JP2005134203A

JP2005134203A - イオン測定装置

Info

Publication number: JP2005134203A
Application number: JP2003369219A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kato; 雄二加藤; Giichi Adachi; 義一足立
Original assignee: Nippon Pachinko Parts Co Ltd
Current assignee: Nippon Pachinko Parts Co Ltd
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】回路構成が極めて簡易で、測定精度に優れ、携帯用に適した可搬型の負イオン測定装置を安価に提供する。
【解決手段】負イオンが吸着するに伴い発生する微弱なイオン電流を、トランジスタ増幅回路１２を用いて増幅するので、電圧変換を行なう場合においても信号損失が少なくて済む。そして、このトランジスタ増幅回路の入力端子１３Ｃにイオン電流の入力経路７７７を接続し、さらに入力経路から分岐する形で検知電極７を開放形態で接続した構造とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、イオン測定装置に関する。

特開平６−１９４３４０号公報特開平１０−１５３６７８号公報特開２００２−１８９０１７号公報特開２００１−１３１０９号公報

昨今においては、健康への関心の高さや環境への配慮への意識向上は目覚しいものがあり、空気の浄化や殺菌、あるいは消臭などを目的として、イオン発生装置が使用されている。また、それに関連して、人体への影響等を慮って、大気中の正負のイオンの状態を測定するイオン測定器などが使用されている。従来、大気中のイオンを測定する技術として、検知用電極に高電圧を印加し、その電極に吸引されたイオンの電荷からイオンを測定するイオンカウンタなどが知られているが、装置が大掛かりになってしまうため、一般の生活環境下等での使用を想定した小型のイオン測定器に対する需要も高まりつつある。その一例として、特許文献１〜特許文献３に開示されたものがある。

ところで、上記特許文献１〜３に開示されたイオン測定装置は、いずれもイオン吸着に伴う検知電極の電位変化を、イオン検知情報として直接用いる構成になっているので、検知電極に対するイオン電荷の吸着が平衡状態に到達するまでに相当の時間を要し、検知応答性に難がある問題がある。特に、イオン濃度が高濃度側から低濃度側に移行する場合、被測定イオン以外の分子などとともに形成された吸着層の離脱には、吸着時よりもより時間を要するため、応答の遅れが著しくなりやすい。

また、イオン電極以外の部分、例えば装置筐体などに帯電を生ずると、仮にイオン電極の電荷吸着や離脱が速やかに進んだとしても、それ以外の部分へのイオン吸着による電位がノイズとして重畳し、測定精度と応答性の双方が大幅に悪化する問題がある。特許文献１及び特許文献２においては、帯電解消のための接地を、電池負極を用いて行なっているが、電気的に孤立した機器筐体への強い帯電を、電池負極への接地のみで解消するには根本的に無理がある。さらに、検知電極に測定開始時に相当量の電荷吸着が既に生じている場合も、大きな測定誤差を生じやすくなる。

また、特許文献３には、装置把持部に接点電極を設け、該接点電極から人体を介して接地するイオン測定装置が開示されている。この方式では、検知電極に吸着していた電荷を、人体を介してより積極的に逃がすことができるので、測定開始時における検知電極への電荷吸着はある程度解消できる。しかし、冬期における自動車等への乗降時にしばしば経験するように、人体も着衣などに強い帯電をしばしば生ずるから、人体を介した接地といえども、検知電極や筐体の帯電解消には相変わらず万全であるとはいえない。さらに、イオン検知時も含めて検知電極を、人体を介して常時接地することは、イオン吸着電位を形成するイオンの検知電極への瞬時的な滞留量を現ずることにつながり、イオン検知の感度自体は下がってしまう問題がある。つまり、吸着電荷による電位によりイオン検知する方式では、感度向上のためにイオン吸着量を増やすと応答性が鈍くなり、応答性向上のため電極接地により電荷放出を促進すると感度が低下しやすくなる二律背反に直面せざるを得ないのである。

なお、特許文献４には、検知電極に正又は負のイオン電流発生用電圧を印加し、イオンが吸着するに伴い発生するイオン電流を電圧変換し、これを、イオン量を反映した情報として表示する装置が開示されている。この方式によると、イオン電流の発生により検知電極表面での電荷交換が迅速に進むため、吸着イオンの電極表面からの離脱が速やかに進行し、応答性が向上する利点がある。しかし、特許文献４の装置は、段落０００１に「同一場所において大気中に含まれる正負イオン量を測定する」と記載されていることからも明らかな通り、据え置き型の装置構成のみを意識しており、装置を小型・可搬化するための考慮は全く払われていない。具体的には、以下のような欠点がある。
(1)検知電極へのイオン電流発生用電圧の電源回路が、イオン情報の出力処理系回路と完全に分離された構造になっており、回路構成の肥大化を招いている。
(2)微弱なイオン電流を直接電圧変換する構成なので、用いるシャント抵抗も高抵抗値のものを使用せざるを得ず、信号損失が大きい。イオン電流を一旦増幅して電圧変換する方法も考えられるが、上記イオン電流発生用電圧の電源回路とイオン情報の出力処理系回路とに加え、さらに信号増幅回路が追加されるため、装置構成の複雑化は一層甚だしくなる。
(3) イオン情報の出力処理系回路は、マイクロコンピュータによりデジタル処理を施してイオン情報をディスプレイ表示する構造なので、それ自体が大掛かりかつ高価であり、可搬型の装置を安価に提供する目的に本質的に不向きである。

本発明の課題は、回路構成が極めて簡易であるにもかかわらず、負イオン量の測定精度に優れ、携帯用に適した可搬型のイオン測定装置を安価に提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を解決するために、本発明のイオン測定装置は、大気中の負イオンを吸着させる検知電極と、
検知電極に正極性のイオン電流発生用電圧を印加するイオン電流発生用電源と、
イオン電流発生用電圧が印加された検知電極に負イオンが吸着するに伴い発生するイオン電流を増幅するために、トランジスタを増幅素子として有するトランジスタ増幅回路とを備え、増幅回路のトランジスタの入力端子にイオン電流の入力経路が接続され、該入力経路から分岐する形で検知電極が開放形態で接続されてなり、増幅用バイアス電圧を、入力経路を経てトランジスタの入力端子に印加するとともに、該増幅用バイアス電圧の発生電源をイオン電流発生用電源に共用化されたバッテリー電源として装置全体を可搬に構成し、該バッテリー電源から入力経路を経てトランジスタの入力端子に、イオン電流発生用電圧を兼ねた増幅用バイアス電圧を印加し、トランジスタからイオン電流の増幅出力を得る一方、入力されたイオン電流を、トランジスタを経てバッテリー電源の負極に接地したことを特徴とする。

トランジスタとしてはバイポーラトランジスタ及び電界効果トランジスタ（Field
Effect Transistor：ＦＥＴ）のいずれも使用でき、バイポーラトランジスタの場合はベースを、ＦＥＴの場合はゲートを入力端子として使用する。

上記本発明のイオン測定装置の構成によると、負イオン濃度を検知するに当たり、正極性のイオン電流発生用電圧を検知電極に印加しておき、その状態で被検知イオンを検知電極に吸着させ、イオン電流が発生させる。このイオン電流は、検知電極へのイオン吸着量が多いほど（すなわち、大気中のイオン濃度が高いほど）大きくなり、イオン測定情報として利用できる。イオン電流の発生により検知電極表面での電荷交換が迅速に進むため、吸着した負イオンは電極表面から速やかに離脱し、イオン濃度によらず応答性が大幅に向上する。さらに、電極表面へのイオン電荷の過剰な蓄積も当然生じないから、電極帯電によりイオン検知精度が悪化する不具合も効果的に解消できる。その結果、検知電極への過剰な帯電が効果的に回避でき、また、筐体等への帯電の影響も受けにくいので、大容量の接地を確保できない小型・可搬のイオン測定装置でありながら、感度及び応答性のいずれも良好に確保できる。

そして、本発明においては、負イオンが吸着するに伴い発生する微弱なイオン電流を、トランジスタ増幅回路を用いて増幅するので、電圧変換を行なう場合においても信号損失が少なくて済む。そして、このトランジスタ増幅回路の入力端子にイオン電流の入力経路を接続し、さらに該入力経路から分岐する形で検知電極を開放形態で接続した構造とした。この構成の採用により、増幅用バイアス電圧を、入力経路を経てトランジスタの入力端子に印加すれば、該増幅用バイアス電圧が検知電極にも印加され、これをイオン電流発生用電圧に兼用することができる。その結果、増幅用バイアス電圧の発生電源をイオン電流発生用電源と共用化でき、装置の回路構成の大幅な簡略化に寄与するとともに、該共用化された電源をバッテリー電源とすることで、極めてコンパクトでかつ高感度・高応答性の可搬型イオン測定装置が実現する。また、イオン電流を測定する方式であるため、検知電極をバッテリー電源の負極に接地する構成でも、前述のごとく検知電極や筐体などへの帯電が本質的に生じにくく、特許文献３のごとき人体アースといった複雑な機構を設けなくても済む。

増幅回路は、前述のごとく、バイポーラトランジスタ又はＦＥＴ電界効果トランジスタを増幅素子として用いたものとして構成できる。そして、増幅素子のベース又はゲートを入力端子として入力経路を接続し、増幅素子のエミッタ又はドレインを、接地経路を経て接地するとともに、増幅素子のコレクタ又はソースが電流・電圧変換抵抗を介して、増幅駆動電源を兼ねるバッテリー電源に接続することができる。これにより、イオン電流は、電流・電圧変換抵抗により電圧変換しつつ増幅することができ、ノイズマージンの大きい大出力信号として出力することができる。該構成は、バイポーラトランジスタの場合は共通エミッタ型の増幅回路を、ＦＥＴの場合は共通ドレイン型の増幅回路を基本としつつ、その入力端子に検知電極を分岐接続する本発明特有の構成を採用することにより、イオン電流の増幅機能と電圧変換機能とを単純なトランジスタ増幅回路に巧妙に融合できる。これにより、回路をほとんど拡張することなくイオン電流の電圧変換機能が付与することができ、増幅用バイアス電圧の発生電源とイオン電流発生用電源とを共用化することによる小型化効果を保ったまま、イオン測定情報を、その後の出力処理に好都合な電圧信号とて発生することができる。

上記のバッテリー電源は、増幅用バイアス電圧の発生電源及びイオン電流発生用電源だけでなく、当然、出力処理回路用の電源としても共用化されるものである。この場合、携帯型のイオン測定装置を安価に構成するには、出力処理回路の構成の単純・軽量化と低負荷化とを図ることが重要であり、特許文献４のごときマイクロコンピュータを用いたデジタル処理もなるべく行なわず、簡易なアナログ回路として構成することが有利であるといえる。

以下、その具体的な構成例を挙げるが、本発明はこれに限定されるものではない。
（具体例１）本発明のイオン測定装置には、イオン検知電圧と、一定の参照イオン検知量に対応した参照電圧との比較結果を出力する比較回路と、比較回路の出力に基づいて、イオン検知電圧と参照電圧との大小関係を示す表示を行なうイオン検知インジケータとを設けることができる。この構成によると、参照電圧が示すイオン濃度に到達した否かをインジケータの表示状態により簡便に知ることができる。

この場合、比較回路への参照電圧の入力値を、上限参照イオン検知量に対応した上限参照電圧と、下限参照イオン検知量に対応した下限参照電圧値との間で可変入力設定する参照電圧設定操作部を設けることができる。この構成によると、被測定雰囲気に検知電極を暴露した状態で参照電圧設定操作部を、上限参照電圧と下限参照電圧値との一方の側から他方の側に向けて、参照電圧が連続的又は段階的に変化するように操作したとき、イオン検知インジケータが、イオン検知電圧が参照電圧よりも大であることを示す第一表示状態と、同じく小であることを示す第二表示状態との間で切り替わる操作位置を、検知中のイオン量を反映した情報として読み取ることができる。つまり、参照電圧設定操作部の操作位置からイオン濃度値を直読みできるので操作及びイオン測定値読取りの利便性に優れ、しかも、参照電圧設定操作部も可変抵抗などの極めて安価な素子で構成でき、イオン電流値（もしくはその電圧変換値）をデジタル変換する煩雑な処理も一切不要である。

（具体例２）イオン検知電圧と、一定の参照イオン検知量に対応した参照電圧との比較結果を出力する比較回路を設ける場合、該参照電圧を発生するための電源を、イオン検知電圧を発生させるための増幅駆動電源とともに、安定化回路を有さない共通のバッテリー電源として構成することができる。この場合、参照電圧とイオン検知電圧とは、バッテリー電源の電圧に応じて連動変化するものとして供給される。イオン濃度の測定に際しては、検知電圧レベルの安定性を向上させるため、一般には安定化電源（定電圧電源）を介して駆動電圧を供給することが求められるが、安定化電源回路を追加すると装置が肥大化し、価格も高騰する。しかし、イオン検知電圧を参照電圧との比較結果として出力することにより、バッテリーの消耗により電源電圧ひいてはイオン検知電圧が下がっても、参照電圧も該イオン検知電圧に対し相対的に低下するので、イオン検知電圧と参照電圧との相対的な大小関係は補償され、バッテリーが多少消耗しても正確な測定が可能となる。

この場合、バッテリーが極度に消耗していると、上記の構成を採用しても正確なイオン測定はもはや不能となるが、電源電圧がある程度残っていれば、イオン検知電圧と参照電圧との比較出力自体は可能となる。しかし、基準値を下回ったバッテリー電圧による出力は信頼性に欠け、それを正常なイオン測定結果として誤認することは、測定自体が不能となることよりも却って不都合である。そこで、バッテリー電源の電圧が基準値以上に確保されているか否かをチェックするバッテリーチェック回路を設けておくと、所期のイオン測定が可能か否かを随時判断することができ、装置の利便性を改善することができる。本発明のイオン測定装置には、例えば、イオン測定回路と電源との接続をオン・オフする電源スイッチを設けることができるが、この場合、上記のバッテリーチェック回路を、該電源スイッチをオン状態とするに伴い動作するものとし、該チェック結果を表示するバッテリーチェック表示部を設けておくと、装置使用開始時に正確な測定が可能か否かを瞬時に判定でき、バッテリーが消耗しているのに誤って装置を使い続けてしまう不都合もない。

バッテリーチェック表示部はイオン検知インジケータと別に設けることも可能であるが、装置構成を可及的に簡略化（ひいては低コスト化）するためには、表示部の数はできるだけ少なくすることが望ましい。そこで、バッテリーチェック表示部をイオン検知インジケータと共用化し、電源スイッチをオン状態とするに伴い、イオン検知表示に先立って、これと識別可能なバッテリーチェック表示を行なうようにしておけば、表示部の数を減らすことができるばかりでなく、装置使用に先立って正常な測定が可能なバッテリー電圧が残っているかどうかも確実に把握することができる。

イオン検知表示に関しては、イオン検知電圧が参照電圧よりも大であることを示す第一表示状態と、同じく小であることを示す第二表示状態と識別が可能であればよく、例えばＬＥＤなどの発光素子を表示部に用いる場合は、点灯と消灯のどちらかを第一表示状態とし、他方を第二表示状態とすればよい。しかし、近年脚光を浴びている負イオンは、森林や高山などへ赴くか、さもなければイオン発生装置により人工的に発生させるかのいずれかでなければ享受することができず、利用者の通常の生活環境では、負イオン量が基準値未満であることの方が普通である。従って、負イオン検知電圧が参照電圧未満となる状態（以下、イオン非検知状態という）では消灯にしたほうが、バッテリーや表示素子の寿命を延ばす上で好都合である。また、基準値以上に負イオンが発生している場合に表示部を点灯させたほうが、利用者にとり感覚的には自然である。

この場合、バッテリーチェック表示は、バッテリー電圧が基準値以下に下がっている場合の表示状態として、表示素子の点灯状態を対応させることも可能であるが、イオン検知状態を示す点灯状態との区別がつかなくなるし、バッテリー電圧が極端に下がっていると、表示素子の点灯駆動自体が不能となることもあるから、表示素子の消灯状態を対応させるほうが合理的である。

従って、バッテリーチェック表示は、バッテリー電源の電圧が基準値以上に確保されている場合に、電源スイッチをオン状態とするに伴い、バッテリーチェック表示として、イオン検知インジケータを一定期間だけ点灯状態とし、該期間が満了した後、イオン検知インジケータを、イオン検知表示のスタンバイを意味する消灯状態に移行させる一方、バッテリー電源の電圧が基準値未満の場合は、イオン検知インジケータを、点灯状態を経由せずに消灯状態とする構成が最も妥当である。つまり、バッテリー電圧が十分に高い場合には、電源スイッチオン時にイオン検知インジケータを点灯させることで、バッテリー電圧が正常であることを容易に確認でき、しかも一定期間だけ経過すれば、イオン検知表示のスタンバイを意味する消灯状態に移行するので、最初の点灯をイオン検知の点灯と見誤ることもない（なお、測定環境中に負イオンが当初から一定濃度以上に存在している場合は、上記一定期間を経過後もイオン検知インジケータは点灯し続けることになるが、いずれにしろ、スイッチオン時にイオン検知インジケータが点灯することで、バッテリー電圧が正常であることを確認できることに変わりはない）。他方、バッテリー電圧が基準値未満の場合は、イオン検知インジケータはスイッチオン時に消灯となることで、バッテリー電圧異常を確実に検知でき、表示素子の点灯駆動が不能なほどバッテリー電圧が下がっていても、表示素子は同様に消灯となるから、バッテリー電圧異常の把握には何ら支障をきたさない。

上記のようなバッテリーチェック機能は、バッテリー電源電圧により充電されるキャパシタと、該キャパシタに直列接続された定電圧素子（例えばツェナーダイオード）と、当該定電圧素子の出力と比較回路の出力とにより共駆動される、イオン検知インジケータの駆動スイッチとを備えるバッテリーチェック回路により、ハードウェア的に極めて簡単に実現でき、装置の小型化及び低コスト化に大きく寄与する。

発明の実施するための最良の形態

以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のイオン測定装置１の外観を示す図である。
イオン測定装置１は、ケース２の先端面に大気中の負イオンを吸着させる検知電極７が設けられている。また、ケース２の側面部にはボリュームつまみで構成された参照電圧設定操作部５と、ＬＥＤにて構成されたイオン検知インジケータ４とが設けられている。図２は、ケース２の内部に設けられたイオン測定回路の一例を示すものである。該回路は、検知電極７に正極性のイオン電流発生用電圧を印加するイオン電流発生用電源４０を有する。これにより、検知電極７に負イオンが吸着するに伴いイオン電流が発生するが、該イオン電流は微弱なため、これを増幅するトランジスタ増幅回路１２が設けられている。

増幅回路１２のトランジスタ１３ａ，１３ｂの入力端子１３ｃには、イオン電流の入力経路７７７が接続され、該入力経路７７７から分岐する形で検知電極７が開放形態で接続されている。また、増幅用バイアス電圧が、上記の入力経路７７７を経てトランジスタ１３ａ，１３ｂの入力端子１３ｃに印加される。該増幅用バイアス電圧の発生電源は、前述のイオン電流発生用電源と共用化されたバッテリー電源４０であり、図１のケース２内に該バッテリー電源４０を内蔵することで、装置全体が可搬に構成されている。そして、バッテリー電源４０から入力経路７７７を経てトランジスタ１３ａ，１３ｂの入力端子１３ｃに、イオン電流発生用電圧を兼ねた増幅用バイアス電圧が印加され、トランジスタ１３ａ，１３ｂからイオン電流の増幅出力を得る。他方、入力されたイオン電流は、トランジスタ１３ａ，１３ｂを経てバッテリー電源４０の負極に接地されている。

増幅回路１２は、本実施形態ではバイポーラトランジスタ１３ａ，１３ｂを増幅素子として用いており、バイポーラトランジスタ１３ａのベースを入力端子１３ｃとして入力経路７７７が接続されている。そして、バイポーラトランジスタ１３ａ，１３ｂ（増幅素子）のエミッタが接地経路１３ｄを経て接地され、同じくコレクタが電流・電圧変換抵抗１４，１７を介して、増幅駆動電源を兼ねるバッテリー電源４０に接続されている。これにより、イオン電流は、電流・電圧変換抵抗１４，１７により、バイポーラトランジスタ１３ｂのコレクタ電圧として電流電圧変換され、これがイオン検知電圧Ｖ_Ａとして増幅出力されることとなる。

なお、増幅回路１２を構成するバイポーラトランジスタ１３ａ、１３ｂはＦＥＴに置き換えることもできる。この場合、バイポーラトランジスタのベースをゲートに、コレクタをソースに、エミッタをドレインに、それぞれ置き換えた形で結線すればよい。

本実施形態においては、入力経路７７７上に、バイポーラトランジスタ１３ａの入力インピーダンスを高くするための入力調整抵抗１１を設けている。また、入力経路７７７の末端と電源線との間には、増幅用バイアス電圧のレベルを調整するためのバイアス調整抵抗１０が設けられている。なお、バイアス調整抵抗１０の一部が可変抵抗１０ｖとされ、接地側との分圧調整により、増幅用バイアス電圧レベル（ひいてはイオン検知電流レベル）を微調整可能としている。また、増幅用のバイポーラトランジスタ１３ａ，１３ｂは、増幅率拡大のため複数段（ここでは２段）にダーリントン接続されている。本実施形態では、複数のｎｐｎトランジスタ１３ａ，１３ｂのコレクタ側を、各々電流電圧変換抵抗１４，１７（抵抗値は後段側ほど大きく設定してある）を介して電源線に共通結線しており、バッテリー電源４０の電圧変動に基づくコレクタ出力電圧の変動抑制が図られている。

次に、上記増幅回路１２からコレクタ電圧の形で増幅出力されるイオン検知電圧Ｖ_Ａは、一定の参照イオン検知量に対応した参照電圧Ｖ_Ｒとともに比較回路（コンパレータ）１８に入力される。該比較回路１８は、イオン検知電圧Ｖ_Ａと参照電圧Ｖ_Ｒとを比較し、その比較結果を二値出力する。本実施形態において増幅回路１２はコレクタフォロワ回路であり、出力反転を生ずるので、比較回路１８にてこれを再反転している。従って、イオン検知電圧Ｖ_Ａが参照電圧Ｖ_Ｒよりも大きいとき比較回路１８の出力はハイレベルとなり、逆の場合はローレベルとなる。なお、イオン検知電圧Ｖ_Ａの入力経路と接地との間には、イオン検知電圧Ｖ_Ａの入力をスムージングするためのキャパシタ１９が設けられている。

比較回路１８の出力により、イオン検知電圧Ｖ_Ａと参照電圧Ｖ_Ｒとの大小関係を示す表示を行なうイオン検知インジケータ４が点灯駆動される。本実施形態では、イオン検知電圧Ｖ_Ａが参照電圧Ｖ_Ｒよりも大のとき、イオン検知インジケータ４を点灯させるようにしている。イオン検知インジケータ４は前述のごとくＬＥＤにより構成され、電源４０からの引き込み電流により駆動される。具体的には、比較回路１８の出力により第一のスイッチングトランジスタ２０を駆動し、該第一のスイッチングトランジスタ２０の出力をコンパレータ２３により反転させ（符号２１，２２は入力調整用の分圧抵抗である）、その反転出力により第二のスイッチングトランジスタ３３を駆動する。ＬＥＤ４はのカソード側が第二のスイッチングトランジスタ３３のコレクタに接続され、アノード側が電源４０に接続される。そして、Ｖ_Ａ＞Ｖ_Ｒのときコンパレータ２３の出力はローレベルとなり、これに接続されたＬＥＤ４に引き込み電流が流れてこれを点灯させる。

次に、図１において参照電圧設定操作部５は、比較回路１８への参照電圧Ｖ_Ｒの入力値を、上限参照イオン検知量に対応した上限参照電圧Ｖ_Ｒmaxと、下限参照イオン検知量に対応した下限参照電圧値Ｖ_Ｒminとの間で可変入力設定するものとして機能する。具体的には、図２に示すように、バッテリー電源４０の電圧を分圧する分圧抵抗群５ａ，５，５ｂにより参照電圧Ｖ_Ｒが作られるのであるが、参照電圧Ｖ_Ｒを出力すべき分圧点を可変抵抗５により変更可能に設定するようにしており、図１に示すように、該可変抵抗を操作するボリュームつまみが参照電圧設定操作部５をなす。

図１に示すように、参照電圧設定操作部５には目印５ｉが形成され、ケース２上には、該参照電圧設定操作部５を操作したときの目印５ｉの移動軌跡に沿う形で、参照イオン検知量（例えば１ｃｍ^２当たりのイオンカウント個数である）を刻んだ目盛り６が形成されている。図３に示すように、被測定雰囲気に検知電極７を暴露した状態で参照電圧設定操作部５を、上限参照電圧Ｖ_Ｒmax（目盛り６の最大参照イオン検知量（図では２０００）に対応する）と、下限参照電圧値Ｖ_Ｒmin（目盛り６の最小参照イオン検知量（図では５０）に対応する）との一方の側から他方の側に向けて、参照電圧Ｖ_Ｒが連続的又は段階的に変化するように操作する。現在のイオン量（イオン検知電圧Ｖ_Ａ）が最大参照イオン検知量よりも小さければ、例えば、上限参照電圧Ｖ_Ｒmaxから下限参照電圧値Ｖ_Ｒminに向けて参照電圧設定操作部５を操作すると、最初はＶ_Ａ＜Ｖ_Ｒとなっているから、イオン検知インジケータ４は点灯しないが、操作に伴い参照電圧Ｖ_Ｒが小さくなり、Ｖ_Ａ＞Ｖ_Ｒになると、イオン検知インジケータ４は点灯する。この点灯を開始したときの参照電圧設定操作部５の操作位置にて目印５ｉが示す参照イオン検知量を、現在検知している負イオン量として読み取ることができる。

次に、図２に示すように、本実施形態においては、イオン検知電圧Ｖ_Ａと、比較回路１８への参照電圧Ｖ_Ｒの発生電源が、イオン検知電圧Ｖ_Ａを発生する増幅駆動電源とともに、安定化回路を有さない共通のバッテリー電源４０として構成されている。従って、参照電圧Ｖ_Ｒとイオン検知電圧Ｖ_Ａとは、バッテリー電源４０の電圧に応じて連動変化する。バッテリーの消耗により電源電圧ひいてはイオン検知電圧Ｖ_Ａが下がっても、参照電圧Ｖ_Ｒも該イオン検知電圧Ｖ_Ａに対し相対的に低下し、比較回路１８による比較結果出力に及ぼすバッテリー電圧変動の影響が軽減されている。

また、図２の回路には、バッテリー電源４０の電圧が基準値以上に確保されているか否かをチェックするバッテリーチェック回路２４が設けられている。上記イオン測定回路と電源４０との接続は、電源スイッチ２によりオン・オフされるが、バッテリーチェック回路２４は該電源スイッチ２をオン状態とするに伴い動作し、その該チェック結果が、バッテリーチェック表示部を兼ねるイオン検知インジケータ４に表示されるようになっている。

イオン検知インジケータ４へのバッテリーチェック表示は、具体的には図４に示すように、バッテリー電源４０の電圧が基準値以上に確保されている場合に、電源スイッチ２をオン状態とするに伴い、バッテリーチェック表示として、イオン検知インジケータ４を一定期間だけ点灯状態とし、該期間が満了した後、イオン検知インジケータ４を、イオン検知表示のスタンバイを意味する消灯状態に移行させる。他方、バッテリー電源４０の電圧が基準値未満の場合（つまり、バッテリー消耗時）は、イオン検知インジケータ４を、点灯状態を経由せずに消灯状態となる（つまり、始めから点灯しない）。なお、このとき、参照電圧設定操作部５の操作位置は、上限参照電圧Ｖ_Ｒmax側一杯としておき、負イオンがなるべく発生していない環境下でバッテリーチェックを行なうことが望ましい。

このようなバッテリーチェック機能を、図２のバッテリーチェック回路２４は、以下のような回路構成にて実現している。すなわち、電源線と接地線（分岐接地線３４）との間に、バッテリー電源４０電圧により充電されるキャパシタ２６が設けられている。キャパシタ２６と分岐接地線３４との間には逆流防止用のダイオードが設けられている。そして、キャパシタ２６の接地側から分岐して、該キャパシタ２６にはツェナーダイオード（定電圧素子）２７が接続されている、ツェナーダイオード２７の出力は、比較回路１８の出力ととともに、イオン検知インジケータ４の駆動スイッチをなす第二のスイッチングトランジスタ３３のベースに共通結線されている。これにより、バッテリーチェック用のツェナーダイオード２７の出力と、比較回路１８の出力とによってスイッチングトランジスタ３３はＯＲ駆動される。

バッテリーチェック回路２４の動作は以下の通りである。電源スイッチ３をオンにすると、電源電圧がツェナーダイオード２７のブレークダウン電圧（基準電圧）よりも高ければ、キャパシタ２６を充電しながらツェナー電流が第二のスイッチングトランジスタ３３に供給され、比較回路１８の出力がロー（つまり非イオン検知状態）であっても、第二のスイッチングトランジスタ３３をオンとし、インジケータ４を点灯させる。しかし、この状態で通電が継続されるとキャパシタ２６の充電が進み、ツェナーダイオード２７への印加電圧が次第に低下する。そして、その電圧がブレークダウン電圧以下になればツェナーダイオード２７は遮断状態となり、第二のスイッチングトランジスタ３３がオフとなってインジケータ４は消灯する。従って、電源スイッチ３をオンにすれば、キャパシタ２６の充電時定数に従いインジケータ４が一定時間点灯し、その後消灯することとなる。なお、キャパシタ２６と並列に挿入されたキャパシタ２５は、バッテリーチェック時のインジケータ４の点灯時間を調整する働きをなす。

なお、バッテリー電圧が低下していれば、ツェナーダイオード２７は初めから遮断状態なので、インジケータ４も点灯しない。また、バッテリー電圧が正常のときは、キャパシタ２６，２７が一旦充電されてしまうとツェナーダイオード２７は遮断状態を維持するので、第二のスイッチングトランジスタ３３ひいてはインジケータ４は、比較回路１８の出力すなわち負イオンの検知状態によってのみ駆動制御されることとなる。また、電源スイッチ３をオフにすると、キャパシタ２６に蓄積されていた電荷は放電抵抗２８を経て接地線３４側に放電する。

本発明のイオン測定装置の一例を示す外観斜視図。図１のイオン測定装置の内部構成の一例を示す回路図。図１のイオン測定装置によるイオン測定方法の概略を示す説明図。図１のイオン測定装置のバッテリーチェック回路の動作説明図。

符号の説明

１イオン測定装置
２電源スイッチ
４イオン検知インジケータ
５参照電圧設定操作部
７検知電極
１２トランジスタ増幅回路
１３ａ，１３ｂバイポーラトランジスタ
１３ｃ入力端子
１４，１７電流・電圧変換抵抗
１８比較回路
２４バッテリーチェック回路
２６キャパシタ
２７ツェナーダイオード（定電圧素子）
３３第二のスイッチングトランジスタ（駆動スイッチ）
４０バッテリー電源
７７７入力経路

Claims

大気中の負イオンを吸着させる検知電極と、
前記検知電極に正極性のイオン電流発生用電圧を印加するイオン電流発生用電源と、
前記イオン電流発生用電圧が印加された検知電極に負イオンが吸着するに伴い発生するイオン電流を増幅するために、トランジスタを増幅素子として有するトランジスタ増幅回路とを備え、
前記増幅回路の前記トランジスタの入力端子に前記イオン電流の入力経路が接続され、該入力経路から分岐する形で前記検知電極が開放形態で接続されてなり、増幅用バイアス電圧を、前記入力経路を経て前記トランジスタの入力端子に印加するとともに、該増幅用バイアス電圧の発生電源を前記イオン電流発生用電源に共用化されたバッテリー電源として装置全体を可搬に構成し、該バッテリー電源から前記入力経路を経て前記トランジスタの入力端子に、前記イオン電流発生用電圧を兼ねた増幅用バイアス電圧を印加し、前記トランジスタから前記イオン電流の増幅出力を得る一方、入力された前記イオン電流を、前記トランジスタを経て前記バッテリー電源の負極に接地したことを特徴とするイオン測定装置。
前記増幅回路はバイポーラトランジスタ又は電界効果トランジスタを増幅素子として用いるものであり、前記増幅素子のベース又はゲートを前記入力端子として前記入力経路が接続され、前記増幅素子のエミッタ又はドレインが前記接地経路を経て接地され、前記増幅素子のコレクタ又はソースが電流・電圧変換抵抗を介して、増幅駆動電源を兼ねる前記バッテリー電源に接続されてなり、前記イオン電流を前記電流・電圧変換抵抗により電圧変換しつつイオン検知電圧として増幅出力する請求項１記載のイオン測定装置。
前記イオン検知電圧と、一定の参照イオン検知量に対応した参照電圧との比較結果を出力する比較回路と、前記比較回路の出力に基づいて、前記イオン検知電圧と前記参照電圧との大小関係を示す表示を行なうイオン検知インジケータとを備える請求項１又は請求項２に記載のイオン測定装置。
前記比較回路への前記参照電圧の入力値を、上限参照イオン検知量に対応した上限参照電圧と、下限参照イオン検知量に対応した下限参照電圧値との間で可変入力設定する参照電圧設定操作部を備え、被測定雰囲気に前記検知電極を暴露した状態で前記参照電圧設定操作部を、前記上限参照電圧と前記下限参照電圧値との一方の側から他方の側に向けて、前記参照電圧が連続的又は段階的に変化するように操作したとき、前記イオン検知インジケータが、前記イオン検知電圧が前記参照電圧よりも大であることを示す第一表示状態と、同じく小であることを示す第二表示状態との間で切り替わる操作位置を、検知中のイオン量を反映した情報として読み取る請求項３記載のイオン測定装置。
前記イオン検知電圧と、一定の参照イオン検知量に対応した参照電圧との比較結果を出力する比較回路を備え、該参照電圧を発生するための電源が、前記イオン検知電圧を発生させるための増幅駆動電源とともに、安定化回路を有さない共通のバッテリー電源として構成され、前記参照電圧と前記イオン検知電圧とが、バッテリー電源の電圧に応じて連動変化するものとして供給される請求項３又は請求項４に記載のイオン測定装置。
前記バッテリー電源の電圧が基準値以上に確保されているか否かをチェックするバッテリーチェック回路が設けられている請求項５記載のイオン測定装置。
前記イオン測定回路と電源との接続をオン・オフする電源スイッチを備え、前記バッテリーチェック回路は該電源スイッチをオン状態とするに伴い動作するものとされ、該チェック結果を表示するバッテリーチェック表示部が設けられている請求項５記載のイオン測定装置。
前記バッテリーチェック表示部が前記イオン検知インジケータと共用化されており、前記電源スイッチをオン状態とするに伴い、イオン検知表示に先立って、これと識別可能なバッテリーチェック表示を行なう請求項７記載のイオン測定装置。
前記バッテリーチェック表示は、前記バッテリー電源の電圧が基準値以上に確保されている場合に、前記電源スイッチをオン状態とするに伴い、前記バッテリーチェック表示として、前記イオン検知インジケータを一定期間だけ点灯状態とし、該期間が満了した後、前記イオン検知インジケータを、前記イオン検知表示のスタンバイを意味する消灯状態に移行させる一方、前記バッテリー電源の電圧が基準値未満の場合は、前記イオン検知インジケータを、点灯状態を経由せずに消灯状態とする請求項８記載のイオン測定装置。
前記バッテリーチェック回路は、前記バッテリー電源電圧により充電されるキャパシタと、該キャパシタに直列接続された定電圧素子と、当該定電圧素子の出力と前記比較回路の出力とにより共駆動される、前記イオン検知インジケータの駆動スイッチとを備える請求項９記載のイオン測定装置。