JP2003042989A - ガス検出装置 - Google Patents
ガス検出装置Info
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- JP2003042989A JP2003042989A JP2001236266A JP2001236266A JP2003042989A JP 2003042989 A JP2003042989 A JP 2003042989A JP 2001236266 A JP2001236266 A JP 2001236266A JP 2001236266 A JP2001236266 A JP 2001236266A JP 2003042989 A JP2003042989 A JP 2003042989A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 金属酸化物半導体ガスセンサ２をパルス駆動
し、１波形分の出力データを記憶し、波形データの平均
値と基準値とを比較して、ガスを検出する。また基準値
を波形データの平均値と比較して、基準値を更新する。 【効果】 出力波形が複雑でも、各時点毎に基準値を設
けずに、１波形全体に対する基準値でガスを検出でき
る。
し、１波形分の出力データを記憶し、波形データの平均
値と基準値とを比較して、ガスを検出する。また基準値
を波形データの平均値と比較して、基準値を更新する。 【効果】 出力波形が複雑でも、各時点毎に基準値を設
けずに、１波形全体に対する基準値でガスを検出でき
る。
Description
【０００１】
【発明の利用分野】この発明は金属酸化物半導体ガスセ
ンサをパルス駆動するようにしたガス検出装置に関し、
特に基準値の発生に関する。
ンサをパルス駆動するようにしたガス検出装置に関し、
特に基準値の発生に関する。
【０００２】
【従来技術】金属酸化物半導体ガスセンサをパルス的に
加熱してガスを検出することは、周知である(例えば特
許２７９１４７３)。金属酸化物半導体ガスセンサのパ
ルス駆動では消費電力が節減でき、電池駆動のガス検出
装置が可能になり、特に空調装置のリモコンにガスセン
サを組み込むことが可能になる。これとは別に空調の分
野では、ガスセンサの信号から基準値を取り出して所定
の間隔で更新し、基準値とガスセンサの信号とを比較し
てガスを検出することが行われている(特公平６−７８
９７)。
加熱してガスを検出することは、周知である(例えば特
許２７９１４７３)。金属酸化物半導体ガスセンサのパ
ルス駆動では消費電力が節減でき、電池駆動のガス検出
装置が可能になり、特に空調装置のリモコンにガスセン
サを組み込むことが可能になる。これとは別に空調の分
野では、ガスセンサの信号から基準値を取り出して所定
の間隔で更新し、基準値とガスセンサの信号とを比較し
てガスを検出することが行われている(特公平６−７８
９７)。
【０００３】パルス駆動のガスセンサに対して、波形の
各点に対する基準値を持たせてガスを検出することも提
案されているが(特開平１１−３１１６１２)、多数の基
準値を記憶することは駆動用のチップでのメモリ容量の
点で無理がある。また一般に基準値を更新するには、基
準値自体の他に基準値の候補値を記憶する必要があり、
候補値を記憶するとメモリへの負担はさらに大きくな
る。
各点に対する基準値を持たせてガスを検出することも提
案されているが(特開平１１−３１１６１２)、多数の基
準値を記憶することは駆動用のチップでのメモリ容量の
点で無理がある。また一般に基準値を更新するには、基
準値自体の他に基準値の候補値を記憶する必要があり、
候補値を記憶するとメモリへの負担はさらに大きくな
る。
【０００４】
【発明の課題】この発明の課題は、ガスセンサをパルス
駆動すると共に、ガスセンサ信号への基準値を更新して
ガスを検出するようにした装置において、記憶する基準
値を小数にすることにある。
駆動すると共に、ガスセンサ信号への基準値を更新して
ガスを検出するようにした装置において、記憶する基準
値を小数にすることにある。
【０００５】
【発明の構成】この発明は、金属酸化物半導体ガスセン
サをパルス的に加熱して、ガスを検出するようにした装
置において、１波形分のセンサ信号を記憶し、１波形に
渡る平均値を求めるための手段と、求めた平均値と基準
値とを比較してガスを検出するための手段と、求めた平
均値を用いて基準値を更新するための手段とを設けたこ
とを特徴とする(請求項１)。
サをパルス的に加熱して、ガスを検出するようにした装
置において、１波形分のセンサ信号を記憶し、１波形に
渡る平均値を求めるための手段と、求めた平均値と基準
値とを比較してガスを検出するための手段と、求めた平
均値を用いて基準値を更新するための手段とを設けたこ
とを特徴とする(請求項１)。
【０００６】ガスセンサの構造は、薄膜あるいは厚膜の
金属酸化物半導体をパルス加熱するようにしたもので
も、金属酸化物半導体のビーズ内にコイル状のヒータと
電極とを埋設してヒータをパルス的に発熱させるもので
も良く、金属酸化物半導体をパルス加熱できるものであ
ればよい。
金属酸化物半導体をパルス加熱するようにしたもので
も、金属酸化物半導体のビーズ内にコイル状のヒータと
電極とを埋設してヒータをパルス的に発熱させるもので
も良く、金属酸化物半導体をパルス加熱できるものであ
ればよい。
【０００７】好ましくは、平均値を Σａi・Ｖi(ｉは
１波形内の位置を示す添字で、ａiは重み因子，Ｖiはセ
ンサ信号) とする(請求項２)。ここに重み因子ａiは波
形内の位置により変化する。なお上記の積算値をサンプ
リングポイントの数(ｉの最大値)で割っても、実質的に
同じ信号なので、いずれも平均値と呼ぶ。平均値は上記
のような重み付き加算平均でも、重み因子を全て１とし
た単純加算平均でも、センサ信号の積を用いた Πａi
・Ｖi(ｉは１波形内の位置を示す添字で、ａiは重み因
子，Ｖiはセンサ信号) 等でも良い。
１波形内の位置を示す添字で、ａiは重み因子，Ｖiはセ
ンサ信号) とする(請求項２)。ここに重み因子ａiは波
形内の位置により変化する。なお上記の積算値をサンプ
リングポイントの数(ｉの最大値)で割っても、実質的に
同じ信号なので、いずれも平均値と呼ぶ。平均値は上記
のような重み付き加算平均でも、重み因子を全て１とし
た単純加算平均でも、センサ信号の積を用いた Πａi
・Ｖi(ｉは１波形内の位置を示す添字で、ａiは重み因
子，Ｖiはセンサ信号) 等でも良い。
【０００８】重み付き加算平均を用いる場合で、センサ
抵抗を信号とする場合、パルス加熱直後の抵抗値の山で
重み因子を小さくして、この部分の信号の寄与が大きく
なりすぎないようにすることが好ましい。またセンサ信
号は、センサの抵抗値、センサの電気伝導度、単なるセ
ンサ電圧、センサ抵抗の対数などを用い、センサ抵抗の
対数の場合、加算平均すると、センサ抵抗の乗算平均を
扱っているのと同じになる。
抵抗を信号とする場合、パルス加熱直後の抵抗値の山で
重み因子を小さくして、この部分の信号の寄与が大きく
なりすぎないようにすることが好ましい。またセンサ信
号は、センサの抵抗値、センサの電気伝導度、単なるセ
ンサ電圧、センサ抵抗の対数などを用い、センサ抵抗の
対数の場合、加算平均すると、センサ抵抗の乗算平均を
扱っているのと同じになる。
【０００９】サンプリングの間隔は例えば１秒〜１０秒
程度とし、パルス加熱の幅はｍ秒オーダーから１秒前後
程度である。そしてパルス加熱時にはセンサ抵抗が急減
し、波形の他の位置とは異なる特性を示すので、パルス
加熱時の信号はサンプリングしないようにすることが好
ましい(請求項３)。マスクの対象には、これ以外にパル
ス加熱後のセンサ抵抗のピークなどを含めても良い。
程度とし、パルス加熱の幅はｍ秒オーダーから１秒前後
程度である。そしてパルス加熱時にはセンサ抵抗が急減
し、波形の他の位置とは異なる特性を示すので、パルス
加熱時の信号はサンプリングしないようにすることが好
ましい(請求項３)。マスクの対象には、これ以外にパル
ス加熱後のセンサ抵抗のピークなどを含めても良い。
【００１０】
【発明の作用と効果】この発明では、１波形に渡る信号
を平均して、これを基準値と比較してガスを検出し、ま
たこの平均値を用いて基準値を更新するので、多数の基
準値を記憶する必要がない。センサ信号の波形は複雑で
あるが、１波形分の信号を記憶し、新たな信号を取り入
れる毎に１個分の古い信号を捨てるので、ガスの発生が
なければ、１波形内の位置にかかわらず平均値は一定
で、このため基準値との比較が容易になる(請求項１)。
を平均して、これを基準値と比較してガスを検出し、ま
たこの平均値を用いて基準値を更新するので、多数の基
準値を記憶する必要がない。センサ信号の波形は複雑で
あるが、１波形分の信号を記憶し、新たな信号を取り入
れる毎に１個分の古い信号を捨てるので、ガスの発生が
なければ、１波形内の位置にかかわらず平均値は一定
で、このため基準値との比較が容易になる(請求項１)。
【００１１】請求項２の発明では、重み因子を用いて、
センサ抵抗のピークや谷などの部分が、平均値に特に大
きく寄与することを除くことができ、あるいは目的のガ
スへの感度に合わせて重み因子を選ぶと、目的ガスに合
わせて感度を調整できる。
センサ抵抗のピークや谷などの部分が、平均値に特に大
きく寄与することを除くことができ、あるいは目的のガ
スへの感度に合わせて重み因子を選ぶと、目的ガスに合
わせて感度を調整できる。
【００１２】ヒータがオンしている際には、極端に抵抗
値が低く、ヒータオフの時点とはガス感度も異なる。請
求項３の発明では、ヒータがオン時の信号をマスクし、
この問題を簡単に処理する。
値が低く、ヒータオフの時点とはガス感度も異なる。請
求項３の発明では、ヒータがオン時の信号をマスクし、
この問題を簡単に処理する。
【００１３】
【実施例】図１〜図３に実施例を示す。図１において、
２は金属酸化物半導体ガスセンサで、例えば絶縁基板上
にヒータ膜と金属酸化物半導体(ＳｎＯ２)の厚膜とを積
層し、６０秒周期で１４ｍ秒ずつパルス加熱するもので
ある。ＳｎＯ２のビーズ内にコイル状のヒータと電極と
を埋設し、例えば６０秒周期で０.５秒ずつパルス加熱
するようにしたものでも良い。４はパルス駆動回路で、
ガスセンサ２をパルス的に加熱する。
２は金属酸化物半導体ガスセンサで、例えば絶縁基板上
にヒータ膜と金属酸化物半導体(ＳｎＯ２)の厚膜とを積
層し、６０秒周期で１４ｍ秒ずつパルス加熱するもので
ある。ＳｎＯ２のビーズ内にコイル状のヒータと電極と
を埋設し、例えば６０秒周期で０.５秒ずつパルス加熱
するようにしたものでも良い。４はパルス駆動回路で、
ガスセンサ２をパルス的に加熱する。
【００１４】６はＡＤコンバータで、パルス加熱の時期
を除いて、所定の間隔、ここでは２秒ごとに、センサ信
号を読み込む。８は波形記憶部で、１周期３０ポイント
分のセンサ信号(センサ抵抗Ｒｓ(1)〜Ｒｓ(30))を記憶
する。波形記憶部８は、新たな信号を読み込む毎に１周
期前の同じタイミングの信号を捨てて上書きし、平均化
部３０は３０点の信号の単純加算平均 ΣＲS(i) (i＝
１〜３０)を求める。単純加算平均に変えて重み付き加
算平均や乗算平均 ΠＲS(i) (i＝１〜３０)でも良
く、重み付き加算平均では、パルス加熱後のセンサ抵抗
の山の部分の重み因子を小さくして、例えば波形の各点
で清浄空気中でのセンサ抵抗にほぼ反比例するように重
み因子を定めることが好ましい。
を除いて、所定の間隔、ここでは２秒ごとに、センサ信
号を読み込む。８は波形記憶部で、１周期３０ポイント
分のセンサ信号(センサ抵抗Ｒｓ(1)〜Ｒｓ(30))を記憶
する。波形記憶部８は、新たな信号を読み込む毎に１周
期前の同じタイミングの信号を捨てて上書きし、平均化
部３０は３０点の信号の単純加算平均 ΣＲS(i) (i＝
１〜３０)を求める。単純加算平均に変えて重み付き加
算平均や乗算平均 ΠＲS(i) (i＝１〜３０)でも良
く、重み付き加算平均では、パルス加熱後のセンサ抵抗
の山の部分の重み因子を小さくして、例えば波形の各点
で清浄空気中でのセンサ抵抗にほぼ反比例するように重
み因子を定めることが好ましい。
【００１５】基準値更新部１２は、１区間例えば１０分
内での前記の平均値の最大値を、基準値更新の候補値と
して候補値記憶部１４に記憶させ、基準値記憶部１６に
記憶した基準値よりも所定の範囲内にあること(例えば
基準値で定まる下限以上であること)を条件に、区間の
終わりに更新する。従って基準値の更新には、基準値自
体の他に基準値の候補値も必要になる。なお基準値更新
の手法自体は任意である。
内での前記の平均値の最大値を、基準値更新の候補値と
して候補値記憶部１４に記憶させ、基準値記憶部１６に
記憶した基準値よりも所定の範囲内にあること(例えば
基準値で定まる下限以上であること)を条件に、区間の
終わりに更新する。従って基準値の更新には、基準値自
体の他に基準値の候補値も必要になる。なお基準値更新
の手法自体は任意である。
【００１６】比較部１８は、基準値と前記の平均値と
を、センサ信号の読み込み毎(ここでは２秒間隔)で比較
し、平均値が基準値に対して所定の割合以下で、ガスを
検出する。平均値と基準値との比較手法も種々のものが
公知で、適宜に変更できる。
を、センサ信号の読み込み毎(ここでは２秒間隔)で比較
し、平均値が基準値に対して所定の割合以下で、ガスを
検出する。平均値と基準値との比較手法も種々のものが
公知で、適宜に変更できる。
【００１７】このようにして得られたガス検出装置は、
例えば消費電力が１００μＷ程度となり、単三２本の乾
電池で例えば１年程度、空気清浄機等の空調装置の制御
用のリモコンや、ＣＯガス警報装置などとして用いるこ
とができる。
例えば消費電力が１００μＷ程度となり、単三２本の乾
電池で例えば１年程度、空気清浄機等の空調装置の制御
用のリモコンや、ＣＯガス警報装置などとして用いるこ
とができる。
【００１８】図２に、図１のガス検出装置をマイクロコ
ンピュータ等を用いて実現した際の、メモリ構成を示
す。波形記憶部８は例えば１バイト長のセンサ抵抗Ｒｓ
(i)を３０個分記憶し、平均化部１０で現在の平均値を
記憶し、補助データとして、１波形内での現在の位置を
ポインタのデータ(値は１〜３０)で記憶し、ポインタが
指示する位置のデータをセンサ抵抗Ｒｓのサンプリング
毎に更新する。なおセンサ抵抗に代えて、電気伝導度や
抵抗値の対数などを用いても良い。これ以外の補助デー
タとして基準値の候補値を記憶し、他に基準値を記憶し
てガスを検出する。基準値を各サンプリングポイント毎
に例えば３０個持つと、必要な記憶量は、各データが１
バイト長として、基準値の候補値に３０バイト、基準値
自体に３０バイトとなり、実施例の約２倍となる。
ンピュータ等を用いて実現した際の、メモリ構成を示
す。波形記憶部８は例えば１バイト長のセンサ抵抗Ｒｓ
(i)を３０個分記憶し、平均化部１０で現在の平均値を
記憶し、補助データとして、１波形内での現在の位置を
ポインタのデータ(値は１〜３０)で記憶し、ポインタが
指示する位置のデータをセンサ抵抗Ｒｓのサンプリング
毎に更新する。なおセンサ抵抗に代えて、電気伝導度や
抵抗値の対数などを用いても良い。これ以外の補助デー
タとして基準値の候補値を記憶し、他に基準値を記憶し
てガスを検出する。基準値を各サンプリングポイント毎
に例えば３０個持つと、必要な記憶量は、各データが１
バイト長として、基準値の候補値に３０バイト、基準値
自体に３０バイトとなり、実施例の約２倍となる。
【００１９】図３にセンサ抵抗Ｒｓの波形パターンを示
す。サンプリングは２秒毎で、１４ｍ秒のパルス加熱と
その後の約１.９秒分をサンプリングから除き、１波形
内でセンサ抵抗が最大となる位置や最小となる位置をサ
ンプリングから外す。センサ抵抗を１波形分記憶して、
１波形前の対応する位置のデータを新しいデータで更新
するので、波形が複雑でも同じ波形を繰り返す限り、セ
ンサ抵抗の平均値は時間が変化しても一定値となる。
す。サンプリングは２秒毎で、１４ｍ秒のパルス加熱と
その後の約１.９秒分をサンプリングから除き、１波形
内でセンサ抵抗が最大となる位置や最小となる位置をサ
ンプリングから外す。センサ抵抗を１波形分記憶して、
１波形前の対応する位置のデータを新しいデータで更新
するので、波形が複雑でも同じ波形を繰り返す限り、セ
ンサ抵抗の平均値は時間が変化しても一定値となる。
【００２０】ここで喫煙などによりセンサ抵抗が低下す
ると、センサ抵抗の波形は図３の破線のように変化し、
実線(清浄空気中)からの減少分を積算した面積(図３の
斜線部)が、平均値での変化分となる。この変化分が基
準値に対して所定の割合(例えば１０〜２０％)に達する
と、空気清浄機の動作を変更し、例えば弱風から中風や
強風に変化させる。実験によると、ガスセンサを連続加
熱の場合に対する検知遅れは、基準値に対して検出レベ
ルを９０％とした条件で、数秒程度であった。
ると、センサ抵抗の波形は図３の破線のように変化し、
実線(清浄空気中)からの減少分を積算した面積(図３の
斜線部)が、平均値での変化分となる。この変化分が基
準値に対して所定の割合(例えば１０〜２０％)に達する
と、空気清浄機の動作を変更し、例えば弱風から中風や
強風に変化させる。実験によると、ガスセンサを連続加
熱の場合に対する検知遅れは、基準値に対して検出レベ
ルを９０％とした条件で、数秒程度であった。
【図１】 実施例のガス検出装置のブロック図
【図２】 実施例でのメモリ構成を示す図
【図３】 実施例の波形図
２ 金属酸化物半導体ガスセンサ
４ パルス駆動回路
６ ＡＤコンバータ
８ 波形記憶部
１０ 平均化部
１２ 基準値更新部
１４ 候補値記憶部
１６ 基準値記憶部
１８ 比較部
２０ メモリ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 河口 智博
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 AA01 BA01 BA09 DB06 DC18
FB02 FE39
Claims (3)
- 【請求項１】 金属酸化物半導体ガスセンサをパルス的
に加熱して、ガスを検出するようにした装置において、 １波形分のセンサ信号を記憶し、１波形に渡る平均値を
求めるための手段と、 求めた平均値と基準値とを比較してガスを検出するため
の手段と、 求めた平均値を用いて基準値を更新するための手段とを
設けたことを特徴とする、ガス検出装置。 - 【請求項２】 前記平均値は Σａi・Ｖi (ｉは１波
形内の位置を示す添字で、ａiは重み因子，Ｖiはセンサ
信号) であることを特徴とする、請求項１のガス検出
装置。 - 【請求項３】 前記１波形分のセンサ信号では、ガスセ
ンサのヒータをオンしている際のセンサ信号をマスクし
て、サンプリングから外すようにしたことを特徴とす
る、請求項１または２のガス検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001236266A JP2003042989A (ja) | 2001-08-03 | 2001-08-03 | ガス検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001236266A JP2003042989A (ja) | 2001-08-03 | 2001-08-03 | ガス検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003042989A true JP2003042989A (ja) | 2003-02-13 |
Family
ID=19067567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001236266A Pending JP2003042989A (ja) | 2001-08-03 | 2001-08-03 | ガス検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003042989A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1707949A1 (en) * | 2004-01-20 | 2006-10-04 | Suntory Limited | Gas detection method and detection device |
| JP2013250179A (ja) * | 2012-06-01 | 2013-12-12 | Fis Inc | ガス検出装置 |
| JP2015219112A (ja) * | 2014-05-19 | 2015-12-07 | 新コスモス電機株式会社 | ガス警報器 |
-
2001
- 2001-08-03 JP JP2001236266A patent/JP2003042989A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1707949A1 (en) * | 2004-01-20 | 2006-10-04 | Suntory Limited | Gas detection method and detection device |
| EP1707949A4 (en) * | 2004-01-20 | 2008-02-13 | Suntory Ltd | GAS DETECTION METHOD AND DETECTION DEVICE |
| US7493795B2 (en) | 2004-01-20 | 2009-02-24 | Suntory Limited | Gas detection method and gas detection apparatus |
| JP2013250179A (ja) * | 2012-06-01 | 2013-12-12 | Fis Inc | ガス検出装置 |
| JP2015219112A (ja) * | 2014-05-19 | 2015-12-07 | 新コスモス電機株式会社 | ガス警報器 |
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