KR20030069120A - 냄새측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매우 객관적으로 미지 시료의 냄새의 유사성을 결정할 수 있고 인간의 코의 감도와 유사한 감도를 가지고 측정을 수행할 수 있는 냄새 측정 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, m-차원 공간이 m개의 냄새 센서들의 검출 신호로부터 창출되고, 표준 냄새의 측정결과를 나타내는 표준 냄새 벡터(S1)와 미지 시료의 측정결과를 나타내는 또다른 벡터(Sx)는 그 공간에 그려진다. 그 후, 두 벡터 사이의 각도(Θ)로부터, 유사율이 0(zero)에서 100%까지 범위안에서 결정되고, 이 유사율은 냄새 센서와 인간의 코 사이에 감도의 차이를 고려하여 보정된다. 미지 냄새의 유사율은 미리 측정된 복수의 표준 냄새 각각에 대해 산출되고, 어떤 표준 냄새가 미지 시료의 냄새와 가장 가까운지는 수치에 의해 객관적으로 나타내진다.

Description

냄새 측정 장치{Odor measuring apparatus}

본 발명은 냄새들(향미, 방향, 악취 등)을 측정하고 분석하기 위한 냄새 측정 장치에 관한 것으로서, 이는 미지의 냄새를 확인하고 그 냄새 강도를 측정하기 위해 사용된다. 본 발명은 악취를 측정하는 장치 또는, 식료품이나 의약품들의 질을 평가 및/또는 검사하기 위한 장치 등의 여러 가지 분야의 장치에 적용할 수 있다.

종래에는, 냄새들의 식별과 평가는 인간의 후각에 의해 수행되어 왔다. 이런 방법에 의하면, 서로 다른 사람들(또는 심사단들)이 다른 후각 민감도를 가지고 있고, 심사단의 후각이 그 심사단의 기분, 기민성, 건강 등과 같은 완화 요소 또는 실험하는 날에 따라 변할 수 있다는 것이 고려되어야 한다. 그러므로, 고도의 조직적 정확성을 가진 객관적인 결과를 얻기 위해서는, 충분한 숫자의 심사단들을 모아서, 어느 정도 균일한 환경적 조건하에서 실험을 행하는 것이 필수적이다. 그러므로, 실험에는 종종 많은 시간과 노동을 소요된다. 게다가, 물리적으로 및 환경적으로 바람직한 조건하에서조차도, 인간의 후각은 쉽게 냄새에 적응하기 때문에, 고정된 표준에 기초한 최종적인 결과를 얻는 것은 매우 어렵다.

이런 문제를 해결한 해법의 하나로, 일본 특허 공개 공보 제 H11-352088호에 개시된 것과 같은 향미와 방향의 분석기가 있는데, 그 하나의 예가 시마즈사 (Shimadzu Corporation)에 의해 상업적으로 제조된 "FF-1" 이다. 상기 향미와 방향의 분석기는 복수개의 냄새 센서들을 가지며, 냄새 센서들의 검출 신호에 기초하여 복수개의 시료들의 냄새 사이의 거리(또는 유사성)를 산출한다. 그 산출은, 예를들면, 집단 분석(cluster analysis) 또는 주요 성분 분석 등의 다변수의 분석에 의하거나, 또는 신경계 네트워크를 이용한 비선형 분석에 의해 수행된다.

상기 향미와 방향 분석기는 특히 식료품의 질의 점검에, 또는 복수개의 냄새들의 유사성이 비교적 좁은 범위의 카테고리들 안에서 상대적으로 결정되는 다른 분석들에 적용될 수 있다. 그러나, 이 분석기는 다음과 같은 문제점들을 가진다 :

(1) 악취를 검사하는 경우에서 처럼, 넓은 범위의 냄새들의 유사성을 객관적으로 또는 절대적으로 결정하는 것은 어렵다.

(2) 냄새 센서의 감도가 항상 인간의 코의 감도와 항상 일치하지는 않기 때문에, 그 분석기에 의해 얻어진 결과는 가끔 후각에 의한 관능시험(官能試驗)에 의해 얻어진 결과와 다르다.

(3) 하나의 냄새와 복수개의 표준 냄새들 사이에 유사성을 시각적으로 이해하는 것은 어렵다.

(4) 두가지 냄새를 식별할 수 있을때 조차도, 그 냄새들이 냄새 강도에서 다른지 또는 냄새의 질에서 다른지를 명확히 결정하는 것은 종종 어렵다.

상기 문제들을 해결하기 위해, 본 발명의 목적중 하나는 기지의 표준 냄새들에 대한 다양한 종류의 냄새들의 유사성을 절대치에 의해 나타낼 수 있는 냄새 측정 장치를 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 인간의 후각처럼 냄새를 식별할 수 있는 냄새 측정 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예로서의 제1 냄새 측정 장치의 일실시예의 블록도(block diagram)이다.

도 2는 제1 실시예의 장치의 측정 원리를 설명하는 도면이다.

도 3은 제1 실시예의 장치의 측정 원리를 설명하는 도면이다.

도 4는 제1 실시예의 장치의 측정 원리를 설명하는 도면이다.

도 5는 제1 실시예의 장치에 의해 형성된 6차원 공간에 배열된 냄새 벡터의 일 예를 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 6은 제1 실시예의 장치에 의해 얻은 측정결과를 나타내는 표의 일예를 나타내는 도면이다.

도 7은 제1 실시예의 장치에 의해 얻은 측정결과를 나타내는 그래프의 일예를 나타내는 도면이다.

도 8은 제1 실시예의 장치에 의해 형성된 6차원 공간에 배열된 냄새 벡터의 일예를 개념적으로 나타내는 도면이다.

도 9는 제1 실시예의 장치에 의해 얻은 측정결과를 나타내는 표의 일예를 나타내는 도면이다.

도 10은 제1 실시예의 장치에 의해 얻은 측정결과를 나타내는 그래프의 일예를 나타내는 도면이다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예로서의 제2 냄새 측정 장치의 일실시예의 블록도이다.

도 12는 제2 실시예의 장치의 측정 원리를 설명하는 도면이다.

도 13은 제2 실시예의 장치의 측정 원리를 설명하는 도면이다.

도 14는 제2 실시예의 장치에 의해 얻은 측정결과의 일예를 나타내는 도면이다.

도 15는 제2 실시예의 장치에 의해 얻은 측정결과의 일예를 나타내는 도면이다.

도 16은 제2 실시예의 장치에 의해 얻은 측정결과의 일예를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부에 대한 부호의 설명>

1 : 흡입구(suction port)2 : 전처리부(pretreatment unit)

3 : 센서셀(sensor cell)4 : 펌프(pump)

5 : 신호처리부(signal processor)6 : 표시부(display)

7 : 제어부(controller)8 : 신호처리부(signal processor)

31, 32, 33, 34, 35, 36 : 냄새 센서(odor sensor)

51 : 벡터연산부(vector calculation unit)

52 : 표준벡터기억부(standard vector memory unit)

53 : 식별처리부(identification unit)

81 : 피크 추출부(peak detector)

82 : 표준 냄새 계수 연산부(standard odor coefficient calculator)

83 : 표준 냄새 계수 기억부(standard odor coefficient memory unit)

84 : 지표치 연산부(index calculator)

85 : 후각 역치 기억부(olfactory threshold memory)

그러므로, 본 발명은

a) 다른 응답 특성을 갖는m개의 냄새 센서들(m은 1보다 큰 정수, 즉 2 이상);

b)m개의 냄새 센서들에 의한 측정한 결과에 의해 형성되는m-차원공간에서 미지의 냄새 벡터와 표준 냄새 벡터 사이의 각을 산출하기 위한 각도 산출수단 (angle calculator)(여기서 미지의 냄새 벡터는 미지의 시료의 측정 결과에 의해 표시되고, 표준 냄새 벡터는 기지의 표준 냄새의 측정 결과에 의해 표시된다); 및

c) 미지의 냄새와 표준 냄새의 유사성을 나타내는 지표치를 계산하기 위한 지표치 산출수단(index calculator)(여기서 지표치는 각도에 기초하여 계산된다)

을 포함하는 제1 냄새 측정 장치를 제공한다.

m개의 냄새 센서들에 의한 표준 냄새의 측정시, 모든 냄새 센서는 강도 신호를 생성하므로, 그 결과m개의 데이터가 얻어진다. 수학적으로는,m개의 데이터는m-차원공간("센서의 냄새 공간")에 있어서의 하나의 점으로 대표될 수 있다. 서로 다른 농도의 표준 냄새를 포함하는 복수개의 표준 시료들이 측정될 때, 그 점은 농도의 변화에 따라 어떤 방향으로 냄새 공간안에서 이동한다. 이 점의 움직임은 이 명세서에서 "냄새 벡터"라는 벡터에 의해 정의될 수 있다. 이 냄새 벡터는 관심사가 되는 냄새의 종류에 특정되어 있다. 그러므로, 센서의 냄새 공간에서, 미지의 냄새를 포함하는 시료의 측정에 의해 얻어진 냄새 벡터의 방향이 표준 냄새 벡터의 방향과 가까울 때, 두 냄새는 유사한 종류로 결정될 수 있다. 반대로, 두 냄새 벡터의 방향이 크게 다를 때, 두 냄새는 먼 종류들로 결정된다.

그러므로, 제1 냄새 측정 장치에서는, 각도 산출수단이 표준 냄새 벡터와 미지의 냄새 벡터 사이의 거리를 나타내기 위한 지표치로서 두 벡터 사이의 각도를 산출한다. 그러면, 그 각도를 기초로 하여, 지표치 산출수단은 표준 냄새에 대한 미지 시료의 냄새의 유사성을 결정하기 위해 사용되는 지표치를 산출한다. 예를 들면, 지표치는 0%로부터 100%까지에 걸치는 유사율(유사성의 퍼센티지(percentage))로 결정된다. 그 각도가 0(zero)이면, 표준 냄새와 미지 시료의 냄새는 같은 종류로 간주되고, 유사율(유사성의 퍼센티지)는 100%로 결정된다. 그 각도가 미리 설정한 각도보다 더 크면, 표준 냄새와 미지 시료의 냄새는 완전히 다른 종류로 간주되고, 그 유사율은 0%로 결정된다.

그러므로, 제1 냄새 측정 장치는 미지 냄새와 표준 냄새의 유사성을 절대치로 나타낼 수 있다. 그러므로, 냄새들은 전보다 더욱 객관적으로 식별될 수 있고, 복수개의 미지의 냄새들을 비교하여 그들의 유사성을 결정하는 것이 더욱 쉬워진다. 여러 종류의 표준 냄새들을 적절히 선택하면 각 표준 냄새들에 대한 어떤 미지 냄새의 유사성을 얻을 수 있을 것이다. 그러므로, 다양한 종류의 냄새들이 충분히 정확하게 식별될 수 있으며, 결국 그 장치는 다양한 분야에 적용될 수 있다.

또한, 제1 냄새 측정 장치는 표준 냄새 벡터에 대하여 미지의 냄새 벡터의 정사영(orthogonal projection)을 취하는 단계; 미지의 냄새 벡터의 정사영의 길이로부터 미지 시료의 표준 냄새 벡터 성분의 냄새 농도를 산출하는 단계; 및 그 냄새 강도에 관한 지표치를 산출하는 단계를 포함하는 방법에 의해 냄새 강도에 관한 지표치를 산출하는 강도 산출수단(intensity calculator)을 더욱 포함할 수 있다. 이런 구성에 의하면 미지 시료의 냄새와 표준 냄새의 유사성 뿐만 아니라, 냄새 강도, 냄새 지표치 등을 얻는 것도 가능해 진다.

또한, 본 발명의 바람직한 모드(mode)에서는, 지표치 산출수단은, 냄새 센서와 인간의 후각 사이의 감도 차이를 고려하여, 지표치를 보정하기 위한 보정수단 (corrector)을 포함한다. 이런 구성에 의하면 냄새 센서와 인간의 후각 사이의 감도 차이에 의한 영향이 없는 측정 결과를 내며, 그 결과는 인간의 감각에 보다 자연스럽게 된다. 그러므로, 본 발명에 의한 장치는 관능시험에 대한 대안으로서 더욱 적당하다.

더욱 더, 제1 장치는 냄새 센서들에 의한n개(n은 1보다 큰 정수, 즉 2이상)의 표준 냄새들의 측정 결과들을 미리 저장하거나, 또는 그 측정 결과들에 의해 표현되는 표준 냄새 벡터를 미리 저장하기 위한 기억 수단(storage unit)을 더욱 포함할 수 있다.

이런 구성에 의해, 복수의 종류의 표준 냄새들이 미리 측정되어, 그 측정 결과들이 상기 기억 수단에 저장된다. 그 다음에는, 미지 시료의 냄새를 객관적으로 식별하거나 산정하기 위해 하나의 미지 시료만을 측정하면 족하다. 구체적으로는, 미지 시료의 냄새는 유사성에 대한 복수의 지표들에 의해 적절히 나타내어 질 수 있다. 또한, 그 장치는 유사성의 복수의 지표치들을 시각적으로 나타내기 위한 표시수단을 포함할 수 있다. 이러한 구성은 측정결과를 직관적으로 이해하는데 도움이 되고, 그 결과 냄새 분석에 숙련되지 않은 사람들조차도 어려움없이 그 장치를 이용할 수 있게 된다.

본 발명은 또한

a) 다른 응답 특성을 갖는m개의 냄새 센서들(m은 1보다 큰 정수, 즉 2 이상);

b)m개의 냄새 센서들에 의한 측정 결과에 의해 형성되는m-차원공간에서 표준 냄새 곡선상의 농도 가지시점(假指示点, temporary point)을 구하기 위한 농도 정보 취득수단(concentration point locator)(여기서 표준 냄새 곡선은 기지의 표준 냄새의 측정 결과에 의해 표시되고, 농도 가지시점은 미지 시료의 측정 결과를 나타내는 측정점에 대응하여 소정의 규칙에 따라 구해진다); 및

c) 미지의 냄새와 표준 냄새의 유사성을 나타내는 지표치를 계산하기 위한 지표치 산출수단(index calculator)(여기서 지표치는,m-차원공간에서의 농도 가지시점의 위치와, 측정점에 대한 농도 가지시점의 근접성의 지표치를 나타내는 값에 기초하여 산출된다)

을 포함하는 제2 냄새 측정 장치를 제공한다.

동일한 표준 냄새이면서 다른 농도를 가지는 복수개의 표준 시료들이 측정될 때, 이러한 시료들의 측정점들은 표준 냄새의 농도차 때문에 서로 떨어져서 위치한다. 이런 측정점들은 그 표준 냄새에 대하여 곡선(또는 어떤 경우에는 직선)을 형성한다. 이 곡선(본 명세서에서 "표준 냄새 곡선"이라 칭함) 위의 점들은 표준 냄새의 다른 농도들에 대응한다.

제2 장치에서, 농도 정보 취득수단은 미지 시료의 측정결과를 나타내는 측정점에 대응하는 표준 냄새 곡선상의 농도 가지시점을 정하기 위해 소정의 규칙을 따른다. 농도 가지시점은 미지 시료의 냄새가 표준 냄새만을 포함한다고 가정하여 측정된 냄새의 농도의 지표로 간주될 수 있다. 미지 시료의 측정점이 표준 냄새 곡선에 있지 않을 때는, 미지 시료의 냄새에 대한 그 표준 냄새의 기여 정도는 그 공간안에서의 농도 가지시점에 대한 측정점의 근접성에 달려있다고 간주될 수 있다. 따라서, 지표치 산출수단은, 농도 가지시점의 그 공간내에서의 위치로부터 냄새 농도를, 그리고 근접성의 지표치로부터 그 표준 냄새의 기여 정도를 추정하고, 그리고 나서 표준 냄새에 대한 미지 냄새의 유사성을 결정하는 지표치를 산출한다.

따라서, 제2 냄새 측정 장치는 절대적인 값에 의해 표준 냄새에 대한 미지 냄새의 유사성을 절대치로 나타낼 수 있다. 그러므로, 냄새들은 종래보다 더욱 객관적으로 식별될 수 있고, 복수개의 미지 냄새들을 비교하여 그 유사성을 결정하는 것이 더욱 쉬워진다. 여러 종류의 표준 냄새들을 적절히 선택하면 각 표준 냄새들에 대한 어떤 미지 냄새의 유사성을 얻을 수 있을 것이다. 그러므로, 다양한 종류의 냄새들이 충분히 정확하게 식별될 수 있으며, 결국 그 장치는 다양한 분야에 적용될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 농도 정보 취득수단은 측정점으로부터의 거리가 최소화되는 표준 냄새 곡선상의 점으로서 농도 가지시점을 구한다. 지표치 산출수단은, 농도 가지시점과 측정점 사이의 거리에 따라, 또는 각 표준 냄새와 미지 냄새가 농도에 대응하여 직선을 따라 변한다고 가정하여 그려진 미지 냄새 직선과 표준 냄새 직선 사이의 각도에 따라, 농도 가지시점의 그 공간에서의 위치로부터 구해진 농도를 감쇠시킨다. 그리고 나서, 지표치 산출수단은 감쇠된 농도를 미지 시료의 냄새에 대한 표준 냄새의 기여의 지표라고 간주하여 지표치(index)를 산출한다.

상기 거리는 냄새가 동일한 종류일 때조차 냄새 강도에 따라 변한다. 그러므로, 그 감쇠 정도가 그 거리에 기초하여 결정될 때, 예를들면 냄새 강도를 고려하여 거리를 보정함으로써, 냄새 강도의 영향을 줄이는 것이 바람직하다.

지표치 산출수단은, 인간의 후각의 역치(threshold)를 사용하여, 냄새 센서와 인간의 후각 사이의 감도차를 고려하여 보정을 행하는 보정수단을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 이런 구성에 의해 인간의 후각과 같은 냄새의 식별이나 측정의 결과가 만들어 진다.

제1 장치와 마찬가지로, 제2 장치는 냄새 센서들에 의한n개(n은 1보다 큰 정수, 즉 2 이상)의 표준 냄새들의 측정 결과들을 미리 저장하거나, 또는 그 측정 결과들에 의해 표현되는 표준 냄새 벡터를 미리 저장하기 위한 기억 수단(storage unit)을 더욱 포함할 수 있다. 이런 구성은 제1 냄새 측정 장치의 기억수단에 대하여 상기 설명된 바와 동일한 효과를 제공한다.

또한, 더욱 바람직한 구조로서, 상기 저장 수단은 표준 냄새의 측정일에 대한 정보와 관련된 표준 냄새 곡선을 저장하고, 농도 정보 취득수단은 최신 측정일의 표준 냄새 곡선을 사용함으로써 이 표준 냄새 곡선상의 농도 가지시점을 구한다. 이 구성에 의해, 표준 냄새들의 측정이 연속적으로 또는 같은 날에 수행되지 않을 때조차도, 항상 표준 냄새의 최신 측정 결과가 미지 시료의 측정에 사용될 수 있기 때문에, 몇 가지 종류의 표준 냄새가 사용되는 경우에, 측정의 정확성은 향상된다.

[제1 실시예]

본 발명에 의한 제1 냄새 측정 장치의 일 실시예를 첨부된 도면들을 참고하여 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 실시예의 냄새 측정 장치는, 시료를 흡입하기 위한 흡입구(1); 흡입된 시료의 전처리를 행하기 위한 전처리부(2); 미지 시료 또는 표준 냄새 성분을 포함하는 표준 시료를 측정하기 위해 다른 응답특성을 가진 6개의 냄새 센서들(31 내지 36)을 구비한 센서셀(sensor cell, 3); 센서셀(3)안에 미지 시료 또는 표준 시료를 끌어들이기 위한 펌프(4); 냄새 센서들(31 내지 36)의 검출 신호를 분석하기 위한 신호 처리부(5); 분석 결과를 표시하는 표시부(6); 및 장치의 전체 동작을 제어하는 제어부(7)를 포함한다.

전처리부(2)는 시료에 함유된 습기의 제거, 시료의 농축 또는 희석, 방해 가스의 제거 등을 행한다. 그러나, 이러한 전처리를 어떤 경우에는 생략할 수 있다.냄새 센서들(31 내지 36)은 예를 들면, 그 저항이 냄새 성분의 종류에 따라 변하는 산화 금속 반도체들을 사용한 센서들이다. 냄새 센서의 다른 예로는, 전도성 고분자를 사용하는 센서; 가스 흡수 필름으로 코팅된 SAW 장치(surface acoustic wave device) 또는 수정진동자(quartz resonator)를 사용하는 센서가 포함된다. 신호 처리부(5)와 제어부(7)는 중심부로서 퍼스널 컴퓨터(personal computer)을 사용하여 구성된다. 상기 퍼스널 컴퓨터 상에서 소정의 프로그램을 실행하여 컴퓨터가 벡터 연산부(vector calculation unit, 51), 표준 벡터 기억부(standard vector memory unit, 52), 식별처리부(identification unit, 53) 등으로서 기능하도록 한다.

상기에 설명된 구성을 가지는 냄새 측정 장치의 측정 원리를 설명한다. 이 냄새 측정 장치에서는, 미리 복수의 종류의 냄새 성분들을 포함하는 표준 시료가 측정된다. 표준 시료는, 액체 또는 고체로부터 발생되거나, 가스 실린더(봄베)로부터 발생하는, 가스화된 원료들을 혼합하고 희석함으로써 조제한다. 상온에서 가스화된 원료가 사용될 때는, 그 원료를 가스 실린더에 저장하고, 일정량을 거기에서 취한다. 액체가 사용될 때, 그 액체는 유리 용기 등에 넣어지고, 그런 다음 소정 온도로 유지되거나 질소가스와 함께 버블링 과정을 거쳐 냄새를 발생시킨다. 고체가 사용될 때는, 그 고체는 소정 온도로 유지되어 냄새를 발생시킨다.

상기에 설명된 바와 같이 조제된 표준 시료는 흡입구(1)에 공급되고, 그런 다음 펌프(4)에 의해 센서셀(3)로 끌어들여진다. 센서셀(3)로 도입된 표준 시료가 냄새 센서(31 내지 36)와 접촉하면, 냄새 센서(31 내지 36)는 병렬로 개별적인 검출 신호들은 출력한다. 따라서, 신호 처리부(5)는 하나의 표준 시료에 대하여 6개의 측정 데이터(DS1 내지 DS6)를 산출한다. 6개의 냄새 센서들(31 내지 36)의 검출 출력에 대응하는 6개의 축에 의해 형성되는 6차원 공간("센서의 냄새 공간")내에서, 한 점(DS1, DS2, DS3, DS4, DS5, DS6)은 6개의 측정 데이터를 표시한다.

6차원 공간을 도면에서 설명하기는 어렵다. 이해의 편의를 위해, 도 2에 나타낸 바와 같이, 여기서는 두개의 냄새 센서의 검출 신호(DS1, DS2)에 의해 형성되는 2차원 냄새 공간을 생각해 본다. 이 2차원 공간에서, 어떤 한 점(DS1, DS2)은 두개의 냄새 센서에 의해 얻어진 하나의 표준 시료의 두개의 측정 데이터를 표시한다.

표준 냄새의 농도가 변하는 동안 표준 시료가 측정되면, 그 점(DS1, DS2, DS3, DS4, DS5, DS6)은 냄새의 종류에 대응하여 특정 방향으로 6차원 공간안에서 움직인다. 그 점의 움직임은 그 공간내에서의 하나의 벡터로 표현될 수 있다. 따라서, 벡터(S1, 이하 "냄새 벡터"라고 칭함)는 도 2에 나타낸 바와 같이 2차원 공간내에 그려진다. 냄새 벡터의 방향은 냄새의 종류에 의존한다. 또다른 표준 냄새에 대해 측정을 행하면, 냄새 벡터(S1)의 방향과 다른 방향을 가지는 또다른 냄새 벡터가 도2의 2차원 공간내에 그려질 것이다.

한편, 측정대상인 미지 시료에 대해 측정이 행해지면, 하나의 냄새 벡터(Sx)가 도 2의 2차원 공간내에 그려진다. 만일 냄새 벡터(Sx)의 방향이 표준 냄새 벡터(S1)의 방향과 가까우면, 미지 시료의 냄새와 표준 냄새는 가까운 종류로 간주될 수 있다. 다른 한편, 만일 두 벡터의 방향이 크게 다르면, 두 냄새는 먼 종류로 간주될 수 있다. 여기서, 표준 냄새 벡터(S1)와 미지 시료의 냄새 벡터(Sx) 사이의각도(Θ)는 두 벡터 S1 과 Sx의 근접성을 결정하기 위한 지표치로 사용되고, 유사율은 각도(Θ)에 기초하여 정의된다. 구체적으로, 미지 시료의 냄새 벡터(Sx)가 표준 냄새 벡터(S1)과 일치할 때, 즉 그들의 방향이 같을 때, 유사율은 100%로 정의된다. 반면에, 두 벡터 사이에 어떤 유사성도 관찰될 수 없을 때, 그 유사율은 0%로 정의된다. 그러므로, 표준 냄새에 대한 미지 시료의 냄새의 근접성 또는 거리의 정도가 0 부터 100%까지의 유사율에 의해 표시된다.

각도(Θ)로부터 유사율을 결정하는 과정에서, 냄새 센서와 인간의 후각 사이에 감도차를 제거하기 위해 보정이 이루어진다. 보정의 기본적인 아이디어는 인간의 후각이 낮은 역치를 갖는 그런 표준 냄새에 대한 유사성을 강조하는 것이다.

예를들면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 어떤 미지 냄새의 냄새 벡터(Sx)가 제1 표준 냄새 벡터(S1) 및 제2 표준 냄새 벡터(S2) 각각에 대해 동일한 각도(Θ1)를 만든다고 가정한다. 이 경우에, 냄새 센서로 행한 측정에 의한 최초의 결정은, 미지 냄새가 제1 및 제2 표준 냄새 각각에 동등한 유사율을 가진다는 것이다. 여기서, 인간의 후각에 의한 관능시험에 의해 제1 표준 냄새에 대한 인간의 후각의 역치 농도가 제2 표준 냄새에 대한 것의 절반이라고 밝혀졌다고 또 가정한다. 이는 제1 표준 냄새에 대한 인간의 후각의 감도가 제2 표준 냄새에 대한 것의 두 배임을 의미한다. 상기의 조건 하에서, 냄새 센서와 인간의 후각 사이의 감도차를 제거하는 방법은 제1 표준 냄새에 대한 유사성을 두 배로 올리는 것이다. 이러한 보정에 의하여, 냄새 종류에 상관없이, 인간의 후각에 의해 얻어진 결과와 유사한 냄새의 식별 결과를 얻을 수 있다.

그리고, 냄새 센서와 인간의 후각 사이의 감도차의 정도는 냄새의 카테고리 및 기타 인자들에 크게 의존하기 때문에, 보정의 정도는 선택된 표준 냄새들의 종류 및 기타 인자들에 따라 적절히 결정되어야 한다.

또한, 미지 시료의 냄새 강도는 다음과 같이 결정된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 미지 시료의 냄새 벡터(Sx)의 표준 냄새 벡터(S1)에 대한 정사영을 취하고, 그 정사영 벡터(T1)의 길이에 대응하는 표준 벡터의 농도를 그 미지 시료에 포함된 표준 냄새 성분의 농도로서 정의한다. 냄새 지표치와 냄새 강도에 대응하는 표준 냄새의 농도와의 관계는 미리 알려져 있기 때문에, 상기와 같이 얻어진 농도로부터, 냄새 지표치와 냄새 강도가 산출될 수 있다. 예를 들면, 미지 시료의 총합 (total) 냄새 강도를 결정하기 위해 최대치 모델이 채택되는 경우에는, 표준 냄새 성분들의 강도의 최대치가 미지 시료의 냄새 강도로서 선택된다. 총가 모델(total value model)이 채택되는 경우에는, 표준 냄새 성분들의 냄새 지표치들이 냄새 농도들로 환산되고, 미지 시료 냄새의 냄새 지표치가 냄새 농도들의 총가(total value)로부터 산출된다.

그런데, 냄새 센서(31 내지 36)의 검출 신호와 냄새 성분의 농도 사이에 선형 관계가 있을 때에는, 냄새 벡터는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 직선형이 된다. 반대로, 냄새 센서(31 내지 36)의 검출 신호와 냄새 성분의 농도 사이의 관계가 비선형일 때에는, 표준 냄새를 포함하는 표준 시료의 냄새 벡터와 미지 시료의 냄새 벡터는 6차원(또는 2차원) 공간내에서 직선형이 아니라 곡선형이 된다. 그런 경우라 하더라도, 상기 설명된 측정 원리가 다음과 같이 유사율을 산출하기 위한 기초가 된다.

어떤 농도를 가진 미지 냄새의 측정점(P)(DS1, DS2)이 도 3에 나타낸 바와 같이 곡선 표준 냄새 벡터(S1)가 그려진 2차원 공간내에 위치되어 있다고 가정한다. 먼저, 미지 냄새의 측정점(P)으로부터 표준 냄새 벡터(S1)까지의 최단 거리 (dmin)와, 이 최단 거리(dmin)을 부여하는 점(Q)의 위치(즉, 좌표)가 결정된다. 이 경우, 원점으로부터 점(Q)까지의 곡선 벡터의 길이(L)와 최단 거리(dmin)를 이용하여, 표준 냄새에 대한 미지 냄새의 유사율(α)은 다음과 같이 정의된다.

이하에서는 상기 본 실시예의 냄새 측정 장치의 측정 작동을 구체적으로 설명한다.

상기 설명된 바와 같이, 미지 냄새들의 유사성을 결정하기 위한 복수개의 표준 냄새 벡터들을 작성하기 위해, 복수개의 표준 냄새들을 미리 측정한다. 예를 들면, 8 종류의 표준 냄새를 차례로 발생시키는데, 그 각각은 농도가 변하면서 센서셀(3) 안에 도입되어, 6개의 냄새 센서(31 내지 36)에 의해 측정된다. 벡터 연산부(51, vector calculation unit)는 표준 냄새들 각각에 대해 다른 냄새 벡터를 산출한다. 결국, 상기 측정에 의하여 다른 방향을 가진 8개의 표준 냄새 벡터들(S1 내지 S8)이 얻어진다. 상기 8개의 표준 냄새 벡터(S1 내지 S8)를 구성하는 데이터는 미지 시료의 측정 전에 표준 벡터 기억부(52)에 저장된다.

상기 표준 냄새들은 측정되는 냄새에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 강한 냄새를 측정하기 위한 범용 장치에서는, 좋은 냄새와 나쁜 냄새가 표준 냄새로서사용된다. 좋은 표준 냄새의 예로는 방향족계(toluene 등), 알코올계(n-butanol 등), 탄화수소계(heptane 등), 및 에스테르계(acetic ester 등)가 포함된다. 나쁜 표준 냄새의 예로는 아민계(trimethylamine 등), 알데히드계 (butyraldehyde 등), 유황계(硫黃系, methyl mercaptan 등), 및 유기산계(butyric acid 등)가 포함된다.

측정 대상인 미지 시료의 측정시에는, 미지 시료는 흡입구(1)에 공급되고, 그런 다음 펌프(4)에 의해 센서셀(3)안에 끌어들여진다. 냄새 센서(31 내지 36)에 의한 6개의 검출 신호는 신호 처리부(5)에 보내지는데, 여기서 6차원 냄새 공간에서의 미지 냄새 벡터(Sx)를 결정한다. 상기 미지 냄새 벡터를 구성하는 데이터는 식별처리부(53)로 보내진다.

식별처리부(53)는 표준 벡터 기억부(52)로부터 복수개의 표준 냄새 벡터를 구성하는 데이터를 읽어내고, 미지 냄새 벡터가 각 표준 냄새 벡터(S1 내지 S8)와 이루는 각도(Θ1 내지 Θ8)를 산출하며, 각 표준 냄새에 대한 각도(Θ1 내지 Θ8)로부터 유사율(α1 내지 α8)을 산출한다. 또한, 식별처리부(53)는 표준 냄새 벡터(S1 내지 S8)상의 미지 시료의 미지 냄새 벡터의 정사영(T1 내지 T8)을 산출하고, 정사영(T1 내지 T8)의 길이로부터 냄새 지표치와 냄새 강도를 산출한다. 따라서, 8개의 표준 냄새가 사용되고 있을 때에는, 냄새 지표치와 냄새 강도는 8개의 표준 냄새 각각에 대해 산출된다.

신호처리부(5)는 표시부(6)의 화면에 유사율과 기타 값들을 이해하기 쉬운 형태로 표시한다. 예를 들면, 그 값들은 웹그래프(web graph)의 형태로 보여진다. 더 많은 예는 후술할 것이다. 그 값들의 이러한 시각적 표시에 의하여, 사용자는미지 시료의 냄새가 어떤 표준 냄새와 닮았는지, 또는 시료의 냄새가 성분으로서 어떤 표준 냄새를 포함하고 있는지를 쉽게 알 수 있게 된다.

더욱이, 미지 시료의 측정 결과로서 얻어진 유사율은 다음 사용을 위해 기억수단에 저장될 수 있다. 예를 들면, 만일 또다른 미지 시료의 측정에 의해 얻어진 유사율이 기억수단에 저장된 미지 시료의 유사율과 같다면, 두 시료의 냄새는 같은 종류로 간주될 수 있다. 그래서, 본 실시예의 장치는 둘 또는 그 이상의 미지 시료의 유사성을 결정하기 위해 사용될 수 있다.

제1실시예의 냄새 측정 장치에 의한 측정예들을 이하에서 설명한다.

[측정예 1]

본 예에서는, 제1실시예의 냄새 측정 장치를 악취의 측정에 적용한다. 악취 측정을 위한 표준 냄새들의 바람직한 조합으로서, 다음 8개의 표준 냄새가 사용된다: 방향족계(toluene), 알코올계(n-butanol), 탄화수소계(heptane), 및 에스테르계 (acetic ester)를 포함하는 4개의 좋은 냄새와, 아민계(trimethylamine), 알데히드계(butyraldehyde), 유황계(methyl mercaptan), 및 유기산계(butyric acid)를 포함하는 4개의 나쁜 냄새.

도 5는 상기 8개의 표준 냄새와 미지 시료의 측정 결과들을 표시하는 6차원 냄새 공간을 나타낸다. 도 6은 냄새 벡터를 이용한 상기 식별처리의 결과를 보여주는 표를 나타내는데, 여기서는 미지 시료 냄새의 유사율, 냄새 지표치 및 냄새 강도가 각 표준 냄새에 대해 나타내어진다. 이 표를 간단히 보면 미지 시료의 냄새가 그 유사율이 높기 때문에 아민에 가깝다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 직관적인이해를 더욱 돕기 위해, 도 7에 나타낸 바와 같은 웹그래프가 표시부(6)의 화면에 표시된다. 본 그래프는 미지 시료의 냄새가 아민에 가깝다는 것을 한눈에 알 수 있도록 한다. 또한, 아민계 이외에 어떤 냄새가 높은 유사율을 갖는지도 직관적으로 알 수 있다.

[측정예2]

본 예에서, 냄새 측정 장치를 커피의 여러가지 향기의 검사에 적용한다. 다음 5종류의 커피가 표준 냄새로서 사용된다: 킬리만자로(Kilimanjaro), 모카 (Mocha), 블루 마운틴(Blue Mountain), 도미니카(Dominica) 및 과테말라 (Guatemala). 물론, 다른 종류의 커피도 표준 냄새로 사용될 수 있다. 도 8은 상기 5개의 표준 냄새와 미지 시료의 측정 결과를 보여주는 6차원 냄새 공간을 나타낸다. 표준 냄새에 대한 유사율은 냄새 벡터를 사용하는 상기 식별 과정에 의해 결정된다.

커피와 같은 식품의 향기를 측정하는 경우에, 냄새 지표치에 대한, 또는 냄새 강도에 대한 표준 냄새 성분의 농도 관계는 명확히 알려져 있지 않다. 그러므로, 농도가 정사영의 길이로부터 산출된다고 하더라도, 그 농도로부터 냄새 지표치 또는 냄새 강도를 직접 산출하는 것은 어렵다. 이런 문제를 고려하여, 냄새 강도의 6단계중 어느 것을 그 측정 대상인 냄새에 적용할지 결정하기 위해 소정의 환산식을 사용하였는데, 여기서 냄새 강도의 6단계는 다음과 같다.

강도 0 (냄새없음)

강도 1 (냄새는 검출되지만, 그 종류는 식별할 수 없음)

강도 2 (냄새가 검출되고, 그 종류를 식별할 수 있음)

강도 3 (보통 강도의 냄새)

강도 4 (강한 냄새)

강도 5 (매우 강한 냄새)

상기 환산식은 다양한 방법에 의해 작성될 수 있다. 그 하나의 방법은, 냄새 지표치에 대한, 그리고 냄새 강도에 대한 냄새 농도의 관계가 알려져 있고, 또한 측정대상인 냄새(즉, 본 예에서 커피의 향기)에 가장 가까운 표준 냄새를 찾고, 그 후 냄새 지표치에 대한, 그리고 냄새 강도에 대한 냄새 농도의 관계에 기초하여 환산식을 작성하는 것인데, 여기서 그 관계는 필요하다면 변형될 수 있다.

도 9는 상기 냄새 벡터로부터 산출된 유사율과 냄새 강도를 나타내고, 도 10은 유사율의 웹그래프를 나타낸다. 이들 도면들은 미지 시료의 향기가 블루 마운틴에 가깝고, 그 향기의 강도는 약 2.7이라는 것을 보여준다.

그러므로, 제1실시예의 냄새 측정 장치는 측정대상인 냄새의 카테고리에 따라 복수개의 표준 냄새들을 적절히 선택함으로써 높은 객관성을 가지고 어떤 카테고리의 냄새들도 식별할 수 있다.

[제2실시예]

본 발명에 따른 제2실시예의 냄새 측정 장치를 첨부된 도면을 참조하면서 설명한다.

도 11은 제2실시예의 냄새 측정 장치의 구성을 나타낸 블록선도이다. 상기 냄새 측정 장치는 신호처리부(8)을 제외하고는 제1실시예와 동일하게 구성되어 있다. 따라서, 제1실시예에서 사용된 것과 동일한 부호를 동일한 구성 요소에 붙이고, 그 구성 요소의 상세한 설명은 생략한다. 상기 신호처리부(8)는 주로 퍼스널 컴퓨터를 사용하여 구성되는데, 다음과 같은 기능 블록(functional blocks)을 가지고 있다: 피크 추출부(peak detector, 81), 표준 냄새 계수 연산부(standard odor coefficient calculator, 82), 표준 냄새 계수 기억부(standard odor coefficient memory unit, 83), 지표치 연산부(index calculator, 84) 및 후각 역치 기억부(olfactory threshold memory, 85).

상기 제2실시예의 냄새 측정 장치의 측정 원리를 설명한다. 이해의 편의를 위해, 여기에서도 도 12에 도시된 바와 같이 두개의 냄새 센서의 검출 신호(DS1, DS2)에 의해 형성되는 2차원 냄새 공간을 생각한다.

먼저, C1[ppm], C2[ppm] 및 C3[ppm]의 다른 농도로 제1의 종류의 표준 시료를 포함하는 3개의 시료와 C1[ppm], C2[ppm] 및 C3[ppm]의 다른 농도로 제2의 종류의 표준 시료를 포함하는 또다른 3개의 시료를 포함하는 6개의 표준 시료를 준비하는데, 여기서 C1, C2 및 C3는 C1〈C2〈C3를 만족하는 양의 실수이다. 6개의 표준 시료는 검출 신호를 얻기 위해 두 개의 냄새 센서에 의하여 측정된다. 상기에 설명된 바와 같이, 하나의 표준 시료에 대응하는 두 개의 검출 신호는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 2차원 공간내에서 어떤 하나의 점(즉, 측정점)으로 표현된다.

도 12에서, 측정점(a1, a2 및 a3)은 C1, C2 및 C3의 농도로 제1 표준 냄새를 포함하는 표준 시료에 대응하고, 측정점(b1, b2 및 b3)은 C1, C2 및 C3의 농도로 제2 표준 냄새를 포함하는 표준 시료에 대응한다. 각 종류의 표준 냄새에 대해, 측정점들(a1, a2 및 a3; b1, b2 및 b3)은 표준 냄새의 농도차가 나기 때문에 서로 떨어져서 위치한다. 상기 측정점들로부터, 두 개의 표준 냄새 곡선(H1, H2)이 두 개의 표준 시료에 대하여 그려진다. 이 표준 냄새 곡선은 제1실시예에서의 표준 냄새 벡터와 실질적으로 동일하다. 하지만, 본 실시예에서는 선의 방향이 고려되지 않기 때문에, "벡터(vector)"가 아니라 "곡선(curve)"이라 부른다. 단, 상기 설명된 바와 같이, 상기 냄새 곡선은, 냄새 센서의 출력과 냄새 농도 사이에 선형 관계가 있을 때에는 실질적으로 직선이 된다.

제2실시예의 냄새 측정 장치는 표준 시료를 측정하여 얻어진 측정점으로부터 표준 냄새 곡선을 산출하고, 그 곡선을 나타내는 데이터를 저장한다. 예를 들면, 표준 냄새 곡선은 농도를 독립 변수로 사용하는 함수로 표시되고, 그 함수의 계수는 복수개의 측정점에 기초한 선형회귀분석(linear regression analysis) 또는 다중회귀분석(multiple regression analysis)에 의해 산출된다. 이 경우에는, 함수의 계수들이 표준 냄새 곡선을 나타내는 데이터로서 선택된다. 물론, 표준 냄새 곡선을 다른 형식으로 나타내는 다른 형태의 데이터를 사용하는 것도 무방하다.

다음으로, 측정 대상인 미지 시료도 동일한 방식으로 측정된다. 이 측정에 의하여 도 12에 나타낸 바와 같이 표준 냄새 곡선(H1, H2)이 그려진 2차원 공간내에 위치하는 하나의 측정점(P)이 산출된다. 여기서, 미지 시료에 포함된 냄새가 2종류의 표준 냄새의 합성에 의하여 표현될 수 있다고 가정하면, 이제 유사율은 미지 냄새에 대한 각 표준 냄새의 공헌 정도라고 정의된다. 여기서, 각 표준 냄새의 정도(냄새 지표치 등)가 고려되어야 한다.

구체적으로는, 두 직선이 미지 시료의 측정점(P)으로부터 두 표준 냄새 곡선(H1, H2)상의 두 점(Q1, Q2)까지 그려지는데, 여기서 점(Q1 과 Q2)의 길이(선분 PQ1, 선분 PQ2) 각각이 점(P)으로부터 곡선(H1, H2)까지의 최단 거리에 대응하도록 선택된다. 표준 냄새 곡선(H1 또는 H2) 상의 각 점은 각각의 표준 냄새의 어떤 농도에 대응한다. 그러므로, 점(Q1, Q2)의 위치(즉, 좌표)는 두 개의 표준 냄새의 어떤 농도를 가리킨다. 여기서, 점(Q1 또는 Q2)의 위치는 미지 냄새가 오직 제1 또는 제2 표준 냄새만으로 구성되는 경우의 농도(CH1 또는 CH2)를 표시하는 것으로 간주된다. 그러나, 실제로는, 측정점(P)이 표준 냄새 곡선(H1, H2)과 떨어져서 있기 때문에, 미지 시료에 대한 표준 냄새의 공헌은, 점(Q1, Q2)에 의해 표시되는 농도(CH1, CH2)보다 더 작다. 농도의 감쇠 정도는 점(P)과, 곡선(H1 또는 H2) 사이의 거리에 의존한다. 이것이 점(Q1, Q2)이 농도 "가(假;temporary)" 지시점이라고 불리는 이유이다.

이제, 예컨대, 측정점(P)(DS1, DS2)로부터 표준 냄새 곡선(H1, H2)까지의 최단 거리를dmin1,dmin2라고 하면, 이때 검출 신호의 크기(LS)는 다음과 같이 정의 된다:

또한, 제1 및 제2 표준 냄새에 대한 지표치(ISi(i=1 or 2))는 다음과 같이 정의된다:

냄새 강도에 의해 최단 거리를 표준화하기 위해, 최단 거리(dmini)를 검출 신호의 크기(LS)로 나눈다. 이 표준화는 측정점과 표준 냄새 곡선 사이의 거리의 차(差, shift)를 제거하기 위한 것인데, 여기서 상기 거리차는 냄새 종류가 같을 때라 하더라도 냄새 강도에 의하여 발생하는 것이기 때문이다.

수학식 2가IS1=0의 결과를 산출하면, 미지의 냄새는 제1 표준 냄새로 식별된다. 이 경우, 제1 표준 냄새의 농도는, 농도 가지시점(Q1)이 표시하는 바와 같이, CH1[ppm]이고, 제2 냄새의 농도는, 0(zero)[ppm]이다. 한편,IS1≠0(zero)일 때는, 미지 냄새는 제1 및 제2 표준 냄새 모두를 포함한다. 여기서, 두 표준 냄새 곡선(H1, H2)이 서로 각도(Θ)를 형성하는 두 개의 직선이라고 가정한다. 그러면, 기준축으로서의 제1 표준 냄새 곡선(H1)에 대한 측정점(P)의 각도 위치가 0(zero)일 때, 이는 미지 냄새가 오직 제1 표준 냄새만을 포함한다는 것을 의미한다. 그리고, 각도 위치가 Θ일 때, 이는 미지 냄새가 오직 제2 표준 냄새만을 포함한다는 것을 의미한다.

즉, 기준축(예컨대, 제1 표준 냄새 곡선 H1)에 대한 각도가 더 커질수록, 미지 시료내의 표준 냄새의 실제 함유량은 더 적어진다고 할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 선형 감쇠 인자 β는 다음과 같이 산출될 수 있다.

여기서, i=1 또는 2 이다.

상기 식을 이용하여, 미지 냄새에 기여하는 제1 및 제2 표준 냄새의 농도는 다음과 같이 산출될 수 있다:

또한, 동일한 농도를 가진 다른 물질은 인간에게 냄새 인식을 항상 동일한 정도로 일으키는 것은 아니다라는 점을 알아야 한다. 즉, 냄새 센서와 인간의 후각 사이에는 감도차가 있다. 그러므로, 인간의 후각의 특성을 고려하여, 보정 처리는 표준 냄새에 대한 미지 냄새의 유사율(γi)의 산출에 포함된다. 하기 수학식 5는 인간의 코가 감지할 수 있는 표준 냄새의 최저 농도를 나타내는 후각 역치(Ei)(i=1 or 2)를 사용한 보정식이다.

또한, 수학식 6은 미지 냄새의 총 냄새 강도를 나타내는 지표치(δ)를 산출한다.

상기 예는 두 개의 표준 냄새가 있다고 가정했다. 보다 일반적인 경우로서 j종류의 표준 냄새들이 사용되는 경우에는, 상기 각도(Θ)는 표준 냄새 곡선이 서로 만드는 복수개의 각도의 평균으로 대체될 수 있다. 이 경우, j 번째 표준 냄새에 대한 유사율(γj)은

에 의해 산출되고, 총 냄새 강도의 지표치는

에 의해 산출된다.

이하, 본 실시예의 냄새 측정 장치의 측정 동작을 설명한다.

상기 설명된 바와 같이, 미지 냄새의 유사성을 결정하기 위한 복수개의 표준 냄새 곡선을 작성하기 위해 복수개의 표준 냄새가 미리 측정된다. 예를 들면, 네 종류의 표준 냄새를 차례로 발생시키는데, 각각은 농도가 변화되면서 센서셀(3)에 도입되어, 6개의 냄새 센서(31 내지 36)에 의해 측정된다. 어떤 하나의 표준 시료가 센서셀(3)에 도입될 때, 각 센서(31 내지 36)의 출력은 도입시점을 포함하는 어떤 시간경과(time period) 동안에 변동한다. 거기에, 피크추출부(81)는 변동하는 출력의 극대점(즉, 피크)을 검출하고, 검출 신호로서 그 순간의 출력을 선택한다. 물론, 피크의 면적을 이용하는 것 등 다른 방법에 의해 검출 신호의 크기를 결정하는 것도 가능하다.

표준 냄새 계수 연산부(82)는 피크 추출부(81)로부터 6개의 냄새 센서(31 내지 36)의 검출 신호를 수신하면, 각 표준 냄새에 대응하는 검출 신호를 사용하여,고려중인 각 표준 냄새의 표준 냄새 곡선을 나타내는 각 함수의 계수들을 산출한다. 그 계수들은 표준 냄새 계수 기억부(83)에 저장된다. 표준 냄새는 측정될 냄새에 따라 적절히 선택될 수 있다.

측정대상인 미지 시료의 측정에서, 그 미지 시료는 흡입구(1)에 공급되고, 그런 다음 펌프(4)에 의해 센서셀(3)안으로 끌어들여진다. 냄새 센서(31 내지 36)에 의해 산출된 6개의 검출 신호는 신호처리부(8)에 보내지는데, 여기서 신호는 피크추출부(81)를 경유하여 지표치연산부(84)에 보내진다.

지표치연산부(84)는 다음과 같이, 표준 냄새 계수 기억부(83)로부터 복수개의 표준 냄새 곡선을 나타내는 데이터를 읽어내고; 표준 냄새 곡선이 형성되는 6차원 공간안에서 미지 시료의 측정점(P)을 위치시키며; 측정점(P)으로부터 표준 냄새 곡선까지 최단 거리를 각각 산출하는 표준 냄새 곡선상의 점들을 위치시키고; 그리고 최단 거리를 산출하는 동작을 수행한다. 그리고 나서, 표준 냄새에 대한 유사율과 전체적인 냄새 강도가 상기 설명된 바와 같이 산출된다. 그리고, 표준 냄새의 후각 역치는 미리 측정되어, 후각 역치 기억부(85)에 저장되어야 한다.

신호처리부(8)는 표시부(6) 화면상에 이해하기 쉬운 형태로 유사율과 냄새 강도를 표시한다. 상기 설명된 바와 같이 얻어진 유사율은, 농도가 낮을 때보다 농도가 높을 때 더 큰 값이 된다. 이런 문제를 해결하기 위한 한 가지 방법은, 가장 높은 유사율을 갖는 표준 냄새의 유사율을 100으로 정의하고, 모든 다른 표준 냄새에 대한 유사율을 표준화하는 것이다. 이 경우, 표준화된 유사율이 냄새의 정성적 성질만을 표현하기 때문에, 냄새 강도를 별도로 나타내는 것이 바람직하다.

도 13은 유사율과 냄새 강도를 표시하는 예이다. 도 13에서, 4가지 표준 냄새에 대한 유사율은 레이더차트(radar chart)로 도시되어 있고, 냄새 강도는 문자와 수치("INTENSITY:50")로 별도로 표시된다. 이것은 물론 데이터를 표시하는 여러 가지 방법중 하나이다. 이런 시각적인 출력은, 어떤 표준 냄새가 미지 냄새와 가장 가깝고 서로 얼마나 가까운지, 또는 그 냄새가 얼마나 강한지를 사용자가 쉽게 이해할 수 있도록 한다.

그래서 제2실시예의 냄새 측정 장치는 복수개의 표준 냄새에 대한 유사율을 산출하고, 이 유사율로부터 냄새 강도를 산출한다. 따라서, 미지 냄새의 성질(유사율)과 강도를 나타냄으로써, 장치는 미지 냄새의 정성적 및 정량적 데이터를 표시한다.

[측정예2]

도 14 내지 16은 제2실시예의 냄새 측정 장치에 의한 측정예를 나타낸다. 이 측정에서는, 방향계(toluene 등)와 알코올계(n-butanol 등)는 좋은 표준 냄새로 사용되고, 유황계(methyl mercaptan 등)와 유기산계(butyric acid 등)는 나쁜 표준 냄새로 사용된다.

도 14는 배수구(exhaust port)에서 취한 냄새의 측정 결과를 나타낸다. 레이더차트는 황화수소가 지배적이라는 것을 나타낸다. 도 15 내지 16은 각각 도장공장 (塗裝工場, painting factory)의 중심부와 주변부(peripheral part)에서 취한 냄새의 측정 결과를 나타낸다. 이 결과들은 유기 용매와 방향계가 지배적임을 나타낸다. 또한, 도 15 내지 16의 레이더차트는 거의 동일하게 보이는데, 이는 그 냄새가거의 동일한 품질을 갖는다는 것을 의미한다. 그러나, 냄새 강도에 대해서는, 주변부에서 취한 냄새 강도는 20이고, 반면에 중심부에서 취한 냄새 강도는 60이다. 이는 주변부에서 보다 중심부에서 냄새가 훨씬 강하다는 것을 의미한다.

이처럼, 제2실시예의 냄새 측정 장치는 냄새의 유사성과 강도를 정량적으로 나타냄으로써, 사용자에게 유용하고 이해하기 쉬운 정보를 제공할 수 있다.

또한, 제1 또는 제2 실시예의 냄새 측정 장치에서, 표준 냄새에 대응하는 표준 냄새 벡터 또는 표준 냄새 곡선과 함께, 표준 냄새 측정일에 그 관련 데이터를 저장하는 것이 편리하다. 상기 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 냄새 측정 장치를 이용하여 실제로 측정이 수행될 때는, 많은 종류의 표준 시료를 미리 측정하는 것이 필요하다. 높은 정밀도의 측정을 위해서는, 미지 시료의 측정 직전에, 필수적인 표준 시료를 측정하여, 가장 최신 표준 냄새 벡터 또는 곡선을 얻는 것이 가장 바람직하다. 그러나, 이런 측정은 많은 시간과 노동이 소비되므로, 한꺼번에 필수적인 표준 냄새를 측정하는 것은 거의 불가능하다. 그러므로, 사용자가 각 표준 냄새에 대한 표준 냄새 벡터 또는 곡선을 작성하는데, 또는 아직 사용되지 않은 냄새 측정 장치로 이런 벡터나 곡선을 작성하기 위한 충분한 여유 시간을 찾는데, 며칠이 걸리기도 한다. 그런 경우에도, 대응하는 표준 냄새 벡터 또는 표준 냄새 곡선과 함께 측정일을 저장하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 사용자가, 미지 시료의 측정 직전에 가장 최신의 표준 냄새 벡터 또는 곡선을 읽어내어, 그 최신의 데이터를 사용하여 냄새에 관련된 여러 가지 지표치와 값들을 산출할 수 있다.

그리고, 상기 실시예들은 단지 실시예이고, 본 발명의 취지와 범위안에서 변경이나 수정될 수 있다는 점은 명백하다.

따라서, 본 발명에 따르면 냄새들은 전보다 더욱 객관적으로 식별될 수 있고, 복수의 미지의 냄새들을 비교하고 그들의 유사성을 결정하는 것이 더욱 쉬워진다. 복수의 종류의 표준 냄새들중 적합한 선택은 미지의 냄새와 표준 냄새들 각각의 유사성을 얻는 것이 가능하도록 할 것이다. 그러므로, 다양한 종류의 냄새들은 충분히 정확하게 식별될 수 있으며, 결국 그 장치는 다양한 분야에 적용될 수 있다.

Claims (9)

1. a) 다른 응답 특성을 가지는m개의 냄새 센서(m은 1보다 큰 정수);

   b) 상기m개의 냄새 센서들을 가지고 측정한 결과에 의해 형성된m-차원공간에서 미지의 냄새 벡터와 표준 냄새 벡터 사이의 각을 산출하기 위한 각도 산출수단(여기서 미지의 냄새 벡터는 미지의 시료의 측정 결과에 의해 나타내고, 표준 냄새 벡터는 기지의 표준 냄새의 측정 결과에 의해 나타낸다); 및

   c) 표준 냄새에 대한 미지 냄새의 유사성을 나타내는 지표치를 산출하기 위한 지표치 산출수단(여기서 지표치는 상기 각도에 기초하여 계산된다)

   을 구비함을 특징으로 하는 냄새 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   표준 냄새 벡터에 대한 미지 냄새 벡터의 정사영을 취하는 단계;

   미지 냄새 벡터의 정사영의 길이로부터 미지 시료의 표준 냄새 벡터 성분의 냄새 농도를 산출하는 단계; 및

   냄새 강도에 관련된 지표치를 산출하는 단계

   를 포함하는 방법에 의해 냄새 강도에 관련된 지표치를 산출하기 위한 강도 산출수단을 더욱 구비함을 특징으로 하는 냄새 측정 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   냄새 센서와 인간의 후각 사이의 감도차를 고려하여, 상기 지표치 산출수단이 지표치를 보정하기 위한 보정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냄새 측정 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   냄새 센서들에 의한n개의(n은 1보다 큰 정수)의 표준 냄새들의 측정 결과들을 미리 저장하거나, 또는 그 측정 결과들에 의해 표현되는 표준 냄새 벡터를 미리 저장하기 위한 기억 수단(storage unit)을 더욱 구비함을 특징으로 하는 냄새 측정 장치.
5. a) 다른 응답 특성을 가지는m개의 냄새 센서(m은 1보다 큰 정수);

   b) 상기m개의 냄새센서들을 가지고 측정한 결과에 의해 형성된m-차원공간에서 표준 냄새 곡선상의 농도 가지시점(假指示点, temporary point)을 구하기 위한 농도 정보 취득수단(concentration point locator)(여기서 표준 농도 곡선은 알려진 표준 냄새의 측정 결과에 의해 나타내고, 농도 가지시점은 미지의 시료의 측정 결과를 나타내는 측정점에 대응하여 소정의 규정에 따라 구해진다); 및

   c) 표준 냄새에 대한 미지 냄새의 유사성을 나타내는 지표치를 계산하기 위한 지표치 산출수단(index calculator)(여기서 지표치는m-차원공간에서 농도 가지시점의 위치와 측정점에 대한 농도 가지시점의 근접성의 지표치를 나타내는 값에 기초하여 산출된다.)

   을 구비함을 특징으로 하는 냄새 측정 장치.
6. 제5항에 있어서,

   농도 정보 취득수단은 측정점으로부터의 거리가 최소화되는 표준 냄새 곡선상의 어떤 한 점으로서 농도 가지시점을 구하고;

   지표치 산출수단은, 농도 가지시점과 측정점 사이의 거리에 따라, 또는 각각의 표준 냄새와 미지 냄새가 농도에 대하여 직선을 따라 변한다고 가정하여 그려진 미지 냄새 직선과 표준 냄새 직선 사이의 각도에 따라, 농도 가지시점의 그 공간에서의 위치로부터 구해진 농도를 감쇠시키고, 그 후 감쇠된 농도를 미지의 시료의 냄새에 대한 표준 시료의 기여의 지표로 간주하여 지표치(index)를 산출하도록 구성됨을 특징으로 하는 냄새 측정 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   지표치 산출수단은, 인간의 후각의 역치(thresold)를 이용하여, 냄새 센서와 인간의 후각 사이의 감도차를 고려하여 보정을 행하는 보정수단을 포함함을 특징으로 하는 냄새 측정 장치.
8. 제5항 내지 제7항에 있어서,

   냄새 센서들에 의한n개의(n은 1보다 큰 정수)의 표준 냄새들의 측정 결과들을 미리 저장하거나, 또는 그 측정 결과들에 의해 표현된 표준 냄새 벡터를 미리저장하기 위한 기억 수단(storage unit)을 더욱 구비함을 특징으로 하는 냄새 측정 장치.
9. 제8항에 있어서,

   기억 수단은 표준 냄새의 측정일에 대한 정보와 관련하여 표준 냄새 곡선을 저장하고, 농도 정보 취득수단은 가장 최신의 측정일의 표준 냄새 곡선을 이용함으로써 표준 냄새 곡선상의 농도 가지시점을 구하도록 구성됨을 특징으로 하는 냄새 측정 장치.