JP2008032694A

JP2008032694A - 油種識別方法及び油種識別器

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Publication number: JP2008032694A
Application number: JP2007163832A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Arakawa; 智荒川
Original assignee: DKK TOA Corp
Current assignee: DKK TOA Corp
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2008-02-14
Also published as: CN101467025A; US20090279072A1; WO2008004477A1; CN101467025B; EP2037254A1; US7659512B2; CA2656387A1

Abstract

【課題】油中に遮光成分が存在する場合でも油種を正確に識別し、混合油に対する誤識別を未然に防止可能な油種識別方法及び油種識別器を提供する。
【解決手段】近赤外光の透過スペクトルを測定するステップＳ１と、透過スペクトルを吸光度スペクトルに変換するステップＳ２と、所定の化学結合の各帰属波長の近傍に存在する２波長の吸光度の差を０．０と比較してガソリン類／非ガソリン類を識別する第１の識別ステップＳ３と、吸光度の１次微分スペクトルを求めるステップＳ４と、所定の化学結合による各帰属波長の近傍に存在する少なくとも４波長の吸光度の１次微分値に係数を乗算し、更に定数を加算した値を０．０と比較してレギュラー／ハイオクタンガソリンを識別する第２の識別ステップＳ５と、所定の化学結合の各帰属波長の近傍に存在する２波長の吸光度の差を０．０と比較して灯油／軽油を識別する第３の識別ステップＳ６と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばパイプラインや油槽所において、異種の油を時系列的に輸送したり別々のタンクに仕分けして貯蔵する場合に用いられる油種識別方法、及び、この方法を実施するための油種識別器に関し、近赤外光を用いてレギュラーガソリン、ハイオクタンガソリン、灯油、軽油の油種を識別する油種識別方法及び油種識別器に関するものである。

この種の油種識別方法としては、音波を用いる識別方法や、紫外線の特定波長の吸光度を用いる識別方法が知られている。
しかし、音波を用いる方法ではレギュラーガソリン、ハイオクタンガソリンの識別が難しく、音速に温度依存性がある等の問題がある。また、紫外線の特定波長の吸光度を用いる方法では、例えばガソリンの吸光度がメーカーごとに異なるため汎用性に劣ると共に、光源の電源として高電圧電源が必要であるため、防爆構造とするには光源をセンサ部から離して設置しなくてはならず、識別装置が大型化する等の問題がある。

そこで、これらの問題を解決可能な油種識別方法として、近赤外光の吸光度を測定する方法が、例えば特許文献１に記載されている。
この特許文献１に記載された油種識別方法は、油の吸光度または透過光出力を近赤外領域の１波長または複数波長の光で測定し、１波長で得られた吸光度または透過光出力の値または複数波長で得られた吸光度または透過光出力を演算処理した値を、それらの基準値と比較して油種を識別するものである。
ここで、前記１波長は約９２５〜９４０〔ｎｍ〕または約１２１０〜１２４０〔ｎｍ〕とするか、あるいは、約９３０〔ｎｍ〕の第１波長と約９６０〜１０００〔ｎｍ〕の第２波長との２波長、約１２１０〔ｎｍ〕の第１波長と約１１５０〜１２００〔ｎｍ〕の第２波長との２波長、または、約１２２０〔ｎｍ〕の第１波長と約１２４０〜１４００〔ｎｍ〕の第２波長との２波長とすることが望ましいとされている。

上記特許文献１に係る油種識別方法によれば、レギュラーガソリン、ハイオクタンガソリンの識別も可能であり、温度の影響もないばかりか、小電力電源及びセンサを使用可能なことから防爆構造の実現も比較的容易である。

特開平７−２９４４２８号公報（請求項１〜３等）

しかしながら、特許文献１に記載された識別方法では、油中に気泡や水、鉄粉のように透過光を遮る成分（以下、遮光成分という）が存在すると、センサへの入射光に誤差を生じ、油種を正確に識別できないという問題があった。
一方、パイプラインや油槽所において、輸送される油の種類が切り換わる場合には、その切換前後で２種類の油が混合してしまう事態が発生するが、この場合、混合される油種によっては、混合油の吸光度が単一油種の吸光度と極めて類似する場合があり、油種を誤識別する原因となっていた。

そこで本発明の解決課題は、油中に遮光成分が存在する場合でも油種を正確に識別可能とし、更に、複数種の油が混合している場合の誤識別を未然に防止することができる油種識別方法及び油種識別器を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る油種識別方法は、識別対象の油であるサンプルに近赤外光を照射し、近赤外光の特定波長の吸光度を測定して前記サンプルの油種を識別する油種識別方法において、
前記サンプルを透過した近赤外光の透過スペクトルを測定するスペクトル測定ステップと、
前記透過スペクトルを吸光度スペクトルに変換するスペクトル変換ステップと、
所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する２波長の吸光度差を求め、この吸光度差を第１の基準値と比較して前記サンプルがガソリン類であるか否かを識別する第１の識別ステップと、
第１の識別ステップにより、前記サンプルをガソリン類と識別した場合に、吸光度を１次微分スペクトルに変換する１次微分ステップと、
所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する少なくとも４波長の吸光度の１次微分値に係数をそれぞれ乗算した値の加算値に更に定数を加算して得た値を、第２の基準値と比較して前記サンプルがレギュラーガソリンであるかハイオクタンガソリンであるかを識別する第２の識別ステップと、
第１の識別ステップにより、前記サンプルをガソリン類でないと識別した場合に、所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する２波長の吸光度差を求め、この吸光度差を第３の基準値と比較して前記サンプルが灯油であるか軽油であるかを識別する第３の識別ステップと、を有するものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載した油種識別方法において、
第２の識別ステップにおける前記帰属波長が、８７５〔ｎｍ〕，９２８〔ｎｍ〕，９３４〔ｎｍ〕及び／または９３８〔ｎｍ〕であることを特徴とする。
更に、請求項３に係る発明は、請求項１に記載した油種識別方法において、
第２の識別ステップにおける前記帰属波長が、８７５〔ｎｍ〕，９２８〔ｎｍ〕，９３４〔ｎｍ〕及び／または９３８〔ｎｍ〕，９７０〔ｎｍ〕であることを特徴とする

請求項４に係る油種識別方法は、識別対象の油であるサンプルに近赤外光を照射し、近赤外光の特定波長の吸光度を測定して前記サンプルの油種を識別する油種識別方法において、
前記サンプルを透過した近赤外光の透過スペクトルを測定するスペクトル測定ステップと、
前記透過スペクトルを吸光度スペクトルに変換するスペクトル変換ステップと、
所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する２波長の吸光度差を求め、この吸光度差を第１の基準値と比較して前記サンプルがガソリン類であるか否かを識別する第１の識別ステップと、
第１の識別ステップにより、前記サンプルをガソリン類と識別した場合に、吸光度を１次微分スペクトルに変換する１次微分ステップと、
所定の化学結合の各帰属波長（帰属波長群という）の近傍にそれぞれ存在する２波長と所定の化学結合の帰属波長自体（特定帰属波長という）である１波長とからなる３波長の吸光度の１次微分値に係数をそれぞれ乗算した値の加算値に更に定数を加算して得た値を、第２の基準値と比較して前記サンプルがレギュラーガソリンであるかハイオクタンガソリンであるかを識別する第２の識別ステップと、
第１の識別ステップにより、前記サンプルをガソリン類でないと識別した場合に、所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する２波長の吸光度差を求め、この吸光度差を第３の基準値と比較して前記サンプルが灯油であるか軽油であるかを識別する第３の識別ステップと、を有するものである。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載した油種識別方法において、
第２の識別ステップにおける前記帰属波長群の波長が、８７５〔ｎｍ〕，９１３〔ｎｍ〕及び／または９２８〔ｎｍ〕であり、前記特定帰属波長が９３４〔ｎｍ〕であることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載した油種識別方法において、
第１の識別ステップよりも前に、
前記吸光度スペクトルまたは前記透過スペクトルの前回測定値と今回測定値との偏差が判定値より小さいか否かを判定する混合有無判定ステップを設け、
この混合有無判定ステップにより前記偏差が前記判定値より小さいと判定した場合に前記サンプルの油種が単一であるとみなして第１の識別ステップ以後の処理に移行するものである。

請求項７に係る油種識別器は、識別対象の油であるサンプルに近赤外光を照射し、前記サンプルを透過した近赤外光の透過スペクトルを測定する検出セルと、前記透過スペクトルから近赤外光の特定波長の吸光度を検出して前記サンプルの油種を識別する油種識別器本体と、を備えた油種識別器において、
前記油種識別器本体は、
前記透過スペクトルを吸光度スペクトルに変換するスペクトル変換手段と、
所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する２波長の吸光度差を求め、この吸光度差を第１の基準値と比較して前記サンプルがガソリン類または非ガソリン類であることを識別する第１の識別手段と、
第１の識別手段によりガソリン類と識別した前記サンプルの吸光度を１次微分スペクトルに変換する１次微分手段と、
所定の化学結合による各帰属波長近傍に存在する少なくとも４波長の吸光度の１次微分値を含む値を、第２の基準値と比較して前記サンプルがレギュラーガソリンまたはハイオクタンガソリンの何れかであることを識別する第２の識別手段と、
第１の識別手段により非ガソリン類であると識別した前記サンプルに対し、所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する２波長の吸光度差を求め、この吸光度差を第３の基準値と比較して前記サンプルが灯油または軽油であることを識別する第３の識別手段と、を備えたものである。

請求項８に係る油種識別器は、識別対象の油であるサンプルに近赤外光を照射し、前記サンプルを透過した近赤外光の透過スペクトルを測定する検出セルと、前記透過スペクトルから近赤外光の特定波長の吸光度を検出して前記サンプルの油種を識別する油種識別器本体と、を備えた油種識別器において、
前記油種識別器本体は、
前記透過スペクトルを吸光度スペクトルに変換するスペクトル変換手段と、
所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する２波長の吸光度差を求め、この吸光度差を第１の基準値と比較して前記サンプルがガソリン類または非ガソリン類であることを識別する第１の識別手段と、
第１の識別手段によりガソリン類と識別した前記サンプルの吸光度を１次微分スペクトルに変換する１次微分手段と、
所定の化学結合の各帰属波長の近傍にそれぞれ存在する２波長と所定の化学結合の帰属波長自体である１波長とからなる３波長の吸光度の１次微分値を含む値を、第２の基準値と比較して前記サンプルがレギュラーガソリンまたはハイオクタンガソリンの何れかであることを識別する第２の識別手段と、
第１の識別手段により非ガソリン類であると識別した前記サンプルに対し、所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する２波長の吸光度差を求め、この吸光度差を第３の基準値と比較して前記サンプルが灯油または軽油であることを識別する第３の識別手段と、を備えたものである。

請求項９に係る発明は、請求項７または８に記載した油種識別器において、
前記吸光度スペクトルまたは前記透過スペクトルの前回測定値と今回測定値との偏差が判定値より小さいことを判定する混合有無判定手段を備え、
この混合有無判定手段の判定出力により第１の識別手段による処理を実行させるものである。

本発明によれば、各種のサンプルを構成する複数の化学結合の各帰属波長の近傍に存在する２つの波長の吸光度の差に基づいて、ガソリン類／非ガソリン類、及び、灯油／軽油を正確に識別することができる。また、ガソリン類については、各帰属波長の近傍に存在する少なくとも４波長の吸光度の１次微分値、または、前記帰属波長群の近傍にそれぞれ存在する２波長と前記特定帰属波長である１波長とからなる３波長の吸光度の１次微分値に基づいてレギュラーガソリン／ハイオクタンガソリンを識別するため、サンプル中に気泡等の遮光成分が存在する場合でも、前記１次微分値の不変性に起因してガソリンの種類を確実に識別することが可能である。
更に、近赤外領域のうち比較的短波長領域の光を使用することにより、サンプル中に水分が含まれている場合でも、水分による吸収が少なく、正確な識別が可能であると共に、検出セルとして安価なものを使用可能である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る油種識別方法の第１実施形態を示すフローチャートである。なお、この方法は、近赤外光を用いた周知の吸光光度法によりサンプルの吸光度スペクトルを求め、その吸光度スペクトルに基づいてサンプルの油種（レギュラーガソリン、ハイオクタンガソリン、灯油、軽油）を識別するものである。

前後するが、図２を参照しつつ検出セルの構成を略述すると、図２において、１はタングステンランプ等の光源、２，９はハーフミラー、８はリファレンス部、３，５はプリズムミラー、４はフローセル、６はサンプル導入管、７はサンプル排出管、１０は近赤外領域の波長（約８００〜１１００〔ｎｍ〕）を検出可能な分光光度計であり、フローセル４内のサンプル（識別対象である油）を透過した測定光とリファレンス部８を透過したリファレンス光とをハーフミラー９を介して分光光度計１０に導入し、サンプルの透過光スペクトルを測定する。

上記検出セルは、例えばパイプラインに近接して配置され、パイプラインを流れる油をサンプル導入管６からフローセル４に導入し、サンプル排出管７を介してパイプラインに戻すように使用される。この検出セルには、分光光度計１０の出力信号を処理する信号処理回路、後述する種々の識別処理を行う油種識別回路、設定入力回路、出力回路、表示器等を含む油種識別器本体が一体的に取り付けられており、その全体が耐圧防爆構造の油種識別器として構成されている。

図１に戻って、第１実施形態における油種識別のフローを説明する。
まず、図２に示した検出セルを用いてサンプルの透過スペクトルを測定する（スペクトル測定ステップＳ１）。次に、対数演算等の周知の方法により、透過スペクトルを吸光度スペクトルに変換する（スペクトル変換ステップＳ２）。
ちなみに、図３は各種の油の吸光度スペクトルを示しており、これらの吸光度スペクトルは油のメーカーに関わらずほぼ一定である。

次いで、下記の数式１により値Ｚ_Ａを求め、この値Ｚ_Ａと第１の基準値である０．０との大小関係を比較して第１の識別処理を行う（第１の識別ステップＳ３）。
［数式１］
Ｚ_Ａ＝Abs（９３０）−Abs（９０７）
なお、Abs（ｘ）は波長ｘ〔ｎｍ〕の吸光度を示す。数式１における波長９３０〔ｎｍ〕は油などのＣＨ結合の帰属波長（化学結合による吸収波長）である９２８〔ｎｍ〕の近傍の波長、９０７〔ｎｍ〕はメチル基のＣＨ結合の帰属波長である９１３〔ｎｍ〕の近傍の波長である。

数式１では、前記２波長の吸光度の差を求めており、この値が正になるか負になるかによってガソリン類と非ガソリン類とを識別している。具体的には、図３に示すように９０７〔ｎｍ〕における吸光度を基準値としている。一方、これに対して、他方の波長である９３０〔ｎｍ〕では、前記９０７〔ｎｍ〕における値よりも吸光度が大きい。すなわち、数式１の値Ｚ_Ａが正になるのは、サンプルが非ガソリン類、すなわち灯油または軽油の場合であり、逆に値Ｚ_Ａが負になるのは、サンプルがガソリン類の場合であることがわかる。
このように、２つの波長のうち一方の波長では吸光度の値が基準値となるような波長を設定し、他方の波長では吸光度の値に大きな差が出るような波長を設定することにより、２波長間の吸光度の顕著な差を求めることができ、ガソリン類と非ガソリン類との識別が実現可能となる。
よって、吸光度スペクトルがピークとなる帰属波長９２８〔ｎｍ〕，９１３〔ｎｍ〕自体の吸光度を用いてＺ_Ａを求めることはせず、これらの帰属波長の近傍にある波長である９３０〔ｎｍ〕，９０７〔ｎｍ〕を故意に選んでいる。この考え方は、後述する第３の識別処理において使用する波長についても同様である。

第１の識別処理はガソリン類と非ガソリン類（灯油・軽油類）とを識別するためのものであり、Ｚ_Ａ＜０．０の時（Ｓ３ＹＥＳ）には、油種をガソリン類と識別してステップＳ４に移行する。また、Ｚ_Ａ≧０．０の時（Ｓ３ＮＯ）には、油種を灯油・軽油類と識別して後述するステップＳ６に移行する。

ここで、第１の識別処理は、上記数式１により求めた所定の２波長の吸光度差の正負に基づいて識別を行うものであり、仮に油中に気泡や水、鉄粉のような遮光成分が存在する場合でも、吸光度はその絶対値が全体的に変化するだけであり、吸光度の差は変化しない。すなわち、図４は、気泡の有無に応じた各種油の吸光度スペクトルを示す図であり、気泡の有無による２波長（例えば９３０〔ｎｍ〕，９０７〔ｎｍ〕）の吸光度差は何れの油種でもおおむね一定であることが分かる。
このため、数式１を用いた第１の識別処理によれば、油中に気泡等の遮光成分が存在する場合でも、所定の２波長の吸光度差、つまり吸光度スペクトルの形状に着目してガソリン類と非ガソリン類とを正確に識別することができる。

油種がガソリン類であると判定した場合には（Ｓ３ＹＥＳ）、更にレギュラーガソリンとハイオクタンガソリンとを識別するために、吸光度を１次微分スペクトル（差分スペクトル）に変換する（１次微分ステップＳ４）。なお、図５は、レギュラーガソリン及びハイオクタンガソリンの吸光度の１次微分スペクトルを示している。
ここで、吸光度の１次微分スペクトルを用いる理由は、油中に気泡等の遮光成分が存在する結果として吸光度自体が変化しても、吸光度の１次微分値は変化しないためである。

次に、下記の数式２または数式３により値Ｚ_Ｂを求め、この値Ｚ_Ｂと第２の基準値である０．０との大小関係を比較して第２の識別処理を行う（第２の識別ステップＳ５）。なお、図１の第２の識別ステップＳ５において、数式３Ａを用いる場合については後述する。
下記の数式２は値Ｚ_Ｂの演算に４波長を用いた場合の演算式であり、数式３は５波長を用いた場合の演算式である。

［数式２］
Ｚ_Ｂ＝α_１＋β_１×1stD Abs（８６８）＋β_２×1stD Abs（８８１）＋β_３×1stD Abs（９３０）＋β_４×1stD Abs（９３９）
［数式３］
Ｚ_Ｂ＝α_１１＋β_１１×1stD Abs（８６８）＋β_１２×1stD Abs（８８１）＋β_１３×1stD Abs（９３０）＋β_１４×1stD Abs（９３９）＋β_１５×1stD Abs（９６０）

数式２，数式３において、α_１，α_１１は定数、β_１〜β_４，β_１１〜β_１５は係数であり、1stD Abs（ｘ）は波長ｘ〔ｎｍ〕の吸光度の１次微分値を示している。
また、８６８〔ｎｍ〕は芳香族のＣＨ結合の帰属波長８７５〔ｎｍ〕の近傍の波長、８８１〔ｎｍ〕は８６８〔ｎｍ〕と同様に芳香族のＣＨ結合の帰属波長８７５〔ｎｍ〕の近傍の波長、９３０〔ｎｍ〕は油などのＣＨ結合の帰属波長９２８〔ｎｍ〕の近傍の波長、９３９〔ｎｍ〕はメチレン基のＣＨ結合の帰属波長９３４〔ｎｍ〕及び／またはメチル基のＣＨ結合の帰属波長９３８〔ｎｍ〕のそれぞれ近傍の波長、９６０〔ｎｍ〕は水などのＯＨ結合の帰属波長である９７０〔ｎｍ〕の近傍の波長である。
数式２，数式３では吸光度の１次微分値を用いており、吸光度スペクトルがピークとなる帰属波長では１次微分値がゼロになることから、基本的に上記帰属波長を避けてその近傍の波長を数式２または数式３の演算に用いるようにしている。

更に、定数α_１，α_１１及び係数β_１〜β_４，β_１１〜β_１５は、数式２または数式３により求められる値Ｚ_Ｂが、レギュラーガソリンとハイオクタンガソリンとについて両者の差が大きな負値または正値（例えば、４波長を用いる数式２を使用した場合に、レギュラーガソリンについて演算された値Ｚ_Ｂが−８０、ハイオクタンガソリンについて演算された値Ｚ_Ｂが＋８０）となるように、多変量解析手法である判別分析等を用いて決定される。

発明者が鋭意研究した結果、数式２における各定数及び係数は、例えば以下のように決定された。
α_１＝−５８９．６
β_１＝２９８９８
β_２＝１５７２９．９
β_３＝−１０２２４．１
β_４＝８３０６．９
また、数式３における各定数及び係数は、例えば以下のように決定された。
α_１１＝−８６２０．４６
β_１１＝−４８８４４０
β_１２＝−８１６３１．２
β_１３＝１１４４６１６
β_１４＝−５５５７５３
β_１５＝−１０００８５２

なお、上記の定数α_１，α_１１及び係数β_１〜β_４，β_１１〜β_１５は、１次微分値を求める波長をいくつ使用するか、及び、その波長の値によって変化するので、一意に決定されるものではない。
また、この実施形態では数式２により４波長、数式３により５波長を用いているが、更に９０６〔ｎｍ〕，９２０〔ｎｍ〕を加えた最大７波長の中から複数波長を選択し、数式２や数式３と同等の演算式を作成して第２の識別処理を行っても良い。
ここで、９０６〔ｎｍ〕はメチル基のＣＨ結合の帰属波長９１３〔ｎｍ〕の近傍の波長、９２０〔ｎｍ〕はメチル基のＣＨ結合の帰属波長９１３〔ｎｍ〕と油などのＣＨ結合の帰属波長９２８〔ｎｍ〕とのほぼ中間値である。

数式２または数式３によりＺ_Ｂを求めた後、油種同定ステップＳ７では、Ｚ_Ｂ＜０．０の時に（Ｓ５ＹＥＳ）油種をレギュラーガソリンと識別し（Ｓ７１）、Ｚ_Ｂ≧０．０の時に（Ｓ５ＮＯ）油種をハイオクタンガソリンと識別する（Ｓ７２）。

一方、前述したステップＳ３において、Ｚ_Ａ≧０．０の時（Ｓ３ＮＯ）、すなわち油種を非ガソリン類と識別した場合には、第３の識別処理によって灯油と軽油との識別を行う（第３の識別ステップＳ６）。この第３の識別処理は、下記の数式４により値Ｚ_Ｃを求め、この値Ｚ_Ｃと第３の基準値である０．０との大小関係を比較して実行する。
［数式４］
Ｚ_Ｃ＝Abs（９３０）−Abs（９１５）
なお、９１５〔ｎｍ〕はメチル基のＣＨ結合の帰属波長９１３〔ｎｍ〕の近傍の波長である。

数式４により値Ｚ_Ｃを求めた後、油種同定ステップＳ７において、Ｚ_Ｃ＜０．０の時に（Ｓ６ＹＥＳ）油種を灯油と識別し（Ｓ７３）、Ｚ_Ｃ≧０．０の時に（Ｓ６ＮＯ）油種を軽油と識別する（Ｓ７４）。

なお、レギュラーガソリン、ハイオクタンガソリン、灯油、軽油の識別結果（Ｓ７１〜Ｓ７４）は、油種識別器本体の表示部により表示したり、外部への伝送出力として利用される。

上記のように、本実施形態によれば、気泡や水分、鉄粉等の遮光成分が存在する場合でもレギュラーガソリンとハイオクタンガソリンとを正確に識別することができ、勿論、非ガソリン類である灯油、軽油の識別も可能である。
また、前述した数式２または数式３における使用波長、定数、係数を適切な値に設定することにより、値Ｚ_Ｂとしてレギュラーガソリンとハイオクタンガソリンとを明確に識別可能な値を選定することができると共に、レギュラーガソリンとハイオクタンガソリンとが混合している場合には値Ｚ_Ｂを評価することで大まかな混合比を把握することも可能である。

更に、一般的に長波長の近赤外光を使用する場合、水を含むサンプルでは水分によって近赤外光が吸収されてしまい、正確な測定ができない不都合があるが、本実施形態では、近赤外領域のうち比較的短波長領域の光を利用しているため、水分による吸収が少なく、上述したような不都合がない。
また、長波長の近赤外光を使用する場合、光源や分光光度計として高性能のものを使用したり、透過率を向上させるために、それに合致した材質のフローセル（例えばフッ化カルシウム、ジンクセレン等があるが取り扱いが難しく高価である）を使用したり、あるいは、窒素パージ等によって光学部品の潮解を防ぐような設備を更に設ける等の配慮が必要になり、検出セルとしては高価なものになってしまう。
これに対し、本実施形態のように短波長の近赤外光を使用する場合には、長波長の近赤外光を使用する場合に比べて余分な設備を設ける必要がなく、検出セルとして安価なものを使用可能である。例えば、フローセルの材質としては、比較的取り扱いやすく、しかも安価な無水合成石英、パイレックス（登録商標）等を使用することができる。

なお、この第１実施形態では、第２の識別ステップＳ５において、数式２，数式３により得た値を第２の基準値である０．０と比較してレギュラーガソリンとハイオクタンガソリンとを識別している。しかし、発明者が更に研究した結果、以下に述べる方法によって更に高精度に識別できることが判明した。
すなわち、その方法は、所定の化学結合の各帰属波長（以下、帰属波長群という）の近傍にそれぞれ存在する２波長と所定の化学結合の帰属波長自体（以下、特定帰属波長という）である１波長とからなる３波長の吸光度の１次微分値に係数をそれぞれ乗算した値の加算値に更に定数を加算して得た値を、第２の基準値と比較して、レギュラーガソリンとハイオクタンガソリンとを識別するものである。
具体的には、次の数式３Ａにより値Ｚ_Ｂを求め、この値Ｚ_Ｂと第２の基準値である０．０との大小関係を比較して第２の識別処理を行う。

［数式３Ａ］
Ｚ_Ｂ＝α_２１＋β_２１×1stD Abs（８８０）＋β_２２×1stD Abs（９２０）＋β_２３×1stD Abs（９３４）

数式３Ａにおいて、α_２１は定数、β_２１〜β_２３は係数であり、1stD Abs（ｘ）は前記同様に波長ｘ〔ｎｍ〕の吸光度の１次微分値である。
また、数式３Ａでは、前記帰属波長群の近傍にそれぞれ存在する２波長として、芳香族のＣＨ結合の帰属波長８７５〔ｎｍ〕の近傍の８８０〔ｎｍ〕と、メチル基のＣＨ結合の帰属波長９１３〔ｎｍ〕と油などのＣＨ結合の帰属波長９２８〔ｎｍ〕とのほぼ中間値である９２０〔ｎｍ〕と、を用いている。更に、前記特定帰属波長である１波長として、メチレン基のＣＨ結合の帰属波長９３４〔ｎｍ〕自体を用いている。

発明者による鋭意研究の結果、数式３Ａにおける各定数及び係数は、例えば以下のように決定された。
α_２１＝−２２．４
β_２１＝−１５９２．６
β_２２＝−６８３６．７
β_２３＝１３９５１．８

次に、本発明に係る油種識別方法の第２実施形態を説明する。
前述したように、パイプラインや油槽所においては、輸送される油種の切換前後で２種類の油が混合するおそれがある。そして、混合される油種によっては、その吸光度が単一油種の吸光度と明確に識別できないことがある。
図６は、レギュラーガソリン２０〔％〕、軽油８０〔％〕である混合油と、単一油種の灯油との吸光度スペクトルを示しており、両者の形状は極めて類似している。このため、第１実施形態のように単に吸光度スペクトルの形状のみに基づいて識別すると、油種を誤識別するおそれがある。
そこで、第２実施形態では、第１実施形態における第１の識別処理（第１の識別ステップＳ３）の前処理として、サンプルが混合油であるか否かを判定する処理を付加することとした。

図７は、上記第２実施形態を示すフローチャートである。この実施形態では、上述したように、第１の識別ステップＳ３の前段に、混合有無の判定処理（混合有無判定ステップＳ２Ｍ）を付加している。
この判定処理は、下記の数式５によって求めた値Ｍが判定値（例えば０．０１等の定数）より小さいか否かを判定するもので、Ｍが判定値より小さくなるまで繰り返し判定し、小さくなった後にステップＳ３以降の油種識別処理に移行するものである。
［数式５］
Ｍ＝sqrt〔｛pre Abs（８７４）−Abs（８７４）｝^２＋｛pre Abs（９１０）−Abs（９１０）｝^２＋｛pre Abs（９２８）−Abs（９２８）｝^２〕
数式５において、sqrt〔ｙ〕はｙの平方根を示し、pre Abs（ｘ）は波長ｘ〔ｎｍ〕の吸光度の前回測定値、Abs（ｘ）は同じく今回測定値を示している。

すなわち、パイプラインや油槽所において混合油が長期にわたって定常的に流れることはなく、言い換えれば、複数種の油が混合している場合にはその吸光度スペクトルが経時的に変化し続ける。このため、油種識別に先立って、吸光度スペクトルの変化量が判定値より小さくなった時点をもって油種の混合が解消した（単一油種である）とみなし、ステップＳ３以降の油種識別処理に移行するようにした。

前述した数式５は、複数の波長についてそれらの前回測定値と今回測定値との偏差の二乗和の平方根により値Ｍを求め、この値Ｍが予め設定した判定値よりも小さくなった時に実際の油種識別を開始する原理に基づいている。なお、数式５では着目する波長を８７４〔ｎｍ〕，９１０〔ｎｍ〕，９２８〔ｎｍ〕の３波長としてあるが、これらの波長及び波長の数は、混合していると考えられる油種に応じて適宜選択されるものである。

本実施形態によれば、複数種の油が混合したままの状態で油種識別を開始するおそれがなく、混合油をこれと吸光度スペクトルが類似する単一種の油として誤識別するのを未然に防止することができる。
また、この実施形態では吸光度の前回測定値及び今回測定値を用いて混合有無の判定処理を行っているが、ステップＳ１で測定した透過スペクトルの前回測定値及び今回測定値を用いて混合有無の判定処理を行っても良い。

本実施形態においても、図７に示す如く、第２の識別ステップＳ５において、数式２または数式３以外に数式３Ａを用いることができる。

図８は、本発明に係る油種識別器の実施形態を示す機能ブロック図である。
図８において、１００は図２に示したような構成の検出セル、２００は油種識別器本体であり、この本体２００は耐圧かつ防爆構造として形成されている。
２０１は検出セル１００により測定された透過スペクトルを吸光度スペクトルに変換するスペクトル変換手段、２０２は前述した数式１による第１の識別処理を行う第１の識別手段、２０３は吸光度を１次微分スペクトルに変換する１次微分手段、２０４は数式２または数式３または数式３Ａによる第２の識別処理を行う第２の識別手段、２０５は数式４による第３の識別処理を行う第３の識別手段、２０６は各識別手段２０４，２０５による識別結果から油種を同定し、表示出力、警報出力、伝送出力等を実行する油種同定・出力手段である。
また、油種識別方法の第２実施形態として説明した図７のフローを実行する際には、スペクトル変換手段２０１と第１の識別手段２０２との間に設けられた混合有無判定手段２０７により、数式５による複数油種の混合の有無が判定される。そして、複数油種が混合していないと判定した場合には第１の識別手段２０２以降の通常の油種識別処理に移行し、混合していると判定した場合には、前記油種同定・出力手段２０６に混合判定信号を送出して警報出力等を行わせるようになっている。

上述した油種識別器本体２００の各手段はＣＰＵ及びメモリ等を備えたハードウェアとしての演算処理装置と、上記メモリ内のソフトウェアとしてのプログラムによって実現されるものであり、上記プログラムは前述した図１または図７のフローを実行するように構成されている。また、油種識別器本体２００は、油種識別器の初期化、各種設定、校正、警報出力、伝送出力等の各動作をシーケンス制御するためのプログラムや回路構成も備えているが、便宜上、これらの図示を省略する。

なお、上述した各実施形態における数式１，２，３，３Ａ，４，５で使用した波長はあくまで例示的なものであり、各種燃料油の特定の化学結合に対応する帰属波長の近傍の波長を用いて第１〜第３の識別処理を行ない、必要に応じて複数油種の混合有無判定を行う着想であれば、本発明に係る油種識別方法または油種識別器に包含されるものである。

本発明に係る油種識別方法の第１実施形態を示すフローチャートである。本発明の各実施形態において使用される検出セルの構成図である。油種に応じた吸光度スペクトルを示す図である。油中の気泡の有無に応じた各種油の吸光度スペクトルを示す図である。レギュラーガソリン及びハイオクタンガソリンの吸光度の１次微分スペクトルである。混合油及び単一油種の吸光度スペクトルを示す図である。本発明に係る油種識別方法の第２実施形態を示すフローチャートである。本発明に係る油種識別器の実施形態を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１：光源
２，９：ハーフミラー
３，５：プリズムミラー
４：フローセル
６：サンプル導入管
７：サンプル排出管
８：リファレンス部
１０：分光光度計
１００：検出セル
２００：油種識別器本体
２０１：スペクトル変換手段
２０２：第１の識別手段
２０３：１次微分手段
２０４：第２の識別手段
２０５：第３の識別手段
２０６：油種同定・出力手段
２０７：混合有無判定手段

Claims

識別対象の油であるサンプルに近赤外光を照射し、近赤外光の特定波長の吸光度を測定して前記サンプルの油種を識別する油種識別方法において、
前記サンプルを透過した近赤外光の透過スペクトルを測定するスペクトル測定ステップと、
前記透過スペクトルを吸光度スペクトルに変換するスペクトル変換ステップと、
所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する２波長の吸光度差を求め、この吸光度差を第１の基準値と比較して前記サンプルがガソリン類であるか否かを識別する第１の識別ステップと、
第１の識別ステップにより、前記サンプルをガソリン類と識別した場合に、吸光度を１次微分スペクトルに変換する１次微分ステップと、
所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する少なくとも４波長の吸光度の１次微分値に係数をそれぞれ乗算した値の加算値に更に定数を加算して得た値を、第２の基準値と比較して前記サンプルがレギュラーガソリンであるかハイオクタンガソリンであるかを識別する第２の識別ステップと、
第１の識別ステップにより、前記サンプルをガソリン類でないと識別した場合に、所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する２波長の吸光度差を求め、この吸光度差を第３の基準値と比較して前記サンプルが灯油であるか軽油であるかを識別する第３の識別ステップと、
を有することを特徴とする油種識別方法。
請求項１に記載した油種識別方法において、
第２の識別ステップにおける前記帰属波長が、８７５〔ｎｍ〕，９２８〔ｎｍ〕，９３４〔ｎｍ〕及び／または９３８〔ｎｍ〕であることを特徴とする油種識別方法。
請求項１に記載した油種識別方法において、
第２の識別ステップにおける前記帰属波長が、８７５〔ｎｍ〕，９２８〔ｎｍ〕，９３４〔ｎｍ〕及び／または９３８〔ｎｍ〕，９７０〔ｎｍ〕であることを特徴とする油種識別方法。
識別対象の油であるサンプルに近赤外光を照射し、近赤外光の特定波長の吸光度を測定して前記サンプルの油種を識別する油種識別方法において、
前記サンプルを透過した近赤外光の透過スペクトルを測定するスペクトル測定ステップと、
前記透過スペクトルを吸光度スペクトルに変換するスペクトル変換ステップと、
所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する２波長の吸光度差を求め、この吸光度差を第１の基準値と比較して前記サンプルがガソリン類であるか否かを識別する第１の識別ステップと、
第１の識別ステップにより、前記サンプルをガソリン類と識別した場合に、吸光度を１次微分スペクトルに変換する１次微分ステップと、
所定の化学結合の各帰属波長（帰属波長群という）の近傍にそれぞれ存在する２波長と所定の化学結合の帰属波長自体（特定帰属波長という）である１波長とからなる３波長の吸光度の１次微分値に係数をそれぞれ乗算した値の加算値に更に定数を加算して得た値を、第２の基準値と比較して前記サンプルがレギュラーガソリンであるかハイオクタンガソリンであるかを識別する第２の識別ステップと、
第１の識別ステップにより、前記サンプルをガソリン類でないと識別した場合に、所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する２波長の吸光度差を求め、この吸光度差を第３の基準値と比較して前記サンプルが灯油であるか軽油であるかを識別する第３の識別ステップと、
を有することを特徴とする油種識別方法。
請求項４に記載した油種識別方法において、
第２の識別ステップにおける前記帰属波長群の波長が、８７５〔ｎｍ〕，９１３〔ｎｍ〕及び／または９２８〔ｎｍ〕であり、前記特定帰属波長が９３４〔ｎｍ〕であることを特徴とする油種識別方法。
請求項１〜５の何れか１項に記載した油種識別方法において、
第１の識別ステップよりも前に、
前記吸光度スペクトルまたは前記透過スペクトルの前回測定値と今回測定値との偏差が判定値より小さいか否かを判定する混合有無判定ステップを設け、
この混合有無判定ステップにより前記偏差が前記判定値より小さいと判定した場合に前記サンプルの油種が単一であるとみなして第１の識別ステップ以後の処理に移行することを特徴とする油種識別方法。
識別対象の油であるサンプルに近赤外光を照射し、前記サンプルを透過した近赤外光の透過スペクトルを測定する検出セルと、前記透過スペクトルから近赤外光の特定波長の吸光度を検出して前記サンプルの油種を識別する油種識別器本体と、を備えた油種識別器において、
前記油種識別器本体は、
前記透過スペクトルを吸光度スペクトルに変換するスペクトル変換手段と、
所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する２波長の吸光度差を求め、この吸光度差を第１の基準値と比較して前記サンプルがガソリン類または非ガソリン類であることを識別する第１の識別手段と、
第１の識別手段によりガソリン類と識別した前記サンプルの吸光度を１次微分スペクトルに変換する１次微分手段と、
所定の化学結合による各帰属波長近傍に存在する少なくとも４波長の吸光度の１次微分値を含む値を、第２の基準値と比較して前記サンプルがレギュラーガソリンまたはハイオクタンガソリンの何れかであることを識別する第２の識別手段と、
第１の識別手段により非ガソリン類であると識別した前記サンプルに対し、所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する２波長の吸光度差を求め、この吸光度差を第３の基準値と比較して前記サンプルが灯油または軽油であることを識別する第３の識別手段と、
を備えたことを特徴とする油種識別器。
識別対象の油であるサンプルに近赤外光を照射し、前記サンプルを透過した近赤外光の透過スペクトルを測定する検出セルと、前記透過スペクトルから近赤外光の特定波長の吸光度を検出して前記サンプルの油種を識別する油種識別器本体と、を備えた油種識別器において、
前記油種識別器本体は、
前記透過スペクトルを吸光度スペクトルに変換するスペクトル変換手段と、
所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する２波長の吸光度差を求め、この吸光度差を第１の基準値と比較して前記サンプルがガソリン類または非ガソリン類であることを識別する第１の識別手段と、
第１の識別手段によりガソリン類と識別した前記サンプルの吸光度を１次微分スペクトルに変換する１次微分手段と、
所定の化学結合の各帰属波長の近傍にそれぞれ存在する２波長と所定の化学結合の帰属波長自体である１波長とからなる３波長の吸光度の１次微分値を含む値を、第２の基準値と比較して前記サンプルがレギュラーガソリンまたはハイオクタンガソリンの何れかであることを識別する第２の識別手段と、
第１の識別手段により非ガソリン類であると識別した前記サンプルに対し、所定の化学結合の各帰属波長近傍に存在する２波長の吸光度差を求め、この吸光度差を第３の基準値と比較して前記サンプルが灯油または軽油であることを識別する第３の識別手段と、
を備えたことを特徴とする油種識別器。
請求項７または８に記載した油種識別器において、
前記吸光度スペクトルまたは前記透過スペクトルの前回測定値と今回測定値との偏差が判定値より小さいことを判定する混合有無判定手段を備え、
この混合有無判定手段の判定出力により第１の識別手段による処理を実行させることを特徴とする油種識別器。