JP5518093B2 - イオン検出装置 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示されている方法は、エレクトロスプレー法と呼ばれるイオン化法により発生した微小液滴を、真空中のセカンドチャンバーに導入して、そのチャンバー内で上方から導入されたガスとの衝突により脱溶媒化を促進し、脱溶媒化したイオンを質量分析するという方法である。
上記いずれの場合においても、イオンを真空中に導入して検出することが大きな前提となっている。
また、非接触で機器操作を実現するためのインターフェイスを提供できる。
さらに、プラントにおけるセンサー、非接触の機器インターフェイス、呼吸訓練装置、呼気発電装置にも展開できる。
呼気中には、約37℃における飽和蒸気圧レベルの水が含まれることから、呼気中の水は実質的に水クラスターとなって体外に出される。このとき、水クラスター中に、正の電荷を持つ水クラスターと負の電荷を持つ水クラスターが存在すると、電界により分離することができる。
通常の呼気のクラスターでは、その全体の電流量を計測すると電流量はほぼ零であることから、正の電荷を持つ水クラスターと負の電荷を持つ水クラスターは呼気中ではほぼ同数存在すると考えられる。
また、空気による浮力の大きさはその物体が排除した空気に働く重力と等しいので、半径rの球の場合、空気の密度ρf,重力加速度gを用いて
空気による浮力の大きさ=(4/3)πr3ρfg
と表される。従って,質量mの水クラスターが重力方向に働く運動方程式は、
m・(dvg/dt)=(4/3)πr3ρpg−6πηrvg−(4/3)πr3ρfg
と表される。ここで、ρfは水の密度である。1気圧、25℃で空気中を落下する水滴を考えると、水の密度ρp=997.04kg/m3、空気の密度ρf=1.1843kg/m3、空気の粘性率η(25℃)=0.0000182、重力加速度g=9.807m/s2、となる。vgが正であれば、時間が経過するにつれて加速度は0となり、空気中の水クラスターは一定速度で等速運動をするようになる。この速度の終末速度vg0は上式をゼロと置くことにより次式となる。
次に、電荷を持つ水クラスターの重力方向と直角方向の運動について解析する。電荷を持つ水クラスターの電荷をqとすると、電場の大きさがEのとき、電荷を持つ水クラスターに対して重力方向と直角方向に運動するときの運動方程式は次式となる。
従って、このときの終末速度vt0は、
vt0=qE/(6πηr)
となる。ここで、電荷q=1.6021×10−19C(A・s)である。電界は、例えば、距離10mmの電圧印加電極と検出用電極間に1000Vを印加したとすると、電界E=100000V/mとなる。
図36には、居眠り防止センサー40aに、警告用の香りカプセル41a、42b、43cを設けた例を示している。この方法で居眠りが検出された場合には、香りカプセル41a、41b、41cから発生したやや強い刺激臭(メントールなど)を運転者に向かって、空気導入口30を介して空気ポンプにより刺激臭を含む空気流を発生させ、運転者を覚醒させることになる。
以上のような居眠り防止は、自動車の運転手に限らず、電車の運転手、飛行機のパイロットなど移動体の操作者に適用できることは言うまでもない。また、プラントの運転者に適用することも有効である。
一方、光センサーを用いて、電圧印加電極と検出電極との間に、指や物が入った場合には高電圧が遮断されるようにすると、さらに安全であることは言うまでもない。
しかし、あらかじめチューブ内に呼気もしくは呼気と同等の湿度を有する気体を充填しておくと、呼気そのものが伝達媒体となって、呼気導入部50からの呼気の変化をほぼリアルタイムで計測することが可能となる。呼吸の変化が、呼気(実質的には、湿度の高い空気)が媒体となって、縦波としてチューブ内を伝搬するためである。
1b・・電圧印加電極
1c・・電圧印加電極
1d・・電圧印加電極
1e・・電圧印加電極
1f・・電圧印加電極
1g・・電圧印加電極
1h・・電圧印加電極
1i・・電圧印加電極
1j・・電圧印加電極
1k・・電圧印加電極
1l・・電圧印加電極
1m・・電圧印加電極
1n・・電圧印加電極
1o・・電圧印加電極
1p・・電圧印加電極
1q・・電圧印加電極
1r・・電圧印加電極
1s・・電圧印加電極
1t・・電圧印加電極
1u・・電圧印加電極
2a・・検出電極
2b・・検出電極
2c・・検出電極
2d・・検出電極
2e・・検出電極
2f・・検出電極
2g・・検出電極
2h・・検出電極
2i・・検出電極
2j・・検出電極
2k・・検出電極
2l・・検出電極
2m・・検出電極
3a・・高圧電源
3b・・高圧電源
3c・・高圧電源
4a・・微小電流計
4b・・微小電流計
4c・・微小電流計
4d・・微小電流計
4e・・微小電流計
4f・・微小電流計
4g・・微小電流計
4h・・微小電流計
5・・径の小さな電荷を持つ水クラスター
6・・径の大きな電荷を持つ水クラスター
7a・・データ処理部
7b・・データ処理部
7c・・データ処理部
7d・・データ処理部
7e・・データ処理部
7f・・データ処理部
7g・・データ処理部
7h・・データ処理部
7i・・データ処理部
7j・・データ処理部
8a・・CPU
8b・・CPU
8c・・CPU
8d・・CPU
8e・・CPU
8f・・CPU
8g・・CPU
8h・・CPU
8i・・CPU
8j・・CPU
9a・・インターフェイス
9b・・インターフェイス
9c・・インターフェイス
9d・・インターフェイス
9e・・インターフェイス
9f・・インターフェイス
9g・・インターフェイス
9h・・インターフェイス
9i・・インターフェイス
9j・・インターフェイス
10a・・内部メモリ
10b・・内部メモリ
10c・・内部メモリ
10d・・内部メモリ
10e・・内部メモリ
10f・・内部メモリ
10g・・内部メモリ
10h・・内部メモリ
10i・・内部メモリ
10j・・内部メモリ
11a・・外部メモリ
11b・・外部メモリ
11c・・外部メモリ
11d・・外部メモリ
11e・・外部メモリ
11f・・外部メモリ
11g・・外部メモリ
11h・・外部メモリ
11i・・外部メモリ
11j・・外部メモリ
12a・・スピーカー
12b・・スピーカー
12c・・スピーカー
12d・・スピーカー
12e・・スピーカー
12f・・スピーカー
12g・・スピーカー
12h・・スピーカー
12i・・スピーカー
12j・・スピーカー
13a・・表示器
13b・・表示器
13c・・表示器
13d・・表示器
13e・・表示器
13f・・表示器
13g・・表示器
13h・・表示器
13i・・表示器
13j・・表示器
14a・・呼気センサー
14b・・呼気センサー
14c・・呼気センサー
14d・・呼気センサー
15a・・メッシュ状板
15b・・メッシュ状板
15c・・メッシュ状板
15d・・メッシュ状板
15e・・メッシュ状板
15f・・メッシュ状板
15g・・メッシュ状板
16・・呼気導入開始ランプ
17・・呼気導入停止ランプ
18a・・電極支え
18b・・電極支え
18c・・電極支え
18d・・電極支え
18e・・電極支え
18f・・電極支え
19a・・呼気センサーケース
19b・・呼気センサーケース
19c・・呼気センサーケース
19d・・呼気センサーケース
19e・・呼気センサーケース
20a・・ポンプ排気口
20b・・ポンプ排気口
20c・・ポンプ排気口
20d・・ポンプ排気口
20e・・ポンプ排気口
20f・・ポンプ排気口
20g・・ポンプ排気口
20h・・ポンプ排気口
21a・・ケーブル支え
21b・・ケーブル支え
21c・・ケーブル支え
22a・・検出電極用ケーブル
22b・・検出電極用ケーブル
22c・・検出電極用ケーブル
23・・呼気センサーケーブル
24a・・多層型用検出電極
24b・・多層型用検出電極
24c・・多層型用検出電極
25a・・多層型用電圧印加電極
25b・・多層型用電圧印加電極
25c・・多層型用電圧印加電極
25d・・多層型用電圧印加電極
26a・・多層型用電極支え
26b・・多層型用電極支え
27・・多層型用呼気センサーケース
28a・・多層型用ポンプ排気口
28b・・多層型用ポンプ排気口
28c・・多層型用ポンプ排気口
28d・・多層型用ポンプ排気口
29a・・呼気アルコールセンサー
29b・・呼気アルコールセンサー
29c・・呼気アルコールセンサー
29d・・呼気アルコールセンサー
29e・・呼気アルコールセンサー
29f・・呼気アルコールセンサー
29g・・呼気アルコールセンサー
29h・・呼気アルコールセンサー
30a・・アルコールセンサーケース
30b・・アルコールセンサーケース
30c・・アルコールセンサーケース
30d・・アルコールセンサーケース
30e・・アルコールセンサーケース
30f・・アルコールセンサーケース
30g・・アルコールセンサーケース
30h・・アルコールセンサーケース
30i・・アルコールセンサーケース
30j・・アルコールセンサーケース
30k・・アルコールセンサーケース
30l・・アルコールセンサーケース
30m・・アルコールセンサーケース
30k・・アルコールセンサーケース
31a・・アルコールセンサー用ケーブル
31b・・アルコールセンサー用ケーブル
31c・・アルコールセンサー用ケーブル
31d・・アルコールセンサー用ケーブル
32a・・アルコールセンサーヘッド
32b・・アルコールセンサーヘッド
32c・・アルコールセンサーヘッド
32d・・アルコールセンサーヘッド
32e・・アルコールセンサーヘッド
32f・・アルコールセンサーヘッド
32g・・アルコールセンサーヘッド
33・・呼気アルコール導入口
34a・・呼気アルコールセンサーケース
34b・・呼気アルコールセンサーケース
35・・台座
36・・コラムカバー
37・・ステアリングホイール
38・・風速計用導入口
39a・・風速計ヘッド
39b・・風速計ヘッド
40a・・居眠り防止センサー
40b・・居眠り防止センサー
41a・・香りカプセル
41b・・香りカプセル
41c・・香りカプセル
42・・空気導入口
43・・生体リズム可視化センサー
44a・・プラント用センサー
44b・・プラント用センサー
45・・配管
46・・亀裂
47a・・機器インターフェイス
47b・・機器インターフェイス
47c・・機器インターフェイス
47d・・機器インターフェイス
48・・外部機器とのインターフェイス
49a・・電極カバー
49b・・電極カバー
50・・呼気導入部
51・・呼気伝達部
52・・呼気検出部
53a・・つば
53b・・つば
54a・・動体検知センサー
54b・・動体検知センサー
54c・・動体検知センサー
55・・食卓
56・・展示品
57・・ゲート
58・・スイッチ
Claims (5)
- 筐体内が大気圧環境下であって、
外気を筐体内に導入する導入口と、
当該筐体内に、前記導入口を挟むように設けられた、検出電極と、当該検出電極と対向する位置に配置された対向電極とを有し、
前記対向電極と、前記検出電極との間に電位差を発生させ、前記対向電極と前記検出電極との間に生じる電場により、前記導入口より導入された外気を前記筐体内でイオン分離させるための制御手段を備え、前記電場の力は重力とは異なる方向であって、
当該分離したイオンの一部が前記電場と重力により偏向され、当該偏向したイオンを前記検出電極で捕集し、
前記対向電極が前記検出電極と対向する第一の面とは反対側の第二の面と、
および前記検出電極が前記対向電極と対向する第三の面とは反対側の第四の面とを含む領域が絶縁材で保持されていることを特徴とするイオン検出装置。 - 請求項1に記載のイオン検出装置において、
前記検出電極および対向電極の前記導入口に面する面が前記絶縁材で保持されていることを特徴とするイオン検出装置。 - 請求項1に記載のイオン検出装置において、
前記筐体内に外気が滞留することを防ぐ排気手段を備えることを特徴とするイオン検出装置。 - 請求項1に記載のイオン検出装置において、
前記外気は呼気であることを特徴とするイオン検出装置。 - 請求項1に記載のイオン検出装置において、
前記検出電極で捕集されたイオンに基づき生じる電流を計測する電流計測手段を備えることを特徴とするイオン検出装置。
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