JP2000292403A - Gas detecting method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の利用分野】この発明は金属酸化物半導体を用い
たガスの検出に関する。The present invention relates to gas detection using a metal oxide semiconductor.
【0002】[0002]
【従来技術】吉川らは、金属酸化物半導体ガスセンサに
正弦波等のヒータ電圧を加え、これに対するガスセンサ
の信号波形を解析して、ガス種やガス濃度を求めること
を提案している(特許第2867,474号)。この方
法では、正弦波状のヒータ電圧はガスセンサへの刺激で
あり、これに対するガスセンサの信号波形は元の正弦波
と同じ周波数の成分のみでなく、2倍波や3倍波等の高
調波成分を含んでいる。このためこの技術は、ヒータ電
圧の変化として刺激を加えたことに対する、非線形な応
答を検出しているということができる。2. Description of the Related Art Yoshikawa et al. Propose that a heater voltage such as a sine wave is applied to a metal oxide semiconductor gas sensor, and a signal waveform of the gas sensor is analyzed to determine a gas type and a gas concentration. No. 2867,474). In this method, the sinusoidal heater voltage is a stimulus to the gas sensor, and the signal waveform of the gas sensor in response to the stimulus not only has the same frequency component as the original sine wave but also harmonic components such as the second harmonic and the third harmonic. Contains. For this reason, it can be said that this technique detects a non-linear response to stimulation applied as a change in the heater voltage.
【0003】吉川らは、前記のようなガスセンサの信号
波形をフーリエ変換し、得られたフーリエ級数の特徴か
らガス種とガス濃度を決定することを示している。しか
しながらフーリエ級数とガス種や濃度との関係は複雑で
ある。[0003] Yoshikawa et al. Show that the signal waveform of the above-described gas sensor is Fourier-transformed, and the gas type and gas concentration are determined from the characteristics of the obtained Fourier series. However, the relationship between Fourier series and gas species and concentration is complicated.
【0004】[0004]
【発明の課題】この発明の課題は、ガスの種類や濃度を
正確にかつ容易に決定することにある。An object of the present invention is to determine the type and concentration of gas accurately and easily.
【0005】[0005]
【発明の構成】この発明のガス検出方法は、ヒータとガ
ス検出用の金属酸化物半導体とを備えたガスセンサを用
いて、前記ヒータの電力を周期的に変化させ、これに対
する前記金属酸化物半導体の信号波形をフーリエ変換し
てガスを検出する方法において、得られたフーリエ級数
をニューラルネットワークに入力してガス種を決定する
と共に、ガス種毎にフーリエ級数からガス濃度への回帰
係数を記憶して、該回帰係数と得られたフーリエ級数か
ら、ガス濃度を決定することを特徴とする。好ましく
は、既知のガス濃度で複数個のガスセンサの信号波形か
らフーリエ級数を求めて、このフーリエ級数の値を用い
て重回帰分析により、回帰係数を求める。即ち、実際の
測定に用いるのと別のセンサを含む複数個のセンサの信
号を用いて回帰係数を定める。According to the gas detection method of the present invention, the power of the heater is periodically changed by using a gas sensor having a heater and a metal oxide semiconductor for gas detection, and the metal oxide semiconductor for this is changed. In the method of detecting a gas by Fourier transforming the signal waveform of the above, the obtained Fourier series is input to a neural network to determine the gas type, and the regression coefficient from the Fourier series to the gas concentration is stored for each gas type. The gas concentration is determined from the regression coefficient and the obtained Fourier series. Preferably, a Fourier series is obtained from signal waveforms of a plurality of gas sensors at a known gas concentration, and a regression coefficient is obtained by a multiple regression analysis using the value of the Fourier series. That is, the regression coefficient is determined using the signals of a plurality of sensors including another sensor used for the actual measurement.
【0006】[0006]
【発明の作用と効果】この発明では、ヒータ電力を周期
的に変化させ、これに対する金属酸化物半導体の信号波
形をフーリエ変換して、フーリエ級数を求める。このよ
うにすると、例えば1つのガスセンサから多数の信号が
得られる。そして得られたフーリエ級数をニューラルネ
ットワークで処理してガス種を決定する。次にガス種毎
にガス濃度へのフーリエ級数の関係を重回帰分析し、フ
ーリエ級数の各成分からガス濃度への回帰係数を記憶し
ておく。この回帰係数と、測定時に実測したフーリエ級
数とを用いて、ガス濃度を決定する。ここでガス種は、
ニューラルネットワークで決定したガス種を用い、それ
に対応する回帰係数を利用する。このためニューラルネ
ットワークはガス種の決定のみを行えば良く、重回帰分
析により容易にガス濃度を決定することができる。According to the present invention, the heater power is periodically changed, and the signal waveform of the metal oxide semiconductor corresponding thereto is Fourier-transformed to obtain a Fourier series. In this way, for example, a large number of signals can be obtained from one gas sensor. Then, the obtained Fourier series is processed by a neural network to determine a gas type. Next, multiple regression analysis is performed on the relationship of the Fourier series to the gas concentration for each gas type, and the regression coefficient from each component of the Fourier series to the gas concentration is stored. The gas concentration is determined using the regression coefficient and the Fourier series actually measured at the time of measurement. Where the gas type is
The gas type determined by the neural network is used, and the corresponding regression coefficient is used. Therefore, the neural network only needs to determine the gas type, and the gas concentration can be easily determined by multiple regression analysis.
【0007】ここで回帰係数を求めるには、フーリエ級
数の値が複数組必要である。そこで例えば、実際にガス
の検出に用いるのと同一種類で、好ましくは同一ロット
のガスセンサを複数個用い、既知のガス濃度での信号波
形からフーリエ級数を求めて、これらの複数個のセンサ
のデータを重回帰分析して、回帰係数を決定する。この
ようにすれば、1個のガスセンサで繰り返して信号波形
を測定せずに、回帰係数を容易に定めることができる。Here, in order to obtain a regression coefficient, a plurality of sets of Fourier series values are required. Therefore, for example, using a plurality of gas sensors of the same kind, preferably of the same lot, which are actually used for gas detection, and obtaining a Fourier series from a signal waveform at a known gas concentration, the data of these plural sensors is obtained. Is subjected to multiple regression analysis to determine a regression coefficient. In this way, the regression coefficient can be easily determined without repeatedly measuring the signal waveform with one gas sensor.
【0008】[0008]
【実施例】図1〜図13に実施例を示す。図1にガス検
出装置の構成を示すと、2はガスセンサで、SnO2等の
ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導体4を、ヒ
ータ6により加熱するようにしたものである。8はサイ
ン波電源で、1周期例えば10〜60秒程度のサイン波
状のヒータ電圧を発生する。10は定電圧電源で、金属
酸化物半導体4と負荷抵抗11との直列辺に一定の電圧
を加えると共に、その出力を検出装置各部の電源とす
る。なおここでは、抵抗11の値は十分小さくし、抵抗
11への出力が金属酸化物半導体4の抵抗値に反比例す
るようにしておく。1 to 13 show an embodiment. FIG. 1 shows a configuration of a gas detection device. Reference numeral 2 denotes a gas sensor which heats a metal oxide semiconductor 4 whose resistance value changes by a gas such as SnO 2 by a heater 6. Reference numeral 8 denotes a sine wave power supply, which generates a sine wave heater voltage for one cycle, for example, about 10 to 60 seconds. Reference numeral 10 denotes a constant voltage power supply that applies a constant voltage to the series side of the metal oxide semiconductor 4 and the load resistor 11 and uses the output as a power supply for each part of the detection device. Here, the value of the resistor 11 is set to be sufficiently small so that the output to the resistor 11 is inversely proportional to the resistance value of the metal oxide semiconductor 4.
【0009】12はADコンバータ、14はメモリー
で、ガスセンサ2からの1周期分の信号波形を記憶す
る。なおここに周期とは、サイン波電源8からの出力信
号の周期を意味する。またメモリー14はサイン波電源
8からのタイミング信号で記憶を開始し、記憶を開始す
るタイミングは、例えばヒータ電圧の最大値もしくは最
小値とする。これはヒータ電圧の最大値や最小値の付近
では、高調波成分が少ないため、信号波形中の情報量が
少なく、1周期の間にガスセンサ2の状態が変化し、周
期の最初と最後とで信号波形の値が異なっても、その影
響を小さいからである。Reference numeral 12 denotes an AD converter, and reference numeral 14 denotes a memory, which stores a signal waveform for one cycle from the gas sensor 2. Here, the cycle means the cycle of the output signal from the sine wave power supply 8. In addition, the memory 14 starts storing with a timing signal from the sine wave power supply 8, and the timing to start storing is, for example, the maximum value or the minimum value of the heater voltage. This is because the amount of information in the signal waveform is small near the maximum value or the minimum value of the heater voltage, and the state of the gas sensor 2 changes during one cycle. This is because, even if the values of the signal waveforms are different, the influence is small.
【0010】16は整形部で、メモリー14に記憶した
1周期分の信号波形を処理し、1周期分の信号波形の最
初と最後の値の差が、許容範囲以内かどうかをチェック
する。この値が許容範囲外であれば検出は行わず、信号
波形の最初と最後の値の差が許容範囲内になるまで待機
する。次にこの値が許容範囲内でも、1周期の最初と最
後とでセンサ信号の値に差がある場合、この差を打ち消
すように、例えば時間に対して直線状に変化する補正信
号を加えて、1周期の最初と最後とでセンサ信号の値を
一致させる。この結果、整形部16からの出力は完全に
周期的な信号となる。Reference numeral 16 denotes a shaping unit which processes the signal waveform for one cycle stored in the memory 14 and checks whether the difference between the first and last values of the signal waveform for one cycle is within an allowable range. If this value is outside the allowable range, no detection is performed and the process waits until the difference between the first and last values of the signal waveform falls within the allowable range. Next, even if this value is within the allowable range, if there is a difference between the sensor signal values at the beginning and end of one cycle, a correction signal that changes linearly with time is added so as to cancel this difference. 1. The values of the sensor signals are matched at the beginning and end of one cycle. As a result, the output from the shaping section 16 becomes a completely periodic signal.
【0011】18はメモリーで、例えば1周期分のセン
サ信号を記憶し、このメモリー18の値を複数回、例え
ば4〜16回繰り返して読み出すことにより、フーリエ
変換部20に4周期分もしくは16周期分等の信号波形
を入力する。即ち1周期分のセンサ信号をフーリエ変換
すると、周期の両端でのいわゆる反射等により変換精度
が低下するので、1つの信号周期を4周期もしくは16
周期等の複数周期、特に好ましくは2のべき乗の周期に
繰り返して引き伸ばし、これをフーリエ変換する。Reference numeral 18 denotes a memory which stores sensor signals for one cycle, for example, and repeatedly reads out the value of the memory 18 a plurality of times, for example, 4 to 16 times, so that the Fourier transform unit 20 provides four or 16 cycles. Input signal waveform such as minute. That is, if Fourier transform is performed on the sensor signal for one cycle, the conversion accuracy is reduced due to so-called reflection or the like at both ends of the cycle.
It is repeatedly stretched to a plurality of cycles such as a cycle, particularly preferably a power-of-two cycle, and Fourier-transformed.
【0012】22は例えば3層のニューラルネットワー
クで、入力層と中間層及び出力層からなっている。そし
て入力ニューロンの数は、フーリエ変換部20からの出
力フーリエ級数の数で定まり、例えばここでは、実数の
0次成分(R0)の他に、実数部や虚数部の基本波成分
から第6成分までのR1〜R6とI1〜I6の合計13ニュ
ーロンを配置する。他に湿度センサや温度センサ、気流
センサ等を設けて、これらの信号もニューラルネットワ
ーク22に入力しても良い。中間層は例えば8〜10ニ
ューロン程度からなり、出力層は例えばここでは8種類
のガスの弁別を目的とするので、8ニューロンからな
る。各ニューロンの出力は0から1までの範囲シグモイ
ド関数を取り、出力ニューロンの値が1はそのニューロ
ンに対するガスが存在する確率は100%で、値が0は
そのニューロンに対するガスが存在する確率は0%であ
ることを意味する。Reference numeral 22 denotes, for example, a three-layer neural network, which comprises an input layer, an intermediate layer, and an output layer. The number of input neurons is determined by the number of the Fourier series output from the Fourier transform unit 20. For example, here, in addition to the zero-order component (R0) of the real number, the sixth component from the fundamental component of the real part and the imaginary part is used. A total of 13 neurons of R1 to R6 and I1 to I6 are arranged. In addition, a humidity sensor, a temperature sensor, an airflow sensor, and the like may be provided, and these signals may be input to the neural network 22. The intermediate layer is composed of, for example, about 8 to 10 neurons, and the output layer is composed of, for example, 8 neurons for the purpose of discriminating eight kinds of gases. The output of each neuron takes a sigmoid function ranging from 0 to 1, with a value of 1 for the output neuron being 100% probability of gas being present for that neuron and a value of 0 being 0 being gas being present for that neuron. %.
【0013】フーリエ変換部20の信号は定量部26へ
入力され、24は重回帰分析により求めた回帰係数を記
憶するためのメモリーである。そして定量部26では、
ニューラルネットワーク22で求めたガス種により、ど
のガスに対応する回帰係数を読み出すかの読み出しアド
レスを定め、この読み出しアドレスに対する回帰係数を
順次出力する。出力された回帰係数に対して、該当する
フーリエ級数の値をフーリエ変換部20から供給し、こ
れらを乗算し、順次加算してガス濃度を求める。なおこ
のガス濃度は対数単位である。A signal from the Fourier transform unit 20 is input to a quantitative unit 26, and a memory 24 stores regression coefficients obtained by multiple regression analysis. Then, in the quantitative unit 26,
A read address for reading a regression coefficient corresponding to which gas is determined based on the gas type obtained by the neural network 22, and a regression coefficient corresponding to the read address is sequentially output. The output regression coefficient is supplied with the value of the corresponding Fourier series from the Fourier transformer 20, multiplied by these, and sequentially added to obtain the gas concentration. This gas concentration is in logarithmic units.
【0014】図2にサイン波電源8の出力電圧の例を示
す。ここでは1周期は40秒で、サイン波電圧は最低電
圧が2Vで最大電圧が5.5Vで、最低電圧2Vを出力
した時点でメモリー14への記憶を開始する。FIG. 2 shows an example of the output voltage of the sine wave power supply 8. Here, one cycle is 40 seconds, the minimum sine wave voltage is 2 V, the maximum voltage is 5.5 V, and the storage in the memory 14 is started when the minimum voltage 2 V is output.
【0015】図3にエタノール100ppm及びメタノー
ル100ppmに対する1周期分の信号波形を示す。図か
ら明らかなように、エタノールはメタノールに比べて、
フーリエ級数での高調波成分が大きく、より複雑な信号
波形を成している。なお図3では1周期の最初と最後と
で信号の値が完全に一致するが、これらが一致しない場
合、前記の整形部16で処理し、人為的に1周期の最初
の値と最後の値とを一致させる。FIG. 3 shows a signal waveform for one cycle for 100 ppm of ethanol and 100 ppm of methanol. As is evident from the figure, ethanol is
The harmonic components in the Fourier series are large, forming a more complex signal waveform. In FIG. 3, the signal values at the beginning and end of one cycle completely match, but if they do not match, the signal is processed by the shaping unit 16 and the first and last values of one cycle are artificially processed. To match.
【0016】図4に8種類のガスに対するフーリエ級数
の実数部を示し、図5に同じ8種類のガスに対するフー
リエ級数の虚数部を示す。なお各ガス濃度は100ppm
で、用いたガスはエタノール,メタノール、ジエチルエ
ーテル,アセトン,エチレン,アンモニア,イソブタ
ン,ベンゼンの8種類である。これ以外にフーリエ級数
には実数の定数部R0が存在するが、その値は表1に示
す。FIG. 4 shows the real part of the Fourier series for the eight gases, and FIG. 5 shows the imaginary part of the Fourier series for the same eight gases. Each gas concentration is 100ppm
The gas used was eight kinds of ethanol, methanol, diethyl ether, acetone, ethylene, ammonia, isobutane, and benzene. In addition to this, the Fourier series has a real constant part R0, the value of which is shown in Table 1.
【0017】[0017]
【表1】8種類のガスのフーリエ級数(実数部0次成分) エタノール 2182 メタノール 2421 ジエチルエーテル 2234 アセトン 3525 エチレン 3687 アンモニア 7224 イソブタン 6398 ベンゼン 3697[Table 1] Fourier series (real part 0th order component) of eight kinds of gases ethanol 2182 methanol 2421 diethyl ether 2234 acetone 3525 ethylene 3687 ammonia 7224 isobutane 6398 benzene 3697
【0018】実施例では、フーリエ級数として実数の定
数部R0の他に実数成分として6成分(R1〜R6)、虚
数成分として6成分(I1〜I6)を考慮するので、1つ
の信号波形から合計13の信号を取り出すことができ
る。そしてこれらの13の信号をニューラルネットワー
ク22の入力層に入力して、出力層からガス種を出力す
る。なおニューラルネットワーク22の学習や回帰常数
の決定は、以下のようにした。同一種類で同一ロットの
ガスセンサを例えば3個用い、これらのガスセンサを同
一条件で同時に用い、既知の濃度の8種類のガス(1
0,30,100ppm)にさらし、それに対する出力を
フーリエ変換してフーリエ級数を求めた。この結果、1
つのガスの種類の各ガス濃度毎に、3つのフーリエ級数
の値が得られた。そしてこれらの値をニューラルネット
ワーク22に入力し、ニューラルネットワーク22が収
束するまで学習させた。得られた各ニューロン間の結合
常数を、全てのガス検出装置に対してコピーして用い
た。In this embodiment, since six components (R1 to R6) are considered as real components and six components (I1 to I6) are considered as imaginary components in addition to the constant part R0 of the real number as the Fourier series, the sum of one signal waveform is considered. Thirteen signals can be extracted. These 13 signals are input to the input layer of the neural network 22, and the gas type is output from the output layer. The learning of the neural network 22 and the determination of the regression constant are performed as follows. For example, three gas sensors of the same type and of the same lot are used, and these gas sensors are simultaneously used under the same conditions, and eight kinds of gases (1) of a known concentration are used.
(0, 30, 100 ppm), and the output corresponding thereto was subjected to Fourier transform to obtain a Fourier series. As a result, 1
Three Fourier series values were obtained for each gas concentration of one gas type. Then, these values were input to the neural network 22, and learning was performed until the neural network 22 converged. The obtained coupling constant between neurons was copied and used for all gas detectors.
【0019】ガスの種類は既知なので、1つのガスに対
する3つのガス濃度での信号(各ガス濃度毎にセンサは
3個)のフーリエ級数の値を用いて、重回帰分析を行
い、回帰常数を決定した。そして決定した回帰常数を全
てのガス検出装置のメモリー24に記憶させた。なおこ
こでガスセンサの数を3個としたのは、実験の都合上に
よるものであり、好ましくは10個あるいは60個等の
より多くの数とする。また好ましくは、実際に測定に用
いるガスセンサを含む、同じ種類の同じロットのガスセ
ンサを用いて、ニューラルネットワーク22でのニュー
ロン間の結合定数や、重回帰分析での回帰常数を求め、
これらを各ガス検出装置に対して記憶させる。このよう
にすれば、1つのガス検出装置毎に複数回の測定を行っ
て、ニューラルネットワーク22を個別に学習させ、あ
るいはセンサ毎に回帰常数を求める代わりに、多数のガ
スセンサを用いて、一挙にニューラルネットワーク22
でのニューロン間の結合定数や回帰常数を求めることが
できる。この結果、ガス検出装置の較正の手間を小さく
できる。Since the type of gas is known, multiple regression analysis is performed using the Fourier series value of signals at three gas concentrations for one gas (three sensors for each gas concentration), and the regression constant is calculated. Were determined. Then, the determined regression constant was stored in the memory 24 of all the gas detectors. The reason why the number of gas sensors is set to three here is due to the convenience of experiments, and is preferably set to a larger number such as 10 or 60. Also preferably, using a gas sensor of the same kind and the same lot including a gas sensor actually used for measurement, a coupling constant between neurons in the neural network 22 and a regression constant in multiple regression analysis are obtained.
These are stored in each gas detector. In this way, instead of performing a plurality of measurements for each gas detection device and individually learning the neural network 22 or finding a regression constant for each sensor, a large number of gas sensors are used at once. Neural network 22
Can be used to determine the coupling constant between neurons and the regression constant. As a result, the labor for calibrating the gas detection device can be reduced.
【0020】表2〜表9に、前記の8種類のガスに対す
る回帰定数の値を示す。この回帰係数は、前記の3個の
ガスセンサに対して求めたフーリエ級数の値から、重回
帰分析により求めたものである。次に回帰係数からガス
濃度への換算は、例えば表2のエタノールの場合、式
(1)のようにする。即ち出力はガス濃度の自然対数単位
で、定数項を先頭に置き、次いで実数0次成分に対する
回帰係数の掛け算と、実数2次成分に対する回帰係数の
掛け算を加えたものとする。Tables 2 to 9 show the values of the regression constants for the above eight types of gases. The regression coefficient is obtained by a multiple regression analysis from the values of the Fourier series obtained for the three gas sensors. Next, the conversion from the regression coefficient to the gas concentration is, for example, in the case of ethanol in Table 2, the equation
Do as in (1). That is, the output is a natural logarithmic unit of the gas concentration, with the constant term placed at the top, and then multiplication of the regression coefficient for the real 0th order component and multiplication of the regression coefficient for the real number 2nd order component.
【0021】回帰係数の決定では、例えば重回帰分析に
用いる信号成分の数を最大4等に制限し、この範囲内で
ウィルクスのラムダが最小となる組み合わせを求めた。
これは13個の可能な信号に対して、最も良くガス濃度
を説明し得る最大4個の成分を求めることに相当する。
次に最大4個の成分が求まったならば、それから1成分
もしくは2成分を減少させた組み合わせを検討し、かつ
重回帰分析による誤差が所定範囲内でしか増加しないな
らば、重回帰分析に用いる成分(因子)を減少させるよ
うにした。実施例では、重回帰分析に用いる因子は2〜
4成分である。In the determination of the regression coefficient, for example, the number of signal components used in the multiple regression analysis is limited to a maximum of four, and a combination that minimizes Wilkes' lambda within this range is obtained.
This corresponds to finding, for 13 possible signals, up to four components that can best explain the gas concentration.
Next, when a maximum of four components are obtained, a combination in which one or two components are reduced is examined. If the error due to the multiple regression analysis increases only within a predetermined range, the combination is used for the multiple regression analysis. The components (factors) were reduced. In the examples, the factors used for multiple regression analysis are 2 to
There are four components.
【0022】[0022]
【表2】エタノール 非標準化回帰係数 定数 8.82460 実数0 −0.00048 実数2 −0.01566[Table 2] Ethanol Non-standardized regression coefficient constant 8.82460 Real 0-0.0048 Real 2-0.01566
【0023】LnC(ppm)=8.8246−0.0004
8・R0−0.01566・R2 (1)定数項の8.824
6はオフセットで、実数0次成分R0への回帰係数−0.
00048をR0に乗算し、実数2次成分R2への回帰係
数−0.01566R2に乗算すると、エタノール濃度が
定まる。LnC (ppm) = 8.8246-0.0004
8.R0-0.01566R2 (1) The constant term, 8.824
Reference numeral 6 denotes an offset, which is a regression coefficient −0 to the real zero-order component R0.
By multiplying R0 by [00048] and multiplying the regression coefficient to the real quadratic component R2 by -0.01566R2, the ethanol concentration is determined.
【0024】[0024]
【表3】メタノール 非標準化回帰係数 定数 12.47281 実数0 −0.00053 実数2 −0.02281 実数1 −0.00072[Table 3] Methanol Non-standardized regression coefficient constant 12.47281 Real number 0-0.000005 Real number 2-0.02281 Real number 1-0.000072
【0025】[0025]
【表4】ジエチルエーテル 非標準化回帰係数 定数 7.12648 実数1 −0.00308 実数0 −0.0005[Table 4] Diethyl ether Non-standardized regression coefficient constant 7.1648 Real number 1-0.00308 Real number 0-0.0005
【0026】[0026]
【表5】アセトン 非標準化回帰係数 定数 7.30010 実数0 −0.00059 実数6 0.047837[Table 5] Acetone Non-standardized regression coefficient constant 7.3010 Real number 0-0.00059 Real number 6 0.047837
【0027】[0027]
【表6】エチレン 非標準化回帰係数 定数 4.66242 実数3 0.017473 実数6 0.05363[Table 6] Ethylene Non-standardized regression coefficient constant 4.66242 Real number 3 0.017473 Real number 6 0.05363
【0028】[0028]
【表7】アンモニア 非標準化回帰係数 定数 18.16242 虚数2 −0.0329 虚数3 0.041732 実数0 −0.00023Table 7: Ammonia non-standardized regression coefficient constant 18.16242 Imaginary number 2 -0.0329 Imaginary number 3 0.041732 Real number 0 -0.000023
【0029】[0029]
【表8】イソブタン 非標準化回帰係数 定数 11.94946 実数1 −0.00685 虚数1 0.007954 虚数6 −0.11536 虚数2 −0.00452[Table 8] Isobutane Non-standardized regression coefficient constant 11.94946 Real 1-0.000068 Imaginary 1 0.0000795 Imaginary 6-0.111536 Imaginary 2-0.000045
【0030】[0030]
【表9】ベンゼン 非標準化回帰係数 定数 6.59884 実数4 −0.04553 実数2 −0.01176 実数0 −0.00015[Table 9] Benzene Non-standardized regression coefficient constant 6.59884 Real number 4-0.04553 Real number 2-0.01176 Real number 0-0.00015
【0031】図6〜図13に、8種類のガスに対する、
表2〜9のデータを用いて回帰分析により求めたガス濃
度を示す。実際のガス濃度は10ppm,30ppm,100
ppmの3種類で、回帰係数を決定するのに用いた測定と
は別の測定のデータから、図6〜13のガス濃度の回帰
分析による予測値を求めた。即ち、回帰係数を求めるの
に用いた3個のガスセンサに対して、別の測定で信号波
形のフーリエ級数の値を求め、ニューラルネットワーク
22で出力したガス種を正しいガス種として、記憶した
回帰係数を用いて、式(1)等によりガス濃度を求めた。
なお8種類のガスに対して、ガスの種類は完全に正しい
値が得られた。これはニューラルネットワーク22が、
8種類のガスを識別し得ることを意味している。FIGS. 6 to 13 show that eight kinds of gases are used.
The gas concentration obtained by regression analysis using the data of Tables 2 to 9 is shown. Actual gas concentrations are 10ppm, 30ppm, 100
From the data of the three types of ppm and the measurement different from the measurement used to determine the regression coefficient, the predicted values by the regression analysis of the gas concentrations in FIGS. 6 to 13 were obtained. That is, for the three gas sensors used to determine the regression coefficients, the value of the Fourier series of the signal waveform is determined by another measurement, and the gas type output by the neural network 22 is stored as the correct gas type and stored. Was used to determine the gas concentration by equation (1) and the like.
In addition, completely correct values were obtained for the eight kinds of gases. This is because the neural network 22
This means that eight types of gases can be identified.
【0032】図6〜図13に示すように、回帰分析によ
り予測したガス濃度は実際のガス濃度と極めて良く一致
する。従ってニューラルネットワーク22を用いること
によりガスの種類を特定でき、回帰分析を用いることに
よりガス濃度を正確に決定し得ることが明らかである。As shown in FIGS. 6 to 13, the gas concentration predicted by the regression analysis agrees very well with the actual gas concentration. Therefore, it is clear that the type of gas can be specified by using the neural network 22, and the gas concentration can be accurately determined by using regression analysis.
【図1】 実施例のガス検出装置のブロック図FIG. 1 is a block diagram of a gas detection device according to an embodiment.
【図2】 実施例で用いたヒータ波形を示す特性図FIG. 2 is a characteristic diagram showing a heater waveform used in the embodiment.
【図3】 実施例での、メタノール100ppm及びエ
タノール100ppm中の、ガスセンサの出力波形を示す
特性図FIG. 3 is a characteristic diagram showing an output waveform of a gas sensor in 100 ppm of methanol and 100 ppm of ethanol in Examples.
【図4】 実施例で、エタノール(EtOH),メタ
ノール(MeOH),ジエチルエーテル,アセトン,エ
チレン,アンモニア,イソブタン,ベンゼンの各100
ppm中での、ガスセンサの出力波形をフーリエ変換した
際の、フーリエ級数の実数部を示す特性図FIG. 4 shows an example in which each of ethanol (EtOH), methanol (MeOH), diethyl ether, acetone, ethylene, ammonia, isobutane, and benzene is 100%.
Characteristic diagram showing the real part of the Fourier series when the output waveform of the gas sensor in ppm is Fourier transformed
【図5】 実施例で、エタノール(EtOH),メタ
ノール(MeOH),ジエチルエーテル,アセトン,エ
チレン,アンモニア,イソブタン,ベンゼンの各100
ppm中での、ガスセンサの出力波形をフーリエ変換した
際の、フーリエ級数の虚数部を示す特性図FIG. 5 shows an example in which each of ethanol (EtOH), methanol (MeOH), diethyl ether, acetone, ethylene, ammonia, isobutane, and benzene is 100%.
Characteristic diagram showing the imaginary part of Fourier series when the output waveform of gas sensor in ppm is Fourier transformed
【図6】 実施例での、エタノール10,30,10
0ppm中に対する重回帰分析の結果を示す特性図FIG. 6 shows an example of ethanol 10, 30, 10
Characteristic diagram showing the results of multiple regression analysis for 0 ppm
【図7】 実施例での、メタノール10,30,10
0ppm中に対する重回帰分析の結果を示す特性図FIG. 7 shows methanol, 10, 30, and 10 in Examples.
Characteristic diagram showing the results of multiple regression analysis for 0 ppm
【図8】 実施例での、ジエチルエーテル10,3
0,100ppm中に対する重回帰分析の結果を示す特性
図FIG. 8 shows an example of diethyl ether 10,3.
Characteristic diagram showing the results of multiple regression analysis for 0,100 ppm
【図9】 実施例での、アセトン10,30,100
ppm中に対する重回帰分析の結果を示す特性図FIG. 9 shows acetone, 10, 30, and 100 in Examples.
Characteristic diagram showing the results of multiple regression analysis for ppm
【図10】 実施例での、アンモニア10,30,10
0ppm中に対する重回帰分析の結果を示す特性図FIG. 10 shows examples of ammonia 10, 30, 10
Characteristic diagram showing the results of multiple regression analysis for 0 ppm
【図11】 実施例での、エチレン10,30,100
ppm中に対する重回帰分析の結果を示す特性図FIG. 11 shows an example of ethylene 10, 30, 100.
Characteristic diagram showing the results of multiple regression analysis for ppm
【図12】 実施例での、イソブタン10,30,10
0ppm中に対する重回帰分析の結果を示す特性図FIG. 12: Isobutane 10, 30, 10 in Examples
Characteristic diagram showing the results of multiple regression analysis for 0 ppm
【図13】 実施例での、ベンゼン10,30,100
ppm中に対する重回帰分析の結果を示す特性図FIG. 13: Benzene 10, 30, 100 in Examples
Characteristic diagram showing the results of multiple regression analysis for ppm
2 ガスセンサ 4 金属酸化物半導体 6 ヒータ 8 サイン波電源 10 定電圧回路電源 12 ADコンバータ 14 メモリー 16 整形部 18 メモリー 20 フーリエ変換部 22 ニューラルネットワーク 24 回帰係数のメモリー 26 定量部 Reference Signs List 2 gas sensor 4 metal oxide semiconductor 6 heater 8 sine wave power supply 10 constant voltage circuit power supply 12 AD converter 14 memory 16 shaping unit 18 memory 20 Fourier transform unit 22 neural network 24 regression coefficient memory 26 quantitative unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇高 利浩 箕面市船場西1丁目5番3号 フィガロ技 研株式会社内 (72)発明者 高松 和子 箕面市船場西1丁目5番3号 フィガロ技 研株式会社内 Fターム(参考) 2G046 AA10 AA18 AA24 AA26 DA03 DC07 DC16 DC17 DC18 DD02 EB06 FB02 FE39 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Toshihiro Utaka 1-3-5 Senba Nishi, Minoh City Inside Figaro Giken Co., Ltd. (72) Inventor Kazuko Takamatsu 1-3-5 Senba Nishi Mino City, Figaro Giken F term in the company (reference) 2G046 AA10 AA18 AA24 AA26 DA03 DC07 DC16 DC17 DC18 DD02 EB06 FB02 FE39
Claims (2)
とを備えたガスセンサを用いて、前記ヒータの電力を周
期的に変化させ、これに対する前記金属酸化物半導体の
信号波形をフーリエ変換してガスを検出する方法におい
て、 得られたフーリエ級数をニューラルネットワークに入力
してガス種を決定すると共に、 ガス種毎にフーリエ級数からガス濃度への回帰係数を記
憶して、該回帰係数と得られたフーリエ級数からガス濃
度を決定することを特徴とする、ガス検出方法。1. A gas sensor including a heater and a metal oxide semiconductor for gas detection, wherein the power of the heater is periodically changed, and a signal waveform of the metal oxide semiconductor corresponding thereto is Fourier-transformed. In the method of detecting gas, the obtained Fourier series is input to a neural network to determine the gas type, and the regression coefficient from the Fourier series to the gas concentration is stored for each gas type, and the regression coefficient and the obtained Determining a gas concentration from the Fourier series obtained.
信号波形から求めたフーリエ級数を用いて、前記回帰係
数を重回帰分析により求めることを特徴とする、請求項
1のガス検出方法。2. The gas detection method according to claim 1, wherein the regression coefficient is obtained by a multiple regression analysis using a Fourier series obtained from signal waveforms of a plurality of gas sensors at a known gas concentration.
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