JP2017138220A - Gas sensor and information processing system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスセンサ及び情報処理システムに関する。 The present invention relates to a gas sensor and an information processing system.
従来、一般に用いられているガスセンサには、電極間に固体電解質を配置して、電位差測定を行なうようにした形式のもの、対象ガスとの接触によって電気抵抗が変化する物質(例えば酸化物半導体)を検知体に用いる抵抗変化形式のものなどがある。
これらの形式にはそれぞれ長所があるが、基準電極を必要とせず、より簡便な、抵抗変化型が広く用いられるようになっている。
Conventionally, gas sensors generally used include a type in which a solid electrolyte is disposed between electrodes and a potential difference is measured, or a substance whose electrical resistance changes by contact with a target gas (for example, an oxide semiconductor). There is a resistance change type that uses the sensor for the detection body.
Each of these types has advantages, but a reference electrode is not required, and a simpler resistance change type is widely used.
抵抗変化型ガスセンサの動作原理は、検知対象ガスと接触した検知体中のキャリア(電子又は正孔)の濃度が変化することを利用している。
つまり、大気中の検知対象ガス濃度と、検知体表面の単位面積当たりの検知対象ガスの量とが1対1の関係にあり、さらに、後者と検知体中のキャリア濃度、したがって検知体の電気抵抗の間にも1対1の関係が成立するために、電気抵抗の変化を観測することで、検知対象ガスの濃度を知ることができる。
The principle of operation of the resistance change type gas sensor utilizes the fact that the concentration of carriers (electrons or holes) in the detection body in contact with the detection target gas changes.
That is, there is a one-to-one relationship between the concentration of the gas to be detected in the atmosphere and the amount of gas to be detected per unit area of the surface of the detection body. Since the one-to-one relationship is established between the resistances, the concentration of the detection target gas can be known by observing a change in the electrical resistance.
抵抗変化型ガスセンサの応答は、抵抗の変化として観測しても良いが、例えば図10に示すように、可変抵抗として機能する検知体に直列に固定抵抗を接続し、全体に一定電圧を印加して、検知体の両端の端子間電位差を観測しても良く、電位差を測定する方が、実用上は測定が容易である。
また、上述のような抵抗変化を電位差変化に変換する構成において、応答の線形性を改善し、測定をより正確に行なうために、検知体と固定抵抗を直列に接続した構造を並列接続し、検知体の端子間電位差を加算する又は平均を算出するという技術も提案されている。
The response of the resistance change type gas sensor may be observed as a change in resistance. For example, as shown in FIG. 10, a fixed resistor is connected in series to a detector functioning as a variable resistor, and a constant voltage is applied to the whole. Thus, the potential difference between the terminals at both ends of the detection body may be observed, and the measurement of the potential difference is easier in practical use.
Further, in the configuration for converting the resistance change as described above into the potential difference change, in order to improve the linearity of the response and perform the measurement more accurately, the structure in which the detector and the fixed resistor are connected in series is connected in parallel. There has also been proposed a technique of adding a potential difference between terminals of a detector or calculating an average.
しかしながら、従来の抵抗変化型ガスセンサの検知体に用いる材料の抵抗変化率は、検知対象ガスの濃度がppmオーダの場合に数%程度であり、例えば呼気中に含まれる代謝関連ガス種の濃度(ppbオーダ)に対応することは困難である。
本発明は、ガスセンサの応答を増大し、高感度化を図ることを目的とする。
However, the resistance change rate of the material used for the detector of the conventional resistance change type gas sensor is about several percent when the concentration of the detection target gas is on the order of ppm. For example, the concentration of the metabolism-related gas species contained in the exhalation ( It is difficult to deal with (ppb order).
It is an object of the present invention to increase the response of a gas sensor and increase the sensitivity.
1つの態様では、ガスセンサは、第1検知体と、第2検知体と、第1検知体及び第2検知体の一方の端部に接続された第1電極と、第1検知体及び第2検知体の他方の端部に接続された第2電極と、第1検知体の中間に設けられた第1中間電極と、第2検知体の中間に設けられた第2中間電極と、第1検知体の第1電極から第1中間電極までの部分を被覆する第1被覆部と、第2検知体の第2電極から第2中間電極までの部分を被覆する第2被覆部とを備え、第1中間電極と第2中間電極とは、第1電極と第2電極との間に延びている第1検知体及び第2検知体の長さ方向に沿って、互いに位置がずれている。 In one aspect, the gas sensor includes a first detector, a second detector, a first electrode connected to one end of the first detector and the second detector, a first detector, and a second detector. A second electrode connected to the other end of the detector, a first intermediate electrode provided in the middle of the first detector, a second intermediate electrode provided in the middle of the second detector, and a first A first covering portion that covers a portion from the first electrode of the detector to the first intermediate electrode; and a second covering portion that covers a portion of the second detector from the second electrode to the second intermediate electrode; The first intermediate electrode and the second intermediate electrode are displaced from each other along the length direction of the first detector and the second detector extending between the first electrode and the second electrode.
1つの態様では、情報処理システムは、上述のガスセンサと、ガスセンサによって得られたデータを処理するコンピュータとを備える。
1つの態様では、情報処理システムは、上述のガスセンサと、ガスセンサによって得られたデータを処理するコンピュータとを備え、ガスセンサは、第1電極が、第1検知体の一方の端部に接続された第1検知体側部分と、第2検知体の一方の端部に接続された第2検知体側部分とを備え、第2電極が、第1検知体の他方の端部に接続された第1検知体側部分と、第2検知体の他方の端部に接続された第2検知体側部分とを備え、第1電極の第1検知体側部分と第2検知体側部分との接続・非接続を切り替える第1切替スイッチと、第2電極の第1検知体側部分と第2検知体側部分との接続・非接続を切り替える第2切替スイッチとを備え、コンピュータは、第1切替スイッチによって第1電極の第1検知体側部分と第2検知体側部分とを非接続にし、かつ、第2切替スイッチによって第2電極の第1検知体側部分と第2検知体側部分とを非接続にした状態で、第1検知体及び第2検知体に第1電極が低電位側、第2電極が高電位側となるように順方向の電圧を印加することによって測定された第1中間電極の電位及び第2中間電極の電位と、第1検知体及び第2検知体に第1電極が高電位側、第2電極が低電位側となるように逆方向の電圧を印加することによって測定された第1中間電極の電位及び第2中間電極の電位と、第1検知体及び第2検知体の全体の抵抗値とを用いて、測定値の校正を行なう校正部を備える。
In one aspect, an information processing system includes the gas sensor described above and a computer that processes data obtained by the gas sensor.
In one aspect, an information processing system includes the above-described gas sensor and a computer that processes data obtained by the gas sensor, and the gas sensor has a first electrode connected to one end of the first detector. A first detection body including a first detection body side portion and a second detection body side portion connected to one end of the second detection body, wherein the second electrode is connected to the other end of the first detection body; A body-side portion and a second detector-side portion connected to the other end of the second detector, and the first electrode is switched between connection / disconnection between the first detector-side portion and the second detector-side portion. A first changeover switch, and a second changeover switch for switching connection / disconnection between the first detection body side portion and the second detection body side portion of the second electrode, and the computer uses the first changeover switch to switch the first electrode of the first electrode. Non-detector side and second detector side In the state where the first detector body side portion and the second detector body side portion of the second electrode are disconnected by the second changeover switch, the first electrode is at a low potential in the first detector body and the second detector body. Side, the potential of the first intermediate electrode and the potential of the second intermediate electrode measured by applying a forward voltage so that the second electrode is on the high potential side, and the first detector and the second detector The potential of the first intermediate electrode and the potential of the second intermediate electrode measured by applying a reverse voltage so that the first electrode is on the high potential side and the second electrode is on the low potential side, and the first detector And a calibration unit that calibrates the measured value using the entire resistance value of the second detector.
1つの側面として、ガスセンサの応答を増大し、高感度化を図ることができるという効果を有する。 As one aspect, there is an effect that the response of the gas sensor can be increased and high sensitivity can be achieved.
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかるガスセンサ及び情報処理システムについて、図1〜図12を参照しながら説明する。
本実施形態にかかるガスセンサは、抵抗変化型ガスセンサであって、大気中の化学物質を検知(測定)するガスセンサ、特に、人間の呼気を始めとする人間の排出ガスに含まれ、健康状態を反映する化学物質を検知する高感度ガスセンサである。
Hereinafter, a gas sensor and an information processing system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The gas sensor according to the present embodiment is a resistance change type gas sensor, which is a gas sensor that detects (measures) a chemical substance in the atmosphere, and particularly, is included in human exhaust gas including human exhalation and reflects the health condition. It is a highly sensitive gas sensor that detects chemical substances.
本実施形態のガスセンサは、図1に示すように、ガスセンサデバイス1を備え、このガスセンサデバイス1は、第1検知体2と、第2検知体3と、第1電極4と、第2電極5と、第1中間電極6と、第2中間電極7と、第1被覆部8と、第2被覆部9とを備える。
ここで、第1検知体2及び第2検知体3は、検知対象ガスを検知するガス検知体である。
As shown in FIG. 1, the gas sensor according to the present embodiment includes a
Here, the
なお、これらの第1検知体2及び第2検知体3に用いる材料(検知材料)は、原理的な意味での制限はない。
しかし、人間の呼気に含まれる代謝関連物質のうち、健康状態に関連する指標として重視されているアンモニアに対して強く応答する検知材料を用いることで、健康状態のモニタリングを行なう上で、重要な役割を担うセンサデバイスを実現することができる。
The material (detection material) used for the
However, it is important to monitor health status by using a detection material that strongly responds to ammonia, which is important as an index related to health status, among metabolism-related substances contained in human breath. It is possible to realize a sensor device that plays a role.
このため、高感度という特徴を生かす上で、アンモニアに対して強く応答する検知材料を用いるのが好適である。
ここで、アンモニアに対して強い応答を示す検知材料の具体例としては、p型半導体である臭化銅(I)(CuBr;臭化第1銅)、酸化銅(I)(Cu2O;酸化第1銅)、硫化銅(I)(Cu2S;硫化第1銅)、酸化銀(Ag2O)、臭化銀(AgBr)、硫化銀(Ag2S)などの銅又は銀の化合物を挙げることができる。
For this reason, it is preferable to use a detection material that strongly responds to ammonia in order to take advantage of the high sensitivity.
Here, as a specific example of the detection material showing a strong response to ammonia, copper bromide (I) (CuBr; cuprous bromide) and copper oxide (I) (Cu 2 O; which are p-type semiconductors) are used. Cuprous oxide), copper sulfide (I) (Cu 2 S; cuprous sulfide), silver oxide (Ag 2 O), silver bromide (AgBr), silver sulfide (Ag 2 S), etc. A compound can be mentioned.
このように、第1検知体2及び第2検知体3は、銅又は銀の化合物であることが好ましく、特に、臭化第一銅、酸化第一銅、硫化第一銅、酸化銀、臭化銀、硫化銀からなる群から選ばれるいずれか一種であることが好ましい。なお、ハロゲン化銀やハロゲン化銅であっても良い。
ここでは、第1検知体2及び第2検知体3に同一構成の検知体を二つ一組として用いる。
Thus, the
Here, two detection bodies having the same configuration are used as a pair for the
また、第1検知体2及び第2検知体3の一方の端部に第1電極4が接続されており、第1検知体2及び第2検知体3の他方の端部に第2電極5が接続されている。そして、第1電極4及び第2電極5は、図2に示すように、電源(ここでは定電圧電源)10に接続されている。
つまり、第1検知体2及び第2検知体3の両端に、電源10に接続される第1電極4及び第2電極5が接続されており、第1検知体2及び第2検知体3は並列接続されている。
The
That is, the
ここでは、第1電極4は、電源10の低電圧側(ここではグランド;GND)に接続されており、第2電極5は、電源10の高電圧側(ここではV0)に接続されている。このため、第1電極4を低電圧側電極ともいい、第2電極5を高電圧側電極ともいう。なお、定電圧電源を定電圧電流源ともいう。また、第1電極4及び第2電極5は、電源10に接続される電極であるため、電源接続用電極ともいう。
Here, the
また、第1検知体2の中間に第1中間電極6が設けられており、第2検知体3の中間に第2中間電極7が設けられている。そして、これらの第1中間電極6と第2中間電極7との間の電位差を測定することによって、検知対象ガスの検知(検出動作)を行なうようになっている。
なお、第1中間電極6及び第2中間電極7は、電位差(即ち、第1検知体2及び第2検知体3の抵抗変化に応じた電位差)を測定するために用いられる電極であるため、測定用電極ともいう。
A first
The first
また、第1検知体2の第1電極4から第1中間電極6までの部分が第1被覆部8によって被覆されており、第2検知体3の第2電極5から第2中間電極7までの部分が第2被覆部9によって被覆されている。なお、被覆部をカバーともいう。
なお、これらの被覆部8、9は、検知対象ガスが通過して検知体2、3に接触しないように検知体2、3を覆っていれば良く、その材料に特に制限はなく、例えば有機材料であっても良いし、無機材料であっても良い。また、これらの被覆部8、9の材料は絶縁性材料であることが好ましい。
Further, a portion from the
In addition, these coating |
このように、各検知体2、3の途中に中間電極6、7が一つずつ設けられている。そして、一方の第1検知体2は、電源10の低電圧側に接続された第1電極4からその途中に設けられた中間電極6までが、検知対象ガスに接触しないように第1被覆部8によって被覆されている。
また、他方の第2検知体3は、電源10の高電圧側に接続された第2電極5からその途中に設けられた中間電極7までが、検知対象ガスに接触しないように第2被覆部9によって被覆されている。
In this way, one
The other
特に、第1中間電極6と第2中間電極7とは、第1電極4と第2電極5との間に延びている第1検知体2及び第2検知体3の長さ方向に沿って、互いに位置がずれている。これにより、実質的に信号増幅機能を持つことになり、ガスセンサデバイス1、ひいては、ガスセンサの応答を増大し、高感度化を図ることが可能となる。
特に、第1電極4と第1中間電極6との間の距離をxとし、第1電極4と第2電極5との間の距離から第1中間電極6が設けられている領域の長さを引いた距離をlとし、第2電極5と第2中間電極7との間の距離をyとした場合に、9.5/(0.6+(x/l))−5.8<y/l<0.98−0.95(x/l)2の関係を満たすように、第1中間電極6及び第2中間電極7の位置が設定されていることが好ましい。これにより、確実に信号増幅機能を持つことになり、ガスセンサデバイス1、ひいては、ガスセンサの応答を増大し、高感度化を図ることができる。
In particular, the first
In particular, the distance between the
なお、ここでは、第1検知体2の第1電極4から第1中間電極6までの部分が第1被覆部8によって被覆されているため、距離xは、第1被覆部8によって被覆されている領域の第1電極4(低電位側電極)と第1中間電極6との間の距離である。また、距離lは、第1検知体2の第1電極4と第2電極5の間に挟まれた領域の長さから、第1中間電極6と重なる長さを引いた長さである。また、第2検知体3の第2電極5から第2中間電極7までの部分が第2被覆部9によって被覆されているため、距離yは、第2被覆部9によって被覆されている領域の第2電極5(高電位側電極)と第2中間電極7との間の距離である。
Here, since the portion from the
また、本実施形態では、ガスセンサは、上述のように構成されるガスセンサデバイス1に加え、図2に示すように、第1中間電極6の電位、第2中間電極7の電位、及び、第1中間電極6の電位と第2中間電極7の電位との間の電位差を測定する電位差計11を備える。
また、本実施形態では、ガスセンサは、上述のように構成されるガスセンサデバイス1に加え、電源10として、第1電極4と第2電極5との間に定電圧を供給する定電圧電源を備える。
In the present embodiment, in addition to the
In the present embodiment, the gas sensor includes a constant voltage power source that supplies a constant voltage between the
なお、ガスセンサを、電位差計11や電源10を備えないものとして構成し、ガスセンサとは別に設けられた電位差計や電源(外部電源)を、ガスセンサ(ガスセンサデバイス1)に接続するようにしても良い。
ところで、上述のように構成しているのは、以下の理由による。
抵抗変化型ガスセンサの検知体(ガス検知体)に用いることができる材料は、酸化物半導体以外にも数多く知られており、目的に応じて材料を適切に選ぶことで、様々のガス種の検出を行なうことが可能である。
Note that the gas sensor may be configured not to include the
By the way, the reason for the above configuration is as follows.
Many materials other than oxide semiconductors can be used for the sensing element (gas sensing element) of a resistance change type gas sensor, and various types of gas can be detected by appropriately selecting the material according to the purpose. Can be performed.
しかしながら、ほとんどの場合、検知体に用いる材料の抵抗変化率は、検知対象ガスの濃度がppmオーダの場合に数%程度であり、例えば呼気中に含まれる代謝関連ガス種の濃度(ppbオーダ)に対応することは困難である。
このため、抵抗変化量の絶対値を増やすために印加電圧を増やすことになるが、検知体に用いる材料の特性と消費電流の両面から適用可能な印加電圧の範囲に制約が加わることになる。
However, in most cases, the resistance change rate of the material used for the detection body is about several percent when the concentration of the detection target gas is on the order of ppm. For example, the concentration of the metabolism-related gas species contained in the exhalation (ppb order) It is difficult to deal with
For this reason, the applied voltage is increased in order to increase the absolute value of the resistance change amount, but there is a restriction on the range of the applied voltage that can be applied in terms of both the characteristics of the material used for the detector and the current consumption.
また、電位差を測定する装置(電位差計)の入力インピーダンスによって、検知体の抵抗値の上限に制約が加わることもある。
これらの制約と電位差を測定する装置の測定分解能によって、ガスセンサとしての検出下限が決定されることになるため、ガスセンサの感度を向上させるには、検知体に用いる材料そのものを、より検出応答特性が優れたものに変えるしかない。
In addition, the upper limit of the resistance value of the detection body may be limited by the input impedance of a device (potentiometer) that measures the potential difference.
The lower limit of detection as a gas sensor is determined by these constraints and the measurement resolution of the device that measures the potential difference. Therefore, in order to improve the sensitivity of the gas sensor, the detection response characteristics of the material itself used for the sensing element can be improved. There is no choice but to change it to an excellent one.
また、図10に示した典型的な構成では、固定抵抗と検知体の抵抗値が取りうる範囲との関係によって、電位差信号の大きさが変化するが、検知体の抵抗変化率と電位差信号の変化率との関係には、一定の制約がある。
まず、図10に示した構成の場合、電位差信号と検知体の抵抗値には、以下の関係が成立する。
In the typical configuration shown in FIG. 10, the magnitude of the potential difference signal changes depending on the relationship between the fixed resistance and the range in which the resistance value of the detection body can take, but the resistance change rate of the detection body and the potential difference signal There are certain restrictions on the relationship with the rate of change.
First, in the case of the configuration shown in FIG. 10, the following relationship is established between the potential difference signal and the resistance value of the detection body.
観測される電位差=V×検知体の抵抗値/(固定抵抗値+検知体の抵抗値)・・・(1)
ここで、図11は、固定抵抗の抵抗値(固定抵抗値)が、検知体がガスと非接触の状態にある場合の検知体の抵抗値の10倍である場合の検知体の抵抗変化率と電位差変化率との関係を示している。
Observed potential difference = V × resistance value of detection object / (fixed resistance value + resistance value of detection object) (1)
Here, FIG. 11 shows the resistance change rate of the detection body when the resistance value (fixed resistance value) of the fixed resistance is 10 times the resistance value of the detection body when the detection body is not in contact with the gas. And the potential difference change rate.
図11に示したように、固定抵抗の抵抗値が検知体の抵抗値に対して高い場合には、検知体の抵抗変化率に対して電位差変化率は線形に近い。
そして、図12に示すように、電位差変化率の検知体の抵抗変化率に対する比は1が上限である。
現実には、電位差を正確に測定するためには、固定抵抗の抵抗値を、電位差を測定する装置(電位差測定器)の入力インピーダンスに対して相当小さくする必要があるため、電位差変化率が検知体の抵抗変化率よりも幾分小さくなる条件で測定を行なうことになる。
As shown in FIG. 11, when the resistance value of the fixed resistor is higher than the resistance value of the detection body, the potential difference change rate is close to linear with respect to the resistance change rate of the detection body.
As shown in FIG. 12, the upper limit of the ratio of the potential difference change rate to the resistance change rate of the detector is 1.
In reality, in order to accurately measure the potential difference, the resistance value of the fixed resistor needs to be made considerably smaller than the input impedance of the device for measuring the potential difference (potential difference measuring device), so the potential difference change rate is detected. The measurement is performed under a condition that is somewhat smaller than the resistance change rate of the body.
そこで、簡便な構成により、検知体に用いる材料を変更することなく、ガスセンサの応答を増大し、高感度化を図るために、上述のように構成している。
ところで、後述するようにしてガスセンサデバイス1の校正を行なう場合には、ガスセンサデバイス1及びこれを備えるガスセンサを、以下のように構成するのが好ましい。
つまり、図5、図6に示すように、ガスセンサデバイス1の第1電極4を、第1検知体2の一方の端部に接続された第1検知体側部分4Aと、第2検知体3の一方の端部に接続された第2検知体側部分4Bとを備えるものとし、第2電極5を、第1検知体2の他方の端部に接続された第1検知体側部分5Aと、第2検知体3の他方の端部に接続された第2検知体側部分5Bとを備えるものとし、第1電極4の第1検知体側部分4Aと第2検知体側部分4Bとの接続・非接続を切り替える第1切替スイッチ12と、第2電極5の第1検知体側部分5Aと第2検知体側部分5Bとの接続・非接続を切り替える第2切替スイッチ13とを備えるものとするのが好ましい。これにより、ガスセンサデバイス1の校正を行なう場合に、検知体2、3ごとに、その両端に設けられた電極4A、4B、5A、5Bから独立に電圧を印加することが可能となる。
Therefore, the above-described configuration is adopted in order to increase the response of the gas sensor and increase the sensitivity without changing the material used for the detection body with a simple configuration.
By the way, when calibrating the
That is, as shown in FIGS. 5 and 6, the
そして、ガスセンサを、第1切替スイッチ12によって第1電極4の第1検知体側部分4Aと第2検知体側部分4Bとを非接続にし、かつ、第2切替スイッチ13によって第2電極5の第1検知体側部分5Aと第2検知体側部分5Bとを非接続にした状態で、第1検知体2及び第2検知体3に第1電極4が低電位側、第2電極5が高電位側となるように順方向の電圧を印加することによって測定された第1中間電極6の電位及び第2中間電極7の電位と、第1検知体2及び第2検知体3に第1電極4が高電位側、第2電極5が低電位側となるように逆方向の電圧を印加することによって測定された第1中間電極6の電位及び第2中間電極7の電位と、第1検知体2及び第2検知体3の全体の抵抗値とを用いて、測定値の校正を行なう校正部14を備えるものとするのが好ましい。
Then, in the gas sensor, the first detection
このように、各検知体2、3に対して、順方向の電圧を印加した場合の各中間電極6、7の電位と、逆方向の電圧を印加した場合の各中間電極6、7の電位と、第1検知体2及び第2検知体3の全体の抵抗値とを用いて、ガスセンサデバイス1の測定値の校正を行なうようにするのが好ましい。
この場合、ガスセンサを、上述のように構成されるガスセンサデバイス1に加え、例えばCPU20などのプロセッサ等を備えるコンピュータ21を備えるものとすれば良い。そして、ガスセンサデバイス1に接続されたコンピュータ21によって、ガスセンサデバイス1によって測定された測定値を校正するようにすれば良い。この場合、ガスセンサに備えられるコンピュータ21が、上述の校正部14としての機能を有することになる。
As described above, the potentials of the
In this case, the gas sensor may be provided with a
なお、ここでは、ガスセンサが校正部14を備えるものとしているが、これに限られるものではなく、例えばガスセンサに接続されたコンピュータが校正部14を備えるものとしても良い。
つまり、図8に示すように、上述のガスセンサデバイス1を備えるガスセンサ15を、例えばパーソナルコンピュータなどのコンピュータ16に接続し、ガスセンサ15によって測定された測定値がコンピュータ16へ送られるようにし、ガスセンサ15に接続されたコンピュータ16によって、ガスセンサ15によって測定された測定値を校正するようにしても良い。
Here, the gas sensor includes the
That is, as shown in FIG. 8, the
また、ガスセンサ15によって得られたデータ(情報)をコンピュータ16で処理して、化学物質の濃度を示す指標あるいは疾病の有無等を、コンピュータ16の画面上に表示させるようにしても良い。
この場合、このようなデータ処理(情報処理)を行なう情報処理システム19は、上述のガスセンサデバイス1を備えるガスセンサ15と、ガスセンサ15に接続され、ガスセンサ15によって得られたデータを処理するコンピュータ16とを備えるものとなる。
In addition, data (information) obtained by the
In this case, an
また、図9に示すように、上述のように構成されるガスセンサデバイス1を備えるガスセンサ15を、ネットワーク17を介して接続された、例えばサーバなどのコンピュータ18に接続し、ガスセンサ15によって測定された測定値がコンピュータ18へ送られるようにし、ガスセンサ15に接続されたコンピュータ18によって、ガスセンサ15によって測定された測定値を校正するようにしても良い。
Further, as shown in FIG. 9, the
また、ガスセンサ15によって得られたデータ(情報)を、ネットワーク17を介して収集し、蓄積して、データベースを構築したり、これらのデータを解析し、その結果をフィードバックしたりすることも可能である。
これにより、疾病のスクリーニング精度の向上、他の疾病との相関性の有無の調査などに有効に活用されることになり、また、多大な労力を要することなく、測定結果をフィードバックすることが可能となる。例えば、呼気の被測定者の癌の有無、あるいは他の疾病との相関を解析することで、スクリーニング精度の向上や他の疾病のスクリーニングへの展開が可能となる。
In addition, data (information) obtained by the
As a result, it can be used effectively for improving screening accuracy of diseases, investigating the presence or absence of correlation with other diseases, etc., and it is possible to feed back measurement results without much effort. It becomes. For example, by analyzing the presence or absence of cancer in the breath measurement subject or the correlation with other diseases, it is possible to improve screening accuracy and develop for screening for other diseases.
この場合、このようなデータ処理(情報処理)を行なう情報処理システム19は、上述のガスセンサデバイス1を備えるガスセンサ15と、ガスセンサ15にネットワーク17を介して接続され、ガスセンサ15によって得られたデータを処理するサーバ(コンピュータ)18とを備えるものとなる。
以下、本実施形態のガスセンサの動作を説明する。
In this case, the
Hereinafter, the operation of the gas sensor of this embodiment will be described.
ここでは、上述のガスセンサに備えられる第1検知体2及び第2検知体3の両端に設けられた電極間の電位差をV0、第1検知体2の両端電極間の距離から第1中間電極6と重なる長さを引いた距離をl、第2検知体3の両端電極間の距離から第2中間電極7と重なる長さを引いた距離をl′と定義する。なお、検知体2、3は、可変抵抗として働くため、抵抗体ともいう。
Here, the potential difference between the electrodes provided at both ends of the
また、第1検知体2において、第1被覆部8における単位長さあたりの抵抗をR1、第1電極4から第1中間電極6までの距離をx、第1中間電極6の電位をV1、第1被覆部8によって被覆されていない部分(非被覆部分)の単位長さあたりの抵抗をRと定義する。
また、第2検知体3において、第2被覆部9における単位長さあたりの抵抗をR2、第2電極5から第2中間電極7までの距離をy、第2中間電極7の電位をV2、第2被覆部9によって被覆されていない部分(非被覆部分)の単位長さあたりの抵抗をR′と定義する。
In the
In the
ここでは、第1検知体2及び第2検知体3のうち第1被覆部8及び第2被覆部9によって被覆された部分は、外気と触れることがないため、R1とR2は変化せず、これらの部分は固定抵抗として働くことになる。
このため、検知対象ガスとの接触によってR及びR′が変化し、その結果、V1とV2が変化するという動作をする。
Here, the portions covered by the
For this reason, R and R ′ change due to contact with the detection target gas, and as a result, an operation is performed in which V 1 and V 2 change.
このとき、中間電極間の電位差は、以下のように記述される。 At this time, the potential difference between the intermediate electrodes is described as follows.
定義から明らかなように、理想的にはl=l′、R=R′、R1=R2である。
例えば、図3は、l=l′、R=R′、R1=R2、x/l=0.5、y/l=0.45の場合のR(及びR′)の変化率(抵抗変化率)とV2−V1の変化率(電位差変化率)との関係を示している。
図3に示すように、Rの変化率が約20%以下ではV2−V1とRは互いにほぼ線形であり、V2−V1の変化率はRの変化率の9倍以上となる。
As is clear from the definition, ideally, l = 1 ′, R = R ′, and R 1 = R 2 .
For example, FIG. 3 shows the rate of change of R (and R ′) when l = l ′, R = R ′, R 1 = R 2 , x / l = 0.5, y / l = 0.45 ( The relationship between the resistance change rate) and the change rate of V 2 −V 1 (potential difference change rate) is shown.
As shown in FIG. 3, when the rate of change of R is about 20% or less, V 2 -V 1 and R are almost linear with each other, and the rate of change of V 2 -V 1 is 9 times or more of the rate of change of R. .
検知体の抵抗(R、R′)の変化率とV2−V1の変化率との関係は、l、l′、R、R′、R1、R2の関係によって変化するが、上記式(2)から、その関係を解析的に求めるのは困難である。
そこで、l=l′、R=R′、R1=R2である理想的な場合について、xとyとの組合せに対応するV2−V1の変化率のRの変化率に対する比を図4に示している。
The relationship between the rate of change of the resistance (R, R ′) of the detector and the rate of change of V 2 −V 1 varies depending on the relationship of l, l ′, R, R ′, R 1 , R 2. It is difficult to analytically find the relationship from equation (2).
Therefore, for the ideal case where l = l ′, R = R ′, and R 1 = R 2 , the ratio of the change rate of V 2 −V 1 corresponding to the combination of x and y to the change rate of R is This is shown in FIG.
図4に示した比の値は、非被覆部分(非被覆領域)の抵抗の増加率が1〜50%である場合に得られる結果の平均値である。
なお、上記の比が2以上であれば、2つの検知体を、図10に示す典型的な構成で用い、得られる信号を加算した場合の上限値を超える大きさの電位差信号が得られることになるため、このような場合を太字で示している。
The value of the ratio shown in FIG. 4 is an average value of results obtained when the rate of increase in resistance of the non-covered portion (non-covered region) is 1 to 50%.
If the above ratio is 2 or more, the two sensing bodies are used in the typical configuration shown in FIG. 10, and a potential difference signal having a magnitude exceeding the upper limit when the obtained signals are added can be obtained. Therefore, such a case is shown in bold.
つまり、図4において、数値が太字で示されている範囲では、上述のガスセンサは、実質的に信号増幅機能を持つことになる。図4において、太字で示される範囲は、概略、9.5/(0.6+(x/l))−5.8<y/l<0.98−0.95(x/l)2と表すことができる。定義より、x/l<1、y/l<1である。また、厳密にx/l=1−y/lである場合、即ち、第1中間電極6と第2中間電極7の位置が検知体長さ方向に沿って一致している場合には、初期のV2−V1が0となり、非被覆部分の抵抗変化率に対するV2−V1の変化率が発散することになり、適用することができない。
In other words, in the range where the numerical values are shown in bold in FIG. 4, the above-described gas sensor substantially has a signal amplification function. In FIG. 4, the range indicated in bold is roughly 9.5 / (0.6+ (x / l)) − 5.8 <y / l <0.98−0.95 (x / l) 2 . Can be represented. By definition, x / l <1 and y / l <1. Further, when strictly x / l = 1−y / l, that is, when the positions of the first
このように、第1中間電極6と第2中間電極7とは、第1電極4と第2電極5との間に延びている第1検知体2及び第2検知体3の長さ方向に沿って、互いに位置がずれていることで、実質的に信号増幅機能を持つことになり、ガスセンサの応答を増大し、高感度化を図ることが可能となる。
ところで、デバイスの製造においては一定の加工誤差や材料物性のばらつきが存在するため、現実には上述の理想的な条件から外れた状態で使用することになる。
Thus, the first
By the way, in the manufacture of devices, there are certain processing errors and variations in material properties, so in reality, the device is used in a state deviating from the above ideal conditions.
図4から容易に理解されるように、x/lと1−y/lとが近い場合に、大きい増幅効果を発揮するが、それは、上述の非被覆部分の抵抗変化率に対してV2−V1の変化率が発散する条件に近く、製造誤差によるx/l及び1−y/lの値のずれに強く影響されるということでもある。
このような製造誤差に起因する誤差は、以下に説明するような手段によって校正を行なうことによって、極小化が可能である。
As can be easily understood from FIG. 4, when x / l and 1−y / l are close, a large amplification effect is exhibited, which is V 2 with respect to the resistance change rate of the uncovered portion. It also means that the change rate of −V 1 is close to the diverging condition, and is strongly influenced by the deviation of the values of x / l and 1−y / l due to manufacturing errors.
Such errors caused by manufacturing errors can be minimized by calibrating by means described below.
この場合、ガスセンサデバイス1を、2つの検知体2、3の両端の電極4、5を分割して各検知体2、3に設けられる部分がそれぞれ独立にした構成とする(図5、図6参照)。
そして、まず、図5に示すように、極性を順方向にして電源10を接続し、各切替スイッチ12、13を非接続状態とし、例えば清浄空気あるいは純窒素中など、検知体2、3の非被覆部分の抵抗率が、被覆部8、9に対して不変と見なせる条件下において、第1中間電極6の電位V1及び第2中間電極7の電位V2、さらに、それぞれの検知体2、3の両端電極間の抵抗値を測定する。このとき、
In this case, the
First, as shown in FIG. 5, the
であり、上記式(3)の分母は、図5中の左側の第1検知体2の全体の抵抗値であるため、これを用いて第1検知体2の被覆された部分の抵抗値xR1を算出する。
次に、図6に示すように、極性を逆方向にして電源10を接続し、各切替スイッチ12、13を非接続状態とし、同様に、第1中間電極6の電位V′1及び第2中間電極7の電位V′2を測定する。このとき、
Since the denominator of the above formula (3) is the entire resistance value of the left
Next, as shown in FIG. 6, the
であり、上記式(6)の分母は、図6中の右側の第2検知体3の全体の抵抗値であるため、これを用いて第2検知体3の被覆された部分の抵抗値yR2を算出する。
次に、上記式(4)のV2と上記式(5)のV′1との比を計算すると、これらの比は下記式(7)で表される。
Since the denominator of the above formula (6) is the entire resistance value of the
Next, when the ratio between V 2 in the above formula (4) and V ′ 1 in the above formula (5) is calculated, these ratios are expressed by the following formula (7).
上記(7)の右辺は、上記式(4)の分母と上記式(5)の分母の比、すなわち図6中の右側の第2検知体3の全体の抵抗値と左側の第1検知体2の全体の抵抗値との比と、図6中の右側の第2検知体3の被覆されていない部分(非被覆部分)の抵抗と、同じく左側の第1検知体2の被覆されていない部分(非被覆部分)の抵抗との比の積である。前者は、既知である第2検知体3の全体の抵抗値と第1検知体2の全体の抵抗値との比である。すなわち、式(7)より、この比が、図6中の右側の第2検知体3の被覆されていない部分(非被覆部分)の抵抗と、同じく左側の第1検知体2の被覆されていない部分(非被覆部分)の抵抗との比例係数であることがわかる。
The right side of the above (7) is the ratio of the denominator of the above equation (4) to the denominator of the above equation (5), that is, the entire resistance value of the right
この比例係数をα、図5中の左側の第1検知体2の全体の抵抗値をβ、同じく右側の第1検知体2の全体の抵抗値をγと記述すると、ガス検出動作に用いるV2−V1は、非被覆部分の抵抗値をパラメータとする一次関数として、下記式(8)のように記述される。
If this proportionality coefficient is expressed as α, the overall resistance value of the left
一方で、デバイスが理想的に作製された場合には、上記式(8)と同一のβ、γを用いて、V2−V1は下記式(9)のように表される。
上記式(8)及び下記式(9)の右辺の第二項は、同一の定数なので、これらの関数の差異は、第一項の係数αだけであり、従って、作製したデバイスにおいて観測されたRの変化に対するV2−V1の傾きにαの逆数を掛けることで、デバイスが理想的に作製された場合に得られるははずの応答に変換することが可能である。
On the other hand, when the device is ideally manufactured, V 2 −V 1 is represented by the following formula (9) using the same β and γ as the above formula (8).
Since the second term on the right side of the above equation (8) and the following equation (9) is the same constant, the difference between these functions is only the coefficient α of the first term, and thus was observed in the fabricated device. By multiplying the slope of V 2 −V 1 with respect to the change of R by the reciprocal of α, it is possible to convert the response to what should be obtained when the device is ideally fabricated.
このほか、濃度が異なる検知対象ガスを含む混合気を数点用い、別途測定した、検知材料の抵抗値と検知対象ガスの濃度との関係を示す、検量線を用いることで得られる、それぞれのガス濃度に対応するRと、観測されたV2−V1の傾きと切片とから、上記式(8)のαと、定数である第二項を算出しても良い。
そして、観測された電位差V2−V1と、算出されたα、及び、上記式(8)(及び上記式(9))の第二項(δと表記する)を用いて、理想的に作製された場合に観測されるはずのV2−V1(dViと表記する)は、下記式(10)によって算出することができる。
In addition, each of the gas mixtures containing the detection target gases with different concentrations and separately measured, each obtained by using a calibration curve showing the relationship between the resistance value of the detection material and the concentration of the detection target gas. From the R corresponding to the gas concentration and the observed slope and intercept of V 2 −V 1 , α in the above equation (8) and the second term that is a constant may be calculated.
Then, ideally using the observed potential difference V 2 −V 1 , the calculated α, and the second term (denoted as δ) of the above equation (8) (and the above equation (9)). V 2 −V 1 (denoted as dVi) that should be observed when fabricated can be calculated by the following equation (10).
dVi=(V2−V1)/α+δ/α−δ・・・(10)
このようにして、ガスセンサデバイス1によって測定された測定値である、観測された電位差を校正することができる。
要するに、以下の手順で、観測された電位差を校正することができる。
まず、順方向に電源10を接続して(図5参照)、第1中間電極6の電位V1及び第2中間電極7の電位V2、2つの検知体2、3の全体の抵抗値を測定する(図7のステップS1)。
dVi = (V 2 −V 1 ) / α + δ / α−δ (10)
In this way, the observed potential difference, which is a measurement value measured by the
In short, the observed potential difference can be calibrated by the following procedure.
First, connect the
次に、逆方向に電源10を接続して(図6参照)、第1中間電極6の電位V′1及び第2中間電極7の電位V′2を測定する(図7のステップS2)。
そして、順方向に電源10を接続した場合(図5参照)の第1中間電極6の電位V1及び第1検知体2の全体の抵抗値を用いて、第1検知体2の被覆された部分(被覆領域)の抵抗値xR1を算出する。また、逆方向に電源10を接続した場合(図6参照)の第2中間電極7の電位V′2及び第2検知体3の全体の抵抗値を用いて、第2検知体3の被覆された部分(被覆領域)の抵抗値yR2を算出する(図7のステップS3)。なお、それぞれの抵抗値の算出を図7のステップS1、S2においてそれぞれ行なっても良い。
Next, connect the
Then, when the
次に、異なる濃度の複数のガスを用いて、2つの検知体2、3の非被覆部分(非被覆領域)に対応する検量線を作成する(図7のステップS4)。
次に、順方向に電源10を接続した場合(図5参照)の第2中間電極7の電位V2と逆方向に電源10を接続した場合(図6参照)の第1中間電極6の電位V′1との比から、非被覆領域の抵抗値の比であるαを算出する(図7のステップS5)。
Next, calibration curves corresponding to uncovered portions (non-covered regions) of the two
Then, when connecting
次に、異なる濃度の複数のガスを用いて、V2−V1の測定を行ない、δを求める(図7のステップS6)。
なお、異なる濃度の複数のガスを用いて、2つの検知体2、3の非被覆部分(非被覆領域)に対応する検量線を作成し、それぞれのガス濃度に対応するRとV2−V1の傾きと切片とから、α及びδを求めても良い。
Next, V 2 -V 1 is measured using a plurality of gases having different concentrations to obtain δ (step S6 in FIG. 7).
It should be noted that calibration curves corresponding to the uncovered portions (non-covered regions) of the two
そして、観測された電位差V2−V1を、α及びδを用いて校正する(図7のステップS7)。
このようにして校正を行なうことで、ガスセンサからガスセンサデバイス1を取り外して、交換可能な構成とした場合でも測定精度を保つことが可能となる。
ところで、検知対象ガス(測定対象ガス)の濃度に対する応答強度にばらつきが生じやすい検知材料を用いる場合には、検知体ごとのガス濃度に対する応答を補正することが好ましい。
Then, the observed potential difference V 2 −V 1 is calibrated using α and δ (step S7 in FIG. 7).
By performing calibration in this manner, it is possible to maintain measurement accuracy even when the
By the way, when using a detection material in which the response intensity with respect to the concentration of the detection target gas (measurement target gas) tends to vary, it is preferable to correct the response to the gas concentration for each detection object.
この場合、上述の手順で行なう製造誤差に起因する誤差の校正のほかに、図5中の右側と左側の検知体2、3を独立に、図10に示したものと同じ構成のセンサデバイスとして用い、それぞれの非被覆領域の抵抗値(R、R′)と観測対象ガスの濃度との関係を示す検量線を作成することが望ましい。
これらは、被覆された領域の抵抗値の算出を上述の方法で行ない、それらの値を上記式(1)における固定抵抗値に代入して、濃度が異なる検知対象ガスを含む混合気を数点用いて、中間電極と参照電極(GND)との電位差を測定することで得られる。
In this case, in addition to calibration of errors caused by manufacturing errors performed in the above procedure, the right and left
In these methods, the resistance value of the covered region is calculated by the above-described method, and those values are substituted into the fixed resistance value in the above equation (1), and several gas mixtures containing detection target gases having different concentrations are obtained. And obtained by measuring the potential difference between the intermediate electrode and the reference electrode (GND).
なお、図5中の左側の検知体2に接続する電極のうち、上側をGND、下側をV0とし、右側の検知体3に対する接続はそのままとすると、図10に示したものと同じ構成のセンサデバイスが2つある状態となるため、このような構成として測定を行なっても良い。
したがって、本実施形態にかかるガスセンサ及び情報処理システムによれば、ガスセンサの応答を増大し、高感度化を図ることができるという効果を有する。
Of the electrodes connected to the
Therefore, the gas sensor and the information processing system according to the present embodiment have an effect that the response of the gas sensor can be increased and the sensitivity can be increased.
つまり、上述のように、両端電極4、5と中間電極6、7とを備え、並列接続された2つ一組の検知体2、3を用い、その一方は両端電極のうち低電位側電極から中間電極までを被覆し、他方は両端電極のうち高電位側電極から中間電極までを被覆し、中間電極間の電位差を観測することで、微小濃度において大きい応答信号を得ることができ、さらに適切な校正や補正を行なうことで、検知体本来の抵抗変化率を知ることができる。つまり、検知材料に変更を加えることなく、実質的に検出下限を大幅に下げる効果が得られる。
That is, as described above, both ends of the
さらに、固定抵抗として用いる被覆領域と、測定に用いる非被覆領域とが、同じ材料で構成されているため、外気との接触に対応する変化を除けば、抵抗の温度依存性が同一となり、固定抵抗を別途用意して接続する場合よりも、原理的には温度ドリフトを小さく抑えることが可能である。 Furthermore, since the covered area used for fixed resistance and the uncovered area used for measurement are made of the same material, the temperature dependence of the resistance is the same except for changes corresponding to contact with the outside air. In principle, it is possible to suppress the temperature drift smaller than when a resistor is separately prepared and connected.
以下、実施例によって更に詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
本実施例では、まず、長さ約50mm、幅約10mmで、表面に厚さ約1μmの熱酸化膜(SiO2膜;絶縁膜)を有する熱酸化膜付シリコンウェハ(基板)上に、距離約5mmのギャップを挟んで、幅約20mm、長さ約20mm、膜厚約60nmの2つの金電極(一対の金電極;金電極膜)を、マスクを用いて、真空蒸着によって形成した。このようにして第1電極4及び第2電極5を形成した(例えば図1参照)。
Hereinafter, it demonstrates still in detail according to an Example. However, the present invention is not limited to the following examples.
In this example, first, a distance is formed on a silicon wafer (substrate) with a thermal oxide film having a thermal oxide film (SiO 2 film; insulating film) having a length of about 50 mm and a width of about 10 mm and a thickness of about 1 μm on the surface. Two gold electrodes (a pair of gold electrodes; gold electrode film) having a width of about 20 mm, a length of about 20 mm, and a film thickness of about 60 nm were formed by vacuum deposition using a mask with a gap of about 5 mm interposed therebetween. In this way, the
続いて、その上に、マスクを用いた真空蒸着によって、幅約5mm、長さ約20mmの平面形状で、膜厚が約60nmである銅のパターンを2つ、約5mmの間隔を持って並行に形成した。
続いて、濃度約100mMの臭化第二銅水溶液に約18秒間浸漬した。この処理によって銅膜が厚さ約300nmの臭化第一銅(CuBr)膜に変化した。
Subsequently, two copper patterns having a thickness of about 60 nm and a plane shape of about 5 mm in width and a thickness of about 20 mm are arranged in parallel at an interval of about 5 mm by vacuum deposition using a mask. Formed.
Subsequently, it was immersed in a cupric bromide aqueous solution having a concentration of about 100 mM for about 18 seconds. This treatment changed the copper film to a cuprous bromide (CuBr) film having a thickness of about 300 nm.
このようにして、第1検知体2及び第2検知体3を形成した(例えば図1参照)。
次に、マスクを用いた真空蒸着によって、上述の金電極間に設けられたギャップ中に、幅約2mm、長さ約15mm、厚さ約60mmの金電極を2つ、CuBr膜上に、CuBr膜を横断するように形成した。
このようにして、第1中間電極6及び第2中間電極7を形成した(例えば図1参照)。なお、ここでは、第1検知体2及び第2検知体3としてのCuBr膜の上に、第1中間電極6及び第2中間電極7としての金電極を形成しているが、図1に示すように、第1検知体2及び第2検知体3としてのCuBr膜の下に、第1中間電極6及び第2中間電極7としての金電極を形成しても良い。
Thus, the
Next, two gold electrodes having a width of about 2 mm, a length of about 15 mm, and a thickness of about 60 mm are formed on the CuBr film by vacuum deposition using a mask in the gap provided between the gold electrodes. It was formed so as to cross the membrane.
Thus, the 1st
ここでは、CuBr膜上に形成した中間電極としての金電極の一方は、両端電極4、5のうち低電位側として用いる電極からの距離を約1.2mmとして、この領域の上に耐熱樹脂製の粘着テープを貼って被覆を行なった。この場合、高電位側として用いる電極との距離は約1.8mmであり、x/l=0.4である。
また、CuBr膜上に形成した中間電極としての金電極の他方は、高電位側として用いる電極からの距離を約1.5mmとして、この領域の上に耐熱樹脂製の粘着テープを貼って被覆を行なった。この場合、低電位側として用いる電極との距離は約1.5mmであり、y/l=0.5である。
Here, one of the gold electrodes as the intermediate electrode formed on the CuBr film is made of a heat-resistant resin on this region with the distance from the electrode used as the low potential side of both
Also, the other of the gold electrodes as the intermediate electrode formed on the CuBr film is coated with a distance of about 1.5 mm from the electrode used as the high potential side, and a heat-resistant resin adhesive tape is applied on this region. I did it. In this case, the distance from the electrode used as the low potential side is about 1.5 mm, and y / l = 0.5.
このようにして、第1被覆部8及び第2被覆部9を形成した(例えば図1参照)。
このようにして作製したガスセンサデバイスを、流量約4L/minである窒素ガス中に保持し、流量が同じく約4L/minであり、濃度約10ppbのアンモニアを含む窒素と切り替える方法で、アンモニアに対する応答を評価した。
この条件において、非被覆部分の抵抗変化率が、アンモニア含有ガス暴露開始約5分後に約12%であったのに対して、中間電極間の電位差の変化は約53%であり、応答信号強度としては約4.4倍の増幅効果が得られた。
Thus, the 1st coating |
The gas sensor device thus manufactured is held in nitrogen gas having a flow rate of about 4 L / min, and the response to ammonia is performed by switching to nitrogen containing about 10 ppb of ammonia having a flow rate of about 4 L / min. Evaluated.
Under this condition, the rate of change in resistance of the uncoated portion was about 12% about 5 minutes after the start of exposure to the ammonia-containing gas, whereas the change in potential difference between the intermediate electrodes was about 53%. As a result, an amplification effect of about 4.4 times was obtained.
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
以下、上述の実施形態に関し、更に、付記を開示する。
(付記1)
第1検知体と、
第2検知体と、
前記第1検知体及び前記第2検知体の一方の端部に接続された第1電極と、
前記第1検知体及び前記第2検知体の他方の端部に接続された第2電極と、
前記第1検知体の中間に設けられた第1中間電極と、
前記第2検知体の中間に設けられた第2中間電極と、
前記第1検知体の前記第1電極から前記第1中間電極までの部分を被覆する第1被覆部と、
前記第2検知体の前記第2電極から前記第2中間電極までの部分を被覆する第2被覆部とを備え、
前記第1中間電極と前記第2中間電極とは、前記第1電極と前記第2電極との間に延びている前記第1検知体及び前記第2検知体の長さ方向に沿って、互いに位置がずれていることを特徴とするガスセンサ。
In addition, this invention is not limited to the structure described in embodiment mentioned above, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
Hereinafter, additional notes will be disclosed regarding the above-described embodiment.
(Appendix 1)
A first detector;
A second detector;
A first electrode connected to one end of the first detector and the second detector;
A second electrode connected to the other end of the first detector and the second detector;
A first intermediate electrode provided in the middle of the first detector;
A second intermediate electrode provided in the middle of the second detector;
A first covering portion that covers a portion from the first electrode to the first intermediate electrode of the first detector;
A second covering portion covering a portion from the second electrode to the second intermediate electrode of the second detector;
The first intermediate electrode and the second intermediate electrode are arranged along the length direction of the first detector and the second detector extending between the first electrode and the second electrode. A gas sensor characterized by being displaced.
(付記2)
前記第1中間電極の電位、前記第2中間電極の電位、及び、前記第1中間電極の電位と前記第2中間電極の電位との間の電位差を測定する電位差計を備えることを特徴とする、付記1に記載のガスセンサ。
(付記3)
前記第1電極と前記第2電極との間に定電圧を供給する定電圧電源を備えることを特徴とする、付記1又は2に記載のガスセンサ。
(Appendix 2)
And a potentiometer that measures a potential of the first intermediate electrode, a potential of the second intermediate electrode, and a potential difference between the potential of the first intermediate electrode and the potential of the second intermediate electrode. The gas sensor according to
(Appendix 3)
The gas sensor according to
(付記4)
前記第1電極と前記第1中間電極との間の距離をxとし、前記第1電極と前記第2電極との間の距離から前記第1中間電極が設けられている領域の長さを引いた距離をlとし、前記第2電極と前記第2中間電極との間の距離をyとした場合に、9.5/(0.6+(x/l))−5.8<y/l<0.98−0.95(x/l)2の関係を満たすように、前記第1中間電極及び前記第2中間電極の位置が設定されていることを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項に記載のガスセンサ。
(Appendix 4)
The distance between the first electrode and the first intermediate electrode is x, and the length of the region where the first intermediate electrode is provided is subtracted from the distance between the first electrode and the second electrode. 9.5 / (0.6+ (x / l)) − 5.8 <y / l where l is the distance and y is the distance between the second electrode and the second intermediate electrode. <0.98-0.95 (x / l) 2 The position of the said 1st intermediate electrode and the said 2nd intermediate electrode is set so that the relationship of 2 may be satisfy | filled, The gas sensor according to any one of claims.
(付記5)
前記第1検知体及び前記第2検知体は、銅又は銀の化合物であることを特徴とする、付記1〜4のいずれか1項に記載のガスセンサ。
(付記6)
前記第1検知体及び前記第2検知体は、臭化第一銅、酸化第一銅、硫化第一銅、酸化銀、臭化銀、硫化銀からなる群から選ばれるいずれか一種を含むことを特徴とする、付記1〜5のいずれか1項に記載のガスセンサ。
(Appendix 5)
The gas sensor according to any one of
(Appendix 6)
The first detector and the second detector include any one selected from the group consisting of cuprous bromide, cuprous oxide, cuprous sulfide, silver oxide, silver bromide, and silver sulfide. The gas sensor according to any one of
(付記7)
前記第1電極は、前記第1検知体の一方の端部に接続された第1検知体側部分と、前記第2検知体の一方の端部に接続された第2検知体側部分とを備え、
前記第2電極は、前記第1検知体の他方の端部に接続された第1検知体側部分と、前記第2検知体の他方の端部に接続された第2検知体側部分とを備え、
前記第1電極の前記第1検知体側部分と前記第2検知体側部分との接続・非接続を切り替える第1切替スイッチと、
前記第2電極の前記第1検知体側部分と前記第2検知体側部分との接続・非接続を切り替える第2切替スイッチとを備えることを特徴とする、付記1〜6のいずれか1項に記載のガスセンサ。
(Appendix 7)
The first electrode includes a first detector-side portion connected to one end of the first detector, and a second detector-side portion connected to one end of the second detector,
The second electrode includes a first detector-side portion connected to the other end of the first detector, and a second detector-side portion connected to the other end of the second detector,
A first changeover switch for switching connection / disconnection between the first detector-side portion and the second detector-side portion of the first electrode;
The supplementary switch according to any one of
(付記8)
前記第1切替スイッチによって前記第1電極の前記第1検知体側部分と前記第2検知体側部分とを非接続にし、かつ、前記第2切替スイッチによって前記第2電極の前記第1検知体側部分と前記第2検知体側部分とを非接続にした状態で、前記第1検知体及び前記第2検知体に前記第1電極が低電位側、前記第2電極が高電位側となるように順方向の電圧を印加することによって測定された前記第1中間電極の電位及び前記第2中間電極の電位と、前記第1検知体及び前記第2検知体に前記第1電極が高電位側、前記第2電極が低電位側となるように逆方向の電圧を印加することによって測定された前記第1中間電極の電位及び前記第2中間電極の電位と、前記第1検知体及び前記第2検知体の全体の抵抗値とを用いて、測定値の校正を行なう校正部を備えることを特徴とする、付記7に記載のガスセンサ。
(Appendix 8)
The first detector body side portion and the second detector body side portion of the first electrode are disconnected by the first changeover switch, and the first detector body side portion of the second electrode is disconnected by the second changeover switch. With the second detector body side portion disconnected, the first detector and the second detector body have a forward direction so that the first electrode is on the low potential side and the second electrode is on the high potential side. The potential of the first intermediate electrode and the potential of the second intermediate electrode measured by applying a voltage of The potential of the first intermediate electrode and the potential of the second intermediate electrode measured by applying reverse voltages so that the two electrodes are on the low potential side, and the first detector and the second detector Calibrate the measured value using the overall resistance value of Characterized in that it comprises a calibration unit, a gas sensor according to Appendix 7.
(付記9)
付記1〜8のいずれか1項に記載のガスセンサと、
前記ガスセンサによって得られたデータを処理するコンピュータとを備えることを特徴とする情報処理システム。
(付記10)
付記1〜6のいずれか1項に記載のガスセンサと、
前記ガスセンサによって得られたデータを処理するコンピュータとを備え、
前記ガスセンサは、前記第1電極が、前記第1検知体の一方の端部に接続された第1検知体側部分と、前記第2検知体の一方の端部に接続された第2検知体側部分とを備え、前記第2電極が、前記第1検知体の他方の端部に接続された第1検知体側部分と、前記第2検知体の他方の端部に接続された第2検知体側部分とを備え、前記第1電極の前記第1検知体側部分と前記第2検知体側部分との接続・非接続を切り替える第1切替スイッチと、前記第2電極の前記第1検知体側部分と前記第2検知体側部分との接続・非接続を切り替える第2切替スイッチとを備え、
前記コンピュータは、前記第1切替スイッチによって前記第1電極の前記第1検知体側部分と前記第2検知体側部分とを非接続にし、かつ、前記第2切替スイッチによって前記第2電極の前記第1検知体側部分と前記第2検知体側部分とを非接続にした状態で、前記第1検知体及び前記第2検知体に前記第1電極が低電位側、前記第2電極が高電位側となるように順方向の電圧を印加することによって測定された前記第1中間電極の電位及び前記第2中間電極の電位と、前記第1検知体及び前記第2検知体に前記第1電極が高電位側、前記第2電極が低電位側となるように逆方向の電圧を印加することによって測定された前記第1中間電極の電位及び前記第2中間電極の電位と、前記第1検知体及び前記第2検知体の全体の抵抗値とを用いて、測定値の校正を行なう校正部を備えることを特徴とする情報処理システム。
(Appendix 9)
The gas sensor according to any one of
An information processing system comprising: a computer that processes data obtained by the gas sensor.
(Appendix 10)
The gas sensor according to any one of
A computer for processing data obtained by the gas sensor,
The gas sensor includes a first detector body side portion in which the first electrode is connected to one end portion of the first detector body, and a second detector body side portion in which the first electrode is connected to one end portion of the second detector body. And a second detector body side portion connected to the other end portion of the second detector body, and the second electrode is connected to the other end portion of the first detector body. A first changeover switch for switching connection / disconnection between the first detector-side portion and the second detector-side portion of the first electrode, the first detector-side portion of the second electrode, and the
The computer disconnects the first detector-side portion and the second detector-side portion of the first electrode by the first switch, and the first electrode of the second electrode by the second switch. The first electrode is on the low potential side and the second electrode is on the high potential side of the first and second detection bodies in a state where the detection body side portion and the second detection body side portion are disconnected. Thus, the potential of the first intermediate electrode and the potential of the second intermediate electrode measured by applying a forward voltage, and the first electrode has a high potential to the first detector and the second detector. Side, the potential of the first intermediate electrode and the potential of the second intermediate electrode measured by applying a reverse voltage so that the second electrode is on the low potential side, the first detector and the Using the overall resistance value of the second detector The information processing system characterized in that it comprises a calibration unit for calibrating the measurement.
1 ガスセンサデバイス
2 第1検知体
3 第2検知体
4 第1電極
4A 第1検知体側部分
4B 第2検知体側部分
5 第2電極
5A 第1検知体側部分
5B 第2検知体側部分
6 第1中間電極
7 第2中間電極
8 第1被覆部
9 第2被覆部
10 電源
11 電位差計
12 第1切替スイッチ
13 第2切替スイッチ
14 校正部
15 ガスセンサ
16 コンピュータ
17 ネットワーク
18 コンピュータ
19 情報処理システム
20 CPU
21 コンピュータ
DESCRIPTION OF
21 computer
Claims (9)
第2検知体と、
前記第1検知体及び前記第2検知体の一方の端部に接続された第1電極と、
前記第1検知体及び前記第2検知体の他方の端部に接続された第2電極と、
前記第1検知体の中間に設けられた第1中間電極と、
前記第2検知体の中間に設けられた第2中間電極と、
前記第1検知体の前記第1電極から前記第1中間電極までの部分を被覆する第1被覆部と、
前記第2検知体の前記第2電極から前記第2中間電極までの部分を被覆する第2被覆部とを備え、
前記第1中間電極と前記第2中間電極とは、前記第1電極と前記第2電極との間に延びている前記第1検知体及び前記第2検知体の長さ方向に沿って、互いに位置がずれていることを特徴とするガスセンサ。 A first detector;
A second detector;
A first electrode connected to one end of the first detector and the second detector;
A second electrode connected to the other end of the first detector and the second detector;
A first intermediate electrode provided in the middle of the first detector;
A second intermediate electrode provided in the middle of the second detector;
A first covering portion that covers a portion from the first electrode to the first intermediate electrode of the first detector;
A second covering portion covering a portion from the second electrode to the second intermediate electrode of the second detector;
The first intermediate electrode and the second intermediate electrode are arranged along the length direction of the first detector and the second detector extending between the first electrode and the second electrode. A gas sensor characterized by being displaced.
前記第2電極は、前記第1検知体の他方の端部に接続された第1検知体側部分と、前記第2検知体の他方の端部に接続された第2検知体側部分とを備え、
前記第1電極の前記第1検知体側部分と前記第2検知体側部分との接続・非接続を切り替える第1切替スイッチと、
前記第2電極の前記第1検知体側部分と前記第2検知体側部分との接続・非接続を切り替える第2切替スイッチとを備えることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスセンサ。 The first electrode includes a first detector-side portion connected to one end of the first detector, and a second detector-side portion connected to one end of the second detector,
The second electrode includes a first detector-side portion connected to the other end of the first detector, and a second detector-side portion connected to the other end of the second detector,
A first changeover switch for switching connection / disconnection between the first detector-side portion and the second detector-side portion of the first electrode;
6. The switch according to claim 1, further comprising a second changeover switch that switches connection / disconnection between the first detector-side portion and the second detector-side portion of the second electrode. The gas sensor described.
前記ガスセンサによって得られたデータを処理するコンピュータとを備えることを特徴とする情報処理システム。 A gas sensor according to any one of claims 1 to 7,
An information processing system comprising: a computer that processes data obtained by the gas sensor.
前記ガスセンサによって得られたデータを処理するコンピュータとを備え、
前記ガスセンサは、前記第1電極が、前記第1検知体の一方の端部に接続された第1検知体側部分と、前記第2検知体の一方の端部に接続された第2検知体側部分とを備え、前記第2電極が、前記第1検知体の他方の端部に接続された第1検知体側部分と、前記第2検知体の他方の端部に接続された第2検知体側部分とを備え、前記第1電極の前記第1検知体側部分と前記第2検知体側部分との接続・非接続を切り替える第1切替スイッチと、前記第2電極の前記第1検知体側部分と前記第2検知体側部分との接続・非接続を切り替える第2切替スイッチとを備え、
前記コンピュータは、前記第1切替スイッチによって前記第1電極の前記第1検知体側部分と前記第2検知体側部分とを非接続にし、かつ、前記第2切替スイッチによって前記第2電極の前記第1検知体側部分と前記第2検知体側部分とを非接続にした状態で、前記第1検知体及び前記第2検知体に前記第1電極が低電位側、前記第2電極が高電位側となるように順方向の電圧を印加することによって測定された前記第1中間電極の電位及び前記第2中間電極の電位と、前記第1検知体及び前記第2検知体に前記第1電極が高電位側、前記第2電極が低電位側となるように逆方向の電圧を印加することによって測定された前記第1中間電極の電位及び前記第2中間電極の電位と、前記第1検知体及び前記第2検知体の全体の抵抗値とを用いて、測定値の校正を行なう校正部を備えることを特徴とする情報処理システム。 A gas sensor according to any one of claims 1 to 5,
A computer for processing data obtained by the gas sensor,
The gas sensor includes a first detector body side portion in which the first electrode is connected to one end portion of the first detector body, and a second detector body side portion in which the first electrode is connected to one end portion of the second detector body. And a second detector body side portion connected to the other end portion of the second detector body, and the second electrode is connected to the other end portion of the first detector body. A first changeover switch for switching connection / disconnection between the first detector-side portion and the second detector-side portion of the first electrode, the first detector-side portion of the second electrode, and the first electrode 2 with a second changeover switch for switching connection / disconnection with the sensing object side part,
The computer disconnects the first detector-side portion and the second detector-side portion of the first electrode by the first switch, and the first electrode of the second electrode by the second switch. The first electrode is on the low potential side and the second electrode is on the high potential side of the first and second detection bodies in a state where the detection body side portion and the second detection body side portion are disconnected. Thus, the potential of the first intermediate electrode and the potential of the second intermediate electrode measured by applying a forward voltage, and the first electrode has a high potential to the first detector and the second detector. Side, the potential of the first intermediate electrode and the potential of the second intermediate electrode measured by applying a reverse voltage so that the second electrode is on the low potential side, the first detector and the Using the overall resistance value of the second detector The information processing system characterized in that it comprises a calibration unit for calibrating the measurement.
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