JP4374723B2 - におい識別装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、応答特性の異なるガスセンサを複数個用い、それらのガスセンサから同時に得られる複数の信号に基づいてにおいの臭気強度及びにおいの質を求めるにおい識別装置に関するものである。このようなにおい識別装置は、消臭、芳香、食品の管理、悪臭の測定などの分野において、においの臭気強度及びにおいの質を求めるために用いられる。
本明細書において、臭気強度とはにおいの強さに関する尺度をいい、臭気強度及びにおいの質の官能値とは臭気強度及びにおいの質についてパネラーが求めた評価値をいう。
【０００２】
【従来の技術】
ガスセンサとしては、酸化物半導体センサや導電性高分子センサ、水晶振動子の表面にガス吸着膜を形成したセンサ（ＱＣＭ：Quartz Crystal Microbalance、水晶振動子小重量法）、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）デバイスの表面にガス吸着膜を形成したセンサなどがある。酸化物半導体センサでは、サンプルガス中のガス成分の酸化還元反応により酸化物半導体の電気抵抗が変化する現象を利用する。導電性高分子センサでは、ガス成分の吸着により導電性高分子の導電率が変化する現象を利用する。ＱＣＭやＳＡＷデバイスでは、ガス吸着膜へのガス成分の吸着による重量変化に伴い振動数が変化する現象を利用する。
【０００３】
このような現象を利用してサンプルガス中のガス成分を測定するにおい識別装置は、ガス成分に対する応答特性の異なる複数個のガスセンサを備えており、測定結果の表示方法として、複数個のガスセンサから同時に得られる複数の信号、一般には各センサ信号のピーク強度に対し主成分分析を行ない２次元又は３次元で表示する方法が広く行なわれている。
その主成分分析を用いた表示方法では、データが一番広がっている方向を主成分第１軸とし、測定対象物のにおいの質が近い場合、その主成分第１軸が信号強度方向、ひいては臭気強度方向を示す。主成分第２軸及び主成分第３軸はにおいの質方向を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
主成分分析を用いた表示方法では、主成分第１軸が信号強度方向、すなわち臭気強度方向になる場合が多いが、においの質が異なる物質を測定した場合、信号強度方向が主成分第１軸方向からずれる場合がある。仮に、信号強度方向と主成分第１軸方向が一致したとしても、ガスセンサの信号変化量が臭気強度に対応しているとは限らず、算出した主成分第１軸の尺度が官能値と合わないことがある。
また、主成分第２軸及び主成分第３軸はにおいの質方向を示し、においの質の違いを示してはいるが、例えば、焦げ臭感や甘さ感、土臭さ感、フラワー感、ミルキー感などのにおいの質に関してどのにおいの質に対応しているかがわからない場合が多く、さらに、においの質に関する値を臭気強度とともに一画面で表示できない場合も多い。そのため、オペレータにとって、においの特性を感覚的に捉えにくいという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、臭気強度の精度を向上させるとともに、複数の選択候補から選択された１又は２種類のにおいの質に関する値を臭気強度とともに一画面中に表示してにおいの特性を感覚的に捉えやすくしたにおい識別装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明を示すブロック図である。
本発明は、応答特性の異なるガスセンサを複数個用い、それらのガスセンサから同時に得られる複数の信号に基づいてにおいの臭気強度及びにおいの質を求めるにおい識別装置である。
ここで、本発明でにおいの臭気強度及び質を求めるために用いるガスセンサの信号としては、信号ピーク強度、ガス導入から一定時間後の信号値など、再現性のある結果が得られるように測定条件が設定されたものであれば、どのような条件での測定値でもよい。以下では信号として信号ピーク強度を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
【０００７】
そして、本発明は、臭気強度及び複数種のにおいの質に対する官能値が既知の複数種の基準サンプルを測定したときのガスセンサの信号ピーク強度を官能値に対応させて基準データとして記憶する記憶部１と、記憶部１に記憶された基準データに基づいて、多変量解析、好ましくは重回帰分析もしくは主成分分析を用いて、臭気強度に関して信号ピーク強度と官能値の相関を表す関係式を算出し、さらにその関係式及び未知サンプル測定時のガスセンサの信号ピーク強度に基づいて、未知サンプルの臭気強度を算出する臭気強度演算部３と、記憶部１に記憶された基準データに基づいて、多変量解析、好ましくはニューラルネットワークを用いて複数種のにおいの質に関して信号ピーク強度と官能値の関連を表す関係式を算出し、さらにその関係式及び未知サンプル測定時のガスセンサの信号ピーク強度に基づいて、未知サンプルの複数種のにおいの質に関する値を算出するにおいの質演算部５と、臭気強度演算部３が算出した未知サンプルの臭気強度を第１軸に示し、においの質演算部５が算出した未知サンプルの複数種のにおいの質に関する値のうち１種類のにおいの質に関する値を第１軸と直交する第２軸に示して未知サンプルのにおい特性を表示する表示部７とを備えたものである。
【０００８】
図２は、本発明の動作をオペレータの操作とともに示すフローチャートである。
基準データ用の測定に用いられる、官能値が既知の基準サンプルの臭気強度及び複数種のにおいの質に対する官能値データが複数種の基準サンプルについてオペレータによって入力される。記憶部１はその官能値データを記憶する。
複数種の基準サンプルについて測定が行なわれる。記憶部１は、その信号ピーク強度データを官能値データに対応させて、官能値データ及び信号ピーク強度データを基準データとして記憶する。
【０００９】
臭気強度演算部３は、記憶部１に記憶された基準データに基づいて、多変量解析、好ましくは重回帰分析もしくは主成分分析を用いて臭気強度に関して信号ピーク強度と官能値の相関を表す関係式を算出する。その関係式を、記憶部１、臭気強度演算部３又は他の記憶手段に記憶することが好ましい。
においの質演算部５は、記憶部１に記憶された基準データに基づいて、多変量解析、好ましくはニューラルネットワークを用いて複数種のにおいの質に関して信号ピーク強度と官能値の関連を表す関係式を算出する。その関係式を、記憶部１、においの質演算部５又は他の記憶手段に記憶することが好ましい。
【００１０】
未知サンプルについて測定が行なわれる。
臭気強度演算部３は、算出した臭気強度に関する関係式に未知サンプル測定時のガスセンサの信号ピーク強度を当てはめて未知サンプルの臭気強度を算出する。その臭気強度を未知サンプル測定時のガスセンサの信号ピーク強度に対応させて、記憶部１又は他の記憶手段にに記憶することが好ましい。
においの質演算部５は、多変量解析、好ましくはニューラルネットワークを用いて、算出したにおいの質に関する関係式に未知サンプル測定時のガスセンサの信号ピーク強度を当てはめて未知サンプルの複数種のにおいの質に関する値を算出する。その複数種のにおいの質に関する値を未知サンプル測定時のガスセンサの信号ピーク強度に対応させて、記憶部１又は他の記憶手段に記憶することが好ましい。
【００１１】
表示部７に表示すべき１種類のにおいの質がオペレータによって選択される。
表示部７は、臭気強度演算部１が算出した臭気強度を第１軸に示し、においの質演算部５が算出した複数種のにおいの質に関する値のうちから、選択された１種類のにおいの質に関する値を第１軸と直交する第２軸に示して未知サンプルのにおい特性を表示する。
表示部７に表示するにおいの質を変更する場合、オペレータがにおいの質の種類を再度選択すれば、表示部７は、臭気強度を第１軸に示し、新たに選択された１種類のにおいの質に関する値を第２軸に示して未知サンプルのにおい特性を表示する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
オペレータによって２種類のにおいの質が選択された場合は、表示部７は、においの質演算部５が算出した、第２軸とは異なる種類のにおいの質に関する値をさらに第１軸及び第２軸と直交する第３軸に示して、未知サンプルのにおい特性を３次元表示することが好ましい。その結果、オペレータにとって、においの特性が感覚的にさらに捉えやすくなる。
【００１３】
【実施例】
図３は、本発明を適用したにおい識別装置の一実施例を示す概略構成図である。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の要旨の範囲内で種々の変更ができる。
応答特性の異なる６個（６ｃｈ）のガスセンサが内部に配置されたセンサケース１１のガス入口に、サンプルガスが収容されたサンプルガス容器が接続されるサンプル吸引口９が設けられている。センサケース１１のガス出口は吸引ポンプ１３の吸引側に接続されている。センサケース１１には、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）１５が電気的に接続されている。ＰＣ１５にはモニタ（表示部）７が電気的に接続されている。
図示は省略されているが、ガスセンサの表面を洗浄するとともにゼロベースを与えるゼロガスをセンサケース１１に供給する機構も設けられている。
本発明の記憶部１、臭気強度演算部３及びにおいの質演算部５はＰＣ１５によって実現される。
【００１４】
図１から図３を参照して、この実施例の操作及び動作を説明する。
臭気強度及び複数種のにおいの質に対する官能値が既知の１０種類の基準サンプルの官能値データをＰＣ１５に入力する。その官能値データは記憶部１に記憶される。ここでは１０種類の基準サンプルを用いており、基準サンプル数は１０種類よりも多くても少なくてもよいが、１０種類以上であることが好ましい。
表１は、１０種類の基準サンプルの官能値データを示す。基準サンプルは基準データ番号として示す。
【００１５】
【表１】

【００１６】
基準データ番号１から１０のサンプルを図３の装置を用いて順に測定し、各サンプルについて１ｃｈから６ｃｈまでの信号ピーク強度データを得る。例えばガスセンサとして酸化物半導体センサを用いた場合、ガスセンサの抵抗値変化が上に凸の山型の出力として得られ、そのピーク強度を各ｃｈの信号ピーク強度として用いる。各基準データ番号のサンプル測定時の信号ピーク強度データは各基準データ番号の官能値データに対応して基準データとして記憶部１に記憶される。
【００１７】
ＰＣ１５の臭気強度演算部３によって、記憶部１に記憶された基準データ番号１から１０の信号ピーク強度データ及び臭気強度データに基づいて、例えばSPSS Base 9.0J for windows（ＳＰＳＳ社（米国）の製品）などの重回帰分析プログラムを用いて回帰線が求められる。回帰線を求める手段としては、他の重回帰分析プログラム又は主成分分析プログラムを用いてもよい。
具体的には、下記の式（１）に基準データ番号１から１０の信号ピーク強度データ及び臭気強度データを各基準データ番号ごとに入力することにより、全ての基準データについてその偏差が最小になるａからｆの値が求められる。ただし、式（１）中の（ch1）から（ch6）は各ガスセンサの信号ピーク強度を表す。
（臭気強度）＝ a×(ch1)＋b×(ch2)＋c×(ch3)＋…＋f×(ch6) …（１）
【００１８】
ＰＣ１５のにおいの質演算部５によって、甘さ感、焦げ臭感及びフラワー感について、記憶部１に記憶された基準データ番号１から１０の信号ピーク強度データ及び官能値データに基づいて、例えばNeural Connection 2.1などのニューラルネットワークを用いて信号ピーク強度データと官能値データの関連付けが行なわれる。ニューラルネットワークには、例えばマルチレイアファンクション（ＭＬＦ）法やラジアルベースファンクション（ＲＢＦ）法などがあり、この実施例ではＭＬＦ法を用いたが、他の手法のニューラルネットワークを用いてもよい。
【００１９】
この実施例で用いたＭＬＦ法の概要を説明すると、入力層の入力値と出力層の出力値の関係式を求めるに当たり、１層又は２層の中間層を用いて関連付けを行なうものである。入力層にガスセンサの各チャンネル番号を入力し、出力層ににおいの質としての甘さ感、焦げ臭感及びフラワー感を入力する。そして、各基準データの数値を入力すれば、ニューラルネットワークにより、それらの数値が矛盾のないように関連付けが行なわれる。この実施例では、１層の中間層を用いて関連付けを行なった。
【００２０】
未知サンプルの測定を行ない、未知サンプルについての１ｃｈから６ｃｈまでの信号ピーク強度を得る。その信号ピーク強度は、記憶部１、臭気強度演算部３及びにおいの質演算部５へ伝送される。
臭気強度演算部３によって、臭気強度に関して算出された回帰線に基づいて、未知サンプルの臭気強度が算出され、記憶部１及び表示部７へ伝送される。
ＰＣ１５のにおいの質演算部５によって、甘さ感、焦げ臭感及びフラワー感に関して算出された関係式に基づいて、未知サンプルの甘さ感、焦げ臭感及びフラワー感に関して値が算出され、記憶部１及び表示部７へ伝送される。
【００２１】
図４は、表示部７に表示される未知サンプルのにおい特性を示すグラフである。縦軸は臭気強度を示し、横軸はにおいの質で、ここではその１つである甘さ感を示す。
表示部７に表示するにおいの質として、甘さ感、焦げ臭感及びフラワー感の選択候補のうちから甘さ感をオペレータが選択すると、縦軸（第１軸）に臭気強度を示し、横軸（第２軸）に甘さ感を示すグラフが表示部７に表示される。図４のグラフ中で、菱型の小さい点は基準データを示し、円型の大きな点は未知サンプルを示し、ここでは４種類の未知サンプルが示されている。
【００２２】
横軸に表示するにおいの質として、オペレータが焦げ臭感又はフラワー感を選択すれば、表示部７には、横軸に焦げ臭感又はフラワー感が示される。さらに、甘さ感、焦げ臭感及びフラワー感の選択候補のうちから２種類の選択候補を選択すれば、縦軸（第１軸）に臭気強度を示し、第２軸及び第３軸に、選択されたにおいの質を示して３次元表示したグラフが表示される。
【００２３】
このように、臭気強度を第１軸に示し、官能値を第２軸又は第２軸及び第３軸に示してにおいの特性を表示することにより、オペレータはにおいの特性を感覚的に捉えやすくなる。
さらに、基準サンプルとして、安定な基準物質を選んでおけば、装置間に存在する機差の問題を解消することができ、算出した臭気強度の精度を向上させることができる。
【００２４】
この実施例では応答特性の異なる６個のガスセンサを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガスセンサの個数は２個以上であれば何個でもよく、同じ応答特性をもつガスセンサを２個以上配置してもよい。
この実施例において用いるガスセンサとしては、酸化物半導体センサや導電性高分子センサ、ＱＣＭ、ＳＡＷデバイスを利用したセンサなど、どのようなガスセンサを用いてもよい。さらに、これらの動作原理の異なるガスセンサを組み合わせて用いてもよい。酸化物半導体センサを用いる場合は、酸化物半導体センサの動作に必要な酸素を供給する機構を設けることはいうまでもない。
また、実施例ではガスセンサから同時に得られる複数の信号として信号ピーク強度を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガス導入から一定時間後の信号値など、再現性のある結果が得られるように測定条件が設定されたものであれば、どのような条件での測定値でもよい。
【００２５】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を行なうことができる。本発明の実施態様例を以下に例示する。
【００２６】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を行なうことができる。本発明の実施態様例を以下に例示する。
（１）前記においの質に関する情報が３項目以上のときに、第２軸と第３軸には３項以上の項目から二つの項目を選択して表示する請求項２に記載のにおい識別装置。
（２）前記臭気強度演算部の多変量解析としては重回帰分析もしくは主成分分析を用いる請求項１から３のいずれかに記載のにおい識別装置。
（３）前記においの質演算部の多変量解析としてはニューラルネットワークを用いる請求項１から４のいずれかに記載のにおい識別装置。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のにおい識別装置では、臭気強度及び複数種のにおいの質に対する官能値が既知の複数種の基準サンプルの官能値、並びに基準サンプルを測定したときのガスセンサの信号に基づいて、臭気強度演算部により、多変量解析、好ましくは重回帰分析もしくは主成分分析を用いて、臭気強度に関して信号と官能値の相関を表す関係式を算出し、においの質演算部により、多変量解析、好ましくはニューラルネットワークを用いて複数種のにおいの質に関して信号と官能値の関連を表す関係式を算出し、さらに未知サンプル測定時のガスセンサの信号に基づいて、臭気強度演算部により未知サンプルの臭気強度を算出し、においの質演算部により複数種のにおいの質に関する値を算出し、表示部により、未知サンプルの臭気強度を第１軸に示し、未知サンプルの複数種のにおいの質のうち１種類のにおいの質を第１軸と直交する第２軸に示して未知サンプルのにおい特性を表示するようにしたので、臭気強度の精度を向上させることができ、さらに複数の選択候補から選択されたにおいの質に関する値を臭気強度とともに一画面中に表示してにおいの特性を感覚的に捉えやすくすることができる。
さらに、表示部は、においの質演算部が算出した第２軸とは異なる種類のにおいの質に関する値を第１軸及び第２軸と直交する第３軸に示して未知サンプルのにおい特性を３次元表示するようにすれば、オペレータにとって、においの特性が感覚的にさらに捉えやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を示すブロック図である。
【図２】 本発明の動作をオペレータの操作とともに示すフローチャートである。
【図３】 本発明を適用したにおい識別装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図４】 表示部に表示される未知サンプルのにおい特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 記憶部
３ 臭気強度演算部
５ においの質演算部
７ 表示部

Claims (2)

1. 応答特性の異なるガスセンサを複数個用い、それらのガスセンサから同時に得られる複数の信号に基づいてにおいの臭気強度及びにおいの質を求めるにおい識別装置において、
   臭気強度及び複数種のにおいの質に対する官能値が既知の複数種の基準サンプルを測定したときのガスセンサの信号を前記官能値に対応させて基準データとして記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された前記基準データに基づいて、多変量解析を用いて、臭気強度に関して信号と官能値の相関を表す関係式を算出し、さらにその関係式及び未知サンプル測定時のガスセンサの信号に基づいて、未知サンプルの臭気強度を算出する臭気強度演算部と、
   前記記憶部に記憶された前記基準データに基づいて、多変量解析を用いて複数種のにおいの質に関して信号と官能値の関連を表す関係式を算出し、さらにその関係式及び未知サンプル測定時のガスセンサの信号に基づいて、未知サンプルの複数種のにおいの質に関する値を算出するにおいの質演算部と、
   前記臭気強度演算部が算出した未知サンプルの臭気強度を第１軸に示し、前記においの質演算部が算出した未知サンプルの複数種のにおいの質に関する値のうち１種類のにおいの質に関する値を第１軸と直交する第２軸に示して未知サンプルのにおい特性を表示する表示部と、を備えたことを特徴とするにおい識別装置。
2. 前記表示部は、前記においの質演算部が算出した第２軸とは異なる種類のにおいの質に関する値をさらに第１軸及び第２軸と直交する第３軸に示して未知サンプルのにおい特性を３次元表示する請求項１に記載のにおい識別装置。

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