WO2022137568A1 - 気体検出装置及び気体検出方法 - Google Patents

気体検出装置及び気体検出方法 Download PDF

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WO2022137568A1
WO2022137568A1 PCT/JP2020/048968 JP2020048968W WO2022137568A1 WO 2022137568 A1 WO2022137568 A1 WO 2022137568A1 JP 2020048968 W JP2020048968 W JP 2020048968W WO 2022137568 A1 WO2022137568 A1 WO 2022137568A1
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gas
chamber
detection
resonance frequency
detection element
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PCT/JP2020/048968
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陽介 恩田
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太陽誘電株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
    • G01N5/02—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by absorbing or adsorbing components of a material and determining change of weight of the adsorbent, e.g. determining moisture content

Definitions

  • the present invention relates to a gas detection device and a gas detection method.
  • a sensitive film that adsorbs a specific gas is applied to a piezoelectric resonator such as QCM (Quartz Crystal Microbalance), SAW (Surface acoustic wave) resonator, and FBAR (Film bulk acoustic resonator), and the frequency change corresponding to the mass change is applied.
  • a gas detector to detect.
  • odor sensor As one aspect of the gas detection device.
  • the odor concentration range to be detected ranges from a wide range from ppt (parts per trillion) to ppm (parts per million).
  • ppt parts per trillion
  • ppm parts per million
  • the high-sensitivity sensor is exposed to a high-concentration odor, the adsorbed odor does not desorb, and there is a concern that the repeatability will decrease and the reliability will decrease.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize a highly reliable gas detection device that can handle a wide concentration range.
  • the gas detection device includes a first detection unit, a first chamber, a second detection unit, a second chamber, a switching unit, and a determination circuit.
  • the first detection unit is a crystal oscillator in which a first sensitive film that adsorbs a gas and the first sensitive film are formed, and the resonance frequency fluctuates when the first sensitive film adsorbs a gas. Includes one or more first gas detection elements with and.
  • the first chamber houses the first detector.
  • a second sensitive film that adsorbs a gas and the second sensitive film are formed, and the resonance frequency fluctuates due to the second sensitive film adsorbing the gas.
  • the switching unit switches between a first state of supplying gas to the first chamber and a second state of supplying gas to the first chamber and the second chamber.
  • the determination circuit is between the first state and the second state by changing the output to the switching unit based on the fluctuation amount of the resonance frequency output by the one or more first gas detection elements. Switch with.
  • the gas detection method is One or more first sensitive films having a first sensitive film that adsorbs a gas and a crystal oscillator in which the first sensitive film is formed and the resonance frequency fluctuates when the first sensitive film adsorbs a gas.
  • the first detection unit including the gas detection element of 1 and A first chamber accommodating the first detection unit and One or more having a second sensitive membrane that adsorbs a gas and a piezoelectric thin film oscillator in which the second sensitive membrane is formed and the resonance frequency fluctuates when the second sensitive membrane adsorbs a gas.
  • a second detection unit including a second gas detection element, A second chamber accommodating the second detection unit, and A switching unit for switching between a first state of supplying gas to the first chamber and a second state of supplying gas to the first chamber and the second chamber. It is a gas detection method for detecting a gas using a sensor device having a gas. Based on the fluctuation amount of the resonance frequency output by the one or more first gas detection elements in the first state, it is determined whether or not to supply the gas to the second chamber. When it is determined that the gas is supplied to the second chamber, the switching unit is switched from the first state to the second state.
  • the amount of gas detected is highly reliable, and can be applied to a wide concentration range from a low concentration in ppt units to a high concentration in ppm units or more, for example.
  • the configuration of the gas detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention is shown.
  • the configuration of the sensor device is schematically shown.
  • the hardware configuration of the control board is schematically shown.
  • the circuit configuration of the control board is schematically shown.
  • the characteristics of the frequency fluctuation amount of the QCM detection element and the FBAR detection element are shown.
  • the humidity dependence of the frequency fluctuation of the QCM detection element (moisture detection element) is shown.
  • the humidity dependence of the fluctuation amount of the frequency of the FBAR detection element is shown.
  • the operation flow of the judgment circuit is shown.
  • the first operation flow of the detection circuit (when the gas has a low concentration) is shown.
  • the second operation flow (correction of the fluctuation amount of the resonance frequency) of the detection circuit is shown.
  • the third operation flow of the detection circuit (when the gas has a high concentration) is shown.
  • the configuration of the sensor device according to the second embodiment of the present invention is schematically shown.
  • FIG. 1 shows the configuration of the gas detection device according to the first embodiment of the present invention.
  • the gas detection device 1 has a sensor device 2 and an information processing unit 3.
  • the sensor device 2 and the information processing unit 3 are connected to each other so as to be able to communicate with each other wirelessly or by wire.
  • the sensor device 2 and the information processing unit 3 are connected to each other so as to be capable of wireless communication using, for example, a communication standard of BLE (Bluetooth (registered trademark) Low Energy).
  • BLE Bluetooth (registered trademark) Low Energy
  • the sensor device 2 has a plurality of detection elements having a sensitive film and an oscillator. When the sensitive membrane adsorbs gas, the resonance frequency of the vibrator fluctuates. The sensor device 2 detects the fluctuation amount of the resonance frequency. The sensor device 2 wirelessly transmits the fluctuation amount of the resonance frequency to the information processing unit 3.
  • the information processing unit 3 determines the gas component and concentration based on the fluctuation amount of the resonance frequency received from the sensor device 2.
  • the information processing unit 3 is typically a personal computer, a tablet computer, or the like.
  • the information processing unit 3 may include a cloud server or the like.
  • FIG. 2 schematically shows the configuration of the sensor device.
  • the sensor device 2 includes a QCM (Quarts Crystal Microbalance) detection unit 10 (first detection unit), an FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) detection unit 20 (second detection unit), and a first pump 50 (first detection unit). It has a gas delivery unit), a valve 60, a control board 70, and a housing 80.
  • QCM Quadrat Crystal Microbalance
  • FBAR Fin Beam Bulk Acoustic Resonator
  • the sensor device 2 detects the gas and further measures the composition and concentration of the gas.
  • the sensor device 2 detects the odor and further measures the component and concentration of the gas.
  • odor refers to an aggregate of a plurality of odorants.
  • the odor substance corresponds to a constituent component (odor component) of the odor. Based on the detection result of the sensor device 2, as will be described later, the type of odor, which is an aggregate of each odorous substance, can be determined.
  • the housing 80 houses the QCM detection unit 10 and the FBAR detection unit 20 mounted on the control board 70, the first pump 50, and the valve 60.
  • the housing 80 has an internal space including a first chamber 30 and a second chamber 40.
  • the first chamber 30 houses the QCM detection unit 10.
  • the second chamber 40 houses the FBAR detection unit 20.
  • the housing 80 further includes an intake port 83, a first exhaust port 81 provided in the first chamber 30, and a second exhaust port 82 provided in the second chamber 40.
  • the term "chamber” means a container that forms a space, but also includes the meaning of the internal space of the container.
  • the first pump 50 is a pump for supplying the gas to be detected into the housing 80 from the intake port 83.
  • the gas to be detected is a gas containing an odor to be detected and measured.
  • the first pump 50 is driven based on the drive signal from the control board 70.
  • the first pump 50 is, for example, a pump element mounted on the back surface of the wiring board constituting the control board 70 (the surface opposite to the first chamber 10 side).
  • a pump element for cleaning gas may be further mounted on the wiring board.
  • the pump element for the cleaning gas is a cleaning gas that desorbs the substance adsorbed on the sensitive film (described later) of the QCM detection element 11 and the FBAR detection element 21 included in the QCM detection unit 10 and the FBAR detection unit 20 from the sensitive film.
  • gas when simply referred to as "gas”, it means a gas to be detected and measured (sampling gas), not a cleaning gas.
  • another air supply means such as a fan may be adopted.
  • the valve 60 is provided in the passage connecting between the first chamber 30 and the second chamber 40.
  • the valve 60 is in a closed state when the sensor device 2 is not operating and when the sensor device 2 starts operating.
  • the valve 60 is opened when a drive signal is input from the control board 70.
  • the valve 60 separates the first chamber 30 and the second chamber 40 in the closed state, and communicates the first chamber 30 and the second chamber 40 in the open state.
  • the gas When the first pump 50 is driven with the valve 60 closed, the gas is supplied from the intake port 83 to the first chamber 30, passes through the QCM detection unit 10, and is discharged from the first exhaust port 81 (. The solid arrow in FIG. 1).
  • the gas is supplied from the intake port 83 to the first chamber 30 and passes through the QCM detection unit 10 (solid arrow in FIG. 1). A part of the gas is discharged from the first exhaust port 81 (solid arrow in FIG. 1).
  • the remaining gas is supplied to the second chamber 40 via the valve 60, passes through the FBAR detection unit 20, and is discharged from the second exhaust port 82 (dashed line arrow in FIG. 1).
  • control board 70, the first pump 50, and the valve 60 supply gas to the first chamber 30 and the first chamber 30 and the second chamber 40 in the first state of supplying gas to the first chamber 30.
  • a switching unit for switching between the second state and the second state is configured.
  • FIG. 3 schematically shows the hardware configuration of the control board.
  • a QCM detection unit 10 and an FBAR detection unit 20 are mounted on the surface of the control board 70.
  • the mounting method is not particularly limited, and for example, a pin header or a solder reflow connection is adopted.
  • a first multiplexer 71 and a second multiplexer 72 are mounted on the front surface or the back surface (front surface in FIG. 2) of the control board 70.
  • An FPGA 73 (FPGA: field-programmable gate array) and a wireless communication module 74 are mounted on the back surface of the control board 70.
  • the QCM detection unit 10, the first multiplexer 71, and the FPGA 73 are connected by in-board wiring.
  • the FBAR detection unit 20, the second multiplexer 72, and the FPGA 73 are connected by in-board wiring.
  • the QCM detection unit 10 includes one or more (typically a plurality, more typically 8 to 16, 8 in this embodiment) QCM detection elements 11 (first gas detection elements).
  • the plurality of QCM detection elements 11 are each mounted on the plurality of sensor boards 12 mounted on the control board 70.
  • An oscillation circuit 13 (FIG. 4) is further mounted on the sensor board 12.
  • the correspondence between the QCM detection element 11 and the oscillation circuit 13 may be one-to-one (FIG. 4) or one-to-many such as one-to-two.
  • the QCM detection element 11 has a sensitive film (first sensitive film) and a crystal oscillator (first oscillator).
  • the crystal oscillator is, for example, an oscillator cut at a cut angle called AT cut, and has a thin plate shape.
  • An upper electrode and a lower electrode in which a metal thin film is patterned into a predetermined shape are formed on one main surface of the crystal oscillator and the other main surface facing the main surface.
  • the sensitive film is formed (coated) on one of the electrodes.
  • the sensitive membrane adsorbs gas.
  • the sensitive membrane adsorbs the odorant contained in the gas.
  • the sensitive films of the plurality of QCM detection elements 11 are each made of different materials having the selectivity of the odorant to be adsorbed.
  • the sensitive films of the plurality of QCM detection elements 11 mainly adsorb different types of odorants.
  • the resonance frequency of the crystal unit fluctuates.
  • the QCM detection unit 10 including the multi-channel (CH) QCM detection element 11 capable of adsorbing different types of odorous substances is configured.
  • one QCM detection element 11 is a moisture detection element 11A.
  • the sensitive film (third sensitive film) of the moisture detection element 11A adsorbs water molecules contained in the gas.
  • the sensitive film of the moisture detection element 11A is, for example, a hydrophilic sensitive film such as polyanin (PAN).
  • PAN polyanin
  • the FBAR detection unit 20 includes one or more (typically a plurality, more typically 8 to 16, 8 in this embodiment) FBAR detection elements 21 (second gas detection elements).
  • Each of the plurality of FBAR detection elements 21 is mounted (wire bonding or flip chip connection) on the plurality of sensor boards 22 mounted on the control board 70.
  • An oscillation circuit 23 is further mounted (wire bonding or flip chip connection) on the sensor board 22.
  • the correspondence between the FBAR detection element 21 and the oscillation circuit 23 may be one-to-one (FIG. 4) or one-to-many such as one-to-two (FIG. 3).
  • the FBAR detection element 21 has a sensitive film (second sensitive film) and a piezoelectric thin film oscillator (second oscillator), respectively.
  • the sensitive membrane adsorbs gas.
  • the sensitive membrane adsorbs the odorant contained in the gas.
  • the sensitive films of the plurality of FBAR detection elements 21 are each made of different materials having the selectivity of the odorant to be adsorbed.
  • the sensitive films of the plurality of FBAR detection elements 21 mainly adsorb different types of odorants.
  • the piezoelectric thin film oscillator In the piezoelectric thin film oscillator, the resonance frequency fluctuates due to the sensitive membrane adsorbing gas.
  • the piezoelectric thin film oscillator has a substrate, a piezoelectric film, and a lower electrode and an upper electrode facing each other with at least a part of the piezoelectric film interposed therebetween.
  • the sensitive film is formed (coated) on one of the electrodes.
  • the piezoelectric thin film oscillator may have a protective film.
  • a protective film is provided so as to cover the piezoelectric film and the upper electrode.
  • a sensitive film is provided on the protective film.
  • the piezoelectric thin film oscillator When the oscillation circuit 23 inputs a voltage signal having a predetermined frequency between the upper electrode and the lower electrode, the piezoelectric thin film oscillator resonates at a predetermined resonance frequency.
  • the resonance frequency of the piezoelectric thin film oscillator is not particularly limited, and is, for example, several GHz band.
  • the sensitive membrane adsorbs gas.
  • the sensitive membrane adsorbs the odorant contained in the gas.
  • the sensitive films of the plurality of FBAR detection elements 21 are each made of different materials having the selectivity of the odorant to be adsorbed.
  • the sensitive films of the plurality of FBAR detection elements 21 mainly adsorb different types of odorants.
  • the resonance frequency of the piezoelectric thin film oscillator fluctuates.
  • the sensitive film of the plurality of FBAR detection elements 21 a sensitive film of the same type as the sensitive film of the plurality of QCM detection elements 11 is used.
  • the FBAR detection unit 20 including the FBAR detection element 21 having a plurality of channels (CH) capable of adsorbing different types of odorous substances is configured.
  • FIG. 4 schematically shows the circuit configuration of the control board.
  • a QCM detection unit 10 an FBAR detection unit 20, a first multiplexer 71, and a second multiplexer 72 are mounted on the surface of the control board 70.
  • the plurality of QCM detection elements 11 of the QCM detection unit 10 are each connected to the oscillation circuit 13.
  • the plurality of oscillation circuits 13 are connected to the first multiplexer 71.
  • the plurality of FBAR detection elements 21 of the FBAR detection unit 20 are each connected to the oscillation circuit 23.
  • the plurality of oscillator circuits 23 are connected to the second multiplexer 72.
  • the first multiplexer 71 and the second multiplexer 72 are connected to the FPGA 73.
  • the wireless communication module 74 is connected to the FPGA 73.
  • the wireless communication module 74 is communicably connected to the information processing unit 3 by using, for example, a communication standard of BLE (Bluetooth (registered trademark) Low Energy).
  • BLE Bluetooth (registered trademark) Low Energy
  • the FPGA 73 controls the first multiplexer 71 to switch the oscillation of the oscillation circuit 13 at predetermined time intervals (for example, every 1 second) and output a drive signal to the oscillation circuit 13.
  • the oscillation circuit 13 to which the drive signal is input outputs a voltage signal of a predetermined frequency to the QCM detection element 11, and acquires a frequency signal (indicating the fluctuation amount of the resonance frequency) input from the QCM detection element 11 as a response.
  • the oscillation circuit 13 outputs a frequency signal (indicating the fluctuation amount of the resonance frequency) input from the QCM detection element 11 to the FPGA 73 via the first multiplexer 71.
  • the FPGA 73 acquires the fluctuation amount of the resonance frequency of the plurality of QCM detection elements 11 from the plurality of oscillation circuits 13 at predetermined time intervals (for example, every second).
  • the FPGA 73 controls the second multiplexer 72 to switch the oscillation of the oscillation circuit 23 at predetermined time intervals (for example, every 1 second), and outputs a drive signal to the oscillation circuit 23.
  • the oscillation circuit 23 to which the drive signal is input outputs a voltage signal of a predetermined frequency to the FBAR detection element 21, and acquires a frequency signal (indicating the fluctuation amount of the resonance frequency) input from the FBAR detection element 21 as a response.
  • the oscillation circuit 23 outputs the frequency signal (indicating the fluctuation amount of the resonance frequency) input from the FBAR detection element 21 to the FPGA 73 via the second multiplexer 72.
  • the FPGA 73 acquires the amount of variation in the resonance frequency of the plurality of FBAR detection elements 21 from the plurality of oscillation circuits 23 at predetermined time intervals (for example, every second).
  • the FPGA 73 controls the drive of the first pump 50 and the valve 60.
  • the FPGA 73 drives the first pump 50 and closes the valve 60 in the first state of supplying gas to the first chamber 30.
  • the FPGA 73 drives the first pump and opens the valve 60 in the second state of supplying gas to the first chamber 30 and the second chamber 40.
  • the wireless communication module 74 is connected to the FPGA 73.
  • the wireless communication module 74 wirelessly transmits the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 and the fluctuation amount of the resonance frequency of the FBAR detection element 21 acquired by the FPGA 73 to the information processing unit 3.
  • the information processing unit 3 receives the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 and the fluctuation amount of the resonance frequency of the FBAR detection element 21 from the sensor device 2. As shown in FIG. 1, the information processing unit 3 has a determination circuit 31 and a detection circuit 32. Specifically, the CPU of the information processing unit 3 loads the information processing program stored in the ROM into the RAM and executes it to realize the determination circuit 31 and the detection circuit 32.
  • the determination circuit 31 controls the entire control board 70 including the FPGA 73.
  • the determination circuit 31 determines whether or not the valve 60 is opened to supply gas to the second chamber 40.
  • the determination circuit 31 outputs a drive signal to the valve 60 and controls the FPGA 73 so as to open or close the valve 60.
  • the detection circuit 32 detects a gas based on the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11, measures the components and concentrations of the gas (odorous substance contained in the gas), and generates a measured value.
  • the detection circuit 32 detects a gas based on the fluctuation amount of the resonance frequency of the FBAR detection element 21, measures the components and concentrations of the gas (odorous substance contained in the gas), and generates a measured value.
  • FIG. 5 shows the characteristics of the frequency fluctuation amount of the QCM detection element and the FBAR detection element.
  • FIG. 5 shows the frequency change of the FBAR detection element and the QCM detection element when the FBAR detection element and the QCM detection element are exposed to toluene gas having a concentration of 10 ppm or less.
  • the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element is only several tens of MHz.
  • the fluctuation amount of the resonance frequency of the FBAR detection element varies greatly from about -111,000 to -38,000 MHz.
  • the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element is lower than the fluctuation amount of the resonance frequency of the FBAR detection element. Therefore, the QCM detection element does not react with a gas having a concentration of 10 ppm or less.
  • the QCM detection element has low sensitivity and cannot detect a gas with a low concentration (less than 10 ppm), but can detect a gas with a high concentration (10 ppm or more).
  • the FBAR detection element has high sensitivity and can detect a low-concentration gas, but causes a problem when detecting a high-concentration gas (for example, it takes a long time to refresh and deviates from the oscillation condition). .. In gas monitoring applications, sensing in a wide concentration range from ppb (parts per billion) to% units is required.
  • the FBAR detection element has higher sensitivity than the QCM detection element.
  • the piezoelectric film of the FBAR detection element is manufactured by using a highly hygroscopic material such as an AlN sputter film and a ZnO sputter film, and has a complicated structure.
  • the protective film is manufactured by using a material having high hygroscopicity such as a SiO 2 sputter film and a SiN sputter film, and the structure is complicated. Since it is a sputtered film, the material such as SiO 2 used in the piezoelectric film or the protective film has a columnar structure and is easily deteriorated by humidity.
  • the piezoelectric film or the protective film may swell, resulting in destruction or deterioration of characteristics. Further, when the FBAR detection element is affected by temperature and humidity, the frequency of the sensitive film fluctuates due to an influence other than gas adsorption, and as a result, a malfunction may occur. On the other hand, since the QCM detection element is made by cutting out crystals, it is resistant to humidity.
  • the concentration of the gas when the concentration of the gas is as low as less than 10 ppm, the gas is detected by using the highly sensitive FBAR detection element 21.
  • the concentration of the gas when the concentration of the gas is as high as about 10 ppm or more, the gas is detected by using the QCM detection element 11 which has low sensitivity but stable operation.
  • FIG. 6 shows the humidity dependence of the frequency fluctuation amount of the QCM detection element (moisture detection element).
  • the QCM detection element has a small amount of fluctuation in the resonance frequency even when exposed to a gas having a concentration of 10 ppm or less.
  • the QCM detection element having a hydrophilic sensitive film adsorbs water molecules contained in the gas, the fluctuation amount of the resonance frequency is large as compared with the QCM detection element having a non-hydrophilic sensitive film. Therefore, one QCM detection element is used as the moisture detection element 11A, especially in the concentration region of 10 ppm or less. In the region where the relative humidity (Relative Humidity) is 10 to 90%, the resonance frequency of the moisture detection element 11A fluctuates almost linearly with respect to the relative humidity.
  • polyaniline (PAN) or the like which is a hydrophilic sensitive film, has a large response to humidity, and a QCM detection element 11 having a sensitive film made of polyaniline (PAN) is used as the moisture detection element 11A.
  • FIG. 7 shows the humidity dependence of the fluctuation amount of the frequency of the FBAR detection element.
  • the resonance frequency of the FBAR detection element fluctuates depending on the relative humidity. Therefore, in the present embodiment, the fluctuation amount of the resonance frequency of the FBAR detection element is corrected, and a value excluding the influence of humidity is generated. Specifically, the fluctuation amount of the resonance frequency of the FBAR detection element 21 is corrected based on the humidity detected by the moisture detection element 11A. More specifically, the humidity dependence data (humidity coefficient) of each of the plurality of FBAR detection elements 21 is acquired in advance. When the gas is detected using the FBAR detection element 21, the humidity of the gas is determined based on the frequency fluctuation amount of the moisture detection element 11A (one of the QCM detection elements 11).
  • the measured frequency fluctuation amount of the FBAR detection element 21 is corrected.
  • the influence of humidity is excluded from the fluctuation amount of the resonance frequency of the FBAR detection element 21.
  • the gas can be detected more accurately and the components and concentrations of the odorous substances contained in the gas can be measured.
  • the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 may be corrected based on the humidity detected by the moisture detection element 11A.
  • FIG. 8 shows the operation flow of the determination circuit.
  • valve 60 is in a closed state, the first chamber 30 and the second chamber 40 are separated, and the supply of gas to the second chamber 40 is cut off.
  • the determination circuit 31 drives the first pump 50 to supply gas to the first chamber 30 (step S101). Since the valve 60 is in the closed state, no gas is supplied to the second chamber 40.
  • the determination circuit 31 controls the FPGA 73 to start acquisition of the fluctuation amount of the resonance frequency from the QCM detection element 11 included in the QCM detection unit 10 at predetermined time intervals (for example, every 1 second) (step S102). .. As a result, the FPGA 73 acquires the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 from the oscillation circuit 13 at predetermined time intervals (for example, every second). The FPGA 73 transmits the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 to the determination circuit 31.
  • the determination circuit 31 determines whether the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 is less than a threshold value (for example, 10 Hz) or greater than or equal to the threshold value (step S103).
  • a threshold value for example, 10 Hz
  • the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 is less than 10 Hz, it means that the concentration of the gas is as low as about 10 ppm (step S103, YES).
  • the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 is 10 Hz or more, it means that the gas concentration is as high as 10 ppm or more (step S103, NO).
  • the determination circuit 31 supplies the gas to the second chamber 40.
  • the determination is made, a drive signal is output to the valve 60, and the valve 60 is released (step S104).
  • a part of the gas supplied to the first chamber 30 by the first pump 50 is supplied to the second chamber 40 via the valve 60.
  • step S103, NO when the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 is 10 Hz or more (high concentration of gas concentration of about 10 ppm or more) (step S103, NO), the determination circuit 31 puts gas in the second chamber 40. It is determined that the supply is not supplied, and the drive signal is not output to the valve 60 and the valve remains closed. As a result, a part of the gas supplied to the first chamber 30 by the first pump 50 is not supplied to the second chamber 40 via the valve 60.
  • the determination circuit 31 continuously (Loop) determines whether the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 is less than 10 Hz or 10 Hz or more even during the subsequent operation of the detection circuit 32 (step S103), and determines whether the fluctuation amount is less than 10 Hz or 10 Hz or more (step S103).
  • the output of the drive signal for opening or closing the valve 60 may be changed accordingly (step S104).
  • FIG. 9 shows the first operation flow of the detection circuit (when the gas concentration is low).
  • step S103 When the concentration of the gas is less than 10 ppm (low concentration) (step S103, YES), the gas is supplied to the first chamber 30 and the second chamber 40 (step S104).
  • the detection circuit 32 controls the FPGA 73 to start acquisition of the fluctuation amount of the resonance frequency from the FBAR detection element 21 included in the FBAR detection unit 20 at predetermined time intervals (for example, every 1 second) (step S201). .. As a result, the FPGA 73 acquires the fluctuation amount of the resonance frequency of the FBAR detection element 21 from the oscillation circuit 23 at predetermined time intervals (for example, every second). The FPGA 73 transmits the fluctuation amount of the resonance frequency of the FBAR detection element 21 to the detection circuit 32.
  • the detection circuit 32 controls the FPGA 73 to start acquisition of the fluctuation amount of the resonance frequency from the moisture detection element 11A included in the QCM detection unit 10 at predetermined time intervals (for example, every 1 second) (step S202). .. As a result, the FPGA 73 acquires the fluctuation amount of the resonance frequency of the moisture detection element 11A from the oscillation circuit 13 at predetermined time intervals (for example, every second). The FPGA 73 transmits the fluctuation amount of the resonance frequency of the moisture detection element 11A to the detection circuit 32.
  • the detection circuit 32 corrects the fluctuation amount of the resonance frequency of at least a part of the FBAR detection element 21 based on the fluctuation amount of the resonance frequency of the moisture detection element 11A (immediately before, for example, the value one second before) (step S203).
  • the amount of fluctuation in the resonance frequency is affected by the amount of water (humidity) contained in the gas.
  • the resonance frequency fluctuates when the sensitive film of the FBAR detection element 21 adsorbs water molecules contained in the gas.
  • the fluctuation amount of the resonance frequency of the FBAR detection element 21 is corrected. The method of correcting the fluctuation amount of the resonance frequency will be described more specifically later.
  • the detection circuit 32 acquires the fluctuation amount of the resonance frequency of the FBAR detection element 21 (step S201), acquires the fluctuation amount of the resonance frequency of the moisture detection element 11A (step S202), and obtains the resonance frequency of the FBAR detection element 21.
  • the correction of the fluctuation amount (step S203) is repeated and continued.
  • the detection circuit 32 acquires and corrects the fluctuation amount of the resonance frequency of all the FBAR detection elements 21, and detects the gas based on the fluctuation amount of the resonance frequency of all the corrected FBAR detection elements 21. Specifically, the detection circuit 32 measures the component and concentration of the gas and generates a measured value. More specifically, the detection circuit 32 measures an odorous substance contained in a gas and generates a measured value (indicating a component and a concentration) (step S205).
  • the detection circuit 32 determines the type of gas using machine learning.
  • the detection circuit 32 specifies the component ratio of the odorous substance adsorbed on the sensitive film of each FBAR detection element 21 from the combination of the measured values of the plurality of (each CH) FBAR detection element 21, and stores the information processing unit 3 in advance. By extracting the odor closest to the odor component ratio stored in the device (ROM or the like) or the database, the type of gas (odor) supplied to the second chamber 40 is determined.
  • the detection circuit 32 determines the type of gas using a machine learning algorithm such as a neural network, a decision tree, or a support vector machine.
  • the detection circuit 32 may stand-alone to determine the type of gas, or the cloud server may output the measured value of each FBAR detection element 21 to determine the type of gas.
  • the detection circuit 32 executes an action according to the type of the determined gas.
  • the detection circuit 32 may output a control signal such as spraying a deodorant or turning on the ventilation fan when it is determined that the gas contains a bad odor (step S206).
  • the detection circuit 32 may output a control signal such as activating the sprinkler or outputting an alarm sound when it is determined that the gas contains a burning odor.
  • FIG. 10 shows a second operation flow (correction of the fluctuation amount of the resonance frequency) of the detection circuit.
  • the detection circuit 32 calculates the fluctuation amount of humidity based on the fluctuation amount of the resonance frequency of the moisture detection element 11A (step S202) (step S301). Specifically, the humidity dependence data (humidity coefficient) of the moisture detection element 11A is acquired in advance and stored in a storage device (ROM or the like) of the information processing unit 3. The detection circuit 32 calculates the humidity fluctuation amount by multiplying the raw data of the fluctuation amount of the resonance frequency of the moisture detection element 11A by the humidity coefficient of the moisture detection element 11A. This can be expressed by an equation as follows.
  • Humidity fluctuation amount frequency fluctuation amount of moisture detection element (Hz) x humidity coefficient of moisture detection element (Hz /%)
  • the detection circuit 32 has, based on the humidity dependence data (humidity coefficient) of each of the plurality of FBAR detection elements 21 and the calculated humidity fluctuation amount, among the fluctuation amounts of the resonance frequency of each of the FBAR detection elements 21.
  • the amount of variation in the resonance frequency due to the influence of moisture (humidity) is calculated (step S302). Specifically, the humidity dependence data (humidity coefficient) of each of the plurality of FBAR detection elements 21 is acquired in advance and stored in a storage device (ROM or the like) of the information processing unit 3.
  • the detection circuit 32 By multiplying the humidity coefficient of the FBAR detection element 21 by the humidity fluctuation amount (step S301), the detection circuit 32 has a resonance frequency due to the influence of moisture (humidity) among the fluctuation amounts of the resonance frequency of the FBAR detection element 21. Calculate the fluctuation amount of. This can be expressed by an equation as follows.
  • the detection circuit 32 subtracts the frequency fluctuation amount (step S302) of the FBAR detection element due to the influence of humidity from the raw data of the fluctuation amount of the resonance frequency of the FBAR detection element 21.
  • the fluctuation amount of the resonance frequency of the FBAR detection element 21 is corrected (step S303).
  • the raw data of the fluctuation amount of the resonance frequency of the FBAR detection element 21 is influenced by the water contained in the gas and the substance excluding the water (including the odorous substance). From here, the fluctuation amount of the resonance frequency of the FBAR detection element 21 is corrected by removing the influence of the moisture contained in the gas.
  • the above correction (step S301 to step S303) can be expressed by one equation as follows.
  • Corrected frequency fluctuation amount of FBAR detection element (Hz) raw data of FBAR detection element (Hz) ⁇ (1-humidity coefficient of FBAR detection element (Hz /%) ⁇ frequency fluctuation amount of moisture detection element (Hz) ⁇ Humidity coefficient of moisture detection element (Hz /%))
  • FIG. 11 shows a third operating flow of the detection circuit (when the gas concentration is high).
  • step S103, NO When the gas concentration is 10 ppm or more (high concentration) (step S103, NO), the valve 60 is not opened and the gas is not supplied to the second chamber 40.
  • the detection circuit 32 controls the FPGA 73 to change the resonance frequency from the QCM detection element 11 (including the water detection element 11A) included in the QCM detection unit 10 at predetermined time intervals (for example, every 1 second). Acquisition is started (step S401). As a result, the FPGA 73 acquires the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 (including the moisture detection element 11A) from the oscillation circuit 23 at predetermined time intervals (for example, every second). The FPGA 73 transmits the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 (including the moisture detection element 11A) to the detection circuit 32.
  • the detection circuit 32 may correct the fluctuation amount of the resonance frequency of at least a part of the QCM detection element 11 based on the fluctuation amount of the resonance frequency of the moisture detection element 11A (step S402).
  • the correction may be performed by the same method as the above method (step S301 to step S303).
  • the detection circuit 32 acquires the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 (step S403, YES). Step S401) and correction of the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 (step S402) are repeatedly continued.
  • the detection circuit 32 is all the QCM detection elements 11 (moisture detection element 11A).
  • the fluctuation amount of the resonance frequency of (excluding) is acquired and corrected, and the gas is detected based on the fluctuation amount of the resonance frequency of all the corrected QCM detection elements 11 (excluding the moisture detection element 11A).
  • the detection circuit 32 measures the component and concentration of the gas and generates a measured value. More specifically, the detection circuit 32 measures an odorous substance contained in a gas and generates a measured value (indicating a component and a concentration) (step S404).
  • the detection circuit 32 may determine the measured value of the gas using machine learning and execute an action according to the determined measured value (step S405).
  • the detection circuit 32 identifies the component ratio of the odorous substance adsorbed on the sensitive film of each QCM detection element 11 from the combination of the measured values of the plurality of (each CH) QCM detection element 11, and stores the information processing unit 3 in advance.
  • the odor closest to the odor component ratio stored in the device (ROM or the like) or the database may be extracted. Thereby, the type of gas (smell) supplied to the first chamber 30 can be determined.
  • the sensor device 2 has a valve 60 as a switching unit for switching between supply and non-supply of gas to the second chamber 40.
  • the configuration of the switching unit is different from that of the first embodiment.
  • FIG. 12 schematically shows the configuration of the sensor device according to the second embodiment of the present invention.
  • the sensor device 4 includes a QCM detection unit 10 (first detection unit), an FBAR detection unit 20 (second detection unit), a first chamber 30, a second chamber 40, and a first pump 50. It has (a first gas delivery section), a second pump 51 (second gas delivery section), a partition 61, a control board 70, and a housing 80.
  • the housing 80 accommodates the QCM detection unit 10 and the FBAR detection unit 20 mounted on the control board 70, the first pump 50, and the partition 61.
  • the housing 80 has an internal space including a first chamber 30 and a second chamber 40.
  • the first chamber 30 houses the QCM detection unit 10.
  • the second chamber 40 houses the FBAR detection unit 20.
  • the housing 80 further includes an intake port 83, a first exhaust port 81 provided in the first chamber 30, and a second exhaust port 82 provided in the second chamber 40.
  • the first pump 50 is a pump for supplying the gas to be detected into the housing 80 (inside the first chamber 30) from the intake port 83.
  • the second pump 51 is a pump for supplying the gas to be detected into the housing 80 (inside the second chamber 40) from the intake port 83.
  • the first pump 50 and the second pump 51 are driven based on the drive signal from the control board 70. Instead of the first pump 50 and the second pump 51, other air supply means such as a fan may be adopted.
  • the sensor device 4 may further include a pump element for cleaning gas in addition to the first pump 50 and the second pump 51.
  • the pump element for the cleaning gas is a housing 80 that desorbs the substance adsorbed on the sensitive film of the QCM detection element 11 and the FBAR detection element 21 included in the QCM detection unit 10 and the FBAR detection unit 20 from the sensitive film. It is a pump for supplying inside.
  • gas when simply referred to as "gas", it means a gas to be detected and measured (sampling gas), not a cleaning gas.
  • the partition 61 constantly separates the first chamber 30 and the second chamber 40, and constantly regulates the communication between the first chamber 30 and the second chamber 40.
  • the first pump 50 When the first pump 50 is driven, the gas is supplied from the intake port 83 to the first chamber 30, passes through the QCM detection unit 10, and is discharged from the first exhaust port 81 (solid arrow in FIG. 2). ).
  • the second pump 51 when the second pump 51 is driven, the gas is supplied from the intake port 83 to the second chamber 40, passes through the FBAR detection unit 20, and is discharged from the second exhaust port 82 (broken line in FIG. 2). See the arrow).
  • the control board 70, the first pump 50, and the second pump 51 are in the first state of supplying gas to the first chamber 30, and the gas to the first chamber 30 and the second chamber 40.
  • a switching unit for selecting a second state to supply the gas is configured.
  • the determination circuit 31 drives the first pump 50 to supply gas to the first chamber 30 (step S101). Since the partition 61 separates the first chamber 30 and the second chamber 40, gas is not supplied to the second chamber 40.
  • the determination circuit 31 controls the FPGA 73 to start acquisition of the fluctuation amount of the resonance frequency from the QCM detection element 11 included in the QCM detection unit 10 at predetermined time intervals (for example, every 1 second) (step S102). .. As a result, the FPGA 73 acquires the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 from the oscillation circuit 13 at predetermined time intervals (for example, every second). The FPGA 73 transmits the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 to the determination circuit 31.
  • the determination circuit 31 determines whether the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 is less than 10 Hz (threshold value) or 10 Hz or more (step S103).
  • the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 is less than 10 Hz, it means that the concentration of the gas is as low as about 10 ppm (step S103, YES).
  • the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 is 10 Hz or more, it means that the gas concentration is as high as 10 ppm or more (step S103, NO).
  • the determination circuit 31 supplies the gas to the second chamber 40.
  • a drive signal is output to the second pump 51 to supply gas to the second chamber 40 (step S104).
  • the gas is supplied to the first chamber 30 by the first pump 50, and at the same time, the gas is supplied to the second chamber 40 by the second pump 51.
  • step S103, NO when the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 is 10 Hz or more (high concentration of gas concentration of about 10 ppm or more) (step S103, NO), the determination circuit 31 puts gas in the second chamber 40. It is determined that the supply is not supplied, and the drive signal is not output to the second pump 51. As a result, gas is not supplied to the second chamber 40.
  • the determination circuit 31 continuously (Loop) determines whether the fluctuation amount of the resonance frequency of the QCM detection element 11 is less than 10 Hz or 10 Hz or more even during the subsequent operation of the detection circuit 32 (step S103), and determines whether the fluctuation amount is less than 10 Hz or 10 Hz or more (step S103).
  • the output of the drive signal for driving or stopping the second pump 51 may be changed accordingly (step S104).
  • the gas is supplied only to the QCM detection element 11, the concentration of the gas is determined using the QCM detection element 11, and the high-concentration gas is not supplied to the FBAR detection element 21.
  • the driving of the first pump 50 and the second pump 51 is started at the same time, gas is supplied to both the QMC detection element 11 and the FBAR detection element 21, and the concentration of the gas is determined by using the QCM detection element 11. If the concentration is determined, the drive of the second pump 51 may be stopped to cut off the supply of gas to the FBAR detection element 21. In this case, since the FBAR detection element 21 is exposed to the high-concentration gas for a very short time, deterioration of the FBAR detection element 21 can be prevented.
  • the gas detection device 1 has sensor devices 2 and 4 and an information processing unit 3.
  • the information processing unit 3 can communicate with the sensor devices 2 and 4, and has a determination circuit 31 and a detection circuit 32.
  • the FPGA 73 of the sensor devices 2 and 4 may have the determination circuit 31 and the detection circuit 32.
  • the sensor devices 2 and 4 may stand alone to control the supply and non-supply of gas to the second chamber 40 and detect the gas.
  • the functions of the determination circuit 31 and the detection circuit 32 may be distributed to the sensor devices 2, 4 and the information processing unit 3.
  • the sensor devices 2 and 4 may have a determination circuit 31 and stand alone to control the supply and non-supply of gas to the second chamber 40.
  • the information processing unit 3 may have a detection circuit 32 and detect a gas.
  • the function of the detection circuit 32 may be distributed to the sensor devices 2, 4 and the information processing unit 3.
  • the sensor devices 2 and 4 may detect the gas, and the information processing unit 3 may generate a measured value of the odorous substance contained in the gas.
  • the FBAR gas detection element 21 having an FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) oscillator is used as the second gas detection element.
  • the FBAR gas detection element 21 may be an air gap type or a cavity type.
  • an SMR (Solid Mounted Resonator) gas detection element may be used as the second gas detection element.
  • Both the FBAR gas detection element 21 and the SMR gas detection element are gas detection elements using BAW (Bulk Acoustic Wave).
  • BAW Surface Acoustic Wave
  • SAW Surface Acoustic Wave
  • a plurality of QCM detection elements 11 and a plurality of FBAR detection elements 21 are mounted in one housing 80.
  • the gas is supplied only to the QCM detection element 11, and the concentration of the gas is determined using the QCM detection element 11.
  • a high-concentration gas is supplied only to the QCM detection element 11 and a low-concentration gas is supplied to the QCM detection element 11 and the FBAR detection element 21 by using the switching unit.
  • the humidity fluctuation amount of the gas is calculated using the moisture detection element 11A included in the QCM detection element 11, and the FBAR detection element 21 is based on the humidity fluctuation amount.
  • the output value (variation amount of resonance frequency) of is corrected.
  • the QCM detection element 11 to ppm
  • the FBAR detection element 21 ppb to ppt
  • the gas is supplied only to the QCM detection element 11
  • the concentration of the gas is determined using the QCM detection element 11
  • the high-concentration gas is not supplied to the FBAR detection element 21.
  • the low-sensitivity QCM detection element 11 can be used to detect a high-concentration gas, while the FBAR detection element 21, which is relatively liable to deteriorate in characteristics, can be prevented from deteriorating and its life can be extended.
  • the relative humidity is measured in real time (the same applies hereinafter) using the moisture detection element 11A included in the QCM detection element 11. To detect. As a result, the output value of the FBAR detection element 21 can be corrected in real time, and a value excluding the influence of humidity can be generated. This makes it possible to detect gas in real time and propose and execute actions in real time.

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Abstract

気体検出装置は、第１の検出部と、第１のチャンバと、第２の検出部と、第２のチャンバと、切り替え部と、判定回路とを具備する。前記第１の検出部は、水晶振動子をそれぞれ有する１以上の第１の気体検出素子を含む。前記第１のチャンバは、前記第１の検出部を収容する。前記第２の検出部は、圧電薄膜振動子をそれぞれ有する１以上の第２の気体検出素子を含む。前記切り替え部は、前記第１のチャンバへ気体を供給する第１の状態と、前記第１のチャンバ及び前記第２のチャンバへ気体を供給する第２の状態とを切り替える。前記判定回路は、前記１以上の第１の気体検出素子が出力する共振周波数の変動量に基づき、前記切り替え部への出力を変更することで前記第１の状態と第２の状態との間で切り替える。

Description

気体検出装置及び気体検出方法
　本発明は、気体検出装置及び気体検出方法に関する。
　ＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）やＳＡＷ（Surface acoustic wave）共振器、ＦＢＡＲ（Film bulk acoustic resonator）といった圧電共振器に、特定の気体が吸着する感応膜を塗布し、その質量変化に対応する周波数変化を検出する気体検出装置がある。共振器の共振周波数ｆ０と、単位質量付加あたりの周波数変動量Δｆ（すなわち感度）とは関係があり、共振周波数が高いほど感度が高くなる。
特開２０１４－１４５６０８号公報
　気体検出装置の一態様として、匂いセンサがある。匂いセンサによる匂いのモニリングを行う場合、検出する匂いの濃度領域はｐｐｔ（parts per trillion）からｐｐｍ（parts per million）の広い領域にわたる。広い濃度領域に対応するため、感度の異なるセンサをアレイ化する方法がある。しかしながら、高感度のセンサは、高濃度の匂いに暴露されると、吸着した匂いが脱離せず、繰り返し精度の低下、信頼性の低下が懸念される。
　本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、信頼性が高く、広い濃度領域に対応可能な気体検出装置を実現することを目的とする。
　本発明の一形態に係る気体検出装置は、第１の検出部と、第１のチャンバと、第２の検出部と、第２のチャンバと、切り替え部と、判定回路とを具備する。
　前記第１の検出部は、気体を吸着する第１の感応膜と、前記第１の感応膜が形成され、前記第１の感応膜が気体を吸着することにより共振周波数が変動する水晶振動子とを有する、１以上の第１の気体検出素子を含む。
　前記第１のチャンバは、前記第１の検出部を収容する。
　前記第２の検出部は、気体を吸着する第２の感応膜と、前記第２の感応膜が形成され、前記第２の感応膜が気体を吸着することにより共振周波数が変動する圧電薄膜振動子とを有する、１以上の第２の気体検出素子を含む。
　前記切り替え部は、前記第１のチャンバへ気体を供給する第１の状態と、前記第１のチャンバ及び前記第２のチャンバへ気体を供給する第２の状態とを切り替える。
　前記判定回路は、前記１以上の第１の気体検出素子が出力する共振周波数の変動量に基づき、前記切り替え部への出力を変更することで前記第１の状態と第２の状態との間で切り替える。
　本発明の一形態に係る気体検出方法は、
　　気体を吸着する第１の感応膜と、前記第１の感応膜が形成され、前記第１の感応膜が気体を吸着することにより共振周波数が変動する水晶振動子とを有する、１以上の第１の気体検出素子を含む第１の検出部と、
　　前記第１の検出部を収容する第１のチャンバと、
　　気体を吸着する第２の感応膜と、前記第２の感応膜が形成され、前記第２の感応膜が気体を吸着することにより共振周波数が変動する圧電薄膜振動子とを有する、１以上の第２の気体検出素子を含む第２の検出部と、
　　前記第２の検出部を収容する第２のチャンバと、
　　前記第１のチャンバへ気体を供給する第１の状態と、前記第１のチャンバ及び前記第２のチャンバへ気体を供給する第２の状態とを切り替える切り替え部と、
　を有するセンサデバイスを用いて気体を検出する気体検出方法であって、
　前記第１の状態における前記１以上の第１の気体検出素子が出力する共振周波数の変動量に基づき、前記第２のチャンバに前記気体を供給するか否かを判定し、
　前記第２のチャンバに前記気体を供給すると判定すると前記切り替え部を前記第１の状態から前記第２の状態へ切り替える。
　本発明によれば、気体検出量の信頼性が高く、例えば、ｐｐｔ単位の低濃度からｐｐｍ単位以上の高濃度までの広い濃度領域に対応可能である。
本発明の第１の実施形態に係る気体検出装置の構成を示す。 センサデバイスの構成を模式的に示す。 制御基板のハードウェア構成を模式的に示す。 制御基板の回路構成を模式的に示す。 ＱＣＭ検出素子及びＦＢＡＲ検出素子の周波数の変動量の特性を示す。 ＱＣＭ検出素子（水分検出素子）の周波数の変動量の湿度依存性を示す。 ＦＢＡＲ検出素子の周波数の変動量の湿度依存性を示す。 判定回路の動作フローを示す。 検出回路の第１の動作フロー（気体が低濃度の場合）を示す。 検出回路の第２の動作フロー（共振周波数の変動量の補正）を示す。 検出回路の第３の動作フロー（気体が高濃度の場合）を示す。 本発明の第２の実施形態に係るセンサデバイスの構成を模式的に示す。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
［１．気体検出装置の構成］
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る気体検出装置の構成を示す。
　気体検出装置１は、センサデバイス２と、情報処理部３とを有する。センサデバイス２と、情報処理部３とは、無線又は有線で相互に通信可能に接続される。センサデバイス２と、情報処理部３とは、例えば、ＢＬＥ（Bluetooth（登録商標）Low Energy）の通信規格を利用して無線通信可能に接続される。
　センサデバイス２は、感応膜及び振動子を有する複数の検出素子を有する。感応膜が気体を吸着することにより、振動子の共振周波数が変動する。センサデバイス２は、共振周波数の変動量を検出する。センサデバイス２は、共振周波数の変動量を情報処理部３に無線送信する。
　情報処理部３は、センサデバイス２から受信した共振周波数の変動量に基づき、気体の成分及び濃度を判定する。情報処理部３は、典型的には、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ等である。情報処理部３は、クラウドサーバ等を含んでもよい。
［２．センサデバイスの構成］
　図２は、センサデバイスの構成を模式的に示す。
　センサデバイス２は、ＱＣＭ（Quarts Crystal Microbalance）検出部１０（第１の検出部）と、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）検出部２０（第２の検出部）と、第１のポンプ５０（第１の気体送出部）と、バルブ６０と、制御基板７０と、筐体８０と、を有する。
　センサデバイス２は、気体を検出し、さらに、気体の成分や濃度を測定する。気体が匂いを含む場合、センサデバイス２は、匂いを検出し、さらに、気体の成分や濃度を測定する。以下の説明において、匂いとは、複数種の匂い物質の集合体をいう。匂い物質とは、匂いの構成成分（匂い成分）に相当する。センサデバイス２の検出結果に基づき、後述するように、各匂い物質の集合体である匂いの種類が判定可能である。
　筐体８０は、制御基板７０に実装されたＱＣＭ検出部１０及びＦＢＡＲ検出部２０と、第１のポンプ５０と、バルブ６０と、を収容する。筐体８０は、第１のチャンバ３０と、第２のチャンバ４０とを含む内部空間を有する。第１のチャンバ３０は、ＱＣＭ検出部１０を収容する。第２のチャンバ４０は、ＦＢＡＲ検出部２０を収容する。筐体８０は、吸気口８３と、第１のチャンバ３０に設けられた第１の排気口８１と、第２のチャンバ４０に設けられた第２の排気口８２と、をさらに有する。
　なお、「チャンバ」とは、空間を形づくる容器を意味するが、当該容器の内部空間という意味も含む。
　第１のポンプ５０は、検出対象の気体を、吸気口８３から筐体８０内に供給するためのポンプである。検出対象の気体とは、検出及び測定対象の匂いを含む気体のことである。第１のポンプ５０は、制御基板７０からの駆動信号に基づいて駆動される。第１のポンプ５０は、例えば、制御基板７０を構成する配線基板の裏面（第１のチャンバ１０側とは反対側の面）に実装されたポンプ素子である。なお、上記配線基板には、クリーニングガス用のポンプ素子がさらに実装されてもよい。クリーニングガス用のポンプ素子は、ＱＣＭ検出部１０及びＦＢＡＲ検出部２０に含まれるＱＣＭ検出素子１１及びＦＢＡＲ検出素子２１の感応膜（後述）に吸着した物質を感応膜から脱離させるクリーニングガスを、筐体８０内に供給するためのポンプである。本実施形態で、単に「気体」と呼ぶ場合、クリーニングガスではなく、検出及び測定対象の気体（サンプリング気体）を意味する。
　なお、第１のポンプ５０の代わりに、ファンなどの他の送気手段が採用されてもよい。
　バルブ６０は、第１のチャンバ３０と第２のチャンバ４０との間を接続する通路に設けられる。バルブ６０は、センサデバイス２の非動作時及び動作開始時には、閉塞状態である。バルブ６０は、制御基板７０から駆動信号が入力されると、開放状態になる。バルブ６０は、閉塞状態で第１のチャンバ３０と第２のチャンバ４０とを分離し、開放状態で第１のチャンバ３０と第２のチャンバ４０とを連通する。
　バルブ６０が閉塞状態で第１のポンプ５０が駆動すると、気体は、吸気口８３から第１のチャンバ３０に供給され、ＱＣＭ検出部１０を通過して第１の排気口８１から排出される（図１の実線の矢印）。一方、バルブ６０が開放状態で第１のポンプ５０が駆動すると、気体は、吸気口８３から第１のチャンバ３０に供給され、ＱＣＭ検出部１０を通過する（図１の実線の矢印）。気体の一部は第１の排気口８１から排出される（図１の実線の矢印）。残りの気体は、バルブ６０を介して第２のチャンバ４０に供給され、ＦＢＡＲ検出部２０を通過して第２の排気口８２から排出される（図１の破線の矢印）。この様に、制御基板７０、第１のポンプ５０及びバルブ６０は、第１のチャンバ３０へ気体を供給する第１の状態と、第１のチャンバ３０及び第２のチャンバ４０へ気体を供給する第２の状態とを切り替える切り替え部を構成する。
［３．制御基板の構成］
　図３は、制御基板のハードウェア構成を模式的に示す。
　制御基板７０の表面には、ＱＣＭ検出部１０と、ＦＢＡＲ検出部２０とが実装される。実装方式は特に限定されず、例えば、ピンヘッダ又はハンダリフロー接続が採用される。制御基板７０の表面又は裏面（図２では表面）には、第１のマルチプレクサ７１と、第２のマルチプレクサ７２とが実装される。制御基板７０の裏面には、ＦＰＧＡ７３（ＦＰＧＡ： field-programmable gate array）と、無線通信モジュール７４とが実装される。ＱＣＭ検出部１０、第１のマルチプレクサ７１及びＦＰＧＡ７３は、基板内配線で接続される。ＦＢＡＲ検出部２０、第２のマルチプレクサ７２及びＦＰＧＡ７３は、基板内配線で接続される。
　ＱＣＭ検出部１０は、１以上（典型的には複数、さらに典型的には８～１６個、本実施形態では８個）のＱＣＭ検出素子１１（第１の気体検出素子）を含む。複数のＱＣＭ検出素子１１は、それぞれ、制御基板７０に実装された複数のセンサボード１２に実装される。センサボード１２は、発振回路１３（図４）がさらに実装される。ＱＣＭ検出素子１１と発振回路１３との対応関係は１対１（図４）でもよいし、１対２等の１対多でもよい。ＱＣＭ検出素子１１は、感応膜(第１の感応膜)と、水晶振動子(第１の振動子)とを有する。
　水晶振動子は、例えばＡＴカットと呼ばれるカット角で切断された振動子であり、薄い板状である。水晶振動子の一方の主面と、該主面と対向する他方の主面それぞれに、金属薄膜を所定の形状にパターニングした上部電極及び下部電極が形成される。感応膜は、一方の電極上に形成（塗布）される。発振回路１３（図４）が、上部電極及び下部電極の間に所定周波数の電圧信号を入力すると、水晶振動子が所定の共振周波数で共振する。水晶振動子の共振周波数は特に限定されず、例えば、数ＭＨｚ～数十ＭＨｚ帯域である。
　感応膜は、気体を吸着する。気体が匂い物質を含む場合、感応膜は、気体に含まれる匂い物質を吸着する。複数のＱＣＭ検出素子１１の感応膜は、吸着する匂い物質の選択性を有する異なる材料でそれぞれ作製される。複数のＱＣＭ検出素子１１の感応膜は、それぞれ、異なる種類の匂い物質を主に吸着する。感応膜が気体を吸着することにより、水晶振動子の共振周波数が変動する。以上のようにして、それぞれ異なる種類の匂い物質を吸着することが可能な複数チャンネル（ＣＨ）のＱＣＭ検出素子１１を備えたＱＣＭ検出部１０が構成される。
　複数のＱＣＭ検出素子１１のうち、１個のＱＣＭ検出素子１１は、水分検出素子１１Ａである。水分検出素子１１Ａの感応膜（第３の感応膜）は、気体に含まれる水分子を吸着する。水分検出素子１１Ａの感応膜は、例えば、ポリアニン（ＰＡＮ）等の親水性の感応膜である。水分検出素子１１Ａの水晶振動子は、感応膜が気体に含まれる水分子を吸着することにより共振周波数が変動する。
　ＦＢＡＲ検出部２０は、１以上（典型的には複数、さらに典型的には８～１６個、本実施形態では８個）のＦＢＡＲ検出素子２１（第２の気体検出素子）を含む。複数のＦＢＡＲ検出素子２１は、それぞれ、制御基板７０に実装された複数のセンサボード２２に実装（ワイヤボンディング又はフリップチップ接続）される。センサボード２２には、発振回路２３がさらに実装（ワイヤボンディング又はフリップチップ接続）される。ＦＢＡＲ検出素子２１と発振回路２３との対応関係は１対１（図４）でもよいし、１対２（図３）等の１対多でもよい。ＦＢＡＲ検出素子２１は、感応膜(第２の感応膜)と、圧電薄膜振動子(第２の振動子)とをそれぞれ有する。
　感応膜は、気体を吸着する。気体が匂い物質を含む場合、感応膜は、気体に含まれる匂い物質を吸着する。複数のＦＢＡＲ検出素子２１の感応膜は、吸着する匂い物質の選択性を有する異なる材料でそれぞれ作製される。複数のＦＢＡＲ検出素子２１の感応膜は、それぞれ、異なる種類の匂い物質を主に吸着する。
　圧電薄膜振動子は、感応膜が気体を吸着することにより共振周波数が変動する。圧電薄膜振動子は、基板と、圧電膜と、圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向する下部電極及び上部電極と、を有する。感応膜は、一方の電極上に形成（塗布）される。圧電薄膜振動子は、保護膜を有していてもよい。圧電薄膜振動子が保護膜を有する場合、圧電膜および上部電極を覆うように保護膜が設けられている。保護膜上に感応膜が設けられている。発振回路２３が、上部電極及び下部電極の間に所定周波数の電圧信号を入力すると、圧電薄膜振動子が所定の共振周波数で共振する。圧電薄膜振動子の共振周波数は特に限定されず、例えば、数ＧＨｚ帯域である。
　感応膜は、気体を吸着する。気体が匂い物質を含む場合、感応膜は、気体に含まれる匂い物質を吸着する。複数のＦＢＡＲ検出素子２１の感応膜は、吸着する匂い物質の選択性を有する異なる材料でそれぞれ作製される。複数のＦＢＡＲ検出素子２１の感応膜は、それぞれ、異なる種類の匂い物質を主に吸着する。感応膜が気体を吸着することにより、圧電薄膜振動子の共振周波数が変動する。複数のＦＢＡＲ検出素子２１の感応膜には、複数のＱＣＭ検出素子１１の感応膜と同種の感応膜が用いられる。以上のようにして、それぞれ異なる種類の匂い物質を吸着することが可能な複数チャンネル（ＣＨ）のＦＢＡＲ検出素子２１を備えたＦＢＡＲ検出部２０が構成される。
［４．制御基板の回路構成］
　図４は、制御基板の回路構成を模式的に示す。
　制御基板７０の表面には、ＱＣＭ検出部１０と、ＦＢＡＲ検出部２０と、第１のマルチプレクサ７１と、第２のマルチプレクサ７２とが実装される。制御基板７０の裏面には、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）７３と、無線通信モジュール７４とが実装される。
　ＱＣＭ検出部１０の複数のＱＣＭ検出素子１１は、それぞれ、発振回路１３に接続される。複数の発振回路１３は、第１のマルチプレクサ７１に接続される。ＦＢＡＲ検出部２０の複数のＦＢＡＲ検出素子２１は、それぞれ、発振回路２３に接続される。複数の発振回路２３は、第２のマルチプレクサ７２に接続される。第１のマルチプレクサ７１及び第２のマルチプレクサ７２は、ＦＰＧＡ７３に接続される。
　無線通信モジュール７４は、ＦＰＧＡ７３に接続される。無線通信モジュール７４は、例えば、ＢＬＥ（Bluetooth（登録商標）Low Energy）の通信規格を利用して情報処理部３と通信可能に接続される。
　ＦＰＧＡ７３は、第１のマルチプレクサ７１を制御して、所定時間間隔で（例えば、１秒毎）、発振回路１３の発振を切り替え、発振回路１３に駆動信号を出力する。駆動信号が入力された発振回路１３は、ＱＣＭ検出素子１１に所定周波数の電圧信号を出力し、ＱＣＭ検出素子１１から入力される周波数信号（共振周波数の変動量を示す）を応答として取得する。発振回路１３は、ＱＣＭ検出素子１１から入力された周波数信号（共振周波数の変動量を示す）を、第１のマルチプレクサ７１を介してＦＰＧＡ７３に出力する。これにより、ＦＰＧＡ７３は、所定時間間隔で（例えば、１秒毎）、複数の発振回路１３から複数のＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量を取得する。
　ＦＰＧＡ７３は、第２のマルチプレクサ７２を制御して、所定時間間隔で（例えば、１秒毎）、発振回路２３の発振を切り替え、発振回路２３に駆動信号を出力する。駆動信号が入力された発振回路２３は、ＦＢＡＲ検出素子２１に所定周波数の電圧信号を出力し、ＦＢＡＲ検出素子２１から入力される周波数信号（共振周波数の変動量を示す）を応答として取得する。発振回路２３は、ＦＢＡＲ検出素子２１から入力された周波数信号（共振周波数の変動量を示す）を、第２のマルチプレクサ７２を介してＦＰＧＡ７３に出力する。これにより、ＦＰＧＡ７３は、所定時間間隔で（例えば、１秒毎）、複数の発振回路２３から複数のＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量を取得する。
　ＦＰＧＡ７３は、第１のポンプ５０及びバルブ６０の駆動を制御する。ＦＰＧＡ７３は、第１のチャンバ３０へ気体を供給する第１の状態のときは、第１のポンプ５０を駆動し、バルブ６０を閉塞する。一方、ＦＰＧＡ７３は、第１のチャンバ３０及び第２のチャンバ４０へ気体を供給する第２の状態のときは、第１のポンプを駆動し、バルブ６０を開放する。
　無線通信モジュール７４は、ＦＰＧＡ７３に接続される。無線通信モジュール７４は、ＦＰＧＡ７３が取得したＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量及びＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量を、情報処理部３に無線送信する。
　情報処理部３は、ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量及びＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量を、センサデバイス２から受信する。図１に示すように、情報処理部３は、判定回路３１と、検出回路３２とを有する。具体的には、情報処理部３のＣＰＵが、ＲＯＭが記憶する情報処理プログラムをＲＡＭにロードして実行することにより、判定回路３１と、検出回路３２とを実現する。
　判定回路３１は、ＦＰＧＡ７３を含む制御基板７０の全体を制御する。判定回路３１は、バルブ６０を開放して第２のチャンバ４０に気体を供給するか否かを判定する。判定回路３１は、バルブ６０の状態を開放又は閉塞に変更する場合、バルブ６０に駆動信号を出力し、バルブ６０を開放又は閉塞させるようにＦＰＧＡ７３を制御する。
　検出回路３２は、ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量に基づき、気体を検出し、気体（気体に含まれる匂い物質）の成分や濃度を測定して測定値を生成する。検出回路３２は、ＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量に基づき、気体を検出し、気体（気体に含まれる匂い物質）の成分や濃度を測定して測定値を生成する。
［５．ＱＣＭ検出素子及びＦＢＡＲ検出素子の周波数の変動量の特性］
　図５は、ＱＣＭ検出素子及びＦＢＡＲ検出素子の周波数の変動量の特性を示す。
　図５は、ＦＢＡＲ検出素子及びＱＣＭ検出素子を、濃度が１０ｐｐｍ以下のトルエンガスに曝したときのＦＢＡＲ検出素子及びＱＣＭ検出素子の周波数の変動量（Frequency Change）を示す。ＱＣＭ検出素子の共振周波数の変動量は、わずか数十ＭＨｚである。一方、ＦＢＡＲ検出素子の共振周波数の変動量は、約－１１，０００～－３８，０００ＭＨｚと、大幅に変動する。要するに、ＱＣＭ検出素子の共振周波数の変動量は、ＦＢＡＲ検出素子の共振周波数の変動量より低い。このため、ＱＣＭ検出素子は、濃度が１０ｐｐｍ以下の気体には反応しない。
　ＱＣＭ検出素子は、低感度であり、低濃度（１０ｐｐｍ未満）の気体は検出できないが、高濃度（１０ｐｐｍ以上）の気体は検出可能である。これに対して、ＦＢＡＲ検出素子は、高感度であり、低濃度の気体を検出できるものの、高濃度の気体を検出する際に問題が生じる（例えば、リフレッシュの時間がかかる、発振条件から外れる）。気体のモニタリング用途において、ｐｐｂ（parts per billion）から％単位までに亘る、広い濃度領域のセンシングが必要である。
　上述のように、ＦＢＡＲ検出素子はＱＣＭ検出素子に比べて感度が高い。一方、ＦＢＡＲ検出素子の圧電膜は、ＡｌＮのスパッタ膜、ＺｎＯのスパッタ膜等の吸湿性の高い材料を用いて製造され、構造が複雑である。また、ＦＢＡＲ検出素子が保護膜を有する場合、保護膜はＳｉＯ２スパッタ膜、ＳｉＮスパッタ膜等の吸湿性の高い材料を用いて製造され、構造が複雑である。スパッタ膜であるため、圧電膜または保護膜で用いられるＳｉＯ２等の材料は柱状構造となり、湿度により劣化しやすい。このため、ＦＢＡＲ検出素子が高濃度や高湿度の気体に曝されると、圧電膜または保護膜が膨潤し、破壊や特性劣化が生じる可能性がある。また、ＦＢＡＲ検出素子が温湿度の影響を受けると、気体吸着以外の影響により、感応膜の周波数が変動し、結果的に誤作動が生じるおそれがある。一方、ＱＣＭ検出素子は、結晶の切り出しにより作成されるため、湿度に耐性がある。
　そこで、本実施形態では、気体の濃度が１０ｐｐｍ未満程度の低濃度である場合には、高感度のＦＢＡＲ検出素子２１を用いて気体を検出する。一方、気体の濃度が１０ｐｐｍ以上程度の高濃度である場合には、低感度であるが安定した動作のＱＣＭ検出素子１１を用いて気体を検出する。
　図６は、ＱＣＭ検出素子（水分検出素子）の周波数の変動量の湿度依存性を示す。
　上述のように、ＱＣＭ検出素子は、濃度が１０ｐｐｍ以下の気体に曝されても、共振周波数の変動量が小さい。一方、親水性の感応膜を有するＱＣＭ検出素子は、気体に含まれる水分子を吸着するため、非親水性の感応膜を有するＱＣＭ検出素子と比較して、共振周波数の変動量が大きい。このため、特に１０ｐｐｍ以下の濃度領域で、１個のＱＣＭ検出素子を水分検出素子１１Ａとして利用する。相対湿度（Relative Humidity）が１０～９０％の領域で、水分検出素子１１Ａの共振周波数は、相対湿度に対してほぼ線形に変動している。特に親水性の感応膜であるポリアニリン（ＰＡＮ）等は湿度に対する応答が大きく、ポリアニリン（ＰＡＮ）製の感応膜を有するＱＣＭ検出素子１１を、水分検出素子１１Ａとして用いる。
　図７は、ＦＢＡＲ検出素子の周波数の変動量の湿度依存性を示す。
　ＦＢＡＲ検出素子の共振周波数は、相対湿度に依存して変動する。そこで、本実施形態では、ＦＢＡＲ検出素子の共振周波数の変動量を補正し、湿度の影響を排除した値を生成する。具体的には、水分検出素子１１Ａが検出した湿度に基づき、ＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量を補正する。より具体的には、複数のＦＢＡＲ検出素子２１それぞれの湿度依存性のデータ（湿度係数）を、予め取得しておく。ＦＢＡＲ検出素子２１を用いて気体を検出する際、水分検出素子１１Ａ（ＱＣＭ検出素子１１のうちの１個）の周波数変動量に基づき気体の湿度を判断する。判断した湿度と、予め取得しておいた複数のＦＢＡＲ検出素子２１の湿度依存性のデータ（湿度係数）とに基づき、測定したＦＢＡＲ検出素子２１の周波数の変動量を補正する。これにより、１０ｐｐｍ未満程度の低濃度の気体を検出する際に、ＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量から湿度の影響を排除する。その結果、１０ｐｐｍ未満程度の低濃度の気体であっても、より正確に、気体を検出し、気体に含まれる匂い物質の成分及び濃度を測定することが可能となる。
　同様に、ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量を、水分検出素子１１Ａが検出した湿度に基づき補正してもよい。
［６．気体検出装置の動作フロー］
　（１）判定回路の動作フロー
　図８は、判定回路の動作フローを示す。
　前提として、バルブ６０は閉塞状態であり、第１のチャンバ３０と第２のチャンバ４０とを分離し、第２のチャンバ４０への気体の供給を断っている。
　判定回路３１は、第１のポンプ５０を駆動して第１のチャンバ３０に気体を供給する（ステップＳ１０１）。バルブ６０は閉塞状態であるため、第２のチャンバ４０には気体が供給されない。判定回路３１は、ＦＰＧＡ７３を制御して、ＱＣＭ検出部１０に含まれるＱＣＭ検出素子１１から、所定時間間隔で（例えば、１秒毎）、共振周波数の変動量の取得を開始させる（ステップＳ１０２）。これにより、ＦＰＧＡ７３は、所定時間間隔で（例えば、１秒毎）、発振回路１３からＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量を取得する。ＦＰＧＡ７３は、ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量を判定回路３１に送信する。
　判定回路３１は、ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量が閾値（例えば、１０Ｈｚ）未満か閾値以上かを判定する（ステップＳ１０３）。ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量が１０Ｈｚ未満とは、気体の濃度が１０ｐｐｍ未満程度の低濃度であることを意味する（ステップＳ１０３、ＹＥＳ）。一方、ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量が１０Ｈｚ以上とは、気体の濃度が１０ｐｐｍ以上程度の高濃度であることを意味する（ステップＳ１０３、ＮＯ）。
　ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量が１０Ｈｚ未満（気体の濃度が１０ｐｐｍ未満程度の低濃度）である場合（ステップＳ１０３、ＹＥＳ）、判定回路３１は、第２のチャンバ４０に気体を供給すると判定し、バルブ６０に駆動信号を出力し、開放する（ステップＳ１０４）。これにより、第１のポンプ５０により第１のチャンバ３０に供給された気体の一部が、バルブ６０を介して第２のチャンバ４０に供給される。
　一方、ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量が１０Ｈｚ以上（気体の濃度が１０ｐｐｍ以上程度の高濃度）である場合（ステップＳ１０３、ＮＯ）、判定回路３１は、第２のチャンバ４０に気体を供給しないと判定し、バルブ６０に駆動信号を出力せずに閉塞したままとする。これにより、第１のポンプ５０により第１のチャンバ３０に供給された気体の一部が、バルブ６０を介して第２のチャンバ４０に供給されることがない。
　判定回路３１は、その後に続く検出回路３２の動作中も継続的に（Ｌｏｏｐ）、ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量が１０Ｈｚ未満か１０Ｈｚ以上かを判定し（ステップＳ１０３）、判定結果に応じてバルブ６０を開放又は閉塞するための駆動信号の出力を変更すればよい（ステップＳ１０４）。
　（２）検出回路の第１の動作フロー（気体が低濃度の場合）
　図９は、検出回路の第１の動作フロー（気体が低濃度の場合）を示す。
　気体の濃度が１０ｐｐｍ未満（低濃度）の場合（ステップＳ１０３、ＹＥＳ）、気体が第１のチャンバ３０及び第２のチャンバ４０に供給される（ステップＳ１０４）。
　検出回路３２は、ＦＰＧＡ７３を制御して、ＦＢＡＲ検出部２０に含まれるＦＢＡＲ検出素子２１から、所定時間間隔で（例えば、１秒毎）、共振周波数の変動量の取得を開始させる（ステップＳ２０１）。これにより、ＦＰＧＡ７３は、所定時間間隔で（例えば、１秒毎）、発振回路２３からＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量を取得する。ＦＰＧＡ７３は、ＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量を検出回路３２に送信する。
　検出回路３２は、ＦＰＧＡ７３を制御して、ＱＣＭ検出部１０に含まれる水分検出素子１１Ａから、所定時間間隔で（例えば、１秒毎）、共振周波数の変動量の取得を開始させる（ステップＳ２０２）。これにより、ＦＰＧＡ７３は、所定時間間隔で（例えば、１秒毎）、発振回路１３から水分検出素子１１Ａの共振周波数の変動量を取得する。ＦＰＧＡ７３は、水分検出素子１１Ａの共振周波数の変動量を検出回路３２に送信する。
　検出回路３２は、水分検出素子１１Ａの共振周波数の変動量（直前、例えば１秒前の値）に基づき、少なくとも一部のＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量を補正する（ステップＳ２０３）。共振周波数の変動量は、気体に含まれる水分量（湿度）の影響を受ける。言い換えれば、ＦＢＡＲ検出素子２１の感応膜が気体に含まれる水分子を吸着することにより共振周波数が変動する。ＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量から、気体に含まれる水分量（湿度）の影響を排除するために、ＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量を補正する。共振周波数の変動量を補正する方法は後でより具体的に説明する。
　補正後の少なくとも一部のＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量が所定の閾値未満である場合、ＦＢＡＲ検出素子２１の感応膜に吸着される匂い物質の量が、匂い成分の判定に必要な量に未だ達していないことを意味する（ステップＳ２０４、ＹＥＳ）。この場合、検出回路３２は、ＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量の取得（ステップＳ２０１）、水分検出素子１１Ａの共振周波数の変動量の取得（ステップＳ２０２）及びＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量の補正（ステップＳ２０３）を繰り返し継続する。
　一方、補正後の少なくとも一部のＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量が所定の閾値以上である場合、ＦＢＡＲ検出素子２１の感応膜に吸着される匂い物質の量が、匂い成分の判定に必要な量に達したことを意味する（ステップＳ２０４、ＮＯ）。この場合、検出回路３２は、全てのＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量を取得及び補正し、補正後の全てのＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量に基づき、気体を検出する。具体的には、検出回路３２は、気体の成分及び濃度を測定して測定値を生成する。さらに具体的には、検出回路３２は、気体に含まれる匂い物質を測定して測定値（成分及び濃度を示す）を生成する（ステップＳ２０５）。
　検出回路３２は、機械学習を用いて気体の種類を判定する。検出回路３２は、複数（各ＣＨ）のＦＢＡＲ検出素子２１の測定値の組み合わせから、各ＦＢＡＲ検出素子２１の感応膜に吸着された匂い物質の成分比を特定し、予め情報処理部３の記憶装置（ＲＯＭ等）やデータベースに蓄積された匂い成分比に最も近い匂いを抽出することで、第２のチャンバ４０に供給された気体（匂い）の種類を判定する。例えば、検出回路３２は、ニューラルネットワーク、決定木、サポートベクタマシン等の機械学習アルゴリズムを用いて、気体の種類を判定する。検出回路３２は、スタンドアロンで気体の種類を判定してもよいし、クラウドサーバに各ＦＢＡＲ検出素子２１の測定値を出力して気体の種類を判定させてもよい。検出回路３２は、判定した気体の種類に応じて、アクションを実行する。アクションの例として、検出回路３２は、気体が悪臭を含むと判定したら消臭剤を噴霧したり、換気扇をオンにする等の制御信号を出力してもよい（ステップＳ２０６）。また、検出回路３２は、気体が焦げ臭を含むと判定したら、スプリンクラーを起動したり、アラーム音を出力する等の制御信号を出力してもよい。
　（３）検出回路の第２の動作フロー（共振周波数の変動量の補正）
　図１０は、検出回路の第２の動作フロー（共振周波数の変動量の補正）を示す。
　検出回路３２は、水分検出素子１１Ａの共振周波数の変動量（ステップＳ２０２）に基づき、湿度の変動量を算出する（ステップＳ３０１）。具体的には、水分検出素子１１Ａの湿度依存性のデータ（湿度係数）を予め取得しておき、情報処理部３の記憶装置（ＲＯＭ等）に記憶しておく。検出回路３２は、水分検出素子１１Ａの共振周波数の変動量の生データと、水分検出素子１１Ａの湿度係数とを乗算することにより、湿度変動量を算出する。これを式で表すと以下の様になる。
　湿度変動量＝水分検出素子の周波数変動量（Ｈｚ）×水分検出素子の湿度係数（Ｈｚ／％）
　次に、検出回路３２は、複数のＦＢＡＲ検出素子２１それぞれの湿度依存性のデータ（湿度係数）と、算出した湿度変動量とに基づき、ＦＢＡＲ検出素子２１それぞれの共振周波数の変動量のうち、水分（湿度）の影響による共振周波数の変動量を算出する（ステップＳ３０２）。具体的には、複数のＦＢＡＲ検出素子２１それぞれの湿度依存性のデータ（湿度係数）を予め取得しておき、情報処理部３の記憶装置（ＲＯＭ等）に記憶しておく。検出回路３２は、ＦＢＡＲ検出素子２１の湿度係数と、湿度変動量（ステップＳ３０１）とを乗算することにより、ＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量のうち、水分（湿度）の影響による共振周波数の変動量を算出する。これを式で表すと以下の様になる。
　湿度の影響によるＦＢＡＲ検出素子の周波数変動量＝ＦＢＡＲ検出素子の湿度係数（Ｈｚ／％）×湿度変動量
　＝ＦＢＡＲ検出素子の湿度係数（Ｈｚ／％）×水分検出素子の周波数変動量（Ｈｚ）×水分検出素子の湿度係数（Ｈｚ／％）
　次に、検出回路３２は、ＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量の生データから、湿度の影響によるＦＢＡＲ検出素子の周波数変動量（ステップＳ３０２）を減算する。これにより、ＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量を補正する（ステップＳ３０３）。言い換えれば、ＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量の生データは、気体に含まれる水分と、水分を除く物質（匂い物質を含む）の影響を受けている。ここから、気体に含まれる水分の影響を取り除くことで、ＦＢＡＲ検出素子２１の共振周波数の変動量を補正する。以上の補正（ステップＳ３０１乃至ステップＳ３０３）を１個の式で表すと以下の様になる。
　補正後のＦＢＡＲ検出素子の周波数変動量（Ｈｚ）＝ＦＢＡＲ検出素子の生データ（Ｈｚ）×（１－ＦＢＡＲ検出素子の湿度係数（Ｈｚ／％）×水分検出素子の周波数変動量（Ｈｚ）×水分検出素子の湿度係数（Ｈｚ／％））
　（４）検出回路の第３の動作フロー（気体が高濃度の場合）
　図１１は、検出回路の第３の動作フロー（気体が高濃度の場合）を示す。
　気体の濃度が１０ｐｐｍ以上（高濃度）の場合（ステップＳ１０３、ＮＯ）、バルブ６０が開放されず、気体が第２のチャンバ４０に供給されない。
　検出回路３２は、ＦＰＧＡ７３を制御して、ＱＣＭ検出部１０に含まれるＱＣＭ検出素子１１（水分検出素子１１Ａを含む）から、所定時間間隔で（例えば、１秒毎）、共振周波数の変動量の取得を開始させる（ステップＳ４０１）。これにより、ＦＰＧＡ７３は、所定時間間隔で（例えば、１秒毎）、発振回路２３からＱＣＭ検出素子１１（水分検出素子１１Ａを含む）の共振周波数の変動量を取得する。ＦＰＧＡ７３は、ＱＣＭ検出素子１１（水分検出素子１１Ａを含む）の共振周波数の変動量を検出回路３２に送信する。
　検出回路３２は、水分検出素子１１Ａの共振周波数の変動量に基づき、少なくとも一部のＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量を補正してもよい（ステップＳ４０２）。補正は上記の方法（ステップＳ３０１乃至ステップＳ３０３）と同様の手法で行えばよい。
　補正後の少なくとも一部のＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量が所定の閾値未満である場合（ステップＳ４０３、ＹＥＳ）、検出回路３２は、ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量の取得（ステップＳ４０１）及びＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量の補正（ステップＳ４０２）を繰り返し継続する。
　一方、補正後の少なくとも一部のＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量が所定の閾値以上である場合（ステップＳ４０３、ＮＯ）、検出回路３２は、全てのＱＣＭ検出素子１１（水分検出素子１１Ａを除く）の共振周波数の変動量を取得及び補正し、補正後の全てのＱＣＭ検出素子１１（水分検出素子１１Ａを除く）の共振周波数の変動量に基づき、気体を検出する。具体的には、検出回路３２は、気体の成分及び濃度を測定して測定値を生成する。さらに具体的には、検出回路３２は、気体に含まれる匂い物質を測定して測定値（成分及び濃度を示す）を生成する（ステップＳ４０４）。検出回路３２は、機械学習を用いて気体の測定値を判定し、判定した測定値に応じて、アクションを実行してもよい（ステップＳ４０５）。
　検出回路３２は、複数（各ＣＨ）のＱＣＭ検出素子１１の測定値の組み合わせから、各ＱＣＭ検出素子１１の感応膜に吸着された匂い物質の成分比を特定し、予め情報処理部３の記憶装置（ＲＯＭ等）やデータベースに蓄積された匂い成分比に最も近い匂いを抽出してもよい。これにより、第１のチャンバ３０に供給された気体（匂い）の種類を判定することができる。
＜第２の実施形態＞
　第１の実施形態では、センサデバイス２は、第２のチャンバ４０への気体の供給と非供給とを切り替える切り替え部として、バルブ６０を有する。一方、第２の実施形態に係るセンサデバイス４では、切り替え部の構成が第１の実施形態と異なる。以下、既に説明した構成及び動作は説明及び図示を省略し、異なる点を中心に説明する。
［１．センサデバイスの構成］
　図１２は、本発明の第２の実施形態に係るセンサデバイスの構成を模式的に示す。
　センサデバイス４は、ＱＣＭ検出部１０（第１の検出部）と、ＦＢＡＲ検出部２０（第２の検出部）と、第１のチャンバ３０と、第２のチャンバ４０と、第１のポンプ５０（第１の気体送出部）と、第２のポンプ５１（第２の気体送出部）と、仕切り６１と、制御基板７０と、筐体８０と、を有する。
　筐体８０は、制御基板７０に実装されたＱＣＭ検出部１０及びＦＢＡＲ検出部２０と、第１のポンプ５０と、仕切り６１と、を収容する。筐体８０は、第１のチャンバ３０と、第２のチャンバ４０とを含む内部空間を有する。第１のチャンバ３０は、ＱＣＭ検出部１０を収容する。第２のチャンバ４０は、ＦＢＡＲ検出部２０を収容する。筐体８０は、吸気口８３と、第１のチャンバ３０に設けられた第１の排気口８１と、第２のチャンバ４０に設けられた第２の排気口８２と、をさらに有する。
　第１のポンプ５０は、検出対象の気体を、吸気口８３から筐体８０内（第１のチャンバ３０内）に供給するためのポンプである。第２のポンプ５１は、検出対象の気体を、吸気口８３から筐体８０内（第２のチャンバ４０内）に供給するためのポンプである。第１のポンプ５０及び第２のポンプ５１は、制御基板７０からの駆動信号に基づいて駆動される。
　第１のポンプ５０および第２のポンプ５１の代わりに、ファンなどの他の送気手段が採用されてもよい。
　なお、センサデバイス４は、第１のポンプ５０及び第２のポンプ５１に加えて、クリーニングガス用のポンプ素子をさらに備えていてもよい。クリーニングガス用のポンプ素子は、ＱＣＭ検出部１０及びＦＢＡＲ検出部２０に含まれるＱＣＭ検出素子１１及びＦＢＡＲ検出素子２１の感応膜に吸着した物質を感応膜から脱離させるクリーニングガスを、筐体８０内に供給するためのポンプである。本実施形態で、単に「気体」と呼ぶ場合、クリーニングガスではなく、検出及び測定対象の気体（サンプリング気体）を意味する。
　仕切り６１は、第１のチャンバ３０と第２のチャンバ４０とを常時分離し、第１のチャンバ３０と第２のチャンバ４０との連通を常時規制する。第１のポンプ５０が駆動すると、気体は、吸気口８３から第１のチャンバ３０に供給され、ＱＣＭ検出部１０を通過して第１の排気口８１から排出される（図２の実線の矢印）。一方、第２のポンプ５１が駆動すると、気体は、吸気口８３から第２のチャンバ４０に供給され、ＦＢＡＲ検出部２０を通過して第２の排気口８２から排出される（図２の破線の矢印参照）。
この様に、制御基板７０、第１のポンプ５０及び第２のポンプ５１は、第１のチャンバ３０へ気体を供給する第１の状態と、第１のチャンバ３０及び第２のチャンバ４０へ気体を供給する第２の状態とを選択する切り替え部を構成する。
［２．気体検出装置の動作フロー］
　図８を参照し、判定回路の動作フローを説明する。判定回路３１は、第１のポンプ５０を駆動して第１のチャンバ３０に気体を供給する（ステップＳ１０１）。仕切り６１が第１のチャンバ３０と第２のチャンバ４０とを分離するため、第２のチャンバ４０には気体が供給されない。判定回路３１は、ＦＰＧＡ７３を制御して、ＱＣＭ検出部１０に含まれるＱＣＭ検出素子１１から、所定時間間隔で（例えば、１秒毎）、共振周波数の変動量の取得を開始させる（ステップＳ１０２）。これにより、ＦＰＧＡ７３は、所定時間間隔で（例えば、１秒毎）、発振回路１３からＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量を取得する。ＦＰＧＡ７３は、ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量を判定回路３１に送信する。
　判定回路３１は、ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量が１０Ｈｚ（閾値）未満か１０Ｈｚ以上かを判定する（ステップＳ１０３）。ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量が１０Ｈｚ未満とは、気体の濃度が１０ｐｐｍ未満程度の低濃度であることを意味する（ステップＳ１０３、ＹＥＳ）。一方、ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量が１０Ｈｚ以上とは、気体の濃度が１０ｐｐｍ以上程度の高濃度であることを意味する（ステップＳ１０３、ＮＯ）。
　ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量が１０Ｈｚ未満（気体の濃度が１０ｐｐｍ未満程度の低濃度）である場合（ステップＳ１０３、ＹＥＳ）、判定回路３１は、第２のチャンバ４０に気体を供給すると判定し、第２のポンプ５１に駆動信号を出力して第２のチャンバ４０に気体を供給する（ステップＳ１０４）。これにより、第１のポンプ５０により第１のチャンバ３０に気体が供給され、同時に、第２のポンプ５１により第２のチャンバ４０に気体が供給される。
　一方、ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量が１０Ｈｚ以上（気体の濃度が１０ｐｐｍ以上程度の高濃度）である場合（ステップＳ１０３、ＮＯ）、判定回路３１は、第２のチャンバ４０に気体を供給しないと判定し、第２のポンプ５１に駆動信号を出力しない。これにより、気体が第２のチャンバ４０に供給されることがない。
　判定回路３１は、その後に続く検出回路３２の動作中も継続的に（Ｌｏｏｐ）、ＱＣＭ検出素子１１の共振周波数の変動量が１０Ｈｚ未満か１０Ｈｚ以上かを判定し（ステップＳ１０３）、判定結果に応じて、第２のポンプ５１を駆動又は停止するための駆動信号の出力を変更すればよい（ステップＳ１０４）。
　以上の動作フローでは、先ずは気体をＱＣＭ検出素子１１のみに供給し、ＱＣＭ検出素子１１を用いて気体の濃度を判断し、高濃度の気体はＦＢＡＲ検出素子２１に供給しないようにしたが、これに限られない。例えば、第１のポンプ５０及び第２のポンプ５１の駆動を同時に開始し、気体をＱＭＣ検出素子１１及びＦＢＡＲ検出素子２１の双方に供給し、ＱＣＭ検出素子１１を用いた気体の濃度判定において高濃度と判定された場合は、第２のポンプ５１の駆動を停止し、ＦＢＡＲ検出素子２１への気体の供給を遮断するようにしてもよい。この場合、ＦＢＡＲ検出素子２１が高濃度の気体に曝される時間はごく僅かであるため、ＦＢＡＲ検出素子２１の劣化を防ぐことができる。
＜変形例＞
　上記実施形態では、気体検出装置１は、センサデバイス２、４と、情報処理部３とを有する。情報処理部３は、センサデバイス２、４と通信可能であり、判定回路３１と、検出回路３２とを有する。これに対して、センサデバイス２、４のＦＰＧＡ７３が、判定回路３１と、検出回路３２とを有してもよい。言い換えれば、センサデバイス２、４がスタンドアロンで、第２のチャンバ４０への気体の供給と非供給とを制御し、気体を検出してもよい。
　あるいは、判定回路３１及び検出回路３２の機能を、センサデバイス２、４及び情報処理部３に分散させてもよい。例えば、センサデバイス２、４が判定回路３１を有し、スタンドアロンで第２のチャンバ４０への気体の供給と非供給とを制御してもよい。情報処理部３が検出回路３２を有し、気体を検出してもよい。別の例として、検出回路３２の機能を、センサデバイス２、４及び情報処理部３に分散させてもよい。例えば、センサデバイス２、４が気体を検出し、情報処理部３が気体に含まれる匂い物質の測定値を生成してもよい。
　上記実施形態では、第２の気体検出素子として、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）の振動子を有するＦＢＡＲ気体検出素子２１を使用する。ＦＢＡＲ気体検出素子２１は、エアギャップ方式でもキャビティ方式でもよい。ＦＢＡＲ気体検出素子２１に代えて、ＳＭＲ(Solid Mounted Resonator)気体検出素子を、第２の気体検出素子として使用してもよい。ＦＢＡＲ気体検出素子２１及びＳＭＲ気体検出素子は、何れも、ＢＡＷ（バルク波：Bulk Acoustic Wave）を利用した気体検出素子である。ＢＡＷを利用した気体検出素子に代えて、圧電体基板の表面を伝搬するＳＡＷ（表面弾性波：Surface Acoustic Wave)を、第２の気体検出素子として使用してもよい。
＜結語＞
　本実施形態に係るセンサデバイス２、４は、複数のＱＣＭ検出素子１１と複数のＦＢＡＲ検出素子２１とを、１個の筐体８０内に実装する。先ずは気体をＱＣＭ検出素子１１のみに供給し、ＱＣＭ検出素子１１を用いて気体の濃度を判断する。切り替え部を用いて、高濃度の気体をＱＣＭ検出素子１１だけに供給し、低濃度の気体をＱＣＭ検出素子１１及びＦＢＡＲ検出素子２１に供給する。特にＦＢＡＲ検出素子２１を用いて低濃度の気体を検出するとき、ＱＣＭ検出素子１１に含まれる水分検出素子１１Ａを用いて気体の湿度変動量を算出し、湿度変動量に基づき、ＦＢＡＲ検出素子２１の出力値（共振周波数の変動量）を補正する。
　本実施形態によれば、検出濃度領域の異なるＱＣＭ検出素子１１（～ｐｐｍ）とＦＢＡＲ検出素子２１（ｐｐｂ～ｐｐｔ）とを用いることで、広い濃度領域の気体を検出することができる。また、先ずは気体をＱＣＭ検出素子１１のみに供給し、ＱＣＭ検出素子１１を用いて気体の濃度を判断し、高濃度の気体はＦＢＡＲ検出素子２１に供給しない。これにより、低感度のＱＣＭ検出素子１１を用いて高濃度の気体を検出し、一方、特性劣化が比較的生じやすいＦＢＡＲ検出素子２１が劣化するのを防いで寿命を延ばすことができる。高感度のＦＢＡＲ検出素子２１を用いて低濃度の気体を検出するとき、ＱＣＭ検出素子１１に含まれる水分検出素子１１Ａを用いて、相対湿度をリアルタイム（遅延がほとんど発生しないこと。以下同様）で検出する。これにより、ＦＢＡＲ検出素子２１の出力値をリアルタイムで補正し、湿度の影響を排除した値を生成することができる。これにより、リアルタイムで気体を検出し、リアルタイムでアクションを提案及び実行することが可能となる。
　本技術の各実施形態及び各変形例について上に説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１…気体検出装置
２，４…センサデバイス
３…情報処理部
１０…ＱＣＭ検出部
１１…ＱＣＭ検出素子
２０…ＦＢＡＲ検出部
２１…ＦＢＡＲ検出素子
３０…第１のチャンバ
３１…判定回路
３２…検出回路
４０…第２のチャンバ
５０…第１のポンプ
５１…第２のポンプ
６０…バルブ
６１…仕切り
７０…制御基板
８０…筐体

Claims (10)

  1. 　気体を吸着する第１の感応膜と、前記第１の感応膜が形成され、前記第１の感応膜が気体を吸着することにより共振周波数が変動する水晶振動子とを有する、１以上の第１の気体検出素子を含む第１の検出部と、
    　前記第１の検出部を収容する第１のチャンバと、
    　気体を吸着する第２の感応膜と、前記第２の感応膜が形成され、前記第２の感応膜が気体を吸着することにより共振周波数が変動する圧電薄膜振動子とを有する、１以上の第２の気体検出素子を含む第２の検出部と、
    　前記第２の検出部を収容する第２のチャンバと、
    　前記第１のチャンバへ気体を供給する第１の状態と、前記第１のチャンバ及び前記第２のチャンバへ気体を供給する第２の状態とを切り替える切り替え部と、
    　前記１以上の第１の気体検出素子が出力する共振周波数の変動量に基づき、前記切り替え部への出力を変更することで前記第１の状態と第２の状態との間で切り替える判定回路と
    　を具備する気体検出装置。
  2. 　請求項１に記載の気体検出装置であって、
    　前記判定回路は、前記１以上の第１の気体検出素子が出力する共振周波数の変動量が閾値未満であると判定すると、前記切り替え部を前記第１の状態から前記第２の状態へ切り替える
    　気体検出装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の気体検出装置であって、
    　前記第２の状態において前記１以上の第２の気体検出素子が出力する共振周波数の変動量に基づき前記気体を検出し、
    　前記第１の状態において前記１以上の第１の気体検出素子が出力する共振周波数の変動量に基づき前記気体を検出する
    　検出回路
    　をさらに具備する気体検出装置。
  4. 　請求項３に記載の気体検出装置であって、
    　前記第１の検出部は、前記気体に含まれる水分子を吸着する第３の感応膜と、前記第３の感応膜が水分子を吸着することにより共振周波数が変動する水晶振動子である第３の振動子とを有する、水分検出素子をさらに含み、
    　前記検出回路は、前記水分検出素子が出力する共振周波数の変動量に基づき湿度変動量を算出し、前記湿度変動量に基づき前記１以上の第１の気体検出素子又は前記１以上の第２の気体検出素子が出力する前記共振周波数の変動量を補正し、補正後の前記共振周波数の変動量に基づき前記気体を検出する
    　気体検出装置。
  5. 　請求項１～４の何れか一項に記載の気体検出装置であって、
    　前記切り替え部は、前記第１のチャンバに気体を供給する第１の気体送出部と、開放状態で前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを連通し、閉塞状態で前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを分離するバルブとを有し、
    　前記判定回路は、前記バルブを開放することにより、前記切り替え部を前記第１の状態から前記第２の状態へ切り替える
    　気体検出装置。
  6. 　請求項１乃至４の何れか一項に記載の気体検出装置であって、
    　前記切り替え部は、前記第１のチャンバに気体を供給する第１の気体送出部と、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを分離する仕切りと、前記第２のチャンバに前記気体を供給する第２の気体送出部と、を有し、
    　前記判定回路は、前記第２の気体送出部を駆動することにより、前記切り替え部を前記第１の状態から前記第２の状態へ切り替える
    　気体検出装置。
  7. 　請求項３又は４に記載の気体検出装置であって、
    　前記検出回路は、
    　　前記第２の状態において前記１以上の第２の気体検出素子が出力する共振周波数の変動量に基づき前記気体を測定して測定値を生成し、
    　　前記第１の状態において前記１以上の第１の気体検出素子が出力する共振周波数の変動量に基づき前記気体を測定して測定値を生成する
    　気体検出装置。
  8. 　請求項７に記載の気体検出装置であって、
    　前記気体は、匂い物質を含み、
    　前記検出回路は、前記気体に含まれる前記匂い物質を測定して前記測定値を生成する
    　気体検出装置。
  9. 　請求項７又は８に記載の気体検出装置であって、
    　前記検出回路は、前記測定値に基づき所定のアクションを実行する
    　気体検出装置。
  10. 　　気体を吸着する第１の感応膜と、前記第１の感応膜が形成され、前記第１の感応膜が気体を吸着することにより共振周波数が変動する水晶振動子とを有する、１以上の第１の気体検出素子を含む第１の検出部と、
    　　前記第１の検出部を収容する第１のチャンバと、
    　　気体を吸着する第２の感応膜と、前記第２の感応膜が形成され、前記第２の感応膜が気体を吸着することにより共振周波数が変動する圧電薄膜振動子とを有する、１以上の第２の気体検出素子を含む第２の検出部と、
    　　前記第２の検出部を収容する第２のチャンバと、
    　　前記第１のチャンバへ気体を供給する第１の状態と、前記第１のチャンバ及び前記第２のチャンバへ気体を供給する第２の状態とを切り替える切り替え部と、
    　を有するセンサデバイスを用いて気体を検出する気体検出方法であって、
    　前記第１の状態における前記１以上の第１の気体検出素子が出力する共振周波数の変動量に基づき、前記第２のチャンバに前記気体を供給するか否かを判定し、
    　前記第２のチャンバに前記気体を供給すると判定すると前記切り替え部を前記第１の状態から前記第２の状態へ切り替える
    　気体検出方法。
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