JP2022100684A

JP2022100684A - 匂い検出装置及び匂い検出方法

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Publication number: JP2022100684A
Application number: JP2020214802A
Authority: JP
Inventors: 将志服部; Masashi Hattori; 佑多村井; Yuta Murai; 恒槇; Hisashi Maki
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2022-07-06

Abstract

【課題】湿度による影響を抑制し、高精度に匂い成分を検出することが可能な匂い検出装置及び匂い検出方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る匂い検出装置は、匂いセンサと、湿度センサと、演算部と、判定部とを具備する。上記匂いセンサは、測定開始時刻から測定終了時刻までの間に匂い成分を検出する。上記湿度センサは、上記測定開始時刻から上記測定終了時刻までの間に湿度を検出する。上記演算部は、上記測定開始時刻後の時刻である算出開始時刻を特定し、上記算出開始時刻から上記測定終了時刻までの上記湿度センサの出力に基づいて、上記算出開始時刻から上記測定終了時刻までの上記匂いセンサの出力を補正する。上記判定部は、上記演算部により補正された上記匂いセンサの出力に基づいて上記匂い成分を判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、気体中の匂い成分を検出する匂い検出装置及び匂い検出方法に関する。

匂いセンサは、気体中の匂い成分を吸着する感応膜を備える。感応膜を所定の周波数で振動させ、匂い成分の吸着による周波数変動を観測することで匂い成分を検出することができる。匂いセンサでは、気体の湿度によって匂い成分の検出結果に影響が生じるため、湿度の影響を補正する必要がある。

これまでの匂いセンサやガスセンサにおいても、湿度の影響を除外するため、様々な手法が検討されている。例えば、特許文献１にはガス感知層のヒーター加熱を繰り返し、その際の昇温の度合いから湿度の影響を判断する手法が開示されている。また、特許文献２には、ガスセンサの加熱温度を２段階で切り替え、それによるガスセンサの抵抗値の変動から湿度の影響を見積もる手法が開示されている。

特開２０１５－４５５４６号公報特開２０１３－２００１４５号公報

しかしながら、従来の技術では湿度センサの応答が、ガスセンサの応答より遅れを生じるため、精度よく湿度の影響を補正することができない。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、湿度による影響を抑制し、高精度に匂い成分を検出することが可能な匂い検出装置及び匂い検出方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る匂い検出装置は、匂いセンサと、湿度センサと、演算部と、判定部とを具備する。
上記匂いセンサは、測定開始時刻から測定終了時刻までの間に匂い成分を検出する。
上記湿度センサは、上記測定開始時刻から上記測定終了時刻までの間に湿度を検出する。
上記演算部は、上記測定開始時刻後の時刻である算出開始時刻を特定し、上記算出開始時刻から上記測定終了時刻までの上記湿度センサの出力に基づいて、上記算出開始時刻から上記測定終了時刻までの上記匂いセンサの出力を補正する。
上記判定部は、上記演算部により補正された上記匂いセンサの出力に基づいて上記匂い成分を判定する。

上記演算部は、上記湿度センサによって検出された湿度の出力に基づいて上記算出開始時刻を特定してもよい。

上記演算部は、上記湿度センサの出力の変化量が十分小さくなった時刻を上記算出開始時刻としてもよい。

上記演算部は、上記測定開始時刻後に、上記湿度の時間に対する傾きが最初に所定の値となった時刻を上記算出開始時刻としてもよい。

上記演算部は、上記測定開始時刻後に、上記傾きが最初に０となった時刻を上記算出開始時刻としてもよい。

上記演算部は、上記測定開始時刻後に、上記湿度の所定時間当たりの変化量の比率が最初に所定の値となった時刻を上記算出開始時刻としてもよい。

上記演算部は、ユーザによって指定された時刻を上記算出開始時刻としてもよい。

上記演算部は、上記算出開始時刻から上記測定終了時刻の間の上記湿度センサの出力から、上記算出開始時刻から上記測定終了時刻の間の湿度変化量を算出し、上記算出開始時刻から上記測定終了時刻までの上記匂いセンサの出力を、上記湿度変化量を用いて補正してもよい。

上記匂いセンサは、匂い成分の吸着により共振周波数が変動する水晶振動子マイクロバランスセンサであり、上記演算部は、上記算出開始時刻から上記測定終了時刻までの上記匂いセンサの周波数変動を上記湿度変化量によって補正し、上記判定部は、上記演算部によって補正された周波数変動の最大値及び最小値から上記匂い成分の濃度を判定してもよい。

上記湿度センサは静電容量式湿度センサであってもよい。

上記湿度センサは抵抗式湿度センサであってもよい。

上記匂いセンサは、吸着する匂い成分が互いに異なる複数の匂いセンサを含んでもよい。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る匂い検出装置は、取得部と、演算部と、判定部とを具備する。
上記取得部は、測定開始時刻から測定終了時刻までの間に匂い成分を検出する匂いセンサと、上記測定開始時刻から上記測定終了時刻までの間に湿度を検出する湿度センサの出力を取得する。
上記演算部は、上記測定開始時刻後の時刻である算出開始時刻を特定し、上記算出開始時刻から上記測定終了時刻までの上記湿度センサの出力に基づいて、上記算出開始時刻から上記測定終了時刻までの上記匂いセンサの出力を補正する。
上記判定部は、上記演算部により補正された上記匂いセンサの出力に基づいて上記匂い成分を判定する。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る匂い検出方法は、測定開始時刻後の時刻である算出開始時刻を特定し、上記算出開始時刻から測定終了時刻までの湿度センサの出力に基づいて、上記算出開始時刻から上記測定終了時刻までの匂いセンサの出力を補正し、補正された上記匂いセンサの出力に基づいて上記匂い成分を判定する。

以上のように本発明によれば、湿度による影響を抑制し、高精度に匂い成分を検出することが可能な匂い検出装置及び匂い検出方法を提供することが可能である。

本発明の実施形態に係る匂い検出装置の模式図である。上記匂い検出装置の測定フローを示す模式図である。上記匂い検出装置のクリーニングフローを示す模式図である。上記匂い検出装置の第１ポンプ及び第２ポンプの動作タイミングを示すタイミングチャートである。上記匂い検出装置の動作を示すフローチャートである。上記匂い検出部が備える匂いセンサの出力（周波数変動）と湿度センサの出力（相対湿度）の時間変化を示すグラフである。図６に示すグラフを、算出開始時刻を原点としてオフセットしたグラフである。図７における周波数変動（ｃｈ３）の最大値及び最小値を示すグラフである。図７における相対湿度の変化量を示すグラフである。図６における周波数変動（ｃｈ３）の最大値及び最小値を示すグラフである。図６における相対湿度の変化量を示すグラフである。図６における相対湿度の変化量が十分小さくなったときの時刻である変動時刻を示すグラフである。図６の一部拡大図であり、傾きによる算出開始時刻の特定方法を示すグラフである。図６の一部拡大図であり、変化量による算出開始時刻の特定方法を示すグラフである。周波数変動と相対湿度の時間変化であり、湿度による影響を示すグラフである。周波数変動と相対湿度の時間変化であり、匂いセンサと湿度センサの湿度に対よる影響を示すグラフである。

本発明の実施形態に係る匂い検出装置について説明する。

［匂い検出装置の構成］
図１は本実施形態に係る匂い検出装置１００の構成を示すブロック図である。同図に示すように匂い検出装置１００は、匂い検出部１１０と制御部１２０を備える。

匂い検出部１１０は、チャンバ１１１、匂いセンサ１１２、湿度センサ１１３、温度センサ１１４、第1ポンプ１１５、第２ポンプ１１６及びフィルタ１１７を備える。

チャンバ１１１は、匂いセンサ１１２、湿度センサ１１３及び温度センサ１１４を収容する。チャンバ１１１には第１吸入口１１１ａ、第２吸入口１１１ｂ及び排出口１１１ｃが設けられている。

匂いセンサ１１２はチャンバ１１１内に収容され、チャンバ１１１内に供給された気体に含まれる匂い成分を検出する。匂いセンサ１１２は、匂い成分が吸着することにより匂い成分を検出可能なセンサであり、例えばＱＣＭ(Quartz Crystal Microbalance：水晶振動子マイクロバランス)センサとすることができる。ＱＣＭセンサは、水晶振動子の電極表面に検出対象成分を吸着するための感応膜が設けられた構成を有する。水晶振動子の電極表面に匂い成分が吸着すると、その質量に応じて共振周波数が変動する（下がる）ため、微量な質量変化を検出することができる。

なお、匂いセンサ１１２に用いる振動素子として水晶振動子を例にあげたが、水晶振動子以外にセラミック振動子、表面弾性波素子、カンチレバー、ダイヤフラム等、吸着膜の匂い物質吸着による重量増加や膨張応力増加といった物理変化を判定し電気信号に変換できる他の振動素子も適用可能である。また、匂いセンサ１１２として、吸着膜としての半導体の匂い物質吸着による抵抗値変化、すなわち出力信号変化を用いた半導体式センサを用いてもよい。

匂いセンサ１１２が検出する匂い成分は、典型的には高分子化合物等の空気中において比較的重い分子であるが、特に限定されない。匂いセンサ１１２が検出する匂い成分は人間が嗅覚で感知可能な成分に限られず、気体中に存在する化学種であればよい。

図１に示すように匂い検出装置１００は、チャンネル１（ｃｈ１）からチャンネル１６（ｃｈ１６）まで１６個の匂いセンサ１１２を備える。各匂いセンサ１１２はそれぞれが異なる感応膜を備え、それぞれに異なる匂い成分が吸着するものとすることができる。匂い検出装置１００が備える匂いセンサ１１２の数は特に限定されず、１つ以上であればよい。また、匂いセンサ１１２は、ＱＣＭセンサ以外にも匂い成分が吸着し、それを検出可能なものであればよい。

湿度センサ１１３はチャンバ１１１内に収容され、チャンバ１１１内の湿度を検出する。湿度センサ１１３は、湿度の変化によるセンサ素子の静電容量の変化を検出する静電容量式の湿度センサとすることができる。また、湿度センサ１１３は湿度の変化によるセンサ素子の抵抗値の変化を検出する抵抗式の湿度センサであってもよい。

温度センサ１１４はチャンバ１１１内に収容され、チャンバ１１１内の温度を検出する。温度センサ１１４の種類は特に限定されない。

第１ポンプ１１５は、第１吸入口１１１ａに接続され、第１吸入口１１１ａを介してチャンバ１１１内に気体を送出する。第１ポンプ１１５は例えばダイアフラムポンプとすることができるが他のポンプであってもよい。

第２ポンプ１１６は、第２吸入口１１１ｂに接続され、第２吸入口１１１ｂを介してチャンバ１１１内に気体を送出する。第２ポンプ１１６は例えばダイアフラムポンプとすることができるが他のポンプであってもよい。

フィルタ１１７は、第２吸入口１１１ｂに接続され、第２吸入口１１１ｂを介してチャンバ１１１内に流入する気体から匂い成分を除去する。フィルタ１１７は少なくともの各匂いセンサ１１２の検出対象である匂い成分を除去可能な構成を有する。また、フィルタ１１７は水分子を除去可能なものが好適である。

制御部１２０は、匂い検出部１１０と接続され、匂い検出部１１０の出力を演算処理する。図１に示すように制御部１２０は、取得部１２１、演算部１２２、判定部１２３及び記憶部１２４を備える。

取得部１２１は、図１に示すように各匂いセンサ１１２、湿度センサ１１３及び温度センサ１１４と接続され、各センサの出力を取得する。取得部１２１と各センサの接続は有線でも無線でもよい。取得部１２１は、取得した各センサの出力を演算部１２２に供給する。

演算部１２２は、取得部１２１から供給された各センサの出力を用いて、後述するように演算処理を実行し、算出結果を判定部１２３に供給する。

判定部１２３は、演算部１２２から供給された算出結果を用いて匂い成分の判定を実行する。判定部１２３は匂い成分の有無、匂い成分の濃度、匂いの種類及び匂いの強度のうち少なくともいずれか一つを判定することができる。判定部１２３は判定結果と匂い検出部１１０による測定結果を記憶部１２４に供給する。

記憶部１２４は、判定部１２３による判定結果と匂い検出部１１０による測定結果を記憶する。また、記憶部１２４は後述する算出待機時間を記憶していてもよい。

上述した制御部１２０の各構成は、ハードウェアとソフトウェアの協働により実現される機能的構成であり、その実現態様は特に限定されない。即ち制御部１２０は、匂い検出部１１０と一体的に構成された情報処理ユニットによって実現されてもよく、匂い検出部１１０とは独立した情報処理ユニットによって実現されてもよい。また、制御部１２０の各機能的構成はネットワークを介して接続された複数の情報処理ユニットによって実現されてもよい。

［匂い検出部の動作］
匂い検出部１１０の動作について説明する。図２及び図３は匂い検出装置１００の動作を示す模式図である。匂い検出装置１００は、匂い検出用の第１の状態とクリーニング用の第２の状態をとる。図２は第１の状態を示し、図３は第２の状態を示す。

第１の状態では、第１ポンプ１１５を駆動し、第２ポンプ１１６を停止させる。図２に矢印Ｆ１で示すように、第１ポンプ１１５により匂い検出装置１００の近傍の外気が第１吸入口１１１ａからチャンバ１１１の室内に流入し、チャンバ１１１から排出口１１１ｃを通過して排出される。以下、この気体の流れを「測定フロー」とする。

第２の状態では、第１ポンプ１１５を停止させ、第２ポンプ１１６を駆動する。図３に矢印Ｆ２で示すように、第２ポンプ１１６により匂い検出装置１００の近傍の外気が第２吸入口１１１ｂからチャンバ１１１の室内に流入し、チャンバ１１１から排出口１１１ｃを通過して排出される。第２吸入口１１１ｂにはフィルタ１１７が設けられているため、チャンバ１１１には匂い成分が除去された外気が流入する。以下、この気体の流れを「クリーニングフロー」とする。

図４は、匂い検出装置１００における第１ポンプ１１５及び第２ポンプ１１６の動作状態を示すタイミングチャートである。同図に示すように、まず、「プリペアリング」ステップを実行する。プリペアリングステップでは匂い検出装置１００を第２の状態とし、即ち第１ポンプ１１５を停止させ、第２ポンプ１１６を駆動させる。これにより、上記クリーニングフロー（図３参照）が発生し、チャンバ１１１に匂い成分が除去された外気が流入する。これにより、各匂いセンサ１１２の感応膜に吸着していた匂い成分及び水分子が除去される。

続いて「測定」ステップを実行する。測定ステップでは匂い検出装置１００を第１の状態とし、即ち第１ポンプ１１５を駆動し、第２ポンプ１１６を停止させる。これにより、上記測定フロー（図２参照）が発生し、チャンバ１１１に外気が流入する。外気に含まれる匂い成分は匂いセンサ１１２の感応膜に吸着し、匂いセンサ１１２により検出される。同時に湿度センサ１１３によりチャンバ１１１内の湿度が測定され、温度センサ１１４によりチャンバ１１１内の温度が測定される。

続いて、「クリーニング」ステップを実行する。クリーニングステップでは匂い検出装置１００を第２の状態とし、即ち第１ポンプ１１５を停止させ、第２ポンプ１１６を駆動させる。これにより、上記クリーニングフロー（図３参照）が発生し、チャンバ１１１に匂い成分が除去された外気が流入する。これにより、各匂いセンサ１１２の感応膜に吸着していた匂い成分及び水分子が除去される。

図４に示すように、測定ステップの開始時刻を測定開始時刻Ｔ_ｓとし、測定ステップの終了時刻を測定終了時刻Ｔ_ｅとする。また、測定開始時刻Ｔ_ｓの後の時刻を算出開始時刻Ｔ_ｍとし、測定開始時刻Ｔ_ｓと算出開始時刻Ｔ_ｍの間の時間を算出待機時間Ｗとする。

以上のようにして、匂い検出部１０により匂い成分の検出が行われる。図４に示すように次回の測定を行う場合、再度、プリペアリングステップ、測定ステップ、クリーニングステップが順に実行される。なお、測定を連続して実行する場合等、プリペアリングステップとクリーニングステップは一つのステップであってもよい。言い換えると、クリーニングステップ、測定ステップ、クリーニングステップと順番に繰り返されてもよい。

［制御部の動作］
制御部１２０の動作について説明する。図５は制御部１２０の動作を示すフローチャートである。同図に示すように匂い検出部１１０において測定ステップが開始（Ｓｔ１０１）されると、取得部１２１は各匂いセンサ１１２から出力を取得する（Ｓｔ１０２）。匂いセンサ１１２の出力は上記のように共振周波数の変動（Ｈｚ）である。また、取得部１２１は、湿度センサ１１３から出力を取得（Ｓｔ１０３）する。湿度センサ１１３の出力は相対湿度（ＲＨ％）である。

図６は、取得部１２１が取得する共振周波数の変動（以下、周波数変動）と相対湿度の時間変化の一例を示すグラフであり、周波数変動は左目盛り、相対湿度は右目盛りである。周波数変動は各匂いセンサ１１２から出力され、それぞれの匂いセンサ１１２の出力をチャンネル１（ｃｈ１）からチャンネル（ｃｈ１６）で示す。また、同図において測定開始時刻Ｔ_ｓ、測定終了時刻Ｔ_ｅ及び算出開始時刻Ｔ_ｍを示す。匂い検出部１１０において測定が終了する（Ｓｔ１０４）すると、取得部１２１は取得した測定結果（図６に示すような周波数変動と相対湿度の時間変化）を演算部１２２に供給する。

演算部１２２は、取得部１２１から測定結果の供給を受けると算出開始時刻Ｔ_ｍを特定する（Ｓｔ１０５）。算出開始時刻Ｔ_ｍは、図４に示すように測定開始時刻Ｔ_ｓの後の時刻であり、湿度センサ１１３から出力される相対湿度の変化量が十分小さくなった時刻である。演算部１２２は、後述する手法により算出開始時刻Ｔ_ｍを特定することができる。

続いて、演算部１２２は算出開始時刻Ｔ_ｍから測定終了時刻Ｔ_ｅまでの湿度センサ１１３の出力に基づいて、算出開始時刻Ｔ_ｍから測定終了時刻Ｔ_ｅまでの匂いセンサ１１２の出力を補正する（Ｓｔ１０６）。

具体的には演算部１２２は、算出開始時刻Ｔ_ｍから測定終了時刻Ｔ_ｅまでの周波数変動の時間変化を算出する（Ｓｔ１０６ａ）。図７は算出開始時刻Ｔ_ｍから測定終了時刻Ｔ_ｅまでの周波数変動と相対湿度の時間変化を示すグラフである。図７は、図６に示すグラフにおいて、算出開始時刻Ｔ_ｍを周波数変動及び相対湿度の原点（ゼロポイント）とし、周波数変動及び相対湿度を原点にオフセットしたグラフである。

演算部１２２は、図７に示すような算出開始時刻Ｔ_ｍから測定終了時刻Ｔ_ｅまでの周波数変動の最大値と最小値を算出する。図８は、図７のうち一つのチャンネル（ｃｈ３）を示すグラフである。演算部１２２は、各チャンネルの周波数変動（△ｆ）において同図に示すように、オフセット後の最大値△ｆ_maxと最小値△ｆ_minを算出する。

また、演算部１２２は、算出開始時刻Ｔ_ｍから測定終了時刻Ｔ_ｅまでの相対湿度の時間変化を算出する（Ｓｔ１０６ｂ）。図９は、図７のうち相対湿度を示すグラフである。演算部１２２は同図に示すように、オフセット後の相対湿度の変化量△ｈｕｍを算出する。

続いて演算部１２２は、各チャンネルの周波数変動を相対湿度の変化量△ｈｕｍを用いて補正する（Ｓｔ１０６ｃ）。演算部１２２は、既存の手法によりこの補正を行うことができる。演算部１２２は補正した各チャンネルの周波数変動の最大値△ｆ_max´及び最小値△ｆ_min´を判定部１２３に供給する。

判定部１２３は、演算部１２２により補正された匂いセンサ１１２の出力に基づいて匂い成分を判定する（Ｓｔ１０７）。具体的には判定部１２３は、演算部１２２により補正された各チャンネルの最大値△ｆ_max´及び最小値△ｆ_min´から、各チャンネルの検出対象である匂い成分の濃度を判定することができる。また、判定部１２３は、補正された各チャンネルの最大値△ｆ_max´及び最小値△ｆ_min´と学習データを比較し、外気中に含まれる匂いの種類（例えば、油）を判定することも可能である。

判定部１２３は、判定結果と測定結果（図６参照）を保存する（Ｓｔ１０８）。判定部１２３は判定結果及び測定結果を記憶部１２４に供給し、記憶部１２４に記憶させることができる。

制御部１２０は以上のように動作を行う。演算部１２２は上記のように、算出開始時刻Ｔ_ｍから測定終了時刻Ｔ_ｅまでの周波数変動の最大値△ｆ_maxと最小値△ｆ_minを算出する（Ｓｔ１０６ａ）。図１０は、参考として、測定開始時刻Ｔ_ｓから測定終了時刻Ｔ_ｅまでの周波数変動における最大値△ｆ_max（ｓ）と最小値△ｆ_min（ｓ）を示すグラフであり、図６のうちチャンネル３（ｃｈ３）を示すグラフである。同図に示すように、このグラフには測定開始時刻Ｔ_ｓ近傍の周波数変動の変化が含まれるため、最大値△ｆ_max（ｓ）と最小値△ｆ_min（ｓ）はこの変化を含んだ値となる。一方、△ｆ_maxと最小値△ｆ_minはこの変化を含まない値となる。

また、演算部１２２は上記のように、算出開始時刻Ｔ_ｍから測定終了時刻Ｔ_ｅまでの相対湿度の時間変化△ｈｕｍを算出する（Ｓｔ１０６ｂ）。図１１は、参考として、測定開始時刻Ｔ_ｓから測定終了時刻Ｔ_ｅまでの相対湿度の時間変化△ｈｕｍ（ｓ）を示すグラフであり、図６のうち相対湿度を示すグラフである。同図に示すように、このグラフには測定開始時刻Ｔ_ｓ近傍の相対湿度の変化が含まれるため、時間変化△ｈｕｍ（ｓ）はこの変化を含んだ値となる。一方、時間変化△ｈｕｍはこの変化を含まない値となる。

［算出開始時刻の特定について］
演算部１２２は上述のように算出開始時刻Ｔ_ｍを特定する。算出開始時刻Ｔ_ｍは、湿度センサ１１３から出力される湿度の変化量が十分小さくなった時刻である。図１２は、湿度センサ１１３の出力である相対湿度を示すグラフであり、図６のうち相対湿度のみを示すグラフである。

図１２に示すように、湿度センサ１１３から出力される相対湿度は、第２の状態（図３参照）から第１の状態（図２参照）への切り替わりにより、測定開始時刻Ｔ_ｓの直後から大きく変化し、その後に小さくなる。以下、測定開始時刻Ｔ_ｓからから出力される相対湿度の変化が十分小さくなるまでの時間を「変化時間Ｄ_ｈ」とする。湿度センサ１１３が静電容量式湿度センサや抵抗式湿度センサである場合、変化時間Ｄ_ｈは数秒程度であり、チャンバ１１１の容積に依存するが、例えば７～８秒である。

演算部１２２は測定開始時刻Ｔ_ｓから変化時間Ｄ_ｈが経過した時刻を算出開始時刻Ｔ_ｍとして特定する。演算部１２２は、ユーザによる指定を受けて算出開始時刻Ｔ_ｍを特定することができる。ユーザは各匂いセンサ１１２が備える感応膜の材料種から、変化時間Ｄ_ｈを予測することができる。また、ユーザは匂い検出部１１０による測定結果（図６参照）を参照して変化時間Ｄ_ｈを判断してもよい。

ユーザは算出待機時間Ｗを制御部１２０に指示することができる。算出待機時間Ｗは変化時間Ｄ_ｈと同一の時間であってもよく、変化時間Ｄ_ｈより長い時間であってもよい。演算部１２２は、算出待機時間Ｗが指定されると、測定開始時刻Ｔ_ｓから算出待機時間Ｗが経過した時刻を算出開始時刻Ｔ_ｍとして特定することができる。具体的には演算部１２２は、測定開始時刻Ｔ_ｓに算出開始時刻Ｗを加算した時刻を算出開始時刻Ｔ_ｍとすることができる。また、ユーザは、算出開始時刻Ｔ_ｍを指定して算出開始時刻Ｔ_ｍを特定することもできる。例えばユーザは、湿度センサ１１３の応答速度が既知の場合、その応答速度に応じた時刻を算出開始時刻Ｔ_ｍとして指定することができる。

さらに、演算部１２２は、匂いセンサ１１２が備える感応膜の材料種を取得すると、感応膜の材料種毎にプリセットされている算出待機時間Ｗを記憶部１２４等から取得し、算出開始時刻Ｔ_ｍを特定してもよい。匂いセンサ１１２が備える感応膜の材料種は、匂いセンサ１１２の型番の選択等によってユーザが指定してもよい。また、演算部１２２は、各匂いセンサ１１２との通信によってそれぞれの匂いセンサ１１２が備える感応膜の材料種を取得してもよい。

さらに、演算部１２２は、湿度センサ１１３によって検出された相対湿度に基づいて算出開始時刻Ｔ_ｍを特定してもよい。演算部１２２は、相対湿度の変化量が十分小さくなった時刻を算出開始時刻Ｔ_ｍとすることができる。図１３は、演算部１２２による算出開始時刻Ｔ_ｍの特定方法を示す図であり、図１２の一部拡大図である。

演算部１２２は、同図に示すように、相対湿度のプロットにおいて測定開始時刻Ｔ_ｓの後、最初に傾きが０となる時刻Ｔ_ｐを特定する。演算部１２２は、この時刻Ｔ_ｐを算出開始時刻Ｔ_ｍとすることができる。また、演算部１２２は、時刻Ｔ_ｐから所定時間経過後の時刻を算出開始時刻Ｔ_ｍとしてもよい。また、演算部１２２は、最初に傾きが０となる時刻の他にも、最初に傾きが所定値となる時刻やその時刻から所定時間経過後の時刻を算出開始時刻Ｔ_ｍとしてもよい。

さらに演算部１２２は、図１２に示す相対湿度の波形を時間微分した波形を生成してもよい。演算部１２２は、この時間微分した波形において、傾きが最初に所定の値となった時刻を算出開始時刻Ｔ_ｍとしてもよく、傾きが最初に所定の値となった時刻から所定時間経過後の時刻を算出開始時刻Ｔ_ｍとしてもよい。なお、上記の「傾き」は数学的な傾きであり、時刻の変化量を分母、相対湿度の変化量を分子とした値である。

また、演算部１２２は、相対湿度の変化量に基づいて算出開始時刻Ｔ_ｍを特定してもよい。図１４は、相対湿度の変化量による算出開始時刻Ｔ_ｍの特定方法を示す図であり、図１２の一部拡大図である。同図において、ある時刻Ｔ_ｎの前の時間Ｐ_ｎ－１における相対湿度の変化量を変化量Ｈ_ｎ－１とし、時刻Ｔ_ｎの次の時間Ｐ_ｎにおける相対湿度の変化量を変化量Ｈ_ｎとする。演算部１２２は、測定開始時刻Ｔ_ｓの後、変化量Ｈ_ｎ－１と変化量Ｈ_ｎの比率が最初に所定の値となった時刻Ｔ_ｎを算出開始時刻Ｔ_ｍとすることができる。また、演算部１２２はこの時刻Ｔ_ｎから所定時間経過後の時刻を算出開始時刻Ｔ_ｍとしてもよい。

このように演算部１２２は、各種の算出方法により、湿度センサ１１３によって検出された相対湿度に基づいて算出開始時刻Ｔ_ｍを算出することができる。算出開始時刻Ｔ_ｍの算出方法は上述のものに限られず、演算部１２２は相対湿度の変化量が十分小さくなった時刻を算出開始時刻Ｔ_ｍとして算出することが可能である。

以上説明したように演算部１２２は、ユーザによる指定、プリセットからの取得又は相対湿度からの算出のいずれかの方法により、算出開始時刻Ｔ_ｍを特定することが可能である。また演算部１２２は、これら以外の方法で測定開始時刻Ｔ_ｓから変化時間Ｄ_ｈが経過した時刻を特定し、その時刻を算出開始時刻Ｔ_ｍとすることも可能である。

［匂い検出装置の効果］
匂い検出装置１００による効果について説明する。図１５は周波数変動と相対湿度の時間変化を示すグラフであり、図６と同じグラフである。上述したように、湿度センサ１１３から出力される相対湿度は第１の状態（図２参照）への切り替わりにより、測定開始時刻Ｔ_ｓの直後から大きく変化する（図１５、範囲Ａ）。

また、匂いセンサ１１２から出力される周波数変動も測定開始時刻Ｔ_ｓの直後から大きく変化する（図１５、範囲Ｂ）。これは、各匂いセンサ１１２が備える感応膜に水分子が吸着するためである。感応膜への水分の吸着量は、感応膜の材料種によって異なり、感応膜が親水性の場合には特に大きくなる。水分子の吸着による周波数変動は、本来の検出対象である匂い成分による周波数変動に重複するため、水分子の吸着による周波数変動を除去する補正が必要となる。

ここで、匂いセンサ１１２と湿度センサ１１３の検出速度の差が問題となる。図１６は周波数変動と相対湿度の時間変化を示すグラフであり、図６及び図１５と同じグラフである。同図において、変化時間Ｄ_ｈと変化時間Ｄ_ａを示す。変化時間Ｄ_ｈは上述したように、測定開始時刻Ｔ_ｓから、湿度センサ１１３により出力される相対湿度の変化が十分小さくなるまでの時間である。変化時間Ｄ_ａは測定開始時刻Ｔ_ｓから、各匂いセンサ１１２により出力される周波数変動の変化が十分小さくなるまでの時間である。

匂いセンサ１１２と湿度センサ１１３は検出原理上、検出速度が異なり、変化時間Ｄ_ｈは変化時間Ｄ_ａより長くなる。例えば、湿度センサ１１３が高分子膜湿度センサである場合、高分子膜の水分の吸収・放出に伴う誘電率変化から雰囲気の相対湿度を測定する。基本的には、電極-高分子膜-電極のコンデンサを作れば湿度センサとなり、高分子膜の誘電率変化はコンデンサの容量変化として測定できる。電極は極めて薄い金属の蒸着膜であり、電極を通して高分子膜は水分を吸収・放出する。高分子膜湿度センサには、容量タイプと抵抗タイプの２種類があるが、メカニズムは同様である。このように高分子膜湿度センサでは、電極を介して水分吸着するので、匂いセンサ１１２（ＱＣＭ）のように感応膜に直接水分が吸着し、水分による重量変化を検知するよりも応答時間に遅れが生じる。このため、変化時間Ｄ_ｈは変化時間Ｄ_ａより長くなる。

これにより、図１６に示すように、匂いセンサ１１２から出力される周波数変動の変化が十分小さくなった後、湿度センサ１１３から出力される相対湿度の変化が十分小さくなるまでの時間Ｄ_ｃが発生する。この時間Ｄ_ｃにおいて相対湿度による匂いセンサ出力の補正を実行すると、補正値が異常となり、判定部１２３による誤判定の原因となる。

これに対し、匂い検出装置１００では上述のように、演算部１２２が算出開始時刻Ｔ_ｍ（図６参照）を特定し、算出開始時刻Ｔ_ｍから測定終了時刻Ｔ_ｅまでの湿度センサ１１３の出力（図７参照）に基づいて、算出開始時刻Ｔ_ｍから測定終了時刻Ｔ_ｅまでの匂いセンサ１１２の出力を補正する。

算出開始時刻Ｔ_ｍは湿度センサ１１３から出力される相対湿度の変化が十分小さくなった時刻以後の時刻であるため、匂いセンサ１１２の出力から湿度変化による周波数変動の変化を除去することが可能となる。特に水よりも重い異臭系の高分子化合物や濃度の薄い分子の場合、図１５に矢印Ｃで示すように、匂いセンサ１１２おいて湿度による周波数変動の変化の後で徐々に共振周波数が変化する傾向があり、オフセット（図７参照）の影響を受けず、より高精度に匂い成分の判定が可能である。

このように匂い検出装置１００では、匂いセンサ１１２において匂い成分による周波数変動の変化のみを抽出することができ、湿度変化のある環境でも精度よく匂い成分の判定が可能となる。この際、匂い検出装置１００では、上記のようにデータ解析の起点となるゼロポイント位置を変更することで、測定条件（加熱温度や再測定）を大きく変更せずに湿度による影響の抑制が実現可能である。

１００…検出装置
１１０…匂い検出部
１１１…チャンバ
１１２…匂いセンサ
１１３…湿度センサ
１１４…温度センサ
１１５…第１ポンプ
１１６…第２ポンプ
１１７…フィルタ
１２０…制御部
１２１…取得部
１２２…演算部
１２３…判定部
１２４…記憶部

Claims

測定開始時刻から測定終了時刻までの間に匂い成分を検出する匂いセンサと、
前記測定開始時刻から前記測定終了時刻までの間に湿度を検出する湿度センサと、
前記測定開始時刻後の時刻である算出開始時刻を特定し、前記算出開始時刻から前記測定終了時刻までの前記湿度センサの出力に基づいて、前記算出開始時刻から前記測定終了時刻までの前記匂いセンサの出力を補正する演算部と、
前記演算部により補正された前記匂いセンサの出力に基づいて前記匂い成分を判定する判定部と
を具備する匂い検出装置。
請求項１に記載の匂い検出装置であって、
前記演算部は、前記湿度センサによって検出された湿度の出力に基づいて前記算出開始時刻を特定する
匂い検出装置。
請求項２に記載の匂い検出装置であって、
前記演算部は、前記湿度センサの出力の変化量が十分小さくなった時刻を前記算出開始時刻とする
匂い検出装置。
請求項３に記載の匂い検出装置であって、
前記演算部は、前記測定開始時刻後に、前記湿度の時間に対する傾きが最初に所定の値となった時刻を前記算出開始時刻とする
匂い検出装置。
請求項４に記載の匂い検出装置であって、
前記演算部は、前記測定開始時刻後に、前記傾きが最初に０となった時刻を前記算出開始時刻とする
匂い検出装置。
請求項３に記載の匂い検出装置であって、
前記演算部は、前記測定開始時刻後に、前記湿度の所定時間当たりの変化量の比率が最初に所定の値となった時刻を前記算出開始時刻とする
匂い検出装置。
請求項１に記載の匂い検出装置であって、
前記演算部は、ユーザによって指定された時刻を前記算出開始時刻とする
匂い検出装置。
請求項１から７のうちいずれか１項に記載の匂い検出装置であって、
前記演算部は、前記算出開始時刻から前記測定終了時刻の間の前記湿度センサの出力から、前記算出開始時刻から前記測定終了時刻の間の湿度変化量を算出し、前記算出開始時刻から前記測定終了時刻までの前記匂いセンサの出力を、前記湿度変化量を用いて補正する
匂い検出装置。
請求項８に記載の匂い検出装置であって、
前記匂いセンサは、匂い成分の吸着により共振周波数が変動する水晶振動子マイクロバランスセンサであり、
前記演算部は、前記算出開始時刻から前記測定終了時刻までの前記匂いセンサの周波数変動を前記湿度変化量によって補正し、
前記判定部は、前記演算部によって補正された周波数変動の最大値及び最小値から前記匂い成分の濃度を判定する
匂い検出装置。
請求項９に記載の匂い検出装置であって、
前記湿度センサは静電容量式湿度センサである
匂い検出装置。
請求項９に記載の匂い検出装置であって、
前記湿度センサは抵抗式湿度センサである
匂い検出装置。
請求項９に記載の匂い検出装置であって、
前記匂いセンサは、吸着する匂い成分が互いに異なる複数の匂いセンサを含む
匂い検出装置。
測定開始時刻から測定終了時刻までの間に匂い成分を検出する匂いセンサと、前記測定開始時刻から前記測定終了時刻までの間に湿度を検出する湿度センサの出力を取得する取得部と、
前記測定開始時刻後の時刻である算出開始時刻を特定し、前記算出開始時刻から前記測定終了時刻までの前記湿度センサの出力に基づいて、前記算出開始時刻から前記測定終了時刻までの前記匂いセンサの出力を補正する演算部と、
前記演算部により補正された前記匂いセンサの出力に基づいて前記匂い成分を判定する判定部と
を具備する匂い検出装置。
測定開始時刻後の時刻である算出開始時刻を特定し、前記算出開始時刻から測定終了時刻までの湿度センサの出力に基づいて、前記算出開始時刻から前記測定終了時刻までの匂いセンサの出力を補正し、
補正された前記匂いセンサの出力に基づいて前記匂い成分を判定する
匂い検出方法。