特許 7328655 ガス測定器及びガス測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-08

(45)【発行日】2023-08-17

(54)【発明の名称】ガス測定器及びガス測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/12 20060101AFI20230809BHJP

【ＦＩ】

G01N27/12 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020038056

(22)【出願日】2020-03-05

(65)【公開番号】P2021139765

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2022-03-15

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和１年度 国立研究開発法人科学技術振興機構 研究成果展開事業 産学共創プラットフォーム共同研究推進プログラム 産業競争力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】304027349

【氏名又は名称】国立大学法人豊橋技術科学大学

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100161425

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 鉄平

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 誉久

(72)【発明者】

【氏名】野田 俊彦

(72)【発明者】

【氏名】澤田 和明

【審査官】黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－０３３４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００１／００４５１１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１７３９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２６９０２５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／００－２７／４９

Ｇ０１Ｎ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれの大きさを変更可能な複数の開口を有するフィルタと、
前記複数の開口の大きさを変更させる調整機構と、
前記フィルタの開口を通過したガス分子を検出し、検出された前記ガス分子に応じた第１測定値を出力する第１ガスセンサと、
前記フィルタの開口を通過した前記ガス分子を検出し、検出された前記ガス分子に応じた第２測定値を出力し、前記第１ガスセンサで検出したガス分子とは異なるガス種のガス分子を検出可能な第２ガスセンサと、
を備え、
前記フィルタは、第１部材と、前記第１部材と重ね合わせて配置される第２部材と、を有し、
前記第１部材は、第１部材孔を含み、
前記第２部材は、第２部材孔を含み、
前記複数の開口は、前記第１部材の前記第１部材孔及び前記第２部材の前記第２部材孔が重なることで構成され、
前記第１部材と前記第２部材とは相対的に移動可能であり、
前記調整機構は、前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方を移動させて、前記複数の開口の大きさを変更する、
ガス測定器。

【請求項2】

それぞれの大きさを変更可能な複数の開口を有するフィルタと、
前記複数の開口の大きさを変更させる調整機構と、
前記フィルタの開口を通過したガス分子を検出し、検出された前記ガス分子に応じた第１測定値を出力する第１ガスセンサと、
前記フィルタの開口を通過した前記ガス分子を検出し、検出された前記ガス分子に応じた第２測定値を出力し、前記第１ガスセンサで検出したガス分子とは異なるガス種のガス分子を検出可能な第２ガスセンサと、
を備え、
前記フィルタは、温度に依存して膨張又は収縮する多孔質材料で形成され、
前記調整機構は、前記フィルタの温度を変更して、前記複数の開口の大きさを変更する、
ガス測定器。

【請求項3】

同期信号を出力する信号発生部と、
前記複数の開口の大きさを決定する制御信号と前記同期信号とに基づいて、前記調整機構を制御する制御部と、
前記第１測定値及び前記第２測定値を、前記同期信号に基づいて取得する取得部と、
前記第１測定値及び前記第２測定値と前記制御信号とを関連付けて出力する出力部と、
を備える、請求項１又は２に記載のガス測定器。

【請求項4】

ガス種と、前記第１測定値、前記第２測定値及び前記制御信号との予め取得された関係と、前記出力部により出力された前記第１測定値、前記第２測定値及び前記制御信号とに基づいて、前記ガス種を判定する判定部を備える、請求項３に記載のガス測定器。

【請求項5】

複数の開口の大きさを決定する制御信号と同期信号とに基づいてフィルタが有する複数の開口の大きさを変更する工程と、
前記開口を通過したガス分子を、第１ガスセンサと前記第１ガスセンサとは異なる前記ガス分子を検出可能な第２ガスセンサとが検出する工程と、
前記同期信号に同期して前記第１ガスセンサが出力した第１測定値と前記第２ガスセンサが出力した第２測定値とを取得する工程と、
ガス種と、前記第１測定値、前記第２測定値及び前記制御信号との予め取得された関係と、取得された前記第１測定値、前記第２測定値及び前記制御信号とに基づいて、ガス種を判定する工程と、
を備え、
前記フィルタは、第１部材と、前記第１部材と重ね合わせて配置される第２部材と、を有し、
前記第１部材は、第１部材孔を含み、
前記第２部材は、第２部材孔を含み、
前記複数の開口は、前記第１部材の前記第１部材孔及び前記第２部材の前記第２部材孔が重なることで構成され、
前記第１部材と前記第２部材とは相対的に移動可能であり、
前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方を移動させて、前記複数の開口の大きさを変更する、
ガス測定方法。

【請求項6】

複数の開口の大きさを決定する制御信号と同期信号とに基づいてフィルタが有する複数の開口の大きさを変更する工程と、
前記開口を通過したガス分子を、第１ガスセンサと前記第１ガスセンサとは異なる前記ガス分子を検出可能な第２ガスセンサとが検出する工程と、
前記同期信号に同期して前記第１ガスセンサが出力した第１測定値と前記第２ガスセンサが出力した第２測定値とを取得する工程と、
ガス種と、前記第１測定値、前記第２測定値及び前記制御信号との予め取得された関係と、取得された前記第１測定値、前記第２測定値及び前記制御信号とに基づいて、ガス種を判定する工程と、
を備え、
前記フィルタは、温度に依存して膨張又は収縮する多孔質材料で形成され、
前記フィルタの温度を変更して、前記複数の開口の大きさを変更する、
ガス測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ガス測定器及びガス測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、ガスセンサを開示する。ガスセンサは、圧電材料で形成されたガス導入用のスリットを備える。スリットの径は、スリットへの電圧印加に応じて変化する。ガスセンサは、スリットの径を変化させ、測定対象とするガスのガス分子のみを選択的に検知する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平９－３３４６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、測定対象とするガスは、大きさが同程度であって組成が異なるガス分子を含むことがある。このような場合、特許文献１に記載のガスセンサは、組成が異なるガス分子をフィルタでふるい分けすることができない。このため、特許文献１に記載のガスセンサは、測定対象とするガスの成分や分量を正確に測定できない場合がある。本開示は、ガスの測定精度を向上できるガス測定器及びガス測定方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一側面に係るガス測定器は、フィルタと、調整機構と、第１ガスセンサと、第２ガスセンサと、を備える。フィルタは、それぞれの大きさを変更可能な複数の開口を有する。調整機構は、複数の開口の大きさを変更させる。第１ガスセンサは、フィルタの開口を通過したガス分子を検出し、検出されたガス分子に応じた第１測定値を出力する。第２ガスセンサは、フィルタの開口を通過したガス分子を検出し、検出されたガス分子に応じた第２測定値を出力し、第１ガスセンサで検出したガス分子とは異なるガス種のガス分子を検出可能である。

【0006】

このガス測定器が測定するガスは、ガス分子の大きさに基づいて開口にふるい分けされる。開口を通過したガス分子は、第１ガスセンサと第１ガスセンサとは異なるガス分子を検出可能な第２ガスセンサに検出される。第１ガスセンサによって、検出されたガス分子に応じた第１測定値が出力される。第２ガスセンサによって、検出されたガス分子に応じて、第１測定値とは異なる第２測定値が出力される。このように、ガス測定器は、フィルタの下流にガス検出性能が異なる複数のセンサを備えることで、フィルタの下流にガス検出性能が単一種類のガスセンサを備えるガス測定器と比べて、ガスの測定精度を向上できる。

【0007】

一実施形態においては、フィルタは、第１部材と、第１部材と重ね合わせて配置される第２部材とを有する。複数の開口は、第１部材及び第２部材で構成される。第１部材と第２部材とは相対的に移動可能である。調整機構は、第１部材及び第２部材の少なくとも一方を移動させて、複数の開口の大きさを変更してもよい。この場合、ガス測定器は、第１部材及び第２部材の少なくとも一方を移動させるだけで、複数の開口の大きさを変更できる。特に、第１部材と第２部材との双方を移動させた場合は、いずれか片方のみ移動する場合と比べて、開口の大きさの調整の仕方に幅を持たせることができる。

【0008】

一実施形態においては、フィルタは、板状の弾性部材で形成され、調整機構は、フィルタを弾性変形させて、複数の開口の大きさを変更してもよい。この場合、ガス測定器は、複数の開口の大きさを、調整機構の推力の大きさで変更できる。

【0009】

一実施形態においては、フィルタは、温度に依存して膨張又は収縮する多孔質材料で形成され、調整機構は、フィルタの温度を変更して、複数の開口の大きさを変更してもよい。この場合、ガス測定器は、複数の開口の大きさを温度で変更できる。

【0010】

一実施形態においては、ガス測定器は、同期信号を出力する信号発生部と、複数の開口の大きさを決定する制御信号と同期信号とに基づいて調整機構を制御する制御部と、第１測定値及び第２測定値を、同期信号に基づいて取得する取得部と、第１測定値及び第２測定値と制御信号とを関連付けて出力する出力部と、を備えてもよい。この場合、ガス測定器は、同期信号を用いて第１測定値及び第２測定値と制御信号とを関連付けて出力できる。

【0011】

一実施形態においては、ガス測定器は、ガス種と、第１測定値、第２測定値及び制御信号との予め取得された関係と、出力部により出力された第１測定値、第２測定値及び制御信号とに基づいて、ガス種を判定する判定部とを備えてもよい。この場合、ガス測定器は、異なる大きさのガス分子を含む混合ガスのガス種を判定できる。

【0012】

本開示の他の側面に係るガス測定方法は、複数の開口の大きさを決定する制御信号と同期信号とに基づいてフィルタが有する複数の開口の大きさを変更する工程と、開口を通過したガス分子を、第１ガスセンサと第１ガスセンサとは異なるガス分子を検出可能な第２ガスセンサとが検出する工程と、同期信号に同期して第１ガスセンサが出力した第１測定値と第２ガスセンサが出力した第２測定値とを取得する工程と、ガス種と、第１測定値、第２測定値及び制御信号との予め取得された関係と、取得された第１測定値、第２測定値及び制御信号とに基づいて、ガス種を判定する工程と、を備える。このガス測定方法によれば、ガスの測定精度を向上できる。

【発明の効果】

【0013】

本開示に係るガス測定器及びガス測定方法によれば、ガスの測定精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態に係るガス測定器の一例を示す断面図である。

【図2】図２の（Ａ）はストライプフィルタをフィルタの一例として示す平面図である。図２の（Ｂ）は多孔質材料フィルタをフィルタの一例として示す平面図である。

【図3】図３の（Ａ）はメッシュフィルタをフィルタの一例として示す平面図である。図３の（Ｂ）はスリットフィルタをフィルタの一例として示す平面図である。

【図4】図４の（Ａ）は実施形態に係るガス測定器の一例を示すブロック図である。図４の（Ｂ）は、制御信号及び同期信号の一例である。

【図5】実施形態に係るガス測定方法の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は繰り返さない。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。「上」「下」「左」「右」の語は、図示する状態に基づくものであり、便宜的なものである。

【0016】

［ガス測定器の構成］
図１は、実施形態に係るガス測定器１の一例を示す断面図である。図１に示されるガス測定器１は、ガスの成分を測定する機器である。ガス測定器１は、電気回路部品として提供され得る。一例として、ガス測定器１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスである。ガス測定器１は、フィルタ１０、調整機構２０、基材４０、第１ガスセンサ３１、及び第２ガスセンサ３２を備える。

【0017】

基材４０は、その内部に空間を画成する。基材４０は、ガスを透過しない材料で形成される。基材４０は、その上部が開放され、空間に連通する開口を有する。フィルタ１０は、基材４０の上部の開口を塞ぐように配置される。フィルタ１０は、略板状の部材である。フィルタ１０及び基材４０は、ガスを透過する隙間が無いように接合される。これにより、フィルタ１０及び基材４０は、ガス室４１を画成する。ガス室４１には、第１ガスセンサ３１及び第２ガスセンサ３２が配置される。第１ガスセンサ３１及び第２ガスセンサ３２は、フィルタ１０を透過してガス室４１に供給されたガス分子を検出する。

【0018】

フィルタ１０は、それぞれの大きさを変更可能な複数の開口１１を有する。複数の開口１１は、所定のガス分子を通過する大きさに変更可能である。所定のガス分子は、検出が想定されるガス分子である。所定のガス分子は、一例として、硫化水素又は揮発性ガスのガス分子である。開口１１の大きさは、所定のガス分子の大きさよりも大きく設定される。開口１１より小さいガス分子は開口１１を通過し、開口１１より大きいガス分子は開口１１によって遮断される。

【0019】

調整機構２０は、フィルタ１０の複数の開口の大きさを変更させる。調整機構２０は、フィルタ１０を動作させる駆動装置であってもよいし、温調装置であってもよい。調整機構２０は、フィルタ１０の動作原理に基づいて選択される。調整機構２０の詳細は後述される。

【0020】

［フィルタの構成の詳細］
図２の（Ａ）は、ストライプフィルタ１０Ａをフィルタ１０の一例として示す平面図である。図２の（Ａ）に示されるように、ストライプフィルタ１０Ａは複数の開口１１を有する板状の部材であり、厚さは数マイクロメートル程度である。ストライプフィルタ１０Ａは一例としてシリコンで形成される。ストライプフィルタ１０Ａは弾性部材である。一例として、ストライプフィルタ１０Ａは、蛇腹状に形成される。蛇腹状のストライプフィルタ１０Ａは、複数の帯部材を、帯部材の軸線に直交する方向に並べ、隣り合う帯部材の端部をそれぞれ接続することにより形成される。ストライプフィルタ１０Ａは、複数の開口１１の並設方向に弾性変形する。ストライプフィルタ１０Ａには、複数の開口１１の並設方向に力が加わるようにＭＥＭＳアクチュエータ２１（調整機構２０の一例）が接続される。ＭＥＭＳアクチュエータ２１は、静電力で駆動する。

【0021】

図２の（Ａ）では、ストライプフィルタ１０Ａの左端は、固定端（不図示）に接続される。ＭＥＭＳアクチュエータ２１は、ストライプフィルタ１０Ａの右端に接続される。ＭＥＭＳアクチュエータ２１が駆動しないとき、ストライプフィルタ１０Ａは、収縮した状態になる。ＭＥＭＳアクチュエータ２１が右方向に駆動するとき、ストライプフィルタ１０Ａは、伸張方向へ弾性変形する。なお、ＭＥＭＳアクチュエータ２１は、ストライプフィルタ１０Ａの両端に設けられてもよい。ＭＥＭＳアクチュエータ２１が駆動しないとき、ストライプフィルタ１０Ａは、伸張した状態であってもよい。

【0022】

ストライプフィルタ１０Ａの開口１１の大きさは、ＭＥＭＳアクチュエータ２１に変更される。開口１１の大きさは、ストライプフィルタ１０Ａが収縮すると小さくなる。開口１１の大きさは、ストライプフィルタ１０Ａが伸張すると大きくなる。

【0023】

開口１１の大きさは、ストライプフィルタ１０Ａの変形量によって決定される。ストライプフィルタ１０Ａの変形量は、ＭＥＭＳアクチュエータ２１の推力によって決定される。ＭＥＭＳアクチュエータ２１の推力は、ＭＥＭＳアクチュエータ２１へ印加される電流または電圧の大きさに応じて決定される。よって、開口１１の大きさは、ＭＥＭＳアクチュエータ２１への印加電流または電圧の大きさによって所定の寸法に変更できる。

【0024】

［フィルタの構成の他の例］
図２の（Ｂ）は、多孔質材料フィルタ１０Ｂをフィルタ１０の一例として示す断面図である。多孔質材料フィルタ１０Ｂは、温度に依存して膨張又は収縮する多孔質材料で形成される。多孔質材料は、焼結された樹脂などで形成され、複数の開口１１を有する。多孔質材料フィルタ１０Ｂには、多孔質材料フィルタ１０Ｂの温度を変更して、複数の開口１１の大きさを変更するヒーター２２（調整機構の一例）が設けられる。

【0025】

多孔質材料フィルタ１０Ｂは、ヒーター２２の発熱によって膨張する。多孔質材料フィルタ１０Ｂの開口１１の大きさは、多孔質材料フィルタ１０Ｂの膨張量に応じて広がる。多孔質材料の膨張量は、材料の物性に依存して予め定められる。ヒーター２２の発熱量は、ヒーター２２に印加される電流の大きさに応じて決定される。よって、開口１１の大きさは、ヒーター２２への印加電流によって所定の寸法に変更できる。

【0026】

図３の（Ａ）はメッシュフィルタ１０Ｃをフィルタ１０の一例として示す図である。図中のＸ方向及びＹ方向が面内方向であり、Ｚ方向が垂直方向である。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、３次元空間の直交座標系における互いに直交する軸方向である。メッシュフィルタ１０Ｃは、ＸＹ平面と平行に移動可能に構成された、第１部材１２と第１部材１２のＺ軸方向に重ね合わせて配置された第２部材１３とを有する。第１部材１２は、第１部材孔部１２Ｈを含み、第２部材１３は第２部材孔部１３Ｈを含む。メッシュフィルタ１０Ｃは、第１部材孔部１２Ｈと第２部材孔部１３Ｈとの重なりで開口１１を構成する。メッシュフィルタ１０Ｃは、第１部材１２と第２部材１３とがＸＹ平面と平行に相対的に移動することで、開口１１の大きさを変更する。メッシュフィルタ１０Ｃの端部には、第１部材１２と第２部材１３とを相対的に移動させるＭＥＭＳアクチュエータ２１（不図示）が接続される。

【0027】

第１部材１２及び第２部材１３は、例えば、エッチングなどによって加工されたシリコンの薄い板部材である。第１部材孔部１２Ｈ及び第２部材孔部１３Ｈは、Ｚ方向に所定の間隔で空けられた板部材を貫通する円状の孔である。第１部材孔部１２Ｈは、第２部材孔部１３Ｈと重なり合って、第１部材１２及び第２部材１３を連通する開口１１を構成する。複数の開口１１の大きさは、第１部材１２と第２部材１３とが相対的に移動することで、一度に変更される。

【0028】

開口１１の大きさが最大になる場合、第１部材孔部１２Ｈと第２部材孔部１３ＨとのＸＹ平面上の座標が重なる。この場合、開口１１を通過するガス分子の大きさは、第１部材孔部１２Ｈ又は第２部材孔部１３Ｈを通過するガス分子の大きさと同一である。この状態から、第１部材１２と第２部材１３とが相対的に移動すると、開口１１の大きさは、小さくなる。開口１１の大きさより大きなガス分子は、遮断される。この状態から、第１部材１２と第２部材１３とが更に相対的に移動すると、第１部材孔部１２Ｈと第２部材孔部１３Ｈとは重ならないため、開口１１は、塞がれる。このように、開口１１の大きさは、第１部材１２と第２部材１３との相対的な移動によって変更される。ここで、「第１部材１２と第２部材１３との相対的な移動」とは、第１部材１２または第２部材１３のいずれかを移動させる場合と、第１部材１２及び第２部材１３の双方を移動させる場合と、の双方を含む概念である。

【0029】

第１部材孔部１２Ｈ及び第２部材孔部１３Ｈは、スリット状でもよい。図３の（Ｂ）はスリットフィルタ１０Ｄをフィルタ１０の一例として示す図である。スリットフィルタ１０Ｄは、第１部材１２と第２部材１３とがＹ軸方向に移動することで、開口１１の大きさを変更する。

【0030】

［ガスセンサの詳細］
第２ガスセンサ３２は、第１ガスセンサ３１で検出したガス分子とは異なる種類のガス分子を主眼に検出可能に構成される。第１ガスセンサ３１及び第２ガスセンサ３２のガスの検出方式は、一例として、半導体方式が用いられる。ガスセンサが検出できるガス分子は、ガス分子の種類に応じた感度によって定められる。半導体方式のセンサは、使用される半導体の特性及び半導体の温度によって、感度が異なる。よって、第２ガスセンサ３２は、第１ガスセンサ３１と異なる特性の半導体、又は異なる温度の半導体が用いられる。なお、第１ガスセンサ３１及び第２ガスセンサ３２のガスの検出方式は、電気化学方式、水晶振動子方式、又は表面弾性波方式であってもよい。第１ガスセンサ３１と第２ガスセンサ３２とは、ガス分子の種類に応じた感度が異なれば、異なる検出方式が用いられてもよい。

【0031】

第１ガスセンサ３１及び第２ガスセンサ３２は、開口１１を通過する所定のガス分子の測定値を出力する。第１ガスセンサ３１及び第２ガスセンサ３２が出力する測定値は、例えば、半導体方式のセンサである場合、抵抗値の変化に伴う電圧の変化である。センサの感度の大きさは、ガスに対する電圧の変化の大きさで定められる。第１ガスセンサ３１は、第２ガスセンサ３２と感度が異なる。よって、第１ガスセンサ３１が出力する第１測定値は、第２ガスセンサ３２が出力する第２測定値と比べて、ガス分子の種類に応じた電圧の変化の大きさが異なる。ガス測定器１は、予め定められるガスセンサの感度と第１測定値及び第２測定値とに基づいて、検出したガスに含まれるガスの成分を測定できる。

【0032】

［ガス測定器の制御回路］
図４の（Ａ）は、実施形態に係るガス測定器１Ａの一例を示すブロック図である。ガス測定器１Ａは、測定部２（ガス測定器の一例）と回路部３とを備える。回路部３は、信号発生部５０、制御部６０、取得部７０、出力部８０及び判定部９０を備える。回路部３は、例えば、電気回路で構成され得る。回路部３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、ＲＯＭ（ReadOnly Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶装置、及び通信装置などを有する汎用コンピュータで構成されてもよい。

【0033】

信号発生部５０は、制御部６０及び取得部７０へ制御信号及び同期信号を出力する。制御信号は、複数の開口の大きさを決定する信号である。同期信号は、制御部６０と取得部７０とを同期させる信号である。制御部６０は、制御信号及び同期信号に基づいて開口１１の大きさを制御する信号を調整機構２０へ出力する。図４の（Ｂ）は、制御信号及び同期信号の一例である。図４の（Ｂ）では、制御信号は、ＳＩＧ１、ＳＩＧ２、ＳＩＧ３の三種類の開口の状態（形状）を示す信号となる。同期信号は、水晶発振器などの発振器に基づいた矩形波である。制御部６０は、制御信号に示される開口の状態となるように、同期信号に基づいて調整機構２０を動作させる。取得部７０は、同期信号に基づいて第１測定値及び第２測定値を取得する。

【0034】

制御部６０は、同期信号の矩形波を所定の回数受信した際に、信号を調整機構２０へ出力する。制御部６０は、開口１１の大きさに対応する波形の制御信号を出力する。一例として、図４の（Ｂ）の３段階に変化する制御信号は、開口１１の大きさを３段階で制御する。開口１１の大きさは、無段階で制御されてもよい。この場合、制御信号は、三角波又は正弦波を示す。

【0035】

取得部７０は、同期信号の矩形波を所定の回数受信した際に、第１測定値及び第２測定値を取得する。よって、取得部７０は、制御信号による開口１１の大きさの変化に対応した、第１測定値及び第２測定値を取得できる。取得部７０が第１測定値及び第２測定値を取得する際の矩形波を受信する所定の回数は、制御部６０が制御信号を出力する際の矩形波を受信する回数以上でもよい。取得部７０が第１測定値及び第２測定値を取得する時期を、制御部６０が制御信号を出力する時期よりも遅くすることで、取得部７０は、開口１１の大きさが変化した後に開口１１を通過したガス分子が多数となったときの、第１測定値及び第２測定値を取得できる。

【0036】

出力部８０は、制御信号と、取得部７０から取得された第１測定値及び第２測定値とを関連付けて出力する。

【0037】

判定部９０は、ガス種と、第１測定値、第２測定値及び制御信号との予め取得された関係と、出力部により出力された第１測定値、第２測定値及び制御信号とに基づいてガス種を判定する。ガス種と、第１測定値、第２測定値及び制御信号との組合せについては、事前に予め取得され、例えばガス特性テーブルとして記憶される。判定部９０は、出力部８０によって出力された組合せに基づいてガス特性テーブルを参照し、ガス種を決定する。

【0038】

［ガス測定器の動作］
図５は、実施形態に係るガス測定方法の一例を示すフローチャートである。図５に示されるフローチャートの工程は、ガス測定器１Ａの動作を示す。なお、一例として、検出対象のガスは、メタン（ＣＨ_４）と、一酸化炭素（ＣＯ）及びトルエン（Ｃ_７Ｈ_８）を含む混合ガスとする。第１ガスセンサ３１及び第２ガスセンサ３２は、一酸化炭素（ＣＯ）に対する感度が大きいセンサ（第１ガスセンサ３１の一例）と炭化水素に対する感度が大きいセンサ（第２ガスセンサ３２の一例）とを有する。

【0039】

図５に示されるように、最初に、フィルタ１０の有する複数の開口１１の大きさは、同期信号に基づいて動作する調整機構２０によって、所定のガスを通過する大きさに変更される（ステップＳ１０）。混合ガスに含まれるガスにおいて、トルエン（Ｃ_７Ｈ_８）のガス分子の径は最も大きい。開口１１の大きさがトルエン（Ｃ_７Ｈ_８）を遮断する大きさに変更される場合（ステップＳ１０）、第１ガスセンサ３１及び第２ガスセンサ３２は、メタン（ＣＨ_４）及び一酸化炭素（ＣＯ）を含む所定の混合ガスを検出する（ステップＳ２０）。

【0040】

次に、取得部７０は、第１ガスセンサ３１が出力した第１測定値と第２ガスセンサ３２が出力した第２測定値とを、同期信号に基づいて取得する（ステップＳ３０）。この場合、第１ガスセンサ３１の測定値は、所定の混合ガスに一酸化炭素（ＣＯ）が含まれることを示す。また、第２ガスセンサ３２の測定値は、所定の混合ガスに炭化水素が含まれることを示す。

【0041】

判定部９０は、ガス特性テーブルと、取得部７０により取得された第１測定値、第２測定値及び制御信号とに基づいて、ガス種を判定する（ステップＳ４０）。制御信号が示す開口１１の大きさと第２測定値との予め取得された関係から、取得部７０が取得した第２測定値は、メタン（ＣＨ_４）を示すと判断される。

【0042】

次に、開口１１の大きさがトルエン（Ｃ_７Ｈ_８）を通過する大きさに変更される場合（ステップＳ１０）、第１ガスセンサ３１及び第２ガスセンサ３２は、メタン（ＣＨ_４）と、一酸化炭素（ＣＯ）及びトルエン（Ｃ_７Ｈ_８）を含む所定の混合ガスを検出する（ステップＳ２０）。この場合、取得部７０が取得した第２ガスセンサ３２の測定値は、炭化水素にはメタン（ＣＨ_４）と他の炭化水素とが含まれることを示す（ステップＳ３０）。判定部９０は、ガス特性テーブルと制御信号とに基づいて、他の炭化水素はトルエン（Ｃ_７Ｈ_８）であると判定する（ステップＳ４０）。

【0043】

［実施形態のまとめ］
ガス測定器１において、測定されるガスは、ガス分子の大きさに基づいて開口１１にふるい分けされる。開口１１を通過したガス分子は、第１ガスセンサ３１と第１ガスセンサ３１とは異なるガス分子を検出可能な第２ガスセンサ３２に検出される。第１ガスセンサ３１によって、検出されたガス分子に応じた第１測定値が出力される。第２ガスセンサ３２によって、検出されたガス分子に応じて、第１測定値とは異なる第２測定値が出力される。このように、ガス測定器１は、フィルタ１０の下流にガス検出性能が異なる複数のセンサを備えることで、フィルタ１０の下流にガス検出性能が単一種類のガスセンサを備えるガス測定器と比べて、ガスの測定精度を向上できる。

【0044】

ガス測定器１は、複数の開口１１の大きさを、ＭＥＭＳアクチュエータ２１の推力の大きさで変更できる。

【0045】

ガス測定器１は、複数の開口１１の大きさをヒーター２２の出力で変更できる。ガス測定器１は、温度調整だけで開口１１の大きさを変更できる。

【0046】

ガス測定器１は、複数の開口１１の大きさを一度に変更できる。このガス測定器は、１つの部材でフィルタ１０を構成する場合と比べて、高精度にガス分子をふるい分けできる。また、複数の開口１１の大きさの変更は、第１部材１２と第２部材１３とを相対的に移動することで行うことができる。第１部材１２または第２部材１３のいずれか一方を移動させてもよく、第１部材１２及び第２部材１３の双方を移動させてもよい。第１部材１２及び第２部材１３の双方を移動させる場合、第１部材１２または第２部材１３のいずれか一方のみが移動する場合と比べて、このガス測定器は、開口１１の大きさを広範囲に変更できる。

【0047】

ガス測定器１及びガス測定方法は、制御信号と第１測定値及び第２測定値とを同期させて開口１１の大きさと関連付けることができる。ガス測定器１及びガス測定方法は、同期信号を用いて第１測定値及び第２測定値と制御信号とを関連付けて出力することができる。ガス測定器１及びガス測定方法は、異なる大きさのガス分子を含む混合ガスに含まれるガス種を判定できる。

【0048】

［変形例］
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上記の例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。

【0049】

フィルタ１０、第１ガスセンサ３１及び第２ガスセンサ３２は、別々に形成された後に組み合わされて作製されてもよい。フィルタ１０、第１ガスセンサ３１及び第２ガスセンサ３２は、一体として作製されてもよい。

【0050】

信号発生部５０は、制御部６０と一体であってもよい。取得部７０は、出力部８０と一体であってもよい。出力部８０は、判定部９０と一体であってもよい。

【0051】

ガス測定器１は、基材４０及びガス室４１を含まないように構成されてもよい。この場合、ガス測定器１は、第１ガスセンサ３１及び第２ガスセンサ３２にフィルタ１０が密着するように構成される。ガス測定器１は、Ｍ種類のガスセンサ（Ｍは２以上の整数）を備えてもよい。Ｍが３以上の場合、Ｍ種類のガスセンサは同じ種類のセンサを含んでいてもよい。また、開口１１の大きさは、Ｎ段階で（Ｎは２以上の整数）で制御されてもよい。この場合、ガス測定器１は、最大でＭ×Ｎ種類の組み合わせでガスを測定できる。

【0052】

図３の（Ａ）及び（Ｂ）において、第１部材１２及び第２部材１３のいずれかは固定されてもよい。第１部材孔部１２Ｈの大きさは、同一でなくてもよい。第１部材孔部１２Ｈの大きさは、第２部材孔部１３Ｈと同一でなくてもよい。第１部材孔部１２Ｈの間隔は、等間隔でなくてもよい。第１部材１２と第２部材１３とは、Ｚ軸を回転中心とする回転方向に相対的に移動されてもよい。第２部材１３は、ストライプフィルタ１０Ａであってもよい。ガス測定器１Ａは、判定部９０を含まないように構成されてもよい。この場合、ガス測定器１Ａは、出力部８０が第１測定値及び第２測定値と制御信号とを外部へ出力する。ガス測定器１Ａは、第１測定値及び第２測定値と制御信号との関係を、シミュレーションによって予め取得してもよい。この場合、開口１１の大きさ及び各種のガス分子の大きさは、計算で求められる。第１測定値及び第２測定値と制御信号との関係は、既知のガスで校正されてもよい。この場合、ガス種及びガス分子の大きさが特定された既知のガスに基づいて、制御信号と開口１１の大きさとの関係、第１ガスセンサ３１の出力特性及び第２ガスセンサ３２の出力特性は、校正される。

【符号の説明】

【0053】

１，１Ａ…ガス測定器、２…測定部、３…回路部、１０…フィルタ、１０Ａ…ストライプフィルタ、１０Ｂ…多孔質材料フィルタ、１０Ｃ…メッシュフィルタ、１０Ｄ…スリットフィルタ、１１…開口、１２…第１部材、１２Ｈ…第１部材孔部、１３…第２部材、１３Ｈ…第２部材孔部、２０…調整機構、２１…ＭＥＭＳアクチュエータ、２２…ヒーター、３１…第１ガスセンサ、３２…第２ガスセンサ、４０…基材、４１…ガス室、５０…信号発生部、６０…制御部、７０…取得部、８０…出力部、９０…判定部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】