JP2004245792A - 有極性ガス検出方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な処理手順でありながら正確かつ高速に有極性ガスを検出可能なガス検出方法及びその装置を提供する。
【解決手段】実測データから基準データを除去することにより（Ｓ５）、駆動パルスのオン直後のガスの有無には関係ない急激なセンサ出力変化分が実測データから除去されて、ガスによる急激なセンサ出力変化分のみを示す差分データが算出できる。また、差分データをその最大値を基準にして正規化した後に微分することにより（Ｓ７）、常に正確に変化分が算出できる。そして、このような微分結果から抽出された最大微分値と所定のしきい値とを比較することにより（Ｓ９、Ｓ１２）、高速かつ正確に所望の有極性ガスを検出できる。
【選択図】 図３
【解決手段】実測データから基準データを除去することにより（Ｓ５）、駆動パルスのオン直後のガスの有無には関係ない急激なセンサ出力変化分が実測データから除去されて、ガスによる急激なセンサ出力変化分のみを示す差分データが算出できる。また、差分データをその最大値を基準にして正規化した後に微分することにより（Ｓ７）、常に正確に変化分が算出できる。そして、このような微分結果から抽出された最大微分値と所定のしきい値とを比較することにより（Ｓ９、Ｓ１２）、高速かつ正確に所望の有極性ガスを検出できる。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接触燃焼式ガスセンサに対して、所定の周期で間欠的に駆動パルスを与え、パルスオン期間に得られるセンサ出力を用いて、有極性ガスを検出する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のガス検出方法及びその装置としては、例えば、下記特許文献１に示すものがある。この文献においては、図１１に示すようなオン期間Ｄの矩形波からなる駆動パルスが間欠的に接触燃焼式ガスセンサに与えられる。そして、このような駆動パルスが与えられたときの接触燃焼式ガスセンサからのセンサ出力が、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）にそれぞれ示すように、有極性ガスでは、駆動パルスオン直後の時点Ｔ１〜Ｔ３においてピーク値ＶＭＡＸ１を有し、その後の時点ＴＣにおいて定常値ＶＣ１を有するパターンを呈するのに対して、無極性ガスでは、時点Ｔ１〜Ｔ３においてはピーク値を有することなく時点ＴＣにおいて定常値ＶＣ２（＝ＶＭＡＸ２）を有するパターンを呈する点に着目して、無極性ガスと有極性ガスとを識別するようにしている。更に、各有極性ガスはそれぞれ、固有のピーク波形を呈する点に着目して、有極性ガスのガス種を識別するようにしている。なお、図１１及び図１２において、ＰＯＮ及びＰＯＦＦはそれぞれ、パルスオン時点及びパルスオフ時点を示す。また、図１２に示す時点Ｔ１〜Ｔ３、ＴＣは、図１１に示すそれらと一致する。すなわち、図１１に示す時点Ｔ１〜Ｔ３、ＴＣにおけるセンサ出力がそれぞれ、図１２に示されている。
【０００３】
詳しくは、有極性ガスのガス種を識別するために、上記従来例では、検出すべき有極性ガスのピーク波形に対応させて、パルスオン直後に５ｍｓ〜１０ｍｓ間隔で上記時点Ｔ１〜Ｔ３を予め設定している。また、検出すべき有極性ガスのピーク波形に対応させて、各時点Ｔ１、Ｔ３前後及び各時点Ｔ１〜Ｔ３間におけるセンサ出力を予め格納している。そして、上記オン期間Ｄにおける各時点Ｔ１、Ｔ３前後及び各時点Ｔ１〜Ｔ３間におけるセンサ出力の実測値と上記格納値とをそれぞれ比較することにより、有極性ガスの種類を判定するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３２３４６８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１２（Ａ）に示すように、有極性ガスはパルスオン直後の短時間にてピーク値を持つため、上記従来例のように波形パタンそのものに基づいて有極性ガスの種類を判別しようとすると、非常に近接した時点Ｔ１〜Ｔ３に対応するタイミングで、複数のセンサ出力を取得する必要がある。ところが、現実的には、外乱等の影響により、偶然的に、センサ出力が乱れることもあり得る。そうすると、上述のような非常に近接した時点Ｔ１〜Ｔ３に対応するタイミングでは、本来検出すべき波形とは異なる波形であると判定されることもあり得るため、これを防止するために、接触燃焼式ガスセンサに連続的に駆動パルスを与えて、多数決判定等の処理を加えることが必要となる。この結果、処理手順が複雑化するうえに、ガス種判定までに時間がかかるという問題があった。
【０００６】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、簡易な処理手順でありながら正確かつ高速に有極性ガスを検出可能なガス検出方法及びその装置を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の有極性ガス検出方法は、接触燃焼式ガスセンサに対して、所定の周期で間欠的に駆動パルスを与え、パルスオン期間に得られるセンサ出力を用いて、有極性ガスを検出する方法であって、測定開始以前に得られたセンサ出力に基づいて、検出すべきガスの影響のない、前記パルスオン期間のセンサ出力データである基準データを取込む基準データ取込工程と、測定開始以降の各周期毎のパルスオン期間に得られたセンサ出力をそれぞれ、実測データとして取込む実測データ取込工程と、前記実測データから前記基準データを除去したデータである差分データを算出する差分データ算出工程と、を含み、前記差分データを微分した結果に基づいて、前記有極性ガスを検出する、ことを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題を解決するためになされた請求項２記載の有極性ガス検出方法は、接触燃焼式ガスセンサに対して、所定の周期で間欠的に駆動パルスを与え、パルスオン期間に得られるセンサ出力を用いて、有極性ガスを検出する方法であって、測定開始以前に得られたセンサ出力に基づいて、検出すべきガスの影響のない、前記パルスオン期間のセンサ出力データである基準データを取込む基準データ取込工程と、測定開始以降の各周期毎のパルスオン期間に得られたセンサ出力をそれぞれ、実測データとして取込む実測データ取込工程と、前記実測データから前記基準データを除去したデータである差分データを算出する差分データ算出工程と、前記差分データをこの差分データ中の最大値を基準にして正規化したデータである正規化データを算出する正規化データ算出工程と、前記正規化データを微分した結果である微分データから最大微分値を抽出する最大微分値抽出工程と、前記最大微分値がゼロより大きいときいとみなせるときには前記有極性ガス又は無極性ガスのいずれかを検出したものと判定する第１判定工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決するためになされた請求項３記載の有極性ガス検出方法は、請求項２記載の有極性ガス検出方法において、前記第１判定工程にて前記いずれかのガスが検出されたものと判定された後に、検出されたガスが有極性ガスであるか或いは無極性ガスであるかを、前記実測データと予め定められた有極性ガス及び無極性ガスを示す波形パターンとを比較した結果に基づいて判定する第２判定工程、を更に含むことを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決するためになされた請求項４記載の有極性ガス検出方法は、請求項３記載の有極性ガス検出方法において、前記第２判定工程にて前記有極性ガスが有極性ガスであると判定された後に、前記最大微分値を、所定種の第１有極性ガスとこれとは異種の第２有極性ガスとを識別するために予め定められた最大微分しきい値と比較することにより、前記第１有極性ガス又は前記第２有極性ガスを検出する第３判定工程、を更に含むことを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決するためになされた請求項５記載の有極性ガス検出方法は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の有極性ガス検出方法において、前記正規化データ算出工程では、前記差分データにフィルタリング処理を施した後に前記正規化データを算出する、ことを特徴とする。
【００１２】
また、上記課題を解決するためになされた請求項６記載の有極性ガス検出装置は、接触燃焼式ガスセンサに対して、所定の周期で間欠的に駆動パルスを与え、各周期毎のパルスオン期間に得られるセンサ出力を用いて、有極性ガスを検出する装置であって、測定開始以前に得られたセンサ出力に基づいて、検出すべきガスの影響のない、前記パルスオン期間のセンサ出力データである基準データを取込む基準データ生成手段と、測定開始以降の各周期毎のパルスオン期間に得られたセンサ出力をそれぞれ、実測データとして取込む実測データ生成手段と、前記実測データから前記基準データを除去したデータである差分データを算出する差分データ算出手段と、を含み、前記差分データを微分した結果に基づいて、前記有極性ガスを検出する、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項１及び６記載の発明によれば、測定開始以前に得られたセンサ出力に基づいて、検出すべきガスの影響のない、パルスオン期間のセンサ出力データである基準データが取込まれ、測定開始以降の各周期毎のパルスオン期間に得られたセンサ出力がそれぞれ、実測データとして取込まれ、実測データから基準データを除去して差分データが算出され、そして、差分データを微分した結果に基づいて有極性ガスが検出される。
【００１４】
このように、実測データから基準データを除去することにより、駆動パルスのオン直後のガスの有無には関係ない急激なセンサ出力変化分が実測データから除去されて、ガスによる急激なセンサ出力変化分のみを示す差分データが算出できる。そして、この差分データを微分することにより急激なセンサ出力変化を容易に検出でき、これにより正確に有極性ガスを検出することが可能になる。
【００１５】
また、請求項２記載の発明によれば、測定開始以前に得られたセンサ出力に基づいて、検出すべきガスの影響のない、パルスオン期間のセンサ出力データである基準データが取込まれ、測定開始以降の各周期毎のパルスオン期間に得られたセンサ出力がそれぞれ、実測データとして取込まれ、実測データから基準データを除去して差分データが算出され、この差分データの最大値を基準にした正規化データを微分した結果から最大微分値が抽出され、そして、最大微分値がゼロより大きいときいとみなせるときには有極性ガス又は無極性ガスのいずれかが検出されたものと判定される。
【００１６】
このように、実測データから基準データを除去することにより、駆動パルスのオン直後のガスの有無には関係ない急激なセンサ出力変化分が実測データから除去されて、ガスによる急激なセンサ出力変化分のみを示す差分データが算出できる。また、差分データをその最大値を基準にして正規化した後に微分することにより、常に正確に変化分が算出できる。そして、このような微分結果から抽出された最大微分値とゼロとを比較することにより、有極性ガス検出の可能性があることを認識できる。
【００１７】
また、請求項３記載の発明によれば、上述のように最大微分値に基づき有極性ガスの可能性を判定したうえで、可能性ありと判定されたガスが有極性ガスであるか或いは無極性ガスであるかを、実測データと予め定められた有極性ガス及び無極性ガスを示す波形パターンとを比較した結果に基づいて判定するようにしているので、正確に有極性ガスを検出することができる。
【００１８】
また、請求項４記載の発明によれば、最大微分値を所定種の第１有極性ガスと第２有極性ガスとを識別するために予め定められた最大微分しきい値と比較することにより、第１有極性ガス又は第２有極性ガスを検出するようにしているので、有極性ガスの種類までも特定して検出できる。
【００１９】
また、請求項５記載の発明によれば、差分データをフィルタリングした後に正規化データを算出するようにしているので、突発的な外乱等の影響が除去された、より正確な変化分が算出できる。すなわち、より正確かつ高速に有極性ガスを検出可能性できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、図１、図２及び図１１を用いて、本発明に係る装置の基本構成、本発明で用いられる接触燃焼式ガスセンサの構成及び本発明で用いられる駆動パルスについて説明する。図１は、本発明のガス検出装置の基本構成を示すブロック図である。図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）はそれぞれ、本発明で用いられる接触燃焼式ガスセンサの平面図、背面図及びＡＡ線断面図である。図１１は、本発明で用いられる駆動パルスを例示するタイムチャートである。
【００２１】
図１に示すように、このガス検出装置のコントローラ１０には、駆動電源２０、出力部３０、及び検出用のブリッジ回路を含む接触燃焼式ガスセンサ４０が接続されている。このガス検出装置では、従来例と同様の図１１に示すような駆動パルスが供給されて接触燃焼式ガスセンサ４０が通電制御され、このセンサ４０のセンサ出力に基づいてコントローラ１０にて所定の有極性ガスが検出される。
【００２２】
コントローラ１０は、後述する図７のような本発明のガス検出に関する処理動作を司り、センサ駆動制御部１１、記憶部１２、センサ出力検出部１３、演算部１４及びガス検出部１５を含んで構成される。図示しないがコントローラ１０は、タイマ部等も有している。
【００２３】
センサ駆動制御部１１は、接触燃焼式ガスセンサ４０に対して駆動電源２０を通電制御して、図１１に示すような駆動パルスを所定周期で接触燃焼式ガスセンサ４０に与える。詳しくは、駆動パルスは、例えば、１０秒間のパルスＯＦＦ期間と２００ｍｓの通電期間Ｄとから構成され、これが繰り返される。ＴＣはパルスオン時点から、例えば、１８０ｍｓ経過した、センサ出力が定常状態になると想定される時点である。なお、図中、時点Ｔ１〜Ｔ３は上述した通りであるが、本発明では特に考慮されない。
【００２４】
記憶部１２には、少なくとも、図７のステップＳ１０にて利用される有極性ガス及び無極性ガスの波形パターン、図７のステップＳ９やステップＳ１２にて最大微分値との比較に利用されるしきい値が記憶されている。これら波形パターンやしきい値は予め実験等により予め求めらたものである。また、図７に示す処理手順において発生する一時データの保存場所としても利用される。
【００２５】
センサ出力検出部１３は、上記駆動パルスにより接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動されたときの各センサ出力を、各パルスオン期間にわたって時系列的に検出する。検出されたセンサ出力は、対応する処理が終了するまで記憶部１２に保存される。
【００２６】
演算部１４は、図７に示す処理手順における、フィルタリング、正規化、微分等のガス検出に関する演算処理を行う。ガス検出部１５は、演算部１４にて求められた最大微分値と記憶部１２中のしきい値との比較に基づいて、所定の有極性ガスを検出する。これらに対応する処理手順は図７を用いて後述する。
【００２７】
上記駆動電源２０は、既成の電池等が用いられる。また、出力部３０は、上記コントローラ１０のガス検出部１５からのガス検出結果を受けてその旨を出力する。この出力部３０は、例えば、ガス検出結果のひとつとして、有極性ガスの種類を直接表示出力するＬＣＤ及びその駆動回路であってもよいし、有極性ガスの種類を色分表示したり点滅するＬＥＤ及びその駆動回路等であってもよい。また、ブザー等の可聴信号にてガス検出結果を出力するようにしてもよい。
【００２８】
上記接触燃焼式ガスセンサ４０は、上記図１１で示すような駆動パルスが供給されて間欠的に駆動する。この接触燃焼式ガスセンサ４０は、基本的に、感応素子部Ｒｓ及び補償素子部Ｒｒから構成されている。感応素子部Ｒｓは（白金）Ｐｔヒータ４２及びＰｄ／Ａｌ２Ｏ３触媒層４３を含み、補償素子部ＲｒはＰｔヒータ４４及び（アルミナ）Ａｌ２Ｏ３層４５を含む。詳しくは、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、この接触燃焼式ガスセンサ４０は、（シリコン）Ｓｉウエハ４１の上に、（酸化）ＳｉＯ２膜４８ｃ、（窒化）ＳｉＮ膜４８ｂ、及び（酸化ハフニウム）ＨｆＯ２膜４８ａからなる絶縁薄膜が生膜され、その上に、感応素子部Ｒｓとして（白金）Ｐｔヒータ４２及びＰｄ／Ａｌ２Ｏ３触媒層４３、補償素子部Ｒｒとして（白金）Ｐｔヒータ４４及び（アルミナ）Ａｌ２Ｏ３層４５が形成されている。また、図２（Ｃ）に示すように、異方性エッチングして凹部４６及び４７を形成して、それぞれ薄膜ダイヤフラムＤｓ及びＤｒを形成することにより熱容量を小さくしている。このような構成にすることにより、高速反応可能でかつ測定精度が向上した接触燃焼式ガスセンサが得られる。また、熱容量が小さくなるので、消費電力が低減される。
【００２９】
上記Ｐｔヒータ４２、４４は、固定抵抗Ｒ１、Ｒ２及び可変抵抗Ｒｖと共にブリッジ回路を構成している。そして、このブリッジ回路のＰｔヒータ４４及び固定抵抗Ｒ１の接続点、並びにＰｔヒータ４２及び固定抵抗Ｒ２の接続点には、上記コントローラ１０を介して駆動パルスが所定のインターバルで間欠的に供給される。また、Ｐｔヒータ４２及び４４の接続点、並びに可変抵抗Ｒｖからは、センサ出力としての電圧値がコントローラ１０に供給される。
【００３０】
このような接触燃焼式ガスセンサ４０を使用するに際しては、まず、検出動作開始前に、センサ出力検出部１３に供給されるセンサ出力が中間電位になるように可変抵抗Ｒｖを調整する。この状態において、ＣＯガス等が感応素子部Ｒｓに触れると触媒作用により、この素子の表面で酸化されて反応熱が生じる。この反応熱により、Ｐｔヒータ４２の抵抗値が上昇し、この抵抗値の上昇によりブリッジ回路の平衡が崩れ、コントローラ１０に上記センサ出力が供給される。この場合、Ｐｔヒータ４４は周囲温度の変動によるＰｔヒータ４２の抵抗値の変動を相殺し、反応熱に起因するＰｔヒータ４２の抵抗値の変動成分のみを取り出せるように補償する。
【００３１】
ここで、本発明の実施形態に係る処理手順を説明する前に、図３〜図６を用いて、本発明における基本的な考え方について説明する。図３は、本発明で用いられる基準波形を示すグラフである。図４は、有極性ガスの出力波形の一例を示すグラフである。図５は、図４に示す有極性ガスの出力波形に対応する正規化波形である。図６は、図４に示す有極性ガスの正規化波形に対応する微分波形である。なお、図３〜図６中、ＰＯＮ及びＰＯＦＦはそれぞれ、図１１で示したパルスオン時点及びパルスオフ時点を示す。また、図４に示す出力波形は、図１１で示した駆動パルスにて接触燃焼式ガスセンサが駆動されたときに、得られたものである。
【００３２】
すなわち、図１１に示すような矩形波の駆動パルスにより接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動されて、最初のオン期間Ｄにおけるセンサ出力が検出され、このセンサ出力が基準データとして取込まれる。基準データの一例は、図３において、基準波形として示されている。この基準データは、検出すべき無極性ガスや有極性ガスの影響のない、パルスオン期間にわたるセンサ出力データである。
【００３３】
続いて、次の駆動パルスにより接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動されて、基準データ取得後のオン期間Ｄにおけるセンサ出力が検出され、このセンサ出力が実測データとして取込まれる。実測データの一例は、図４において、出力波形として示されている。
【００３４】
続いて、上記実測データから基準データが除去されたデータである差分データが算出される。更に、この差分データから正規化データが算出される。この正規化データは、差分データをフィルタリングした後に、このうちの最大値を基準にして正規化することにより算出される。
【００３５】
詳しくは、フィルタリングは例えば移動平均手法を利用して、以下のように表される。
ｙ［ｎ］＝１／２０・（ｘ［ｎ−１０］＋ｘ［ｎ−９］＋…＋ｘ［ｎ］＋ｘ［ｎ＋１］＋…＋ｘ［ｎ＋９］）…（１）
ここで、ｘ［ｎ］は移動平均前のデータ、ｙ［ｎ］は移動平均後のデータを示す。なお、説明を加えると、式（１）は、２０個のデータを加算し、それを２０で除した、いわゆるローパスフィルタ処理である。
【００３６】
続いて、フィルタリングしたデータ群から最大値ＹＭＡＸを抽出し、全データをその最大値ＹＭＡＸで除して、正規化を行う。すなわち、正規化データＹｓ［ｎ］は、以下のように表される。
Ｙｓ［ｎ］＝ｙ［ｎ］／ＹＭＡＸ…（２）
上記正規化データＹｓ［ｎ］の一例は、図５において、正規化波形として示されている。
【００３７】
続いて、上記正規化データが微分されて微分値データが得られ、この微分値データから最大微分値が抽出される。
詳しくは、微分値データＹｄｉｖ［ｎ］は、以下のように表され、
Ｙｄｉｖ［ｎ］＝ｄ（Ｙｓ［ｎ＋ｔ］−Ｙｓ［ｎ］）／ｄｔ…（３）
このうちから、最大微分値ＹｄＭＡＸが抽出される。
微分値データＹｄｉｖ［ｎ］の一例は、図６において、微分波形として示されている。
【００３８】
そして、上記最大微分値ＹｄＭＡＸが、有極性ガス又は無極性ガスのいずれかが含まれているか否かを判定するためのしきい値Ｒ０（図６参照）や、後述する有極性ガスのガスの種類を特定するためのしきい値Ｒ２００（図１０参照）と比較されて、有極性ガス又は無極性ガスの判別や有極性ガスの種類の特定が行われる。
【００３９】
このように、実測データから基準データを除去することにより、駆動パルスのオン直後のガスの有無には関係ない急激なセンサ出力変化分が実測データから除去されて、ガスによる急激なセンサ出力変化分のみを示す差分データが算出できる。また、差分データをその最大値を基準にして正規化した後に微分することにより、常に正確に変化分が算出できる。そして、このような微分結果から抽出された最大微分値と所定のしきい値とを比較することにより、高速かつ正確に所望の有極性ガスを検出できる。
【００４０】
次に、本発明の一実施形態に係る処理手順について、図８〜図１０を参照しつつ、図７を用いて説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。図８は、有極性ガスの一例であるエタノール及びＤＭＣ（Ｄｉｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈｙｌ Ｃａｒｂｏｎｅｔ）の出力波形をそれぞれ示すグラフである。図９は、図８に示すエタノール及びＤＭＣの出力波形にそれぞれ対応する正規化波形である。図１０は、図８に示すエタノール及びＤＭＣの正規化波形に対応する微分波形である。この処理手順では、無極性ガスと有極性ガスとしてのエタノール及びＤＭＣとをそれぞれ検出する方法を例示する。なお、図８〜図１０において、エタノール及びＤＭＣの濃度は共に１０００ｐｐｍとする。この実施形態においても、例えば、図１１で示したような駆動パルスが用いられる。
【００４１】
まず、図７のステップＳ１において、上記駆動パルスにより接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動されて、最初のオン期間Ｄにおけるセンサ出力が検出され、ステップＳ２において、このセンサ出力が基準データとして取込まれる。基準データの一例は、図３に示した通りである。ステップＳ１及びステップＳ２は、請求項中の基準データ取得工程及び基準データ取得手段に対応する。また、最初のセンサ出力は、請求項中の測定開始以前に得られたセンサ出力に対応する。
【００４２】
次に、ステップＳ３において、次の駆動パルスにより接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動されて、基準データ取得後のオン期間Ｄにおけるセンサ出力が検出され、ステップＳ４において、このセンサ出力が実測データとして取込まれる。エタノール及びＤＭＣの基準データの一例は、図８において、出力波形としてそれぞれ示されている。ステップＳ３及びステップＳ４は、請求項中の実測データ取得工程及び実測データ取得手段に対応する。また、ここで得られるセンサ出力は、請求項中の測定開始以降に得られたセンサ出力に対応する。
【００４３】
次に、ステップＳ５において、上記実測データから基準データが除去されたデータである差分データが算出される。更に、ステップＳ６において、この差分データから正規化データが算出される。この正規化データは、上述のように、差分データをフィルタリングした後に、このうちの最大値を基準にして正規化することにより算出する。
【００４４】
なお、正規化に際し、フィルタリング処理は必ずしも必要ではないが、上述のようなフィルタリング処理を施すことにより、突発的な外乱等の影響を効果的に除去することができる。また、フィルタリング処理として、移動平均手法以外の手法を利用してもよい。エタノール及びＤＭＣの正規化データの一例は、図９において、正規化波形としてそれぞれ示されている。ステップＳ６は、請求項中の正規化データ算出工程に対応する。
【００４５】
次に、ステップＳ７において正規化データが微分されて微分値データが得られ、ステップＳ８において微分値データから最大微分値が抽出される。最大微分値の求め方は、上述した通りである。エタノール及びＤＭＣの微分値データの一例は、図１０において、微分波形としてそれぞれ示されている。ステップＳ７及びステップＳ８は、請求項中の最大微分値抽出工程に対応する。
【００４６】
そして、ステップＳ９において、上記最大微分値が０と比較され（図１０参照）、最大微分値ＹｄＭＡＸが０よりも大きいと判定されるとステップＳ１０に進み（ステップＳ９のＹ）、さもなければステップＳ３に戻る（ステップＳ９のＮ）。ここで、０という値は、上記ステップＳ３で検出されたセンサ出力に、有極性ガス又は無極性ガスのいずれかが含まれているか否かを判定するためのしきい値Ｒ０（図１０参照）である。
【００４７】
このしきい値Ｒ０の値は、有極性ガス又は無極性ガスのいずれも含まれないときには、上記正規化データは、１駆動パルスのパルスオン時点ＰＯＮからパルスオフ時点ＰＯＦＦにわたって定常値のままである、つまり、この間、微分値が０であるはずである、という考えに基づくものである。したがって、しきい値Ｒ０は、完全に０でなくても、予め外乱等を考慮して設定された０に近い値であってもよい。しきい値Ｒ０は記憶部１２に予め記憶されおり、ここで読み出される。このステップＳ９の判定により、有極性ガス検出の可能性があることを認識できるようになる。なお、ステップＳ９は、請求項中の第１判定工程に対応する。
【００４８】
次に、ステップＳ１０において、検出されたガスが有極性ガスであるか或いは無極性ガスであるかが判定される。詳しくは、この判定は、ステップＳ４で取込まれた実測データと、記憶部１２に予め記憶されている、図１２（Ａ）に示すような有極性ガス及び図１２（Ｂ）に示すような無極性ガスに関するデータとの比較に基づいて行われる。例えば、図１２（Ａ）中の最大値ＶＭＡＸ１や図１２（Ｂ）中の最大値ＶＭＡＸ２で示すように、センサ出力の最大値ＶＭＡＸと、パルスオンから１８０ｍｓ経過した時点ＴＣにおけるセンサ出力値Ｙ［１８０］とを比較し、センサ出力値Ｙ［１８０］が最大値ＶＭＡＸの±２％以内に入れば無極性ガス、センサ出力値Ｙ［１８０］が最大値ＶＭＡＸの２％以下であれば有極性ガスと判定するようにする。ここで、無極性ガスと判定されるとステップＳ１１に進み、有極性ガスと判定されるとステップＳ１２に進む。このステップＳ１０により、正確に有極性ガスを検出することができるようになる。なお、ステップＳ１０は、請求項中の第２判定工程に対応する。
【００４９】
ステップＳ１１においては、無極性ガスが検出された旨が、ＬＣＤやＬＥＤにより出力部３０から出力される。一方、有極性ガスと判定されて進んだステップＳ１２においては、上記最大微分値が２００と比較され（図１０参照）、最大微分値が２００よりも大きいと判定されるとステップＳ１３に進み（ステップＳ１２のＹ）、さもなければステップＳ１４に進む（ステップＳ１２のＮ）。ここで、２００という値は、ＤＭＣとエタノールとを識別するために予め定められた最大微分しきい値Ｒ２００（図１０参照）である。ＤＭＣ及びエタノールはそれぞれ、請求項中の第１有極性ガス及び第２有極性ガスに対応する。第１有極性ガス及び第２有極性ガスがＤＭＣやエタノールとは異なるガスであるときには、最適な最大微分しきい値は変わる可能性がある。最大微分しきい値は記憶部１２に予め記憶されおり、ここで読み出される。なお、ステップＳ１２は、請求項中の第３判定工程に対応する。
【００５０】
そして、ステップＳ１３及びステップＳ１４においてそれぞれ、ＤＭＣ及びエタノールが検出された旨が、ＬＣＤやＬＥＤ点滅等により出力部３０から出力される。勿論、これにブザー音等の可聴信号を付加してもよいし、可聴信号のみでＤＭＣ及びエタノールが検出された旨を出力するようにしてもよい。
【００５１】
このように本実施形態によれば、簡易な処理手順でありながら正確かつ高速に有極性ガスを検出できるようになる。
【００５２】
なお、上記実施形態においては、有極性ガスとしてエタノール及びＤＭＣを検出する方法を例示したが、他種の有極性ガスであっても同様の処理手順により検出可能である。また、本発明は、上記各センサ出力のオン時間、オンオフ間隔等を上記実施形態に例示した値に限定するものではなく、各値は、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び６記載の発明によれば、実測データから基準データを除去することにより、駆動パルスのオン直後のガスの有無には関係ない急激なセンサ出力変化分が実測データから除去されて、ガスによる急激なセンサ出力変化分のみを示す差分データが算出できる。そして、この差分データを微分することにより急激なセンサ出力変化を容易に検出でき、これにより正確に有極性ガスを検出することが可能になる。すなわち、簡易な処理手順でありながら、測定開始以降の１駆動パルスだけでも正確に有極性ガスを検出できるようになる。
【００５４】
請求項２記載の発明によれば、実測データから基準データを除去することにより、駆動パルスのオン直後のガスの有無には関係ない急激なセンサ出力変化分が実測データから除去されて、ガスによる急激なセンサ出力変化分のみを示す差分データが算出できる。また、差分データをその最大値を基準にして正規化した後に微分することにより、常に正確に変化分が算出できる。そして、このような微分結果から抽出された最大微分値とゼロとを比較することにより、有極性ガス検出の可能性があることを正確に認識できるようになる。また、測定開始以降の１駆動パルスだけでも有極性ガスの検出可能性を認識できるようになる。
【００５５】
請求項３記載の発明によれば、上述のように最大微分値に基づき有極性ガスの可能性を判定したうえで、可能性ありと判定されたガスが有極性ガスであるか或いは無極性ガスであるかを、実測データと予め定められた有極性ガス及び無極性ガスを示す波形パターンとを比較した結果に基づいて判定するようにしているので、より正確に有極性ガスを検出することができるようになる。
【００５６】
請求項４記載の発明によれば、最大微分値を所定種の第１有極性ガスと第２有極性ガスとを識別するために予め定められた最大微分しきい値と比較することにより、第１有極性ガス又は第２有極性ガスを検出するようにしているので、有極性ガスの種類までも特定して検出できるようになる。
【００５７】
請求項５記載の発明によれば、差分データをフィルタリングした後に正規化データを算出するようにしているので、突発的な外乱等の影響が除去された、より正確な変化分が算出できる。すなわち、より正確かつ高速に有極性ガスを検出可能性できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス検出装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）はそれぞれ、本発明で用いられる接触燃焼式ガスセンサの平面図、背面図及びＡＡ線断面図である。
【図３】本発明で用いられる基準波形を示すグラフである。
【図４】有極性ガスの出力波形の一例を示すグラフである。
【図５】図４に示す有極性ガスの出力波形に対応する正規化波形である。
【図６】図４に示す有極性ガスの正規化波形に対応する微分波形である。
【図７】本発明の一実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。
【図８】エタノール及びＤＭＣの出力波形をそれぞれ示すグラフである。
【図９】図８に示すエタノール及びＤＭＣの出力波形にそれぞれ対応する正規化波形である。
【図１０】図８に示すエタノール及びＤＭＣの正規化波形に対応する微分波形である。
【図１１】本発明で用いられる駆動パルスを例示するタイムチャートである。
【図１２】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）はそれぞれ、有極性ガス及び無極性ガスの典型的なセンサ出力パターンを示すグラフである。
【符号の説明】
１０ コントローラ
２０ 駆動電源
３０ 出力部
４０ 接触燃焼式ガスセンサ
４２、４４ Ｐｔヒータ
４３ Ｐｄ／Ａｌ２Ｏ３触媒層
４５ Ａｌ２Ｏ３層
Ｒｓ 感応素子部
Ｒｒ 補償素子部
【発明の属する技術分野】
本発明は、接触燃焼式ガスセンサに対して、所定の周期で間欠的に駆動パルスを与え、パルスオン期間に得られるセンサ出力を用いて、有極性ガスを検出する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のガス検出方法及びその装置としては、例えば、下記特許文献１に示すものがある。この文献においては、図１１に示すようなオン期間Ｄの矩形波からなる駆動パルスが間欠的に接触燃焼式ガスセンサに与えられる。そして、このような駆動パルスが与えられたときの接触燃焼式ガスセンサからのセンサ出力が、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）にそれぞれ示すように、有極性ガスでは、駆動パルスオン直後の時点Ｔ１〜Ｔ３においてピーク値ＶＭＡＸ１を有し、その後の時点ＴＣにおいて定常値ＶＣ１を有するパターンを呈するのに対して、無極性ガスでは、時点Ｔ１〜Ｔ３においてはピーク値を有することなく時点ＴＣにおいて定常値ＶＣ２（＝ＶＭＡＸ２）を有するパターンを呈する点に着目して、無極性ガスと有極性ガスとを識別するようにしている。更に、各有極性ガスはそれぞれ、固有のピーク波形を呈する点に着目して、有極性ガスのガス種を識別するようにしている。なお、図１１及び図１２において、ＰＯＮ及びＰＯＦＦはそれぞれ、パルスオン時点及びパルスオフ時点を示す。また、図１２に示す時点Ｔ１〜Ｔ３、ＴＣは、図１１に示すそれらと一致する。すなわち、図１１に示す時点Ｔ１〜Ｔ３、ＴＣにおけるセンサ出力がそれぞれ、図１２に示されている。
【０００３】
詳しくは、有極性ガスのガス種を識別するために、上記従来例では、検出すべき有極性ガスのピーク波形に対応させて、パルスオン直後に５ｍｓ〜１０ｍｓ間隔で上記時点Ｔ１〜Ｔ３を予め設定している。また、検出すべき有極性ガスのピーク波形に対応させて、各時点Ｔ１、Ｔ３前後及び各時点Ｔ１〜Ｔ３間におけるセンサ出力を予め格納している。そして、上記オン期間Ｄにおける各時点Ｔ１、Ｔ３前後及び各時点Ｔ１〜Ｔ３間におけるセンサ出力の実測値と上記格納値とをそれぞれ比較することにより、有極性ガスの種類を判定するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３２３４６８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１２（Ａ）に示すように、有極性ガスはパルスオン直後の短時間にてピーク値を持つため、上記従来例のように波形パタンそのものに基づいて有極性ガスの種類を判別しようとすると、非常に近接した時点Ｔ１〜Ｔ３に対応するタイミングで、複数のセンサ出力を取得する必要がある。ところが、現実的には、外乱等の影響により、偶然的に、センサ出力が乱れることもあり得る。そうすると、上述のような非常に近接した時点Ｔ１〜Ｔ３に対応するタイミングでは、本来検出すべき波形とは異なる波形であると判定されることもあり得るため、これを防止するために、接触燃焼式ガスセンサに連続的に駆動パルスを与えて、多数決判定等の処理を加えることが必要となる。この結果、処理手順が複雑化するうえに、ガス種判定までに時間がかかるという問題があった。
【０００６】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、簡易な処理手順でありながら正確かつ高速に有極性ガスを検出可能なガス検出方法及びその装置を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の有極性ガス検出方法は、接触燃焼式ガスセンサに対して、所定の周期で間欠的に駆動パルスを与え、パルスオン期間に得られるセンサ出力を用いて、有極性ガスを検出する方法であって、測定開始以前に得られたセンサ出力に基づいて、検出すべきガスの影響のない、前記パルスオン期間のセンサ出力データである基準データを取込む基準データ取込工程と、測定開始以降の各周期毎のパルスオン期間に得られたセンサ出力をそれぞれ、実測データとして取込む実測データ取込工程と、前記実測データから前記基準データを除去したデータである差分データを算出する差分データ算出工程と、を含み、前記差分データを微分した結果に基づいて、前記有極性ガスを検出する、ことを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題を解決するためになされた請求項２記載の有極性ガス検出方法は、接触燃焼式ガスセンサに対して、所定の周期で間欠的に駆動パルスを与え、パルスオン期間に得られるセンサ出力を用いて、有極性ガスを検出する方法であって、測定開始以前に得られたセンサ出力に基づいて、検出すべきガスの影響のない、前記パルスオン期間のセンサ出力データである基準データを取込む基準データ取込工程と、測定開始以降の各周期毎のパルスオン期間に得られたセンサ出力をそれぞれ、実測データとして取込む実測データ取込工程と、前記実測データから前記基準データを除去したデータである差分データを算出する差分データ算出工程と、前記差分データをこの差分データ中の最大値を基準にして正規化したデータである正規化データを算出する正規化データ算出工程と、前記正規化データを微分した結果である微分データから最大微分値を抽出する最大微分値抽出工程と、前記最大微分値がゼロより大きいときいとみなせるときには前記有極性ガス又は無極性ガスのいずれかを検出したものと判定する第１判定工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決するためになされた請求項３記載の有極性ガス検出方法は、請求項２記載の有極性ガス検出方法において、前記第１判定工程にて前記いずれかのガスが検出されたものと判定された後に、検出されたガスが有極性ガスであるか或いは無極性ガスであるかを、前記実測データと予め定められた有極性ガス及び無極性ガスを示す波形パターンとを比較した結果に基づいて判定する第２判定工程、を更に含むことを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決するためになされた請求項４記載の有極性ガス検出方法は、請求項３記載の有極性ガス検出方法において、前記第２判定工程にて前記有極性ガスが有極性ガスであると判定された後に、前記最大微分値を、所定種の第１有極性ガスとこれとは異種の第２有極性ガスとを識別するために予め定められた最大微分しきい値と比較することにより、前記第１有極性ガス又は前記第２有極性ガスを検出する第３判定工程、を更に含むことを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決するためになされた請求項５記載の有極性ガス検出方法は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の有極性ガス検出方法において、前記正規化データ算出工程では、前記差分データにフィルタリング処理を施した後に前記正規化データを算出する、ことを特徴とする。
【００１２】
また、上記課題を解決するためになされた請求項６記載の有極性ガス検出装置は、接触燃焼式ガスセンサに対して、所定の周期で間欠的に駆動パルスを与え、各周期毎のパルスオン期間に得られるセンサ出力を用いて、有極性ガスを検出する装置であって、測定開始以前に得られたセンサ出力に基づいて、検出すべきガスの影響のない、前記パルスオン期間のセンサ出力データである基準データを取込む基準データ生成手段と、測定開始以降の各周期毎のパルスオン期間に得られたセンサ出力をそれぞれ、実測データとして取込む実測データ生成手段と、前記実測データから前記基準データを除去したデータである差分データを算出する差分データ算出手段と、を含み、前記差分データを微分した結果に基づいて、前記有極性ガスを検出する、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項１及び６記載の発明によれば、測定開始以前に得られたセンサ出力に基づいて、検出すべきガスの影響のない、パルスオン期間のセンサ出力データである基準データが取込まれ、測定開始以降の各周期毎のパルスオン期間に得られたセンサ出力がそれぞれ、実測データとして取込まれ、実測データから基準データを除去して差分データが算出され、そして、差分データを微分した結果に基づいて有極性ガスが検出される。
【００１４】
このように、実測データから基準データを除去することにより、駆動パルスのオン直後のガスの有無には関係ない急激なセンサ出力変化分が実測データから除去されて、ガスによる急激なセンサ出力変化分のみを示す差分データが算出できる。そして、この差分データを微分することにより急激なセンサ出力変化を容易に検出でき、これにより正確に有極性ガスを検出することが可能になる。
【００１５】
また、請求項２記載の発明によれば、測定開始以前に得られたセンサ出力に基づいて、検出すべきガスの影響のない、パルスオン期間のセンサ出力データである基準データが取込まれ、測定開始以降の各周期毎のパルスオン期間に得られたセンサ出力がそれぞれ、実測データとして取込まれ、実測データから基準データを除去して差分データが算出され、この差分データの最大値を基準にした正規化データを微分した結果から最大微分値が抽出され、そして、最大微分値がゼロより大きいときいとみなせるときには有極性ガス又は無極性ガスのいずれかが検出されたものと判定される。
【００１６】
このように、実測データから基準データを除去することにより、駆動パルスのオン直後のガスの有無には関係ない急激なセンサ出力変化分が実測データから除去されて、ガスによる急激なセンサ出力変化分のみを示す差分データが算出できる。また、差分データをその最大値を基準にして正規化した後に微分することにより、常に正確に変化分が算出できる。そして、このような微分結果から抽出された最大微分値とゼロとを比較することにより、有極性ガス検出の可能性があることを認識できる。
【００１７】
また、請求項３記載の発明によれば、上述のように最大微分値に基づき有極性ガスの可能性を判定したうえで、可能性ありと判定されたガスが有極性ガスであるか或いは無極性ガスであるかを、実測データと予め定められた有極性ガス及び無極性ガスを示す波形パターンとを比較した結果に基づいて判定するようにしているので、正確に有極性ガスを検出することができる。
【００１８】
また、請求項４記載の発明によれば、最大微分値を所定種の第１有極性ガスと第２有極性ガスとを識別するために予め定められた最大微分しきい値と比較することにより、第１有極性ガス又は第２有極性ガスを検出するようにしているので、有極性ガスの種類までも特定して検出できる。
【００１９】
また、請求項５記載の発明によれば、差分データをフィルタリングした後に正規化データを算出するようにしているので、突発的な外乱等の影響が除去された、より正確な変化分が算出できる。すなわち、より正確かつ高速に有極性ガスを検出可能性できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、図１、図２及び図１１を用いて、本発明に係る装置の基本構成、本発明で用いられる接触燃焼式ガスセンサの構成及び本発明で用いられる駆動パルスについて説明する。図１は、本発明のガス検出装置の基本構成を示すブロック図である。図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）はそれぞれ、本発明で用いられる接触燃焼式ガスセンサの平面図、背面図及びＡＡ線断面図である。図１１は、本発明で用いられる駆動パルスを例示するタイムチャートである。
【００２１】
図１に示すように、このガス検出装置のコントローラ１０には、駆動電源２０、出力部３０、及び検出用のブリッジ回路を含む接触燃焼式ガスセンサ４０が接続されている。このガス検出装置では、従来例と同様の図１１に示すような駆動パルスが供給されて接触燃焼式ガスセンサ４０が通電制御され、このセンサ４０のセンサ出力に基づいてコントローラ１０にて所定の有極性ガスが検出される。
【００２２】
コントローラ１０は、後述する図７のような本発明のガス検出に関する処理動作を司り、センサ駆動制御部１１、記憶部１２、センサ出力検出部１３、演算部１４及びガス検出部１５を含んで構成される。図示しないがコントローラ１０は、タイマ部等も有している。
【００２３】
センサ駆動制御部１１は、接触燃焼式ガスセンサ４０に対して駆動電源２０を通電制御して、図１１に示すような駆動パルスを所定周期で接触燃焼式ガスセンサ４０に与える。詳しくは、駆動パルスは、例えば、１０秒間のパルスＯＦＦ期間と２００ｍｓの通電期間Ｄとから構成され、これが繰り返される。ＴＣはパルスオン時点から、例えば、１８０ｍｓ経過した、センサ出力が定常状態になると想定される時点である。なお、図中、時点Ｔ１〜Ｔ３は上述した通りであるが、本発明では特に考慮されない。
【００２４】
記憶部１２には、少なくとも、図７のステップＳ１０にて利用される有極性ガス及び無極性ガスの波形パターン、図７のステップＳ９やステップＳ１２にて最大微分値との比較に利用されるしきい値が記憶されている。これら波形パターンやしきい値は予め実験等により予め求めらたものである。また、図７に示す処理手順において発生する一時データの保存場所としても利用される。
【００２５】
センサ出力検出部１３は、上記駆動パルスにより接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動されたときの各センサ出力を、各パルスオン期間にわたって時系列的に検出する。検出されたセンサ出力は、対応する処理が終了するまで記憶部１２に保存される。
【００２６】
演算部１４は、図７に示す処理手順における、フィルタリング、正規化、微分等のガス検出に関する演算処理を行う。ガス検出部１５は、演算部１４にて求められた最大微分値と記憶部１２中のしきい値との比較に基づいて、所定の有極性ガスを検出する。これらに対応する処理手順は図７を用いて後述する。
【００２７】
上記駆動電源２０は、既成の電池等が用いられる。また、出力部３０は、上記コントローラ１０のガス検出部１５からのガス検出結果を受けてその旨を出力する。この出力部３０は、例えば、ガス検出結果のひとつとして、有極性ガスの種類を直接表示出力するＬＣＤ及びその駆動回路であってもよいし、有極性ガスの種類を色分表示したり点滅するＬＥＤ及びその駆動回路等であってもよい。また、ブザー等の可聴信号にてガス検出結果を出力するようにしてもよい。
【００２８】
上記接触燃焼式ガスセンサ４０は、上記図１１で示すような駆動パルスが供給されて間欠的に駆動する。この接触燃焼式ガスセンサ４０は、基本的に、感応素子部Ｒｓ及び補償素子部Ｒｒから構成されている。感応素子部Ｒｓは（白金）Ｐｔヒータ４２及びＰｄ／Ａｌ２Ｏ３触媒層４３を含み、補償素子部ＲｒはＰｔヒータ４４及び（アルミナ）Ａｌ２Ｏ３層４５を含む。詳しくは、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、この接触燃焼式ガスセンサ４０は、（シリコン）Ｓｉウエハ４１の上に、（酸化）ＳｉＯ２膜４８ｃ、（窒化）ＳｉＮ膜４８ｂ、及び（酸化ハフニウム）ＨｆＯ２膜４８ａからなる絶縁薄膜が生膜され、その上に、感応素子部Ｒｓとして（白金）Ｐｔヒータ４２及びＰｄ／Ａｌ２Ｏ３触媒層４３、補償素子部Ｒｒとして（白金）Ｐｔヒータ４４及び（アルミナ）Ａｌ２Ｏ３層４５が形成されている。また、図２（Ｃ）に示すように、異方性エッチングして凹部４６及び４７を形成して、それぞれ薄膜ダイヤフラムＤｓ及びＤｒを形成することにより熱容量を小さくしている。このような構成にすることにより、高速反応可能でかつ測定精度が向上した接触燃焼式ガスセンサが得られる。また、熱容量が小さくなるので、消費電力が低減される。
【００２９】
上記Ｐｔヒータ４２、４４は、固定抵抗Ｒ１、Ｒ２及び可変抵抗Ｒｖと共にブリッジ回路を構成している。そして、このブリッジ回路のＰｔヒータ４４及び固定抵抗Ｒ１の接続点、並びにＰｔヒータ４２及び固定抵抗Ｒ２の接続点には、上記コントローラ１０を介して駆動パルスが所定のインターバルで間欠的に供給される。また、Ｐｔヒータ４２及び４４の接続点、並びに可変抵抗Ｒｖからは、センサ出力としての電圧値がコントローラ１０に供給される。
【００３０】
このような接触燃焼式ガスセンサ４０を使用するに際しては、まず、検出動作開始前に、センサ出力検出部１３に供給されるセンサ出力が中間電位になるように可変抵抗Ｒｖを調整する。この状態において、ＣＯガス等が感応素子部Ｒｓに触れると触媒作用により、この素子の表面で酸化されて反応熱が生じる。この反応熱により、Ｐｔヒータ４２の抵抗値が上昇し、この抵抗値の上昇によりブリッジ回路の平衡が崩れ、コントローラ１０に上記センサ出力が供給される。この場合、Ｐｔヒータ４４は周囲温度の変動によるＰｔヒータ４２の抵抗値の変動を相殺し、反応熱に起因するＰｔヒータ４２の抵抗値の変動成分のみを取り出せるように補償する。
【００３１】
ここで、本発明の実施形態に係る処理手順を説明する前に、図３〜図６を用いて、本発明における基本的な考え方について説明する。図３は、本発明で用いられる基準波形を示すグラフである。図４は、有極性ガスの出力波形の一例を示すグラフである。図５は、図４に示す有極性ガスの出力波形に対応する正規化波形である。図６は、図４に示す有極性ガスの正規化波形に対応する微分波形である。なお、図３〜図６中、ＰＯＮ及びＰＯＦＦはそれぞれ、図１１で示したパルスオン時点及びパルスオフ時点を示す。また、図４に示す出力波形は、図１１で示した駆動パルスにて接触燃焼式ガスセンサが駆動されたときに、得られたものである。
【００３２】
すなわち、図１１に示すような矩形波の駆動パルスにより接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動されて、最初のオン期間Ｄにおけるセンサ出力が検出され、このセンサ出力が基準データとして取込まれる。基準データの一例は、図３において、基準波形として示されている。この基準データは、検出すべき無極性ガスや有極性ガスの影響のない、パルスオン期間にわたるセンサ出力データである。
【００３３】
続いて、次の駆動パルスにより接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動されて、基準データ取得後のオン期間Ｄにおけるセンサ出力が検出され、このセンサ出力が実測データとして取込まれる。実測データの一例は、図４において、出力波形として示されている。
【００３４】
続いて、上記実測データから基準データが除去されたデータである差分データが算出される。更に、この差分データから正規化データが算出される。この正規化データは、差分データをフィルタリングした後に、このうちの最大値を基準にして正規化することにより算出される。
【００３５】
詳しくは、フィルタリングは例えば移動平均手法を利用して、以下のように表される。
ｙ［ｎ］＝１／２０・（ｘ［ｎ−１０］＋ｘ［ｎ−９］＋…＋ｘ［ｎ］＋ｘ［ｎ＋１］＋…＋ｘ［ｎ＋９］）…（１）
ここで、ｘ［ｎ］は移動平均前のデータ、ｙ［ｎ］は移動平均後のデータを示す。なお、説明を加えると、式（１）は、２０個のデータを加算し、それを２０で除した、いわゆるローパスフィルタ処理である。
【００３６】
続いて、フィルタリングしたデータ群から最大値ＹＭＡＸを抽出し、全データをその最大値ＹＭＡＸで除して、正規化を行う。すなわち、正規化データＹｓ［ｎ］は、以下のように表される。
Ｙｓ［ｎ］＝ｙ［ｎ］／ＹＭＡＸ…（２）
上記正規化データＹｓ［ｎ］の一例は、図５において、正規化波形として示されている。
【００３７】
続いて、上記正規化データが微分されて微分値データが得られ、この微分値データから最大微分値が抽出される。
詳しくは、微分値データＹｄｉｖ［ｎ］は、以下のように表され、
Ｙｄｉｖ［ｎ］＝ｄ（Ｙｓ［ｎ＋ｔ］−Ｙｓ［ｎ］）／ｄｔ…（３）
このうちから、最大微分値ＹｄＭＡＸが抽出される。
微分値データＹｄｉｖ［ｎ］の一例は、図６において、微分波形として示されている。
【００３８】
そして、上記最大微分値ＹｄＭＡＸが、有極性ガス又は無極性ガスのいずれかが含まれているか否かを判定するためのしきい値Ｒ０（図６参照）や、後述する有極性ガスのガスの種類を特定するためのしきい値Ｒ２００（図１０参照）と比較されて、有極性ガス又は無極性ガスの判別や有極性ガスの種類の特定が行われる。
【００３９】
このように、実測データから基準データを除去することにより、駆動パルスのオン直後のガスの有無には関係ない急激なセンサ出力変化分が実測データから除去されて、ガスによる急激なセンサ出力変化分のみを示す差分データが算出できる。また、差分データをその最大値を基準にして正規化した後に微分することにより、常に正確に変化分が算出できる。そして、このような微分結果から抽出された最大微分値と所定のしきい値とを比較することにより、高速かつ正確に所望の有極性ガスを検出できる。
【００４０】
次に、本発明の一実施形態に係る処理手順について、図８〜図１０を参照しつつ、図７を用いて説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。図８は、有極性ガスの一例であるエタノール及びＤＭＣ（Ｄｉｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈｙｌ Ｃａｒｂｏｎｅｔ）の出力波形をそれぞれ示すグラフである。図９は、図８に示すエタノール及びＤＭＣの出力波形にそれぞれ対応する正規化波形である。図１０は、図８に示すエタノール及びＤＭＣの正規化波形に対応する微分波形である。この処理手順では、無極性ガスと有極性ガスとしてのエタノール及びＤＭＣとをそれぞれ検出する方法を例示する。なお、図８〜図１０において、エタノール及びＤＭＣの濃度は共に１０００ｐｐｍとする。この実施形態においても、例えば、図１１で示したような駆動パルスが用いられる。
【００４１】
まず、図７のステップＳ１において、上記駆動パルスにより接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動されて、最初のオン期間Ｄにおけるセンサ出力が検出され、ステップＳ２において、このセンサ出力が基準データとして取込まれる。基準データの一例は、図３に示した通りである。ステップＳ１及びステップＳ２は、請求項中の基準データ取得工程及び基準データ取得手段に対応する。また、最初のセンサ出力は、請求項中の測定開始以前に得られたセンサ出力に対応する。
【００４２】
次に、ステップＳ３において、次の駆動パルスにより接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動されて、基準データ取得後のオン期間Ｄにおけるセンサ出力が検出され、ステップＳ４において、このセンサ出力が実測データとして取込まれる。エタノール及びＤＭＣの基準データの一例は、図８において、出力波形としてそれぞれ示されている。ステップＳ３及びステップＳ４は、請求項中の実測データ取得工程及び実測データ取得手段に対応する。また、ここで得られるセンサ出力は、請求項中の測定開始以降に得られたセンサ出力に対応する。
【００４３】
次に、ステップＳ５において、上記実測データから基準データが除去されたデータである差分データが算出される。更に、ステップＳ６において、この差分データから正規化データが算出される。この正規化データは、上述のように、差分データをフィルタリングした後に、このうちの最大値を基準にして正規化することにより算出する。
【００４４】
なお、正規化に際し、フィルタリング処理は必ずしも必要ではないが、上述のようなフィルタリング処理を施すことにより、突発的な外乱等の影響を効果的に除去することができる。また、フィルタリング処理として、移動平均手法以外の手法を利用してもよい。エタノール及びＤＭＣの正規化データの一例は、図９において、正規化波形としてそれぞれ示されている。ステップＳ６は、請求項中の正規化データ算出工程に対応する。
【００４５】
次に、ステップＳ７において正規化データが微分されて微分値データが得られ、ステップＳ８において微分値データから最大微分値が抽出される。最大微分値の求め方は、上述した通りである。エタノール及びＤＭＣの微分値データの一例は、図１０において、微分波形としてそれぞれ示されている。ステップＳ７及びステップＳ８は、請求項中の最大微分値抽出工程に対応する。
【００４６】
そして、ステップＳ９において、上記最大微分値が０と比較され（図１０参照）、最大微分値ＹｄＭＡＸが０よりも大きいと判定されるとステップＳ１０に進み（ステップＳ９のＹ）、さもなければステップＳ３に戻る（ステップＳ９のＮ）。ここで、０という値は、上記ステップＳ３で検出されたセンサ出力に、有極性ガス又は無極性ガスのいずれかが含まれているか否かを判定するためのしきい値Ｒ０（図１０参照）である。
【００４７】
このしきい値Ｒ０の値は、有極性ガス又は無極性ガスのいずれも含まれないときには、上記正規化データは、１駆動パルスのパルスオン時点ＰＯＮからパルスオフ時点ＰＯＦＦにわたって定常値のままである、つまり、この間、微分値が０であるはずである、という考えに基づくものである。したがって、しきい値Ｒ０は、完全に０でなくても、予め外乱等を考慮して設定された０に近い値であってもよい。しきい値Ｒ０は記憶部１２に予め記憶されおり、ここで読み出される。このステップＳ９の判定により、有極性ガス検出の可能性があることを認識できるようになる。なお、ステップＳ９は、請求項中の第１判定工程に対応する。
【００４８】
次に、ステップＳ１０において、検出されたガスが有極性ガスであるか或いは無極性ガスであるかが判定される。詳しくは、この判定は、ステップＳ４で取込まれた実測データと、記憶部１２に予め記憶されている、図１２（Ａ）に示すような有極性ガス及び図１２（Ｂ）に示すような無極性ガスに関するデータとの比較に基づいて行われる。例えば、図１２（Ａ）中の最大値ＶＭＡＸ１や図１２（Ｂ）中の最大値ＶＭＡＸ２で示すように、センサ出力の最大値ＶＭＡＸと、パルスオンから１８０ｍｓ経過した時点ＴＣにおけるセンサ出力値Ｙ［１８０］とを比較し、センサ出力値Ｙ［１８０］が最大値ＶＭＡＸの±２％以内に入れば無極性ガス、センサ出力値Ｙ［１８０］が最大値ＶＭＡＸの２％以下であれば有極性ガスと判定するようにする。ここで、無極性ガスと判定されるとステップＳ１１に進み、有極性ガスと判定されるとステップＳ１２に進む。このステップＳ１０により、正確に有極性ガスを検出することができるようになる。なお、ステップＳ１０は、請求項中の第２判定工程に対応する。
【００４９】
ステップＳ１１においては、無極性ガスが検出された旨が、ＬＣＤやＬＥＤにより出力部３０から出力される。一方、有極性ガスと判定されて進んだステップＳ１２においては、上記最大微分値が２００と比較され（図１０参照）、最大微分値が２００よりも大きいと判定されるとステップＳ１３に進み（ステップＳ１２のＹ）、さもなければステップＳ１４に進む（ステップＳ１２のＮ）。ここで、２００という値は、ＤＭＣとエタノールとを識別するために予め定められた最大微分しきい値Ｒ２００（図１０参照）である。ＤＭＣ及びエタノールはそれぞれ、請求項中の第１有極性ガス及び第２有極性ガスに対応する。第１有極性ガス及び第２有極性ガスがＤＭＣやエタノールとは異なるガスであるときには、最適な最大微分しきい値は変わる可能性がある。最大微分しきい値は記憶部１２に予め記憶されおり、ここで読み出される。なお、ステップＳ１２は、請求項中の第３判定工程に対応する。
【００５０】
そして、ステップＳ１３及びステップＳ１４においてそれぞれ、ＤＭＣ及びエタノールが検出された旨が、ＬＣＤやＬＥＤ点滅等により出力部３０から出力される。勿論、これにブザー音等の可聴信号を付加してもよいし、可聴信号のみでＤＭＣ及びエタノールが検出された旨を出力するようにしてもよい。
【００５１】
このように本実施形態によれば、簡易な処理手順でありながら正確かつ高速に有極性ガスを検出できるようになる。
【００５２】
なお、上記実施形態においては、有極性ガスとしてエタノール及びＤＭＣを検出する方法を例示したが、他種の有極性ガスであっても同様の処理手順により検出可能である。また、本発明は、上記各センサ出力のオン時間、オンオフ間隔等を上記実施形態に例示した値に限定するものではなく、各値は、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び６記載の発明によれば、実測データから基準データを除去することにより、駆動パルスのオン直後のガスの有無には関係ない急激なセンサ出力変化分が実測データから除去されて、ガスによる急激なセンサ出力変化分のみを示す差分データが算出できる。そして、この差分データを微分することにより急激なセンサ出力変化を容易に検出でき、これにより正確に有極性ガスを検出することが可能になる。すなわち、簡易な処理手順でありながら、測定開始以降の１駆動パルスだけでも正確に有極性ガスを検出できるようになる。
【００５４】
請求項２記載の発明によれば、実測データから基準データを除去することにより、駆動パルスのオン直後のガスの有無には関係ない急激なセンサ出力変化分が実測データから除去されて、ガスによる急激なセンサ出力変化分のみを示す差分データが算出できる。また、差分データをその最大値を基準にして正規化した後に微分することにより、常に正確に変化分が算出できる。そして、このような微分結果から抽出された最大微分値とゼロとを比較することにより、有極性ガス検出の可能性があることを正確に認識できるようになる。また、測定開始以降の１駆動パルスだけでも有極性ガスの検出可能性を認識できるようになる。
【００５５】
請求項３記載の発明によれば、上述のように最大微分値に基づき有極性ガスの可能性を判定したうえで、可能性ありと判定されたガスが有極性ガスであるか或いは無極性ガスであるかを、実測データと予め定められた有極性ガス及び無極性ガスを示す波形パターンとを比較した結果に基づいて判定するようにしているので、より正確に有極性ガスを検出することができるようになる。
【００５６】
請求項４記載の発明によれば、最大微分値を所定種の第１有極性ガスと第２有極性ガスとを識別するために予め定められた最大微分しきい値と比較することにより、第１有極性ガス又は第２有極性ガスを検出するようにしているので、有極性ガスの種類までも特定して検出できるようになる。
【００５７】
請求項５記載の発明によれば、差分データをフィルタリングした後に正規化データを算出するようにしているので、突発的な外乱等の影響が除去された、より正確な変化分が算出できる。すなわち、より正確かつ高速に有極性ガスを検出可能性できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス検出装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）はそれぞれ、本発明で用いられる接触燃焼式ガスセンサの平面図、背面図及びＡＡ線断面図である。
【図３】本発明で用いられる基準波形を示すグラフである。
【図４】有極性ガスの出力波形の一例を示すグラフである。
【図５】図４に示す有極性ガスの出力波形に対応する正規化波形である。
【図６】図４に示す有極性ガスの正規化波形に対応する微分波形である。
【図７】本発明の一実施形態に係る処理動作を示すフローチャートである。
【図８】エタノール及びＤＭＣの出力波形をそれぞれ示すグラフである。
【図９】図８に示すエタノール及びＤＭＣの出力波形にそれぞれ対応する正規化波形である。
【図１０】図８に示すエタノール及びＤＭＣの正規化波形に対応する微分波形である。
【図１１】本発明で用いられる駆動パルスを例示するタイムチャートである。
【図１２】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）はそれぞれ、有極性ガス及び無極性ガスの典型的なセンサ出力パターンを示すグラフである。
【符号の説明】
１０ コントローラ
２０ 駆動電源
３０ 出力部
４０ 接触燃焼式ガスセンサ
４２、４４ Ｐｔヒータ
４３ Ｐｄ／Ａｌ２Ｏ３触媒層
４５ Ａｌ２Ｏ３層
Ｒｓ 感応素子部
Ｒｒ 補償素子部
Claims (6)
- 接触燃焼式ガスセンサに対して、所定の周期で間欠的に駆動パルスを与え、パルスオン期間に得られるセンサ出力を用いて、有極性ガスを検出する方法であって、
測定開始以前に得られたセンサ出力に基づいて、検出すべきガスの影響のない、前記パルスオン期間のセンサ出力データである基準データを取込む基準データ取込工程と、
測定開始以降の各周期毎のパルスオン期間に得られたセンサ出力をそれぞれ、実測データとして取込む実測データ取込工程と、
前記実測データから前記基準データを除去したデータである差分データを算出する差分データ算出工程と、を含み、
前記差分データを微分した結果に基づいて、前記有極性ガスを検出する、
ことを特徴とする有極性ガス検出方法。 - 接触燃焼式ガスセンサに対して、所定の周期で間欠的に駆動パルスを与え、パルスオン期間に得られるセンサ出力を用いて、有極性ガスを検出する方法であって、
測定開始以前に得られたセンサ出力に基づいて、検出すべきガスの影響のない、前記パルスオン期間のセンサ出力データである基準データを取込む基準データ取込工程と、
測定開始以降の各周期毎のパルスオン期間に得られたセンサ出力をそれぞれ、実測データとして取込む実測データ取込工程と、
前記実測データから前記基準データを除去したデータである差分データを算出する差分データ算出工程と、
前記差分データをこの差分データ中の最大値を基準にして正規化したデータである正規化データを算出する正規化データ算出工程と、
前記正規化データを微分した結果である微分データから最大微分値を抽出する最大微分値抽出工程と、
前記最大微分値がゼロより大きいときいとみなせるときには前記有極性ガス又は無極性ガスのいずれかを検出したものと判定する第１判定工程と、
を含むことを特徴とする有極性ガス検出方法。 - 請求項２記載の有極性ガス検出方法において、
前記第１判定工程にて前記いずれかのガスが検出されたものと判定された後に、検出されたガスが有極性ガスであるか或いは無極性ガスであるかを、前記実測データと予め定められた有極性ガス及び無極性ガスを示す波形パターンとを比較した結果に基づいて判定する第２判定工程、
を更に含むことを特徴とする有極性ガス検出方法。 - 請求項３記載の有極性ガス検出方法において、
前記第２判定工程にて前記有極性ガスが有極性ガスであると判定された後に、
前記最大微分値を、所定種の第１有極性ガスとこれとは異種の第２有極性ガスとを識別するために予め定められた最大微分しきい値と比較することにより、前記第１有極性ガス又は前記第２有極性ガスを検出する第３判定工程、
を更に含むことを特徴とする有極性ガス検出方法。 - 請求項２〜４のいずれか一項に記載の有極性ガス検出方法において、
前記正規化データ算出工程では、前記差分データにフィルタリング処理を施した後に前記正規化データを算出する、
ことを特徴とする有極性ガス検出方法。 - 接触燃焼式ガスセンサに対して、所定の周期で間欠的に駆動パルスを与え、各周期毎のパルスオン期間に得られるセンサ出力を用いて、有極性ガスを検出する装置であって、
測定開始以前に得られたセンサ出力に基づいて、検出すべきガスの影響のない、前記パルスオン期間のセンサ出力データである基準データを取込む基準データ生成手段と、
測定開始以降の各周期毎のパルスオン期間に得られたセンサ出力をそれぞれ、実測データとして取込む実測データ生成手段と、
前記実測データから前記基準データを除去したデータである差分データを算出する差分データ算出手段と、を含み、
前記差分データを微分した結果に基づいて、前記有極性ガスを検出する、
ことを特徴とする有極性ガス検出装置。
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