JP2015068808A - 微粒子測定システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガス中の微粒子量示す測定信号を生成する測定信号生成回路は、微粒子量を低感度で測定するための低感度測定信号と、高感度で測定するための高感度測定信号と、を生成可能であり、低感度測定信号に応じて高感度測定信号の測定ウィンドウを適応的に変更する。
【選択図】図4
Description
この微粒子測定システムによれば、低感度測定信号の電圧レベルに応じて高感度測定信号の測定ウィンドウを適応的に変更するので、微粒子量の広い範囲に亘って高感度に測定を実行することが可能である。
この構成によれば、イオン発生部から発生されたイオンの量と、捕捉部に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流値に基づいて、低感度測定信号と高感度測定信号を生成するので、ガス中の微粒子が微量であっても精度の良い測定が可能である。
この構成によれば、簡単な回路構成で、低感度測定信号と高感度測定信号の両方を生成することが可能である。
この構成によれば、測定ウィンドウの調整を正確に行うことが可能である。
この構成によれば、測定ウィンドウの調整を正確に行うことが可能である。
この構成によれば、増幅回路の増幅度を変更するだけで、低感度測定信号と高感度測定信号を必要に応じて適宜生成することが可能である。また、同じ増幅回路を用いて低感度測定信号と高感度測定信号を出力するので、増幅回路の違いに起因する測定信号の誤差の発生を低減することができる。
図1(a)は、微粒子測定システム10を搭載した車両500の概略構成を例示した説明図である。図1(b)は、車両500に取り付けられた微粒子測定システム10の概略構成を例示した説明図である。微粒子測定システム10は、微粒子センサ100と、ケーブル200と、センサ駆動部300とを備えており、内燃機関400から排出される排ガスに含まれる煤などの微粒子の量を測定する。内燃機関400は、車両500の動力源であり、ディーゼルエンジン等によって構成されている。
Iin=Idc+Itrp+Iesc ・・・(1)
ここで、Iinは第1の電極112の入力電流であり、Idcは隔壁42を介してケーシングCSに流れる放電電流であり、ItrpはケーシングCSに捕捉された陽イオンPIの電荷量に相当する捕捉電流であり、Iescはイオン捕捉部130において捕捉されずに外部に流出した陽イオンPIの電荷量に相当する漏洩電流である。
Iesc=Iin−(Idc+Itrp) ・・・(2)
図7は、第2実施形態における測定信号生成回路740aの構成を示すブロック図である。この測定信号生成回路740aは、図4の回路に、低感度測定回路746を追加したものであり、他の構成は図4の回路と同一である。低感度測定回路746は、I−V変換回路742の出力端子と、センサ制御部600との間の配線772上に設けられた第3の増幅回路AMP3を有している。第3の増幅回路AMP3は、第1の増幅回路AMP1の出力電圧E1を増幅して、低感度測定信号SWescとしてセンサ制御部600に供給する。なお、第3の増幅回路AMP3用の各種の抵抗は、図示が省略されている。第3の増幅回路AMP3の増幅度は任意であり、例えば、増幅度を1.0としてもよく、或いは、1を越える値に設定しても良い。但し、第3の増幅回路AMP3の増幅度は、高感度測定回路744の第2の増幅回路AMP2の増幅度よりも小さな値に設定される。
図8は、第3実施形態における測定信号生成回路740bの構成を示すブロック図である。この測定信号生成回路740bは、図4の回路から、高感度測定回路744にスイッチSW1を追加した点と、配線772を省略した点と、の2点を変更しただけであり、他の構成は図4の回路と同一である。スイッチSW1は、負帰還抵抗R3に並列に接続されている。センサ制御部600は、スイッチSW1のオン/オフを切り換えることにより、負帰還抵抗R3が有効な状態と、負帰還抵抗R3が無い状態(負帰還抵抗がゼロの状態)とを切り換えることができる。
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
第1実施形態において説明した微粒子測定システム10の構成は例示であり、本発明は、第1実施形態で示した微粒子測定システム10以外の構成によっても実現することができる。例えば、微粒子測定システム10は、第2の電極132を備えていなくてもよい。また、微粒子測定システム10は、イオン発生部110が微粒子センサ100の内側ではなく、微粒子センサ100とは別体として構成されていてもよい。さらに、第1の電極112を隔壁42の先後を貫くように帯電室121内に配置させ、第1の電極112の先端部と帯電室121の内壁面との間にコロナ放電を生じさせるようにしてもよい。この場合には、イオン発生部110と排ガス帯電部120とは一体化されることになる。また、測定電流生成回路740は、微粒子量を示す信号を生成できるものであれば良く、上述した各実施形態で説明した構成以外の種々の構成を採用することが可能である。
上述した実施形態の微粒子測定システム10は、コロナ放電により第1の電極112と隔壁42との間で陽イオンを発生させる構成としたが、微粒子測定システム10は、コロナ放電により陰イオンを発生させる構成としてもよい。例えば、第1の電極112、隔壁42の正負の接続先を変更することにより、第1の電極112と隔壁42との間で陰イオンを発生させることができる。
25…セラミックパイプ
31…ガス流路
35…排出孔
41…ノズル
42…隔壁
45…流入孔
55…空気供給孔
100…微粒子センサ
110…イオン発生部
111…イオン発生室
112…第1の電極
120…排ガス帯電部
121…帯電室
130…イオン捕捉部
131…捕捉室
132…第2の電極
200…ケーブル
221…第1の配線
222…第2の配線
223…信号線
224…空気供給管
230…シャント抵抗
300…センサ駆動部
400…内燃機関
402…排ガス配管
405…燃料配管
410…フィルタ装置
420…車両制御部
430…燃料供給部
440…電源部
500…車両
600…センサ制御部
700…電気回路部
710…一次側電源回路
711…放電電圧制御回路
712…トランス駆動回路
720…絶縁トランス
730…コロナ電流測定回路
740…測定信号生成回路
745…オフセット電圧調整回路
751,752…整流回路
753,754…ショート保護用抵抗
771〜774…配線
800…空気供給部
AMP1〜3…増幅回路(オペアンプ)
CS…ケーシング
PGL…一次側グランド
R1〜R4…抵抗
SW,SW1…スイッチ
SGL…二次側グランド
Vref…基準電圧
Voffset…オフセット電圧
Claims (6)
- ガス中の微粒子量を示す測定信号を生成する測定信号生成回路を備えた微粒子測定システムであって、
前記測定信号生成回路は、前記微粒子量を低感度で表す低感度測定信号と、前記微粒子量を前記低感度測定信号よりも高感度で表す高感度測定信号と、を生成可能であり、
前記微粒子測定システムは、前記低感度測定信号の電圧レベルに応じて、前記測定信号生成回路における前記高感度測定信号の測定ウィンドウを適応的に変更するセンサ制御部を備える、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 - 請求項1記載の微粒子測定システムであって、更に、
コロナ放電によってイオンを発生させるイオン発生部と、
ガス中の少なくとも一部の微粒子を、前記イオンを用いて帯電させるための帯電室と、
前記微粒子の帯電に使用されなかった前記イオンの少なくとも一部を捕捉する捕捉部と、を備え、
前記測定信号生成回路は、前記イオン発生部から発生されたイオンの量と、前記捕捉部に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流値に基づいて、前記低感度測定信号と前記高感度測定信号を生成する、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 - 請求項2に記載の微粒子測定システムにおいて、
前記測定信号生成回路は、
前記イオン発生部から発生されたイオンの量と、前記捕捉部に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流を電圧に変更するI−V変換回路と、
前記I−V変換回路の出力電圧を第1の増幅度で増幅する高感度測定回路と、
を備え、
前記測定信号生成回路は、
(i)前記I−V変換回路の出力電圧に等しい第1の電圧、又は、前記第1の電圧を前記第1の増幅度よりも小さな第2の増幅度で増幅した第2の電圧を、前記低感度測定信号として出力し、
(ii)前記高感度測定回路の出力電圧を前記高感度測定信号として出力する、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 - 請求項3に記載の微粒子測定システムにおいて、
前記高感度測定回路は、
第1と第2の入力端子を有し、前記第1の入力端子に供給される前記低感度測定信号を増幅して前記高感度測定信号を生成する増幅回路と、
前記増幅回路の前記第2の入力端子に供給するオフセット電圧を変更可能なオフセット電圧調整回路と、
を備え、
前記センサ制御部は、前記低感度測定信号の電圧レベルに基づいて決定された信号レベルを有するオフセット信号を前記オフセット電圧調整回路に供給することによって、前記オフセット電圧調整回路に前記オフセット電圧を調整させて、前記高感度測定信号の測定ウィンドウを適応的に変更する、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 - 請求項1又は2に記載の微粒子測定システムにおいて、
前記測定信号生成回路は、
第1と第2の入力端子を有し、前記第1の入力端子に供給される前記低感度測定信号を増幅して前記高感度測定信号を生成する増幅回路と、
前記増幅回路の前記第2の入力端子に供給するオフセット電圧を変更可能なオフセット電圧調整回路と、
を備え、
前記センサ制御部は、前記低感度測定信号の電圧レベルに基づいて決定された信号レベルを有するオフセット信号を前記オフセット電圧調整回路に供給することによって、前記オフセット電圧調整回路に前記オフセット電圧を調整させて、前記高感度測定信号の測定ウィンドウを適応的に変更する、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 - 請求項4又は5に記載の微粒子測定システムにおいて、
前記センサ制御部は、前記増幅回路の増幅度を変更することによって、前記増幅回路から前記低感度測定信号を出力する第1の動作モードと、前記増幅回路から前記高感度測定信号を出力する第2の動作モードと、を切り換える、
ことを特徴とする微粒子測定システム。
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