JP3912317B2 - ガス検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雰囲気中の特定成分を検出して、例えば匂いを識別できる携帯可能なガス検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は、従来の携帯型匂い識別装置３１の構成図である。図１４において、外界の気体は吸気口３６から取り込まれ、配管３８の経路に設置されたセンサー３４を経由し、ポンプ３３によって排気口３７に送られ、もとの雰囲気中に戻される。このとき、センサー３４から、取り込まれた気体が有する匂いの種類や濃度に応じた電気信号が取り出され、データ処理装置３５で匂いの同定や濃度測定が行われる。
【０００３】
図１５は、上記のように構成された従来の携帯型匂い識別装置３１の外観概略図である。本体３２内には、図１４におけるセンサー３４、データ処理装置３５及びポンプ３３等が内蔵され、本体３２に突設されたサンプルプローブ３８の先端の吸気口３６を介して、ゼロガス（基準ガス）４２として取り込む周囲の気体とテストガス容器４４に収容されたテストガス（検査用ガス）４３とを交互にセンサー３４に取り込み、テストガス中の匂いの種類や濃度等が測定される。
【０００４】
しかし、測定を重ねるに伴い匂い成分がセンサー３４に付着し、センサー３４のゼロレベルが初期状態から次第に変化して正確な測定ができなくなるため、毎回交互にゼロガスが導入され、センサー３４のゼロレベルが調整される。この匂い識別装置の運転は、測定開始ボタン４１の操作により行われ、測定値がメーター４０に表示される。
【０００５】
ところで、従来の匂いセンサー３１は、匂いの構成分子がセンサー材料に吸着するときに生じる物理的変化、或いは化学的変化を検出することによって、匂いの分析を行っている。
【０００６】
例えば、水晶振動式センサー（ＱＣＭ）では、水晶振動子の表面に種類の異なる吸着剤を塗布し、匂い分子が吸着剤に吸着したときに生じる質量変化を水晶振動子の振動数の変化で検出するものであり、匂い分子の性質、例えば極性の強さによって、吸着し易い化学物質の種類が異なるため、どの吸着剤にどれだけの質量変化が起きたかを測定すれば、匂いを構成している匂い分子の種類と量を見積もることができる。
【０００７】
匂い分子の吸着は、質量変化以外にも、電気抵抗の変化や光吸収波長の変化などの変化としても検出でき、そのような方式のセンサーが種々提案されている。例えば、導電性ポリマーや、導体粒子を絶縁性ポリマーに分散した複合材料に、匂い分子が吸着したときの電気抵抗の変化を用いたセンサーなどが実用化されている。
【０００８】
しかし、匂い分子を吸着させるセンサー材料では、匂い分子がセンサー材料の表面に残留したり、或いは気体中に含まれる高活性の分子がセンサー材料と化合してセンサー材料が変質したりすることが避けられない。
【０００９】
このようなセンサーでは、センサー特性が使用履歴によって変化するため、匂いの識別には、センサー信号（水晶振動子式であれば振動数、chemo resistor 型であれば電気抵抗値、光学式であれば光吸収波長、など）の絶対値ではなく、相対変化が主に利用される。このような相対変化は、匂いを含まない基準ガス（ゼロガス）と、測定したい匂いを含む検査用ガス（テストガス）との信号強度の差として測定されるため、匂いの識別に当っては、ゼロガスとテストガスの両方の信号を測定する必要がある。
【００１０】
そのため、図１５に示した携帯型匂い識別装置３１の場合は、まずゼロガスとして室内気などの外気を測定し、次に吸気口３６をサンプルを入れたフラスコなどの容器４４に差し込んで、サンプルの匂いを測定する、という手順で匂いを識別する。
【００１１】
このように、匂い識別装置で匂いを識別する場合は、テストガスとゼロガスの両方を測定する必要があり、図１５の携帯型匂い識別装置３１で容器に入った物質の匂いを識別する場合は、吸気口３６をその容器に挿入して得られるガスをテストガスとし、吸気口３６を容器の外に出して得られるガスをゼロガスとすることにより、センサー信号の相対変化を測定でき、容器内の匂いを識別することが可能である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、匂い識別装置を取り巻く環境に広く漂っている匂いを識別する場合は、ゼロガスを周囲から取り込むことができないので、周囲に広く漂う匂いは識別ができない、という問題点があった。
【００１３】
この種の装置として、特開平９−２５０９７９号公報には、ゼロガス容器を用いた匂い識別装置が開示されているが、雰囲気の匂いの識別を目的としたものではなく、ゼロガス同様、テストガスも、装置に接続された容器から導入する構成になっており、携帯して雰囲気の匂いを識別することを目的としたものではない。また、ゼロガスとテストガスの切り替えを行うための配管も複雑、切り替えも面倒であり、携帯に適した大きさに構成することは困難と思われる。
【００１４】
また、特開平９−３０４２４４号公報には、外気を純化してゼロガスとして使用することにより、雰囲気の匂いを識別可能とした匂い識別装置が開示されている。ここでは、携帯性と雰囲気中の匂い識別が検討されているものの、外気の測定と純化をバルブの切り替えで行うため、機構が複雑、切り替えが面倒であり、小型の家庭用ロボットに組み込むことが可能なサイズに構成することは困難と思われる。
【００１５】
また、特開２０００−１５５１０７号公報には、ゼロガス容器を併用する匂い識別装置が開示され、サンプルガスに関する検出信号とゼロガスに関する検出信号からサンプルガスの定性又は定量を行うものであるが、ゼロガス容器は内蔵式ではなく、ガスの吸入・排出はポンプによるため、吸排量がばらつき、騒音を伴うことと、携帯して雰囲気の匂い測定を目的としたものではない。また構造も複雑であり、バルブの切り替えが必要なため操作性に欠け、携帯性のある大きさに構成することは困難と思われる。
【００１６】
また、従来の匂い識別装置では、ガスを引き込むために、ファンやダイヤフラムポンプを使用するものもある。これらは、外形寸法が大きく、また運転時の騒音も大きいため、携帯用、或いは静粛性が求められる家庭で使用可能な小型ロボットなどへの組み込み用としては、必ずしも適しているとはいえない。
【００１７】
そこで本発明の目的は、測定したい周囲ガス中に含まれる特定成分（匂い等）を正確に測定でき、またコンパクトであって移動式に構成するのが容易であり、低騒音で小型化が可能なガス検出装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、内容積の拡大若しくは縮小によりガスを吸入又は排出する吸入・排気機構と、この吸入・排気機構に通じる基準ガス又は検査用ガスの流路と、前記検査用ガスについての検出時のゼロレベルを決めるための基準ガス供給源と、前記基準ガス及び前記検査用ガスを測定するセンサーと、前記センサーの出力データの処理及び各部の動作の制御の少なくとも一方を行う制御部とを有し、前記センサーを内蔵した筐体内に前記基準ガス供給源が内設されると共に、前記筐体外から前記検査用ガスが導入され、前記吸入・排気機構の吸入又は排出動作によって前記検査用ガスと前記基準ガスとが前記センサーに交互に導入され、測定された信号の強度によって前記検査用ガス中の特定成分が検出されるように構成したガス検出装置であって、前記基準ガス又は前記検査用ガスが、ピストン及びシリンダの組合せからなる前記吸入・排気機構としてのシリンダ機構のピストンの往復動によって前記センサーに導入され、ガス吸入時には前記センサーから前記シリンダ機構へ一方向にのみガスを導く一方向弁が用いられ、ガス排出時には前記シリンダ機構から排出口へ一方向にのみガスを導く一方向弁が用いられていることを特徴とするガス検出装置に係るものである。
【００１９】
本発明のガス検出装置によれば、基準ガスの供給源が筐体に内設され、検査用ガスが筐体外から導入されるので、検査したい領域の周囲ガスを検査用ガスとして筐体外から導入して周囲ガスを測定することができ、またこの検査用ガス又は基準ガスを筐体に内蔵したセンサーに交互に導入して、これらのガスの測定結果を測定毎に相対的に比較して検査用ガスの測定を正確に行え、この際に、基準ガスは筐体に内設された基準ガス供給源から導入しているので、基準ガス供給源を外設する場合に比べて装置全体をコンパクトに構成することができ、しかも基準ガス供給源と共に装置自体を所要の場所に移動させるように構成することが容易となる。
【００２０】
また、内容積の拡大若しくは縮小によりガスを吸入又は排出するピストン及びシリンダの組合せからなるシリンダ機構のピストンの往復動によって、前記基準ガス又は前記検査用ガスが前記センサーに導入され、ガス吸入時は前記センサーから前記シリンダ機構へ一方向にのみガスを導く一方向弁が用いられ、ガス排出時は前記シリンダ機構から排出口へ一方向にのみガスを導く一方向弁が用いられているので、基準ガス及び検査用ガスがシリンダ内におけるピストンの往復動により吸入又は排気されるため、ガスの吸入量及び排気量が定量化されると共に、低騒音で小型のガス検出装置を提供することができ、更には、前記センサーと前記シリンダ機構とを結ぶ前記一方向弁は前記センサーから前記シリンダ機構にのみガスを流すように開閉し、前記シリンダ機構と排気口とを結ぶ前記一方向弁は前記シリンダ機構から排気口にのみガスを流すように開閉することにより、１つのシリンダ機構で、間断なく前記センサーにガスを引き込むように構成することができる。
【００２２】
本発明において、前記センサーと前記基準ガス供給源とが一体化されていると、前記センサーと前記基準ガス供給源とを一体に有する可搬式に（特に可動ロボットに搭載可能に）構成することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【００２５】
上記した本発明のガス検出装置においては、前記筐体が可搬式であり、検査用ガスが筐体外の周囲ガスであることが、測定したい場所において、その場所の周囲ガスを検査できる点で望ましい。
【００２６】
この場合、前記基準ガス供給源が、前記基準ガスを収容した容器であることが、筐体に内設し易く、装置全体をコンパクトに構成して移動し易くできる点で望ましい。
【００２７】
特に、前記センサーと前記基準ガスとの供給源とが例えば自立的に駆動する自立型のロボット装置に含まれ、また前記センサーと前記基準ガスの供給源とが同一筐体に含まれていて前記検査用ガスは前記ロボット装置の周辺、例えば前記筐体外から供給されるのがよい。
【００２８】
そして、内容積の拡大若しくは縮小によりガスを吸入又は排出する吸入・排気機構と、この吸入・排気機構に通じる前記基準ガス又は前記検査用ガスの流路と、前記検査用ガスについての前記検出時のゼロレベルを決めるための前記基準ガス供給源と、前記基準ガス及び前記検査用ガスを測定する前記センサーと、前記センサーの出力データの処理及び各部の動作の制御の少なくとも一方を行う制御部とが設けられ、前記吸入・排気機構の吸入又は排出動作によって前記検査用ガス又は前記基準ガスが前記センサーに供され、測定された信号の強度によって前記検査用ガス中の特定成分が識別される。
【００２９】
更に、前記基準ガス又は前記検査用ガスが、ピストン及びシリンダの組合せからなるシリンダ機構のピストンの往復動によって前記センサーに導入されることが、吸入量及び排気量が定量化されると共に、低騒音で装置を小型化し易くなる。
【００３０】
この場合、ガス吸入時は前記センサーから前記シリンダ機構へ一方向にのみガスを導く一方向弁が用いられ、排出時は前記シリンダ機構から排出口へ一方向にのみガスを導く一方向弁が用いられるが、ガス吸入用の前記一方向弁が、前記センサーと、前記ピストンで仕切られた前記シリンダ機構の両室との間にそれぞれ接続されていることが望ましい。
【００３１】
即ち、前記シリンダ機構の前記両室の一方の側が、それぞれ前記一方向弁を介して前記センサーと排気口とに接続され、もう一方の側が、それぞれ前記一方向弁を介して前記センサーと排気口に接続され、前記センサーと前記シリンダ機構とを結ぶ前記一方向弁は、いずれも前記センサーから前記シリンダ機構にのみガスを流すように開閉し、前記シリンダ機構と排気口とを結ぶ前記一方向弁は、いずれも前記シリンダ機構から排気口にのみガスを流すように開閉することにより、１つのシリンダ機構で、間断なく前記センサーにガスを引き込むように構成することができる。
【００３２】
この場合、前記筐体外からその内部へ前記検査用ガスを吸引する吸気口と、前記センサーとの間に第１の弁を設けると共に、前記基準ガスの供給源と前記センサーとの間に第２の弁を設け、前記ピストンがある１つの向きに運動するとき、前記第１の弁が開いて前記検査用ガスが前記センサーに取り込まれ、前記ピストンがそれとは逆の向きに運動するとき、前記第２の弁が開いて前記基準ガスが前記センサーに引き込まれることにより、１つのシリンダ機構で、間断なく前記基準ガスと前記検査用ガスとを交互に前記センサーに送り込むようにするのが望ましい。
【００３３】
また、このガス検出装置においては、前記基準ガスの供給源が前記検査用ガスの純化手段であり、この純化手段によって前記検出後の前記検査用ガスが純化された後に、前記基準ガスとして再使用するようにしてもよい。これにより、基準ガス収納容器なしで基準ガスを生成して供給する供給源を内蔵できる点で望ましい。
【００３４】
また純化手段による１回の純化工程では純化ができない場合は、前記検出後に前記検査用ガスが前記純化手段に通されて純化された後、再び前記純化手段に通されて前記基準ガスとされるようにしてもよい。
【００３５】
この場合、前記純化手段を通した前記検査用ガスを一時的に収容しておく容器を設け、この容器から前記検査用ガスが再度前記センサーに導入されるように構成するのが望ましい。
【００３６】
即ち、前記検査用ガスがガス導入口から前記シリンダ機構へ吸入される時に、前記センサーにおいて前記検出に供された後、前記純化手段により純化されて前記シリンダ機構に一時的に収容され、このシリンダ機構からの排出時に、前記純化手段に再び通され純化されて前記基準ガスを生成し、この基準ガスが前記センサーに導入されるように構成するのが望ましい。
【００３７】
更に、前記純化手段が脱臭又は／及び脱水手段であり、導入した検査用ガスを脱臭又は脱水、又はこの両方を行うことにより基準ガス化されることが望ましい。
【００３８】
上記の如く、基準ガス供給源として、基準ガスを収容した容器の筐体への内設、または基準ガスを生成する純化装置の筐体への内設により、可搬式ガス検出装置を構成し、検査用ガスの匂い識別に好適に用いることができる。
【００３９】
次に、上記した本発明のガス検出装置の好ましい実施の形態を図面参照下で具体的に説明する。
【００４０】
このガス検出装置は、検査用ガス（以下、テストガスと称することがある。）に含まれている特定成分（匂い）、その量、濃度等を測定するものであり、第１のガス検出装置１と第２のガス検出装置１’の基本的構成の違いは、第１のガス検出装置１が、基準ガス（以下、ゼロガスと称することがある。）の供給源が筐体に内設されることを特定したものであり、第２のガス検出装置１’が、ガスの吸入・排気機構としてシリンダ機構を設けることを特定していることである。
【００４１】
従って、以下の説明（後述する他の例を含む。）において、第１又は第２のガス検出装置とことわり書きがない場合は双方に共通する。なお、以下の各図も双方に共通の図として説明に用いる。
【００４２】
第１のガス検出装置１の概略構成は、図１に示すように、筐体２の内部に、ゼロガス供給源としてのボンベ９と、ガス検出用のセンサー部７と、データ処理及び各部の動作を制御するデータ処理装置１１とが配される。
【００４３】
ガスの吸排機構としては、例えばピストンとシリンダとの組合せからなるシリンダ機構（シリンジ）３が内設され、シリンダ機構３の動作により、テストガスとして吸気口１４から導入される外気及びボンベ９からレギュレーター１０を経由するゼロガスが、配管１２ａ、又は１２ｂを通り、第１及び第２バルブ８ａ、８ｂの開閉によってセンサー部７に供給されて測定され、測定後のこれらのガスが一方向弁６ａ又は６ｂを経てシリンダ機構３に吸入され、一方向弁６ｃ又は６ｄを経て排出される。そして各部の動作は、データ処理装置１１によって制御される。但し、ガス吸排機構としてのシリンジ３は必須の構成要件であってよい。
【００４４】
これにより、第１のガス検出装置１は、テストガスとして導入した周囲に広く漂う外気と、内部で供給したゼロガスとを測定し、センサー信号の測定結果を測定毎に相対的に比較し、その差異の正確な測定が常時可能となるため、環境の匂いを識別することを簡単に行うことができる。従って、従来例のようにバルブを切り替える必要がないため、操作性が良く、構造が簡素化され、携帯や組み込みに適した小型の匂い識別装置が実現でき、しかも装置自体を所要の場所に移動することができる。
【００４５】
また、第２のガス検出装置１’の概略構成は図１に示すように、筐体２の内部に、ガス検出用のセンサー部７と、データ処理及び各部の動作を制御するデータ処理装置１１と、ピストンとシリンダの組合せからなるシリンダ機構（シリンジ）３とが配される。
【００４６】
ゼロガスは、例えば筐体に内設したゼロガスボンベ９から供給され、テストガスとしては、吸気口１４から外気が導入される。そして、これらのガスはシリンダ機構３の動作により、吸気口１４から導入される外気及びボンベ９からレギュレーター１０を経由するゼロガスが、配管１２ａ又は１２ｂを通り、第１及び第２バルブ８ａ、８ｂの開閉によってセンサー部７に供給されて測定され、測定後のガスは一方向弁６ａ又は６ｂを経てシリンダ機構３に吸入され、一方向弁６ｃ又は６ｄを経て排出される。そして各部の動作はデータ処理装置１１によって制御される。但し、ゼロガス供給源としてのゼロガスボンベ９の内設は必須の構成要件であってよい。
【００４７】
このように、第２のガス検出装置１’は、従来のポンプの代りにシリンジ（ベローズポンプでもよい）３を使用することにより、運転時の騒音を低減することが可能となると共に、筐体２外から周囲ガスを導入し、これとゼロガスをセンサーに交互に導入して、これらのガスの測定結果を測定毎に相対的に比較して正確な測定ができる。しかも、従来のようにバルブの切り替えも必要がなく、簡素化された構造であるため操作性が良く、携帯や組み込みに適した小型の匂い識別装置が構成され、装置自体を測定したい場所に移動することができる。
【００４８】
図１において、使用するセンサーは従来と同じものでよい。吸入又は排気手段としては、シリンダー４の両側に吸入口及び排気口を設けたシリンジ３を使用し、吸気口１４とセンサー部７との間には、第１バルブ８ａを設け、ゼロガスボンベ９とセンサー部７との間にも第２バルブ８ｂを設ける。第１バルブ８ａと第２バルブ８ｂは、ゼロガスボンベ９からのゼロガスと、吸気口１４からのテストガスを交互に切り替えるバルブであり、データ処理装置１１からの制御信号１６で開閉が制御される。従って、バルブを切り替える必要がない。
【００４９】
また、ゼロガスボンベ９は、乾燥エアや窒素などを充填した容器であり、容器内部のゼロガスを使いきった後は容器ごと交換も可能であり、或いは内部気体を再充填することも可能なものである。レギュレータ１０は、第２バルブ８ｂ側にかかるゼロガス圧力を調整するためのものである。また、テストガスは、測定したい場所のガスを別途採取してボンベ等の容器に詰め、これを吸気口１４に接続して供給することもできる。
【００５０】
この例の第１、第２又は第３のガス検出装置１（１’）は、例えば、以下の順序で運転する。
【００５１】
ステップ１
第１バルブ８ａを閉、第２バルブ８ｂを開とし、シリンジ３のピストン５を図中左から右に動かす。このとき、ゼロガスは、ボンベ９から第２バルブ８ｂを通ってセンサー部７に導入され、センサー信号１７のゼロ点が測定される。シリンジ３のピストン５の右側にあったガスは、排気口１５ｂから外部に排出される。
【００５２】
ステップ２
第１バルブ８ａを開、第２バルブ８ｂを閉とし、シリンジ３のピストン５を図中右から左に動かす。このとき、テストガスが吸気口１４から第１バルブ８ａを通ってセンサー部７に導入され、センサー信号１７の立ち上がりの変化が測定される。センサー部７に導入されたテストガスは、そのままシリンジ３のピストン５の右側の体積に取り込まれる。ピストン５の移動に伴い左側のガスは、排気口１５ａから外部に排出される。
【００５３】
ステップ３
第１バルブ８ａを閉、第２バルブ８ｂを開とし、シリンジ３のピストン５を図中左から右に動かす。このとき、ゼロガスがボンベ９から第２バルブ８ｂを通ってセンサー部７に導入され、センサー信号１７の立ち下りの変化が測定される。シリンジ３のピストン５の右側にあったガスは、排気口１５ｂから外部に排出される。
【００５４】
上記の運転によって、例えば図２のような信号波形を観測することができる。この波形をデータ処理装置に取り込み、分析することによって、正確にテストガスの匂いの識別を行うことができる。
【００５５】
図２は、このガス検出装置による匂い識別の原理図であり、センサー部７に配されたそれぞれ異なるガス成分を検出するセンサー３０ａ、３０ｂ、３０ｃによる信号波形である。即ち、ステップ１において吸入したゼロガスにより測定されたセンサー信号１７のゼロレベルに対し、ステップ２において吸入したテストガス中の或る種の成分により、各センサー３０ａ、３０ｂ、３０ｃの電気的抵抗の変化が信号波形Ａ、Ｂ、Ｃの如く測定される。従って、この波形をデータ処理装置１１に取り込み、分析することによって、匂いの識別を行うことができる。
【００５６】
図３は、このようなセンサー３０ａ、３０ｂ、３０ｃにおいて、匂い識別するためのセンサー構造の原理図を示す。
【００５７】
即ち、このセンサー３０’は、例えばカーボンブラックが分散された高分子体４５の両側に電極４６が設けられ、チャンバー内に導入されるガスに高分子体４５が曝されることにより、高分子体４５に匂い成分が付着して膨潤し、電気抵抗を変化させるため、電気抵抗の変化が配線を介して測定回路によって測定され、その結果が図２のような信号波形として測定される。
【００５８】
次に、図４〜図８に示す具体例により、本例によるガス検出装置１（１’）におけるセンサー部７内のセンサーの構造及び機能を説明する。
【００５９】
図４（ａ）に示すように、センサー３０は、ガラス基板（例えば、厚さ３００μｍ程度）２５上の両端部に電極２６を配し、この電極２６の上面を除く全面にセンサー材料薄膜２８を設けた構造である。このガラス基板２５はセンサー材料薄膜２８及び電極２６の支持材であり、基板材料としては、表面に酸化膜を形成したシリコン基板又はプラスチック基板でもよい。また、電極２６はセンサー材料薄膜２８と外部配線との電気的接点であり、例えば、Ｔｉ（チタン）／Ａｕ（金）＝５０ｎｍ／２００ｎｍの蒸着膜をリフトオフでパターンニングしたものである。
【００６０】
センサー材料薄膜２８は決まった種類の匂い分子が吸着すると、電気抵抗が変化する薄膜であり、図４（ａ）のｂ部の拡大断面図として図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、金属微粒子４９（例えばφ＝４ｎｍ程度のＡｕ粒子）がリンカー分子５０で相互に結合された積層構造を有する薄膜であり、リンカー分子５０は、少なくとも２箇所に金属微粒子４９と配位結合を形成する官能基（例えば、Ａｕ粒子に対しては、−ＳＨ基）を有する有機分子であって、例えば、1,9-nonane dithiol（ノナンジチオール）やBiphenyl dithiol（ビフェニルジチオール）などが使われる。
【００６１】
図５（ａ）は、上記の如きセンサー３０を収容したセンサー部７の概略断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【００６２】
図５（ｂ）に示すように、センサー部７内には例えば３種類のセンサー３０ａ、３０ｂ、３０ｃが配列され、これらのセンサー３０ａ、３０ｂ、３０ｃは密閉性のあるセンサーチャンバー２７（例えば、テフロン（登録商標）製）に収納されている。このセンサー３０の種類は、１種類以上何種類でもよい。
【００６３】
収納されたセンサー３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、センサーチャンバー２７に設けられた吸気口４７より導入されたガスが、排気口４８から排出されるまでの間に、導入されたガスに暴露され、電気抵抗を変化させる。各センサーの電気抵抗の変化は、センサー３０ａ、３０ｂ、３０ｃに接続された電気配線２９を通して、センサー測定回路で測定される。
【００６４】
図６は、個々のセンサーの測定回路を示す図であり、この回路を用いて、基準抵抗ＲUとの分圧ＶOUTを測定して、相対変化値を求めてもよい。この場合、ＶOUTは、ＲDと次の関係にある。
【数１】
【００６５】
即ち、ＶOUTを測定すれば、ＲDの相対変化値が分かる。この回路を用いた場合、センサーの抵抗値によらず、測定電圧が所定の範囲（０〜ＶDD）に収まるので、測定レンジの切り替えを行う必要がなくなるので、電圧測定回路を簡略化・高速化できる利点がある。
【００６６】
基準抵抗ＲUは、好ましくは、その抵抗値がそれぞれのセンサーの抵抗ＲDとほぼ等しくなるように調整される。このとき、最大の電圧感度が得られる。電圧ＶDDは、ＶOUTを発生させるための固定電圧であって、センサーの耐圧や寿命、ＶOUTの測定精度や雑音などを勘案して定められる（例えば、５０〜２００ｍＶ）。
【００６７】
図７及び図８は、本例のガス検出装置１による測定例であり、この測定による信号波形の実測グラフを示し、例えば、図７はコーヒー豆、図８はウイスキーの測定例であり、いずれも同一のセンサーアレイで測定した信号波形の測定結果である。
【００６８】
上記したように、センサー部７は３つの異なる種類のセンサー３０ａ、３０ｂ、３０ｃから構成されているため、それぞれのセンサーの応答波形や信号振幅が、コーヒー豆とウイスキーでは異なっていることが分かる。このように信号パターンの相違から、コーヒーとウイスキーを識別することが可能である。
【００６９】
これらのセンサーにおいては、より強く反応する成分がセンサー毎に異なっているため、例えば、親水性の分子により強く反応するセンサーや、疎水性の分子により強く反応するセンサー等を配置するなど、測定対象物が含んでいると考えられる匂いの成分構成に応じて、センサーアレイを構成するセンサーの性能を変えることができる。
【００７０】
そして、いずれも測定値が１回目〜３回目に至り、ゼロレベルの位置が下がっていると共に、波形の高さも小さくなっている（但し、図７のセンサ３０ｂを除く。）。この現象はコーヒー豆及びウイスキーの匂い分子や、コーヒー豆及びウイスキーに多く含まれると考えられる親水性分子等が、センサー材料の表面に付着する等により、センサーの機能が低下するためである。従って、ゼロガスとテストガスを交互にセンサー部に導入することにより、センサーのゼロレベルが調整されながら、ゼロガスとテストガスとの信号強度の差が相対変化として測定できる。
【００７１】
上記したように、本例のガス検出装置を用い、測定したい場所の気体の測定ができると共に、物を対象としてその周囲の雰囲気中に含まれている特定成分の種類とその量、濃度等を簡単で正確に測定することができる。
【００７２】
本例によれば、第１のガス検出装置１は、基準ガスとしてゼロガスを収容したボンベ９が筐体２に内設され、テストガスとして吸気口１４から周囲ガスを導入して測定できるので、これらのガスをセンサーに交互に導入し、その測定結果を測定毎に相対的に比較して、周囲ガス中の匂いの正確な測定ができることに加え、操作性が良く、測定したい場所にこのガス検出装置１を移動させ、現場で測定することができると共に、テストガスを別途採取した容器から供給する場合は、この装置は現場以外の場所に固定したままで測定することができる。更にガスの吸入、排出にシリンジ３を筐体２に内設することも可能であり、これによりガスの吸入量及び排気量の定量化と共に低騒音な運転ができる。
【００７３】
また、第２のガス検出装置１’は、テストガスとして筐体外の周囲ガスを導入して測定することができ、このテストガス及びゼロガスをセンサーに交互に導入し、その測定結果を測定毎に相対的に比較してテストガスの匂いの正確な測定ができる。しかも、これらのガスの吸入・排出がシリンジ３によって行われるので、ガスの吸入量及び排気量が定量化されると共に、低騒音で運転することができる。更に装置の操作性が良く、また、ゼロガスの供給源としてゼロガスボンベ９を筐体に内設することも可能であり、このゼロガスボンベ９を内設することにより、測定したい場所にこの装置１を移動させ、その場で測定することもでき、テストガスのみをサンプリングして供給することにより、別の場所で測定することもできる。
【００７４】
図９は、他の例によるガス検出装置１Ａの概略構成図を示す。
【００７５】
このガス検出装置１Ａは、既述した例と同様に、テストガスは周囲ガスを筐体に取り込むようになっているが、既述した例とは基準ガス供給源、シリンダ機構及びこれらに付随する配管やバルブが異なり、これ以外は既述した例と同様な構成であり、上記した第１及び第２のガス検出装置と同等に機能する。そして、このような構成は上記した第１又は第２のガス検出装置に適用することができる。
【００７６】
ガスの吸入・排気機構としては、同一側から吸入又は排気するシリンダ４ａ及びピストン５ａからなるシリンジ２１が筐体２に内設され、基準ガス供給源としては、使用後のテストガスを純化装置１９で純化して基準ガス化するようになっている。
【００７７】
即ち、吸排気口２３から配管１２ａを通って導入される外気が、センサー部７においてテストガスに関するデータが測定された後、純化装置１９によって純化されてシリンジ２１のシリンダ４ａ内に一旦収容され、この排出時に再び純化装置１９により純化されて基準ガス化し、このガスが基準ガスとしてセンサー部７に供給される。従って、テストガスと基準ガスがセンサー部７に交互に導入され、センサー部７におけるガスの測定結果を測定毎に相対的に比較することにより、テストガスの正確な測定ができると共に、シリンジ２１からなる吸入・排気機構により、ガスの吸入量及び排気量が定量化され、低騒音で小型のガス検出装置を可搬式に構成することができる。但し、この場合もテストガスはサンプリングしたものを供給し、装置は固定して測定することもできる。
【００７８】
このように、この例のガス検出装置１Ａは、ゼロガスとして、匂いの測定に供したテストガスを純化して再利用することにより、ゼロガスとの切り替えに必要な弁などの部品を減らして構造を簡素化することができ、携帯や組み込みに適した小型の匂い識別装置とすることができる。
【００７９】
この例においても、センサーは従来と同じものを使用することができる。純化装置１９は、テストガス中の水分や匂い分子を除去する装置であり、例えば、シリカゲルや活性炭及び種々の触媒を収めた個々の容器を、ガスが順に経由するように構成した濾過装置である。シリンジ２１は、シリンダ４ａとピストン５ａ及びピストンの駆動装置からなり、ピストン５ａは、データ処理装置１１からの制御信号１８によって往復運動する。従って、バルブを切り替える必要はない。
【００８０】
まず、ピストン５ａがテストガスを引き込むときは、環境の気体が吸排気口２３から取り込まれ、センサー部７に送られる。センサー部７に送られたテストガスは、テストガスに特徴的なセンサー信号１７の変化を引きおこし、このデータがデータ処理装置１１で測定され、続いてこのガスが純化装置１９に送られ、ガスに含まれる匂い分子や水分が除去される。このようにして純化されたガスは、一時的にシリンジ２１のシリンダー４ａに取り込まれる。
【００８１】
次に、ピストン５ａがシリンジ２１に取り込んだ純化されたガスを押し出す。このとき、シリンダー４ａ内に取り込まれていた純化されたガスは、再度純化装置１９を通ってセンサー部７に送られる。このとき、センサー部７に送られるガスは２度の純化によってゼロガスとなっているので、ゼロガスに対するセンサー部７の応答と、テストガスに対する応答を比較することによって、テストガスに特徴的な信号パターンを得ることができ、テストガスの正確な識別が可能となる。
【００８２】
このガス検出装置１Ａは、ゼロガスをテストガスの純化によって内部で生成しているので、このガス検出装置１Ａを取り巻く環境に広く分布しているテストガスであっても正確な識別が可能である。
【００８３】
図１０は、図９の例の変形例によるガス検出装置１Ｂの概略構成図である。
【００８４】
即ち、純化装置２０は、内容される材料や内部構造等により純化能力を高めることができ、１回の濾過により、基準ガスとしてのゼロガスを生成することも可能である。従って、純化性能の高い純化装置２０を配し、これに必要な配管１２ｂ及びバルブ８ａ、８ｂが、図９とは異なる構成で設けられている。そして、この装置は図９に示した装置と同様に、上記した第１及び第２のガス検出装置に適用することができる。
【００８５】
このガス検出装置１Ｂは、純化装置２０による１回の濾過により基準ガスが生成可能であるので、シリンジ２１の吸入時にはバルブ８ａが開、バルブ８ｂが閉となって、吸入されたテストガスはセンサー部７及び純化装置２０を経由し、生成された基準ガスがシリンジ２１のシリンダ４ａに一旦収容され、この排出時にはバルブ８ａが閉、バルブ８ｂが開となり、基準ガスが配管１２ｂを経由してセンサー部７に供される。
【００８６】
図１１及び図１２は、このガス検出装置１Ｂにおける純化装置２０の濾過構造の他の例を示す図であり、例えば図１１に示すように、純化装置２０ａ、２０ｂ及び２０ｃの如く複数の純化装置を並列に配した構造である。また、図１２は、例えば上記と同様の純化装置２０ａ、２０ｂを直列に配した構造（２０ｃを加えてもよい）であり、いずれも図１１と同等の純化能力を発揮することができる。
【００８７】
この例によれば、テストガスとして、筐体２の周囲ガスを導入してその匂いを測定することができ、しかも筐体２の内部に純化装置１９（又は２０）を設けて、外部から導入したテストガスを純化して基準ガスが内部で生成されるので、テストガスと基準ガスを交互にセンサーに導入して正確に測定できる上に、測定しようとする場所にこのガス検出装置１Ａ（又は１Ｂ）を持って行き、現場で測定することができると共に、テストガスをボンベから供給する場合は、この装置は現場以外の場所に固定して測定することができる。
【００８８】
上記した各例では、吸気・排気手段としてシリンジを用いたが、これらは、ベローズポンプに置き換えてもよい。ベローズポンプでも、シリンジと同じ低騒音性、小型性を得ることができる。
【００８９】
図１３は、更に他の例によるガス検出装置１Ｃを示す概略構成図であり、図１の例と同様に、第１及び第２のガス検出装置に適用することができる。
【００９０】
即ち、図１３に示すように、このガス検出装置１Ｃは、ガスの吸入・排気手段として従来例と同様のポンプを設けたものである。従って、これ以外は図１の例と同様な構成になっており、図１の例と同様に取扱うことにより、十分な性能を発揮できると共に、可搬式に形成することができるので、測定しようとする現場に持って行き、現場測定ができる一方、テストガスをボンベから供給することにより、現場以外の場所にこの装置を固定して測定することもできる。
【００９１】
上記した各例によれば、ゼロガスは、筐体に内設された供給源から供給され、又は純化装置によって筐体の内部で生成するので、測定場所が制約されることなく、どこででもこの匂い識別装置を取り巻く環境の匂いを識別することができる。
【００９２】
従って、例えば、この装置をロボットに組み込んだ場合、ロボットが自分の周囲の匂いを分析することにより、例えば家屋別室や近隣の火災、料理の出来具合、家族の帰宅、不法侵入などを検知することが可能となり、また、この装置を街路や森林、海辺に持って行くことにより、その環境の匂いを分析することが可能となる。
【００９３】
更に、吸気・排気機構として、シリンジまたはベローズポンプを用いたことにより、吸排気動作で発生する騒音が低減され、携帯や組み込みに適した小型の匂い識別装置を実現することができる。
【００９４】
また、センサーによる測定に用いたテストガスを純化して蓄積し、ゼロガスとして再利用することにより、ゼロガスとテストガスの切り替えに必要なバルブ等の部品を減らすことができ、装置全体を一層小型化することができる。
【００９５】
上述した例は、本発明の技術的思想に基づいて変形することが可能である。
【００９６】
例えば、テストガスは、測定しようとする場所の環境ガスを測定するために、装置をその現場に持って行き、その場所においてテストガスを吸入して測定できるものであるが、テストガスのみをボンベ等の容器に別途採取し、装置は別の場所に固定して測定することもできる。
【００９７】
また、第１のガス検出装置は、ゼロガスボンベの内設を限定してガスの吸排機構はシリンジでもよいとし、第２のガス検出装置は、ガスの吸排機構にシリンジの設置を限定して、ゼロガスはゼロガスボンベの内設でもよいとしているが、第１及び第２のガス検出装置のいずれも、ゼロガスボンベ及びシリンジを併用してもよい。
【００９８】
また、ガスの吸入・排気手段としては、上記したシリンジ、ポンプ又はベローズポンプ以外にも圧電素子を用いた吸入・排気手段又は、その他の吸入・排気手段を用いることができる。
【００９９】
また、上述した例はテストガス中の匂いの識別用として記述したが、これ以外にも、例えばガスの種類、その量や濃度及び物性値の測定用に適用することができる。
【０１００】
また、装置の各部の構造や配置等についても、上述した例に限らず、に適宜に変更することができる。上述したガス検出装置は、自立的に駆動されるロボット装置に組み込むことが可能である。
【０１０１】
【発明の作用効果】
上述した如く、本発明のガス検出装置によれば、基準ガスの供給源が筐体に内設され、検査用ガスが筐体外から導入されるので、検査したい領域の周囲ガスを検査用ガスとして筐体外から導入して周囲ガスを測定することができ、また、この検査用ガス又は基準ガスを筐体に内蔵したセンサーに交互に導入して、これらのガスの測定結果を測定毎に相対的に比較して検査用ガスの測定を正確に行え、この際に、基準ガスは筐体に内設された基準ガス供給源から導入しているので、基準ガス供給源を外設する場合に比べて装置全体をコンパクトに構成することができ、しかも基準ガス供給源と共に装置自体を所要の場所に移動させるように構成することが容易となる。
【０１０２】
また、内容積の拡大若しくは縮小によりガスを吸入又は排出するピストン及びシリンダの組合せからなるシリンダ機構のピストンの往復動によって、前記基準ガス又は前記検査用ガスが前記センサーに導入され、ガス吸入時は前記センサーから前記シリンダ機構へ一方向にのみガスを導く一方向弁が用いられ、ガス排出時は前記シリンダ機構から排出口へ一方向にのみガスを導く一方向弁が用いられているので、基準ガス及び検査用ガスがシリンダ内におけるピストンの往復動により吸入又は排気されるため、ガスの吸入量及び排気量が定量化されると共に、低騒音で小型のガス検出装置を提供することができ、更には、前記センサーと前記シリンダ機構とを結ぶ前記一方向弁は前記センサーから前記シリンダ機構にのみガスを流すように開閉し、前記シリンダ機構と排気口とを結ぶ前記一方向弁は前記シリンダ機構から排気口にのみガスを流すように開閉することにより、１つのシリンダ機構で、間断なく前記センサーにガスを引き込むように構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に基づく例によるガス検出装置の概略構成図である。
【図２】 同、検出した信号波形の原理図を示すグラフである。
【図３】 同、ガス検出装置のセンサー構造及び機能を示す原理図である。
【図４】同、ガス検出装置のセンサー構造を示す図である。
【図５】同、ガス検出装置のセンサー部の構成を示す図であり、（ａ）は概略図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図６】同、センサーの測定回路図である。
【図７】同、ガス検出装置による測定の具体例を示すグラフである。
【図８】同、ガス検出装置による測定の他の具体例を示すグラフである。
【図９】 他の例によるガス検出装置の概略構成図である。
【図１０】 同、ガス検出装置の変形例の概略構成図である。
【図１１】 同、ガス検出装置の純化装置の他の例を示す概略図である。
【図１２】 同、ガス検出装置の純化装置の更に他の例を示す概略図である。
【図１３】 変形例によるガス検出装置の概略構成図である。
【図１４】従来例によるガス検出装置の概略構成図である。
【図１５】同、ガス検出装置の外観概略図である。
【符号の説明】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…ガス検出装置、２…筐体、３、２１…シリンジ、
４、４ａ…シリンダ、５、５ａ…ピストン、６ａ〜６ｄ…一方向弁、
７…センサー部、８ａ、８ｂ…バルブ、９…ボンベ、１０…レギュレータ、
１１…データ処理装置、１２ａ、１２ｂ…配管、１４、４７…吸気口、
１５ａ、１５ｂ、２４、４８…排気口、
１６、１６ａ、１６ｂ…バルブ制御信号、１７…センサー信号、
１８…シリンジ制御信号、１９、２０…純化装置、２２…ポンプ、
２３…吸排気口、２５…ガラス基板、２６、４６…電極、２７…チャンバー、
２８…センサー材料薄膜、２９…配線、３０…センサー、４５…高分子体、
４９…Ａｕ粒子、５０…リンカー分子、Ａ、Ｂ、Ｃ…電気抵抗の変化
【発明の属する技術分野】
本発明は、雰囲気中の特定成分を検出して、例えば匂いを識別できる携帯可能なガス検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は、従来の携帯型匂い識別装置３１の構成図である。図１４において、外界の気体は吸気口３６から取り込まれ、配管３８の経路に設置されたセンサー３４を経由し、ポンプ３３によって排気口３７に送られ、もとの雰囲気中に戻される。このとき、センサー３４から、取り込まれた気体が有する匂いの種類や濃度に応じた電気信号が取り出され、データ処理装置３５で匂いの同定や濃度測定が行われる。
【０００３】
図１５は、上記のように構成された従来の携帯型匂い識別装置３１の外観概略図である。本体３２内には、図１４におけるセンサー３４、データ処理装置３５及びポンプ３３等が内蔵され、本体３２に突設されたサンプルプローブ３８の先端の吸気口３６を介して、ゼロガス（基準ガス）４２として取り込む周囲の気体とテストガス容器４４に収容されたテストガス（検査用ガス）４３とを交互にセンサー３４に取り込み、テストガス中の匂いの種類や濃度等が測定される。
【０００４】
しかし、測定を重ねるに伴い匂い成分がセンサー３４に付着し、センサー３４のゼロレベルが初期状態から次第に変化して正確な測定ができなくなるため、毎回交互にゼロガスが導入され、センサー３４のゼロレベルが調整される。この匂い識別装置の運転は、測定開始ボタン４１の操作により行われ、測定値がメーター４０に表示される。
【０００５】
ところで、従来の匂いセンサー３１は、匂いの構成分子がセンサー材料に吸着するときに生じる物理的変化、或いは化学的変化を検出することによって、匂いの分析を行っている。
【０００６】
例えば、水晶振動式センサー（ＱＣＭ）では、水晶振動子の表面に種類の異なる吸着剤を塗布し、匂い分子が吸着剤に吸着したときに生じる質量変化を水晶振動子の振動数の変化で検出するものであり、匂い分子の性質、例えば極性の強さによって、吸着し易い化学物質の種類が異なるため、どの吸着剤にどれだけの質量変化が起きたかを測定すれば、匂いを構成している匂い分子の種類と量を見積もることができる。
【０００７】
匂い分子の吸着は、質量変化以外にも、電気抵抗の変化や光吸収波長の変化などの変化としても検出でき、そのような方式のセンサーが種々提案されている。例えば、導電性ポリマーや、導体粒子を絶縁性ポリマーに分散した複合材料に、匂い分子が吸着したときの電気抵抗の変化を用いたセンサーなどが実用化されている。
【０００８】
しかし、匂い分子を吸着させるセンサー材料では、匂い分子がセンサー材料の表面に残留したり、或いは気体中に含まれる高活性の分子がセンサー材料と化合してセンサー材料が変質したりすることが避けられない。
【０００９】
このようなセンサーでは、センサー特性が使用履歴によって変化するため、匂いの識別には、センサー信号（水晶振動子式であれば振動数、chemo resistor 型であれば電気抵抗値、光学式であれば光吸収波長、など）の絶対値ではなく、相対変化が主に利用される。このような相対変化は、匂いを含まない基準ガス（ゼロガス）と、測定したい匂いを含む検査用ガス（テストガス）との信号強度の差として測定されるため、匂いの識別に当っては、ゼロガスとテストガスの両方の信号を測定する必要がある。
【００１０】
そのため、図１５に示した携帯型匂い識別装置３１の場合は、まずゼロガスとして室内気などの外気を測定し、次に吸気口３６をサンプルを入れたフラスコなどの容器４４に差し込んで、サンプルの匂いを測定する、という手順で匂いを識別する。
【００１１】
このように、匂い識別装置で匂いを識別する場合は、テストガスとゼロガスの両方を測定する必要があり、図１５の携帯型匂い識別装置３１で容器に入った物質の匂いを識別する場合は、吸気口３６をその容器に挿入して得られるガスをテストガスとし、吸気口３６を容器の外に出して得られるガスをゼロガスとすることにより、センサー信号の相対変化を測定でき、容器内の匂いを識別することが可能である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、匂い識別装置を取り巻く環境に広く漂っている匂いを識別する場合は、ゼロガスを周囲から取り込むことができないので、周囲に広く漂う匂いは識別ができない、という問題点があった。
【００１３】
この種の装置として、特開平９−２５０９７９号公報には、ゼロガス容器を用いた匂い識別装置が開示されているが、雰囲気の匂いの識別を目的としたものではなく、ゼロガス同様、テストガスも、装置に接続された容器から導入する構成になっており、携帯して雰囲気の匂いを識別することを目的としたものではない。また、ゼロガスとテストガスの切り替えを行うための配管も複雑、切り替えも面倒であり、携帯に適した大きさに構成することは困難と思われる。
【００１４】
また、特開平９−３０４２４４号公報には、外気を純化してゼロガスとして使用することにより、雰囲気の匂いを識別可能とした匂い識別装置が開示されている。ここでは、携帯性と雰囲気中の匂い識別が検討されているものの、外気の測定と純化をバルブの切り替えで行うため、機構が複雑、切り替えが面倒であり、小型の家庭用ロボットに組み込むことが可能なサイズに構成することは困難と思われる。
【００１５】
また、特開２０００−１５５１０７号公報には、ゼロガス容器を併用する匂い識別装置が開示され、サンプルガスに関する検出信号とゼロガスに関する検出信号からサンプルガスの定性又は定量を行うものであるが、ゼロガス容器は内蔵式ではなく、ガスの吸入・排出はポンプによるため、吸排量がばらつき、騒音を伴うことと、携帯して雰囲気の匂い測定を目的としたものではない。また構造も複雑であり、バルブの切り替えが必要なため操作性に欠け、携帯性のある大きさに構成することは困難と思われる。
【００１６】
また、従来の匂い識別装置では、ガスを引き込むために、ファンやダイヤフラムポンプを使用するものもある。これらは、外形寸法が大きく、また運転時の騒音も大きいため、携帯用、或いは静粛性が求められる家庭で使用可能な小型ロボットなどへの組み込み用としては、必ずしも適しているとはいえない。
【００１７】
そこで本発明の目的は、測定したい周囲ガス中に含まれる特定成分（匂い等）を正確に測定でき、またコンパクトであって移動式に構成するのが容易であり、低騒音で小型化が可能なガス検出装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、内容積の拡大若しくは縮小によりガスを吸入又は排出する吸入・排気機構と、この吸入・排気機構に通じる基準ガス又は検査用ガスの流路と、前記検査用ガスについての検出時のゼロレベルを決めるための基準ガス供給源と、前記基準ガス及び前記検査用ガスを測定するセンサーと、前記センサーの出力データの処理及び各部の動作の制御の少なくとも一方を行う制御部とを有し、前記センサーを内蔵した筐体内に前記基準ガス供給源が内設されると共に、前記筐体外から前記検査用ガスが導入され、前記吸入・排気機構の吸入又は排出動作によって前記検査用ガスと前記基準ガスとが前記センサーに交互に導入され、測定された信号の強度によって前記検査用ガス中の特定成分が検出されるように構成したガス検出装置であって、前記基準ガス又は前記検査用ガスが、ピストン及びシリンダの組合せからなる前記吸入・排気機構としてのシリンダ機構のピストンの往復動によって前記センサーに導入され、ガス吸入時には前記センサーから前記シリンダ機構へ一方向にのみガスを導く一方向弁が用いられ、ガス排出時には前記シリンダ機構から排出口へ一方向にのみガスを導く一方向弁が用いられていることを特徴とするガス検出装置に係るものである。
【００１９】
本発明のガス検出装置によれば、基準ガスの供給源が筐体に内設され、検査用ガスが筐体外から導入されるので、検査したい領域の周囲ガスを検査用ガスとして筐体外から導入して周囲ガスを測定することができ、またこの検査用ガス又は基準ガスを筐体に内蔵したセンサーに交互に導入して、これらのガスの測定結果を測定毎に相対的に比較して検査用ガスの測定を正確に行え、この際に、基準ガスは筐体に内設された基準ガス供給源から導入しているので、基準ガス供給源を外設する場合に比べて装置全体をコンパクトに構成することができ、しかも基準ガス供給源と共に装置自体を所要の場所に移動させるように構成することが容易となる。
【００２０】
また、内容積の拡大若しくは縮小によりガスを吸入又は排出するピストン及びシリンダの組合せからなるシリンダ機構のピストンの往復動によって、前記基準ガス又は前記検査用ガスが前記センサーに導入され、ガス吸入時は前記センサーから前記シリンダ機構へ一方向にのみガスを導く一方向弁が用いられ、ガス排出時は前記シリンダ機構から排出口へ一方向にのみガスを導く一方向弁が用いられているので、基準ガス及び検査用ガスがシリンダ内におけるピストンの往復動により吸入又は排気されるため、ガスの吸入量及び排気量が定量化されると共に、低騒音で小型のガス検出装置を提供することができ、更には、前記センサーと前記シリンダ機構とを結ぶ前記一方向弁は前記センサーから前記シリンダ機構にのみガスを流すように開閉し、前記シリンダ機構と排気口とを結ぶ前記一方向弁は前記シリンダ機構から排気口にのみガスを流すように開閉することにより、１つのシリンダ機構で、間断なく前記センサーにガスを引き込むように構成することができる。
【００２２】
本発明において、前記センサーと前記基準ガス供給源とが一体化されていると、前記センサーと前記基準ガス供給源とを一体に有する可搬式に（特に可動ロボットに搭載可能に）構成することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【００２５】
上記した本発明のガス検出装置においては、前記筐体が可搬式であり、検査用ガスが筐体外の周囲ガスであることが、測定したい場所において、その場所の周囲ガスを検査できる点で望ましい。
【００２６】
この場合、前記基準ガス供給源が、前記基準ガスを収容した容器であることが、筐体に内設し易く、装置全体をコンパクトに構成して移動し易くできる点で望ましい。
【００２７】
特に、前記センサーと前記基準ガスとの供給源とが例えば自立的に駆動する自立型のロボット装置に含まれ、また前記センサーと前記基準ガスの供給源とが同一筐体に含まれていて前記検査用ガスは前記ロボット装置の周辺、例えば前記筐体外から供給されるのがよい。
【００２８】
そして、内容積の拡大若しくは縮小によりガスを吸入又は排出する吸入・排気機構と、この吸入・排気機構に通じる前記基準ガス又は前記検査用ガスの流路と、前記検査用ガスについての前記検出時のゼロレベルを決めるための前記基準ガス供給源と、前記基準ガス及び前記検査用ガスを測定する前記センサーと、前記センサーの出力データの処理及び各部の動作の制御の少なくとも一方を行う制御部とが設けられ、前記吸入・排気機構の吸入又は排出動作によって前記検査用ガス又は前記基準ガスが前記センサーに供され、測定された信号の強度によって前記検査用ガス中の特定成分が識別される。
【００２９】
更に、前記基準ガス又は前記検査用ガスが、ピストン及びシリンダの組合せからなるシリンダ機構のピストンの往復動によって前記センサーに導入されることが、吸入量及び排気量が定量化されると共に、低騒音で装置を小型化し易くなる。
【００３０】
この場合、ガス吸入時は前記センサーから前記シリンダ機構へ一方向にのみガスを導く一方向弁が用いられ、排出時は前記シリンダ機構から排出口へ一方向にのみガスを導く一方向弁が用いられるが、ガス吸入用の前記一方向弁が、前記センサーと、前記ピストンで仕切られた前記シリンダ機構の両室との間にそれぞれ接続されていることが望ましい。
【００３１】
即ち、前記シリンダ機構の前記両室の一方の側が、それぞれ前記一方向弁を介して前記センサーと排気口とに接続され、もう一方の側が、それぞれ前記一方向弁を介して前記センサーと排気口に接続され、前記センサーと前記シリンダ機構とを結ぶ前記一方向弁は、いずれも前記センサーから前記シリンダ機構にのみガスを流すように開閉し、前記シリンダ機構と排気口とを結ぶ前記一方向弁は、いずれも前記シリンダ機構から排気口にのみガスを流すように開閉することにより、１つのシリンダ機構で、間断なく前記センサーにガスを引き込むように構成することができる。
【００３２】
この場合、前記筐体外からその内部へ前記検査用ガスを吸引する吸気口と、前記センサーとの間に第１の弁を設けると共に、前記基準ガスの供給源と前記センサーとの間に第２の弁を設け、前記ピストンがある１つの向きに運動するとき、前記第１の弁が開いて前記検査用ガスが前記センサーに取り込まれ、前記ピストンがそれとは逆の向きに運動するとき、前記第２の弁が開いて前記基準ガスが前記センサーに引き込まれることにより、１つのシリンダ機構で、間断なく前記基準ガスと前記検査用ガスとを交互に前記センサーに送り込むようにするのが望ましい。
【００３３】
また、このガス検出装置においては、前記基準ガスの供給源が前記検査用ガスの純化手段であり、この純化手段によって前記検出後の前記検査用ガスが純化された後に、前記基準ガスとして再使用するようにしてもよい。これにより、基準ガス収納容器なしで基準ガスを生成して供給する供給源を内蔵できる点で望ましい。
【００３４】
また純化手段による１回の純化工程では純化ができない場合は、前記検出後に前記検査用ガスが前記純化手段に通されて純化された後、再び前記純化手段に通されて前記基準ガスとされるようにしてもよい。
【００３５】
この場合、前記純化手段を通した前記検査用ガスを一時的に収容しておく容器を設け、この容器から前記検査用ガスが再度前記センサーに導入されるように構成するのが望ましい。
【００３６】
即ち、前記検査用ガスがガス導入口から前記シリンダ機構へ吸入される時に、前記センサーにおいて前記検出に供された後、前記純化手段により純化されて前記シリンダ機構に一時的に収容され、このシリンダ機構からの排出時に、前記純化手段に再び通され純化されて前記基準ガスを生成し、この基準ガスが前記センサーに導入されるように構成するのが望ましい。
【００３７】
更に、前記純化手段が脱臭又は／及び脱水手段であり、導入した検査用ガスを脱臭又は脱水、又はこの両方を行うことにより基準ガス化されることが望ましい。
【００３８】
上記の如く、基準ガス供給源として、基準ガスを収容した容器の筐体への内設、または基準ガスを生成する純化装置の筐体への内設により、可搬式ガス検出装置を構成し、検査用ガスの匂い識別に好適に用いることができる。
【００３９】
次に、上記した本発明のガス検出装置の好ましい実施の形態を図面参照下で具体的に説明する。
【００４０】
このガス検出装置は、検査用ガス（以下、テストガスと称することがある。）に含まれている特定成分（匂い）、その量、濃度等を測定するものであり、第１のガス検出装置１と第２のガス検出装置１’の基本的構成の違いは、第１のガス検出装置１が、基準ガス（以下、ゼロガスと称することがある。）の供給源が筐体に内設されることを特定したものであり、第２のガス検出装置１’が、ガスの吸入・排気機構としてシリンダ機構を設けることを特定していることである。
【００４１】
従って、以下の説明（後述する他の例を含む。）において、第１又は第２のガス検出装置とことわり書きがない場合は双方に共通する。なお、以下の各図も双方に共通の図として説明に用いる。
【００４２】
第１のガス検出装置１の概略構成は、図１に示すように、筐体２の内部に、ゼロガス供給源としてのボンベ９と、ガス検出用のセンサー部７と、データ処理及び各部の動作を制御するデータ処理装置１１とが配される。
【００４３】
ガスの吸排機構としては、例えばピストンとシリンダとの組合せからなるシリンダ機構（シリンジ）３が内設され、シリンダ機構３の動作により、テストガスとして吸気口１４から導入される外気及びボンベ９からレギュレーター１０を経由するゼロガスが、配管１２ａ、又は１２ｂを通り、第１及び第２バルブ８ａ、８ｂの開閉によってセンサー部７に供給されて測定され、測定後のこれらのガスが一方向弁６ａ又は６ｂを経てシリンダ機構３に吸入され、一方向弁６ｃ又は６ｄを経て排出される。そして各部の動作は、データ処理装置１１によって制御される。但し、ガス吸排機構としてのシリンジ３は必須の構成要件であってよい。
【００４４】
これにより、第１のガス検出装置１は、テストガスとして導入した周囲に広く漂う外気と、内部で供給したゼロガスとを測定し、センサー信号の測定結果を測定毎に相対的に比較し、その差異の正確な測定が常時可能となるため、環境の匂いを識別することを簡単に行うことができる。従って、従来例のようにバルブを切り替える必要がないため、操作性が良く、構造が簡素化され、携帯や組み込みに適した小型の匂い識別装置が実現でき、しかも装置自体を所要の場所に移動することができる。
【００４５】
また、第２のガス検出装置１’の概略構成は図１に示すように、筐体２の内部に、ガス検出用のセンサー部７と、データ処理及び各部の動作を制御するデータ処理装置１１と、ピストンとシリンダの組合せからなるシリンダ機構（シリンジ）３とが配される。
【００４６】
ゼロガスは、例えば筐体に内設したゼロガスボンベ９から供給され、テストガスとしては、吸気口１４から外気が導入される。そして、これらのガスはシリンダ機構３の動作により、吸気口１４から導入される外気及びボンベ９からレギュレーター１０を経由するゼロガスが、配管１２ａ又は１２ｂを通り、第１及び第２バルブ８ａ、８ｂの開閉によってセンサー部７に供給されて測定され、測定後のガスは一方向弁６ａ又は６ｂを経てシリンダ機構３に吸入され、一方向弁６ｃ又は６ｄを経て排出される。そして各部の動作はデータ処理装置１１によって制御される。但し、ゼロガス供給源としてのゼロガスボンベ９の内設は必須の構成要件であってよい。
【００４７】
このように、第２のガス検出装置１’は、従来のポンプの代りにシリンジ（ベローズポンプでもよい）３を使用することにより、運転時の騒音を低減することが可能となると共に、筐体２外から周囲ガスを導入し、これとゼロガスをセンサーに交互に導入して、これらのガスの測定結果を測定毎に相対的に比較して正確な測定ができる。しかも、従来のようにバルブの切り替えも必要がなく、簡素化された構造であるため操作性が良く、携帯や組み込みに適した小型の匂い識別装置が構成され、装置自体を測定したい場所に移動することができる。
【００４８】
図１において、使用するセンサーは従来と同じものでよい。吸入又は排気手段としては、シリンダー４の両側に吸入口及び排気口を設けたシリンジ３を使用し、吸気口１４とセンサー部７との間には、第１バルブ８ａを設け、ゼロガスボンベ９とセンサー部７との間にも第２バルブ８ｂを設ける。第１バルブ８ａと第２バルブ８ｂは、ゼロガスボンベ９からのゼロガスと、吸気口１４からのテストガスを交互に切り替えるバルブであり、データ処理装置１１からの制御信号１６で開閉が制御される。従って、バルブを切り替える必要がない。
【００４９】
また、ゼロガスボンベ９は、乾燥エアや窒素などを充填した容器であり、容器内部のゼロガスを使いきった後は容器ごと交換も可能であり、或いは内部気体を再充填することも可能なものである。レギュレータ１０は、第２バルブ８ｂ側にかかるゼロガス圧力を調整するためのものである。また、テストガスは、測定したい場所のガスを別途採取してボンベ等の容器に詰め、これを吸気口１４に接続して供給することもできる。
【００５０】
この例の第１、第２又は第３のガス検出装置１（１’）は、例えば、以下の順序で運転する。
【００５１】
ステップ１
第１バルブ８ａを閉、第２バルブ８ｂを開とし、シリンジ３のピストン５を図中左から右に動かす。このとき、ゼロガスは、ボンベ９から第２バルブ８ｂを通ってセンサー部７に導入され、センサー信号１７のゼロ点が測定される。シリンジ３のピストン５の右側にあったガスは、排気口１５ｂから外部に排出される。
【００５２】
ステップ２
第１バルブ８ａを開、第２バルブ８ｂを閉とし、シリンジ３のピストン５を図中右から左に動かす。このとき、テストガスが吸気口１４から第１バルブ８ａを通ってセンサー部７に導入され、センサー信号１７の立ち上がりの変化が測定される。センサー部７に導入されたテストガスは、そのままシリンジ３のピストン５の右側の体積に取り込まれる。ピストン５の移動に伴い左側のガスは、排気口１５ａから外部に排出される。
【００５３】
ステップ３
第１バルブ８ａを閉、第２バルブ８ｂを開とし、シリンジ３のピストン５を図中左から右に動かす。このとき、ゼロガスがボンベ９から第２バルブ８ｂを通ってセンサー部７に導入され、センサー信号１７の立ち下りの変化が測定される。シリンジ３のピストン５の右側にあったガスは、排気口１５ｂから外部に排出される。
【００５４】
上記の運転によって、例えば図２のような信号波形を観測することができる。この波形をデータ処理装置に取り込み、分析することによって、正確にテストガスの匂いの識別を行うことができる。
【００５５】
図２は、このガス検出装置による匂い識別の原理図であり、センサー部７に配されたそれぞれ異なるガス成分を検出するセンサー３０ａ、３０ｂ、３０ｃによる信号波形である。即ち、ステップ１において吸入したゼロガスにより測定されたセンサー信号１７のゼロレベルに対し、ステップ２において吸入したテストガス中の或る種の成分により、各センサー３０ａ、３０ｂ、３０ｃの電気的抵抗の変化が信号波形Ａ、Ｂ、Ｃの如く測定される。従って、この波形をデータ処理装置１１に取り込み、分析することによって、匂いの識別を行うことができる。
【００５６】
図３は、このようなセンサー３０ａ、３０ｂ、３０ｃにおいて、匂い識別するためのセンサー構造の原理図を示す。
【００５７】
即ち、このセンサー３０’は、例えばカーボンブラックが分散された高分子体４５の両側に電極４６が設けられ、チャンバー内に導入されるガスに高分子体４５が曝されることにより、高分子体４５に匂い成分が付着して膨潤し、電気抵抗を変化させるため、電気抵抗の変化が配線を介して測定回路によって測定され、その結果が図２のような信号波形として測定される。
【００５８】
次に、図４〜図８に示す具体例により、本例によるガス検出装置１（１’）におけるセンサー部７内のセンサーの構造及び機能を説明する。
【００５９】
図４（ａ）に示すように、センサー３０は、ガラス基板（例えば、厚さ３００μｍ程度）２５上の両端部に電極２６を配し、この電極２６の上面を除く全面にセンサー材料薄膜２８を設けた構造である。このガラス基板２５はセンサー材料薄膜２８及び電極２６の支持材であり、基板材料としては、表面に酸化膜を形成したシリコン基板又はプラスチック基板でもよい。また、電極２６はセンサー材料薄膜２８と外部配線との電気的接点であり、例えば、Ｔｉ（チタン）／Ａｕ（金）＝５０ｎｍ／２００ｎｍの蒸着膜をリフトオフでパターンニングしたものである。
【００６０】
センサー材料薄膜２８は決まった種類の匂い分子が吸着すると、電気抵抗が変化する薄膜であり、図４（ａ）のｂ部の拡大断面図として図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、金属微粒子４９（例えばφ＝４ｎｍ程度のＡｕ粒子）がリンカー分子５０で相互に結合された積層構造を有する薄膜であり、リンカー分子５０は、少なくとも２箇所に金属微粒子４９と配位結合を形成する官能基（例えば、Ａｕ粒子に対しては、−ＳＨ基）を有する有機分子であって、例えば、1,9-nonane dithiol（ノナンジチオール）やBiphenyl dithiol（ビフェニルジチオール）などが使われる。
【００６１】
図５（ａ）は、上記の如きセンサー３０を収容したセンサー部７の概略断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【００６２】
図５（ｂ）に示すように、センサー部７内には例えば３種類のセンサー３０ａ、３０ｂ、３０ｃが配列され、これらのセンサー３０ａ、３０ｂ、３０ｃは密閉性のあるセンサーチャンバー２７（例えば、テフロン（登録商標）製）に収納されている。このセンサー３０の種類は、１種類以上何種類でもよい。
【００６３】
収納されたセンサー３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、センサーチャンバー２７に設けられた吸気口４７より導入されたガスが、排気口４８から排出されるまでの間に、導入されたガスに暴露され、電気抵抗を変化させる。各センサーの電気抵抗の変化は、センサー３０ａ、３０ｂ、３０ｃに接続された電気配線２９を通して、センサー測定回路で測定される。
【００６４】
図６は、個々のセンサーの測定回路を示す図であり、この回路を用いて、基準抵抗ＲUとの分圧ＶOUTを測定して、相対変化値を求めてもよい。この場合、ＶOUTは、ＲDと次の関係にある。
【数１】
即ち、ＶOUTを測定すれば、ＲDの相対変化値が分かる。この回路を用いた場合、センサーの抵抗値によらず、測定電圧が所定の範囲（０〜ＶDD）に収まるので、測定レンジの切り替えを行う必要がなくなるので、電圧測定回路を簡略化・高速化できる利点がある。
【００６６】
基準抵抗ＲUは、好ましくは、その抵抗値がそれぞれのセンサーの抵抗ＲDとほぼ等しくなるように調整される。このとき、最大の電圧感度が得られる。電圧ＶDDは、ＶOUTを発生させるための固定電圧であって、センサーの耐圧や寿命、ＶOUTの測定精度や雑音などを勘案して定められる（例えば、５０〜２００ｍＶ）。
【００６７】
図７及び図８は、本例のガス検出装置１による測定例であり、この測定による信号波形の実測グラフを示し、例えば、図７はコーヒー豆、図８はウイスキーの測定例であり、いずれも同一のセンサーアレイで測定した信号波形の測定結果である。
【００６８】
上記したように、センサー部７は３つの異なる種類のセンサー３０ａ、３０ｂ、３０ｃから構成されているため、それぞれのセンサーの応答波形や信号振幅が、コーヒー豆とウイスキーでは異なっていることが分かる。このように信号パターンの相違から、コーヒーとウイスキーを識別することが可能である。
【００６９】
これらのセンサーにおいては、より強く反応する成分がセンサー毎に異なっているため、例えば、親水性の分子により強く反応するセンサーや、疎水性の分子により強く反応するセンサー等を配置するなど、測定対象物が含んでいると考えられる匂いの成分構成に応じて、センサーアレイを構成するセンサーの性能を変えることができる。
【００７０】
そして、いずれも測定値が１回目〜３回目に至り、ゼロレベルの位置が下がっていると共に、波形の高さも小さくなっている（但し、図７のセンサ３０ｂを除く。）。この現象はコーヒー豆及びウイスキーの匂い分子や、コーヒー豆及びウイスキーに多く含まれると考えられる親水性分子等が、センサー材料の表面に付着する等により、センサーの機能が低下するためである。従って、ゼロガスとテストガスを交互にセンサー部に導入することにより、センサーのゼロレベルが調整されながら、ゼロガスとテストガスとの信号強度の差が相対変化として測定できる。
【００７１】
上記したように、本例のガス検出装置を用い、測定したい場所の気体の測定ができると共に、物を対象としてその周囲の雰囲気中に含まれている特定成分の種類とその量、濃度等を簡単で正確に測定することができる。
【００７２】
本例によれば、第１のガス検出装置１は、基準ガスとしてゼロガスを収容したボンベ９が筐体２に内設され、テストガスとして吸気口１４から周囲ガスを導入して測定できるので、これらのガスをセンサーに交互に導入し、その測定結果を測定毎に相対的に比較して、周囲ガス中の匂いの正確な測定ができることに加え、操作性が良く、測定したい場所にこのガス検出装置１を移動させ、現場で測定することができると共に、テストガスを別途採取した容器から供給する場合は、この装置は現場以外の場所に固定したままで測定することができる。更にガスの吸入、排出にシリンジ３を筐体２に内設することも可能であり、これによりガスの吸入量及び排気量の定量化と共に低騒音な運転ができる。
【００７３】
また、第２のガス検出装置１’は、テストガスとして筐体外の周囲ガスを導入して測定することができ、このテストガス及びゼロガスをセンサーに交互に導入し、その測定結果を測定毎に相対的に比較してテストガスの匂いの正確な測定ができる。しかも、これらのガスの吸入・排出がシリンジ３によって行われるので、ガスの吸入量及び排気量が定量化されると共に、低騒音で運転することができる。更に装置の操作性が良く、また、ゼロガスの供給源としてゼロガスボンベ９を筐体に内設することも可能であり、このゼロガスボンベ９を内設することにより、測定したい場所にこの装置１を移動させ、その場で測定することもでき、テストガスのみをサンプリングして供給することにより、別の場所で測定することもできる。
【００７４】
図９は、他の例によるガス検出装置１Ａの概略構成図を示す。
【００７５】
このガス検出装置１Ａは、既述した例と同様に、テストガスは周囲ガスを筐体に取り込むようになっているが、既述した例とは基準ガス供給源、シリンダ機構及びこれらに付随する配管やバルブが異なり、これ以外は既述した例と同様な構成であり、上記した第１及び第２のガス検出装置と同等に機能する。そして、このような構成は上記した第１又は第２のガス検出装置に適用することができる。
【００７６】
ガスの吸入・排気機構としては、同一側から吸入又は排気するシリンダ４ａ及びピストン５ａからなるシリンジ２１が筐体２に内設され、基準ガス供給源としては、使用後のテストガスを純化装置１９で純化して基準ガス化するようになっている。
【００７７】
即ち、吸排気口２３から配管１２ａを通って導入される外気が、センサー部７においてテストガスに関するデータが測定された後、純化装置１９によって純化されてシリンジ２１のシリンダ４ａ内に一旦収容され、この排出時に再び純化装置１９により純化されて基準ガス化し、このガスが基準ガスとしてセンサー部７に供給される。従って、テストガスと基準ガスがセンサー部７に交互に導入され、センサー部７におけるガスの測定結果を測定毎に相対的に比較することにより、テストガスの正確な測定ができると共に、シリンジ２１からなる吸入・排気機構により、ガスの吸入量及び排気量が定量化され、低騒音で小型のガス検出装置を可搬式に構成することができる。但し、この場合もテストガスはサンプリングしたものを供給し、装置は固定して測定することもできる。
【００７８】
このように、この例のガス検出装置１Ａは、ゼロガスとして、匂いの測定に供したテストガスを純化して再利用することにより、ゼロガスとの切り替えに必要な弁などの部品を減らして構造を簡素化することができ、携帯や組み込みに適した小型の匂い識別装置とすることができる。
【００７９】
この例においても、センサーは従来と同じものを使用することができる。純化装置１９は、テストガス中の水分や匂い分子を除去する装置であり、例えば、シリカゲルや活性炭及び種々の触媒を収めた個々の容器を、ガスが順に経由するように構成した濾過装置である。シリンジ２１は、シリンダ４ａとピストン５ａ及びピストンの駆動装置からなり、ピストン５ａは、データ処理装置１１からの制御信号１８によって往復運動する。従って、バルブを切り替える必要はない。
【００８０】
まず、ピストン５ａがテストガスを引き込むときは、環境の気体が吸排気口２３から取り込まれ、センサー部７に送られる。センサー部７に送られたテストガスは、テストガスに特徴的なセンサー信号１７の変化を引きおこし、このデータがデータ処理装置１１で測定され、続いてこのガスが純化装置１９に送られ、ガスに含まれる匂い分子や水分が除去される。このようにして純化されたガスは、一時的にシリンジ２１のシリンダー４ａに取り込まれる。
【００８１】
次に、ピストン５ａがシリンジ２１に取り込んだ純化されたガスを押し出す。このとき、シリンダー４ａ内に取り込まれていた純化されたガスは、再度純化装置１９を通ってセンサー部７に送られる。このとき、センサー部７に送られるガスは２度の純化によってゼロガスとなっているので、ゼロガスに対するセンサー部７の応答と、テストガスに対する応答を比較することによって、テストガスに特徴的な信号パターンを得ることができ、テストガスの正確な識別が可能となる。
【００８２】
このガス検出装置１Ａは、ゼロガスをテストガスの純化によって内部で生成しているので、このガス検出装置１Ａを取り巻く環境に広く分布しているテストガスであっても正確な識別が可能である。
【００８３】
図１０は、図９の例の変形例によるガス検出装置１Ｂの概略構成図である。
【００８４】
即ち、純化装置２０は、内容される材料や内部構造等により純化能力を高めることができ、１回の濾過により、基準ガスとしてのゼロガスを生成することも可能である。従って、純化性能の高い純化装置２０を配し、これに必要な配管１２ｂ及びバルブ８ａ、８ｂが、図９とは異なる構成で設けられている。そして、この装置は図９に示した装置と同様に、上記した第１及び第２のガス検出装置に適用することができる。
【００８５】
このガス検出装置１Ｂは、純化装置２０による１回の濾過により基準ガスが生成可能であるので、シリンジ２１の吸入時にはバルブ８ａが開、バルブ８ｂが閉となって、吸入されたテストガスはセンサー部７及び純化装置２０を経由し、生成された基準ガスがシリンジ２１のシリンダ４ａに一旦収容され、この排出時にはバルブ８ａが閉、バルブ８ｂが開となり、基準ガスが配管１２ｂを経由してセンサー部７に供される。
【００８６】
図１１及び図１２は、このガス検出装置１Ｂにおける純化装置２０の濾過構造の他の例を示す図であり、例えば図１１に示すように、純化装置２０ａ、２０ｂ及び２０ｃの如く複数の純化装置を並列に配した構造である。また、図１２は、例えば上記と同様の純化装置２０ａ、２０ｂを直列に配した構造（２０ｃを加えてもよい）であり、いずれも図１１と同等の純化能力を発揮することができる。
【００８７】
この例によれば、テストガスとして、筐体２の周囲ガスを導入してその匂いを測定することができ、しかも筐体２の内部に純化装置１９（又は２０）を設けて、外部から導入したテストガスを純化して基準ガスが内部で生成されるので、テストガスと基準ガスを交互にセンサーに導入して正確に測定できる上に、測定しようとする場所にこのガス検出装置１Ａ（又は１Ｂ）を持って行き、現場で測定することができると共に、テストガスをボンベから供給する場合は、この装置は現場以外の場所に固定して測定することができる。
【００８８】
上記した各例では、吸気・排気手段としてシリンジを用いたが、これらは、ベローズポンプに置き換えてもよい。ベローズポンプでも、シリンジと同じ低騒音性、小型性を得ることができる。
【００８９】
図１３は、更に他の例によるガス検出装置１Ｃを示す概略構成図であり、図１の例と同様に、第１及び第２のガス検出装置に適用することができる。
【００９０】
即ち、図１３に示すように、このガス検出装置１Ｃは、ガスの吸入・排気手段として従来例と同様のポンプを設けたものである。従って、これ以外は図１の例と同様な構成になっており、図１の例と同様に取扱うことにより、十分な性能を発揮できると共に、可搬式に形成することができるので、測定しようとする現場に持って行き、現場測定ができる一方、テストガスをボンベから供給することにより、現場以外の場所にこの装置を固定して測定することもできる。
【００９１】
上記した各例によれば、ゼロガスは、筐体に内設された供給源から供給され、又は純化装置によって筐体の内部で生成するので、測定場所が制約されることなく、どこででもこの匂い識別装置を取り巻く環境の匂いを識別することができる。
【００９２】
従って、例えば、この装置をロボットに組み込んだ場合、ロボットが自分の周囲の匂いを分析することにより、例えば家屋別室や近隣の火災、料理の出来具合、家族の帰宅、不法侵入などを検知することが可能となり、また、この装置を街路や森林、海辺に持って行くことにより、その環境の匂いを分析することが可能となる。
【００９３】
更に、吸気・排気機構として、シリンジまたはベローズポンプを用いたことにより、吸排気動作で発生する騒音が低減され、携帯や組み込みに適した小型の匂い識別装置を実現することができる。
【００９４】
また、センサーによる測定に用いたテストガスを純化して蓄積し、ゼロガスとして再利用することにより、ゼロガスとテストガスの切り替えに必要なバルブ等の部品を減らすことができ、装置全体を一層小型化することができる。
【００９５】
上述した例は、本発明の技術的思想に基づいて変形することが可能である。
【００９６】
例えば、テストガスは、測定しようとする場所の環境ガスを測定するために、装置をその現場に持って行き、その場所においてテストガスを吸入して測定できるものであるが、テストガスのみをボンベ等の容器に別途採取し、装置は別の場所に固定して測定することもできる。
【００９７】
また、第１のガス検出装置は、ゼロガスボンベの内設を限定してガスの吸排機構はシリンジでもよいとし、第２のガス検出装置は、ガスの吸排機構にシリンジの設置を限定して、ゼロガスはゼロガスボンベの内設でもよいとしているが、第１及び第２のガス検出装置のいずれも、ゼロガスボンベ及びシリンジを併用してもよい。
【００９８】
また、ガスの吸入・排気手段としては、上記したシリンジ、ポンプ又はベローズポンプ以外にも圧電素子を用いた吸入・排気手段又は、その他の吸入・排気手段を用いることができる。
【００９９】
また、上述した例はテストガス中の匂いの識別用として記述したが、これ以外にも、例えばガスの種類、その量や濃度及び物性値の測定用に適用することができる。
【０１００】
また、装置の各部の構造や配置等についても、上述した例に限らず、に適宜に変更することができる。上述したガス検出装置は、自立的に駆動されるロボット装置に組み込むことが可能である。
【０１０１】
【発明の作用効果】
上述した如く、本発明のガス検出装置によれば、基準ガスの供給源が筐体に内設され、検査用ガスが筐体外から導入されるので、検査したい領域の周囲ガスを検査用ガスとして筐体外から導入して周囲ガスを測定することができ、また、この検査用ガス又は基準ガスを筐体に内蔵したセンサーに交互に導入して、これらのガスの測定結果を測定毎に相対的に比較して検査用ガスの測定を正確に行え、この際に、基準ガスは筐体に内設された基準ガス供給源から導入しているので、基準ガス供給源を外設する場合に比べて装置全体をコンパクトに構成することができ、しかも基準ガス供給源と共に装置自体を所要の場所に移動させるように構成することが容易となる。
【０１０２】
また、内容積の拡大若しくは縮小によりガスを吸入又は排出するピストン及びシリンダの組合せからなるシリンダ機構のピストンの往復動によって、前記基準ガス又は前記検査用ガスが前記センサーに導入され、ガス吸入時は前記センサーから前記シリンダ機構へ一方向にのみガスを導く一方向弁が用いられ、ガス排出時は前記シリンダ機構から排出口へ一方向にのみガスを導く一方向弁が用いられているので、基準ガス及び検査用ガスがシリンダ内におけるピストンの往復動により吸入又は排気されるため、ガスの吸入量及び排気量が定量化されると共に、低騒音で小型のガス検出装置を提供することができ、更には、前記センサーと前記シリンダ機構とを結ぶ前記一方向弁は前記センサーから前記シリンダ機構にのみガスを流すように開閉し、前記シリンダ機構と排気口とを結ぶ前記一方向弁は前記シリンダ機構から排気口にのみガスを流すように開閉することにより、１つのシリンダ機構で、間断なく前記センサーにガスを引き込むように構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に基づく例によるガス検出装置の概略構成図である。
【図２】 同、検出した信号波形の原理図を示すグラフである。
【図３】 同、ガス検出装置のセンサー構造及び機能を示す原理図である。
【図４】同、ガス検出装置のセンサー構造を示す図である。
【図５】同、ガス検出装置のセンサー部の構成を示す図であり、（ａ）は概略図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図６】同、センサーの測定回路図である。
【図７】同、ガス検出装置による測定の具体例を示すグラフである。
【図８】同、ガス検出装置による測定の他の具体例を示すグラフである。
【図９】 他の例によるガス検出装置の概略構成図である。
【図１０】 同、ガス検出装置の変形例の概略構成図である。
【図１１】 同、ガス検出装置の純化装置の他の例を示す概略図である。
【図１２】 同、ガス検出装置の純化装置の更に他の例を示す概略図である。
【図１３】 変形例によるガス検出装置の概略構成図である。
【図１４】従来例によるガス検出装置の概略構成図である。
【図１５】同、ガス検出装置の外観概略図である。
【符号の説明】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…ガス検出装置、２…筐体、３、２１…シリンジ、
４、４ａ…シリンダ、５、５ａ…ピストン、６ａ〜６ｄ…一方向弁、
７…センサー部、８ａ、８ｂ…バルブ、９…ボンベ、１０…レギュレータ、
１１…データ処理装置、１２ａ、１２ｂ…配管、１４、４７…吸気口、
１５ａ、１５ｂ、２４、４８…排気口、
１６、１６ａ、１６ｂ…バルブ制御信号、１７…センサー信号、
１８…シリンジ制御信号、１９、２０…純化装置、２２…ポンプ、
２３…吸排気口、２５…ガラス基板、２６、４６…電極、２７…チャンバー、
２８…センサー材料薄膜、２９…配線、３０…センサー、４５…高分子体、
４９…Ａｕ粒子、５０…リンカー分子、Ａ、Ｂ、Ｃ…電気抵抗の変化
Claims (13)
- 内容積の拡大若しくは縮小によりガスを吸入又は排出する吸入・排気機構と、この吸入・排気機構に通じる基準ガス又は検査用ガスの流路と、前記検査用ガスについての検出時のゼロレベルを決めるための基準ガス供給源と、前記基準ガス及び前記検査用ガスを測定するセンサーと、前記センサーの出力データの処理及び各部の動作の制御の少なくとも一方を行う制御部とを有し、前記センサーを内蔵した筐体内に前記基準ガス供給源が内設されると共に、前記筐体外から前記検査用ガスが導入され、前記吸入・排気機構の吸入又は排出動作によって前記検査用ガスと前記基準ガスとが前記センサーに交互に導入され、測定された信号の強度によって前記検査用ガス中の特定成分が検出されるように構成したガス検出装置であって、
前記基準ガス又は前記検査用ガスが、ピストン及びシリンダの組合せからなる前記吸 入・排気機構としてのシリンダ機構のピストンの往復動によって前記センサーに導入さ れ、ガス吸入時には前記センサーから前記シリンダ機構へ一方向にのみガスを導く一方 向弁が用いられ、ガス排出時には前記シリンダ機構から排出口へ一方向にのみガスを導 く一方向弁が用いられている
ことを特徴とするガス検出装置。 - ガス吸入用の前記一方向弁が、前記センサーと、前記ピストンで仕切られた前記シリンダ機構の両室との間にそれぞれ接続されている、請求項１に記載したガス検出装置。
- 前記シリンダ機構の前記両室の一方の側が、それぞれ前記一方向弁を介して前記センサーと排気口とに接続され、もう一方の側が、それぞれ前記一方向弁を介して前記センサーと排気口に接続され、前記センサーと前記シリンダ機構とを結ぶ前記一方向弁は、いずれも前記センサーから前記シリンダ機構にのみガスを流すように開閉し、前記シリンダ機構と排気口とを結ぶ前記一方向弁は、いずれも前記シリンダ機構から排気口にのみガスを流すように開閉することにより、１つのシリンダ機構で、間断なく前記センサーにガスを引き込むように構成した、請求項２に記載したガス検出装置。
- 前記筐体外からその内部へ前記検査用ガスを吸引する吸気口と、前記センサーとの間に第１の弁を有し、前記基準ガスの供給源と前記センサーとの間に第２の弁を有し、前記ピストンがある１つの向きに運動するとき、前記第１の弁が開いて前記検査用ガスが前記センサーに取り込まれ、前記ピストンがそれとは逆の向きに運動するとき、前記第２の弁が開いて前記基準ガスが前記センサーに引き込まれることにより、１つのシリンダ機構で、間断なく前記基準ガスと前記検査用ガスとが交互に前記センサーに送り込まれる、請求項３に記載したガス検出装置。
- 前記筐体が可搬式である、請求項１に記載したガス検出装置。
- 前記検査用ガスが前記筐体外の周囲ガスである、請求項１に記載したガス検出装置。
- 前記基準ガス供給源が、前記基準ガスを収容した容器である、請求項１に記載したガス検出装置。
- 前記基準ガス供給源が前記検査用ガスの純化手段であり、この純化手段によって前記検出後の前記検査用ガスが純化された後に、前記基準ガスとして再使用される、請求項１に記載したガス検出装置。
- 前記検出後に前記検査用ガスが前記純化手段に通されて純化された後、再び前記純化手段に通されて前記基準ガスとされる、請求項８に記載したガス検出装置。
- 前記純化手段を通した前記検査用ガスを一時的に収容しておく容器を有し、この容器から前記検査用ガスが再度前記センサーに導入される、請求項８又は９に記載したガス検出装置。
- 前記純化手段が脱臭又は／及び脱水手段である、請求項８又は９に記載したガス検出装置。
- 前記検査用ガスがガス導入口から前記シリンダ機構へ吸入される時に、前記センサーにおいて前記検出に供された後、前記純化手段により純化されて前記シリンダ機構に収容され、このシリンダ機構からの排出時に、前記純化手段に再び通され純化されて前記基準ガスを生成し、この基準ガスが前記センサーに導入される、請求項８又は９に記載したガス検出装置。
- 前記検査用ガスの匂い識別に用いられる、請求項１に記載したガス検出装置。
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