JP7211885B2 - 演算装置、演算方法及びガス検出システム - Google Patents

演算装置、演算方法及びガス検出システム Download PDF

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Description

本発明は、ガス検出に係る演算装置、演算方法及びガス検出システムに関する。
複数のガス成分の集合体である匂いを識別するために、複数の異なる化学的性質を有する吸着膜をアレイ化してマルチアレイセンサとし、匂いをパターン化させる匂いセンサの開発が近年活発となってきている。このような匂いセンサを用いることにより快適な匂いと不快な匂いの区別が可能となり、室内や車内の環境管理、工場の工程管理、初期火災や人体に影響を及ぼす悪臭を検知するための環境モニタリングなど、これまで人が官能的に評価していた分野への匂いセンサの応用が検討され始めている。
例えば、匂いセンサには、水晶振動子上に吸着膜を設けた検出素子が用いられる。水晶振動子の共振周波数は吸着膜に吸着したガスの重量に比例して減少するので、共振周波数の変化量を基にガスを検出することができる。このため、匂い物質を吸着する吸着膜の経時劣化による感度レベルの低下は匂いセンサの信頼性に影響を及ぼす。経時劣化による吸着膜の劣化は、センサ使用時に吸着した匂い成分が吸着膜から脱離できなくなり、吸着膜に留まり続けることで、匂い成分が堆積していくことが主要因である。
特許文献１には、検出部による匂いの検出前又は検出後に、検出誤差となり得る要因を低減するために、検出素子が収容される収容部の内部を脱気又は脱臭を行うことによりリフレッシュ処理し、検出部を初期化することが開示されている。
また、吸着膜に吸着した匂い成分の除去に、例えば吸着膜が有機膜の場合、加熱処理を行って吸着膜をリフレッシュする手法もある。
国際公開第２０１７／１４５９３３号
特許文献１おいては、リフレッシュ処理により検出部の初期化を行って検出素子の経時劣化を補正しているが、リフレッシュ処理によっても常温で脱離しにくい匂い成分が検出素子の吸着膜に吸着している場合がある。このような場合は、検出部を交換することが最も簡易的であるが、手間とコストがかかるという問題がある。
また、加熱処理によるリフレッシュには数時間必要であり、リフレッシュの間、ガス検出が行えず、時間効率が悪い。また、加熱処理により吸着膜の熱分解や熱劣化が生じる場合があり、安定した検出感度でのガス検出を行うことが困難である。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、検出素子の経時劣化を簡便に補正することができる演算装置、演算方法及びガス検出システムを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る演算装置は算出部を具備する。
上記算出部は、ガスの吸着により共振周波数変化を生じる検出素子から上記検出素子の劣化状態における湿度変化に伴う共振周波数変化量と、予め取得されている上記検出素子の初期状態における湿度変化に伴う共振周波数変化量とから補正係数を算出し、上記補正係数を用いて劣化状態の上記検出素子の共振周波数変化量を補正する。
本発明のこのような構成によれば、初期状態及び劣化状態それぞれの検出素子の湿度変化に伴う共振周波数変化量から、吸着膜の吸着サイトのうち、脱離しない匂い成分により占有された吸着サイトを除いた吸着が可能な吸着サイトの割合を推定することができる。この吸着が可能な吸着サイトの割合を補正係数として算出し、当該補正係数を用いて共振周波数変化量を補正することにより、初期状態とほぼ同じ出力レベルの共振周波数量に換算することができる。これにより、初期状態とほぼ同じ感度レベルでガスの検出を行うことができ、検出素子の経時劣化を簡便に補正することができる。
上記検出素子の初期状態における湿度変化に伴う共振周波数変化量を記憶する記憶部を更に具備してもよい。
上記記憶部は、上記補正係数を記憶してもよい。
上記検出素子は、振動子と、上記振動子上に設けられた上記ガスを吸着する吸着膜とを備え、上記記憶部は、上記吸着膜の種類が互いに異なる複数の検出素子それぞれの初期状態における湿度変化に伴う共振周波数変化量を記憶してもよい。
ゼロ点のガスが達した劣化状態の上記検出素子から検出された共振周波数と、予め取得されている上記ゼロ点のガスが達した初期状態の上記検出素子から検出された共振周波数との差に基づいて、上記検出素子の寿命を判定する判定部を更に具備してもよい。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る演算方法は、
ガスの吸着により共振周波数変化を生じる検出素子の劣化状態における湿度変化に伴う共振周波数変化量を算出し、
劣化状態の上記検出素子の湿度変化に伴う共振周波数変化量と、予め取得されている上記検出素子の初期状態における湿度変化に伴う共振周波数変化量とから補正係数を算出し、
上記補正係数を用いて劣化状態の上記検出素子の共振周波数変化量を補正する。
上記検出素子の湿度変化に伴う共振周波数変化量の算出は、ゼロ点のガスと上記セロ点のガスと異なる湿度のガスがそれぞれ達した上記検出素子で検出された共振周波数を基に算出してもよい。
上記ゼロ点のガスは、脱湿及び脱臭されたガスであってもよい。
上記ゼロ点のガスが達した劣化状態の上記検出素子から検出された共振周波数と、予め取得されている上記ゼロ点のガスが達した初期状態の上記検出素子から検出された共振周波数との差に基づいて、上記検出素子の寿命を判定してもよい。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るガス検出システムは、ガスセンサと、演算装置とを具備する。
上記ガスセンサは、ガスの吸着により共振周波数変化を生じる検出素子を備える。
上記演算装置は、上記検出素子の劣化状態における湿度変化に伴う共振周波数変化量と、予め取得されている上記検出素子の初期状態における湿度変化に伴う共振周波数変化量とから補正係数を算出し、上記補正係数を用いて劣化状態の上記検出素子の共振周波数変化量を補正する算出部を備える。
上記ガスセンサは、脱湿及び脱臭手段が配置され、上記脱湿及び脱臭手段を通過した上記検出対象ガスを上記検出素子に導く第１の流路と、脱臭手段が配置され、上記脱臭手段を通過した上記検出対象ガスを前記検出素子に導く第２の流路と、上記検出対象ガスを上記検出素子に直接導く第３の流路を備えてもよい。
以上述べたように、本発明によれば、検出素子の経時劣化を簡便に補正することができる。
本発明の第１の実施形態に係るガス検出システムの構成を示す概略模式図である。 上記ガス検出システムの一部を構成するガスセンサに含まれるＱＣＭの正面図である。 上記ガスセンサの一部を構成する各ＱＣＭの湿度に対する共振周波数変化を示す図である。 上記ガスセンサの一部を構成する他の各ＱＣＭの湿度に対する共振周波数変化を示す図である。 上記ガス検出システムにおける各ＱＣＭにおけるガス検出方法を説明するためのものである。 第１の実施形態におけるガス検出システムの演算装置におけるガス検出に係る演算方法を説明するためのフロー図である。 第１の実施形態におけるガス検出システムの演算装置におけるＱＣＭ寿命判定に係る演算方法を説明するためのフロー図である。 ＱＣＭの寿命判定を説明するためのものである。 本発明の第２の実施形態に係るガス検出システムの構成を示す概略図である。 第２の実施形態のガス検出システムの演算装置におけるガス検出に係る演算方法を説明するためのフロー図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
以下の説明において、匂い検出をまだ行っていない状態のＱＣＭ、吸着膜を、初期状態のＱＣＭ、初期状態の吸着膜と称する。匂い検出を行い、ある程度の時間が経過した経時劣化後のＱＣＭ、吸着膜を、便宜的に劣化状態のＱＣＭ、劣化状態の吸着膜と称して説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係るガス検出システム１の概略模式図である。
図１に示すように、ガス検出システム１は、ガスセンサ２と、演算装置４と、表示装置５とを具備する。
図１に示すように、ガスセンサ２は、吸気口２１と、４つの流路である第１の流路２４、第２の流路２５、第３の流路２６及び第４の流路２７と、４つの流路２４～２７を通過したガスが流れ込む１つの流路である第５の流路２８を有する。
吸気口２１は、外部から検出対象ガス３２を吸気する。
吸気口２１から吸気されたガスは４つの流路２４～２７の少なくとも１つの流路に導かれることが可能に構成される。
各流路２４～２７は、検出対象ガス２３を第５の流路２８上に配置されるマルチアレイセンサ６に導くことが可能に構成される。
各流路２４～２７には、図示しないファンやポンプ等で機械的に一定の流速でガスを導入することができる。これにより、流速の違い等による圧力変化が及ぼす外乱要因をキャンセルすることができる。また、各流路２４～２７には図示しないバルブが設けられており、バルブの開閉により各流路２４～２７への外部からのガスの導入の有無が制御可能となっている。
図１に示すように、ガスセンサ２は、脱湿・脱臭フィルタ３２と、脱臭フィルタ３３と、温湿度センサ３０と、マルチアレイセンサ６と、第１の周波数カウンタ回路３１ａと、第２の周波数カウンタ回路３１ｂと、第３の周波数カウンタ回路３１ｃと、第４の周波数カウンタ回路３１ｄと、第５の周波数カウンタ回路３１ｅと、第６の周波数カウンタ回路３１ｆと、を具備する。
第１の周波数カウンタ回路３１ａと、第２の周波数カウンタ回路３１ｂと、第３の周波数カウンタ回路３１ｃ、第４の周波数カウンタ回路３１ｄ、第５の周波数カウンタ回路３１ｅと、第６の周波数カウンタ回路３１ｆを特に区別する必要がない場合は、周波数カウンタ回路３１と称して説明する場合がある。
脱湿及び脱臭手段としての脱湿・脱臭フィルタ３２は、吸気されたガスの湿度、匂いを除去する。脱湿・脱臭フィルタ３２は、第１の流路２４上に配置される。第１の流路２４を通過するガスは、脱湿・脱臭フィルタ３２により脱湿、脱臭処理される。このように、第１の流路２４は、常に一定レベルのクリーンなガスをマルチセンサアレイ６に導くことができる流路として機能する。第１の流路２４を通過したクリーンなガスは、センサのゼロ点のガスとして用いることができる。
このように、脱湿・脱臭フィルタ３２を設けることにより、標準ガスを用意せずとも、検出対象ガス２３をゼロ点のガスとして利用することができる。
脱湿・脱臭フィルタ３２には、湿度や親水性の匂い成分を除去するためにシリカゲルやモレキュラーシーブ等の湿度除去効果の高い材料と、匂い成分を除去するために活性炭やゼオライト等の匂い吸着効果の高い材料とを組み合わせて用いることができる。
脱臭手段としての脱臭フィルタ３３は、吸気されたガスの匂いを除去する。脱臭フィルタ３３は、第２の流路２５上に配置される。第２の流路２５を通過するガスは、脱臭フィルタ３３により脱臭処理される。このように、第２の流路２５は、匂い成分を除去したガスをマルチセンサアレイ６に導くことができる流路として機能する。
脱臭フィルタ３３には、匂い成分を除去するために活性炭やゼオライト等の匂い吸着効果の高い材料を用いることができる。
第３の流路２６上には、脱湿・脱臭フィルタや脱臭フィルタ等は配置されておらず、第３の流路２６には外部から吸気された検出対象ガス２３が直接導入される。第３の流路２６は、匂いモニタリングのための検出対象ガス２３を第５の流路２８上に配置されるマルチアレイセンサ６に導く。
温湿度センサ３０は、検出対象ガス２３の温度、湿度を検出するものである。温湿度センサ３０は、第４の流路２７上に配置される。温湿度センサ３０により検出された温度、湿度情報は、演算装置４へ出力される。
演算装置４により、温湿度センサ３０により検出された温度を基に、各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆそれぞれで検出された共振周波数は、温度による共振周波数変化をキャンセルするように補正される。これにより、温度の影響のない共振周波数変化を検出することができる。尚、以下の説明では、温湿度センサ３０により検出された温度を用いた補正についての説明は省略する。
また、演算装置４により、温湿度センサ３０により検出された湿度を基に、各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆそれぞれで検出された共振周波数が補正される。詳細については後述する。
温湿度センサ３０には、例えばセンシリオン社製のデジタル温湿度センサ（型番：ＳＨＴ２１）を用いることができる。
マルチアレイセンサ６は、複数の検出素子としてのＱＣＭ１０を有する。本実施形態では、６つのＱＣＭを備える例をあげるが、少なくとも１つあればよい。
マルチアレイセンサ６は、第１の検出素子としての第１のＱＣＭセンサ素子（以下、第１のＱＣＭと称す）１０ａと、第２の検出素子としての第２のＱＣＭセンサ素子（以下、第２のＱＣＭと称す）１０ｂと、第３の検出素子としての第３のＱＣＭセンサ素子（以下、第３のＱＣＭと称す）１０ｃと、第４の検出素子としての第４のＱＣＭセンサ素子（以下、第４のＱＣＭと称す）１０ｄと、第５の検出素子としての第５のＱＣＭセンサ素子（以下、第５のＱＣＭと称す）１０ｅと、第６の検出素子としての第６のＱＣＭセンサ素子（以下、第６のＱＣＭと称す）１０ｆと、を具備する。
第１のＱＣＭ１０ａと、第２のＱＣＭ１０ｂと、第３のＱＣＭ１０ｃと、第４のＱＣＭ１０ｄ、第５のＱＣＭ１０ｅ、第６のＱＣＭ１０ｆは、いずれも振動子としての水晶振動子と、該水晶振動子上に設けられた特定のガスを吸着する吸着膜を備えた構成を有しており、吸着膜の種類が異なるのみで基本構造は同じである。以下、第１のＱＣＭ１０ａ、第２のＱＣＭ１０ｂ、第３のＱＣＭ１０ｃ、第４のＱＣＭ１０ｄ、第５のＱＣＭ１０ｅ、第６のＱＣＭ１０ｆを特に区別する必要がない場合は、ＱＣＭ１０と称して説明する場合がある。
図２に示すように、ＱＣＭ１０は、水晶振動子１３と、電極１１と、吸着膜１２と、リードランド１６Ａと、リードランド１６Ｂと、リード１４Ａと、リード１４Ｂと、ピン端子１９Ａと、ピン端子１９Ｂと、ホルダ１８とを有する。水晶振動子１３は、ＡＴカットの水晶板である。
ＱＣＭ１０の水晶振動子１３の共振周波数は吸着膜１２に吸着したガスの重量に比例して減少するので、各ＱＣＭ毎に共振周波数の変化量を算出し、この算出結果を基に、検出対象ガスに、吸着膜１２の検出ターゲットとなるガスが含まれているか否かを検出することができる。
本実施形態においては、検出素子に共振周波数が水晶振動子を用いるが、これに限定されない。例えば、水晶振動子以外にセラミック振動子、表面弾性波素子、カンチレバー、ダイヤフラムなどを用いることもでき、吸着膜のガス吸着による重量増加、膨張応力増加等の物理変化を検出し、電気信号に変換できるものであれば適用できる。
以下、第１のＱＣＭ１０ａが備える吸着膜を第１の吸着膜１２ａと称し、第２のＱＣＭ１０ｂが備える吸着膜を第２の吸着膜１２ｂと称し、第３のＱＣＭ１０ｃが備える吸着膜を第３の吸着膜１２ｃと称し、第４のＱＣＭ１０ｄが備える吸着膜を第４の吸着膜１２ｄと称し、第５のＱＣＭ１０ｅが備える吸着膜を第５の吸着膜１２ｅと称し、第６のＱＣＭ１０ｆが備える吸着膜を第６の吸着膜１２ｆと称する。
電極１１は、水晶振動子１３の両面にそれぞれ形成され、吸着膜１２は水晶振動子１３の一方の面に形成された電極１１上に形成される。リードランド１６Ａは一方の面に形成された電極１１と一体形成されてなり、リードランド１６Ｂは他方の面に形成された電極１１と一体形成されてなる。
リード１４Ａ及びリード１４Ｂは金属バネ材からなり、互いに平行に配置される。
リード１４Ａは、一端がリードランド１６Ａを介して一方の面に形成された電極１１と電気的に接続し、他端がピン端子１９Ａに接続する。リード１４Ｂは一端がリードランド１６Ｂを介して他方の面に形成された電極１１と電気的に接続し、他端がピン端子１９Ｂに接続する。
ピン端子１９Ａと、ピン端子１９Ｂは、基板上に設けられたホルダ１８に支持され、ホルダ１８によって水晶振動子１３は振動自在に支持される。
ＱＣＭ１０のピン端子１９Ａ及び１９Ｂは図示しない発振回路に接続され、ＱＣＭ１０に駆動電圧が印加される。ＱＣＭ１０は、駆動電圧が印加されると、水晶振動子１３は固有の共振周波数で振動する。
そして、吸着膜１２がガスを吸着することにより質量が変化し、その吸着量に応じて水晶振動子１３の発振周波数は低下する。このように、ＱＣＭ１０では、ガス吸着による重量変化を共振周波数変化としてガス検出を行う。また、周波数の変化量に応じてガス濃度を定量することができる。
第１のＱＣＭ１０ａ、第２のＱＣＭ１０ｂ、第３のＱＣＭ１０ｃ、第４のＱＣＭ１０ｄ、第５のＱＣＭ１０ｅ、第６のＱＣＭ１０ｆは、それぞれ、共振周波数測定部である第１の周波数カウンタ回路３１ａ、第２の周波数カウンタ回路３１ｂ、第３の周波数カウンタ回路３１ｃ、第４の周波数カウンタ回路３１ｄ、第５の周波数カウンタ回路３１ｅ、第６の周波数カウンタ回路３１ｆに接続される。
周波数カウンタ回路３１は、ＱＣＭ１０の吸着膜１２の共振周波数を測定する。各周波数カウンタ回路３１ａ～３１ｆで測定された共振周波数の電気信号は演算装置４に出力される。
第１の吸着膜１２ａ、第２の吸着膜１２ｂ、第３の吸着膜１２ｃ、第４の吸着膜１２ｄ、第５の吸着膜１２ｅ、第６の吸着膜１２ｆは、それぞれ、異なる種類からなる。
本実施形態において、第１の吸着膜１２ａは、フッ素含有ポリマー材料（製品名：FS-2040（フロロテクノロジー製））の吸着膜であり、親油性ガスを選択的に吸着する。
第２の吸着膜１２ｂは、フッ素含有両極性ポリマー材料（製品名：FS-6130（フロロテクノロジー製））の吸着膜であり、親水性ガス、親油性ガスを選択的に吸着する。
第３の吸着膜１２ｃは、油性炭化水素材料Squalene（富士フイルム和光純薬製）の吸着膜であり、親水性ガス、親油性ガスを選択的に吸着する。
第４の吸着膜１２ｄは、Cellulose Acetate Propionate（CAP-482、EASTMAN製）の吸着膜であり、親水性ガスを選択的に吸着する。
第５の吸着膜１２ｅは、Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)（製品名：PEDOT687316、Ardrich製）の吸着膜であり、親水性ガスを選択的に吸着する。
第６の吸着膜１２ｆは、セルロースCellulose Acetate Butyrate（CAB-553、EASTMAN製）の吸着膜であり、親水性ガスを選択的に吸着する。
図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ第１のＱＣＭ１０ａ、第２のＱＣＭ１０ｂ、第３のＱＣＭ１０ｃにおける検出するガスの湿度変化に伴う共振周波数変化を説明するための図である。
図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ第４のＱＣＭ１０ｄ、第５のＱＣＭ１０ｅ、第６のＱＣＭ１０ｆにおける検出するガスの湿度変化に伴う共振周波数変化を説明するための図である。
いずれの図においても各ＱＣＭに達するガスの湿度を変えて測定した共振周波数をプロットしたものの近似線を図示している。
図３及び図４に示すように、吸着膜１２の種類が異なるため、それぞれの共振周波数は異なるが、いずれのＱＣＭ１０ａ～１０ｆにおいても、ガスの湿度変化に伴って共振周波数はほぼ直線的に変化する。
演算装置４は、取得部４１と、算出部４２と、判定部４３と、出力部４４と、記憶部４５と、認識部４６を備える。
記憶部４５は、ゼロ点のガスが達した初期状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆで検出される共振周波数と、湿度変化に伴う共振周波数変化量を予め記憶する。
上記初期状態のＱＣＭ１０で検出される共振周波数は、外部のガスが第１の流路２４を通過して脱湿・脱臭されたクリーンなガス（ゼロ点のガス）が膜劣化のない初期状態のＱＣＭ１０に達した時に検出される共振周波数である。この共振周波数はＱＣＭ１０ａ～１０ｆ毎に予め取得され、記憶される。
上記湿度変化に伴う共振周波数変化量は、外部のガスが第１の流路２４を通過したゼロ点のガスが初期状態のＱＣＭ１０に達した時に検出される共振周波数と、外部のガスが第２の流路２５を通過して脱臭されたガスが初期状態のＱＣＭ１０に達した時に検出される共振周波数と、外部のガスが第４の流路２７を通過し温湿度センサ３０により検出された湿度情報を基に予め算出された、相対湿度１％の変化に対するＱＣＭ１０における共振周波数変化量である。この共振周波数変化量はＱＣＭ１０ａ～１０ｆ毎に予め算出され、記憶される。
記憶部４５は、後述する算出部４２で算出された補正係数Ｒｃを、算出した日時情報と紐づけして時系列に記憶する。補正係数Ｒｃの算出は定期的に行われてもよいし、ユーザが任意のタイミングで行ってもよい。
また、記憶部４５は、各種のガスをマルチアレイセンサ６で検出したときの参照用検出パターンを異なる種類のガス毎に予め記憶する。
認識部４６は、後述する算出部４２により補正係数を用いて補正された検出パターンと、記憶部４５に予め記憶されている参照用検出パターンとを照合し、機械学習によるパターン認識で、ガスの有無やガスの種類を認識する。
取得部４１は、各周波数カウンタ回路３１ａ～３１ｆで検出された各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの共振周波数、及び、温湿度センサ３０で検出された温度及び湿度情報を取得する。
より詳細には、取得部４１は、検出対象ガス２３が第１の流路２４を通過して脱湿・脱臭された、所謂ゼロ点のガスが達した劣化状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆで検出された共振周波数を取得する。
取得部４１は、検出対象ガス２３が第２の流路２５を通過して脱臭されたガスが達した劣化状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆで検出された共振周波数を取得する。
取得部４１は、第３の流路２６を通過した検出対象ガス２３が達した劣化状態の各ＱＣＭ０ａ～１０ｆで検出された共振周波数を取得する。
取得部４１は、第４の流路２７の温湿度センサ３０で検出された温度及び湿度情報を取得する。
算出部４２は、後述する補正係数Ｒｃを算出する場合は、第１の流路２４、第２の流路２５をそれぞれ通過したガスが達した各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆで検出された共振周波数、温湿度センサ３０で検出された湿度情報に基づいて、相対湿度１％の変化に対する各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの共振周波数変化量を算出する。
算出部４２は、補正係数Ｒｃを算出する場合は、記憶部４５に記憶されている初期状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの湿度変化に対する共振周波数変化量を取得する。
算出部４２は、劣化状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの湿度変化に対する共振周波数変化量ΔＦ（ａ）と、記憶部４５に記憶されている初期状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの湿度変化に対する共振周波数変化量ΔＦ（０）との比率Ｒｃを補正係数として、次式を用いて算出する。
Ｒｃ=ΔＦ（０）／ΔＦ（ａ）
式中、ΔＦ（ａ）は、劣化状態の吸着膜での相対湿度１％の変化に対する共振周波数変化（Ｈｚ）であり、ΔＦ（０）は、初期状態の吸着膜での相対湿度１％の変化に対する共振周波数変化（Ｈｚ）である。
補正係数Ｒｃの算出は、ＱＣＭ１０ａ～１０ｆ毎に算出される。算出された補正係数Ｒｃは記憶部４５に記憶される。
算出部４２は、補正係数Ｒｃを算出しない場合は、記憶部４５に記憶されている最新の補正係数Ｒｃを取得する。
算出部４２は、第３の流路２６を通過した検出対象ガス２３が達した劣化状態の各ＱＣＭ０ａ～１０ｆで検出された共振周波数に基づいて共振周波数変化量を算出する。
更に、算出部４２は、補正係数Ｒｃを用いて、第３の流路２６を通過した検出対象ガス２３が達した劣化状態の各ＱＣＭ０ａ～１０ｆの共振周波数変化量を補正する。
より具体的には、第３の流路２６を通過した検出対象ガス２３が達した劣化状態の各ＱＣＭ０ａ～１０ｆでの共振周波数変化量の値に補正係数Ｒｃを乗じて共振周波数変化量を補正する。これにより、初期状態とほぼ同じセンサ感度レベルでの出力値に共振周波数変化量を補正することができる。具体的な例については図５を用いて後述する。
このように、第１の流路２４及び第２の流路２５を通過したガスが達した各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆでの検出結果は、補正係数Ｒｃの算出に用いられる。
補正係数Ｒｃの算出及び補正係数Ｒｃを用いた共振周波数変化量の補正は、劣化状態のＱＣＭによる出力値を初期状態とほぼ同じ感度レベルでの出力値となるようにキャリブレーションする工程といえる。
このキャリブレーション工程における補正係数Ｒｃの算出は、ガスセンサ２でのガス検出毎に行う必要はなく、例えば１か月毎といった所定の期間毎に自動的に行うように構成してもよいし、ユーザが任意のタイミングで行ってもよい。
そして、キャリブレーション工程で算出された各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆにおける補正係数Ｒｃが記憶部４５に記憶されることにより、次回の補正係数Ｒｃの算出までは、記憶部４５に記憶された直近で算出された補正係数Ｒｃを用いて、共振周波数変化量の補正が行われる。
このため、補正係数Ｒｃの算出を行わない期間でのガス検出システム１によるガス検出では、第１の流路２４及び第２の流路２５を通過したガスの検出を必ずしも行わなくてもよい。このように第１の流路２４及び第２の流路２５はキャリブレーション工程に用いることができる。
判定部４３は、第１の流路２４を通過したゼロ点のガスが達した劣化状態のＱＣＭ１０から検出された共振周波数と、予め取得され記憶部４５に記憶されている第１の流路２４を通過したゼロ点のガスが達した初期状態のＱＣＭ１０から検出された共振周波数との差に基づいて、ＱＣＭ１０の寿命を判定する。
経時劣化により吸着膜１２が寿命に達すると、ＱＣＭ１０は安定した発振特性を有することができなくなる。このような状態では、補正係数を用いた共振周波数変化量の算出を行っても、十分に共振周波数変化量を補正しきれない。
本実施形態では、第１の流路２４を通過したゼロ点のガスが達した劣化状態のＱＣＭ１０から検出された共振周波数と、予め取得され、記憶部４５に記憶されている第１の流路２４を通過したゼロ点のガスが達した初期状態のＱＣＭ１０から検出された共振周波数との差が閾値を超えた場合、ＱＣＭ１０が寿命を迎えたと判定することができる。寿命判定に用いる閾値は、ＱＣＭの共振周波数帯によって異なり、吸着膜１２の種類によって個別に設定される。
ここで、ゼロ点のガスが達した劣化状態のＱＣＭ１０から検出された共振周波数と、ゼロ点のガスが達した初期状態のＱＣＭ１０から検出された共振周波数との差は、経時劣化により積算された周波数である。この共振周波数の差から劣化状態のＱＣＭ１０の負性抵抗を推定することができる。発振回路の負性抵抗が水晶振動子の等価直列共振抵抗より十分大きくとれている場合、安定した発振特性を得ることができ、そうでない場合は、安定した発振特性を得ることができない。
図８は、一例として、異なる２種類の吸収膜をそれぞれ備えた共振周波数が３２ＭＨｚのＱＣＭの負性抵抗と共振周波数との関係を示す。丸のプロットと、ひし形のプロットはそれぞれ異なる種類の吸収膜を備えるＱＣＭを示す。
図８に示すように、共振周波数の変化に伴い負性抵抗は直線的に変化する。図８に示す例では、ＱＣＭの負性抵抗が５００Ωを越えるとＱＣＭは安定した発振ができなくなる。負性抵抗が５００Ωを超えたときが寿命とした場合、劣化状態と初期状態での共振周波数の差が閾値である２００，０００Ｈｚより大きい場合、ＱＣＭは寿命に達したと判定される。
このように、共振振動を伴うＱＣＭでは、負性抵抗から安定して発振することができなくなる共振周波数を見積もることができ、推定した負性抵抗からＱＣＭの寿命を判定することができる。これにより、寿命に達したと判定された場合、速やかにＱＣＭやガスセンサの交換を行うことができ、ＱＣＭやガスセンサの使用開始から交換までの間、初期状態の感度レベルとほぼ同じレベルを維持することができ、安定してガス検出を行うことができる。
出力部４４は、算出部４２により補正係数を用いて算出された各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの共振周波数変化量、認識部４６により認識された検出ガスの識別結果、検出ガスの定量分析結果、判定部４３により判定された寿命判定結果を表示装置５へ出力する。
表示装置５は表示部を有し、演算装置４から出力された各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの補正後の共振周波数変化量、検出ガスの識別結果、ガス濃度、寿命判定結果等を表示部に表示する。ユーザは、表示部を確認することにより検出されたガスの種類や濃度、ＱＣＭやガスセンサの交換時期を把握することができる。
次に、演算装置４で行われる補正係数の算出、補正係数を用いた共振周波数変化量の算出に係る演算方法について図６のフロー図を用いて説明する。
図６に示すように、取得部４１により、各周波数カウンタ回路３１ａ～３１ｆから出力された第１の流路２４を通過したガスが達した劣化状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆで検出された共振周波数の電気信号が取得される（Ｓｔ１）。
次に、取得部４１により、各周波数カウンタ回路３１ａ～３１ｆから出力された第２の流路２５を通過したガスが達した劣化状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆで検出された共振周波数の電気信号が取得される（Ｓｔ２）。
次に、取得部４１により、温湿度センサ３０により検出された湿度情報が取得される（Ｓｔ３）。
次に、算出部４２により、Ｓｔ１で取得された第１の流路２４を通過したガスの検出結果である共振周波数と、Ｓｔ２で取得された第２の流路２５を通過したガスの検出結果である共振周波数と、温湿度センサ３０により検出された湿度情報を用いて、相対湿度１％の変化に対する劣化状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの共振周波数変化量ΔＦ（ａ）が算出される（Ｓｔ４）。
第１の流路２４を通過したガスと第２の流路２５を通過したガスは、いずれも脱臭され匂い成分が除去されたガスである。第１の流路２４を通過したガスは脱湿され水分が除去されたガスであり、第２の流路２５を通過したガスは脱湿されていないガスであり、両者は湿度が異なっている。従って、Ｓｔ１で取得された共振周波数と、Ｓｔ２で取得された共振周波数と、Ｓｔ３で取得された湿度情報から、相対湿度１％の変化に対する劣化状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの共振周波数変化量の算出が可能となる。
次に、算出部４２により、記憶部４５に予め記憶されている初期状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの湿度変化に対する共振周波数変化量ΔＦ（０）が取得される（Ｓｔ５）。
次に、Ｓｔ４で算出した共振周波数変化量ΔＦ（ａ）とＳｔ５で取得した共振周波数変化量ΔＦ（０）との比率Ｒｃが補正係数として算出される（Ｓｔ６）。補正係数Ｒｃは、ＱＣＭ１０ａ～１０ｆ毎に算出される。
次に、取得部４１により、各周波数カウンタ回路３１ａ～３１ｆから出力された第３の流路２６を通過したガスが達した劣化状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆで検出された共振周波数が取得される（Ｓｔ７）。
次に、Ｓｔ７で取得した共振周波数を用いて劣化状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの共振周波数変化量を算出し、当該共振周波数変化量にＳｔ６で算出した補正係数Ｒｃを乗じて共振周波数変化量を補正する（Ｓｔ８）。
補正係数Ｒｃを用いて補正され算出された共振周波数変化量は、初期状態のガスセンサ２と同じ感度レベルで検出された値とほぼ同じとなる。
以下、図５を用いて、補正係数Ｒｃを用いて算出された共振周波数変化量が、初期状態のガスセンサ２で検出した場合の共振周波数変化量とほぼ一致することを説明する。
図５において、補正係数Ｒｃは、初期状態の湿度変動に伴う共振周波数変化量ΔＦ（０）と経時劣化後（劣化状態）の湿度変動に伴う共振周波数変化量ΔＦ（ａ）との比により求められる。
初期状態のエタノール（１００ｐｐｍ）の共振周波数変化量は、初期状態のＱＣＭ１０のエタノール検出時の共振周波数変化量である。経時劣化後（劣化状態）のエタノール（１００ｐｐｍ）の共振周波数変化量は、劣化状態のＱＣＭ１０のエタノール検出時の共振周波数変化量である。
補正後の共振周波数変化量は、経時劣化後（劣化状態）のエタノール（１００ｐｐｍ）の共振周波数変化量に補正係数Ｒｃを乗じた値である。
出力一致率は、初期状態のＱＣＭ１０のエタノール検出時の共振周波数変化量に対する補正後の共振周波数変化量の一致率を示す。
ここで、劣化状態のＱＣＭ１０の吸着膜１２では、一部の吸着サイトが脱離しない匂い成分により占有され、空いている吸着サイトにのみ吸着が可能な状態となっている。このため、劣化状態のＱＣＭ１０では、初期状態のＱＣＭ１０よりも吸着による周波数変化量が小さくなっている。
上述の図３及び図４に示すように各ＱＣＭにおける湿度変化に伴う共振周波数の変化はほぼ直線的であり、少なくとも２つの異なる湿度のガスそれぞれが達したＱＣＭで検出される共振周波数から相対湿度１％の変化に対するＱＣＭの共振周波数変化量を求めることができる。
従って、初期状態のＱＣＭにおける相対湿度１％の変化に対する共振周波数変化量と劣化状態のＱＣＭにおける相対湿度１％の変化に対する共振周波数変化量との比から、吸着膜表面の吸着可能な吸着サイトの割合を推定することができる。そして、その比率を用いて、劣化状態のＱＣＭで検出された共振周波数変化量を補正してキャリブレーションすることにより、初期状態のＱＣＭとほぼ同じの感度レベルで検出される共振周波数変化量に換算することができる。
図５に示すように、第１のＱＣＭ１０ａにおいて、劣化状態の第１のＱＣＭ１０ａで検出された共振周波数変化量である９Ｈｚを、補正係数Ｒｃを用いて補正した値（補正後の共振周波数変化量）は２２Ｈｚとなっている。この値は、初期状態の第１のＱＣＭ１０ａによるエタノールの共振周波数変化量である２０Ｈｚとほぼ同じであり出力値の一致率は１０８％である。
同様に、図５に示すように、第２のＱＣＭ１０ｂにおいて、劣化状態の第２のＱＣＭ１０ｂで検出された共振周波数変化量である５５Ｈｚを、補正係数Ｒｃを用いて補正した値（補正後の共振周波数変化量）は７２Ｈｚとなっている。この値は、初期状態の第２のＱＣＭ１０ｂによるエタノールの共振周波数変化量である７０Ｈｚとほぼ同じであり出力値の一致率は１０３％である。
第３のＱＣＭ１０ｃにおいて、劣化状態の第３のＱＣＭ１０ｃで検出された共振周波数変化量である９５Ｈｚを、補正係数Ｒｃを用いて補正した値（補正後の共振周波数変化量）は１９１Ｈｚとなっている。この値は、初期状態の第３のＱＣＭ１０ｃによるエタノールの共振周波数変化量である２００Ｈｚとほぼ同じであり出力値の一致率は９５％である。
第４のＱＣＭ１０ｄにおいて、劣化状態の第４のＱＣＭ１０ｄで検出された共振周波数変化量である１４５Ｈｚを、補正係数Ｒｃを用いて補正した値（補正後の共振周波数変化量）は２０２Ｈｚとなっている。この値は、初期状態の第４のＱＣＭ１０ｄによるエタノールの共振周波数変化量である２１０Ｈｚとほぼ同じであり出力値の一致率は９６％である。
第５のＱＣＭ１０ｅにおいて、劣化状態の第５のＱＣＭ１０ｅで検出された共振周波数変化量である１７６Ｈｚを、補正係数Ｒｃを用いて補正した値（補正後の共振周波数変化量）は３６３Ｈｚとなっている。この値は、初期状態の第５のＱＣＭ１０ｅによるエタノールの共振周波数変化量である３５０Ｈｚとほぼ同じであり出力値の一致率は１０４％である。
第６のＱＣＭ１０ｆにおいて、劣化状態の第６のＱＣＭ１０ｆで検出された共振周波数変化量である６４Ｈｚを、補正係数Ｒｃを用いて補正した値（補正後の共振周波数変化量）は１１８Ｈｚとなっている。この値は、初期状態の第６のＱＣＭ１０ｆによるエタノールの共振周波数変化量である１２０Ｈｚとほぼ同じであり出力値の一致率は９９％である。
このように、補正係数Ｒｃを用いて補正された共振周波数変化量は、初期状態のＱＣＭ１０とほぼ同じ感度レベルで検出された値となる。
また、上述したように、経時劣化により吸収膜１２が寿命に達した場合、ＱＣＭ１０が安定して発振することができなくなる。このような安定して発振することができなくなる寿命の判定は次のように行うことができ、ガスセンサの寿命の予測が可能となる。以下、図７を用いて説明する。
図７は、ＱＣＭ寿命判定に係る演算方法を説明するためのフロー図である。
図７に示すように、取得部４１により、周波数カウンタ回路３１により検出されたゼロ点のガスが達した劣化状態のＱＣＭ１０の共振周波数が取得される（Ｓｔ１１）。
次に、判定部４３により、記憶部４６に予め記憶されているゼロ点のガスが達した初期状態のＱＣＭ１０の共振周波数が取得される（Ｓｔ１２）。
次に、判定部４３により、Ｓｔ１１で取得された劣化状態のＱＣＭ１０の共振周波数と、Ｓｔ１２で取得された初期状態のＱＣＭ１０の共振周波数との差に基づいて、ＱＣＭ１１の寿命が判定される（Ｓｔ１３）。具体的には、算出された差が閾値よりも大きい場合、ＱＣＭ１０は寿命に達したと判定され、閾値以下の場合、ＱＣＭ１０はまだ寿命に達していないと判定される。
以上のように、本実施形態では、初期状態のＱＣＭにおける相対湿度１％の変化に対する共振周波数変化量と劣化状態のＱＣＭにおける相対湿度１％の変化に対する共振周波数変化量との比から、吸着膜表面の吸着可能な吸着サイトの量を推定することができる。そして、その比率を用いて、劣化状態のＱＣＭで検出された共振周波数変化を補正してガスセンサ２の出力値のキャリブレーションを行うことができる。これにより、劣化状態のＱＣＭで検出された共振周波数を、初期状態のＱＣＭとほぼ同じの感度レベルで検出される共振周波数に換算することができる。これにより、検出素子の経時劣化を簡便に補正することができ、安定した感度レベルでの検出を行うことができる。
更に、経時劣化による劣化度合いから上記補正係数Ｒｃを用いた出力補正では補正しきれないセンサ寿命を推定することができる。従って、寿命に達したと判定された場合、速やかにＱＣＭやガスセンサの交換を行うことができ、ＱＣＭやガスセンサの使用開始から交換までの間、初期状態の感度レベルとほぼ同じレベルを維持することができ、安定してガス検出を行うことができる。
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、脱湿・脱臭フィルタを有する第１の流路と脱臭フィルタを有する第２の流路を設けて、ガスセンサ２の出力値をキャリブレーションするための補正係数を求める例をあげたが、これに限定されない。脱湿・脱臭フィルタや脱臭フィルタを設けず、湿度の異なる少なくとも２種類の標準ガスを用いて補正係数を求める構成としてもよい。以下、図９を用いて説明する。以下の説明について、上述と同様の構成については同様の符号を付し説明を省略する。
図９は、第２の実施形態に係るガス検出システム１０１の概略模式図である。
図９に示すように、ガス検出システム１０１は、ガスセンサ１０２と、演算装置４と、表示装置５とを具備する。
図９に示すように、ガスセンサ１０２は、吸気口２１と、モニタ用流路１２６と、温湿度検出用流路１２７と、２つの流路１２６、１２７をそれぞれ通過したガスが流れ込む１つの流路であるマルチアレイセンサ用の流路１２８を有する。
吸気口２１は、外部から検出対象ガス３２を吸気する。
吸気口２１から吸気されたガスは２つの流路１２６、１２７に導かれることが可能に構成される。
各流路１２６、１２７は、検出対象ガス２３を流路１２８上に配置されるマルチアレイセンサ６に導くことが可能に構成される。
各流路１２６、１２７には、図示しないファンやポンプ等で機械的に一定の流速でガスを導入することができる。これにより、流速の違い等による圧力変化が及ぼす外乱要因をキャンセルすることができる。また、各流路には図示しないバルブが設けられており、バルブの開閉により各流路への外部からのガスの導入の有無が制御可能となっている。
図９に示すように、ガスセンサ２は、脱湿・脱臭フィルタ３２と、脱臭フィルタ３３と、温湿度センサ３０と、マルチアレイセンサ６と、第１の周波数カウンタ回路３１ａと、第２の周波数カウンタ回路３１ｂと、第３の周波数カウンタ回路３１ｃと、第４の周波数カウンタ回路３１ｄと、第５の周波数カウンタ回路３１ｅと、第６の周波数カウンタ回路３１ｆと、を具備する。
ガス検出システム１０１では、匂い成分を有さず、互いに湿度が異なる第１の標準ガスと第２の標準ガスを用いて、ガスセンサ１０２の出力値をキャリブレーションするための補正係数Ｒｃを求めることができる。第１の標準ガスはゼロ点のガスとなる。第１及び第２の標準ガスには匂い成分は含まれない。
演算装置４の記憶部４５は、初期状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆで検出される共振周波数と、相対湿度１％の変化に伴う共振周波数変化量を予め記憶する。
上記初期状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆで検出される共振周波数は、第１の標準ガスがモニタ用流路１２６を通過し初期状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆに達した時に検出される共振周波数であり、予め記憶部４５に記憶される。
上記湿度変化に伴う共振周波数変化量は、上記のモニタ用流路１２６を通過した第１の標準ガスが初期状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆに達した時に検出される共振周波数と、モニタ用流路１２６を通過した第２の標準ガスが初期状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆに達した時に検出される共振周波数と、第１及び第２の標準ガスが温湿度検出用流路１２７を通過し温湿度センサ３０により検出された湿度情報を基に予め算出された、相対湿度１％の変化に対する各ＱＣＭ１０における共振周波数変化量である。尚、第１及び第２の標準ガスの湿度が既知の場合、温湿度センサ３０の湿度情報は特に用いなくてもよい。
記憶部４５は、後述する算出部４２で算出された補正係数Ｒｃを時系列に記憶する。
また、記憶部４５は、各種のガスをマルチアレイセンサ６で検出したときの参照用検出パターンを異なる種類のガス毎に予め記憶する。
認識部４６の構成は、第１の実施形態と同様である。
取得部４１は、各周波数カウンタ回路３１ａ～３１ｆから出力された各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの共振周波数の電気信号、及び、温湿度センサ３０で検出された温度及び湿度情報を取得する。
より詳細には、取得部４１は、第１の標準ガス、第２の標準ガスそれぞれが達した劣化状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆで検出された共振周波数を取得する。
取得部４１は、モニタ用流路２６を通過した検出対象ガス２３が達した劣化状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆで検出された共振周波数を取得する。
取得部４１は、温湿度検出用流路１２７の温湿度センサ３０で検出された温度及び湿度情報を取得する。
算出部４２は、モニタ用流路１２６を通過した第１の標準ガス、第２の標準ガスそれぞれが劣化状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆに達した時に検出される共振周波数と、第１及び第２の標準ガスが温湿度検出用流路１２７を通過し温湿度センサ３０により検出された湿度情報を基に、相対湿度１％の変化に対する劣化状態の各ＱＣＭ１０における共振周波数変化量ΔＦ（ａ）を算出する。尚、第１及び第２の標準ガスの湿度が既知の場合、温湿度センサ３０による湿度情報は特に用いなくてもよい。
算出部４２は、記憶部４５に予め記憶されている初期状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの湿度変化に対する共振周波数変化量ΔＦ（０）を取得する。
算出部４２は、劣化状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの湿度変化に対する共振周波数変化量ΔＦ（ａ）と、記憶部４５に記憶されている初期状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの湿度変化に対する共振周波数変化量ΔＦ（０）との比率Ｒｃを補正係数として、次式を用いて算出する。
Ｒｃ=ΔＦ（０）／ΔＦ（ａ）
式中、ΔＦ（ａ）は、劣化状態のＱＣＭでの相対湿度１％の変化に対する共振周波数変化（Ｈｚ）であり、ΔＦ（０）は、初期状態のＱＣＭでの相対湿度１％の変化に対する共振周波数変化（Ｈｚ）である。
補正係数の算出は、ＱＣＭ１０ａ～１０ｆ毎に算出される。
算出部４２は、モニタ用流路１２６を通過した検出対象ガス２３が達した劣化状態の各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆで検出された共振周波数に基づいて共振周波数変化量を算出する。
更に、算出部４２は、補正係数Ｒｃを用いて、モニタ用流路１２６を通過した検出対象ガス２３が達した劣化状態の各ＱＣＭ０ａ～１０ｆの共振周波数変化量を補正して、初期状態の感度レベルに換算した共振周波数変化量を算出する。
より具体的には、モニタ用流路１２６を通過した検出対象ガス２３が達した劣化状態の各ＱＣＭ０ａ～１０ｆの共振周波数変化量の値に補正係数Ｒｃを乗じて共振周波数変化量を算出する。これにより、初期状態とほぼ同じ感度レベルでの出力値に補正することができる。
次に、演算装置４で行われる補正係数の算出に用いられる湿度変化に伴う共振周波数変化量の演算方法について図１０のフロー図を用いて説明する。この共振周波数変化量の算出は、初期状態、劣化状態においても同様である。
図１０に示すように、取得部４１により、各周波数カウンタ回路３１ａ～３１ｆから出力されたモニタ用流路１２６を通過した第１の標準ガスが達した各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆで検出された共振周波数の電気信号が取得される（Ｓｔ２１）。
次に、取得部４１により、各周波数カウンタ回路３１ａ～３１ｆから出力されたモニタ用流路１２６を通過した第２の標準ガスが達した各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆで検出された共振周波数の電気信号が取得される（Ｓｔ２２）。
次に、取得部４１により、温湿度センサ３０により検出された第1及び第２の標準ガスそれぞれの湿度情報が取得される（Ｓｔ２３）。
次に、算出部４２により、Ｓｔ２１で取得されたモニタ用流路１２６を通過した第１の標準ガスの検出結果である共振周波数と、Ｓｔ２２で取得されたモニタ用流路１２６を通過した第２の標準ガスの検出結果である共振周波数と、Ｓｔ２３で取得された温湿度センサ３０により検出された湿度情報を用いて、相対湿度１％の変化に対する各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの共振周波数変化量が算出される（Ｓｔ２４）。
このように、標準ガスを用いて、補正係数Ｒｃを求めるための相対湿度１％の変化に対する各ＱＣＭ１０ａ～１０ｆの共振周波数変化量が算出される。補正係数の算出、補正係数を用いた出力レベルの補正については第１の実施形態と同様のため、ここでは説明を省略する。
本実施形態のように標準ガスを用いてキャリブレーションを行ってもよく、第１の実施形態と同様に安定した感度レベルでガスの検出を行うことができる。
尚、第１の実施形態においては、脱湿・脱臭フィルタを有する第１の流路と脱臭フィルタを有する第２の流路を設けているので、補正係数Ｒｃの算出にあたって標準ガスを準備する必要がない。
上記の各実施形態では、上記キャリブレーションが定期的又は任意のタイミングで行われることにより、検出素子の経時劣化が簡便に補正され、常に一定レベルに感度が維持され、定量性のあるモニタリングが可能となる。
また、初期状態のＱＣＭと劣化状態のＱＣＭとの共振周波数の差に基づいてセンサ寿命を推定することにより、常に一定レベルに感度が維持され、定量性のあるモニタリングが可能となる。
また、ガスセンサが常に一定レベルの感度に維持されるので、ガスの有無や種類の認識精度を一定レベルに維持することができる。すなわち、認識部４６により、算出部４２で補正係数Ｒｃを用いて補正された検出パターンと参照検出パターンとが照合されパターン認識されてガスの有無や種類が判定されるので、ガスの有無や種類の認識精度を一定レベルに維持することができる。このように、経時劣化によるＱＣＭの感度レベルの低下が、パターン認識の認識精度に影響することを抑制することができる。
また、上記各実施形態において、劣化状態のＱＣＭにおける湿度変化に対する共振周波数変化量を算出し、この共振周波数変化量と初期状態のＱＣＭにおける湿度変化に対する共振周波数変化量の比から補正係数Ｒｃを求める処理は数分で行うことが可能である。
従って、本実施形態では、数時間必要な加熱工程によるリフレッシュを行なってキャリブレーションする場合と比較して、はるかに短い時間でキャリブレーションすることができ、時間効率が向上する。
尚、ＱＣＭが配置される流路内を脱臭したり、加熱することによりＱＣＭをリフレッシュしてもよい。このような場合においても、リフレッシュ工程で除去しきれない匂い成分が吸着膜に残存していても、本実施形態のように補正係数Ｒｃを求めて共振周波数変化を補正することにより、初期状態とほぼ同じ感度レベルでガスの検出を行うことができる。
本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
１、１０１…ガス検出システム
２、１０２…ガスセンサ
４…演算装置
１０ａ…第１のＱＣＭ（検出素子）
１０ｂ…第２のＱＣＭ（検出素子）
１０ｃ…第３のＱＣＭ（検出素子）
１０ｄ…第４のＱＣＭ（検出素子）
１０e…第５のＱＣＭ（検出素子）
１０ｆ…第６のＱＣＭ（検出素子）
１２…吸着膜
１３…振動子
２３…検出対象ガス
２４…第１の流路
２５…第２の流路
２６…第３の流路
３２…脱湿・脱臭フィルタ（脱湿及び脱臭手段）
３３…脱臭フィルタ（脱臭手段）
４２…算出部
４３…判定部
４４…記憶部

Claims (11)

  1. ガスの吸着により共振周波数変化を生じる検出素子から前記検出素子の劣化状態における湿度変化に伴う共振周波数変化量と、予め取得されている前記検出素子の初期状態における湿度変化に伴う共振周波数変化量とから補正係数を算出し、前記補正係数を用いて劣化状態の前記検出素子の共振周波数変化量を補正する算出部
    を具備する演算装置。
  2. 請求項１に記載の演算装置であって、
    前記検出素子の初期状態における湿度変化に伴う共振周波数変化量を記憶する記憶部
    を更に具備する演算装置。
  3. 請求項２に記載の演算装置であって、
    前記記憶部は、前記補正係数を記憶する
    演算装置。
  4. 請求項２又は請求項３に記載の演算装置であって、
    前記検出素子は、振動子と、前記振動子上に設けられた前記ガスを吸着する吸着膜とを備え、
    前記記憶部は、前記吸着膜の種類が互いに異なる複数の検出素子それぞれの初期状態における湿度変化に伴う共振周波数変化量を記憶する
    演算装置。
  5. 請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の演算装置であって、
    ゼロ点のガスが達した劣化状態の前記検出素子から検出された共振周波数と、予め取得されている前記ゼロ点のガスが達した初期状態の前記検出素子から検出された共振周波数との差に基づいて、前記検出素子の寿命を判定する判定部
    を更に具備する演算装置。
  6. ガスの吸着により共振周波数変化を生じる検出素子の劣化状態における湿度変化に伴う共振周波数変化量を算出し、
    劣化状態の前記検出素子の湿度変化に伴う共振周波数変化量と、予め取得されている前記検出素子の初期状態における湿度変化に伴う共振周波数変化量とから補正係数を算出し、
    前記補正係数を用いて劣化状態の前記検出素子の共振周波数変化量を補正する
    演算方法。
  7. 請求項６に記載の演算方法であって、
    前記検出素子の湿度変化に伴う共振周波数変化量の算出は、ゼロ点のガスと前記セロ点のガスと異なる湿度のガスがそれぞれ達した前記検出素子で検出された共振周波数を基に算出する
    演算方法。
  8. 請求項７に記載の演算方法であって、
    前記ゼロ点のガスは、脱湿及び脱臭されたガスである
    演算方法。
  9. 請求項７又は請求項８に記載の演算方法であって、
    前記ゼロ点のガスが達した劣化状態の前記検出素子から検出された共振周波数と、予め取得されている前記ゼロ点のガスが達した初期状態の前記検出素子から検出された共振周波数との差に基づいて、前記検出素子の寿命を判定する
    演算方法。
  10. ガスの吸着により共振周波数変化を生じる検出素子を備えるガスセンサと、
    前記検出素子の劣化状態における湿度変化に伴う共振周波数変化量と、予め取得されている前記検出素子の初期状態における湿度変化に伴う共振周波数変化量とから補正係数を算出し、前記補正係数を用いて劣化状態の前記検出素子の共振周波数変化量を補正する算出部を備える演算装置と
    を具備するガス検出システム。
  11. 請求項１０記載のガス検出システムであって、
    前記ガスセンサは、
    脱湿及び脱臭手段が配置され、前記脱湿及び脱臭手段を通過した前記検出対象ガスを前記検出素子に導く第１の流路と、
    脱臭手段が配置され、前記脱臭手段を通過した前記検出対象ガスを前記検出素子に導く第２の流路と、
    前記検出対象ガスを前記検出素子に直接導く第３の流路
    を備える
    ガス検出システム。
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