JPWO2012131944A1 - 大気環境測定装置、大気環境測定方法及び大気環境測定システム - Google Patents

大気環境測定装置、大気環境測定方法及び大気環境測定システム Download PDF

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Abstract

【課題】大気環境の測定を安価に実現し得る大気環境測定装置、大気環境測定方法及び大気環境測定システムを提供する。
【解決手段】ケーシング２０内に配され、検出対象のガスの成分を吸着するフィルタ３４と、吸気口２２とフィルタとの間におけるケーシング内に配され、第１の圧電振動素子の表面に付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化する第１の質量センサ２ａと、フィルタの後段に配され、第２の圧電振動素子の表面に付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化する第２の質量センサ２ｂと、ケーシング内における第２の質量センサの後段に配され、吸気口から排気口２４に向かって大気を流動させるファン４２とを有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、大気環境測定装置、大気環境測定方法及び大気環境測定システムに関する。
安全な大気環境を実現するためには、大気環境の測定が極めて重要である。
また、様々な箇所において大気環境の測定を行えば、有害ガスの発生源等を特定することも可能である。
背景技術としては、例えば以下のようなものがある。
特開２００４−２００４０２号公報 特開２００８−３２６０７号公報 特開平１０−３０７１１５号公報
しかしながら、従来の大気環境測定装置は、大型であるため設置場所に制限があった。また、従来の大気環境測定装置は、高価であるため、費用的な観点から、様々な箇所に配置することは困難であった。このため、従来は、巨額の費用を投じることなく広範囲の大気環境を測定することは容易ではなかった。
本発明の目的は、大気環境の測定を安価に実現し得る大気環境測定装置、大気環境測定方法及び大気環境測定システムを提供することにある。
実施形態の一観点によれば、ケーシング内に配され、検出対象のガスの成分を吸着する第１のフィルタと、前記ケーシングの吸気口と前記第１のフィルタとの間における前記ケーシング内に配され、第１の圧電振動素子を有し、前記第１の圧電振動素子の表面に付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化する第１の質量センサと、前記ケーシング内における前記第１のフィルタの後段に配され、第２の圧電振動素子を有し、前記第２の圧電振動素子の表面に付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化する第２の質量センサと、前記ケーシング内における前記第２の質量センサの後段に配され、前記吸気口から前記ケーシングの排気口に向かって大気を流動させるファンとを有することを特徴とする大気環境測定装置が提供される。
実施形態の他の観点によれば、ケーシング内に配され、検出対象のガスの成分を吸着する第１のフィルタと、前記ケーシングの吸気口と前記第１のフィルタとの間における前記ケーシング内に配され、第１の圧電振動素子を有し、前記第１の圧電振動素子の表面に付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化する第１の質量センサと、前記ケーシング内における前記第１のフィルタの後段に配され、第２の圧電振動素子を有し、前記第２の圧電振動素子の表面に付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化する第２の質量センサと、前記ケーシング内における前記第２の質量センサの後段に配され、前記吸気口から前記ケーシングの排気口に向かって大気を流動させるファンと、前記第１の質量センサ及び前記第２の質量センサによる測定データを無線により伝送する伝送部とを有する大気環境測定装置と、前記大気環境測定装置から伝送される前記測定データを、ネットワークを介して取得し、取得した前記測定データに基づいて大気環境の測定を行う処理装置とを有することを特徴とする大気環境測定システムが提供される。
実施形態の更に他の観点によれば、ケーシング内に配され、検出対象のガスの成分を吸着する第１のフィルタと、前記ケーシングの吸気口と前記第１のフィルタとの間における前記ケーシング内に配され、第１の圧電振動素子を有し、前記第１の圧電振動素子の表面に付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化する第１の質量センサと、前記ケーシング内における前記第１のフィルタの後段に配され、第２の圧電振動素子を有し、前記第２の圧電振動素子の表面に付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化する第２の質量センサと、前記ケーシング内における前記第２の質量センサの後段に配され、前記吸気口から前記ケーシングの排気口に向かって大気を流動させるファンと、前記第１の質量センサ及び前記第２の質量センサによる測定データを無線により伝送する伝送部とを有する大気環境測定装置を用いた大気環境測定方法であって、前記第１の質量センサによる測定データと前記第２の質量センサによる測定データとに基づいて、大気中における前記検出対象のガスの含有の程度又は濃度を測定することを特徴とする大気環境測定方法が提供される。
開示の大気環境測定装置によれば、検出対象のガスの成分を吸着し得る第１のフィルタの前段に第１の質量センサが設けられており、第１のフィルタの後段に第２の質量センサが設けられている。このため、第１の質量センサには、検出対象のガスの成分の吸着が行われる前の段階の空気中に含まれる物質が付着し得る。一方、第２の質量センサには、第１のフィルタを通過した後の空気中に含まれる物質が付着し得る。従って、大気中に含まれる検出対象のガスの濃度に応じて、第１の質量センサの発振周波数の単位時間当たりの変化量と、第２の質量センサの発振周波数の単位時間当たりの変化量との間に差異が生じる。このため、第１の質量センサの発振周波数の単位時間当たりの変化量と、第２の質量センサの発振周波数の単位時間当たりの変化量とに基づいて、大気中における検出対象のガスの含有の程度又は濃度を測定することができる。
図１は、質量センサの例を示す図である。 図２は、第１実施形態による大気環境測定装置の構成を示す図である。 図３は、第１実施形態による大気環境測定システムの概略を示す図である。 図４は、第１のケミカルフィルタの吸着能力が十分な場合における、各々の質量センサへの物質の付着量の経時変化を示すグラフである。 図５は、大気中に酸性ガスが存在しない場合における、各々の質量センサへの物質の付着量の経時変化を示すグラフである。 図６は、第１のケミカルフィルタが途中で破過した場合における、各々の質量センサへの物質の付着量の経時変化を示すグラフである。 図７は、第２実施形態による大気環境測定装置の構成を示す図である。 図８は、第２実施形態による大気環境測定システムの概略を示す図である。
［第１実施形態］
第１実施形態による大気環境測定装置、大気環境測定方法、及び、大気環境測定システムについて図１乃至図６を用いて説明する。
（大気環境測定装置）
まず、本実施形態による大気環境測定装置を図１乃至図３を用いて説明する。図１は、質量センサの例を示す図である。図２は、本実施形態による大気環境測定装置の概略を示す図である。
本実施形態において用いられる質量センサの例について図１を用いて説明する。
質量センサとしては、例えば図１に示すようなＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）センサ２を用いることができる。ＱＣＭセンサとは、水晶振動子を用いた質量センサであり、水晶振動子の表面に物質が付着すると付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化するという性質を利用した質量センサである。
ＱＣＭセンサ２は、水晶基板１０と、水晶基板１０の両面に設けられた一対の電極１２ａ，１２ｂと、リード線１４ａ，１４ｂを介して電極１２ａ，１２ｂに接続された端子１６ａ，１６ｂと、端子１６ａ，１６ｂを支持する支持板１８とを有している。
水晶基板１０の形状は略円盤状である。
電極（金属膜）１２ａ，１２ｂの材料としては、例えば金（Ａｕ）が用いられている。
電極１２ａ，１２ｂとリード線１４ａ，１４ｂの一端とは、それぞれ例えばはんだにより接着されている。
水晶基板１０及び一対の電極１２ａ，１２ｂにより、圧電振動素子（水晶振動子）１９が形成されている。
なお、ここでは、基板１０として水晶基板を用いる場合を例に説明したが、基板１０は、水晶基板に限定されるものではない。圧電材料の基板を、基板１０として、広く用いることが可能である。
但し、高精度な測定を行う観点からは、基板１０として、水晶基板を用いることが好ましい。
端子１６ａ、１６ｂを介して電極１２ａ，１２ｂに電圧を印加すると、圧電振動素子１９は一定の共振周波数で発振する。圧電振動素子１９の表面に物質が付着すると、付着した物質の質量に応じて圧電振動素子１９の共振周波数が低下する。圧電振動素子１９の共振周波数の変化量は、圧電振動素子１９の表面に付着した物質の質量の変化量に比例する。
図1に示すようなＱＣＭセンサ２は、例えば京セラ株式会社等により提供されている。
次に、本実施形態による大気環境測定装置の構成について図２を用いて説明する。
図２に示すように、ケーシング２０には、吸気口２２と排気口２４が形成されている。ケーシング２０の径は、例えば２０ｍｍ程度とする。吸気口２２の口径及び排気口２４の口径は、十分に小さく設定されている。吸気口２２の口径は、例えば４ｍｍ程度とする。排気口２４の口径は、例えば４ｍｍ程度とする。吸気口２２の口径及び排気口２４の口径を十分に小さく設定しているのは、ファン４２を動作させていないにもかかわらず、大気が吸気口２２や排気口２４からケーシング２０内に流入するのを防止するためである。ケーシング２０の材料としては、例えばステンレスが用いられている。
なお、ケーシング２０，吸気口２２及び排気口２４の断面の形状は、特に限定されるものではなく、円型であっても角型であってもよい。
ケーシング２０の吸気口２２の近傍には、メッシュ３０が配されている。メッシュ３０の材料としては、例えばステンレスを用いる。メッシュ３０は、大気中の砂や埃等を遮断するためのものである。
メッシュ３０の後段（下流側）には、第１の質量センサ２ａが配されている。第１の質量センサ２ａとしては、例えば図１を用いて上述したようなＱＣＭセンサ２を用いることができる。第１の質量センサ２ａの表面には、メッシュ３０を通り抜けた空気中に含まれる様々な物質が付着し得る。
第１のＱＣＭセンサ２ａの後段（下流側）には、第１のケミカルフィルタ（第１のフィルタ）３４が配されている。第１のケミカルフィルタ３４としては、例えば高砂熱学工業株式会社製のケミカルフィルタ（商品名：ＴＩＯＳ（商標登録）−Ａ）を用いることができる。かかるケミカルフィルタは、酸性ガスの成分を吸着し得るものである。第１のケミカルフィルタ３４の厚さは、例えば３０ｍｍ程度である。
なお、第１のケミカルフィルタ３４は、吸着対象である酸性ガスの成分を必ずしも完全に除去し得るとは限らない。第１のケミカルフィルタ３４は、吸着能力に応じて酸性ガスの成分を吸着する。
なお、本実施形態では、ケミカルフィルタ３４として酸性ガスを吸着するものを用いたが、これに限定されるものではない。目的に応じてケミカルフィルタ３４の種類を適宜選択すればよい。
ケミカルフィルタ３４の後段（下流側）には、第２の質量センサ２ｂが配されている。第２の質量センサ２ｂとしては、例えば図１を用いて上述したようなＱＣＭセンサ２を用いることができる。第２の質量センサ２ｂの表面には、ケミカルフィルタ３４を通過（透過）した後の空気中に含まれる様々な物質が付着し得る。
第２の質量センサ２ｂの後段（下流側）には、第２のケミカルフィルタ（第２のフィルタ）３８が配されている。
第２のケミカルフィルタ３８としては、例えば第１のケミカルフィルタ３４と同様に酸性ガスの成分を吸着し得るものを用いる。ここでは、第２のケミカルフィルタ３８として、第１のケミカルフィルタ３４と同様に、例えば高砂熱学工業株式会社製のケミカルフィルタ（商品名：ＴＩＯＳ（商標登録）−Ａ）を用いる。第２のケミカルフィルタ３８としては、第１のケミカルフィルタ３４より厚さの薄いケミカルフィルタが用いられている。第２のケミカルフィルタ３８の厚さは、例えば１０ｍｍ程度である。第２のケミカルフィルタ３８として第１のケミカルフィルタ３４より薄いものを用いているのは、コストを低減するためである。
上述したように、第１のケミカルフィルタ３４は、吸着対象である酸性ガスの成分を必ずしも完全に除去し得るとは限らない。第２のケミカルフィルタ３８は、第１のケミカルフィルタ３４を通過した空気中に含まれる酸性ガスの成分を、吸着能力に応じて吸着する。
第２のケミカルフィルタ３８の後段（下流側）には、第３の質量センサ２ｃが配されている。第３の質量センサ２ｃとしては、例えば図１を用いて上述したようなＱＣＭセンサ２を用いることができる。第３の質量センサ２ｃの表面には、第２のケミカルフィルタ３８を通過した後の空気中に含まれる様々な物質が付着し得る。
第３の質量センサ２ｃの後段（下流側）には、ファン（空気流動手段、大気流動手段）４２が配されている。ファン４２は、吸気口２２から排気口２４（図１中の紙面左側から右側）に向かって大気を流動させるためのものである。
本実施形態による大気環境測定装置には、大気環境測定装置全体を制御する制御装置４４が設けられている。制御装置４４は、ＱＣＭコントローラ（図示せず）、ＣＰＵ（図示せず）等を含む制御部４５と、記憶部４６とを有している。
ＱＣＭコントローラとは、ＱＣＭセンサに所定の電圧を印加することによりＱＣＭセンサを共振させ、ＱＣＭセンサの共振周波数を測定するものである。ＱＣＭコントローラには、例えばテキサスインスツルメンツ社製のミックスド・シグナル・マイクロコントローラ（型番：MSP430F2274）等が用いられている。
ＱＣＭコントローラは、配線４７ａ〜４７ｃを介して、各々の質量センサ２ａ〜２ｃに電気的に接続されている。より具体的には、ＱＣＭコントローラは、配線４７ａ〜４７ｃを介して各々の質量センサ２ａ〜２ｃの端子１６ａ，１６ｂにそれぞれ電気的に接続されている。
記憶部４６としては、例えばフラッシュメモリ等を用いることができる。
制御部４５は、所定の頻度で、ファン４２を動作させ、吸気口２２から排気口２４に向かって大気を流動させる。また、制御部４５は、ＱＣＭコントローラを用いて質量センサ２ａ〜２ｃを動作させ、質量センサ２ａ〜２ｃの共振周波数を測定する。
また、制御部４５は、測定データを測定時刻データと共に記憶部４６に記憶させる。測定データは、質量センサ２ａ〜２ｃのそれぞれの共振周波数に関するデータを含むものである。測定時刻データは、測定データを取得した測定時刻を示すデータである。
制御装置４４は、電池等のバッテリー（図示せず）により動作させることが可能である。制御装置４４は、バッテリーにより、質量センサ２ａ〜２ｃやファン４２を動作させ得る。
また、本実施形態による大気環境測定装置には、伝送部４８が設けられている。
伝送部４８は、他の大気環境測定装置との間で、測定データ及び測定時刻データを互いに送受信することが可能である。
また、伝送部４８は、無線基地局６２（図３参照）及びインターネット等のネットワーク６３（図３参照）を介して、大気環境測定装置から離れた箇所に配された処理装置（監視装置）６４（図３参照）に測定データ及び測定時刻データを送信することが可能である。伝送部４８としては、例えばアーズ株式会社製の無線モジュール（商品名：Ibex、アイベックス）等を用いることができる。
伝送部４８は、電池等のバッテリーにより動作させることが可能である。
次に、本実施形態による大気環境測定装置の動作について説明する。
制御装置４４の制御部４５は、所定の頻度で、ファン４２を間欠的に動作させる。具体的には、制御部４５は、所定の頻度で、ファン４２に電圧を印加し、これによりファン４２を所定時間だけ回転させる。ファン４２を動作させる頻度は、例えば１時間に１回程度とする。１回の動作時間は、例えば１分間程度とする。
なお、ファン４２の動作頻度及び動作時間は、これに限定されるものではなく、適宜設定することができる。
ファン４２を動作させると、吸気口２２から排気口２４に向かってケーシング２０内を大気が流動する。質量センサ２ａ〜２ｃの表面には、空気中に含まれる物質が付着し得る。
第１の質量センサ２ａの表面には、第１のケミカルフィルタ３４を通過する前の段階の空気、即ち大気中に含まれる物質が付着し得る。第２の質量センサ２ｂの表面には、第１のケミカルフィルタ３４を通過した後の段階の空気中に含まれる物質が付着し得る。第３の質量センサ２ｃの表面には、第２のケミカルフィルタ３８を通過した後の段階の空気中に含まれる物質が付着し得る。
なお、質量センサ２ａ〜２ｃの共振周波数の測定頻度は、これに限定されるものではなく、適宜設定することができる。
制御部４５は、所定の頻度で、ＱＣＭコントローラ（図示せず）を用いて各々の質量センサ２ａ〜２ｃを動作させる。具体的には、制御部４５は、ＱＣＭコントローラを用いて質量センサ２ａ〜２ｃに所定の電圧を印加することにより、質量センサ２ａ〜２ｃを共振させる。そして、制御部４５は、質量センサ２ａ〜２ｃの共振周波数を、ＱＣＭコントローラを用いて測定する。質量センサ２ａ〜２ｃの共振周波数を測定する頻度は、例えば１時間に１回程度とする。
制御部４５は、質量センサ２ａ〜２ｃの共振周波数に関する測定データを、測定時刻データと共に記憶部４６に記憶する。
伝送部４８は、測定データ及び測定時刻データ等の伝送を、後述するようにして行う。
このように、本実施形態では、酸性ガスの成分を吸着し得る第１のケミカルフィルタ３４の前段に第１の質量センサ２ａが設けられており、第１のケミカルフィルタ３４の後段に第２の質量センサ２ｂが設けられている。このため、第１の質量センサ２ａには、酸性ガスの成分の吸着が行われる前の段階の空気中に含まれる物質が付着し得る。一方、第２の質量センサ２ｂには、第１のケミカルフィルタ３４を通過した後の空気中に含まれる物質が付着し得る。従って、大気中に含まれる酸性ガスの濃度に応じて、第１の質量センサ２ａの発振周波数の単位時間当たりの変化量と、第２の質量センサ２ｂの発振周波数の単位時間当たりの変化量との間に差異が生じる。このため、本実施形態によれば、第１の質量センサ２ａの発振周波数の単位時間当たりの変化量と、第２の質量センサ２ｂの発振周波数の単位時間当たりの変化量とに基づいて、大気中に含まれる酸性ガスの含有の程度又は濃度を測定することが可能となる。
また、本実施形態では、第２の質量センサ２ｂの後段に酸性ガスを吸着し得る第２のケミカルフィルタ３８が設けられており、第２のケミカルフィルタ３８の後段に第３の質量センサ２ｃが設けられている。第１のケミカルフィルタ３４の吸着能力が低下した場合には、第１のケミカルフィルタ３４が酸性ガスの成分を十分に吸着し得ないため、第２の質量センサ２ｂの表面には、第１のケミカルフィルタ３４を通過した空気中に含まれる酸性ガスの成分が付着し得る。一方、第３の質量センサ２ｃには、第２のケミカルフィルタ３８により酸性ガスの成分が吸着された後の空気中に含まれる物質が付着し得る。このため、第１のケミカルフィルタ３４を通過した後の空気中に含まれる酸性ガスの濃度に応じて、第２の質量センサ２ｂの発振周波数の単位時間当たりの変化量と、第３の質量センサ２ｃの発振周波数の単位時間当たりの変化量との間に差異が生じる。このため、第１の質量センサ２ａ、第２の質量センサ２ｂ及び第３の質量センサ２ｃの発振周波数の単位時間当たりの変化量に基づいて、第１のケミカルフィルタ３４の吸着能力が低下したことを判断することも可能である。
また、本実施形態による大気環境測定装置は、バッテリーにより駆動することが可能である。また、本実施形態による大気環境測定装置は、簡便な構成であるため、安価に提供することができ、設置場所の制限も少ない。従って、本実施形態による大気環境測定装置は、巨額の費用を要することなく、様々な箇所に多数配置することが可能である。従って、本実施形態によれば、巨額の費用を要することなく、大気環境に関するデータを広範囲に亘って取得することが可能となる。
（大気環境測定システム）
本実施形態による大気環境測定装置を用いた大気環境測定システムについて図２及び図３を用いて説明する。図３は、本実施形態による大気環境測定システムの概略を示す図である。
図３に示すように、本実施形態による大気環境測定システムは、大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅと、処理装置（監視装置）６４とを有している。
大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅとしては、例えば図２を用いて上述した大気環境測定装置と同様のものを用いることができる。大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅは、各測定箇所に配される。
大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅは、各々の伝送部４８（図２参照）を介して、相互に無線通信を行うことが可能である。大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅは、基地局６２等のアクセスポイントを介することなく、相互に無線通信を行い得る（アドホック通信）。
大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅのうちの少なくとも１台の大気環境測定装置は、無線基地局（アクセスポイント）６２との間で無線通信が可能な箇所に配される。ここでは、少なくとも大気環境測定装置６０ａを、無線基地局６２との間で通信可能な箇所に配す場合を例に説明する。大気環境測定装置６０ａは、無線基地局６２との間で無線通信を行い得る。
無線基地局６２は、インターネット等のネットワーク６３に接続されている。
処理装置６４も、インターネット等のネットワーク６３に接続されている。
処理装置６４としては、例えば、所定の測定プログラム（監視プログラム）等がインストールされたパーソナルコンピュータを用いることができる。処理装置６４が配される箇所は、ネットワーク６３に接続可能な箇所であればよい。従って、処理装置６４は、大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅから遠く離れた箇所に配することが可能である。このため、本実施形態によれば、遠隔地から大気環境を測定することが可能となる。
次に、本実施形態による大気環境測定システムの動作について図３を用いて説明する。
なお、ここでは、大気環境測定装置６０ａと無線基地局６２との間で無線通信を行う一方、大気環境測定装置６０ｂ〜６０ｅと無線基地局６２との間では無線通信を行わない場合を例に説明する。
各測定箇所に配された大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅは、上述したように、所定の頻度で測定データを取得する。
各大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅにより測定された測定データは、大気環境測定装置６０ａに集約される。具体的には、測定データ、測定時刻データ、及び、当該測定データを取得した大気環境測定装置の識別データ（識別情報、ＩＤ番号）を、各大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅ同士で相互に無線通信を行うことにより、大気環境測定装置６０ａに集約する。
大気環境測定装置６０ａは、測定データ、測定時刻データ、及び、当該測定データを取得した大気環境測定装置の識別データを、無線基地局６２及びネットワーク６３を介して、処理装置６４に伝送する。
処理装置６４は、各大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅにより取得された測定データ及び測定時刻データに基づいて、後述するようにして、大気環境の測定（監視）を行う。
このように、本実施形態では、各測定箇所に配された大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅにより取得された測定データ等が、無線通信やネットワーク６３を介して処理装置６４に伝送される。従って、本実施形態によれば、様々な測定箇所に大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅを配し、遠隔地で大気環境を測定することが可能となる。
（大気環境測定方法）
本実施形態による大気環境測定装置を用いた大気環境測定方法について図３乃至図６を用いて説明する。図４は、第１のケミカルフィルタの吸着能力が十分な場合における、各々の質量センサ２ａ〜２ｃへの物質の付着量の経時変化を示すグラフである。図４は、大気中に酸性ガスが存在しない場合における、各々の質量センサ２ａ〜２ｃへの物質の付着量の経時変化を示すグラフである。図６は、第１のケミカルフィルタ３４が途中で破過した場合における、各々の質量センサ２ａ〜２ｃへの物質の付着量の経時変化を示すグラフである。
まず、上述したように、各々の大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅにおいて、所定の頻度で、質量センサ２ａ〜２ｃの共振周波数の測定が行われる。取得された測定データは、測定時刻データ及び測定を行った大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅの識別データと共に、ネットワーク６３等を介して処理装置６４へ伝送される。
処理装置６４には、上述したように、大気環境の測定（監視）を行う測定プログラム（監視プログラム）がインストールされている。処理装置６４は、測定プログラムを用いて、以下のようにして大気環境の測定を行う。
処理装置６４は、第１の質量センサ２ａによる測定データと第２の質量センサ２ｂによる測定データとに基づいて、例えば以下のようにして大気中の酸性ガスの含有の程度を測定することができる。
即ち、処理装置６４は、第１の質量センサ２ａの共振周波数の単位時間当たりの変化量を求める。第１の質量センサ２ａの共振周波数の単位時間当たりの変化量は、第１の質量センサ２ａの共振周波数についての測定データと、測定を行った時刻である測定時刻データとに基づいて、求めることが可能である。
また、処理装置６４は、第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量を求める。第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量は、第２の質量センサ２ｂの共振周波数についての測定データと、測定を行った時刻である測定時刻データとに基づいて、求めることが可能である。
第１のケミカルフィルタ３４の吸着能力が十分な場合には、各々の質量センサ２ａ〜２ｃの表面への物質の付着量は、例えば図４のように変化する。第２の質量センサ２ｂは酸性ガスを吸着し得るケミカルフィルタ３４の後段に配されているため、第１の質量センサ２ａの表面への物質の付着量は、第２の質量センサ２ｂの表面への物質の付着量に対して、大気中に含まれる酸性ガスの濃度の分だけ大きくなる。
上述したように、各々の質量センサ２ａ〜２ｃの共振周波数の変化量は、質量センサ２ａ〜２ｃの表面に付着した物質の質量の変化量に比例する。従って、第１の質量センサ２ａの共振周波数の単位時間当たりの変化量と、第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量との差は、大気中に含まれる酸性ガスの濃度に比例する。
しかし、第１の質量センサ２ａの共振周波数の単位時間当たりの変化量と、第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量との差から、大気中に含まれる酸性ガスの濃度を計算により求めるのは必ずしも容易ではない。
そこで、本実施形態では、予め参照データ（教師データ）を準備しておく。かかる参照データは、処理装置６４内に設けられたハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の記憶装置（図示せず）に記憶されている。
かかる参照データは、第１の質量センサ２ａの共振周波数の単位時間当たりの変化量と、第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量との差を、酸性ガスの濃度毎に実験等を行うことにより求めたものである。
従って、第１の質量センサ２ａの共振周波数の単位時間当たりの変化量と、第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量との差を、酸性ガスの濃度毎に求められた参照データと対比することにより、酸性ガスの濃度を判断することが可能である。
なお、ここでは、酸性ガスの濃度を判断する場合を例に説明したが、濃度を判断することに限定されるものではない。大気中に含まれる酸性ガスの程度を判断する際に広く適用可能である。
例えば、参照データとして、第１の質量センサ２ａの共振周波数の単位時間当たりの変化量と、第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量との差を、大気中に含まれる酸性ガスの含有の程度（レベル）毎に予め求めておく。大気中に含まれる酸性ガスの程度としては、例えば、レベル１，レベル２，・・・・等が考えられる。
そして、第１の質量センサ２ａの共振周波数の単位時間当たりの変化量と、第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量との差を、参照データと対比することにより、空気中に含まれる酸性ガスの程度（レベル）を求めることが可能である。
このようにして、本実施形態による大気環境測定方法によれば、大気中に含まれる酸性ガスの程度を求めることが可能である。
また、本実施形態では、以下のようにして酸性ガスの発生場所等を特定することも可能である。
即ち、本実施形態では、各測定箇所に大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅがそれぞれ配される。
なお、ここでは、５台の大気環境測定装置を配する場合を例に説明するが、大気環境測定装置の数は５台に限定されるものではなく、大気環境を測定すべき箇所に適宜配置すればよい。
例えば、大気環境測定装置６０ｃにより得られた測定データにおいては、大気中に含まれる酸性ガスの程度が比較的高かったとする。
一方、大気環境測定装置６０ａ、６０ｂ、６０ｄ、６０ｅにより得られた測定データにおいては、大気中に含まれる酸性ガスの程度が、比較的低かったとする。
この場合には、大気環境測定装置６０ｃの近傍において酸性ガスが発生している可能性があると判断することが可能である。
例えば、大気環境測定装置６０ａ〜６０ｅが、火山の各箇所に配されている場合には、当該火山のうちの大気環境測定装置６０ｃが配されている箇所の近傍において酸性ガスが発生していると判断することができる。この場合、処理装置６４は、大気環境測定装置６０ｃが配されている箇所の近傍において酸性ガスが発生している旨の警報を発することが可能である。
このように、本実施形態によれば、酸性ガスの発生場所の特定等に資することができる。
ところで、長期間に亘ってケミカルフィルタを使い続けた場合には、ケミカルフィルタ吸着能力が低下する。ケミカルフィルタが寿命に達することは、破過と称される。
本実施形態による大気環境測定方法では、以下のようにして、第１のケミカルフィルタ３４の破過を判断する。
第１のケミカルフィルタ３４が破過に至った場合には、大気中の酸性ガスが第１のケミカルフィルタ３４により吸着されない。このため、第１の質量センサ２ａの共振周波数の単位時間当たりの変化量と、第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量とは、互いに等しくなる。
しかし、第１の質量センサ２ａの共振周波数の単位時間当たりの変化量と、第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量が互いに等しくなったことのみにより、第１のケミカルフィルタ３４が破過に至ったと判断することはできない。大気中に酸性ガスが含まれていない場合には、図５に示すように、第１の質量センサ２ａの表面への物質の付着量の変化と、第２の質量センサ２ｂの表面への物質の付着量の変化とが、互いに等しくなるためである。
そこで、本実施形態では、第２のケミカルフィルタ３８の後段に配された第３の質量センサ２ｃの測定データを用いることにより、第１のケミカルフィルタ３４の破過を判断する。
第１のケミカルフィルタ３４が破過に至った場合には、上述したように、第１の質量センサ２ａの共振周波数の単位時間当たりの変化量と、第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量とは、互いに等しくなる。図６に示すように、第２のケミカルフィルタ３８が破過に達した時刻ｔより後においては、第１の質量センサ２ａの表面への物質の付着量の変化と、第２の質量センサ２ｂの表面への物質の付着量の変化とが互いに等しくなるためである。
第１のケミカルフィルタ３４が破過に至った場合において、大気中に酸性ガスが含まれている場合には、第３の質量センサ２ｃの共振周波数の単位時間当たりの変化量は、第１及び第２の質量センサ２ａ、２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量より小さくなる。
第３の質量センサ２ｃの共振周波数の単位時間当たりの変化量が、第１及び第２の質量センサ２ａ、２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量より小さくなるのは、以下のような理由によるものである。即ち、ケミカルフィルタの劣化は上流側から進行する。第１のケミカルフィルタ３４が破過に至った段階では、第２のケミカルフィルタ３８は破過に至っていない。第３の質量センサ２ｃは、破過に至っていない第２のケミカルフィルタ３８の後段に配されている。このため、図６に示すように、第３の質量センサ２ｃの表面への物質の付着量の変化は、第１及び第２の質量センサ２ａ、２ｂの表面への物質の付着量の変化より小さい。このため、第３の質量センサ２ｃの共振周波数の単位時間当たりの変化量は、第１及び第２の質量センサ２ａ、２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量より小さくなる。
従って、このような場合には、第１のケミカルフィルタ３４が破過に至ったと判断することができる。
即ち、以下のような第１の条件と第２の条件のいずれをも満たす場合には、第１のケミカルフィルタ３４が破過に至ったと判断することができる。第１の条件は、第１の質量センサ２ａの共振周波数の単位時間当たりの変化量と、第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量とは、互いにほぼ等しいことである。第２の条件は、第３の質量センサ２ｃの共振周波数の単位時間当たりの変化量が、第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量より所定値以上小さいことである。
なお、ここでは、第１のケミカルフィルタ３４が破過に至った場合を例に説明したが、ケミカルフィルタ３４の吸着能力が完全に失われる前の段階において、第１のケミカルフィルタ３４の吸着能力が低下したことを判断するようにしてもよい。
第１のケミカルフィルタ３４の吸着能力が完全に失われる前の段階において、大気中に酸性ガスが含まれている場合、第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量は、第１の質量センサ２ａの共振周波数の単位時間当たりの変化量より小さくなる。第１のケミカルフィルタ３４により酸性ガスがある程度吸着されるためである。また、この場合には、第３の質量センサ２ｃの共振周波数の単位時間当たりの変化量は、第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量より小さくなる。第２のケミカルフィルタ３８により酸性ガスが吸着されるためである。
従って、以下のような第１の条件と第２の条件のいずれをも満たす場合には、第１のケミカルフィルタ３４の吸着能力がある程度低くなったと判断することが可能である。第１の条件は、第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量が、第１の質量センサ２ａの共振周波数の単位時間当たりの変化量より第１の所定値以上小さいことである。第２の条件は、第２の質量センサ２ｂの共振周波数の単位時間当たりの変化量が、第３の質量センサ２ｃの共振周波数の単位時間当たりの変化量より第２の所定値以上大きいことである。
このように、本実施形態によれば、第１のケミカルフィルタ３４の吸着能力の低下を判断することが可能である。
このように、本実施形態によれば、大気中における酸性ガスの含有の程度を測定することができる。
また、本実施形態によれば、第１のケミカルフィルタ３４の吸着能力の低下や破過を判断することができるため、誤測定等を防止することができる。
また、本実施形態によれば、第１のケミカルフィルタ３４の吸着能力の低下や破過に応じて第１のケミカルフィルタ３４の交換を行えばよいため、第１のケミカルフィルタ３４の交換頻度を少なくすることも可能である。
［第２実施形態］
第２実施形態による大気環境測定装置、大気環境測定方法及び大気環境測定システムについて図７を用いて説明する。図７は、本実施形態による大気環境測定装置の構成を示す図である。図８は、大気環境測定システムの概略を示す図である。図１乃至図６に示す第１実施形態による大気環境測定装置、大気環境測定方法及び大気環境測定システムと同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
本実施形態による大気環境測定装置、大気環境測定方法及び大気環境測定システムは、検出対象のガスを塩基性ガスとしたものである。
まず、本実施形態による大気環境測定装置について図７を用いて説明する。
本実施形態による大気環境測定装置では、第１のケミカルフィルタ３４ａとして、塩基性ガスを吸着し得るケミカルフィルタが用いられている。かかるケミカルフィルタとしては、例えば高砂熱学工業社製のケミカルフィルタ（商品名：ＴＩＯＳ（商標登録）−Ｂ）等を用いることができる。
また、第２のケミカルフィルタ３８ａとしても、塩基性ガスを吸着し得るケミカルフィルタが用いられている。かかるケミカルフィルタとしても、例えば高砂熱学工業社製のケミカルフィルタ（商品名：ＴＩＯＳ（商標登録）−Ｂ）等を用いることができる。第２のケミカルフィルタ３８ａの厚さは、第１実施形態と同様に、第１のケミカルフィルタ３４ａの厚さより薄く設定されている。
このようにして、本実施形態による大気環境測定装置が形成されている。
本実施形態による大気環境測定方法は、第１実施形態による大気環境測定方法とほぼ同様であるので、説明を省略する。
このように、本実施形態によれば、ケミカルフィルタ３４ａ、３４ｂとして塩基性ガスを吸着し得るケミカルフィルタが用いられているため、塩基性ガスを検出対象のガスとして大気環境の測定を行うことが可能である。
次に、本実施形態による大気環境測定システムについて図８を用いて説明する。
図８に示すように、大気環境測定装置６０ｆ〜６０ｊが河川に沿って各測定箇所に配される。
大気環境測定装置６０ｆ〜６０ｊとしては、図７を用いて上述した本実施形態による大気環境測定装置を用いることができる。
例えば、大気環境測定装置６０ｇ、６０ｈにより得られた測定データにおいては、大気中に含まれる塩基性ガスの程度が比較的高かったとする。
一方、大気環境測定装置６０ｆ、６０ｉ、６０ｊにより得られた測定データにおいては、大気中に含まれる塩基性ガスの程度が、比較的低かったとする。
この場合には、例えば大気環境測定装置６０ｇ、６０ｈが配された箇所の近傍において塩基性ガスが発生している（異常発生）と判断することが可能である。この場合には、処理装置６４は、大気環境測定装置６０ｇ，６０ｈが配されている箇所の近傍において塩基性ガスが発生している旨の警報を発することが可能である。
死んだ魚からは、アミン系ガスが放出される。アミン系ガスは、塩基性ガスの一種である。従って、本実施形態によれば、魚の大量死等を塩基性ガスにより間接的に検出することが可能である。魚の大量死等を検出すれば、河川の汚染等を間接的に検出することが可能である。
このように、本実施形態によれば、塩基性ガスの発生箇所の特定等に資することができ、ひいては、河川等の汚染源等の特定に資することもできる。
[変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、第１実施形態では、検出対象のガスが酸性ガスである場合を例に説明し、第２実施形態では、検出対象のガスが塩基性ガスである場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、検出対象のガスが有機ガスであってもよい。有機ガスを検出対象のガスとする場合には、ケミカルフィルタ３４，３８として、有機ガスを吸着し得るケミカルフィルタを用いればよい。有機ガスを吸着し得るケミカルフィルタとしては、例えば、高砂熱学工業社製のケミカルフィルタ（商品名：ＴＩＯＳ（商標登録）−Ｏ）を挙げることができる。
また、上記実施形態では、検出対象のガスが大気中に含まれている程度又は濃度を、処理装置６４を用いて判断する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、大気環境測定装置の制御装置４４の制御部４５により、検出対象のガスが大気中に含まれている程度又は濃度を判断するようにしてもよい。
２，２ａ〜２ｃ…質量センサ
１０…水晶基板
１２ａ，１２ｂ…電極
１４ａ，１４ｂ…リード線
１６ａ，１６ｂ…端子
１８…支持板
１９…圧電振動子
２０…ケーシング
２２…吸気口
２４…排気口
３０…メッシュ
３４，３４ａ…ケミカルフィルタ
３８，３８ａ…ケミカルフィルタ
４２…ファン
４４…制御装置
４５…制御部
４６…記憶部
４７ａ〜４７ｃ…配線
４８…伝送部
６０ａ〜６０ｊ…大気環境測定装置
６２…無線基地局
６３…ネットワーク
６４…処理装置

Claims (11)

  1. ケーシング内に配され、検出対象のガスの成分を吸着する第１のフィルタと、
    前記ケーシングの吸気口と前記第１のフィルタとの間における前記ケーシング内に配され、第１の圧電振動素子を有し、前記第１の圧電振動素子の表面に付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化する第１の質量センサと、
    前記ケーシング内における前記第１のフィルタの後段に配され、第２の圧電振動素子を有し、前記第２の圧電振動素子の表面に付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化する第２の質量センサと、
    前記ケーシング内における前記第２の質量センサの後段に配され、前記吸気口から前記ケーシングの排気口に向かって大気を流動させるファンと
    を有することを特徴とする大気環境測定装置。
  2. 請求項１記載の大気環境測定装置において、
    前記ケーシング内における前記第２の質量センサの後段に配され、前記検出対象のガスの成分を吸着する第２のフィルタと、
    前記ケーシング内における前記第２のフィルタの後段に配され、第３の圧電振動素子を有し、前記第３の圧電振動素子の表面に付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化する第３の質量センサとを更に有する
    ことを特徴とする大気環境測定装置。
  3. 請求項１又は２記載の大気環境測定装置において、
    前記第１の質量センサ、前記第２の質量センサ及び前記ファンをそれぞれ間欠的に動作させる制御部を更に有する
    ことを特徴とする大気環境測定装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の大気環境測定装置において、
    前記第１の質量センサ及び前記第２の質量センサによる測定データを無線により伝送する伝送部を更に有する
    ことを特徴とする大気環境測定装置。
  5. ケーシング内に配され、検出対象のガスの成分を吸着する第１のフィルタと、前記ケーシングの吸気口と前記第１のフィルタとの間における前記ケーシング内に配され、第１の圧電振動素子を有し、前記第１の圧電振動素子の表面に付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化する第１の質量センサと、前記ケーシング内における前記第１のフィルタの後段に配され、第２の圧電振動素子を有し、前記第２の圧電振動素子の表面に付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化する第２の質量センサと、前記ケーシング内における前記第２の質量センサの後段に配され、前記吸気口から前記ケーシングの排気口に向かって大気を流動させるファンと、前記第１の質量センサ及び前記第２の質量センサによる測定データを無線により伝送する伝送部とを有する大気環境測定装置と、
    前記大気環境測定装置から伝送される前記測定データを、ネットワークを介して取得し、取得した前記測定データに基づいて大気環境の測定を行う処理装置と
    を有することを特徴とする大気環境測定システム。
  6. ケーシング内に配され、検出対象のガスの成分を吸着する第１のフィルタと、前記ケーシングの吸気口と前記第１のフィルタとの間における前記ケーシング内に配され、第１の圧電振動素子を有し、前記第１の圧電振動素子の表面に付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化する第１の質量センサと、前記ケーシング内における前記第１のフィルタの後段に配され、第２の圧電振動素子を有し、前記第２の圧電振動素子の表面に付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化する第２の質量センサと、前記ケーシング内における前記第２の質量センサの後段に配され、前記吸気口から前記ケーシングの排気口に向かって大気を流動させるファンと、前記第１の質量センサ及び前記第２の質量センサによる測定データを無線により伝送する伝送部とを有する大気環境測定装置を用いた大気環境測定方法であって、
    前記第１の質量センサによる測定データと前記第２の質量センサによる測定データとに基づいて、大気中における前記検出対象のガスの含有の程度又は濃度を測定する
    ことを特徴とする大気環境測定方法。
  7. 請求項６記載の大気環境測定方法において、
    前記第１の質量センサによる前記測定データの単位時間当たりの変化量と、前記第２の質量センサによる前記測定データの単位時間当たりの変化量との差に基づいて、大気中における前記検出対象のガスの含有の程度又は濃度を測定する
    ことを特徴とする大気環境測定方法。
  8. 請求項６又は７記載の大気環境測定方法において、
    前記大気環境測定装置は、前記ケーシング内における前記第２の質量センサの後段に配され、前記検出対象のガスの成分を吸着する第２のフィルタと、前記ケーシング内における前記第２のフィルタの後段に配され、第３の圧電振動素子を有し、前記第３の圧電振動素子の表面に付着した物質の質量に応じて共振周波数が変化する第３の質量センサとを更に有し、
    前記第１の質量センサによる前記測定データの単位時間当たりの変化量、前記第２の質量センサによる前記測定データの単位時間当たりの変化量、及び、前記第３の質量センサによる前記測定データの単位時間当たりの変化量に基づいて、第１のフィルタの吸着能力の低下を判断する
    ことを特徴とする大気環境測定方法。
  9. 請求項８記載の大気環境測定方法において、
    前記第１の質量センサによる前記測定データの単位時間当たりの変化量と、前記第２の質量センサによる前記測定データの単位時間当たりの変化量とが互いに等しく、前記第３の質量センサによる測定データの単位時間当たりの変化量が、前記第１の質量センサによる前記測定データの単位時間当たりの変化量、及び、前記第２の質量センサによる前記測定データの単位時間当たりの変化量のいずれよりも小さい場合には、前記第１のフィルタの吸着能力がなくなったと判断する
    ことを特徴とする大気環境測定方法。
  10. 請求項６乃至９のいずれか１項に記載の大気環境測定方法において、
    前記第１の質量センサ、前記第２の質量センサ及び前記ファンを、それぞれ間欠的に動作させる
    ことを特徴とする大気環境測定方法。
  11. 請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の大気環境測定方法において、
    前記大気環境測定装置は、前記第１の質量センサによる前記測定データと前記第２の質量センサによる前記測定データとを無線により伝送する伝送部を更に有し、
    前記大気環境測定装置の前記伝送部により伝送される前記第１の質量センサによる前記測定データと前記第２の質量センサによる前記測定データとを、ネットワークを介して取得し、取得した前記第１の質量センサによる前記測定データと前記第２の質量センサによる前記測定データとにより、大気中における前記検出対象のガスの含有の程度又は濃度を測定する
    ことを特徴とする大気環境測定方法。
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