特開 2024-58436 物質検出システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024058436

(43)【公開日】2024-04-25

(54)【発明の名称】物質検出システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 5/02 20060101AFI20240418BHJP

【ＦＩ】

G01N5/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022165789

(22)【出願日】2022-10-14

(71)【出願人】

【識別番号】592028846

【氏名又は名称】Ｉ－ＰＥＸ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100162259

【弁理士】

【氏名又は名称】末富 孝典

(74)【代理人】

【識別番号】100165489

【弁理士】

【氏名又は名称】榊原 靖

(74)【代理人】

【識別番号】100146916

【弁理士】

【氏名又は名称】廣石 雅紀

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 健志

(72)【発明者】

【氏名】竹中 希美

(57)【要約】      （修正有）

【課題】物質の検出の精度を安定させることができる物質検出システムを提供する。
【解決手段】物質検出システム１は、物質センサ１０と、第１供給部１１と、第２供給部１２と、制御部１３と、を備える。制御部１３は、第１供給部１１による第１気体Ａ１の供給を停止した状態で第２供給部１２により第２気体Ａ２を供給し、物質センサ１０の周囲の第２気体Ａ２の状態が定常状態となった第１期間において物質センサ１０から出力される信号を取得した後、第１供給部１１により物質センサ１０の周囲への第１気体Ａ１の供給を開始し、第１気体Ａ１を供給した状態の第２期間において物質センサ１０から出力される信号を取得し、第１期間で取得された信号と第２期間で取得された信号との変化に基づいて、物質センサ１０に付着する対象物質ＯＢの分子の量を算出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

周囲の気体に含まれる対象物質の分子が付着した量に応じた信号を出力する物質センサと、
前記対象物質を含む第１気体を前記物質センサの周囲に供給する第１供給部と、
温度と、湿度と、含有物質の濃度とが一定に管理された第２気体を前記物質センサの周囲に供給する第２供給部と、
前記第１供給部による前記第１気体の供給を停止した状態で前記第２供給部により前記第２気体を供給し、前記物質センサの周囲の前記第２気体の状態が定常状態となった第１期間において前記物質センサから出力される信号を取得した後、前記第１供給部により前記物質センサの周囲への前記第１気体の供給を開始し、前記第１気体を供給した状態の第２期間において前記物質センサから出力される信号を取得し、前記第１期間で取得された信号と前記第２期間で取得された信号との変化に基づいて、前記物質センサに付着する対象物質の分子の量を算出する制御部と、
を備える物質検出システム。

【請求項2】

前記第２供給部は、前記物質センサの周囲に向けて前記第２気体を常時供給するように動作し、
前記第１供給部から供給される第１気体の流量は、前記第２供給部から供給される第２気体の流量よりも大きくなるように設定される、
請求項１に記載の物質検出システム。

【請求項3】

前記制御部は、
前記第２供給部による前記第２気体の供給を停止するとともに前記第１供給部による前記第１気体の供給を開始し、前記第２期間における前記物質センサからの信号を取得する、
請求項１に記載の物質検出システム。

【請求項4】

前記第１供給部から供給される第１気体と、前記第２供給部から供給される第２気体とのいずれかを前記物質センサの周囲に供給する第１継手を備える、
請求項２に記載の物質検出システム。

【請求項5】

前記第２供給部と前記第１継手との間に設けられ、供給された前記第２気体を２つに分岐し、分岐した一方の前記第２気体を前記第１継手に供給する第２継手を備える、
請求項４に記載の物質検出システム。

【請求項6】

前記第２気体が前記対象物質を含有する場合、
温度及び湿度を前記第１気体と同じとしたときの前記第２気体における前記対象物質の濃度は、前記第１気体における前記対象物質の濃度よりも低くなるよう管理されている、
請求項１に記載の物質検出システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物質検出システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、検出対象のガスに含まれる物質を感応膜に吸着させてその物質を検出するガスセンサと、洗浄ガスにより感応膜から物質を脱離させるリフレッシュを行うリフレッシュ機構と、を備えるガスセンサシステムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１５６７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に記載のガスセンサシステムでは、リフレッシュのために感応膜に供給される洗浄ガスの状態のばらつきにより、物質の検出の精度が不安定になるという不都合があった。

【0005】

本発明は、上記実情の下になされたものであり、物質の検出の精度を安定させることができる物質検出システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る物質検出システムは、
周囲の気体に含まれる対象物質の分子が付着した量に応じた信号を出力する物質センサと、
前記対象物質を含む第１気体を前記物質センサの周囲に供給する第１供給部と、
温度と、湿度と、含有物質の濃度とが一定に管理された第２気体を前記物質センサの周囲に供給する第２供給部と、
前記第１供給部による前記第１気体の供給を停止した状態で前記第２供給部により前記第２気体を供給し、前記物質センサの周囲の前記第２気体の状態が定常状態となった第１期間において前記物質センサから出力される信号を取得した後、前記第１供給部により前記物質センサの周囲への前記第１気体の供給を開始し、前記第１気体を供給した状態の第２期間において前記物質センサから出力される信号を取得し、前記第１期間で取得された信号と前記第２期間で取得された信号との変化に基づいて、前記物質センサに付着する対象物質の分子の量を算出する制御部と、
を備える。

【0007】

この場合、前記第２供給部は、前記物質センサの周囲に向けて前記第２気体を常時供給するように動作し、
前記第１供給部から供給される第１気体の流量は、前記第２供給部から供給される第２気体の流量よりも大きくなるように設定される、
こととしてもよい。

【0008】

前記制御部は、
前記第２供給部による前記第２気体の供給を停止するとともに前記第１供給部による前記第１気体の供給を開始し、前記第２期間における前記物質センサからの信号を取得する、
こととしてもよい。

【0009】

前記第１供給部から供給される第１気体と、前記第２供給部から供給される第２気体とのいずれかを前記物質センサの周囲に供給する第１継手を備える、
こととしてもよい。

【0010】

前記第２供給部と前記第１継手との間に設けられ、供給された前記第２気体を２つに分岐し、分岐した一方の前記第２気体を前記第１継手に供給する第２継手を備える、
こととしてもよい。

【0011】

前記第２気体が前記対象物質を含有する場合、
温度及び湿度を前記第１気体と同じとしたときの前記第２気体における前記対象物質の濃度は、前記第１気体における前記対象物質の濃度よりも低くなるよう管理されている、
こととしてもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、物質の検出の精度を安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態１に係る物質検出システムの構成を示すブロック図である。

【図2】図１の制御部のハードウエア構成を示すブロック図である。

【図3】図１の制御部の物質検出処理を示すフローチャートである。

【図4】図１の物質検出システムの動作を示すタイミングチャートである。

【図5】本発明の実施の形態２に係る物質検出システムの構成を示すブロック図である。

【図6】図５の制御部の物質検出処理を示すフローチャートである。

【図7】図５の物質検出システムの動作を示すタイミングチャートである。

【図8】（Ａ）は、従来の物質検出システムの実験結果を示すグラフである。（Ｂ）は、本実施の形態に係る物質検出システムの実験結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。各図面においては、同一又は同等の部分に同一の符号を付す。

【0015】

実施の形態１
まず、本発明の実施の形態１について説明する。図１に示すように、本実施の形態に係る物質検出システム１は、物質センサ１０と、第１供給部１１と、第２供給部１２と、制御部１３と、を備える。

【0016】

［物質センサ］
物質センサ１０は、周囲の気体に含まれる対象物質ＯＢの分子が付着した量に応じた信号を出力する。例えば、物質センサ１０には、圧電素子が設けられた梁と、駆動電極と、検出電極とが設けられている。周期的に変化する駆動電圧信号が駆動電極に加えられると、駆動電圧信号の振幅に応じて圧電素子が伸縮し梁が振動する。検出電極で検出される検出電圧信号は、梁の振動に応じた信号となる。

【0017】

梁には対象物質ＯＢが付着する感応膜が成膜されている。感応膜に対象物質ＯＢが付着する前と付着した後とでは、梁の共振周波数が変化する。物質センサ１０は、この共振周波数の変化に基づいて、対象物質ＯＢの有無を検出する。その変化量は対象物質ＯＢの付着量に応じて大きくなるため、感応膜に付着した対象物質ＯＢを定量化することが可能である。

【0018】

このように、物質センサ１０によって対象物質ＯＢを検出するには、周囲の気体に対象物質ＯＢが含まれている必要がある。図１では、物質センサ１０の周囲の領域を領域１０ａとして示している。領域１０ａに対象物質ＯＢが存在する場合、その対象物質ＯＢが物質センサ１０の感応膜に付着し、対象物質ＯＢが検出される。感応膜に付着した対象物質ＯＢの量は、周囲の対象物質ＯＢの濃度と相関関係があるため、検出された量から対象物質ＯＢの濃度を推定することが可能となる。

【0019】

本実施の形態では、対象物質ＯＢは、発生源２０から揮発したものである。対象物質ＯＢは、第１供給部１１によって発生源２０から物質センサ１０の周囲に送られ、物質センサ１０で検出される。対象物質ＯＢとしては、例えばエタノールがあるが、これに限定されない。

【0020】

［第１供給部］
第１供給部１１は、吸入口から吸い込んだ気体を排出口から排出するポンプである。第１供給部１１の吸入口は、配管２１を介して対象物質ＯＢの発生源２０と接続されている。一方、第１供給部１１の排出口は、配管２２、Ｙ字継手１４及び配管２３を介して物質センサ１０の周囲の領域１０ａと接続されている。第１供給部１１は、配管２１から対象物質ＯＢを含む第１気体Ａ１を吸入して、配管２２、Ｙ字継手１４及び配管２３を介して対象物質ＯＢを含む第１気体Ａ１を物質センサ１０の周囲（領域１０ａ）に供給する。

【0021】

第１供給部１１によって供給される第１気体Ａ１の流量は一定であるものとする。この流量は、数段階に調整可能であってもよい。

【0022】

［第２供給部］
第２供給部１２は、気体を排出口から排出するポンプである。第２供給部１２の排出口は、配管２４、Ｔ字継手１５、配管２５、Ｙ字継手１４及び配管２３を介して物質センサ１０の周囲の領域１０ａと接続されている。

【0023】

第２供給部１２は、温度と、湿度と、含有物質の濃度とが一定に管理された第２気体Ａ２を物質センサ１０の周囲に供給する。第２供給部１２は、外気を吸入し、吸入した空気の温度、湿度を調整して排出する機能を有していてもよいし、温度と、湿度と、含有物質の濃度とが一定に管理された第２気体Ａ２を吸入して排出するだけでもよい。この場合、第２供給部１２の吸入口に、第２気体Ａ２の温度と、湿度と、含有物質の濃度とを一定に調整する調整機構を備えるようにしてもよい。

【0024】

第２供給部１２から供給される第２気体Ａ２の流量は一定であるものとする。この流量は、数段階に調整可能であってもよい。

【0025】

［送管系］
上述のように、物質検出システム１は、Ｙ字継手１４と、Ｔ字継手１５と、配管２１，２２，２３，２４，２５，２６と、を備える。対象物質ＯＢを含む第１気体Ａ１は、配管２１、第１供給部１１、配管２２を経てＹ字継手１４に送られる。一方、第２供給部１２から排出される第２気体Ａ２は、配管２４、Ｔ字継手１５、配管２５を経て、Ｙ字継手１４に送られる。なお、配管２２に逆止弁を設けて、第２気体Ａ２が、第２供給部１２から第１供給部１１に流れないようにしてもよい。また、配管２５に逆止弁を設けて、第１気体Ａ１が、第１供給部１１から第２供給部１２に流れないようにしてもよい。

【0026】

本実施の形態では、第２供給部１２は、物質検出システム１が動作中、物質センサ１０の周囲の領域１０ａに向けて第２気体Ａ２を常時供給するように動作する。一方、Ｔ字継手１５は、配管２４から供給される第２気体Ａ２を、配管２５を介してＹ字継手１４に送る一方、配管２６を介して外部に放出している。すなわち、Ｔ字継手１５は、第２供給部１２から供給される第２気体Ａ２の一部を、Ｙ字継手１４に送らず外部に放出している。詳細には、Ｔ字継手１５は、供給された第２気体Ａ２を２つに分岐し、分岐した一方の第２気体Ａ２をＹ字継手１４に供給する。これにより、第１供給部１１から供給される第１気体Ａ１の流量と第２供給部１２から供給される第２気体Ａ２の流量とが同じであったとしても、実際に物質センサ１０の周囲に送られる第２気体Ａ２の流量は、第１気体Ａ１の流量よりも少なくなる。すなわち、本実施の形態では、第１供給部１１から供給される第１気体Ａ１の流量は、第２供給部１２から供給される第２気体Ａ２の流量よりも大きくなるように設定される。この設定により、第２供給部１２が物質センサ１０の周囲に向けて第２気体Ａ２を常時供給しつつも、第１供給部１１からの第１気体Ａ１の供給の有無を切り換えることにより、Ｙ字継手１４において、配管２３を介して物質センサ１０の周囲に送られる気体を、第１気体Ａ１と第２気体Ａ２とのいずれかに切り換えることができる。

【0027】

ここで、第１気体Ａ１と第２気体Ａ２とのいずれかに切り換えるとは、物質センサ１０の周囲に送られる気体を、第１気体Ａ１だけに切り換える、或いは、第２気体Ａ２だけに切り換えることを表現するに留まらない。例えば、第１気体Ａ１に切り換えるとは、物質センサ１０の周囲に送られる第１気体Ａ１を、第２気体Ａ２よりも多い量にすることを含む表現であり、第２気体Ａ２に切り換えるとは、物質センサ１０の周囲に送られる第２気体Ａ２を、第１気体Ａ１よりも多い量にすることを含む表現である。すなわち、第１気体Ａ１と第２気体Ａ２とが混合された気体が物質センサ１０の周囲に送られるのを排除するものではない。

【0028】

なお、Ｔ字継手１５を用いずに、単に、第２供給部１２から供給される第２気体Ａ２の供給量を、第１気体Ａ１の供給量より少なくするようにしてもよい。

【0029】

［制御部］
制御部１３は、物質検出システム１の全体を統括制御する。具体的には、制御部１３は、物質センサ１０、第１供給部１１及び第２供給部１２を制御する。

【0030】

制御部１３は、物質センサ１０に検出指令信号を出力する。検出指令信号を入力すると、物質センサ１０は、上述のように対象物質ＯＢの検出を行ってその検出値を出力する。制御部１３は、物質センサ１０からの検出値を入力する。

【0031】

制御部１３は、第１供給部１１のオンオフが可能である。制御部１３がオン信号を出力すれば第１供給部１１が動作し、制御部１３がオフ信号を出力すれば第１供給部１１の動作が停止する。制御部１３は、物質センサ１０の初期化を行う場合、オフ信号を出力し、第１供給部１１の動作を停止させる。これにより、物質センサ１０への第１気体Ａ１の供給が止まる。一方、物質センサ１０で対象物質ＯＢの検出を行う場合、制御部１３は、オン信号を出力し、第１供給部１１を動作させ、物質センサ１０へ第１気体Ａ１を供給させる。

【0032】

制御部１３は、第２供給部１２のオンオフが可能である。制御部１３がオン信号を出力すれば第２供給部１２が動作して物質センサ１０の周囲に第２気体Ａ２が供給され、制御部１３がオフ信号を出力すれば第２供給部１２の動作が停止し物質センサ１０への第２気体Ａ２の供給が止まる。物質検出システム１が動作する場合、制御部１３は、第２供給部１２を常にオン状態とする。これにより、物質センサ１０の周囲に、第２気体Ａ２が常に供給される状態となる。

【0033】

［制御部のハードウエア構成］
図１に示す物質検出システム１の制御部１３は、例えば、図２に示すハードウエア構成を有するコンピュータがソフトウエアプログラムを実現することにより実現される。具体的には、物質検出システム１は、装置全体の制御を司るＣＰＵ（Central Processing Unit）３１と、ＣＰＵ３１の作業領域等として動作する主記憶部３２と、ＣＰＵ３１の動作プログラム等を記憶する外部記憶部３３と、操作部３４と、表示部３５と、入出力部３６と、これらを接続する内部バス３８と、を備える。

【0034】

主記憶部３２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されている。主記憶部３２には、ＣＰＵ３１によって実行されるプログラム３９が外部記憶部３３からロードされる。また、主記憶部３２は、ＣＰＵ３１の作業領域（データの一時記憶領域）としても用いられる。

【0035】

外部記憶部３３は、フラッシュメモリ、ハードディスク等の不揮発性メモリから構成される。外部記憶部３３には、ＣＰＵ３１に実行させるためのプログラム３９が予め記憶されている。

【0036】

操作部３４は、キーボード及びマウス等のデバイスと、これらのデバイスを内部バス３８に接続するインターフェイス装置から構成されている。

【0037】

表示部３５は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、液晶モニタ等の表示用デバイスから構成される。

【0038】

入出力部３６は、外部機器とのデータ送受信を行うインターフェイスである。入出力部３６は、ＣＰＵ３１からの指令に従って、物質センサ１０に検出指令信号を出力するとともに、物質センサ１０からの検出信号を入力する。入力された検出信号は、主記憶部３２又は外部記憶部３３に記憶されるか、表示部３５に表示される。また、入出力部３６は、ＣＰＵ３１からの指令に従って、第１供給部１１及び第２供給部１２にオンオフ信号を出力する。これにより、第１供給部１１による第１気体Ａ１の供給と、第２供給部１２による第２気体Ａ２の供給とを制御することができる。

【0039】

制御部１３の機能は、１以上のプロセッサ及び一時的でない記憶媒体を含む１以上の記憶装置を含む１以上のコンピュータからなる計算機システムに実装することができる。複数のコンピュータは、相互に接続された通信ネットワークを介して通信を行いつつ、制御部１３の機能を実現する。例えば、制御部１３の複数の機能の一部が１つのコンピュータに実装され、他の一部が他のコンピュータに実装されてもよい。

【0040】

［物質検出処理］
次に、物質検出システム１の動作について説明する。まず、制御部１３によって実行される物質検出処理について説明する。

【0041】

図３に示すように、まず、制御部１３は、検出開始の操作入力が操作部３４に入力されるまで待つ（ステップＳ１；Ｎｏ）。検出開始の操作入力が操作部３４に入力されると（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、制御部１３は、入出力部３６を介して、第１供給部１１にオフ信号を出力するとともに、第２供給部１２にオン信号を出力する。これにより、第１供給部１１は、第１気体Ａ１の物質センサ１０の周囲への供給を停止し、第２供給部１２は、第２気体Ａ２の物質センサ１０の周囲への供給を開始する。

【0042】

制御部１３は、第２供給部１２にオン信号を出力してからリフレッシュ時間ＲＴが経過するまで待つ（ステップＳ３；Ｎｏ）。リフレッシュ時間ＲＴは、第２気体Ａ２により、物質センサ１０の感応膜に付着した対象物質ＯＢを除去するのに要する時間である。

【0043】

リフレッシュ時間ＲＴが経過すると（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、制御部１３は、検出終了の操作入力が操作部３４に入力されたか否かを判定する（ステップＳ４）。検出終了の操作入力が入力されていない場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、制御部１３は、第１期間Ｐ１での測定、すなわち初期化を行う（ステップＳ５）。具体的には、制御部１３は、入出力部３６を介して、物質センサ１０に今の状態での梁の共振周波数を検出させる。第１期間Ｐ１は、物質センサ１０の梁を振動させてその共振周波数が得られる期間である。このとき検出された共振周波数が検出初期値となる。

【0044】

その後、制御部１３は、入出力部３６を介して、第１供給部１１にオン信号を出力する（ステップＳ６）。これにより、第１供給部１１は、第１気体Ａ１の物質センサ１０の周囲への供給を行う。この結果、Ｙ字継手１４では、第２気体Ａ２より流量が大きい第１気体Ａ１により、物質センサ１０の周囲への第２気体Ａ２の供給量が減少し、第２気体Ａ２よりも多い量の第１気体Ａ１が物質センサ１０の周囲に供給されるようになる。Ｔ字継手１５に流入した第２気体Ａ２は、配管２６のみから排出されるようになる。

【0045】

制御部１３は、入出力部３６を介して、第１供給部１１にオン信号を出力し（ステップＳ６）、過渡期間ＭＴが経過するまで待つ（ステップＳ７；Ｎｏ）。過渡期間ＭＴは、第１供給部１１がオンとなってから、物質センサ１０の周囲に第１気体Ａ１が測定可能になるまでの時間である。なお、検出対象によっては、ステップＳ７を行わない場合もある。

【0046】

過渡期間ＭＴが経過すると（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、制御部１３は、第２期間Ｐ２での測定を行う（ステップＳ８）。具体的には、制御部１３は、入出力部３６を介して、物質センサ１０に今の状態での梁の共振周波数を検出させる。制御部１３は、このとき検出された共振周波数と、ステップＳ５で検出された共振周波数との差分を求め、その差分を、対象物質ＯＢに固有の係数を乗算することにより、対象物質ＯＢの量を検出する。検出された対象物質ＯＢの量は、外部記憶部３３に記憶されるとともに、表示部３５に表示出力される。

【0047】

続いて、制御部１３は、入出力部３６を介して、第１供給部１１にオフ信号を出力し（ステップＳ９）、ステップＳ３に戻る。この後、検出終了の操作入力が操作部３４に入力されない間（ステップＳ４；Ｎｏ）、制御部１３は、ステップＳ３～ステップＳ９を繰り返す。検出終了の操作入力が操作部３４に入力されると（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、制御部１３は、第２供給部１２にオフ信号を出力し（ステップＳ１０）、処理を終了する。

【0048】

図４に示すように、測定処理では、リフレッシュ段階、初期化段階、測定段階の３つの段階が繰り返される。本実施の形態では、第２供給部１２は常時オンとなっている。一方、リフレッシュ段階では、制御部１３は、入出力部３６を介して、第１供給部１１にオフ信号を出力する。すると、物質センサ１０の周囲は、第２気体Ａ２で次第に満たされるようになる。この第２気体Ａ２は、物質センサ１０の感応膜に付着した対象物質ＯＢを除去するとともに、物質センサ１０の周囲にある対象物質ＯＢをも除去する。

【0049】

第２供給部１２にオン信号を出力してから、リフレッシュ時間ＲＴ経過後、物質センサ１０の周囲の第２気体Ａ２の状態が定常状態となっている。この状態で、制御部１３は、リフレッシュ段階から初期化段階へ移行する。初期化段階において、制御部１３は、第１期間Ｐ１における物質センサ１０から出力される信号を取得する。これが初期化である。物質センサ１０の周囲に充填された第２気体Ａ２は、温度、湿度、含有物質が一定に管理された気体であるため、物質センサ１０の周囲は、初期化において、常に同じ状態となる。

【0050】

初期化段階が終了すると、制御部１３は、測定段階に移行する。測定段階では、制御部１３は、第１供給部１１にオン信号を出力する。これにより、第１供給部１１は、第１気体Ａ１の物質センサ１０の周囲への供給を開始する。第１気体Ａ１は、Ｙ字継手１４を介して物質センサ１０に供給される。第１気体Ａ１の流量は、第２気体Ａ２の流量より大きいため、Ｙ字継手１４は、第２気体Ａ２よりも多い量の第１気体Ａ１を、物質センサ１０の周囲に送るようになる。第２気体Ａ２は、Ｔ字継手１５から配管２６を介して外部に放出される。

【0051】

第１供給部１１にオン信号を出力すると、物質センサ１０の周囲における第１気体Ａ１の量が増加し始め、過渡期間ＭＴ経過後、物質センサ１０の周囲における第１気体Ａ１の量は、第２気体Ａ２の量よりも多くなり、物質センサ１０の測定が可能な量まで増加する。この状態で、制御部１３は、第２期間Ｐ２において物質センサ１０から出力される信号を取得し、第１期間Ｐ１で取得された信号と第２期間Ｐ２で取得された信号の変化に基づいて、物質センサ１０に付着する対象物質ＯＢの分子の量を算出する。

【0052】

測定段階を終了すると、制御部１３は、リフレッシュ段階に移行する。このように、制御部１３は、リフレッシュ段階、初期化段階、測定段階を繰り返すことにより、対象物質ＯＢを繰り返し測定することが可能である。

【0053】

なお、図３のフローチャートでは、検出終了の操作入力が操作部３４に入力されるまで、対象物質ＯＢの測定を繰り返し行うこととしている。しかしながら、これには限られない。リフレッシュ段階、初期化段階、測定段階の処理を１回ずつ行うようにしてもよい。この場合、測定段階の処理を行った後に、もう１回リフレッシュ段階の処理を行うようにしてもよい。

【0054】

実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図５に示すように、実施の形態２に係る物質検出システム１は、物質センサ１０、第１供給部１１、第２供給部１２及び制御部１３を備える点は、上記実施の形態１に係る物質検出システム１と同様である。

【0055】

本実施の形態に係る物質検出システム１は、Ｙ字継手１４、Ｔ字継手１５、配管２２、２３、２４、２５、２６を備えていない。第１供給部１１と物質センサ１０の周囲との間は配管２７で接続され、第２供給部１２と物質センサ１０の周囲との間は配管２８で接続されている。第１供給部１１は、配管２１を介して発生源２０から対象物質ＯＢを含む第１気体Ａ１を吸入し、配管２７を介して物質センサ１０の周囲に供給する。第２供給部１２は、第２気体Ａ２を、配管２８を介して物質センサ１０の周囲に供給する。なお、配管２７に逆止弁を設けて、第２気体Ａ２が、第２供給部１２から第１供給部１１に流れないようにしてもよい。また、配管２８に逆止弁を設けて、第１気体Ａ１が、第１供給部１１から第２供給部１２に流れないようにしてもよい。

【0056】

制御部１３が物質検出システム１の全体を統括制御する点は、上記実施の形態１と同じである。また、制御部１３のハードウエア構成は、上記実施の形態１と同じである（図２参照）。

【0057】

図６に示すように、本実施の形態に係る制御部１３の処理は、ステップＳ６に代わるステップＳ６’で、第２供給部１２にオフ信号を出力し、ステップＳ９に代わるステップＳ９’で、第２供給部１２にオン信号を出力する他は、上記実施の形態１と同じである。

【0058】

すなわち、図７に示すように、制御部１３は、リフレッシュ段階、初期化段階、測定段階を繰り返しながら測定を行う点は、上記実施の形態１と同じである。上記実施の形態１と異なる点は、測定段階では、第２供給部１２がオフとなり、第２気体Ａ２の物質センサ１０への供給を停止する点である。本実施の形態では、第１供給部１１がオンになる場合、第２供給部１２がオフとなり、第１供給部１１がオフとなる場合、第２供給部１２がオンとなる。すなわち、本実施の形態では、制御部１３は、第１供給部１１による第１気体Ａ１の供給を停止するとともに第２供給部１２による第２気体Ａ２の供給を開始し、第１期間Ｐ１における物質センサ１０からの信号を取得する。また、制御部１３は、第１供給部１１による第１気体Ａ１の供給を開始するとともに第２供給部１２による第２気体Ａ２の供給を停止し、第２期間Ｐ２における物質センサ１０からの信号を取得する。

【0059】

［実験例］
感応膜として４０種類用いて従来の物質検出システムと本実施の形態に係る物質検出システム１との比較実験を行った。従来の物質検出システムとしては、初期化段階において物質センサ１０の周囲を第２気体Ａ２でリフレッシュしていないものを用いた。

【0060】

同じ対象物質ＯＢの１０回、２０回、５０回繰返し測定を１セットとして、１日１セットで計５セット（５日間の）測定を行った。１０回、２０回、５０回測定した場合の対象物質ＯＢの量の平均値を縦軸とし、１０回、２０回、５０回測定したときの対象物質ＯＢの量の標準偏差を横軸として、散布図を作成した（図８（Ａ）及び図８（Ｂ））。

【0061】

図８（Ａ）は、従来の物質検出システムで５０回測定を行ったときの測定結果を示す散布図であり、図８（Ｂ）は、本実施の形態に係る物質検出システム１で５０回測定を行ったときの測定結果を示す散布図である。図８（Ａ）と図８（Ｂ）とを比較するとわかるように、従来の物質検出システムと本実施の形態に係る物質検出システム１とでは、対象物質ＯＢの量の平均値の分布状態は同じである。一方、本実施の形態に係る物質検出システム１の方が、従来の物質検出システムよりも、対象物質ＯＢの量の標準偏差が小さい領域に測定結果の分布が集中しており、測定結果のばらつきが小さくなっている。これは、本実施の形態に係る物質検出システム１では、初期化段階において、温度、湿度、含有物質の濃度が一定に管理した第２気体Ａ２で、物質センサ１０の周囲が常に均一な状態に初期化されているためである。

【0062】

以上詳細に説明したように、上記実施の形態に係る物質検出システム１によれば、物質センサ１０の周囲の温度、湿度、含有物質の状態を常に一定の状態として物質センサ１０の検出値の基準となる初期検出値を取得することができるので、物質の検出の精度を安定させることができる。

【0063】

上記実施の形態１に係る物質検出システム１では、第２供給部１２は、物質センサ１０の周囲に第２気体Ａ２を常時供給している。また、第１供給部１１から供給される第１気体Ａ１の流量は、第２供給部１２から供給される第２気体Ａ２の流量よりも大きくなるように設定される。このようにしても、物質センサ１０の周囲に供給される気体を、第１気体Ａ１と第２気体Ａ２とに切り換えることができる。より詳細には、物質センサ１０の周囲に供給される気体を、第２気体Ａ２よりも多い量の第１気体Ａ１としたり、第１気体Ａ１よりも多い量の第２気体Ａ２としたりすることができる。この場合、第２供給部１２については、検出中、制御部１３によって制御する必要はなく、制御部１３で実行されるプログラムを必要以上に複雑化しないようにすることができる。

【0064】

上記実施の形態２に係る物質検出システム１では、制御部１３は、第２供給部１２による第２気体Ａ２の供給を停止するとともに第１供給部１１による第１気体Ａ１の供給を開始し、第２期間Ｐ２における物質センサ１０からの信号を取得する。このようにすれば、第２期間Ｐ２における対象物質ＯＢの濃度を低下させないようにすることができる。

【0065】

上記実施の形態１に係る物質検出システム１では、第１供給部１１から供給される第１気体Ａ１と、第２供給部１２から供給される第２気体Ａ２とのいずれかを物質センサ１０の周囲に供給するＹ字継手１４を備える。このようにすれば、例えば、Ｙ字継手１４の排出口と物質センサ１０の感応膜に相対する位置に配置することにより、第１気体Ａ１に含まれる対象物質ＯＢを感応膜に付着させやすくすることができるうえ、第２気体Ａ２で、感応膜に付着した対象物質ＯＢを除去し易くなる。

【0066】

上記実施の形態１に係る物質検出システム１では、Ｙ字継手１４は、第１気体Ａ１よりも第２気体Ａ２の量を多くすることで、物質センサ１０の周囲に供給する気体を第１気体Ａ１に切り換え、第２気体Ａ２よりも第１気体Ａ１の量を多くすることで、物質センサ１０の周囲に供給する気体を第２気体Ａ２に切り換えたが、これに限られるものではない。Ｙ字継手１４の内部に、遠隔操作が可能であり、且つ、２つの流路のうちの一方を塞ぐことが可能な電磁弁を設ける。この電磁弁の操作を受け、Ｙ字継手１４は、第１供給部１１から供給される第１気体Ａ１と、第２供給部１２から供給される第２気体Ａ２とのいずれかを物質センサ１０の周囲に供給してもよい。この構成において、Ｙ字継手１４は、物質センサ１０の周囲に第１気体Ａ１を供給する場合には、第２気体Ａ２が流れる流路を電磁弁で塞ぎ、物質センサ１０の周囲に第２気体Ａ２を供給する場合には、第１気体Ａ１が流れる流路を電磁弁で塞ぐ。

【0067】

上記実施の形態１に係る物質検出システム１では、第２供給部１２とＹ字継手１４との間に設けられ、供給された第２気体Ａ２を２つに分岐し、分岐した一方の第２気体Ａ２をＹ字継手１４に供給するＴ字継手１５を備えるものとしている。このようにすれば、第２気体Ａ２が常時流れている状態でも、物質センサ１０の周囲に第１気体Ａ１が供給される場合、他の排出口から第２気体Ａ２を排出することができる。

【0068】

なお、上記実施の形態では、感応膜及び物質センサ１０の周囲のリフレッシュに用いられた第２気体Ａ２が対象物質ＯＢを含有しないものとしている。しかしながら、これには限られない。第２気体Ａ２が対象物質ＯＢを含有している場合、温度及び湿度を第１気体Ａ１と同じとしたときの第２気体Ａ２における対象物質ＯＢの濃度は、第１気体Ａ１における対象物質ＯＢの濃度よりも低くなるよう管理されている必要がある。

【0069】

制御部１３のハードウエア構成やソフトウエア構成は一例であり、任意に変更および修正が可能である。

【0070】

ＣＰＵ３１、主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５、入出力部３６及び内部バス３８などから構成される制御部１３の処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等）に格納して配布し、当該コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、前記の処理を実行する制御部１３を構成してもよい。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に当該コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロード等することで制御部１３を構成してもよい。

【0071】

制御部１３の機能を、ＯＳ（オペレーティングシステム）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。

【0072】

搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上の掲示板（BBS, Bulletin Board System）にコンピュータプログラムを掲示し、ネットワークを介してコンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、前記の処理を実行できるように構成してもよい。

【0073】

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

【産業上の利用可能性】

【0074】

本発明は、気体に含まれる対象物質の検出又は定量化に適用することができる。

【符号の説明】

【0075】

１ 物質検出システム、１０ 物質センサ、１０ａ 領域、１１ 第１供給部、１２ 第２供給部、１３ 制御部、１４ Ｙ字継手（第１継手）、１５ Ｔ字継手（第２継手）、２０ 発生源、２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８ 配管、３１ ＣＰＵ、３２ 主記憶部、３３ 外部記憶部、３４ 操作部、３５ 表示部、３６ 入出力部、３８ 内部バス、３９ プログラム、Ａ１ 第１気体、Ａ２ 第２気体、ＯＢ 対象物質

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】