JP3292866B2 - におい・ガス流可視化装置およびにおい・ガス流計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】におい・ガスセンサを並べた
小型のセンサアレイを用い、空気中を漂うにおいガスの
流れを動画像として可視化するにおい・ガス流可視化装
置およびそれを用いたにおい・ガス流計測装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、におい・ガスの発生源を探索する
装置としては、以下の研究がある。

【０００３】（１）平中幸雄、山崎弘郎：半導体ガスセ
ンサアレイによるガス濃度分布の可視化 Ｔｒａｎｓａ
ｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｎｓｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，ＳＴ−８８−４，ＩＥＥ ｏｆ
Ｊａｐａｎ，１９８８，ｐｐ．３３−４２．ガスセン
サを２次元平面上に並べて巨大なセンサアレイを製作
し、発生源から広がるガス濃度分布の全体像を計測す
る。得られた像はコンピュータ画面上に可視化され、最
も濃度の高い場所を探すことにより発生源位置が分か
る。しかし、においやガスが発生すると予想される場所
に予めセンサを配置しておく必要があり、汎用性に欠け
る。

【０００４】（２）特開平７−１２６７１、特開平７−
２６０６１８ 上記（１）の問題点を解決するため、本願発明者は発生
源方向を判定する小型装置を用い、得られた方向に移動
して発生源を探索する方法を提案した。風向を求めるセ
ンサとガスセンサを使用し、空間の中の１点で計測した
ガス濃度勾配と風向を組み合わせて発生源の方向を判定
する。しかし、風が不安定な環境では局所的な風の乱れ
の影響を受け、方向判定の信頼性が低い。また、一般室
内のような風速５ｃｍ／ｓ以下の微風速に適用可能な風
向センサは少ないため、このような環境での使用は困難
であった。

【０００５】（３）特開平８−２６１８９３、特願平８
−１２１９９６ 上記（２）における風向センサの問題点を解決するた
め、これを使用しない方式の発生源方向判定装置を本願
発明者が提案した。小型ファンを用いて前方からガスを
吸引し、ファンの前に並べたガスセンサの応答差を測定
してにおい・ガス源の方向を判定する。しかし、上記
（２）と同様に空間の１点で得た情報に基づいて判定を
行うため、局所的な風の乱れの影響を受けやすいという
問題点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来は、におい・ガス源の方向判定を行う際に、におい
ガスセンサの配置位置の選定が困難であったり、局所的
な風の乱れの影響を受けやすいという問題点があった。

【０００７】そこで、本発明は、多数のにおい・ガスセ
ンサを用いてにおい・ガス濃度変化の多点計測を行うこ
とにより、風の局所的な乱れの影響を受けにくく、短時
間で信頼性の高い方向判定が可能となり、しかも、可搬
な小型のセンサアレイを用いて、におい・ガス源の方向
判定を行うことにより、におい・ガス流の発生源の周囲
に予めセンサが配置されている必要がなく、汎用性の高
いにおい・ガス流可視化装置およびそれを用いたにおい
・ガス流計測装置を提供することを目的とする。

【０００８】すなわち、本発明のにおい・ガス流可視化
装置によれば、におい・ガスセンサを並べた小型のセン
サアレイを用い、この小型センサアレイ上を流れ去る空
気中を漂うにおい・ガスの流れを動画像として可視化
し、これにより指し示す方向に従って移動すれば、にお
いやガスの発生源を容易にしかも正確に発見することが
できる。また、におい・ガスの流れる方向と速度から、
風向と風速を計測することができる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】（１）本発明のにおい・
ガス流可視化装置は、１または複数のにおい・ガスセン
サを二次元平面上に配列した複数のセンサアレイを組み
合わせて、におい・ガス流の濃度変化を多点計測するに
おい・ガス流計測手段と、このにおい・ガス流計測手段
で計測された濃度変化を可視化する可視化手段とを具備
したことを特徴とする。本発明によれば、におい・ガス
センサの配置位置の選定を行う必要がなく、風の局所的
な乱れの影響を受けにくく、短時間で信頼性の高いにお
い・ガス流の方向判定が可能となる。特に、におい・ガ
ス流を位置平面的に捉えるセンサアレイを複数組み合わ
せて用いることにより、あらゆる方向からのにおい・ガ
ス流を同時多点計測できる。また、におい・ガスセンサ
に水晶振動子におい・ガスセンサを用いた場合、におい
・ガスの瞬間的な濃度変化にもすばやく追従できるとい
う利点がある。

【００１０】（２）本発明のにおい・ガス流計測装置
は、１または複数のにおい・ガスセンサを二次元平面上
に配列した複数のセンサアレイを組み合わせて、におい
・ガス流の濃度変化を多点計測するにおい・ガス流計測
手段と、このにおい・ガス流計測手段で計測された濃度
変化を可視化する可視化手段と、前記可視化された濃度
変化に基づきにおい・ガス流の方向および流速を測定す
る測定手段とを具備したことを特徴とする。本発明によ
れば、におい・ガスセンサの配置位置の選定を行う必要
がなく、風の局所的な乱れの影響を受けにくく、短時間
で信頼性の高いにおい・ガス流の方向判定が可能とな
る。特に、におい・ガス流を位置平面的に捉えるセンサ
アレイを複数組み合わせて用いることであらゆる方向か
らのにおい・ガス流を同時多点計測することができ、そ
の結果を合成することで、より正確ににおい・ガス流の
方向、速度の測定が行える。また、におい・ガスセンサ
に水晶振動子におい・ガスセンサを用いた場合、におい
・ガスの瞬間的な濃度変化にもすばやく追従できるとい
う利点がある。

【００１１】（３）また、上記１または複数のセンサア
レイには、その検知面に平行な板状体を該検知面に所定
の間隔を存して配したことにより、におい・ガス流の流
れ方向のうち、センサ検知面に乱気流を発生させるよう
な成分は遮蔽されて、検知面と平行な成分だけを取り出
して測定することができる。よって、より正確ににおい
・ガス流の方向、速度の測定が行える。

【００１２】（４）本発明のにおい・ガス流可視化装置
は、１または複数のにおい・ガスセンサを二次元平面上
に配列したセンサアレイと、このセンサアレイでにおい
・ガス流の濃度変化を多点計測して該計測された濃度変
化を可視化する可視化手段とを具備し、前記センサアレ
イには、その検知面に平行な板状体を該検知面に所定の
間隔を存して配したことを特徴とする。本発明によれ
ば、におい・ガスセンサの配置位置の選定を行う必要が
なく、風の局所的な乱れの影響を受けにくく、短時間で
信頼性の高いにおい・ガス流の方向判定が可能となる。
特に、センサアレイには、その検知面に平行な板状体を
該検知面に所定の間隔を存して配したことにより、にお
い・ガス流の流れ方向のうち、センサ検知面に乱気流を
発生させるような成分は遮蔽されて、検知面と平行な成
分だけを取り出して測定することができる。よって、よ
り正確ににおい・ガス流の方向、速度の測定が行える。
また、におい・ガスセンサに水晶振動子におい・ガスセ
ンサを用いた場合、におい・ガスの瞬間的な濃度変化に
もすばやく追従できるという利点がある。

【００１３】（５）本発明のにおい・ガス流可視化装置
は、１または複数のにおい・ガスセンサを二次元平面上
に配列したセンサアレイと、このセンサアレイでにおい
・ガス流の濃度変化を多点計測して該計測された濃度変
化を可視化する可視化手段と、前記可視化された濃度変
化に基づきにおい・ガス流の方向および流速を測定する
測定手段とを具備し、前記センサアレイには、その検知
面に平行な板状体を該検知面に所定の間隔を存して配し
たことを特徴とする。本発明によれば、におい・ガスセ
ンサの配置位置の選定を行う必要がなく、風の局所的な
乱れの影響を受けにくく、短時間で信頼性の高いにおい
・ガス流の方向判定が可能となる。特に、センサアレイ
には、その検知面に平行な板状体を該検知面に所定の間
隔を存して配したことにより、におい・ガス流の流れ方
向のうち、センサ検知面に乱気流を発生させるような成
分は遮蔽されて、検知面と平行な成分だけを取り出して
測定することができる。よって、より正確ににおい・ガ
ス流の方向、速度の測定が行える。また、におい・ガス
センサに水晶振動子におい・ガスセンサを用いた場合、
においガスの瞬間的な濃度変化にもすばやく追従できる
という利点がある。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１５】（第１の実施形態） （構成と動作）図１は、本実施形態にかかるにおい・ガ
ス流可視化装置の構成例を示したものである。この装置
で用いるセンサアレイ３は、パルス駆動型半導体におい
・ガスセンサ素子（例えば、ＴＧＳ２４４０、Ｆｉｇａ
ｒｏ技研）Ｃ１１〜Ｃ１５、Ｃ２１〜Ｃ２５、Ｃ３１〜
Ｃ３５、Ｃ４１〜Ｃ４５、Ｃ５１〜Ｃ５５を２５個用
い、これを５行５列の２次元アレイ状に並べたものであ
る。アレイ３の一辺の長さは、例えば５５ｍｍである。

【００１６】空気中を漂う希薄なにおい・ガスを検出す
るためには、高感度なセンサが必要となる。また、発熱
の大きいセンサを微風速環境下で数多く並べて用いる
と、アレイ自身が対流を起こし、流れを変えてしまう。
このため、消費電流が少ないセンサが望ましい。

【００１７】通常の半導体におい・ガスセンサは、素子
加熱用ヒータの消費電力が大きいという欠点がある。本
実施形態で用いるパルス駆動型センサは応答を測定する
ときのみ素子を瞬間的に加熱して用いるため、ヒータ消
費電力が小さく、多数のセンサを並べても発熱が小さ
い。

【００１８】パーソナルコンピュータ１は、装置全体の
制御を行う。このコンピュータ１からの指令を受け、制
御回路２ではセンサアレイ３から１行分のセンサ（５
個）を選択し、電源電圧を印加して、選択された１行分
のセンサのヒータを瞬間加熱する。半導体におい・ガス
センサはにおい・ガスを検出すると電気抵抗が減少し、
素子を流れる電流が増加する。

【００１９】対数変換回路４は、この電流変化を対数変
換し、それをＡ／Ｄ変換器５でアナログ信号からディジ
タル信号へ変換した後、測定値をコンピュータ１にとり
こむ。

【００２０】対数変換回路４は、５組の演算増幅器（対
数アンプ）４ａ〜４ｅで構成され、１つの回路にはセン
サアレイ３の縦１列のセンサが並列に接続されている。
すなわち、センサ素子Ｃ１１〜Ｃ１５からのセンサ応答
信号は演算増幅器４ａに入力し、センサ素子Ｃ２１〜Ｃ
２５からのセンサ応答信号は演算増幅器４ｂに入力し、
センサ素子Ｃ３１〜Ｃ３５からのセンサ応答信号は演算
増幅器４ｃに入力し、センサ素子Ｃ４１〜Ｃ４５からの
センサ応答信号は演算増幅器４ｄに入力し、センサ素子
Ｃ５１〜Ｃ５５からのセンサ応答信号は演算増幅器４ｅ
に入力している。

【００２１】このうち、制御回路２で選択された横１行
のセンサのみに電流が流れ、同時に横１行の５個のセン
サ応答を測定する構成となっている。選択する行を順次
切り替えることによって２５個全てのセンサ応答を測定
し、この操作を所時間おきに繰り返す。

【００２２】次に、図２に示すタイミングチャートを参
照して、図１のセンサアレイ３の動作について説明す
る。

【００２３】図１のＨ１〜Ｈ５はセンサアレイ３のセン
サ素子のヒータを駆動する電源線である。図２に示すよ
うに、初めに幅Ｔ１のヒータ電圧パルスを電源線Ｈ１に
印加し、第１行目（最も上の行）に並ぶ５つのセンサ素
子Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１を加熱す
る。全素子を同時加熱すると、パルス駆動素子を利用し
ても瞬間的に大電流が流れるために、行毎に加熱する方
式をとる。このときの電源電圧は例えば５Ｖで、ヒータ
電圧パルスは、例えば、周期Ｔ２＝０．２５秒ごとに繰
り返し与える。

【００２４】センサ応答の測定は、ヒータ電圧パルスの
印加からＴ３秒毎に行う。

【００２５】図１のＳ１〜Ｓ５はセンサ素子抵抗測定用
の電源線である。図２に示すように、電源線Ｓ１に幅１
５ｍｓの電圧パルスを与えると、第１行目の５個のセン
サ素子Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１に電流
が流れる。これを演算増幅器４ａ〜４ｅで増幅し、Ａ／
Ｄ変換器５でアナログ信号からディジタル信号に変換し
た後、パーソナルコンピュータ１にて値を測定する。

【００２６】演算増幅器４ａ〜４ｅのそれぞれには、セ
ンサアレイ３の縦一列のセンサ素子が並列に接続されて
いるが、電圧パルスが加えられた横一列のセンサ素子の
みに電圧がかかり、その素子を通って電流が流れる。

【００２７】図２に示すように、以上の操作を例えば１
５ｍｓずつづらして全ての行に対して行う。

【００２８】パーソナルコンピュータ１では、測定した
電流値からセンサの素子抵抗を計算し、次式に従ってセ
ンサ応答ｒを計算する。

【００２９】 ｒ＝Ｒｇａｓ／Ｒａｉｒ …（１） 但し、Ｒｇａｓはにおい・ガス中のセンサの素子抵抗、
Ｒａｉｒは空気中のセンサの素子抵抗を表し、ｒはにお
い・ガス濃度の単調減少関数である。

【００３０】本実施形態で用いたパルス駆動型半導体に
おい・ガスセンサのエタノ一ルガスに対する応答校正曲
線を図３に示す。同図ではガス中におけるセンサ抵抗Ｒ
ｇａｓと空気中における抵抗Ｒａｉｒの比、Ｒｇａｓ／
Ｒａｉｒをセンサ応答ｒとして用いた。希薄なｐｐｍレ
ベルのガスに応答してセンサ応答ｒ＝Ｒｇａｓ／Ｒａｉ
ｒが減少していることが分かる。

【００３１】さて、得られたセンサ応答を映像化するた
めに、ガス濃度の高低を白黒の濃さ（画像輝度）で表
す。画素の輝度ｂを ｂ＝２５５×（１−ｒ） …（２） として表示することにより、ガス濃度が高く、ｒが小さ
い場所ほど明るい画像が得られる。ここで、係数２５５
は、パーソナルコンピュータ１で表示可能な濃淡の階調
数である。

【００３２】（におい・ガス流可視化実験）以上説明し
たようなにおい・ガス流可視化装置を用いたにおい・ガ
ス流可視化実験は、図４に示すような風洞で行った。風
洞のほぼ中央ににおい・ガスセンサアレイ３を設置し、
ＡＣファン１１を用いて風を起こした。また、におい・
ガス発生源として、エタノ一ル飽和蒸気を噴出するノズ
ルを用い、その噴出口１２からの噴出量は５０ｍｌ／ｍ
ｉｎとした。噴出口１２とセンサアレイ３との距離は４
５ｃｍである。

【００３３】においやガス分子の拡散速度は非常に遅
く、噴出口１２から放出されたにおいガス分子は風に運
ばれて広がる。もし、風洞内の風が完全に層流であれ
ば、におい・ガスは噴出口１２から一筋の連続した帯の
ように風下に広がる。しかし、図３に示す風洞の風には
現実の環境と同様に乱れがあり、におい・ガスの分布が
揺らぐ。このため、煙突からたなびく煙のように、にお
い・ガス濃度の高い部分と低い部分の模様を持ったにお
い・ガス雲がセンサアレイ３上を風下に流れて行く。

【００３４】センサアレイ３の２５個のセンサ素子の中
から風と並行に並ぶ５個のセンサ素子を選び、そのセン
サ応答ｒを図５に示す。図５に示したセンサ素子は、風
上からＮｏ．２０、Ｎｏ．１９、Ｎｏ．１８、Ｎｏ．１
７、Ｎｏ．１６の順に並んでいる。図５からにおい・ガ
スに応答することきには、風上のセンサ素子Ｎｏ．２０
の応答値が最初に減少を始め、以下、センサ素子の並ん
でいる順に応答していることがわかる。逆に図５には示
していないが、センサが回復を始める際にも応答値が同
じ順で増加を始める。この応答・回復の順序は、におい
・ガス流の向きと対応している。

【００３５】そこで、センサアレイ３の２５個のセンサ
素子のセンサ応答ｒをコンピュータ画面上に映像化し、
観察する。

【００３６】図６に、このような状況でセンサアレイ３
の２５個のセンサ応答を動画像として可視化した結果を
示す。同図（ａ）〜（ｄ）はセンサ素子がにおい・ガス
に応答を始めた際の映像を表し、（ｅ）〜（ｈ）はにお
い・ガスが通り過ぎてセンサが回復を始めた際の映像で
ある。色の白い部分が高濃度のにおい・ガスを表すが、
図６では可視化像の移動が見やすいようにセンサ応答を
２値化し、応答しているセンサの場所には無地の（色の
白い）矩形を、応答していないセンサの場所には斜め斜
線のはいった（色の濃い）矩形を描いた。

【００３７】図６から明らかなように、におい・ガスが
左から右に流れている様子が確認された。

【００３８】（方向推定アルゴリズム）以上説明したよ
うなにおい・ガス流可視化装置によって、図６に示した
ようなにおい・ガス流の可視化画像が得られれば、にお
い・ガス流の方向を人間が見て判断できる。また、各種
画像処理アルゴリズムを用いて方向および流速を自動判
定することも可能である。このにおい・ガス流の可視化
画像から方向と流速を判定する処理は、図１のパーソナ
ルコンピュータ１で行うことができる。

【００３９】ここでは、将来の計算を回路化してリアル
タイム処理を行うことを考え、計算の容易なオプティカ
ルフローの拘束方程式による方向推定法（Ｂ．Ｋ．Ｐ．
Ｈｏｒｎ、”ロボットビジョン”朝倉書店、３０５〜３
２８、１９９３）を用い、方向の自動判定を行う場合に
ついて説明する。

【００４０】におい・ガスの分子拡散を無視し、可視化
されたにおい・ガス濃度分布が一定の形状を保ったまま
２次元的にセンサアレイ３上を流れると仮定する。にお
い・ガス流のｘ軸方向成分をｕ、ｙ軸方向成分をｖとす
れば、オプティカルフローの拘束方程式は、

【００４１】

【数１】

【００４２】となる。

【００４３】第ｉ行ｊ列目の画像輝度をｂｉｊとおき、
上式（３）に含まれる微分を中心差分近似すると、

【００４４】

【数２】

【００４５】但し、センサアレイ３のセンサ素子の配置
間隔Δｌ＝１１ｍｍ、サンプリング時間Δｔ＝２５０ｍ
ｓであるとする。におい・ガス流の流速ベクトル（ｕ、
ｖ）は、上式（４）をｉ＝２，３，４、ｊ＝２，３，４
に対して連立し、最小２乗法により求めることができ
る。

【００４６】ここで、図６に示した可視化画像に対し、
上述した手法に従い、におい・ガス流の方向および流速
の推定を行った結果を図７に示す。

【００４７】方向推定は、サンプリング周期Δｔ＝２５
０ｍｓ毎に行ったが、図６に示した結果においては、図
５において隣接している画像の中間の時刻の推定値を示
した。方向は右向きを０°とし、半時計回りを正とし
た。図６に示す画像の移動方向とおおよそ対応した方向
が得られた。風洞内の風向きは０°を中心に変動してお
り、得られた方向はこれと一致している。

【００４８】得られたにおい・ガス流の速さはセンサの
応答時より回復時の方が小さかったが、これはセンサの
回復速度が応答速度に比べて遅いためであり、においや
ガスの流れをリアルタイムに可視化するためには、セン
サ応答の回復が充分に高速なセンサを用いることが好ま
しい。あるいは、センサの動作条件を最適化してセンサ
応答の回復速度の高速化を図ることもできる。

【００４９】例えば、前述のＴ１やＴ３の設定値によ
り、センサの応答特性は変化するため、始めに、これら
におい・ガスセンサの動作条件を最適化すればよい。

【００５０】すなわち、上述のヒータ電圧パルス幅Ｔ１
の値が小さいほどエタノールガスに対するセンサ応答の
回復時間が短くなり、センサの応答感度もデータ測定タ
イミングＴ３によって異なり、Ｔ１の値を小さくするほ
ど低下する。そこで、感度と回復速度とのバランスを考
え、感度をほぼ同等に保ったまま回復が高速になるよう
に、Ｔ１やＴ３の値を設定すればよい。

【００５１】におい・ガスセンサの動作条件を最適化し
て、センサのエタノールガスに対応する回復速度を改善
することにより、おおよそ流速がｌ〜２ｃｍ／ｓまでの
におい・ガス流を可視化することができる。

【００５２】（まとめ）このように、上記した空気中に
漂うにおい・ガスの発生源を探索するにおい・ガス流可
視化装置によれば、パルス駆動型半導体におい・ガスセ
ンサを５×５個並べた小型のセンサアレイ３を用い、そ
のセンサ応答を動画像として捉えることにより、アレイ
上を通り過ぎるにおい・ガス流を可視化する。得られた
画像からにおい・ガス流の方向を判定し、これをたどっ
てにおい・ガス源を探索する。多点計測（本実施形態で
説明したような行単位の微少な時間差（におい・ガス流
の濃度変化を無視できる程度の微少な計測時間差）は許
容されるが、実質的にセンサアレイ３の全てのにおい・
ガスセンサによる同時多点計測）を行ってにおい・ガス
の濃度変化を測定することにより、短時間で信頼性の高
い方向判定が可能となる。また、画像の移動方向と速度
から、におい・ガスを運ぶ風の風向・風速を求めること
ができる。

【００５３】風洞内でにおい・ガス流の可視化実験を行
った結果、２ｃｍ／ｓ程度の微少なにおい・ガス流を可
視化して、それを用いてにおい・ガス流の方向を正しく
推定できることが確認され、従来は、探索が困難であっ
た微風速環境や風の乱れの大きな環境への応用が期待で
きる。

【００５４】以上説明したように、上記実施形態によれ
ば、におい・ガス流方向を短時間で信頼性高く判定する
ことが可能になり、におい・ガス発生源を容易に探索す
ることができる。探索するターゲットとしては、ガス漏
れ箇所や火災発生箇所などが考えられる。得られた画像
を表示して人間がにおい・ガス流方向を判定するだけで
なく、各種画像処理手法を用いれば方向を自動判定する
ことも可能である。これを移動ロボットに取り付けれ
ば、危険ガスの発生源探知などにも応用できる。また、
現在、微風速に対する有効な計測手段が少ない。しか
し、空気中ににおいガスを意図的に放出し、その流れを
可視化すれば、本装置を微風速・風向計として使用する
ことができる。従来、各種煙が可視化に用いられている
が、風速がｃｍ／ｓオーダになると沈降してしまう。に
おい・ガスの方が風に対する追従性が高いため、微風速
場では本装置が有効である。

【００５５】（第２の実施形態）パルス駆動型半導体に
おい・ガスセンサを用いたにおい・ガス流可視化装置
は、半導体におい・ガスセンサの応答速度は速いがその
回復運度が不十分であり、それが可視化に影響を与え
る。そこで、上記第１の実施形態では、パルス駆動型半
導体におい・ガスセンサを用い、ヒータ駆動電圧のパル
ス波形を最適にし、従来の半導体におい・ガスセンサと
同等の感度を持たせつつ回復速度を速め、風洞内でエタ
ノ一ルガスの流れを可視化するものであった。しかし、
それでもセンサの回復速度が数十秒程度かかり、におい
・ガスの噴出開始時と終了時以外は流れを判定すること
ばできない。

【００５６】そこで、第２の実施形態では、常時におい
・ガスの流れを判定できるにおい・ガス流可視化装置の
実現を目的とし、センサには応答回復速度の速い水晶振
動子におい・ガスセンサを採用した場合について説明す
る。

【００５７】ここでは、まず、におい・ガス流可視化装
置の原理と第２の実施形態に係るにおい・ガス流可視化
装置の構成について説明する。その後、風洞内でにおい
・ガス流の可視化実験を行った結果を示す。

【００５８】（原理）におい・ガス流可視化装置は、同
種のにおい・ガスセンサを並べて数センチ四方のセンサ
アレイを構成し、その上を通過するにおい・ガスの瞬間
分布を動面像として得る。

【００５９】風に全く乱れが無ければ、プルーム（一般
ににおい・ガス分子の拡散速度は非常に遅く、におい・
ガス分子は主に風の動きに乗って雲状に広がる。この雲
をプルームと呼ぶ）はにおい・ガス源から一筋の帯のよ
うに、切れ目無く伸びる。しかし、現実には風に必ず乱
れがあり、プルームは不規則、不連続な形状となる。こ
のように複雑な分布を持ったにおい・ガスがアレイ上を
流れていくため、におい・ガスセンサが濃度の瞬時的な
変化に追従すれば、におい・ガスの分布が流れる様子を
可視化することができる。

【００６０】第２の実施形態に係る装置によりにおい・
ガス源を探知する際には、装置自身を人間が手に持つ
か、またはロボットに搭載し、得られたにおい・ガス流
の方向をたどってロボットを移動させる。

【００６１】（小型水晶振動子におい・ガスセンサ）こ
のような原理により、におい・ガスの流れを可視化する
には、個々のにおいガスセンサがにおい・ガスの瞬間的
な濃度変化にすばやく追従できなければならない。パル
ス駆動型半導体におい・ガスセンサを用いた場合、セン
サの応答回復速度が遅<、充分な性能が得られなかっ
た。すなわち、におい・ガス噴出開始直後、におい・ガ
スがアレイに到着する様子と、におい・ガス噴出停止後
ににおい・ガスの流れ去る様子が確認できた以外は流れ
を獲認することはできなかった。

【００６２】そこで、第２の実施形態では、水晶振動子
におい・ガスセンサの採用を検討した。水晶振動子にお
い・ガスセンサの時定数は通常１秒以下であるため（青
柳、中本、森泉．電子情報通信学会総合大会、１９４．
Ｃ−１３−８（１９９９））、装置の性能向上が期待さ
れる。センサアレイには高密度にセンサを実装するた
め、センサは小型である必要がある。また、高周波回路
で起こりやすい引き込み、干渉などの影響を考えると発
振回路を内蔵しているもの（発振回路内蔵型小型水晶振
動子）が望ましい。

【００６３】例えば、ここで用いた発振回路内蔵型小型
水晶振動子（ＦＣＸＯ−０２、リバーエレテック）は、
ＡＴ−ｃｕｔ、銀電極、共振周波数は２８ＭＨｚ、大き
さ４×８ｍｍである。振動子表面に塗布する感応膜には
フォスファチジルコリンを用い、周波数シフトが１０Ｋ
Ｈｚとなるようにスプレー法により塗布した。

【００６４】第１の実施形態では、エタノールガスを対
象としたが、ここでは、トリエチルアミンを用いた。ト
リエチルアミン臭は悪臭の一つであり、その発生源を探
知することは環境計測有用である。このアミンに対して
比数的感度が大きく、応答回復時間の速いという理由か
らフォスファチジルコリン膜を感応膜として選択した。

【００６５】図８（ａ）は、第１の実施形態で使用した
パルス駆動型半導体におい・ガスセンサ（例えば、ＴＧ
Ｓ２４４０）のエタノールガスに対する応答波形の例
を、図８（ｂ）に第２の実施形態に係る小型水晶振動子
におい・ガスセンサのトリエチルアミンガスに対する応
答波形の例を示す。測定は、例えば、図４に示した風洞
（幅７０ｃｍ、高さ３５ｃｍ、長さ８０ｃｍ）の中で、
におい・ガスを噴出するノズル（におい・ガス源）から
風下に３０ｃｍの地点にセンサ３、１０３を設置して応
答を測定した（図４参照）。風洞内の平均風速は約１８
ｃｍ／秒である。ただし、におい・ガスの噴出速度は図
８（ａ）では５０ｍｌ／分、図８（ｂ）では７５ｍｌ／
分である。

【００６６】風洞内の風でさえ乱れがあるのでにおい・
ガスのプルームは不規則に蛇行し、また不連続になって
いる（Ｔ．Ｙａｍａｎａｋａ、Ｈ．Ｉｓｈｉｄａ、Ｔ．
Ｎａｋａｍｏｔｏ、Ｔ．Ｍｏｒｉｉｚｕｍｉ、．Ｓｅｎ
ｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ，６９，７
７〜８１（１９９８））。このためセンサを設置した位
置においても瞬間的な濃度変化が起こっているはずであ
る。しかし、図８（ａ）のパルス駆動型半導体におい・
ガスセンサでは回復が遅く、濃度変化が捉えられていな
い。また、におい・ガス噴出を止めた後の回復も遅い。
図８（ｂ）の小型水晶振動子におい・ガスセンサの応答
波形では、空気中における発振周波数を基準（０Ｈｚ）
ににおい・ガス中における発振周波数の変化を時間軸で
示している。におい・ガス噴出中において発振周波数に
変化があることがわかる。におい・ガスを噴出している
間、常にスパイク状の濃度変化を捉えることができてお
り、におい・ガス噴出を止めた後の回復も早い。

【００６７】以上２つの測定はにおい・ガスの種類も異
なり、また風速などの環境も若干違うため、単純には比
較できない。しかし、におい・ガス流可視化装置ヘの適
用を考えるならば、水晶振動子におい・ガスセンサを用
いることでにおい・ガスの瞬間的な濃度変化にすばやく
追従でき、パルス駆動型半導体におい・ガスセンサを用
いた場合における問題点を改善できる。

【００６８】（装置構成）小型水晶振動子におい・ガス
センサアレイを用いたにおい・ガス流可視化装置の構成
を図９に示す。この装置は、センサアレイ部１０３、多
チャンネル（例えば、２５チャンネル（２５ｃｈ））周
波数カウンタおよびシリアルインターフェイス部１０
２、そしてコンピュータ１と３つに大別できる。

【００６９】センサアレイ部１０３は、例えば、上記し
たような発信回路内蔵型小型水晶振動子におい・ガスセ
ンサ（例えば、ＦＣＸＯ−０２、リバーエレテック）１
０３ａを行方向、列方向にそれぞれ５個づつ、計５×５
＝２５個を、プリント基板上に均等に配置し、２次元状
にセンサアレイを構成したものである。この５×５個と
いうアレイサイズについては、方向推定に必要な最低限
のデータを得るため、かつ比較的容易に実現できるとい
う理由から決定した。例えば、センサの間隔（中心間の
距離）は１２．７ｍｍであり、センサアレイの大ききは
５０．８ｍｍ×５０．８ｍｍである。センサアレイ部１
０３の２５個のセンサ出力（周波数変化）は、同時並列
に２５ｃｈ周波数カウンタおよびシリアルインターフェ
イス部１０２（サンプリング間隔：１秒）に取り込まれ
る。

【００７０】この２５ｃｈ周波数カウンタおよびシリア
ルインターフェイス部１０２は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆ
ｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅａｒｒ
ａｙ）で構成されている。発振回路内蔵型センサを用い
たため大部分の回路をＦＰＧＡ内に納めることができ、
装置全体の小型化が実現できる。また、発振回路とＦＰ
ＧＡとの配線を最短にし、かつ電源からの回り込みを防
ぐために、各センサに１つずつ３端子チップコンデンサ
を用い、電源とＧＮＤをバイパスした。これらの対策に
より、発振回路間の干渉を防ぐことができる。

【００７１】図９のセンサアレイ部１０３と多チャンネ
ル周波数カウンタおよびシリアルインターフェイス部１
０２は、例えば、２層構造で構成することができる。す
なわち、上層の基板にはセンサアレイ部１０３が実装さ
れていて、多チャンネル周波数カウンタおよびシリアル
インターフェイス部１０２等の電気回路は下層の基板に
実装する構成であってもよい。

【００７２】コンピュータ１は、例えば、モニタを含む
パーソナルコンピュータで、装置全体の制御を行うとと
もに、毎秒送られてくるセンサ応答から、４段階の階調
でセンサアレイ上のにおい・ガス濃度分布を画像（にお
い・ガス流の可視化画像）としてモニタに表示する。２
５個の各センサ１０３ａの出力は、水晶振動子の発信周
波数の変化として現れ、それを測定することでにおい・
ガス濃度分布を測定するものである。具体的には、測定
開始以降に得られた最大応答により各センサ応答は、適
当に定めた閾値により４段階に分類され、各段階に異な
った階調を割り当てる。におい・ガス濃度が高いほど明
るい階調として、濃度の分布を色調の分布として表示す
る。

【００７３】なお、センサアレイ部１０３中の各センサ
１０３ａには感度のばらつきがある。そこで、予めセン
サアレイ部１０３全体に容器をかぶせ密閉し、すべての
センサ１０３ａを同じ濃度のトリエチルアミンガスにさ
らして応答を比較し、この結果から各センサに応じた定
数を乗じ、全センサの感度ができるだけ揃うように較正
することが望ましい。

【００７４】（方向推定アルゴリズム）図９に示した装
置により、におい・ガス流の可視化画像が得られれば、
においガス流の方向を人間が見て判断できる。また、各
種画像処理アルゴリズムを用い、方向を自動判定するこ
とも可能である。このにおい・ガス流の可視化画像から
方向と流速を判定する処理は、図９のパーソナルコンピ
ュータ１で行うことができる。

【００７５】ここでは、将来的に計算を回路化して実時
間処理を行うことを考え、計算の容易なオプティカルフ
ローの拘束方程式による方向推定法（Ｔ．Ｙａｍａｎａ
ｋａ，Ｈ．Ｉｓｈｉｄａ，Ｔ．Ｎａｋａｍｏｔｏ，Ｔ．
Ｍｏｒｉｉｚｕｍｉ，．Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃ
ｔｕａｔｏｒｓ Ａ，６９，７７〜８１（１９９８）、
Ｂ．Ｋ．Ｐ．Ｈｏｒｎ，”ロボットビジョン”朝倉出
版、３０５〜３２８（１９９３））を用い、方向の自動
判定を試みる。この方程式は、画像処理の分野でも、画
像から物体とカメラの相対運動を復元するためによく用
いられる。

【００７６】におい・ガスの分子拡散を無視し、可視化
されたにおい・ガス濃度分布が一定の形状を保ったまま
２次元的にセンサアレイ上を流れると仮定する。におい
・ガス流のｘ軸方向（例えば、センサアレイの行方向）
成分をｕ、ｙ軸方向（例えば、センサアレイの列方向）
成分をｖ、におい・ガスセンサの応答をｌとすれば、オ
プティカルフローの拘束方程式は、

【００７７】

【数３】

【００７８】となる。

【００７９】第ｉ行ｊ列目のセンンサ応答をｌijとお
き、上式（５）に含まれる微分を中心差分近似にする
と、時刻ｋでは以下の拡散方程式が成り立つ。

【００８０】

【数４】

【００８１】ただし、Δｄはセンサ間隔（１２．７ｍ
ｍ）、Δｔはサンプリング時間（１秒）である。におい
・ガス流の流速ベクトル（ｕ、ｖ）はｉ、ｊによらず一
定と考え、上式（６）をｉ＝２、３、４、 ｊ＝２、
３、４に対して連立し、最小２乗法により、ｕ、ｖを求
める。

【００８２】（結果） （におい・ガス流可視化実験）図８の測定と同じ風洞
（図４と同様な風洞）の中で、図８と同様な環境条件で
小型水晶振動子におい・ガスセンサのトリエチルアミン
ガスに対するにおい・ガス流の可視化実験を行った。た
だし、微風速環境下で実験を行うため、風速は平均で約
３ｃｍ／秒とした。１回の測定は３００秒間行い、最初
の１５秒はセンサのベースラインを測定し、その後、試
験管上部の気体部分（ヘッドスペース）に溜まったトリ
エチルアミンガスをエアポンプで押し、流量７５ｍ／分
で３分間噴出した。

【００８３】におい・ガスを噴出している間に得られた
動画像の例を図１０（ａ）〜（ｆ）に示す。図１０は２
値化した画像であり、におい・ガス濃度が高い部分が黒
く、低い部分が白く表示されている。図１０（ａ）〜
（ｃ）、及び（ｄ）〜（ｆ）はそれぞれ連続した３秒間
で、どちらもにおい・ガス噴出から６０秒以上経過した
後の画像である。におい・ガスの塊が左から流れてきて
右に流れ去る様子が可視化されている。

【００８４】第１の実施形態で説明した半導体におい・
ガスセンサの場合、時定数が数十秒と長いため、短時間
の計測は相互干渉等のため困難であったが、本実施形態
の水晶振動子におい・ガスセンサアレイを用いた計測
は、時定数が通常１秒前後と速く、明瞭な画像が得られ
る。

【００８５】すなわち、第１の実施形態では前述した通
り、におい・ガス噴出の最初と最後しか可視化すること
ができなかったが、図１０から明らかなように、本装置
において、ほほ常時におい・ガスの流れる方向を確認す
ることができた。風の乱れにより断片化されたプルーム
が、不景則な形でアレイ上を通過するので、センサの応
答・回復が速ければ常時におい・ガスが流れる方向を確
認することができる。

【００８６】（アルゴリズムによる自動方向推定）（方
向推定アルゴリズム）で述べた方法に従い、第２の実施
形態に係るにおいガス可視化装置で得られた動画像から
におい・ガス流の方向推定を行った。図１１にその結果
を示す。図１１に示すように、におい・ガス源からセン
サアレイまでの距離と、センサアレイに対してにおい・
ガスが入射する方向をパラメータとし、 条件１：センサアレイの入りがにおい・ガス源から２０
ｃｍで入射角度が０度 条件２：センサアレイの入りがにおい・ガス源から２０
ｃｍで入射角度が−４５度 条件３：センサアレイの入りがにおい・ガス源から３０
ｃｍで入射角度が０度 条件４：センサアレイの入りがにおい・ガス源から３０
ｃｍで入射角度が−４５度 この４つの条件のそれぞれに場合における計４回分の動
画像データに対して推定実験を行なった。使用したデー
タは、３００秒分のうちガスがセンサアレイに到着した
直後からガス噴出を止めたときまでのデータとした。た
だし、風洞内の風には乱れがあるので風向＋−４５度以
内に推定された場合を正解とした。

【００８７】条件１から条件４の全ての場合において、
最低でも４９％が正解方向に推定された。これは風洞内
の風の乱れを考えると、高い正解率といえる。また、条
件４の推定結果をヒストグラムで表したものを図１２に
示す。正解方向は−４５度であり、点線で仕切った内側
が正解域である。正解方向付近にほ多く推定されている
のに対し、反対方向付近にはほとんど推定されていない
ことが分かる。実際のにおい・ガス源探知では、多数の
場所で何度も方向推定を行うのでこの程度の正解率が得
られればにおい源探知は可能であると思われる。

【００８８】（まとめ）上記したような発振回路内蔵の
小型水晶振動子におい・ガスセンサを用いたにおい・ガ
ス流可視化装置によれば、平均風速３ｃｍ／秒程度のに
おい・ガス流に対し、ほぼ常時におい・ガスの流れる様
子を確認できた。また、得られた動画像に対しオプティ
カルフローの拘束方程式に基づいた画像処理アルゴリズ
ムを用い、におい・ガス流の自動方向推定が可能である
ことが確認された。

【００８９】（第３の実施形態）第１の実施形態で説明
したパルス駆動型半導体におい・ガスセンサアレイ３、
第２の実施形態で説明した小型水晶振動子におい・ガス
センサアレイ１０３を用いて、におい・ガス流の可視化
を試みる場合、におい・ガス流の流れの方向がセンサ面
（センサアレイ３、１０３のにおい・ガスセンサ素子の
配置されている面）と平行でないと、図１３（ａ）に示
したように、におい・ガス流がセンサアレイ３、１０３
に当たり、センサ面上で乱気流が発生し、測定対象のに
おい・ガス流の流れ自体を乱してしまい、におい・ガス
流の流れの正確な測定ができないとい問題点があった。
すなわち、センサアレイ３、１０３のセンサ面と、にお
い・ガス流の流れる方向とが常に平行であることが望ま
しい。しかし、実際には、流れの方向が未知のにおい・
ガス流を測定するのであるから、必ずしもセンサ面とに
おい・ガス流の流れの方向とが平行であるとは限らな
い。

【００９０】そこで、図１３（ｂ）に示したように、セ
ンサアレイ３、１０３上のセンサ素子全体を覆うように
センサ面と平行の板（ガイド板）を所定の間隔を存して
配置する。すると、図１３（ａ）に示したようなセンサ
面中央部に乱気流を発生させるようなにおい・ガス流は
ガイド板で遮蔽され、周囲の開口部を通ってくる（セン
サ面とガイド板との間を通ってくる）におい・ガス流の
みを取り込み、排出し、よって、センサアレイ３、１０
３は、におい・ガス流の流れ方向のうちセンサ面と平行
な成分だけを取り出して測定することができる。

【００９１】図１４は、におい・ガス流可視化装置のセ
ンサアレイ３、１０３のセンサ面の上部にセンサ面を覆
うように平行に上記したガイド板２０１を設けて、風洞
実験を行う場合の様子を示したものである。センサアレ
イ３、１０３の大きさ、におい・ガス流の速度、方向等
の条件にもよるが、ここでは、例えば、センサアレイ
３、１０３の一辺がたかだか５ｃｍ程度であるので、セ
ンサアレイ３、１０３とほぼ同じ大きさのガイド板２０
１をセンサ面からおおよそ１ｃｍ前後の高さの位置にセ
ンサアレイ３、１０３の４角に立てた支柱で支持する。

【００９２】これにより、センサアレイ３、１０３は、
におい・ガス流の流れ方向のうちセンサ面と平行な成分
だけを取り出して測定することができるので、より正確
ににおい・ガス流の方向および速度を測定できる。

【００９３】（第４の実施形態）図１５は、第１の実施
形態で説明したパルス駆動型半導体におい・ガスセンサ
アレイ３、第２の実施形態で説明した小型水晶振動子に
おい・ガスセンサアレイ１０３のセンサ面（検知面）か
らみたにおい・ガス流の方向および流速を検知できる有
効成分を示したものである。

【００９４】図１５に示すように、センサアレイ３、１
０３のセンサ面上の任意の点に着目したとき、センサア
レイ３、１０３は、そのセンサ面と平行方向を最大感知
方向とする断面が円のドーナツ状で表される曲線ｍ１、
ｍ２を横切るにおい・ガス流の方向のみを検知するよう
になっている。すなわち、センサ面に対するにおい・ガ
ス流の入射角θが９０度のときは、当該におい・ガス流
はセンサ面上のその入射点を交点とする曲線ｍ１、ｍ２
を横切ることがないので、その流れは検知できない。例
えば、入射角θ＝４５度で、速度１０ｍ／秒のにおい・
ガス流は、センサ面に平行な成分のみ、すなわち、表面
での流速を考えると、入射角θのcosθ分の逆数とな
り、 １０／cos４５°＝１０／２^１／２ と測定されることになる。

【００９５】なお、センサ面が上下の両面にある場合
は、図１５に示すようなセンサ面を挟む円状の曲線が感
度成分となり、センサ面が上面のみの場合は曲線ｍ１、
ｍ２の上側の半円状の曲線が感度成分となる。

【００９６】従って、センサ面が上面のみのセンサアレ
イ３、１０３を１枚のみ用いてにおい・ガス流の可視
化、および方向、速度を測定するのでは、におい・ガス
流を一平面的にしか捉えることができない。しかし、に
おい・ガス流を多面的に捉えることができれば、より正
確ににおい・ガス流の方向、速度の測定が行えるので、
本実施形態ではこの点に着目する。

【００９７】そこで、本実施形態に係るにおい・ガス流
可視化装置は、複数の２次元平面上センサアレイを組み
合わせて用いることを考える。例えば、図１６に示すよ
うに、２枚のセンサアレイＡ１、Ａ２（例えば、第１の
実施形態で説明したパルス駆動型半導体におい・ガスセ
ンサアレイ３、第２の実施形態で説明した小型水晶振動
子におい・ガスセンサアレイ１０３のいずれか一方を２
枚、あるいは各々１枚づつでもよい）の一方をｘｚ平面
に、他方をｙｚ平面にと、お互い垂直に交わるように配
置して、におい・ガス流計測部を構成する。このにおい
・ガス流計測部を構成するセンサアレイＡ１、Ａ２のそ
れぞれをパーソナルコンピュータ１等の他の機器に接続
して、におい・ガス流可視化装置を構成する。

【００９８】すると、図１７に示すように、におい・ガ
ス流のセンサアレイＡ１のセンサ面に垂直な成分（にお
い・ガス流のセンサアレイＡ１のセンサ面に対する入射
角θが９０度となる成分）の方向・速度は、センサアレ
イＡ１からは不明であっても、センサアレイＡ２のセン
サ面で測定することができ、両方のセンサアレイＡ１、
Ａ２のそれぞれで測定された当該におい・ガス流の速
度、方向を合成することで、３次元的ににおい・ガス流
を捉えることができる。

【００９９】複数のセンサアレイを組み合わせて用いる
場合の例としては、図１６に示したように、２枚のセン
サアレイを互いに垂直関係となるように組み合わせる以
外にも、図１８に示すような組み合わせ方もある。な
お、以下でセンサアレイという場合、第１の実施形態で
説明したパルス駆動型半導体におい・ガスセンサアレイ
３、第２の実施形態で説明した小型水晶振動子におい・
ガスセンサアレイ１０３のいずれも含まれる。

【０１００】図１８（ａ）は、２枚のセンサアレイ３０
１ａ、３０１ｂをそれぞれの裏面（センサの配置されて
いない面）を向かい合わせにして組み合わせて構成され
たにおい・ガス流計測部３００である。このにおい・ガ
ス流計測部３００では、センサアレイ３０１ａと３０１
ｂとで、上面側と下面側を流れるにおい・ガス流を検知
できる。

【０１０１】図１８（ｂ）は、立方体（あるいは直方
体）の各面の中央部に６枚のセンサアレイ３０２ａ〜３
０２ｆのそれぞれをそのセンサ面を立方体（あるいは直
方体）の内部に向けてに貼り付けて、その内部を流れる
におい・ガス流を計測する場合を示している。この立方
体（あるいは直方体）形状のにおい・ガス流計測部３１
０の各面（あるいは６枚のうちの一部の面）はにおい・
ガス流が何ら遮蔽されることなく通過するような構造と
なっている。そして、この立方体（あるいは直方体）の
内部を流れるにおい・ガス流を各面のセンサアレイ３０
２ａ〜３０２ｆで計測して得られたデータを合成するこ
とにより、どの方向からきた流れに対しても少なくとも
３面から計測可能なら、その得られたデータを合成する
ことで当該におい・ガス流の３次元的な方向、速度を求
めることができる。ここで示す立方体（あるいは直方
体）は、センサアレイ３０２ａ〜３０２ｆの大きさがた
かだか５ｃｍ四方であることを考慮すれば、例えば、
縦、横、高さが５０ｃｍ程度の大きさのものであるが、
その大きさは、とくに限定するものではない。

【０１０２】なお、センサ面を立方体（あるいうは直方
体）の外部に向けて貼り付けても同様な効果が得られ
る。この場合を図１８（ｃ）に示す。

【０１０３】図１８（ｃ）に示す立方体（あるいは直方
体）形状のにおい・ガス流計測部３２０は、立方体（あ
るいは直方体）の各面の中央部に６枚のセンサアレイ３
０３ａ〜３０３ｆのセンサ面を立方体（あるいは直方
体）の外部に向けてに貼り付けて、その外部を流れるに
おい・ガス流を計測するものである。

【０１０４】図１８（ｄ）に示す球状のにおい・ガス流
計測部３３０は、所定の大きさの球面上にセンサアレイ
あるいはセンサ素子そのものを配置したものである。こ
のように、できるだけ多くの方向にセンサアレイを設け
ることにより、あらゆる方向からのにおい・ガス流を１
カ所にいながら３次元的に容易に計測することができ
る。

【０１０５】図１９は、例えば、図１８（ｃ）に示すよ
うなにおい・ガス流計測部３２０（あるいは、図１８
（ａ）〜（ｄ）に示す各におい・ガス流計測部のいずれ
であってもよい）を用いてにおい・ガス流を計測する場
合のにおい・ガス流計測部３２０のにおい・ガス流の流
れる計測場所（例えば、風洞）への配置例について示し
たものである。

【０１０６】におい・ガス流計測部３２０は、計測場所
（ここでは、例えば立方体形状）の上部の４角から線材
４０２ａ〜４０２ｄを用いて計測場所のほぼ中央部に宙
吊りにされ、におい・ガス流計測部３２０の各センサア
レイ３０３ａ〜３０３ｆをパーソナルコンピュータ１等
の他の機器４０３に接続して、におい・ガス流可視化装
置を構成する。

【０１０７】図１９に示したように、複数のセンサアレ
イを組み合わせて構成されたにおいガス流計測部をにお
い・ガス流の計測場所に宙吊りにして用いることによ
り、あらゆる方向からのにおいガス流を同時多点計測す
ることができ、より正確ににおい・ガス流の方向および
速度を測定できる。

【０１０８】図１９に示したようににおい・ガス流計測
部を配置することにより、におい・ガス流計測部３２０
自体は、より小型化が可能となる。

【０１０９】複数のセンサアレイを組み合わせてにおい
・ガス流計測部を構成する場合、複数のセンサアレイの
全てあるいは、そのうちの１つあるいはいくつかについ
て、第３の実施形態で説明したようなガイド板を設けて
もよい。

【０１１０】以上、種々の例を説明したが、本発明はこ
れらの例に限定されるものではなく、種々変形して応用
可能である。

【０１１１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガスセンサの配置位置の選定を行う必要がなく、風の局
所的な乱れの影響を受けにくく、短時間で信頼性の高い
においガス流の方向判定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかるにおい・ガス流可視
化装置の構成例を示した図。

【図２】図１のセンサアレイ３の動作について説明する
ためのタイミングチャート。

【図３】パルス駆動型半導体ガスセンサのエタノ一ルガ
スに対する応答校正曲線を示した図。

【図４】におい・ガス流可視化装置を用いたにおい・ガ
ス流可視化実験を行った風洞の構成例を示した図。

【図５】風向きと並行に並ぶ５個のセンサ素子のセンサ
応答の時間の経過に伴う変化の一例を示した図。

【図６】センサアレイ３のセンサ応答を可視化した動画
像の一例を示した図。

【図７】図６に示した可視化画像に対し、ガス流の方向
および流速の推定を行った結果をまとめたテーブルを示
した図。

【図８】第１の実施形態で使用したパルス駆動型半導体
におい・ガスセンサ（例えば、ＴＧＳ２４４０）のエタ
ノールガスに対する応答波形の例と第２の実施形態に係
る小型水晶振動子におい・ガスセンサのトリエチルアミ
ンガスに対する応答波形の例を示した図。

【図９】小型水晶振動子におい・ガスセンサアレイを用
いたにおい・ガス流可視化装置の構成例を示した図。

【図１０】におい・ガスを噴出している間に得られた動
画像の例を示した図。

【図１１】第２の実施形態に係るにおい・ガス可視化装
置で得られた動画像からにおい・ガス流の方向推定結果
を示した図。

【図１２】方向推定結果（図１１の条件４の場合）をヒ
ストグラムで表した図。

【図１３】センサアレイのセンサ面上で発生する乱気流
に対する対策について説明するための図。

【図１４】ガイド板の設けられたセンサアレイにおい・
ガス流可視化装置で、風洞実験を行う場合の様子を示し
た図。

【図１５】センサアレイのセンサ面（検知面）からみた
におい・ガス流の方向を検知できる有効領域を示した
図。

【図１６】２枚のセンサアレイを組み合わせて構成され
たにおい・ガス流計測部の一例を示した図。

【図１７】図１６のにおい・ガス流計測部のにおい・ガ
ス流の方向を検知できる有効領域を示した図。

【図１８】複数のセンサアレイを組み合わせて構成され
たにおい・ガス流計測部の他の例を示した図。

【図１９】複数のセンサアレイを組み合わせて構成され
たにおい・ガス流計測部のにおいガス流の流れる計測場
所（例えば、風洞）への配置例について示した図。

【符号の説明】

１…パーソナルコンピュータ ２…制御回路 ３…センサアレイ（パルス駆動型半導体におい・ガスセ
ンサアレイ） ４…対数変換回路 ５…Ａ／Ｄ変換器 １０２…多チャンネル周波数カウンタおよびシリアルイ
ンターフェイス部 １０３…センサアレイ（水晶振動子におい・ガスセンサ
アレイ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−304319（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−261893（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−12671（ＪＰ，Ａ) 石田、櫛田、山中、中本、森泉，パル ス駆動型半導体ガスセンサアレイを用い た匂い・ガス硫可視化システムの研究, 電気学会論文誌，日本，社団法人電気学 会，1999年 ４月 １日，第119−Ｅ巻、 第４号，ｐ．194−200 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 5/02 G01N 1/00 101 G01N 27/12 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のにおい・ガスセンサを二次元平面
   上に配列した複数のセンサアレイを３次元空間内の異な
   る複数の平面上に配置して、該３次元空間内のにおい・
   ガス流の３次元的な濃度変化を多点計測するにおいガス
   流計測手段と、 このにおい・ガス流計測手段で計測された濃度変化を可
   視化する可視化手段と、 を具備したことを特徴とするにおい・ガス流可視化装
   置。
2. 【請求項２】 複数のにおい・ガスセンサを二次元平面
   上に配列した複数のセンサアレイを３次元空間内の異な
   る複数の平面上に配置して、該３次元空間内のにおい・
   ガス流の３次元的な濃度変化を多点計測するにおいガス
   流計測手段と、 このにおい・ガス流計測手段で計測された濃度変化を可
   視化する可視化手段と、 前記可視化された濃度変化に基づきにおい・ガス流の方
   向および流速を測定する測定手段と、 を具備したことを特徴とするにおい・ガス流計測装置。
3. 【請求項３】 前記複数のセンサアレイのうちの少なく
   とも１つには、におい・ガス流の流れのうち、そのセン
   サアレイの検知面と平行な成分だけを取り出して濃度変
   化を計測するために、該検知面に平行な板状体を該検知
   面に所定の間隔を存して配したことを特徴とする請求項
   １記載のにおい・ガス流可視化装置。
4. 【請求項４】 前記複数のセンサアレイのうちの少なく
   とも１つには、におい・ガス流の流れのうち、そのセン
   サアレイの検知面と平行な成分だけを取り出して濃度変
   化を計測するために、該検知面に平行な板状体を該検知
   面に所定の間隔を存して配したことを特徴とする請求項
   ２記載のにおい・ガス流計測装置。