JP7726686B2 - Gas detection device, humidity correction method and control device - Google Patents
Gas detection device, humidity correction method and control deviceInfo
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Description
本発明は、ガス検出装置、湿度補正方法および制御装置に関する。 The present invention relates to a gas detection device, a humidity correction method, and a control device.
複数のにおい成分の集合体であるにおいを識別するために、複数の異なる化学的性質を有する吸着膜をアレイ化してマルチアレイセンサとし、においをパターン化させるにおいセンサの開発が近年活発となってきている。このようなにおいセンサを用いることにより快適なにおいと不快なにおいの区別が可能となり、室内や車内の環境管理、工場の工程管理、初期火災や人体に影響を及ぼす悪臭を検知するための環境モニタリングなど、これまで人が官能的に評価していた分野へのにおいセンサの応用が検討され始めている。 In order to distinguish between odors, which are collections of multiple odorous components, there has been active development in recent years of odor sensors that pattern odors by arranging adsorption films with multiple different chemical properties into an array to form a multi-array sensor. Using such odor sensors makes it possible to distinguish between pleasant and unpleasant odors, and applications of odor sensors are beginning to be explored in areas where human sensory evaluation has traditionally been relied upon, such as indoor and vehicle environmental management, factory process management, and environmental monitoring to detect early-stage fires and foul odors that affect the human body.
例えば、においセンサには、水晶振動子上に吸着膜を設けた検出素子が用いられる。水晶振動子の共振周波数は吸着膜に吸着したにおい成分の重量に比例して減少するので、共振周波数の変化量を基ににおい成分の量を検出することができる。このため、におい成分を吸着する吸着膜の経時劣化による感度レベルの低下はにおいセンサの信頼性に影響を及ぼす。経時劣化による吸着膜の劣化は、センサ使用時に吸着したにおい成分が吸着膜から脱離できなくなり、吸着膜に留まり続けることで、におい成分が堆積していくことが主要因である。 For example, odor sensors use a detection element with an adsorption film on a quartz crystal oscillator. The resonant frequency of the quartz crystal oscillator decreases in proportion to the weight of odor components adsorbed to the adsorption film, so the amount of odor components can be detected based on the change in resonant frequency. For this reason, a decrease in sensitivity level due to deterioration over time of the adsorption film that adsorbs odor components affects the reliability of the odor sensor. The main cause of deterioration of the adsorption film over time is that adsorbed odor components are unable to desorb from the adsorption film during sensor use and remain trapped in the adsorption film, causing the odor components to accumulate.
例えば特許文献1には、劣化具合に応じて2段階のパラメータをもつ補正手段を用いて経時劣化によるセンサ値の補正精度を向上させる手法が開示されている。また、特許文献2には、センサの応答量を補正するためのリファレンスとなるセンサを新たに付加することで補正を行う方法が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a method for improving the accuracy of correcting sensor values due to deterioration over time by using a correction means with two stages of parameters depending on the degree of deterioration. Furthermore, Patent Document 2 discloses a method for performing correction by adding a new sensor that serves as a reference for correcting the sensor's response amount.
しかしながら、特許文献1の方法では、2段階のみのパラメータを持つため、劣化具合に対し、柔軟に対応することが難しく、長期的な環境や、パラメータの変化点等においては、その差が生じやすい。またセンサ個体に特有の経時変化を示してしまった場合には、補正はうまく機能しなくなる。 However, the method in Patent Document 1 has parameters with only two stages, making it difficult to flexibly respond to the degree of deterioration, and differences are likely to occur in long-term environments or when parameters change. Furthermore, if an individual sensor exhibits changes over time that are unique to that sensor, the correction will no longer function properly.
一方、特許文献2の方法では、ガスセンサの補正のためにリファレンスを用意しなければならないため、追加のコストが必要になる。また、使用するリファレンスは、測定に用いるセンサの経時変化特性を含めて同じ特性を持っていなければならない。 On the other hand, the method described in Patent Document 2 requires the preparation of a reference for correcting the gas sensor, which incurs additional costs. Furthermore, the reference used must have the same characteristics as the sensor used for measurement, including its time-dependent change characteristics.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、センサの経時変化に柔軟に対応しつつ、測定値の補正精度を向上させることができるガス検出装置、湿度補正方法および制御装置を提供することにある。 In light of the above circumstances, the object of the present invention is to provide a gas detection device, humidity correction method, and control device that can flexibly respond to changes in the sensor over time while improving the accuracy of correction of measurement values.
本発明の一形態に係るガス検出装置は、検出素子と、湿度センサと、制御装置とを具備する。
前記検出素子は、検出対象ガスに含まれるにおい成分の吸着により出力変化を生じる。
前記湿度センサは、前記検出対象ガスの湿度を検出する。
前記制御装置は、取得部と、記憶部と、測定部と、更新部とを有する。
前記取得部は、前記検出素子の測定値と、前記湿度センサの測定値とを取得する。
前記記憶部は、補正係数を記憶する。
前記測定部は、前記補正係数を用いて湿度補正された前記検出素子の出力に基づいて前記におい成分を測定する。
前記更新部は、前記検出素子および前記湿度センサ各々の測定値の履歴である第1の履歴データに基づいて算出された更新用補正係数に更新する。
A gas detection device according to one aspect of the present invention includes a detection element, a humidity sensor, and a control device.
The detection element generates a change in output upon adsorption of odor components contained in the detection target gas.
The humidity sensor detects the humidity of the detection target gas.
The control device includes an acquisition unit, a storage unit, a measurement unit, and an update unit.
The acquisition unit acquires a measurement value of the detection element and a measurement value of the humidity sensor.
The storage unit stores a correction coefficient.
The measurement unit measures the odor component based on the output of the detection element that has been humidity-corrected using the correction coefficient.
The update unit updates the correction coefficient to an update correction coefficient calculated based on first history data, which is a history of measurement values of the detection element and the humidity sensor.
前記検出素子の測定値は、測定期間内で取得された共振周波数の最小値もしくは最大値、又は、測定期間終了時点における共振周波数であってもよい。 The measurement value of the detection element may be the minimum or maximum resonant frequency obtained within the measurement period, or the resonant frequency at the end of the measurement period.
前記検出素子および前記湿度センサ各々の測定値は、互いに時間的に紐づけされた測定値であってもよい。 The measurement values of the detection element and the humidity sensor may be linked to each other in terms of time.
前記制御装置は、前記補正係数の履歴である第2の履歴データを基に設定された判定基準に基づいて、前記補正係数を前記更新用補正係数に更新すべきか否かを判定する判定部をさらに有してもよい。 The control device may further include a determination unit that determines whether the correction coefficient should be updated to the update correction coefficient based on a determination criterion set based on second historical data, which is a history of the correction coefficient.
前記判定部は、前記第2の履歴データにおける前記補正係数の平均値を基に前記判定基準を設定し、前記更新用補正係数が前記判定基準を満たす場合に限り、前記補正係数を前記更新用補正係数に更新するように構成されてもよい。 The determination unit may be configured to set the determination criterion based on the average value of the correction coefficients in the second history data, and to update the correction coefficient to the update correction coefficient only if the update correction coefficient satisfies the determination criterion.
前記検出素子は、複数の検出素子を有しもよい。 The detection element may include multiple detection elements.
前記検出素子は、前記におい成分を吸着する吸着膜を有し、前記におい成分の吸着により共振周波数変化を生じる振動デバイスであってもよい。 The detection element may be a vibration device having an adsorption film that adsorbs the odor components, and in which adsorption of the odor components causes a change in resonant frequency.
本発明の一形態に係る湿度補正方法は、ガス検出装置用の湿度補正方法であって、
第1の周期で、検出対象ガスに含まれるにおい成分の吸着により出力変化を生じる検出素子の測定値と、前記検出対象ガスの湿度を検出する湿度センサの測定値とを取得し、
補正係数を用いて湿度補正された前記検出素子の出力に基づいて前記におい成分を測定し、
前記検出素子および前記湿度センサ各々の測定値の履歴である履歴データに基づいて算出された更新用補正係数を算出する。
A humidity correction method according to one aspect of the present invention is a humidity correction method for a gas detection device, comprising:
In a first period, a measurement value of a detection element that produces an output change due to adsorption of odor components contained in the detection target gas and a measurement value of a humidity sensor that detects the humidity of the detection target gas are obtained;
measuring the odor component based on the output of the detection element that has been humidity-corrected using a correction coefficient;
An update correction coefficient is calculated based on history data that is a history of measurement values of the detection element and the humidity sensor.
本発明の一形態に係る制御装置は、ガス検出装置用の制御装置であって、
第1の周期で、検出対象ガスに含まれるにおい成分の吸着により出力変化を生じる検出素子の測定値と、前記検出対象ガスの湿度を検出する湿度センサの測定値とを取得する取得部と、
補正係数を記憶する記憶部と、
前記補正係数を用いて湿度補正された前記検出素子の出力に基づいて前記におい成分を測定する測定部と、
前記検出素子および前記湿度センサ各々の測定値の履歴である第1の履歴データに基づいて算出された補正係数に更新する更新部と
を具備する。
A control device according to one aspect of the present invention is a control device for a gas detection device,
an acquisition unit that acquires, in a first period, a measurement value of a detection element that produces an output change due to adsorption of odor components contained in the detection target gas and a measurement value of a humidity sensor that detects the humidity of the detection target gas;
a storage unit that stores the correction coefficient;
a measurement unit that measures the odor components based on the output of the detection element that has been humidity-corrected using the correction coefficient; and
and an updating unit that updates the correction coefficient to a correction coefficient calculated based on first history data that is a history of measurement values of the detection element and the humidity sensor.
本発明によれば、センサの経時変化に柔軟に対応しつつ、測定値の補正精度を向上させることができる。 This invention makes it possible to flexibly respond to changes in the sensor over time while improving the accuracy of measurement value correction.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[ガス検出装置]
図1は、本実施形態に係るガス検出装置100の概略模式図である。
ガス検出装置1は、例えば、配電盤の内部に設置され、ケーブル火災などの異常が生じた際に発生するガス中の特定のにおい成分を検出して警報等を発動させる警報装置として構成される。
[Gas detection device]
FIG. 1 is a schematic diagram of a gas detection device 100 according to this embodiment.
The gas detection device 1 is installed, for example, inside a distribution panel, and is configured as an alarm device that detects specific odor components in gas that is generated when an abnormality such as a cable fire occurs, and issues an alarm, etc.
図1に示すように、ガス検出装置100は、ガスセンサ2と、制御装置4と、警報装置5とを備える。 As shown in FIG. 1, the gas detection device 100 includes a gas sensor 2, a control device 4, and an alarm device 5.
ガスセンサ2は、筐体20と、第1吸気口21と、第2吸気口22と、センサ室60とを有する。 The gas sensor 2 has a housing 20, a first intake port 21, a second intake port 22, and a sensor chamber 60.
第1吸気口21は、第1流路31を介してセンサ室60に連通する。第2吸気口22は、第2流路32を介してセンサ室60に連通する。
第1吸気口21および第2吸気口22は、センサ室60に外気Gを取り込む入口である。外気Gは、ガス検出装置100の検出対象ガスであり、本実施形態では、配電盤内部の空気である。本実施形態の説明において、ガスは、水分やにおい成分を含む。
The first intake port 21 communicates with the sensor chamber 60 via a first flow path 31. The second intake port 22 communicates with the sensor chamber 60 via a second flow path 32.
First air intake 21 and second air intake 22 are inlets for taking in outside air G into sensor chamber 60. Outside air G is a gas to be detected by gas detection device 100, and in this embodiment, is the air inside the switchboard. In the description of this embodiment, the gas includes moisture and odor components.
第1流路31には、第1吸気口21から外気Gをセンサ室60に取り込む第1ポンプ31Pが配置される。
第2流路32には、第2吸気口22から外気Gをセンサ室60に取り込む第2ポンプ32Pが配置される。第2流路32には、第2吸気口22から取り込んだ外気Gに含まれるにおい成分や水分を吸着してクリーンエアを生成するフィルタ32Fが配置される。
A first pump 31P is disposed in the first flow path 31 to draw outside air G from the first intake port 21 into the sensor chamber 60 .
A second pump 32P is disposed in the second flow path 32, which draws outside air G into the sensor chamber 60 from the second air intake port 22. A filter 32F is disposed in the second flow path 32, which adsorbs odor components and moisture contained in the outside air G drawn in from the second air intake port 22 to generate clean air.
本発明の実施形態においてクリーンエアとは、外気Gに含まれるにおい成分や水分をフィルタで除いた気体のことを指すが、別途におい成分や水分が含まれない清浄な気体を生成する装置を備え、その装置から清浄な気体をクリーンエアとしてセンサ室60に送出してもよい。 In this embodiment of the present invention, clean air refers to gas from which odorous components and moisture contained in the outside air G have been removed using a filter. However, a separate device may be provided to generate clean gas that does not contain odorous components or moisture, and the clean gas may be sent from that device to the sensor chamber 60 as clean air.
第1ポンプ31Pおよび第2ポンプ32Pは、典型的にはダイアフラムポンプで構成されるが、これ以外にも、ファンやブロワなど一定の流量で気体を送出あるいは吸引可能な気体送出器が採用可能である。
第1ポンプ31Pおよび第2ポンプ32Pは、制御装置4により個別に駆動されるとともに、いずれか一方が駆動されることで、外気の取り込み流路として第1流路31および第2流路32のいずれが選択される。
The first pump 31P and the second pump 32P are typically configured as diaphragm pumps, but other gas senders that can send or suck gas at a constant flow rate, such as fans or blowers, can also be used.
The first pump 31P and the second pump 32P are driven individually by the control device 4, and by driving either one of them, either the first flow path 31 or the second flow path 32 is selected as the outside air intake flow path.
フィルタ32Fには、湿度や親水性のにおい成分を除去するためにシリカゲルやモレキュラーシーブ等の湿度除去効果の高い材料、におい成分を除去するために活性炭やゼオライト等のにおい吸着効果の高い材料、またはそれらの組み合わせを用いることができる。 The filter 32F can be made of materials with high humidity removal properties, such as silica gel or molecular sieves, to remove humidity and hydrophilic odor components, or materials with high odor absorption properties, such as activated carbon or zeolite, to remove odor components, or a combination of these.
センサ室60は、検出素子としての複数のQCM(Quartz Crystal Microbalance)センサ10と、湿度センサ70を収容する。 The sensor chamber 60 houses multiple QCM (Quartz Crystal Microbalance) sensors 10 as detection elements and a humidity sensor 70.
センサ室60は、外気Gを取り込んで測定を行う部屋を形成する。センサ室60は第1流路31および第2流路32に接続され、第1吸気口21または第2吸気口22を介して外気Gがセンサ室60に導入される。センサ室60には、図示しないが、導入されたガスを排気する排気通路が接続される。 The sensor chamber 60 forms a chamber into which outside air G is taken in and measurements are performed. The sensor chamber 60 is connected to the first flow path 31 and the second flow path 32, and outside air G is introduced into the sensor chamber 60 via the first air intake 21 or the second air intake 22. Although not shown, the sensor chamber 60 is connected to an exhaust passage that exhausts the introduced gas.
QCMセンサ10は、外気Gに含まれるにおい成分の吸着により共振周波数の変化が生じる検出素子である。各QCMセンサ10は、検出チャンネル(ch)を構成する。QCMセンサ10の数はチャンネル数に相当し、その数は特に限定されない。本実施形態では、16chのQCMセンサ10を備える例をあげるが、少なくとも1chあればよい。 The QCM sensor 10 is a detection element whose resonant frequency changes when it adsorbs odor components contained in the outside air G. Each QCM sensor 10 constitutes a detection channel (ch). The number of QCM sensors 10 corresponds to the number of channels, and this number is not particularly limited. In this embodiment, an example is given in which 16 QCM sensors 10 are provided, but at least one channel is sufficient.
各QCMセンサ10には、発振回路50が接続される。各発振回路50は、制御装置4により駆動される。各発振回路50は、各QCMセンサ10を所定の共振周波数で振動させる。発振回路50は、QCMセンサ10の発振周波数をカウントするカウンタ回路(図示略)に接続される。上記カウンタ回路は、各QCMセンサ10の共振周波数の変化をカウントし、そのカウント値を制御装置4へ出力する。本実施形態において、各QCMセンサ10の測定値は、上記カウンタ回路により出力されるカウント値である。 An oscillator circuit 50 is connected to each QCM sensor 10. Each oscillator circuit 50 is driven by the control device 4. Each oscillator circuit 50 vibrates each QCM sensor 10 at a predetermined resonant frequency. The oscillator circuit 50 is connected to a counter circuit (not shown) that counts the oscillation frequency of the QCM sensor 10. The counter circuit counts changes in the resonant frequency of each QCM sensor 10 and outputs the count value to the control device 4. In this embodiment, the measurement value of each QCM sensor 10 is the count value output by the counter circuit.
湿度センサ70は、外気Gの相対湿度を測定するものである。湿度センサ70の出力である測定値は、制御装置4へ出力される。制御装置4は、後述するように、湿度センサ70により測定された湿度を基に、各QCMセンサ10の測定値を補正する。
湿度センサ70には、静電容量の出力値によって湿度を検出する静電容量方式、抵抗値の出力値によって湿度を検出する半導体方式といった従来のものを用いることができるが、これに限られない。QCMセンサ上に親水性の吸着膜を形成して、におい成分が吸着したときの共振周波数変化に基づき、各QCMセンサ10の湿度を補正してもよい。
The humidity sensor 70 measures the relative humidity of the outside air G. The measurement value output from the humidity sensor 70 is output to the control device 4. The control device 4 corrects the measurement value of each QCM sensor 10 based on the humidity measured by the humidity sensor 70, as will be described later.
The humidity sensor 70 can be a conventional type such as a capacitance type that detects humidity based on the output value of capacitance or a semiconductor type that detects humidity based on the output value of resistance, but is not limited to these. A hydrophilic adsorption film may be formed on the QCM sensor, and the humidity of each QCM sensor 10 may be corrected based on the change in resonant frequency when odor components are adsorbed.
なお、センサ室60には、外気Gの温度を検出する温度センサをさらに備えてもよい。この場合、当該温度センサにより検出された温度を基に、各QCMセンサ10で検出された共振周波数から温度による共振周波数変化をキャンセルして、温度の影響のない各QCMセンサ10の共振周波数変化を検出することができる。 The sensor chamber 60 may further include a temperature sensor that detects the temperature of the outside air G. In this case, based on the temperature detected by the temperature sensor, the temperature-induced change in resonant frequency detected by each QCM sensor 10 can be canceled out, and the resonant frequency change of each QCM sensor 10 that is not affected by temperature can be detected.
各QCMセンサ10、各発振回路50および湿度センサ70は、共通の配線基板に搭載されてもよいし、それぞれ別々の配線基板に搭載されてもよい。 Each QCM sensor 10, each oscillator circuit 50, and humidity sensor 70 may be mounted on a common wiring board, or may each be mounted on a separate wiring board.
各QCMセンサ10は、いずれも振動子としての水晶振動子と、該水晶振動子上に設けられ、外気Gに含まれるにおい成分を吸着する吸着膜を備えた構成を有しており、吸着膜の種類が異なるのみで基本構造は同じである。 Each QCM sensor 10 is configured with a quartz crystal oscillator as an oscillator and an adsorption film disposed on the quartz crystal oscillator that adsorbs odor components contained in the outside air G. The basic structure is the same, with the only difference being the type of adsorption film.
図2に示すように、QCMセンサ10は、水晶振動子13と、電極11と、吸着膜12と、リードランド16Aと、リードランド16Bと、リード14Aと、リード14Bと、ピン端子19Aと、ピン端子19Bと、ホルダ18とを有する。水晶振動子13は、例えば、ATカットの水晶板である。水晶振動子13の共振周波数は特に限定されず、例えば、32MHzである。 As shown in FIG. 2, the QCM sensor 10 includes a quartz crystal oscillator 13, an electrode 11, an adsorption film 12, lead lands 16A and 16B, leads 14A and 14B, pin terminals 19A and 19B, and a holder 18. The quartz crystal oscillator 13 is, for example, an AT-cut quartz crystal plate. The resonant frequency of the quartz crystal oscillator 13 is not particularly limited and is, for example, 32 MHz.
QCMセンサ10の水晶振動子13の共振周波数は吸着膜12に吸着したガスの重量の増加に比例して減少するので、QCMセンサ10ごとに共振周波数の変化量を算出し、外気Gにおけるにおい成分の有無を検出し、あるいは、1つ以上のにおい成分の量もしくは濃度を測定する。さらに、この算出結果を基に、外気Gに含まれるにおいの種類または強度を求めることができる。 The resonant frequency of the quartz crystal oscillator 13 of the QCM sensor 10 decreases in proportion to the increase in the weight of the gas adsorbed by the adsorption film 12. Therefore, the change in resonant frequency is calculated for each QCM sensor 10 to detect the presence or absence of odor components in the outside air G, or to measure the amount or concentration of one or more odor components. Furthermore, based on the calculation results, the type or intensity of the odor contained in the outside air G can be determined.
本実施形態においては、検出素子の振動子に水晶振動子を用いるが、これに限定されない。例えば、水晶振動子以外にセラミック振動子、表面弾性波素子、圧電薄膜共振子、カンチレバー、ダイヤフラムなどの振動デバイスを用いることもできる。 In this embodiment, a quartz oscillator is used as the oscillator of the detection element, but this is not limited to this. For example, instead of a quartz oscillator, other oscillator devices such as a ceramic oscillator, a surface acoustic wave element, a piezoelectric thin film resonator, a cantilever, or a diaphragm can also be used.
電極11は、水晶振動子13の両面にそれぞれ形成され、吸着膜12は水晶振動子13の一方の面に形成された電極11上に形成される。リードランド16Aは一方の面に形成された電極11と一体形成されてなり、リードランド16Bは他方の面に形成された電極11と一体形成されてなる。 Electrodes 11 are formed on both sides of the quartz crystal oscillator 13, and an adsorption film 12 is formed on the electrode 11 formed on one side of the quartz crystal oscillator 13. Lead land 16A is formed integrally with the electrode 11 formed on one side, and lead land 16B is formed integrally with the electrode 11 formed on the other side.
各QCMセンサ10の吸着膜12は、それぞれ、異なる種類の材料で構成される。吸着膜12を構成する材料は、検出するべきにおい成分の種類に応じて任意に選定される。吸着膜12は、1つ以上の種類のにおい成分を吸着できるように構成される。 The adsorption film 12 of each QCM sensor 10 is made of a different type of material. The material that makes up the adsorption film 12 is selected arbitrarily depending on the type of odor component to be detected. The adsorption film 12 is configured to be able to adsorb one or more types of odor component.
リード14A及びリード14Bは金属バネ材で構成される。リード14Aは、一端がリードランド16Aを介して一方の面に形成された電極11と電気的に接続し、他端がピン端子19Aに接続する。リード14Bは一端がリードランド16Bを介して他方の面に形成された電極11と電気的に接続し、他端がピン端子19Bに接続する。
ピン端子19Aと、ピン端子19Bは、配線基板上に設けられたホルダ18に支持され、ホルダ18によって水晶振動子13は振動自在に支持される。
Leads 14A and 14B are made of a metal spring material. One end of lead 14A is electrically connected to electrode 11 formed on one surface via lead land 16A, and the other end is connected to pin terminal 19A. One end of lead 14B is electrically connected to electrode 11 formed on the other surface via lead land 16B, and the other end is connected to pin terminal 19B.
The pin terminals 19A and 19B are supported by a holder 18 provided on the wiring board, and the holder 18 supports the crystal oscillator 13 so that it can vibrate freely.
制御装置4は、各QCMセンサ10の測定値に基づいて、検出対象ガスである外気Gにおけるにおい成分の有無を検出し、あるいは、1つ以上のにおい成分の量もしくは濃度を測定する。
この際、各QCMセンサ10の吸着膜12は、におい成分だけでなく、検出対象ガスに含まれる水分をも吸着する。このため、各QCMセンサ10の測定値には、水分の吸着による周波数変化に関する情報も含まれる。
そこで制御装置4は、におい成分の吸着による周波数変化のみを精度よく測定するために、各QCMセンサ10の測定値から湿度成分を除去するための補正(以下、湿度補正ともいう)を行う。
さらに、測定装置4は、各QCMセンサ10の吸着膜12の経時劣化に伴う測定精度の低下を抑えるため、湿度補正用の補正係数を定期的に更新することが可能に構成される。
The control device 4 detects the presence or absence of odor components in the outside air G, which is the gas to be detected, based on the measurement values of each QCM sensor 10, or measures the amount or concentration of one or more odor components.
In this case, the adsorption film 12 of each QCM sensor 10 adsorbs not only odor components but also moisture contained in the detection target gas, so the measurement value of each QCM sensor 10 also contains information about frequency changes due to moisture adsorption.
Therefore, in order to accurately measure only the frequency change due to the adsorption of odor components, the control device 4 performs a correction (hereinafter also referred to as humidity correction) to remove the humidity component from the measurement value of each QCM sensor 10.
Furthermore, the measurement device 4 is configured to be able to periodically update the correction coefficient for humidity correction in order to suppress a decrease in measurement accuracy due to deterioration over time of the adsorption film 12 of each QCM sensor 10 .
[制御装置]
以下、制御装置4の詳細について説明する。
制御装置4は、CPUおよびメモリを有する情報処理装置で構成される。制御装置4は、第1ポンプ31P、第2ポンプ32P、発振回路50、湿度センサ70などの駆動を制御し、発振回路50および湿度センサ70から各QCMセンサ10の共振周波数の変化量および外気Gの湿度に関する情報を取得する。
[Control device]
The control device 4 will be described in detail below.
The control device 4 is an information processing device having a CPU and memory. The control device 4 controls the driving of the first pump 31P, the second pump 32P, the oscillation circuit 50, the humidity sensor 70, etc., and acquires information on the amount of change in the resonant frequency of each QCM sensor 10 and the humidity of the outside air G from the oscillation circuit 50 and the humidity sensor 70.
図1に示すように、制御装置4は、CPUの機能ブロックとして、取得部41と、測定部42と、算出部43と、更新部44と、判定部45とを有する。制御装置4はさらに、半導体メモリ等で構成された記憶部46を備える。 As shown in FIG. 1, the control device 4 has, as CPU functional blocks, an acquisition unit 41, a measurement unit 42, a calculation unit 43, an update unit 44, and a determination unit 45. The control device 4 further includes a storage unit 46 configured using a semiconductor memory or the like.
(記憶部)
記憶部46は、取得部41、測定部42、算出部43、判定部45および更新部44をCPUの機能ブロックとして動作させるためのプログラムを記憶する。
(Storage part)
The storage unit 46 stores a program for causing the acquisition unit 41, the measurement unit 42, the calculation unit 43, the determination unit 45, and the update unit 44 to operate as functional blocks of a CPU.
記憶部46は、取得部41で取得された、クリーンエアにより吸着膜12およびセンサ室60が清浄化された状態での各QCMセンサ10の共振周波数を記憶する。吸着膜12の清浄化とは、クリーンエアによって、吸着膜12からにおい成分を脱着させることをいう。クリーンエアには、第2吸気口22から外気Gを取り込み、第2流路32のフィルタ32Fを通してセンサ室60に導入したものを用いることができる。クリーンエアにより吸着膜12およびセンサ室60が清浄化された状態での各QCMセンサ10の共振周波数を以下、各QCMセンサ10の周波数のゼロ点ともいう。ゼロ点はQCMセンサ10毎に予め取得され、記憶部46に記憶される。 The memory unit 46 stores the resonant frequency of each QCM sensor 10 acquired by the acquisition unit 41 when the adsorption film 12 and sensor chamber 60 are cleaned with clean air. Cleaning the adsorption film 12 refers to desorbing odor components from the adsorption film 12 with clean air. This clean air can be obtained by taking in outside air G through the second air intake 22 and introducing it into the sensor chamber 60 through the filter 32F of the second flow path 32. The resonant frequency of each QCM sensor 10 when the adsorption film 12 and sensor chamber 60 are cleaned with clean air is hereinafter also referred to as the frequency zero point of each QCM sensor 10. The zero point is acquired in advance for each QCM sensor 10 and stored in the memory unit 46.
記憶部46は、取得部41で取得された、各QCMセンサ10の測定値を記憶する。各QCMセンサ10の測定値は、第1吸気口21から第1流路31を通して外気Gをセンサ室60に導入したときの各QCMセンサ10の共振周波数の変化量に相当する。 The memory unit 46 stores the measurement values of each QCM sensor 10 acquired by the acquisition unit 41. The measurement values of each QCM sensor 10 correspond to the amount of change in the resonant frequency of each QCM sensor 10 when outside air G is introduced into the sensor chamber 60 from the first intake port 21 through the first flow path 31.
記憶部46は、取得部41で取得された、湿度センサ70の測定値を記憶する。
記憶部46は、各QCMセンサ10の測定値と湿度センサ70の測定値とを時間的に紐づけし、これら各QCMセンサ10及び湿度センサ70各々の測定値の履歴である履歴データ(以下、第1の履歴データともいう)を記憶する。
The storage unit 46 stores the measurement value of the humidity sensor 70 acquired by the acquisition unit 41 .
The memory unit 46 temporally links the measurement values of each QCM sensor 10 with the measurement values of the humidity sensor 70, and stores historical data (hereinafter also referred to as first historical data) which is the history of the measurement values of each of these QCM sensors 10 and humidity sensors 70.
記憶部46は、算出部43で算出された補正係数を、算出した日時情報と紐づけし、これらの履歴である履歴データ(以下、第2の履歴データともいう)を記憶する。
記憶部46はさらに、各種のにおいをセンサ室60で検出したときの参照用検出パターンを異なる種類のにおい毎に予め記憶する。
The storage unit 46 associates the correction coefficients calculated by the calculation unit 43 with information on the date and time of the calculation, and stores history data (hereinafter also referred to as second history data) that is a history of these.
The storage unit 46 also stores in advance reference detection patterns for each different type of odor when various odors are detected in the sensor chamber 60 .
記憶部46は、各QCMセンサ10について固有の補正係数の初期値を記憶する。補正係数の初期値は、未使用のガス検出装置100が最初に使用される際に参照される補正係数である。この補正係数は、予めにおい成分のない環境下で測定した各QCMセンサ10の湿度依存特性に基づいて算出される。 The memory unit 46 stores an initial value of a unique correction coefficient for each QCM sensor 10. The initial value of the correction coefficient is a correction coefficient that is referenced when an unused gas detection device 100 is used for the first time. This correction coefficient is calculated based on the humidity-dependent characteristics of each QCM sensor 10 that have been measured in advance in an odor-free environment.
(補正係数の初期値の決定方法)
ここで、補正係数の初期値の算出方法について説明する。
補正係数の初期値の算出に際しては、ガスとして大気を用いて測定した各QCMセンサ10及び湿度センサ70の出力の時間変化が参照される。その測定結果の一例を図3に示す。
図3において横軸は測定時間、左側の縦軸はQCMセンサ10の共振周波数、右側の縦軸は湿度センサ70により検出される検出対象ガスである大気の相対湿度をそれぞれ示している。
におい成分を含まないガスを用いて各QCMセンサ10の出力パターンを測定することで、各QCMセンサ10の出力と環境要因(本例では湿度)との関係を知ることができる。
(Method for determining the initial value of the correction coefficient)
Here, a method for calculating the initial values of the correction coefficients will be described.
When calculating the initial values of the correction coefficients, reference is made to the time-varying output of each QCM sensor 10 and humidity sensor 70 measured using air as the gas. An example of the measurement results is shown in FIG.
In FIG. 3, the horizontal axis indicates measurement time, the left vertical axis indicates the resonance frequency of the QCM sensor 10, and the right vertical axis indicates the relative humidity of the atmosphere, which is the gas to be detected by the humidity sensor 70.
By measuring the output pattern of each QCM sensor 10 using a gas that does not contain odor components, the relationship between the output of each QCM sensor 10 and the environmental factor (humidity in this example) can be determined.
各QCMセンサ10は、ガス中の水分の吸着量の相違に応じて共振周波数がゼロ点から徐々に低下する方向に変動し、測定開始から所定時間経過後に一定の共振周波数で振動する。図示の例では、検出チャンネル番号8である「ch8」のQCMセンサ10が最も周波数変化量が大きいことを示している。このことは、「ch8」のQCMセンサ10の吸着膜12が他のチャンネルの吸着膜12と比較して水分が吸着しやすく、水分との親和性が高いことを示している。 The resonant frequency of each QCM sensor 10 gradually decreases from zero depending on the amount of moisture adsorbed in the gas, and vibrates at a constant resonant frequency after a predetermined time has elapsed since the start of measurement. In the example shown, the QCM sensor 10 for detection channel number 8, "ch8," has the largest frequency change. This indicates that the adsorption film 12 of the QCM sensor 10 for "ch8" is more likely to adsorb moisture than the adsorption films 12 of the other channels, and has a higher affinity for moisture.
一方、湿度センサ70については、大気の導入開始に伴う測定環境の湿度の上昇に伴い、測定開始から検出湿度が徐々に増加する方向に変動する。 On the other hand, with the humidity sensor 70, as the humidity in the measurement environment increases with the start of air introduction, the detected humidity gradually increases from the start of measurement.
図3において、「dch」は、各QCMセンサ10のゼロ点からの周波数変動量であり、「dch min」は、各QCMセンサ10の共振周波数の最小値である。「ch8 min」は、「ch8」のQCMセンサ10の共振周波数の最小値を意味する。
また、「dhumidity」(以下、dhmdと略記する)は、湿度センサ70の測定値であり、「dhmd min」は、全QCMセンサ10のうち最も周波数変動量が大きい「ch8」のQCMセンサ10の共振周波数が最小値を示すときの湿度センサ70の測定値である。
3, "dch" is the frequency variation from the zero point of each QCM sensor 10, and "dch min" is the minimum value of the resonant frequency of each QCM sensor 10. "ch8 min" means the minimum value of the resonant frequency of the QCM sensor 10 of "ch8".
Furthermore, "dhumidity" (hereinafter abbreviated as "dhmd") is the measurement value of the humidity sensor 70, and "dhmd min" is the measurement value of the humidity sensor 70 when the resonant frequency of the QCM sensor 10 of "ch8", which has the largest frequency fluctuation among all the QCM sensors 10, shows the minimum value.
なお、図3に示すデータは、大気をQCMセンサ10に当てたとき、大気に含まれているにおい成分がQCMセンサ10に吸着されることでその共振周波数が低下する様子を示している。湿度センサ70の測定値としては、上述のように、最も周波数変動量が大きい検出チャンネルのQCMセンサ10の共振周波数の最小値を示すときの湿度センサの測定値が採用される。図3に示す場合では、最も周波数変動量が大きい「ch8」のQCMセンサ10の共振周波数の最小値を示すときの湿度センサの測定値が採用される。
一方、大気によってQCMセンサ10に吸着された水分が脱着する場合がある。この場合、QCMセンサ10の共振周波数は上昇するため、湿度センサ70の測定値としては、最も周波数変動量が大きい検出チャンネルのQCMセンサ10の共振周波数が最大値を示すときの湿度センサの測定値が採用される。
このように、大気をQCMセンサ10に当てたときにQCMセンサ10の共振周波数が低下する場合と上昇する場合のいずれもが起こり得るため、湿度センサ70の測定値の決定の際に基準とされるQCMセンサ10の測定値には、最も周波数変動の大きい検出チャンネルのQCMセンサ10の共振周波数の最小値の絶対値と最大値の絶対値を比較し、それらのうち最も大きな値を示す測定値が採用されてもよい。さらに別の方法として、測定期間の終了時点における最も周波数変動の大きい検出チャンネルのQCMセンサ10の測定値が採用されてもよい。
The data shown in Figure 3 shows how, when air is exposed to the QCM sensor 10, odor components contained in the air are adsorbed by the QCM sensor 10, thereby lowering its resonant frequency. As described above, the measurement value of the humidity sensor 70 is adopted when the resonant frequency of the QCM sensor 10 for the detection channel with the largest frequency fluctuation is at its minimum. In the case shown in Figure 3, the measurement value of the humidity sensor is adopted when the resonant frequency of the QCM sensor 10 for "ch8" with the largest frequency fluctuation is at its minimum.
On the other hand, there are cases where the moisture adsorbed to the QCM sensor 10 is desorbed by the atmosphere. In this case, the resonant frequency of the QCM sensor 10 increases, and therefore the measurement value of the humidity sensor 70 is adopted as the measurement value of the humidity sensor when the resonant frequency of the QCM sensor 10 of the detection channel with the largest frequency fluctuation reaches its maximum value.
Thus, when the air is applied to the QCM sensor 10, the resonant frequency of the QCM sensor 10 may either decrease or increase, so that the absolute values of the minimum and maximum resonant frequencies of the QCM sensor 10 in the detection channel with the largest frequency fluctuation may be compared, and the measurement value showing the largest of these may be used as the reference measurement value when determining the measurement value of the humidity sensor 70. As yet another method, the measurement value of the QCM sensor 10 in the detection channel with the largest frequency fluctuation at the end of the measurement period may be used.
続いて、測定開始時の湿度と任意の測定時間における湿度センサ70の測定値との差を湿度差とし、湿度差に対する各QCMセンサ10の周波数変動量をプロットした結果を図4に示す。図4に示すように各QCMセンサ10の周波数変動量と湿度差との間には、次式で示すように極めて明瞭な直線関係がみられる。
(dch)=a1×(dhmd)+b1 …(1)
Next, the difference between the humidity at the start of measurement and the measurement value of the humidity sensor 70 at any measurement time is taken as the humidity difference, and the frequency fluctuation of each QCM sensor 10 against the humidity difference is plotted in Figure 4. As shown in Figure 4, there is a very clear linear relationship between the frequency fluctuation of each QCM sensor 10 and the humidity difference, as shown in the following equation.
(dch)=a1×(dhmd)+b1…(1)
上式において、定数a1およびb1は、各QCMセンサ10について固有の値であり、典型的には、定数a1が補正係数の初期値に相当する。なお、定数a1だけでなく、定数b1や直線以外の式の係数も湿度補正に使用されてもよい。
上記補正式は、複数回の測定によって得られたQCMセンサ10の周波数変動量(dch)と湿度センサ70の測定値(dhmd)から回帰分析によって求められる。
In the above equation, the constants a1 and b1 are unique values for each QCM sensor 10, and typically, the constant a1 corresponds to the initial value of the correction coefficient. Note that, in addition to the constant a1, the constant b1 and coefficients of equations other than the linear equation may also be used for humidity correction.
The above correction formula is obtained by regression analysis from the frequency fluctuation (dch) of the QCM sensor 10 obtained by multiple measurements and the measurement value (dhmd) of the humidity sensor 70.
(取得部)
取得部41は、各QCMセンサ10の測定値、及び、湿度センサ70の測定値を取得する。
より詳細には、取得部41は、クリーンエアの導入により吸着膜12およびセンサ室60を清浄化したときの各QCMセンサ10の共振周波数のゼロ点を取得する。以下、この処理をリフレッシュ処理ともいう。リフレッシュ処理は、外気Gに対する各QCMセンサ10の測定前または測定後に実行される。リフレッシュ処理は、例えば1分間である。
(Acquisition Department)
The acquisition unit 41 acquires the measurement values of each QCM sensor 10 and the measurement value of the humidity sensor 70 .
More specifically, the acquisition unit 41 acquires the zero point of the resonant frequency of each QCM sensor 10 when the adsorption film 12 and the sensor chamber 60 are cleaned by introducing clean air. Hereinafter, this process is also referred to as a refresh process. The refresh process is performed before or after each QCM sensor 10 measures the ambient air G. The refresh process lasts, for example, one minute.
取得部41は、第1の周期で、センサ室60に外気Gを導入したときの各QCMセンサ10の測定値を取得する。以下、この処理をガス測定処理ともいう。第1の周期は特に限定されず、例えば1時間である。本実施形態では、毎回のガス測定処理中における各QCMセンサ10の共振周波数の最大変化量を各QCMセンサ10の測定値として取得する。 The acquisition unit 41 acquires the measurement values of each QCM sensor 10 when outside air G is introduced into the sensor chamber 60 in a first cycle. Hereinafter, this process is also referred to as the gas measurement process. The first cycle is not particularly limited and is, for example, one hour. In this embodiment, the maximum change in the resonant frequency of each QCM sensor 10 during each gas measurement process is acquired as the measurement value of each QCM sensor 10.
取得部41は、第1の周期で、湿度センサ70の測定値を取得する。本実施形態では図3を参照して説明したように、毎回のガス測定処理中において、QCMセンサ10のうち周波数変化が最も大きいQCMセンサ10の共振周波数が最小値をとるときの湿度センサ70の出力を、湿度センサ70の測定値として取得する。
なお、この場合も上述と同様に、周波数変化が最も大きい検出チャンネルのQCMセンサ10の共振周波数の最小値の絶対値と最大値の絶対値のうちいずれか大きい方が採用されてもよいし、測定期間終了時点における測定値が採用されてもよい。
In the first cycle, the acquisition unit 41 acquires the measurement value of the humidity sensor 70. In this embodiment, as described with reference to Fig. 3, during each gas measurement process, the output of the humidity sensor 70 when the resonant frequency of the QCM sensor 10 with the largest frequency change among the QCM sensors 10 is at its minimum value is acquired as the measurement value of the humidity sensor 70.
In this case, as described above, the larger of the absolute value of the minimum or maximum value of the resonant frequency of the QCM sensor 10 of the detection channel with the largest frequency change may be used, or the measurement value at the end of the measurement period may be used.
図5は、リフレッシュ処理およびガス測定処理におけるQCMセンサ10の出力変化の一例を示す模式図である。
同図に示すように、制御装置4は、リフレッシュ処理とガス測定処理とを交互に行う処理を実行する。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the change in output of the QCM sensor 10 during the refresh process and the gas measurement process.
As shown in the figure, the control device 4 executes a process of alternately performing a refresh process and a gas measurement process.
ガス測定処理前のリフレッシュ処理期間において、各QCMセンサ10の吸着膜12およびセンサ室60をクリーンエアで十分に清浄化し、各QCMセンサ10の振動数やセンサ室60の湿度などの環境要因をゼロ点にする。このときのリフレッシュ処理期間は、例えば20分である。
ガス測定処理は、リフレッシュ処理後に実行される。図示の例では、16chのQCMセンサ10のうち、ch1、ch2及びch3の3つのQCMセンサ10の共振周波数が変化した様子を示す。各chの共振周波数のゼロ点からの最大変化量を示す周波数の最小値が、各QCMセンサ10の測定値に含まれる。ガス測定処理は、第1の周期、例えば1時間ごとに所定時間(例えば1分)実行される。
During the refresh process period before the gas measurement process, the adsorption film 12 of each QCM sensor 10 and the sensor chamber 60 are thoroughly cleaned with clean air, and environmental factors such as the vibration frequency of each QCM sensor 10 and the humidity of the sensor chamber 60 are set to zero. The refresh process period at this time is, for example, 20 minutes.
The gas measurement process is performed after the refresh process. The illustrated example shows changes in the resonant frequencies of three QCM sensors 10, ch1, ch2, and ch3, among the 16-channel QCM sensors 10. The minimum frequency value indicating the maximum change from the zero point of the resonant frequency of each channel is included in the measurement value of each QCM sensor 10. The gas measurement process is performed for a predetermined time (e.g., one minute) in a first cycle, for example, every hour.
具体的に例を挙げると、ガス測定処理前のリフレッシュ処理が20分実行された後、ガス測定処理が1分実行され、その後1分のリフレッシュ処理が実行され、その後、38分の待機時間を設けることを第1の周期とする。38分の待機時間は、ポンプを駆動せず、リフレッシュ処理とガス測定処理を行わない期間である。その後次の周期が開始され、ガス測定処理前のリフレッシュ処理が始まる。第1の周期は、1時間に限られない。ガス測定処理、リフレッシュ処理、および待機時間も任意に設定できる。待機時間を設けず、ガス測定処理の実行とリフレッシュ処理の実行を順に行うことで第1の周期としてもよい。 To give a specific example, the first cycle would consist of 20 minutes of refresh processing before the gas measurement processing, followed by 1 minute of gas measurement processing, followed by 1 minute of refresh processing, followed by a 38-minute wait period. The 38-minute wait period is a period during which the pump is not driven and refresh processing and gas measurement processing are not performed. After that, the next cycle begins, and the refresh processing before the gas measurement processing begins. The first cycle is not limited to 1 hour. The gas measurement processing, refresh processing, and wait period can also be set arbitrarily. The first cycle may also be performed by sequentially performing the gas measurement processing and refresh processing without a wait period.
ガス測定処理の終了後は、リフレッシュ処理が再度実行される。これにより、各QCMセンサ10の吸着膜12に吸着されたにおい成分や水分が脱離し、各QCMセンサ10の共振周波数はゼロ点に復帰する。リフレッシュ処理期間は特に限定されず、ガス測定処理の終了後、次のガス測定処理の直前まで継続して行ってもよい。 After the gas measurement process is completed, the refresh process is performed again. This causes the odor components and moisture adsorbed on the adsorption film 12 of each QCM sensor 10 to desorb, and the resonant frequency of each QCM sensor 10 returns to zero. The refresh process period is not particularly limited, and may be continued after the gas measurement process is completed until just before the next gas measurement process.
各QCMセンサ10の振動数のゼロ点は、経時劣化のないQCMセンサ10では、水晶振動子13の固有振動数である32MHzである。一方、吸着膜12の経時劣化等によりにおい成分や水分の脱離が不十分な場合は、QCMセンサ10のゼロ点は、水晶振動子13の固有振動数よりも低い周波数となる。 The zero point of the vibration frequency of each QCM sensor 10 is 32 MHz, which is the natural frequency of the quartz oscillator 13, for QCM sensors 10 that have not deteriorated over time. On the other hand, if desorption of odor components and moisture is insufficient due to deterioration of the adsorption film 12 over time, the zero point of the QCM sensor 10 will be a frequency lower than the natural frequency of the quartz oscillator 13.
(測定部)
測定部42は、ガス測定処理時において、補正係数を用いて各QCMセンサ10の測定値を湿度補正し、検出対象ガスである外気Gにおけるにおい成分の種類およびその量あるいは濃度を測定する。におい成分とは、各QCMセンサ10のうち少なくとも1つの吸着膜12で吸着されるにおい成分であって、記憶部46に記憶された参照用検出パターンで特定可能なものをいう。
(Measurement part)
During the gas measurement process, the measurement unit 42 uses the correction coefficient to humidity-correct the measurement values of each QCM sensor 10 and measure the type and amount or concentration of odor components in the target gas, i.e., outside air G. The odor components are those that are adsorbed by at least one adsorption film 12 of each QCM sensor 10 and can be identified by the reference detection pattern stored in the memory unit 46.
上述のように、QCMセンサ10の周波数変動と湿度との間には直線的な関係が見られる。そこで、QCMセンサ10の測定値に余分に含まれる湿度による周波数変動分を「Δchhumidity」、湿度センサ70の測定開始時における測定値とQCMセンサ10の測定値の取得時における湿度センサ70の測定値との差を「ΔHumidity」とすると、両者の間の関係は次式のように表すことができる。
Δchhumidity=a2×ΔHumidity+b2 …(2)
なお、定数a2およびb2は、各QCMセンサ10について固有の値をもち、典型的には、定数a2が補正係数として使用される。なお、定数a2だけでなく、定数b2や直線以外の式の係数も湿度補正に使用されてもよい。
As described above, there is a linear relationship between humidity and the frequency fluctuation of the QCM sensor 10. If the frequency fluctuation due to the excess humidity included in the measurement value of the QCM sensor 10 is defined as "Δchhumidity" and the difference between the measurement value of the humidity sensor 70 at the start of measurement and the measurement value of the humidity sensor 70 at the time of acquisition of the measurement value of the QCM sensor 10 is defined as "ΔHumidity," the relationship between the two can be expressed as follows:
Δchhumidity=a2×ΔHumidity+b2…(2)
The constants a2 and b2 have unique values for each QCM sensor 10, and typically, the constant a2 is used as the correction coefficient. In addition to the constant a2, the constant b2 and coefficients of equations other than the linear equation may also be used for humidity correction.
測定部42において実行される各QCMセンサ10の測定値の湿度補正では、各QCMセンサ10の測定値に湿度による変動分が余分に含まれていると仮定する。そこで、湿度補正前のQCMセンサ10の測定値をΔchraw、湿度補正後のQCMセンサ10の測定値をΔchsampleとすると、測定部42は、次式で示す演算処理を実行することで、QCMセンサ10の測定値の湿度補正を行う。
Δchsample=Δchraw-Δchhumidity …(3)
The humidity correction of the measurement values of each QCM sensor 10 performed by the measurement unit 42 is assumed to include an extra fluctuation due to humidity in the measurement values of each QCM sensor 10. Therefore, if the measurement value of the QCM sensor 10 before humidity correction is Δchraw and the measurement value of the QCM sensor 10 after humidity correction is Δchsample, the measurement unit 42 performs humidity correction of the measurement values of the QCM sensors 10 by executing the calculation process shown in the following equation.
Δchsample=Δchraw−Δchhumidity…(3)
測定部42は、湿度補正した各QCMセンサ10の測定値の組み合わせパターンを、記憶部46に予め記憶されている参照用検出パターンと照合し、機械学習によるパターン認識などでにおい種類や強度を評価する。
測定部42は、異常を示すにおい成分を検出したとき、あるいは、当該におい成分の濃度が所定以上の濃度であると評価したとき、異常信号を生成して警報装置5へ出力する。
The measurement unit 42 compares the combination pattern of the humidity-corrected measurement values of each QCM sensor 10 with a reference detection pattern pre-stored in the memory unit 46, and evaluates the type and intensity of the odor using pattern recognition based on machine learning, etc.
When the measuring unit 42 detects an odor component that indicates an abnormality, or when it evaluates that the concentration of the odor component is equal to or higher than a predetermined concentration, it generates an abnormality signal and outputs it to the alarm device 5 .
警報装置5は、ブザー、ランプ等の警報機器を有する。警報装置5は、制御装置4からにおい成分の検出時に生成される異常信号を受信し、ブザーを鳴動し、あるいはランプを点灯あるいは明滅させる。これにより、外部へ配電盤の異常を報知することができる。 The alarm device 5 has alarm devices such as a buzzer and lamp. The alarm device 5 receives an abnormality signal generated when an odor component is detected from the control device 4, and sounds a buzzer or lights or blinks a lamp. This allows an abnormality in the distribution board to be notified to the outside.
(算出部)
QCMセンサ10の湿度補正に用いられる補正係数は、経時的に変化する。つまり、一定周期(本実施形態では1時間)でガス測定処理が繰り返し行われるため、その後のリフレッシュ処理での吸着膜12の清浄化レベルが徐々に低下する。その結果、測定開始から日数が経過するにつれて、固定された補正係数では適切な湿度補正が行えなくなり、におい成分の評価結果を誤る可能性がある。具体的には、異常が発生していないにもかかわらず異常と判断したり、異常が発生しているにもかかわらず異常が発生していないと判断したりする可能性がある。
(Calculation unit)
The correction coefficient used for humidity correction of the QCM sensor 10 changes over time. That is, because the gas measurement process is repeated at a fixed cycle (every hour in this embodiment), the cleanliness level of the adsorption film 12 in the subsequent refresh process gradually decreases. As a result, as the number of days passes from the start of measurement, the fixed correction coefficient becomes unable to perform appropriate humidity correction, which may result in an erroneous evaluation of odor components. Specifically, there is a possibility that an abnormality may be determined when no abnormality has occurred, or that no abnormality has occurred when an abnormality has occurred.
このような問題を防ぐため、本実施形態の制御装置4は、補正係数を更新することが可能に構成される。算出部43は、更新用の補正係数を定期的に算出する処理を実行するように構成される。 To prevent such problems, the control device 4 of this embodiment is configured to be able to update the correction coefficient. The calculation unit 43 is configured to execute a process to periodically calculate an updated correction coefficient.
算出部43は、記憶部46に記憶された各QCMセンサ10および湿度センサ70各々の測定値の履歴である第1の履歴データに基づいて補正係数を算出する。補正係数の算出方法は、図3および図4を参照して説明した補正係数の初期値の算出方法と同様な手法が採用されるが、更新用の補正係数の算出に際しては、各QCMセンサ10の測定値として、ガス測定処理の際に取得した各QCMセンサ10の測定値が用いられる。これにより、雰囲気調整された測定環境を新たに用意する必要がなくなるため、ガス検出装置100による定常的な異常監視動作を継続しながら、新たに補正係数を算出することができる。 The calculation unit 43 calculates a correction coefficient based on first history data, which is a history of measurement values of each QCM sensor 10 and humidity sensor 70 stored in the memory unit 46. The calculation method for the correction coefficient is similar to the calculation method for the initial correction coefficient described with reference to Figures 3 and 4, but when calculating the updated correction coefficient, the measurement values of each QCM sensor 10 acquired during the gas measurement process are used as the measurement values of each QCM sensor 10. This eliminates the need to prepare a new atmospherically adjusted measurement environment, making it possible to calculate a new correction coefficient while continuing regular abnormality monitoring operation by the gas detection device 100.
算出部43は、ガス測定処理の動作周期である上述の第1の周期(本例では1時間)よりも長い第2の周期で、更新用の補正係数(以下、更新用補正係数ともいう)を算出する処理を実行する。第2の周期は特に限定されず、例えば1日(24時間)である。 The calculation unit 43 executes a process to calculate an update correction coefficient (hereinafter also referred to as an update correction coefficient) at a second period that is longer than the first period (one hour in this example), which is the operating period of the gas measurement process. The second period is not particularly limited, and is, for example, one day (24 hours).
算出部43は、補正係数の算出の際、過去24時間分の各QCMセンサ10の測定値とこれらに紐づけられた湿度センサ70の測定値との履歴データ(第1の履歴データ)の中から直近の履歴データを用いて、上記(1)式で示したような補正式を算出する。直近の履歴データの数は特に限定されず、本実施形態では、過去24時間分の履歴データ、すなわち、直近の過去24回分のガス測定処理の際に取得した各QCMセンサ10および湿度センサ70の測定値が用いられる。 When calculating the correction coefficient, the calculation unit 43 uses the most recent historical data from the historical data (first historical data) of the measurement values of each QCM sensor 10 and the measurement values of the humidity sensor 70 associated with them for the past 24 hours to calculate the correction formula shown in equation (1) above. The number of recent historical data is not particularly limited, and in this embodiment, historical data from the past 24 hours, i.e., the measurement values of each QCM sensor 10 and humidity sensor 70 obtained during the most recent 24 gas measurement processes, is used.
(更新部)
更新部44は、測定部42における湿度補正処理で使用されている補正係数を、第2の周期で(24時間ごとに)、算出部43において算出された更新用補正係数に更新する処理を実行可能に構成される。これにより、吸着膜12の経時劣化に伴う各QCMセンサの測定値の精度低下を抑制し、長期にわたる適正な異常検知動作を確保することができる。
(Update Department)
The update unit 44 is configured to be able to execute a process of updating, at a second cycle (every 24 hours), the correction coefficients used in the humidity correction process in the measurement unit 42 to the update correction coefficients calculated by the calculation unit 43. This makes it possible to suppress a decrease in the accuracy of the measurement values of each QCM sensor due to deterioration of the adsorption film 12 over time, and ensure proper anomaly detection operation over a long period of time.
本実施形態では、後述するように、判定部46において更新が許可された場合に限り、現在の補正係数を更新用補正係数に更新するように構成される。 In this embodiment, as described below, the current correction coefficient is updated to the update correction coefficient only when the determination unit 46 allows the update.
(判定部)
更新用補正係数を算出する際に参照されるデータは、においがなく、純粋に湿度の変動のみによって周波数変動が引き起こされたQCMセンサ10の測定値であることが理想である。一方、本実施形態では、ガス測定処理期間で取得した各QCMセンサ10の測定値を基に更新用補正係数を算出しているが、これらの測定値は、常ににおいのない環境で測定されたデータであるとは限られない。例えば、におい成分が検出されたものの、異常状態を評価されるほどではないときがある。このような条件で測定されたデータを基に算出された補正係数を採用した場合、後続の異常検知処理に多大な影響をもたらすおそれがある。
(Judgment Department)
Ideally, the data referenced when calculating the updated correction coefficients would be measurements of the QCM sensors 10 in which there is no odor and frequency fluctuations are caused purely by humidity fluctuations. In this embodiment, the updated correction coefficients are calculated based on measurements of each QCM sensor 10 acquired during the gas measurement processing period. However, these measurements are not necessarily data measured in an odor-free environment. For example, there are times when odor components are detected but not enough to warrant evaluation of an abnormal state. Using correction coefficients calculated based on data measured under such conditions could have a significant impact on subsequent anomaly detection processing.
そこで本実施形態では、新たに算出された更新用補正係数をそのまま採用せず、算出された更新用補正係数が過去の補正係数の履歴に基づいて適切であるか否かを判定する判定部45を有する。 Therefore, in this embodiment, the newly calculated update correction coefficient is not adopted as is, but rather a determination unit 45 is provided that determines whether the calculated update correction coefficient is appropriate based on the history of past correction coefficients.
判定部45は、記憶部46に記憶された補正係数の過去の履歴である第2の履歴データを基に設定された判定基準に基づいて、現在の補正係数を、算出部42において算出された更新用補正係数に更新すべきか否かを判定するように構成される。
判定基準としては、過去の補正係数から次の補正係数の予測値と、その許容範囲を算出する。予測値としては、例えば、過去の補正係数の平均値が挙げられ、許容範囲としては、例えば、補正係数の履歴の標準偏差に一定の係数を乗算したものが挙げられる。
The determination unit 45 is configured to determine whether or not the current correction coefficient should be updated to the update correction coefficient calculated by the calculation unit 42 based on a determination criterion set based on second history data, which is the past history of the correction coefficients stored in the memory unit 46.
The judgment criteria are to calculate a predicted value of the next correction coefficient from past correction coefficients and its allowable range. The predicted value may be, for example, the average value of past correction coefficients, and the allowable range may be, for example, the standard deviation of the correction coefficient history multiplied by a certain coefficient.
[ガス検出装置の動作]
以下、制御装置4の詳細について、ガス検出装置100の典型的な動作とともに説明する。図6は、制御装置4の処理手順の一例を示すフローチャートである。
[Operation of gas detection device]
Details of the control device 4 will be described below along with a typical operation of the gas detection device 100. Fig. 6 is a flowchart showing an example of a processing procedure of the control device 4.
(ガス測定処理)
制御装置4は、ガス検出装置100の運転が開始してから第1の周期でガス測定処理を定期的に実行する。本実施形態では、第1の周期すなわち1時間ごとにガス測定処理が実施される(ステップ101~104)。
(Gas measurement processing)
Control device 4 periodically executes gas measurement processing in a first cycle after starting operation of gas detection device 100. In this embodiment, the gas measurement processing is executed in the first cycle, i.e., every hour (steps 101 to 104).
ガス測定処理では、上述のように、第1ポンプ31Pの駆動により第1吸気口21から取り込んだ外気G(配電盤内部の空気)が第1流路31を通してセンサ室60へ導入される。制御装置4は、各QCMセンサ10および湿度センサ70各々の測定値を取得し、記憶部46へ記憶する(ステップ102)。 As described above, in the gas measurement process, the first pump 31P is driven to draw in outside air G (air inside the switchboard) through the first intake port 21 and introduce it into the sensor chamber 60 through the first flow path 31. The control device 4 acquires the measurement values of each QCM sensor 10 and humidity sensor 70 and stores them in the memory unit 46 (step 102).
続いて、制御装置4は、湿度センサ70で取得された外気Gの相対湿度と記憶部46に格納された補正係数とを用いて、各QCMセンサ10の測定値を湿度補正する(ステップ103)。補正係数の更新前であれば、図3および図4を参照して説明したように予め測定された補正係数の初期値が用いられる。 The control device 4 then performs humidity correction on the measurement values of each QCM sensor 10 using the relative humidity of the outside air G acquired by the humidity sensor 70 and the correction coefficient stored in the memory unit 46 (step 103). If the correction coefficients have not yet been updated, the initial values of the correction coefficients measured in advance as described with reference to Figures 3 and 4 are used.
制御装置4は、湿度補正した各QCMセンサ10の測定値の組み合わせである検出パターンを、記憶部46に予め記憶されている参照用検出パターンと照合し、機械学習によるパターン認識などでにおい成分の種類または強度を評価する(ステップ104)。
そして、ここでは、異常を示すにおい成分が無いか、その濃度が所定値未満の場合は無臭と判断し、正常であると判断する(ステップ105において「Y」)。
一方、異常を示すにおい成分の濃度が所定値以上であると評価したとき、異常と判断し(ステップ105において「N」)、異常信号を生成して警報装置5へ出力する(ステップ106)。
The control device 4 compares the detection pattern, which is a combination of the humidity-corrected measurement values of each QCM sensor 10, with a reference detection pattern pre-stored in the memory unit 46, and evaluates the type or intensity of the odor component using pattern recognition based on machine learning or the like (step 104).
If there is no odor component indicating an abnormality or if the concentration is less than a predetermined value, it is determined that there is no odor and that the condition is normal ("Y" in step 105).
On the other hand, if the concentration of the odor component indicating an abnormality is evaluated to be equal to or greater than the predetermined value, it is determined to be abnormal ("N" in step 105), and an abnormality signal is generated and output to the alarm device 5 (step 106).
制御装置4は、上述したガス測定処理の終了後、リフレッシュ処理を実行する。リフレッシュ処理では、第1ポンプ31Pの駆動が停止され、第2ポンプ32Pの駆動により第2吸気口22から取り込んだ外気Gが第2流路32およびフィルタ32Fを通してセンサ室60へ導入される。これにより、各QCMセンサ10の吸着膜12およびセンサ室60内が清浄化されるとともに、各QCMセンサ10の共振周波数をゼロ点に復帰させる(図5参照)。 After completing the gas measurement process described above, the control device 4 executes a refresh process. During the refresh process, the first pump 31P is stopped, and the second pump 32P is driven to introduce outside air G taken in through the second intake port 22 into the sensor chamber 60 through the second flow path 32 and filter 32F. This cleans the adsorption film 12 of each QCM sensor 10 and the inside of the sensor chamber 60, and returns the resonant frequency of each QCM sensor 10 to zero (see Figure 5).
制御装置4は、リフレッシュ処理の終了後、上述したガス測定処理およびリフレッシュ処理を第1の周期で繰り返す動作(以下、定常動作ともいう)を実行し、各回のガス測定処理について各QCMセンサ10および湿度センサ70の測定値、湿度補正後の各QCMセンサ10の測定値、におい評価結果などを含む履歴データを第1履歴データとして記憶部46に記憶する。 After the refresh process is completed, the control device 4 performs an operation (hereinafter also referred to as steady operation) in which the above-described gas measurement process and refresh process are repeated at a first cycle, and stores historical data for each gas measurement process, including the measurement values of each QCM sensor 10 and humidity sensor 70, the measurement values of each QCM sensor 10 after humidity correction, and odor evaluation results, as first historical data in the memory unit 46.
(補正係数算出処理)
制御装置4は、最初にガス測定処理を実行してから、第2の周期で更新用補正係数の算出処理を定期的に実行する。本実施形態では、第2の周期すなわち24時間ごとに更新用補正係数の算出処理が実施される(ステップ107~111)。更新用補正係数の算出処理は、QCMセンサ10ごとに実行される。
(Correction coefficient calculation process)
The control device 4 first executes the gas measurement process, and then periodically executes the calculation process of the update correction coefficients in the second cycle. In this embodiment, the calculation process of the update correction coefficients is executed in the second cycle, that is, every 24 hours (steps 107 to 111). The calculation process of the update correction coefficients is executed for each QCM sensor 10.
更新用補正係数の算出処理は、記憶部46に格納された過去24時間分のQCMセンサ10および湿度センサ70の測定値を基に、上記(1)式で示したような補正式を用いて更新用補正係数を算出する(ステップ108)。制御装置4は、後述するように、算出された更新用補正係数が許容範囲内であるか否かを判定し(ステップ109)、許容範囲内であれば、算出された更新用補正係数で現在の補正係数を更新し、次回のガス測定処理から更新された補正係数を用いて各QCMセンサ10の測定値の湿度補正処理が実行される。 The calculation process for the update correction coefficients uses the correction formula shown in equation (1) above to calculate the update correction coefficients based on the measurement values of the QCM sensor 10 and humidity sensor 70 for the past 24 hours stored in the memory unit 46 (step 108). As described below, the control unit 4 determines whether the calculated update correction coefficients are within the allowable range (step 109). If they are within the allowable range, the control unit 4 updates the current correction coefficients with the calculated update correction coefficients, and from the next gas measurement process, humidity correction processing for the measurement values of each QCM sensor 10 is performed using the updated correction coefficients.
一方、算出された更新用補正係数が許容範囲外である場合は、算出された更新用補正係数を破棄して、現在の補正係数を引き続き用いて各QCMセンサ10の測定値の湿度補正処理が実行される。 On the other hand, if the calculated update correction coefficient is outside the allowable range, the calculated update correction coefficient is discarded and the current correction coefficient continues to be used to perform humidity correction processing on the measurement values of each QCM sensor 10.
上述した更新用補正係数の算出処理および更新処理は、第2の周期で繰り返し実行し、各回の更新用補正係数の算出結果および補正係数の更新値などを含む履歴データを第2の履歴データとして記憶部46に記憶する。 The above-described calculation process and update process of the update correction coefficient are repeatedly executed in a second cycle, and historical data including the calculation results of the update correction coefficient for each cycle and the updated values of the correction coefficients are stored in the memory unit 46 as second historical data.
(更新用補正係数の採否判定)
以下、ステップ109の処理において実行される更新用補正係数の採否判定について説明する。
(Decision on whether or not to adopt the update correction coefficient)
The determination of whether or not the update correction coefficient is adopted, which is executed in the process of step 109, will be described below.
図7は、補正係数の履歴の一例を示す図である。記憶部46には、ガス検出装置100の運転開始から現在までの補正係数の履歴データがQCMセンサ10ごとに記憶される。同図に示すように、各QCMセンサで補正係数の値や推移は異なり、特に、「ch4」の補正係数が更新のたびに大きく変動する様子がわかる。 Figure 7 shows an example of the correction coefficient history. The memory unit 46 stores historical data on the correction coefficient from the start of operation of the gas detection device 100 to the present for each QCM sensor 10. As shown in the figure, the value and trends of the correction coefficient differ for each QCM sensor, and it can be seen that the correction coefficient for "ch4" in particular fluctuates significantly each time it is updated.
図8は、更新用補正係数の採否判定の判定基準の説明図である。同図において、横軸は日数、縦軸は補正係数であり、1日単位で更新された補正係数の履歴が折れ線グラフで示され、丸で囲った点が、今回新たに算出された補正係数である(図9、10についても同様)。 Figure 8 is an explanatory diagram of the criteria for determining whether or not to accept an updated correction coefficient. In this figure, the horizontal axis represents the number of days, and the vertical axis represents the correction coefficient. The history of correction coefficients updated on a daily basis is shown as a line graph, and the circled points represent the newly calculated correction coefficients (the same applies to Figures 9 and 10).
判定基準は、図示の例では、過去の補正係数の平均値を中心にその標準偏差の3倍である±3σの範囲とされ、この範囲を更新されるべき補正係数の許容範囲とする。したがって図示の例では、今回算出された更新用補正係数が許容範囲内にあるため、現在の補正係数が当該更新用補正係数に更新される(図6におけるステップ109,110)。このような判定は、各QCMセンサ10について個別に実行される。 In the illustrated example, the criteria are set to a range of ±3σ, which is three times the standard deviation of the average value of past correction coefficients, and this range is set as the allowable range for the correction coefficient to be updated. Therefore, in the illustrated example, since the currently calculated update correction coefficient is within the allowable range, the current correction coefficient is updated to that update correction coefficient (steps 109 and 110 in Figure 6). This type of determination is performed individually for each QCM sensor 10.
許容範囲は、前回の補正係数が反映されているため、補正係数の平均値は、次回更新されるべき補正係数の予測値とみなすことができる。つまり、補正係数の平均値は、日数に応じて異なり、したがって、許容範囲も常時変動するため、実情に即した適切な補正係数に更新することができる。
なお、更新用補正係数の算出時に参照される過去の補正係数は、過去所定の期間内(例えば過去2週間以内)のものであってもよい。この場合、比較的新しい過去の補正係数を用いて更新用補正係数が算出されるため、実情に即した補正係数が得られやすい。
Since the allowable range reflects the previous correction coefficient, the average value of the correction coefficient can be regarded as a predicted value of the correction coefficient to be updated next time. In other words, since the average value of the correction coefficient varies depending on the number of days, and therefore the allowable range also constantly fluctuates, it is possible to update the correction coefficient to an appropriate value that reflects the actual situation.
The past correction coefficients referenced when calculating the update correction coefficients may be those from a predetermined period in the past (for example, within the past two weeks). In this case, the update correction coefficients are calculated using relatively recent past correction coefficients, making it easier to obtain correction coefficients that are in line with the actual situation.
これに対して、図9に示すように、新たに算出された更新用補正係数が許容範囲外になった場合、制御装置4は、当該更新用補正係数は不適であると判定し、これを破棄する(図6におけるステップ109,111)。 On the other hand, as shown in Figure 9, if the newly calculated update correction coefficient falls outside the allowable range, the control device 4 determines that the update correction coefficient is inappropriate and discards it (steps 109 and 111 in Figure 6).
過去24時間以内においてQCMセンサ10に何等かの異常、例えば、吸着膜12の劣化、特定のにおい成分の低濃度の検出、未知のにおい成分の検出などが生じたとき、これらのデータを基に算出される更新用補正係数は、それ以前の補正係数と比べて大きく変動する可能性が高い。したがって、このような許容範囲外の補正係数を新たな補正係数として採用すると、におい測定の誤った評価を招くおそれがあるため、今回算出された更新用補正係数は採用しないこととした。
また、前回算出された更新用補正係数が許容範囲外の場合でも、図10に示すように、次に算出される更新用補正係数が許容範囲内に収まることがある。
したがって、算出された更新用補正係数が許容範囲外と判定した場合は、典型的には、現在の補正係数が引き続き使用される。これに限られず、例えば、許容範囲内の過去の直近数日分の補正係数の平均値などが、更新用補正係数として更新されてもよい。
If some abnormality has occurred in the QCM sensor 10 within the past 24 hours, such as deterioration of the adsorption film 12, detection of a low concentration of a specific odor component, or detection of an unknown odor component, the updated correction coefficient calculated based on this data is likely to vary significantly from the previous correction coefficient. Therefore, since adopting such a correction coefficient outside the allowable range as a new correction coefficient could lead to an erroneous evaluation of the odor measurement, it was decided not to adopt the updated correction coefficient calculated this time.
Furthermore, even if the previously calculated update correction coefficient is outside the allowable range, the next calculated update correction coefficient may fall within the allowable range, as shown in FIG.
Therefore, if it is determined that the calculated update correction coefficient is outside the allowable range, the current correction coefficient is typically continued to be used. However, this is not limited to this, and for example, the average value of the correction coefficients for the most recent few days within the allowable range may be updated as the update correction coefficient.
なお、許容範囲外の更新用補正係数が連続して複数回算出された場合は、上述したように過去の補正係数の平均値が採用されてもよい。 If an update correction coefficient outside the allowable range is calculated multiple times in succession, the average value of past correction coefficients may be used, as described above.
以上のように本実施形態においては、ガス検出装置100の定常動作に伴って得られるQCMセンサ10および湿度センサ70の測定値を数値的に処理し、定期的に補正係数を更新し、なおかつ得られた補正係数の履歴から、次の補正係数の予測値とその範囲を算出し、次の測定によって得られた値がその範囲内に収まっている場合のみ、その新たな補正係数を、最新の補正係数として採用する。これにより、センサの経時変化に柔軟に対応しつつ、測定値の補正精度を向上させることができる。 As described above, in this embodiment, the measurement values of the QCM sensor 10 and humidity sensor 70 obtained during steady-state operation of the gas detection device 100 are numerically processed, the correction coefficients are updated periodically, and the predicted value and range of the next correction coefficient are calculated from the history of the obtained correction coefficients. Only if the value obtained by the next measurement falls within this range is the new correction coefficient adopted as the latest correction coefficient. This makes it possible to flexibly respond to changes in the sensors over time while improving the correction accuracy of the measurement values.
また、本実施形態によれば、補正係数を自動的に算出、更新するように構成されているため、長期にわたり高精度な異常検知動作を安定して行うことができる。特に、配電盤など、普段は人が出入りしない場所の異常の有無の検査が容易になるため、作業者の負担を軽減することができる。 Furthermore, according to this embodiment, the correction coefficients are automatically calculated and updated, enabling stable, highly accurate anomaly detection over a long period of time. In particular, it makes it easier to check for abnormalities in places where people do not normally enter, such as distribution boards, thereby reducing the burden on workers.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。 The above describes an embodiment of the present invention, but it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiment and various modifications can be made.
例えば以上の実施形態では、におい成分の検出素子としてQCMセンサを例に挙げて説明したが、これに限られず、におい成分の吸着により抵抗値の変化が生じる半導体センサなどの他の検出素子が採用されてもよい。また、吸着膜のガス吸着による重量増加、膨張応力増加等の物理変化を検出し、電気信号に変換できるものであってもよい。 For example, in the above embodiments, a QCM sensor was used as an example of an odor component detection element, but this is not limited to this. Other detection elements, such as semiconductor sensors, whose resistance value changes upon adsorption of odor components, may also be used. Furthermore, the detection element may be one that can detect physical changes, such as an increase in weight or expansion stress due to gas adsorption in the adsorption film, and convert these changes into an electrical signal.
また本発明に係るガス検出装置は、火災等の異常検知の用途に限られない。例えば、室内における不快なにおい成分を検知して換気動作を行うためのセンサとして用いられてもよい。また、未知のガスに含まれるにおい成分の分析などにも本発明は適用可能である。 Furthermore, the gas detection device according to the present invention is not limited to applications in detecting abnormalities such as fires. For example, it may be used as a sensor to detect unpleasant odor components in a room and initiate ventilation operations. The present invention can also be applied to analyzing odor components contained in unknown gases.
さらに以上の実施形態では、最も周波数変動の大きいQCMセンサ10の共振周波数の変化に基づいて湿度センサ70の測定値を決定し、当該湿度センサ70の測定値を共通に用いて各検出チャンネルのQCMセンサ10の測定値の湿度補正を行ったが、これに限られない。例えば、各QCMセンサ10の共振周波数の最小値または最大値に基づき湿度センサ70の測定値を検出チャンネルごとに個々に決定し、決定した各検出チャンネルの湿度センサの測定値を用いて各検出チャンネルのQCMセンサ10の測定値の湿度補正を個別に行ってもよい。 Furthermore, in the above embodiment, the measurement value of the humidity sensor 70 was determined based on the change in the resonant frequency of the QCM sensor 10 with the largest frequency fluctuation, and the measurement value of that humidity sensor 70 was commonly used to perform humidity correction on the measurement values of the QCM sensor 10 of each detection channel, but this is not limited to this. For example, the measurement value of the humidity sensor 70 may be determined individually for each detection channel based on the minimum or maximum value of the resonant frequency of each QCM sensor 10, and the humidity sensor measurement value determined for each detection channel may be used to perform humidity correction on the measurement values of the QCM sensor 10 of each detection channel individually.
4…制御装置
10…QCMセンサ(検出素子)
12…吸着膜
41…取得部
42…測定部
43…算出部
44…更新部
45…判定部
46…記憶部
70…湿度センサ
100…ガス検出装置
4...Control device 10...QCM sensor (detection element)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12: Adsorption film 41: Acquisition unit 42: Measurement unit 43: Calculation unit 44: Update unit 45: Determination unit 46: Storage unit 70: Humidity sensor 100: Gas detection device
Claims (8)
前記検出対象ガスの湿度を検出する湿度センサと、
制御装置と
を具備し、
前記制御装置は、
前記検出素子の測定値と、前記湿度センサの測定値とを取得する取得部と、
前記検出素子および前記湿度センサ各々の測定値の履歴である第1の履歴データに基づいて補正係数を算出するとともに、前記第1の履歴データの直近の履歴データを用いて更新用補正係数を算出する算出部と、
前記補正係数を用いて湿度補正された前記検出素子の出力に基づいて前記におい成分を測定する測定部と、
前記補正係数の履歴である第2の履歴データを基に前記更新用補正係数の予測値と当該予測値の範囲を算出し、前記更新用補正係数が前記予測値の範囲内にあるか否かを判定する判定部と、
前記更新用補正係数が前記予測値の範囲内にある場合に、前記補正係数を前記更新用補正係数に更新する更新部と、を有する
ガス検出装置。 a detection element that produces an output change upon adsorption of odor components contained in the detection target gas;
a humidity sensor for detecting the humidity of the detection target gas;
A control device and
The control device
an acquisition unit that acquires a measurement value of the detection element and a measurement value of the humidity sensor;
a calculation unit that calculates a correction coefficient based on first history data that is a history of measurement values of the detection element and the humidity sensor, and calculates an update correction coefficient using history data most recent from the first history data;
a measurement unit that measures the odor components based on the output of the detection element that has been humidity-corrected using the correction coefficient; and
a determination unit that calculates a predicted value of the update correction coefficient and a range of the predicted value based on second history data that is a history of the correction coefficient, and determines whether the update correction coefficient is within the range of the predicted value;
an updating unit that updates the correction coefficient to the update correction coefficient when the update correction coefficient is within the range of the predicted value.
前記湿度センサの測定値の決定の際に基準とされる前記検出素子の測定値は、測定期間内で取得された共振周波数の最小値もしくは最大値、又は、測定期間終了時点における共振周波数である
ガス検出装置。 2. The gas detection device according to claim 1,
A gas detection device, wherein the measurement value of the detection element used as a reference when determining the measurement value of the humidity sensor is the minimum or maximum value of the resonance frequency acquired within a measurement period, or the resonance frequency at the end of the measurement period.
前記検出素子および前記湿度センサ各々の測定値は、互いに時間的に紐づけされた測定値である
ガス検出装置。 3. The gas detection device according to claim 1 or 2,
The gas detection device, wherein the measurement values of the detection element and the humidity sensor are time-linked to each other.
前記更新用補正係数の予測値は、前記第2の履歴データにおける前記補正係数の平均値であり、前記予測値の範囲は前記補正係数の履歴の標準偏差に一定の係数を乗算したものである
ガス検出装置。 2. The gas detection device according to claim 1 ,
The predicted value of the update correction coefficient is the average value of the correction coefficient in the second history data, and the range of the predicted value is obtained by multiplying the standard deviation of the history of the correction coefficient by a certain coefficient.
Gas detection equipment.
前記検出素子は、複数の検出素子を有する
ガス検出装置。 The gas detection device according to any one of claims 1 to 4 ,
The gas detection device includes a plurality of detection elements.
前記検出素子は、前記におい成分を吸着する吸着膜を有し、前記におい成分の吸着により共振周波数変化を生じる振動デバイスである
ガス検出装置。 The gas detection device according to any one of claims 1 to 5 ,
The gas detection device, wherein the detection element is a vibration device having an adsorption film that adsorbs the odor component, and the adsorption of the odor component causes a change in resonance frequency.
検出対象ガスに含まれるにおい成分の吸着により出力変化を生じる検出素子の測定値と、前記検出対象ガスの湿度を検出する湿度センサの測定値とを取得し、
前記検出素子および前記湿度センサ各々の測定値の履歴である第1の履歴データに基づいて補正係数を算出するとともに、前記第1の履歴データの直近の履歴データを用いて更新用補正係数を算出し、
前記補正係数を用いて湿度補正された前記検出素子の出力に基づいて前記におい成分を測定し、
前記補正係数の履歴である第2の履歴データを基に前記更新用補正係数の予測値と当該予測値の範囲を算出し、前記更新用補正係数が前記予測値の範囲内にあるか否かを判定し、
前記更新用補正係数が前記予測値の範囲内にある場合に、前記補正係数を前記更新用補正係数に更新する
湿度補正方法。 1. A humidity correction method for a gas detection device, comprising:
A measurement value of a detection element that produces an output change due to adsorption of odor components contained in the detection target gas and a measurement value of a humidity sensor that detects the humidity of the detection target gas are obtained;
calculating a correction coefficient based on first history data which is a history of measurement values of the detection element and the humidity sensor, and calculating an updated correction coefficient using the most recent history data of the first history data;
measuring the odor component based on the output of the detection element that has been humidity-corrected using the correction coefficient;
calculating a predicted value of the update correction coefficient and a range of the predicted value based on second history data which is a history of the correction coefficient, and determining whether the update correction coefficient is within the range of the predicted value;
If the update correction coefficient is within the range of the predicted value, the correction coefficient is updated to the update correction coefficient.
Humidity correction method.
検出対象ガスに含まれるにおい成分の吸着により出力変化を生じる検出素子の測定値と、前記検出対象ガスの湿度を検出する湿度センサの測定値とを取得する取得部と、
前記検出素子および前記湿度センサ各々の測定値の履歴である第1の履歴データに基づいて補正係数を算出するとともに、前記第1の履歴データの直近の履歴データを用いて更新用補正係数を算出する算出部と、
前記補正係数を用いて湿度補正された前記検出素子の出力に基づいて前記におい成分を測定する測定部と、
前記補正係数の履歴である第2の履歴データを基に前記更新用補正係数の予測値と当該予測値の範囲を算出し、前記更新用補正係数が前記予測値の範囲内にあるか否かを判定する判定部と、
前記更新用補正係数が前記予測値の範囲内にある場合に、前記補正係数を前記更新用補正係数に更新する更新部と
を具備する制御装置。
1. A control device for a gas detection device, comprising:
an acquisition unit that acquires a measurement value of a detection element that produces an output change due to adsorption of odor components contained in the detection target gas and a measurement value of a humidity sensor that detects the humidity of the detection target gas;
a calculation unit that calculates a correction coefficient based on first history data that is a history of measurement values of the detection element and the humidity sensor, and calculates an update correction coefficient using history data most recent from the first history data;
a measurement unit that measures the odor components based on the output of the detection element that has been humidity-corrected using the correction coefficient; and
a determination unit that calculates a predicted value of the update correction coefficient and a range of the predicted value based on second history data that is a history of the correction coefficient, and determines whether the update correction coefficient is within the range of the predicted value;
an updating unit that updates the correction coefficient to the update correction coefficient when the update correction coefficient is within the range of the predicted value.
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Citations (3)
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Non-Patent Citations (1)
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| 牛見義光、外6名,湿度ドリフト補償を備えたQCMアンモニアガスセンサの作製,電気学会論文誌E,2013年,Vol.133 No.6,p.184-189 |
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