JPH11352088A - におい測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 においセンサがガス濃度に対し非線形応答特
性を有する場合でも、正確なにおいの識別を行う。 【解決手段】 試料ガス中のにおい成分を捕集管２２内
の吸着剤に吸着させ、次に、該捕集管２２をヒータ２３
により加熱しつつ窒素ガスを流し、におい成分を離脱さ
せる。捕集管２２に試料ガスを流す時間を変えることに
より濃度の相違する測定ガスをにおいセンサ２９ａ、２
９ｂに導入し、そのときの各センサの検出信号を取得す
る。演算処理部４２は、同一試料ガスから調製される複
数の濃度の測定ガスに対する複数の検出信号を用いて主
成分分析演算を行い、その結果をＰＣＡスコア上に濃度
依存線として表わす。そして、複数の試料ガスに対応す
る濃度依存線の位置関係に応じて、そのにおいの類似性
を判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスセンサの一種
であるにおいセンサを使用して試料ガスに含まれるにお
い成分を測定するにおい測定装置に関する。本発明に係
るにおい測定装置は、食品や香料の品質検査、悪臭公害
の定量検知、焦げ臭検知による火災警報機、更には、人
物の追跡、識別、認証や薬物検査等の犯罪捜査等の幅広
い分野に利用可能である。

【０００２】

【従来の技術】においセンサは、空気（又は供給された
試料ガス）中に含まれるにおい成分がセンサの感応面に
付着することにより生ずる該センサの物理的変化を電気
的（又は光学的）に測定するものである。においセンサ
としては、酸化物半導体を用いたものや導電性高分子を
用いたものが知られている。におい測定装置は、このよ
うなにおいセンサを利用して、例えば、未知のにおい物
質がどのような物質と近い臭気又は香気を有しているの
か、或いは、「焦げた臭い」「腐敗臭」といったどのよ
うなにおいの範疇に含まれるのか等の、においの識別、
分類又は位置付け等を行なうことができる。

【０００３】これらにおいセンサは、その材料の種類
（例えば導電性高分子から成る感応膜を備えたにおいセ
ンサでは、その導電性高分子の種類や導電率を調整する
ために導入されるドーパントの種類等）によって、検出
可能な化合物が相違する。また一般に、においセンサは
１種類の化合物にのみ応答するのではなく、複数種類の
物質に対して応答を示す。そこで、複数の化合物が混合
したにおい物質を測定するには、応答特性の相違する複
数のにおいセンサを用い、その各においセンサから得ら
れる複数の検出信号を総合的に処理するようにしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記処理は、例えば複
数のセンサから得られた個々の信号のレベルの絶対値
と、複数のセンサの信号レベルの比とに基づいて行われ
る。このような処理は、導電性高分子センサ等のよう
に、物質の濃度に対して出力レベルがほぼ線形である場
合には比較的正確な判別が可能である。しかしながら、
例えば金属酸化物半導体センサのようににおい成分の濃
度に対する出力が非線形である場合には、判別が困難に
なるという問題がある。

【０００５】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
のであり、その目的とするところは、濃度に対し非線形
性を有するセンサを用いる場合でも、正確ににおいの識
別処理が行えるにおい測定装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された第１の発明に係るにおい測定装置は、 a)導入された試料ガス中のにおい成分を吸着剤に吸着し
て保持した後に、加熱により該におい成分を吸着剤から
キャリアガス中に離脱させて測定ガスを調製するガス調
製手段と、 b)測定ガスを所定濃度に調製すべく、吸着時に前記ガス
調製手段に流す試料ガスの総流量若しくはそれに関連し
たパラメータ、又は離脱時に該ガス調製手段に流すキャ
リアガスの総流量若しくはそれに関連したパラメータを
設定する濃度制御手段と、 c)所定濃度に調製された測定ガス中のにおい成分を検出
する複数の検出手段と、 d)同一の試料ガスから調製された複数の濃度の相違する
測定ガスに対して前記複数の検出手段にて検出された出
力に基づいて、該試料ガスに含まれるにおい成分を特徴
付ける指標を算出する演算処理手段と、を備えることを
特徴としている。

【０００７】上記課題を解決するために成された第２の
発明に係るにおい測定装置は、 a)におい成分を含む試料ガスを所定濃度に濃縮又は希釈
した測定ガスを調製するガス調製手段と、 b)前記測定ガス中のにおい成分を検出する複数の検出手
段と、 c)或る測定ガスが前記複数の検出手段に導入された際
に、各検出手段から得られた出力を基に主成分分析によ
る多変量解析演算を行う演算手段と、 d)同一の試料ガスから調製された複数の濃度の相違する
測定ガスに対して前記演算手段により得られた演算結果
を用いて、該試料ガスのにおいを識別する識別手段と、
を備えることを特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】第１の発明に係るにおい測定装置
では、ガス調製手段として、例えば、吸着剤を装填した
捕集管及び吸着剤を加熱する加熱手段を含む、いわゆる
熱脱着式のガス濃縮手段を用いることができる。この構
成では、次のような手順で測定ガスを調製する。まず、
捕集管に試料ガスを流し、試料ガスに含まれるにおい成
分を吸着剤に吸着させる。充分ににおい成分が吸着した
後に、試料ガスに代えてキャリアガス（例えば窒素ガス
等）を捕集管に流すとともに加熱手段により吸着剤を加
熱する。すると、吸着されていたにおい成分は離脱して
キャリアガス中に拡散する。こうして調製された測定ガ
スは複数の検出手段に導入され、各検出手段はその測定
ガスに含まれる、対応するにおい成分に応じて検出信号
を出力する。この検出手段としては、感応膜を有し、感
応膜ににおい成分分子が付着した際に該感応膜の電気的
特性が変化するようなセンサを利用することができる。

【０００９】上記ガス調製手段では、吸着作用が飽和し
ない範囲において、成分吸着時に捕集管を通過する試料
ガスの総流量と、成分離脱時に捕集管を通過するキャリ
アガスの総流量とによって測定ガスの濃度（におい成分
濃度）が決まる。そこで、濃度制御手段は、試料ガスの
総流量若しくはそれに関連したパラメータ、又はキャリ
アガスの総流量又はそれに関連したパラメータ（具体的
には、例えば試料ガスやキャリアガスの単位時間当たり
の流量や流通時間等）を適当に設定して、測定ガスの濃
度を所定値にする。同一の試料ガスから調製された複数
の濃度が相違する測定ガスの測定が実行されたとき、演
算処理手段は、各濃度毎に複数の検出手段から検出信号
を取得する。そして、これらの検出信号を基に所定の演
算を行って、その試料ガスに含まれるにおい成分を特徴
付ける指標を算出する。この演算処理としては、例え
ば、後記主成分分析等の各種の多変量解析の手法を用い
た演算処理や、ガス濃度と検出手段の出力との関係を近
似する適宜の式を用いた方法等とすることができる。

【００１０】また、第２の発明に係るにおい測定装置で
は、ガス調製手段は、例えば上記第１の発明に記載のガ
ス調製手段を用いることができる。演算手段は、或る濃
度の測定ガスに対して複数の検出手段から得られる検出
信号を用いて、主成分分析（Principal Component Anal
ysis＝ＰＣＡ）の演算を実行する。識別手段は、同一の
におい成分を相異なる濃度でもって含む複数の測定ガス
に対して得られる複数の分析結果を基に、そのにおい成
分のにおいを識別する。例えば、主成分分析の結果得ら
れるＰＣＡスコア上で、或る未知のにおい成分について
異なる濃度に対応して得られる点を結んだ直線又は曲線
が、他のにおい成分について異なる濃度に対応して得ら
れる点を結んだ直線又は曲線と同一線上（延長線上を含
む）に存在する場合には、両者は同一又はきわめて類似
した傾向のにおいを有していると判断する。したがっ
て、この構成では、検出手段の濃度依存性の影響を受け
ることなく、においの識別や分類を正確に行うことがで
きる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係るにおい測定装置の一実施
例を図を参照して説明する。図１は、本実施例のにおい
測定装置のガス流路を中心とする構成図である。

【００１２】純粋な窒素ガス（Ｎ2）を充填した窒素ガ
ス容器１０のガス出口に設けられた定圧バルブ１１の出
口側の流路は、それぞれマスフローコントローラ等の第
１、第２流量制御部１３、１６及び不純物を除去するた
めのモレキュラシーブフィルタ１４、１７を備えた二本
の第１及び第２なる窒素ガス流路１２、１５に分岐され
る。除塵用のＰＴＦＥメンブレンフィルタ１９を介して
試料ガス供給口１８に接続された試料ガス流路と第１窒
素ガス流路１２とは、三方バルブ２０により選択的に六
方バルブ（６ポート２ポジションバルブ）２１のポート
ａに接続される。また、第２窒素ガス流路１５は六方バ
ルブ２１のポートｄに接続されている。六方バルブ２１
のポートｃとポートｆとの間には、加熱用のヒータ２３
が付設された捕集管２２が接続されている。この捕集管
２２には、測定対象のにおい成分に応じて、例えばカー
ボン系吸着剤やそのほかの適宜の吸着剤が充填されてい
る。

【００１３】六方バルブ２１のポートｂは、三方バルブ
２４によって、ポンプ２５及び流量計２６を通過する流
路又は通過しない流路に選択的に接続され、いずれも排
出口２７に連なる。六方バルブ２１のポートｅは、複数
のにおいセンサ２９ａを設置した第１フローセル２８ａ
に接続され、その下流側出口は複数のにおいセンサ２９
ｂを設置した第２フローセル２８ｂに接続され、更にそ
の下流側出口は排出口３０に連なっている。においセン
サ２９ａは、種々のにおい成分に対してそれぞれ検出感
度の相違する特性を有する導電性高分子を感応膜に利用
したにおいセンサである。一方、においセンサ２９ｂ
は、種々のにおい成分に対してそれぞれ検出感度の相違
する特性を有する金属酸化物半導体を感応膜に利用した
においセンサである。

【００１４】タンク３３にはポンプ３２により空気供給
口３１から吸引された空気が圧縮して貯蔵され、その出
口は第３流量制御部３４と不純物を除去するための活性
炭フィルタ３５とを介して、第２フローセル２８ｂの入
口に接続されている。これにより、第１フローセル２８
ａから第２フローセル２８ｂに流れるガスに適宜量の空
気を混合することができるようになっている。なお、空
気の代わりに、純粋な酸素ガスを混入する構成としても
よい。純粋な酸素ガスを用いれば、空気と比較して混合
する体積を遙かに減らすことができるので、におい成分
が希釈される割合が小さく、においセンサ２９ｂによる
検出の感度の向上に有利である。

【００１５】六方バルブ２１、第１、第２フローセル２
８ａ、２８ｂ全体は恒温槽３６内に設置されており、恒
温槽３６は温度調整部３７により所定温度に制御可能と
なっている。また、上記複数のにおいセンサ２９ａ、２
９ｂの検出信号は、におい成分の識別、分類等の処理を
行なう信号処理部４０に入力されている。信号処理部４
０は、各においセンサ毎にアナログ検出値をデジタル値
に変換するＡ／Ｄ変換部４１と、後述のように多変量解
析の一手法である主成分分析演算を実行する演算処理部
４２と、その演算結果に基づいてにおい成分のにおいを
判別するにおい識別部４３とを含んでいる。制御部３８
は、所定のプログラムに従って後述のように、三方バル
ブ２０、２４、六方バルブ２１、ポンプ２５、３２、ヒ
ータ２３、温度調整部３７、信号処理部４０等を制御す
る機能を有しており、その制御等に必要な情報を外部か
ら設定するために操作部３９が付設されている。

【００１６】次に、上記におい測定装置において、或る
試料ガスに対してセンサ出力（においセンサ２９ａ、２
９ｂの検出信号）を取得する際の各部の動作を測定順序
に従って詳述する。

【００１７】（ｉ）におい成分の捕集 まず、制御部３８は、試料ガス供給口１８と六方バルブ
２１のポートａとが接続されるように三方バルブ２０を
切り替えるとともに、六方バルブ２１のポートｂがポン
プ２５に接続されるように三方バルブ２４を切り替え
る。また、図１に破線で示す接続状態に六方バルブ２１
を切り替え、ポンプ２５を作動させる。すると、ポンプ
２５の吸引力により、試料ガス供給口１８から吸引され
た試料ガスはメンブレンフィルタ１９にて塵芥等の比較
的大きな固形浮遊物が除去され、三方バルブ２０及び六
方バルブ２１を介して捕集管２２に導入され（図１中の
左から右方向）、更に、六方バルブ２１、三方バルブ２
４、ポンプ２５、流量計２６を通って排出口２７から排
出される。このときヒータ２３による加熱は行なわな
い。

【００１８】窒素ガス容器１０のガス出口のガス圧は排
出口３０のガス圧よりも高いので、第２窒素ガス流路１
５を通して供給される窒素ガスは六方バルブ２１を介し
て第１、第２フローセル２８ａ、２８ｂに流通し、排出
口３０から外部に排出される。これにより、においセン
サ２９ａ、２９ｂは常時窒素ガス雰囲気中に保持され
る。なお、このときフローセル２８ｂ側には、タンク３
３から送出した空気を上記窒素ガスに混入して流すよう
にしてもよい。

【００１９】上述のように試料ガスが捕集管２２を通過
すると、試料ガスに含まれるにおい成分は吸着剤に吸着
される。このとき、吸着剤に吸着されるにおい成分の量
は、吸着能力が飽和しない範囲では、捕集管２２を通過
する試料ガスの総流量にほぼ比例する。したがって、単
位時間当たりの流量が一定である条件下では試料ガスの
流通時間にほぼ比例し、流通時間を一定とする条件下で
は単位時間当たりの流量にほぼ比例することになる。し
かしながら、実際には、単位時間当たりの流量が或る程
度多くなると、におい成分分子が吸着表面に接触せずに
通過してしまう可能性があるので、流通時間を変えるほ
うが吸着されるにおい成分の量をより正確に制御するこ
とができる。そこで、本実施例では、制御部３８は、流
量計２６による検出値が所定の一定値となるようにポン
プ２５の吸引力を制御し、操作部３９により設定された
総流量又はそれに準じたパラメータに応じて試料ガスの
流通時間を変えるようにする。

【００２０】（ii）捕集管内のガスの置換 上記流通時間が経過すると、制御部３８は、三方バルブ
２０を切り替えて第１窒素ガス流路１２を六方バルブ２
１のポートａに接続するとともに、三方バルブ２４を切
り替えて六方バルブ２１のポートｂを直接排出口２７に
接続する。すると、試料ガスに代わって、窒素ガス容器
１０より供給された窒素ガスが、第１窒素ガス流路１２
−三方バルブ２０−六方バルブ２１−捕集管２２−六方
バルブ２１−三方バルブ２４を通り、排出口２７から排
出される。これにより、捕集管２２を含む流路内部に残
っている試料ガスは、窒素ガスにより外部へ押し出され
る。このとき、ヒータ２３による加熱は行われないの
で、先に吸着剤に吸着されたにおい成分はそのまま残
る。その一方、窒素ガスは極めて乾燥しているので、吸
着剤に吸着されている水や流路内壁に付着している水分
はその大部分が窒素ガス中に揮散して外部に運び去ら
れ、これにより一定程度までの除湿が達成される。

【００２１】（iii）においセンサへのにおい成分の導
入 適宜の時間、捕集管２２に窒素ガスを流通させた後、制
御部３８は、六方バルブ２１を図１に実線で示す接続状
態に切り替える。すると、第２窒素ガス流路１５−六方
バルブ２１−捕集管２２−六方バルブ２１−第１フロー
セル２８ａ−第２フローセル２８ｂ−排出口３０という
流路が形成される。この状態でヒータ２３に通電し、捕
集管２２を急速に（例えば１０℃／秒程度の温度上昇速
度で）加熱する。これにより、捕集管２２内の吸着剤に
吸着していたにおい成分は吸着剤から離脱し、それ以前
とは逆方向（図１中で右から左方向）に流通する窒素ガ
スに乗って第１フローセル２８ａまで運ばれる。ここ
で、捕集管２２の加熱を開始した後、吸着剤からにおい
成分が殆ど離脱し終わるまでの期間に捕集管２２を通過
する窒素ガスの総流量が、上記（ｉ）において捕集管２
２を通過した試料ガスの総流量よりも少なければ、第１
フローセル２８ａに導入される測定ガスの濃度（におい
成分濃度）は上記試料ガスの濃度よりも高くなる。すな
わち、たとえ吸着剤に吸着されたにおい成分の量が同じ
であっても、におい成分の離脱時の窒素ガスの総流量を
変えることにより第１フローセル２８ａに導入される測
定ガスの濃度は変わる。そこで、ここでは、上記試料ガ
スの流通時間によってのみ測定ガスの濃度が変わるよう
にするために、窒素ガスの単位時間当たりの流量及びそ
の流通時間は常に一定に維持する。

【００２２】また、捕集管２２の温度が変化すると流路
抵抗が変化するが、第２流量制御部１６に例えば機械制
御式の二次圧変動型マスフローコントローラを使用する
と、出口側つまり上記流路の流路抵抗が変動しても通過
する窒素ガスの流量を一定に保つことができる。なお、
このマスフローコントローラが正常に動作するために
は、その入口側圧力と出口側圧力との差圧が一定以上確
保される必要があるので、この差圧が確実に得られるよ
うに、定圧バルブ１１の設定圧力、管路の内径、第３流
量制御部３４を介して混入する空気の流量等を定めるよ
うにする。これにより、窒素ガスの流量は正確に制御さ
れ、また空気の混入箇所から第１フローセル２８ａ側に
混合ガスが逆流することもない。

【００２３】このようにして測定ガスが第１フローセル
２８ａを通ると、においセンサ２９ａの導電性高分子か
ら成る感応膜ににおい成分が吸着され、においセンサ２
９ａの電極間の電気抵抗が変化する。この抵抗変化によ
る検出信号は信号処理部４０に送られる。

【００２４】タンク３３に貯蔵されている空気は、第３
流量制御部３４により適宜の流量に調節され、活性炭フ
ィルタ３５により測定の外乱となる不所望の成分が除去
された後に、第１フローセル２８ａを通過した測定ガス
に混入される。空気には酸素ガスが含まれているから、
第２フローセル２８ｂにはにおい成分とともに酸素ガス
が流入し、金属酸化物半導体から成る感応膜に酸素ガス
分子が吸着され、におい成分の分子との間で酸化還元反
応を生じる。これにより、においセンサ２９ｂの導電性
が変化し、その電極間の電気抵抗が変化する。この抵抗
変化による検出信号も信号処理部４０に送られる。

【００２５】こうした測定の期間中、六方バルブ２１、
第１、第２フローセル２８ａ、２８ｂとこれらの間を連
結する流路は、温度調整部３７により室温よりもやや高
い一定温度（例えば４０℃程度）に維持される。これに
より、周囲温度の変動によるにおいセンサ２９ａ、２９
ｂの受ける影響を軽減するとともに、高沸点化合物が流
路内壁等に付着して検出感度の安定性が損なわれること
を防止することができる。

【００２６】複数のにおいセンサ２９ａ、２９ｂはそれ
ぞれ異なる選択性や応答特性を有しているので、例え
ば、或るにおい成分に対して或るにおいセンサからは大
きな検出信号が得られ、他のにおいセンサからは全く検
出信号が得られないということがある。そこで、信号処
理部４０では、上述のようにして得られる複数の検出信
号を用いて多変量解析処理を行なうことにより、そのに
おいを総合的に識別又は分類する。多変量解析の手法は
種々知られているが、ここでは後述のように主成分分析
（ＰＣＡ）を用いる。

【００２７】（iv）においセンサの清浄化 上述のように捕集管２２の吸着剤に吸着されているにお
い成分を十分に離脱させたならば、制御部３８は、六方
バルブ２１を再び図１に破線で示す接続状態に切り替
え、温度調整部３７により恒温槽３６の温度を所定温度
まで上昇させる。これにより、第１、第２フローセル２
８ａ、２８ｂには清浄な窒素ガスが流通する。においセ
ンサ２９ａ、２９ｂの温度が上昇すると、その感応膜に
吸着されていたにおい成分やその他の不純物が離脱し易
くなり、窒素ガスに乗って排出口３０から排気される。
その結果、においセンサ２９ａ、２９ｂの感応膜は回復
し、再びにおい成分を検出可能な状態に戻る。

【００２８】次に、上記におい測定装置において、或る
１種類の試料ガスの測定を行う際の手順の一例を図２の
フローチャートに沿って説明する。まず、測定者は操作
部３９より、相異なる３点の濃度を適宜に指定する。こ
の濃度の点数はこれに限るものではなく、また濃度を指
定する代わりに、濃度に対応する他のパラメータ（試料
ガスの流通総流量や試料ガスの流通時間等）を直接入力
するようにしてもよい。ここでは、濃度としてＰ
〔％〕、Ｐ×２、Ｐ×４の３点を指定するものとする。
なお、本実施例では、測定ガスが第１フローセル２８ａ
を通過した後に空気（又は酸素ガス）が混入されるた
め、厳密には、第２フローセル２８ｂを通過する時点で
は測定ガスの濃度は低下することになるが、窒素ガスの
流量が空気の流量よりも十分に大きければ、この濃度低
下は無視することができる。また、そうでない場合であ
っても、空気の流量を一定に維持しておけば、第１フロ
ーセル２８ａから第２フローセル２８ｂに流れる間での
濃度の変化量を算出することができるので、上述のよう
に指定される濃度がいずれのフローセルを通過する時点
のものであっても対応することができる。以下の説明で
は、混合される空気の流量は少なく、測定ガスの濃度が
変化しないと看做せるものとする。

【００２９】制御部３８は上記指定を受けて、所定の計
算式に基づいてそれらの濃度に対応する試料ガス流通時
間を算出する。上述のように、試料ガスの単位時間当た
りの流量及びにおい成分離脱時の窒素ガスの総流量を一
定にすれば、測定ガスの濃度は試料ガス流通時間に比例
するので、各濃度に対応した流通時間はｔ〔秒〕、ｔ×
２、ｔ×４と求まる。

【００３０】測定が開始されると、制御部３８は、まず
成分吸着時の試料ガス流通時間をｔに設定し（ステップ
Ｓ１）、上述のような順序でもって一連の測定を実行す
る（ステップＳ２）。これにより、第１及び第２フロー
セル２８ａ、２８ｂに濃度Ｐの測定ガスが流れるから、
演算処理部４２は、Ａ／Ｄ変換部４１を介して各におい
センサ２９ａ、２９ｂから得られる検出信号を取得し、
それらを内部のメモリに一旦記憶する（ステップＳ
３）。

【００３１】第１回目の測定においてにおいセンサ２９
ａ、２９ｂの清浄化が終了したならば、制御部３８は、
次に成分吸着時の試料ガス流通時間をｔ×２に設定して
同様の測定を実行する（ステップＳ４、Ｓ５）。これに
より、第１及び第２フローセル２８ａ、２８ｂに濃度Ｐ
×２の測定ガスが流れるから、演算処理部４２はこのと
き各においセンサ２９ａ、２９ｂから得られた検出信号
を内部のメモリに記憶する（ステップＳ６）。第２回目
の測定後、成分吸着時の試料ガス流通時間をｔ×４に設
定して同様の測定を実行し、演算処理部４２は、濃度Ｐ
×４の測定ガスに対する検出信号を取得して内部のメモ
リに記憶する（ステップＳ７〜Ｓ９）。このようにし
て、濃度Ｐ、Ｐ×２、Ｐ×４の測定ガスに対する各にお
いセンサ２９ａ、２９ｂの検出信号が得られる。

【００３２】演算処理部４２は、各濃度毎に、複数のに
おいセンサ２９ａ、２９ｂから得られた検出信号を用い
て主成分分析の演算処理を実行する（ステップＳ１
０）。主成分分析は、多数の変数（次に述べる図３の例
では６個）をより少数の指標値（ここでは３個）でもっ
て表わすようにするもので、詳しくは、宮下芳勝、佐々
木慎一著「ケモメトリックス」共立出版（１９９５年）
等の文献にその方法が記載されている。また、主成分分
析の演算処理をパーソナルコンピュータやワークステー
ション上で行うためのソフトウェアは種々のものが入手
可能であり、例えば、ＳＰＳＳ(Statistical Packages
for Social Sciences)（エス・ピー・エス・エス（株）
社発売）等がよく知られている。

【００３３】上記指標値（ファクタ）を３個とした場
合、主成分分析の結果は、図３に示すような３本のファ
クタ軸を有するグラフ（ＰＣＡスコア）上での点（以下
「スコア点」と呼ぶ）の位置として表わすことができ
る。したがって、上述のように同一試料ガスから調製し
た３つの濃度の測定ガスに対し測定及び処理を行うと、
ＰＣＡスコアには、通常、互いに離れた３つの位置にそ
れぞれのスコア点が現れる。なお、演算処理部４２は、
ステップＳ９までの測定が終了するのを待つ必要はな
く、第１、第２回目の測定で各濃度に対する検出信号が
得られた時点で、その濃度に対する主成分分析の演算処
理を開始することができる。

【００３４】全ての主成分分析演算処理が終了した後、
その演算結果を用いてにおい成分の識別処理を行う（ス
テップＳ１１）。以下、Ａ、Ｂ、Ｃなる３種類の試料ガ
スを上記におい測定装置により測定した例を用いて、本
実施例のにおい識別部４３でのにおいの識別方法を説明
する。この例では、上記構成の第２フローセル２８ｂに
設置した金属酸化物半導体から成る感応膜を有する６個
のにおいセンサ２９ｂでもって、Ｐ、Ｐ×２、Ｐ×４の
３点の濃度に調製した測定ガスの測定を行っている。ま
た、測定のばらつきを考慮して、同一試料ガスで同一濃
度とした測定をそれぞれ３回ずつ行っている。

【００３５】図３はこの測定による得られたＰＣＡスコ
アを示しており、図３中で例えば（Ａ，Ｐ）は、試料ガ
スＡから調製された濃度Ｐの測定ガスに対する主成分分
析の結果を示すスコア点である。ＰＣＡスコアでは、互
いに近い関係にあるものはスコア点間の距離が短い。図
３に明らかなように、同一試料ガスで同一濃度である３
回の測定に対応したスコア点は、いずれもきわめて近い
位置にある。図３中では、これらを同一の楕円状枠で囲
って示している。一方、同一試料ガスで異なる濃度の測
定に対応したスコア点はそれぞれ離れて位置している。
そこで、図３中に１点鎖線で示したように、この互いに
離れたスコア点を結ぶ線（以下「濃度依存線」と呼ぶ）
を描く。図３では、試料ガスＡ、Ｂ、Ｃに対する濃度依
存線をそれぞれａ、ｂ、ｃとしている。

【００３６】におい識別部４３は、この濃度依存線の位
置関係に基づいて、においの類似性を判断する。例え
ば、或る２種類の試料ガスの濃度依存線がほぼ同一線上
に乗っている場合には、それらは同一傾向又は同一範疇
のにおいを有していると判断できる。また、同一線上で
なくとも、ほぼ平行移動した方向を向いており且つ距離
が近い場合には、比較的近い傾向のにおいであると判断
することができる。逆に、２本の濃度依存線の距離が大
きく離れていたり、交差角度が大きかったりする場合に
は、異なる傾向のにおいであると判断することができ
る。図３の例の場合、濃度依存線ａ、ｂ、ｃは互いに離
れているので、この３種類の試料ガスＡ、Ｂ、Ｃ（又は
それに含まれるにおい成分）はいずれも異なる傾向のに
おいを有していると判断することができる。

【００３７】このようなにおいの類似性の判断は、一般
的に、においセンサの数が多いほど、また選択性の強い
においセンサを用いるほど、より精緻に行うことができ
る。例えば、比較的選択性の低い（つまり複数の同種類
の成分に対して同じような応答特性を有する）においセ
ンサを用いた場合、２種類の試料ガスの濃度依存線が同
一線上にあったとき、同一傾向のにおいであると判断す
ることは可能であるが、その成分自体が全く同一である
と判断することは困難である。しかしながら、選択性の
高い（つまり或る１種類の特定成分に対して特に強い応
答特性を有する）においセンサを用いた場合には、２種
類の試料ガスの濃度依存線が同一線上にあったとき、同
一のにおい成分を含んでいる可能性が高いと判断するこ
とができる。

【００３８】なお、図３の例では、濃度依存線ａ、ｂ、
ｃはいずれもほぼ直線となっているが、必ずしも直線に
なるとは限らない。したがって、同一試料ガスに対して
３点以上の測定濃度を設定することが望ましい。以上の
ようにして、本実施例のにおい測定装置では、ＰＣＡス
コア上での濃度依存線の位置関係に基づいて、その試料
ガスのにおいを識別することができる。

【００３９】次に、上述のように同一試料ガスから調製
された複数の濃度の相違する測定ガスに対してにおいセ
ンサで得られる検出信号を用い、においセンサの非線形
な濃度依存性を補正して正確なにおい識別を行うための
他の処理方法を説明する。図４はこの方法の概念を示す
図である。各においセンサの濃度依存性、つまり濃度と
検出信号との関係は、既に知られている近似式で表わす
ことができる筈である。この近似式はにおい成分の種類
等に依存する定数を含んでいるから、図４に示すように
複数の濃度における検出信号を与えることにより、その
近似式を解いて（つまり図４中の破線カーブで示すよう
な近似式を確定させて）定数を求める。そして、複数の
試料ガスに対して算出した定数を比較することにより、
においの識別を行う。

【００４０】このような目的のために、既に提案されて
いる各種近似式が利用できる。例えば、クリフォード
（P.K.Clifford）らは、センサーズ・アンド・アクチュ
エータズ・３〔１９８２／８３年〕（Sensors and Actu
ators 3）に掲載の「キャラクタリスティクス・オブ・
セミコンダクタ・ガス・センサーズ・ワン．ステディ・
ステート・ガス・レスポンス（Characteristics of sem
iconductor gas sensorsI. Steady state gas respons
e）」において、金属酸化物半導体センサに対して次の
(1)の近似式を提案している。 (Ｒ／Ｒ0）^-(1/k)＝（１＋Ｋ・Ｇⁿ )／Ｏ …(1) ここで、Ｒはセンサ抵抗（検出値）、Ｒ0は空気雰囲気
中のセンサ抵抗（初期値）、Ｇは測定ガス濃度、Ｏは酸
素ガス濃度、ｋ、Ｋ及びｎは定数である。

【００４１】初期センサ抵抗Ｒ0は予備実験等により測
定しておくことができ、酸素ガス濃度Ｏは混入する空気
又は酸素ガスの流量に依存しているから、これらの数値
は既知である。そこで、測定ガス濃度Ｇとそのときのセ
ンサ抵抗Ｒの値とを上記(1)式に代入して解けば、未知
である定数ｋ、Ｋ及びｎを算出することができる。

【００４２】また、他の近似式の例としては、スリバス
タバ（Rajeev K. Srivastava）らが、センサーズ・アン
ド・アクチュエータズ・Ｂ２１〔１９９４年〕（Sensor
s and Actuators B21）に掲載の「センシング・メカニ
ズム・イン・ティン・オキサイド−ベースト・シック−
フィルム・ガス・センサーズ（Sensing mechanism inti
n oxide-based thick-film gas sensors）」において提
案している次の(2)式がある。 Ｌｏｇ（Ｒ／Ｒ0）＝−ＢＧ^b …(2) ここで、Ｒ、Ｒ0、Ｇは上記(1)式と同じ定義であり、Ｂ
及びｂが定数である。

【００４３】利用できる近似式は上記例に限るものでは
なく、使用するセンサの種類等毎に最適な近似式を使用
することが望ましい。また、このような近似式において
定数の数が多い場合でも、その定数の全てがにおい成分
の種類に依存するものとは限らない。したがって、定数
の一部を或る値に固定してよい場合もあるので、近似式
が複雑であっても測定濃度の点数を増やす必要があると
は限らない。また、或る近似式は所定のガス濃度の範囲
においてのみ適用可能であるという場合がある。そのよ
うな場合には、始めに操作部３９から指定可能な測定濃
度の範囲を限定するようにしておくとよい。

【００４４】なお、上記実施例は一例であって、本発明
の趣旨の範囲で適宜変形や修正を行なえることは明らか
である。例えば、(2)式の右辺の代わりに、Ｇ^h／（１＋
Ｇ^h）、又は、｛Ｇ／（１＋Ｇ）｝^h （ｈは定数）を用
いることもできる。また上記実施例では、測定ガスの濃
度を変えるために試料ガス流通時間を変えるようにして
いるが、既に述べたように、他のパラメータを変更する
ことにより、測定ガスの濃度を設定された値にすること
もできる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明に係る
におい測定装置では、複数の検出手段（においセンサ）
の前段に捕集手段（捕集管）を設置し、成分吸着時に該
捕集管に流す試料ガスの総流量、或いは成分離脱時に該
捕集管に流すキャリアガスの総流量を制御することによ
り、検出手段に導入する測定ガス中のにおい成分の濃度
が所定値になるようにし、同一試料ガスから調製した複
数の濃度の相違する測定ガスをそれぞれ検出手段に導入
したときに各検出手段で得られる出力に基づいてにおい
の識別を行うようにしている。このため、複数の濃度を
設定して測定を行う際に、検出手段に導入する測定ガス
の濃度を正確にすることができ、検出手段の出力の濃度
依存性を正確に取得することができる。この結果、にお
いの識別をより正確に行うことができる。

【００４６】また、測定ガスの濃度を調整するために、
例えば、成分吸着時に捕集管に試料ガスを流す時間や成
分離脱時に捕集管にキャリアガスを流す流量等を制御す
ればよいので、濃度の調整が容易であって、自動測定に
も適する。したがって、測定の際に煩雑な操作が不要に
なり、効率的な測定が行える。なお、捕集管をにおい測
定部と一体に組み込むことにより、省スペースも図れ
る。

【００４７】第２の発明に係るにおい測定装置では、同
一試料ガスから調製した複数の濃度の相違する測定ガス
をそれぞれ検出手段に導入したときに各検出手段で得ら
れる出力を用いて主成分分析を行い、各試料ガスの特徴
を例えばＰＣＡスコア上の濃度依存線として算出し、こ
れを比較することによりその試料ガスのにおいの特徴付
けを行っている。したがって、検出手段の出力の濃度依
存性が非線形を有していても、その影響を受けることな
く、正確ににおいの識別、分類等を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例であるにおい測定装置の構
成図。

【図２】 このにおい測定装置での測定手順を示すフロ
ーチャート。

【図３】 主成分分析の結果の一例を示すＰＣＡスコア
を示す図。

【図４】 ガス濃度とにおいセンサの出力との関係を示
す近似式を用いたにおい識別処理方法の概念図。

【符号の説明】

１０…窒素ガス容器 １１…定圧バルブ １２、１５…窒素ガス流路 １３、１６、３４…流量制御部 １８…試料ガス供給口 ２０、２４…三方バルブ ２１…六方バルブ ２２…捕集管 ２３…ヒータ ２５、３２…ポンプ ２６…流量計 ２７、３０…排出口 ２８ａ、２８ｂ…フローセル ２９ａ…においセンサ（導電性高分子） ２９ｂ…においセンサ（金属酸化物半導体） ３１…空気供給口 ３３…タンク ３６…恒温槽 ３７…温度調整部 ３８…制御部 ３９…操作部 ４０…信号処理部 ４１…Ａ／Ｄ変換部 ４２…演算処理部 ４３…におい識別部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 博司 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所三条工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 a)導入された試料ガス中のにおい成分を
   吸着剤に吸着して保持した後に、加熱により該におい成
   分を吸着剤からキャリアガス中に離脱させて測定ガスを
   調製するガス調製手段と、 b)測定ガスを所定濃度に調製すべく、吸着時に前記ガス
   調製手段に流す試料ガスの総流量若しくはそれに関連し
   たパラメータ、又は離脱時に該ガス調製手段に流すキャ
   リアガスの総流量若しくはそれに関連したパラメータを
   設定する濃度制御手段と、 c)所定濃度に調製された測定ガス中のにおい成分を検出
   する複数の検出手段と、 d)同一の試料ガスから調製された複数の濃度の相違する
   測定ガスに対して前記複数の検出手段にて検出された出
   力に基づいて、該試料ガスに含まれるにおい成分を特徴
   付ける指標を算出する演算処理手段と、 を備えることを特徴とするにおい測定装置。
2. 【請求項２】 a)におい成分を含む試料ガスを所定濃度
   に濃縮又は希釈した測定ガスを調製するガス調製手段
   と、 b)前記測定ガス中のにおい成分を検出する複数の検出手
   段と、 c)或る測定ガスが前記複数の検出手段に導入された際
   に、各検出手段から得られた出力を基に主成分分析によ
   る多変量解析演算を行う演算手段と、 d)同一の試料ガスから調製された複数の濃度の相違する
   測定ガスに対して前記演算手段により得られた演算結果
   を用いて、該試料ガスのにおいを識別する識別手段と、 を備えることを特徴とするにおい測定装置。