではあるが、ＲＯＭ１１２に記録され、本装置のハードウェア資源と一体となって有機的に本装置を構成し、後述のような液体種別の判別機能を発現する以上、制御プログラムも本発明の装置を構成する発明特定のための構成要件である。表示制御回路１１７は、ＬＥＤ表示装置１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃの表示を制御する。
ＬＥＤ表示装置１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃは後に説明する本装置の状態や本装置による容器１０１内の液体種別の測定結果を表示する。たとえばＬＥＤ表示装置１０７ａは緑色、ＬＥＤ表示装置１０７ｂは青色、ＬＥＤ表示装置１０７ｃは赤色である。なお、ここでは装置の状態や測定結果をＬＥＤ表示装置１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃで報知（表示）する例を説明するが、その他任意の報知手段を適用することが可能である。たとえば液晶表示装置によるメッセージの表示、異常検知の場合のブザー発音による発報等が適用できる。
容器センサ１０８は、容器１０１が容器支持部材に配置されたことを検出するためのセンサである。たとえば発光部および受光部を持つ光センサを例示できる。また、近接センサ等他のセンサを利用することも可能である。
図２は、本実施の形態１の装置において、容器表面の温度がどのように変化するかを示した図である。横軸に時間、縦軸にセンサ出力をとって、時間に対する温度変化（センサ出力の変化）をグラフで示している。時刻ｔ３でハロゲンヒータ１０２をＯＮにし（熱源駆動回路１１０からの電力供給を開始し）、時刻ｔ４でハロゲンヒータ１０２をＯＦＦにする（熱源駆動回路１１０からの電力供給を停止する）。ハロゲンヒータ１０２のＯＮとともに容器１０１の表面温度が上昇し（センサ出力が高くなり）、ハロゲンヒータ１０２をＯＦＦにすると容器１０１の表面温度が次第に低下する。ここで、ライン１１８は容器１０１内の液体をエタノールにした場合の容器１０１表面の熱プロファイルであり、ライン１１９は容器１０１内の液体を水にした場合の容器１０１表面の熱プロファイルである。先に考察したように、液体の熱伝導率が高いほど、容器１０１表面の冷却速度は高い。このため、水は熱が与えられたとしても速やかに冷却されるので容器１０１表面の温度はあまり高くならず（ライン１１９）、一方、エタノールは熱伝導率が水に比較して小さいので、同量の印加熱量で容器表面の温度が水より高くなる。ハロゲンヒータ１０２をＯＦＦにした場合の冷却の速度も水の方が若干高くなる。この結果、時刻ｔ５における容器１０１の表面温度にセンサ出力としてΔＶの差を生じることになる。
そこで、本実施の形態の装置では、熱印加の前後での容器１０１表面の温度変化に着目し、容器内部の液体種別の判別をしようとするものである。時刻ｔ１と時刻ｔ５における容器表面温度を測定し、その差を求め、所定の閾値を設定して、しきい値より大きければ水ではない（アルコールや石油、ガソリンのような危険物）と判断し、閾値より小さければ安全な水（水を主成分とする飲料）と判断する。閾値は、前記した差ΔＶの値を実測し、水に期待される差の値にΔＶ／２を加えた値とすることができる。なお、実際にハロゲンヒータ１０２をＯＮにすると容器１０１の表面からの赤外線の反射により赤外線サーモパイル１０３には大きなノイズが発生するが、説明を明確にするため、図２ではこのノイズを除去した状態で表示している。
図３は、本実施の形態１の容器内の液体種別を判別する装置における容器内液体の判別方法の一例を説明したフローチャートである。なお、以下に説明する処理は、その手順をコンピュータプログラムによって実現することが可能であり、このプログラムは前記したＲＯＭ１１２に記録される。本明細書においてプログラムもＲＯＭ１１２その他の記憶装置に記録される限り本発明の装置の一部を構成するものとする。また、以下の説明ではコンピュータプログラムによって下記処理を実行する例を説明するが、シーケンス制御、ハードウェアによる自動制御等他の制御手段によって同様の処理が実現できることは勿論である。
まず、ステップ１２０で容器１０１が検出されるかを判断する。ここで容器が検出されていない場合には待機状態であることを示す緑ランプを点灯し（ステップ１２１）、容器が検出されなくなるまでステップ１２０を繰り返す。容器が検出されると、ステップ１２２に進む。
ステップ１２２では温度センサ（赤外線サーモパイル１０３）の出力測定を行う。出力値（アナログ値）はＡＤ変換器１１１によってディジタル値に変換され、測定値ＡとしてたとえばＲＡＭ１１３に記録する。
次に、たとえば０．５秒の待機を行い（ステップ１２３）、ハロゲンヒータ１０２をＯＮにする熱源駆動回路１１０への制御信号（ＯＮ信号）を生成する（ステップ１２４）。次に、ステップ１２５でたとえば２秒経過したかを判断し、２秒経過した場合にはステップ１２６でハロゲンヒータ１０２をＯＦＦにする（熱源駆動回路への制御信号をＯＦＦ信号にする）。
次に、たとえば０．５秒の待機を行い（ステップ１２７）、温度センサ（赤外線サーモパイル１０３）の出力測定を行う（ステップ１２８）。出力値（アナログ値）はＡＤ変換器１１１によってディジタル値に変換され、測定値ＢとしてたとえばＲＡＭ１１３に記録する。
次に、変数Ａと変数Ｂの差を求め、この値が所定の閾値より大きいか小さいかを判断する（ステップ１２９）。ステップ１２９でＢ−Ａが閾値より小さい場合、容器内液体は安全な水を主成分とする液体であると判断でき、青ランプを点灯する（ステップ１３１）。逆に、ステップ１２９でＢ−Ａが閾値以上であると判断した場合、容器内液体は安全な水を主成分とする液体とは判断できないので、異常を示す赤ランプを点灯する（ステップ１３０）。なお、ステップ１３０、１３１ではたとえば２秒程度の待機時間を設定して操作者が報知内容を認識する時間を確保する。その後、ステップ１２０に戻り上記処理を繰り返す。以上のようにして、容器内液体の種類を判別することが可能である。
本実施の形態の容器内の液体種別の判別装置では、アルミニウム製等金属容器であっても内容物液体の種別を簡単に判別することが可能である。判別は容器１０１を装置にセットすることにより開始し、青または赤ランプの点灯によって内容物が水を主成分とする安全なものかそうでないかを簡単に判別できる。また、１回の測定は数秒で終了し、機内持ち込み等の検査のように迅速な処理が要求される検査に活用してメリットが大きい。
なお、前記で例示したハロゲンランプの照射時間や待機時間はあくまでも例示であり、適宜変更することは可能である。
以上、本発明を実施の形態１として具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態１に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、前記実施の形態１では、ＣＰＵ１０９を備えた制御回路１０６によるソフトウェアを用いた制御の例を説明した。しかし、図４に示すように温度センサ（赤外線サーモパイル１０３）の出力をアナログデータとして取り扱い、アナログ演算を行う電子回路によって制御回路１３０を構成することも可能である。図４に示す制御回路１３０では、容器１０１の配置を容器センサ１０８が検知するとランプ回路１３１によってランプ電圧を発生し、これをコンパレータ１３２に入力する。コンパレータ１３２では参照電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）を参照して、入力がＶ１に達すればラッチ回路１（１３４）へのラッチ制御信号をＯＮにする。ラッチ回路１（１３４）では、ラッチ制御信号のＯＮを受けてそのときのセンサ出力をラッチする。ラッチ回路１（１３４）の出力は差動増幅器１３６の−入力に入力する。コンパレータ１３２の入力がＶ２に達すれば、コンパレータ１３２は熱源駆動回路１３３への制御信号をＯＮにする。熱源駆動回路１３３は制御信号のＯＮを受けてハロゲンヒータ１０２をＯＮにし、たとえば２秒後にこれをＯＦＦにする。コンパレータ１３２の入力がＶ３に達すれば、コンパレータ１３２はラッチ回路２（１３５）へのラッチ制御信号をＯＮにする。ラッチ回路２（１３５）では、ラッチ制御信号のＯＮを受けてそのときのセンサ出力をラッチする。ラッチ回路２（１３５）の出力は差動増幅器１３６の＋入力に入力する。差動増幅器１３６は入力電圧の差を増幅して出力する。差動増幅器１３６の入力はコンパレータ１３７に入力する。コンパレータ１３７では、閾値電圧Ｖｔｈを参照して、入力がＶｔｈより大きければ赤色のＬＥＤ表示装置１０７ｃを点灯し、入力がＶｔｈ以下であれば青色のＬＥＤ表示装置１０７ｂを点灯する。なお、コンパレータ１３７では、コンパレータ１３２に入力される電圧（ランプ電圧）がＶ３になって出力される制御信号（ラッチ回路２（１３５）へのラッチ制御信号）が入力されなければＬＥＤ表示装置１０７ｂあるいは１０７ｃの表示（赤あるいは青の表示）が為されず、それ以外の場合は待機である緑の表示（ＬＥＤ表示装置１０７ａの点灯）をするようにしておく。これによりランプ電圧がＶ３になった時点での判定を赤あるいは青のランプ点灯で表示できる。
また、前記した実施の形態１では、温度センサとして赤外線サーモパイルを例示したがこれに限られず、熱電対、感温抵抗素子、その他任意の温度センサを用いることができる。また、熱源もハロゲンヒータに限られず、発熱抵抗体、ぺルチェ素子、赤外線レーザ等、任意の熱源を用いることができる。
また、前記実施の形態１では、温度センサと熱源が容器から離れて配置されている例を説明した。判定処理の迅速性と判定再現性の観点から温度センサと熱源が容器から離れて配置されている方が好ましいことは前記の通りであるが、本発明は必ずしも温度センサと熱源が容器から離れている必要はない。温度センサおよび熱源あるいはいずれか一方が容器に接触されているものであっても、勿論かまわない。
また、前記実施の形態１では、容器１０１としてアルミニウム製等の金属製の容器を例示した。しかし、容器の熱伝導率が容器内液体の熱伝導率より十分大きく、あるいは、容器の厚さが十分に厚いものである限り、容器の材料は金属製には限られない。ペットボトル等非金属の材料で構成される容器であっても本発明の液体判別装置とその制御方法を適用することが可能である。なお、容器の熱伝導率および厚さの要件は、容器外壁の温度観測点が加熱領域からどれくらい離れているかに依存する。温度観測点が加熱領域に十分近い場合は、容器熱伝導率は容器内の液体の熱伝導率と同程度で十分であり、容器厚さも実用的なペットボトルの厚さ程度で十分である。
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２を図面に基づいて詳細に説明する。図５は、本発明の一実施の形態２である容器内の液体種別を判別する装置（以下液体判別装置とする）の構成の一例を示したブロック図である。本実施の形態２の液体判別装置は、容器２０１の外壁に接触する可撓性のフィルム２０２、フィルム２０２に設けられた熱源２０３、フィルム２０２に設けられた温度センサ２０４、制御回路２０６、ＬＥＤ表示装置２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ、容器センサ２０８を有する。
容器２０１は、たとえばアルミニウム製等導電性の容器である。本実施の形態２の液体判別装置は導電性容器に適用して好適であるが、容器２０１は導電性容器には限られない。たとえばペットボトル等の絶縁性容器であっても本実施の形態２の液体判別装置を適用できる。また、容器２０１のサイズ、形状は任意である。後に説明するように、フィルム２０２に設けられた熱源２０３および温度センサ２０４が容器外壁に当たる形状、大きさである限り容器２０１の形状大きさは任意である。ただし、少なくともフィルム２０２に設けられた熱源２０３および温度センサ２０４が当たる容器外壁部分の内部には液体が接触するよう満たされている必要はある。
フィルム２０２は可撓性のたとえばプラスチックフィルムである。たとえばポリイミドを適用できる。ポリイミドフィルムは適度な可撓性と弾力性を有し、また、熱的、化学的にも安定であるため本発明のフィルム２０２として選択することが好ましい。しかし、フィルム２０２の材料としてポリイミドに限定されるわけではなく、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル、ポリテトラフルオロエチレン、ＡＢＳ樹脂その他のプラスチックを任意に適用できる。さらに、プラスチックに限られず、紙、薄膜ガラス等可撓性を有する絶縁体であれば任意に適用できる。なお、フィルム２０２は後に説明するように容器２０１に物理的に接触するよう配置される。
熱源２０３は、後に詳しく説明するようにフィルム２０２にパターニングされた電気抵抗素子である。熱源２０３の機能的な要件は、フィルム２０２に設置することが可能なもので、かつ、適切な熱量を適切な制御下で発生させることができることであり、そのような要件を満たすものであれば本実施の形態２の熱源２０３として任意に選択できる。たとえば、ペルチェ素子、半導体レーザ、誘導加熱素子（被加熱体および誘導素子）等が例示できる。
温度センサ２０４は、後に詳しく説明するようにフィルム２０２にパターニングされた電気抵抗素子である。温度センサ２０４の機能的な要件は、フィルム２０２に設置することが可能なもので、かつ、温度に敏感な（温度変化に対し十分な出力信号が検出できる）素子であることであり、そのような要件を満たすものであれば本実施の形態２の温度センサ２０４として任意に選択できる。たとえば、熱電対、半導体素子のＰＮ接合等が例示できる。
制御回路２０６は、熱源２０３への電力供給を制御し、温度センサ２０４の出力を計測して容器内の液体種別の判別を行う。また、制御回路２０６にはＬＥＤ表示装置２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃが接続され、判別結果をＬＥＤ表示装置２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃに表示する。
制御回路２０６には、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２０９、熱源駆動回路２１０、ＡＤ変換器２１１、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）２１２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２１３、タイマ２１４、容器検出回路２１５、定電流回路２１６、表示制御回路２１７を含む。ＣＰＵ２０９は汎用的な演算処理装置であり、所定のプログラムに従って処理を実行できる。熱源駆動回路２１０はＣＰＵ２０９によって制御され、熱源２０３への電力を供給する。ＡＤ変換器２１１は温度センサ２０４の出力をディジタルデータに変換し、データはＣＰＵ２０９に出力される。容器検出回路２１５は、容器センサ２０８を制御し、図示しない容器支持部材に容器２０１が配置されたことをまた配置されていないことを検知する。タイマ２１４はＣＰＵ２０９によって制御され、時間の経過を計測する場合に用いる。ＲＡＭ２１３はデータの一時記憶装置である。ＲＯＭ２１２からロードしたプログラムやデータを保持し、また、プログラムの実行に利用するワークエリアを確保する。ＲＯＭ２１２は、本装置で用いるプログラムやデータを記録する。ＲＯＭ２１２に代えてハードディスクドライブ等他のメモリ装置を利用することも可能である。ＲＯＭ２１２に記録される制御プログラムの動作については後述する。なお、ＲＯＭ２１２に記録される制御プログラムはそれ自体無形のものではあるが、ＲＯＭ２１２に記録され、本装置のハードウェア資源と一体となって有機的に本装置を構成し、後述のような液体種別の判別機能を発現する以上、制御プログラムも本発明の装置を構成する発明特定のための構成要件である。定電流回路２１６は、本実施の形態２の温度センサ２０４に定電流を供給する。本実施の形態２の温度センサ２０４として例示する電気抵抗素子はパッシブ素子であるためそれ自体信号を出力するわけではない。定電流回路２１６によって一定電流を温度センサ２０４（電気抵抗素子）に供給することによって抵抗値を電圧として検出できる。温度センサとしてそれ自体出力電圧（信号）を発するアクティブ素子を用いる場合には定電流回路２１６は必要ではない。表示制御回路２１７は、ＬＥＤ表示装置２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃの表示を制御する。
ＬＥＤ表示装置２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃは後に説明する本装置の状態や本装置による容器２０１内の液体種別の測定結果を表示する。たとえばＬＥＤ表示装置２０７ａは緑色、ＬＥＤ表示装置２０７ｂは青色、ＬＥＤ表示装置２０７ｃは赤色である。なお、ここでは装置の状態や測定結果をＬＥＤ表示装置２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃで報知（表示）する例を説明するが、その他任意の報知手段を適用することが可能である。たとえば液晶表示装置によるメッセージの表示、異常検知の場合のブザー発音による発報等が適用できる。
容器センサ２０８は、容器２０１が容器支持部材に配置されたことを検出するためのセンサである。たとえば発光部および受光部を持つ光センサを例示できる。また、近接センサ等他のセンサを利用することも可能である。
図６は、本実施の形態２の液体判別装置の容器配置部の一例を示した概略斜視図である。容器配置部２１８には、容器２０１が設置されるステージ２１８ａを有し、ステージ２１８ａの中央部には容器２０１の配置位置を整合するスリット２１８ｂが設けられる。スリット２１８ｂの内部にはＵ時形状の湾曲されたフィルム２０２がＵ字形状の凸を上にして配置される。
容器２０１は、破線で図示するようにその上部を奥側にして、スリット２１８ｂに一部落ち込むように配置される。容器２０１はスリット２１８ｂに対して整合するので、容器外壁がフィルム２０２に確実に接触するようその配置位置が容易に整合される。
また、ステージ２１８ａは図示するように斜めに配置される。これにより、容器２０１の底部が前面板２１８ｃに当たるよう容器２０１を安定に配置できる。前面板２１８ｃには容器２０１の底部が確実に当たるようストッパを設けてもよい。なお、ステージ２１８ａを斜めに配置することは、容器２０１も斜めに配置されることを意味し、容器２０１内の液体残量が少ない場合であっても液体が容器底部に集まるメリットがある。このような場合、フィルム２０２を容器２０１の底部近傍に配置することにより、液体残量が少ない場合であってもフィルム２０２の熱源２０３および温度センサ２０４の当たる容器の部分に液体が存在する確率が高くなる。このため、容器２０１内の液体残量が少ない場合、あるいは容器２０１の大きさが異なる場合であっても、確実に液体種別の判別を行うことが可能になる。
図７は、Ｕ字形状に湾曲させ凸部を上にして配置したフィルム２０２を示した斜視図である。湾曲の凸部（つまり容器２０１の当たる部分）には熱源２０３および温度センサ２０４が設けられる。
図８は、容器２０１が図６の容器配置部２１８に配置されたときのフィルム２０２の状態を示した断面図である。容器２０１を配置する前の状態のフィルム２０２を破線で示す。図示するようにフィルム２０２は可撓性を有するため、容器２０１を配置することによりフィルム２０２の凸部が押し下げられ、フィルム２０２の凸部が容器２０１の外壁形状に沿うように変形される。このため、熱源２０３および温度センサ２０４は確実に容器２０１の外壁に当たり、容器外壁との接触を確保することができる。また、フィルム２０２に可撓性があるため、熱源２０３および温度センサ２０４は、容器２０１に押圧されることになる。この結果、接触部の熱抵抗を低減し、安定な熱供給と温度測定を実現できる。
図９（ａ）は、フィルム２０２に設けられた熱源２０３および温度センサ２０４の一例を示した平面図である。熱源２０３および温度センサ２０４はフィルム２０２上にパターニングにより形成された電気抵抗素子である。熱源２０３および温度センサ２０４は、各々の端子２０３ａ，２０４ａに各々の配線２０３ｂ，２０４ｂを介して接続されている。端子および配線も含めてパターニングされていることは勿論である。熱源２０３および温度センサ２０４と各端子２０３ａ，２０４ａおよび配線２０３ｂ，２０４ｂはパターニングされた後、フィルム２０２と同じ材料または他の材料によってシールドされていることも言うまでもない。パターニングの製造方法については周知であり、ここでの説明は省略する。熱源２０３、温度センサ２０４、各端子２０３ａ，２０４ａおよび配線２０３ｂ，２０４ｂの材料としては、銅、タングステン等の金属、ドープドシリコン等の半導体材料を例示できる。
図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ部を拡大して示した一部平面図である。熱源２０３は、図示するように細いパターンをジグザグに形成することにより構成できる。パターンの線幅は設計事項であり、必要な熱量と材料固有の抵抗率に応じて適宜設計できる。温度センサ２０４の部分についても同様である。
なお、図９の例では、熱源２０３と温度センサ２０４とを各１個、ほぼ同じ大きさで設ける例を示したが、他の好適な変形例も例示できる。図１０〜図１２は、フィルム２０２に設けられた熱源２０３および温度センサ２０４の変形例を示した平面図である。図１０に示す変形例では、温度センサ２０４の大きさを熱源２０３に比較して小さくパターニングしている。このため、温度センサを熱容量を小さくして温度測定の応答速度を向上できる。図１１に示す変形例では、熱源２０３を複数設け、温度センサ２０４を挟むように配置してパターニングしている。この場合、十分な熱量を供給することが可能となり、判定を高速にまた正確に行うことができる。図１２の変形例は、熱源２０３と温度センサ２０４を設けるフィルム２０２を分割した例である。この場合、容器２０１を経由しない熱流のパス、つまりフィルム２０２を伝導する熱流のパスを遮断して、測定の精度あるいは確度を高めることができる。
また、前記例では、フィルム２０２の配置として、フィルム２０２をＵ字形状に湾曲させその凸部を上にして配置する例を示しているが、フィルム２０２の配置態様としては他の例も例示できる。たとえば、フィルム２０２をＵ字形状に湾曲させその凸部を下、つまり凹部を上にして配置することもできる。この場合、容器２０１の自重を利用してフィルムを容器外壁に沿うように変形させることができる。
また、図１３に示すように、フィルム２０２の配置を図６の場合のフィルム配置に対して９０度回転させた配置とすることもできる。つまり、容器２０１の周方向にフィルム２０２の接触部が沿うように配置する。この場合、容器２０１を配置する際のフィルム２０２の損傷の機会を低減できる。つまり、容器２０１を図示のように配置するとすれば、容器２０１の底部がフィルム２０２に当たるように配置される場合があるであろう。この場合、図６のようにフィルム２０２を配置すると湾曲したフィルムの断面に容器２０１の底部が引っ掛かる場合がある。このようなフィルム断面への引っ掛かりはフィルム２０２を損傷する危険性がある。しかし、図１３のようにフィルム２０２を配置すると、容器２０１の底部がフィルム２０２に当たったとしても、フィルム２０２の湾曲面への当たりであり、湾曲面が変形するだけで損傷されることはない。なお、図１３のように配置した場合の熱源２０３および温度センサ２０４のパターニングに例を図１４に示す。
図１５は、本実施の形態２の液体判別装置において、容器表面の温度がどのように変化するかを示した図である。横軸に時刻、縦軸にセンサ出力をとって、時刻の変化に対する温度の変化（センサ出力の変化）をグラフで示している。時刻ｔ１で熱源２０３をＯＮにし（熱源駆動回路２１０からの電力供給を開始し）、時刻ｔ２で熱源２０３をＯＦＦにする（熱源駆動回路２１０からの電力供給を停止する）。熱源２０３のＯＮとともに容器２０１の表面温度が上昇し（センサ出力が高くなり）、熱源２０３をＯＦＦにすると容器２０１の表面温度が次第に低下する。ここで、ライン２１９ａは容器２０１内の液体をエタノールにした場合の容器２０１表面の熱プロファイルであり、ライン２１９ｂは容器２０１内の液体を水にした場合の容器２０１表面の熱プロファイルである。先に考察したように、液体の熱伝導率が高いほど、容器２０１表面の冷却速度は高い。このため、水は熱が与えられたとしても速やかに冷却されるので容器２０１表面の温度はあまり高くならず（ライン２１９ｂ）、一方、エタノールは熱伝導率が水に比較して小さいので、同量の印加熱量で容器表面の温度が水より高くなる。熱源２０３をＯＦＦにした場合の冷却の速度も水の方が若干高くなる。この結果、時刻ｔ４における容器２０１の表面温度にセンサ出力としてΔＶの差を生じることになる。
そこで、本実施の形態２の液体判別装置では、熱印加の前後での容器２０１表面の温度変化に着目し、容器内部の液体種別の判別をしようとするものである。時刻ｔ３と時刻ｔ４における容器表面温度を測定し、その差を求めて比較値とし、所定の閾値を設定して、比較値が閾値より大きければ水ではない（アルコールや石油、ガソリンのような危険物）と判断し、比較値が閾値より小さければ安全な水（水を主成分とする飲料）と判断する。閾値は、前記した差ΔＶの値を実測し、水に期待される差の値にΔＶ／２を加えた値とすることができる。なお、実際に熱源２０３をＯＮにするとノイズが発生する場合があるが、説明を明確にするため、図１５ではこのノイズを除去した状態で表示している。
なお、図１５では、比較値を求めるための第１回目の測定時刻として時刻ｔ１より前の時刻（図１５では時刻ｔ３）を例示し、第２回目の測定時刻として時刻ｔ２より後の時刻（図１５では時刻ｔ４）を例示している。しかし、容器内液体の熱的特性が反映されるような比較値が得られる限り測定のタイミングは前記した時刻ｔ３や時刻ｔ４には限られない。たとえば、第１回目の測定時刻として、時刻ｔ１と同時または時刻ｔ１より後の時刻を採用できる。あるいは、第２回目の測定時刻として、第１回目の測定時刻より後の任意の時刻（ただし第１回目の測定時刻が時刻ｔ１より前である場合は第２回目の測定時刻は時刻ｔ１より後であることが必要である）が採用できる。つまり、時刻ｔ１を挟んだあるいは時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の容器表面温度の上昇途中や、時刻ｔ２を挟んだ容器表面温度の変化中や、時刻ｔ２以降の容器表面温度の下降途中の任意の測定区間（第１回目の測定と第２回目の測定の間の時間）選択できる。
図１６は、本実施の形態２の容器内の液体判別装置における容器内液体の判別方法の一例を説明したフローチャートである。なお、以下に説明する処理は、その手順をコンピュータプログラムによって実現することが可能であり、このプログラムは前記したＲＯＭ２１２に記録される。本明細書においてプログラムもＲＯＭ２１２その他の記憶装置に記録される限り本発明の装置の一部を構成するものとする。また、以下の説明ではコンピュータプログラムによって下記処理を実行する例を説明するが、シーケンス制御、ハードウェアによる自動制御等他の制御手段によって同様の処理が実現できることは勿論である。
まず、ステップ２２０で容器２０１が検出されるかを判断する。ここで容器が検出されていない場合には待機状態であることを示す緑ランプを点灯し（ステップ２２１）、容器が検出されなくなるまでステップ２２０を繰り返す。容器が検出されると、ステップ２２２に進む。
ステップ２２２では温度センサ２０４の出力測定を行う。温度センサ２０４の出力値（Ｏ１）はアナログ値であり、ＡＤ変換器２１１によってディジタル値に変換され、値ＡとしてたとえばＲＡＭ２１３に記録する。
次に、たとえば０．５秒の待機を行い（ステップ２２３）、熱源２０３をＯＮにする熱源駆動回路２１０への制御信号（ＯＮ信号）を生成する（ステップ２２４）。次に、ステップ２２５でたとえば２秒経過したかを判断し、２秒経過した場合にはステップ２２６で熱源２０３をＯＦＦにする（熱源駆動回路への制御信号をＯＦＦ信号にする）。
次に、たとえば０．５秒の待機を行い（ステップ２２７）、温度センサ２０４の出力測定を行う（ステップ２２８）。温度センサ２０４の出力値（Ｏ２）はアナログ値であり、ＡＤ変換器２１１によってディジタル値に変換され、値ＢとしてたとえばＲＡＭ２１３に記録する。
次に、値Ａと値Ｂの差を求め、この差値（比較値）が所定の閾値より大きいか小さいかを判断する（ステップ２２９）。ステップ２２９でＢ−Ａが閾値より小さい場合、容器内液体は安全な水を主成分とする液体であると判断でき、青ランプを点灯する（ステップ２３１）。逆に、ステップ２２９でＢ−Ａが閾値以上であると判断した場合、容器内液体は安全な水を主成分とする液体とは判断できないので、異常を示す赤ランプを点灯する（ステップ２３０）。なお、ステップ２３０、２３１ではたとえば２秒程度の待機時間を設定して操作者が報知内容を認識する時間を確保する。その後、ステップ２２０に戻り上記処理を繰り返す。以上のようにして、容器内液体の種類を判別することが可能である。
なお、前段落で説明したとおり、第１回目のセンサ出力の測定（値Ａの測定）と第２回目のセンサ出力の測定（値Ｂの測定）のタイミングは、容器内液体の熱的特性が反映されるような比較値が得られる限り任意である。つまり、ステップ２２２の値Ａの測定は、ステップ２２４の電源ＯＮの後であってもよいし、また、ステップ２２８の値Ｂの測定はステップ２２６の電源ＯＦＦの前であってもよい。さらに、ステップ２２２およびステップ２２８の値Ａおよび値Ｂの各測定は、ステップ２２６の電源ＯＦＦの後であってもよい。ただし、値Ａと値Ｂの測定の間には適当な時間が必要である。また、容器表面温度が下降局面にあるときの測定では比較値Ｂ−Ａの値が負数になるのでステップ２２９のおける判断ではＢ−Ａの絶対値を採る必要がある。
本実施の形態２の容器内の液体種別の判別装置では、アルミニウム製等金属容器であっても内容物液体の種別を簡単に判別することが可能である。判別は容器２０１を装置にセットすることにより開始し、青または赤ランプの点灯によって内容物が水を主成分とする安全なものかそうでないかを簡単に判別できる。また、１回の測定は数秒で終了し、機内持ち込み等の検査のように迅速な処理が要求される検査に活用してメリットが大きい。
また、本実施の形態２の液体種別の判別装置では、熱源２０３および温度センサ２０４を可撓性のフィルム２０２上にパターニングにより形成し、フィルム２０２をＵ字形状に湾曲させて熱源２０３および温度センサ２０４の部分が容器２０１に接触するように配置する。このため、容器２０１と熱源あるいは温度センサとの間には直接接触が確保され、安定な熱供給および温度測定が実現される。さらに、熱源および温度センサをフィルム上にパターニングにより形成するので、小型化が容易であり量産性にも優れる。また、安定な素子を熱源および温度センサに用いることができるので装置の長寿命化が図れる。
なお、前記で例示した熱源のオンオフ時間や待機時間はあくまでも例示であり、適宜変更することは可能である。
以上、本発明を実施の形態２として具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態２に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、前記実施の形態２では、容器温度が環境温度とほぼ等しい場合の制御方法を例示している。しかし、容器温度が環境温度と相違する場合は実用においては良くあることである。このような場合、以下のような改良を付加することができる。
まず、図１７を用いて、容器温度が環境温度と相違した場合のセンサ出力について説明する。容器２０１が配置される時刻をｔ５とすれば、ｔ５以前のセンサ出力は環境温度に相当する出力値になっており、ｔ５において容器２０１が配置されたとき、センサ出力は破線で図示するように上昇する。ここで破線２４０ａは容器温度がたとえば５０℃、破線２４０ｂは容器温度がたとえば４０℃、破線２４０ｃは容器温度がたとえば３０℃の場合であり、容器温度が高いほど高い値に漸近するようセンサ出力が上昇する。このようなセンサ出力の変動が存在する状況では、前記した制御の測定によっては正確な判定ができない恐れがある。このため、容器温度に起因するセンサ出力の変動がなくなった段階で判定制御を行うことが望ましい。しかし、判定には迅速性が要求されるので、容器２０１が配置された後速やかに判定できることが要請される。
そこで、次に、容器温度に起因するセンサ出力の変動が存在する場合に容器表面を加熱したときの熱プロファイルを考察する。図１８において実線で示したのは、センサ出力の変動が存在する状況において容器表面を一定時間加熱した場合のセンサ出力を示したグラフである。破線は、容器温度に起因するセンサ出力の変動である。時刻ｔ１において熱源２０３をＯＮにし時刻ｔ２において熱源２０３をＯＦＦにするとする。また、センサ出力の測定を時刻ｔ３（前記実施の形態２のセンサ出力Ｏ１の測定（測定値は値Ａ））と時刻ｔ４（前記実施の形態２のセンサ出力Ｏ２の測定（測定値は値Ｂ））で行うとする（なお、このセンサ出力の測定時刻ｔ３，ｔ４は、前記したように変更可能である）。この場合、容器温度に起因するセンサ出力の変動（ベースラインの変動）ΔＶｂが時刻ｔ４およびｔ３における測定値の差ΔＶに含まれることになる。このΔＶｂが閾値とのマージンに対して無視できない場合、判定の有効性が疑われる。よって、何らかの方法でΔＶｂを測定しあるいは予測してΔＶｂを補正し判定を行えばよい。
図１９は、ベースラインに変動がある場合の判定制御の一例を示したフローチャートである。まず、プログラムの開始において値Ｔ０を「０」に初期化し（ステップ２５０）、容器を検出する前の温度センサの出力測定を行う（ステップ２５１）。ここでのセンサ出力の測定値（Ｏ３）を図１６のステップ２２２等と同様に値Ｔ１としてたとえばＲＡＭ２１３に記録する。前の測定値である値Ｔ０との差が所定値以下であるかどうかを判断してセンサ出力の安定を確認する（ステップ２５２、２５３）。センサ出力が安定していたなら、容器の検出を行い、容器が検出されないときには測定可能である旨の緑ランプの点灯を行う（ステップ２５４〜２５６）。なお、センサ出力の安定確認の測定においては、次回測定における前回測定値とするため、値Ｔ１を前回の値Ｔ０としてバッファ等に記録する（ステップ２５３，２５５）。容器が検出されたなら、たとえば０．５秒の待機（ステップ２５７）の後、センサ出力の測定を行う（ステップ２５８）。ここでのセンサ出力の測定値（Ｏ４）を前記同様値Ｔ２としてたとえばＲＡＭ２１３に記録する。値Ｔ２と値Ｔ１との差からベースラインの変動ΔＶｂに相当する補正値Ｃを決定する（ステップ２５９）。なお、補正値Ｃの決定においては、予め記録した補正テーブル２６０を参照できる。ただし、補正の手法は補正テーブル２６０を用いるものに限られず、値Ｔ１および値Ｔ２から適当なモデル関数を用いて演算により求めるものであってもかまわない。補正値Ｃの決定後、図１６の場合と同様に値Ａ（センサの出力値Ｏ１）、値Ｂ（センサの出力値Ｏ２）を測定する（ステップ２６１〜２６６）。ただし、ここでは容器配置から適当な時間が経過しているので図１６におけるステップ２２３の待機は必要ではない。値Ａおよび値Ｂの測定の後、補正値Ｃを加味して閾値との大小関係を判断する（ステップ２６７）。つまり、測定値Ｂ−測定値Ａから補正値Ｃを減算し閾値との大小を判断する。ステップ２６８および２６９については図１６のステップ２３０および２３１と同様である。このような制御により、ベースラインに変動があった場合であっても、正確な判定を行うことが可能になる。なお、容器内部の液体の熱特性を反映する比較値が得られる限り、値Ａの測定および値Ｂの測定のタイミングは任意であることは、前記の場合と同様である。
なお、前記図１９の制御において、値Ｔ２の測定（センサの出力値Ｏ４の測定）は必ずしも必要ではない。つまり、値Ｔ２の代わりに値Ａあるいは値Ｂを用いて補正値Ｃを求めることができる。すなわち、値Ｔ１と値Ａまたは値Ｔ１と値Ｂとから補正値Ｃを決定することができ、この補正値Ｃと値Ａと値Ｂとから比較値を求めることができる。なお、補正値Ｃの決定に際し、補正テーブルを用いることができること、適当なモデル関数を用いて演算により求めることができることは、前記同様である。
あるいは、図２０に示すように、実施の形態２の温度センサとは別に熱源２０３から十分に離れた位置に第２の温度センサ２７０を配置することが可能である。温度センサ２７０の出力測定のためにＡＤ変換機２７１および定電流回路２７２を備える。この場合、値Ａの測定および値Ｂの測定の各測定タイミングで第２の温度センサによる容器温度を測定し、ベースラインの変動を実測することが可能である。なお、第２の温度センサ２７０の測定タイミングは前記の場合に限られず任意である。この場合測定タイミングに応じた補正値Ｃの補正テーブルあるいは補正計算が必要である。
前記例では、ＣＰＵ２０９を備えた制御回路２０６によるソフトウェアを用いた制御の例を説明した。しかし、図２１に示すように温度センサの出力をアナログデータとして取り扱い、アナログ演算を行う電子回路によって制御回路２８０を構成することも可能である。図２１に示す制御回路２８０では、容器２０１の配置を容器センサ２０８が検知するとランプ回路２８１によってランプ電圧を発生し、これをコンパレータ２８２に入力する。コンパレータ２８２では参照電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）を参照して、入力がＶ１に達すればラッチ回路１（２８４）へのラッチ制御信号をＯＮにする。ラッチ回路１（２８４）では、ラッチ制御信号のＯＮを受けてそのときのセンサ出力をラッチする。ラッチ回路１（２８４）の出力は差動増幅器２８６の−入力に入力する。コンパレータ２８２の入力がＶ２に達すれば、コンパレータ２８２は熱源駆動回路２８３への制御信号をＯＮにする。熱源駆動回路２８３は制御信号のＯＮを受けて熱源２０３をＯＮにし、たとえば２秒後にこれをＯＦＦにする。コンパレータ２８２の入力がＶ３に達すれば、コンパレータ２８２はラッチ回路２（２８５）へのラッチ制御信号をＯＮにする。ラッチ回路２（２８５）では、ラッチ制御信号のＯＮを受けてそのときのセンサ出力をラッチする。ラッチ回路２（２８５）の出力は差動増幅器２８６の＋入力に入力する。差動増幅器２８６は入力電圧の差を増幅して出力する。差動増幅器２８６の入力はコンパレータ２８７に入力する。コンパレータ２８７では、閾値電圧Ｖｔｈを参照して、入力がＶｔｈより大きければ赤色のＬＥＤ表示装置２０７ｃを点灯し、入力がＶｔｈ以下であれば青色のＬＥＤ表示装置２０７ｂを点灯する。なお、コンパレータ２８７では、コンパレータ２８２に入力される電圧（ランプ電圧）がＶ３になって出力される制御信号（ラッチ回路２（２８５）へのラッチ制御信号）が入力されなければＬＥＤ表示装置２０７ｂあるいは２０７ｃの表示（赤あるいは青の表示）が為されず、それ以外の場合は待機である緑の表示（ＬＥＤ表示装置２０７ａの点灯）をするようにしておく。これによりランプ電圧がＶ３になった時点での判定を赤あるいは青のランプ点灯で表示できる。なお、センサ出力を得るために定電流回路２８８を備える。
本願の発明は、航空機等交通輸送手段の内部に持ち込む飲料容器の内容物を、容器を開封することなく簡便確実にその安全性を判定する装置あるいは方法に関するものである。よって、本願発明は容器内容物を検査する検査機器産業で利用可能なものである。また、本願発明の容器内液体種別の判別装置は航空機業界等交通輸送機関で利用することが可能である。
本発明の一実施の形態１である容器内の液体種別を判別する装置の構成の一例を示したブロック図である。 本発明の一実施の形態１である装置において、容器表面の温度がどのように変化するかを示した図である。 本発明の一実施の形態１である容器内の液体種別を判別する装置における容器内液体の判別方法の一例を説明したフローチャートである。 本発明の容器内の液体種別を判別する装置の構成の他の例を示したブロック図である。 本発明の一実施の形態２である容器内の液体種別を判別する装置の構成の一例を示したブロック図である。 本実施の形態２の液体判別装置の容器配置部の一例を示した概略斜視図である。 Ｕ字形状に湾曲させ凸部を上にして配置したフィルム２０２を示した斜視図である。 容器２０１が図６の容器配置部２１８に配置されたときのフィルム２０２の状態を示した断面図である。 図９（ａ）は、フィルム２０２に設けられた熱源２０３および温度センサ２０４の一例を示した平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ部を拡大して示した一部平面図である。 フィルム２０２に設けられた熱源２０３および温度センサ２０４の変形例を示した平面図である。 フィルム２０２に設けられた熱源２０３および温度センサ２０４の変形例を示した平面図である。 フィルム２０２に設けられた熱源２０３および温度センサ２０４の変形例を示した平面図である。 本実施の形態２の液体判別装置の容器配置部の他の例を示した概略斜視図である。 図１３の場合の熱源２０３および温度センサ２０４のパターニング例を示す平面図である。 本実施の形態２の液体判別装置において、容器表面の温度がどのように変化するかを示した図である。 本実施の形態２の容器内の液体判別装置における容器内液体の判別方法の一例を説明したフローチャートである。 容器温度が環境温度と相違した場合のセンサ出力の一例を示したグラフである。 容器温度が環境温度と相違した場合のセンサ出力の一例を示したグラフである。 ベースラインに変動がある場合の判定制御の一例を示したフローチャートである。 本発明の一実施の形態である容器内の液体種別を判別する装置の構成の他の例を示したブロック図である。 本発明の一実施の形態である容器内の液体種別を判別する装置の構成のさらに他の例を示したブロック図である。
符号の説明
１０１…容器、１０２…ハロゲンヒータ、１０３…赤外線サーモパイル、１０４…スリット、１０５…遮熱板、１０６…制御回路、１０７ａ…ＬＥＤ表示装置、１０７ｂ…ＬＥＤ表示装置、１０７ｃ…ＬＥＤ表示装置、１０８…容器センサ、１０９…ＣＰＵ、１１０…熱源駆動回路、１１１…ＡＤ変換器、１１２…ＲＯＭ、１１３…ＲＡＭ、１１４…タイマ、１１５…容器検出回路、１１７…表示制御回路、１３０…制御回路、１３１…ランプ回路、１３２…コンパレータ、１３３…熱源駆動回路、１３４，１３５…ラッチ回路、１３６…差動増幅器、１３７…コンパレータ、２０１…容器、２０２…フィルム、２０３…熱源、２０４…温度センサ、２０３ａ，２０４ａ…端子、２０３ｂ，２０４ｂ…配線、２０６…制御回路、２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ…ＬＥＤ表示装置、２０８…容器センサ、２０９…ＣＰＵ、２１０…熱源駆動回路、２１１…ＡＤ変換器、２１２…ＲＯＭ、２１３…ＲＡＭ、２１４…タイマ、２１５…容器検出回路、２１６…定電流回路、２１７…表示制御回路、２１８…容器配置部、２１８ａ…ステージ、２１８ｂ…スリット、２１８ｃ…前面板、２６０…補正テーブル、２７０…第２の温度センサ、２７１…ＡＤ変換機、２７２…定電流回路、２８０…制御回路、２８１…ランプ回路、２８２…コンパレータ、２８３…熱源駆動回路、２８４…ラッチ回路１、２８５…ラッチ回路２、２８６…差動増幅器、２８７…コンパレータ、２８８…定電流回路。

Claims (21)

  1. 容器に接触する単一または複数の可撓性のフィルムと、
    前記単一または複数のフィルムのうち一のフィルムに設けられた温度センサと、
    前記単一または複数のフィルムのうち前記温度センサが設けられたフィルムと同一または他のフィルムに設けられた熱源と、
    前記容器の内容物が危険である旨の警報を発することができる報知手段と、
    前記熱源に電力を供給する電力供給手段と、
    前記温度センサの出力を取得して比較値を演算し、前記比較値と所定の閾値とを比較する演算比較手段と、
    前記演算比較手段の比較の結果に応じて前記報知手段に警報信号を出力する警報信号出力手段と、
    前記電力供給手段、前記演算比較手段および前記警報信号出力手段を制御する制御手段と、
    を有する容器内の液体種別を判別する装置。
  2. 前記フィルムは前記容器が配置される面に向かって凸形状に湾曲して配置されるものであり、
    前記容器を配置することにより、前記フィルムの可撓性を利用して前記熱源および前記温度センサが前記容器の外壁に押圧される請求項１記載の容器内の液体種別を判別する装置。
  3. 前記湾曲により形成される前記フィルムの湾曲表面が、前記容器の高さ方向の線分に沿って前記容器に接触する第１の構成、または、前記容器の周方向の線分に沿って前記容器に接触する第２の構成、の何れかの構成を有する請求項２記載の容器内の液体種別を判別する装置。
  4. 前記フィルムは、前記容器の外壁に沿って配置される請求項１記載の容器内の液体種別を判別する装置。
  5. 前記温度センサの大きさは、前記熱源の大きさに比較して小さい請求項１〜４の何れか一項に記載の容器内の液体種別を判別する装置。
  6. 前記熱源を複数有し、前記温度センサが、前記複数の熱源の間に配置される請求項１〜５の何れか一項に記載の容器内の液体種別を判別する装置。
  7. 前記熱源および前記温度センサは、前記フィルムにパターニングされた電気抵抗素子である請求項１〜６の何れか一項に記載の容器内の液体種別を判別する装置。
  8. 前記制御手段は、
    時刻ｔ１に前記熱源への電力を供給し、前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ２に前記電力の供給を遮断するよう前記電力供給手段を制御し、
    時刻ｔ３における前記温度センサの出力値Ｏ１と、前記時刻ｔ３および前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ４における前記温度センサの出力値Ｏ２とを計測し、
    前記出力値Ｏ２と前記出力値Ｏ１とから前記比較値を演算するものである請求項１〜７の何れか一項に記載の容器内の液体種別を判別する装置。
  9. 前記制御手段は、
    時刻ｔ１に前記熱源への電力を供給し、前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ２に前記電力の供給を遮断するよう前記電力供給手段を制御し、
    前記容器を配置する時刻ｔ５より前の時刻ｔ６における前記温度センサの出力値Ｏ３と、前記時刻ｔ５より後の時刻であって前記時刻ｔ１より前の時刻ｔ７における前記温度センサの出力値Ｏ４と、時刻ｔ３における前記温度センサの出力値Ｏ１と、前記時刻ｔ３および前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ４における前記温度センサの出力値Ｏ２とを計測し、
    前記出力値Ｏ４と前記出力値Ｏ３とから補正値を決定し、
    前記出力値Ｏ２と前記出力値Ｏ１と前記補正値とから前記比較値を演算するものである請求項１〜７の何れか一項に記載の容器内の液体種別を判別する装置。
  10. 前記制御手段は、
    時刻ｔ１に前記熱源への電力を供給し、前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ２に前記電力の供給を遮断するよう前記電力供給手段を制御し、
    前記容器を配置する時刻ｔ５より前の時刻ｔ６における前記温度センサの出力値Ｏ３と、時刻ｔ３における前記温度センサの出力値Ｏ１と、前記時刻ｔ３および前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ４における前記温度センサの出力値Ｏ２とを計測し、
    前記出力値Ｏ２と前記出力値Ｏ１と前記出力値Ｏ３とから前記比較値を演算するものである請求項１〜７の何れか一項に記載の容器内の液体種別を判別する装置。
  11. 前記熱源と前記温度センサとの間の距離に比較して大きな距離で前記熱源から離れて前記容器に接触するよう配置される第２の温度センサをさらに有し、
    前記制御手段は、
    時刻ｔ１に前記熱源への電力を供給し、前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ２に前記電力の供給を遮断するよう前記電力供給手段を制御し、
    時刻ｔ３における前記温度センサの出力値Ｏ１と、前記時刻ｔ３および前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ４における前記温度センサの出力値Ｏ２と、前記時刻ｔ４より前の時刻ｔ８における前記第２の温度センサの出力値Ｏ５とを計測し、
    前記出力値Ｏ２と前記出力値Ｏ１と前記出力値Ｏ５とから前記比較値を演算するものである請求項１〜７の何れか一項に記載の容器内の液体種別を判別する装置。
  12. 前記第２の温度センサは、前記フィルムにパターニングされた電気抵抗素子である請求項１１記載の容器内の液体種別を判別する装置。
  13. 前記第２の温度センサは、前記温度センサおよび前記熱源が配置される位置から前記容器の周方向に変位した位置に配置される請求項１１または１２記載の容器内の液体種別を判別する装置。
  14. 前記容器の配置を検知する容器センサを備え、前記容器センサからの信号を契機として判別を開始する請求項１〜１３の何れか一項に記載の容器内の液体種別を判別する装置。
  15. 容器に接触する単一または複数の可撓性のフィルムと、前記単一または複数のフィルムのうち一のフィルムに設けられた温度センサと、前記単一または複数のフィルムのうち前記温度センサが設けられたフィルムと同一または他のフィルムに設けられた熱源と、前記容器の内容物が危険である旨の警報を発することができる報知手段と、前記熱源に電力を供給する電力供給手段と、前記温度センサの出力を取得して比較値を演算し、前記比較値と所定の閾値とを比較する演算比較手段と、前記演算比較手段の比較の結果に応じて前記報知手段に警報信号を出力する警報信号出力手段と、前記電力供給手段、前記演算比較手段および前記警報信号出力手段を制御する制御手段と、を含む容器内の液体種別を判別する装置の制御方法であって、
    時刻ｔ３において前記温度センサの出力値Ｏ１を記憶しまたは保持するステップと、
    時刻ｔ１において前記熱源への電力の供給を開始するステップと、
    前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ２において前記熱源への電力の供給を停止するステップと、
    前記時刻ｔ３および前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ４において前記温度センサの出力値Ｏ２を記憶しまたは保持するステップと、
    前記出力値Ｏ１と前記出力値Ｏ２とから前記比較値を求めるステップと、
    前記比較値と前記閾値とを比較するステップと、
    前記比較の結果に応じて前記警報信号を生成するステップと、
    を有する容器内の液体種別を判別する装置の制御方法。
  16. 容器に接触する単一または複数の可撓性のフィルムと、前記単一または複数のフィルムのうち一のフィルムに設けられた温度センサと、前記単一または複数のフィルムのうち前記温度センサが設けられたフィルムと同一または他のフィルムに設けられた熱源と、前記容器の内容物が危険である旨の警報を発することができる報知手段と、前記熱源に電力を供給する電力供給手段と、前記温度センサの出力を取得して比較値を演算し、前記比較値と所定の閾値とを比較する演算比較手段と、前記演算比較手段の比較の結果に応じて前記報知手段に警報信号を出力する警報信号出力手段と、前記電力供給手段、前記演算比較手段および前記警報信号出力手段を制御する制御手段と、を含む容器内の液体種別を判別する装置の制御方法であって、
    前記容器を配置する時刻ｔ５より前の時刻ｔ６において前記温度センサの出力値Ｏ３を記憶しまたは保持するステップと、
    前記時刻ｔ５より後の時刻ｔ７において前記温度センサの出力値Ｏ４を記憶しまたは保持するステップと、
    前記時刻ｔ７より後の時刻ｔ３において前記温度センサの出力値Ｏ１を記憶しまたは保持するステップと、
    前記時刻ｔ７より後の時刻ｔ１において前記熱源への電力の供給を開始するステップと、
    前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ２において前記熱源への電力の供給を停止するステップと、
    前記時刻ｔ３および前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ４において前記温度センサの出力値Ｏ２を記憶しまたは保持するステップと、
    前記出力値Ｏ３と前記出力値Ｏ４とから補正値を決定するステップと、
    前記出力値Ｏ１と前記出力値Ｏ２と前記補正値とから前記比較値を求めるステップと、
    前記比較値と前記閾値とを比較するステップと、
    前記比較の結果に応じて前記警報信号を生成するステップと、
    を有する容器内の液体種別を判別する装置の制御方法。
  17. 容器に接触する単一または複数の可撓性のフィルムと、前記単一または複数のフィルムのうち一のフィルムに設けられた温度センサと、前記単一または複数のフィルムのうち前記温度センサが設けられたフィルムと同一または他のフィルムに設けられた熱源と、前記容器の内容物が危険である旨の警報を発することができる報知手段と、前記熱源に電力を供給する電力供給手段と、前記温度センサの出力を取得して比較値を演算し、前記比較値と所定の閾値とを比較する演算比較手段と、前記演算比較手段の比較の結果に応じて前記報知手段に警報信号を出力する警報信号出力手段と、前記電力供給手段、前記演算比較手段および前記警報信号出力手段を制御する制御手段と、を含む容器内の液体種別を判別する装置の制御方法であって、
    前記容器を配置する時刻ｔ５より前の時刻ｔ６において前記温度センサの出力値Ｏ３を記憶しまたは保持するステップと、
    前記時刻ｔ６より後の時刻ｔ３において前記温度センサの出力値Ｏ１を記憶しまたは保持するステップと、
    前記時刻ｔ６より後の時刻ｔ１において前記熱源への電力の供給を開始するステップと、
    前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ２において前記熱源への電力の供給を停止するステップと、
    前記時刻ｔ３および前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ４において前記温度センサの出力値Ｏ２を記憶しまたは保持するステップと、
    前記出力値Ｏ１と前記出力値Ｏ２と前記出力値Ｏ３とから前記比較値を求めるステップと、
    前記比較値と前記閾値とを比較するステップと、
    前記比較の結果に応じて前記警報信号を生成するステップと、
    を有する容器内の液体種別を判別する装置の制御方法。
  18. 容器に接触する単一または複数の可撓性のフィルムと、前記単一または複数のフィルムのうち一のフィルムに設けられた温度センサと、前記単一または複数のフィルムのうち前記温度センサが設けられたフィルムと同一または他のフィルムに設けられた熱源と、前記容器の内容物が危険である旨の警報を発することができる報知手段と、前記熱源に電力を供給する電力供給手段と、前記温度センサの出力を取得して比較値を演算し、前記比較値と所定の閾値とを比較する演算比較手段と、前記演算比較手段の比較の結果に応じて前記報知手段に警報信号を出力する警報信号出力手段と、前記電力供給手段、前記演算比較手段および前記警報信号出力手段を制御する制御手段と、前記熱源と前記温度センサとの間の距離に比較して大きな距離で前記熱源から離れて前記容器に接触するよう配置される第２の温度センサと、を含む容器内の液体種別を判別する装置の制御方法であって、
    時刻ｔ３において前記温度センサの出力値Ｏ１を記憶しまたは保持するステップと、
    時刻ｔ１において前記熱源への電力の供給を開始するステップと、
    前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ２において前記熱源への電力の供給を停止するステップと、
    前記時刻ｔ３および前記時刻ｔ１より後の時刻ｔ４において前記温度センサの出力値Ｏ２を記憶しまたは保持するステップと、
    前記時刻ｔ４より前の時刻ｔ８において前記第２の温度センサの出力値Ｏ５を記憶しまたは保持するステップと、
    前記出力値Ｏ１と前記出力値Ｏ２と前記出力値Ｏ５とから前記比較値を求めるステップと、
    前記比較値と前記閾値とを比較するステップと、
    前記比較の結果に応じて前記警報信号を生成するステップと、
    を有する容器内の液体種別を判別する装置の制御方法。
  19. 前記熱源および前記温度センサは、前記フィルムにパターニングされた電気抵抗素子である請求項１５〜１８の何れか一項に記載の容器内の液体種別を判別する装置の制御方法。
  20. 前記熱源、前記温度センサおよび前記第２の温度センサは、前記フィルムにパターニングされた電気抵抗素子である請求項１８記載の容器内の液体種別を判別する装置の制御方法。
  21. 前記容器内の液体種別を判別する装置には、前記容器の配置を検知する容器センサを備え、
    前記容器センサからの信号の受信を契機として処理を開始する請求項１５〜２０の何れか一項に記載の容器内の液体種別を判別する装置の制御方法。
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