JP3199293B2 - ガス検知器 - Google Patents
ガス検知器Info
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Description
【０００１】
【従来の技術】ガス検知器においては、火災などによっ
て発生する微量の燃焼ガスや有機化合物ガスを感度良く
検知し、判別する必要がある。また、常に正常に動作し
ているものでなくてはならない。従来よりこのような用
途におけるガス検知器として、光によって煙を感知する
煙感知器、一酸化炭素を検知する半導体ガスセンサのほ
か、広い選択性を持った吸着膜を水晶発振子に塗布し、
その共振周波数変化からガスを検知するものがある。光
によって煙を感知する煙感知器は、煙中での光の減衰を
測定することによって煙を感知する。半導体ガスセンサ
はガスとの酸化還元反応を利用し、一酸化炭素などの酸
化性ガスを検知する。水晶発振子を用いたものは、その
応答から飽和吸着量や時定数を抽出し、パターン認識技
術によってガスを検知する。
て発生する微量の燃焼ガスや有機化合物ガスを感度良く
検知し、判別する必要がある。また、常に正常に動作し
ているものでなくてはならない。従来よりこのような用
途におけるガス検知器として、光によって煙を感知する
煙感知器、一酸化炭素を検知する半導体ガスセンサのほ
か、広い選択性を持った吸着膜を水晶発振子に塗布し、
その共振周波数変化からガスを検知するものがある。光
によって煙を感知する煙感知器は、煙中での光の減衰を
測定することによって煙を感知する。半導体ガスセンサ
はガスとの酸化還元反応を利用し、一酸化炭素などの酸
化性ガスを検知する。水晶発振子を用いたものは、その
応答から飽和吸着量や時定数を抽出し、パターン認識技
術によってガスを検知する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のガス検
知器には以下のような欠点があった。すなわち、煙感知
器においては感知対象が煙であるため、火災が十分進行
しないと検知できない。また、火災時にはいつも煙が発
生するとは限らない。つまり、火災に対する感度が低い
といえる。半導体ガスセンサを用いたガス検知器におい
ては、感知対象が酸化性ガスに限定されているため、火
災に対する感度は低く、不発報も多くなる。水晶発振子
を用いたセンサはガスに対する感度は高いが、ガス濃度
が測定中変化するような環境においてはガスの判別に必
要な時定数を抽出することは困難である。さらに、これ
ら煙式、半導体式および水晶発振子式のセンサはセンサ
自体がその感度低下を知らせる機能を持たないので、正
常に動作しているかどうか調べるために煙や対象ガスを
用いた定期的な検査を必要とするが、センサの数が多く
なるとそれに要するコストも高くなるという欠点があ
る。
知器には以下のような欠点があった。すなわち、煙感知
器においては感知対象が煙であるため、火災が十分進行
しないと検知できない。また、火災時にはいつも煙が発
生するとは限らない。つまり、火災に対する感度が低い
といえる。半導体ガスセンサを用いたガス検知器におい
ては、感知対象が酸化性ガスに限定されているため、火
災に対する感度は低く、不発報も多くなる。水晶発振子
を用いたセンサはガスに対する感度は高いが、ガス濃度
が測定中変化するような環境においてはガスの判別に必
要な時定数を抽出することは困難である。さらに、これ
ら煙式、半導体式および水晶発振子式のセンサはセンサ
自体がその感度低下を知らせる機能を持たないので、正
常に動作しているかどうか調べるために煙や対象ガスを
用いた定期的な検査を必要とするが、センサの数が多く
なるとそれに要するコストも高くなるという欠点があ
る。
【０００３】本発明の目的は、火災などの異常から発生
するガスや有機化合物ガスを感度良く、確実に検知して
ガス種類を判別し、かつガス吸着膜の感度検査に多くの
人手を必要としない小型、安価なガス検知器を提供する
ことである。
するガスや有機化合物ガスを感度良く、確実に検知して
ガス種類を判別し、かつガス吸着膜の感度検査に多くの
人手を必要としない小型、安価なガス検知器を提供する
ことである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明のガス検知器は、
吸着速度の異なるガス吸着膜を設けた２つの水晶発振子
を有し、前記２つの水晶発振子の応答から時定数を抽出
することによって検知対象ガスを検知し、および前記対
象ガスの種類を判別する。
吸着速度の異なるガス吸着膜を設けた２つの水晶発振子
を有し、前記２つの水晶発振子の応答から時定数を抽出
することによって検知対象ガスを検知し、および前記対
象ガスの種類を判別する。
【０００５】前記ガス検知器は線形フィルタのアルゴリ
ズムを用いて２つの水晶発振子応答から時定数を抽出
し、対象ガスの種類の判別を行なうものを含む。
ズムを用いて２つの水晶発振子応答から時定数を抽出
し、対象ガスの種類の判別を行なうものを含む。
【０００６】
【０００７】
【作用】２つの水晶発振子の応答から時定数を抽出する
ので、濃度が変化しても高感度にガスの検知と種類の判
別ができる。
ので、濃度が変化しても高感度にガスの検知と種類の判
別ができる。
【０００８】水晶発振子の外乱による応答の分散を用い
るので、ガス吸着膜の感度検査を多くの人手を介さずに
実施できる。
るので、ガス吸着膜の感度検査を多くの人手を介さずに
実施できる。
【０００９】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１０】図１は本発明のガス検知器の一実施例の構
成ブロック図、図２は図１のコンピュータ１３による吸
着膜の感度検査方法の手順を示すフローチャート、図３
は図１のコンピュータ１３によるガス判別方法の手順を
示すフローチャート、図４は通常の環境におけるポリク
ロロトリフロロエチレンを用いた真新しい吸着膜を被覆
した水晶発振子の応答を示す図、図５は通常の環境にお
ける感度を低下させた水晶発振子の応答を示す図、図６
はビニルケーブル被膜から発生したガスに対するポリク
ロロトリフロロエチレンを用いた真新しい吸着膜を被覆
した水晶発振子の応答ａと感度を落した吸着膜を被覆し
た水晶発振子の応答ｂを示す図、図７は５８０ｐｐｍの
アセトンに対するポリエチレンとポリテトラフロロエチ
レンの混合物を吸着膜として用いた水晶発振子の応答を
示す図、図８は１２２０ｐｐｍのアセトンと空気に交互
に曝したポリエチレンとポリテトラフロロエチレンの混
合物を吸着膜として用いた水晶発振子３の応答ｃとポリ
エチレンを吸着膜として用いた水晶発振子５の応答ｄを
示す図である。
成ブロック図、図２は図１のコンピュータ１３による吸
着膜の感度検査方法の手順を示すフローチャート、図３
は図１のコンピュータ１３によるガス判別方法の手順を
示すフローチャート、図４は通常の環境におけるポリク
ロロトリフロロエチレンを用いた真新しい吸着膜を被覆
した水晶発振子の応答を示す図、図５は通常の環境にお
ける感度を低下させた水晶発振子の応答を示す図、図６
はビニルケーブル被膜から発生したガスに対するポリク
ロロトリフロロエチレンを用いた真新しい吸着膜を被覆
した水晶発振子の応答ａと感度を落した吸着膜を被覆し
た水晶発振子の応答ｂを示す図、図７は５８０ｐｐｍの
アセトンに対するポリエチレンとポリテトラフロロエチ
レンの混合物を吸着膜として用いた水晶発振子の応答を
示す図、図８は１２２０ｐｐｍのアセトンと空気に交互
に曝したポリエチレンとポリテトラフロロエチレンの混
合物を吸着膜として用いた水晶発振子３の応答ｃとポリ
エチレンを吸着膜として用いた水晶発振子５の応答ｄを
示す図である。
【００１１】本発明は吸着膜への被検知ガス分子の吸着
を詳細に検討した結果なされたものであり、ここで、本
発明者らが得た知見について説明する。
を詳細に検討した結果なされたものであり、ここで、本
発明者らが得た知見について説明する。
【００１２】ポリエチレンや、ポリクロロトリフロロエ
チレンや、ポリエチレンとポリテトラフロロエチレンの
混合物等の含弗素系高分子や炭化水素系高分子の高周波
スパッタリングによって水晶発振子上にプラズマ由来の
高分子吸着膜を形成し、これら吸着膜への被検知ガス分
子の吸着による水晶発振子の共振周波数の変化を調べ
た。水晶発振子の共振周波数は、吸着膜の質量変化すな
わち吸着した被検知ガスの質量に比例することが知られ
ている。
チレンや、ポリエチレンとポリテトラフロロエチレンの
混合物等の含弗素系高分子や炭化水素系高分子の高周波
スパッタリングによって水晶発振子上にプラズマ由来の
高分子吸着膜を形成し、これら吸着膜への被検知ガス分
子の吸着による水晶発振子の共振周波数の変化を調べ
た。水晶発振子の共振周波数は、吸着膜の質量変化すな
わち吸着した被検知ガスの質量に比例することが知られ
ている。
【００１３】この吸着膜は空気中の分子の動きにも敏感
であり、空気中の分子は絶えず運動しているので通常の
環境下でもこれら分子の外乱（ノイズ）による水晶発振
子応答があることが分かっている。この外乱による水晶
発振子応答は吸着膜の感度が低下すると小さくなること
から、次のように外乱による水晶発振子応答の分散を監
視することによって吸着膜の感度低下を検出することが
できる。
であり、空気中の分子は絶えず運動しているので通常の
環境下でもこれら分子の外乱（ノイズ）による水晶発振
子応答があることが分かっている。この外乱による水晶
発振子応答は吸着膜の感度が低下すると小さくなること
から、次のように外乱による水晶発振子応答の分散を監
視することによって吸着膜の感度低下を検出することが
できる。
【００１４】
【数１】 ここで、ｋは整数、ｍ［ｋ］はΔｔをサンプリング時間
……としたときの時刻ｋ・Δｔにおける水晶発振子の応
答、Ｔｓはある決められたデータの数、
……としたときの時刻ｋ・Δｔにおける水晶発振子の応
答、Ｔｓはある決められたデータの数、
【００１５】
【外１】 はＴｓ個のデータの平均である。この水晶発振子応答
の分散は吸着膜の感度を表していると考えられる。すな
わち、吸着膜の感度が低下すると被検知ガスだけでなく
外乱に対する水晶発振子の応答も小さくなるため、水晶
発振子応答の分散の低下によって吸着膜の感度低下を検
出することができる。また、外乱に対する水晶発振子応
答は、被検知ガスに対する水晶発振子応答よりもはるか
に小さいので、その区別は容易である。
の分散は吸着膜の感度を表していると考えられる。すな
わち、吸着膜の感度が低下すると被検知ガスだけでなく
外乱に対する水晶発振子の応答も小さくなるため、水晶
発振子応答の分散の低下によって吸着膜の感度低下を検
出することができる。また、外乱に対する水晶発振子応
答は、被検知ガスに対する水晶発振子応答よりもはるか
に小さいので、その区別は容易である。
【００１６】さらに、これら吸着膜は燃焼ガスや有機化
合物ガスを高感度に吸着するが、ある限られた種類のガ
スのみを吸着するのではなく、その選択性は広いもので
ある。よって、吸着ガスを判別するために水晶発振子応
答から飽和吸着量や時定数を抽出しなければならない。
特に、時定数はガス判別のための有効な量であることが
知られている。
合物ガスを高感度に吸着するが、ある限られた種類のガ
スのみを吸着するのではなく、その選択性は広いもので
ある。よって、吸着ガスを判別するために水晶発振子応
答から飽和吸着量や時定数を抽出しなければならない。
特に、時定数はガス判別のための有効な量であることが
知られている。
【００１７】ガス濃度が一定の場合は、水晶発振子応答
は次のような指数関数を用いて表されるので、時定数を
抽出することは容易である。
は次のような指数関数を用いて表されるので、時定数を
抽出することは容易である。
【００１８】
【数２】 ｍ［ｋ］＝ａ｛１−ｅｘｐ（−ｋ・Δｔ／τ）｝ ここで、ａは吸着膜に対するガスの飽和吸着量、τは時
定数である。ところが、ガス濃度が変化する場合には水
晶発振子応答は複雑な振るまいをするので一つの水晶発
振子の応答から時定数を抽出することは困難である。こ
こで、ガス吸着速度の異なる吸着膜を被覆した水晶発振
子を別に用意し、その水晶発振子応答をｕ［ｋ］とする
と、ｍ［ｋ］とｕ［ｋ］は両方ともガス濃度の関数であ
り、次の式を満たすようにｂi とｃj を決めればガス濃
度の項を消去でき、ガス濃度が変化してもｍ［ｋ］に関
する時定数を抽出できる。
定数である。ところが、ガス濃度が変化する場合には水
晶発振子応答は複雑な振るまいをするので一つの水晶発
振子の応答から時定数を抽出することは困難である。こ
こで、ガス吸着速度の異なる吸着膜を被覆した水晶発振
子を別に用意し、その水晶発振子応答をｕ［ｋ］とする
と、ｍ［ｋ］とｕ［ｋ］は両方ともガス濃度の関数であ
り、次の式を満たすようにｂi とｃj を決めればガス濃
度の項を消去でき、ガス濃度が変化してもｍ［ｋ］に関
する時定数を抽出できる。
【００１９】
【数３】 ここでｉ、ｊ、Ｌ、Ｈは整数、ｂi 、ｃj は実数であ
る。よって、２つの水晶発振子応答から線形フィルタの
アルゴリズムを用いることによってｂi を求めることが
できる。ｂi はｍ［ｋ］に関する時定数そのものではな
いが、ｂi からｍ［ｋ］に関する時定数を得ることがで
きる。よって濃度が変化するような環境においても時定
数の抽出が可能となる。
る。よって、２つの水晶発振子応答から線形フィルタの
アルゴリズムを用いることによってｂi を求めることが
できる。ｂi はｍ［ｋ］に関する時定数そのものではな
いが、ｂi からｍ［ｋ］に関する時定数を得ることがで
きる。よって濃度が変化するような環境においても時定
数の抽出が可能となる。
【００２０】この知見から、外乱による水晶発振子応答
を監視することによって対象ガスを用いた検査をするこ
となしに吸着膜の感度検査ができる。また、濃度が変化
するような環境においても、２つの水晶発振子応答から
時定数を抽出することによってガスを高感度に検知、判
別することができる。
を監視することによって対象ガスを用いた検査をするこ
となしに吸着膜の感度検査ができる。また、濃度が変化
するような環境においても、２つの水晶発振子応答から
時定数を抽出することによってガスを高感度に検知、判
別することができる。
【００２１】さて、図１のガス感知器はセンサセル１と
水晶発振子３，５，６と発振回路７，８，９とマルチプ
レクサ１０と乗算＆サンプリング回路１１とカウンタ１
２とコンピュータ１３と表示装置１４とより構成されて
いる。
水晶発振子３，５，６と発振回路７，８，９とマルチプ
レクサ１０と乗算＆サンプリング回路１１とカウンタ１
２とコンピュータ１３と表示装置１４とより構成されて
いる。
【００２２】雰囲気に曝されるセンサセル１には、表面
にガス吸着膜２を設けた水晶発振子３と、材質を変えて
ガス吸着膜２とはガス吸着速度の異なるガス吸着膜４を
設けた水晶発振子５および吸着膜を被覆していない水晶
発振子６が設けられている。水晶発振子６は水晶発振子
３および５の周波数を計数するための基準となる周波数
を発生する。各水晶発振子３，５，６にはそれぞれ発振
回路７，８，９が設けられ、この発振回路７，８，９は
対応する水晶発振子３，５，６の共振周波数で発振する
ようになっている。マルチプレクサ１０は発振回路７，
８のどちらか一つを選択し、乗算＆サンプリング回路１
１は発振回路７，８のうちの選択されたものと発振回路
９の出力の周期の差を周期とする信号を出力する。カウ
ンタ１２はこの信号の周期を計測し、コンピュータ１３
に送る。コンピュータ１３は周期の逆数をとって周波数
を計算し、吸着膜の感度低下や被検知ガスの判別結果を
ＬＥＤ、ＣＲＴなどの表示装置１４に表示する。
にガス吸着膜２を設けた水晶発振子３と、材質を変えて
ガス吸着膜２とはガス吸着速度の異なるガス吸着膜４を
設けた水晶発振子５および吸着膜を被覆していない水晶
発振子６が設けられている。水晶発振子６は水晶発振子
３および５の周波数を計数するための基準となる周波数
を発生する。各水晶発振子３，５，６にはそれぞれ発振
回路７，８，９が設けられ、この発振回路７，８，９は
対応する水晶発振子３，５，６の共振周波数で発振する
ようになっている。マルチプレクサ１０は発振回路７，
８のどちらか一つを選択し、乗算＆サンプリング回路１
１は発振回路７，８のうちの選択されたものと発振回路
９の出力の周期の差を周期とする信号を出力する。カウ
ンタ１２はこの信号の周期を計測し、コンピュータ１３
に送る。コンピュータ１３は周期の逆数をとって周波数
を計算し、吸着膜の感度低下や被検知ガスの判別結果を
ＬＥＤ、ＣＲＴなどの表示装置１４に表示する。
【００２３】次に、このガス検知器の動作について説明
する。各発振回路７，８，９を動作状態にすると各水晶
発振子３，５，６は発振を始める。水晶発振子６は検知
ガスの有無にかかわらず常に同じ共振周波数で発振す
る。検知ガスが発生すると、水晶発振子３，５上のガス
吸着膜２，４への被検知ガス分子の吸着が開始し、吸着
量に応じて水晶発振子３，５の共振周波数がシフトし発
振回路７，８の発振周波数がシフトする。この発振周波
数のシフトは、ガス吸着膜２，４に吸着した被検知ガス
の質量に比例する。カウンタ１２は発振回路７，８と発
振回路９の出力の差、すなわちガス吸着膜２，４に吸着
した被検知ガスの質量を出力する。また、水晶発振子
３，５，６の温度は同一なので、温度変化による共振周
波数の変化分が打消され、温度変化に対する補償も同時
に行われている。マルチプレクサ１０は一定の時間おき
に発振回路７，８を選択するが、その周期は１秒以下で
あって、とガス測定時間と比較して十分短いため、ほぼ
同時に両方の水晶発振子７，８の出力を獲得していると
考えてよい。
する。各発振回路７，８，９を動作状態にすると各水晶
発振子３，５，６は発振を始める。水晶発振子６は検知
ガスの有無にかかわらず常に同じ共振周波数で発振す
る。検知ガスが発生すると、水晶発振子３，５上のガス
吸着膜２，４への被検知ガス分子の吸着が開始し、吸着
量に応じて水晶発振子３，５の共振周波数がシフトし発
振回路７，８の発振周波数がシフトする。この発振周波
数のシフトは、ガス吸着膜２，４に吸着した被検知ガス
の質量に比例する。カウンタ１２は発振回路７，８と発
振回路９の出力の差、すなわちガス吸着膜２，４に吸着
した被検知ガスの質量を出力する。また、水晶発振子
３，５，６の温度は同一なので、温度変化による共振周
波数の変化分が打消され、温度変化に対する補償も同時
に行われている。マルチプレクサ１０は一定の時間おき
に発振回路７，８を選択するが、その周期は１秒以下で
あって、とガス測定時間と比較して十分短いため、ほぼ
同時に両方の水晶発振子７，８の出力を獲得していると
考えてよい。
【００２４】コンピュータ１３は次に示す手順によって
吸着膜の感度検査を行なう。
吸着膜の感度検査を行なう。
【００２５】すなわち、図２に示すように、吸着膜の感
度は水晶発振子応答を獲得した後（ステップ２１）次の
ように水晶発振子応答の分散をとることによって検査す
ることができる（ステップ２２）。
度は水晶発振子応答を獲得した後（ステップ２１）次の
ように水晶発振子応答の分散をとることによって検査す
ることができる（ステップ２２）。
【００２６】
【数４】 そして、ある決められたしきい値と比較する（ステップ
２３）。しきい値よりも小さくなったとき、吸着膜の感
度が低下したとみなし、センサ感度低下の警告表示を行
う（ステップ２４）。しきい値よりも大きければステッ
プ２１にもどる。
２３）。しきい値よりも小さくなったとき、吸着膜の感
度が低下したとみなし、センサ感度低下の警告表示を行
う（ステップ２４）。しきい値よりも大きければステッ
プ２１にもどる。
【００２７】コンピュータ１３は次に示す手順によって
ガス種別の判別を行なう。
ガス種別の判別を行なう。
【００２８】すなわち、図３に示すように、まず、ガス
を検知し（ステップ３１）、そのガスの種類の判別を行
うために水晶発振子応答から時定数を抽出しなければな
らないが、次のようなアルゴリズムを用いて時定数を抽
出する。すなわち、ｐを整数とし、時刻ｋ・Δｔから遡
って時刻（ｋ−ｐ）・Δｔまでの水晶発振子３の応答ベ
クトルＭ
を検知し（ステップ３１）、そのガスの種類の判別を行
うために水晶発振子応答から時定数を抽出しなければな
らないが、次のようなアルゴリズムを用いて時定数を抽
出する。すなわち、ｐを整数とし、時刻ｋ・Δｔから遡
って時刻（ｋ−ｐ）・Δｔまでの水晶発振子３の応答ベ
クトルＭ
【００２９】
【数５】 Ｍ＝（ｍ［ｋ］，ｍ［ｋ−１］，…，ｍ［ｋ−ｐ］）T
（Ｔは転置をあらわす） および時刻（ｋ−１）・Δｔから遡って時刻（ｋ−Ｌ−
ｐ）・Δｔまでの水晶発振子３の応答ｍと時刻ｋ・Δｔ
から遡って時刻（ｋ−Ｈ−ｐ）・Δｔまでの水晶発振子
５の応答ｕからなる（ｐ＋１）×（Ｌ＋Ｈ＋１）の行列
Φ
（Ｔは転置をあらわす） および時刻（ｋ−１）・Δｔから遡って時刻（ｋ−Ｌ−
ｐ）・Δｔまでの水晶発振子３の応答ｍと時刻ｋ・Δｔ
から遡って時刻（ｋ−Ｈ−ｐ）・Δｔまでの水晶発振子
５の応答ｕからなる（ｐ＋１）×（Ｌ＋Ｈ＋１）の行列
Φ
【００３０】
【数６】 を用いてＢ＝｛ΦT Φ｝-1 ΦT Ｍを計算し、Ｂ＝｛ｂ
1 ，ｂ2 ，…，ｂL ，ｃ0 ，ｃ1 ，…，ｃH ｝を得る
（ステップ３２）。得られたＢのうち｛ｂ1 ，ｂ2 ，
…，ｂL ｝を用いてｘについての方程式
1 ，ｂ2 ，…，ｂL ，ｃ0 ，ｃ1 ，…，ｃH ｝を得る
（ステップ３２）。得られたＢのうち｛ｂ1 ，ｂ2 ，
…，ｂL ｝を用いてｘについての方程式
【００３１】
【数７】 を解く（ステップ３３）。この方程式はＬ個の解を持つ
が、このうち正の実数解をｒとすると時定数τは
が、このうち正の実数解をｒとすると時定数τは
【００３２】
【数８】τ＝Δｔ／ｌｏｇ（ｒ） と求めることができる（ステップ３４）。ここで、Ｌ、
Ｈの値をどのように選ぶかは水晶発振子応答に含まれる
時定数の数に依存するが、例えば、３から１０までＬ、
Ｈの値を変化させても得られる時定数の値はほぼ同じで
ある。以上のアルゴリズムより得られた時定数を用いて
対象ガスの判別を行うことができる（ステップ３５）。
Ｈの値をどのように選ぶかは水晶発振子応答に含まれる
時定数の数に依存するが、例えば、３から１０までＬ、
Ｈの値を変化させても得られる時定数の値はほぼ同じで
ある。以上のアルゴリズムより得られた時定数を用いて
対象ガスの判別を行うことができる（ステップ３５）。
【００３３】次に、本実施例の有効性を調べた結果につ
いて説明する。
いて説明する。
【００３４】まず、吸着膜の感度低下の検出に水晶発振
子応答の分散を用いた結果について述べる。図４は通常
の環境における真新しい吸着膜を被覆した水晶発振子の
応答を表している。サンプリング時間Δｔは４（秒）、
Ｔｓは１５０、すなわち測定時間６００秒とし、吸着膜
はポリクロロトリフロロエチレンのスパッタリングによ
って水晶発振子（９ＭＨｚ、ＡＴ一カット、厚さ０．１
ｍｍ、直径８５ｍｍ）表面上に形成したものである。ス
パッタリングパワーは１Ｗ／ｃｍ2 、スパッタリング時
間は２時間で形成した。この水晶発振子応答の分散は
０．１６８と大きい。つまり、被検知ガス以外の外乱に
対してもある程度水晶発振子は感応し、この吸着膜の感
度はまだ高いと考えられる。図５は高温加速試験を施し
て感度を低下させた吸着膜を被覆した水晶発振子の通常
の環境における応答を表している。水晶発振子応答の分
散は０．０５１と小さい。このように、このガス検知器
はある１つの被検知ガスだけに感応するのではなく、通
常の環境におけるごくわずかな変化、すなわち外乱にも
敏感であるため、外乱に対する水晶発振子応答を監視す
ることによってその感度を検査することができる。
子応答の分散を用いた結果について述べる。図４は通常
の環境における真新しい吸着膜を被覆した水晶発振子の
応答を表している。サンプリング時間Δｔは４（秒）、
Ｔｓは１５０、すなわち測定時間６００秒とし、吸着膜
はポリクロロトリフロロエチレンのスパッタリングによ
って水晶発振子（９ＭＨｚ、ＡＴ一カット、厚さ０．１
ｍｍ、直径８５ｍｍ）表面上に形成したものである。ス
パッタリングパワーは１Ｗ／ｃｍ2 、スパッタリング時
間は２時間で形成した。この水晶発振子応答の分散は
０．１６８と大きい。つまり、被検知ガス以外の外乱に
対してもある程度水晶発振子は感応し、この吸着膜の感
度はまだ高いと考えられる。図５は高温加速試験を施し
て感度を低下させた吸着膜を被覆した水晶発振子の通常
の環境における応答を表している。水晶発振子応答の分
散は０．０５１と小さい。このように、このガス検知器
はある１つの被検知ガスだけに感応するのではなく、通
常の環境におけるごくわずかな変化、すなわち外乱にも
敏感であるため、外乱に対する水晶発振子応答を監視す
ることによってその感度を検査することができる。
【００３５】次に、被検知ガスに対する水晶発振子応答
を示す。被検知ガスは通信用ケーブル被膜として使用さ
れているビニルケーブル被膜を３０リットルの容器の中
で約１５０℃のヒーターで１分間加熱し、その結果発生
した０．０１２ｇのガスである。そのガスに対するポリ
クロロトリフロロエチレンを用いた水晶発振子の応答を
図６に示す。ａは真新しい吸着膜を用いた水晶発振子の
応答、ｂは感度を低下させた吸着膜を用いた水晶発振子
の応答である。通常環境下で外乱による応答の分散が小
さい水晶発振子は被検知ガスに対する感度も低下してい
ることがわかる。なお、図４、５の応答と比べて明かで
あるように、被検知ガスに対する水晶発振子応答は外乱
による応答に比べて十分大きいのでその区別は容易であ
る。
を示す。被検知ガスは通信用ケーブル被膜として使用さ
れているビニルケーブル被膜を３０リットルの容器の中
で約１５０℃のヒーターで１分間加熱し、その結果発生
した０．０１２ｇのガスである。そのガスに対するポリ
クロロトリフロロエチレンを用いた水晶発振子の応答を
図６に示す。ａは真新しい吸着膜を用いた水晶発振子の
応答、ｂは感度を低下させた吸着膜を用いた水晶発振子
の応答である。通常環境下で外乱による応答の分散が小
さい水晶発振子は被検知ガスに対する感度も低下してい
ることがわかる。なお、図４、５の応答と比べて明かで
あるように、被検知ガスに対する水晶発振子応答は外乱
による応答に比べて十分大きいのでその区別は容易であ
る。
【００３６】次に、ガスを判別するために、ガス吸着膜
２，４として（１）ポリエチレンとポリテトラフロロエ
チレンの混合物、（２）ポリエチレンを各ターゲットと
し、スバッタリングパワー１Ｗ／ｃｍ2 、スパッタリン
グ時間は２時間で高周波スパッタリングによりそれぞれ
水晶発振子３，５の表面に形成したものを用いた。
２，４として（１）ポリエチレンとポリテトラフロロエ
チレンの混合物、（２）ポリエチレンを各ターゲットと
し、スバッタリングパワー１Ｗ／ｃｍ2 、スパッタリン
グ時間は２時間で高周波スパッタリングによりそれぞれ
水晶発振子３，５の表面に形成したものを用いた。
【００３７】まず、５８０ｐｐｍのアセトンに対するポ
リエチレンとポリテトラフロロエチレンの混合物を吸着
膜として用いた水晶発振子３の応答を図７に示す。この
応答から得られる時定数は約１４０秒である。他のガ
ス、例えばメタノールに対しては時定数は約３０秒、ベ
ンゼンに対しては約６３０秒であり、時定数はガス判別
に有効である。
リエチレンとポリテトラフロロエチレンの混合物を吸着
膜として用いた水晶発振子３の応答を図７に示す。この
応答から得られる時定数は約１４０秒である。他のガ
ス、例えばメタノールに対しては時定数は約３０秒、ベ
ンゼンに対しては約６３０秒であり、時定数はガス判別
に有効である。
【００３８】次に、ガスの濃度が常に一定ではない時の
応答例として、１２２０ｐｐｍのアセトンと空気に交互
に曝した２つの水晶発振子の応答を図８に示す。ｃはポ
リエチレンとポリテトラフロロエチレンの混合物を用い
た吸着膜を被覆した水晶発振子３、ｄはポリエチレンの
みを用いた吸着膜を被覆した水晶発振子５の応答であ
る。ｃの応答のみからｃの時定数を抽出するのは前に述
べたように困難であるが、ｃだけでなくｄの応答を用い
てｐ＝１５０とし、２≦Ｌ≦７、２≦Ｈ≦４、Ｈ≦Ｌの
ようにＨ、Ｌを変化させた各々の場合においてｃの時定
数を推定した結果、どの場合においても約１５０秒とい
う時定数を推定し、対象ガスがアセトンであることを判
別できた。
応答例として、１２２０ｐｐｍのアセトンと空気に交互
に曝した２つの水晶発振子の応答を図８に示す。ｃはポ
リエチレンとポリテトラフロロエチレンの混合物を用い
た吸着膜を被覆した水晶発振子３、ｄはポリエチレンの
みを用いた吸着膜を被覆した水晶発振子５の応答であ
る。ｃの応答のみからｃの時定数を抽出するのは前に述
べたように困難であるが、ｃだけでなくｄの応答を用い
てｐ＝１５０とし、２≦Ｌ≦７、２≦Ｈ≦４、Ｈ≦Ｌの
ようにＨ、Ｌを変化させた各々の場合においてｃの時定
数を推定した結果、どの場合においても約１５０秒とい
う時定数を推定し、対象ガスがアセトンであることを判
別できた。
【００３９】本実施例のガス検知器はガス吸着速度の異
なる吸着膜を持った２つの水晶発振子の応答により対象
ガスを検知するので、ガス濃度が変化する環境でも正確
に高感度にガスの検知とガス種類の判別ができ、また、
外乱による水晶発振子応答の分散によって吸着膜の感度
低下を検出するので、感度検査に多くの人手を必要とし
ない。
なる吸着膜を持った２つの水晶発振子の応答により対象
ガスを検知するので、ガス濃度が変化する環境でも正確
に高感度にガスの検知とガス種類の判別ができ、また、
外乱による水晶発振子応答の分散によって吸着膜の感度
低下を検出するので、感度検査に多くの人手を必要とし
ない。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、外乱によ
る水晶発振子応答の分散を用いることにより、人手を介
することなく吸着膜の感度を検査することができるので
コストの低減になり、また、ガス吸着速度の異なる吸着
膜を表面に設けた２つの水晶発振子の応答から、線形フ
ィルタのアルゴリズムによって時定数を抽出することに
より、従来困難であった測定中に濃度が変化するような
環境におけるガスの早期検知、種類判別を正確に行える
ようになるという効果がある。
る水晶発振子応答の分散を用いることにより、人手を介
することなく吸着膜の感度を検査することができるので
コストの低減になり、また、ガス吸着速度の異なる吸着
膜を表面に設けた２つの水晶発振子の応答から、線形フ
ィルタのアルゴリズムによって時定数を抽出することに
より、従来困難であった測定中に濃度が変化するような
環境におけるガスの早期検知、種類判別を正確に行える
ようになるという効果がある。
【図１】本発明のガス検知器の一実施例の構成ブロック
図である。
図である。
【図２】図１のコンピュータ１３による吸着膜の感度検
査方法の手順を示すフローチャートである。
査方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】図１のコンピュータ１３によるガス判別方法の
手順を示すフローチャートである。
手順を示すフローチャートである。
【図４】通常の環境におけるポリクロロトリフロロエチ
レンを用いた真新しい吸着膜を被覆した水晶発振子の応
答を示す図である。
レンを用いた真新しい吸着膜を被覆した水晶発振子の応
答を示す図である。
【図５】通常の環境における感度を低下させた水晶発振
子の応答を示す図である。
子の応答を示す図である。
【図６】ビニルケーブル被膜から発生したガスに対する
ポリクロロトリフロロエチレンを用いた真新しい吸着膜
を被覆した水晶発振子の応答ａと感度を落した吸着膜を
被覆した水晶発振子の応答ｂを示す図である。
ポリクロロトリフロロエチレンを用いた真新しい吸着膜
を被覆した水晶発振子の応答ａと感度を落した吸着膜を
被覆した水晶発振子の応答ｂを示す図である。
【図７】５８０ｐｐｍのアセトンに対するポリエチレン
とポリテトラフロロエチレンの混合物を吸着膜として用
いた水晶発振子の応答を示す図である。
とポリテトラフロロエチレンの混合物を吸着膜として用
いた水晶発振子の応答を示す図である。
【図８】１２２０ｐｐｍのアセトンと空気に交互に曝し
たポリエチレンとポリテトラフロロエチレンの混合物を
吸着膜として用いた水晶発振子３の応答ｃとポリエチレ
ンを吸着膜として用いた水晶発振子５の応答ｄを示す図
である。
たポリエチレンとポリテトラフロロエチレンの混合物を
吸着膜として用いた水晶発振子３の応答ｃとポリエチレ
ンを吸着膜として用いた水晶発振子５の応答ｄを示す図
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−231548（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−201233（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−168537（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 5/02 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 表面にガス吸着膜を設けた水晶発振子を
用い、検知対象ガスの前記ガス吸着膜への吸着による前
記水晶発振子の共振周波数の変化を求めることにより、
前記対象ガスを検知し、および前記対象ガスの種類を判
別するガス検知器において、 吸着速度の異なるガス吸着膜を設けた２つの水晶発振子
を有し、 前記２つの水晶発振子の応答から時定数を抽出すること
によって検知対象ガスを検知し、および前記対象ガスの
種類を判別することを特徴とするガス検知器。 - 【請求項２】 線形フィルタのアルゴリズムを用いて２
つの水晶発振子応答から時定数を抽出し、対象ガスの種
類の判別を行なうことを特徴とする請求項１に記載のガ
ス検知器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25065793A JP3199293B2 (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | ガス検知器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25065793A JP3199293B2 (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | ガス検知器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07103873A JPH07103873A (ja) | 1995-04-21 |
| JP3199293B2 true JP3199293B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=17211114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25065793A Expired - Lifetime JP3199293B2 (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | ガス検知器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3199293B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004205392A (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Japan Science & Technology Agency | Ｑｃｍ装置及び試料測定方法 |
| JP4611954B2 (ja) | 2006-09-29 | 2011-01-12 | 日本電波工業株式会社 | 感知装置 |
| JP4611959B2 (ja) * | 2006-10-24 | 2011-01-12 | 日本電波工業株式会社 | 感知方法 |
| JP2009281822A (ja) * | 2008-05-21 | 2009-12-03 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | アルコール検出装置及びそのアルコール検出装置を備えた車両。 |
| CN104990827B (zh) * | 2015-06-15 | 2019-02-01 | 北京科技大学 | 低挥发性有机气体在吸附材料上吸附量的测定方法及设备 |
-
1993
- 1993-10-06 JP JP25065793A patent/JP3199293B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07103873A (ja) | 1995-04-21 |
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