におい合成機能をもつ能動型においセンサの開発

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04555093
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 森泉 豊栄 東京工業大学, 工学部, 教授 (80016534)
• 研究分担者: 園田 恭久 日産自動車(株), 車体実験部, 技師 ; 井手 純一 長谷川香料(株), 川崎研究所, 主任研究員 ; 中本 高道 東京工業大学, 工学部, 助教授 (20198261)
• キーワード: 能動センシング / パターンマッチング / センサアレイ / 電気化学ガスセンサ / 半導体ガスセンサ / 水晶振動子ガスセンサ / 非線形最適化アルゴリズム / シンプレックス法

研究概要

食品、飲料、化粧品、環境計測の分野では、人間の官能に頼った官能検査により、においの品質管理、検査、開発が行われているが、客観的な評価法が望まれている。本研究者は、複数ガスセンサ出力パターンをニューラルネットワークでパターン認識するにおいセンサの研究を行い、既に人工的ににおいを識別する装置を開発した。この装置を微妙なにおいのかぎわけを行うことが可能であるが、複数の混合されたにおいを定量するのは困難であった。本研究では、混合臭の濃度定量を行う新しい手法を開発した。
混合臭の濃度定量は難しく十分な性能を持つセンサが得られていないが、本手法ではシステムが能動的かつ自律的に複数の既知臭から被検臭を合成し、合成臭と被検臭のセンサアレイ出力パターンが一致するような混合比を求め、その混合比から被検臭の濃度定量を行う。これにより、センサの非線形性、ドリフトがあっても精度よく測定でき、回帰分析等に必要な関数モデルの定義が不要になる。また、ガス分析法では複数ガス成分からなる一般臭を基本要素として扱うことは困難であるが、本手法では可能である。
本研究では、自動車車室内の環境計測として、妨害臭存在のガソリン臭の濃度測定を行った。センサとしては、半導体ガスセンサ及び電気化学ガスセンサ、パターンマッチングを改善する手法としては、非線形最適化アルゴリズムであるシンプレックス法及び最急降下法を用い、トルエン、トリエチルアミン等の妨害臭存在下でも数ppmの誤差で各成分濃度を定量することができた。
また、食品・飲料、化粧品用としては、水晶振動子ガスセンサが有用である。多検体測定システムにより20種類の天然精油について、8種類のセンサを用いて測定を行い、良好なパターン分離が得られた。

研究成果

• [文献書誌] 内海,中本,森泉,堺: "におい合成機能をもつ能動型センシングシステムに関する基礎研究" 応用物理学会講演予稿集(春季). 28PM10 (1992)
• [文献書誌] 内海,山下,中本,森泉,園田: "電気化学ガスセンサと半導体ガスセンサを用いた能動型センシングシステム" 応用物理学会講演予稿集(秋季). 17 D2 (1992)
• [文献書誌] J.Ide,T.Nakamoto,and T.Moriizumi: "Development of Odor Sensing System Using Autosampling Stage" Technical Digest of 4th International meeting on chemicalSensors. 414-417 (1992)
• [文献書誌] 内海,山下,中本,森泉,園田: "電気化学ガスセンサと半導体ガスセンサを用いた能動型センシングシステム(II)" 応用物理学会春季講演予稿集. 31PQ14 (1993)
• [文献書誌] S.Utsumi,N.Yamashita,T.Nakamoto,T.Moriizumi,and Y.Sonoda: "Active gas Sensing system using automatically controlled gas blender and numerical optimization technigue" Technical Digest of Transducer's 93.