ガス監視装置
【課題】クリーンルーム内等の空気中のケミカル汚染物質等を連続的に監視可能とする。
【解決手段】ｎ種の標準ガスをｍ個のセンサ素子で測定した結果に基づき、そのｍ個のセンサによる検出出力により形成されるｍ次元空間内にｎ本の標準ガスベクトルを作成しておく（Ｓ１、Ｓ２）。所定の測定時間間隔毎に採取した試料ガスを測定した結果をｍ次元空間内に位置付け、その測定点と標準ガスベクトルとの関係から各標準ガスに対する類似性指標値を算出するとともに、類似性がある標準ガス相当の濃度を求める（Ｓ３〜Ｓ６）。この類似性指標値と濃度値とを直接表示することで（Ｓ７）、ユーザーに直感的に理解しやすい情報を提供する。
【解決手段】ｎ種の標準ガスをｍ個のセンサ素子で測定した結果に基づき、そのｍ個のセンサによる検出出力により形成されるｍ次元空間内にｎ本の標準ガスベクトルを作成しておく（Ｓ１、Ｓ２）。所定の測定時間間隔毎に採取した試料ガスを測定した結果をｍ次元空間内に位置付け、その測定点と標準ガスベクトルとの関係から各標準ガスに対する類似性指標値を算出するとともに、類似性がある標準ガス相当の濃度を求める（Ｓ３〜Ｓ６）。この類似性指標値と濃度値とを直接表示することで（Ｓ７）、ユーザーに直感的に理解しやすい情報を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体製造プロセス等のためのクリーンルームや実験室などでのケミカル汚染物質をモニタリングするのに好適なガス監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造プロセス、液晶デバイス製造プロセス等における微細化の進展に伴って、塵埃等の物理的な汚染のみならず、空気中の分子、原子、イオンによる汚染、いわゆるケミカル汚染が問題になっている。ケミカル汚染には外部から持ち込まれるものとクリーンルーム内部で発生するものとがあるが、いずれにしても発生原因を特定したり対策を施したりするためには、常時、クリーンルーム内のケミカル汚染物質の濃度をモニタリングする必要がある。
【０００３】
従来、上記目的の装置として、アンモニアガスや酸性ガスを検出するクリーンガスモニタが知られている。例えば非特許文献１に記載の装置では、拡散スクラバ方式により大気中のガス成分を捕集し、これをイオンクロマトグラフに供することで成分分離して検出する構成を有している。また、イオンクロマトグラフに代えてガスクロマトグラフを用いた装置も知られている。しかしながら、一般にこうしたクロマトグラフによる成分分離には時間が掛かるため、測定周期を或る程度長くせざるをえない。ちなみに、非特許文献１に記載の装置では、最小測定周期は３５分となっている。
【０００４】
測定周期が長くなると監視のリアルタイム性に欠け、またケミカル汚染物質の急な濃度変化を検出することができない。そのため、その結果を利用したケミカル汚染の原因の特定が困難になる場合がある。また、その監視結果によって例えば排気能力を上げる等の対策をとる場合に、検出が遅れることを考慮して許容濃度よりもかなり低い閾値を設定しておき、その閾値を越えた場合にケミカル汚染物質濃度が許容濃度を越える可能性があると判断して上記対策を実行する必要があり、実際には不必要な場合でも上記対策が実行されるという無駄が避けられない。こうしたことから、よりリアルタイム性に富んだケミカル汚染物質の監視が行える装置が要望されている。
【０００５】
本願出願人は、これまで、或る物質や大気中のにおいをその質と強さの観点から捉えて数値化する装置を開発している（例えば、特許文献１、２など参照）。この装置では、必ずしもにおいの原因物質（成分）が明確に分かっていなくても、そのにおいを的確に表現することができる。しかしながら、こうした装置は、そもそも従来人間が行っていたにおいの識別作業と同等の処理を行うことを意図しているため、人間が感じる濃度（嗅覚閾値）を考慮した臭気指数相当値でにおいの強度を表現している。そのため、濃度が嗅覚閾値に達しないような成分は無視されてしまい、上記のような目的のためのガス監視装置としては使用することができなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３１５２９８号公報
【特許文献２】特開２００４−９３３３６号公報
【非特許文献１】「クリーンルームガスモニタCM501/CM502/CM505」、[online]、横河電機株式会社、[平成１８年１１月２日検索]、インターネット＜URL :http://www.yokogawa.co.jp/an/cm/an-cm-001ja.htm＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はかかる課題を解決するために成されたものであり、その主たる目的とするところは、低濃度の成分も確実に検知するとともに短い周期でリアルタイム性の高い汚染物質監視を行うことができるガス監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために成された第１発明に係るガス監視装置は、
a)所定時間間隔又は所定のタイミング毎に監視対象の試料ガスを所定量採取する試料採取手段と、
b)互いに異なる応答特性を有するｍ（ｍは２以上の整数）個のガスセンサと、
c)前記ｍ個のガスセンサによる検出出力で形成されるｍ次元空間において、既知のｎ種類（ｎは２以上の整数）の標準ガスについてそれぞれ濃度を変えて得られる測定結果に基づいてｎ本の標準ガスベクトルを作成し、これを表現するデータを記憶しておく標準データ取得手段と、
d)前記試料採取手段により採取された試料ガスに対する前記ガスセンサの検出出力に基づいて前記ｍ次元空間内に位置付けられる測定ベクトルと前記標準データ取得手段により形成される標準ガスベクトルとが成す角度を求め、該角度に基づいて試料ガスの各標準ガスに対する類似性を示す指標値を算出する類似性指標値算出手段と、
e)少なくとも前記類似性を示す指標値に基づいて類似性が認められる標準ガスベクトルに対し、試料ガスの測定ベクトルの正射影をとって該正射影ベクトルの長さからその標準ガスベクトル成分に対するガス濃度を算出するガス濃度算出手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００９】
また上記課題を解決するために成された第２発明に係るガス監視装置は、
a)所定時間間隔又は所定のタイミング毎に監視対象の試料ガスを所定量採取する試料採取手段と、
b)互いに異なる応答特性を有するｍ（ｍは２以上の整数）個のガスセンサと、
c)前記ｍ個のガスセンサによる検出出力で形成されるｍ次元空間において、既知のｎ種類（ｎは２以上の整数）の標準ガスについてそれぞれ濃度を変えて得られる測定結果に基づいてｎ本の標準ガス曲線を作成し、これを表現するデータを記憶しておく標準データ取得手段と、
d)前記試料採取手段により採取された試料ガスに対する前記ガスセンサの検出出力に基づいて前記ｍ次元空間内に位置付けられる測定点から前記標準データ取得手段により形成される標準ガス曲線上の濃度仮指示点を求め、該濃度仮指示点の空間内位置に基づいてその標準ガス成分に対するガス濃度を算出するガス濃度算出手段と、
e)前記濃度仮指示点の空間内位置、及び、該濃度仮指示点と前記測定点との空間内での近さ度合を示す値に基づいて、試料ガスのその標準ガスに対する類似性を示す指標値を算出する類似性指標値算出手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１０】
なお、この第２発明に係るガス監視装置において、ガス濃度算出手段は、前記測定点と前記標準ガス曲線との距離が最短となるように該曲線上の濃度仮指示点を求め、類似性指標値算出手段は、該濃度仮指示点の空間内位置に基づいて求まる濃度を、該濃度仮指示点と測定点との間の距離、又は標準ガスと試料ガスとが濃度に対して直線性を持つとみなしたときの両者の成す角度に応じて減衰させ、その減衰した濃度を試料ガスに対する当該標準ガスの寄与であるとみなして前記濃度仮指示点に基づいて求まるガス濃度を修正する構成とすることができる。
【００１１】
ｍ個のガスセンサの検出出力で構成されるｍ次元空間を考えると、或る１種の所定濃度の標準ガスをｍ個のガスセンサで測定して得られた結果は、上記ｍ次元空間内において１つの測定点で表される。この標準ガスの濃度を変化させると、濃度ゼロを原点としてその濃度変化に伴ってｍ次元空間内での測定点は或る方向に移動するから、その点を繋ぐ１本の曲線（直線となる場合もある）を考えることができるし、或いは濃度増加に従った曲線の方向性を考慮すれば該曲線はベクトルとみなすこともできる。複数の標準ガスの種類毎にｍ次元空間内でその曲線（又はベクトル）の延伸方向が異なり、また該曲線上の位置（原点からの距離）は濃度を表すことになる。
【００１２】
第１発明に係るガス監視装置では、標準データ取得手段は各基準ガス毎に１本ずつ上記のようなベクトルつまり標準ガスベクトルを作成し、このベクトルを表現するデータを記憶しておく。一方、目的とする試料ガスをｍ個のガスセンサで測定した結果に基づいて、ｍ次元空間内で原点からその測定点に向かう測定ベクトルを作成することができる。そこで類似性指標値算出手段は、この測定ベクトルと各標準ガスベクトルとの成す角度をそれぞれ求め、例えば角度がゼロ、即ち、両ベクトルが重なっている（同方向を向いている）場合には類似性が１００％、角度が所定値以上である場合には類似性が０％であるとし類似性指標値を算出する。そして、ガス濃度算出手段は、類似性が全く認められない標準ガスは無視し、類似性が認められる標準ガスのベクトルに対し測定ベクトルの正射影をとり、その長さから該標準ガスに対するガス濃度を求める。こうして算出したガス濃度と類似性指標値とを表示することにより、ユーザーは例えば試料ガスに含まれるケミカル汚染物質の濃度を知ることができる。
【００１３】
また第２発明に係るガス監視装置では、標準データ取得手段は各基準ガス毎に１本ずつ上記のような標準ガス曲線を作成し、この曲線を表現するデータを記憶しておく。ガス濃度算出手段は、目的とする試料ガスをｍ個のガスセンサで測定した結果に基づいてｍ次元空間内に位置付けられる測定点と各標準ガス曲線との位置関係から該曲線上に濃度仮指示点を求め、その指示点の位置に基づいて該標準ガスに対するガス濃度を求める。また類似性指標値算出手段は、測定点と濃度仮指示点との近さ／遠さ度合いを示す値に基づいて類似性指標値を求める。
【００１４】
このまま求めたガス濃度と類似性指標値を表示するようにしてもよいが、さらにそのガス濃度を、濃度仮指示点と測定点との間の距離、又は標準ガスと試料ガスとが濃度に対して直線性を持つとみなしたときの両者の成す角度に応じて減衰させ、その減衰した濃度を試料ガスに対する当該標準ガスの寄与であるとみなして修正すれば、より分かり易いガス濃度値を出力することができる。
【発明の効果】
【００１５】
第１及び第２発明に係るガス監視装置によれば、クロマトグラフによる成分分離を行うことなく試料ガスに混入しているケミカル汚染物質等の目的ガス成分のガス濃度が得られるため、試料ガス採取から結果が得られるまでの時間が短く、短い時間間隔で繰り返しガス成分の監視を行うことができる。これにより、リアルタイムに近い状態の監視が可能であるため、ケミカル汚染物質濃度の急上昇なども的確に把握して適切な対処を採ることができる。
【００１６】
なお、監視対象のガスの種類が既知である又は決まっている場合には、そのガスを標準ガスとするのが望ましいが、標準ガスとして代表的なもの、例えばエステル系、芳香族系、アミン系、アルデヒド系、炭化水素系などを幾つか選んでおけば、実用的に問題となる各種のケミカル汚染物質のガス濃度を実用上十分な精度で求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
第１発明の一実施例（第１実施例）であるガス監視装置について、図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例によるガス監視装置のブロック構成図である。
【００１８】
このガス監視装置は、測定部１として、目的試料ガス（例えばクリーンルーム内の大気）を吸引するための試料ガス採取部１１と、予め定められた複数の標準ガスを供給する標準ガス供給部１２と、試料ガスと標準ガスとを切り替える切替部１３と、吸引されたガスを濃縮又は希釈したり不所望の成分（例えば水分など）を除去するための前処理部１４と、応答特性が異なる複数（例えば１０個）のセンサ素子（ガスセンサ）１６を内部に備えたセンサセル１５と、試料ガス又は標準ガスをセンサセル１５に引き込むためのポンプ１７と、を含む。センサ素子１６は、例えば各種のガス成分に応じて抵抗値が変化する酸化物半導体センサを用いることができるが、それ以外の、導電性高分子センサや、水晶振動子やＳＡＷデバイスの表面にガス吸着膜を形成したセンサなど、他の検出手法によるセンサでもよい。
【００１９】
データ処理部２はセンサセル１５内の各センサ素子１６による検出信号を演算処理する機能を有し、後述する制御部３とともにパーソナルコンピュータを中心に構成され、該コンピュータ上で所定のプログラムを実行することによりその機能が達成される。具体的には、データ処理部２は機能ブロックとして、ベクトル演算部２１、標準ガスベクトルデータ記憶部２２、類似性指標値算出部２３、濃度算出部２４を含み、その演算結果は表示部５に出力される。また、測定部１やデータ処理部２の動作は、操作部４から与えられる指示に応じて制御部３により制御される。
【００２０】
次に、上記構成を有するガス監視装置の動作を図３のフローチャートに従って説明する。まず、基準となる標準ガスベクトルを作成するために、制御部３の制御の下に複数の標準ガスの測定を行う（ステップＳ１）。即ち、標準ガス供給部１２は所定の標準ガスを供給し、前処理部１４は切替部１３を経て導入された標準ガスを適宜希釈又は濃縮することで所定濃度に調製する。濃度が調整されたこの標準ガスはセンサセル１５に引き込まれ。センサセル１５に導入された標準ガスがセンサ素子１６に接触すると、各センサ素子１６からそれぞれ異なる検出信号が並列に出力される。データ処理部２においてベクトル演算部２１は、同一種類の標準ガスで複数の濃度のものに対しそれぞれ得られる検出信号に基づいて標準ガスベクトルを作成する（ステップＳ２）。
【００２１】
標準ガスとしてここでは、アンモニア、アミン系、アルデヒド系、芳香族系、エステル系、炭化水素系、有機酸系、硫黄系、硫化水素系のそれぞれの代表的な成分を用いるものとするが、検出対象成分が決まっている場合にはそれを標準ガスとするのがよい。
【００２２】
或る濃度の標準ガスに対して１０個のセンサ素子１６からそれぞれ１個ずつ、全部で１０個の検出信号DS1〜DS10が得られる。１０個のセンサ素子１６はそれぞれ異なる応答特性を有するため、この１０個のセンサ素子１６の出力をそれぞれ異なる方向の軸とする１０次元空間（これを１０次元センサ空間と呼ぶ）を考えることができる。全てのセンサ素子１６の出力がゼロとなる状態が１０次元センサ空間の原点である。この１０次元センサ空間において、上記１０個の検出信号は或る１個の測定点Ｕ(DS1,DS2,DS3,DS4,DS5,DS6,DS7,DS8,DS9,DS10)として位置付けることができる。
【００２３】
１０次元空間を図示するのは難しいので、ここでは理解を容易にするために、図２に示すような、第１、第２なる２個のセンサ素子の検出信号DS1,DS2により形成される２次元センサ空間で考えることとする。この２次元センサ空間内において、或る濃度の１つの標準ガスに対する第１、第２センサ素子による２個の検出信号は、或る１個の測定点(DS1,DS2)で表される。
【００２４】
同一種の標準ガスの濃度を変化させてそれぞれ測定を行うと、上記２次元センサ空間内で測定点(DS1,DS2)は移動してゆくから、濃度ゼロを原点とし、濃度が増加するに伴い移動する方向に方向性を有する１本のベクトルとして捉えることができる。これが図２中に示す標準ガスベクトルＶｒである。異なる種類の標準ガスについて同様の測定を行うと、上記標準ガスベクトルＶｒとは異なる方向に向かう標準ガスベクトルを引くことができる。つまり、標準ガスベクトルの方向はガス成分の種類に依存したものとなる。また、原点からのベクトル長はそのガス成分における濃度を表したものとなる。
【００２５】
１０次元センサ空間の場合でも上記２次元を拡張して同様に考えることができるから、上述のように９種類の標準ガスについてそれぞれ測定を行うことにより、図４に示す如く、１０次元センサ空間内に９本の異なる方向に向かう標準ガスベクトルＶｒ１〜Ｖｒ９を位置付けることができる。この９本の標準ガスベクトルＶｒ１〜Ｖｒ９を表現するデータを求め、これを標準ガスベクトルデータ記憶部２２に格納しておく。
【００２６】
上記のようにして準備が整ったならば、次に目的試料についての測定を行う（ステップＳ３）。即ち、試料ガス採取部１１により所定量の試料ガスを採取し、切替部１３を通してこの試料ガスをセンサセル１５に送り込んでセンサ素子１６から検出信号を出力させる。１０個のセンサ素子１６から得られる検出信号は、上述したように１０次元空間内で１個の測定点として位置付けられるから、ベクトル演算部２１は原点を始点としその測定点を終点とする測定ベクトルを作成する（ステップＳ４）。そして、この測定ベクトルと記憶部２２に格納されているデータに基づいて再現される標準ガスベクトルとにより、次のようにして類似性指標値と濃度とが計算される（ステップＳ５、Ｓ６）。
【００２７】
ここでも図２に示す２次元センサ空間で考えると、試料ガスの測定の結果、作成された測定ベクトルＶｓが標準ガスベクトルＶｒと近い方向を向いていれば、試料ガス中の成分はその標準ガスの成分と同種類又は近い種類であると考えることができ、逆にベクトルの向きが大きく異なっていれば、全く異なる種類又は遠い種類であると考えることができる。そこで、標準ガスベクトルＶｒと測定ベクトルＶｓとが成す角度θを用い、この角度θに基づいて類似性指標値として類似率を定める。例えば、測定ベクトルＶｓと標準ガスベクトルＶｒとが重なる（全く同じ向きである）とき（つまりθ＝０であるとき）類似率を１００％と定め、θが所定値Ａ以上である場合には類似率を０％と定める。そしてθが０〜Ａの範囲であるときに、そのθに応じて類似率を規定する。但し、この所定値Ａは標準ガスによって変えても良い。
【００２８】
類似性指標値算出部２３は上述のように測定ベクトルと９本の標準ガスベクトルのそれぞれとについて１０次元センサ空間内での角度θを求め、その値に応じて類似率を決定する。例えば図４に示すように測定ベクトルＶｓが位置付けられるとき、芳香族系の標準ガスベクトルＶｒ４、炭化水素系の標準ガスベクトルＶｒ６とに対してそれぞれ角度θ４、θ６を求め、この角度から類似率を計算する。さらに濃度算出部２４は、先に類似性があると認められた標準ガスについてのみ、その成分相当の濃度値の算出を行う。このとき、類似率が０％以外では類似性があるとしてもよいし、或いは類似率が３０％以上等、所定の値以上であるときに類似性があるとしてもよい。
【００２９】
濃度は次のようにして求めることができる。即ち、図２に示すように、測定ベクトルＶｓから標準ガスベクトルＶｒに対する正射影をとって正射影ベクトルＶｐを求める。標準ガスベクトルＶｒ上の各点と原点との長さ（ベクトル長）は濃度に対応したものとなっているため、正射影ベクトルＶｐの長さからその標準ガス成分相当の濃度値を求める。類似性が認められた各標準ガスに対して同様の演算を行うことで、１乃至複数の標準ガス成分相当の濃度値を求めることができる。例えば図４に示すように測定ベクトルＶｓが位置付けられるとき、芳香族系の標準ガスベクトルＶｒ４に対して類似性があると判断されると、標準ガスベクトルＶｒ４に対する正射影ベクトルＶｐ４が求まり、そのベクトルＶｐ４の長さから芳香族系成分相当の濃度値が算出される。
【００３０】
そして、こうして求めた各標準ガスに対する類似性指標値としての類似率と濃度値とを表示部５により出力する（ステップＳ７）。これにより、試料ガスにケミカル汚染物質が混じっていた場合に、ユーザーは類似率で以てその物質を特定し、濃度値でその濃度が問題となる程度であるか否かを即座に判断することができる。
【００３１】
上記一連の処理が終了すると、制御部３は次回測定時刻が来たか否かを判定し（ステップＳ８）、次回測定時刻が来たならばステップＳ３に戻って試料ガスの採取を行ってステップＳ３〜Ｓ７の処理を実行する。これを繰り返すことにより、例えばクリーンルーム内の空気の状態、具体的には、不所望のケミカル汚染物質が混入しているかどうか、或いはその濃度はどの程度であるのかを短い時間間隔毎にモニタすることができる。
【００３２】
次に第２発明の一実施例（第２実施例）であるガス監視装置について、図面を参照しつつ説明する。図５はこの第２実施例によるガス監視装置のブロック構成図である。上記第１実施例で説明した構成要素と同一のものには同じ符号を付して説明を省略する。第１実施例と相違するのはデータ処理部６であり、具体的にはデータ処理部６で実行される類似性指標値及び濃度の算出方法が異なるので、この点について説明する。
【００３３】
ここでも理解を容易にするために図６に示すような２個のセンサ素子の検出信号により形成される２次元センサ空間で考える。いま、標準ガスとして２種類を用意し、各標準ガスの濃度がそれぞれ３段階に相違するガスを調製する。それらガスをそれぞれ２個のセンサ素子で測定し検出信号を取得する。既に述べたように、或る１つの標準ガスに対する２個のセンサ素子の検出信号は２次元センサ空間で或る１つの測定点で位置付けられる。
【００３４】
ここで、或る１種の第１標準ガスに対する２次元センサ空間内での測定点をａ１、ａ２及びａ３とし、もう１種の第２標準ガスに対する２次元センサ空間内での測定点をｂ１、ｂ２及びｂ３とする。成分濃度が相違する３つの測定点ａ１、ａ２、ａ３、及びｂ１、ｂ２、ｂ３は２次元センサ空間内での位置が徐々にずれるから、それぞれ３つの測定点が属する又はごく近接するような標準ガス曲線Ｈ１、Ｈ２を描くことができる。もちろん、ここでは曲線としているが、実際には直線となることもある。本実施例のガス監視装置では、ピーク抽出部６１で検出信号のピークを検出して検出信号をデジタルデータに変換した後、標準ガス曲線データ演算部６２において標準ガス曲線を算出し、その曲線を表現するデータを標準ガス曲線データ記憶部６３に格納しておく。このデータは第１実施例における標準ガスベクトルデータに相当するものである。
【００３５】
具体的には、標準ガス曲線を濃度を独立変数とした関数で表すものと仮定すれば、複数の測定点に基づいた直線回帰又は多重回帰式によりその関数の係数を算出することができる。この場合、その関数の係数が標準ガス曲線を表現する（又は再現する）データとなる。
【００３６】
一方、試料ガスについて測定を行った結果も、２次元センサ空間において１つの測定点Ｐとして位置付けられる。この測定点Ｐから標準ガス曲線Ｈ１、Ｈ２までの距離が最短となる直線をそれぞれ引き、その直線と標準ガス曲線Ｈ１、Ｈ２とが交差する点Ｑ１、Ｑ２を求める。標準ガス曲線Ｈ１、Ｈ２上での各点の位置はそれぞれの標準ガス成分の濃度に対応付けられるから、点Ｑ１、Ｑ２の位置（座標）はそれぞれの標準ガス相当の或る濃度に対応している筈である。但し、測定点Ｐが標準ガス曲線Ｈ１又はＨ２上ではなく、該曲線Ｈ１、Ｈ２から離れている場合、試料ガスに対して寄与する各標準ガスの濃度は点Ｑ１、Ｑ２で示される濃度よりも低くなっており、その減衰の程度は測定点Ｐからの距離に応じて決まる。その意味において点Ｑ１、Ｑ２を濃度仮指示点と呼ぶ。
【００３７】
例えばいま、測定点Ｐ（ＤＳ１，ＤＳ２）から標準ガス曲線Ｈ１、Ｈ２までの最短距離をそれぞれｄ１、ｄ２として、次のようにして各標準ガスの濃度の減衰率βを定義する。まず、試料ガスの測定点Ｐにおける検出信号の大きさＬＳを(1)式とする。
ＬＳ＝√（ＤＳ１２＋ＤＳ２２） …(1)
そして、２種の標準ガスに対する指標値ＩＳｉ（ｉ＝１又は２）を(2)式とする。
ＩＳｉ＝ｔａｎー１（ｄｉ／ＬＳ） …(2)
さらに標準ガス曲線Ｈ１、Ｈ２をそれぞれ直線とみなし、両者の成す角度をΘとして、次の(3)式で一次元的な減衰率βを想定する。
β＝（−１／Θ）・ＩＳｉ＋１ …(3)
即ち、例えば測定点Ｐが標準ガス曲線Ｈ１上に乗っていればｄ１＝０でＩＳ１＝０となり、減衰率β＝１となる。これは濃度が全く減衰していないことを意味する。試料ガスに寄与する各標準ガス成分の濃度Ｃ’は仮濃度指示点で決まる濃度Ｃに減衰率βを乗じることで求める。即ち、次の(4)式とする。
Ｃ’＝Ｃ×β …(4)
【００３８】
図５に戻って説明すると、標準ガス曲線データ記憶部６３に格納されている各標準ガスに対応した標準ガス曲線を利用して、濃度算出部６４は試料ガスを測定した結果、１０次元センサ空間に位置づけられる測定点から上記説明した方法により各標準ガス成分の濃度を計算する。第１実施例で説明したように、一定時間間隔毎に試料ガスを採取してこれを解析処理に供することで、リアルタイムに近い状態で試料ガス中の成分濃度をモニタすることができる。
【００３９】
上記第１及び第２実施例によるガス監視装置によれば、試料ガス中に含まれる各種のガス成分の濃度を標準ガス成分相当の濃度として表示することができ、しかも短い時間間隔で以てそうした成分濃度の監視が可能であるので、例えばクリーンルーム内のケミカル物質の監視などに好適である。
【００４０】
なお、上記実施例は本発明の一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を加えても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施例（第１実施例）によるガス監視装置のブロック構成図。
【図２】第１実施例のガス監視装置におけるガス濃度算出方法の説明図。
【図３】第１実施例のガス監視装置の監視動作フローチャート。
【図４】第１実施例のガス監視装置におけるガス濃度算出方法の説明するための概念図。
【図５】第２実施例によるガス監視装置のブロック構成図。
【図６】第２実施例のガス監視装置におけるガス濃度算出方法の説明図。
【符号の説明】
【００４２】
１…測定部
１１…試料ガス採取部
１２…標準ガス供給部
１３…切替部
１４…前処理部
１５…センサセル
１６…センサ素子
１７…ポンプ
２、６…データ処理部
２１…ベクトル演算部
２２…標準ガスベクトルデータ記憶部
２３…類似性指標値算出部
２４…濃度算出部
３…制御部
４…操作部
５…表示部
６１…ピーク抽出部
６２…標準ガス曲線データ演算部
６３…標準ガス曲線データ記憶部
６４…濃度算出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体製造プロセス等のためのクリーンルームや実験室などでのケミカル汚染物質をモニタリングするのに好適なガス監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造プロセス、液晶デバイス製造プロセス等における微細化の進展に伴って、塵埃等の物理的な汚染のみならず、空気中の分子、原子、イオンによる汚染、いわゆるケミカル汚染が問題になっている。ケミカル汚染には外部から持ち込まれるものとクリーンルーム内部で発生するものとがあるが、いずれにしても発生原因を特定したり対策を施したりするためには、常時、クリーンルーム内のケミカル汚染物質の濃度をモニタリングする必要がある。
【０００３】
従来、上記目的の装置として、アンモニアガスや酸性ガスを検出するクリーンガスモニタが知られている。例えば非特許文献１に記載の装置では、拡散スクラバ方式により大気中のガス成分を捕集し、これをイオンクロマトグラフに供することで成分分離して検出する構成を有している。また、イオンクロマトグラフに代えてガスクロマトグラフを用いた装置も知られている。しかしながら、一般にこうしたクロマトグラフによる成分分離には時間が掛かるため、測定周期を或る程度長くせざるをえない。ちなみに、非特許文献１に記載の装置では、最小測定周期は３５分となっている。
【０００４】
測定周期が長くなると監視のリアルタイム性に欠け、またケミカル汚染物質の急な濃度変化を検出することができない。そのため、その結果を利用したケミカル汚染の原因の特定が困難になる場合がある。また、その監視結果によって例えば排気能力を上げる等の対策をとる場合に、検出が遅れることを考慮して許容濃度よりもかなり低い閾値を設定しておき、その閾値を越えた場合にケミカル汚染物質濃度が許容濃度を越える可能性があると判断して上記対策を実行する必要があり、実際には不必要な場合でも上記対策が実行されるという無駄が避けられない。こうしたことから、よりリアルタイム性に富んだケミカル汚染物質の監視が行える装置が要望されている。
【０００５】
本願出願人は、これまで、或る物質や大気中のにおいをその質と強さの観点から捉えて数値化する装置を開発している（例えば、特許文献１、２など参照）。この装置では、必ずしもにおいの原因物質（成分）が明確に分かっていなくても、そのにおいを的確に表現することができる。しかしながら、こうした装置は、そもそも従来人間が行っていたにおいの識別作業と同等の処理を行うことを意図しているため、人間が感じる濃度（嗅覚閾値）を考慮した臭気指数相当値でにおいの強度を表現している。そのため、濃度が嗅覚閾値に達しないような成分は無視されてしまい、上記のような目的のためのガス監視装置としては使用することができなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３１５２９８号公報
【特許文献２】特開２００４−９３３３６号公報
【非特許文献１】「クリーンルームガスモニタCM501/CM502/CM505」、[online]、横河電機株式会社、[平成１８年１１月２日検索]、インターネット＜URL :http://www.yokogawa.co.jp/an/cm/an-cm-001ja.htm＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はかかる課題を解決するために成されたものであり、その主たる目的とするところは、低濃度の成分も確実に検知するとともに短い周期でリアルタイム性の高い汚染物質監視を行うことができるガス監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために成された第１発明に係るガス監視装置は、
a)所定時間間隔又は所定のタイミング毎に監視対象の試料ガスを所定量採取する試料採取手段と、
b)互いに異なる応答特性を有するｍ（ｍは２以上の整数）個のガスセンサと、
c)前記ｍ個のガスセンサによる検出出力で形成されるｍ次元空間において、既知のｎ種類（ｎは２以上の整数）の標準ガスについてそれぞれ濃度を変えて得られる測定結果に基づいてｎ本の標準ガスベクトルを作成し、これを表現するデータを記憶しておく標準データ取得手段と、
d)前記試料採取手段により採取された試料ガスに対する前記ガスセンサの検出出力に基づいて前記ｍ次元空間内に位置付けられる測定ベクトルと前記標準データ取得手段により形成される標準ガスベクトルとが成す角度を求め、該角度に基づいて試料ガスの各標準ガスに対する類似性を示す指標値を算出する類似性指標値算出手段と、
e)少なくとも前記類似性を示す指標値に基づいて類似性が認められる標準ガスベクトルに対し、試料ガスの測定ベクトルの正射影をとって該正射影ベクトルの長さからその標準ガスベクトル成分に対するガス濃度を算出するガス濃度算出手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００９】
また上記課題を解決するために成された第２発明に係るガス監視装置は、
a)所定時間間隔又は所定のタイミング毎に監視対象の試料ガスを所定量採取する試料採取手段と、
b)互いに異なる応答特性を有するｍ（ｍは２以上の整数）個のガスセンサと、
c)前記ｍ個のガスセンサによる検出出力で形成されるｍ次元空間において、既知のｎ種類（ｎは２以上の整数）の標準ガスについてそれぞれ濃度を変えて得られる測定結果に基づいてｎ本の標準ガス曲線を作成し、これを表現するデータを記憶しておく標準データ取得手段と、
d)前記試料採取手段により採取された試料ガスに対する前記ガスセンサの検出出力に基づいて前記ｍ次元空間内に位置付けられる測定点から前記標準データ取得手段により形成される標準ガス曲線上の濃度仮指示点を求め、該濃度仮指示点の空間内位置に基づいてその標準ガス成分に対するガス濃度を算出するガス濃度算出手段と、
e)前記濃度仮指示点の空間内位置、及び、該濃度仮指示点と前記測定点との空間内での近さ度合を示す値に基づいて、試料ガスのその標準ガスに対する類似性を示す指標値を算出する類似性指標値算出手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１０】
なお、この第２発明に係るガス監視装置において、ガス濃度算出手段は、前記測定点と前記標準ガス曲線との距離が最短となるように該曲線上の濃度仮指示点を求め、類似性指標値算出手段は、該濃度仮指示点の空間内位置に基づいて求まる濃度を、該濃度仮指示点と測定点との間の距離、又は標準ガスと試料ガスとが濃度に対して直線性を持つとみなしたときの両者の成す角度に応じて減衰させ、その減衰した濃度を試料ガスに対する当該標準ガスの寄与であるとみなして前記濃度仮指示点に基づいて求まるガス濃度を修正する構成とすることができる。
【００１１】
ｍ個のガスセンサの検出出力で構成されるｍ次元空間を考えると、或る１種の所定濃度の標準ガスをｍ個のガスセンサで測定して得られた結果は、上記ｍ次元空間内において１つの測定点で表される。この標準ガスの濃度を変化させると、濃度ゼロを原点としてその濃度変化に伴ってｍ次元空間内での測定点は或る方向に移動するから、その点を繋ぐ１本の曲線（直線となる場合もある）を考えることができるし、或いは濃度増加に従った曲線の方向性を考慮すれば該曲線はベクトルとみなすこともできる。複数の標準ガスの種類毎にｍ次元空間内でその曲線（又はベクトル）の延伸方向が異なり、また該曲線上の位置（原点からの距離）は濃度を表すことになる。
【００１２】
第１発明に係るガス監視装置では、標準データ取得手段は各基準ガス毎に１本ずつ上記のようなベクトルつまり標準ガスベクトルを作成し、このベクトルを表現するデータを記憶しておく。一方、目的とする試料ガスをｍ個のガスセンサで測定した結果に基づいて、ｍ次元空間内で原点からその測定点に向かう測定ベクトルを作成することができる。そこで類似性指標値算出手段は、この測定ベクトルと各標準ガスベクトルとの成す角度をそれぞれ求め、例えば角度がゼロ、即ち、両ベクトルが重なっている（同方向を向いている）場合には類似性が１００％、角度が所定値以上である場合には類似性が０％であるとし類似性指標値を算出する。そして、ガス濃度算出手段は、類似性が全く認められない標準ガスは無視し、類似性が認められる標準ガスのベクトルに対し測定ベクトルの正射影をとり、その長さから該標準ガスに対するガス濃度を求める。こうして算出したガス濃度と類似性指標値とを表示することにより、ユーザーは例えば試料ガスに含まれるケミカル汚染物質の濃度を知ることができる。
【００１３】
また第２発明に係るガス監視装置では、標準データ取得手段は各基準ガス毎に１本ずつ上記のような標準ガス曲線を作成し、この曲線を表現するデータを記憶しておく。ガス濃度算出手段は、目的とする試料ガスをｍ個のガスセンサで測定した結果に基づいてｍ次元空間内に位置付けられる測定点と各標準ガス曲線との位置関係から該曲線上に濃度仮指示点を求め、その指示点の位置に基づいて該標準ガスに対するガス濃度を求める。また類似性指標値算出手段は、測定点と濃度仮指示点との近さ／遠さ度合いを示す値に基づいて類似性指標値を求める。
【００１４】
このまま求めたガス濃度と類似性指標値を表示するようにしてもよいが、さらにそのガス濃度を、濃度仮指示点と測定点との間の距離、又は標準ガスと試料ガスとが濃度に対して直線性を持つとみなしたときの両者の成す角度に応じて減衰させ、その減衰した濃度を試料ガスに対する当該標準ガスの寄与であるとみなして修正すれば、より分かり易いガス濃度値を出力することができる。
【発明の効果】
【００１５】
第１及び第２発明に係るガス監視装置によれば、クロマトグラフによる成分分離を行うことなく試料ガスに混入しているケミカル汚染物質等の目的ガス成分のガス濃度が得られるため、試料ガス採取から結果が得られるまでの時間が短く、短い時間間隔で繰り返しガス成分の監視を行うことができる。これにより、リアルタイムに近い状態の監視が可能であるため、ケミカル汚染物質濃度の急上昇なども的確に把握して適切な対処を採ることができる。
【００１６】
なお、監視対象のガスの種類が既知である又は決まっている場合には、そのガスを標準ガスとするのが望ましいが、標準ガスとして代表的なもの、例えばエステル系、芳香族系、アミン系、アルデヒド系、炭化水素系などを幾つか選んでおけば、実用的に問題となる各種のケミカル汚染物質のガス濃度を実用上十分な精度で求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
第１発明の一実施例（第１実施例）であるガス監視装置について、図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例によるガス監視装置のブロック構成図である。
【００１８】
このガス監視装置は、測定部１として、目的試料ガス（例えばクリーンルーム内の大気）を吸引するための試料ガス採取部１１と、予め定められた複数の標準ガスを供給する標準ガス供給部１２と、試料ガスと標準ガスとを切り替える切替部１３と、吸引されたガスを濃縮又は希釈したり不所望の成分（例えば水分など）を除去するための前処理部１４と、応答特性が異なる複数（例えば１０個）のセンサ素子（ガスセンサ）１６を内部に備えたセンサセル１５と、試料ガス又は標準ガスをセンサセル１５に引き込むためのポンプ１７と、を含む。センサ素子１６は、例えば各種のガス成分に応じて抵抗値が変化する酸化物半導体センサを用いることができるが、それ以外の、導電性高分子センサや、水晶振動子やＳＡＷデバイスの表面にガス吸着膜を形成したセンサなど、他の検出手法によるセンサでもよい。
【００１９】
データ処理部２はセンサセル１５内の各センサ素子１６による検出信号を演算処理する機能を有し、後述する制御部３とともにパーソナルコンピュータを中心に構成され、該コンピュータ上で所定のプログラムを実行することによりその機能が達成される。具体的には、データ処理部２は機能ブロックとして、ベクトル演算部２１、標準ガスベクトルデータ記憶部２２、類似性指標値算出部２３、濃度算出部２４を含み、その演算結果は表示部５に出力される。また、測定部１やデータ処理部２の動作は、操作部４から与えられる指示に応じて制御部３により制御される。
【００２０】
次に、上記構成を有するガス監視装置の動作を図３のフローチャートに従って説明する。まず、基準となる標準ガスベクトルを作成するために、制御部３の制御の下に複数の標準ガスの測定を行う（ステップＳ１）。即ち、標準ガス供給部１２は所定の標準ガスを供給し、前処理部１４は切替部１３を経て導入された標準ガスを適宜希釈又は濃縮することで所定濃度に調製する。濃度が調整されたこの標準ガスはセンサセル１５に引き込まれ。センサセル１５に導入された標準ガスがセンサ素子１６に接触すると、各センサ素子１６からそれぞれ異なる検出信号が並列に出力される。データ処理部２においてベクトル演算部２１は、同一種類の標準ガスで複数の濃度のものに対しそれぞれ得られる検出信号に基づいて標準ガスベクトルを作成する（ステップＳ２）。
【００２１】
標準ガスとしてここでは、アンモニア、アミン系、アルデヒド系、芳香族系、エステル系、炭化水素系、有機酸系、硫黄系、硫化水素系のそれぞれの代表的な成分を用いるものとするが、検出対象成分が決まっている場合にはそれを標準ガスとするのがよい。
【００２２】
或る濃度の標準ガスに対して１０個のセンサ素子１６からそれぞれ１個ずつ、全部で１０個の検出信号DS1〜DS10が得られる。１０個のセンサ素子１６はそれぞれ異なる応答特性を有するため、この１０個のセンサ素子１６の出力をそれぞれ異なる方向の軸とする１０次元空間（これを１０次元センサ空間と呼ぶ）を考えることができる。全てのセンサ素子１６の出力がゼロとなる状態が１０次元センサ空間の原点である。この１０次元センサ空間において、上記１０個の検出信号は或る１個の測定点Ｕ(DS1,DS2,DS3,DS4,DS5,DS6,DS7,DS8,DS9,DS10)として位置付けることができる。
【００２３】
１０次元空間を図示するのは難しいので、ここでは理解を容易にするために、図２に示すような、第１、第２なる２個のセンサ素子の検出信号DS1,DS2により形成される２次元センサ空間で考えることとする。この２次元センサ空間内において、或る濃度の１つの標準ガスに対する第１、第２センサ素子による２個の検出信号は、或る１個の測定点(DS1,DS2)で表される。
【００２４】
同一種の標準ガスの濃度を変化させてそれぞれ測定を行うと、上記２次元センサ空間内で測定点(DS1,DS2)は移動してゆくから、濃度ゼロを原点とし、濃度が増加するに伴い移動する方向に方向性を有する１本のベクトルとして捉えることができる。これが図２中に示す標準ガスベクトルＶｒである。異なる種類の標準ガスについて同様の測定を行うと、上記標準ガスベクトルＶｒとは異なる方向に向かう標準ガスベクトルを引くことができる。つまり、標準ガスベクトルの方向はガス成分の種類に依存したものとなる。また、原点からのベクトル長はそのガス成分における濃度を表したものとなる。
【００２５】
１０次元センサ空間の場合でも上記２次元を拡張して同様に考えることができるから、上述のように９種類の標準ガスについてそれぞれ測定を行うことにより、図４に示す如く、１０次元センサ空間内に９本の異なる方向に向かう標準ガスベクトルＶｒ１〜Ｖｒ９を位置付けることができる。この９本の標準ガスベクトルＶｒ１〜Ｖｒ９を表現するデータを求め、これを標準ガスベクトルデータ記憶部２２に格納しておく。
【００２６】
上記のようにして準備が整ったならば、次に目的試料についての測定を行う（ステップＳ３）。即ち、試料ガス採取部１１により所定量の試料ガスを採取し、切替部１３を通してこの試料ガスをセンサセル１５に送り込んでセンサ素子１６から検出信号を出力させる。１０個のセンサ素子１６から得られる検出信号は、上述したように１０次元空間内で１個の測定点として位置付けられるから、ベクトル演算部２１は原点を始点としその測定点を終点とする測定ベクトルを作成する（ステップＳ４）。そして、この測定ベクトルと記憶部２２に格納されているデータに基づいて再現される標準ガスベクトルとにより、次のようにして類似性指標値と濃度とが計算される（ステップＳ５、Ｓ６）。
【００２７】
ここでも図２に示す２次元センサ空間で考えると、試料ガスの測定の結果、作成された測定ベクトルＶｓが標準ガスベクトルＶｒと近い方向を向いていれば、試料ガス中の成分はその標準ガスの成分と同種類又は近い種類であると考えることができ、逆にベクトルの向きが大きく異なっていれば、全く異なる種類又は遠い種類であると考えることができる。そこで、標準ガスベクトルＶｒと測定ベクトルＶｓとが成す角度θを用い、この角度θに基づいて類似性指標値として類似率を定める。例えば、測定ベクトルＶｓと標準ガスベクトルＶｒとが重なる（全く同じ向きである）とき（つまりθ＝０であるとき）類似率を１００％と定め、θが所定値Ａ以上である場合には類似率を０％と定める。そしてθが０〜Ａの範囲であるときに、そのθに応じて類似率を規定する。但し、この所定値Ａは標準ガスによって変えても良い。
【００２８】
類似性指標値算出部２３は上述のように測定ベクトルと９本の標準ガスベクトルのそれぞれとについて１０次元センサ空間内での角度θを求め、その値に応じて類似率を決定する。例えば図４に示すように測定ベクトルＶｓが位置付けられるとき、芳香族系の標準ガスベクトルＶｒ４、炭化水素系の標準ガスベクトルＶｒ６とに対してそれぞれ角度θ４、θ６を求め、この角度から類似率を計算する。さらに濃度算出部２４は、先に類似性があると認められた標準ガスについてのみ、その成分相当の濃度値の算出を行う。このとき、類似率が０％以外では類似性があるとしてもよいし、或いは類似率が３０％以上等、所定の値以上であるときに類似性があるとしてもよい。
【００２９】
濃度は次のようにして求めることができる。即ち、図２に示すように、測定ベクトルＶｓから標準ガスベクトルＶｒに対する正射影をとって正射影ベクトルＶｐを求める。標準ガスベクトルＶｒ上の各点と原点との長さ（ベクトル長）は濃度に対応したものとなっているため、正射影ベクトルＶｐの長さからその標準ガス成分相当の濃度値を求める。類似性が認められた各標準ガスに対して同様の演算を行うことで、１乃至複数の標準ガス成分相当の濃度値を求めることができる。例えば図４に示すように測定ベクトルＶｓが位置付けられるとき、芳香族系の標準ガスベクトルＶｒ４に対して類似性があると判断されると、標準ガスベクトルＶｒ４に対する正射影ベクトルＶｐ４が求まり、そのベクトルＶｐ４の長さから芳香族系成分相当の濃度値が算出される。
【００３０】
そして、こうして求めた各標準ガスに対する類似性指標値としての類似率と濃度値とを表示部５により出力する（ステップＳ７）。これにより、試料ガスにケミカル汚染物質が混じっていた場合に、ユーザーは類似率で以てその物質を特定し、濃度値でその濃度が問題となる程度であるか否かを即座に判断することができる。
【００３１】
上記一連の処理が終了すると、制御部３は次回測定時刻が来たか否かを判定し（ステップＳ８）、次回測定時刻が来たならばステップＳ３に戻って試料ガスの採取を行ってステップＳ３〜Ｓ７の処理を実行する。これを繰り返すことにより、例えばクリーンルーム内の空気の状態、具体的には、不所望のケミカル汚染物質が混入しているかどうか、或いはその濃度はどの程度であるのかを短い時間間隔毎にモニタすることができる。
【００３２】
次に第２発明の一実施例（第２実施例）であるガス監視装置について、図面を参照しつつ説明する。図５はこの第２実施例によるガス監視装置のブロック構成図である。上記第１実施例で説明した構成要素と同一のものには同じ符号を付して説明を省略する。第１実施例と相違するのはデータ処理部６であり、具体的にはデータ処理部６で実行される類似性指標値及び濃度の算出方法が異なるので、この点について説明する。
【００３３】
ここでも理解を容易にするために図６に示すような２個のセンサ素子の検出信号により形成される２次元センサ空間で考える。いま、標準ガスとして２種類を用意し、各標準ガスの濃度がそれぞれ３段階に相違するガスを調製する。それらガスをそれぞれ２個のセンサ素子で測定し検出信号を取得する。既に述べたように、或る１つの標準ガスに対する２個のセンサ素子の検出信号は２次元センサ空間で或る１つの測定点で位置付けられる。
【００３４】
ここで、或る１種の第１標準ガスに対する２次元センサ空間内での測定点をａ１、ａ２及びａ３とし、もう１種の第２標準ガスに対する２次元センサ空間内での測定点をｂ１、ｂ２及びｂ３とする。成分濃度が相違する３つの測定点ａ１、ａ２、ａ３、及びｂ１、ｂ２、ｂ３は２次元センサ空間内での位置が徐々にずれるから、それぞれ３つの測定点が属する又はごく近接するような標準ガス曲線Ｈ１、Ｈ２を描くことができる。もちろん、ここでは曲線としているが、実際には直線となることもある。本実施例のガス監視装置では、ピーク抽出部６１で検出信号のピークを検出して検出信号をデジタルデータに変換した後、標準ガス曲線データ演算部６２において標準ガス曲線を算出し、その曲線を表現するデータを標準ガス曲線データ記憶部６３に格納しておく。このデータは第１実施例における標準ガスベクトルデータに相当するものである。
【００３５】
具体的には、標準ガス曲線を濃度を独立変数とした関数で表すものと仮定すれば、複数の測定点に基づいた直線回帰又は多重回帰式によりその関数の係数を算出することができる。この場合、その関数の係数が標準ガス曲線を表現する（又は再現する）データとなる。
【００３６】
一方、試料ガスについて測定を行った結果も、２次元センサ空間において１つの測定点Ｐとして位置付けられる。この測定点Ｐから標準ガス曲線Ｈ１、Ｈ２までの距離が最短となる直線をそれぞれ引き、その直線と標準ガス曲線Ｈ１、Ｈ２とが交差する点Ｑ１、Ｑ２を求める。標準ガス曲線Ｈ１、Ｈ２上での各点の位置はそれぞれの標準ガス成分の濃度に対応付けられるから、点Ｑ１、Ｑ２の位置（座標）はそれぞれの標準ガス相当の或る濃度に対応している筈である。但し、測定点Ｐが標準ガス曲線Ｈ１又はＨ２上ではなく、該曲線Ｈ１、Ｈ２から離れている場合、試料ガスに対して寄与する各標準ガスの濃度は点Ｑ１、Ｑ２で示される濃度よりも低くなっており、その減衰の程度は測定点Ｐからの距離に応じて決まる。その意味において点Ｑ１、Ｑ２を濃度仮指示点と呼ぶ。
【００３７】
例えばいま、測定点Ｐ（ＤＳ１，ＤＳ２）から標準ガス曲線Ｈ１、Ｈ２までの最短距離をそれぞれｄ１、ｄ２として、次のようにして各標準ガスの濃度の減衰率βを定義する。まず、試料ガスの測定点Ｐにおける検出信号の大きさＬＳを(1)式とする。
ＬＳ＝√（ＤＳ１２＋ＤＳ２２） …(1)
そして、２種の標準ガスに対する指標値ＩＳｉ（ｉ＝１又は２）を(2)式とする。
ＩＳｉ＝ｔａｎー１（ｄｉ／ＬＳ） …(2)
さらに標準ガス曲線Ｈ１、Ｈ２をそれぞれ直線とみなし、両者の成す角度をΘとして、次の(3)式で一次元的な減衰率βを想定する。
β＝（−１／Θ）・ＩＳｉ＋１ …(3)
即ち、例えば測定点Ｐが標準ガス曲線Ｈ１上に乗っていればｄ１＝０でＩＳ１＝０となり、減衰率β＝１となる。これは濃度が全く減衰していないことを意味する。試料ガスに寄与する各標準ガス成分の濃度Ｃ’は仮濃度指示点で決まる濃度Ｃに減衰率βを乗じることで求める。即ち、次の(4)式とする。
Ｃ’＝Ｃ×β …(4)
【００３８】
図５に戻って説明すると、標準ガス曲線データ記憶部６３に格納されている各標準ガスに対応した標準ガス曲線を利用して、濃度算出部６４は試料ガスを測定した結果、１０次元センサ空間に位置づけられる測定点から上記説明した方法により各標準ガス成分の濃度を計算する。第１実施例で説明したように、一定時間間隔毎に試料ガスを採取してこれを解析処理に供することで、リアルタイムに近い状態で試料ガス中の成分濃度をモニタすることができる。
【００３９】
上記第１及び第２実施例によるガス監視装置によれば、試料ガス中に含まれる各種のガス成分の濃度を標準ガス成分相当の濃度として表示することができ、しかも短い時間間隔で以てそうした成分濃度の監視が可能であるので、例えばクリーンルーム内のケミカル物質の監視などに好適である。
【００４０】
なお、上記実施例は本発明の一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を加えても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施例（第１実施例）によるガス監視装置のブロック構成図。
【図２】第１実施例のガス監視装置におけるガス濃度算出方法の説明図。
【図３】第１実施例のガス監視装置の監視動作フローチャート。
【図４】第１実施例のガス監視装置におけるガス濃度算出方法の説明するための概念図。
【図５】第２実施例によるガス監視装置のブロック構成図。
【図６】第２実施例のガス監視装置におけるガス濃度算出方法の説明図。
【符号の説明】
【００４２】
１…測定部
１１…試料ガス採取部
１２…標準ガス供給部
１３…切替部
１４…前処理部
１５…センサセル
１６…センサ素子
１７…ポンプ
２、６…データ処理部
２１…ベクトル演算部
２２…標準ガスベクトルデータ記憶部
２３…類似性指標値算出部
２４…濃度算出部
３…制御部
４…操作部
５…表示部
６１…ピーク抽出部
６２…標準ガス曲線データ演算部
６３…標準ガス曲線データ記憶部
６４…濃度算出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a)所定時間間隔又は所定のタイミング毎に監視対象の試料ガスを所定量採取する試料採取手段と、
b)互いに異なる応答特性を有するｍ（ｍは２以上の整数）個のガスセンサと、
c)前記ｍ個のガスセンサによる検出出力で形成されるｍ次元空間において、既知のｎ種類（ｎは２以上の整数）の標準ガスについてそれぞれ濃度を変えて得られる測定結果に基づいてｎ本の標準ガスベクトルを作成し、これを表現するデータを記憶しておく標準データ取得手段と、
d)前記試料採取手段により採取された試料ガスに対する前記ガスセンサの検出出力に基づいて前記ｍ次元空間内に位置付けられる測定ベクトルと前記標準データ取得手段により形成される標準ガスベクトルとが成す角度を求め、該角度に基づいて試料ガスの各標準ガスに対する類似性を示す指標値を算出する類似性指標値算出手段と、
e)少なくとも前記類似性を示す指標値に基づいて類似性が認められる標準ガスベクトルに対し、試料ガスの測定ベクトルの正射影をとって該正射影ベクトルの長さからその標準ガス成分に対するガス濃度を算出するガス濃度算出手段と、
を備えることを特徴とするガス監視装置。
【請求項２】
a)所定時間間隔又は所定のタイミング毎に監視対象の試料ガスを所定量採取する試料採取手段と、
b)互いに異なる応答特性を有するｍ（ｍは２以上の整数）個のガスセンサと、
c)前記ｍ個のガスセンサによる検出出力で形成されるｍ次元空間において、既知のｎ種類（ｎは２以上の整数）の標準ガスについてそれぞれ濃度を変えて得られる測定結果に基づいてｎ本の標準ガス曲線を作成し、これを表現するデータを記憶しておく標準データ取得手段と、
d)前記試料採取手段により採取された試料ガスに対する前記ガスセンサの検出出力に基づいて前記ｍ次元空間内に位置付けられる測定点から前記標準データ取得手段により形成される標準ガス曲線上の濃度仮指示点を求め、該濃度仮指示点の空間内位置に基づいてその標準ガス成分に対するガス濃度を算出するガス濃度算出手段と、
e)前記濃度仮指示点の空間内位置、及び、該濃度仮指示点と前記測定点との空間内での近さ度合を示す値に基づいて、試料ガスのその標準ガスに対する類似性を示す指標値を算出する類似性指標値算出手段と、
を備えることを特徴とするガス監視装置。
【請求項３】
前記ガス濃度算出手段は、前記測定点と前記標準ガス曲線との距離が最短となるように該曲線上の濃度仮指示点を求め、前記類似性指標値算出手段は、該濃度仮指示点の空間内位置に基づいて求まる濃度を、該濃度仮指示点と測定点との間の距離、又は標準ガスと試料ガスとが濃度に対して直線性を持つとみなしたときの両者の成す角度に応じて減衰させ、その減衰した濃度を試料ガスに対する当該標準ガスの寄与であるとみなして前記濃度仮指示点に基づいて求まるガス濃度を修正すること特徴とする請求項２に記載のガス監視装置。
【請求項１】
a)所定時間間隔又は所定のタイミング毎に監視対象の試料ガスを所定量採取する試料採取手段と、
b)互いに異なる応答特性を有するｍ（ｍは２以上の整数）個のガスセンサと、
c)前記ｍ個のガスセンサによる検出出力で形成されるｍ次元空間において、既知のｎ種類（ｎは２以上の整数）の標準ガスについてそれぞれ濃度を変えて得られる測定結果に基づいてｎ本の標準ガスベクトルを作成し、これを表現するデータを記憶しておく標準データ取得手段と、
d)前記試料採取手段により採取された試料ガスに対する前記ガスセンサの検出出力に基づいて前記ｍ次元空間内に位置付けられる測定ベクトルと前記標準データ取得手段により形成される標準ガスベクトルとが成す角度を求め、該角度に基づいて試料ガスの各標準ガスに対する類似性を示す指標値を算出する類似性指標値算出手段と、
e)少なくとも前記類似性を示す指標値に基づいて類似性が認められる標準ガスベクトルに対し、試料ガスの測定ベクトルの正射影をとって該正射影ベクトルの長さからその標準ガス成分に対するガス濃度を算出するガス濃度算出手段と、
を備えることを特徴とするガス監視装置。
【請求項２】
a)所定時間間隔又は所定のタイミング毎に監視対象の試料ガスを所定量採取する試料採取手段と、
b)互いに異なる応答特性を有するｍ（ｍは２以上の整数）個のガスセンサと、
c)前記ｍ個のガスセンサによる検出出力で形成されるｍ次元空間において、既知のｎ種類（ｎは２以上の整数）の標準ガスについてそれぞれ濃度を変えて得られる測定結果に基づいてｎ本の標準ガス曲線を作成し、これを表現するデータを記憶しておく標準データ取得手段と、
d)前記試料採取手段により採取された試料ガスに対する前記ガスセンサの検出出力に基づいて前記ｍ次元空間内に位置付けられる測定点から前記標準データ取得手段により形成される標準ガス曲線上の濃度仮指示点を求め、該濃度仮指示点の空間内位置に基づいてその標準ガス成分に対するガス濃度を算出するガス濃度算出手段と、
e)前記濃度仮指示点の空間内位置、及び、該濃度仮指示点と前記測定点との空間内での近さ度合を示す値に基づいて、試料ガスのその標準ガスに対する類似性を示す指標値を算出する類似性指標値算出手段と、
を備えることを特徴とするガス監視装置。
【請求項３】
前記ガス濃度算出手段は、前記測定点と前記標準ガス曲線との距離が最短となるように該曲線上の濃度仮指示点を求め、前記類似性指標値算出手段は、該濃度仮指示点の空間内位置に基づいて求まる濃度を、該濃度仮指示点と測定点との間の距離、又は標準ガスと試料ガスとが濃度に対して直線性を持つとみなしたときの両者の成す角度に応じて減衰させ、その減衰した濃度を試料ガスに対する当該標準ガスの寄与であるとみなして前記濃度仮指示点に基づいて求まるガス濃度を修正すること特徴とする請求項２に記載のガス監視装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１１６２８９（Ｐ２００８−１１６２８９Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９８９７６（Ｐ２００６−２９８９７６）
【出願日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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