JP2016109629A - Particle measuring apparatus, air cleaner, and particle measuring method - Google Patents

Particle measuring apparatus, air cleaner, and particle measuring method Download PDF

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弘士 小原
建太朗 野村
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建太朗 野村
篤志 沖田
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篤志 沖田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a particle measuring apparatus etc., that can secure long-period reliability.SOLUTION: A particle measuring apparatus 1 comprises: a particle detection sensor 110 having a light projection element 111 projecting light on a detection region DA and a light receiving element 112 receiving scattered light of light scattered by a particle 2 positioned in the detection region DA; an AD conversion part 161 which generates digital data as a digitized voltage signal by sampling and quantizing a voltage signal indicative of output from the light receiving element 112; and an arithmetic part 162 which computes a particle size after offset processing for subtracting digital data in a second period in which the voltage signal does not include a signal component from digital data in a first period in which the voltage signal includes a signal component corresponding to the particle 2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、気体中に含まれる粒子を測定する粒子測定装置、当該粒子測定装置を備える空気清浄機、及び、粒子測定方法に関する。   The present invention relates to a particle measuring device for measuring particles contained in a gas, an air cleaner provided with the particle measuring device, and a particle measuring method.

光散乱式粒子検出センサは、投光素子と受光素子とを備える光電式センサであり、測定対象の気体を取り込んで投光素子の光を当該気体に照射し、その散乱光によって気体に含まれる粒子の有無を検出するものである。例えば、大気中に浮遊するホコリ・花粉・煙等の粒子を検出することができる。   The light scattering particle detection sensor is a photoelectric sensor including a light projecting element and a light receiving element, takes in a gas to be measured, irradiates the light of the light projecting element, and is contained in the gas by the scattered light. It detects the presence or absence of particles. For example, particles such as dust, pollen, and smoke floating in the atmosphere can be detected.

この種の光散乱式粒子検出センサを含む粒子測定装置として、当該光散乱式粒子検出センサからの検知信号を用いて、大気中の単位体積当たりの粒子の量(濃度)を検出するものが知られている(特許文献1参照)。   As a particle measuring apparatus including this type of light scattering particle detection sensor, a device that detects the amount (concentration) of particles per unit volume in the atmosphere using a detection signal from the light scattering particle detection sensor is known. (See Patent Document 1).

特開2001−087613号公報JP 2001-087613 A

しかしながら、このような粒子測定装置では、当該粒子測定装置に含まれるアナログ素子における温度特性が長期使用によって変化したり、いわゆる経年劣化が生じたりする等により、長期性能ドリフトが生じる場合がある。この場合、例えば、粒子の粒径の高精度測定が困難になる等、粒子測定装置の長期信頼性の確保が困難になる。   However, in such a particle measuring apparatus, a long-term performance drift may occur due to a change in temperature characteristics of an analog element included in the particle measuring apparatus due to long-term use or so-called deterioration over time. In this case, for example, it is difficult to ensure the long-term reliability of the particle measuring apparatus, such as high accuracy measurement of the particle diameter of the particles.

そこで、本発明は、長期信頼性を確保することができる粒子測定装置などを提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the particle | grain measuring apparatus etc. which can ensure long-term reliability.

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る粒子測定装置は、気体中に含まれる粒子の粒径を測定する粒子測定装置であって、検知領域に光を投光する投光素子と、前記検知領域に位置する前記粒子によって散乱された光の散乱光を受光する受光素子とを有する粒子検出センサと、前記受光素子からの出力を示すセンサ信号をサンプリング及び量子化することにより、デジタル化された前記センサ信号であるデジタルデータを生成するAD変換部と、前記センサ信号が前記粒子に応じた信号成分を含む第1期間における前記デジタルデータから、前記センサ信号が前記信号成分を含まない第2期間における前記デジタルデータを減算するオフセット処理を経た後に、前記粒径を演算する演算部とを備える。   In order to achieve the above object, a particle measuring apparatus according to an aspect of the present invention is a particle measuring apparatus that measures the particle size of particles contained in a gas, and a light projecting element that projects light onto a detection region; By sampling and quantizing a particle detection sensor having a light receiving element that receives scattered light of light scattered by the particles located in the detection region, and a sensor signal indicating an output from the light receiving element, From the digital data in the first period in which the sensor signal includes a signal component corresponding to the particle, and the sensor signal does not include the signal component A calculation unit that calculates the particle size after performing an offset process for subtracting the digital data in the second period.

本発明によれば、長期信頼性を確保することができる。   According to the present invention, long-term reliability can be ensured.

実施の形態に係る粒子測定装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the particle | grain measuring apparatus which concerns on embodiment. 実施の形態におけるアナログ信号処理部の回路図である。It is a circuit diagram of the analog signal processing part in an embodiment. 実施の形態における演算部のブロック図である。It is a block diagram of the calculating part in embodiment. 実施の形態において、受光素子から出力される電流信号の一例を示す波形図である。In an embodiment, it is a wave form diagram showing an example of a current signal outputted from a photo acceptance unit. 実施の形態において生成されたデジタルデータの一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the digital data produced | generated in embodiment. 実施の形態において生成されたデジタルデータの一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the digital data produced | generated in embodiment. 実施の形態において生成されたデジタルデータの一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the digital data produced | generated in embodiment. 実施の形態に係る粒径演算処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the particle size calculation process which concerns on embodiment. 図6に示す基準電圧取得処理(S10)の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of the reference voltage acquisition process (S10) shown in FIG. 実施の形態に係る粒子測定装置における各信号を示す図である。It is a figure which shows each signal in the particle | grain measuring apparatus which concerns on embodiment. 実施の形態の変形例1に係る粒子測定装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the particle | grain measuring apparatus which concerns on the modification 1 of embodiment. 実施の形態の変形例1におけるアナログ信号処理部の回路図である。It is a circuit diagram of the analog signal processing part in the modification 1 of an embodiment. 実施の形態の変形例2に係る粒子測定装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the particle | grain measuring apparatus which concerns on the modification 2 of embodiment. 実施の形態の変形例2における投光素子の回路図である。It is a circuit diagram of the light projection element in the modification 2 of embodiment. 実施の形態の変形例3に係る粒子測定装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the particle | grain measuring apparatus which concerns on the modification 3 of embodiment. 実施の形態の変形例3に係る演算部の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the calculating part which concerns on the modification 3 of embodiment. 実施の形態の変形例3に係る粒子測定装置における各信号を示す図である。It is a figure which shows each signal in the particle | grain measuring apparatus which concerns on the modification 3 of embodiment. 実施の形態の変形例4に係る粒子測定装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the particle | grain measuring apparatus which concerns on the modification 4 of embodiment. 実施の形態の変形例4に係る演算部の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the calculating part which concerns on the modification 4 of embodiment. 実施の形態の変形例4に係る粒子測定装置における各信号及び加熱部の温度を示す図である。It is a figure which shows each signal and the temperature of a heating part in the particle | grain measuring apparatus which concerns on the modification 4 of embodiment. 空気清浄機の外観図である。It is an external view of an air cleaner.

以下では、本発明の実施の形態に係る粒子測定装置などについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、並びに、ステップ及びステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。   Below, the particle | grain measuring apparatus etc. which concern on embodiment of this invention are demonstrated in detail using drawing. Each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present invention. Therefore, numerical values, shapes, materials, components, arrangement and connection forms of components, and steps and order of steps shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims showing the highest concept of the present invention are described as optional constituent elements.

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。   Each figure is a mimetic diagram and is not necessarily illustrated strictly. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the same structural member, and the overlapping description may be abbreviate | omitted or simplified.

(実施の形態)
[1.構成]
まず、本発明の実施の形態に係る粒子測定装置の全体構成について説明する。図1は、本実施の形態に係る粒子測定装置1の構成の一例を示すブロック図である。
(Embodiment)
[1. Constitution]
First, the whole structure of the particle | grain measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the particle measuring apparatus 1 according to the present embodiment.

同図に示すように、粒子測定装置1は、粒子検出センサ110、アナログ信号処理部120、及び、電源部130を含むセンサモジュール10と、汎用MPU(Micro Processing Unit)160とを備え、大気(気体)に含まれる粒子の粒径を測定する。   As shown in the figure, the particle measuring apparatus 1 includes a particle detection sensor 110, an analog signal processing unit 120, a sensor module 10 including a power supply unit 130, and a general-purpose MPU (Micro Processing Unit) 160, and the atmosphere ( The particle size of the particles contained in the gas is measured.

以下、粒子測定装置1の各構成について、具体的に説明する。   Hereinafter, each structure of the particle | grain measuring apparatus 1 is demonstrated concretely.

[1−1.粒子検出センサの構成]
粒子検出センサ110は、投光素子111と受光素子112とを備える光電式センサであり、検知領域DAにおける粒子2による投光素子111からの光の散乱光を受光素子112で受光することにより大気中に含まれる粒子2を検出するものである。これらの投光素子111、受光素子112及び検知領域DAは、外光が照射されないように、筐体113の内部に配置され、投光素子111及び受光素子112は当該筐体113によって保持されている。また、本実施の形態における粒子検出センサ110は、さらに、大気を加熱する加熱部115を有する。
[1-1. Configuration of particle detection sensor]
The particle detection sensor 110 is a photoelectric sensor including a light projecting element 111 and a light receiving element 112, and the light receiving element 112 receives scattered light of light from the light projecting element 111 due to particles 2 in the detection area DA. The particles 2 contained therein are detected. The light projecting element 111, the light receiving element 112, and the detection area DA are arranged inside the housing 113 so that external light is not irradiated. The light projecting element 111 and the light receiving element 112 are held by the housing 113. Yes. Further, the particle detection sensor 110 in the present embodiment further includes a heating unit 115 that heats the atmosphere.

投光素子111は、所定の波長の光を発する光源(発光部)であり、例えば、LED(Light Emitting Diode)や半導体レーザ等の固体発光素子である。投光素子111としては、赤外光、青色光、緑色光、赤色光又は紫外光を発する発光素子を用いることができる。この場合、投光素子111は、2波長以上の混合波を発するように構成されてもよい。本実施の形態では、粒子2による光の散乱強度に鑑みて、投光素子111として、例えば、400nm〜1000nmの波長の光を出力する砲弾型のLEDを用いる。   The light projecting element 111 is a light source (light emitting unit) that emits light of a predetermined wavelength, and is, for example, a solid light emitting element such as an LED (Light Emitting Diode) or a semiconductor laser. As the light projecting element 111, a light emitting element that emits infrared light, blue light, green light, red light, or ultraviolet light can be used. In this case, the light projecting element 111 may be configured to emit a mixed wave having two or more wavelengths. In the present embodiment, a bullet-type LED that outputs light having a wavelength of 400 nm to 1000 nm, for example, is used as the light projecting element 111 in view of the light scattering intensity by the particles 2.

なお、投光素子111の発光波長が短いほど、粒径の小さな粒子2を検出しやすくなる。また、投光素子111の発光制御方式は特に限定されるものではなく、投光素子111から出射する光は、DC駆動による連続光又はパルス光等とすることができる。また、投光素子111の出力の大きさは、時間的に変化していてもよい。   In addition, it becomes easy to detect the particle | grains 2 with a small particle size, so that the light emission wavelength of the light projection element 111 is short. The light emission control method of the light projecting element 111 is not particularly limited, and the light emitted from the light projecting element 111 can be continuous light or pulsed light by DC driving. Moreover, the magnitude | size of the output of the light projection element 111 may be changing temporally.

投光素子111から出射された光は、例えば、投光素子111の前方に配置された投光レンズを介して検知領域DAを通過する。この際、検知領域DAを粒子2が通過していると、当該粒子2によって投光素子111からの光が散乱される。   The light emitted from the light projecting element 111 passes through the detection area DA via a light projecting lens arranged in front of the light projecting element 111, for example. At this time, if the particle 2 passes through the detection area DA, the light from the light projecting element 111 is scattered by the particle 2.

受光素子112は、検知領域DAにおける粒子2による投光素子111からの光の散乱光を受光する受光部であり、例えば、フォトダイオード、フォトICダイオード、フォトトランジスタ、又は、光電子倍増管等、光を受けて電気信号に変換する素子(光検出器)である。具体的には、受光素子112は、電気信号として電流信号を生成する。つまり、受光素子112は、受光した光強度に応じた電流信号を出力する。   The light receiving element 112 is a light receiving unit that receives light scattered from the light projecting element 111 by the particles 2 in the detection area DA. For example, the light receiving element 112 is a photo diode, a photo IC diode, a photo transistor, a photomultiplier tube, or the like. It is an element (photodetector) that receives and converts it into an electrical signal. Specifically, the light receiving element 112 generates a current signal as an electrical signal. That is, the light receiving element 112 outputs a current signal corresponding to the received light intensity.

粒子2による散乱光は、例えば、検知領域DAと当該受光素子112との間に配置された受光レンズによって、受光素子112に集光される。   The scattered light from the particles 2 is condensed on the light receiving element 112 by, for example, a light receiving lens disposed between the detection area DA and the light receiving element 112.

筐体113は、遮光性を有し、粒子2を含む大気(気体)が流れる筒状の空間領域である粒子流路が設けられた部材である。例えば、筐体113は、迷光を吸収させるように、少なくとも内面が黒色である。具体的には、筐体113の内面は、光の吸収率が高く、かつ、光を鏡面反射する。なお、筐体113の内面における反射は、鏡面反射でなくてもよく、光の一部が散乱反射されてもよい。   The housing 113 is a member that has a light shielding property and is provided with a particle flow path that is a cylindrical space region through which air (gas) including the particles 2 flows. For example, the housing 113 is black at least on the inner surface so as to absorb stray light. Specifically, the inner surface of the housing 113 has a high light absorptance and reflects light in a specular manner. Note that the reflection on the inner surface of the housing 113 may not be a specular reflection, and a part of the light may be scattered and reflected.

ここで、迷光は、粒子2による散乱光以外の光であり、具体的には、投光素子111が出射した光のうち検知領域DAにおいて粒子2に散乱されることなく、筐体113内を進行する光等である。また、迷光には、粒子流路によって筐体113の内部に進入した外光も含まれる。   Here, the stray light is light other than the scattered light by the particles 2. Specifically, the stray light is not scattered by the particles 2 in the detection area DA among the light emitted from the light projecting element 111, and the inside of the housing 113. Traveling light, etc. The stray light also includes external light that has entered the inside of the housing 113 through the particle flow path.

筐体113は、例えば、ABS樹脂などの樹脂材料を用いた射出成形により形成される。このとき、例えば、黒色の顔料又は染料を添加した樹脂材料を用いることで、筐体113の内面を黒色面にすることができる。あるいは、射出成形後に内面に黒色塗料を塗布することで、筐体113の内面を黒色面にすることができる。また、筐体113の内面にシボ加工などの表面処理を行うことによって、迷光を吸収させてもよい。   The housing 113 is formed by, for example, injection molding using a resin material such as ABS resin. At this time, for example, the inner surface of the housing 113 can be made a black surface by using a resin material to which a black pigment or dye is added. Alternatively, the inner surface of the housing 113 can be made black by applying a black paint to the inner surface after injection molding. Further, stray light may be absorbed by performing surface treatment such as embossing on the inner surface of the housing 113.

検知領域DAは、測定対象の気体に含まれる粒子2(エアロゾル)を検知するための領域であるエアロゾル検知領域(エアロゾル測定部)であり、投光素子111の光が投光される空間領域と投光素子111の光が粒子2に当たって発生した散乱光を受光素子112に導くための空間領域とが重なる空間領域である。また、検知領域DAは、粒子流路内に存在するように設定されており、測定対象の気体は、粒子流路の入口101から筐体113の内部に進入し、粒子流路を通って検知領域DAに導かれ、粒子流路の出口102から筐体113の外部に流出される。   The detection area DA is an aerosol detection area (aerosol measurement unit) that is an area for detecting particles 2 (aerosol) contained in the gas to be measured, and is a spatial area in which light from the light projecting element 111 is projected. This is a spatial region that overlaps the spatial region for guiding the scattered light generated when the light from the light projecting device 111 hits the particle 2 to the light receiving device 112. The detection area DA is set so as to exist in the particle flow path, and the gas to be measured enters the inside of the housing 113 from the inlet 101 of the particle flow path and is detected through the particle flow path. It is guided to the area DA and flows out of the casing 113 from the outlet 102 of the particle flow path.

なお、本実施の形態において、粒子流路の流路方向(測定対象の気体が流れる方向)は、図1の紙面上下方向としているが、図1の紙面垂直方向としてもよい。つまり、本実施の形態では、粒子流路の流路軸は、投光素子111及び受光素子112の各光軸が通る平面上に存在するように設定しているが、当該平面と直交するように設定されていてもよい。   In the present embodiment, the flow direction of the particle flow path (the direction in which the gas to be measured flows) is the vertical direction on the paper surface of FIG. 1, but may be the vertical direction on the paper surface of FIG. That is, in the present embodiment, the flow channel axis of the particle flow channel is set to exist on a plane through which each optical axis of the light projecting element 111 and the light receiving element 112 passes, but is orthogonal to the plane. May be set.

加熱部115は、粒子2を含む大気を検知領域DAに導入するために大気を加熱するものであり、粒子流路内に流れる気体の流れを促進させるための気流を発生させる気流発生装置として機能する。具体的には、加熱部115は、低コストのヒータ抵抗等であり、本実施の形態では、粒子流路内に配置されている。つまり、加熱部115は、粒子流路内の大気を加熱する。   The heating unit 115 heats the atmosphere in order to introduce the atmosphere including the particles 2 into the detection area DA, and functions as an airflow generation device that generates an airflow for promoting the flow of the gas flowing in the particle flow path. To do. Specifically, the heating unit 115 is a low-cost heater resistor or the like, and is disposed in the particle channel in the present embodiment. That is, the heating unit 115 heats the atmosphere in the particle channel.

例えば、加熱部115がヒータ抵抗である場合、ヒータ抵抗に電圧を印加すると、ヒータ抵抗が加熱される。これにより、ヒータ抵抗の周囲の大気は、加熱されて密度が小さくなり、重力と逆方向の上方向に移動する。つまり、加熱部115によって粒子流路内の大気を加熱すると、上方向の気流(上昇気流)を発生させることができる。   For example, when the heating unit 115 is a heater resistor, the heater resistor is heated when a voltage is applied to the heater resistor. As a result, the atmosphere around the heater resistor is heated to decrease the density, and moves upward in the direction opposite to gravity. That is, when the air in the particle flow path is heated by the heating unit 115, an upward air flow (upward air flow) can be generated.

このように、加熱部115によって粒子流路内の大気を加熱することによって、筐体113(粒子流路)内に測定対象の気体(大気)を容易に引き込むことができるので、加熱部115を設けない場合と比べて、粒子検出センサ110内に多くの粒子2を取り込むことができる。したがって、粒子流路に含まれる検知領域DAにおける単位体積あたりの粒子2の量を大きくすることができるので、感度を高くすることができる。   Thus, by heating the atmosphere in the particle flow path by the heating unit 115, the measurement target gas (atmosphere) can be easily drawn into the housing 113 (particle flow path). More particles 2 can be taken into the particle detection sensor 110 than when not provided. Therefore, since the amount of the particles 2 per unit volume in the detection area DA included in the particle flow path can be increased, the sensitivity can be increased.

また、加熱部115は、上昇気流を発生させるので、図1に示すように、粒子流路の下方部分に設置するとよい。なお、加熱部115が動作していない状態でも、大気は粒子流路内を通過することができる。つまり、加熱部115が動作していない場合でも、大気中に含まれる粒子2を検出することは可能である。   Moreover, since the heating unit 115 generates an upward air flow, it is preferable to install the heating unit 115 in a lower part of the particle channel as shown in FIG. Even when the heating unit 115 is not operating, the atmosphere can pass through the particle flow path. That is, even when the heating unit 115 is not operating, it is possible to detect the particles 2 contained in the atmosphere.

[1−2.信号処理部の構成]
次に、粒子検出センサ110から出力される電流信号を信号処理して、粒子2の粒径を演算する信号処理部(アナログ信号処理部120及び汎用MPU160)の構成について、説明する。この信号処理部は、アナログ信号である上記電流信号を電圧信号に変換してアナログ手段(回路)で信号処理を行うアナログ信号処理部120と、当該アナログ信号処理部120で信号処理された電圧信号をデジタル化することで生成されたデジタルデータを用いて粒子2の粒径を演算する汎用MPU160とを備える。以下、信号処理部の各構成について、詳細に説明する。
[1-2. Configuration of signal processor]
Next, the configuration of the signal processing unit (analog signal processing unit 120 and general-purpose MPU 160) that performs signal processing on the current signal output from the particle detection sensor 110 and calculates the particle size of the particle 2 will be described. The signal processing unit converts the current signal, which is an analog signal, into a voltage signal and performs signal processing by analog means (circuit), and a voltage signal that is signal-processed by the analog signal processing unit 120 And a general-purpose MPU 160 that calculates the particle size of the particles 2 using digital data generated by digitizing the. Hereinafter, each component of the signal processing unit will be described in detail.

[1−2−1.アナログ信号処理部]
アナログ信号処理部120は、粒子検出センサ110から出力された電流信号に対して各種の信号処理を施すことにより、当該電流信号に基づくアナログ電圧信号を出力する。ここで、各種の信号処理とは、例えば、電流(I)を電圧(V)に変換するI/V変換、入力された信号の所望の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタ処理、及び、入力された信号を増幅して出力する増幅処理である。
[1-2-1. Analog signal processor]
The analog signal processing unit 120 performs various signal processing on the current signal output from the particle detection sensor 110 to output an analog voltage signal based on the current signal. Here, various signal processing includes, for example, I / V conversion for converting current (I) into voltage (V), bandpass filter processing for passing a desired frequency band of an input signal, and input. Amplification processing for amplifying and outputting the received signal.

なお、アナログ信号処理部120は、ここに例示した各処理に限らず、さらに他の信号処理(例えば、ハイパスフィルタ処理、ローパスフィルタ処理、及び、減衰処理等)を行うものであってもよい。   The analog signal processing unit 120 is not limited to the processes exemplified here, and may perform other signal processing (for example, high-pass filter processing, low-pass filter processing, attenuation processing, and the like).

このアナログ信号処理部120は、図1に示すように、IV変換部122と、増幅部123とを含む。また、本実施の形態において、アナログ信号処理部120は、さらに、スイッチ121を含む。以下、図2を参照しながら、アナログ信号処理部120の各構成について、詳細に説明する。   As illustrated in FIG. 1, the analog signal processing unit 120 includes an IV conversion unit 122 and an amplification unit 123. In the present embodiment, analog signal processing unit 120 further includes a switch 121. Hereinafter, each configuration of the analog signal processing unit 120 will be described in detail with reference to FIG.

図2は、本実施の形態におけるアナログ信号処理部120の回路図である。なお、同図では増幅部123として初段の増幅器のみが図示されているが、当該増幅器の後段にさらに増幅器が配置されていてもかまわないし、増幅器と独立したバンドパスフィルタが配置されていてもかまわない。   FIG. 2 is a circuit diagram of the analog signal processing unit 120 in the present embodiment. In the figure, only the first-stage amplifier is shown as the amplifying unit 123. However, an amplifier may be further arranged after the amplifier, or a band-pass filter independent of the amplifier may be arranged. Absent.

[1−2−1−1.スイッチ]
スイッチ121は、粒子検出センサ110の受光素子112からの出力信号(電流信号)の信号経路に配置され、後述する制御部163から出力される制御信号に応じてオン及びオフする、例えばトランジスタである。本実施の形態では、図2に示すように、スイッチ121は、受光素子112から出力からの出力信号の信号経路のうち、受光素子112と後述するIV変換部122の抵抗素子R11との間に配置され、例えば、制御信号がハイの場合にオンし、ローの場合にオフする。
[1-2-1-1. switch]
The switch 121 is, for example, a transistor that is arranged in a signal path of an output signal (current signal) from the light receiving element 112 of the particle detection sensor 110 and is turned on and off according to a control signal output from a control unit 163 described later. . In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the switch 121 is provided between the light receiving element 112 and a resistance element R11 of the IV conversion unit 122 described later in the signal path of the output signal from the light receiving element 112. For example, it is turned on when the control signal is high and turned off when it is low.

[1−2−1−2.IV変換部]
IV変換部122は、受光素子112から出力された電流を電圧に変換(IV変換)する。つまり、IV変換部122は、粒子検出センサ110から出力された電流信号を電圧信号に変換する。このように電圧信号に変換することにより、以降の信号処理を容易にするとともに、IV変換部122の後段に接続された増幅部123の設計が容易になる。
[1-2-1-2. IV conversion unit]
The IV converter 122 converts the current output from the light receiving element 112 into a voltage (IV conversion). That is, the IV conversion unit 122 converts the current signal output from the particle detection sensor 110 into a voltage signal. By converting to the voltage signal in this way, the subsequent signal processing is facilitated, and the design of the amplifying unit 123 connected to the subsequent stage of the IV converting unit 122 is facilitated.

具体的には、図2に示すように、IV変換部122は、受光素子112からの出力信号を電流信号から電圧信号に変換する抵抗素子R11を有する。この抵抗素子R11に受光素子112から出力された電流が流れることにより、当該電流に対応する電圧が抵抗素子R11の両端に生じる。これにより、受光素子112からの電流信号が電圧信号に変換されて、増幅部123へ入力される。   Specifically, as illustrated in FIG. 2, the IV conversion unit 122 includes a resistance element R <b> 11 that converts an output signal from the light receiving element 112 from a current signal to a voltage signal. When the current output from the light receiving element 112 flows through the resistance element R11, a voltage corresponding to the current is generated at both ends of the resistance element R11. As a result, the current signal from the light receiving element 112 is converted into a voltage signal and input to the amplifying unit 123.

[1−2−1−3.増幅部]
増幅部123は、IV変換部122で変換された電圧信号の所定の帯域を増幅する。具体的には、当該電圧信号に含まれる周波数成分のうち所定の帯域の周波数成分を、他の帯域の周波数成分よりも高い増幅率で増幅する。ここで、所定の帯域とは、例えば、粒子検出センサ110の粒子流路内に流れる大気の流速v1に対応する周波数f1を中心周波数、帯域幅をfbwとする帯域である。なお、fbwは所定の周波数であってもよいし、電圧信号のノイズフロアに応じて適宜設定される周波数であってもよい。言い換えれば、増幅部123は、IV変換部122で変換された電圧信号を増幅し、粒子に対応したパルス波形を含む電圧信号に変換する。
[1-2-1-3. Amplification section]
The amplification unit 123 amplifies a predetermined band of the voltage signal converted by the IV conversion unit 122. Specifically, a frequency component in a predetermined band among frequency components included in the voltage signal is amplified with a higher amplification factor than frequency components in other bands. Here, the predetermined band is, for example, a band in which the frequency f1 corresponding to the flow velocity v1 of the atmosphere flowing in the particle flow path of the particle detection sensor 110 is the center frequency and the bandwidth is fbw. Note that fbw may be a predetermined frequency, or may be a frequency that is appropriately set according to the noise floor of the voltage signal. In other words, the amplification unit 123 amplifies the voltage signal converted by the IV conversion unit 122 and converts it to a voltage signal including a pulse waveform corresponding to the particle.

ここで、粒子2に対応したパルス波形とは、検知領域DAを通過する粒子2の速度、及び、当該粒子2の粒径等に対応した正弦波、または、それに類似の波形である。このパルス波形は概ね、各々が粒子2の1つ1つに対応する。ただし、例えば、大粒径の粒子2と小粒径の粒子2とが同じタイミングで検知領域DAを通過する場合等には、その限りではない。   Here, the pulse waveform corresponding to the particle 2 is a sine wave corresponding to the velocity of the particle 2 passing through the detection area DA, the particle size of the particle 2, or a similar waveform. This pulse waveform generally corresponds to each one of the particles 2. However, this is not the case, for example, when the large particle 2 and the small particle 2 pass through the detection area DA at the same timing.

この増幅部123は、例えば、図1に示すように、IV変換部122から出力された電圧信号に含まれる周波数成分のうち所定の帯域の周波数成分を通過するバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタを通過した周波数成分からなる信号を増幅する増幅器とを含む。なお、バンドパスフィルタ及び増幅器の接続順はこれに限らず、増幅器がバンドパスフィルタよりも前段に設けられていてもよい。   For example, as illustrated in FIG. 1, the amplifying unit 123 includes a bandpass filter that passes a frequency component in a predetermined band among frequency components included in the voltage signal output from the IV conversion unit 122, and a bandpass filter. And an amplifier for amplifying a signal composed of the passed frequency component. Note that the connection order of the band-pass filter and the amplifier is not limited to this, and the amplifier may be provided upstream of the band-pass filter.

具体的には、図2に示すように、増幅部123は、オペアンプOP21と、当該オペアンプOP21の入力側に直列に配置された容量素子C21及び並列に配置された抵抗素子R21と、当該オペアンプOP21のフィードバックループに直列に配置された容量素子C22及び抵抗素子R22と、当該フィードバックループに並列に配置された抵抗素子R23とを有する。この増幅部123は、各抵抗素子R21〜R23の抵抗値と各容量素子C21及びC22の容量値とで決定される所定の帯域及び増幅利得で、IV変換部122から入力された電圧信号を増幅して出力する。   Specifically, as illustrated in FIG. 2, the amplifying unit 123 includes an operational amplifier OP21, a capacitive element C21 arranged in series on the input side of the operational amplifier OP21, a resistive element R21 arranged in parallel, and the operational amplifier OP21. Capacitance element C22 and resistance element R22 arranged in series in the feedback loop, and resistance element R23 arranged in parallel in the feedback loop. The amplification unit 123 amplifies the voltage signal input from the IV conversion unit 122 with a predetermined band and amplification gain determined by the resistance values of the resistance elements R21 to R23 and the capacitance values of the capacitance elements C21 and C22. And output.

このような構成により、アナログ信号処理部120は、粒子検出センサ110から出力された電流信号に基づく電圧信号(センサ信号)を出力する。   With such a configuration, the analog signal processing unit 120 outputs a voltage signal (sensor signal) based on the current signal output from the particle detection sensor 110.

[1−3.汎用MPUの構成]
汎用MPU160は、アナログ信号処理部120から出力されたアナログ電圧信号を用いて、粒子検出センサ110の粒子流路内に流れる大気に含まれる粒子の粒径を算出する。この汎用MPU160は、例えば、集積回路であるシステムLSIにより実現され、以下で説明する構成毎に個別に1チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように1チップ化されてもよい。
[1-3. General-purpose MPU configuration]
The general-purpose MPU 160 uses the analog voltage signal output from the analog signal processing unit 120 to calculate the particle size of particles contained in the atmosphere flowing in the particle flow path of the particle detection sensor 110. This general-purpose MPU 160 is realized by, for example, a system LSI that is an integrated circuit, and may be individually made into one chip for each configuration described below, or may be made into one chip so as to include some or all of them. .

また、汎用MPU160は、システムLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後にプログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)、又はLSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。   The general-purpose MPU 160 is not limited to the system LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor. An FPGA (Field Programmable Gate Array) that can be programmed after manufacturing the LSI or a reconfigurable processor that can reconfigure the connection and setting of circuit cells inside the LSI may be used.

このような汎用MPU160は、図1に示すように、AD変換部161及び演算部162を有し、AD変換部161で生成されたデジタルデータを用いて、粒子検出センサ110の粒子流路内に流れる大気に含まれる粒子についての種々の分析を行うことができる。この種々の分析とは、例えば、当該粒子の粒径の算出、又は、当該粒子の同定等である。また、本実施の形態において、汎用MPU160は、さらに、制御部163を含む。以下、汎用MPU160の各構成について、詳細に説明する。   As shown in FIG. 1, such a general-purpose MPU 160 includes an AD conversion unit 161 and a calculation unit 162, and uses digital data generated by the AD conversion unit 161 in the particle flow path of the particle detection sensor 110. Various analyzes can be performed on particles contained in the flowing atmosphere. The various analyzes include, for example, calculation of the particle diameter of the particle or identification of the particle. In the present embodiment, general-purpose MPU 160 further includes a control unit 163. Hereinafter, each configuration of the general-purpose MPU 160 will be described in detail.

[1−3−1.AD変換部]
AD変換部161は、増幅部123で増幅された電圧信号をサンプリング(標本化)及び量子化する。言い換えると、当該AD変換部161は、アナログ信号処理部120から出力されたアナログの電圧信号をAD(Analog to Digital)変換することにより、当該電圧信号に対応する時系列のデジタルデータを生成する。つまり、AD変換部161は、粒子検出センサ110から出力された電流信号に基づく時系列のデジタルデータを生成する。
[1-3-1. AD conversion unit]
The AD conversion unit 161 samples (samples) and quantizes the voltage signal amplified by the amplification unit 123. In other words, the AD converter 161 generates time-series digital data corresponding to the voltage signal by performing AD (Analog to Digital) conversion on the analog voltage signal output from the analog signal processor 120. That is, the AD conversion unit 161 generates time-series digital data based on the current signal output from the particle detection sensor 110.

すなわち、AD変換部161は、受光素子112からの出力を示す電圧信号(センサ信号)をサンプリング及び量子化することにより、デジタル化された当該電圧信号であるデジタルデータを生成する。   That is, the AD conversion unit 161 generates digital data that is a digitized voltage signal by sampling and quantizing a voltage signal (sensor signal) indicating an output from the light receiving element 112.

具体的には、このAD変換部161は、汎用MPU160に予め組み込まれたAD変換モジュールであり、当該汎用MPU160のアナログ入力端子に入力された電圧信号をデジタルデータに変換する。例えば、AD変換部161は、汎用MPU160においてアナログ入力用に設定された端子に入力された0.0〜5.0Vの範囲の電圧信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングし、サンプリングされた電圧信号の電圧を10ビットのデジタル値に変換することにより、デジタルデータを生成する。   Specifically, the AD conversion unit 161 is an AD conversion module incorporated in advance in the general-purpose MPU 160, and converts a voltage signal input to an analog input terminal of the general-purpose MPU 160 into digital data. For example, the AD conversion unit 161 samples a voltage signal in a range of 0.0 to 5.0 V input to a terminal set for analog input in the general-purpose MPU 160 at a predetermined sampling period, and the sampled voltage signal Is converted into a 10-bit digital value to generate digital data.

なお、汎用MPU160のアナログ入力端子に入力される電圧の範囲は、上記例に限らず、例えば、当該入力される電圧の最大値は、汎用MPU160の外部から指定される電圧(例えば3.3V)であってもよい。また、AD変換部161で生成されるデジタルデータのビット数は、上記例に限らず、例えば8ビットであっても12ビットであってもよい。   The range of the voltage input to the analog input terminal of the general-purpose MPU 160 is not limited to the above example. For example, the maximum value of the input voltage is a voltage specified from the outside of the general-purpose MPU 160 (eg, 3.3 V). It may be. Further, the number of bits of digital data generated by the AD conversion unit 161 is not limited to the above example, and may be, for example, 8 bits or 12 bits.

[1−3−2.演算部]
演算部162は、AD変換部161で生成されたデジタルデータを用いて、粒子検出センサ110の粒子流路内に流れる大気に含まれる粒子2の粒径を算出する。具体的には、演算部162は、AD変換部161に入力された電圧信号(センサ信号)が粒子2に応じたパルス波形(信号成分)を含む第1期間におけるデジタルデータから、当該電圧信号が当該パルス波形を含まない第2期間におけるデジタルデータを減算するオフセット処理を経た後に、粒径を演算する。
[1-3-2. Calculation unit]
The calculation unit 162 calculates the particle size of the particles 2 included in the atmosphere flowing in the particle flow path of the particle detection sensor 110 using the digital data generated by the AD conversion unit 161. Specifically, the calculation unit 162 calculates the voltage signal from the digital data in the first period in which the voltage signal (sensor signal) input to the AD conversion unit 161 includes a pulse waveform (signal component) corresponding to the particle 2. After passing through an offset process for subtracting digital data in the second period not including the pulse waveform, the particle size is calculated.

本実施の形態において、演算部162は、オフセット処理において、スイッチ121がオンしていることによりAD変換部161に入力された電圧信号が粒子2に応じたパルス波形を含む第1期間におけるデジタルデータから、スイッチ121がオフしていることにより当該電圧信号が当該パルス波形を含まない第2期間におけるデジタルデータを減算する。   In the present embodiment, the arithmetic unit 162 is digital data in a first period in which the voltage signal input to the AD converter 161 when the switch 121 is turned on includes a pulse waveform corresponding to the particle 2 in the offset process. From the fact that the switch 121 is turned off, the digital data in the second period in which the voltage signal does not include the pulse waveform is subtracted.

つまり、本実施の形態において、第1期間はスイッチ121がオンしている期間であり、第2期間は当該スイッチ121がオフしている期間である。   That is, in this embodiment, the first period is a period during which the switch 121 is on, and the second period is a period during which the switch 121 is off.

以下、図3を参照しながら、演算部162の各構成について、詳細に説明する。   Hereinafter, each component of the calculating part 162 is demonstrated in detail, referring FIG.

図3は、本実施の形態における演算部162のブロック図である。同図に示すように、演算部162は、切替部212と、保持部213と、減算部214と、粒径推定部215とを備える。   FIG. 3 is a block diagram of the calculation unit 162 in the present embodiment. As shown in the figure, the calculation unit 162 includes a switching unit 212, a holding unit 213, a subtracting unit 214, and a particle size estimating unit 215.

切替部212は、AD変換部161で生成されたデジタルデータを、制御部163から出力された制御信号に応じて、保持部213に出力して保持させる、又は、減算部214に出力する。具体的には、切替部212は、制御信号がスイッチ121のオンを示している場合(例えば、制御信号がハイの場合)、当該デジタルデータを減算部214に出力する。一方、制御信号がスイッチ121のオフを示している場合(例えば、制御信号がローの場合)、当該デジタルデータを保持部213に出力して保持させる。   The switching unit 212 outputs the digital data generated by the AD conversion unit 161 to the holding unit 213 according to the control signal output from the control unit 163, or outputs the digital data to the subtraction unit 214. Specifically, when the control signal indicates that the switch 121 is on (for example, when the control signal is high), the switching unit 212 outputs the digital data to the subtraction unit 214. On the other hand, when the control signal indicates that the switch 121 is off (for example, when the control signal is low), the digital data is output to the holding unit 213 and held.

保持部213は、切替部212から出力されたデジタルデータを保持する、例えばメモリである。   The holding unit 213 is, for example, a memory that holds the digital data output from the switching unit 212.

減算部214は、切替部212から出力されたデジタルデータから保持部213に保持されたデジタルデータを減算して、減算結果を粒径推定部215に出力する。ここで、切替部212から入力されるデジタルデータ、及び、保持部213に保持されたデジタルデータはいずれも、時系列のデジタル値である。減算部214は、例えば、保持部213に保持されたデジタルデータのデジタル値を平均化した平均値を、切替部212から入力されるデジタルデータの各サンプルのデジタル値から減算し、各サンプルについて減算結果のデジタル値を粒径推定部215に出力する。このように、本実施の形態では、デジタル信号処理で減算を行う。   The subtraction unit 214 subtracts the digital data held in the holding unit 213 from the digital data output from the switching unit 212 and outputs the subtraction result to the particle size estimation unit 215. Here, both the digital data input from the switching unit 212 and the digital data held in the holding unit 213 are time-series digital values. For example, the subtracting unit 214 subtracts the average value obtained by averaging the digital values of the digital data held in the holding unit 213 from the digital value of each sample of the digital data input from the switching unit 212, and subtracts each sample. The resulting digital value is output to the particle size estimation unit 215. Thus, in this embodiment, subtraction is performed by digital signal processing.

ここで、アナログ信号処理で減算を行う場合、減算回路の構成としては、オペアンプ等を用いる構成が考えられる。しかしながら、このような構成では、減算回路自体の長期性能ドリフトにより、長期的な観点では減算結果が変動する虞がある。また、アナログ回路構成が複雑化する虞もある。このため、デジタル信号処理で減算を行うことにより、長期に亘って正確な減算処理を確保できるとともに、アナログ回路構成を簡素化及び低コスト化できる。   Here, when subtraction is performed by analog signal processing, a configuration using an operational amplifier or the like can be considered as the configuration of the subtraction circuit. However, with such a configuration, the subtraction result may vary from a long-term viewpoint due to the long-term performance drift of the subtraction circuit itself. In addition, the analog circuit configuration may be complicated. Therefore, by performing subtraction by digital signal processing, accurate subtraction processing can be ensured over a long period of time, and the analog circuit configuration can be simplified and reduced in cost.

粒径推定部215は、減算部214から出力された減算結果のデジタル値である時系列のデジタルデータを用いて、粒子2の粒径を推定(演算)する。   The particle size estimation unit 215 estimates (calculates) the particle size of the particle 2 using time-series digital data that is a digital value of the subtraction result output from the subtraction unit 214.

[1−3−3.制御部]
制御部163は、スイッチ121のオン及びオフを示す制御信号を生成し、スイッチ121及び演算部162に出力する。本実施の形態では、制御部163は、スイッチ121のオンとオフとを所定の時間間隔で交互に切り替える。
[1-3-3. Control unit]
The control unit 163 generates a control signal indicating ON / OFF of the switch 121 and outputs the control signal to the switch 121 and the calculation unit 162. In the present embodiment, control unit 163 switches on and off of switch 121 alternately at predetermined time intervals.

[1−4.電源部]
電源部130は、センサモジュール10が備える構成のうち、当該電源部130以外の各構成(粒子検出センサ110、及び、アナログ信号処理部120)に対して、電源を供給する。この電源部130は、例えば、センサモジュール10の外部から供給された電圧を所望の電圧に変換するレギュレータ等により構成される。
[1-4. Power supply part]
The power supply unit 130 supplies power to the components (particle detection sensor 110 and analog signal processing unit 120) other than the power supply unit 130 among the configurations included in the sensor module 10. The power supply unit 130 is configured by, for example, a regulator that converts a voltage supplied from the outside of the sensor module 10 into a desired voltage.

以上、本実施の形態に係る粒子測定装置1の構成について、説明した。   Heretofore, the configuration of the particle measuring apparatus 1 according to the present embodiment has been described.

[2.動作]
次に、粒子測定装置1の動作について、説明する。
[2. Operation]
Next, the operation of the particle measuring apparatus 1 will be described.

[2−1.粒子検出センサの動作]
まず、粒子検出センサ110による粒子2の検出動作について説明する。
[2-1. Operation of particle detection sensor]
First, the detection operation of the particle 2 by the particle detection sensor 110 will be described.

加熱部115により空気が加熱されると、筐体113内の粒子流路に上昇気流が生じる。これに伴い、大気中の粒子は、粒子流路の入口101から筐体113の内部に進入し、粒子の検知領域DAを通過して、粒子流路の出口102から筐体113の外部に流出される。   When air is heated by the heating unit 115, an ascending air current is generated in the particle channel in the housing 113. Accordingly, particles in the atmosphere enter the inside of the casing 113 from the inlet 101 of the particle flow path, pass through the particle detection area DA, and flow out of the casing 113 from the outlet 102 of the particle flow path. Is done.

投光素子111から出射された光は、検知領域DAの粒子2が存在する場合、当該粒子2によって散乱される。   The light emitted from the light projecting element 111 is scattered by the particles 2 when the particles 2 in the detection area DA are present.

その後、粒子2から散乱された散乱光(散乱光の一部)が、受光素子112により受光されると、当該受光素子112から受光量(受光した散乱光の光強度)に応じた電流信号が出力される。   Thereafter, when scattered light (part of the scattered light) scattered from the particles 2 is received by the light receiving element 112, a current signal corresponding to the amount of light received from the light receiving element 112 (light intensity of the received scattered light) is generated. Is output.

図4は、受光素子112から出力される電流信号の一例を示す波形図である。   FIG. 4 is a waveform diagram showing an example of a current signal output from the light receiving element 112.

同図に示す波形には、4つの粒子の散乱光の強度を示す波形が含まれている。より具体的には、当該波形には、ピーク値(「波高値」とも言う)I1を有する波形W1と、波高値I2を有する波形W2と、波高値I3を有する波形W3と、波高値I4を有する波形W4とが含まれる。これらの波形W1〜W4には、ノイズによる波形WNが重畳されている。   The waveform shown in the figure includes a waveform indicating the intensity of scattered light of four particles. More specifically, the waveform includes a waveform W1 having a peak value (also referred to as “peak value”) I1, a waveform W2 having a peak value I2, a waveform W3 having a peak value I3, and a peak value I4. And a waveform W4. A waveform WN due to noise is superimposed on these waveforms W1 to W4.

ここで、検知領域DAに位置する粒子2の粒径が大きいほど、当該粒子2による散乱光の光強度は大きくなる。よって、受光素子112から出力される電流信号は、粒子2の粒径が大きいほどピーク値が大きくなる信号である。   Here, the larger the particle diameter of the particle 2 located in the detection area DA, the greater the light intensity of the scattered light from the particle 2. Therefore, the current signal output from the light receiving element 112 is a signal whose peak value increases as the particle size of the particle 2 increases.

また、散乱光の光強度のピーク1つ1つは、気流が粒子流路を流れることによって共に移動する粒子2の1つ1つに対応する。よって、受光素子112から出力される電流信号のピーク値の1つ1つは、対応する粒子2の粒径に応じた値である。   Moreover, each peak of the light intensity of the scattered light corresponds to each of the particles 2 that move together when the airflow flows through the particle flow path. Therefore, each peak value of the current signal output from the light receiving element 112 is a value corresponding to the particle size of the corresponding particle 2.

このような動作により、粒子検出センサ110は、気体に含まれる粒子2を検出することができる。   By such an operation, the particle detection sensor 110 can detect the particles 2 contained in the gas.

[2−2.信号処理部の動作]
次に、信号処理部(アナログ信号処理部120及び汎用MPU160)による信号処理について、説明する。なお、ここでは、スイッチ121はオンしているものとして説明する。
[2-2. Operation of signal processor]
Next, signal processing by the signal processing unit (analog signal processing unit 120 and general-purpose MPU 160) will be described. Here, description will be made assuming that the switch 121 is on.

まず、IV変換部122は、受光素子112から出力された電流を電圧に変換することにより、電圧信号を生成する。つまり、受光素子112から出力された電流信号は電圧信号へと変換される。   First, the IV conversion unit 122 generates a voltage signal by converting the current output from the light receiving element 112 into a voltage. That is, the current signal output from the light receiving element 112 is converted into a voltage signal.

次に、増幅部123は、当該電圧信号を所定の帯域で増幅する。   Next, the amplifying unit 123 amplifies the voltage signal in a predetermined band.

その後、AD変換部161は、増幅部123で増幅されたアナログ信号である電圧信号をデジタル変換(AD変換)することにより、デジタルデータを生成する。つまり、AD変換部161は、サンプリング及び量子化することにより、粒子2に対応したパルス波形を含む時系列のデジタルデータを生成する。   Thereafter, the AD conversion unit 161 generates digital data by performing digital conversion (AD conversion) on the voltage signal, which is an analog signal amplified by the amplification unit 123. That is, the AD conversion unit 161 generates time-series digital data including a pulse waveform corresponding to the particle 2 by sampling and quantization.

最後に、演算部162は、AD変換部161によって生成されたデジタルデータを用いて後述する粒径演算処理を実行することにより、粒子2の粒径を演算する。   Finally, the calculation unit 162 calculates the particle size of the particle 2 by executing a particle size calculation process to be described later using the digital data generated by the AD conversion unit 161.

[2−3.粒径演算処理(粒子測定方法)]
以下、演算部162による粒径演算処理(粒子測定方法)について、説明する。
[2-3. Particle size calculation processing (particle measurement method)]
Hereinafter, the particle size calculation process (particle measurement method) by the calculation unit 162 will be described.

[2−3−1.長期性能ドリフトによる影響]
ここで、粒子測定装置1では、当該粒子測定装置1に含まれるアナログ素子における温度特性及び経年劣化等により、長期性能ドリフトが生じる場合がある。この長期性能ドリフトは、時定数の大きい(例えば、7年)変動であるため、短期的な観点では、粒径測定等に及ぼす影響は少ない。しかしながら、長期的な観点では、粒径の測定が困難になる等、信頼性の確保に大きな影響を及ぼす。
[2-3-1. Effects of long-term performance drift]
Here, in the particle measuring apparatus 1, long-term performance drift may occur due to temperature characteristics and aging deterioration in the analog element included in the particle measuring apparatus 1. Since this long-term performance drift is a fluctuation with a large time constant (for example, 7 years), there is little influence on the particle size measurement and the like from a short-term viewpoint. However, from the long-term viewpoint, the measurement of the particle size becomes difficult, which greatly affects the reliability.

図5A〜図5Cはそれぞれ、AD変換部161によって生成されたデジタルデータの一例を示す波形図である。これらのデジタルデータには、粒子2の各々に対応したパルス波形W1〜W4が含まれる。具体的には、図5Aは粒子測定装置1の長期性能ドリフトが生じていない場合を示し、図5Bは図5Aよりも当該長期性能ドリフトが進んだ場合を示し、図5Cは図5Bよりもさらに当該長期性能ドリフトが進んだ場合を示す。   5A to 5C are waveform diagrams illustrating examples of digital data generated by the AD conversion unit 161, respectively. These digital data include pulse waveforms W1 to W4 corresponding to each of the particles 2. Specifically, FIG. 5A shows a case where the long-term performance drift of the particle measuring apparatus 1 has not occurred, FIG. 5B shows a case where the long-term performance drift has progressed more than FIG. 5A, and FIG. The case where the said long-term performance drift advanced is shown.

なお、これらの図は、いずれも同じ条件で、粒子検出センサ110の検知領域DAを4つの粒子2が通過した場合のデジタルデータを示す。また、これらの図に示すデジタルデータは、例えば、10ビットの時系列のデジタルデータである。なお、デジタルデータの波形はステップ状の波形であるが、これらの図では、当該ステップの幅が非常に小さいものとして、見た目上曲線で図示している。また、これらの図では、説明の便宜上、デジタルデータの各サンプルのデジタル値を電圧に換算して図示している。   These figures show digital data when four particles 2 pass through the detection area DA of the particle detection sensor 110 under the same conditions. The digital data shown in these figures is, for example, 10-bit time series digital data. Although the waveform of the digital data is a step-like waveform, in these figures, it is assumed that the width of the step is very small and is shown by an apparent curve. In these figures, for convenience of explanation, the digital value of each sample of the digital data is shown converted into a voltage.

これらの図に示すように、粒子測定装置1は、長期性能ドリフトが進むにつれて、デジタルデータの基準電圧(オフセット電圧)Voffset1、Voffset2及びVoffset3が変動する。具体的には、Voffset1(=0)<Voffset2(=0+α1)<Voffset3(=0+α2)となる。   As shown in these drawings, in the particle measuring apparatus 1, the digital data reference voltages (offset voltages) Voffset1, Voffset2, and Voffset3 vary as the long-term performance drift progresses. Specifically, Voffset1 (= 0) <Voffset2 (= 0 + α1) <Voffset3 (= 0 + α2).

ここで、デジタルデータの基準電圧とは、当該デジタルデータの直流成分の電圧(直流オフセット電圧)であり、粒子2に対応したパルス波形とは無関係に生じる電圧である。つまり、デジタルデータの基準電圧は、検知領域DAに粒子2が存在しない場合であっても常時生じる電圧である。   Here, the reference voltage of digital data is a voltage of a DC component (DC offset voltage) of the digital data, and is a voltage generated regardless of the pulse waveform corresponding to the particle 2. That is, the reference voltage of the digital data is a voltage that is always generated even when the particle 2 does not exist in the detection area DA.

基準電圧の変動は、上述した温度特性及び経年劣化等によるアナログ素子の長期性能ドリフトに起因し、特に、当該長期性能ドリフトによるアナログ信号処理部120のオフセット電圧の変動に起因する。   The fluctuation of the reference voltage is caused by the long-term performance drift of the analog element due to the above-described temperature characteristics and aging deterioration, and in particular, the fluctuation of the offset voltage of the analog signal processing unit 120 due to the long-term performance drift.

また、基準電圧の変動に伴って、パルス波形W1〜W4も変動する。つまり、パルス波形W1〜W4のピークの値は、基準電圧の変動と共に変動する。これにより、同一の粒径に対応するパルス波形W1であっても、ピークの値がV11<V21<V31となる。同様に、他の同一粒径に対応するパルス波形Wk(ただし、k=2、3、4)についても、ピークの値がV1k<V2k<V3kとなる。   In addition, the pulse waveforms W1 to W4 also vary as the reference voltage varies. That is, the peak values of the pulse waveforms W1 to W4 vary with the variation of the reference voltage. Thereby, even if it is the pulse waveform W1 corresponding to the same particle size, the value of a peak will be V11 <V21 <V31. Similarly, for other pulse waveforms Wk (where k = 2, 3, 4) corresponding to the same particle size, the peak value is V1k <V2k <V3k.

このように、長期性能ドリフトの影響により、同一の粒径であっても異なるピークの値となる。したがって、ピーク値を用いて粒径を求めた場合、粒径の推定精度が劣化するという問題がある。   Thus, due to the long-term performance drift, different peak values are obtained even with the same particle size. Therefore, when the particle size is obtained using the peak value, there is a problem that the estimation accuracy of the particle size deteriorates.

[2−3−2.長期性能ドリフトによる影響を抑制した粒径演算処理]
そこで、本実施の形態に係る演算部162は、長期性能ドリフトによる影響を抑制するために、以下のように粒径演算処理を実行する。すなわち、演算部162は、AD変換部161に入力された電圧信号(センサ信号)が粒子2に応じたパルス波形(信号成分)を含む第1期間におけるデジタルデータから、当該電圧信号が当該パルス波形を含まない第2期間におけるデジタルデータを減算するオフセット処理を経た後に、粒径を演算する。
[2-3-2. Particle size calculation processing that suppresses the effects of long-term performance drift]
Therefore, the calculation unit 162 according to the present embodiment executes the particle size calculation process as follows in order to suppress the influence due to the long-term performance drift. That is, the calculation unit 162 calculates the voltage signal from the digital data in the first period in which the voltage signal (sensor signal) input to the AD conversion unit 161 includes a pulse waveform (signal component) corresponding to the particle 2. After the offset processing for subtracting the digital data in the second period that does not include the particle size, the particle size is calculated.

以下、演算部162による粒径演算処理(粒子測定方法)について、図6〜図8を用いて詳細に説明する。図6は、本実施の形態に係る粒径演算処理を示すフローチャートである。図7は、図6に示す基準電圧取得処理(S10)の詳細を示すフローチャートである。図8は、本実施の形態に係る粒子測定装置1における各信号を示す図である。具体的には、図8には、制御部163から出力される制御信号、IV変換部122に入力される電流信号、及び、AD変換部161に入力される電圧信号の波形が示されている。   Hereinafter, the particle size calculation process (particle measurement method) by the calculation unit 162 will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 6 is a flowchart showing the particle size calculation process according to the present embodiment. FIG. 7 is a flowchart showing details of the reference voltage acquisition process (S10) shown in FIG. FIG. 8 is a diagram showing each signal in the particle measuring apparatus 1 according to the present embodiment. Specifically, FIG. 8 shows waveforms of a control signal output from the control unit 163, a current signal input to the IV conversion unit 122, and a voltage signal input to the AD conversion unit 161. .

図6に示すように、まず、演算部162は、AD変換部161に入力された電圧信号(センサ信号)が粒子2に応じたパルス波形を含まない状態で、デジタルデータを取得する(S10:基準取得ステップ)。これにより、演算部162は、長期性能ドリフトに影響される基準電圧を示すデジタル値を取得する。   As illustrated in FIG. 6, first, the calculation unit 162 acquires digital data in a state where the voltage signal (sensor signal) input to the AD conversion unit 161 does not include a pulse waveform corresponding to the particle 2 (S10: Standard acquisition step). Thereby, the calculating part 162 acquires the digital value which shows the reference voltage influenced by a long-term performance drift.

具体的には、図7及び図8に示すように、時刻T11において制御信号がローになることにより、スイッチ121がオフする(S11)。これにより、時刻T11以降、IV変換部122に入力される電流信号は、図中の破線で示す粒子2に応じたパルス波形を含まない信号となる。よって、AD変換部161に入力される電圧信号は、粒子2に応じたパルス波形を含まずに、アナログ信号処理部120のオフセット電圧を含む信号となる。   Specifically, as shown in FIGS. 7 and 8, when the control signal becomes low at time T11, the switch 121 is turned off (S11). Thereby, after time T11, the current signal input to the IV conversion unit 122 is a signal that does not include the pulse waveform corresponding to the particle 2 indicated by the broken line in the drawing. Therefore, the voltage signal input to the AD conversion unit 161 is a signal including the offset voltage of the analog signal processing unit 120 without including the pulse waveform corresponding to the particle 2.

そして、切替部212は、時刻T11以降、制御信号がローになったことにより、AD変換部161で生成されたデジタルデータを保持部213に出力して保持させる(S12)。   Then, the switching unit 212 outputs and holds the digital data generated by the AD conversion unit 161 to the holding unit 213 when the control signal becomes low after time T11 (S12).

その後、時刻T12において制御信号がハイになることにより、スイッチ121がオンする(S13)。これにより、時刻T12以降、IV変換部122に入力される電流信号は、検知領域DAに位置する粒子2に応じたパルス波形を含む信号となる。よって、AD変換部161に入力される電圧信号は、粒子2に応じたパルス波形、及び、アナログ信号処理部120のオフセット電圧のいずれも含む信号となる。   Thereafter, when the control signal becomes high at time T12, the switch 121 is turned on (S13). Thereby, after time T12, the current signal input to the IV conversion unit 122 is a signal including a pulse waveform corresponding to the particle 2 located in the detection area DA. Therefore, the voltage signal input to the AD conversion unit 161 is a signal including both the pulse waveform corresponding to the particle 2 and the offset voltage of the analog signal processing unit 120.

このような基準電圧取得処理(S10)によって、保持部213には、時刻T11〜T12においてAD変換部161に入力された電圧信号がデジタル化されたデジタルデータであって、粒子2に応じたパルス波形を含まずに、アナログ信号処理部120のオフセット電圧を含むデジタルデータが保持される。   By such a reference voltage acquisition process (S10), the holding unit 213 is a digital data obtained by digitizing the voltage signal input to the AD conversion unit 161 at times T11 to T12, and a pulse corresponding to the particle 2 Digital data including the offset voltage of the analog signal processing unit 120 is held without including the waveform.

基準電圧取得処理(S10)の後、演算部162は、AD変換部161に入力される電圧信号が粒子2に応じたパルス波形を含む状態でデジタルデータを取得する(S20:信号取得ステップ)。これは、時刻T12においてスイッチ121がオンしたことにより、時刻T12以降、AD変換部161に入力される電圧信号が、粒子2に応じたパルス波形、及び、アナログ信号処理部120のオフセット電圧を含む信号となるためである。   After the reference voltage acquisition process (S10), the calculation unit 162 acquires digital data in a state where the voltage signal input to the AD conversion unit 161 includes a pulse waveform corresponding to the particle 2 (S20: signal acquisition step). This is because the voltage signal input to the AD converter 161 after time T12 includes the pulse waveform corresponding to the particle 2 and the offset voltage of the analog signal processor 120 because the switch 121 is turned on at time T12. This is because it becomes a signal.

具体的には、時刻T12以降、制御信号がハイとなっていることにより、切替部212は、AD変換部161で生成されたデジタルデータを減算部214に出力する。   Specifically, the switching unit 212 outputs the digital data generated by the AD conversion unit 161 to the subtraction unit 214 when the control signal is high after time T12.

そして、演算部162は、信号取得処理(S20)で取得されたデジタルデータから基準電圧取得処理(S10)で取得されたデジタルデータを減算するオフセット処理を経た後に、粒子2の粒径を演算する(S30:粒径演算ステップ)。   And the calculating part 162 calculates the particle size of the particle | grains 2 after performing the offset process which subtracts the digital data acquired by the reference voltage acquisition process (S10) from the digital data acquired by the signal acquisition process (S20). (S30: Particle size calculation step).

具体的には、減算部214は、オフセット処理において、切替部212から出力されたデジタルデータから保持部213に保持されたデジタルデータを減算して、減算結果を粒径推定部215に出力する。そして、上記オフセット処理の後に、粒径推定部215は、減算部214から出力された減算結果を用いて、粒子2の粒径を推定(演算)する。   Specifically, the subtraction unit 214 subtracts the digital data held in the holding unit 213 from the digital data output from the switching unit 212 in the offset process, and outputs the subtraction result to the particle size estimation unit 215. After the offset process, the particle size estimation unit 215 estimates (calculates) the particle size of the particle 2 using the subtraction result output from the subtraction unit 214.

ここで、切替部212から出力されたデジタルデータは、粒子2に応じたパルス波形、及び、アナログ信号処理部120のオフセット電圧を含む。一方、保持部213に保持されたデジタルデータは、粒子2に応じたパルス波形を含まずに、アナログ信号処理部120のオフセット電圧を含む。   Here, the digital data output from the switching unit 212 includes a pulse waveform corresponding to the particle 2 and an offset voltage of the analog signal processing unit 120. On the other hand, the digital data held in the holding unit 213 includes the offset voltage of the analog signal processing unit 120 without including the pulse waveform corresponding to the particle 2.

したがって、減算部214による減算結果は、粒子2に応じたパルス波形を含み、アナログ信号処理部120のオフセット電圧を含まないデジタルデータとなる。よって、粒径推定部215は、アナログ信号処理部120のオフセット電圧の変動による推定精度の低下を抑制して、粒径を推定することができる。つまり、粒径の推定精度の長期信頼性を確保できる。   Therefore, the subtraction result by the subtraction unit 214 is digital data that includes a pulse waveform corresponding to the particle 2 and does not include the offset voltage of the analog signal processing unit 120. Therefore, the particle size estimation unit 215 can estimate the particle size while suppressing a decrease in estimation accuracy due to fluctuations in the offset voltage of the analog signal processing unit 120. That is, long-term reliability of the estimation accuracy of the particle diameter can be ensured.

具体的には、粒径推定部215は、時系列のデジタルデータのピークを検出し、検出したピークの値を用いて当該粒子の粒径を算出する。つまり、粒径推定部215は、減算部214から出力された時系列のデジタルデータを用いて、当該デジタルデータのピーク値を求め、求めたピーク値を用いて粒子の粒径を演算する。   Specifically, the particle size estimation unit 215 detects the peak of the time-series digital data, and calculates the particle size of the particle using the detected peak value. That is, the particle size estimation unit 215 obtains a peak value of the digital data using the time-series digital data output from the subtraction unit 214, and calculates the particle size of the particles using the obtained peak value.

以上説明したような粒径演算処理により、演算部162は、長期性能ドリフトが進んだ場合であっても、粒子2の粒径を精度良く測定することができる。   By the particle size calculation process described above, the calculation unit 162 can accurately measure the particle size of the particles 2 even when the long-term performance drift has advanced.

つまり、図5A〜図5Cに示す例では、同一の粒径に対応するパルス波形W1について、V11=V21−α1=V31−α2が成り立つ。同様に、他の同一粒径に対応するパルス波形Wk(ただし、k=2、3、4)についても、V1k=V2k−α1=V3k−α2が成り立つ。したがって、長期性能ドリフトによる基準電圧Voffset1、Voffset2及びVoffset3の変動による影響を抑制して、粒径を推定することができる。   That is, in the example shown in FIGS. 5A to 5C, V11 = V21−α1 = V31−α2 holds for the pulse waveform W1 corresponding to the same particle size. Similarly, V1k = V2k−α1 = V3k−α2 holds for other pulse waveforms Wk (where k = 2, 3, 4) corresponding to the same particle size. Therefore, it is possible to estimate the particle size while suppressing the influence of fluctuations in the reference voltages Voffset1, Voffset2, and Voffset3 due to long-term performance drift.

ここで、ピークの値の検出方法は任意であり、例えば、判定対象のサンプルのデジタル値と比較して、以降の所定数のサンプルにおいて、連続してデジタル値が低下した場合に、判定対象のサンプルのデジタル値をピークの値として検出してもよい。また、判定対象のサンプルのデジタル値と比較して、直後のサンプルのデジタル値が所定値以上低下している場合に判定対象のサンプルのデジタル値をピークの値として検出してもかまわない。また、判定対象のサンプルのデジタル値が前後のサンプルのデジタル値よりも大きい場合に、判定対象のサンプルと比較されるサンプルの数は、1以上であればよく、複数であってもかまわない。   Here, the method for detecting the peak value is arbitrary. For example, when the digital value continuously decreases in a predetermined number of samples compared to the digital value of the sample to be determined, The digital value of the sample may be detected as the peak value. Further, the digital value of the sample to be determined may be detected as the peak value when the digital value of the immediately following sample is lower than a predetermined value as compared with the digital value of the sample to be determined. In addition, when the digital value of the determination target sample is larger than the digital value of the preceding and succeeding samples, the number of samples to be compared with the determination target sample may be one or more, and may be plural.

また、粒子検出センサ110から出力される電流信号のピークの1つ1つ、つまり、粒子による散乱光の光強度のピーク1つ1つは、粒子の1つ1つに対応する。よって、粒径推定部215は、粒子検出センサ110内に導入された大気の中の粒子の個数(量)も算出することができる。   Further, each of the peaks of the current signal output from the particle detection sensor 110, that is, each peak of the light intensity of the scattered light by the particles corresponds to each of the particles. Therefore, the particle size estimation unit 215 can also calculate the number (amount) of particles in the atmosphere introduced into the particle detection sensor 110.

また、粒径推定部215は、上述したデジタルデータのピークを検出する演算(ピークサーチ)を、常時行っていてもよいし、所定の条件を満たしている場合のみに行っていてもよい。   The particle size estimation unit 215 may always perform the above-described calculation (peak search) for detecting the peak of the digital data, or only when a predetermined condition is satisfied.

例えば、粒径推定部215は、粒子の粒径を算出するための複数の閾値(例えば、10段階の閾値Vth1〜Vth10)を有し、減算部214から出力されたデジタルデータが当該複数の閾値のうち最低の閾値(例えば、Vth1)より大きい場合に、ピークサーチを行ってもよい。言い換えると、粒径推定部215は、当該デジタルデータが最低の閾値を超えた場合に、ピークサーチを開始してもよい。   For example, the particle size estimation unit 215 has a plurality of threshold values (for example, 10 levels of threshold values Vth1 to Vth10) for calculating the particle size of the particles, and the digital data output from the subtraction unit 214 is the plurality of threshold values. A peak search may be performed when the threshold value is larger than the lowest threshold value (for example, Vth1). In other words, the particle size estimation unit 215 may start the peak search when the digital data exceeds the minimum threshold value.

このように、粒径推定部215は、所定の条件を満たしている場合のみにピークサーチを行うことにより、常時ピークサーチを行う場合と比較して、演算量(処理量)を低減することができる。つまり、汎用MPU160として高性能なデバイスを用いることなく、粒子の粒径を算出することができる。   As described above, the particle size estimation unit 215 can reduce the calculation amount (processing amount) by performing the peak search only when a predetermined condition is satisfied, as compared with the case of performing the constant peak search. it can. That is, the particle size of the particles can be calculated without using a high-performance device as the general-purpose MPU 160.

ここで、粒子の粒径を算出するための複数の閾値のうち最低の閾値は、AD変換部161に入力された電圧信号のノイズフロアに対応するデジタル値より大きい値であってもよい。   Here, the lowest threshold value among the plurality of threshold values for calculating the particle size of the particles may be a value larger than a digital value corresponding to the noise floor of the voltage signal input to the AD conversion unit 161.

これにより、粒径推定部215がノイズのピークを算出することにより生じる各種の誤検知を低減できる。なお、各種の誤検知とは、例えば、粒子の粒径の誤検知、及び、粒子の個数の誤検知等である。   Thereby, various misdetections caused by the particle size estimation unit 215 calculating the noise peak can be reduced. Note that various misdetections include, for example, misdetection of the particle diameter of particles and misdetection of the number of particles.

なお、粒径推定部215は、デジタルデータのピークを非同期で検出してもよい。つまり、粒径推定部215によるデジタルデータのピークの検出は、所定時間間隔に限らず、任意の時間間隔であってもよい。これにより、互いに異なる粒径の複数の粒子が連続して検知領域DAに導入された場合であっても、これら複数の粒子各々の粒径を算出することができる。   The particle size estimation unit 215 may detect digital data peaks asynchronously. That is, the detection of the peak of the digital data by the particle size estimation unit 215 is not limited to the predetermined time interval but may be an arbitrary time interval. Thereby, even when a plurality of particles having different particle diameters are successively introduced into the detection area DA, the particle diameter of each of the plurality of particles can be calculated.

これにより、デジタルデータに含まれるパルス波形のピークの出現する位相が変化するおそれがある。しかしながら、デジタルデータのピークを非同期で検出することにより、ピークの出現する位相が変化した場合であっても、各ピークを検出できる。よって、精度良くピークを検出できるので、各粒子の粒径を精度良く算出することができる。   As a result, the phase at which the peak of the pulse waveform included in the digital data appears may change. However, by detecting the peak of digital data asynchronously, each peak can be detected even when the phase in which the peak appears changes. Therefore, since the peak can be detected with high accuracy, the particle size of each particle can be calculated with high accuracy.

また、本実施の形態では、演算部162は、デジタルデータの基準電圧を定期的に取得する。これにより、粒径の推定精度の長期信頼性を一層確保できる。   In this embodiment, operation part 162 acquires the reference voltage of digital data regularly. Thereby, the long-term reliability of the estimation accuracy of the particle diameter can be further ensured.

すなわち、図8に示すように、制御信号は、ハイとローとが所定の時間間隔で交互に切り替わる。つまり、制御部163は、スイッチ121のオンとオフとを所定の時間間隔で交互に切り替える。   That is, as shown in FIG. 8, the control signal is alternately switched between high and low at a predetermined time interval. That is, the control unit 163 alternately switches on and off the switch 121 at predetermined time intervals.

言い換えると、演算部162は、所定のタイミングで繰り返される期間であってAD変換部161に入力された電圧信号(センサ信号)が粒子2に応じたパルス波形を含まない第2期間(図8に示す例では、時刻T11〜T12及び時刻T13〜T14等)毎に、当該期間におけるデジタルデータを更新する。そして、AD変換部161に入力された電圧信号(センサ信号)が粒子2に応じたパルス波形を含む第1期間(図8に示す例では、時刻T12〜T13及び時刻T14〜T15等)におけるデジタルデータから更新後のデジタルデータを減算するオフセット処理を経た後に、粒径を演算する。   In other words, the calculation unit 162 is a second period in which the voltage signal (sensor signal) input to the AD conversion unit 161 does not include a pulse waveform corresponding to the particle 2 in a period repeated at a predetermined timing. In the example shown, the digital data in the period is updated every time T11 to T12 and time T13 to T14. And the digital in the 1st period (in the example shown in FIG. 8, time T12-T13, time T14-T15, etc.) in which the voltage signal (sensor signal) input into AD conversion part 161 contains the pulse waveform according to particle 2 The particle diameter is calculated after an offset process for subtracting the updated digital data from the data.

例えば、演算部162は、第2期間毎に保持部213に保持されるデジタルデータを更新し、当該第2期間の後の第1期間では、AD変換部161から入力されるデジタルデータから保持部213に保持されるデジタルデータを減算するオフセット処理を実行する。   For example, the arithmetic unit 162 updates the digital data held in the holding unit 213 every second period, and in the first period after the second period, the holding unit starts from the digital data input from the AD conversion unit 161. An offset process for subtracting the digital data held in 213 is executed.

[3.効果等]
以上のように、本発明の実施の形態に係る粒子測定装置1は、検知領域DAに光を投光する投光素子111と、検知領域DAに位置する粒子2によって散乱された光の散乱光を受光する受光素子112とを有する粒子検出センサ110と、受光素子112からの出力を示すセンサ信号(本実施の形態では、AD変換部161に入力された電圧信号)をサンプリング及び量子化することにより、デジタル化されたセンサ信号であるデジタルデータを生成するAD変換部161と、センサ信号が粒子2に応じたパルス波形(信号成分)を含む第1期間におけるデジタルデータから、センサ信号がパルス波形を含まない第2期間におけるデジタルデータを減算するオフセット処理を経た後に、粒径を演算する演算部162とを備える。
[3. Effect]
As described above, the particle measuring apparatus 1 according to the embodiment of the present invention is a scattered light of light scattered by the light projecting element 111 that projects light to the detection area DA and the particles 2 that are positioned in the detection area DA. Sampling and quantizing a particle detection sensor 110 having a light receiving element 112 that receives light and a sensor signal indicating an output from the light receiving element 112 (in this embodiment, a voltage signal input to the AD converter 161). The AD converter 161 that generates digital data that is a digitized sensor signal, and the sensor signal has a pulse waveform from the digital data in the first period in which the sensor signal includes a pulse waveform (signal component) corresponding to the particle 2 And a calculation unit 162 that calculates the particle size after performing an offset process for subtracting digital data in the second period that does not include.

これにより、演算部162における減算結果は、粒子2に応じたパルス波形を含み、センサ信号の基準電圧を含まないデジタルデータとなる。よって、センサ信号の基準電圧の変動による推定精度の低下を抑制して、粒径を推定することができるので、粒径の推定精度の長期信頼性を確保できる。   Thereby, the subtraction result in the calculating part 162 becomes digital data including the pulse waveform corresponding to the particle 2 and not including the reference voltage of the sensor signal. Therefore, since it is possible to estimate the particle size while suppressing a decrease in estimation accuracy due to fluctuations in the reference voltage of the sensor signal, it is possible to ensure long-term reliability of the particle size estimation accuracy.

また、粒子測定装置1は、さらに、受光素子112からの出力信号(本実施の形態では電流信号)の信号経路に配置されたスイッチ121を有し、当該出力信号をアナログ信号処理することによりセンサ信号を生成してAD変換部161に出力するアナログ信号処理部120を備え、演算部162は、オフセット処理において、スイッチ121がオンしていることによりセンサ信号がパルス波形を含む第1期間におけるデジタルデータから、スイッチ121がオフしていることによりセンサ信号がパルス波形を含まない第2期間におけるデジタルデータを減算する。   The particle measuring apparatus 1 further includes a switch 121 arranged in a signal path of an output signal from the light receiving element 112 (in this embodiment, a current signal), and performs sensor signal processing on the output signal. An analog signal processing unit 120 that generates a signal and outputs the signal to the AD conversion unit 161 is provided. The calculation unit 162 is a digital signal in a first period in which the sensor signal includes a pulse waveform when the switch 121 is turned on in the offset processing. The digital data in the second period in which the sensor signal does not include a pulse waveform is subtracted from the data because the switch 121 is turned off.

ここで、センサ信号の基準電圧の変動は、温度特性及び経年劣化等によるアナログ素子の長期性能ドリフトに起因し、特に、当該長期性能ドリフトによるアナログ信号処理部120のオフセット電圧の変動に起因するものである。よって、受光素子112からの出力信号の信号経路に配置されたスイッチ121をオフすることにより、アナログ信号処理部120のオフセット電圧の変動を正確に計測することができるため、粒径の推定精度の長期信頼性を一層確保できる。   Here, the fluctuation of the reference voltage of the sensor signal is caused by a long-term performance drift of the analog element due to temperature characteristics and aging deterioration, and in particular, caused by a fluctuation of the offset voltage of the analog signal processing unit 120 due to the long-term performance drift. It is. Therefore, by turning off the switch 121 arranged in the signal path of the output signal from the light receiving element 112, it is possible to accurately measure the variation in the offset voltage of the analog signal processing unit 120. Long-term reliability can be further secured.

具体的には、アナログ信号処理部120は、受光素子112からの出力信号を電流信号から電圧信号に変換する抵抗素子R11を有するIV変換部122を有し、スイッチ121は、受光素子112からの出力信号の信号経路のうち受光素子112と抵抗素子R11との間に配置されている。   Specifically, the analog signal processing unit 120 includes an IV conversion unit 122 having a resistance element R11 that converts an output signal from the light receiving element 112 from a current signal to a voltage signal. The signal path of the output signal is disposed between the light receiving element 112 and the resistance element R11.

これにより、抵抗素子11のインピーダンスによるセンサ信号の基準電圧の変動による推定精度の低下を抑制して、粒径を推定することができる。   Thereby, it is possible to estimate the particle size while suppressing a decrease in estimation accuracy due to a change in the reference voltage of the sensor signal due to the impedance of the resistance element 11.

また、演算部162は、所定のタイミングで繰り返される期間であってセンサ信号が粒子2に応じたパルス波形を含まない第2期間毎に、当該第2期間におけるデジタルデータを更新し、オフセット処理において、当該センサ信号が当該パルス波形を含まない第1期間におけるデジタルデータから更新後のデジタルデータを減算する。   In addition, the calculation unit 162 updates the digital data in the second period for each second period that is a period repeated at a predetermined timing and the sensor signal does not include a pulse waveform corresponding to the particle 2, and in the offset process The updated digital data is subtracted from the digital data in the first period in which the sensor signal does not include the pulse waveform.

これにより、センサ信号の基準電圧のデジタルデータを定期的に更新して、粒子2に応じたパルス波形を含むデジタルデータから減算するので、粒径の推定精度の長期信頼性を一層確保できる。   Thereby, since the digital data of the reference voltage of the sensor signal is periodically updated and subtracted from the digital data including the pulse waveform corresponding to the particle 2, long-term reliability of the particle size estimation accuracy can be further ensured.

(変形例1)
次に、本発明の実施の形態の変形例1について説明する。上記実施の形態では、スイッチ121は、受光素子112からの出力信号の信号経路のうち、受光素子112と後述するIV変換部122の抵抗素子R11との間に配置されるとした。しかし、スイッチ121は、受光素子112からの出力信号の信号経路に配置されていればよく、本変形例では、IV変換部122によって変換された電圧信号の経路に配置されている。
(Modification 1)
Next, Modification 1 of the embodiment of the present invention will be described. In the above embodiment, the switch 121 is disposed between the light receiving element 112 and the resistance element R11 of the IV conversion unit 122 described later in the signal path of the output signal from the light receiving element 112. However, the switch 121 only needs to be disposed in the signal path of the output signal from the light receiving element 112, and is disposed in the path of the voltage signal converted by the IV conversion unit 122 in this modification.

図9は、本変形例に係る粒子測定装置1Aの構成の一例を示すブロック図である。同図に示す粒子測定装置1Aは、後述するアナログ信号処理部120Aを含むセンサモジュール10Aを備える。図10は、本変形例におけるアナログ信号処理部120Aの回路図である。なお、図10では図2と同様、増幅部123として初段の増幅器のみが図示されているが、当該増幅器の後段にさらに増幅器が配置されていてもかまわないし、増幅器と独立したバンドパスフィルタが配置されていてもかまわない。   FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of the particle measuring apparatus 1A according to this modification. A particle measuring apparatus 1A shown in the figure includes a sensor module 10A including an analog signal processing unit 120A described later. FIG. 10 is a circuit diagram of the analog signal processing unit 120A in the present modification. In FIG. 10, only the first-stage amplifier is shown as the amplifying unit 123, as in FIG. 2. However, an amplifier may be arranged after the amplifier, or a band-pass filter independent of the amplifier may be arranged. It may be done.

これらの図に示すように、スイッチ121は、IV変換部122と増幅部123との間に配置されている。   As shown in these drawings, the switch 121 is disposed between the IV conversion unit 122 and the amplification unit 123.

このように構成された粒子測定装置1Aであっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。   Even with the particle measuring apparatus 1A configured as described above, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.

(変形例2)
次に、本発明の実施の形態の変形例2について説明する。上記実施の形態と比較して、本変形例では、演算部162は、オフセット処理において、投光素子が投光していることにより粒子2に応じたパルス波形を含むデジタルデータから、投光素子が消光していることにより当該パルス波形を含まないデジタルデータを減算する点が異なる。
(Modification 2)
Next, a second modification of the embodiment of the present invention will be described. Compared to the above embodiment, in the present modification, the calculation unit 162 uses the light projecting element from the digital data including the pulse waveform corresponding to the particle 2 by the light projecting element projecting in the offset process. Is different in that the digital data not including the pulse waveform is subtracted by quenching.

図11は、本変形例に係る粒子測定装置1Bの構成の一例を示すブロック図である。同図に示す粒子測定装置1Bは、後述するアナログ信号処理部120Bを含むセンサモジュール10Bを備える。   FIG. 11 is a block diagram showing an example of the configuration of the particle measuring apparatus 1B according to this modification. The particle measuring apparatus 1B shown in the figure includes a sensor module 10B including an analog signal processing unit 120B described later.

同図に示すように、本変形例におけるアナログ信号処理部120Bは、上記実施の形態におけるアナログ信号処理部120と比較して、スイッチ121を有さない。また、本変形例における汎用MPU160Bが備える制御部163Bは、上記実施の形態における制御部163と比較して、制御信号を投光素子111Bへ出力する。   As shown in the figure, the analog signal processing unit 120B in this modification example does not have the switch 121 as compared with the analog signal processing unit 120 in the above embodiment. In addition, the control unit 163B included in the general-purpose MPU 160B in this modification outputs a control signal to the light projecting element 111B as compared with the control unit 163 in the above embodiment.

図12は、本変形例における投光素子111Bの回路図である。   FIG. 12 is a circuit diagram of the light projecting element 111B in the present modification.

同図に示すように、本変形例における投光素子111Bは、発光ダイオード151と、当該発光ダイオード151と直列接続された抵抗素子R103及びスイッチ152とを含む。   As shown in the figure, the light projecting element 111B in the present modification includes a light emitting diode 151, a resistance element R103 and a switch 152 connected in series with the light emitting diode 151.

スイッチ152は、制御部163から出力される制御信号に応じてオン及びオフする、例えばトランジスタであり、例えば、制御信号がハイの場合にオンし、ローの場合にオフする。   The switch 152 is, for example, a transistor that is turned on and off according to a control signal output from the control unit 163. For example, the switch 152 is turned on when the control signal is high and turned off when the control signal is low.

これにより、発光ダイオード151は、制御信号に応じて発光及び消光する。つまり、本変形例における投光素子111Bは、制御部163Bによって投光及び消光が制御される。   Thereby, the light emitting diode 151 emits and extinguishes according to the control signal. That is, the light projecting element 111B in the present modification is controlled to project and extinguish by the control unit 163B.

ここで、投光素子111Bが投光している場合、受光素子112から出力された電流信号には粒子2に応じたパルス波形が含まれる。一方、投光素子111Bが消光している場合、粒子2によって散乱される光がないため受光素子112が受光する光強度が実質的にゼロとなる。よって、受光素子112から出力された電流信号には粒子2に応じたパルス波形が含まれない。   Here, when the light projecting element 111B projects, the current signal output from the light receiving element 112 includes a pulse waveform corresponding to the particle 2. On the other hand, when the light projecting element 111B is extinguished, the light intensity received by the light receiving element 112 is substantially zero because there is no light scattered by the particles 2. Therefore, the current signal output from the light receiving element 112 does not include a pulse waveform corresponding to the particle 2.

すなわち、AD変換部161に入力された電圧信号(センサ信号)は、投光素子111Bが投光している場合、粒子2に応じたパルス波形、及び、基準電圧を含み、投光素子111Bが消光している場合、粒子2に応じたパルス波形を含まずに、基準電圧を含む。   That is, the voltage signal (sensor signal) input to the AD conversion unit 161 includes the pulse waveform corresponding to the particle 2 and the reference voltage when the light projecting element 111B is projecting, and the light projecting element 111B When the light is extinguished, the reference voltage is included without including the pulse waveform corresponding to the particle 2.

そこで、本変形例に係る粒子測定装置1Bでは、演算部162は、オフセット処理において、投光素子111Bが投光していることによりAD変換部161に入力された電圧信号が粒子2に応じたパルス波形(信号成分)を含む第1期間におけるデジタルデータから、投光素子111Bが消光していることによりAD変換部161に入力された電圧信号が当該信号成分を含まない第2期間におけるデジタルデータを減算する。そして、このようなオフセット処理を経た後に、粒径を演算する。   Therefore, in the particle measuring apparatus 1B according to the present modification, the calculation unit 162 determines that the voltage signal input to the AD conversion unit 161 corresponds to the particle 2 because the light projecting element 111B is projecting in the offset process. From the digital data in the first period including the pulse waveform (signal component), the digital signal in the second period in which the voltage signal input to the AD conversion unit 161 due to the light emitting element 111B being extinguished does not include the signal component. Is subtracted. Then, after such an offset process, the particle size is calculated.

このように構成された粒子測定装置1Bであっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。   Even the particle measuring apparatus 1B configured as described above can achieve the same effects as those of the above-described embodiment.

ここで、実施の形態で説明した、AD変換部161に入力された電圧信号の基準電圧の変動は、アナログ信号処理部120Bのオフセット電圧の変動に起因するだけでなく、受光素子112において発生する暗電流の経時変化(例えば、増加)によっても引き起こされる。   Here, the variation in the reference voltage of the voltage signal input to the AD conversion unit 161 described in the embodiment is caused not only by the variation in the offset voltage of the analog signal processing unit 120B but also in the light receiving element 112. It is also caused by dark current over time (eg, increase).

そこで、本変形例では、投光素子111Bが投光している期間におけるデジタルデータから、投光素子111Bが消光している期間におけるデジタルデータを減算することにより、受光素子112において発生する暗電流の経時変化に起因する推定精度の低下を抑制して、粒径を推定することができる。よって、粒径の推定精度の長期信頼性を一層確保できる。   Therefore, in this modification, the dark current generated in the light receiving element 112 is obtained by subtracting the digital data in the period in which the light projecting element 111B is extinguished from the digital data in the period in which the light projecting element 111B is projecting. It is possible to estimate the particle size while suppressing a decrease in estimation accuracy due to the change with time. Therefore, the long-term reliability of the estimation accuracy of the particle size can be further secured.

(変形例3)
次に、本発明の実施の形態の変形例3について説明する。上記実施の形態と比較して、本変形例では、演算部は、オフセット処理において、粒子測定装置が起動してから所定期間経過していることにより、粒子2に応じたパルス波形を含むデジタルデータから、当該所定期間経過していないことにより当該パルス波形を含まないデジタルデータを減算する点が異なる。
(Modification 3)
Next, a third modification of the embodiment of the present invention will be described. Compared with the above-described embodiment, in this modification, the calculation unit is digital data including a pulse waveform corresponding to the particle 2 because a predetermined period has elapsed since the particle measuring device was started in the offset process. The difference is that the digital data not including the pulse waveform is subtracted because the predetermined period has not elapsed.

図13は、本変形例に係る粒子測定装置1Cの構成の一例を示すブロック図である。同図に示す粒子測定装置1Cは、図11に示したセンサモジュール10Bと比較して投光素子111が発光制御されないセンサモジュール10Cを備える。図14は、本変形例に係る演算部162Cの構成の一例を示すブロック図である。   FIG. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of a particle measuring apparatus 1C according to this modification. The particle measuring apparatus 1C shown in the figure includes a sensor module 10C in which the light projecting element 111 is not controlled to emit light as compared with the sensor module 10B shown in FIG. FIG. 14 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the calculation unit 162C according to the present modification.

これらの図に示すように、本変形例における汎用MPU160Cは、上記実施の形態及び変形例1、2における汎用MPUと比較して、制御部163を備えず、演算部に代わり演算部162Cを備える。演算部162Cは、上記実施の形態における演算部162と比較して、さらに起動判定部211Cを備える。   As shown in these drawings, the general-purpose MPU 160C in this modification example does not include the control unit 163 and includes the calculation unit 162C instead of the calculation unit, as compared with the general-purpose MPUs in the above-described embodiment and modification examples 1 and 2. . The calculation unit 162C further includes an activation determination unit 211C as compared with the calculation unit 162 in the above embodiment.

起動判定部211Cは、例えば、電源部130から汎用MPU160Cに供給される電源電圧の上昇によって粒子測定装置1Cの起動を検出し、検出してから所定期間経過すると、所定期間が経過したことを示す制御信号を切替部212に出力する。例えば、起動判定部211Cは、粒子測定装置1Cが起動してから所定期間経過していない場合、当該制御信号をローにする。一方、粒子測定装置1Cが起動してから所定期間経過している場合、当該制御信号をハイにする。なお、粒子測定装置1Cが起動していない場合は、汎用MPU160Cに供給される電源電圧がないため、制御信号はローとなっている。   For example, the activation determination unit 211C detects the activation of the particle measuring device 1C by an increase in the power supply voltage supplied from the power supply unit 130 to the general-purpose MPU 160C, and indicates that the predetermined period has elapsed when a predetermined period has elapsed since the detection. A control signal is output to the switching unit 212. For example, the activation determination unit 211C sets the control signal to low when a predetermined period has not elapsed since the activation of the particle measuring apparatus 1C. On the other hand, when a predetermined period has elapsed since the start of the particle measuring apparatus 1C, the control signal is set to high. When the particle measuring apparatus 1C is not activated, the control signal is low because there is no power supply voltage supplied to the general-purpose MPU 160C.

これにより、切替部212は、粒子測定装置1Cが起動してから所定期間経過していない場合のデジタルデータを保持部213に出力して保持させ、所定時間経過後のデジタルデータを減算部214に出力する。   As a result, the switching unit 212 outputs and holds the digital data when the predetermined period has not elapsed since the activation of the particle measuring apparatus 1C to the holding unit 213, and the digital data after the predetermined time has passed to the subtracting unit 214. Output.

図15は、本変形例に係る粒子測定装置1Cにおける各信号を示す図である。具体的には、同図には、粒子測定装置1Cの電源電圧、IV変換部122に入力される電流信号、及び、AD変換部161に入力される電圧信号の波形が示されている。   FIG. 15 is a diagram illustrating each signal in the particle measuring apparatus 1C according to the present modification. Specifically, the figure shows the waveform of the power supply voltage of the particle measuring apparatus 1C, the current signal input to the IV conversion unit 122, and the voltage signal input to the AD conversion unit 161.

同図の例では、起動判定部211Cは、粒子測定装置1Cが起動した時刻T31から所定期間経過した時刻T32において、切替部212へ出力する制御信号をローからハイへ切り替える。   In the example of the figure, the activation determination unit 211C switches the control signal output to the switching unit 212 from low to high at a time T32 when a predetermined period has elapsed from the time T31 when the particle measuring device 1C was activated.

ここで、粒子測定装置1Cは、当該粒子測定装置1の起動直後である時刻T31〜T32において、粒子流路内に測定対象の気体(大気)を容易に引き込むことが困難である。よって、時刻T31〜T32では、受光素子112から出力された電流信号に粒子2に応じたパルス波形が含まれにくく、時刻T32以降において、当該電流信号に当該パルス波形が含まれやすくなる。   Here, it is difficult for the particle measuring apparatus 1 </ b> C to easily draw the gas (atmosphere) to be measured into the particle flow path at times T <b> 31 to T <b> 32 immediately after the activation of the particle measuring apparatus 1. Therefore, at times T31 to T32, the current signal output from the light receiving element 112 is unlikely to include a pulse waveform corresponding to the particle 2, and the pulse waveform is likely to be included in the current signal after time T32.

すなわち、AD変換部161に入力された電圧信号(センサ信号)は、粒子測定装置1Cが起動してから所定期間経過した場合、粒子2に応じたパルス波形、及び、基準電圧を含み、当該所定期間が経過していない場合、粒子2に応じたパルス波形を含まずに基準電圧を含む。   That is, the voltage signal (sensor signal) input to the AD converter 161 includes a pulse waveform corresponding to the particle 2 and a reference voltage when a predetermined period has elapsed since the particle measuring apparatus 1C is activated, When the period has not elapsed, the reference voltage is included without including the pulse waveform corresponding to the particle 2.

そこで、本変形例に係る粒子測定装置1Cでは、演算部162Cは、オフセット処理において、粒子測定装置1Cが起動してから所定期間(図15の例では時刻T31から時刻T32までの期間)経過していることによりAD変換部161に入力された電圧信号が粒子2に応じたパルス波形(信号成分)を含む第1期間におけるデジタルデータから、粒子測定装置1Cが起動してから当該所定期間経過していないことによりAD変換部161に入力された電圧信号が当該パルス波形を含まない第2期間におけるデジタルデータを減算する。そして、このようなオフセット処理を経た後に、粒径を演算する。   Therefore, in the particle measuring apparatus 1C according to the present modification, the calculation unit 162C has passed a predetermined period (a period from time T31 to time T32 in the example of FIG. 15) after the particle measuring apparatus 1C is activated in the offset process. As a result, the voltage signal input to the AD converter 161 has passed from the digital data in the first period including the pulse waveform (signal component) corresponding to the particle 2 from the start of the particle measuring apparatus 1C. The voltage signal input to the AD converter 161 subtracts the digital data in the second period that does not include the pulse waveform. Then, after such an offset process, the particle size is calculated.

このように構成された粒子測定装置1Cであっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。   Even with the particle measuring apparatus 1 </ b> C configured as described above, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.

また、本変形によれば、演算部162Cは、オフセット処理において、粒子測定装置1Cが起動してから所定期間内のデジタルデータを減算する。つまり、粒子測定装置1Cの起動直後のデジタルデータを用いてオフセット処理を実行することができる。よって、粒子測定装置1Cの設置状況及び使用環境等による特性変化による推定精度の低下を抑制することができる。   Further, according to this modification, the calculation unit 162C subtracts digital data within a predetermined period after the particle measuring apparatus 1C is activated in the offset process. That is, the offset process can be executed using the digital data immediately after the activation of the particle measuring apparatus 1C. Therefore, it is possible to suppress a decrease in estimation accuracy due to a change in characteristics due to the installation state of the particle measuring apparatus 1C and the usage environment.

さらに、粒子2に応じたパルス波形を含まない電圧信号を、粒子測定装置1Cの起動直後に測定すればよいため、粒子測定装置1Cが起動してから所定期間経過した後の信号処理の速度低下を引き起こしにくくなる。   Furthermore, since a voltage signal that does not include a pulse waveform corresponding to the particle 2 may be measured immediately after the activation of the particle measuring device 1C, the signal processing speed decreases after a predetermined period has elapsed since the particle measuring device 1C is activated. It becomes difficult to cause.

(変形例4)
次に、本発明の実施の形態の変形例4について説明する。上記実施の形態と比較して、本変形例では、演算部は、オフセット処理において、加熱部115による加熱温度が所定の安定温度に到達していることにより粒子2に応じたパルス波形を含むデジタルデータから、当該加熱温度が当該安定温度に到達していないことにより当該パルス波形を含まないデジタルデータを減算する点が異なる。
(Modification 4)
Next, a fourth modification of the embodiment of the present invention will be described. Compared to the above-described embodiment, in this modification, the calculation unit is a digital including a pulse waveform corresponding to the particles 2 because the heating temperature by the heating unit 115 reaches a predetermined stable temperature in the offset processing. The difference is that digital data not including the pulse waveform is subtracted from the data because the heating temperature does not reach the stable temperature.

図16は、本変形例に係る粒子測定装置1Dの構成の一例を示すブロック図である。図17は、本変形例に係る演算部162Dの構成の一例を示すブロック図である。   FIG. 16 is a block diagram showing an example of the configuration of a particle measuring apparatus 1D according to this modification. FIG. 17 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the calculation unit 162D according to the present modification.

これらの図に示すように、本変形例における汎用MPU160Dは、上記実施の形態における汎用MPU160と比較して、制御部163を備えず、演算部162に代わり演算部162Dを備える。演算部162Dは、上記実施の形態における演算部162と比較して、さらに温度判定部211Dを備える。   As shown in these drawings, the general-purpose MPU 160D in this modification example does not include the control unit 163 and includes a calculation unit 162D instead of the calculation unit 162, as compared with the general-purpose MPU 160 in the above embodiment. The calculation unit 162D further includes a temperature determination unit 211D as compared with the calculation unit 162 in the above embodiment.

温度判定部211Dは、例えば、加熱部115の温度を計測し、計測した温度が所定の安定温度に到達すると、安定温度に到達したことを示す制御信号を切替部212に出力する。例えば、温度判定部211Dは、加熱部115の温度が安定温度に到達していない場合、当該制御信号をローにする。一方、加熱部115の温度が安定温度に到達している場合、当該制御信号をハイにする。なお、粒子測定装置1Dが起動していない場合は、汎用MPU160Dに供給される電源電圧がないため、制御信号はローとなっている。   For example, the temperature determination unit 211D measures the temperature of the heating unit 115, and when the measured temperature reaches a predetermined stable temperature, outputs a control signal indicating that the stable temperature has been reached to the switching unit 212. For example, when the temperature of the heating unit 115 has not reached the stable temperature, the temperature determination unit 211D sets the control signal to low. On the other hand, when the temperature of the heating unit 115 reaches the stable temperature, the control signal is set to high. When the particle measuring device 1D is not activated, the control signal is low because there is no power supply voltage supplied to the general-purpose MPU 160D.

これにより、切替部212は、加熱部115の温度が安定温度に到達していない場合のデジタルデータを保持部213に出力して保持させ、安定温度に到達している場合のデジタルデータを減算部214に出力する。   Thereby, the switching unit 212 outputs and holds the digital data when the temperature of the heating unit 115 does not reach the stable temperature to the holding unit 213 and holds the digital data when the temperature reaches the stable temperature. To 214.

図18は、本変形例に係る粒子測定装置1Dにおける各信号及び加熱部115の温度を示す図である。具体的には、同図には、粒子測定装置1Dの電源電圧、加熱部115の温度、IV変換部122に入力される電流信号、及び、AD変換部161に入力される電圧信号の波形が示されている。   FIG. 18 is a diagram illustrating each signal and the temperature of the heating unit 115 in the particle measuring apparatus 1D according to the present modification. Specifically, in the figure, the waveform of the power supply voltage of the particle measuring apparatus 1D, the temperature of the heating unit 115, the current signal input to the IV conversion unit 122, and the voltage signal input to the AD conversion unit 161 are shown. It is shown.

同図の例では、温度判定部211Dは、加熱部115の温度が安定温度に到達した時刻T42において、切替部212へ出力する制御信号をローからハイへ切り替える。なお、安定温度とは、粒子流路内に測定対象の気体(大気)を所望の流速で引き込むことができる温度であればよく、加熱部の温度が一定でなくてもかまわない。   In the example of the figure, the temperature determination unit 211D switches the control signal output to the switching unit 212 from low to high at time T42 when the temperature of the heating unit 115 reaches the stable temperature. The stable temperature may be any temperature as long as the gas (atmosphere) to be measured can be drawn into the particle channel at a desired flow rate, and the temperature of the heating unit may not be constant.

ここで、粒子測定装置1Dは、加熱部115の温度が安定温度に到達していない時刻T41〜T42において、粒子流路内に測定対象の気体(大気)を所望の流速で引き込むことが困難である。つまり、時刻T41〜T42では、検出対象の粒子2が検知領域DAを通過しにくい。よって、時刻T41〜T42では、受光素子112から出力された電流信号に粒子2に応じたパルス波形が含まれにくく、時刻T42以降において、当該電流信号に当該パルス波形が含まれやすくなる。   Here, it is difficult for the particle measuring apparatus 1D to draw the measurement target gas (atmosphere) at a desired flow rate into the particle channel at times T41 to T42 when the temperature of the heating unit 115 does not reach the stable temperature. is there. That is, at the times T41 to T42, the detection target particle 2 is unlikely to pass through the detection area DA. Therefore, at times T41 to T42, the current signal output from the light receiving element 112 does not easily include a pulse waveform corresponding to the particle 2, and the pulse waveform is likely to be included in the current signal after time T42.

すなわち、AD変換部161に入力された電圧信号(センサ信号)は、加熱部115の温度が安定温度に到達している場合、粒子2に応じたパルス波形、及び、基準電圧を含み、当該温度が当該安定温度に到達していない場合、粒子2に応じたパルス波形を含まずに基準電圧を含む。   That is, when the temperature of the heating unit 115 reaches the stable temperature, the voltage signal (sensor signal) input to the AD conversion unit 161 includes the pulse waveform corresponding to the particle 2 and the reference voltage, and the temperature When the temperature does not reach the stable temperature, the reference voltage is included without including the pulse waveform corresponding to the particle 2.

そこで、本変形例に係る粒子測定装置1Dでは、演算部162Dは、オフセット処理において、加熱部115による加熱温度が所定の安定温度に到達していることによりAD変換部161に入力された電圧信号が粒子2に応じたパルス波形(信号成分)を含む第1期間におけるデジタルデータから、当該加熱温度が当該安定温度に到達していないことによりAD変換部161に入力された電圧信号が当該パルス波形を含まない第2期間におけるデジタルデータを減算する。そして、このようなオフセット処理を経た後に、粒径を演算する。   Therefore, in the particle measuring apparatus 1D according to the present modification, the calculation unit 162D has the voltage signal input to the AD conversion unit 161 when the heating temperature by the heating unit 115 reaches a predetermined stable temperature in the offset process. From the digital data in the first period including the pulse waveform (signal component) corresponding to the particle 2, the voltage signal input to the AD converter 161 because the heating temperature has not reached the stable temperature is the pulse waveform. The digital data in the second period not including is subtracted. Then, after such an offset process, the particle size is calculated.

このように構成された粒子測定装置1Dであっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。   Even the particle measuring apparatus 1D configured as described above can achieve the same effects as those of the above-described embodiment.

(その他の変形例)
以上、本発明について実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
(Other variations)
As described above, the present invention has been described based on the embodiment and the modification. However, the present invention is not limited to the above embodiment and the modification.

例えば、粒子測定装置は、IV変換部122及び増幅部123のうち少なくとも1つを備えていなくてもよく、例えば、粒子測定装置が増幅部123を備えず、演算部162がIV変換部122から出力された電圧信号を用いて粒子2の粒径を演算してもよい。   For example, the particle measurement device may not include at least one of the IV conversion unit 122 and the amplification unit 123. For example, the particle measurement device does not include the amplification unit 123, and the calculation unit 162 is connected to the IV conversion unit 122. The particle size of the particles 2 may be calculated using the output voltage signal.

また、上記説明では、受光素子112からの出力を示すセンサ信号としてAD変換部161に入力される電圧信号(増幅部123から出力された電圧信号)を例に説明した。しかし、当該センサ信号はIV変換部122から出力された電圧信号であってもかまわないし、受光素子112から出力された電流信号であってもかまわない。   In the above description, the voltage signal (the voltage signal output from the amplifying unit 123) input to the AD conversion unit 161 as a sensor signal indicating the output from the light receiving element 112 has been described as an example. However, the sensor signal may be a voltage signal output from the IV conversion unit 122 or a current signal output from the light receiving element 112.

また、上記説明において、粒子を含む媒体は、大気(空気)としたが、大気以外の媒体(水等の液体)であってもよい。   In the above description, the medium containing particles is the atmosphere (air), but may be a medium other than the atmosphere (liquid such as water).

また、粒子検出センサの構成は、上記説明に示す構成に限らず、少なくとも、投光素子111と受光素子112とを備え、検知領域DAにおける粒子による投光素子の光の散乱光を受光素子で受光すればよることにより大気中に含まれる粒子を検出すればよい。このような構成であっても、当該粒子検出センサを備える粒子測定装置は、気体に含まれる粒子の粒径を測定できる。   Further, the configuration of the particle detection sensor is not limited to the configuration described above, and includes at least a light projecting element 111 and a light receiving element 112, and the light receiving element emits scattered light of the light projecting element due to particles in the detection area DA. What is necessary is just to detect the particle | grains contained in air | atmosphere by just receiving light. Even with such a configuration, the particle measuring apparatus including the particle detection sensor can measure the particle size of particles contained in the gas.

また、増幅部の構成は、上記説明に示す構成に限らず、少なくともIV変換部122から出力された電圧信号を所定の帯域で増幅すればよい。つまり、増幅部はバンドパスフィルタを含まなくてもよく、ハイパスフィルタ又はローパスフィルタ等を含んでもよい。また、増幅器は1段であっても複数段であってもよい。   The configuration of the amplification unit is not limited to the configuration described above, and at least the voltage signal output from the IV conversion unit 122 may be amplified in a predetermined band. That is, the amplifying unit may not include a band pass filter, and may include a high pass filter or a low pass filter. Further, the amplifier may be a single stage or a plurality of stages.

また、上記説明において、汎用MPU内の各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されて
もよい。各構成要素は、CPUまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
In the above description, each component in the general-purpose MPU may be configured by dedicated hardware or may be realized by executing a software program suitable for each component. Each component may be realized by a program execution unit such as a CPU or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory.

また、本発明は、上記実施の形態及び変形例で説明した粒子測定装置として実現できるだけでなく、例えば、図19に示す当該粒子測定装置を備える空気清浄機として実現されてもかまわない。この場合、上記説明した汎用MPU160を構成する構成要素(機能)の一部又は全ては、空気清浄機に搭載されたマイクロプロセッサ、ROM、RAM等の一部として実現されていてもかまわない。   In addition, the present invention can be realized not only as the particle measuring apparatus described in the above embodiment and modifications, but also as an air cleaner provided with the particle measuring apparatus shown in FIG. 19, for example. In this case, some or all of the components (functions) constituting the general-purpose MPU 160 described above may be realized as a part of a microprocessor, ROM, RAM, or the like mounted on the air cleaner.

また、本発明は、このような粒子測定装置として実現することができるだけでなく、粒子測定装置が行う特徴的な処理をステップとする粒子測定方法としても実現することができる。   Further, the present invention can be realized not only as such a particle measuring apparatus, but also as a particle measuring method using a characteristic process performed by the particle measuring apparatus as a step.

また、本発明は、粒子測定方法に含まれる特徴的な処理をコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、当該プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、CD−ROM、MO、DVD、DVD−ROM、DVD−RAM、BD(Blu−ray(登録商標) Disc)、半導体メモリとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、CD−ROM等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。   Further, the present invention is realized as a program for causing a computer to execute characteristic processing included in the particle measurement method, or a computer-readable non-transitory recording medium on which the program is recorded, such as a flexible disk or a hard disk , CD-ROM, MO, DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, BD (Blu-ray (registered trademark) Disc), or a semiconductor memory. Needless to say, such a program can be distributed via a recording medium such as a CD-ROM and a transmission medium such as the Internet.

その他、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。   In addition, any form obtained by subjecting each embodiment and modification to various modifications conceived by those skilled in the art, and any combination of the components and functions in each embodiment without departing from the spirit of the present disclosure Implemented forms are also included in the present disclosure.

1、1A、1B、1C、1D 粒子測定装置
2 粒子
110 粒子検出センサ
111、111B 投光素子
112 受光素子
121 スイッチ
122 IV変換部
123 増幅部
161 AD変換部
162、162C、162D 演算部
DA 検知領域
1, 1A, 1B, 1C, 1D Particle measuring device 2 Particle 110 Particle detection sensor 111, 111B Light projecting element 112 Light receiving element 121 Switch 122 IV conversion unit 123 Amplification unit 161 AD conversion unit 162, 162C, 162D Calculation unit DA Detection area

Claims (9)

気体中に含まれる粒子の粒径を測定する粒子測定装置であって、
検知領域に光を投光する投光素子と、前記検知領域に位置する前記粒子によって散乱された光の散乱光を受光する受光素子とを有する粒子検出センサと、
前記受光素子からの出力を示すセンサ信号をサンプリング及び量子化することにより、デジタル化された前記センサ信号であるデジタルデータを生成するAD変換部と、
前記センサ信号が前記粒子に応じた信号成分を含む第1期間における前記デジタルデータから、前記センサ信号が前記信号成分を含まない第2期間における前記デジタルデータを減算するオフセット処理を経た後に、前記粒径を演算する演算部とを備える
粒子測定装置。
A particle measuring device for measuring the particle size of particles contained in a gas,
A particle detection sensor having a light projecting element that projects light to a detection region, and a light receiving element that receives scattered light of light scattered by the particles located in the detection region;
An AD converter that generates digital data that is the sensor signal digitized by sampling and quantizing the sensor signal indicating the output from the light receiving element;
After the sensor signal undergoes an offset process for subtracting the digital data in a second period in which the sensor signal does not include the signal component from the digital data in a first period in which the sensor signal includes a signal component corresponding to the particle, the grain A particle measuring apparatus comprising a calculation unit that calculates a diameter.
前記粒子測定装置は、さらに、前記受光素子からの出力信号の信号経路に配置されたスイッチを有し、当該出力信号をアナログ信号処理することにより前記センサ信号を生成して前記AD変換部に出力するアナログ信号処理部を備え、
前記演算部は、前記オフセット処理において、前記スイッチがオンしていることにより前記センサ信号が前記信号成分を含む前記第1期間における前記デジタルデータから、前記スイッチがオフしていることにより前記センサ信号が前記信号成分を含まない前記第2期間における前記デジタルデータを減算する
請求項1に記載の粒子測定装置。
The particle measuring apparatus further includes a switch disposed in a signal path of an output signal from the light receiving element, generates the sensor signal by performing analog signal processing on the output signal, and outputs the sensor signal to the AD conversion unit An analog signal processing unit
In the offset processing, the arithmetic unit is configured to detect the sensor signal when the switch is turned off from the digital data in the first period when the sensor signal includes the signal component when the switch is turned on. The particle measuring apparatus according to claim 1, wherein the digital data in the second period that does not include the signal component is subtracted.
前記アナログ信号処理部は、前記受光素子からの出力信号を電流信号から電圧信号に変換する抵抗素子を有するIV変換部を有し、
前記スイッチは、前記受光素子からの出力信号の信号経路のうち前記受光素子と前記抵抗素子との間に配置されている
請求項2に記載の粒子測定装置。
The analog signal processing unit includes an IV conversion unit including a resistance element that converts an output signal from the light receiving element from a current signal to a voltage signal,
The particle measuring apparatus according to claim 2, wherein the switch is disposed between the light receiving element and the resistance element in a signal path of an output signal from the light receiving element.
前記演算部は、前記オフセット処理において、前記投光素子が投光していることにより前記センサ信号が前記信号成分を含む前記第1期間における前記デジタルデータから、前記投光素子が消光していることにより前記センサ信号が前記信号成分を含まない前記第2期間における前記デジタルデータを減算する
請求項1に記載の粒子測定装置。
In the offset processing, the light emitting element is extinguished from the digital data in the first period in which the sensor signal includes the signal component because the light projecting element emits light in the offset processing. The particle measuring apparatus according to claim 1, wherein the digital data in the second period in which the sensor signal does not include the signal component is subtracted.
前記演算部は、前記オフセット処理において、前記粒子測定装置が起動してから所定期間経過していることにより前記センサ信号が前記信号成分を含む前記第1期間における前記デジタルデータから、前記粒子測定装置が起動してから当該所定期間経過していないことにより前記センサ信号が前記信号成分を含まない前記第2期間における前記デジタルデータを減算する
請求項1〜4のいずれか1項に記載の粒子測定装置。
In the offset processing, the calculation unit determines that the sensor signal includes the signal component from the digital data in the first period when a predetermined period has elapsed since the particle measuring apparatus is started. The particle measurement according to any one of claims 1 to 4, wherein the digital signal in the second period in which the sensor signal does not include the signal component is subtracted because the predetermined period has not elapsed since the activation of apparatus.
前記粒子測定装置は、さらに、前記気体の一部を加熱することにより、前記検知領域に気流を発生させる加熱部を備え、
前記演算部は、前記オフセット処理において、前記加熱部による加熱温度が所定の安定温度に到達していることにより前記センサ信号が前記信号成分を含む前記第1期間における前記デジタルデータから、前記加熱温度が前記安定温度に到達していないことにより前記センサ信号が前記信号成分を含まない前記第2期間における前記デジタルデータを減算する
請求項1〜4のいずれか1項に記載の粒子測定装置。
The particle measuring apparatus further includes a heating unit that generates an air flow in the detection region by heating a part of the gas,
In the offset process, the arithmetic unit is configured to calculate the heating temperature from the digital data in the first period in which the sensor signal includes the signal component because the heating temperature by the heating unit has reached a predetermined stable temperature. The particle | grain measuring apparatus of any one of Claims 1-4 by which the said digital signal in the said 2nd period when the said sensor signal does not contain the said signal component is subtracted by not having reached the said stable temperature.
前記演算部は、所定のタイミングで繰り返される前記第2期間毎に前記第2期間におけるデジタルデータを更新し、前記オフセット処理において、前記第1期間における前記デジタルデータから更新後の前記第2期間における前記デジタルデータを減算する
請求項1〜4のいずれか1項に記載の粒子測定装置。
The arithmetic unit updates the digital data in the second period every second period repeated at a predetermined timing, and in the offset process, in the second period after the update from the digital data in the first period The particle measuring apparatus according to claim 1, wherein the digital data is subtracted.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の粒子測定装置を備える空気清浄機。   An air cleaner provided with the particle | grain measuring apparatus of any one of Claims 1-7. 検知領域に光を投光する投光素子、及び、前記検知領域に位置する粒子によって散乱された光の散乱光を受光する受光素子を有する粒子検出センサと、前記受光素子からの出力を示すセンサ信号をサンプリング及び量子化することにより、デジタル化された前記センサ信号であるデジタルデータを生成するAD変換部とを用いて、気体中に含まれる前記粒子の粒径を測定する粒子測定方法であって、
前記センサ信号が前記粒子に応じた信号成分を含まない状態で、前記デジタルデータを取得する基準取得ステップと、
前記センサ信号が前記信号成分を含む状態で、前記デジタルデータを取得する信号取得ステップと、
前記信号取得ステップで取得された前記デジタルデータから前記基準取得ステップで取得された前記デジタルデータを減算するオフセット処理を経た後に、前記粒径を演算する粒径演算ステップとを含む
粒子測定方法。
A light projecting element that projects light onto a detection region, a particle detection sensor having a light receiving device that receives scattered light scattered by particles located in the detection region, and a sensor that indicates an output from the light receiving device This is a particle measurement method for measuring the particle size of the particles contained in a gas using an AD converter that generates digital data that is the digitized sensor signal by sampling and quantizing the signal. And
A reference acquisition step of acquiring the digital data in a state in which the sensor signal does not include a signal component corresponding to the particles;
A signal acquisition step of acquiring the digital data in a state where the sensor signal includes the signal component;
A particle size measurement method comprising: a particle size calculation step of calculating the particle size after performing an offset process for subtracting the digital data acquired in the reference acquisition step from the digital data acquired in the signal acquisition step.
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