JP2015021828A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】性能ドリフトに対応して、長期間に亘って対象ガスの濃度を精度よく計測することを可能にする。【解決手段】ガスセンサは、発光装置２１と受光装置２２と演算部１２と制御部１１と第１の記憶部１３とタイマ１４とを備える。第１の記憶部１３は、初期調整時においてガスに吸収されない波長域に対応する第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量を初期量として記憶する。タイマ１４は、運用開始後の経過時間を計時する。制御部１１は、運用開始後に、タイマ１４が計時する時間があらかじめ定めた判定時間に達すると、第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量を初期量に基づいて設定された基準範囲と比較する。制御部１１は、第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量が基準範囲を逸脱していると、第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量を基準範囲に維持するように発光装置２１が投光する光のエネルギー量を調節する。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスによる光の吸収を利用して対象となるガスの濃度を求めるガスセンサに関する。

従来から、ガスによる光の吸収を利用して対象となるガスの濃度を求めるガスセンサが提供されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された赤外線分析計（ガスセンサ）は、対象であるガスに吸収される波長域の赤外線と、対象であるガスに吸収されない波長域の赤外線とを用い、両者に対応して得られる信号の差を用いてガスの濃度を求めている。

特許文献１には、周囲温度、汚れ、光源の劣化などに対する補償を行うために、ガスに吸収されない波長域について得られる信号と設定値との差を差動増幅器で求め、差動増幅器の出力に応じて光源に電圧を印加する時間を調節する技術が記載されている。

実公平６−２３９５８号公報

ところで、この種のガスセンサの構成要素は、長期間の使用によって性能が変動または劣化する（以下、「性能ドリフト」という）。すなわち、ガスセンサを長期間に亘って使用すると、性能ドリフトによって、濃度の検出精度が徐々に低下することになる。

特許文献１に記載された構成は、対象であるガスに吸収されない波長域に対応して得られる信号の値を、つねに設定値に維持する構成であるから、周囲温度の変化に対する対応と、長期間の使用に伴う性能ドリフトに対する対応とが分離できない。たとえば、換気設備のガスセンサに用いるとすれば、性能ドリフトへの対応ができないと、交換時期などの判断ができない。

本発明は、性能ドリフトに対応して、長期間に亘って対象ガスの濃度を精度よく計測することを可能にしたガスセンサを提供することを目的とする。

本発明に係るガスセンサは、対象であるガスが導入される空間に投光する発光装置と、前記発光装置が放射した光を前記空間を通して受光し、前記ガスによる吸収が生じる波長域の受光強度に応じた第１の信号と、前記ガスによる吸収が生じない波長域の受光強度に応じた第２の信号とを出力する受光装置と、前記第２の信号のエネルギー量に対する前記第１の信号のエネルギー量の関係を用いて前記ガスの濃度を算出する演算部と、前記第１の信号および前記第２の信号から得られる情報と前記濃度との関係が所定範囲に維持されるように前記発光装置が放射する光のエネルギー量を調節する制御部と、初期調整時における前記第２の信号のエネルギー量を初期量として記憶する第１の記憶部と、運用開始後の経過時間を計時するタイマとを備え、前記制御部は、運用開始後に、前記タイマが計時する時間があらかじめ定めた判定時間に達すると、前記第２の信号のエネルギー量を前記初期量に基づいて設定された基準範囲と比較し、前記第２の信号のエネルギー量が前記基準範囲を逸脱していると、前記第２の信号のエネルギー量を前記基準範囲に維持するように前記発光装置が放射する光のエネルギー量を調節する機能を有することを特徴とする。

このガスセンサにおいて、周囲温度を計測する温度センサをさらに備え、前記第１の記憶部は、初期調整時における前記第２の信号のエネルギー量に加えて、初期調整時における前記周囲温度を初期温度として記憶し、前記制御部は、運用開始後に、前記第２の信号のエネルギー量を前記基準範囲と比較する際に、前記初期温度と、前記温度センサが計測した前記周囲温度とを用いて、前記周囲温度が前記初期温度である場合の前記第２の信号のエネルギー量に補正し、補正後の前記エネルギー量を前記基準範囲に維持するように、前記発光装置が放射するエネルギー量を調節する機能を有することを特徴とする。

このガスセンサにおいて、周囲温度を計測する温度センサをさらに備え、前記第１の記憶部は、初期調整時における前記第２の信号のエネルギー量に加えて、初期調整時における前記周囲温度を初期温度として記憶し、前記制御部は、運用開始後に、前記第２の信号のエネルギー量を前記基準範囲と比較する際に、前記初期量と、前記初期温度と、前記温度センサが計測した前記周囲温度とを用いて、前記初期量を前記周囲温度に補正した前記エネルギー量を求め、補正後の前記エネルギー量と前記第２の信号のエネルギー量との差を前記基準範囲に維持するように、前記発光装置が放射するエネルギー量を調節する機能を有することが好ましい。

このガスセンサにおいて、運用開始後の定められたタイミング以後の所定期間において得られる前記第２の信号のエネルギー量および前記周囲温度を記憶する第２の記憶部をさらに備え、前記制御部は、前記第２の記憶部に記憶されている前記エネルギー量の少なくとも一部の平均値を、前記基準範囲と比較する前記第２の信号のエネルギー量の値として用い、前記第２の記憶部に記憶されている前記周囲温度の少なくとも一部の平均値を、前記温度センサが計測した前記周囲温度の値として用いることがさらに好ましい。

このガスセンサにおいて、前記制御部は、前記第２の記憶部に記憶されている前記エネルギー量および前記周囲温度の情報のうち、前記周囲温度の変動範囲が規定範囲であり時系列において隣接した情報のみを用いて前記平均値を求めることが好ましい。

このガスセンサにおいて、前記制御部は、前記第２の記憶部に記憶されている前記エネルギー量および前記周囲温度の情報のうち、前記周囲温度が前記初期温度に対して設定される許容範囲内である時間帯において、前記周囲温度の変動範囲が規定範囲であり時系列において隣接した情報のみを用いて前記平均値を求めることがさらに好ましい。

このガスセンサにおいて、前記発光装置は、電力の供給により光を放射する光源と、前記光源にパルス状に電力を供給する駆動部とを備え、前記演算部は、前記光源に電力が供給された期間に基づいて規定される受光期間における前記第１の信号のエネルギー量および前記第２の信号のエネルギー量を用いて前記ガスの濃度を算出し、前記制御部は、前記第２の信号のエネルギー量を前記基準範囲に維持するように前記駆動部から前記光源に電力を供給する時間を調節することが好ましい。

本発明は、初期設定時における第２の信号のエネルギー量を初期量として記憶し、運用開始後にタイマによって計時される時間が判定時間に達したときに、第２の信号のエネルギー量が初期量に基づいて設定した基準範囲と比較する。また、第２の信号のエネルギー量が基準範囲を逸脱していれば、第２の信号のエネルギー量を基準範囲に維持するように発光装置が放射する光のエネルギー量を調節する。その結果、性能ドリフトに対応して、長期間に亘って対象ガスの濃度を精度よく計測することが可能になる。

実施形態１を示すブロック図である。 実施形態２を示すブロック図である。

（概要）
以下に説明するガスセンサは、図１に示すように、発光装置２１と受光装置２２と演算部１２と制御部１１と第１の記憶部１３とタイマ１４とを備える。発光装置２１は、対象であるガスが導入される空間に投光する。受光装置２２は、発光装置が放射した光を前記空間を通して受光し、ガスによる吸収が生じる波長域の受光強度に応じた第１の信号Ｓｇ１と、ガスによる吸収が生じない波長域の受光強度に応じた第２の信号Ｓｇ２とを出力する。演算部１２は、第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量に対する第１の信号Ｓｇ１のエネルギー量の関係を用いてガスの濃度を算出する。制御部１１は、第１の信号Ｓｇ１および第２の信号Ｓｇ２から得られる情報と前記濃度との関係が所定範囲に維持されるように発光装置２１が投光する光のエネルギー量を調節する。第１の記憶部１３は、初期調整時における第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量を初期量として記憶する。タイマ１４は、運用開始後の経過時間を計時する。さらに、制御部１１は、運用開始後に、タイマ１４が計時する時間があらかじめ定めた判定時間に達すると、第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量を初期量に基づいて設定された基準範囲と比較する。制御部１１は、第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量が基準範囲を逸脱していると、第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量を基準範囲に維持するように発光装置２１が投光する光のエネルギー量を調節する機能を有する。

この構成により、長期間の使用に際して、各構成要素の性能のドリフトが吸収され、長期に亘って濃度を計測する精度が維持可能になる。

また、ガスセンサは、周囲温度を計測する温度センサ３２をさらに備えることが望ましい。この場合、第１の記憶部１３は、初期調整時における第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量に加えて、初期調整時における周囲温度を初期温度として記憶する。制御部１１は、運用開始後に、第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量を基準範囲と比較する際に、初期温度と、温度センサ３２が計測した周囲温度とを用いて、周囲温度が初期温度である場合の第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量に補正する。さらに、制御部１１は、補正後のエネルギー量を基準範囲に維持するように、発光装置２１が放射するエネルギー量を調節する機能を有することが望ましい。

温度センサ３２を備える場合、制御部１１は、運用開始後に、第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量を基準範囲と比較する際に、初期量と、初期温度と、温度センサ３２が計測した周囲温度とを用いて、初期量を周囲温度に補正したエネルギー量を求めてもよい。さらに、制御部１１は、補正後のエネルギー量と第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量との差を基準範囲に維持するように、発光装置２１が放射するエネルギー量を調節する機能を有することが望ましい。

温度センサ３２を備えるガスセンサは、初期設定時の周囲温度を初期温度として記憶するから、第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量から周囲温度の影響を除去し、発光装置２１に投入するエネルギー量を精度よく調節することが可能になる。

ガスセンサは、運用開始後に、定められたタイミング以後の所定期間において得られる第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量および周囲温度を記憶する第２の記憶部１５をさらに備えることが望ましい。この場合、制御部１１は、第２の記憶部１５に記憶されているエネルギー量の少なくとも一部の平均値を、基準範囲と比較する第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量の値として用いる。また、制御部１１は、第２の記憶部１５に記憶されている周囲温度の少なくとも一部の平均値を、温度センサ３２が計測した周囲温度の値として用いる。

この構成によれば、第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量にゆらぎがあっても、異常値を除外して発光装置２１から放射するエネルギー量を精度よく調節することが可能になる。

また、制御部１１は、第２の記憶部１５に記憶されているエネルギー量および周囲温度の情報のうち、周囲温度の変動範囲が規定範囲であり時系列において隣接した情報のみを用いて平均値を求めることが望ましい。さらにまた、制御部１１は、第２の記憶部１５に記憶されているエネルギー量および周囲温度の情報のうち、周囲温度が初期温度に対して設定される許容範囲内である時間帯において、周囲温度の変動範囲が規定範囲であり時系列において隣接した情報のみを用いて平均値を求めることが望ましい。

発光装置２１は、電力の供給により光を放射する光源２１１と、光源２１１にパルス状に電力を供給する駆動部２１２とを備えることが望ましい。この構成において、演算部１２は、光源２１１に電力が供給された期間に基づいて規定される受光期間における第１の信号Ｓｇ１のエネルギー量および第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量を用いてガスの濃度を算出する。また、制御部１１は、第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量を基準範囲に維持するように駆動部２１２から光源２１１に電力を供給する時間を調節する。

この構成を採用すると、発光装置２１から放射させるエネルギー量を精度よく調節することができる。

以下、実施形態について詳述する。濃度を求める対象としてのガスは、二酸化炭素（以下、「ＣＯ２」と表記する）を例示する。ただし、他のガスについても以下に説明する技術を適用可能である。ＣＯ２は吸収が生じる波長域を赤外線領域に有している。以下に説明するガスセンサは、ガスが導入される空間に対して赤外線を投光し、この空間における赤外線の吸収の程度を評価することにより、この空間におけるＣＯ２の濃度を求めるように構成されている。

（実施形態１）
ガスセンサは、図１に示すように、ＣＯ２の濃度を電気信号に変換する変換装置（トランスデューサ）２０と、変換装置２０から得られる情報を用いてＣＯ２の濃度を算出する処理装置１０とを主な構成として備える。

処理装置１０は、主なハードウェア構成としてプログラムに従って動作するコンピュータを備える。このコンピュータは、プロセッサとメモリとを一体に備えるマイコンのほか、メモリをプロセッサとは別に備える構成であってもよい。図示例では、一点鎖線で囲んだ部分がコンピュータで構成されている。

プログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）にあらかじめ書き込まれている。ただし、プログラムは、インターネットのような電気通信回線を通して提供されるか、あるいはコンピュータで読取可能な記録媒体で提供されてもよい。

変換装置２０は、赤外線を投光する発光装置２１と、発光装置２１が投光した赤外線を受光する受光装置２２とを備える。発光装置２１は、電力が供給されることによって赤外線を放射する光源２１１と、光源２１１に電力を投入する駆動部２１２とを備える。光源２１１は、ＣＯ２が吸収する波長域と、ＣＯ２が吸収しない波長域とにまたがる広波長域の赤外線を放射するように構成される。この種の光源２１１は、熱放射により赤外線を放射する構成により実現される。

後述するように、光源２１１はパルス状に供給される電力に応答して赤外線を放射する必要があるから、投入される電力の立ち上がりに応答して赤外線の放射を開始し、かつ電力の投入が終了すると短時間で放熱する構成が要求される。すなわち、電力の変化に迅速に応答するために、光源２１１は、小型かつ熱慣性が小さいことが要求される。また、光源２１１は、赤外線の放射量が短時間で立ち上がるように、電力の投入により赤外線を放射する部位は適度に断熱され、赤外線を放射する繰り返しサイクルが短縮できるように、赤外線を放射する部位は放熱が適度に行われるように構成されている。この種の構造を有する光源２１１は、半導体を用いて実現されている。

一方、受光装置２２は、近接して配置された２個の受光素子（図示せず）を備える。受光素子は、それぞれフォトダイオードあるいはフォトトランジスタからなる。さらに、受光装置２２は、それぞれの受光素子に入射する光の波長域を異ならせるために、透過する波長域が異なる狭帯域の光学フィルタ（図示せず）を、それぞれの受光素子への光の入射経路に備える。

２個の受光素子の一方への入射経路に配置される光学フィルタは、ＣＯ２の代表的な吸収帯である４．３μｍを中心とする波長域の光を透過させる。また、２個の受光素子の他方への入射経路に配置される光学フィルタは、ＣＯ２による吸収が生じない波長域の光を透過させる。受光装置２２は、いわゆるキャンパッケージ（金属製のケース）に、受光素子および光学フィルタを取り付けた構造が望ましい。

受光装置２２からは、ＣＯ２による吸収が生じる波長域の受光強度に応じた第１の信号Ｓｇ１と、ＣＯ２による吸収が生じない波長域の受光強度に応じた第２の信号Ｓｇ２とが出力される。２個の光学フィルタに入射する光の強度は等しいとみなしてよいから、２個の受光素子の特性が等しければ、第１の信号Ｓｇ１と第２の信号Ｓｇ２とのエネルギー量は、光学フィルタで選択された波長域ごとのエネルギー量を反映する。

発光装置２１の光源２１１と受光装置２２との間には、発光装置２１と受光装置２２とにより監視する空間を限定し、かつ発光装置２１と受光装置２２との間で赤外線を導くように構成された導光管２３が配置される。導光管２３は、ガスを導入するための通気孔（図示せず）が管壁に形成され、かつ赤外線を反射する反射面が管壁の内側面の略全面に形成されている。

光源２１１から放射された赤外線は、導光管２３の内部空間を通って受光装置２２に入射する。導光管２３の内部空間にＣＯ２が存在していると、光源２１１から放射された赤外線のうちＣＯ２に吸収される波長域の赤外線は減衰し、受光装置２２が受光する当該波長域の赤外線のエネルギー量は、ＣＯ２が存在しない場合よりも小さくなる。導光管２３の内部空間にＣＯ２が存在する場合と存在しない場合とで、第１の信号Ｓｇ１のエネルギー量は変化するが、第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量は変化しない。したがって、第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量を基準にして、第１の信号Ｓｇ１のエネルギー量の変化を評価すれば、導光管２３に導入されたＣＯ２の濃度が求められる。すなわち、受光装置２２から出力される第１の信号Ｓｇ１および第２の信号Ｓｇ２から抽出されるエネルギー量という情報を用いてＣＯ２の濃度が求められる。

以下に説明する処理装置１０は、上述した原理に基づいてＣＯ２の濃度を算出する。処理装置１０は、光源２１１に電力をパルス状に供給するために制御部１１を備える。制御部１１は、単発の矩形波を生成して駆動部２１２に与え、駆動部２１２は、制御部１１から受けた矩形波がアクティブである期間に光源２１１に電力を供給する。光源２１１から放射される赤外線のエネルギーは、矩形波の立ち上がりから時間経過に伴って増加し、矩形波の立ち下がりから時間経過に伴って減少する。

処理装置１０は、受光装置２２から出力される第１の信号Ｓｇ１および第２の信号Ｓｇ２に対して、増幅、積分、ノイズ除去（周波数選択）などの処理を行う前置回路（アナログ信号処理部）３１を備える。前置回路３１は、第１の信号Ｓｇ１および第２の信号Ｓｇ２を積分することにより、光源２１１への１回の電力投入に対して、受光装置２２が受光した赤外線のエネルギー量に相当する電気的量（たとえば、電圧）を出力する。つまり、前置回路３１は、光源２１１に電力が１回投入されたときに放射される赤外線のエネルギー量のうち、２種類の波長域ごとのエネルギー量に相当する電気的量を出力する。前置回路３１は、第１の信号Ｓｇ１と第２の信号Ｓｇ２とに対して独立した構成か、少なくとも一部を共用する構成が採用される。後者の場合、第１の信号Ｓｇ１と第２の信号Ｓｇ２とを切り替えて処理する。

また、発光装置２１および受光装置２２は、周囲温度の影響によって特性が変化するから、処理装置１０は、温度センサ３２から周囲温度の情報を取り込み、この情報を用いることにより、周囲温度の影響による出力の誤差を抑制する。前置回路３１および温度センサ３２の出力は、Ａ／Ｄ変換回路３３によりデジタル信号に変換される。

Ａ／Ｄ変換回路３３から出力される第１の信号Ｓｇ１および第２の信号Ｓｇ２に対応した情報は演算部１２に入力される。演算部１２は、第１の信号Ｓｇ１と第２の信号Ｓｇ２とのエネルギー量の関係に基づいて、導光管２３の内部空間におけるＣＯ２の濃度を算出する。具体的には、演算部１２は、第１の信号Ｓｇ１のエネルギー量に対応した電気的量と第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量に対応した電気的量との比をＣＯ２の濃度に換算する。第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量は、ＣＯ２に吸収されない波長域のエネルギー量であるから、上述のように比が求められることにより、ＣＯ２による吸収の程度が第１の信号Ｓｇ１のエネルギー量の変化によって求められる。

以下、Ａ／Ｄ変換回路３３から出力された第１の信号Ｓｇ１に対応する電気的量を「比較量」と呼び、Ａ／Ｄ変換回路３３から出力された第２の信号Ｓｇ２に対応する電気的量を「基準量」と呼ぶ。演算部１２は、基準量に対する比較量の比をＣＯ２に換算する際に、適宜の演算式またはルックアップテーブルを用いる。演算部１２により求められたＣＯ２の濃度に関する情報は、表示器３４に出力される。表示器３４は、数値を表示する構成のほか、セグメント式の表示器あるいは複数個の発光素子を用いて複数段階を表示する指示器（インディケータ）であってもよい。

ところで、上述したように、発光装置２１および受光装置２２の特性は周囲温度の影響を受ける。そのため、制御部１１は、温度センサ３２により計測された周囲温度を用いて、演算部１２による濃度の演算結果に対する周囲温度の影響を抑制する機能を有する。すなわち、制御部１１は、光源２１１に電力を１回投入することによって出力される赤外線のエネルギー量を調節する機能を有する。

制御部１１は、周囲温度と発光装置２１および受光装置２２の特性との既知の関係を用いて、温度センサ３２が計測した周囲温度に対応した電気的量（たとえば、電圧）に応じて、駆動部２１２が光源２１１に投入する電力を調節する。すなわち、制御部１１は、比較量および基準量と、演算部１２が算出する濃度との関係が所定範囲に維持されるように光源２１１に投入する電力を調節する。要するに、制御部１１は、発光装置２１から出力するエネルギー量が、周囲温度の影響を受けずにほぼ一定に保たれるように光源２１１に投入する電力を調節する。

光源２１１に投入する電力を調節するには、光源２１１に加える電圧、光源２１１に流す電流のいずれかを調節することが考えられるが、本実施形態は、前置回路３１において積分を行っているから、投入する期間を調節することにより電力を調節している。

光源２１１に投入する電力を調節するために、電圧を制御する場合、多段階に分圧比を調節する必要があり、電流を制御する場合、光源２１１に直列に挿入した抵抗の抵抗値を多段階に調節する必要がある。温度センサ３２が計測する周囲温度に応じて、分圧比あるいは抵抗値を多段階に変化させるには、プログラマブルポテンショメータのようなデバイスが必要である。この種のデバイスを用いて光源２１１から放射するエネルギー量を高精度に制御しようとすると、高価なデバイスが必要になる。

ここに、電圧あるいは電流を単独で変化させる場合には、分圧比あるいは抵抗値とエネルギー量とは線形関係であるから、調節は比較的簡単である。しかしながら、電圧と電流とは相互に影響するから、分圧比あるいは抵抗値とエネルギー量とは非線形の関係であって、分圧比あるいは抵抗値と光源２１１に投入される電力との関係がわかりにくい。

これに対して、光源２１１に電力を投入する期間を調節する場合には、コンピュータ（マイコンなど）のクロックを単位とする精度で、電力を投入する期間と放射されるエネルギー量との関係がほぼ線形関係になる。たとえば、光源２１１に電力を投入する時間が、８ｍｓを基準にして、１０μｓの単位で調節可能であるとすれば、０．１２５％の精度で放射するエネルギー量を調節することが可能になる。しかも、１０μｓという時間は、マイコンのクロックであっても容易に作り出すことができるから、制御部１１がプログラムにより簡単に実現される。

ところで、変換装置２０の特性は、周囲温度だけではなく、経時的にも変化することが知られている。変換装置２０の特性が経時的に変化するのは、発光装置２１および受光装置２２の劣化、導光管２３の内部に付着する汚れなどが原因である。

このような経時的変化を抑制するために、処理装置１０は、初期調整時における基準量（第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量に相当する電気的量）を初期量として記憶する第１の記憶部１３を備える。また、処理装置１０は、運用開始後の経過時間を経時するタイマ１４を備える。

制御部１１は、第１の記憶部１３に記憶されている初期量に対して基準範囲が設定されている。基準範囲は、初期量を含む所定範囲に設定され、演算部１２が算出する濃度の値が必要な精度を維持できるように定められる。たとえば、初期量に対して基準範囲は±１０％に設定される。制御部１１は、運用開始後に、基準量が基準範囲を逸脱した場合には、基準量が基準範囲に維持されるように、光源２１１に電力を投入する時間を調節する。この動作によって、演算部１２が演算する濃度の精度の経時的な変化が抑制され、長期間に亘って信頼性が維持される。ただし、基準量を基準範囲に維持するために光源２１１に投入する電力が、あらかじめ設定された制御範囲を超える場合、ガスセンサの性能が劣化していると考えられるから、ガスセンサの寿命として表示器３４に報知することが望ましい。

光源２１１に電力を投入するたびに基準量を基準範囲と比較することは可能であるが、変換装置２０の特性が経時的に変化することに対して上述の処理を行うから、基準量を基準範囲と比較するタイミングは、タイマ１４によって定められる。すなわち、あらかじめ基準量を基準範囲と比較するタイミングとしての判定時間を定めておき、タイマ１４が経時する時間が判定時間に達すると、基準量が基準範囲を逸脱しているか否かを判断する。使用環境にもよるが、判定時間は、たとえば１年などに設定される。判定時間は不定期であってもよく、たとえば、判定時間は、運用開始から徐々に長く設定するか、あるいは徐々に短く設定することも可能である。

上述のように、制御部１１は、適時に、基準量（第２の信号Ｓｇ２のエネルギー量に相当する電気的量）を基準範囲と比較し、基準量が基準範囲に維持されるように、光源２１１に電力を投入する時間を調節する。したがって、構成要素の長期的な性能ドリフトが吸収され、濃度の計測精度を長期にわたって維持することが可能になる。基準範囲は、初期設定時の基準量である初期量に基づいて設定されている。

また、制御部１１が基準量を基準範囲と比較するタイミングにおける周囲温度と、初期設定時の周囲温度とが異なっていると、基準量の変化に、経時的変化と周囲温度に起因する変化とが含まれる可能性がある。このように、基準量を変化させる原因に２つの要素が含まれていると、計測精度への経時的変化の影響を十分に除去することができない可能性がある。

そのため、第１の記憶部１３は、初期調整時における基準量を初期量として記憶するだけではなく、初期調整時における周囲温度を初期温度として記憶し、基準量を基準範囲と比較する際に、初期調整時の周囲温度を考慮することが望ましい。

上述したように、発光装置２１および受光装置２２の特性と周囲温度との関係は既知であるから、周囲温度の変化に対する基準量の変化の程度は、初期温度と温度センサ３２が計測した周囲温度との差から求められる。すなわち、温度センサ３２が計測した周囲温度と初期温度と基準量とを用いると、周囲温度が初期温度と等しい場合の基準量を推定できる。また、温度センサ３２が計測した周囲温度と初期量とを用いると、変換装置２０の特性に経時的変化が生じていない場合の基準量を推定できる。このようにして推定された基準量（言い換えると、補正後の基準量）を基準範囲と比較することにより、周囲温度の影響を除去して基準量と基準範囲とを比較することができる。

制御部１１は、補正後の基準量が基準範囲を逸脱していると、基準量が基準範囲に維持されるように光源２１１に電力を投入する時間を調節する。基準量を補正する場合の動作例を以下に説明する。

いま、周囲温度が１℃変化（増加）したときに基準量が１％変化（増加）する場合を想定する。第１の記憶部１３に記憶されている初期温度が２６℃であって、基準量を基準範囲と比較するタイミングにおける周囲温度が２７℃であったとすると、基準量の変化のうち周囲温度の影響による変化は１％であると言える。すなわち、２７℃に対応する基準量は、２６℃に対応する基準量の１．０１倍であるから、制御部１１は、基準量を１．０１で割った値を補正後の基準量として基準範囲と比較する。ここで、補正後の基準量が基準範囲を逸脱している場合、制御部１１は、初期量に対する補正前の基準量の差が所定範囲（たとえば１％未満）になるように、光源２１１に電力を投入する時間を調節する。

周囲温度を考慮して基準量を判断する別の例について説明する。初期温度が２６．５℃であり、基準量を基準範囲と比較するタイミングでは周囲温度が３０℃であったとする。また、周囲温度が１℃上昇すると基準量がα倍に増加すると仮定する。初期量をＶｒ０とすると、周囲温度が３０℃であるときの基準量は、経時的変化がなければ、α（３０−２６．５）×Ｖｒ０（＝Ｖｒ１）になる。したがって、制御部１１に入力された基準量Ｖｒ２と、経時的変化がないと仮定した場合の基準量Ｖｒ１との差が基準範囲（たとえば、１０％未満に設定される）を超えている場合に、制御部１１が光源２１１に電力を投入する期間を調節するようにしてもよい。

なお、図１には示していないが、処理装置１０は、運用開始後に発生する基準量および比較量を一時的に記憶する第２の記憶部１５（図２参照）を備えていることが望ましい。すなわち、光源２１１が赤外線を放射するたびに得られる基準量および比較量は第２の記憶部１５に一時的に記憶され、第２の記憶部１５に記憶されている値を用いて、演算部１２が濃度の演算を行い、制御部１１が基準量の補正を行えばよい。

（実施形態２）
実施形態１では、制御部１１は、光源２１１が赤外線を１回放射したときに得られた基準量を基準範囲と比較している。一方、実施形態１において説明したように、基準量は周囲温度に応じて変化するから、赤外線を１回放射したときに得られる基準量だけでは周囲温度の影響を十分に除去できない可能性もある。

本実施形態の処理装置１０は、図２に示すように、第２の記憶部１５を備える。第２の記憶部１５は、基準量を基準範囲と比較するタイミングになると、以後の所定期間（たとえば、１日）において得られる基準量および周囲温度を記憶する。制御部１１は、第２の記憶部１５が記憶した所定期間の基準量および周囲温度を読み出し、基準量の平均値と周囲温度の平均値とを求める。このようにして求められた平均値を、それぞれ基準量および周囲温度として用い、実施形態１と同様にして、基準量を周囲温度に基づいて補正し、補正後の基準量を初期量に基づいて定めた基準範囲と比較する。

ここにおいて、第２の記憶部１５に記憶されている所定期間の基準量および周囲温度のすべての情報を用いて平均値を求めると、１日の気温の変化を含むから、場合によっては誤差が大きくなる可能性もある。そこで、第２の記憶部１５に記憶させた所定期間の情報のうち、周囲温度の変動範囲が規定範囲（たとえば、±１℃）であり時系列において隣接した情報のみを用い、この範囲の基準量の平均値および周囲温度の平均値を用いて経時的変化を評価することが望ましい。平均値を求める情報の範囲は、時間（たとえば、１０分間）あるいは赤外線を放射する回数（たとえば、１０回）によって定められる。

さらに、所定期間のうちで周囲温度が、初期温度に対して設定される許容範囲内（たとえば、±１℃）である時間帯において、周囲温度の変動範囲が規定範囲（たとえば、±１℃）になる隣接した情報を用いるようにしてもよい。この条件は、ほぼ１年ごとに（つまり、同様の季節ごとに）基準量と基準範囲とを比較する場合にとくに有効である。

このような情報を用いると、周囲温度に起因する変化を分離して、経時的変化による基準量の変化を取り出すことができる。すなわち、光源２１１に電力を投入する時間をさらに精度よく調節することが可能になる。他の構成および動作は実施形態１と同様であるから説明を省略する。

１１ 制御部
１２ 演算部
１３ 第１の記憶部
１４ タイマ
１５ 第２の記憶部
２１ 発光装置
２２ 受光装置
３２ 温度センサ
２１１ 光源
２１２ 駆動部
Ｓｇ１ 第１の信号
Ｓｇ２ 第２の信号

Claims (7)

1. 対象であるガスが導入される空間に投光する発光装置と、
   前記発光装置が放射した光を前記空間を通して受光し、前記ガスによる吸収が生じる波長域の受光強度に応じた第１の信号と、前記ガスによる吸収が生じない波長域の受光強度に応じた第２の信号とを出力する受光装置と、
   前記第２の信号のエネルギー量に対する前記第１の信号のエネルギー量の関係を用いて前記ガスの濃度を算出する演算部と、
   前記第１の信号および前記第２の信号から得られる情報と前記濃度との関係が所定範囲に維持されるように前記発光装置が放射する光のエネルギー量を調節する制御部と、
   初期調整時における前記第２の信号のエネルギー量を初期量として記憶する第１の記憶部と、
   運用開始後の経過時間を計時するタイマとを備え、
   前記制御部は、
   運用開始後に、前記タイマが計時する時間があらかじめ定めた判定時間に達すると、前記第２の信号のエネルギー量を前記初期量に基づいて設定された基準範囲と比較し、前記第２の信号のエネルギー量が前記基準範囲を逸脱していると、前記第２の信号のエネルギー量を前記基準範囲に維持するように前記発光装置が放射する光のエネルギー量を調節する機能を有する
   ことを特徴とするガスセンサ。
2. 周囲温度を計測する温度センサをさらに備え、
   前記第１の記憶部は、
   初期調整時における前記第２の信号のエネルギー量に加えて、初期調整時における前記周囲温度を初期温度として記憶し、
   前記制御部は、
   運用開始後に、前記第２の信号のエネルギー量を前記基準範囲と比較する際に、
   前記初期温度と、前記温度センサが計測した前記周囲温度とを用いて、前記周囲温度が前記初期温度である場合の前記第２の信号のエネルギー量に補正し、
   補正後の前記エネルギー量を前記基準範囲に維持するように、前記発光装置が放射するエネルギー量を調節する機能を有する
   請求項１記載のガスセンサ。
3. 周囲温度を計測する温度センサをさらに備え、
   前記第１の記憶部は、
   初期調整時における前記第２の信号のエネルギー量に加えて、初期調整時における前記周囲温度を初期温度として記憶し、
   前記制御部は、
   運用開始後に、前記第２の信号のエネルギー量を前記基準範囲と比較する際に、
   前記初期量と、前記初期温度と、前記温度センサが計測した前記周囲温度とを用いて、前記初期量を前記周囲温度に補正した前記エネルギー量を求め、
   補正後の前記エネルギー量と前記第２の信号のエネルギー量との差を前記基準範囲に維持するように、前記発光装置が放射するエネルギー量を調節する機能を有する
   請求項１記載のガスセンサ。
4. 運用開始後に、定められたタイミング以後の所定期間において得られる前記第２の信号のエネルギー量および前記周囲温度を記憶する第２の記憶部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記第２の記憶部に記憶されている前記エネルギー量の少なくとも一部の平均値を、前記基準範囲と比較する前記第２の信号のエネルギー量の値として用い、
   前記第２の記憶部に記憶されている前記周囲温度の少なくとも一部の平均値を、前記温度センサが計測した前記周囲温度の値として用いる
   請求項２又は３記載のガスセンサ。
5. 前記制御部は、
   前記第２の記憶部に記憶されている前記エネルギー量および前記周囲温度の情報のうち、前記周囲温度の変動範囲が規定範囲であり時系列において隣接した情報のみを用いて前記平均値を求める
   請求項４記載のガスセンサ。
6. 前記制御部は、
   前記第２の記憶部に記憶されている前記エネルギー量および前記周囲温度の情報のうち、前記周囲温度が前記初期温度に対して設定される許容範囲内である時間帯において、前記周囲温度の変動範囲が規定範囲であり時系列において隣接した情報のみを用いて前記平均値を求める
   請求項４記載のガスセンサ。
7. 前記発光装置は、
   電力の供給により光を放射する光源と、
   前記光源にパルス状に電力を供給する駆動部とを備え、
   前記演算部は、
   前記光源に電力が供給された期間に基づいて規定される受光期間における前記第１の信号のエネルギー量および前記第２の信号のエネルギー量を用いて前記ガスの濃度を算出し、
   前記制御部は、
   前記第２の信号のエネルギー量を前記基準範囲に維持するように前記駆動部から前記光源に電力を供給する時間を調節する
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスセンサ。

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