KR102623797B1 - 물질 검출 시스템 및 물질 검출 방법 - Google Patents
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Abstract
물질 검출 시스템(1)은 물질 센서(2)와, 펌프(3)를 구비한다. 물질 센서(2)는 제 1 공간(10)에 마련되며, 대상 물질(M)을 검출한다. 펌프(3)는 제 2 공간(20)의 기체를 제 1 공간(10)에 공급한다. 제 1 공간(10) 및 제 2 공간(20) 중 적어도 하나에 대상 물질(M)이 존재하는 경우에, 제 1 공간(10)과 제 2 공간(20)에서는 대상 물질(M)의 농도가 상이하다. 펌프(3)는, 제 2 공간(20)에 존재하는 기체를 제 1 공간(10)에 간헐적으로 공급한다.
Description
본 발명은 물질 검출 시스템 및 물질 검출 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 물질 부착 소자의 중량의 변화에 의해, 그 물질 부착 소자에 부착된 냄새 물질을 검지하는 냄새 센서가 개시되어 있다. 이러한 종류의 냄새 센서에는, 물질 부착 소자에 부착 가능한 냄새 물질의 부착량에 한계가 있다. 냄새 물질의 부착량이 한계에 도달하면, 물질 부착 소자는 그 이상 냄새 물질을 부착되지 못하고, 포화 상태가 되어 냄새 물질의 검출 정밀도가 저하한다. 그래서, 냄새 센서에는, 물질 부착 소자로부터 냄새나 물질을 일단 이탈할 필요가 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에 기재의 냄새 센서에는, 챔버 내에 샘플 가스를 도입하고, 300초간 방치한 후, 공기를 300초간 도입한다는 사이클로 샘플 가스를 순차 도입하고 있다. 공기를 300초간 도입하는 것에 의해, 챔버 내의 샘플 가스를 내보내, 리프레쉬시키고 있다(단락 0170).
상술의 냄새 센서에는, 물질 부착 소자로부터 냄새나 물질을 이탈하기 위해, 챔버 내의 샘플 가스를 공기로 내보내지 않으면 안된다. 그렇지만, 냄새 센서가, 측정 대상이 되는 샘플 가스를 내보낼 수 없는 환경(예를 들면, 끊임없이 샘플 가스가 발생하는 것과 같은 환경) 하에 있는 경우에는, 냄새 물질의 이탈이 불충분하게 되어, 냄새 물질의 검출 정밀도가 저하한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 실정 하에 이루어진 것으로서, 대상 물질의 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있는 물질 검출 시스템 및 물질 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 관점에 따른 물질 검출 시스템은,
제 1 공간에 설치되며, 대상 물질을 검출하는 물질 센서와,
제 2 공간의 기체를 상기 제 1 공간에 공급하는 기체 공급부를 구비하고,
상기 제 1 공간 및 상기 제 2 공간 중 적어도 하나에 상기 대상 물질이 존재하는 경우에, 상기 제 1 공간과 상기 제 2 공간에서는, 상기 대상 물질의 농도가 상이하다.
이 경우, 상기 기체 공급부는, 상기 제 2 공간에 존재하는 기체를 상기 제 1 공간에 간헐적으로 공급하는 것으로 하여도 좋다.
상기 제 2 공간이 복수 마련되며,
상기 제 2 공간마다, 상기 기체 공급부가 마련되며,
상기 제 1 공간에 기체를 공급하는 상기 제 2 공간을, 전환 가능한 것으로 하여도 좋다.
또한, 상기 물질 센서는 상기 대상 물질을 부착되는 물질 부착 소자를 구비하고, 상기 기체 공급부는, 상기 제 2 공간에 존재하는 기체를 상기 제 1 공간에 취출하는 취출구를 구비하고,
상기 취출구로부터 취출되는 기체의 유로 상에 상기 물질 부착 소자가 배치되는 것으로 하여도 좋다.
상기 물질 센서는,
상기 물질 부착 소자를 탑재하고, 진동하는 진동자를 구비하며,
상기 진동자를 진동시키는 것에 의해, 상기 물질 부착 소자에 부착된 상기 대상 물질을 이탈하는 것으로 하여도 좋다.
상기 물질 센서는,
상기 진동자의 주파수 특성의 변화에 근거하여, 상기 물질 부착 소자로의 상기 대상 물질의 부착 또는 제거를 검출하는 것으로 하여도 좋다.
상기 기체 공급부는 펌프인 것으로 하여도 좋다.
상기 제 1 공간과 상기 제 2 공간은, 외부와의 통기성이 상이한 것으로 하여도 좋다.
상기 제 1 공간과 상기 제 2 공간 중 어느 하나에, 기체를 배출하는 배출 수단이 마련되어 있는 것으로 하여도 좋다.
본 발명의 제 2 관점에 따른 물질 검출 방법은,
제 1 공간 또는 제 2 공간에 포함되는 대상 물질을 검출하는 물질 검출 방법에 있어서,
상기 제 1 공간 및 상기 제 2 공간 중 적어도 하나에, 상기 대상 물질이 존재하는 경우에, 상기 제 1 공간과는 상기 대상 물질의 농도가 상이한 상기 제 2 공간에 존재하는 기체를 상기 제 1 공간에 기체 공급부에 의해 공급하는 제 1 단계와,
상기 제 1 공간에 배치된 물질 센서에 의해, 상기 대상 물질을 검출하는 제 2 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 기체 공급부에서 물질 센서가 배치된 제 1 공간에, 제 1 공간과는 대상 물질의 농도가 상이한 제 2 공간의 기체를 공급하는 것에 의해, 대상 물질을 검출하는 물질 센서의 주위에 있어서의 대상 물질의 농도를, 대상 물질의 검출시에는 높게 하고, 대상 물질의 이탈시에는 낮게 하도록 조정한다. 이에 의해, 물질 센서에 있어서의 대상 물질의 부착량이 포화되지 않도록 할 수 있으므로, 대상 물질의 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 물질 검출 시스템의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2는 물질 센서의 헤더부의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1의 물질 검출 시스템의 제어계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1에 따른 물질 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 1에 따른 물질 검출 시스템의 동작 그 1을 도시하는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태 1에 따른 물질 검출 시스템의 동작 그 2를 도시하는 모식도이다.
도 7a는 본 발명의 실시형태 1에 따른 물질 검출 시스템의 동작을 나타내는 제 1 타이밍 차트이다.
도 7b는 본 발명의 실시형태 1에 따른 물질 검출 시스템의 동작을 나타내는 제 2 타이밍 차트이다.
도 8은 제 2 공간이 다수 있는 경우의 물질 검출 시스템의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태 2에 따른 물질 검출 시스템의 동작 그 1을 도시하는 모식도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태 2에 따른 물질 검출 시스템의 동작 그 2를 도시하는 모식도이다.
도 2는 물질 센서의 헤더부의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1의 물질 검출 시스템의 제어계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1에 따른 물질 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 1에 따른 물질 검출 시스템의 동작 그 1을 도시하는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태 1에 따른 물질 검출 시스템의 동작 그 2를 도시하는 모식도이다.
도 7a는 본 발명의 실시형태 1에 따른 물질 검출 시스템의 동작을 나타내는 제 1 타이밍 차트이다.
도 7b는 본 발명의 실시형태 1에 따른 물질 검출 시스템의 동작을 나타내는 제 2 타이밍 차트이다.
도 8은 제 2 공간이 다수 있는 경우의 물질 검출 시스템의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태 2에 따른 물질 검출 시스템의 동작 그 1을 도시하는 모식도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태 2에 따른 물질 검출 시스템의 동작 그 2를 도시하는 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 있어서는, 동일 또는 동등한 부분에 동일한 부호를 부여한다. 또한, 본 실시형태에서, "공간"이란, 냄새가 떠도는 기체가 채워지는 입체 영역, 예를 들면 용기, 방 등의 내부를 말한다.
실시형태 1
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 물질 검출 시스템(1)은, 기체 중에 포함되는 대상 물질(M)을`검출하는 물질 센서(2)와, 기체 공급부로서의 펌프(3)를 구비한다. 대상 물질(M)에는, 예를 들면 냄새의 근원이 되는 냄새 물질이 있다.
본 실시형태에 따른 물질 검출 시스템(1)은 2개의 공간을 필요로 한다. 제 1 공간(10) 및 제 2 공간(20)이다. 제 1 공간(10)과, 제 2 공간(20)은 벽(30)으로 구획되어 있다. 물질 센서(2)는 제 1 공간(10)에 설치된다. 펌프(3)는 제 2 공간(20)에 존재하는 기체를 제 1 공간(10)에 공급한다.
또한, 도 1에서는 도시를 위해, 제 1 공간(10)과 제 2 공간(20)이 각 변이 일점쇄선으로 나타내는 직방체로 나타나 있다. 그렇지만, 실제로는, 제 1 공간(10)과 제 2 공간(20)은 그 이상의 확대를 갖는 공간이어도 좋다.
제 1 공간(10)은 예를 들면 주택의 지붕 밑이며, 제 2 공간(20)은 예를 들면 주택의 거주 공간이다. 제 1 공간(10)과 제 2 공간(20)을 비교하면, 제 1 공간(10)이 외부와의 통기성이 높게 되어 있으며, 제 2 공간(20)이 밀폐성이 높게 되어 있다. 따라서, 제 1 공간(10)에 검출 대상이 되는 물질이 이송되어 왔다고 하여도, 그 물질은 제 1 공간(10)의 외부로 배출 또는 확산되기 쉽게 되어 있으며, 제 2 공간(20)에서는, 대상 물질(M)이 그 공간 내에 머무르기 쉽게 되어 있다.
본 실시형태에서는, 제 2 공간(20)이 검출 대상이며, 이 제 2 공간(20)에 대상 물질(M)이 존재할 가능성이 있다. 이 대상 물질(M)은, 제 2 공간(20)으로부터 제 1 공간(10)에 이송되어져 검출되기 때문에, 제 2 공간(20)에 대상 물질(M)이 존재하는 경우, 제 1 공간(10)에 있어서의 대상 물질(M)의 농도는, 제 2 공간(20)에 있어서의 농도보다 낮게 되어 있을(바람직하게는 농도 0%) 필요가 있다.
또한, 제 1 공간(10) 및 제 2 공간(20)에 대상 물질(M)이 존재하지 않는 경우에는, 제 1 공간(10)에 있어서의 대상 물질(M)의 농도는 동일한 0%여도 좋다. 즉, 제 1 공간(10) 및 제 2 공간(20) 중 적어도 하나에 대상 물질(M)이 존재하는 경우에, 제 1 공간(10)과 제 2 공간(20)에서, 대상 물질(M)의 농도가 상이하면 좋다.
본 실시형태에 따른 물질 검출 시스템(1)은, 제 1 공간(10)에 배치된 물질 센서(2)를 이용하여, 제 2 공간(20)의 기체 중에 포함되는 대상 물질(M)을 검출한다. 대상 물질(M)의 검출을 위해, 펌프(3)는 제 2 공간(20)에 존재하는 기체를, 제 2 공간(20)으로부터 제 1 공간(10)으로 이송하고 있다.
물질 검출 시스템(1)의 구성에 대해 보다 상세하게 설명한다. 물질 센서(2)는 헤더부(2a)와, 센서 본체(2b)를 구비한다. 헤더부(2a)에는 관통 구멍(2c)이 마련되어 있다. 이 관통 구멍(2c) 내를 기체가 통과 가능하게 되어 있다.
헤더부(2a)는 대상 물질(M)에 감도가 있는 소자를 갖는다. 센서 본체(2b)는 대상 물질(M)이 부착되어 있는지의 여부를 나타내는 정보를 헤더부(2a)로부터 검출하고, 그 정보를 신호로서 출력 가능한 신호 회로와, 헤더부(2a)의 소자를 제어하는 제어 회로를 갖고 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 헤더부(2a)는 물질 부착 소자(5a)와, 진동자(5b)와, 헤더 본체부(5c)를 구비한다. 물질 부착 소자(5a)에는 공기 중에 포함되는 대상 물질(M)이 부착된다. 진동자(5b)는 외팔보 비임의 판형상의 부재이다. 진동자(5b)에는, 전압 인가에 의해 면방향으로 신축 가능한 구동용 압전 소자(6a)가 편면에 형성되어 있다. 구동용 압전 소자(6a)의 신축에 의해, 진동자(5b)가 진동한다. 또한, 진동자(5b)에는 그 진동 변위를 검출하는 검출용 압전 소자(6b)도 편면에 형성되어 있다.
물질 부착 소자(5a)는 진동자(5b) 상에 형성되어 있다. 물질 부착 소자(5a)에 대상 물질(M)이 부착되면, 물질 부착 소자(5a)의 중량이 변화하여, 결과적으로 진동자(5b) 전체의 중량이 변화한다. 이 중량 변화에 의해, 진동자(5b)의 주파수 특성이 변화한다. 물질 센서(2)는 진동자(5b)의 주파수 특성의 변화를 감시하는 것에 의해, 대상 물질(M)을 검출한다. 진동자(5b)의 주파수 특성의 변화는, 검출용 압전 소자(6b)에서부터 출력되는 전압 신호(진동자(5b)의 진동 주파수(예를 들면, 공진 주파수 또는 고유 진동수))의 변화에 의해 관측된다.
도 1로 되돌아와, 본 실시형태에서는, 펌프(3)는 흡입구(3a)와, 펌프 본체(3b)와, 취출구(3c)를 구비한다. 흡입구(3a)는 제 2 공간(20)에 설치되어 있으며, 펌프 본체(3b)는 압력의 작용에 의해, 흡입구(3a)로부터 흡입한 기체를 취출구(3c)로 이송한다. 취출구(3c)는 물질 센서(2)의 헤더부(2a)에 직접 기체를 불어넣도록 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 취출구(3c)는 물질 부착 소자(5a)에 대향하여 배치되어 있으며, 취출구(3c)로부터 취출된 기체가 물질 부착 소자(5a)에 직접 부딪치도록 배치되어 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 물질 센서(2)는 물질 부착 소자(5a)에 대상 물질(M)이 부착되는 것에 의한 진동자(5b)의 주파수 특성의 변화로 대상 물질(M)의 존재를 검출한다. 그렇지만, 물질 부착 소자(5a)의 대상 물질(M)의 부착량에는 한계가 있어, 어느 양에서 포화 상태가 된다. 물질 부착 소자(5a)가 포화 상태가 되면, 대상 물질(M)은 그 이상 물질 부착 소자(5a)에 부착되지 않아, 대상 물질(M)을 측정할 수 없게 된다.
그래서, 본 실시형태에서는, 대상 물질(M)의 검출 후, 일정 기간, 물질 부착 소자(5a)에 부착된 대상 물질(M)을 이탈시킨다. 물질 부착 소자(5a)에 의한 대상 물질(M)의 이탈은 물질 부착 소자(5a)로의 기체의 취출을 정지하면서, 진동자(5b)를 진동시키는 것에 의해 실행된다. 물질 부착 소자(5a)로부터 대상 물질(M)이 이탈되면, 진동자(5b)의 주파수 특성이 변화하기 때문에, 물질 센서(2)는 대상 물질(M)이 제거된 것도 검출 가능하다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 물질 검출 시스템(1)은 제어부(50)를 구비한다. 제어부(50)는 물질 센서(2) 및 펌프(3)를 제어한다. 제어부(50)는 물질 센서(2)의 구동용 압전 소자(6a)에 전압을 인가하는 것에 의해, 진동자(5b)를 진동시킨다. 물질 센서(2)는 검출용 압전 소자(6b)의 출력에 근거하여, 진동자(5b)의 진동 주파수를 검출한다. 물질 센서(2)는 이 검출 신호를 제어부(50)로 출력한다. 제어부(50)는 그 출력에 근거하여, 진동자(5b)의 주파수 특성의 변화를 검출한다.
또한, 제어부(50)는 펌프(3)의 온·오프(ON·OFF)제어를 실행한다. 구체적으로는, 제어부(50)는 펌프(3)를 온하여 제 2 공간(20)으로부터 제 1 공간(10)에 기체를 이송한다. 제어부(50)는 펌프(3)를 온한 상태에서, 대상 물질(M)의 검출을 실행한다. 이하에서는, 펌프(3)를 온하면서 진동자(5b)를 진동시키는 동작을, 대상 물질(M)의 검출 동작이라고도 한다.
제어부(50)가 펌프(3)를 오프하면, 제 2 공간(20)으로부터 제 1 공간(10)으로의 기체의 공급이 정지된다. 기체의 공급이 정지되면, 물질 부착 소자(5a)의 주변의 대상 물질(M)의 농도가 저하한다. 이 때, 대상 물질(M)이 물질 부착 소자(5a)로부터 이탈한다. 이하에서는, 펌프(3)를 오프하는 동작을 대상 물질(M)의 이탈 동작이라고도 한다.
이와 같이, 제어부(50)는 펌프(3)를 온·오프하여, 대상 물질(M)의 검출 동작과, 대상 물질(M)의 이탈 동작을 반복하는 간헐 제어를 실행한다.
다음에, 본 발명의 실시형태에 따른 물질 검출 시스템(1)의 동작에 대해 설명한다. 이 방법에서는, 우선, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 1 공간(10) 및 제 2 공간(20) 중 적어도 하나에 대상 물질(M)이 존재하는 경우에, 제 1 공간(10)과는 대상 물질(M)의 농도가 상이한 제 2 공간(20)에 존재하는 기체를 제 1 공간(10)에 공급한다(단계 S1; 제 1 단계). 계속해서, 제 1 공간(10)에 배치된 물질 센서(2)에 의해, 대상 물질(M)을 검출한다(단계 S2; 제 2 단계). 이에 의해, 제 2 공간(20)에 포함되는 대상 물질(M)의 검출이 실행된다.
또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 대상 물질(M)의 검출 동작에 있어서는, 제어부(50)는 펌프(3)를 온한다. 이에 의해, 펌프(3)가 동작하여, 제 2 공간(20)에 존재하는 기체가 제 1 공간(10)에 공급된다. 이에 의해, 펌프(3)의 취출구(3c)로부터 대상 물질(M)을 포함하는 기체가 취출되고, 물질 센서(2)의 물질 부착 소자(5a)에 대상 물질(M)이 부착된다. 대상 물질(M)이 부착되면, 진동자(5b)의 주파수 특성이 변화한다. 제어부(50)는 구동용 압전 소자(6a)에 전압을 인가하여, 진동자(5b)를 진동시키고, 검출용 압전 소자(6b)에서 진동자(5b)의 진동 주파수를 감시한다. 물질 센서(2)는 이 진동 주파수의 변화에 의해, 대상 물질(M)을 검출한다.
또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 대상 물질(M)의 이탈 동작에 있어서는, 제어부(50)는 펌프(3)를 오프한다. 이에 의해, 제 2 공간(20)에 존재하는 기체의 제 1 공간(10)으로의 공급이 정지되고, 펌프(3)의 취출구(3c)로부터의 대상 물질(M)을 포함하는 기체의 취출이 정지되어, 물질 센서(2)의 물질 부착 소자(5a)의 주위에 대상 물질(M)이 존재하지 않게 된다. 그 결과, 물질 부착 소자(5a)로부터 대상 물질(M)이 이탈되어, 물질 부착 소자(5a)는 대상 물질(M)이 부착되어 있지 않은 초기 상태로 복귀된다. 제어부(50)는 구동용 압전 소자(6a)에 전압을 인가하고, 진동자(5b)를 진동시켜, 물질 부착 소자(5a)로부터의 대상 물질(M)의 이탈을 촉진한다.
도 7a에 나타내는 바와 같이, 제어부(50)는 시간(Ta)만큼 펌프(3)를 온한 후, 시간(Tb)만큼 펌프(3)를 오프하는 처리를 주기(T)로 반복한다. 시간(Ta, Tb)은 예를 들면 2초 내지 3초로 할 수 있다.
시간(Ta)이 대상 물질(M)의 검출 동작을 실행하는 시간이 된다. 이 시간(Ta)에 있어서, 제어부(50)는 펌프(3)를 온하는 동시에, 진동자(5b)를 진동시키고, 구동용 압전 소자(6a)에 전압을 인가하여, 진동자(5b)를 진동시키면서, 검출용 압전 소자(6b)의 출력을 감시하여, 진동자(5b)의 진동 주파수의 변화를 검출한다. 시간(Ta)에서는, 물질 부착 소자(5a)에 대상 물질(M)이 부착되어, 진동자(5b)의 진동 주파수가 점차 낮아진다. 이 진동 주파수의 변화에 의해, 대상 물질(M)의 존재가 검출된다.
그리고, 다음의 시간(Tb)이 대상 물질(M)의 이탈 동작을 실행하는 시간이 된다. 이 시간(Tb)에 있어서, 제어부(50)는 펌프(3)를 오프한다. 그러면, 물질 부착 소자(5a)의 주위에 있어서의 대상 물질(M)의 농도가 저하하여, 물질 부착 소자(5a)로부터 대상 물질(M)이 이탈된다. 이 때도, 제어부(50)는 구동용 압전 소자(6a)에 전압을 인가하여, 진동자(5b)를 진동시킨다. 이 진동에 의해, 물질 부착 소자(5a)로부터 대상 물질(M)이 더욱 이탈되기 쉬워진다. 이 상태에서, 검출용 압전 소자(6b)의 전압 신호의 출력을 감시한 경우, 도 7a에 나타내는 바와 같이, 물질 부착 소자(5a)로부터 대상 물질(M)이 이탈되어, 진동자(5b)의 진동 주파수가 상승한다.
또한, 본 실시형태에서는, 물질 부착 소자(5a)에 대상 물질(M)이 부착되면, 진동자(5b)의 진동 주파수가 낮아지고, 이탈되면, 진동자(5b)의 진동 주파수가 높아지는 경우에 대해 설명하고 있지만, 본 발명은 이것으로는 한정되지 않는다. 물질 부착 소자(5a)에 대상 물질(M)이 부착되었는지의 여부에 대해서는, 진동자(5b)의 진폭 레벨이어도 판정 가능하다. 예를 들면, 물질 부착 소자(5a)에 대상 물질(M)이 부착된 경우에 진동자(5b)의 진폭 레벨이 낮아져, 물질 부착 소자(5a)로부터 대상 물질(M)이 이탈된 경우에 진동자(5b)의 진폭 레벨이 높아지는 구성이면, 진폭 레벨의 차이에 의해, 물질 센서(2)는 대상 물질(M)이 부착되었는지의 여부를 판정할 수 있다.
제어부(50)는 이와 같이 하여, 대상 물질(M)의 검출 동작과, 대상 물질(M)의 이탈 동작을 반복한다. 이에 의해, 물질 검출 시스템(1)에서는, 물질 부착 소자(5a)에 의한 대상 물질(M)의 부착량을 포화시키는 일이 없이, 장기간의 대상 물질(M)의 검출 동작이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는 제 1 공간(10)으로부터, 대상 물질(M)이 배출되기 어려운 경우에는, 제 1 공간(10)으로부터 기체를 배출하는 배출 수단으로서의 배출 펌프를 더 마련하도록 하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는 제 1 공간(10)을 주택의 지붕 밑으로 하고, 제 2 공간(20)을 주택의 거실 공간으로 했지만, 본 발명은 이것으로는 한정되지 않는다. 예를 들면, 제 1 공간(10)을 주택의 처마 밑으로 하여도 좋다. 제 1 공간(10) 및 제 2 공간(20)을 건축물에 의해 구성되는 공간으로 하여도 좋으며, 어느 설비 또는 장치에 의해 구성되는 공간으로 하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에 따른 물질 검출 시스템(1)에서는, 대상 물질(M)의 검출의 인터벌 동작이 가능하다. 도 7b에 나타내는 바와 같이, 시간(T1)에서는, 시간(Ta)의 대상 물질(M)의 검출 동작과 시간(Tb)의 이탈 동작을 반복하여 실행하고, 그 후의 시간(T2)에서는, 대상 물질(M)의 검출 동작과 이탈 동작을 정지시킬 수 있다. 이와 같이 하면, 시간(T1)에 있어서, 물질 부착 소자(5a)에 부착되는 대상 물질(M)이 잔류하고 있던 경우라도, 그 대상 물질(M)을 이탈할 여유를 시간(T2)에서 만들어 낼 수 있다. 시간(T2)에 있어서, 물질 부착 소자(5a)로부터 대상 물질(M)을 더욱 이탈하기 쉽게 하기 위해, 제어부(50)는 구동용 압전 소자(6a)에 전압을 인가하여, 진동자(5b)를 진동시켜도 좋다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 제 2 공간(20)에 포함되는 대상 물질(M)의 검출을 실행하지 않는 여유 시간(T2)을 마련하는 것이 가능하다. 이 경우, 도 8에 도시하는 바와 같이, 제 2 공간(20)을 복수 마련하고, 각각에 펌프(3)를 마련하여, 복수의 제 2 공간(20)에 대해 차례대로 대상 물질(M)의 검출을 실행하도록 하여도 좋다. 즉, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 시간(T2)에서 한쪽의 제 2 공간(20)에서의 대상 물질(M)의 검출을 실행하지 않는 경우에는, 제 1 공간(10)에 기체를 공급하는 펌프(3)를 전환하고, 그 시간(T2)에 있어서, 다른쪽의 제 2 공간(20)에서의 대상 물질(M)의 검출을 실행하도록 하여도 좋다. 이와 같은 제어는, 제 2 공간(20)이 3개 이상 있는 경우에서도 적용 가능하다.
또한, 시간(Ta, Tb)으로서는, 대상 물질(M)의 검출 및 이탈에 충분한 시간을 설정할 필요가 있다. 또한, 본 실시형태에 따른 물질 검출 시스템(1)에서는, 검출을 실행하지 않는 시간(T2)은 필수는 아니다. 특히, 위험성이 높은 대상 물질(M)을 검출하는 물질 검출 시스템(1)에서는, 대상 물질(M)의 검출을 상시 실행하도록 해 두는 것이 바람직하다.
실시형태 2
다음에, 본 발명의 실시형태 2에 대해 설명한다. 본 실시형태에 따른 물질 검출 시스템(1)의 구성은 제 2 공간(20)이 아닌, 제 1 공간(10)에 존재하는 대상 물질(M)을 검출한다.
본 실시형태에 따른 물질 검출 시스템(1)은 물질 센서(2)와, 기체 공급부로서의 펌프(3)를 구비하는 점은 상기 실시형태와 동일하다. 물질 센서(2)는 제 1 공간(10)에 설치된다. 펌프(3)는 제 2 공간(20)에 존재하는 기체를 제 1 공간(10)에 공급한다. 물질 센서(2) 및 펌프(3)의 상세한 구성도 상기 실시형태 1과 동일하다. 또한, 제어부(50)에 의해, 물질 센서(2) 및 펌프(3)가 제어되는 점도 상기 실시형태 1과 동일하다.
본 실시형태에서는, 제 1 공간(10)이 검출 대상이며, 이 제 1 공간(10)에 대상 물질(M)이 존재할 가능성이 있다. 제 2 공간(20)에 있어서의 기체는, 물질 부착 소자(5a)에 부착된 대상 물질(M)을 제거하기 위해서 제 1 공간(10)으로 이송되기 때문에, 제 1 공간(10)에 대상 물질(M)이 존재하는 경우, 제 2 공간(20)에 있어서의 대상 물질(M)의 농도는, 제 1 공간(10)에 있어서의 농도보다 낮게 되어 있을(바람직하게는 농도 0%) 필요가 있다.
또한, 본 실시형태에서도, 제 1 공간(10) 및 제 2 공간(20)에 대상 물질(M)이 존재하지 않는 경우에는, 제 1 공간(10)에 있어서의 대상 물질(M)의 농도는 동일한 0%여도 좋다. 즉, 제 1 공간(10) 및 제 2 공간(20) 중 적어도 하나에 대상 물질(M)이 존재하는 경우에, 제 1 공간(10)과, 제 2 공간(20)에서 대상 물질(M)의 농도가 상이하면 된다.
본 실시형태에 따른 물질 검출 시스템(1)은, 제 1 공간(10)에 배치된 물질 센서(2)를 이용하여, 제 1 공간(10)의 기체 중에 포함되는 대상 물질(M)을 검출한다. 즉, 제 1 공간(10)이 측정 대상의 공간이 되고, 이 점, 제 2 공간(20)을 측정 대상으로 하는 상기 실시형태 1과는 역이 된다.
본 실시형태에서도, 제어부(50)는 구동용 압전 소자(6a)에 전압을 인가하는 것에 의해, 진동자(5b)를 진동시키는 동시에, 검출용 압전 소자(6b)의 출력에 근거하여, 진동자(5b)의 진동 주파수를 검출한다. 제어부(50)는 그 출력에 근거하여, 진동자(5b)의 주파수 특성의 변화를 검출한다.
또한, 본 실시형태에서도, 제어부(50)는 펌프(3)의 온·오프 제어를 실행한다. 구체적으로는, 제어부(50)는 펌프(3)를 오프한 상태에서, 대상 물질(M)의 검출을 실행한다. 이하에서는, 펌프(3)를 오프하면서 진동자(5b)를 진동시키는 동작을 대상 물질(M)의 검출 동작이라고도 한다.
제어부(50)가 펌프(3)를 온하면, 제 2 공간(20)으로부터 제 1 공간(10)에 기체가 공급된다. 이 기체에는, 제 1 공간(10)보다 농도가 낮은 대상 물질(M)이 포함되어 있기 때문에, 기체의 공급이 개시되면, 물질 부착 소자(5a)의 주변의 대상 물질(M)의 농도가 저하한다. 이 때, 대상 물질(M)이 물질 부착 소자(5a)로부터 이탈한다. 이하에서는, 펌프(3)를 온하여 진동자(5b)를 진동시키는 동작을 대상 물질(M)의 이탈 동작이라고도 한다.
이와 같이, 본 실시형태에서도, 제어부(50)는 대상 물질(M)의 검출 동작과 대상 물질(M)의 이탈 동작을 반복하는 동안 간헐 제어를 실행한다.
다음에, 본 발명의 실시형태에 따른 물질 검출 시스템(1)의 동작에 대해 설명한다.
보다 상세하게는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 대상 물질(M)의 검출 동작에 있어서는, 펌프(3)가 정지되고, 제 2 공간(20)에 존재하는 기체의 제 1 공간(10)에의 공급이 정지되고, 펌프(3)의 취출구(3c)로부터 기체의 취출이 정지되어 있다. 이 상태에서는, 제 1 공간(10) 내에 존재하는 물질 센서(2)의 물질 부착 소자(5a)에 대상 물질(M)이 부착된다. 대상 물질(M)이 부착되면, 진동자(5b)의 주파수 특성이 변화한다. 제어부(50)는 구동용 압전 소자(6a)에 전압을 인가하여, 진동자(5b)를 진동시키고, 검출용 압전 소자(6b)에서, 진동자(5b)의 진동 주파수를 감시한다. 물질 센서(2)는 이 진동 주파수의 변화에 의해, 대상 물질(M)을 검출한다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 대상 물질(M)의 이탈 동작에 있어서는, 펌프(3)가 동작하고, 제 2 공간(20)에 존재하는 기체를 제 1 공간(10)에 공급한다. 이에 의해, 펌프(3)의 취출구(3c)로부터 낮은 농도의 대상 물질(M)을 포함하는 기체가 취출되어, 물질 센서(2)의 물질 부착 소자(5a)의 주변에 있어서의 대상 물질(M)의 농도가 저하한다. 그 결과, 물질 부착 소자(5a)로부터 대상 물질(M)이 이탈된다. 제어부(50)는 구동용 압전 소자(6a)에 전압을 인가하여, 진동자(5b)를 진동시켜, 물질 부착 소자(5a)로부터의 대상 물질(M)의 이탈을 촉진한다.
제어부(50)는 이와 같이 하여, 대상 물질(M)의 검출 동작과, 대상 물질(M)의 이탈 동작을 반복한다. 이에 의해, 본 실시형태에 따른 물질 검출 시스템(1)에 있어서도, 물질 부착 소자(5a)에 의한 대상 물질(M)의 부착량을 포화시키는 일이 없이, 연속하여 대상 물질(M)의 검출 동작이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 물질 센서(2)의 주위로 제 2 공간(20)으로부터의 기체가 일정 시간 공급되는 것만으로도 좋다. 제 2 공간(20)으로부터 기체가 공급되는 시간은, 물질 부착 소자(5a)의 대상 물질(M)이 이탈되는데 충분한 시간이 확보된다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 상기 각 실시형태에 의하면, 펌프(3)로 물질 센서(2)가 배치된 제 1 공간(10)에 제 1 공간(10)과는 대상 물질(M)의 농도가 상이한 제 2 공간(20)의 기체를 공급하는 것에 의해, 대상 물질(M)을 검출하는 물질 센서(2)의 주위에 있어서의 대상 물질(M)의 농도를, 대상 물질(M)의 검출시에는 높게 하고, 대상 물질(M)의 이탈시에는 낮게 하도록 조정한다. 이에 의해, 물질 센서(2)에 있어서의 대상 물질(M)의 부착량이 포화되지 않도록 할 수 있으므로, 대상 물질(M)의 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
상기 각 실시형태에 따른 물질 검출 시스템(1)에서는, 펌프(3)를 온 또는 오프로 하고, 시간을 둠으로써, 물질 부착 소자(5a)로부터 물질을 이탈할 수 있기 때문에, 예를 들면, 질소 가스를 물질 부착 소자(5a)에 부여하여 대상 물질(M)을 이탈하는 것과 같은 특별한 기구가 불필요해진다.
또한, 상기 각 실시형태에 의하면, 펌프(3)는 물질 부착 소자(5a)에 제 2 공간(20)에 존재하는 기체를 간헐적으로 공급하는 것으로 했다. 이와 같이 하면, 물질 부착 소자(5a)가 대상 물질(M)에 항상 폭로되어 대상 물질(M)의 부착 상태가 포화되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 간헐 제어는, 일정 시간으로 실행되었지만, 이것으로는 한정되지 않는다. 검출 결과를 감시하고, 진동자(5b)의 진동 주파수가 미리 정해진 범위에 수속되어 오면, 검출 동작을 정지하여, 대상 물질(M)의 이탈 동작을 실행하도록 하여도 좋다.
또한, 상기 각 실시형태에 의하면, 펌프(3)의 취출구(3c)로부터 취출되는 기체의 유로 상에 물질 센서(2)의 물질 부착 소자(5a)가 배치되는 것으로 했다. 이와 같이 하면, 물질 부착 소자(5a)에 부착되는 대상 물질(M)의 부착량을 늘릴 수 있으므로, 그 검출 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 진동자(5b)를 진동시키는 것에 의해, 물질 부착 소자(5a)에 부착된 대상 물질(M)을 이탈했다. 이와 같이 하면, 보다 확실하고 단시간에, 물질 부착 소자(5a)로부터 대상 물질(M)을 이탈하는 것이 가능하다.
또한, 상기 각 실시형태에 따른 물질 검출 시스템(1)에서는, 비임형상의 진동자(5b)를 진동시켜, 그 진동자(5b)의 주파수 특성을 검출하는 것이었다. 그렇지만, 본 발명은 이것으로는 한정되지 않는다. 예를 들면, 수정 진동자를 진동시키는 것이어도 좋다. 또한, 물질 센서(2)는 진동자(5b)를 갖는 것으로도 한정되지 않는다. 물질 센서(2)는 대상 물질(M)을 검출하는 것이면 적용이 가능하다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 진동자(5b)를 외팔보 비임의 판형상의 부재로 했지만, 본 발명은 이것으로는 한정되지 않는다. 진동자(5b)는 양단 지지 비임의 판형상의 부재여도 좋으며, 3개 이상의 고정 단부를 갖는 비임형상의 부재여도 좋다. 또한, 구동용 압전 소자(6a) 및 검출용 압전 소자(6b)는 비임의 편측이 아닌, 양측에 마련되어 있어도 좋다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 기체 공급부는 펌프(3)였다. 펌프(3)를 이용하는 것에 의해, 물질 부착 소자(5a)로의 기체의 공급 및 정지를 재빠르게 실행할 수 있다. 그렇지만, 본 발명은 이것으로는 한정되지 않는다. 제 2 공간(20)으로부터 제 1 공간(10)으로의 송풍을 실행하는 송풍 팬이어도 좋다.
상기 각 실시형태에 따른 대상 물질(M)에는 여러가지 것이 있다. 예를 들면, 거주 공간의 생활 냄새, 애완동물의 냄새나, 향수, 요리 냄새나, 쓰레기 냄새나, 물체가 타는 냄새 등이 있다. 물질 검출 시스템(1)의 동작은, 검출 대상이 되는 대상 물질(M)의 종류 또는 검출의 목적에 따라서 적절히 조정할 수 있다. 시간(Ta, Tb, T1, T2)은 그의 가장 좋은 예이다.
또한, 상기 각 실시형태에 따른 물질 검출 시스템(1)은, 대상 물질(M)을 검출하고, 그 대상 물질(M)의 발생을 감시하는 것이었다. 그렇지만, 본 발명은 이것으로는 한정되지 않는다. 예를 들면, 검출 결과를 이용하여, 기기를 제어하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 대상 물질(M)이 검출되면, 환기팬을 돌려, 제 2 공간(20)을 환기하도록 하여도 좋으며, 물체가 연소되었을 때에 발생하는 대상 물질(M)을 검출하여, 화재의 발생을 알리도록 하여도 좋다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 제 1 공간(10)과 제 2 공간(20)은 벽(30)으로 구획되어 있었지만, 본 발명은 이것으로는 한정되지 않는다. 제 1 공간(10)과 제 2 공간(20)이 충분히 이격되어 있거나, 각각의 기체가 혼합될 우려가 없으면, 벽(30)은 없어도 좋다. 기본적으로는, 제 1 공간(10)과 제 2 공간(20)에서는, 대상 물질(M)의 농도가 상이하면 좋다. 보다 바람직하게는, 제 1 공간(10)과 제 2 공간(20)은 적어도 하나에 대상 물질(M)이 존재하면 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 대상 물질(M)을 1종류로 했지만, 본 발명은 이것으로는 한정되지 않는다. 대상 물질(M)은 복수 종류 있어도 좋다. 이 경우, 대상 물질(M)마다 물질 센서(2)를 마련하도록 하면 좋다. 물질 검출 시스템(1)은 복수 종류의 대상 물질(M)에 의해 구성되는 냄새를 검출하도록 하여도 좋다.
본 발명은 본 발명의 광의의 정신과 범위를 일탈하는 일이 없이, 여러가지 실시형태 및 변형이 가능하게 되는 것이다. 또한, 상술한 실시형태는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 범위는 실시형태가 아닌, 청구범위에 의해 나타난다. 그리고, 청구범위 내 및 그것과 동등한 발명의 의의의 범위 내에서 실시되는 여러가지 변형이 본 발명의 범위 내로 간주된다.
또한, 본원에 있어서는, 2019년 6월 3일에 출원된 일본 특허 출원 제 2019-103515 호를 기초로 하는 우선권을 주장하며, 본 명세서 중에 일본 특허 출원 제19-103515 호의 명세서, 청구범위, 도면 전체를 참조로 하여 받아들여지는 것으로 한다.
본 발명은 냄새 물질 등, 공기 중에 떠도는 물질이나 여러가지 가스를 대상 물질로서 그 대상 물질의 검출에 적용할 수 있다.
1: 물질 검출 시스템 2: 물질 센서
2a 헤더부 2b: 센서 본체
2c: 관통 구멍 3: 펌프(기체 공급부)
3a: 흡입구 3b: 펌프 본체
3c: 취출구 5a: 물질 부착 소자
5b: 진동자 5c: 헤더 본체부
6a: 구동용 압전 소자 6b: 검출용 압전 소자
10: 제 1 공간 ` 20: 제 2 공간
30: 벽 50: 제어부
M: 대상 물질
2a 헤더부 2b: 센서 본체
2c: 관통 구멍 3: 펌프(기체 공급부)
3a: 흡입구 3b: 펌프 본체
3c: 취출구 5a: 물질 부착 소자
5b: 진동자 5c: 헤더 본체부
6a: 구동용 압전 소자 6b: 검출용 압전 소자
10: 제 1 공간 ` 20: 제 2 공간
30: 벽 50: 제어부
M: 대상 물질
Claims (10)
- 제 1 공간에 설치되며, 대상 물질을 검출하는 물질 센서와,
제 2 공간의 기체를 상기 제 1 공간에 공급하는 기체 공급부를 구비하고,
상기 제 1 공간 및 상기 제 2 공간 중 하나에 상기 대상 물질이 존재하는 경우에, 상기 제 1 공간과 상기 제 2 공간에서는, 상기 대상 물질의 농도가 상이하며,
상기 물질 센서는, 상기 대상 물질을 부착하는 물질 부착 소자를 구비하고,
상기 기체 공급부는 상기 제 2 공간에 존재하는 기체를 상기 제 1 공간에 취출하는 취출구를 구비하며,
상기 취출구로부터 취출되는 기체가 상기 물질 부착 소자에 직접 부딪치도록, 상기 취출구와 상기 물질 부착 소자가 서로 대향하여 배치되어 있고,
상기 기체 공급부는, 상기 기체 공급부가 상기 제 2 공간에 존재하는 기체를 상기 제 1 공간으로 공급하는 것과 상기 기체의 공급을 정지하는 것을 교대로 반복함으로써 상기 제 1 공간에서 상기 물질 센서의 대상 물질의 검출 동작과 상기 물질 센서로부터의 대상 물질의 이탈 동작이 교대로 반복되는 제 1 시간과, 상기 기체 공급부가 상기 기체의 공급을 정지함으로써 상기 제 1 공간에서 상기 검출 동작과 상기 이탈 동작이 정지되는 제 2 시간이 반복되도록, 상기 제 2 공간에 존재하는 기체를 상기 제 1 공간에 간헐적으로 공급하는
물질 검출 시스템. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 공간이 복수 마련되며,
상기 제 2 공간마다, 상기 기체 공급부가 마련되며,
상기 제 1 공간에 기체를 공급하는 상기 제 2 공간을 전환 가능한
물질 검출 시스템. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 물질 센서는, 상기 물질 부착 소자를 탑재하여 진동하는 진동자를 구비하며,
상기 진동자를 진동시키는 것에 의해, 상기 물질 부착 소자에 부착된 상기 대상 물질을 이탈하는
물질 검출 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 물질 센서는, 상기 진동자의 주파수 특성의 변화에 근거하여, 상기 물질 부착 소자로의 상기 대상 물질의 부착 또는 제거를 검출하는
물질 검출 시스템. - 제 1 항, 제 3 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기체 공급부는 펌프인
물질 검출 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 공간과 상기 제 2 공간은 외부와의 통기성이 상이한
물질 검출 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 공간과 상기 제 2 공간 중 어느 하나에, 기체를 배출하는 배출 수단이 마련되어 있는
물질 검출 시스템. - 제 1 공간 또는 제 2 공간에 포함되는 대상 물질을 검출하는 물질 검출 방법에 있어서,
상기 제 1 공간 및 상기 제 2 공간 중 적어도 하나에 상기 대상 물질이 존재하는 경우에, 상기 제 1 공간과는 상기 대상 물질의 농도가 상이한 상기 제 2 공간에 존재하는 기체를 상기 제 1 공간에 기체 공급부에 의해 공급하는 제 1 단계와,
상기 제 1 공간에 배치된 물질 센서에 의해 상기 대상 물질을 검출하는 제 2 단계를 포함하고,
상기 물질 센서에 상기 대상 물질을 부착하는 물질 부착 소자를 마련하며,
상기 기체 공급부에, 상기 제 2 공간에 존재하는 기체를 상기 제 1 공간으로 취출하는 취출구를 마련하고,
상기 취출구로부터 취출되는 기체가 상기 물질 부착 소자에 직접 부딪치도록, 상기 취출구와 상기 물질 부착 소자를 서로 대향하여 배치하고,
상기 기체 공급부는, 상기 기체 공급부가 상기 제 2 공간에 존재하는 기체를 상기 제 1 공간으로 공급하는 것과 상기 기체의 공급을 정지하는 것을 교대로 반복함으로써 상기 제 1 공간에서 상기 물질 센서의 대상 물질의 검출 동작과 상기 물질 센서로부터의 대상 물질의 이탈 동작이 교대로 반복되는 제 1 시간과, 상기 기체 공급부가 상기 기체의 공급을 정지함으로써 상기 제 1 공간에서 상기 검출 동작과 상기 이탈 동작이 정지되는 제 2 시간이 반복되도록, 상기 제 2 공간에 존재하는 기체를 상기 제 1 공간에 간헐적으로 공급하는
물질 검출 방법.
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2020
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