JP4009725B2 - ガス濃度測定法、及びガス濃度測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、情報工学、電子工学及び環境工学などの分野において使用することのできるガス濃度測定法及びガス濃度測定装置に関する。

従来、ガス濃度を測定するに際しては検知管が用いられていた。検知管は取り扱いが容易であり、作業者の熟練の度合いによらず簡易かつ短時間で目的とするガス成分の濃度を検出することができる。

しかしながら、従来の検知管は使い捨てタイプであって、ガス成分の測定後には廃棄し、ガス成分測定毎に新たな検知管を準備する必要が生じ、コスト高の原因となっていた。また、上述した検知管を用いたガス成分濃度測定では、特定の時刻におけるガス成分の濃度を測定できるのみで、リアルタイムの測定を行うことができなかった。

さらに、作業者が検知管の色変化目盛りを目視で読み取るため、ガス成分濃度の測定誤差が増大してしまうという問題もあった。また、作業者が逐一検知管の目盛りの読取りを行う必要があったため、無人測定や遠隔操作などによってガス成分濃度の測定を行うことはできなかった。

本発明は、低コストでガス成分濃度の測定をリアルタイムで高精度に行うことができ、さらに無人測定や遠隔操作などを用いてガス成分の濃度測定を実行せしめることを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
所定のガス成分と反応して変色する粒状の検知剤を透明容器内に充填する工程と、
前記透明容器の一端から前記ガス成分を導入し、前記検知剤と反応させて変色層を形成する工程と、
前記透明容器内における前記変色層の長さから前記ガス成分の濃度を測定する工程とを具え、
前記変色層の画像をスキャナ又はディジタルカメラを用いて撮像するとともに、区分求積法を用いて前記変色層の長さを同定することを特徴とする、ガス濃度測定法に関する。

また、本発明は、
所定のガス成分と反応して変色する粒状の検知剤を充填した透明容器と、
前記透明容器内に充填された前記検知剤の、前記ガス成分と反応して生成された変色層を撮像するスキャナ又はディジタルカメラと、区分求積法を用いて前記変色層の長さを同定する画像処理手段とを具えることを特徴とする、ガス濃度測定装置に関する。

本発明においては、所定のガス成分と反応して変色する粒状の検知剤を充填した透明容器を用い、この透明容器内に前記ガス成分を導入した際の、前記ガス成分と前記検知剤との反応を通じて生成した変色層を得るようにしている。前記変色層の長さは前記ガス成分の濃度と比例し、前記ガス成分の濃度が増大すれば、前記変色層の長さも増大する。したがって、前記変色層の長さを導出することにより、前記ガス成分の濃度を間接的に測定できるようになる。

また、前記変色層の長さと前記ガス成分濃度との相関を示したグラフを予め作成しておけば、前記変色層の長さを導出するのみで前記ガス成分濃度を定量できるようになる。

本発明において、前記検知剤が充填された前記透明容器は、従来の検知管と同様の機能を有するようになるが、本発明においては、前記透明容器内の検知剤を交換すれば、前記透明容器自体はガス濃度測定に対して繰り返し使用することができる。したがって、ガス濃度測定に対するコストを低減することができる。さらに検知剤を可逆反応性の物質から構成するようにすれば、検知剤を交換することなく、前記検知剤が充填された透明容器を検知管としてガス濃度測定に対して繰り返し使用することができる。

また、上述した変色層の長さは測定すべきガス成分の濃度変化に応じて変化するため、前記ガス成分の濃度をリアルタイムで計測することができる。

さらに、前記変色層の長さは目視で計測することもできるが、所定の撮像装置、具体的にはスキャナ又はディジタルカメラを用いて撮像し、前記変色層を画像として得、コンピュータなどの画像処理手段を用いて前記画像を分析し、前記変色層の長さを自動的に計測するようにすれば、ガス濃度測定を遠隔操作で行うこともできるし、無人で行うこともできるようになる。

なお、前記変色層の長さを画像分析から導出する場合は、区分求積法を用いる。原画像のままでは、検知管に検知剤が充填されているために、検知剤などに起因したノイズが混入し、変色層の境界、さらには前記変色層の長さを決定することが困難な場合がある。

また、前記画像（画像信号）内のノイズを除去するために、フィルタリングを施すことができ、さらには前記検知剤が充填された前記透明容器の原画像を得、この原画像と前記画像との差分を取ることにより、前記検知剤あるいは前記透明容器に起因した前記画像（画像信号）内のノイズを除去できるようになる。

以上説明したように、本発明によれば、低コストでガス成分濃度の測定をリアルタイムで高精度に行うことができ、さらに無人測定や遠隔操作などを用いてガス成分の濃度測定を実行せしめることができる。

以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明のガス濃度測定装置の一部を示す構成図である。図１に示すガス濃度測定装置は、検知剤１２が充填された、例えばガラスからなる透明容器１１と、この透明容器１１に隣接するようにして配置された撮像装置としてのスキャナ１３とを具えている。但し、スキャナ１３をディジタルカメラで置換することもできる。

検知剤１２は、測定すべき所定のガス成分と反応してその色彩を変化させるような物質から構成する。例えば、シリカゲルやアルミナなどの粒体に、所定の試薬をコーティングしたものなどを用いることができる。この場合、前記試薬が前記ガス成分と反応し、その色彩を変化させるようになる。前記試薬の種類は、市販されている試薬から測定すべきガス成分の種類に応じて適宜に選択することによって決定する。

透明容器１１の入口１１Ａから測定すべきガス成分を含んだガスが導入されると、前記ガス成分は、検知剤１２と反応してその色彩を変化させ、入口１１Ａ側に変色層Ｘを形成する。なお、検知剤と反応しない残りの成分は透明容器１１の出口１１Ｂから放出される。

その後、変色層Ｘを含む透明容器１１の全体がスキャナ１３によって撮影され、その画像が図示しない画像処理手段としてのコンピュータ内に取り込まれる。前記コンピュータ内では、検知剤１２のおける変色層Ｘと、出口１１Ｂ側に位置する非変色層Ｙとの境界が決定され、その境界に基づいて変色層Ｘの長さが決定される。変色層Ｘの長さは測定すべきガス成分の濃度と比例するので、変色層Ｘの長さを同定することにより、前記ガス成分の濃度を測定できるようになる。

この際、変色層Ｘの長さとガス成分濃度との相関を示すグラフを作成しておけば、変色層Ｘの長さを同定することによって、前記ガス成分の濃度を定量できるようになる。また、変色層Ｘの長さは前記ガス成分濃度に応じて変化するので、変色層Ｘの長さを同定することにより、前記ガス成分濃度をリアルタイムで計測することができる。

図２は、区分求積法を用いて変色層Ｘの長さを導出する方法を説明するための図である。本例においては、変色層Ｘが黄色を呈し、非変色層Ｙが白色を呈するものとする。ΔＸをサンプリング間隔、ｎをデータ数、yellow aveを変色層Ｘの黄色の平均値、white aveを非変色層Ｙの白色の平均値、Ｌを変色層Ｘの長さとすると、変色層Ｘの長さＬは、下記式で表すことができる。

上式は、変色層Ｘの長さ方向の全体に亘って平均値をとり、その平均値に対するyellow aveとwhite aveとの寄与比率を求めることにより、平均的な境界を決定するものである。

上述したような画像処理によって変色層Ｘの長さを導出する場合、変色層Ｘを含む画像信号に対してフィルタリングを行い、前記画像信号内に含まれるノイズを除去することが好ましい。前記フィルタリングは、空間フィルタなどを用いて行うことができる。但し、前記フィルタリングは、上述した画像処理を行うことなく独立に実施することもできる。

上述した画像処理によって変色層１３の長さを導出する場合、得られた画像（画像信号）内には、検知剤１２及び透明容器１１の反射などに起因する多数のノイズ信号が含まれ、上述したような変色層Ｘの長さの同定を正確に行うことができない場合がある。このような場合には、ガス濃度測定以前に、検知剤１２を含む透明容器１１の全体をスキャナ１３で撮影して原画像を得、この原画像（原画像信号）と前記画像（画像信号）との差分を取るようにすることが好ましい。

前記原画像（原画像信号）内には、検知剤１２及び透明容器１１の反射などに起因する多数のノイズ信号が含まれているので、前記原画像（原画像信号）と前記画像（画像信号）との差分を取ることにより、前記画像（画像信号）から前記ノイズ信号のみを効果的に除去することができるようになる。この結果、上述した画像処理による変色層Ｘの長さの同定を正確に行うことができるようになる。

上述したような画像処理によれば、作業者を介することなく変色層Ｘの長さを同定することができるので、無人でガス濃度測定を行うことができ、遠隔操作によってガス濃度測定を行うことができるようになる。また、作業者間による変色層Ｘの長さの読取り誤差などをも低減して、より高精度にガス濃度測定を行うことができるようになる。

但し、変色層Ｘの長さの読取りを目視で人為的に実施しても、読取り誤差などに起因したガス濃度測定の精度の低下が生じるものの、ガス濃度測定に対する検知剤１２を含む透明容器１１の使用頻度が増し、ガス濃度測定の低コスト化を達成することができる。

図３は、図１に示すガス濃度測定装置の変形例である。図３に示すガス濃度測定装置においては、透明容器１１が複数配列されており、これら透明容器１１に隣接するようにしてスキャナ１３が配設されている。複数の透明容器１１内にはそれぞれ互いに相異なる種類の粒状検知剤が充填されている。したがって、各透明容器１１は互いに相異なる特定のガス成分に対してのみ検知管として機能し、前記特定のガス成分のみが各透明容器１１内に充填された検知剤と反応して変色層を形成するようになる。

したがって、複数のガス成分を含むガスを図３に示す装置内に導入するようにすれば、前記複数のガス成分の濃度を同時に測定することができるようになる。

なお、各透明容器１１内における変色層の長さの導出は、図１に示す装置を用いた場合と同様にして行うことができる。

以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

本発明の本発明のガス濃度測定装置の一部を示す構成図である。 区分求積法を用いて変色層の長さを導出する方法を説明するための図である。 図１に示すガス濃度測定装置の変形例である。

符号の説明

１１ 透明容器
１２ 検知剤
１３ スキャナ

Claims (14)

1. 所定のガス成分と反応して変色する粒状の検知剤を透明容器内に充填する工程と、
   前記透明容器の一端から前記ガス成分を導入し、前記検知剤と反応させて変色層を形成する工程と、
   前記透明容器内における前記変色層の長さから前記ガス成分の濃度を測定する工程とを具え、
   前記変色層の画像をスキャナ又はディジタルカメラを用いて撮像するとともに、区分求積法を用いて前記変色層の長さを同定することを特徴とする、ガス濃度測定法。
2. 前記変色層の画像を前記スキャナを用いて撮像することを特徴とする、請求項１に記載のガス濃度測定法。
3. それぞれ異なるガス成分と反応して変色する粒状の検知剤を充填した透明容器を複数準備し、これら複数の透明容器の一端から複数のガス成分を導入して、前記複数のガス成分の濃度を同時に測定することを特徴とする、請求項１又は２に記載のガス濃度測定法。
4. 前記画像に対してフィルタリングを施し、前記画像中のノイズを除去することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載のガス濃度測定法。
5. 前記フィルタリングは空間フィルタを用いて行うことを特徴とする、請求項４に記載のガス濃度測定法。
6. 前記検知剤が充填された前記透明容器の原画像を得、前記画像と前記原画像との差分を取ることにより、前記画像中のノイズを除去することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載のガス濃度測定法。
7. 前記ガス成分の濃度変化をリアルタイムで測定することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載のガス濃度測定法。
8. 所定のガス成分と反応して変色する粒状の検知剤を充填した透明容器と、
   前記透明容器内に充填された前記検知剤の、前記ガス成分と反応して生成された変色層を撮像するスキャナ又はディジタルカメラと、区分求積法を用いて前記変色層の長さを同定する画像処理手段とを具えることを特徴とする、ガス濃度測定装置。
9. 前記スキャナを用いて前記変色層を撮像することを特徴とする、請求項８に記載のガス濃度測定装置。
10. それぞれ異なるガス成分と反応して変色する粒状の検知剤を充填した複数の透明容器と、
    各透明容器内に充填された前記検知剤の、前記ガス成分と反応して生成された変色層を撮像するスキャナ又はディジタルカメラと、区分求積法を用いて前記変色層の長さを同定する画像処理手段とを具えることを特徴とする、請求項８又は９に記載のガス濃度測定装置。
11. 前記変色層を撮像して得た画像からノイズを除去するためのフィルタリング手段を具えることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一に記載のガス濃度測定装置。
12. 前記フィルタリング手段は空間フィルタであることを特徴とする、請求項１１に記載のガス濃度測定装置。
13. 前記検知剤が充填された前記透明容器の原画像を得、前記画像と前記原画像との差分を取ることにより、前記画像中のノイズを除去するように構成したことを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか一に記載のガス濃度測定装置。
14. 前記ガス成分の濃度変化をリアルタイムで測定するように構成したことを特徴とする、請求項８〜１３のいずれか一に記載のガス濃度測定装置。

Images