JP5327965B2 - Gas concentration measuring method and gas concentration measuring device - Google Patents

Gas concentration measuring method and gas concentration measuring device Download PDF

Info

Publication number
JP5327965B2
JP5327965B2 JP2009147207A JP2009147207A JP5327965B2 JP 5327965 B2 JP5327965 B2 JP 5327965B2 JP 2009147207 A JP2009147207 A JP 2009147207A JP 2009147207 A JP2009147207 A JP 2009147207A JP 5327965 B2 JP5327965 B2 JP 5327965B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
color change
humidity
gas concentration
discoloration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2009147207A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011002400A (en
Inventor
高道 中本
朋弘 池田
雄美 有本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Institute of Technology NUC
Original Assignee
Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Institute of Technology NUC filed Critical Tokyo Institute of Technology NUC
Priority to JP2009147207A priority Critical patent/JP5327965B2/en
Publication of JP2011002400A publication Critical patent/JP2011002400A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5327965B2 publication Critical patent/JP5327965B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、ガス濃度測定方法及びガス濃度測定装置に関する。   The present invention relates to a gas concentration measurement method and a gas concentration measurement device.

ガス濃度を測定するに際して、ガス検知管を用いた測定が行われている。ガス検知管は特定のガスにさらすと色変化を起こす試薬(検知剤)がガラス管の中に充填されており、その変色層の長さを読み取ることにより、ガス濃度を検出するものである。ガス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。   When measuring the gas concentration, measurement using a gas detector tube is performed. The gas detection tube is filled with a reagent (detection agent) that causes a color change when exposed to a specific gas, and the gas concentration is detected by reading the length of the discolored layer. The gas detector tube is easy to handle and can detect the concentration of the target gas component simply and in a short time regardless of the level of skill of the operator.

従来、ガス検知管の変色長は目視で読み取っていたが、それを光学スキャナで読み取り、変色層を求める方法を本願発明者らは先に提案した(特許文献1参照)。この方法を用いることで、自動読み取りによりデータの再現性が向上し、変色境界がぼやけているときにも再現性よく変色量を測定することができる。また、ごくわずかな色変化も検出することができ、わずかな変色長の変化も測定可能である。更に、検知管画像には雑音が多く混入するが、それも信号処理により低減することができる。これらに加えて連続吸引による蓄積効果を加えれば、目視読み取り装置より1桁以上高感度化を達成することができる。   Conventionally, the color change length of the gas detection tube has been read visually, but the inventors of the present application have previously proposed a method for obtaining the color change layer by reading it with an optical scanner (see Patent Document 1). By using this method, data reproducibility is improved by automatic reading, and the amount of color change can be measured with good reproducibility even when the color change boundary is blurred. In addition, a slight change in color can be detected, and a slight change in color change length can also be measured. Furthermore, a lot of noise is mixed in the detector tube image, which can also be reduced by signal processing. In addition to these, if an accumulation effect by continuous suction is added, it is possible to achieve higher sensitivity by one digit or more than the visual reading device.

また、1次元CCDセンサで、前記変色層を求める装置を開発し、その装置を用いて、多点同時によるガス濃度分布計測の実験を行った。1次元CCDセンサは、光学スキャナよりも小型な装置を製作することが可能であり、マイコン制御することができるため、パソコンが不要で直接無線LANに接続することができる。しかし、同時に測定することができるのは、1種類のガス検知管のみであることから、更に小型化することが必要である。   In addition, an apparatus for obtaining the discoloration layer was developed using a one-dimensional CCD sensor, and an experiment for measuring the gas concentration distribution at the same time was performed using the apparatus. A one-dimensional CCD sensor can be manufactured in a smaller device than an optical scanner and can be controlled by a microcomputer, so that a personal computer is not required and can be directly connected to a wireless LAN. However, since only one type of gas detection tube can be measured at the same time, it is necessary to further reduce the size.

そこで、携帯電話のカメラを用いて、ガス検知管の画像(前記変色層)を読み取る装置を提案した(特許文献2参照)。この装置では、メールの添付ファイルで画像を送り、多点のガス濃度情報を容易に収集することができる。また、携帯電話を用いることで、遠隔操作をすることもできる。更に、カメラを用いることで、目視では判断するのが難しい色変化を読み取ることができるために、感度の向上も可能である。   Then, the apparatus which reads the image (the said discoloration layer) of a gas detection tube using the camera of the mobile telephone was proposed (refer patent document 2). In this apparatus, an image can be sent as an email attachment and multi-point gas concentration information can be easily collected. In addition, remote control can be performed by using a mobile phone. Furthermore, by using a camera, it is possible to read a color change that is difficult to determine visually, so that the sensitivity can be improved.

しかし、カメラによる前記変色層の変色面積(変色量)の測定を進めるにつれて、目視では現れなかった問題が明らかになってきた。   However, as the measurement of the discoloration area (discoloration amount) of the discoloration layer by the camera proceeds, problems that did not appear visually have become apparent.

それは、湿度により、わずかにガス検知管の白色の部分(特定のガスにより変色していない部分、未変色部)が色変化を起こすことである。この色変化は、カメラで撮影した画像から変色面積を計算するときに無視することができないものである。また、ガスを通気することによって変色した変色部に関しても、変色する様子が、同濃度であっても、湿度によって異なることがわかった。具体的には、同濃度のガスを通気した場合に、そのガスの湿度が高くなるにつれて、ガス検知管の変色部の色が濃くなることがあった。この湿度依存性についても、ガス濃度測定に関して、無視することができない。   That is, the white portion of the gas detector tube (the portion that is not discolored by a specific gas, the undiscolored portion) undergoes a color change due to humidity. This color change cannot be ignored when calculating the color change area from an image taken by a camera. Further, it was found that the discoloration portion discolored by aeration of gas varies depending on the humidity even at the same concentration. Specifically, when a gas having the same concentration is vented, the color of the discolored portion of the gas detection tube may become darker as the humidity of the gas increases. This humidity dependency cannot be ignored for gas concentration measurement.

特許第4009725号公報Japanese Patent No. 4009725 特開2007−218878号公報JP 2007-218878 A

前記したように、ガス検知管を用いてガス濃度を測定する際において、ガスの湿度の影響を無視することができない。このことから、湿度が制御されていない通常の大気中では、ガス濃度を正しく求めることができないおそれがある。   As described above, when measuring the gas concentration using the gas detection tube, the influence of the humidity of the gas cannot be ignored. For this reason, there is a possibility that the gas concentration cannot be obtained correctly in a normal atmosphere where the humidity is not controlled.

そこで、本発明は、ガス検知管を用いて、ガス濃度を精度よく(正しく)算出することができるガス濃度測定方法及びガス濃度測定装置を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a gas concentration measuring method and a gas concentration measuring device capable of accurately (correctly) calculating a gas concentration using a gas detector tube.

本発明に係るガス濃度測定方法は、ガス検知管を用いたガス濃度測定方法であって、前記ガス検知管にガスを通気する通気工程と、前記ガスが通気した前記ガス検知管をカメラで撮影する撮影工程と、前記カメラで撮影された前記ガス検知管の画像データを解析し、当該ガス検知管の前記ガスによる変色速度を算出する変色速度算出工程と、湿度センサにより、前記ガスの湿度を検出する検出工程と、前記変色速度と前記湿度とから、前記ガスの湿度による変色分の補正をして、前記ガスの濃度を算出するガス濃度算出工程と、を含むことを特徴とする。   The gas concentration measurement method according to the present invention is a gas concentration measurement method using a gas detection tube, wherein a gas is passed through the gas detection tube, and the gas detection tube through which the gas has passed is photographed with a camera. An imaging step, analyzing the image data of the gas detector tube imaged by the camera, calculating a color change rate due to the gas of the gas detector tube, and a humidity sensor to determine the humidity of the gas. And a gas concentration calculation step of calculating the concentration of the gas by correcting the color change due to the humidity of the gas from the color change speed and the humidity.

このガス濃度測定方法では、前記の通気工程〜ガス濃度算出工程の一連の工程を行うことによって、ガスの湿度にかかわらず(ガス検知管の色変化の湿度依存性を補正して)、ガス濃度を正しく算出することができる。   In this gas concentration measurement method, by performing a series of steps from the ventilation step to the gas concentration calculation step, the gas concentration is adjusted regardless of the humidity of the gas (correcting the humidity dependency of the color change of the gas detector tube). Can be calculated correctly.

また、前記ガス濃度測定方法において、前記ガス検知管は、複数のガス検知管からなり、前記変色速度算出工程は、前記ガス検知管の前記画像データから、各ガス検知管の画像データを切り出して解析することを特徴とする。
このガス濃度測定方法では、ガス検知管は複数のガス検知管からなり、変色速度算出工程において、ガス検知管の画像データから、各ガス検知管の画像データを切り出して解析することによって、複数のガス検知管で、複数のガスのガス濃度を算出することができる。
In the gas concentration measurement method, the gas detection tube includes a plurality of gas detection tubes, and the discoloration speed calculation step extracts image data of each gas detection tube from the image data of the gas detection tube. It is characterized by analyzing.
In this gas concentration measurement method, the gas detector tube is composed of a plurality of gas detector tubes, and in the color change rate calculation step, the image data of each gas detector tube is cut out and analyzed from the image data of the gas detector tube. The gas concentration of a plurality of gases can be calculated with the gas detector tube.

また、前記ガス濃度測定方法において、前記ガス濃度算出工程は、前記ガスの濃度を、非線形写像手段を用いることで算出することを特徴とする。
このガス濃度測定方法では、ガス濃度算出工程において、非線形写像手段を用いることによって、変色速度と湿度とから、ガス濃度を算出することができる。
In the gas concentration measuring method, the gas concentration calculating step calculates the concentration of the gas by using a non-linear mapping means.
In this gas concentration measurement method, the gas concentration can be calculated from the color change rate and the humidity by using a nonlinear mapping means in the gas concentration calculation step.

また、前記ガス濃度測定方法において、前記非線形写像手段は、ニューラルネットワークであることを特徴とする。
このガス濃度測定方法では、ガス濃度算出工程において、変色速度と湿度とを、非線形写像手段である(学習終了後の)ニューラルネットワークに入力することによって、精度よくガス濃度を算出することができる。
In the gas concentration measurement method, the nonlinear mapping means is a neural network.
In this gas concentration measurement method, in the gas concentration calculation step, the gas concentration can be accurately calculated by inputting the color change rate and the humidity into a neural network (after learning is completed) which is a nonlinear mapping means.

また、前記ガス濃度測定方法において、前記変色速度算出工程は、前記変色速度を、区分求積法を用いて求めた変色面積と、時間との関係から算出することを特徴とする。
このガス濃度測定方法では、変色速度算出工程において、カメラで撮影されたガス検知管の画像データを解析することによって、具体的には、区分求積法を用いて求めた変色面積と、(通気)時間との関係から、変色速度(反応速度)を算出する。この区分求積法を用いることによって、ガス検知管の画像データの雑音を低減することができ、適切な変色面積(変色速度)を算出することができる。
Further, in the gas concentration measuring method, the color change rate calculating step calculates the color change rate from a relationship between a color change area obtained using a division quadrature method and time.
In this gas concentration measurement method, in the discoloration rate calculation step, by analyzing the image data of the gas detector tube photographed by the camera, specifically, the discoloration area obtained using the sectional quadrature method, ) Calculate the color change rate (reaction rate) from the relationship with time. By using this sectional quadrature method, noise in the image data of the gas detector tube can be reduced, and an appropriate color change area (color change rate) can be calculated.

また、前記ガス濃度測定方法において、前記変色速度算出工程は、前記変色面積を、前記ガス検知管の前記ガスによって変色していない未変色部の前記ガスの湿度による変色分の補正をして算出することを特徴とする。
このガス濃度測定方法では、変色速度算出工程において、ガス検知管の(特定の)ガスによって変色していない未変色部のガスの湿度による変色分の補正をして、変色面積を算出する。このことによって、未変色部の色変化の湿度依存性を補正することができ、適切な変色面積を算出することができる。
Further, in the gas concentration measurement method, the color change rate calculating step calculates the color change area by correcting the color change due to the humidity of the gas in an uncolored portion that is not changed by the gas in the gas detection tube. It is characterized by doing.
In this gas concentration measurement method, in the color change rate calculation step, the color change area is calculated by correcting the color change due to the humidity of the gas in the uncolored portion that has not been changed by the (specific) gas in the gas detector tube. As a result, the humidity dependency of the color change of the unchanged color portion can be corrected, and an appropriate color change area can be calculated.

また、前記ガス濃度測定方法において、前記変色速度算出工程は、測定を始める前に予め撮影した前記ガス検知管の画像データと、前記撮影工程で撮影した前記ガス検知管の画像データとの差分の画像データについて、所定の閾値以下の画素値を0とする閾値法によって前記未変色部の前記ガスの湿度による変色分の補正を行い、当該補正後の画像データを用いて前記変色面積を算出することを特徴とする。
このガス濃度測定方法では、変色速度算出工程において、未変色部のガスの湿度による変色分の補正を、閾値法により行うことによって、未変色部の色変化の湿度依存性を適切に補正することができる。
Further, in the gas concentration measurement method, the discoloration rate calculating step includes calculating a difference between the image data of the gas detector tube photographed in advance before starting the measurement and the image data of the gas detector tube photographed in the photographing step. For the image data, correction of the discoloration due to the humidity of the gas in the uncolored portion is performed by a threshold method in which the pixel value equal to or less than a predetermined threshold is 0, and the discoloration area is calculated using the corrected image data. It is characterized by that.
In this gas concentration measurement method, in the color change rate calculating step, the humidity change of the color change of the unchanged color portion is corrected appropriately by performing the correction of the color change due to the humidity of the gas of the unchanged color portion by the threshold method. Can do.

また、前記ガス濃度測定方法において、測定を始める前に、予め前記ガス検知管に大気を通気させて当該ガス検知管の湿度応答を飽和させる事前通気法によって前記未変色部の前記ガスの湿度による変色分の補正を行うことを特徴とする。
このガス濃度測定方法では、変色速度算出工程において、未変色部のガスの湿度による変色分の補正を、事前通気法により行うことによって、未変色部の色変化の湿度依存性を適切に補正することができる。
Further, in the gas concentration measurement method, before starting measurement, the gas detection tube is preliminarily ventilated with air to saturate the humidity response of the gas detection tube. discoloration amount of the correction and said row Ukoto.
In this gas concentration measurement method, in the color change rate calculation step, the humidity change of the color change of the unchanged color portion is appropriately corrected by correcting the color change due to the humidity of the gas of the unchanged color portion by the preliminary ventilation method. be able to.

また、本発明に係るガス濃度測定装置(システム)は、ガス検知管と、前記ガス検知管にガスを通気するポンプと、前記ガスが通気した前記ガス検知管を撮影するカメラと、前記カメラで撮影された前記ガス検知管の画像データを解析し、当該ガス検知管の前記ガスによる変色速度を算出する変色速度算出手段と、前記ガスの湿度を検出する湿度センサと、前記変色速度と前記湿度とから、前記ガスの湿度による変色分の補正をして、前記ガスの濃度を算出するガス濃度算出手段と、を備えることを特徴とする。   A gas concentration measuring device (system) according to the present invention includes a gas detection tube, a pump for venting gas through the gas detection tube, a camera for photographing the gas detection tube through which the gas has passed, and the camera. Analyzing the imaged image data of the gas detector tube, calculating a color change rate by the gas of the gas detector tube, a humidity sensor for detecting the humidity of the gas, the color change rate and the humidity And a gas concentration calculating means for calculating the concentration of the gas by correcting the color change due to the humidity of the gas.

このガス濃度測定装置では、前記のポンプ〜ガス濃度算出手段を備えることによって、ガスの湿度にかかわらず、ガス濃度を正しく算出することができる。   In this gas concentration measuring device, the gas concentration can be correctly calculated regardless of the humidity of the gas by providing the pump to the gas concentration calculating means.

また、前記ガス濃度測定装置において、前記ガス検知管は、複数のガス検知管からなり、前記変色速度算出手段は、前記ガス検知管の前記画像データから、各ガス検知管の画像データを切り出して解析することを特徴とする。
このガス濃度測定装置では、ガス検知管は、複数のガス検知管からなり、変色速度算出手段が、ガス検知管の画像データから、各ガス検知管の画像データを切り出して解析することによって、複数のガス検知管で、複数のガスのガス濃度を算出することができる。
Further, in the gas concentration measuring apparatus, the gas detection tube is composed of a plurality of gas detection tubes, and the color change rate calculating means cuts out image data of each gas detection tube from the image data of the gas detection tube. It is characterized by analyzing.
In this gas concentration measuring apparatus, the gas detector tube is composed of a plurality of gas detector tubes, and the discoloration rate calculating means cuts out and analyzes the image data of each gas detector tube from the image data of the gas detector tube. The gas concentration of a plurality of gases can be calculated with this gas detector tube.

また、前記ガス濃度測定装置において、前記ガス濃度算出手段は、非線形写像手段であることを特徴とする。
このガス濃度測定装置では、ガス濃度算出手段が非線形写像手段であることによって、変色速度と湿度とから、ガス濃度を算出することができる。
In the gas concentration measuring apparatus, the gas concentration calculating means is a non-linear mapping means.
In this gas concentration measuring apparatus, since the gas concentration calculating means is a non-linear mapping means, the gas concentration can be calculated from the color change rate and the humidity.

また、前記ガス濃度測定装置において、前記非線形写像手段は、ニューラルネットワークであることを特徴とする。
このガス濃度測定装置では、非線形写像手段がニューラルネットワークであることによって、精度よくガス濃度を算出することができる。
In the gas concentration measuring apparatus, the nonlinear mapping means is a neural network.
In this gas concentration measuring apparatus, the non-linear mapping means is a neural network, so that the gas concentration can be accurately calculated.

また、前記ガス濃度測定装置において、前記変色速度算出手段は、前記変色速度を、区分求積法を用いて求めた変色面積と、時間との関係から算出することを特徴とする。
このガス濃度測定装置では、変色速度算出手段が、カメラで撮影されたガス検知管の画像データを解析することによって、具体的には、区分求積法を用いて求めた変色面積と、時間との関係から、変色速度を算出する。この区分求積法を用いることにより、ガス検知管の画像データの雑音を低減することができ、適切な変色面積を算出することができる。
Further, in the gas concentration measuring apparatus, the color change rate calculating means calculates the color change rate from a relationship between a color change area obtained using a division quadrature method and time.
In this gas concentration measuring device, the discoloration rate calculating means analyzes the image data of the gas detector tube photographed by the camera, specifically, the discoloration area obtained using the sectional quadrature method, the time, The discoloration speed is calculated from the relationship. By using this sectional quadrature method, noise in the image data of the gas detector tube can be reduced, and an appropriate discoloration area can be calculated.

また、前記ガス濃度測定装置において、前記変色速度算出手段は、前記変色面積を、前記ガス検知管の前記ガスによって変色していない未変色部の前記ガスの湿度による変色分の補正をして算出することを特徴とする。
このガス濃度測定装置では、変色速度算出手段が、ガス検知管のガスによって変色していない未変色部のガスの湿度による変色分の補正をして、変色面積を算出する。このことによって、未変色部の色変化の湿度依存性を補正することができ、適切な変色面積を算出することができる。
Further, in the gas concentration measuring apparatus, the discoloration rate calculating means calculates the discoloration area by correcting the discoloration due to the humidity of the gas in an undiscolored portion not discolored by the gas of the gas detection tube. It is characterized by doing.
In this gas concentration measuring apparatus, the color change rate calculating means corrects the color change due to the humidity of the gas in the uncolored portion that has not been changed by the gas in the gas detection tube, and calculates the color change area. As a result, the humidity dependency of the color change of the unchanged color portion can be corrected, and an appropriate color change area can be calculated.

また、前記ガス濃度測定装置において、前記変色速度算出手段は、測定を始める前に予め撮影した前記ガス検知管の画像データと、前記撮影工程で撮影した前記ガス検知管の画像データとの差分の画像データについて、所定の閾値以下の画素値を0とする閾値法によって前記未変色部の前記ガスの湿度による変色分の補正を行い、当該補正後の画像データを用いて前記変色面積を算出することを特徴とする。
このガス濃度測定装置では、変色速度算出手段が、未変色部のガスの湿度による変色分の補正を、閾値法により行うことによって、未変色部の色変化の湿度依存性を適切に補正することができる。
Further, in the gas concentration measuring device, the discoloration speed calculating means may calculate a difference between the image data of the gas detector tube photographed in advance before starting the measurement and the image data of the gas detector tube photographed in the photographing step. For the image data, correction of the discoloration due to the humidity of the gas in the uncolored portion is performed by a threshold method in which the pixel value equal to or less than a predetermined threshold is 0, and the discoloration area is calculated using the corrected image data. It is characterized by that.
In this gas concentration measuring device, the color change rate calculating means appropriately corrects the humidity dependency of the color change of the unchanging color portion by performing the correction of the color change due to the humidity of the gas of the unchanging color portion by the threshold method. Can do.

また、前記ガス濃度測定装置において、前記変色速度算出手段は、前記未変色部の前記ガスの湿度による変色分の補正を、測定を始める前に、予め前記ガス検知管に大気を通気させることで当該ガス検知管の湿度応答を飽和させる事前通気法によって行うことを特徴とする。
このガス濃度測定装置では、変色速度算出手段が、未変色部のガスの湿度による変色分の補正を、事前通気法により行うことによって、未変色部の色変化の湿度依存性を適切に補正することができる。
Further, in the gas concentration measuring apparatus, the color change rate calculating means may correct the color change due to the humidity of the gas in the uncolored portion by previously ventilating the atmosphere to the gas detection tube before starting the measurement. The pre-venting method is used to saturate the humidity response of the gas detector tube .
In this gas concentration measurement device, the color change rate calculating means appropriately corrects the humidity dependence of the color change of the unchanged color portion by correcting the color change due to the humidity of the gas of the unchanged color portion by the pre-ventilation method. be able to.

本発明によれば、ガス検知管を用いて、ガス濃度を精度よく(正しく)算出することができるガス濃度測定方法及びガス濃度測定装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a gas concentration measuring method and a gas concentration measuring device capable of accurately (correctly) calculating a gas concentration using a gas detection tube.

本実施形態に係るガス濃度測定方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the gas concentration measuring method which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るガス濃度測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the gas concentration measuring apparatus which concerns on this embodiment. 変色面積の算出方法を示す図である。It is a figure which shows the calculation method of a discoloration area. 時間と変色面積の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between time and a discoloration area. 変色部と未変色部を示す図である。It is a figure which shows a discoloration part and an unchanging color part. 未変色部における湿度応答例(X座標とf(x)の関係)を示す図である。It is a figure which shows the humidity response example (relationship of X coordinate and f (x)) in an unchanging color part. 未変色部における湿度応答例(時間と変色面積の関係)を示す図である。It is a figure which shows the humidity response example (relationship of time and a discoloration area) in an unchanging color part. 閾値法の効果(X座標とf(x)の関係)を示す図である。It is a figure which shows the effect (The relationship between X coordinate and f (x)) of the threshold method. 閾値法の効果(時間と変色面積の関係)を示す図である。It is a figure which shows the effect (relationship of time and a discoloration area) of a threshold method. 事前通気法の効果(X座標とf(x)の関係)を示す図である。It is a figure which shows the effect (relationship of an X coordinate and f (x)) of the prior ventilation method. 事前通気法の効果(時間と変色面積の関係)を示す図である。It is a figure which shows the effect (relationship of time and a discoloration area) of the prior ventilation method. 同濃度・異湿度ガスの作製方法を示す図である。It is a figure which shows the preparation methods of the same concentration and different humidity gas. 同濃度・異湿度ガスによる測定結果(湿度と反応速度の関係)を示す図である。It is a figure which shows the measurement result (the relationship between humidity and reaction rate) by the same concentration and different humidity gas. 同濃度・異湿度ガスによる測定結果(ガス濃度と反応速度の関係)を示す図である。It is a figure which shows the measurement result (relationship of gas concentration and reaction rate) by the same concentration and different humidity gas. 真のガス濃度とニューラルネットワークによる推定ガス濃度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a true gas concentration and the estimated gas concentration by a neural network.

本発明の一実施形態について、図1〜図15を参照して説明する。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、本実施形態に係るガス濃度測定方法は、ガス検知管を用いたガス濃度測定方法であって、ガス検知管にガスを通気する通気工程S1と、ガスが通気したガス検知管をカメラで撮影する撮影工程S2と、カメラで撮影されたガス検知管の画像データを解析し、ガス検知管のガスによる変色速度を算出する変色速度算出工程S3と、湿度センサにより、ガスの湿度を検出する検出工程S4と、変色速度と湿度とから、ガスの湿度による変色分の補正をして、ガスの濃度を算出するガス濃度算出工程S5と、を含む。   As shown in FIG. 1, the gas concentration measurement method according to the present embodiment is a gas concentration measurement method using a gas detection tube, and includes a ventilation step S1 for passing gas through the gas detection tube, and a gas through which the gas has passed. A photographing step S2 for photographing the detection tube with a camera, an image data of the gas detection tube photographed with the camera, a color change rate calculating step S3 for calculating a color change rate due to gas in the gas detection tube, and a humidity sensor Detection step S4 for detecting the humidity of the gas, and a gas concentration calculation step S5 for calculating the gas concentration by correcting the color change due to the gas humidity from the color change speed and humidity.

ガス濃度測定方法で用いられる、ガス濃度測定装置1を構成するガス検知管2(図2参照)は、数mm〜十数mm程度の一定内径の所定の目盛を付したガラス管内に、アルミナ、シリカゲル等からなる数十μm程度の粒径の粒体に、検知対象となるガスと反応して変色する試薬をコーティングした検知剤が充填されている。ガラス管の一端から検体であるガス(大気)を通気することで、検知対象となるガス成分の吸入量に応じ、ガス導入端(上流端)から排気端(下流端)に向けて変色層が伸びて行く。この変色層の長さは、通気量(体積)を一定とすると、検知対象となるガス濃度が高いほど長く、低いほど短くなる。   A gas detection tube 2 (see FIG. 2) that constitutes the gas concentration measurement device 1 used in the gas concentration measurement method includes alumina, a glass tube with a predetermined scale having a constant inner diameter of about several millimeters to several tens of millimeters, A detection agent in which particles having a particle diameter of about several tens of μm made of silica gel or the like are coated with a reagent that reacts with a gas to be detected and changes color is filled. By passing the sample gas (atmosphere) from one end of the glass tube, a discoloration layer is formed from the gas introduction end (upstream end) to the exhaust end (downstream end) according to the amount of gas component to be detected. It grows. The length of the discoloration layer is longer as the gas concentration to be detected is higher and shorter as the gas flow rate (volume) is constant.

ガス検知管2は、検知ガスの種類によって検知剤が異なり、変色する色も異なる。ガス検知管2は市販されており、例えば、ガステック社製のNo.4LL(硫化水素用)、No.122P(トルエン用)、No.71(メチルメルカプタン用)を用いることができ、更に種々のガスに対応したガス検知管を利用することができる。   In the gas detection tube 2, the detection agent differs depending on the type of detection gas, and the color to be changed also differs. The gas detection tube 2 is commercially available, for example, No. manufactured by Gastec Corporation. 4LL (for hydrogen sulfide), No. 4 122P (for toluene), No. 71 (for methyl mercaptan) can be used, and gas detector tubes corresponding to various gases can be used.

なお、測定に使用される複数(6本)のガス検知管2は、支持部材により支持されており、当該ガス検知管2を外光から遮光する検知管ホルダ(筐体)3(図2参照、21cm×16.5cm×14.5cm)内に設置されている。この支持部材その他検知管ホルダ3内の遮光部材等の構成については、前記した特許文献2に詳しく開示されている。   A plurality of (six) gas detection tubes 2 used for measurement are supported by a support member, and a detection tube holder (housing) 3 that shields the gas detection tubes 2 from external light (see FIG. 2). , 21 cm × 16.5 cm × 14.5 cm). The configuration of the support member and other light shielding members in the detection tube holder 3 is disclosed in detail in the above-mentioned Patent Document 2.

通気工程S1は、ポンプ4によって、ガス検知管2にガスを通気する工程である。   The ventilation step S <b> 1 is a step of venting gas through the gas detection tube 2 by the pump 4.

ポンプ4(図2参照)は、配管を介してガス検知管2の下流端に接続され、ポンプ4の駆動によりポンプ4側に吸引し、ガス検知管2内にガス(大気)を通気する。ポンプ4の電源ラインは、パワーMOSFETを介して5Vの直流電源に接続され、コントローラによってON(駆動)/OFF(停止)が制御される。
ポンプ4は、6本のガス検知管2それぞれに対して同型のポンプを1台ずつ接続し、各ガス検知管2を均等な吸引力で吸引する。
なお、複数のガス検知管2を均等に吸引できる吸引力のポンプ4であれば、6本の下流側の配管を集合し、1台のポンプで吸引するように構成してもよい。
また、ポンプ4の駆動電源は直流電源に限らず、交流電源であってもよい。更に、複数のポンプを組み合わせるよう構成してもよい。
The pump 4 (see FIG. 2) is connected to the downstream end of the gas detection pipe 2 through a pipe, and is sucked to the pump 4 side by driving the pump 4 to vent the gas (atmosphere) into the gas detection pipe 2. The power line of the pump 4 is connected to a 5V DC power supply via a power MOSFET, and ON (drive) / OFF (stop) is controlled by the controller.
The pump 4 connects one pump of the same type to each of the six gas detection tubes 2 and sucks each gas detection tube 2 with an equal suction force.
In addition, as long as the pump 4 has a suction force capable of sucking a plurality of gas detection tubes 2 equally, six downstream pipes may be assembled and sucked by a single pump.
Further, the drive power source of the pump 4 is not limited to the DC power source, and may be an AC power source. Furthermore, you may comprise so that a some pump may be combined.

撮影工程S2は、通気工程S1でガスが通気したガス検知管2をカメラで撮影する工程である。具体的には、照明手段(光源)5(図2参照)からの光により照らされたガス検知管2を透過した透過光画像を、カメラモジュール6(図2参照)により撮影する工程である。なお、このカメラは、照明手段5とカメラモジュール6とから構成されている。   The photographing step S2 is a step of photographing with the camera the gas detection tube 2 in which gas has been ventilated in the aeration step S1. Specifically, this is a step of photographing a transmitted light image transmitted through the gas detection tube 2 illuminated by light from the illumination means (light source) 5 (see FIG. 2) with the camera module 6 (see FIG. 2). This camera is composed of an illumination means 5 and a camera module 6.

照明手段5は、冷陰極管を光源とする面発光光源を構成する。一様な面発光型の照明光を得るために、冷陰極管は面(筐体)内で屈曲した形状をしている。また、冷陰極管から発光される光は、白色アクリル板からなる拡散板によって拡散され、発光面内の輝度分布の均一性が優れた面発光型の照明光を得ることができる。
冷陰極管の両端の電極は、直流−交流変換するインバータに接続され、高圧高周波交流を供給することで発光する。また、照明手段5の電源ケーブルは、コントローラによってON(点灯)/OFF(消灯)が制御できるようにパワーMOSFETを用いた制御回路を介して電源に接続される。
The illuminating means 5 constitutes a surface emitting light source using a cold cathode tube as a light source. In order to obtain uniform surface-emitting illumination light, the cold-cathode tube has a bent shape within the surface (housing). Further, the light emitted from the cold cathode tube is diffused by a diffuser plate made of a white acrylic plate, and surface-emitting illumination light with excellent uniformity of luminance distribution in the light emitting surface can be obtained.
The electrodes at both ends of the cold-cathode tube are connected to an inverter for DC-AC conversion, and emit light by supplying high-voltage, high-frequency AC. The power supply cable of the illumination means 5 is connected to a power supply via a control circuit using a power MOSFET so that ON (lighting) / OFF (lighting off) can be controlled by the controller.

このような照明手段5としては、例えば、秋月電子社製、面発光冷陰極管バックライトセットM−416を利用することができる。
なお、照明手段5としては冷陰極管を光源とするものに限らず、撮影に必要な光量が得られ面発光可能なものであれば、LED(発光ダイオード)、有機EL(エレクトロルミネッセンス)等を光源とするものでもよい。
As such an illuminating means 5, for example, a surface emitting cold cathode tube backlight set M-416 manufactured by Akizuki Denshi Co., Ltd. can be used.
The illumination means 5 is not limited to the one using a cold cathode tube as a light source, but an LED (light emitting diode), an organic EL (electroluminescence), or the like may be used as long as the light quantity necessary for photographing can be obtained and surface emission is possible. A light source may be used.

カメラモジュール6は、複数のガス検知管2を同時に撮影するため、2次元撮像素子を備えたデジタルカメラを用いる。このカメラモジュール6が備える撮像ユニットは、カメラレンズと2次元撮像素子とから構成され、カメラレンズによって2次元撮像素子上に結像された画像を電気信号(画像データ)に変換する。また、この変換された画像データは、カメラ本体において、適宜、AD(アナログ−デジタル)変換、画像圧縮処理される。   The camera module 6 uses a digital camera equipped with a two-dimensional image sensor in order to photograph a plurality of gas detection tubes 2 simultaneously. The image pickup unit included in the camera module 6 includes a camera lens and a two-dimensional image pickup device, and converts an image formed on the two-dimensional image pickup device by the camera lens into an electric signal (image data). The converted image data is appropriately subjected to AD (analog-digital) conversion and image compression processing in the camera body.

また、このカメラモジュール6はデジタル出力端子手段を備えており、当該画像データを後記するFPGA(Field Programmable Gate Array, cyclone, Altera)7(図2参照)に送る。なお、このカメラモジュール6のクロックが27MHzと速いことから、この画像データは、FPGA7に送られた後、SRAM(512k×8bit、IDT71V424S12PH、IDT)8(図2参照)に格納される。   The camera module 6 includes digital output terminal means, and sends the image data to an FPGA (Field Programmable Gate Array, Cyclone, Altera) 7 (see FIG. 2) which will be described later. Since the clock of the camera module 6 is as fast as 27 MHz, this image data is sent to the FPGA 7, and then stored in the SRAM (512k × 8bit, IDT71V424S12PH, IDT) 8 (see FIG. 2).

このようなカメラモジュール6としては、例えば、秋月電子社製、MTV54KODを利用することができる。
なお、カメラモジュール6としてはデジタル出力を行え、カラー画像が得られるものであれば特に限定されるものではない。また、FPGA7の処理結果は、ホストコンピュータ9に、RS232Cを介して送信されるが、送信手段は、無線LANや有線LAN、USB、携帯電話、PHS等の他の送信手段でもよい。ホストコンピュータ9は、遠隔地にあってもよい。
As such a camera module 6, for example, MTV54KOD manufactured by Akizuki Denshi Co., Ltd. can be used.
The camera module 6 is not particularly limited as long as it can perform digital output and obtain a color image. The processing result of the FPGA 7 is transmitted to the host computer 9 via the RS232C, but the transmission means may be other transmission means such as a wireless LAN, a wired LAN, a USB, a mobile phone, and a PHS. The host computer 9 may be in a remote place.

また、ガス検知管2のカメラによる撮影間隔や使用するガス検知管2の選択等の撮影(測定)条件は、専用のユーザインターフェース(ホストコンピュータ9内、図2参照)に入力するようになっている。そして、この入力された撮影条件がFPGA7に送信されることで(その条件で)撮影が開始される。なお、具体的な撮影間隔としては、数十秒に1回程度(一定時間間隔)で、画像データをFPGA7に送信する設定となっている。   In addition, photographing (measurement) conditions such as a photographing interval of the gas detector tube 2 by the camera and selection of the gas detector tube 2 to be used are input to a dedicated user interface (in the host computer 9, see FIG. 2). Yes. Then, the input photographing condition is transmitted to the FPGA 7 (under that condition), photographing is started. The specific shooting interval is set to transmit image data to the FPGA 7 about once every several tens of seconds (a fixed time interval).

変色速度算出工程S3は、カメラで撮影されたガス検知管2の画像データを解析し、ガス検知管2のガスによる変色速度を算出する工程である。具体的には、変色速度を、区分求積法を用いて求めた変色面積と、(通気)時間との関係から算出する工程である。   The color change rate calculation step S3 is a step of analyzing the image data of the gas detection tube 2 taken by the camera and calculating the color change rate due to the gas in the gas detection tube 2. Specifically, this is a step of calculating the color change rate from the relationship between the color change area obtained using the sectional quadrature method and the (aeration) time.

撮影工程S2においてカメラで撮影されたガス検知管2の画像データは、FPGA7(変色速度算出手段)に送られるようになっている。そして、この画像データを受け取ったFPGA7(CPUを含む)は、当該画像データを解析(処理)することによって、変色面積及び変色速度を算出するようになっている。この解析に用いられる画像データは、参照用画像と撮影(計測)用画像のデータである。なお、画像データを格納するSRAM8の容量は、この画像データ(参照用と計測用)2枚分の信号を格納できる容量とした。
また、ガス検知管2が、複数のガス検知管からなる場合、FPGA7は、ガス検知管2の画像データから、各ガス検知管の画像データを切り出して解析するようになっている。
The image data of the gas detector tube 2 photographed by the camera in the photographing step S2 is sent to the FPGA 7 (color change speed calculating means). Then, the FPGA 7 (including the CPU) that has received the image data calculates the color change area and the color change speed by analyzing (processing) the image data. The image data used for this analysis is data of a reference image and a photographing (measurement) image. Note that the capacity of the SRAM 8 for storing image data is set to a capacity capable of storing signals for two pieces of image data (for reference and for measurement).
When the gas detector tube 2 is composed of a plurality of gas detector tubes, the FPGA 7 cuts out and analyzes the image data of each gas detector tube from the image data of the gas detector tube 2.

まず、変色面積を算出する方法としては、測定を始める前に手動で撮影しておいた参照用画像データと、一定時間間隔毎に撮影される計測用画像データとを用い、この参照用画像データと、各計測用画像データとの差分を取り(差分処理を行い)、その差分画像から変色面積を算出する。
なお、この変色面積を算出する方法には、差分処理の他に、平均化処理、移動平均処理等の公知の処理も含まれている。
First, as a method of calculating the discoloration area, reference image data that is manually captured before starting measurement and measurement image data that is captured at regular time intervals are used. And the difference from each measurement image data (difference processing is performed), and the discoloration area is calculated from the difference image.
The method for calculating the discoloration area includes known processes such as an averaging process and a moving average process in addition to the difference process.

この差分画像は、図3に示すような、ガス検知管2(目盛は図示せず)のガスの進行方向(変色方向)における位置(変色距離)をx、輝度変化をf(x)としたときの両者の関係を示すグラフである。ガス検知管2は、左端から右方に向かって変色し、このグラフの斜線部分が変色した領域であることを示す。なお、図3は、ガス検知管2と対比して模式的に表している。
図3のfyaは、完全に変色したときの輝度変化の値である。一方、未変色の領域では、前記差分処理により輝度変化値は0である。グラフ中ほどの輝度変化がなだらかに変化する領域は、変色が進行中の領域である。このように変色層(変色部)と未変色層(未変色部)の境界が曖昧な場合においても適切に変色量を検出できるように、本実施形態では、変色長の代わりに変色面積を用いる。
In this difference image, as shown in FIG. 3, the position (discoloration distance) in the gas traveling direction (discoloration direction) of the gas detector tube 2 (scale not shown) is x, and the luminance change is f (x). It is a graph which shows the relationship between both. The gas detector tube 2 changes color from the left end toward the right side, and the hatched portion of this graph indicates a discolored region. FIG. 3 schematically shows the gas detection tube 2 in comparison.
In FIG. 3, f ya is a value of a luminance change when the color is completely changed. On the other hand, in the unchanging color area, the luminance change value is 0 by the difference processing. The area where the luminance change gradually changes in the middle of the graph is an area where discoloration is in progress. In this embodiment, the discoloration area is used instead of the discoloration length so that the discoloration amount can be appropriately detected even when the boundary between the discoloration layer (discoloration part) and the non-discoloration layer (undiscoloration part) is ambiguous. .

この変色面積は、区分求積法により算出する。具体的には、検知剤が充填された層の全範囲における輝度変化の総和(図3において斜線で示した面積)が変色面積Sであることから、S=Σf(x)で、この総和を求め、変色面積Sを算出する。
このように区分求積法を用いることによって、ガス検知管2の画像データの雑音を低減することができ、適切な変色面積を算出することができる。
This discoloration area is calculated by the sectional quadrature method. Specifically, since the sum of the luminance change in the entire range of the layer filled with the detection agent (the area shown by hatching in FIG. 3) is the discoloration area S, this sum is expressed by S = Σf (x). The color change area S is calculated.
By using the sectional quadrature method in this way, noise in the image data of the gas detector tube 2 can be reduced, and an appropriate color change area can be calculated.

次に、変色速度を算出する方法としては、各計測用画像において変色面積を算出し、その変色面積と、通気時間との関係を、プロットする(図4参照)。変色面積は時間とともに増加し、このときの傾きが変色速度(反応速度)であることから、その傾きを算出することで、変色速度を算出する。   Next, as a method of calculating the color change rate, the color change area is calculated in each measurement image, and the relationship between the color change area and the ventilation time is plotted (see FIG. 4). The discoloration area increases with time, and since the gradient at this time is the discoloration rate (reaction rate), the discoloration rate is calculated by calculating the gradient.

なお、前記した変色面積を算出する際においては、未変色部(図5参照)のガスの湿度による変色分を補正して、前記変色面積を算出する。
この未変色部の湿度応答(色変化の湿度依存性)について説明する。
When calculating the above-mentioned color change area, the color change area is calculated by correcting the color change due to the humidity of the gas in the uncolored portion (see FIG. 5).
The humidity response (humidity dependency of the color change) of the unchanging color portion will be described.

未変色部の湿度応答とは、特定のガスにより起こる変色以外で見られる微小な変色であって、肉眼では開封前のガス検知管2と見比べることでかろうじて確認できる程度の変化である。   The humidity response of the non-discolored portion is a minute discoloration other than the discoloration caused by a specific gas, and is a change that can be barely confirmed by comparing with the gas detector tube 2 before opening with the naked eye.

この未変色部の湿度応答例(ガス検知管2のX座標とf(x)の関係)を示す図6から、対象ガス(本実施形態では、硫化水素)による変色領域以降に、湿度による応答が確認でき、この応答は、数分後には飽和することがわかる。
この未変色部の湿度による応答を含んだままの状態で、前記した変色面積及び変色速度を算出すると、図7に示すように、測定開始直後の変色速度(傾き)は大きくなり、時間に依らず一定とならないことがわかる。これは、変色面積の中に、この対象ガスによって変色していない未変色部のガスの湿度による変色分が加わっているからである。
From FIG. 6 showing the humidity response example (relationship between the X coordinate of the gas detection tube 2 and f (x)) of the uncolored portion, the response due to humidity after the color change region due to the target gas (hydrogen sulfide in the present embodiment). It can be seen that this response saturates after a few minutes.
When the above-described discoloration area and discoloration speed are calculated in a state in which the response due to the humidity of the undiscolored portion remains included, as shown in FIG. 7, the discoloration speed (slope) immediately after the start of measurement increases and depends on time. It turns out that it is not constant. This is because the color change due to the humidity of the gas in the uncolored portion that is not changed by the target gas is added to the color change area.

この未変色部のガスの湿度による変色分の補正を行う方法としては、閾値法と事前通気法とがある。   As a method for correcting the color change due to the humidity of the gas in the uncolored portion, there are a threshold method and a preliminary ventilation method.

閾値法は、差分画像において、各位置(ピクセル)における輝度変化f(x)の変化値が閾値以下のときには、そのピクセルでの変化を0とみなして、変色面積を算出する方法である。
なお、この方法を用いる場合、FPGA7(変色速度算出手段)は、当該機能を備えるように構成される。
The threshold method is a method of calculating a discoloration area by regarding a change in the pixel as 0 when the change value of the luminance change f (x) at each position (pixel) is equal to or less than the threshold in the difference image.
When this method is used, the FPGA 7 (discoloration speed calculation means) is configured to have the function.

この方法を用いることで、未変色部の湿度応答を除去することができる(図8参照)。
また、図9より、未変色部の応答により測定開始直後に変色速度が上昇することなく、時間に依らずに一定となる結果を得ることができる。なお、測定開始直後は、ガスによる変色が小さいため、変色面積Sが0となっている。
By using this method, the humidity response of the unchanging color portion can be removed (see FIG. 8).
Further, from FIG. 9, it is possible to obtain a constant result regardless of time without increasing the color changing speed immediately after the start of measurement due to the response of the unchanged color part. Note that the color change area S is 0 immediately after the start of measurement because the color change caused by gas is small.

事前通気法は、あらかじめ十分な時間(経験的に15分程度)、ガス検知管2に大気を通気させて、未変色部の湿度応答を飽和させた後、測定を行う方法である。
なお、この方法を用いる場合、変色速度算出手段は、FPGA7と、ポンプ4と、から構成される。
The pre-venting method is a method in which measurement is performed after allowing the atmosphere to pass through the gas detection tube 2 for a sufficient time (empirically about 15 minutes) to saturate the humidity response of the uncolored portion.
Note that when this method is used, the color change speed calculation means includes an FPGA 7 and a pump 4.

この方法を用いることにより、閾値法と同様に、未変色部での湿度応答を除去することができる(図10参照)。
また、図11より、閾値法と同様に、未変色部の応答により測定開始直後に変色速度が上昇することなく、時間に依らずに一定となる結果を得ることができる。
その他、閾値法とは異なり、測定開始直後でも、適切な変色面積や変色速度を算出することができることがわかる。
By using this method, it is possible to remove the humidity response at the unchanging color portion as in the threshold method (see FIG. 10).
In addition, as in the threshold method, it is possible to obtain a result that is constant regardless of time without increasing the discoloration speed immediately after the start of measurement, as in the threshold method, from FIG.
In addition, unlike the threshold method, it can be seen that an appropriate discoloration area and discoloration speed can be calculated immediately after the start of measurement.

このように、未変色部のガスの湿度による変色分の補正を、閾値法や事前通気法により行うことによって、未変色部の色変化の湿度依存性を適切に補正することができる。このことから、適切な(正しい)変色面積しいては変色速度を算出することができる。   As described above, the correction of the color change due to the humidity of the gas in the unchanging color portion is performed by the threshold method or the pre-venting method, whereby the humidity dependency of the color change in the unchanging color portion can be appropriately corrected. From this, the discoloration speed can be calculated for an appropriate (correct) discoloration area.

前記したように、変色面積を算出する際において、閾値法や事前通気法を用いることで、未変色部のガスの湿度による変色分を補正した。   As described above, when calculating the discoloration area, the discoloration due to the humidity of the gas in the undiscolored portion was corrected by using a threshold method or a pre-venting method.

検出工程S4は、湿度センサ10により、ガスの湿度を検出する工程である。
なお、当該検出工程S4は、通気工程S1の後であれば、撮影工程S2の前でもよく、また、変色速度撮影工程S3の前でもよい。
The detection step S4 is a step in which the humidity sensor 10 detects the humidity of the gas.
Note that the detection step S4 may be before the photographing step S2 or before the discoloration speed photographing step S3 as long as it is after the ventilation step S1.

湿度センサ10(図2参照)は、ガスの湿度を検出するセンサであって、ガスがガス検知管2の中に通気される前に(ガスを通気する際に)当該ガスの湿度を検出できるよう、ガス検知管2の前に設置されている。
そして、この湿度センサ10は、デジタル出力が可能であって、FPGA7と接続しており、このFPGA7に、測定条件の下で、検出した湿度のデータを出力するようになっている。そして、当該湿度データを受け取ったFPGA7は、この湿度データと前記した変色速度のデータとを、ホストコンピュータ9に送信するようになっている。
The humidity sensor 10 (see FIG. 2) is a sensor that detects the humidity of the gas, and can detect the humidity of the gas before the gas is vented into the gas detection tube 2 (when the gas is vented). It is installed in front of the gas detector tube 2.
The humidity sensor 10 is capable of digital output and is connected to the FPGA 7. The detected humidity data is output to the FPGA 7 under measurement conditions. The FPGA 7 that has received the humidity data transmits the humidity data and the color change rate data to the host computer 9.

このような湿度センサ10としては、例えば、Sensirion社製、SHT75を利用することができる。
なお、湿度センサ10としてはデジタル出力を行えるものであれば特に限定されるものではない。
As such a humidity sensor 10, for example, SHT75 manufactured by Sension can be used.
The humidity sensor 10 is not particularly limited as long as it can perform digital output.

ガス濃度算出工程S5は、変色速度と湿度とから、ガスの湿度による変色分の補正をして、ガスの濃度を算出する工程である。具体的には、FPGA7からホストコンピュータ9に送信された、変色速度と湿度のデータ(変色速度及び湿度の値)を、ニューラルネットワーク(ホストコンピュータ9内、ガス濃度算出手段)に入力することによって、ガス濃度を算出する工程である。   The gas concentration calculation step S5 is a step of calculating the gas concentration by correcting the color change due to the humidity of the gas from the color change speed and the humidity. Specifically, by inputting the discoloration speed and humidity data (discoloration speed and humidity values) transmitted from the FPGA 7 to the host computer 9 into a neural network (in the host computer 9, gas concentration calculation means), This is a step of calculating the gas concentration.

このように、変色速度と湿度とを用いて、ガス濃度を算出するのは、変色部(図5参照)の湿度応答(色変化の湿度依存性)を補正(ガスの湿度による変色分を補正)することに基づいている。変色部の湿度応答とは、同濃度のガスであっても、ガスの湿度により、変色する様子が異なることである。
なお、本実施形態では、変色速度と湿度とを用いて、ガスの湿度による変色分の補正を行ったが、ガス検知管2の画像データ(全体)の差分画像と湿度とを用いて行えるものであれば、特に変色速度に限定されるものではない。
As described above, the gas concentration is calculated by using the color change rate and the humidity to correct the humidity response (humidity dependency of the color change) of the color change part (see FIG. 5) (correct the color change due to the gas humidity). ) Is based on. The humidity response of the color changing portion means that the color change state varies depending on the humidity of the gas even if the gas has the same concentration.
In the present embodiment, the color change due to the humidity of the gas is corrected using the color change speed and the humidity. However, the correction can be performed using the difference image and the humidity of the image data (whole) of the gas detection tube 2. If it is, it will not be limited to the discoloration speed in particular.

この変色部の湿度応答について、図12に示す、同濃度・異湿度ガスの作製方法により作製した同濃度・異湿度ガスを用いて、具体的に調べた。その結果を、図13及び図14に示す。この図13及び図14から、ガス濃度により変色速度の湿度依存性が変化しており、三者(湿度、変色速度、ガス濃度)の間に複雑な関係があって、単純な線形式(回帰式)等では、補正できないことがわかった。   The humidity response of the discolored portion was specifically examined using the same concentration / different humidity gas produced by the same concentration / different humidity gas production method shown in FIG. The results are shown in FIG. 13 and FIG. From FIG. 13 and FIG. 14, the humidity dependence of the color change rate changes depending on the gas concentration, and there is a complicated relationship among the three (humidity, color change rate, gas concentration), and a simple linear format (regression). (Equation) etc., it was found that it cannot be corrected.

この図12に示す同濃度・異湿度ガスの作製方法は、サンプリングバッグ内でサンプル溶液を完全に揮発させる方法である。
具体的な手順としては、サンプリングバッグ内に、サンプル溶液(硫化水素を水に溶かしたもの)を、マイクロシリンジを用いて注入する。そして、流量調整器を用いて、乾燥空気に湿度を付加し、その空気を、サンプリングバッグ内に入れ、サンプル溶液を気化させる。図12に示すように、二つの流量調整器で流量比を変化させて湿度を調整するが、この流量調整器としては、負荷圧力に依存しないで流量設定することができるマスフローコントローラが望ましい。
なお、濃度の微調整は、PID(Photo Ionization Detector)検出器を用いて行う。
The method for producing the same concentration / different humidity gas shown in FIG. 12 is a method in which the sample solution is completely volatilized in the sampling bag.
As a specific procedure, a sample solution (hydrogen sulfide dissolved in water) is injected into a sampling bag using a microsyringe. And using a flow regulator, humidity is added to dry air, the air is put into a sampling bag, and a sample solution is vaporized. As shown in FIG. 12, the humidity is adjusted by changing the flow rate ratio with the two flow regulators. As the flow regulator, a mass flow controller that can set the flow rate without depending on the load pressure is desirable.
The fine adjustment of the density is performed using a PID (Photo Ionization Detector) detector.

前記したように、三者(湿度、変色速度、ガス濃度)の関係は、線形重ね合わせにならずに、複雑であって、単純に補正を行うことが難しい。そこで、変色部の湿度応答の補正を、ニューラルネットワーク(非線形写像手段)を用いて行い、ガス濃度を算出(推定)する。   As described above, the relationship between the three (humidity, color change rate, gas concentration) is complicated without being linearly superimposed, and it is difficult to simply correct it. Therefore, the humidity response of the discoloration part is corrected using a neural network (nonlinear mapping means), and the gas concentration is calculated (estimated).

使用したニューラルネットワーク(MLP; Multi-Layer Perception)は、プログラミング言語としてのMATLAB上で、変色速度とガス濃度は1/1000倍、湿度は1/100倍して規格化した後、Back Propagation法で学習させたものであって、Leave−one−out法により、ガス濃度の算出を行った。
なお、ニューラルネットワークの部分は、非線形写像可能な他のニューラルネットワーク、例えば、SOM(Self-Organized Map)でもよく、非線形写像可能なニューラルネットワーク以外の方法、例えば、LWR(Locally Weighted Regression)法を用いてもよい(非線形写像手段)。
The neural network used (MLP: Multi-Layer Perception) is standardized by changing the color change rate and gas concentration by 1/1000 times and humidity by 1/100 times on MATLAB as a programming language, and then using the Back Propagation method. It was learned, and the gas concentration was calculated by the Leave-one-out method.
The neural network portion may be another neural network capable of nonlinear mapping, for example, SOM (Self-Organized Map), and uses a method other than the neural network capable of nonlinear mapping, such as LWR (Locally Weighted Regression) method. (Non-linear mapping means).

このニューラルネットワークの入力信号は、湿度と変色速度であり(入力層の数は2)、出力信号は、ガス濃度となっている(出力層の数は1)。
そして、中間層の数、学習回数、学習定数の3つをパラメータとして変化させた結果、中間層の数が8、学習回数が20000回、学習定数が0.15の時に、本実施形態の全14点(図13、図14参照)における推定ガス濃度と真のガス濃度との誤差の2乗和が、最小値となった(図15参照)。
この図15から、推定ガス濃度がほぼ真のガス濃度に一致していることがわかる。
The input signal of this neural network is humidity and the color change rate (the number of input layers is 2), and the output signal is the gas concentration (the number of output layers is 1).
When the number of intermediate layers, the number of learning times, and the learning constant are changed as parameters, the number of intermediate layers is 8, the number of learning times is 20000, and the learning constant is 0.15. The sum of squares of errors between the estimated gas concentration and the true gas concentration at 14 points (see FIGS. 13 and 14) was the minimum value (see FIG. 15).
From FIG. 15, it can be seen that the estimated gas concentration substantially matches the true gas concentration.

このようにニューラルネットワークを学習させ、その後、変色速度と湿度とを入力することによって、精度よく(正しく)ガス濃度を自動的に算出することができる。   By learning the neural network in this way and then inputting the color change rate and the humidity, the gas concentration can be automatically (correctly) accurately calculated.

前記したように、ガス濃度を算出する際において、変色速度と湿度とを用いることで、変色部の色変化の湿度依存性を補正した。   As described above, when calculating the gas concentration, the humidity dependency of the color change of the color change portion was corrected by using the color change speed and the humidity.

以上のように、通気工程S1〜ガス濃度算出工程S5を行うことによって、ガスの湿度による影響を受けずに(湿度に依存せずに)、正確なガス濃度を算出することができる。   As described above, by performing the ventilation step S1 to the gas concentration calculation step S5, an accurate gas concentration can be calculated without being influenced by the humidity of the gas (without depending on the humidity).

1 ガス濃度測定装置
2 ガス検知管
3 検知管ホルダ(筐体)
4 ポンプ
5 照明手段
6 カメラモジュール
7 FPGA
8 SRAM
9 ホストコンピュータ
10 湿度センサ
S1 通気工程
S2 撮影工程
S3 変色速度算出工程
S4 検出工程
S5 ガス濃度算出工程
1 Gas concentration measuring device 2 Gas detector tube 3 Detector tube holder (housing)
4 Pump 5 Illumination means 6 Camera module 7 FPGA
8 SRAM
9 Host computer 10 Humidity sensor S1 Ventilation process S2 Photography process S3 Discoloration speed calculation process S4 Detection process S5 Gas concentration calculation process

Claims (16)

ガス検知管を用いたガス濃度測定方法であって、
前記ガス検知管にガスを通気する通気工程と、
前記ガスが通気した前記ガス検知管をカメラで撮影する撮影工程と、
前記カメラで撮影された前記ガス検知管の画像データを解析し、当該ガス検知管の前記ガスによる変色速度を算出する変色速度算出工程と、
湿度センサにより、前記ガスの湿度を検出する検出工程と、
前記変色速度と前記湿度とから、前記ガスの湿度による変色分の補正をして、前記ガスの濃度を算出するガス濃度算出工程と、
を含むことを特徴とするガス濃度測定方法。
A gas concentration measurement method using a gas detector tube,
A venting step for venting gas through the gas detection tube;
A photographing step of photographing the gas detection tube through which the gas has passed with a camera;
Analyzing the image data of the gas detector tube photographed by the camera, and calculating a color change rate by the gas of the gas detector tube,
A detection step of detecting the humidity of the gas by a humidity sensor;
A gas concentration calculation step of calculating the concentration of the gas by correcting the color change due to the humidity of the gas from the color change speed and the humidity;
A gas concentration measurement method comprising:
前記ガス検知管は、複数のガス検知管からなり、
前記変色速度算出工程は、前記ガス検知管の前記画像データから、各ガス検知管の画像データを切り出して解析することを特徴とする請求項1に記載のガス濃度測定方法。
The gas detector tube comprises a plurality of gas detector tubes,
2. The gas concentration measuring method according to claim 1, wherein the discoloration rate calculating step extracts and analyzes image data of each gas detector tube from the image data of the gas detector tube.
前記ガス濃度算出工程は、前記ガスの濃度を、非線形写像手段を用いることで算出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガス濃度測定方法。   The gas concentration measuring method according to claim 1 or 2, wherein the gas concentration calculating step calculates the concentration of the gas by using a non-linear mapping means. 前記非線形写像手段は、ニューラルネットワークであることを特徴とする請求項3に記載のガス濃度測定方法。   4. The gas concentration measuring method according to claim 3, wherein the nonlinear mapping means is a neural network. 前記変色速度算出工程は、前記変色速度を、区分求積法を用いて求めた変色面積と、時間との関係から算出することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のガス濃度測定方法。   5. The color change rate calculating step calculates the color change rate from a relationship between a color change area obtained using a division quadrature method and time. 6. The gas concentration measuring method described. 前記変色速度算出工程は、前記変色面積を、前記ガス検知管の前記ガスによって変色していない未変色部の前記ガスの湿度による変色分の補正をして算出することを特徴とする請求項5に記載のガス濃度測定方法。   6. The discoloration speed calculating step calculates the discoloration area by correcting a discoloration due to humidity of the gas in an undiscolored portion that has not discolored by the gas of the gas detection tube. The gas concentration measuring method as described in 2. 前記変色速度算出工程は、測定を始める前に予め撮影した前記ガス検知管の画像データと、前記撮影工程で撮影した前記ガス検知管の画像データとの差分の画像データについて、所定の閾値以下の画素値を0とすることによって前記未変色部の前記ガスの湿度による変色分の補正を行い、当該補正後の画像データを用いて前記変色面積を算出することを特徴とする請求項6に記載のガス濃度測定方法。 The discoloration speed calculating step includes a difference between the image data of the gas detector tube imaged in advance before starting the measurement and the image data of the gas detector tube imaged in the imaging step of a predetermined threshold value or less. The color change area is calculated using the corrected image data by correcting the color change due to the humidity of the gas in the non-change color part by setting the pixel value to 0. 7. The color change area according to claim 6, wherein the color change area is calculated using the corrected image data. Gas concentration measurement method. 測定を始める前に、予め前記ガス検知管に大気を通気させて当該ガス検知管の湿度応答を飽和させることを特徴とする請求項6に記載のガス濃度測定方法。 7. The gas concentration measuring method according to claim 6, wherein before the measurement is started, the atmosphere is preliminarily ventilated to saturate the humidity response of the gas detector tube . ガス検知管と、
前記ガス検知管にガスを通気するポンプと、
前記ガスが通気した前記ガス検知管を撮影するカメラと、
前記カメラで撮影された前記ガス検知管の画像データを解析し、当該ガス検知管の前記ガスによる変色速度を算出する変色速度算出手段と、
前記ガスの湿度を検出する湿度センサと、
前記変色速度と前記湿度とから、前記ガスの湿度による変色分の補正をして、前記ガスの濃度を算出するガス濃度算出手段と、
を備えることを特徴とするガス濃度測定装置。
A gas detector tube;
A pump for venting gas through the gas detector tube;
A camera for photographing the gas detection tube through which the gas has passed;
Analyzing the image data of the gas detector tube photographed by the camera, a color change rate calculating means for calculating the color change rate of the gas detector tube due to the gas,
A humidity sensor for detecting the humidity of the gas;
Gas concentration calculating means for correcting the color change due to the humidity of the gas from the color change speed and the humidity and calculating the concentration of the gas;
A gas concentration measuring device comprising:
前記ガス検知管は、複数のガス検知管からなり、
前記変色速度算出手段は、前記ガス検知管の前記画像データから、各ガス検知管の画像データを切り出して解析することを特徴とする請求項9に記載のガス濃度測定装置。
The gas detector tube comprises a plurality of gas detector tubes,
10. The gas concentration measuring apparatus according to claim 9, wherein the discoloration speed calculating means cuts out and analyzes the image data of each gas detector tube from the image data of the gas detector tube.
前記ガス濃度算出手段は、非線形写像手段であることを特徴とする請求項9または請求項10に記載のガス濃度測定装置。   The gas concentration measuring device according to claim 9 or 10, wherein the gas concentration calculating means is a nonlinear mapping means. 前記非線形写像手段は、ニューラルネットワーク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。   12. The gas concentration measuring apparatus according to claim 11, wherein the non-linear mapping means is a neural network. 前記変色速度算出手段は、前記変色速度を、区分求積法を用いて求めた変色面積と、時間との関係から算出することを特徴とする請求項9から請求項12のいずれか1項に記載のガス濃度測定装置。   The color change rate calculating means calculates the color change rate from a relationship between a color change area obtained by using a division quadrature method and time, according to any one of claims 9 to 12. The gas concentration measuring device described. 前記変色速度算出手段は、前記変色面積を、前記ガス検知管の前記ガスによって変色していない未変色部の前記ガスの湿度による変色分の補正をして算出することを特徴とする請求項13に記載のガス濃度測定装置。   14. The discoloration speed calculating means calculates the discoloration area by correcting discoloration due to humidity of the gas in an undiscolored portion that has not discolored by the gas of the gas detection tube. The gas concentration measuring device according to 1. 前記変色速度算出手段は、測定を始める前に予め撮影した前記ガス検知管の画像データと、前記撮影工程で撮影した前記ガス検知管の画像データとの差分の画像データについて、所定の閾値以下の画素値を0とすることによって前記未変色部の前記ガスの湿度による変色分の補正を行い、当該補正後の画像データを用いて前記変色面積を算出することを特徴とする請求項14に記載のガス濃度測定装置。 The discoloration speed calculating means is configured to obtain a difference between the image data of the gas detector tube imaged in advance before starting the measurement and the image data of the gas detector tube imaged in the imaging process, below a predetermined threshold value. 15. The color change area is calculated using the corrected image data by correcting the color change due to the humidity of the gas in the non-change color portion by setting the pixel value to 0. Gas concentration measuring device. 前記変色速度算出手段は、測定を始める前に、予め前記ガス検知管に大気を通気させることで当該ガス検知管の湿度応答を飽和させることを特徴とする請求項14に記載のガス濃度測定装置。 15. The gas concentration measuring apparatus according to claim 14, wherein the discoloration rate calculating means saturates the humidity response of the gas detection tube by ventilating the gas detection tube in advance before starting the measurement. .
JP2009147207A 2009-06-22 2009-06-22 Gas concentration measuring method and gas concentration measuring device Active JP5327965B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009147207A JP5327965B2 (en) 2009-06-22 2009-06-22 Gas concentration measuring method and gas concentration measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009147207A JP5327965B2 (en) 2009-06-22 2009-06-22 Gas concentration measuring method and gas concentration measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011002400A JP2011002400A (en) 2011-01-06
JP5327965B2 true JP5327965B2 (en) 2013-10-30

Family

ID=43560456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009147207A Active JP5327965B2 (en) 2009-06-22 2009-06-22 Gas concentration measuring method and gas concentration measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5327965B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11788970B2 (en) 2016-02-11 2023-10-17 Honeywell International Inc. Probing film that absorbs and reacts with gases, with transmitted light for higher gas sensitivity

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11175234B2 (en) 2010-09-07 2021-11-16 Nextteq Llc System for visual and electronic reading of colorimetric tubes
TW201239360A (en) * 2011-03-25 2012-10-01 Middleland Sensing Technology Inc An analyzing system and method for a test strip
CN102749289A (en) * 2011-04-18 2012-10-24 北京市劳动保护科学研究所 Digital gas detection device and method
JP6004414B2 (en) * 2011-10-28 2016-10-05 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Method and apparatus for stable detection of gaseous fluoride
DE102013006543B4 (en) * 2013-04-16 2017-03-23 Dräger Safety AG & Co. KGaA Measuring device, reaction carrier and measuring method
CN107533009B (en) * 2015-03-05 2021-02-05 耐斯特科技有限公司 Gas detector tube template and method for reading gas detector tube
CN108344735A (en) * 2018-05-15 2018-07-31 中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所 A kind of direct injected mercury vapourmeter and its application method

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4600888B2 (en) * 2006-02-20 2010-12-22 国立大学法人東京工業大学 Gas detector tube photographing device, gas detector tube measuring device, gas concentration measuring system and method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11788970B2 (en) 2016-02-11 2023-10-17 Honeywell International Inc. Probing film that absorbs and reacts with gases, with transmitted light for higher gas sensitivity

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011002400A (en) 2011-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5327965B2 (en) Gas concentration measuring method and gas concentration measuring device
JP4600888B2 (en) Gas detector tube photographing device, gas detector tube measuring device, gas concentration measuring system and method thereof
JP5267617B2 (en) Analysis apparatus and analysis method
JP5432911B2 (en) Ambient light level detection in vision systems
CN112074725B (en) Detection test paper reader system based on accurate colorimetry
CN108780050B (en) Method and device for detecting lens, electronic equipment and computer readable storage medium
JP5482721B2 (en) Analysis equipment
CN110095414B (en) Ringer&#39;s blackness detection apparatus, method and apparatus for determining diesel engine exhaust
JP2005184508A5 (en)
EP2919454A1 (en) Imaging system and imaging method
JP2019095328A (en) Color reaction detection system, color reaction detection method, and program
TW201534885A (en) Biochemical examination system
TWI464388B (en) Light calibration device, biological detection calibration system and operating method thereof
WO2016043316A1 (en) Inspection unit, specimen analysis device, and inspection method
EP2950082B1 (en) Calibration method, calibration system, and bodily-fluid component measurement device calibrated using said method
CN106769947B (en) Auxiliary acquisition device for sample image to be detected and absorbance detection method
KR100773584B1 (en) Method of controlling illumination using image
US8723938B2 (en) Immunoassay apparatus and method of determining brightness value of target area on optical image using the same
JP2011102748A (en) Device for measuring visibility conditions
JP2010096726A (en) System and method for measuring gas concentration by electronic image colorimetric method
JP3237467B2 (en) Total luminous flux measuring device
JP2010244537A (en) Method for correcting image distortion
US20230236174A1 (en) Method of determining the concentration of at least one analyte in a body fluid
CN112557350B (en) HSV model-based solution turbidity detection method, medium and image system
CN210955197U (en) Device for detecting Ringelmann blackness of diesel engine emissions

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120608

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20120608

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130313

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130319

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130520

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130709

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130719

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5327965

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250