JPH08261893A

JPH08261893A - 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: JPH08261893A
Application number: JP7066199A
Authority: JP
Inventors: Takamichi Nakamoto; 高道中本; Toyoe Moriizumi; 豊栄森泉; Hiroshi Ishida; 寛石田; Katsumi Hayashi; 勝己林
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1995-03-24
Publication date: 1996-10-11
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JP3568618B2

Abstract

(57)【要約】【目的】風向に関する情報とそのためのセンサを不要
とすることができるとともに、微風速状態でも探知可能
なカイコガの行動に倣った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】移動可能な台車１上に配置される筒状のセル
４と、この筒状のセル４の中心に設けられる半導体ガス
センサ５と、前記筒状のセル４を回転させるステッピン
グ回転機構１０と、前記筒状のセル４の一端から空気を
前記半導体ガスセンサ５表面に吸引するファン６を設け
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
知システムに係り、特に、カイコガの行動に倣ったにお
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、（１）特願平５−
１４９３７５号、（２）特願平６−５５３８３号として
提案されたものがある。すなわち、上記（１）には、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】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
回の判定が必要であり、時間がかかるという問題点があ
った。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。

【０００４】そこで、上記（２）の提案が行われた。す
なわち、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。

【０００５】

【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では、ガス濃度の低い場
所からの探知が困難であったり、微風速（１０ｃｍ／ｓ
ｅｃ程度）環境下ではにおい源の方向判定が不安定にな
るといった問題があった。本発明は、上記問題点を除去
し、風向に関する情報とそのためのセンサを不要とする
ことができるとともに、微風速状態でも探知可能なカイ
コガの行動に倣った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、（１）におい源方向判定プローブにおいて、移動可能な
台車上に配置される筒状のセルと、この筒状のセルに設
けられるガスセンサと、前記筒状のセルを回転させる装
置と、前記筒状のセルの一端から空気を前記ガスセンサ
表面に吸引するファンを設けるようにしたものである。

【０００７】（２）上記（１）記載のにおい源方向判定
プローブにおいて、前記ガスセンサは半導体ガスセンサ
である。（３）におい源探知方法において、移動可能な台車上の
筒状のセルに配置されるガスセンサの向きを変更可能に
し、前記筒状のセルの一端から空気をファンにより前記
ガスセンサ表面に吸引し、におい源の向きを探索するに
おい源方向判定プローブを用いるようにしたものであ
る。

【０００８】（４）上記（３）記載のにおい源探知方法
において、前記筒状のセルを回転させるようにしたもの
である。（５）上記（４）記載のにおい源探知方法において、前
記ガスセンサとして半導体ガスセンサを用いるようにし
たものである。

【０００９】

【作用】生物のにおい源探知行動は数多く知られてい
る。雄カイコガは、性フェロモンを受容すると激しく羽
ばたきながら歩きまわり、雌を発見している。本発明で
は、風胴内でフェロモン受容時のカイコガの行動観察を
行い、通常のガと羽を切除したガとではその探知能力に
大きな差があることがわかった。

【００１０】そこで、その仕組みを模倣したにおい探知
システムを開発し、探知を行った。すなわち、装置とし
て、筒状のセルの中心に半導体ガスセンサを取りつけ、
一端からファンにより空気をセンサ表面に吸引し、羽ば
たきの代用とした。におい源の方向から空気を吸引する
と、他の方向から吸引した場合よりも大きいセンサ応答
が得られる。この応答差を利用してにおい源の方向を判
定させ、最終的に風胴内の様々な場所からにおい源に到
達することができる。

【００１１】このにおい源探知システムでは、周辺のに
おいを吸引することによって、濃度の低い場所からでも
効率良くにおい源に到達することができる。

【００１２】

【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。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概念図、図２は本発明の実施例
を示すにおい源方向判定プローブの構成図であり、図２
（ａ）はそのおい源方向判定プローブの全体構成図、図
２（ｂ）は図２（ａ）のＡ部拡大斜視図である。

【００１３】これらの図において、１は台車、２はその
台車１の車輪、３は台車１上に設けられる回転自在の支
持柱、４はその支持柱３に固定される筒状のセル、５は
その筒状のセル４に設けられ、前記回転自在の支持柱３
上に固定される半導体ガスセンサ、６は筒状のセル４の
後端部に設けられるファンである。また、台車１内には
半導体ガスセンサ５に接続されるＡ／Ｄコンバータ７、
このＡ／Ｄコンバータ７に接続されるマイクロコンピュ
ータ８が搭載されている。

【００１４】更に、マイクロコンピュータ８にはモータ
制御回路９が接続され、このモータ制御回路９により、
台車１を移動させる車輪２を駆動する。また、このモー
タ制御回路９により、ステッピング回転機構１０を介し
て、支持柱３が回転される。すなわち、この支持柱３の
回転駆動により、セル４及び半導体ガスセンサ５は回転
自在となる。

【００１５】ここで、図１に示すように、例えば、セル
の長さＬ₁は５ｃｍ、幅Ｌ₂は２．５ｃｍ、高さＬ₃は
２．５ｃｍの後端に２．５×２．５ｃｍ，１２Ｖ，０．
０９ＡのＤＣ型ファン６を配置する。そして、図２
（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、上記した半導体ガ
スセンサ５は、直接そのガスセンサに風が当たるのを避
けるために、筒状のセル４の内部に突出しないように取
り付けられ、上部からガスが入ることができる構造とな
っている。

【００１６】そこで、例えば、高さｚ（３５ｃｍ）、幅
ｘ（８０ｃｍ）、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。

【００１７】このように、におい源方向判定プローブに
おいて、移動可能な台車１上に配置される筒状のセル４
と、この筒状のセル４の中心に設けられる半導体ガスセ
ンサ５と、前記筒状のセル４の一端から空気を前記半導
体ガスセンサ５表面に吸引するファン６を設ける。ここ
で、プローブは、台車１の中心のステッピング回転機構
１０により３６０度自由に回転できるようになってい
る。また、筒状のセル４には、例えば厚さ５ｍｍのアク
リル板を用いた。

【００１８】そこで、風胴内で周辺からの気流を断ち、
プローブのファンを回した時の風速を図４に示す。ここ
で、図４において、＋方向は排出の方向、−方向は吸引
の方向であり、排出の方が大きい風速となる。基本的に
は風速センサを使わないシステムであるので、一度設定
したガスセンサのベース抵抗が、ファンのＯＮ／ＯＦＦ
や吸引方向によって変化しない方が良い。そのために、
ガスセンサを埋め込んで直接風が当り難い構造にした。

【００１９】次に、吸引方向別のガスセンサの応答につ
いて説明する。風胴内３カ所において、各点でセルの方
向を９０度ずつ回転させて、ガスセンサの応答をとっ
た。その応答を図５に示す。ここで、ガスセンサ応答は
Ｒ_gas／Ｒ_airであり、ガス濃度が上昇すると、センサ
抵抗が減少するために、Ｒ_gas／Ｒ_airは小さくなる。
すなわち、Ｒ_gas／Ｒ_air値が小さい方が濃度が大きい
ことになる。

【００２０】一定方向から３分間吸引しその間の応答の
平均をとったところ、プルームの端ではプルームの中心
方向から吸引した時に最も応答が高くなった。ファンを
止めた時の応答も合わせて示す。図５（Ｂ）に示すよう
に、ファンがない時には殆ど応答がない場所でも、周辺
空気を吸引することによって、プルームの中心方向から
吸引すると高い応答が得られるようになり、プルームの
方向へと進むことが可能になる。

【００２１】一方、プルームの中心では、におい源のあ
る風上へと吐き出した時に応答が低くなり、その他の方
向では、同じように高い応答になり、応答差は得られな
かった。つまり、においの塊をはじき返すことによっ
て、応答が低くなるのを利用して、風上のにおい源の方
向へと進むことが可能になる。次に、プローブの回転速
度の設定について説明する。

【００２２】一定方向から吸引した安定な状態で平均を
とった場合では、ファンによって周辺の風向／風速場を
変えることによって応答性が得られることがわかった
が、実際に移動しながら探知実験を行う場合には、プロ
ーブを随時回転させて、吸引方向別の応答差を得なけれ
ばならない。そのために、できるだけ速く回転させて、
なおかつ風速風向場の変化による応答差が得られるよう
な回転速度を設定した。また回転を開始する時に向いて
いた方向の応答の影響も調べた。

【００２３】図５（Ａ）に示す風胴の中心（４０，３
５）と図５（Ａ）に示すプルームの端（４０，４５）
で、様々な速度でファンを回して応答を測定した。応答
例を図６に示す。ガスセンサの回復が遅いためと、セン
サ周辺の空気の移動がプローブの回転に追いつかないた
めに、早く回転し過ぎるとはっきりとした応答差が現れ
ない。

【００２４】また、回転速度が速い時には、ファンを回
転し始めた方向での回転以前の応答の影響が大きかっ
た。プルームの端では回転速度をあげなければ、プルー
ム中心方向の応答が最高となる結果が得られた。ファン
つきプローブを連続的に回転させて周辺空気を吸引した
時、吸引方向によって十分な応答差を得るために最低で
も３０度／ｓｅｃ（１２ｓｅｃ／周）か、それより遅い
速度で回転させる必要があることが分かった。

【００２５】次に、におい源方向判定法について説明す
る。（ａ）プルーム中心での方向判定法プルームの中と判断した場合〔応答の最小値が０．５
（Ｒ_gas／Ｒ_air）以下の場合〕、以下のように判定を
行った。初期条件は前述のようにＲ_gas／Ｒ_airが最大
値をとった吸引方向の反対の方向をにおい源方向と判定
することにした。この条件の元で様々な回転開始方向か
ら回転させてその応答からにおい源の方向を判定させ
た。図７に、プルーム中心における回転角度とセンサ応
答の関係を示す。

【００２６】なお、ここでは、Ｒ_gas／Ｒ_airが最大に
なった点の反対方向をにおい源方向としている。ただ
し、図７では必ずしも一致してはいない。それは、回転
させると、センサ応答の遅れが生じるからで、９０度
（３秒分）を差し引いて方向を判定している。（ｂ）プルーム端での方向判定法プルーム端でも、プルームの中心の場合と同様に初期条
件は、Ｒ_gas／Ｒ_airが小さくなりはじめの方向をプル
ームの方向と判定することにし、この条件の元で様々な
回転開始方向から回転させてその応答からプルームの方
向を判定させた。図８にプルーム中心における回転角度
とセンサ応答の関係を示す。

【００２７】ここでは、Ｒ_gas／Ｒ_airが小さくなり始
める時の方向をプルームの方向と判定する。具体的なに
おい源探知を以下のアルゴリズムで行った。すなわち、
ある地点でプローブを回転させて、各方向について応答
をとる。その応答値から、プルーム（におい源）の方向
を判定させその方向に１ステップ（２ｃｍ）進んで止ま
る。再びその場所で、応答をとり、以下、におい源に到
達するまで繰り返した。

【００２８】その探知結果を図９に示す。風胴内では、
プルーム中心及び端のあわせて６カ所の全ての場所から
におい源に到達することができた。開始地点に、エタノ
ール源に到達するまでに要した時間を付記した。上下の
２本はプルームの端から開始し、中心の軌跡はエタノー
ル源から直接風下にあたるプルームの中心から探知を開
始したものである。

【００２９】エタノール源から離れる方向に進んでいる
場所が数カ所あるが、これはプルームの揺らぎや風胴の
側面に風があたって跳ね返ったため、正しい応答差が得
られなかったためである。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（Ｓ
ｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ）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。

【００３０】また、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。

【００３１】

【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）請求項１記載のにおい源方向判定プローブによれ
ば、移動可能な台車上に搭載される筒状のセルと、この
筒状のセルの中心に設けられるガスセンサと、前記筒状
のセルを回転させる装置と、前記筒状のセルの一端から
空気を前記ガスセンサ表面に吸引するファンとを設ける
ようにしたので、従来のような風向に関する情報とその
ためのセンサを不要とすることができるとともに、微風
速状態でも探知可能なカイコガの行動に倣ったにおい源
方向判定プローブを得ることができる。

【００３２】そして、におい源の方向から空気を吸引す
ると、他の方向から吸引した場合よりも大きいセンサ応
答が得られる。この応答差を利用してにおい源の方向を
判定させ、最終的に風胴内の様々な場所からにおい源に
到達することができる。（２）請求項２記載のにおい源方向判定プローブによれ
ば、前記ガスセンサとして、半導体ガスセンサを有する
ので、コンパクトに、しかも、筒状のセルに容易に取り
付けることができる。

【００３３】（３）請求項３記載の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よれば、移動可能な
台車上の筒状のセルに配置されるガスセンサの向きを変
更可能にし、前記筒状のセルの一端から空気をファンに
より前記ガスセンサ表面に吸引し、におい源の向きを探
索するにおい源方向判定プローブを用いて周辺のにおい
を吸引することにより、濃度の低い場所からでも効率良
くにおい源に到達することができる。

【００３４】（４）請求項４記載のにおい源探知方法に
よれば、前記筒状のセルを回転させるようにしたので、
濃度の低い場所からでも確実ににおい源の探知を行うこ
とができる。（５）請求項５記載のにおい源探知方法によれば、前記
ガスセンサとして半導体ガスセンサを用いるようにした
ので、小形で高精度に、濃度の低い場所からでも確実に
におい源の探知を行うことができる。

【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
ブの概念図である。

【図２】本発明の実施例を示すにおい源方向判定プロー
ブの構成図である。

【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】本発明の実施例を示す風胴内で周辺からの気流
を断ち、プローブのファンを回した時の風速を示す図で
ある。

【図５】本発明の実施例を示す風胴内３カ所において、
各点でセルの方向を９０度ずつ回転させて、ガスセンサ
の応答を調べた結果を示す図である。

【図６】本発明の実施例を示す風胴の中心とプルームの
端で、様々な速度でファンを回して応答を測定した結果
を示す図である。

【図７】本発明の実施例を示すプルーム中心における回
転角度とセンサ応答の関係を示す図である。

【図８】本発明の実施例を示すプルーム中心における回
転角度とセンサ応答の関係を示す図である。

【図９】本発明の実施例を示すにおい源に到達するまで
の探知結果を示す図である。

【符号の説明】

１台車２車輪３回転自在の支持柱４筒状のセル５半導体ガスセンサ６ファン７Ａ／Ｄコンバータ８マイクロコンピュータ９モータ制御回路１０ステッピング回転機構１１風胴（ウインド・トンネル）１２ノズル１３吸引ＡＣファン１４排出口１５バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｇ０１Ｎ 27/00 Ｇ０１Ｎ 27/00 Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）移動可能な台車上に配置される筒状
のセルと、（ｂ）該筒状のセルに設けられるガスセンサ
と、（ｃ）前記筒状のセルを回転させる装置と、（ｄ）
前記筒状のセルの一端から空気を前記ガスセンサ表面に
吸引するファンを具備するにおい源方向判定プローブ。
【請求項２】請求項１記載のにおい源方向判定プロー
ブにおいて、前記ガスセンサは半導体ガスセンサである
におい源方向判定プローブ。
【請求項３】（ａ）移動可能な台車上の筒状のセルに配
置されるガスセンサの向きを変更可能にし、（ｂ）前記
筒状のセルの一端から空気をファンにより前記ガスセン
サ表面に吸引し、（ｃ）におい源の向きを探索するにお
い源方向判定プローブを用いたにおい源探知方法。
【請求項４】請求項３記載のにおい源探知方法におい
て、前記筒状のセルを回転させることを特徴とするにお
い源探知方法。
【請求項５】請求項４記載のにおい源探知方法におい
て、前記ガスセンサとして半導体ガスセンサを用いるこ
とを特徴とするにおい源探知方法。