匂い・ガスの動的可視化装置の開発-ガスビデオカメラの実現-

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09555121
• 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: 吉邑 昌義 東京工業大学, 工学部, 助手 ; 松浦 吉展 フィガロ技研(株), 開発部・開発1, グループリーダー(研 ; 中本 高道 東京工業大学, 工学部, 助教授 (20198261)
• キーワード: 匂い・ガス源探知 / ガスセンサアレイ / 水晶振動子ガスセンサ / 半導体ガスセンサ / オプティカルフロー / 悪臭源探知 / 流れの可視化 / FPGA / トリエチルアミン

研究概要

本研究ではガスセンサを密に並べたセンサアレイにより、匂いやガスが漂う様子を2次元の動画像として可視化するシステムの開発を目的としている。昨年度は、シミュレーションによる方向探知アルゴリズムの検討、センサアレイの配置方法の検討を行い、その結果をもとにパルス駆動型半導体ガスセンサを2次元アレイ状に並べたシステムを試作した。昨年度から本年度にかけて得られた動画データをもとにオプティカルフロー拘束式によりガス流方向推定を行い、ガスの噴射開始及び終了付近では方向推定可能であることがわかった。しかし、ガス流動画像を捉えるにはセンサ応答回復時間が長すぎることも明らかになった。
そこで、本年度はセンサの種類を水晶振動子ガスセンサに変更し、実験を行った。半導体ガスセンサでは応答回復時定数が10秒以上になるのに対して、水晶振動子ガスセンサの場合は多くの場合1秒以下である。また、悪臭源探知等の実用的な用途を考え、対象臭をエタノールからトリエチルアミンに変更した。
25個(5x5)の発振回路内蔵の表面実装型小型水晶振動子を用いてセンサアレイを構成し、これらの発振周波数を同時並列的に計測するために25チャネルの周波数カウンタ及びコンピュータとのインタフェース回路をFPGA上に実現した。そして、風洞内でトリエチルアミンを噴射して可視化実験を行った結果、トリエチルアミン流の動画像を得ることに成功した。
また、センサの動的挙動を検討するには、瞬間ガス濃度を光強度に変換して光センサで計測する方法が有効である。昨年度は線香の煙を用いた実験を行ったが、本年度は可視化材の変更及びレーザを使った光学計測系の検討を行い、現在ロックイン回路を用いた計測系を試作中である。

研究成果

• [文献書誌] H.Ishida.T.Yamanaka,N.Kushida,T.Nakamoto and T.Moriizumi: "Study of real-time visualization of gas/odor flow image using gas sensor array." Tech.Digest,Int.Meeting on Chemical Sensor.196-198 (1998)
• [文献書誌] 石田,櫛田,山中,中本,森泉: "パルス駆動型半導体ガスセンサアレイを用いた匂い・ガス流可視化システムの研究" 信学技報. LPM98-43. 47-52 (1998)
• [文献書誌] H.Ishida,T.Yamanaka,N.Kushida T.Nakamoto and T.Moriizumi: "Study of real-time visualization of gas/odor flow image using gas sensor array" Sensors and Actuators B,. (accepted.). (1999)
• [文献書誌] 徳弘、石田、中本、森泉: "小型水晶振動子ガスセンサアレイを用いた匂い・ガス流可視化システムの研究" 応物春季. (発表予定). (1999)
• [文献書誌] H.Ishida,T.Nakamoto and T.Moriizumi: "Study of gas/odor flow visualization system using portable array of gas sensors" Electrochemical society,1999,Seattle. (発表予定). (1999)
• [文献書誌] 中本,森泉: "匂いセンサを用いた環境計測" 電気学会全国大会シンポジウム. (発表予定). (1999)