WO2024252727A1

WO2024252727A1 - ガス検出装置

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Publication number: WO2024252727A1
Application number: PCT/JP2024/004634
Authority: WO
Inventors: 直弘高武; 健治古後; 誠伊藤; 一浩土橋; 佳明栗田
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Current assignee: Hitachi Global Life Solutions Inc
Priority date: 2023-06-09
Filing date: 2024-02-09
Publication date: 2024-12-12
Anticipated expiration: 2025-12-09
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Abstract

検出感度を向上したり、複数のガス成分を同時に検出したりすることができ、また、継続してガス成分を測定する場合に、残留ガス成分の影響を排除することができるガス検出装置を提供する。　所定の容積を備えた第１の検出室１３Ａ及び第２の検出室１３Ｂと、第１の検出室と第２の検出室のどちらか一方、或いは両方に配置された、所定の周波数で発光する発光手段１５Ａ，１５Ｂと、第１の検出室と第２の検出室を流体的に接続する共鳴通路１６と、共鳴通路に流体的に接続された測定室１８と、測定室に配置され音響波の強度を測定するマイクロフォン１７と、第１の検出室と第２の検出室に残留するガスを強制的に排出して新たな測定ガスを第１の検出室と第２の検出室に吸入する吸排気機構２１Ａ、２１Ｂとを備えている。

Description

ガス検出装置

　本発明は匂い等の原因となる気体(ガス)の成分を検出するガス検出装置に係り、特に光音響センサを用いて気体成分を検出するガス検出装置に関するものである。

　味噌や醤油等の醸造品、化粧品等の製造現場や食品を保管する保管倉庫においては、匂い（香りとも言う）の品質管理項目があるが、ＤＸ（デジタルトランスフォーメーション）化が困難である。このため、匂いの識別は現場作業員の経験や感覚に頼っており、管理コストの増加や教育コストの増加を招いている。

　そして、最近では匂いセンサによって匂いの定量化（ガスの種類、濃度等）を図ることで、ＤＸ化による品質管理の効率を向上する試みがなされている。匂いの定量化には目的に応じたガス成分や匂い成分を検知するガスセンサが必要である。ガス成分や匂い成分を検出するセンサとして、例えば、特開２０２０-７８４１８号公報（特許文献１）に記載されたような、光音響効果を用いた光音響センサが提案されている。

　光音響効果は、ガスを構成する特定成分の分子に対して、特定の波長の光（レーザ光等）を断続的(パルス状)に照射すると、光を吸収した分子が熱膨張、及び収縮を行うことで音響波が発生する現象である。光音響センサは、小型でガス成分を高感度に検出が可能なため、種々の製造現場での適用が進められている。

特開２０２２-２６６５２号公報

　ところで、光音響センサは、光を吸収した分子が熱膨張、及び収縮を行うことで発生する音響波をマイクロフォンで検出する原理である。そして、検出感度を向上したり、複数のガス成分を同時に検出したりすることが求められる。しかしながら、特許文献１に記載された光音響センサでは、検出セルが1個であるため、検出感度を向上したり、複数のガス成分を同時に検出したりする要請に応えることは困難であった。また、継続してガス成分を計測する場合は、検出セル内の残留ガスを強制的に排出して、残留ガス成分の影響を排除することも必要である。

　本発明の目的は、上述した課題の少なくとも1つ以上の課題を解決することができる新規なガス検出装置を提供することにある。

　本発明は、ガス検出装置が、所定の容積を備えた第１の検出室及び第２の検出室と、第１の検出室と第２の検出室のどちらか一方、或いは両方に配置された、所定の周波数で発光する発光手段と、第１の検出室と第２の検出室を流体的に接続する共鳴通路と、共鳴通路に流体的に接続された測定室と、測定室に配置され音響波の強度を測定するマイクロフォンと、第１の検出室と第２の検出室に残留するガスを強制的に排出して新たな測定ガスを第１の検出室と第２の検出室に吸入する吸排気機構とを備えている、ことを特徴としている。

　本発明によれば、検出感度を向上したり、複数のガス成分を同時に検出したりすることができ、また、継続してガス成分を測定する場合に、残留ガス成分の影響を排除することができる。

本発明の第１の実施形態になるガス検出装置の構成を示す構成図である。本発明の第２の実施形態になるガス検出装置の構成を示す構成図である。第２の実施形態をモデル化したモデルの構成を示す構成図である。第１の実施形態におけるモデルのシミュレーション結果を示す説明図である。第２の実施形態におけるモデルのシミュレーション結果を示す説明図である。本発明の第３の実施形態になるガス検出装置の構成を示す構成図である。本発明の第４の実施形態になるガス検出装置の構成を示す構成図である。本発明の第５の実施形態になるガス検出装置の構成を示す構成図である。本発明の第６の実施形態になるガス検出装置の構成を示す構成図である。本発明の第７の実施形態になるガス検出装置の構成を示す構成図である。本発明の第８の実施形態になるガス検出装置の動作フローを説明するフローチャート図である。

　以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

　図1において、ガス検出装置ＯＤは、少なくとも光音響セル１０と吸排気機構２１を備えている。尚、本実施形態形態では、吸排気機構２１は第1の吸排気機構２１Ａと、第２の吸排気機構２１Ｂからなっている。また、第1の吸排気機構２１Ａと第２の吸排気機構２１Ｂは同じ仕様のプロペラファンから構成されているが、これ以外の形式のファンを用いることもできる。また、吸排気機構を分割せずに1個の吸排気機構とすることもできる。

　光音響セル１０は、平板状の基板（例えば、樹脂基板等）１１の一方の面（以下、表面と表記する）に配置され、吸排気機構２１Ａ、２１Ｂは、基板１１の他方の面（以下、裏面と表記する）に配置されている。特に光音響セル１０は、制御回路等が実装された基板１１の表面上に設けられている。このように、基板１１、光音響セル１０、及び吸排気機構２１とは、全体的に見て一体化されて組立体とされている。したがって、この組立体を合成樹脂等の箱体に組み込んで、ガス検出装置として組み立てることができる。

　基板１１の制御回路は、後述する発光手段の発光周波数や光の強度を制御する機能や、また後述するマイクロフォンから音響波を測定する機能を備えている。このため、光音響セル１０を制御回路が設けられた基板１１の表面に配置することで、接続配線等を容易にしている。

　光音響センサ１０は、金属材料や樹脂材料からなる筐体１２を備えており、筐体１２の内部には所定の容積を備えた第１の検出室１３Ａ、及び第２の検出室１３Ｂが形成されている。第１の検出室１３Ａ、及び第２の検出室１３Ｂは、空洞の空間であり、実質的に同じ形状で同じ空間容積に形成されている。例えば、第１の検出室１３Ａ、及び第２の検出室１３Ｂの空間形状は、円柱形状や直方体形状に形成することができる。本実施形態では、空間形状は円柱形状に決められている。

　第１の検出室１３Ａの基板１１とは反対側の筐体１２の壁面１２Ｗには、第１の検出室１３Ａと外部を流体的に接続する第１の吸入透孔１４Ａが形成されている。同様に、第２の検出室１３Ｂの基板１１とは反対側の筐体１２の壁面１２Ｗには、第２の検出室１３Ｂと外部を流体的に接続する第２の吸入透孔１４Ｂが形成されている。

　吸入透孔１４Ａ、１４Ｂは、１個であっても良いし、複数個であっても良いものであり、要は必要な量の測定ガスが円滑に検出室１３Ａ、１３Ｂに導入できる吸入面積を備えていれば良いものである。また、吸入透孔１４Ａ、１４Ｂは、同じ吸入面積とされている。

　ここで、外部とは測定すべきガス（気体）が存在する空間であり、上述したような製造現場や保管倉庫が該当する。したがって、製造現場や保管倉庫に存在する測定ガスが、第1の吸入透孔１４Ａ、第２の吸入透孔１４Ｂから第１の検出室１３Ａ、及び第２の検出室１３Ｂに吸入されるものである。

　第1の検出室１３Ａ内には、第１の発光手段である第１のＬＥＤ素子１５Ａが配置されており、第1のＬＥＤ素子１５Ａを所定の周波数でパルス的に発光させて、第１の検出室１３Ａ内の測定ガスＧａｓの特定成分を熱的に励起させている。第１のＬＥＤ素子１５Ａは、基板１１の表面の側に設けられて、図示しない制御回路によって制御、駆動される。

　同様に、第２の検出室１３Ｂ内には、第２の発光手段である第２のＬＥＤ素子１５Ｂが配置されており、第２のＬＥＤ素子１５Ｂを所定の周波数でパルス的に発光させて、第２の検出室１３Ｂ内の測定ガスＧａｓの特定成分を熱的に励起させている。第２のＬＥＤ素子１５Ｂも、基板１１の表面の側に設けられて、図示しない制御回路によって制御、駆動される。

　ここで、第１の検出室１３Ａ、及び第２の検出室１３Ｂは、同じガス成分を検出しても良いし、異なったガス成分を検出しても良い。この場合は、検出すべきガス成分に合せて、それぞれのＬＥＤ素子１５Ａ、１５Ｂの発光周波数を決めてやれば良い。このように、２個の検出室１３Ａ、１３Ｂを設けて、同じガス成分を検出したり、異なったガス成分を検出したりすることができる。尚、ＬＥＤ素子に代えて、発光手段として半導体レーザ等を用いることもできる。更には、どちらか一方の検出室にだけに発光手段（ＬＥＤやレーザ）を設け、他方の検出室を共鳴室として使用することもできる。

　第1の検出室１３Ａと第２の検出室１３Ｂは、筐体の１２の内部に形成された直管状の共鳴通路１６によって流体的に接続されている。この共鳴通路１６は、共鳴通路１６の軸線に直交する断面が円形状に形成されており、第1の検出室１３Ａと第２の検出室１３Ｂで生じる微小な光音響波を、共鳴増幅させる機能を備えている。これによって、後述するマイクロフォンによって光音響波の測定を容易にしている。

　また、筐体１２の基板１１に接する側には、光音響波を測定するマイクロフォン１７を収納する測定室１８が形成されている。測定室１８は、共鳴通路１６と接続通路１９を介して流体的に接続されている。共鳴通路１６と接続通路１９の接続点は、第1の検出室１３Ａと第２の検出室１３Ｂに接続される共鳴通路１６の中点に相当し、第1の検出室１３Ａと第２の検出室１３Ｂ及び共鳴通路１６の形状的な対称性を確保している。つまり、接続通路１９の軸線を境にして、第1の検出室１３Ａと第２の検出室１３Ｂ及び共鳴通路１６は、紙面上で線対称の形状とされてる。

　測定室１８内には、光音響波の強度を測定するためのマイクロフォン１７が配置されている。マイクロフォン１７は、基板１１の表面の側に設けられ、図示しない制御回路によって、制御、駆動される。このように、ＬＥＤ素子１５Ａ、１５Ｂの発光によって生じた光音響波は、マイクロフォン１７で測定され、また、マイクロフォン１７で測定された光音響波の強度は、電気信号に変換される。これらの処理は、例えば特許文献１に示すような制御回路によって処理される。

　また、第１の検出室１３Ａが位置する基板１１には、第１の検出室１３Ａと第1の吸排気機構２１Ａとを流体的に接続する第１の排出透孔２０Ａが形成されている。同様に、第２の検出室１３Ｂが位置する基板１１には、第２の検出室１３Ｂと第２の吸排気機構２１Ｂとを流体的に接続する第２の排出透孔２０Ｂが形成されている。そして、吸入透孔１４Ａ、１４Ｂと排出透孔２０Ａ、２０Ｂは、互いに向き合う位置に形成されており、測定ガスが流れやすい位置関係とされている。

　排出透孔２０Ａ、２０Ｂの夫々は、１個であっても良いし、複数個であっても良いものであり、要は必要な量の測定ガスが円滑に検出室１３Ａ、１３Ｂから排出できる排出面積を備えていれば良いものである。また、排出透孔２０Ａ、２０４Ｂは、同じ排出面積とされている。

　吸排気機構２１Ａ、２１Ｂは、同じ型式のプロペラファンであり、同じ吸排気性能を備えている。そして、吸排気機構２１Ａ、２１Ｂは、所定時間毎に間欠的に駆動されており、検出室１３Ａ、１３Ｂの測定済みの測定ガスを、検出室１３Ａ、１３Ｂの排気透孔２０Ａ、２０Ｂから強制的に排出し、同時に吸気透孔１４Ａ、１４Ｂから次の測定に使用する新たな測定ガスを検出室１３Ａ、１３Ｂに導入している。これによって、検出室１３Ａ、１３Ｂにおいては、残留ガスが存在しなくなるので、残留ガスによる悪影響をなくすことが可能となる。

　このように、本実施形態によれば、第１の検出室及び第２の検出室と、第１の検出室と第２の検出室を流体的に接続する共鳴通路と、音響波を検出するマイクロフォンと、第１の検出室と第２の検出室に残留するガスを強制的に排出して新たな測定ガスを第１の検出室と第２の検出室に吸入する吸排気機構とを備えている。

　したがって、検出感度を向上したり、複数のガス成分を同時に検出したりすることができ、また、継続してガス成分を測定する場合に、それぞれの検出室の残留ガス成分の影響を排除することができる。

　次に第２の実施形態について説明する。第１の実施形態においては、第１の検出室１３Ａと第２の検出室１３Ｂで測定ガスの特定ガス成分を検出する場合、共鳴通路１６にも同じ測定ガスが存在している。このため、特定ガス成分の測定が完了して測定済みの測定ガスを排出する場合、第１の吸排気機構２１Ａと第２の吸排気機構２１Ｂの性能が同じであるため、共鳴通路１６に存在する測定ガスが残留する恐れがる。

　つまり、第１の検出室１３Ａと第２の検出室１３Ｂの吸入透孔１４Ａ、１４Ｂから吸入される新たな測定ガスと、第１の検出室１３Ａと第２の検出室１３Ｂの排出透孔２０Ａ、２０Ｂから排出される測定済みの測定ガスは、第１の検出室１３Ａと第２の検出室１３Ｂの空間を通過して流れるため、共鳴通路１６の測定ガスが排出されないで残留測定ガスになる。

　このため、新たな測定ガスを測定する場合、共鳴通路１６に存在する測定済みの残留測定ガスが、新たな測定ガスに対して影響を与え、正確な測定ができなくなる恐れがある。つまり、残留測定ガスの濃度やガス成分が、新たな測定ガスと異なっている場合、正確なガス成分の分析ができなくなる恐れがある。

　そこで、第２の実施形態では、共鳴通路１６に存在する測定済みの残留測定ガスを円滑に排出することができるガス検出装置を提案するものである。ここで、図１に示すガス検出装置と同じ参照番号は、同じ部品、構成要素を表すので改めて説明するのは省略する。ただ、必要に応じて説明する場合もある。

　図２において、第１の吸排気機構２２Ａはガス排出性能が大きいプロペラファンであり、第２の吸排気機構２２Ｂは、第１の吸排気機構２２Ａにガス排出性能が小さいプロペラファンである。つまり、第１の吸排気機構２２Ａは、静圧が大きい（風を多く送る）プロペラファンであり、第２の吸排気機構２２Ｂは、静圧が小さい（風を少なく送る）プロペラファンである。

　このため、第１の検出室１３Ａ内の圧力は、第２の検出室１３Ｂ内の圧力より低くなり、この圧力差で共鳴通路１６に新たな測定ガスの流れを生じるようになる。この第１の吸排気機構２２Ａ、及び第２の吸排気機構２２Ｂが、第１の検出室１３Ａと第２の検出室１３Ｂを接続する共鳴通路１６に測定ガスの流れを生成する「圧力差発生機構」として機能する。

　また、第１の吸排気機構２２Ａの働きによって、第２の検出室１３Ｂから共鳴通路１６を介して、測定ガスが第１の検出室１３Ａに余分に流れてくるので、これに合せて第１の排出透孔２０Ａの面積を、第２の排出透孔２０Ｂの面積より大きくして、円滑に測定ガスが排出されるようにしている。

　ここで、排出される測定ガスは、測定済みの測定ガスと新たな測定ガスの混合されたガスであり、吸排気機構２２Ａ、２２Ｂを所定時間だけ駆動することで、測定ガスの交換が完了する。

　図３は、図２に示す第１の検出室１３Ａ、第２の検出室１３Ｂ、共鳴通路１６の測定ガスの流れを模擬するためのモデルを示している。このモデルを使用して、吸排気機構２２Ａ、２２Ｂの排出性能を変化させたときの測定ガスの流れをシミュレートし、その結果を図４Ａ、図４Ｂに示している。

　図４Ａでは、図１に示すように、第１の吸排気機構２２Ａと第２の吸排気機構２２Ｂの排気性能を同じにした場合を示している。ここでは、排気性能を送風速度で示しており、共に流速１.０ｍ/ｓとして設定した。図４Ａからわかるように、共鳴通路１６には測定ガスの流れは確認できなかった。

　一方、図４Ｂでは、図２に示すように、第１の吸排気機構２２Ａの方が第２の吸排気機構２２Ｂより排気性能を大きくした場合を示している。ここでは、排気性能を送風速度で示しており、第１の吸排気機構２２Ａでは流速１.０ｍ/ｓとし、第２の吸排気機構２２Ｂでは流速０.２ｍ/ｓとして設定した。図４Ｂからわかるように、共鳴通路１６に測定ガスの流れが確認できた。

　そして、本実施形態では、吸排気機構２２Ａ、２２Ｂを停止した状態で、第１の検出室１３Ａ、第２の検出室１３Ｂの測定ガスの特定ガス成分を検出した後に、新たに次の測定ガスの特定ガス成分を検出する場合は、吸排気機構２２Ａ、２２Ｂを駆動して、測定済みの測定ガスを排出する。

　この時、第１の吸排気機構２２Ａの排出性能が大きいので、第１の検出室１３Ａと第２の検出室１３Ｂの間に圧力差が発生し、第２の検出室１３Ｂから共鳴通路１６を介して、新たな測定ガスが第１の検出室１３に流れて排出されるので、共鳴通路１６の残留測定ガスが存在しなくなる。この状態で、吸排気機構２２Ａ、２２Ｂを停止して、第１の検出室１３Ａ、第２の検出室１３Ｂの新たな測定ガスのガス成分を検出する。

　このように、本実施形態では、新たな測定ガスを測定する場合、共鳴通路に存在する測定済みの残留測定ガスが存在しなくなるので、新たな測定ガスに対して悪影響を与えず、正確な測定ガスの検出を行うことができる。

　次に第３の実施形態について説明する。第３の実施形態においても、共鳴通路１６に存在する残留測定ガスを排出する構成を示している。ここで、図１に示すガス検出装置と同じ参照番号は、同じ部品、構成要素を表すので改めて説明するのは省略する。ただ、必要に応じて説明する場合もある。

　図５において、第１の検出室１３Ａには第１の排出透孔２０Ａが形成されておらず、基板よって閉塞されている。一方、第２の検出室１３Ｂには第２の排出透孔２０Ｂが形成されている。このため、第１の吸排気機構１Ａは設けられておらず、第２の吸排気機構２１Ｂのみが第２の排出透孔２０Ｂに設けられている。また、第２の検出室１３Ｂには第２の吸入透孔１４Ｂが形成されておらず、筐体１２の壁面１２Ｗによって閉塞されている。一方、第１の検出室１３Ａには第１の吸入透孔１４Ａが形成されている。

　この吸排気機構２１Ｂと、第１の検出室１３Ａの閉塞された第１の排出透孔２０Ａと、第２の検出室１３Ｂの閉塞された第２の吸入透孔１４Ｂとが、第１の検出室１３Ａと第２の検出室１３Ｂを接続する共鳴通路１６に測定ガスの流れを生成する「圧力差発生機構」として機能する。

　したがって、測定ガスの交換を行うために第２の吸排気機構２１Ｂを駆動すると、新たな測定ガスは、第１の吸入透孔１４Ａから流入し、第１の検出室１３Ａの測定済みの測定ガスと共に共鳴通路１６に流れ、更に第２の検出室１３Ｂの測定済みの測定ガスと共に排出透孔１９Ｂから排出される。このように、新たな測定ガスを、第１の吸入透孔１４Ａ→第１の検出室１３Ａ→共鳴通路１６→第２の検出室１３Ｂ→排出透孔１９Ｂの順で流すので、第１の検出室１３Ａ、第２の検出室１３Ｂ、共鳴通路１６の残留測定ガスを排出することができるようになる。

　このように、本実施形態においても、新たな測定ガスを測定する場合、共鳴通路に存在する測定済みの残留測定ガスが存在しなくなるので、新たな測定ガスに対して悪影響を与えず、正確な測定ガスの検出を行うことができる。また、吸排気機構の数を少なくできるので、全体の製造コストを低減できると共に、使用中の消費電力を削減することができる。

　次に第４の実施形態について説明する。第４の実施形態においても、共鳴通路１６に存在する残留測定ガスを排出する構成を示している。ここで、図１に示すガス検出装置と同じ参照番号は、同じ部品、構成要素を表すので改めて説明するのは省略する。ただ、必要に応じて説明する場合もある。

　図６に示す実施形態おいては、図５に示す実施形態の変形例であり、異なっている構成は、第２の検出室１３Ｂに第２の吸入透孔１４Ｂが設けられている点である。この構成によれば、新たな測定ガスに交換する場合、第２の吸入透孔１４Ｂからも新たな測定ガスが導入されるので、測定済みの測定ガスの効率的な排出が可能となる。

　この実施形態においても、吸排気機構２１Ｂと、第１の検出室１３Ａの閉塞された第１の排出透孔２０Ａが、第１の検出室１３Ａと第２の検出室１３Ｂを接続する共鳴通路１６に測定ガスの流れを生成する「圧力差発生機構」として機能する。

　次に第５の実施形態について説明する。第５の実施形態においても、共鳴通路１６に存在する残留測定ガスを排出する構成を示している。ここで、図１に示すガス検出装置と同じ参照番号は、同じ部品、構成要素を表すので改めて説明するのは省略する。ただ、必要に応じて説明する場合もある。

　図７において、吸排気機構２３は、1個の大型のプロペラファンを備えている。このプロペラファンは、回転軸２４と、これに固定されたファン２５を備えている。ここで、回転軸２４の中心ＣＲは、接続通路１９の軸心ＣＡに対して、ΔＣだけ第２の検出室１３Ｂの側に偏心された位置に配置されている。

　ここで、ΔＣの偏心量は、第２の排出透孔２０Ｂと、ファン２５が最もガスを排出する効率が大きい領域とが一致する位置に決められている。一方、これに対して、第１の排出透孔２０Ａは、回転軸２４の偏心によって、第１の排出透孔２０Ａは、ファン２５が最もガスを排出する効率が大きい領域とずれる位置となる。

　この実施形態においては、偏心して配置された吸排気機構２３が、第１の検出室１３Ａと第２の検出室１３Ｂを接続する共鳴通路１６に測定ガスの流れを生成する「圧力差発生機構」として機能する。

　そして、本実施形態では、吸排気機構２３を停止した状態で、第１の検出室１３Ａ、第２の検出室１３Ｂの測定ガスの特定ガス成分を検出した後に、新たに次の測定ガスの特定ガス成分を検出する場合は、吸排気機構２３を駆動して、測定済みの測定ガスを排出する。

　この時、第２の排気透孔２０Ｂの方が、排出性能が大きいので、第１の検出室１３Ａと第２の検出室１３Ｂの間に圧力差が発生し、第１の検出室１３Ａから共鳴通路１６を介して、新たな測定ガスが第２の検出室１３Ｂに流れて排出されるので、共鳴通路１６の残留測定ガスが存在しなくなる。この状態で、吸排気機構２３を停止して、第１の検出室１３Ａ、第２の検出室１３Ｂの新たな測定ガスのガス成分を検出する。

　このように、本実施形態でも、新たな測定ガスを測定する場合、共鳴通路に存在する測定済みの残留測定ガスが存在しなくなるので、新たな測定ガスに対して悪影響を与えず、正確な測定ガスの検出を行うことができる。また、吸排気機構の数を少なくできるので、全体の製造コストを低減できると共に、使用中の消費電力を削減することができる。

　次に第６の実施形態について説明する。第６の実施形態においても、共鳴通路１６に存在する残留測定ガスを排出する構成を示している。ここで、図１に示すガス検出装置と同じ参照番号は、同じ部品、構成要素を表すので改めて説明するのは省略する。ただ、必要に応じて説明する場合もある。

　図８において、吸排気機構２３は、1個の大型のプロペラファンを備えている。このプロペラファンは、回転軸２４と、これに固定されたファン２５を備えている。ここで、回転軸２４の回転中心ＣＲは、接続通路１９の軸心ＣＡに対して同軸心とされている。したがって、第１の排出透孔１０Ａと第２の排出透孔２０Ｂに対して同じ排出性能である。

　一方、第２の排出透孔２０Ｂの排出面積は、第１の排出透孔２０Ａに比べて大きい排出面積を有している。このため、吸排気機構２３によって、第１の排出透孔２０Ａと第２の排出透孔２０Ｂから測定ガスが排出されるが、第２の排出透孔２０Ｂの方が排出量として多くなる。このため、第２の検出室１３Ｂの圧力の方が、第１の検出室１３Ａの圧力より低くなり、第１の検出室１３Ａの測定ガスは共鳴通路１６を介して第２の検出室１３Ｂに流れ、更に第２の排出透孔２０Ｂから排出される。

　この実施形態においても、吸排気機構２３と、第１の検出室１３Ａに形成された第１の排出透孔２０Ａより排出面積が大きい第２の検出室１３Ｂに形成された第２の吸入透孔１４Ｂとが、第１の検出室１３Ａと第２の検出室１３Ｂを接続する共鳴通路１６に測定ガスの流れを生成する「圧力差発生機構」として機能する。

　次に第７の実施形態について説明する。第７の実施形態においても、共鳴通路１６に存在する残留測定ガスを排出する構成を示している。ここで、図１に示すガス検出装置と同じ参照番号は、同じ部品、構成要素を表すので改めて説明するのは省略する。ただ、必要に応じて説明する場合もある。

　図９において、吸排気機構２３は、筐体１２の基板１１の反対側の壁面に配置され、第１の検出室１３Ａの第１の吸入透孔１４Ａと、第２の検出室１３Ｂの第２の吸入透孔１４Ｂに測定ガスを供給するように構成されている。吸排気機構２３は、1個の大型のプロペラファンを備えており、このプロペラファンは、回転軸２４と、これに固定されたファン２５を備えている。

　ここで、回転軸２４の回転中心ＣＲは、接続通路１９の軸心ＣＡに対して同軸心とされている。したがって、第１の吸入透孔１４Ａと第２の吸入透孔１４Ｂに対して、測定ガスを押し込む排出性能は同じである。

　一方、第２の排出透孔２０Ｂの排出面積は、第１の排出透孔２０Ａに比べて大きい排出面積を有している。このため、吸排気機構２３によって、第１の排出透孔２０Ａと第２の排出透孔２０Ｂからガスが排出されるが、第２の排出透孔２０Ｂの方が排出量として多くなる。

　このため、第１の検出室１３Ａの圧力の方が、第２の検出室１３Ｂの圧力より高くなり、第１の検出室１３Ａの測定ガスは共鳴通路１６を介して第２の検出室１３Ｂに流れ、更に第２の排出透孔２０Ｂから排出される。

　以上に説明した夫々の実施形態は、ガス検出装置の構成についてであるが、次にこのガス検出装置の動作（測定ガスの交換）について簡単に説明する。基板には、ＬＥＤ素子、マイクロフォン、及び吸排気機構の動作を制御する制御回路が搭載されており、制御回路は、ＬＥＤ素子１５Ａ、１５Ｂ、及びマイクロフォン１７を動作させて測定スの測定を実行した後に、吸排気機構を所定時間だけ動作させて、第１の検出室１３Ａ、共鳴通路１６、及び第２の検出室１３Ｂの測定済みの測定ガスを排出するものである。

　図１０のステップＳ１０においては、先ず吸排気機構を駆動して第１の検出室と第２の検出室に残留している測定済みの測定ガスを排出する。この時、新たな測定ガスが、第１の検出室と第２の検出室に導入されると共に、共鳴通路も同時に新たな測定ガスが導入される。

　次に、ステップＳ１１で所定時間に亘って新たな測定ガスの導入を継続し、第１の検出室と第２の検出室が、新たな測定ガスで満たされるまで吸排気機構を駆動する。

　次に、ステップＳ１２でＬＥＤ素子を所定の周波数で発光させ、この時の光音響波の強度をマイクロフォンで測定する。この時、制御回路によって必要な処理が実行される。

　次に、測定済みの測定ガスを排気し、また新たな測定ガスを導入するため、ステップＳ１３で吸排気機構を駆動する。更に、ステップＳ１４で所定時間に亘って新たな測定ガスの導入を継続し、第１の検出室と第２の検出室が、新たな測定ガスで満たされるまで吸排気機構を駆動する。これらの繰り返しよって、間欠的に連続して測定ガスの測定を実施することができる。

　このような測定動作を行うことで、共鳴通路の残留ガスを排出し、更に測定時の吸排気機構の動作を停止するので、吸排気機構（例えば、プロペラファン）の動作音をマイクロフォンが採取することが抑制されるので、高精度な匂いの時系列変化の測定が可能になる。

　以上の通り、本発明は、ガス検出装置が、所定の容積を備えた第１の検出室及び第２の検出室と、第１の検出室と第２の検出室のどちらか一方、或いは両方に配置された、所定の周波数で発光する発光手段と、第１の検出室と第２の検出室を流体的に接続する共鳴通路と、共鳴通路に流体的に接続された測定室と、測定室に配置され音響波の強度を測定するマイクロフォンと、第１の検出室と第２の検出室に残留するガスを強制的に排出して新たな測定ガスを第１の検出室と第２の検出室に吸入する吸排気機構とを備えている、ことを特徴としている。

　これによれば、検出感度を向上したり、複数のガス成分を同時に検出したりすることができ、また、継続してガス成分を測定する場合に、残留ガス成分の影響を排除することができる。

　尚、本発明は上記したいくつかの実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。各実施例の構成について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

　１０…光音響センサ、１１…基板、１２…筐体、１３Ａ…第１の検出室、１３Ｂ…第２の検出室、１４Ａ…第１の吸入透孔、１４Ｂ…第２の吸入透孔、１５Ａ…第１のＬＥＤ素子、１５Ｂ…第２のＬＥＤ素子、１６…共鳴通路、１７…マイクロフォン、１８…測定室、１９…接続通路、２０Ａ…第１の排出透孔、２０Ｂ…第２の排出透孔、２１Ａ…第１の吸排気機構、２１Ｂ…第２の吸排気機構、２２Ａ…第１の吸排気機構、２２Ａ…第２の吸排気機構。

Claims

　所定の容積を備えた、第１の検出室及び第２の検出室と、
　前記第１の検出室と前記第２の検出室のどちらか一方、或いは両方に配置された、所定の周波数で発光する発光手段と、
　前記第１の検出室と前記第２の検出室を流体的に接続する共鳴通路と、
　前記共鳴通路に流体的に接続された測定室と、
　前記測定室に配置され、光音響波の強度を測定するマイクロフォンと、
　前記第１の検出室と前記第２の検出室に残留する測定済みの測定ガスを強制的に排出して新たな測定ガスを前記第１の検出室と前記第２の検出室に吸入する吸排気機構と
を備えていることを特徴とするガス検出装置。
　請求項１に記載のガス検出装置において、
　前記第１の検出室と前記第２の検出室、前記発光手段、前記共鳴通路、前記測定室、及びマイクロフォンは、基板の一方の面に配置され、
　前記吸排気機構は、前記基板の他方の面に配置されている
ことを特徴とするガス検出装置。
　請求項２に記載のガス検出装置において、
　前記吸排気機構は、前記第１の検出室と前記第２の検出室に対応して個別に設けられているか、或いは前記第１の検出室と前記第２の検出室に共通して設けれている
ことを特徴とするガス検出装置。
　請求項３に記載のガス検出装置において、
　前記第１の検出室には、前記新たな測定ガスが導入される第１の吸入透孔と、前記測定済みの測定ガスを前記吸排気機構に流す第１の排出透孔が設けられ、
　前記第２の検出室には、前記新たな測定ガスが導入される第２の吸入透孔と、前記測定済みの測定ガスを前記吸排気機構に流す第２の排出透孔が設けられている
ことを特徴とするガス検出装置。
　所定の容積を備えた、第１の検出室及び第２の検出室と、
　前記第１の検出室と前記第２の検出室のどちらか一方、或いは両方に配置された、所定の周波数で発光する発光手段と、
　前記第１の検出室と前記第２の検出室を流体的に接続する共鳴通路と、
　前記共鳴通路に流体的に接続された測定室と、
　前記測定室に配置され、光音響波の強度を測定するマイクロフォンと、
　前記第１の検出室と前記第２の検出室に残留する測定済みの測定ガスを強制的に排出して新たな測定ガスを前記第１の検出室と前記第２の検出室に吸入する吸排気機構と
　前記吸排気機構が動作されている時に、前記第１の検出室と前記第２の検出室に圧力差を発生して前記共鳴通路に残留する前記測定済みの測定ガスを排出する圧力差発生機構とを備えていることを特徴とするガス検出装置。
　請求項５に記載のガス検出装置において、
　前記第１の検出室と前記第２の検出室、前記発光手段、前記共鳴通路、前記測定室、及びマイクロフォンは、基板の一方の面に配置され、
　前記吸排気機構は、前記基板の他方の面に配置されている
ことを特徴とするガス検出装置。
　請求項６に記載のガス検出装置において、
　前記第１の検出室には、前記新たな測定ガスが導入される第１の吸入透孔と、前記測定済みの測定ガスを前記吸排気機構に流す第１の排出透孔が設けられ、
　前記第２の検出室には、前記新たな測定ガスが導入される第２の吸入透孔と、前記測定済みの測定ガスを前記吸排気機構に流す第２の排出透孔が設けられ、
　前記吸排気機構は、前記第１の排出透孔に接続された第１の吸排気機構と、前記第２の排出透孔に接続された第２の吸排気機構とからなり、
　前記圧力差発生機構は、前記第１の吸排気機構と前記第２の吸排気機構の一方が他方より前記測定済みの測定ガスの排出量が多く決められていることで、前記第１の検出室と前記第２の検出室に圧力差を発生する
ことを特徴とするガス検出装置。
　請求項６に記載のガス検出装置において、
　前記第１の検出室には、前記新たな測定ガスが導入される吸入透孔と、
　前記第２の検出室には、前記測定済みの測定ガスを前記吸排気機構に流す排出透孔が設けられ、
　前記圧力差発生機構は、前記吸排気機構が前記排出透孔に接続されることで、前記第１の検出室と前記第２の検出室に圧力差を発生して、前記新たな測定ガスを、前記吸入透孔、前記第１の検出室、前記共鳴通路、前記第２の検出室、及び前記排出透孔の順で流す
ことを特徴とするガス検出装置。
　請求項８に記載のガス検出装置において、
　前記第２の検出室には、前記新たな測定ガスが導入される第２の吸入透孔が設けられている
ことを特徴とするガス検出装置。
　請求項６に記載のガス検出装置において、
　前記第１の検出室には、前記新たな測定ガスが導入される第１の吸入透孔と、前記測定済みの測定ガスを前記吸排気機構に流す第１の排出透孔が設けられ、
　前記第２の検出室には、前記新たな測定ガスが導入される第２の吸入透孔と、前記測定済みの測定ガスを前記吸排気機構に流す第２の排出透孔が設けられ、
　前記吸排気機構は、前記第１の排出透孔と前記第２の排出透孔に接続された１個のプロペラファンであり、
　前記圧力差発生機構は、前記プロペラファンの回転軸の軸心を前記第１の排出透孔、或いは前記第２の排出透孔の側に偏心させて配置することで、前記第１の検出室と前記第２の検出室に圧力差を発生する
ことを特徴とするガス検出装置。
　請求項６に記載のガス検出装置において、
　前記第１の検出室には、前記新たな測定ガスが導入される第１の吸入透孔と、前記測定済みの測定ガスを前記吸排気機構に流す第１の排出透孔が設けられ、
　前記第２の検出室には、前記新たな測定ガスが導入される第２の吸入透孔と、前記測定済みの測定ガスを前記吸排気機構に流す第２の排出透孔が設けられ、
　前記吸排気機構は、前記第１の排出透孔と前記第２の排出透孔に接続された１個の吸排気機構であり、
　前記圧力差発生機構は、前記第１の排出透孔、或いは前記第２の排出透孔の一方の排出面積を他方の排出面積より大きくすることで、前記第１の検出室と前記第２の検出室に圧力差を発生する
ことを特徴とするガス検出装置。
　請求項６に記載のガス検出装置において、
　前記第１の検出室には、前記新たな測定ガスが導入される第１の吸入透孔と、前記測定済みの測定ガスを前記吸排気機構に流す第１の排出透孔が設けられ、
　前記第２の検出室には、前記新たな測定ガスが導入される第２の吸入透孔と、前記測定済みの測定ガスを前記吸排気機構に流す第２の排出透孔が設けられ、
　前記吸排気機構は、前記第１の吸入透孔と前記第２の吸入透孔に接続された１個の吸排気機構であり、
　前記圧力差発生機構は、前記第１の排出透孔、或いは前記第２の排出透孔の一方の排出面積を他方の排出面積より大きくすることで、前記第１の検出室と前記第２の検出室に圧力差を発生する
ことを特徴とするガス検出装置。
　請求項５に記載のガス検出装置において、
　前記第１の検出室と前記第２の検出室、前記発光手段、前記共鳴通路、前記測定室、及びマイクロフォンは、基板の一方の面に配置され、前記吸排気機構は、前記基板の他方の面に配置される共に、
　前記基板には、前記発光手段、前記マイクロフォン、及び前記吸排気機構の動作を制御する制御手段が搭載されており、
　前記制御手段は、前記発光手段、及びマイクロフォンを動作させて前記新たな測定ガスの測定を実行した後に、前記吸排気機構を所定時間だけ動作させて、前記第１の検出室、前記共鳴通路、及び前記第２の検出室の前記測定済みの測定ガスを排出する
ことを特徴とするガス検出装置。
　所定の容積を備えた、第１の検出室及び第２の検出室と、
　前記第１の検出室と前記第２の検出室のどちらか一方、或いは両方に配置された、所定の周波数で発光する発光手段と、
　前記第１の検出室と前記第２の検出室を流体的に接続する共鳴通路と、
　前記共鳴通路に流体的に接続された測定室と、
　前記測定室に配置され、光音響波の強度を測定するマイクロフォンと、を備え、
　前記第１の検出室、または前記第２の検出室の少なくとも一方には、前記発光手段が設けられている面に、測定ガスが通過する通過孔が設けられている
ことを特徴とするガス検出装置。