JPH07260618A

JPH07260618A - におい源方向判定プローブ及びそれを用いたにおい源探知方法

Info

Publication number: JPH07260618A
Application number: JP6055383A
Authority: JP
Inventors: Takamichi Nakamoto; 高道中本; Toyoe Moriizumi; 豊栄森泉; Hiroshi Ishida; 寛石田
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 1995-10-13
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: JP3437246B2

Abstract

(57)【要約】【目的】判定時間が短縮され、しかも信頼性の高い、
におい源方向判定プローブ及びそれを用いたにおい源探
知方法を提供する。【構成】におい源方向判定プローブにおいて、移動可
能な台車２上に設けられる角柱３と、この角柱３の各側
面に対応して配置される４個の風速センサ４と、角柱３
上に設けられる半導体ガスセンサ５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自律移動型におい源探
知システムに用いるにおい源方向判定プローブ及びそれ
を用いたにおい源探知方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、におい源探知に関する技術研究と
しては、既に、本願発明者によって、特願平５−１４９
３７５号として提案されたものがある。すなわち、にお
いの発生源を探知する自律移動型におい探知システムに
おいて、移動可能な本体と、この本体上に配置されるし
きり板の表裏のガス濃度を半導体ガスセンサを用いて比
較し方向を判定するプローブと、このプローブをにおい
の流れの方向に対して平行又は直交する方向に回転させ
る第１の駆動手段と、前記プローブに接続されるガス濃
度検知手段と、このガス濃度検知手段に接続されるにお
いの流れる方向を判別する方向判別手段と、この方向判
別手段による判別方向に前記本体を移動する第２の駆動
手段とを設けるようにしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のにおい源探知システムにおいては、プローブに
おいて、プルーム（噴出したエタノールの広がり）端部
では、風下に誤判定されてしまうことになり、しきり板
の向きを変えて２回の判定が必要で時間がかかるという
問題点があった。

【０００４】また、フロー系プローブの問題点は、にお
い源に到達するまでに時間がかかることである。この原
因の１つは、測定系の時定数が大きく、ガスセンサの応
答が安定するまでに長い時間を要することである。この
ように回復に要する時間が長いのは、吸入管やセンサセ
ル、及びこれらを接続するテフロンチューブの中にガス
が残留するためと考えられる。半導体ガスセンサを直接
気流の中に置きセンサ応答を測定すると、残留するガス
に律速されないため時定数が改善される。このような測
定系を開放系と呼ぶことにする。

【０００５】本発明は、上記問題点を除去し、判定時間
が短縮され、しかも信頼性の高い、におい源方向判定プ
ローブ及びそれを用いたにおい源探知方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、におい源方向判定プローブにおいて、移
動可能な台車上に搭載される風向センサと複数のガスセ
ンサとを設けるようにしたものである。また、におい源
方向判定プローブを用いたにおい源探知方法において、
移動可能な台車上に搭載される風向センサにより風向を
判定し、その風向に基づいて、移動可能な台車上に搭載
される複数のガスセンサによりにおい源の向きを判定
し、その判定結果に従って、におい源探知台車を移動す
るようにしたものである。

【０００７】更に、におい源方向判定プローブを用いた
におい源探知方法において、風上から予め定められた角
度α₀を設定し、該風上から角度α₀だけ変位した方向
へ台車向けて前進し、全てのガスセンサ応答が閾値を超
えると、プルームに入ったと判定し、そこから前進し、
全てのガスセンサ応答が閾値より下がるとプルームから
出たと判定し、そこから台車は風上から角度−α₀の方
向へターンし、プルームに戻り、上記ステップを繰り返
すようにしたものである。

【０００８】

【作用】本発明は、従来のプローブのように、吸入管や
センサセル、及びこれらを接続するテフロンチューブの
中にガスが残留することのない、いわゆる、測定系を開
放系となし、ガスセンサを直接気流の中に置き、残留す
るガスに律速されないようにして、時定数を改善するこ
とができる。

【０００９】また、上記したように、風向センサと、に
おい・ガス濃度を測定するガスセンサとを組み合わせ
て、におい源の向きを判定し、その判定結果に従って、
自律移動型におい源探知台車が移動していくことによ
り、迅速、かつ的確な、におい源の探知を行うことがで
きる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら詳細に説明する。本発明は、におい源方向判定プロ
ーブにおいて、移動可能な台車上に、風向の測定可能な
センサと複数のガスセンサとを搭載する。なお、風向セ
ンサとしては、風速センサを複数配置することが、ま
ず、考えられるが、その他にも、タンデム型及びスプリ
ットフィルム型プローブを用いることもできる。

【００１１】より具体的には、移動可能な台車上に柱状
体を設け、この柱状体に風向センサと複数のガスセンサ
とを配置する。例えば、柱状体としては角柱を設け、こ
の角柱の各側面にそれぞれ風速センサを配置する。ま
た、柱状体を４角柱となし、この４角柱の各側面に４個
の風速センサを配置し、この４角柱の上部に４個の半導
体ガスセンサを配置する。

【００１２】以下、より具体的な、本発明の実施例を示
すにおい源方向判定プローブについて説明する。図１は
本発明の実施例を示すにおい源方向判定プローブの側面
図、図２はそのにおい源方向判定プローブの平面図、図
３はにおい源方向判定のための風胴の概略図である。

【００１３】１は台車、２はその台車１の車輪、３は台
車１上に設けられる角柱、４はその角柱３の側面に対向
して配置される４個の風速センサ（例えば、芝浦電子製
エアフローセンサ，Ｆ６２０１−１）、５は４個の風速
センサ４に対応するように、角柱３の上部に設けられる
４個の半導体ガスセンサである。また、台車１内には風
速センサ４及び半導体ガスセンサ５に接続されるＡ／Ｄ
コンバータ６、このＡ／Ｄコンバータ６に接続されるマ
イクロコンピュータ７が搭載されている。

【００１４】更に、マイクロコンピュータ７にはモータ
制御回路８が接続され、このモータ制御回路８により、
台車１を移動させる車輪２を駆動する。ここで、図３に
示すように、例えば、高さｚ（３５ｃｍ）、幅ｘ（８０
ｃｍ）、奥行きｙ（７０ｃｍ）を有する長方体をなす風
胴（ウインド・トンネル）１１内にノズル１２を設け、
それに対向する側に角錐状の煙突を有し、その先端に吸
引ＡＣファン１３を有する排出口１４を設けている。そ
の風胴１１内に本発明のにおい源方向判定プローブを有
する自律移動型におい・ガス源探知台車（図示なし）を
セットする。そして、飽和されたエタノールを空気とと
もにバルブ１５を介してノズル１２から送る。すると、
におい・ガスの拡散速度は非常に遅く、におい・ガスは
主に風により運ばれる。

【００１５】この実施例では、その場所における風向を
４個の風速センサ４により検出し、半導体ガス濃度セン
サで対象となるにおい・ガスの濃度を検知して、風上に
向かうことで、におい源に近づいていき、におい・ガス
源を探知することができる。本発明のにおい源方向判定
プローブについてより詳細に示すと、角柱３は、３ｃｍ
（Ｗ）×３ｃｍ（Ｄ）×５ｃｍ（Ｈ）の寸法を有してお
り、その角柱３の側面にそれぞれ対応するように、４つ
の風速センサ４を配置し、これらの風速センサ４に対応
するように、角柱３の上に４つの半導体ガスセンサ５を
取り付けた。角柱３の陰にある風速センサ４の出力は小
さく、風の方向により特徴的なパターンが得られるため
に、風向を判定することができ、最も応答の小さい風速
センサ４を風下と判定することで、９０°単位の判定が
できる。

【００１６】また、４５°単位の応答パターンをマイク
ロコンピュータ７のメモリ（図示なし）に記憶してお
き、測定したセンサ応答パターンとの二乗誤差を計算し
て最も近いパターンを判定することにより、４５°単位
の判定ができる。風速センサ４が接続されるハイブリッ
トＩＣ（図１のＡ／Ｄコンバータ６及びマイクロコンピ
ュータ７に対応）の出力電圧は非線形であるが、この実
施例で用いた風速範囲では、略線形とみなすことがで
き、下記の（１）式によりセンサｉの応答Ｖ_iを得るこ
とができる。

【００１７】Ｖ_i＝Ｖ_out−２．５１〔Ｖ〕 … （１）Ｖ_i：センサｉの応答Ｖ_out：ハイブリットＩＣの電圧出力ここで、２．５１Ｖは、風速０の時の出力電圧である。
このセンサ応答からなる４つの風速センサの応答ベクト
ルを大きさが１となるよう下式を用いて規格化した。

【００１８】

【数１】

【００１９】このセンサ応答パターンを用いたところ、
図４に示すような結果を得ることができた。すなわち、
図４（ａ）は風がプローブ正面からくる場合であり、こ
の風を正面から受けるセンサＡのセンサ応答Ｖ_N1が一番
大きく約０．８、次いで、両側に配置されたセンサＢと
センサＤのセンサ応答Ｖ_N2は約０．４、裏側に配置され
るセンサＣのセンサ応答Ｖ_N3が一番小さいことが分か
る。

【００２０】図４（ｂ）は風がプローブの斜め方向から
くる場合であり、風向き側のセンサＤのセンサ応答Ｖ_N2
が約０．７、風向き側のセンサＡのセンサ応答Ｖ_N1が約
０．６、裏側のセンサＢ及びセンサＣのセンサ応答Ｖ_N3
は低く約０．２であることが分かる。ここで、◇はＡＣ
ファンの電圧１００Ｖ（約２０ｃｍ／秒）、○はＡＣフ
ァンの電圧５０Ｖ（約１２ｃｍ／秒）である。

【００２１】この図に示すように、１０ｃｍ／秒から２
０ｃｍ／秒の風速に対して、略同じ出力パターンが得ら
れ、風速に依らず風向を判定することができた。このプ
ローブは、マイクロコンピュータ７からの指令でモータ
制御回路８で制御される車輪２を有する台車１に搭載さ
れ、判定された方向にしたがって、自律的に移動する。

【００２２】以下、具体的なにおい源探知実験例につい
て説明する。このプローブを用いた際の、最も簡単なに
おい源探知アルゴリズムは以下のようになる。まず、風
速センサ４の出力パターンから風向を９０°単位で判定
し、次いで、風向に垂直に並ぶ２つの半導体ガスセンサ
５の出力を比較する。

【００２３】そこで、風速センサ４より得られた風向
と、半導体ガスセンサ５より得られた濃度が高くなる方
向を組み合わせて、におい源の向きを判定し、この判定
を繰り返しながら移動することで、におい源に到達する
ことができる。例えば、風向が台車正面に対して左、濃
度が高い方が前方であれば、左前４５°方向ににおい源
があると考えて移動する。

【００２４】これを概略まとめると、図５のフローチャ
ートとして示すことができる。（１）まず、複数の風速センサ４からの出力に基づい
て、マイクロコンピュータ７により風向を判定する（ス
テップＳ１）。（２）次に、その風向に基づいて、複数の半導体ガスセ
ンサ５からの出力をマイクロコンピュータ７により比較
して、におい源の向きを判定する（ステップＳ２）。

【００２５】（３）次に、そのにおい源の向きへ、マイ
クロコンピュータ７の指令により、モータ制御回路８に
より車輪２を駆動して、台車１を移動する（ステップＳ
３）。（４）におい源へ到達するまで、上記ステップを繰り返
し、におい源へ到達したら終了する（ステップＳ４）。

【００２６】実際に、におい源の探知を行った結果を図
６に示す。エタノール源の高さをガスセンサの高さに合
わせて、（ｘ，ｙ，ｚ）＝（７０，３５，２０．５）に
置き、流量１５０ｍｌ／分で噴出した。ＡＣファンの電
圧は１００Ｖとした。１回の方向判定で２ｃｍ進むもの
とし、移動速度は１．１ｃｍ／秒とした。到達時間は図
６（ａ）の場合で、２４０秒（３３ステップ）、図６
（ｂ）の場合で、２３４秒（２５ステップ）に短縮され
た。

【００２７】次に、連続移動におい源探知について説明
する。におい源探知をさらに高速化するためには、セン
サの安定待ちや平均値の測定のために、台車１を静止す
ることなく、センサ応答を測定しながら連続的に移動す
るアルゴリズムが望まれる。そこで、図７に示すジグザ
グ接近法を試みた。このジグザグ接近法では、風上から
予め定められた角度α₀を設定し（ステップＳ１１）、
その風上から角度α₀だけ変位した方向へ台車１を回転
し（ステップＳ１２）、プルームに入るまで、例えば、
１．８ｍｍ／秒で前進する（ステップＳ１３）。プルー
ムに入ったことを判定するために、閾値Ｓ_th1を用い
る。つまり、全てのガスセンサ応答がＳ≦Ｓ_th1である
か否かを判断する（ステップＳ１４）。

【００２８】ステップＳ１４において、プルームに入っ
たら、次は、プルームから出るまで前進する。すなわ
ち、全てのガスセンサ応答がＳ＞Ｓ_th1であるか否かを
判断する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５におい
て、プルームから出たところで、台車１は風上から角度
−α₀の方向へターンし、プルームに戻るため前進する
（ステップＳ１６）。

【００２９】これを繰り返すことにより、台車１はプル
ームからあまりはみ出さないように風上に向かう。にお
い源に近づくと、プルームの幅が狭まり、ジグザクの振
幅も小さくなるので、におい源の場所が特定できる。こ
のジグザグ接近法では、移動することによって、濃度勾
配を検出しており、近接したガスセンサの応答を比較し
て濃度勾配を検出する必要がない。

【００３０】実際には、プルームの蛇行のため、プルー
ム端部でターンを繰り返すことがあり、また、プルーム
を見失うこともあった。そこで、全てのガスセンサの応
答が、プルームを見失ったことを判定する閾値Ｓ_th2よ
り大きな値になったら、来た経路を引き返すものとし
た。全てのガスセンサの応答がＳ_th1より小さな値にな
ったところで新たな探知が開始される。

【００３１】この処理を加えたことにより、におい源探
知の信頼性が大きく向上した。ここで、風向は４５°単
位で判定し、α₀＝６０°、Ｓ_th1＝０．５、Ｓ_th2＝
０．７とした。判定される風向に最大２２．５°の誤差
があり、この時にも風下に向かうことがないように角度
α₀を設けた。閾値はなるべく壁に当たることがないよ
うに設定した。

【００３２】実際に探知を行った結果を、図８に示す。
ＡＣファンの電圧を５０Ｖ（平均風速１２ｃｍ／秒）と
し、エタノール噴出量は７５ｍｌ／分、移動速度は、
１．８ｍｍ／秒とした。図８（ａ）に示すように、プル
ームの中心から開始した場合には、容易ににおい源へ向
かっているが、図８（ｂ）に示すように、スタート地点
の平均センサ応答がＳ_th1より大きい地点から開始した
ような場合には、開始点付近でさまよう時間が長い。

【００３３】におい源に到達するまでに、図８（ａ）の
場合で６７８秒、図８（ｂ）の場合で１０１３秒を要し
た。様々な条件の下で、図８（ｂ）と同じ地点から探知
を行った時の所要時間を図９に示す。すなわち、ガス噴
出量１５０ｍｌ／分の場合、ＡＣファンの電圧１００Ｖ
で２４２秒、ＡＣファンの電圧５０Ｖで２４９秒、ガス
噴出量１１２．５ｍｌ／分の場合、ＡＣファンの電圧５
０Ｖで１２２９秒、ガス噴出量７５ｍｌ／分の場合、Ａ
Ｃファンの電圧１００Ｖで１４６０秒、ＡＣファンの電
圧５０Ｖで１０１３秒である。

【００３４】このように、噴出量が少ない程、所要時間
が増す傾向があるが、ほぼエタノール源に到達すること
ができた。上記したように、風速センサを用いて風向を
判定し、この風向に基づいて、これとガスセンサから得
た濃度勾配を組み合わせて、におい源の方向を判定する
プローブを得ることができた。

【００３５】したがって、風速センサを用いたことで判
定の確実性が増し、数時間から数分程度に探知時間を短
縮することができた。また、連続的に移動しながらにお
い源を探知する方法としてジクザク接近法を提案した。
プルームを見失った場合の対処を、アルゴリズムに組み
込んだところ、探知の確実性が大きく向上した。

【００３６】なお、上記実施例ではガスセンサとして、
半導体ガスセンサを用いたが、これに限定するものでは
なく、水晶振動子ガスセンサ、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ
ＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ）ガスセンサ、電気化学
ガスセンサ等も同様に使用することができ、検知対象と
なるガスの種類によって変更することができる。また、
風速センサ及びガスセンサは、上記実施例では、４個の
例を示したが、最小では２個でもよく、また、４個以
上、例えば、８個配置して、におい源の方向をより正確
に探知するようにしてもよい。

【００３７】更に、本発明のプローブを用いた自律移動
型におい源探知システムにより、ガス漏れの検知、薬物
（麻薬等）、危険物の検知、半導体工場やトンネル工場
現場等における危険ガスの検知等の無人探査を確実に行
うことができる。なお、本発明は上記実施例に限定され
るものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が
可能であり、これらを本発明の範囲から排除するもので
はない。

【００３８】

【発明の効果】以下、詳細に説明したように、本発明に
よれば、次のような効果を奏することができる。（１）従来のプローブのように、吸入管やセンサセル、
及びこれらを接続するテフロンチューブの中にガスが残
留することのない、いわゆる、測定系を開放系となし、
ガスセンサを直接気流の中に置き、残留するガスに律速
されないようにして、時定数を改善することができる。

【００３９】したがって、判定時間が短縮され、しかも
信頼性の高い、におい源方向判定プローブを提供するこ
とができる。（２）風向センサにより風向を確認し、ガスセンサで迅
速、かつ的確にガス源探知を行うことができる。（３）また、本発明のにおい源の方向を判定するプロー
ブ付の自律移動型におい源探知システムにより、ガス漏
れの検知、薬物（麻薬等）、危険物の検知、半導体工場
やトンネル工場現場等における危険ガスの検知等の無人
探査を迅速にして、確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すにおい源方向判定プロー
ブの側面図である。

【図２】本発明の実施例を示すにおい源方向判定プロー
ブの平面図である。

【図３】本発明のにおい源判定のための風胴の概略図で
ある。

【図４】本発明のにおい源方向判定プローブによる風速
センサの出力パターンを示す図である。

【図５】本発明のにおい源探知方法の一例を示すフロー
チャートである。

【図６】本発明のにおい源方向判定プローブによるにお
い源探知結果を示す図である。

【図７】本発明のにおい源方向判定プローブによるジグ
ザグ接近法によるフローチャートである。

【図８】本発明のにおい源方向判定プローブによるジグ
ザグ接近法によるにおい源探知結果を示す図である。

【図９】本発明のにおい源方向判定プローブによるにお
い源探知の所要時間を示す図である。

【符号の説明】

１台車２車輪３角柱４風速センサ５半導体ガスセンサ６Ａ／Ｄコンバータ７マイクロコンピュータ８モータ制御回路１１風胴（ウインド・トンネル）１２ノズル１３ＡＣファン１４排出口１５バルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動可能な台車上に搭載される風向セン
サと複数のガスセンサとを具備するにおい源方向判定プ
ローブ。
【請求項２】（ａ）移動可能な台車上に設けられる柱状
体と、（ｂ）該柱状体に設けられる複数の風速センサと
複数のガスセンサとを具備するにおい源方向判定プロー
ブ。
【請求項３】前記柱状体は角柱であり、該角柱の各側
面にそれぞれ風速センサを具備する請求項２記載のにお
い源方向判定プローブ。
【請求項４】前記柱状体は４角柱であり、該４角柱の
各側面に４個の風速センサを具備する請求項３記載のに
おい源方向判定プローブ。
【請求項５】前記風速センサに対応して前記４角柱の
上部に４個の半導体ガスセンサを具備する請求項４記載
のにおい源方向判定プローブ。
【請求項６】におい源方向判定プローブを用いたにお
い源探知方法において、（ａ）移動可能な台車上に搭載
される風向センサにより風向を判定し、（ｂ）該風向に
基づいて、移動可能な台車上に搭載される複数のガスセ
ンサにより、におい源の向きを判定し、（ｃ）該判定結
果に従って、におい源探知台車を移動することを特徴と
するにおい源探知方法。
【請求項７】前記におい源の向きは、前記風向に垂直
に並ぶガスセンサの出力を比較することにより判定する
請求項６記載のにおい源探知方法。
【請求項８】におい源方向判定プローブを用いたにお
い源探知方法において、（ａ）風上から予め定められた
角度α₀を設定し、（ｂ）該風上から角度α₀だけ変位
した方向へ台車向けて前進し、全てのガスセンサ応答が
閾値を超えると、プルームに入ったと判定し、（ｃ）そ
こから前進し、全てのガスセンサ応答が閾値より下がる
とプルームから出たと判定し、（ｄ）そこから台車は風
上から角度−α₀の方向へターンし、プルームに戻り、
上記ステップを繰り返すことを特徴とするにおい源探知
方法。
【請求項９】前記風向センサは、複数の風速センサか
らなり、これらの風速センサの出力を比較して風向を判
定する請求項６又は７記載のにおい源探知方法。