JP2009042166A - ガス検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アルコールセンサ24Aによって、検出対象の気体中に含まれるエタノールガスの濃度を検出し、また、酸素センサ24Bによって、検出対象の気体中に含まれる酸素の濃度を検出する。そして、エタノール濃度算出部40によって、検出されたエタノールガスの濃度の変化の時間微分、検出された酸素の濃度の変化の時間微分、記憶されたアルコールセンサの出力濃度のインパルス応答の特性、記憶された酸素センサの出力濃度のインパルス応答の特性、及び予め求められた呼気中の酸素の濃度に基づいて、呼気中のエタノールガスの濃度を検出する。
【選択図】図3
Description
ただし、tは、検出時の時間を表わす変数、ea(t)のドットは、検出された検出対象ガスの濃度の変化の時間微分、ex(t)のドットは、検出された参照ガスの濃度の変化の時間微分、ha(t)は、対象ガス検出手段によって検出される検出対象ガスの濃度の応答特性、hx(t)は、参照ガス検出手段によって検出される参照ガスの濃度の応答特性、dxは、呼気中の参照ガスの濃度である。
ただし、tは、検出時の時間を表わす変数、τは、時間を表わす変数、ea(t)は、検出された検出対象ガスの濃度、ex(t)は、検出された参照ガスの濃度、ha(τ)は、対象ガス検出手段によって検出される検出対象ガスの濃度の応答特性、hx(τ)は、参照ガス検出手段によって検出される参照ガスの濃度の応答特性、Txは、予め求められた参照ガス検出手段によって検出される参照ガスの濃度の変化の応答持続時間、Taは、予め求められた検出対象ガス検出手段によって検出される検出対象ガスの濃度の変化の応答持続時間、Tbは、検出された検出対象ガスの濃度の変化に基づいて定まる呼気の継続時間、dxは、呼気中の前記参照ガスの濃度である。
ただし、F−1 []は、逆フーリエ変換、tは、検出時の時間を表わす変数、τは、時間を表わす変数、b(t−τ)のハットは、推定した呼気量の時間変化、ea(t)は、検出された検出対象ガスの濃度、Ex(f)は、検出された参照ガスの濃度の変化をフーリエ変換した値、ha(τ)は、対象ガス検出手段によって検出される検出対象ガスの濃度の応答特性、Hx(f)は、参照ガス検出手段によって検出される参照ガスの濃度の応答特性をフーリエ変換した値、dxは、呼気中の前記参照ガスの濃度である。
しかし、上述した従来の方法には問題がある。一般にアルコールセンサは応答性が悪く、アルコールセンサの出力ea(t)が最大値を示しピークを形成するまでに5秒以上かかってしまう場合があり、測定所要時間が長くなってしまう、という問題がある。また、各センサの最大値のみに基づいて、エタノールガスの濃度を算出するため、たまたま最大値出力時にノイズが混入した場合、大きな誤差を生んでしまい、測定精度が低下してしまう、という問題がある。
ただし、Txは、酸素センサ24Bのインパルス応答持続時間(図8(C)参照)、Taは、アルコールセンサ24Aのインパルス応答持続時間(図8(B)参照)である。また、Tx、Taは、呼気継続時間Tbより長いと仮定した。
エタノール濃度算出部40は、上記(11)式を用いて、算出された呼気導入管20内を流れる呼気を含む気体中のエタノールガスの濃度の変化の時間微分、算出された呼気導入管20内を流れる呼気を含む気体中の酸素の濃度の変化の時間微分、アルコールセンサ24Aからの出力濃度のインパルス応答の特性、及び酸素センサ24Bからの出力濃度のインパルス応答の特性に基づいて、呼気中のエタノールガスの濃度を算出する。
上記(12)式に示すように、Tx<t<Tbの区間でex(t)が一定値をとるため、ex(t)の値を計測し、一定値をとった期間の長さをTb−Txとする。Txは既知のため、Tb−Txが得られると、Tbが算出される。
但し、Ex(f)は酸素センサ24Bの出力濃度の変化をフーリエ変換した値、Ea(f)はアルコールセンサ24Aの出力濃度の変化をフーリエ変換した値、Hx(f)は酸素センサ24Bのインパルス応答の特性をフーリエ変換した値、Ha(f)はアルコールセンサ24Aのインパルス応答の特性をフーリエ変換した値、B(f)は呼気量の変化をフーリエ変換した値である。
呼気推定量算出部336は、酸素センサ出力取得部334で取得した酸素センサ24Bの出力濃度、酸素センサ24Bの出力濃度のインパルス応答の特性、及び予め求められた呼気中の酸素の濃度に基づいて、上記(17)式に従って、呼気量の時間変化推定量を算出する。
20 呼気導入管
24A アルコールセンサ
24B 酸素センサ
30、230、330 エタノール濃度判定器
32 エタノール濃度微分算出部
34 酸素濃度微分算出部
36 アルコールセンサ応答特性記憶部
38 酸素センサ応答特性記憶部
40、240、340 エタノール濃度算出部
236 呼気継続時間算出部
336 呼気推定量算出部
Claims (9)
- 検出対象の気体中に含まれる検出対象ガスの濃度を検出する対象ガス検出手段と、
前記検出対象の気体中に含まれる参照ガスの濃度を検出する参照ガス検出手段と、
前記対象ガス検出手段によって検出される前記検出対象ガスの濃度の応答特性を記憶した対象ガス応答特性記憶手段と、
前記参照ガス検出手段によって検出される前記参照ガスの濃度の応答特性を記憶した参照ガス応答特性記憶手段と、
前記対象ガス検出手段によって検出された前記検出対象ガスの濃度、前記参照ガス検出手段によって検出された前記参照ガスの濃度、前記対象ガス応答特性記憶手段に記憶された前記検出対象ガスの濃度の応答特性、前記参照ガス応答特性記憶手段に記憶された前記参照ガスの濃度の応答特性、及び予め求められた呼気中の前記参照ガスの濃度に基づいて、呼気中の前記検出対象ガスの濃度を検出する濃度検出手段と、
を含むガス検出装置。 - 前記濃度検出手段は、前記検出された前記検出対象ガスの濃度の変化の時間微分、前記検出された前記参照ガスの濃度の変化の時間微分、前記対象ガス検出手段によって検出される前記検出対象ガスの濃度の応答特性、前記参照ガス検出手段によって検出される前記参照ガスの濃度の応答特性、及び前記呼気中の前記参照ガスの濃度に基づいて、呼気中の前記検出対象ガスの濃度を検出する請求項1記載のガス検出装置。
- 前記濃度検出手段は、前記検出された前記検出対象ガスの濃度、前記検出された前記参照ガスの濃度、前記対象ガス検出手段によって検出される前記検出対象ガスの濃度の応答特性の所定時間内の積分値、前記参照ガス検出手段によって検出される前記参照ガスの濃度の応答特性の所定時間内の積分値、及び前記呼気中の前記参照ガスの濃度に基づいて、呼気中の前記検出対象ガスの濃度を検出する請求項1記載のガス検出装置。
- 前記濃度検出手段は、下記の(2)式に従って、前記呼気中の前記検出対象ガスの濃度daを算出するようにした請求項4記載のガス検出装置。
ただし、tは、検出時の時間を表わす変数、τは、時間を表わす変数、ea(t)は、前記検出された前記検出対象ガスの濃度、ex(t)は、前記検出された前記参照ガスの濃度、ha(τ)は、前記対象ガス検出手段によって検出される前記検出対象ガスの濃度の応答特性、hx(τ)は、前記参照ガス検出手段によって検出される前記参照ガスの濃度の応答特性、Txは、予め求められた前記参照ガス検出手段によって検出される前記参照ガスの濃度の変化の応答持続時間、Taは、予め求められた前記検出対象ガス検出手段によって検出される前記検出対象ガスの濃度の変化の応答持続時間、Tbは、前記検出された前記検出対象ガスの濃度の変化に基づいて定まる呼気の継続時間、dxは、前記呼気中の前記参照ガスの濃度である。 - 前記濃度検出手段は、前記検出された前記参照ガスの濃度の変化をフーリエ変換した値と、前記参照ガス検出手段によって検出される前記参照ガスの濃度の応答特性をフーリエ変換した値と、前記呼気中の前記参照ガスの濃度とに基づいて得られる値に対して、逆フーリエ変換を行なって、呼気量の時間変化を推定し、前記推定した呼気量の時間変化と前記対象ガス検出手段によって検出される前記検出対象ガスの濃度の応答特性との積の所定時間内の積分値、及び前記検出された前記検出対象ガスの濃度に基づいて、呼気中の前記検出対象ガスの濃度を検出する請求項1記載のガス検出装置。
- 前記濃度検出手段は、下記の(3)式に従って、前記呼気量の時間変化を推定し、下記の(4)式に従って、前記呼気中の前記検出対象ガスの濃度daを算出するようにした請求項6記載のガス検出装置。
ただし、F−1 []は、逆フーリエ変換、tは、検出時の時間を表わす変数、τは、時間を表わす変数、b(t−τ)のハットは、前記推定した呼気量の時間変化、ea(t)は、前記検出された前記検出対象ガスの濃度、Ex(f)は、前記検出された前記参照ガスの濃度の変化をフーリエ変換した値、ha(τ)は、前記対象ガス検出手段によって検出される前記検出対象ガスの濃度の応答特性、Hx(f)は、前記参照ガス検出手段によって検出される前記参照ガスの濃度の応答特性をフーリエ変換した値、dxは、前記呼気中の前記参照ガスの濃度である。 - 前記検出対象ガスを、エタノールガスとし、
前記参照ガスを、酸素、二酸化炭素、及び水蒸気の何れか1つとした請求項1〜請求項7の何れか1項記載のガス検出装置。 - 前記対象ガス検出手段を、酸化物半導体を用いてエタノールガスの濃度を検出するガスセンサで構成し、
前記参照ガス検出手段を、酸素、二酸化炭素、及び水蒸気の何れか1つの濃度を検出するガスセンサで構成した請求項8記載のガス検出装置。
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