JPH06265499A - 化学物質の検出装置 - Google Patents

化学物質の検出装置

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 広帯域検出器を配列したものを使用する改良
化学的検出器を提供すること。 【構成】 多数の化学物質のなかからガス等の目的化学
物質の存在を検出する装置を、それぞれが各化学物質に
程度の差はあれ、応答するように、該化学物質について
重畳広帯域感度を示すセンサー１、２、３群で構成す
る。センサー出力を信号処理装置で処理して、各物質に
ついて概念上のベクトルを発生する。これらベクトルを
記憶しておいた基準ベクトルと比較して、該目的物質を
同定する。試験物質中の化学種を判別するために、セン
サーにクロマトグラフ層を設けてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化学物質の検出、特に、
複数の化学物質の中から特定の化学物質を、例示すれ
ば、といっても限定されないが、ガス類を検出する装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】既に古くから特定物質の存在を検出でき
るペリスター等の装置が存在しているが、このような装
置は同じ高い感度で多数の物質を個々に検出できない。
【０００３】ごく最近になって提案されたものに、それ
ぞれが特定の目的化学物質に感度を示すセンサーを配列
したものがある。各センサー毎に被検出物質が異なる
が、センサーは重畳広帯域感度特性を示すため、各セン
サーは被検出物質すべてに対して個別に応答する。各セ
ンサーは各被検出物質それぞれに対応する電気出力を出
力する。全センサーの対応出力を情報処理手段に送り、
対応出力信号から被検出物質を表す“特性ベクトル”を
求める。この特性ベクトルと既知物質の特性ベクトルを
比較して、該特定物質を同定する。センサーからの対応
出力のそれぞれについて同様な情報処理を実施するの
で、センサーの動作範囲内で他の物質についても同定で
きる。
【０００４】このような公知装置の場合には、検出器応
答の出力が定常状態になった後に該応答に基づき情報処
理を実施するが、多数の異なる物質が同じセンサー応答
をもたらす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明により解決しよ
うとする課題は、広帯域検出器を配列したものを使用す
る改良化学的検出器を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するために手段】本発明は、複数の化学物
質のなかから化学物質の存在を個別に検出する検出装置
において、多数の化学物質それぞれの時間変動濃度特性
を表す出力を発生し、該化学物質に対して相互に異なる
感度を示すセンサー群と、該センサーのすべてから検出
物質に対応する出力を受信し、該出力から、ベクトルと
該物質についての該センサー出力の定常状態と運動状態
との両者の分析値とからなる該物質の表示信号を出力
し、該ベクトル及び該分析値を基準物質を表す記憶デー
タと比較して、該検出物質を同定する処理手段とからな
ることを特徴とする検出装置を提供するものである。
【０００７】
【実施例】以下、例示のみを目的として、本発明の実施
例を添付図面について説明する。図１は複数の化学物質
の検出に応答するセンサー群から得た出力を示す概略図
であり、図２は被検出物質のうちのひとつから生じたセ
ンサーの出力を示す概略図であり、図３は図２に示した
センサー出力の概略ベクトル図であり、図４は３種類の
化学物質についての時間に対するセンサー応答を示すグ
ラフであり、図５は本発明による図２の拡大図であり、
そして図６は本発明の別な実施例を示す概略図である。
【０００８】図１（ａ）について説明すると、検出装置
は多数の、例えば３つのセンサー１、２、３で構成す
る。但し、検出装置は４つ以上のセンサーで構成するこ
とも可能である。これらセンサーは多数の化学物質、例
えば物質Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤについて広帯域感度を示し、
各センサーについての帯域は相互変位しているが、各セ
ンサーが程度に差はあれ、各物質に応答するように重畳
している。図１（ｂ）はセンサー１、２、３の各物質
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対する応答を示す概略図である。
【０００９】化学物質のうちのひとつ（例えば、第２図
における物質Ｂ）から生じるセンサー１、２、３それぞ
れからの出力Ｘ、Ｙ、Ｚを信号処理装置４に送る。処理
装置４は概念上は出力Ｘ、Ｙ、Ｚの合成として物質Ｂを
表すベクトル（図３）を発生する。このベクトルは物質
について“指紋”として考えてもよい。
【００１０】次に、予め既知物質の測定により求め、記
憶しておいた基準ベクトルと上記ベクトルを比較する。
このようにして、物質を同定することができる。
【００１１】センサーが残りの物質Ａ、Ｃ、Ｄに対応す
る出力を出力するが、これらについても処理装置４によ
って同様に処理すればよい。
【００１２】試験サンプル中の化学物質の濃度は、基準
サンプルについて求めたベクトルの長さと比較した該ベ
クトルの長さによって求める。これは濃度変化に対する
センサーの一定の応答、即ち線形応答に依存する。従っ
て、応答比は一定でなければならない。さらに、化学物
質混合物に対するセンサーの応答は混合物各成分に対す
る応答の総和に等しくなければならない。ある種のセン
サーはこの線形挙動を示すが、別のセンサーはそうでは
ない。この後者のセンサーについては、処理装置４を非
線形的に動作させて、その非線形性を補償する必要があ
る。
【００１３】上記装置の動作は前記従来センサー装置と
同じである。しかし、従来装置の場合は、センサーの定
常状態応答のみを考えている。第４図に示すように、３
つの異なる化学物質の応答は同じ定常状態値を発生する
ので、定常状態ベクトルは常に同じであるため、従来装
置はこれら物質を区別できない。
【００１４】ところが、図示のように、定常状態条件に
立ち上がるまで、即ち特性の時間変動部分ｘ、ｙ、ｚに
おいては、応答は物質間で大きく変化する。本発明で
は、さらに処理装置５（図５）を使用してこれら変動を
分析し、定常状態ベクトルと共に分析値を使用して、化
学物質を区別できる。
【００１５】装置の判別能力をさらに強化するために
は、図６に示す別な実施例を使用する。ここでは、上記
と同様なセンサー７を配列したセンサー列６で検出装置
を構成し、これを化学物質を表す時間依存特性ベクトル
を判定する処理装置８に接続する。さらに、試験物質の
化学種を判別するために、センサー列６にクラマトーグ
ラフ層９を設ける。この層９はシリコンガスクロマトグ
ラフ層であればよい。あるいは、例えば、センサー７に
スクワランの層を設けてもよい。
【００１６】例えばガスを検出する場合、センサー１〜
３及び７は電気活性ポリマー、被覆表面音響波装置、被
覆圧電体結晶装置や田口式ガスセンサーのいずれかで構
成すればよい。適当な被膜例はエチルセルロースであ
る。あるいは、センサーを適当に選択することによっ
て、液層中の化学物質を検出してもよい。
【００１７】ベクトル分析（処理装置５）は、センサー
からの信号をスパイラル処理する専用のマイクロプロセ
ッサーによって行えばよい。あるいは、信号はニューラ
ル網により平行モードで処理してもよい。線形ネット、
パーセプトロン、多層パーセプトロン、ホップフィール
ド（Ｈｏｐｆｉｅｌｄ）ネットやニューラルネットの使
用が考えられる。
【００１８】
【発明の効果】本発明の装置は多数の用途、例えば食
品、醸造、香料加工におけるプロセス制御、医療上の診
断や内燃機関からの排気ガスの分析等に使用できる。検
出は、幾分かはヒトや哺乳動物の嗅覚機能に似た機能に
より行う。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数の化学物質の検出に応答するセンサー群か
ら得た出力を示す概略図である。
【図２】被検出物質のうちのひとつから生じたセンサー
の出力を示す概略図である。
【図３】図２に示したセンサー出力の概略ベクトル図で
ある。
【図４】３種類の化学物質についての時間に対するセン
サー応答を示すグラフである。
【図５】本発明による図２の拡大図である。
【図６】本発明の別な実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
１、２、３ センサー ４ 信号処理装置 ５ 処理装置 ６ センサー列 ７ センサー ９ クロマトグラフ層 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 被検出物質 Ｘ、Ｙ、Ｚ 出力

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の化学物質のなかから化学物質の存
    在を個別に検出する検出装置において、多数の化学物質
    それぞれの時間変動濃度特性を表す出力を発生し、該化
    学物質に対して相互に異なる感度を示すセンサー１、
    ２、３群と、該センサーのすべてから検出物質に対応す
    る出力を受信し、該出力から、ベクトルと該物質につい
    ての該センサー出力の定常状態と運動状態との両者の分
    析値とからなる該物質の表示信号を出力し、該ベクトル
    及び該分析値を基準物質を表す記憶データと比較して、
    該検出物質を同定する処理手段５とからなることを特徴
    とする検出装置。
  2. 【請求項２】 該化学物質が通過して、該センサー１、
    ２、３に達するクロマトグラフ層９を設けて、異なる化
    学種に対する時間変動信号の感度を高めたことを特徴と
    する請求項１の検出装置。
  3. 【請求項３】 処理手段５がマイクロプロセッサーから
    なることを特徴とする請求項１又は２の検出装置。
  4. 【請求項４】 処理手段５がニューラル網からなること
    を特徴とする請求項１又は２の検出装置。
  5. 【請求項５】 センサー１、２、３が表面音響波装置で
    ある請求項１〜４のいずれか１項の検出装置。
  6. 【請求項６】 センサー１、２、３が電気活性ポリマー
    材料である請求項１〜４のいずれか１項の検出装置。
  7. 【請求項７】 センサー１、２、３が田口式ガスセンサ
    ーである請求項１〜４項のいずれか１項の検出装置。
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