JP2001500618A - 空気品質測定のための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 空気品質測定のための装置を提案する。この装置では、抵抗値Ｒ_s（１７）は信号処理部（１３）の部分として出力信号（１４）に変換され、この出力信号（１４）は抵抗値Ｒ_s（１７）に依存する周期長Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 空気品質測定のための装置 従来技術 本発明は空気品質測定のための装置に関する。従来技術は、アナログ信号が電 圧依存ジェネレータ（ＶＣＯ）を制御する。電圧制御ジェネレータはデジタル信 号を出力し、この際この周波数がこのアナログ信号の電圧の尺度である。 本発明の課題は、空気品質センサに対する簡単で妨害に強い信号処理部を提供 することである。この課題は主請求項の特徴部分記載の構成によって解決される 。 本発明の利点 空気品質測定のための本発明の装置の構成にはセンサが設けられ、このセンサ のセンサ抵抗値は空気品質に依存する。このセンサ抵抗は信号処理部の部分であ り、この信号処理部はこのセンサ抵抗値をこのセンサ抵抗値に依存する周期長Ｔ を有する出力信号に変換する。従って、この出力信号の周期長Ｔはセンサ抵抗値 の尺度である。この周波数の定められた出力信号は、振幅が有効情報を含んでい るアナログ信号の場合よりも発生する妨害又は線路に関連する妨害に対してより 敏感ではない。また温度影響に基づく妨害も低減される。時間乃至は周波数に依 存する出力信号は幾つかのマイクロコントローラおいてアナログ電圧よりも高い 分解能で検出される。出力信号として可変周期長を有するバイナリ信号を使用す る場合、デジタル技術で簡単な信号処理が可能である。従って、面倒なアナログ 構成部材は必要ない。 従属請求項記載の構成によって有利な改善実施形態が可能である。信号処理部 として電圧/時間変換器又は電圧/周波数変換器を使用する構成が設けられる。電 圧制御発振器とも呼ばれるこの回路は標準的なＩＣとして入手しやすい。 他の有利な改善実施形態では、電圧/時間変換器としてＲＣ素子及びコンパレ ータから成る無安定マルチバイブレータが使用される。この構成によれば、コン パレータの反転入力側には基準電位に接続されたコンデンサＣが接続され、抵抗 Ｒがこのコンパレータの出力側に接続される。このコンパレータの非反転入力側 には基準電位に接続されたセンサ抵抗Ｒ_sが接続され、第２の抵抗Ｒ２がこのコ ンパレータの出力側に接続される。このコンパレータの出力側で出力信号が取り 出される。この回路によって、出力信号の周期長Ｔが対数的にセンサ抵抗値に依 存することが達成される。この周期長Ｔの対数的な経過は、空気品質センサのセ ンサ抵抗値/空気品質特性曲線に一致する。このセン サ抵抗値/空気品質特性曲線は同様に対数的に乃至は指数的に経過する。このこ とによって複数のデケードに亘って一定の感度が得られる。同様に一定の感度を 惹起するであろうアナログ対数形成器は必要ない。可変周期長Ｔを有する出力信 号はアナログ対数形成器の出力信号に比べてより妨害に強い。 有利な使用事例は自動車における空気品質測定のための装置に見いだされる。 この場合、空気品質に依存して換気システムが閉ループ制御される。 他の有利な構成はこの記述から得られる。 図面 図１はブロック回路図を示し、図２は回路装置の例を示し、図３は本発明の装 置の可能な出力信号経過を示す。 実施例の記述 空気品質１０はセンサ１１によって測定信号１２に変形される。信号処理部１ ３はこの測定信号１２を出力信号１４に変換する。 実施例によれば、信号処理部１３はコンパレータ２１を有し、このコンパレー タ２１の非反転入力側には基準電位に接続されたセンサ抵抗Ｒ_s１７が接続され 、第２の抵抗Ｒ２１９はこのコンパレータ２１の出力側に接続されている。この コンパレータ２１の反転入 力側には基準電位に接続されたコンデンサＣ１８が接続され、抵抗Ｒ２０がこの コンパレータ２１の出力側に接続されている。このコンパレータ２１の出力側で は基準電位に対して出力信号１４が取り出される。 図３ａには、出力信号１４の時間経過が指数的な上昇及び下降によって示され ており、これは第１の周期長Ｔ１に従って反復されている。図３ｂに示されてい るバイナリ出力信号１４は第２の周期超Ｔ２で反復されている。この第２の周期 長Ｔ２内において、このバイナリ出力信号１４は第３の周期長Ｔ３の間に論理値 １をとり、この値は電圧Ｕに相応する。 空気品質測定のための装置は次のように作動する。センサ１１は空気品質１０ を検出する。空気品質１０は例えば既存の一酸化炭素又は酸化窒素の濃度のよう な空気組成として解釈される。センサ１１のセンサ抵抗値Ｒ_sは有害物質濃度に 依存して変化する。通常使用されるＣＯセンサ乃至はＮＯ_xセンサは指数的な抵 抗/濃度特性曲線を有する。センサ１１として同様にオーム抵抗センサを使用す ることもできる。これら全てのセンサ１１は測定信号１２としてセンサ抵抗値Ｒ_s １７を空気品質１０に依存して送出する。特性曲線はその指数的な経過のため に複数のデケードに亘って相応に大きな数値範囲を有するので、一定の感度を得 るために対数評価が有意義である。 空気品質に依存して例えば自動車において換気シス テムが制御される。例えばトンネル内で発生するような高い有害物質濃度は、送 風機の遮断切換及び/又は換気弁の閉鎖をもたらす。 信号処理部１３は測定信号１２を可変周期長Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を有する出 力信号１４に変換する。信号処理部１３として例えば電圧/時間変換器又は電圧 ／周波数変換器を使用することができる。この変換器の入力電圧としては例えば センサ抵抗値Ｒ_s１７に比例するこのセンサ抵抗Ｒ_s１７で取り出される電圧を使 用する。従って、結局はアナログ-デジタル変換が達成される。 パルス幅変換器の場合には、測定すべき電圧が鋸歯状電圧と比較される。２ラ ンプ-アナログ-デジタル変換器もアナログ電圧を時間に依存して示すのに適して いる。電圧/周波数変換器は入力量として変換すべき電圧を受け取り、一連の方 形パルスを供給する。このパルスの周波数は印加される電圧の大きさに比例する 。電圧-周波数変換は同様に電荷収支法（Ladungsbilanzverfahren）に従って行 うこともできる。電圧-周波数特性曲線はこの周知の方法では直線である。 図２のＲＣ素子及びコンパレータからなる無安定マルチバイブレータは、マル チバイブレータ乃至は緩和発振器という呼び名でも周知である。センサ抵抗Ｒ_s １７はこの回路において周波数を決定するように作用する。図２に示されたマル チバイブレータの投入切換 の時点ではコンデンサの電圧はゼロである。コンパレータ２１は出力信号１４と して図３ｂに示されているような正の電圧Ｕを供給する。この電圧は抵抗Ｒを介 してキャパシタンスＣ１８を充電する。センサ抵抗Ｒ_s１７で降下する電圧の形 式のスイッチング閾値は、このセンサ抵抗Ｒ_s１７及び第２の抵抗Ｒ２１９から 成る分圧器及び出力信号１４によって決定される。コンデンサＣ１８の電圧がこ のスイッチング閾値に到達すると、コンパレータ２１が切り換わり、出力信号− Ｕを供給する。コンデンサＣ１８の充電電流は正反対の方向に流れる。このコン デンサＣ１８は、第２のスイッチング閾値に到達するまでの期間放電される。こ の第２のスイッチング閾値は第１のスイッチング閾値の負の値を有する。コンパ レータ２１の出力信号１４は再び極性を替え、出力側に正の電圧Ｕを印加する。 上述の過程が繰り返される。 コンデンサＣ１８の指数的な充電及び放電経過によって、周期長Ｔ、Ｔ１、Ｔ ２、Ｔ３は計算によって算出される。 商２Ｒ_s/Ｒ２が１よりもはるかに大きい場合、式（１）は次のように簡略化さ れる。 この周期長Ｔとセンサ抵抗値Ｒ_sとの対数的な関係 は図２の回路装置に関連している。この回路装置においては図３ｂの出力信号１ ４が実際に表れる。この図３ｂに示された第２の周期長Ｔ２が公式（１）及び（ ２）の周期長Ｔに相応する。よって、周期長Ｔとセンサ抵抗値Ｒ_sとの間の対数 的な関係は冒頭で記述したセンサ１１の特性に適合されている。これによって、 とりわけ複数のデケードに亘って一定の感度が達成される。 空気品質測定のための装置は明らかに図２に示された回路実施例に限定される ものではない。よって、図３に示されている出力信号経過とはまったく別の出力 信号経過１４を考えることができる。センサ抵抗値Ｒ_s１７は例えば第１の周期 長Ｔ１を有する出力信号１４に変換することができる。この出力信号１４は第１ の周期長Ｔ１内に指数的に上昇し続いてまた降下する。第１の周期長Ｔ１に従っ てこの指数的な上昇及び下降が反復される。図３ｂと同じく、センサ抵抗値Ｒ_s １７の周期長Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３への変換が行われ、基本周期長である一定の 第２の周期長Ｔ２において第３の周期長Ｔ３が変化する。これはパルス占有率の 制御に相応する。さらに基本周期長Ｔ２もこのパルス占有率もＴ３を介して変化 させる可能性が存する。このために相応の変調方法が使用される。 センサ抵抗値Ｒ_s１７に依存する周期長Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を検出するため には標準構成素子が使用で きる。デジタル的な検出の他に、同じくアナログ電圧への変換も可能である。幾 つかのマイクロコントローラは、アナログ電圧を例えば８ビット分解能で測定し 、他方で時間を１６ビット分解能で測定することによって優れている。 図２の回路装置では共通基準電位としてアースが使用されている。しかし、こ れはどうしても必要であるわけではない。よって、例えばセンサ抵抗Ｒ_s１７及 びコンデンサＣ１８を共通の基準電位に接続し、他方で出力信号１４をコンパレ ータ２１に給電する電位と一致する第２の基準電位に対して取り出すことも有意 義である。これによって信号整合が的確に行われる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年９月３０日（１９９８．９．３０） 【補正内容】 請求の範囲 １． 少なくとも１つのセンサ（１１）を有し、該センサ（１１）の抵抗値Ｒ_s （１７）は空気品質（１０）に依存し、抵抗Ｒ_s（１７）は無安定マルチバイブ レータに設けられており、該無安定マルチバイブレータはＲＣ素子（１８、２０ ）及びコンパレータ（２１）を含み、該コンパレータ（２１）の反転入力側は前 記ＲＣ素子（１８、２０）の第１の抵抗（２０）を介して前記コンパレータ（２ １）の出力側に接続されており、該出力側で出力信号（１４）が取り出され、前 記コンパレータ（２１）の非反転入力側は第２の抵抗Ｒ２（１９）を介して前記 コンパレータ（２１）の出力側に接続されている、空気品質測定のための装置に おいて、 前記コンパレータ（２１）の反転入力側には前記ＲＣ素子（１８、２０）の コンデンサ（１８）が接続されており、該コンデンサ（１８）は基準電位に接続 されており、 前記コンパレータ（２１）の非反転入力側には前記センサ（１１）が接続さ れており、該センサ（１１）も同様に基準電位に接続されていることを特徴とす る空気品質測定のための装置。 ２． 第２の抵抗Ｒ２（１９）はセンサ（１１）の抵抗Ｒ_s（１７）よりもはる かに小さいことを特徴と する請求項１記載の装置。 ３． センサ（１１）の抵抗Ｒ_s（１７）はオーム抵抗器であることを特徴とす る請求項１又は２記載の装置。 ４． 出力信号（１４）の周期長（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）は対数的にセンサ（１１ ）の抵抗値Ｒ_s（１７）に依存することを特徴とする請求項１〜３までのうちの １項記載の装置。 ５． 出力信号（１４）に依存して自動車の換気が制御されることを特徴とする 請求項１〜４までのうちの１項記載の装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 少なくとも１つのセンサ（１１）を有し、該センサ（１１）の抵抗値Ｒ_s （１７）は空気品質（１０）に依存する、空気品質測定のための装置において、 前記抵抗値Ｒ_s（１７）は信号処理部（１３）の部分であり、該信号処理部 （１３）は前記抵抗値Ｒ_s（１７）を該抵抗値Ｒ_s（１７）に依存する周期長Ｔ、 Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を有する出力信号（１４）に変換する、空気品質測定のための 装置。 ２． 信号処理部（１３）として電圧／時間変換器又は電圧／周波数変換器が使 用されることを特徴とする請求項１記載の装置。 ３． 電圧／時間変換器としてＲＣ素子及びコンパレータ（２１）から成る無安 定マルチバイブレータが使用されることを特徴とする請求項２記載の装置。 ４． コンパレータ（２１）の反転入力側には基準電位に接続されたコンデンサ Ｃ（１８）が接続されており、抵抗Ｒ（２０）は前記コンパレータ（２１）の出 力側に接続されており、 前記コンパレータ（２１）の非反転入力側には基準電位に接続された抵抗Ｒ_s （１７）が接続されており、第２の抵抗Ｒ２（１９）は前記コンパレータ（２ １）の出力側に接続されており、 前記コンパレータ（２１）の出力側では出力信号（１４）が取り出されるこ とを特徴とする請求項３記載の装置。 ５． 第２の抵抗Ｒ２（１９）は抵抗Ｒ_s（１７）よりもはるかに小さいことを 特徴とする請求項４記載の装置。 ６． 抵抗Ｒ_s（１７）としてオーム抵抗器が使用されることを特徴とする請求 項１〜５までのうちの１項記載の装置。 ７． 出力信号（１４）はデジタル信号であることを特徴とする請求項１〜６ま でのうちの１項記載の装置。 ８． 出力信号（１４）の周期長Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は対数的に抵抗値Ｒ_s（ １７）に依存することを特徴とする請求項１〜７までのうちの１項記載の装置。 ９． 出力信号（１４）に依存して自動車の換気が制御されることを特徴とする 請求項１〜８までのうちの１項記載の装置。